(57)【要約】【課題】入力トルクを正確に検出するとともに、この検出値のノイズ発生を防止することができるトルク検出装置を提供する。【解決手段】入力軸１に円筒状の第１可動電極部材１６を固定し、出力軸３に円筒状の第２可動電極部材１７を固定している。第１可動電極部材１６における一層目電極層１６ａの電極１８と、第２可動電極部材１７の電極２２とが相まって、第１可変コンデンサーＣ１のマイナス側電極を構成し、第１可動電極部材１６における二層目電極層１６ｂの電極２０と、第２可動電極部材１７の電極２２とが相まって、第２可変コンデンサーＣ２のマイナス側電極を構成する。一方、ケーシングＤ側に第１可動電極部材１６の一層目電極層１６ａに対向する円筒状の第１固定電極２４と、二層目電極層１６ｂに対向する円筒状の第２固定電極２５とを固定し、プラスの電荷を印可する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力トルクを検出する入力軸と連結体とを、入力トルクに比例して相対回転可能とするとともに、入力軸側に第１可動電極部材を設け、連結体側に第２可動電極部材を設け、これら両可動電極に一方の極性の電荷を印加する一方、これら両可動電極に対向する位置に固定電極を設け、この固定電極に上記可動電極とは反対極性の電荷を印加させてなり、入力軸と連結体との相対回転差に応じて、固定電極に向かって投影したときの両可動電極の投影面積を可変にし、この可変にした両可動電極と、固定電極との対向面積に応じて変化する静電容量を検出するトルク検出装置。
【請求項２】
円筒状の固定電極と、この固定電極と同心円上に円弧を保つ電極を有する第１および第２可動電極部材とを備え、これら第１および第２可動電極部材の電極はそれらの中心角を等しくし、中立時には両可動電極部材のそれぞれの電極がほぼ半分ラップする関係にした請求項１記載のトルク検出装置。
【請求項３】
円筒状の固定電極と、この固定電極と同心円上に円弧を保つ電極を有する第１および第２可動電極部材とを備え、これら第１および第２可動電極部材の電極は、それら第１および第２可動電極部材の対の数をＮとしたとき、それら中心角を３６０°／（２×Ｎ）とするとともに、中立時には両可動電極のそれぞれがほぼ半分ラップする関係にした請求項１記載のトルク検出装置。
【請求項４】
第１もしくは第２可動電極部材の何れか一方は、軸方向に二層とし、各層において、電極板と非電極部とを交互に設け、隣り合う電極板と非電極部とを周方向に合計した長さを１サイクルとしたとき、一層目電極層の電極と二層目電極層の電極とは１８０°位相をずらしてなり、第１可動電極部材と第２可動電極部材との相対回転方向に応じて、他方の可動電極部材の電極板と、一方の可動電極部材の一層目または二層目の何れか一方の電極に対する投影面積を増大させ、他方の層の電極板に対する投影面積を減少させる構成にした請求項１〜３の何れか一に記載のトルク検出装置。
【請求項５】
固定電極と可動電極部材の電極との間に誘電固体を介在させた請求項１〜４の何れか一に記載のトルク検出装置。
【請求項６】
静電容量に応じた幅のパルスを発生するパルス発生回路と、パルス発生回路を起動させる起動信号発生回路とを備え、上記パルスのデューティー比によってトルクを算出する構成にした請求項１〜５の何れか一に記載のトルク検出装置。
【請求項７】
パルス発生回路は、一層目電極層の電極の静電容量に基づいて第１パルスを発生する第１パルス発生回路と、二層目の電極の静電容量に基づいて第２パルスを発生するパルス発生回路とを備え、上記第１パルス発生回路には第２パルスの終わりによって第１パルスを発生させるトリガー機能を備え、第２パルス発生回路には第１パルスの終わりによって第２パルスを発生させるトリガー機能を備え、上記第１パルスのと第２パルスとを交互に連続して発生させる構成にした請求項６記載のトルク検出装置。
【請求項８】
第１パルスと第２パルスとの差を検出するメイン差動増幅回路を備えた請求項６または７の何れか一に記載のトルク検出装置。
【請求項９】
第１パルスと第２パルスとの差を検出するとともに、メイン差動増幅回路との出力特性を反対にしたサブ差動増幅回路を備えた請求項６，７，８の何れか一に記載のトルク検出装置。
【請求項１０】
第１可動電極部材および第２可動電極部材の各電極とパルス発生回路を備えた回路基板とを接続し、固定電極をアース端子Ｅ１に接続するとともに、この固定電極と上記回路基板とを配線を介して接続し、上記配線にコンデンサーを備え、上記回路基板に接続した駆動源の一端をアース端子Ｅ２に接続し他端をアース端子Ｅ３に接続し、上記一端とアース端子Ｅ２との接続が外れたとき、上記コンデンサーによって上記駆動源の電流が上記配線に流れるのを防止する構成にした請求項６記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両等に用いるのに最適なトルク検出装置に関し、特に、非接触センサーによってトルクを検出するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトルク検出装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。この従来のトルク検出装置を示したものが図１１，１２である。
この従来のトルク検出装置は、ケーシングＤに設けたステアリングホイールに連係した入力軸１を、その内部に設けたトーションバー２を介して出力軸３に連係し、この出力軸３のピニオンギヤ４を、ラックシャフト５のラックギヤ６にかみ合わせている。
また、ラックシャフト５には、スプリング７の弾性力を作用させているが、このスプリング７は上記ピニオンギヤ４とラックギヤ６とバックラッシュの影響をできるだけ小さくし、それら両ギヤを確実にかみ合わせるためのものである。
【０００３】
一方、上記入力軸１の外周にはスリーブ８を設けているが、このスリーブ８は、入力軸１に対して回転可能で、しかも、軸方向に移動可能にしている。このようにしたスリーブ８には、図１２に示すように軸方向溝９、螺旋溝１０および検出溝１１を形成するとともに、入力軸１に設けた入力軸突起１２を上記螺旋溝１０に挿入している。
一方、出力軸３は、入力軸１との連結端を上記スリーブ８に挿入するとともに、この連結端部に設けた出力軸突起１３を、上記軸方向溝９に挿入し、検出溝１１には、トルクセンサー１４の検出ピン１５を挿入している。
なお、上記のように出力軸突起１３を軸方向溝９に挿入することによって、スリーブ８の回転が規制されることになる。また、上記螺旋溝１０と入力軸突起１２との間には、スリーブ８をなめらかに移動させるために所定のクリアランスを設けている。
【０００４】
上記構成において、図示していないステアリングホイールからの入力トルクによって入力軸１が回転すると、トーションバー２がねじれて、入力軸１と出力軸３とが相対回転する。このように入力軸１と出力軸３とが相対回転すると、入力軸１に設けた入力軸突起１２によって、スリーブ８に形成した螺旋溝１０の側面が押される。
そのため、スリーブ８には螺旋溝１０に対して、軸方向に沿った力とこの軸方向に対して直角の力が作用する。ただし、スリーブ８は、軸方向溝９によってその回転が規制されているので、スリーブ８は前記した相対回転分だけ出力軸３に対して軸方向にのみ移動することになる。
このようにスリーブ８が出力軸３に対して軸方向に移動すると、このスリーブ８の検出溝１１に挿入した検出ピン１５も移動するので、この検出ピン１５の移動量によって、トルクセンサー１４が入力トルクを検出することになる。
なお、上記トルクセンサー１４としてポテンショメータを用いる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−０５５７５２号公報（第４〜５頁、図１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記スリーブ８は、入力軸突起１２が螺旋溝１０内を相対移動することによって軸方向に移動するが、この移動がスムーズにいかないことがある。このように入力軸突起１２がスムーズに移動せず、途中で引っかかりながら移動すると、スリーブ８の回転にがたつきが発生する。この回転力が検出ピン１５に伝わり、トルクセンサー１４の検出性能に影響を及ぼすという問題があった。
また、スリーブ８は、状況によって入力軸突起１２を中心に回動してしまうことがある。このようにスリーブ８がわずかでも回動してそれが斜めになると、検出溝１１の軸方向の移動量にも影響を及ぼす。このように検出溝１１の移動量にばらつきが発生すると、その時々で検出トルクにもばらつきが発生してしまう。さらに、上記のようにスリーブ８の移動量が一定にならないと、スリーブ８の往復動のときに、その移動量が異なり、結果的に中立位置もずれるという問題があった。
【０００７】
さらにまた、トルクセンサー１４として用いているポテンショメータは、その構造上の特性からどうしても検出値にノイズが発生するという問題があった。上記ポテンショメータでは、検出ピン１５が移動すると、この移動によって抵抗体に接触しているブラシが摺動する。この摺動による接触抵抗の変化を検出し、入力トルクとしている。
しかし、上記ブラシが抵抗体を摺動するとき、ブラシがバウンドしたりすることがある。このバウンドによって検出値にノイズが発生するという問題が生じる。
【０００８】
この発明の目的は、入力トルクを正確に検出するとともに、この検出値のノイズ発生を防止することができるトルク検出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、入力軸と連結体とを、入力トルクに比例して相対回転可能とするとともに、入力軸側に第１可動電極部材を設け、連結体側に第２可動電極部材を設け、これら両可動電極に一方の極性の電荷を印加する一方、これら両可動電極に対向する位置に固定電極を設けるとともに、この固定電極に上記可動電極とは反対極性の電荷を印加させてなり、入力軸と連結体との相対回転差に応じて、固定電極に向かって投影したときの両可動電極の投影面積を可変にし、この可変にした両可動電極と、固定電極との対向面積に応じて変化する静電容量を検出することを特徴とする。
【００１０】
なお、この発明は、車両のステアリングの入力トルクを検出するために最適な装置であるが、この装置を車両に用いるときには、上記連結体は出力軸となる。ただし、入力軸の入力トルクだけを検出すると言うことであれば、何も車両用に限定されない。例えば、連結体を固定して、その連結体と入力軸との相対回転差を求めれば、車両以外にも利用できること明らかである。
【００１１】
第２の発明は、円筒状の固定電極と、この固定電極と同心円上に円弧を保つ電極を有する第１および第２可動電極部材とを備え、これら第１および第２可動電極部材の電極はそれらの中心角を等しくし、中立時には両可動電極部材のそれぞれの電極がほぼ半分ラップする関係にしたことを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、円筒状の固定電極と、この固定電極と同心円上に円弧を保つ電極を有する第１および第２可動電極部材とを備え、これら第１および第２可動電極部材の電極は、それら第１および第２可動電極部材の対の数をＮとしたとき、それら中心角を３６０°／（２×Ｎ）とするとともに、中立時には両可動電極のそれぞれがほぼ半分ラップする関係にしたことを特徴とする。
【００１３】
第４の発明の第１もしくは第２可動電極部材の何れか一方は、軸方向に二層とし、各層において、電極板と非電極部とを交互に設け、隣り合う電極板と非電極部とを周方向に合計した長さを１サイクルとしたとき、一層目電極層の電極と二層目電極層の電極とは１８０°位相をずらしてなり、第１可動電極部材と第２可動電極部材との相対回転方向に応じて、他方の可動電極部材の電極板と、一方の可動電極部材の一層目または二層目の何れか一方の電極に対する投影面積を増大させ、他方の層の電極板に対する投影面積を減少させることを特徴とする。
【００１４】
第５の発明は、固定電極と可動電極部材の電極との間に誘電固体を介在させたことを特徴とする。
第６の発明は、静電容量に応じた幅のパルスを発生するパルス発生回路と、パルス発生回路を起動させる起動信号発生回路とを備え、上記パルスのデューティー比によってトルクを算出することを特徴とする。
【００１５】
第７の発明のパルス発生回路は、一層目電極層の電極の静電容量に基づいて第１パルスを発生する第１パルス発生回路と、二層目の電極の静電容量に基づいて第２パルスを発生するパルス発生回路とを備え、上記第１パルス発生回路には第２パルスの終わりによって第１パルスを発生させるトリガー機能を備え、第２パルス発生回路には第１パルスの終わりによって第２パルスを発生させるトリガー機能を備え、上記第１パルスのと第２パルスとを交互に連続して発生させることを特徴とする。
なお、上記第１パルスおよび第２パルスの終わりというのは、例えばパルスが発生するときの電圧変化や、パルスが終息するときの電圧変化のことである。
【００１６】
第８の発明は、第１パルスと第２パルスとの差を検出するメイン差動増幅回路を備えたことを特徴とする。
第９の発明は、第１パルスと第２パルスとの差を検出するとともに、メイン差動増幅回路との出力特性を反対にしたサブ差動増幅回路を備えたことを特徴とする。
【００１７】
第１０の発明は、第１可動電極部材および第２可動電極部材の各電極とパルス発生回路を備えた回路基板とを接続し、固定電極をアース端子Ｅ１に接続するとともに、この固定電極と上記回路基板とを配線を介して接続し、上記配線にコンデンサーを備え、上記回路基板に接続した駆動源の一端をアース端子Ｅ２に接続し他端をアース端子Ｅ３に接続し、上記一端とアース端子Ｅ２との接続が外れたとき、上記コンデンサーによって上記駆動源の電流が上記配線に流れるのを防止することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１〜１０は、この発明の一実施形態を示したものである。この実施形態において、従来例と同じ構成要素については、従来例と同じ符号を用い、その詳細な説明を省略する。
図１に示したように、ケーシングＤに組み込んだ入力軸１と出力軸３とはトーションバー２を介して連結しているが、これら入力軸１、トーションバー２および出力軸３のそれぞれは金属製であって導電性を有する。
【００１９】
また、上記入力軸１には、図２に示す円筒状の第１可動電極部材１６を固定し、出力軸３には、同じく図２に示す円筒状の第２可動電極部材１７を固定している。しかも、第１可動電極部材１６の円筒径に対して、第２可動電極部材１７の円筒径を少し小さくして、第２可動電極部材１７を第１可動電極部材１６内に組み込んでいる。
したがって、上記入力軸１および出力軸３が相対回転すると、外側の第１可動電極部材１６および内側の第２可動電極部材１７も相対回転する。
【００２０】
上記のようにした第１可動電極部材１６は、図２に示すように、一層目電極層１６ａと二層目電極層１６ｂとからなり、それぞれの電極層１６ａ、１６ｂは、４つの電極１８、２０と、窓孔からなる４つの非電極部１９、２１とを備えている。これら電極１８、２０と非電極部１９、２１のそれぞれは、その中心角を３６０°／８として、円周方向に等間隔に並ぶようにしている。すなわち、図３（ａ）に示すように、一層目電極層１６ａにおける電極１８の中心角θ１および非電極部１９の中心角θ２を４５°に設定している。また、図３（ｂ）に示すように、二層目電極層１６ｂにおける電極２０の中心角θ３および非電極部２１の中心角θ４を４５°に設定している。
【００２１】
上記のようにした一層目電極層１６ａと、二層目電極層１６ｂとでは、円周方向における電極の配列を、１８０°位相をずらしている。これは、各々等配した電極部１８、２０の中心角分だけずらしたということであり、本実施例では４５°ずらしているということである。
したがって、一層目電極層１６ａにおける電極１８は、その軸方向において二層目電極層１６ｂの非電極部２１と隣り合うことになる。また、二層目電極層１６ｂにおいても、電極２０が軸方向において一層目電極層１６ａの非電極部１９と隣り合う。
【００２２】
一方、第２可動電極部材１７は、４つの電極２２とそれら電極２２の間隔部分からなる非電極部２３からなる。そして、これら各電極２２および非電極部２３のそれぞれも、その中心角を３６０°／８として、円周方向に等間隔に並ぶようにしている。すなわち、図３（ａ）（ｂ）に示すように、電極２２の中心角θ５および非電極部２３の中心角θ６を４５°に設定している。
なお、この第２可動電極部材１７の電極２２は、それを第１可動電極部材１６に組み込んだときに、第１可動電極部材１６の一層目電極層１６ａおよび二層目電極層１６ｂのいずれにも対向するだけの軸方向長さを保っている。
【００２３】
なお、第１可動電極部材１６における一層目電極層１６ａの電極１８と、第２可動電極部材１７の電極２２とが相まって、図４に示した第１可変コンデンサーＣ１のマイナス側電極を構成する。また、第１可動電極部材１６における二層目電極層１６ｂの電極２０と、第２可動電極部材１７の電極２２とが相まって、後で説明する第２可変コンデンサーＣ２のマイナス側電極を構成する。したがって、これら第１可動電極部材１６の電極１８、２０と、第２可動電極部材１７の電極２２との対向間隔は、微少に保たれていて、それらが一つの電極として機能するようにしている。
【００２４】
そして、入力軸１および出力軸３が中立位置にあるとき、言い換えると、両者の相対回転量がゼロのとき、第１可動電極部材１６と第２可動電極部材１７とは、図３に示す状態を保つ。すなわち、第２可動電極部材１７の電極２２のうち、その半分の面積が、それに対応する第１可動電極部材１６の電極１８あるいは２０に対向し、残りの半分の面積が、第１可動電極部材１６の非電極部１９あるいは２１に対向する関係を保っている。
【００２５】
したがって、入力軸１と出力軸３とが相対回転すれば、第１可動電極部材１６の電極１８、２０と、第２可動電極部材１７の電極２２との対向面積が大きくなったり、小さくなったりする。それらの対向面積が大きくなると言うことは、両者の重なり合いが大きくなることであり、反対に、対向面積が小さくなると言うことは、その重なり合いが小さくなることである。
【００２６】
ただし、前記したように、第１可動電極部材１６においては、その一層目電極層１６ａと、二層目電極層１６ｂとで、それらの位相を１８０°ずらしているので、一層目電極層１６ａにおいて、電極１８と２２の重なり合いが大きくなれば、二層目電極層１６ｂにおける電極２０と２２との重なり合いは小さくなる関係にある。言い換えれば、電極同士の重なり合いの度合いは、一層目電極層１６ａと二層目電極層１６ｂとで正反対になる。
【００２７】
また、ケーシングＤ側には、第１可動電極部材１６の一層目電極層１６ａに対向する円筒状の第１固定電極２４と、二層目電極層１６ｂに対向する円筒状の第２固定電極２５とを固定するとともに、これら両固定電極２４と２５を電気的に絶縁している。
【００２８】
上記のようにした各電極部材は、次のようにして電源に接続している。すなわち、入力軸１をマイナスの電源に接続し、入力軸１、トーションバー２および出力軸３のそれぞれにマイナスの電位を保つようにしている。したがって、これら入力軸１に固定された第１可動電極部材１６と、出力軸３に固定された第２可動電極部材１７とのそれぞれには、マイナスの電荷が印可されることになる。
また、ケーシングＤはアース電極に接続する。したがって、このケーシングＤに固定しているもののケーシングＤとは絶縁された第１、２固定電極２４、２５のそれぞれにはプラスの電荷が印可されることになる。
【００２９】
上記のように第１、２可動電極部材１６、１７を、入力軸１、トーションバー２および出力軸３を介して電気的に接続してコードレスにしたのは、第１、２可動電極部材１６、１７が相対回転と一体回転を繰り返すからである。つまり、相対回転と一体回転とを繰り返す中で、第１、２可動電極部材をケーブルで接続しようとすれば、ケーブルはできるだけたるみができない長さにしなければならない。なぜなら、たるみが大きくなると、上記のように相対回転と一体回転とが繰り返される過程で、ケーブルがそれら電極部材などに絡まってしまうからである。だからといって、ケーブルのたるみが全くなければ、第１可動電極部材１６と第２可動電極部材１７とが相対回転できなくなってしまう。
【００３０】
上記のような条件下で、両可動電極部材１６、１７を、ケーブルを使って電気的に接続するためには、そのケーブルの長さを厳格に管理しなければならなくなる。しかし、この実施形態のように、第１可動電極部材１６および第２可動電極部材１７を、入力軸１および出力軸３を介して電源に接続すれば、ケーブルの絡まりなど問題にしなくてよくなる。言い換えれば、上記のように入力軸１および出力軸３を利用して、第１可動電極部材１６および第２可動電極部材１７を電源に接続することによって、相対回転と一体回転とを繰り返す両可動電極部材１６、１７を電気的に接続できたものである。
【００３１】
ただし、入力軸１と出力軸３とを電気的に接続する手段は、必ずしもトーションバー２でなくてもよい。つまり、入力軸１と出力軸３とを連係する導電性の手段があれば、その手段を利用することが可能である。
【００３２】
なお、第１、２固定電極２４、２５の方は、ケーブルを利用して電源に接続しても、何ら問題が発生しない。なぜなら、これら両固定電極２４、２５は回転したりせず、ケーシングＤに固定されたままなので、たとえ、ケーブルを用いても、そのケーブルが絡まったりしないからである。
ただ、可動電極１６、１７をアース電極にしたのは、可動電極１６、１７が入出力軸３、ベアリングＧを介してケーシングＤに接続されるからである。ケーシングＤはシャーシーと接続され、バッテリのマイナス電極に接続されている。したがって、上記可動電極１６、１７はマイナスの電荷が印可されるようになる。もちろん入出力軸１、３とケーシングＤとを絶縁する構造にすることで可動電極１６、１７をプラスに、固定電極を２４、２５をマイナスにすることも可能である。
【００３３】
上記のように第１、２可動電極部材１６、１７にマイナスの電荷を印可し、第１、２固定電極２４、２５にプラスの電荷を印可すれば、二組の可変コンデンサーＣ１、Ｃ２を作ることができるが、その関係を模式的に示したのが図４である。この図４からも明らかなように、第１可動電極部材１６の電極１８と第２可動電極部材１７の電極２２とをマイナスの電極とし、第１固定電極２４をプラスの電極とした第１可変コンデンサーＣ１が構成される。なお、この第１可変コンデンサーＣ１は、両電極１８、２２の重なり具合で決まるマイナス側電極の面積と、それに対向する第１固定電極２４との対向間隔における空気を誘電体としたものである。同様に、第１可動電極部材１６の電極２０と第２可動電極部材１７の電極２２とをマイナスの電極とし、第２固定電極２５をプラスの電極とした第２可変コンデンサーＣ２が構成される。
【００３４】
上記のようにした両可変コンデンサーＣ１、Ｃ２は、入力軸１と出力軸３との相対回転量に応じてその静電容量を可変にするものである。例えば、図３に示すように、入力軸１が矢印Ｘ方向に回転すると、理論的には、第１可動電極部材１６が入力軸１と同一方向であるＸ方向に回り、出力軸３に固定した第２可動電極部材１７がＸ方向とは反対方向に回ることになる。
【００３５】
例えば、第１可変コンデンサーＣ１側の状況を示した図３（ａ）においては、一層目電極層１６ａの電極１８がＸ方向に回れば、電極２２がＸとは反対方向に回ることになる。したがって、この場合には、両電極１８と２２との重なり具合が大きくなり、その分、第１固定電極２４と対向する面積が小さくなる。このようにマイナス側電極の面積が小さくなれば、このマイナス側電極とプラス側電極との対向面積で決まる静電容量も小さくなるので、第１可変コンデンサーＣ１の静電容量も小さくなる。
【００３６】
一方、二層目電極層１６ｂ側では、その電極２０を、一層目電極層１６ａの電極１８に対して１８０°位相をずらしている。すなわち、電極部１８、２０の中心角分である４５°ずらしている。したがって、第２可変コンデンサーＣ２の状況を示した図３（ｂ）からも明らかなように、電極２０が同じようにＸ方向に回ったとしても、電極２０と２２との相対関係は、一層目電極層１６ａの場合と逆になる。すなわち、電極２０がＸ方向に回ると、電極２０と２２との重なり具合が小さくなり、その分、第２固定電極２５と対向する面積が大きくなる。このようにマイナス側電極の面積が大きくなれば、このマイナス側電極とプラス側電極との対向面積で決まる静電容量が大きくなるので、第２可変コンデンサーＣ２の静電容量も大きくなる。
しかも、両可変コンデンサーＣ１、Ｃ２は、入力軸１と出力軸３との相対回転量に応じてその静電容量が異なるので、この静電容量の大きさを測ることによって、入力軸１側のトルクを検出することができる。
【００３７】
なお、この発明においては、電極１８と２２あるいは電極２０と２２との重なり具合を、それぞれの固定電極２４、２５に対する投影面積としてとらえている。すなわち、可動電極部材１６、１７側から、固定電極２４、２５側に向けて光を投影したとき、上記重なり具合が小さければ小さいほど、その投影面積は大きくなる。反対に、重なり具合が大きければ大きいほど、その投影面積は小さくなる。当然のこととして、投影面積が大きければ静電容量が大きくなり、投影面積が小さければ静電容量が小さくなる。
【００３８】
そして、上記第１可変コンデンサーＣ１は、第１パルス発生回路２６およびローパスフィルター３０を介してメイン差動増幅回路２８に接続している。また、第２可変コンデンサーＣ２も、第２パルス発生回路２７およびローパスフィルター３１を介してメイン差動増幅回路２８に接続している。
【００３９】
上記したメイン差動増幅回路２８は、第１可変コンデンサーＣ１と第２可変コンデンサーＣ２との静電容量の差を検出してその差に応じた値を出力する。しかし、前記したように一方の可変コンデンサーの静電容量が増加したときには、他方の可変コンデンサーの静電容量が減少させるようにしたので、両静電容量の差をとることによって、この静電容量の変化量を大きくできる。特に、一層目電極層１６ａの電極１８と二層目電極層１６ｂの電極２０との位相を１８０°すなわち電極部１８、２０の中心角分である４５°ずらしたので、上記静電容量の変化量を２倍にすることができる。このように変化量を２倍にできるので、その分、検出精度を向上させることができる。
【００４０】
次に、図４に示した回路について説明する。
前記した第１および第２パルス発生回路２６、２７は、上記静電容量をパルスに変換して出力するとともに、そのパルス幅は静電容量の大きさに比例させている。したがって、一定時間当たりのパルスのデューティー比を測定することによって各コンデンサーの静電容量の大きさを測ることができる。
また、このコンデンサーの静電容量は、前記したように入力軸１と出力軸３との相対回転量に比例して増減するので、静電容量の大きさを測れれば、入力軸側のトルクを測ることができる。つまり、この実施形態では、トルクを静電容量に変換し、さらにこの静電容量をパルスに変換して、入力軸１側のトルクを検出するようにしている。
【００４１】
上記のようにしてパルス発生器２６、２７で発生したパルスは、パルス幅を電圧に変換して差動増幅回路２８、２９に出力するが、パルス幅を電圧に変換するのが、ローパスフィルター３０〜３３である。これらローパスフィルター３０〜３３のそれぞれは、一定時間におけるパルス幅に応じて、その平均電圧を求めるもので、例えば、図６に示す１０μｓｅｃをローパスフィルターで平均化すると、その平均電圧は、
５Ｖ×（１０μｓｅｃ／１００μｓｅｃ）＝０．５Ｖ  ということになる。このようにローパスフィルター３０〜３３のそれぞれは、パルス幅を電圧に換算し、その電圧をそれぞれに接続した差動増幅回路２８あるいは２９に出力するものである。
【００４２】
上記のようにローパスフィルターで電圧に変換された信号、例えば、第１パルス発生回路２６からローパスフィルター３０を経由して出力された電圧信号Ｖ１は、メイン差動増幅回路２８に入力される。また、第２パルス発生回路２７からローパスフィルター３１を経由して出力された電圧信号Ｖ２も、メイン差動増幅回路２８に入力される。
そして、メイン差動増幅回路２８では、上記電圧信号Ｖ１とＶ２との差を検出してそれを、図示していないコントローラに入力する。メイン差動増幅回路２８からの出力信号を受信したコントローラは、その信号に応じてトルクを演算する。
【００４３】
ちなみに、メイン差動増幅回路２８の出力信号Ｖｍａｉｎは、次の式で表される。
2004170299.tif 000003
上記式において、Ｇは係数、２．５Ｖは基準電圧出力回路４８から出力されたバイアス電圧である。このバイアス電圧２．５Ｖは、図５に示すように、中立点の電圧として特定したものである。
【００４４】
なお、上記サブ差動増幅回路２９も同様に、その出力信号Ｖｓｕｂを演算できるが、このサブ差動増幅回路２９は、可変コンデンサーＣ１あるいはＣ２の故障を検出するために必要とされる。また、ローパスフィルター３０〜３３やメイン差動増幅回路２８等の演算機能の故障を検出するためにも必要とされるものである。ただし、その演算機能は、メイン差動増幅回路２８と同様である。
すなわち、サブ差動増幅回路２９の出力信号Ｖｓｕｂは、次の式で表される。
2004170299.tif 000004
この式からも明らかなように、サブ差動増幅回路２９の出力信号Ｖｓｕｂは、図５に示すように、メイン差動増幅回路２８の出力信号Ｖｍａｉｎと、その傾きを逆にする。
【００４５】
そして、上記ＶｍａｉｎとＶｓｕｂとの算出値を送信されたメインコントローラは、これら両算出値の絶対値を比較して、この絶対値が等しくなるかどうかを判断し、コンデンサーの故障を検出するようにしている。
また、上記ＶｍａｉｎとＶｓｕｂとは、それらの合計が常に５Ｖとなるように設定している。したがって、Ｖｍａｉｎ＋Ｖｓｕｂを算出することによって、この値が５Ｖの許容値内であれば正常と判定できるし、許容値外であれば異常と判定できるようになる。
【００４６】
また、図４に示したように、第１パルス発生回路２６にはパルスモニター３４を接続している。このパルスモニター３４は、パルスの時間幅をモニターするものであって、このパルスの時間幅がしきい値を超えた場合に、異常が発生したと判断し、異常信号を出力する。
【００４７】
上記パルスがしきい値を超えた場合というのは、パルスが０Ｖあるいは５Ｖのいずれかに固定されたときが考えられる。０Ｖあるいは５Ｖに固定される場合は、上記第１可変コンデンサーＣ１あるいは第２可変コンデンサーＣ２がショートした場合や、回路の故障によってパルスの発生が停止した場合等が考えられる。
なお、上記パルスモニター３４としては、パルスの長さやパルスの周期を計測するストップウォッチ、あるいは、パルスを平滑にして平均値を求めるローパスフィルターを用いてもよい。
【００４８】
次に、第１パルス発生回路２６と、第２パルス発生回路２７との相互関係について説明する。
第１パルス発生回路２６は、起動信号発生回路Ｓの出力信号をトリガーとして、まず第１パルスＰ１を発生させる。このときのパルス幅は、第１可変コンデンサーＣ１の静電容量に応じたものになる。いずれにしても、第１パルス発生回路２６は、起動信号発生回路Ｓの出力信号をトリガーとして、一つのパルスを発生する。そして、このパルスが５Ｖから０Ｖに立ち下がる段階に達すると、その立ち下がりすなわちパルスの終わりをトリガーにして第２パルス発生回路２７が、第２可変コンデンサーＣ２の静電容量に応じた幅の第２パルスＰ２を出力する。
【００４９】
そして、この第２パルスＰ２が５Ｖから０Ｖに立ち下がるパルスの終わりが、今度は第１パルス発生回路２６のトリガーとなって、第１パルスＰ１を発生させる。このようにして、起動信号発生回路Ｓで最初のトリガー信号が第１パルス発生回路２６に入力すると、以後は、第１パルス発生回路２６および第２パルス発生回路２７は、相手方のパルス発生回路から出力されるパルスの終わりをトリガーとして、パルスを発生する。したがって、起動信号発生回路Ｓから最初のトリガー信号が第１パルス発生回路２６に入力すると、以後、両パルス発生回路は、交互にパルスを発生し続けることになる。
【００５０】
上記のように一回目だけを起動信号発生回路Ｓをトリガーにして、次からは第１パルスＰ１あるいは第２パルスＰ２の終わりをトリガーにしたが、起動信号発生回路Ｓからの信号だけでパルスを発生させなかったのは、次の理由からである。つまり、起動信号発生回路Ｓからのトリガー信号が発生しなければ、上記第１パルスＰ１および第２パルスＰ２が発生しないということにすると、パルスの発生に遅れが生じてしまう。なぜなら、トリガー周期を第１パルスＰ１および第２パルスＰ２の最大値より長くしなければ、パルスの終息より前にトリガーが発生してしまい、コンデンサーの静電容量に応じた正確なパルスの発生ができないからである。
上記パルス発生に遅れが生じれば、制御系の信号伝達にも遅れが生じ、全体的にその応答性が悪くなる。そこで、この実施形態では、第１パルスＰ１の終わりで即座に第２パルスＰ２が発生し、第２パルスＰ２の終わりで即座に第１パルスＰ１が発生するようにして、パルスの発生遅れを防止するようにしたものである。また、上記第１パルスＰ１および第２パルスＰ２の立ち下がりを、パルスの終わりとしてトリガーにするようにしているが、第１パルスＰ１および第２パルスＰ２の立ち上がりをトリガーにしてもよい。すなわち、パルスが０Ｖから５Ｖに立ち上がるときにトリガーが発生するようにしてもよい。このようにパルスの立ち上がりをトリガーにしても、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを休みなく交互に発生させることができる。
また、この実施形態では５Ｖから０Ｖの変化でトリガーを発生させるようにしているが、例えば、０Ｖから２．５Ｖの変化、２．５Ｖから−２．５Ｖの変化でトリガーが発生するようにしてもよい。いずれにしても、パルスの変化にともなってトリガーを発生させるようにしている。
【００５１】
さらに、上記第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを休みなく交互に発生させるようにしたのは、中立時の第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とのデューティー比を５０％にするためである。
上記デューティー比が５０％というのは、パルスの発生時間と、パルスが発生していない休止時間とが等しくなるということである。つまり、第１パルスＰ１の発生時間が１０μｓｅｃだとすると、第２パルスＰ２の発生時間も１０μｓｅｃになる。そして、上記第２パルスＰ２が発生しているときには、第１パルスＰ１は発生しない。同様に第１パルスＰ１が発生しているときには、第２パルスＰ２は発生しない。したがって、第１パルスの発生時間と非発生時間との比が５０％になる。
【００５２】
上記第１パルスＰ１と第２パルスＰ２との中立時のデューティー比を５０％にすることによって、静電容量の検出感度を向上させることができる。その理由を図６および図７を用いて説明する。また、静電容量の変化はメイン差動増幅回路２８で算出されるので、ここではメイン差動増幅回路２８の算式に具体的数値を代入して説明する。
【００５３】
図６は、デューティー比を１０％とした場合である。この実施形態ではデューティー比を５０％にしているが、比較のためにデューティー比を１０％にした場合を説明する。例えば１００μｓｅｃ毎に第１パルスＰ１および第２パルスＰ２を発生させるとともに、中立時の第１パルスＰ１および第２パルスＰ２幅を、１０μｓｅｃの長さにしたとする。
さらに、左右何れかにステアリングを最大操舵したときに発生するパルス幅が中立時の１０μｓｅｃに対して±２μｓｅｃと仮定する。
【００５４】
上記のような設定で、図６において、第１パルスＰ１の１０μｓｅｃで示したパルスの位置が中立時、第１パルスＰ１の８μｓｅｃで示した左側の位置が左への最大操舵時、第１パルスＰ１の１２μｓｅｃで示した右側の位置が右への最大操舵時を示したものである。
図示したように、中立時には第１パルスＰ１および第２パルスＰ２とも、そのパルス幅が１０μｓｅｃとなる。このときのメイン差動増幅回路２８への出力はローパスフィルタで平均化されて５Ｖ×１０／１００となるので、０．５Ｖとなる。
したがって、このときにメイン差動増幅回路２８で算出される値Ｖｍａｉｎは、
Ｖｍａｉｎ＝Ｇ×｛（０．５−２．５）−（０．５−２．５）｝＋２．５＝２．５Ｖとなる。
【００５５】
また、左最大操舵時には、第１パルスＰ１のパルス幅が８μｓｅｃ、第２パルスＰ２のパルス幅が１２μｓｅｃとなるので、第１パルスＰ１からの出力は５Ｖ×８／１００で０．４Ｖであり、第２パルスＰ２からの出力は５Ｖ×１２／１００で０．６Ｖである。
したがって、Ｖｍａｉｎ＝Ｇ×｛（０．４−２．５）−（０．６−２．５）＋２．５＝２．３Ｖとなる。
右最大操舵時には、第１パルスＰ１のパルス幅が１２μｓｅｃ、第２パルスＰ２のパルス幅が８μｓｅｃとなるので、第１パルスＰ１の出力は５Ｖ×１２／１００で０．６Ｖであり、第２パルスＰ２の出力は５Ｖ×８／１００で０．４Ｖである。
したがって、メイン差動増幅回路２８の出力信号Ｖｍａｉｎの出力値Ｖｍａｉｎは、
Ｖｍａｉｎ＝Ｇ×｛（０．６−２．５）−（０．４−２．５）＋２．５＝２．７Ｖとなる。
上記のようにデューティー比１０％とした場合には、中立時２．５Ｖに対して、左右最大操舵時には２．３Ｖあるいは２．７Ｖと±０．２Ｖの変化率にとどまることになる。
【００５６】
これに対して、図７は、中立時のデューティー比が５０％の場合で、しかも、その中立時の第１パルスＰ１および第２パルスＰ２の各パルス幅は、上記図６のデューティー比１０％のときと同様に１０μｓｅｃの長さになるようにする。
上記のような設定で、第１パルスＰ１および第２パルスＰ２とも、図７の左が中立時、真ん中が左への最大操舵時、右が右への最大操舵時の発生パルスを示したものである。
【００５７】
図示したように、中立時には第１パルスＰ１および第２パルスＰ２とも、パルス幅が１０μｓｅｃとなるので、その出力は５Ｖ×１０／２０＝２．５Ｖとなる。
したがって、メイン差動増幅回路２８の出力信号Ｖｍａｉｎの出力値Ｖｍａｉｎは、
Ｖｍａｉｎ＝Ｇ×｛（２．５−２．５）−（２．５−２．５）＋２．５＝２．５Ｖとなる。
また、左最大操舵時には、第１パルスＰ１のパルス幅が８μｓｅｃなので、その出力は５Ｖ×８／２０で２Ｖとなり、第２パルスＰ２のパルス幅が１２μｓｅｃなので、その出力は５Ｖ×１２／２０で３Ｖとなる。
【００５８】
したがって、メイン差動増幅回路２８で算出される出力値Ｖｍａｉｎは、
Ｖｍａｉｎ＝Ｇ×｛（２−２．５）−（３−２．５）＋２．５＝１．５Ｖとなる。
右最大操舵時には、第１パルスＰ１のパルス幅が１２μｓｅｃなので、その出力は５Ｖ×１２／２０で３Ｖとなり、第２パルスＰ２のパルス幅が８μｓｅｃなので、出力は５Ｖ×８／２０で２Ｖとなる。
したがって、メイン差動増幅回路２８の出力信号Ｖｍａｉｎの出力値Ｖｍａｉｎは、
Ｖｍａｉｎ＝Ｇ×｛（３−２．５）−（２−２．５）＋２．５＝３．５Ｖとなる。
【００５９】
上記のようにデューティー比５０％とした場合には、中立時２．５Ｖに対して、左右最大操舵時には１．５Ｖあるいは３．５Ｖと±１．０Ｖの変化率を得ることができる。つまり、このようにデューティー比５０％とすることによって、デューティー比１０％に比べ５倍も高い感度を得ることができる。
このように中立時の第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とのデューティー比を５０％にすることによって、高感度に静電容量を検出することができ、その分、ノイズ等の影響を抑え、トルク検出の精度を向上させることができる。
【００６０】
上記のようにメイン差動増幅回路２８で算出された値は、図示しないメインコントローラに送信され、このメインコントローラで上記値を基にトルクが検出される。上記メインコントローラでは、例えば、上記メイン差動増幅回路２８から送信された値とトルクとの関係を示すテーブルを備え、メイン差動増幅回路２８の値に応じたトルクを検出する。なお、テーブルを備えない場合には、上記メイン差動増幅回路２８の値を基に、メインコントローラでその都度算出するようにしてもよい。
【００６１】
上記のようにこの実施形態では、一方の可変コンデンサーと他方の可変コンデンサーとの静電容量を測定し、これをパルスに変換することにより、このパルスからトルクを検出することができる。
【００６２】
また、上記のようなトルク検出装置は、図８に示すように、電気的に接続している。この回路では、配線がアース端子から外れた場合の不具合の防止を実現している。
すなわち、第１可変コンデンサーＣ１と第２可変コンデンサーＣ２とは、その第１、２固定電極２４、２５を、ケーシングＤに設けたベアリングＧ等を介して、アース端子Ｅ１に接続している。
【００６３】
さらに、上記第１可変コンデンサーＣ１と第２可変コンデンサーＣ２との静電容量を測定するために、第１可変電極部材１６、１７の電極１８、２０を、入力軸１を介して、パルス発生回路等を搭載した回路基板３５にそれぞれ接続するとともに、上記第１、２固定電極２４、２５を配線３７を介して上記回路基板３５に接続している。この配線３７は、上記静電容量を測定するための一方の電極に接続するためのものなので、細いもので十分である。したがって、この配線３７にはその太さが細いものを用いている。
また、この配線３７にコンデンサー３８を備えている。このコンデンサー３８を備えることによって、この配線３７が外れた場合の不都合を防止しているが、その理由を以下に説明する。
【００６４】
上記回路基板３５には、パルス発生回路からのＶｍａｉｎあるいはＶｓｕｂといった信号を出力するコントローラを接続している。このコントローラには、モータＭを駆動するモータ駆動回路３６を備えるとともに、このモータ駆動回路３６にはバッテリＢを接続している。そして、上記モータ駆動回路３６およびバッテリＢをそれぞれアース端子Ｅ２，Ｅ３に接続している。
【００６５】
上記のような状況では、通常、バッテリＢの大電流はモータ駆動回路３６から配線３９を介してアース端子Ｅ２へと流れる。しかし、もし上記コンデンサー３８がなかった場合に配線３９が外れれば、バッテリＢの大電流がモータ駆動回路３６と回路基板３５とを接続する配線４０、配線３７を介して、アース端子Ｅ１に流れようとする。
上記配線３７は、先に説明したように、その太さが細いものを使用している。この細い配線３７に上記バッテリＢの大電流が流れると、この配線３７および配線４０が熱により断線してしまうといった不都合が懸念される。
【００６６】
しかし、上記回路基板３５とアース端子Ｅ１との間の配線３７にコンデンサー３８を設けることによって、バッテリＢの直流がアース端子Ｅ１側に流れないようになる。したがって、もし、配線３９が外れたとしても、バッテリＢの大電流が細い配線３７を流れることによる不都合を防止することができる。
【００６７】
また、上記コンデンサー３８で発生する静電容量は、第１可変コンデンサーＣ１および第２可変コンデンサーＣ２で発生する静電容量よりも大きくなるようにしている。このようにコンデンサー３８の容量を極力大きくすることによって、上記第１可変コンデンサーＣ１および第２可変コンデンサーＣ２の静電容量に及ぼす影響を少なくすることができる。
【００６８】
例えば、上記第１可変コンデンサーＣ１および第２可変コンデンサーＣ２の静電容量を１とし、コンデンサー３８の静電容量を１０００とした場合、これら全静電容量Ｃは、１×１０００／１＋１０００＝０．９９９となる。すなわち、全静電容量Ｃは可動電極１６，１７および固定電極２４，２５間の静電容量とほぼ等しくなる。したがって、上記コンデンサー３８の静電容量を可動電極１６，１７および固定電極２４，２５間の静電容量よりも極力大きくすることによって、このコンデンサーの静電容量の影響を少なくすることができる。
言い換えれば、上記コンデンサー３８を別に設けたとしても、このコンデンサー３８によって、第１可変コンデンサーＣ１および第２可変コンデンサーＣ２の値が大きく変わることがないので、安定したトルク変化を検出することができる。
【００６９】
上記のような実施形態によれば、第１可変コンデンサーＣ１および第２可変コンデンサーＣ２の静電容量によって、トルクを検出することとしたので、従来のように、トルクの検出にスリーブ等の部材を用いる必要がない。したがって、従来のように、このスリーブの移動がスムーズにいかなかったり、スリーブが斜めになったりして検出値がばらつくということを防止することができる。
【００７０】
さらに、ポテンショメータを用いていた従来例は、ブラシを用いてトルクを検出する接触型であったので、この接触によってブラシがバウンドして、ノイズの発生を防止していた。しかし、この実施形態では静電容量を非接触型で検出し、これをトルクとすることができるので、上記ノイズの発生を防止することもできる。
また、非接触でトルクセンサを実現しているので、作動ヒステリシスもなく正確でスムーズなトルク検出を実現することができる。
【００７１】
なお、上記した実施形態では、第２可動電極部材１７を円筒形のものにしたが、図９に示すように、円柱状の基部４１に突条部４２を形成し、この突条部４２に電極を形成してもよい。そして、各突状部４２との間にある周面４３を非電極部とする。そして、この第２可動電極部材４４が第１可動電極部材１６の内周側を相対回転することによって、第１および第２固定電極２４，２５への投影面積を可変にすることができ、これによって静電容量を可変にすることができる。
【００７２】
なお、上記のように周面４３を非電極部としているが、この非電極部でもこれに対応する固定電極２４，２５で、わずかながらの静電容量が発生する。しかし、この静電容量は、突条部４２と第１、２固定電極２４，２５との間で発生する静電容量に比べれば、非常に小さい。したがって、この非電極部である周面４３に発生する静電容量はトルクの検出に対してはほとんど影響を及ぼさない。
【００７３】
また、この実施形態の可変コンデンサーは、その誘電体として空気を利用したが、静電容量を大きくするために樹脂などの誘電体を介在させるようにしてもよい。このように空気より高い誘電率の誘電体を介在させることによって、静電容量が大きくなり、その分、ノイズに強くなり、高感度を維持することができる。さらに、樹脂などの誘電体を介在させることによって、固定電極２４，２５と第１可動電極部材１６との接触を物理的に防止することができる。したがって、例えば、振動が発生したりした場合にも、これらの接触を防止することができ、接触による異常信号の発生を防止することができる。
【００７４】
また、この実施形態では、第１可動電極部材１６を一層目電極層１６ａと二層目電極層１６ｂとに分割したが、これを分割しなくてもよい。
また、一層目電極層１６ａと二層目電極層１６ｂとを備えるとともに、一層目電極層１６ａで静電容量が大きくなったとき、二層目電極層１６ｂの静電容量が小さくなるように、その特性を逆にしているので、特性の絶対値の差をとることによって、二層に分割しなかったときに比べて、２倍の変化率を得ることができる。変化率が大きくなればなるほど、ノイズ等の影響を小さくすることができ、トルクの検出精度を向上させることができる。
【００７５】
さらに、上記コンデンサーによって発生した静電容量をパルスに変換して検出するようにしているが、上記静電容量を時間で測定する方法も考えられる。しかし、上記時間で測定しようとした場合には、精度の高いストップウォッチが必要となり、コストが高くなる。これに比べてこの実施形態では、低コストで上記静電容量の測定を実現することができると言う点で有利である。
【００７６】
また、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを交互に休みなく発生させるようにしているが、上記第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とが一定時間毎に発生するように設定することもできる。しかし、上記設定時間に対して、パルスの発生時間がかなり短くなった場合には、パルスが発生していない時間が長くなり、これがロスタイムとなる。また、ロスタイムが長くなれば、ローパスフィルターで電圧を平均化したとき、このローパスフィルターからの出力値が小さくなる。出力値が小さくなる分、変化量も小さくなり、その分、感度が悪くなる。
したがって、この実施形態では、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とを交互に休みなく発生させて、ロスタイムを省くとともに、変化量を大きくして感度を良好にしている。
【００７７】
さらに、起動信号発生回路Ｓは、第１パルスＰ１あるいは第２パルスＰ２の最初のトリガーとして機能しているが、以下のような機能をも有している。
上記第１パルスＰ１は第２パルスＰ２の終わりをトリガーとし、第２パルスＰ２は第１パルスＰ１の終わりをトリガーとしているが、何らかの故障によって第１パルスＰ１あるいは第２パルスＰ２のいずれかが発生しなかった場合には、その後第１パルスＰ１も第２パルスＰ２も発生しなくなる。
【００７８】
しかし、一時的な故障によって、ずっとパルスが発生しないと、この一時的な故障のために装置全体が止まってしまう等の不都合が生じるので、起動信号発生回路Ｓは、パルスが発生しなくなってから、一定期間毎に起動信号を出力するようにしている。このように起動信号発生回路Ｓでは、起動信号を何度か出力することによって、上記一時的な故障で装置全体が止まるという不都合を防止している。
【００７９】
また、この実施形態では、第１可動電極部材１６および第２可動電極部材１７で、電極と非電極部とをそれぞれ４つずつ設けるようにしているが、４つに限ったものではない。この実施形態では図面を分かりやすくするために４つ設けているが、トーションバーの実際のねじれ角から考えると、８つ設けてもよい。
さらに、中心角θ１とθ２とを同じ角度にしているが、これが異なる角度であっても、トーションバー２のねじれ分の角度を確保できればよい。ただし、同じ角度にすることによって、入力軸１と出力軸３との相対回転を効率よく検出することができる。
【００８０】
また、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とからＶｍａｉｎとＶｓｕｂとを算出するようにしているが、メイン差動増幅回路２８によってＶｍａｉｎだけを検出するようにしてもよい。上記メイン差動増幅回路２８だけでも、第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とから可変コンデンサーの静電容量を検出することができ、しかも、中立ずれを防止することができる。しかし、故障検出という観点からは、Ｖｓｕｂを備えた方がよい。
【００８１】
また、一方の可動コンデンサーの第１パルスＰ１と他方の可動コンデンサーの第２パルスＰ２との値からトルクを検出するようにしているが、可動コンデンサーがどちらか一方の場合であってもよい。すなわち、第１可動電極部材１６を一層目電極層１６ａと二層目電極層１６ｂとに区画しているが、これらを区画せずにひとつの電極層としてもよい。
【００８２】
ただし、第１パルスＰ１および第２パルスＰ２の両方を備えることで、温度変化による中立ずれを防止するようにしている。すなわち、上記第１パルスＰ１と第２パルスＰ２とは、一方が大きくなれば、他方が小さくなる関係にあり、温度変化によって、パルスの出力値が変わっても、第１パルスＰ１の変化量と第２パルスＰ２の変化量は等しくなる。この変化量と、実際の出力値とから温度によるずれを測定し、これを基に中立位置を算出することができる。
したがって、上記第１パルスＰ１あるいは第２パルスＰ２のどちらか一方にした場合には、中立ずれを防止することができなくなるが、このような場合には、温度補償用コンデンサーを別に設けることによって、上記中立ずれを防止することができる。
【００８３】
また、上記実施形態では、第１可動電極部材１６の内周側に第２可動電極部材１７を備えるようにしているが、図１０に示したように、第２可動電極部材４６の内周側に、入力軸１に接続した第１可動電極部材４５を備えるようにしてもよい。このように第２可動電極部材４６の内周側に第１可動電極部材４５を備えるようにした場合には、第１可動電極部材４５を内側電極４５ａと外側電極４５ｂとの二重にして、これら内側電極４５ａと外側電極４５ｂとの間に絶縁体４７を介在させるようにしている。この絶縁体４７はケーシングＤに固定する。
上記のような構成にすることによって、第２可動電極部材４６の内周側に第１可動電極部材４５を設け、これらを相対回転させることができる。
【００８４】
【発明の効果】
第１の発明は、入力軸側に第１可動電極部材を設け、連結体側に第２可動電極部材を設け、これら両可動電極に一方の極性の電荷を印加する。また、上記両可動電極に対向する位置に固定電極を設け、この固定電極に上記可動電極とは反対極性の電荷を印加させる。そして、入力軸と出力軸との相対回転差に応じて、固定電極に向かって投影したときの両可動電極の投影面積を可変にし、この可変にした両可動電極と、固定電極との対向面積に応じて変化する静電容量を検出することとしたので、入力トルクを検出するための検出機構にクリアランスを設ける必要がなく、中立位置のずれや、ステアリング戻りの悪化を防止することができる。
また、上記静電容量を検出することによって非接触でトルクを検出するようにしたので、ポテンショメータなどの接触型でトルクを検出していた従来例に比べ、ノイズを防止するとともに、検出値のばらつきを防止することができる。
さらに非接触であることから、作動ヒステリシスもなく、正確でスムーズなトルク検出を実現することができる。
【００８５】
第２の発明によれば、第１および第２可動電極部材の電極はそれらの中心角を等しくし、中立時には両可動電極部材のそれぞれの電極がほぼ半分ラップする関係にしたので、静電容量の変化率を最大にすることができる。したがって、その分、ノイズ等の影響を小さくして、トルク検出の精度を向上させることができる。
【００８６】
第３の発明によれば、第１および第２可動電極部材の電極は、それら第１および第２可動電極部材の対の数をＮとしたとき、それら中心角を３６０°／（２×Ｎ）とするとともに、中立時には両可動電極のそれぞれがほぼ半分ラップする関係にしたので、第１および第２可動電極部材の周方向の面積を有効に利用することができる。
これらの面積を有効に利用することによって、静電容量を大きくとることができ、その分トルク検出の精度を向上させることができる。
【００８７】
第４の発明によれば、一層目電極層および二層目電極層の電極板と非電極部とを交互に設け、隣り合う電極板と非電極部とを周方向に合計した長さを１サイクルとしたとき、一層目電極層の電極と二層目電極層の電極とは１８０°位相をずらしたので、一層目の電極と二層目の電極では、投影面積の変化率が逆の特性を示す。このように逆の特性を示すことによって、これらの絶対値をとった場合には、変化率を２倍とすることができる。したがって、より精度よくトルクを検出することができる。
【００８８】
第５の発明によれば、固定電極と可動電極部材の電極との間に誘電固体を介在させることとしたので、静電容量が増加し、その分ノイズに強くなり、高感度を維持することができる。
さらに、上記誘電固体を介在させることによって、固定電極とその内側にある可動電極との接触を防止することができる。したがって、例えば、振動が発生したりした場合にも、これらの接触を防止することができ、接触による異常信号の発生を防止することができる。
【００８９】
第６の発明によれば、静電容量に応じた幅のパルスを発生するパルス発生回路と、パルス発生回路を起動させる起動信号発生回路とを備え、上記パルスのデューティー比によってトルクを算出するので、例えば静電容量を時間で測定する場合よりもコストを下げることができる。
さらに、起動信号発生回路が、定期的にパルス発生回路を起動させるような信号を送信するようにすれば、上記一時的な故障で装置全体が止まるという不都合を防止することができる。
【００９０】
第７の発明によれば、第１パルス発生回路には第２パルスの終わりによって第１パルスを発生させるトリガー機能を備え、第２パルス発生回路には第１パルスの終わりによって第２パルスを発生させるトリガー機能を備えるようにした。そして、上記第１パルスのと第２パルスとを交互に連続して発生させるようにしたので、第１パルスと第２パルスとの中立時のデューティー比を５０％にすることができる。
デューティー比を５０％にすることによって、静電容量の変化をより感度よく検出することができる。
【００９１】
第８の発明によれば、第１パルスと第２パルスとの差を検出するメイン差動増幅回路を備えたので、このメイン差動増幅回路によって、第１パルスと第２パルスとの差を算出するようにした場合には、中立を正確に検出することができる。したがって、中立ずれを防止することができる。
【００９２】
第９の発明の発明によれば、第１パルスと第２パルスとの差を検出するとともに、メイン差動増幅回路との出力特性を反対にしたサブ差動増幅回路を備えたので、これら両者の出量値を比較することによって、この装置の故障を検出することができる。
【００９３】
第１０の発明によれば、第１可動電極部材および第２可動電極部材の各電極とパルス発生回路を備えた回路基板とを接続し、固定電極をアース端子Ｅ１に接続している。さらに、この固定電極と上記回路基板とを配線を介して接続し、上記配線にコンデンサーを備えている。上記回路基板に接続した駆動源の一端をアース端子Ｅ２に接続し他端をアース端子Ｅ３に接続し、上記一端とアース端子Ｅ２との接続が外れたとき、上記コンデンサーによって上記駆動源の電流が上記配線に流れるのを防止しているので、配線に大電流が流れることによる不都合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態の主要部の断面図である。
【図２】本願発明の実施形態の主要部の概要斜視図である。
【図３】（ａ）図１のａ−ａ線断面図である。
（ｂ）図１のｂ−ｂ線断面図である。
【図４】第１可変コンデンサーと第２可変コンデンサーとの関係を示した模式図とその回路図である。
【図５】ＶｍａｉｎとＶｓｕｂの出力特性を示した表である。
【図６】第１パルスと第２パルスとの中立時のデューティー比を１０％にしたときのパルスの長さを示した表である。
【図７】第１パルスと第２パルスとの中立時のデューティー比を５０％にしたときのパルスの長さを示した表である。
【図８】この実施形態の配線を示した図である。
【図９】第１可動電極部材の他の例を示した斜視図である。
【図１０】第１可動電極部材と第２可動電極部材との他の組み付け例を示した断面図である。
【図１１】従来例の全体断面図である。
【図１２】図１１の拡大斜視図である。
【符号の説明】
Ｄ    ケーシング
１    入力軸
２    トーションバー
３    出力軸
１６    第１可動電極部材
１６ａ  一層目電極層
１６ｂ  二層目電極層
１７    第２可動電極部材
１８    電極部
１９    非電極部
２０    電極部
２１    非電極部
２２    電極部
２３    非電極部
２４    第１固定電極
２５    第２固定電極
２６    第１パルス発生回路
２７    第２パルス発生回路
２８    メイン差動増幅回路
２９    サブ差動増幅回路
３５    回路基板
３７    配線
３８    コンデンサー
３９    配線
４０    配線
４２    突条部
４３    周面
４４    第２可動電極部材
４５    第２可動電極部材
４６    第１可動電極部材
Ｓ    起動信号発生回路
Ｅ１    アース端子
Ｅ２    アース端子
Ｅ３    アース端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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