(57)【要約】  【課題】  ヨークに形成する切欠きによる検出精度の低下を少なくし、シャフトの回転角度に関係なく、常時正確なトルクを検出できるようにする。  【解決手段】  一対のシャフトをトーションバーを介して連結し、一方のシャフトの外周に磁気抵抗の大きい領域と小さい領域を周方向に交互に配置する。他方のシャフトに、複数の透過窓１２を有する非磁性の円筒部材１３を一体に設け、円筒部材１３の外周側にコイルとヨーク１４Ｂを配置する。このようなトルクセンサにおいて、ヨーク１４Ｂにコイルの通電部を引き出すための切欠き３４を形成し、その切欠き３４の周方向幅ｘを、同切欠き３４の両端部が複数の透過窓１２，１２に同時に重ならないように設定する。  【選択図】  図１
2005156486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーによって連結された第１，第２シャフトと、
周方向に磁気抵抗の大きい領域と小さい領域が交互に配置され、磁気抵抗の小さい領域をエアギャップを挟んだ磁路としてその磁路の有効断面を前記両シャフトの相対回動に応じて変化させる磁気抵抗可変手段と、
この磁気抵抗可変手段の外周側に非接触状態で配置され、磁性材料から成るヨークの内側にコイルを収容したコイル組立体と、を備え、
前記磁路の有効断面部の変化に起因するコイルのインピーダンス変化からトーションバーの捩れに応じたトルクを検出するトルクセンサであって、
前記ヨークに、コイルの両端の通電部を外部に引き出すための切欠きが形成されたものにおいて、
前記切欠きの周方向幅を、同切欠きの両端部が磁気抵抗可変手段の磁路の有効断面部に同時に重ならないように設定したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記切欠きの周方向幅を、磁気抵抗可変手段の周方向で隣接する磁路の有効断面部の離間幅と二つの有効断面部の最大周方向幅を加えた幅よりも大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記切欠きの周方向幅を、磁気抵抗可変手段の周方向で隣接する磁路の有効断面部の離間幅よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステアリングの入力トルク等を検出するトルクセンサに関し、とりわけ、トルクをトーションバーの捩れ量に変換し、その捩れ量をさらにコイルのインピーダンス変化として検出するトルクセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のトルクセンサとして特許文献１に記載されるようなものが案出されている。
【０００３】
このトルクセンサは、同軸に配置された第１，第２シャフトをトーションバーによって連結し、両シャフトの相対的な回動位置を求めることによってトーションバーの捩れに応じたトルクを検出する基本構成となっており、両シャフトの相対的な回動位置を求める手段としてコイルのインピーダンス変化を利用した検出手段を用いている。
【０００４】
この検出手段は、第１シャフト側に磁気抵抗の大きい領域と小さい領域が外周面に沿って交互に配置された内側磁路構成部が設けられると共に、第２シャフト側に非磁性でかつ導電性を有する材料から成る円筒部材が前記内側磁路構成部の周域を囲繞するように取り付けられている。そして、円筒部材には円周方向に沿って複数の透過窓が形成され、円筒部材の外周側にはコイルを内部に収容したヨークが非接触状態で対向配置されている。また、内側磁路構成部は、その外周面のうちの磁気抵抗の小さい領域が、エアギャップを挟んでヨークの内側端面に対向する磁路を構成しているが、その磁路の有効断面は円筒部材の透過窓によって制限される。
【０００５】
この検出手段の場合、コイルのインピーダンスは、透過窓と内側磁路部材の磁気抵抗の小さい部分とのラップ状態に応じて変化するため、両シャフトの相対回動位置はコイルのインピーダンス変化から求めることができる。
【０００６】
なお、コイルの両端の通電部は、ヨークの外周壁に形成された切欠きを通してヨークの外部に引き出されている。
【特許文献１】特開平１０−１６０６００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、この従来のトルクセンサにおいては、ヨークの外周壁にコイルの通電部を引き出すための切欠きが形成されているため、この切欠きの周方向の両端部が同時に二つの透過窓に重なり合うと、入力トルクとは関係なくコイルのインピーダンスが大きく変化してしまう。つまり、ヨークの切欠きの端部は磁束の流れが集中し易いため、切欠きの両側の端部が同時に二つの透過窓に重なると、そこで出力電圧が大きく増大してしまう。このため、入力トルクが一定の状態で第１，第２シャフトが回転したときであっても、出力電圧は、図６（Ａ）に示すようにシャフトの回転角度の変化に応じて変動してしまい、正確なトルクを検出できなくなってしまう。
【０００８】
そこで本発明は、常時正確なトルクを検出することのできるトルクセンサを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するための手段として、本発明は、ヨークに形成する切欠きの周方向幅を、同切欠きの両端部が磁気抵抗可変手段の磁路の有効断面部に同時に重ならないように設定した。
【００１０】
この発明の場合、磁束の集中し易い切欠きの両端部が、磁路の有効断面部に常時同時に重なることがないため、両シャフトの回転角度による出力変化は非常に小さくなる。
【００１１】
具体的には、例えば、切欠きの周方向幅は、磁気抵抗可変手段の周方向で隣接する磁路の有効断面部の離間幅と二つの有効断面部の最大周方向幅を加えた幅よりも大きく設定するようにしても良い。
【００１２】
この場合、切欠きの両端部が磁路の二つの有効断面部に同時に重なりあうことがないうえ、磁気抵抗可変手段の磁路の有効断面部の数をより増加させ易くなる。したがって、有効断面部の数を増加させることによって検出トルクの誤差をより少なくすることができる。
【００１３】
また、切欠きの周方向幅は、磁気抵抗可変手段の周方向で隣接する磁路の有効断面部の離間幅よりも小さく設定するようにしても良い。
【００１４】
この場合、切欠きの両端部が磁路の二つの有効断面部に同時に重なりあうことがないうえ、切欠きの周方向幅をより狭くすることができる。したがって、切欠きによる出力への悪影響をより少なくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、磁束の集中し易い切欠きの両端部が磁路の有効断面部に同時に重なることがないため、第１，第２シャフトの回転角度に関係なく、常時正確なトルク検出を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
この実施形態は、本発明にかかるトルクセンサ１を車両用パワーステアリング装置の操舵トルク検出部に適用したものであり、パワーステアリング装置は以下のような概略構成となっている。
【００１８】
即ち、図２に示すように、車体に支持固定されるハウジング２にはステアリングホイール側の第１シャフト３と、転舵機構であるラック＆ピニオン２０に連係される第２シャフト４が夫々軸受を介して回動自在に支持されており、第１シャフト３と第２シャフト４はトーションバー５を介して連結され、両者間に作用するトルクがトーションバー５の捩れ量に変換されるようになっている。第２シャフト４には、電動モータ２１の動力を受けるウォームホイール６が一体に取付けられており、電動モータ２１は両シャフト３，４のトルクに応じたアシスト力を発生するようになっている。本発明にかかるトルクセンサ１は、トーションバー５の捩れに伴なう第１，第２シャフト３，４の相対回動位置の変化をコイル７Ａ，７Ｂのインピーダンス変化として検出するようになっている。
【００１９】
第１シャフト３の下端部はトーションバー５を囲繞した状態で第２シャフト４との突き合わせ部まで延び、その先端部の縮径部８が第２シャフト４の上面の凹部９に非接触状態で挿入されている。そして、第１シャフト３の縮径部８と第２シャフトの凹部９には、両シャフト３，４の相対回動を制限する図外のストッパが設けられている。
【００２０】
また、第１，第２シャフト３，４は磁性を有する金属によって形成されている。トーションバー５を囲繞する第１シャフト３の下端側外周には、全体がほぼ円筒状を呈する遮蔽部材１１が取付けられている。この遮蔽部材１１は、第１シャフト３の下端部と共に内側磁路構成部を成す部材であり、アルミニウム等の非磁性でかつ導電性を有する金属材料によって形成されている。そして、遮蔽部材１１の周壁には軸方向に沿う複数のスリット（図示せず）が円周方向等間隔に形成され、隣接するスリット間の梁部が磁束の通過を遮断する遮蔽領域を成すようになっている。したがって、遮蔽部材１１は磁気抵抗の大きい領域と小さい領域とが梁部とスリットによって交互に形成されている。
【００２１】
一方、第２シャフト４の上端部には、前記第１シャフト３の下端部と遮蔽部材１１の外周側を非接触状態で囲繞する円筒部材１３が取り付けられている。この円筒部材１３は上述の遮蔽部材１１と同様にアルミニウム等の非磁性でかつ導電性を有する金属材料から成り、その周壁には遮蔽部材１１のスリット（梁部）と同数の透過窓１２…（図５参照。）の列が上下二段に設けられている。そして、各段の透過窓１２…は円周方向等間隔に配置され、両段の透過窓１２，１２同士は周方向に相互にオフセットされている。両段の透過窓１２は、トーションバー５が捩られない中立位置において、遮蔽部材１１のスリットに対して（スリットから露出した第１シャフト３に対して。）夫々左右で半分の面積分だけ重なり合っており、この状態からトーションバー５が捩られると、その捩れ量と方向に応じてスリットに対する重なり面積が相反して増減変化するようになっている。
【００２２】
尚、この実施形態においては、第１シャフト３と遮蔽部材１１と、第２シャフト４側の円筒部材１３とが本発明における磁気抵抗可変手段を構成し、円筒部材１３側の透過窓１２と遮蔽部材１１側のスリットのラップ部分が磁路の有効断面部を構成するようになっている。
【００２３】
また、円筒部材１３の各透過窓１２…の外周側には前記コイル７Ａ，７Ｂを含むコイル組立体が非接触状態で配置されている。このコイル組立体は、前記各コイル７Ａ，７Ｂを収容した同構造の一対のヨーク１４Ａ，１４Ｂが軸方向に重合され、その状態において、ハウジング２の凹状部内に位置固定されている。そして、各コイル７Ａ，７Ｂに接続された通電ケーブル１７ａ，１７ｂはインピーダンス検出回路を構成する検出基盤１８に接続されている。各コイル７Ａ，７Ｂのインピーダンスは、前記上段と下段の透過窓１２の開口位置と面積の関係から、ト−ションバー５が捩られると常に逆向きに同量だけ増減変化する。インピーダンス検出回路においては、両コイル７Ａ，７Ｂのインピーダンスの差を求め、その差に応じて入力トルクを求めるようにしている。したがって、温度変化等の入力トルク以外の要因によるインピーダンス変化は相殺される。
【００２４】
ここで、コイル組立体についてさらに説明するが、組立体の両ヨーク１４Ａ，１４Ｂとその内部構造はともに同様であるため、以下では一方のヨーク１４Ｂ側についてのみ詳細に説明するものとする。
【００２５】
ヨーク１４Ｂ（１４Ａ）は、図３，図４に示すように、中央に貫通孔２２を有する有底円筒状の第１ヨーク部材２３とその第１ヨーク部材２３の開口側の内周面に圧入固定される略円板状の第２ヨーク部材２４とから構成されている。第２ヨーク部材２４は第１ヨーク部材２３と同様に中央に貫通孔２５を有し、第１，第２ヨーク部材２３，２４の貫通孔２２，２５内に前記円筒部材１３等の被検出部が非接触状態で挿入配置されるようになっている。
【００２６】
一方、コイル７Ｂ（７Ａ）は樹脂製のボビン２６の軸部外周に巻回され、このコイル７Ｂ（７Ａ）の巻き始め端部と巻き終わり端部がボビン２６の一方のフランジ２６ａの外縁部において夫々通電ケーブル１７ａ，１７ｂに接続されている。
【００２７】
一方のフランジ２６ａの外周縁部には、略方形状の支持ブロック２８が径方向外側に突出するようにして一体に形成されている。この支持ブロック２８は、フランジ２６ａの一般部上面に対して上方に隆起し、その隆起部分にコイル７Ｂの端部と通電ケーブル１７ａ，１７ｂを接続する接続端子３３が取付けられている。
【００２８】
また、第１ヨーク部材２３の開口側の端縁には、略長方形状の切欠き３４が形成されており、第１ヨーク部材２３にボビン２６を収容するときにその切欠き３４を通して支持ブロック２８と接続端子３３を外部に突出させ、その状態において第１ヨーク部材２３の開口端に第２ヨーク部材２４が圧入固定されている。
【００２９】
ここで、ヨーク１４Ｂ（１４Ａ）の切欠き３４の円周方向幅ｘの設定について図１（Ａ），図５を参照して説明する。なお、図１（Ｂ）は、第２の実施形態を示すものであり、この第２の実施形態については後につづけて説明する。
【００３０】
切欠き３４の円周方向幅ｘは、以下の式（１）を満たすよう設定されている。
【００３１】
ｘ＞２ｒsin（ｗ1／２）      …（１）
ただし、ｗ1=θ＋λ
ｒ：円筒部材１３の半径
θ：円筒部材１３上の透過窓１２のピッチ角
λ：円筒部材１３の透過窓１２の開き角（磁路の有効断面部の最大開き角）
即ち、切欠き３４の円周方向幅ｘは、円周方向で隣接する透過窓１２，１２の離間幅と、二つの切欠き３４の周方向幅を加えた幅よりも大きくなるように設定されている。
【００３２】
また、図１（Ｂ）に示す第２の実施形態の場合、切欠き３４の円周方向幅ｘは、以下の式（２）を満たすように設定されている。
【００３３】
ｘ＜２ｒsin（ｗ2／２）      …（２）
ただし、ｗ2=θ−λ
即ち、切欠き３４の円周方向幅ｘは、円周方向で隣接する透過窓１２，１２の離間幅よりも小さくなるように設定されている。
【００３４】
これらの実施形態での切欠き３４の周方向幅ｘの設定は、いずれも切欠き３４の両端部が透過窓１２，１２に同時に重ならないようにするものである。このような設定にしておきさえすれば、遮蔽部材１１のスリットと透過窓１２のラップ状態（入力トルク）がどのように変化しても、切欠き３４の両側の端部が磁路の二つの有効断面部に同時に重なることはない。即ち、これらの実施形態では遮蔽部材１１のスリットと透過窓１２のラップ部分が磁路の有効断面部となるが、切欠き３４の両端部が透過窓１２，１２に重ならないように設定しておけば、前記ラップが最大になったときであっても、切欠き３４の両端部と磁路の二つの有効断面部は決して同時に重なることはない。
【００３５】
したがって、これらの実施形態のトルクセンサは、磁束の集中し易いの切欠き３４の端部が２ヶ所同時に磁路の有効断面部に重ならないため、インピーダンス検出手段で検出される出力電圧は、図６（Ｂ）に示すように、両シャフト３，４の回転角度が変化しても大きく変動することはない。このため、従来のものに対してトルク検出精度の向上を図ることができる。
【００３６】
また、図１（Ａ）の実施形態の設定の場合、切欠き３４の円周方向幅ｘの中に二つの透過窓１２，１２が入るため、円周全体としての磁路の有効断面部の数を増やし、検出トルクの誤差を少なくすることができる。
【００３７】
一方、図１（Ｂ）の実施形態の設定の場合、切欠き３４の円周方向幅ｘが隣接する二つの透過窓１２，１２の離間幅よりも狭いため、切欠き３４自体のサイズを小さくして出力トルクの変動幅を小さくすることができる。
【００３８】
尚、この発明の実施形態は以上で説明したものに限るものではなく、例えば、上記の実施形態では、第１シャフト３の下端部に、外周にスリットを有する遮蔽部材１１を取り付けて、これを内側磁路構成部をとしたが、図７に示すように、第１シャフト３の下端外周に複数の歯３５を形成し、これらの歯３５の凹凸によって磁気抵抗の大きい領域と小さい領域が円周方向に交互に現れるようにしても良い。
【００３９】
また、以上の実施形態では、磁気抵抗の大きい領域と小さい領域を第１シャフト３の外周に交互に設け、複数の透過窓１２を備えた円筒部材１３を第１シャフト３の外周側に配置して、これらによって磁気抵抗可変手段を構成したが、図８，図９に示す実施形態のように、第１シャフト３と第２シャフト４の軸方向の端面を相互に突き合わせ、これらの両端面に周縁部に沿うように複数の歯３６Ａ…，３６Ｂ…を設け、この両端面の歯３６Ａ…，３６Ｂ…によって磁気抵抗可変手段を構成しても良い。
【００４０】
この場合、両シャフト３，４の歯３６Ａ，３６Ｂのラップ部分が磁路の有効断面部を構成することとなり、コイル組立体（図示せず。）は両シャフト３，４の突き合わせ部の外周側に第１の実施形態と同様に配置されている。そして、この実施形態では、磁路の有効断面部の最大角は一つの歯３６Ａ（または、３６Ｂ）の成す中心角であるため、この歯３６Ａ（または、３６Ｂ）の成す中心角をλとして、ヨークの切欠きの円周方向幅ｘを、前記式（１）または（２）を満たすように設定するようにしている。この場合も、第１，第２実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００４１】
次に、上述した実施形態の内容から把握し得る前記請求項に記載した発明以外の発明について、以下にその効果と共に記載する。
【００４２】
（イ）  前記可変磁気抵抗部の、磁気抵抗の大きい領域と小さい領域は第１シャフトと第２シャフトの一方に設け、第１シャフトと第２シャフトの他方には、前記磁気抵抗の大きい領域と小さい領域の外周側を囲繞し、前記磁気抵抗の小さい領域に対応する複数の透過窓を有する非磁性でかつ導電性の円筒部材を設け、前記磁気抵抗の小さい領域と透過窓のラップ部分を磁路の有効断面部とすると共に、前記切欠きの周方向幅を、同切欠きの両端部が前記複数の透過窓に同時に重ならないように設定したことを特徴とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトルクセンサ。
【００４３】
この場合、透過窓は有効断面部を制限する部分であるため、入力トルクに関係なく、切欠きの両端部が磁路の有効断面部に同時に重なる不具合を確実に回避することができる。
【００４４】
（ロ）  前記切欠きは、磁路の有効断面部から最も離間したヨークの周壁に形成したことを特徴とする請求項１〜３、前記（イ）のいずれかに記載のトルクセンサ。
【００４５】
この場合、切欠きを形成したことによるインピーダンス変化の影響が最も小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態と第２の実施形態を併せて示すものであり、切欠きの円周方向幅を説明するための模式図。
【図２】本発明にかかるトルクセンサを適用したパワーステアリング装置の断面図。
【図３】第１の実施形態を示すヨーク部分の平面図。
【図４】同実施形態を示す図３のＡ−Ａ断面に対応する断面図。
【図５】同実施形態を示すものであり、切欠きの円周方向幅を説明するための模式的な横断面図。
【図６】従来例のもの（Ａ）と本発明の実施形態のもの（Ｂ）の、トルクが一定であるときの出力−回転角特性図。
【図７】本発明の第３の実施形態のトルクセンサを示す模式的な断面図。
【図８】本発明の第４の実施形態のトルクセンサを示す模式的な側面図。
【図９】同実施形態を示す図８のＢ矢視図。
【符号の説明】
【００４７】
１…トルクセンサ
３…第１シャフト（磁気抵抗可変手段）
４…第２シャフト
５…トーションバー
７Ａ，７Ｂ…コイル
１１…遮蔽部材（磁気抵抗可変手段）
１２…透過窓（有効断面部）
１３…円筒部材（磁気抵抗可変手段）
１４Ａ，１４Ｂ…ヨーク
３４…切欠き
【図１】
2005156486.tif 000003
【図２】
2005156486.tif 000004
【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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