(57)【要約】【課題】一組の磁気ヨーク９を確実に且つ容易に位置決めでき、また、その状態（位置決めされた状態）を保持できるトルクセンサを提供すること。【解決手段】一組の磁気ヨーク９は、スペーサ１４に位置決めされた状態で樹脂モールドされ、そのモールド樹脂に固定されたカラーを介して出力軸に圧入固定されている。スペーサ１４は、非磁性体によって形成され、所定の高さを有するリング形状を有し、軸方向の両端面にそれぞれ２個の突起１４ａが設けられている。この突起１４ａは、径方向の対向位置に１個ずつ設けられ、且つ一方の端面に設けられる突起１４ａと、他方の端面に設けられる突起１４ａとの相対位置が、磁極爪９ａの１／２ピッチだけ周方向にずれて設けられている。これにより、一組の磁気ヨーク９は、軸方向に所定のエアギャップを有して保持され、且つ互いの磁極爪９ａが交互に噛み合う様に周方向に位置決めされる。【選択図】　　　　図５
2004125627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸と第２の軸とを同軸上に連結し、その両軸間に加わるトルクを捩じれ変位に変換するトーションバーと、
前記第１の軸または前記トーションバーの一端側に固定される多極磁石と、
前記第２の軸または前記トーションバーの他端側に固定されて前記多極磁石が発生する磁界内に配置され、且つエアギャップを有して軸方向に対向する一組の磁気ヨークと、
前記エアギャップに生じる磁束密度を検出する磁気センサとを有するトルクセンサであって、
前記一組の磁気ヨークは、両者間に配置される非磁性体のスペーサによって位置決めされ、且つ前記スペーサと共に樹脂モールドされていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載したトルクセンサにおいて、
前記磁気ヨークは、複数の磁極爪が周方向に等間隔に設けられ、
前記スペーサは、前記一組の磁気ヨークを軸方向に所定の間隔を保って保持すると共に、軸方向の両端面にそれぞれ少なくとも１個の突起を有し、この突起が前記磁気ヨークの周方向に隣合う前記磁極爪同士の間に配置されることで、前記一組の磁気ヨークを周方向に位置決めすることを特徴とするトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸に加わる軸トルクを磁束密度の変化（磁界の強さ）として検出するトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
先行技術として、本出願人が先に出願したトルクセンサ（特許文献１参照）がある。
このトルクセンサは、図１３に示す様に、第１の軸１００　と第２の軸１１０　とを同軸に連結するトーションバー１２０　と、第１の軸１００　（またはトーションバー１２０　の一端側）に固定された多極磁石１３０　と、第２の軸１１０　（またはトーションバー１２０　の他端側）に固定されて多極磁石１３０　が発生する磁界内に配置され、且つエアギャップを有して軸方向に対向する一組の磁気ヨーク１４０　と、エアギャップに生じる磁束密度を検出する磁気センサ１５０　等より構成される。
【０００３】
ここで、一組の磁気ヨーク１４０　は、それぞれ複数の磁極爪が周方向に等ピッチ間隔に設けられており、軸方向に所定のエアギャップを保った状態で、互いの磁極爪が１／２ピッチだけ周方向にずれて配置される。
この一組の磁気ヨーク１４０　と多極磁石１３０　は、トーションバー１２０　に捩れが発生していない状態（トルクが加わっていない状態）で、磁気センサ１５０　の出力（電圧）がゼロになる中点を出すために、磁気ヨーク１４０　に設けられた磁極爪の中心と、多極磁石１３０　の着磁境界線（Ｎ極とＳ極との境界）とが一致する様に配置される。
【０００４】
【特許文献１】
特願２００１−３１６７８８（第１５項）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の特許文献１には、一組の磁気ヨーク１４０　を固定部１６０　によって位置決めすることが記載されているが、固定部１６０　の具体的な構成までは開示されていないため、実際に一組の磁気ヨーク１４０　をどのように位置決めするのか（特に周方向の位置決め）、また、固定部１６０　によって位置決めされた状態をどの様に保持するのかと言ったことまでは明らかにされていない。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、一組の磁気ヨークを確実に且つ容易に位置決めでき、また、その状態（位置決めされた状態）を保持できるトルクセンサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明は、第１の軸と第２の軸とを同軸上に連結し、その両軸間に加わるトルクを捩じれ変位に変換するトーションバーと、第１の軸またはトーションバーの一端側に固定される多極磁石と、第２の軸またはトーションバーの他端側に固定されて多極磁石が発生する磁界内に配置され、且つエアギャップを有して軸方向に対向する一組の磁気ヨークと、エアギャップに生じる磁束密度を検出する磁気センサとを有するトルクセンサであって、
一組の磁気ヨークは、両者間に配置される非磁性体のスペーサによって位置決めされ、且つスペーサと共に樹脂モールドされていることを特徴とする。
この構成によれば、スペーサによって位置決めされた一組の磁気ヨークが、その位置決めされた状態のままスペーサと共に樹脂モールドされているので、位置決めされた状態を確実に保持できる。
【０００７】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したトルクセンサにおいて、
磁気ヨークは、複数の磁極爪が周方向に等間隔に設けられ、スペーサは、一組の磁気ヨークを軸方向に所定の間隔を保って保持すると共に、軸方向の両端面にそれぞれ少なくとも１個の突起を有し、この突起が磁気ヨークの周方向に隣合う磁極爪同士の間に配置されることで、一組の磁気ヨークを周方向に位置決めすることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、スペーサの高さ（軸方向の長さ）によって一組の磁気ヨークを軸方向に所定の間隔を保って保持することができる。
また、スペーサに設けられた突起に磁気ヨークの磁極爪が当接することで、スペーサに対する磁気ヨークの周方向の移動を規制できる。従って、スペーサの両端面にそれぞれ少なくとも１個の突起を設けて、この突起を磁気ヨークの周方向に隣合う磁極爪同士の間に配置することにより、一組の磁気ヨークを周方向に位置決めすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はトルクセンサ１の分解斜視図である。
本実施例のトルクセンサ１は、例えば図９に示す電動パワーステアリング装置に使用され、ステアリング２の操舵力（軸トルク）を検出してＥＣＵ３に出力する。ＥＣＵ３は、トルクセンサ１で検出された操舵力に応じて電動モータ４の出力を制御している。
【００１０】
このトルクセンサ１は、ステアリング軸を構成する入力軸５と出力軸６との間に設けられ、図１に示す様に、トーションバー７、多極磁石８、一組の磁気ヨーク９、一組の集磁リング１０、及び磁気センサ１１等より構成される。
トーションバー７は、図２に示す様に、一端側が入力軸５に、他端側が出力軸６に、それぞれピン１２で連結される棒状の弾性部材であり、ステアリング軸に操舵トルクが加わると、その操舵トルクの大きさに応じて捩じれ変位を生じる。
【００１１】
多極磁石８は、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁されたリング形状を有し、一体に組付けられたカラー１３（図１参照）を介して入力軸５（または出力軸６）に圧入固定されている。
磁気ヨーク９は、軟磁性体によって形成され、図３に示す様に、それぞれ複数の磁極爪９ａが周方向に等ピッチ間隔に設けられている。
一組の磁気ヨーク９は、図４に示す様に、スペーサ１４に位置決めされた状態で樹脂モールドされ、そのモールド樹脂１５に固定されたカラー１６を介して出力軸６（または入力軸５）に圧入固定されている。
【００１２】
スペーサ１４は、非磁性体によって形成され、図５に示す様に、所定の高さ（軸方向の長さ）を有するリング形状を有し、軸方向の両端面にそれぞれ２個の突起１４ａが設けられている。この突起１４ａは、図６に示す様に、スペーサ１４の内径側で径方向に対向する位置に１個ずつ設けられ、且つ一方の端面に設けられる突起１４ａ（図６（ａ）参照）と、他方の端面に設けられる突起１４ａ（図６（ｃ）参照）との相対位置が、磁極爪９ａの１／２ピッチだけ周方向にずれて設けられている。なお、磁極爪９ａの１／２ピッチとは、周方向に隣合う磁極爪９ａ同士の中心間距離（１ピッチ）の半分である。
【００１３】
一組の磁気ヨーク９は、図５に示す様に、スペーサ１４に対して両側から組み合わされ、それぞれ周方向に隣合う磁極爪９ａ同士の間にスペーサ１４の突起１４ａを嵌め合わせて配置される。これにより、互いの磁極爪９ａが交互に噛み合う様に、周方向に１／２ピッチだけずれた状態で組み合わされる（図７参照）。
多極磁石８と一組の磁気ヨーク９は、トーションバー７に捩じれが生じていない時（入力軸５と出力軸６との間に操舵力が加わっていない時）に、磁気センサ１１の出力（電圧）がゼロになる中点を出すために、磁気ヨーク９に設けられた磁極爪９ａの中心と多極磁石８の着磁境界線（Ｎ極とＳ極との境界線）とが一致する様に配置されている（図８（ｂ）参照）。
【００１４】
集磁リング１０は、磁気ヨーク９から磁束を集めるもので、磁気ヨーク９と同じ軟磁性体によって形成され、磁気ヨーク９の外周に近接して配置される。この集磁リング１０には、周方向の一箇所に平板状の集磁部１０ａが設けられ、互いの集磁部１０ａ同士が対向して配置される。
磁気センサ１１は、例えばホールＩＣを使用したもので、一組の集磁リング１０の集磁部１０ａ同士の間に挿入される。ホールＩＣは、ホール素子（磁気検出素子）と増幅回路とを一体化したＩＣであり、一組の集磁部１０ａ間に生じる磁束密度に応じた電圧信号を出力する。
【００１５】
次に、本実施例の作動を説明する。
トーションバー７に操舵トルクが加わっていない状態、つまりトーションバー７に捩じれ変位が生じていない時は、図８（ｂ）に示す様に、磁気ヨーク９に設けられている磁極爪９ａの中心と多極磁石８の着磁境界線とが一致している。この場合、磁気ヨーク９の磁極爪９ａには、多極磁石８のＮ極とＳ極から同数の磁力線が出入りするため、一方の磁気ヨーク９Ａと他方の磁気ヨーク９Ｂとの内部でそれぞれ磁力線が閉ループを形成している。従って、両磁気ヨーク９間のエアギャップに磁束が漏れることはなく、磁気センサ１１の出力はゼロとなる。
【００１６】
ステアリング軸に操舵トルクが入力されてトーションバー７に捩じれが生じると、多極磁石８と一組の磁気ヨーク９との相対位置が周方向に変化する。これにより、図８（ａ）または（ｃ）に示す様に、磁気ヨーク９に設けられている各磁極爪９ａの中心と多極磁石８の着磁境界線とが周方向にずれるため、一方の磁気ヨーク９Ａと他方の磁気ヨーク９Ｂには、それぞれ逆の極性を有する磁力線が増加する。その結果、両磁気ヨーク９間に正負の磁束が発生し、この磁束が磁気ヨーク９から集磁リング１０に導かれて集磁部１０ａに集められ、両集磁部１０ａ間に発生する磁束密度が磁気センサ１１で検出される。
【００１７】
（本実施例の効果）
本実施例のトルクセンサ１は、一組の磁気ヨーク９がスペーサ１４によって位置決めされ、且つスペーサ１４と共に樹脂モールドされているので、位置決めされた状態を確実に保持できる。
また、一組の磁気ヨーク９を樹脂モールドする際に、スペーサ１４を取り外す必要がないので、樹脂モールドに使用される型形状を単純化でき、型コストを低減できる。
なお、スペーサ１４に設けられる突起１４ａは、両端面にそれぞれ少なくとも１個あれば、位置決め機能を果たすことができる。
【００１８】
（第２実施例）
図１０は集磁リング１０と磁気センサ１１の斜視図である。
本実施例は、磁気センサ１１を２個使用した場合の一例である。
２個の磁気センサ１１は、磁束方向に対し並列に配置され、且つ互いの磁気検出方向が１８０度反転した状態で配置される。
これにより、２個の磁気センサ１１の出力を図１１に示す様なクロス特性とすることができるので、両出力の差分を取ることによって温度ドリフトをキャンセルできる。また、検出物理量が２倍になるため、検出感度が向上し、トルクセンサ１として性能アップを図ることができる。
また、２個の磁気センサ１１は、図１２に示す様に、電源ターミナル１７とアースターミナル１８をそれぞれ共通に使用できるので、２個の磁気センサ１１を個別に接続する場合と比較してコストダウンできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トルクセンサの分解斜視図である。
【図２】トルクセンサの全体断面図である。
【図３】磁気ヨークの平面図（ａ）と側面図（ｂ）である。
【図４】スペーサに位置決めされた一組の磁気ヨークを樹脂モールドした断面図である。
【図５】一組の磁気ヨークとスペーサの斜視図である。
【図６】スペーサの一方の表面を示す平面図（ａ）、断面図（ｂ）、他方の表面を示す平面図（ｃ）である。
【図７】スペーサを介して一組の磁気ヨークを組み合わせた状態を示す平面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図８】本実施例の作動説明図である。
【図９】電動パワーステアリング装置の全体構成図である。
【図１０】集磁リングと磁気センサの斜視図である（第２実施例）。
【図１１】磁気センサの出力特性図である（第２実施例）。
【図１２】磁気センサのターミナル接続の一例を示す平面図である。
【図１３】トルクセンサの全体断面図である（先行技術）。
【符号の説明】
１　　トルクセンサ
５　　入力軸（第１の軸）
６　　出力軸（第２の軸）
７　　トーションバー
８　　多極磁石
９　　磁気ヨーク
９ａ　磁極爪
１１　　磁気センサ
１４　　スペーサ
１４ａ　突起
【図１】
2004125627.tif 000003
【図２】
2004125627.tif 000004
【図３】
2004125627.tif 000005
【図４】
2004125627.tif 000006
【図５】
2004125627.tif 000007
【図６】
2004125627.tif 000008
【図７】
2004125627.tif 000009
【図８】
2004125627.tif 000010
【図９】
2004125627.tif 000011
【図１０】
2004125627.tif 000012
【図１１】
2004125627.tif 000013
【図１２】
2004125627.tif 000014
【図１３】
2004125627.tif 000015