(57)【要約】【課題】  本発明は、不感帯域を無くし、ヒステリシスの発生を抑制することにより高い検出精度を確保するとともに、その小型化を可能とするトルクセンサ、およびそのトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置の提供である。【解決手段】  所定の軸線周りに同軸的に備えられ、かつ互いが連結部３により連結されるとともに、その軸線の周方向において所定間隔の隙間を介して互いが向き合う対向面を有する２つの回転部材２，４と、その隙間において前記２つの回転部材２，４に挟持されるセラミック製の荷重センサ５とを備え、２つの回転部材２，４の間にトルクが生じた場合に、２つの回転部材２，４が軸線の周方向において互いが微少にねじれることにより、対向面が互いに接近し、荷重センサ５が対向面の接近に基づいて圧縮されることにより荷重を検出する。【選択図】  図２
2005214809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸線周りに同軸的に備えられ、かつ互いに連結されるとともに、前記軸線の周方向において所定間隔の隙間を介して互いが向き合う対向面を有する第１回転部材と第２回転部材とからなる２つの回転部材と、前記隙間において前記２つの回転部材に挟持されるセラミック製の荷重センサとを備え、前記２つの回転部材の間にトルクが生じた場合に、前記２つの回転部材が前記周方向において互いがねじれることにより、前記対向面が互いに接近し、前記荷重センサが前記対向面の接近に基づいて圧縮されることにより荷重を検出することを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記２つの回転部材は、前記トルクが生じたときの弾性変形を許容しつつ、互いを連結する連結部を備えることで、一体構造をなす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】
前記荷重センサは、前記構造体に形成された前記隙間に圧入されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記第１回転部材は、前記軸線周りの回転を伝達可能な第１回転軸と結合する第１結合部を有し、前記第２回転軸は、前記軸線周りの回転を伝達可能な第２回転軸と結合する第２結合部を有するとともに、前記第１結合部と前記第２結合部とは、前記第１回転部材と前記第２連結部材とを連結する連結部の近傍に備えられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記第２回転部材は、薄肉部を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のトルクセンサを、操舵ステアリングと連結したステアリング軸に装備した電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷重センサによってトルクを検出するトルクセンサ、および該トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、運転者のステアリング操作により、ステアリングに加えられる操舵トルクに基づいてパワーアシストモータを駆動させ、操舵トルクを補助する電動パワーステアリング装置が知られている。こうした電動パワーステアリング装置では、ステアリング操作によって回転するステアリング軸にトルクセンサが装備され、操舵トルクを検出している。ここで検出されたトルクは、電気信号として制御用コンピュータ（以下、ＥＣＵとも言う）に入力され、該コンピュータがその検出トルクに基づいてパワーアシストモータを駆動し、ステアリング軸の回転を補助している。
【０００３】
上述のようなトルクセンサには、例えばトーションバーの捻れ角度を検出し、トルクに換算するように構成されるものが多い。また、例えば特許文献１や特許文献２のようにトーションバーの捻れ角ではなく、荷重を検出してトルクに換算する様な圧電素子や荷重センサ素子を用いるものもある。このようなトルクセンサでは、精度良くトルクを検出するために、可動部に生じる摩擦や隙間を排除し、実トルクと検出トルクとの間に生じるヒステリシスや、トルクの検出されない不感帯域が無いように構成されることが望まれている。また、近年の車両構成部品点数の増加に伴い、トルク検出の高精度化と同時に、その小型化も求められるようになった。
【０００４】
【特許文献１】実願昭６１−１０７６８３
【特許文献２】特開平９−２４０２９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、従来のトルクセンサにおいては、こうした摩擦、ヒステリシス、不感帯域の存在を除くことは困難であった。例えば、トーションバー型のトルクセンサにおいては、ステアリング軸−車輪転舵軸（ピニオンシャフト等）間における中心軸の位置ズレを防ぐ必要があるため、必ず軸受け（ベアリング等）を必要とし、それらの軸受けと軸との間で摩擦が生じる。また、軸受けの追加による構成部品数の増加という問題も生じる。また、特許文献１に記載のトルクセンサはシンプルな構造をなしているものの、実際にこれを構成する場合には荷重センサの組付けは挿入組付けによって行われており、この場合、組付け後に荷重センサと荷重受け面との間に隙間を生じる。この隙間は、挿入時に過大な応力が生じないようにするために意図して設けられるものであるが、この隙間の存在により、トルク検出時にトルク中立点付近において不感帯域が生じてしまう。また、特許文献２に記載のトルクセンサは、荷重センサと荷重受け面との間に皿ばねを備えており、該皿ばねに予荷重を与えておくことで不感帯域を除くことができる。ところが、該公報の図１ｂに示されているように、突出軸部３３が中心孔２３に回転可能に嵌合されており、突出軸部３３と中心孔２３との間で摺動摩擦を生じ、該摩擦によるヒステリシスが生じる。また、これらの摩擦を減じるためのベアリング等を必要とするため、コスト高となる。
【０００６】
また、これらのトルクセンサにおいては、小型化を図ることも困難であった。例えば、トーションバー型トルクセンサの場合、トーションバー両端側で軸受けを必要とし、長軸方向に長く構成される。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、不感帯域を無くし、ヒステリシスの発生を抑制することにより高い検出精度を確保するとともに、その小型化を可能とするトルクセンサ、およびそのトルクセンサを用いた電動パワーステアリング装置の提供である。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のトルクセンサは、所定の軸線周りに同軸的に備えられ、かつ互いが連結されるとともに、前記軸線の周方向において所定間隔の隙間を介して互いが向き合う対向面を有する第１回転部材と第２回転部材とからなる２つの回転部材と、前記隙間において前記２つの回転部材に挟持されるセラミック製の荷重センサとを備え、前記２つの回転部材の間にトルクが生じた場合に、前記２つの回転部材が前記周方向において互いが微少にねじれることにより、前記対向面が互いに接近し、前記荷重センサが前記対向面の接近に基づいて圧縮されることにより荷重を検出することを特徴とする。
【０００９】
上記トルクセンサは、所定の回転軸周りに同軸的に備えられた２つの回転部材を備えるとともに、両者は連結され、一体的な構造をなす。このとき２つの回転部材は、回転軸の周方向、すなわち回転部材の回転可能な方向において、両部材間に所定幅の隙間を生じるように連結される。この連結によって形成された隙間には荷重センサが備えられ、両回転部材によって隙間無く密着して挟持される。荷重センサと回転部材との間に隙間を生じることなく配置できるため、本発明のトルクセンサは、不感帯域を生じることが無く、精度良くトルクを検出することができる。
【００１０】
また、上記トルクセンサは、２つの回転部材の間にトルクが加えられると、トルクは連結部及び荷重センサを経由して伝達されるが、連結部が微少にたわむことによりトルクの大部分は荷重センサを経由して伝えられ、このとき荷重センサは２つの回転部材に挟圧され、その挟圧力に基づく圧縮荷重を受ける。この圧縮荷重を荷重センサは検出し、その検出値に基づいて回転部材に加えられたトルクを検出することができる。この際に摺動摩擦などの摩擦を生じることは無い。従って、回転部材に加えられたトルクは、摩擦などによってロスすることなく荷重として荷重センサに伝達されるため、トルクを精度良く検出することができる。
【００１１】
また、従来のトーションバー型トルクセンサは、例えば図３に示すように、所定の長さを有するトーションバー７を備え、その一端と他端との相対的なねじれ変位の差によってトルクを検出するため、軸線方向に長く構成される必要がある。さらには、図３のようにトーションバー７と入力軸１０とを連結するための結合部１０ａ，１０ｂ等が設けられたり、トーションバー７と出力軸２０とを結合させるために出力軸２０のトーションバーとの結合部を軸線方向に長く構成されたりする等、軸線方向の長さを短く構成し、トルクセンサの小型化を図ることはできない。また、同軸度を確保するためを合わせるために、トーションバー７の両端にはベアリング等の軸受け１１，２１を設ける必要もあり、構成部品点数も増え、コスト高となる。また、軸受けを設ける場合、軸との間に必ず摺動摩擦が生じるため、検出精度を落とす要因にもなっている。ところが本発明のトルクセンサは、軸線周りに備えられた一方の回転部材と、その外側に配されたもう一方の回転部材とにて構成することができる。荷重検出時は、その２つの回転部材のいずれか一方にトルクが加えられ、連結部がたわむことにより、荷重センサが第１回転部材と第２回転部材とに挟圧される。そして、この挟圧力に基づいた荷重を荷重センサが検出する。つまり、内側の回転部材とその外側の回転部材との見かけ上、微少なねじれが発生し、この微少なねじれに伴う荷重を検出するように構成され、その両者の相対的なねじれ量に基づく荷重を検出する。従って、従来のトーションバー形トルクセンサのように軸線方向に長く形成される必要は無く、軸長方向の長さを短縮することができる。また、軸受けも必要としないため構成部品を減らすことができる。さらに、軸と軸受けとの間に生じていた摺動摩擦が排除され、トルクセンサの検出精度を増すことが可能となる。
【００１２】
また、本発明のトルクセンサは２つの回転部材（第１回転部材と第２回転部材）が連結部により連結し、一体化された構造を有する。この構造を形成する場合、例えば、第１回転部材と第２回転部材とを別途形成した上で、接着剤やねじ等により両者を一体回転可能に連結しても良く、また、金型等を用いて両回転部材を一体化した状態で形成してもよい。このように、両回転部材が一体化した構造を有することで本発明のトルクセンサは、トルクセンサ以外の他の構成部品や構成ユニット等とは、完全に独立したトルクセンサユニットとして、別途形成しておくことができる。一般的にトルクセンサは、他の構成部品、例えばギア部を備える回転軸等に、トルクセンサを構成するパーツの１つ１つを組付けていく形で形成される。このとき、組付けには一定以上の組付け精度を要求され、その生産能力が低いという課題があった。ところが、本発明のように、トルクセンサをトルクセンサユニットとして完結するものであれば、組みつけが完了したトルクセンサを予め用意しておくことができるため、後はこれらを入出力軸等の所定部品に結合させるだけでよい。従って、トルクセンサを備えた全体機構（例えば、ステアリング軸にトルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置等）の生産性を向上させるのに適する。またこの場合、トルクセンサと他の機構とを結合するための結合部をトルクセンサに予め備えさせておけば、他の機構との結合が容易となり、生産性をさらに増すことができる。
【００１３】
また、本発明のトルクセンサに備えられた荷重センサはセラミック製であるため、高い圧力や荷重に耐えることができる。従って、本発明のトルクセンサは、荷重センサに高圧や高荷重加えられるように構成することが可能となり、荷重センサの検出感度を上げることができる。また、高圧高荷重に耐えられるため、荷重センサの荷重印加面の面積を小さくすることも可能となり、小型化を図ることが可能となる。また、セラミック製の荷重センサは、高荷重が加えられても大きな変形を生じない。従って、回転部材は荷重センサより剛性が低く構成されていれば、ある程度合成の高い材料を用いても良い。従って、トルクセンサの全体を、極めて剛性の高い構造体として形成することができる。
【００１４】
このようなセラミック製の荷重センサとしては、例えばセラミックスと圧力抵抗効果を有する材料とを主材料としてなる荷重センサ素子等を用いたものがあげられる。この場合特に、セラミックスはジルコ二アで、かつ圧力抵抗効果を有する材料は、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３（０≦ｘ≦1）であることを特徴とするものが好ましい。セラミックスがジルコニアであれば、耐熱性に優れたセンサが得られるとともに、ジルコニアは強靭性を有するため、荷重、圧力による破壊に対して極めて高い耐性を備えた荷重センサを得ることができる。なお、この場合の荷重センサ素子は、電気絶縁性をなす上記ジルコニアの粒子をマトリックス材料とし、圧力抵抗効果材料のＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３粒子を電気的に連続になるように分散した構造で形成される。該構造により、この荷重センサ素子は、加えられた荷重や圧力に基づいてオーム抵抗が変化し、該オーム抵抗の変化によって荷重検出を可能とする。
【００１５】
上述のトルクセンサの具体的な構成として、例えば、所定の軸線周りに回転可能に設けられ、かつ軸線から半径方向に突出した突出部を有する第１回転部材と、第１回転部材の外側において、第１回転部材と同軸的に、かつ第１回転部材と連結されるとともに、軸線に対して周方向に伸びた円弧部とを有し、その周方向において、第１回転部材の突出部と円弧部とが所定間隔の隙間を介して向き合う対向面を有する第２回転部材と、その隙間において第１回転部材と第２回転部材とに挟持されるセラミック製の荷重センサとを備えるものが考えられる。さらに、第１回転部材の突出部の周方向上下に、突出部と円弧部とが所定間隔の隙間を介して向き合う対向面対を２つ備え、その２つの隙間に荷重センサが挟持されていてもよい。これにより、荷重センサが圧縮荷重のみ検出できるものであっても、２つの荷重センサを用いることで双方向の回転トルクの検出が可能となる。つまり、双方向の荷重を検出可能な荷重検出部を備えたトルクセンサを形成することができる。また、同様の荷重検出部を回転部材の回転線に対して対称にもう１つ設けることで、２系統の荷重検出部を設けられていても良い。これにより、例えば１系統の荷重検出部に動作不良が生じた場合は、残りの１系統で検出をように構成することができる。この場合、２系統の検出部でバランスよく荷重を検出するために、２つの回転部材を連結する連結部は軸線から突出部に対して垂直に伸びて配されるとともに、図２のように全体が対称に構成されることが好ましい。なお、系統数はさらに増やすことも可能である。
【００１６】
また、本発明のトルクセンサは、２つの回転部材は、トルクが生じたときの弾性変形を許容しつつ、互いを連結する連結部を備えることで、一体構造をなすことを特徴とするものであっても良い。換言すると、２つの回転部材は、トルクが生じたときの微少なねじり変形を許容する弾性変形可能な連結部を有しつつ、一体的に形成可能な構造体をなすように構成することができる。この場合、金型などを予め設けておくことで、２つの回転部材が一体的に形成された構造体を簡易に形成することが可能となり、製造工程を簡略化できる。また、前記荷重センサは、前記構造体に形成された前記隙間に圧入されていることを特徴とするものであってもよい。上記でも述べているように荷重センサは第１回転部材と第２回転部材とに隙間無く挟まれて備えることで、不感帯域を生じさせないようにトルクセンサを構成することができる。
【００１７】
また、本発明のトルクセンサは、前記第１回転部材は、前記軸線周りの回転を伝達可能な第１回転軸と結合する第１結合部を有し、前記第２回転軸は、前記軸線周りの回転を伝達可能な第２回転軸と結合する第２結合部を有するとともに、前記第１結合部と前記第２結合部とは、前記第１回転部材と前記第２連結部材とを連結する連結部の近傍に備えられることを特徴とするものであってもよい。具体的には、前記第１結合部と前記第２結合部とが、前記第１回転部材と前記第２連結部材とを連結する連結部の両端側に備えられる、さらに言えば、連結部を挟むように備えられることを特徴とするものであってもよい。本発明のトルクセンサの第１回転部材および第２回転部材は、それぞれが回転軸と結合されている。これにより、一方の回転軸から入力された回転トルクは２つの回転部材を介して他方の回転軸へと伝達される。この場合、それぞれの回転部材において、回転軸との結合部分は固定端となり、荷重センサを支持する側は自由端（もしくは弾性変形が生じる側）となる。従って、上記構成によれば、２つの回転部材を連結する部分に近いところに結合部を備えているため、固定端から自由端までの距離を長くとり、自由端の弾性変形量が大きくなるように形成される。これにより、荷重センサの圧入が容易となる。
【００１８】
また、本発明のトルクセンサは、前記第２回転部材は、薄肉部を備えることを特徴とするものであっても良い。第２回転部材の一部を肉薄に形成することにより、第２回転部材は荷重センサの隙間が開く方向の弾性変形がし易くなり、荷重センサを圧入し易くすることもできる。
【００１９】
本発明の電動パワーステアリング装置は、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のトルクセンサを、操舵ステアリングと連結したステアリング軸に装備したことを特徴とするものである。ステアリングに加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、操舵トルクを補助するアシストトルクを発生する電動機と、トルクセンサで検出された操舵トルクに基づいて電動機を駆動制御する制御部とを備えた電動パワーステアリング装置に搭載されたトルクセンサが本発明のトルクセンサであれば、上記のように不感帯域やヒステリシスを生じることなくステアリングの操舵トルクを検出することができるため、トルク検出精度の悪化、パワーアシストモータの制御遅れ、等が生じることがない。また、本発明のトルクセンサには入出力軸（上記第１回転軸と第２回転軸）間に軸受けを持たないので、摺動摩擦等が生じないため、精度良くトルクを検出でき、そのトルクに基づいてパワーアシストモータを制御することができる。さらに、本発明のトルクセンサは、他の操舵装置の構成部品とは独立したセンサユニットとして完結している。従って、本発明の電動パワーステアリング装置の組立て時には、予め組み立てられたトルクセンサを、回転トルクの入出力部となる入出力軸や、その他の構成部品に組付けるだけでよいため、生産性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明のトルクセンサについて、図面を用いて説明する。図８は、本発明のトルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置の一例を模式的に示したものである。図８に示すように、操舵ステアリング１１０はステアリング軸１１２ａに接続されて、そのステアリング軸１１２ａの下端は、本発明のトルクセンサ１に接続されている。トルクセンサ１には、ピニオンシャフト１１２ｂの上端が接続されている。また、ピニオンシャフト１１２ｂの下端には、ピニオン（図示せず）が設けられ、このピニオンがステアリングギヤボックス１１６内においてラックバー１１８に噛合されている。更に、ラックバー１１８の両端には、それぞれタイロッド１２０の一端が接続されると共に各タイロッド１２０の他端にはナックルアーム１２２を介して車輪１２４が接続されている。また、ピニオンシャフト１１２ｂにはパワーアシストモータ１１５がギア部（図示せず）を介して取り付けられ、パワーアシストモータ１１５の回転出力をギア部（図示無し）を介してピニオンシャフト１１２ｂに伝達するように構成される。
【００２１】
このように構成された電動パワーステアリング装置は、運転者が操舵ステアリング１１０を操作することによって、操舵ステアリング１１０とステアリング軸１１２ａとが一体的に回転する。このとき、ステアリング軸１１２ａに備えられたトルクセンサ１はステアリング軸の回転トルクを検出する。操舵制御部（以下、ＥＣＵともいう）１３０は、これらのセンサ１，１１３からの検出信号と、その他車速センサ１１７からの検出信号等に基づいてパワーアシストモータ１１５への出力電流を制御し、ピニオンシャフト１１２ｂを回転駆動させる補助力を制御する。これにより、ピニオンシャフト１１２ｂは、ステアリング軸１１２ａから伝達された回転力とモータ１１５による補助的な回転力とによって回転し、車輪１２４を転舵させる。
【００２２】
図１は図８の電動パワーステアリング装置１００のトルクセンサを含む駆動部５０を示す概略図である。図１に示すように、トルクセンサ１は、同軸的に構成された中間部１ｂおよび第１結合部１ａを一体的に備えており、その第１結合部１ａにおいて入力軸１０と結合されている。このとき第１結合部１ａおよび入力軸１０には両者を貫通する孔が設けられており、該孔を貫通するようにピン１２が圧入されることで、両者は一体回転可能に結合されている。入力軸１０は、図８に示す操舵ステアリング１１０と連動しており、ステアリング１１０の操作に基づくステアリング軸１１２ａの回転トルクをトルクセンサ１に伝達する。
【００２３】
また、トルクセンサ１は、入力軸とは逆側に第２結合部６を備えている。第２結合部６は、出力軸２０に設けられた開口部６ａに圧入固定され、出力軸２０に結合されている。また、出力軸２０は、ホイールギア３０と一体的に形成されており、ホイールギア３０の両側に備えられたベアリング２１，２２により回転可能に支持されている。ホイールギア３０は、パワーアシストモータ１１５（図８）の出力軸に備えられたギア部（図示なし）と噛合され、パワーアシストモータ１１５の回転出力を出力軸２０に伝達する。出力軸２０は、そのパワーアシストモータ１１５の回転力と、入力軸から伝達された回転力とを、出力軸２０の端部２０ａと連結するピニオンシャフト１１２ｂ（図８）に伝達し、車輪１２４を転舵させる。なお、荷重センサからの信号の取り出しは、スパイラルケーブル１３によってなされる。スパイラルケーブル１３は、入出力軸１０，２０およびトルクセンサ１の回転を妨げることがないように、トルクセンサ１の中間部１ｂに巻きつく形で備えられている。
【００２４】
以下、本発明のトルクセンサの構造を、図２を用いて説明する。図２は、図１に示すトルクセンサ１のＡ−Ａ´断面を示すものである。トルクセンサ１は、入力軸１０と同軸的に連結する第１回転部材２と、この第１回転部材２を外側から囲うように配置され、かつ出力軸２０と同軸的に連結する第２回転部材４とが、同軸的に備えられるとともに、連結部３により弾性的に連結している。また、第１回転部材２は回転軸に対して半径方向に突出した突出部２ａを有し、その突出部２ａの先端上面と第２回転部材４の弧状の端部４ｂの端面との間で荷重センサ５１を挟持し、さらに突出部２ａの先端下面と第２回転部材４の弧状の端部４ｃの端面との間で荷重センサ５２を狭持している。このとき、第１回転部材２の突出部２ａの先端上下面と、第２回転部材４の端部４ｂ、４ｃの端面とは、荷重センサ５１，５２を挟んで互いに向き合う対向面をなす。また、第１回転部材２はその突出部２ａの逆側にも同様の突出部を有し、この突出部と第２回転部材４の端部との間に挟持された荷重センサ５３，５４が備えられている。なお、このとき入力軸１０、第１回転部材２、第２回転部材４、出力軸２０は、図１に示したように所定の回転軸周りに同軸的に配される。また、連結部と突出部とは垂直をなすように配され、トルクセンサ全体が図の上下および左右で対称の構造を有する。
【００２５】
このように構成されたトルクセンサ１は、入力軸１０からのトルクを受けると、第１回転部材２および連結部３を介して第２回転部材４にトルクが伝達され、第２回転部材４は弾性的な変位を生じ、その端部４ｂは荷重センサ５１に接近して圧縮荷重を増大させ、また端部４ｃは荷重センサ５２の圧縮荷重を減じる。同様に、荷重センサ５１と回転中心に対して対角をなす位置にある荷重センサ５３には圧縮荷重が増大し、荷重センサ５２と対角をなす位置にある荷重センサ５４には圧縮荷重を減少する。このとき、荷重センサ５１〜５４はそれぞれの検出信号をＥＣＵ１３０（図８）に入力する。ＥＣＵ１３０は、荷重センサ５１，５２，５３，５４とが検出した圧縮荷重に基づいて入力軸１０に与えられたトルク値を演算する。そして、このトルク値を用いてパワーアシストモータ１１５の出力する補助力を制御する。本実施形態では、突出部の両側に荷重センサを１つずつ備えた、計２つの荷重センサを有する荷重検出部が形成されている。どちらの荷重検出部の荷重が増大しているか減少してるかを見れば、双方向の回転トルクを検出できる。また、本実施形態では突出部が２つ存在するため、上記荷重検出部を２系統有することとなる。このような場合、正常動作時は２系統の荷重検出部が出力する平均値から制御部１３０がパワーアシストモータ１１５を制御し、一方の系統が動作不良を生じた場合は、残りの１系統がバックアップとして機能するよう構成されていることが望ましい。
【００２６】
次いで、本実施形態のトルクセンサに用いる荷重センサについて説明を行う。本発明の荷重センサ５（５１〜５４）は、セラミックスを主材料として構成される。これにより、より高荷重に耐えうる荷重センサを形成することができる。荷重センサ５を構成する素子は、例えば電気絶縁性を有するセラミック材料をマトリックスとし、これに圧力抵抗効果を有する粒子を電気的に連続になるように分散させて構成される感圧体と、これらを覆う絶縁体とで構成することができる。上記感圧体を構成する圧力抵抗効果材料としては，ペロブスカイト構造の（Ｌｎ1-xＭａx）1-yＭｂＯ3-z（ここに０＜ｘ≦０．５，０≦ｙ≦０．２，０≦ｚ≦０．６，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），層状ペロブスカイト構造の（Ｌｎ2-uＭａ1+u）1-vＭｂ2Ｏ7-w（ここに０＜ｕ≦１．０，０≦ｖ≦０．２，０≦ｗ≦１．０，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），Ｓｉ及びこれらに微量の添加元素を加えた物質のいずれか１種以上よりなる材料を用いることができる。また，上記マトリックス材料としては，ジルコニア（ＺｒＯ2），Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＯ2，３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｌａ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4等を用いることができる。本実施形態においては、常温で高強度を有し、かつ破壊靭性が高いジルコニア（ＺｒＯ2）を用いるものとする。なお、感圧体の構造および形成材料に関する記載については、上記特許文献１ならびに特開２００１−２４２０１９、特開２００２−１４５６６４等に既に述べられているため、ここでの詳説は控えることとする。
【００２７】
また、この場合、感圧体を覆う絶縁体も、感圧体と同様にセラミックスを主材料として用いることが有効である。ジルコニア（ＺｒＯ2）をはじめ、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＯ2，３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｌａ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4等を用いることも可能である。なお、本実施形態において、絶縁体は感圧体と同じジルコニア（ＺｒＯ2）又は電気的連続性を持たない範囲で圧力抵抗材料を加えたジルコニア（ＺｒＯ2）を用いるものとする。
【００２８】
荷重センサは、上記のような構成をなす素子が、荷重の印加によって圧力が加えられ、その圧力に基づいてオーム抵抗が変化するため、該オーム抵抗の変化に基づいて荷重を検出することができる。
【００２９】
次いで、図１に示す本発明のトルクセンサを含んだ駆動部５０の組立方法について、図４を用いて説明を行う。図４に示すように、本発明の電動パワーステアリング装置に備えられた駆動部５０は、ギアユニット３０´とトルクセンサユニット１´、さらにはスパイラルケーブル１３と入力軸１０とから構成される。この場合、スパイラルケーブル１３はトルクセンサユニット´の中間部１ｂに巻きつく形で配され、入力軸はトルクセンサユニット１´の第１結合部１ａと係合し、図１のように所定の位置に設けられた孔にピン１２を圧入することで両者を一体回転可能に結合する。また、ギアユニット３０´と、トルクセンサユニット１´は、それぞれ独立したユニットとして別々に形成しておくことが可能であるため、完成されたユニット同士を組付けるだけで簡易に結合できる。この場合、トルクセンサユニット１´の第２結合部６を、ギアユニット３０´の出力軸２０に設けられた結合孔６ａに圧入して組付ける。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるのではなく、請求項に記載の記載に基づく技術的範囲を逸脱しない限り、種々の変形ないし改良を付加することができる。以下、上記実施形態とは異なる実施形態としてその一例を示す。
【００３１】
図５は、図１とは異なる構成をなし、この場合、第２回転部４が入力軸１０と結合される構造となる。トルクセンサ１を含んだ図８の駆動部５０を示す概略図である。この場合も、図４のようにトルクセンサユニット１´は入力軸１０とトルクセンサ１とが連結した状態をなすものである。入力軸１０とトルクセンサ１とは、図１におけるトルクセンサ１と出力軸２０との結合と同様に、トルクセンサ１に備えられた結合部６が入力軸に備えられた結合孔６ａに圧入されることで連結している。また図６は、図５に示したトルクセンサのＢ−Ｂ´断面図である。図６に示されているように出力軸２０とトルクセンサ１とは、出力部の突出部に設けられた外歯車２０ｃとトルクセンサ１の回転中心部の開口内に設けられたセレーション２０ｄとが噛合するように固定され、両者が一体回転可能に結合される。
【００３２】
なお、本発明のトルクセンサは、上記実施形態のように、トルクが入力される入力軸１０、入力軸に加えられたトルクが伝達される出力軸２０のようにトルクが加えられる方向を設定する必要は無く、上記入力軸１０、出力軸２０のどちらからトルクが加えられても、トルクセンサ１は同様に荷重を検出することが可能である。
【００３３】
また、本発明のトルクセンサの実施例では、第２回転部は円弧上の形状をしているが、コの字型の形状でもよい。具体的に言えば、第２回転部材は２つのコの字型の部材からなり、２つのコの字型部材の開口側を向き合わせて備えられるとともに、コの字型部材の開口部を挟む２つの突出部と、もう一方の部材の同様の２つの突出部との間には、第１回転部材の突出部が挟まれる形で備えられ、かつ第１回転部材の突出部と第２回転部材のコの字形状の突出部との間には荷重センサを挟むための所定幅の隙間を有するように備えられていても良い。また、例えば図７のように、第２回転部材４を円弧部の一部を切欠いた切欠き部分４ａを形成し、半径方向の幅を細くすることで、第２回転部材４自身の剛性を下げ、第２回転部材の一部を肉薄に形成することにより、第２回転部材は荷重センサの隙間が開く方向の弾性変形がし易くなり、荷重センサを圧入し易くすることもできる。
【００３４】
なお、上記実施形態は、あくまで例示的に示すものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明は、請求項の記載に基づく技術的範囲を逸脱しない限り、種々の変形ないし改良を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のトルクセンサを含む駆動部の第１実施形態を示す概略図
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す概略図
【図３】トーションバーを用いた従来のトルクセンサとその周辺構造を示す概略図
【図４】本発明のトルクセンサを周辺構造に組付け方法を示す概略図
【図５】本発明のトルクセンサを含む駆動部の第２実施形態を示す概略図
【図６】図５のＢ−Ｂ´断面を示す概略図
【図７】本発明のトルクセンサの第３実施形態を示す概略図
【図８】本発明のトルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置の一実施形態を模式的に示す模式図
【符号の説明】
【００３６】
１  トルクセンサ
１ａ  第１結合部
２  第１回転部材
３  連結部
４  第２回転部材
５（５１〜５４）  荷重センサ
６  第２結合部
１０  入力軸
２０  出力軸
３０  ホイールギア
１００  電動パワーステアリング装置
１１０  操舵ステアリング
１１２ａ  ステアリング軸
１１２ｂ  ピニオンシャフト
１３０  操舵制御部（ＥＣＵ）
【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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