(57)【要約】【課題】非磁性体１４の窓２１を通る磁束を十分に大きくして、トルク検出精度の向上を図る。【解決手段】円筒状の非磁性体１４に、複数の窓２１を周方向に等間隔毎に形成する。各窓２１の軸方向位置に対応して、非磁性体１４の外周側に２つのコイル９を同心状に配設する。各コイル９の軸方向両側及び外周側の三方を、磁性材料からなるヨーク１６により囲う。窓２１の軸方向内縁２２，２３を、対応するヨーク１６の軸方向外側面２４，２５に比して、ヨーク１６の軸方向中央から遠い側に配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸周りに捻れ変形可能なトーションバーと、
このトーションバーにより同軸上に連結された第１シャフト及び第２シャフトと、
上記第１シャフトとともに回転し、磁性力の強弱が周方向に交互に発生する磁性体と、
この磁性体の外周側に同心状に設けられ、上記第２シャフトとともに回転し、導電性を有する非磁性材料からなる略円筒状の非磁性体と、
この非磁性体に形成され、少なくとも軸方向長さがほぼ一定である窓と、
上記窓の軸方向位置に対応して、上記非磁性体の外周側に同心状に配設されるコイルと、
このコイルの少なくとも軸方向両側を囲うようにコイルを保持し、かつ、磁性材料からなるヨークと、
上記磁性体と窓との重なり具合によって変化するコイルのインピーダンスに基づいて第１シャフト又は第２シャフトの入力トルクを検出するトルク検出手段と、を有し、
上記窓の少なくとも一方の軸方向内縁が、対応するヨークの軸方向外側面に比して、ヨークの軸方向中央から遠い側に位置しているトルクセンサ。
【請求項２】
上記窓の軸方向長さがヨークの軸方向長さよりも長く、かつ、上記窓の一対の軸方向内縁の双方が、対応するヨークの軸方向外側面に比して、ヨークの軸方向中央から遠い側に位置している請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
上記窓が軸方向に並設された第１窓及び第２窓により構成され、
上記第１窓と第２窓とが互いに近接する側の窓の軸方向内縁は、対応するヨークの軸方向外側面に比してヨークの軸方向中央に近い側に位置し、
上記第１窓と第２窓とが互いに離間する側の窓の軸方向内縁は、対応するヨークの軸方向外側面に比してヨークの軸方向中央から遠い側に位置している請求項１に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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、特に、入力トルクを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。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトルクセンサの一例が特許文献１に開示されている。このトルクセンサは、入力シャフトと出力シャフトをトーションバーを介して連結することによって入力トルクを両シャフトの相対的な回転変位に変換し、さらに、その回転変位をコイルのインピーダンス変化に変換して、検出回路で検出したインピーダンス値に基づいて入力トルクを求めるようになっている。コイルは、内周側が開口した断面略コ字状の環状をなすヨークにより保持されている。
【０００３】
このコイルの内周側には、出力シャフトとともに回転する円筒状の非磁性体が配設され、この非磁性体には複数の窓が軸方向に２列かつ周方向に等間隔置きに配設されている。この非磁性体の更に内周側には、入力シャフトとともに回転する磁性体が配設されている。磁性体は、磁性力の強弱が周方向で交互に現れるように、例えば複数の軸方向溝が周方向に等間隔に形成された歯車形状をなしている。従って、両シャフトの相対的な回転変位により窓を通る磁束量が変化し、コイルのインピーダンスが変化する。
【０００４】
上記特許文献１では、各窓の軸方向長さを、コイルの軸方向長さよりも長くするとともに、ヨークの軸方向長さよりも短くすることにより、軸方向の部品精度や組立誤差等が検出精度に与える影響を小さくできる、と記載されてる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−６１２６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヨークにはコイルの磁束を誘導する機能があるため、上記特許文献１のように窓の軸方向長さをヨークの軸方向長さよりも短く制限すると、窓を通る磁束の量が制限されてしまい、コイルのインピーダンスの検出値が低く抑制され、検出精度の低下を招いてしまう。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものでり、窓を通る磁束の量、つまりコイルのインピーダンスの検出値を有効に増大して、トルク検出精度の向上を図ることを主たる目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るトルクセンサは、軸周りに捻れ変形可能なトーションバーと、このトーションバーにより同軸上に連結された第１シャフト及び第２シャフトと、上記第１シャフトとともに回転し、磁性力の強弱が周方向に交互に発生する磁性体と、この磁性体の外周側に同心状に設けられ、上記第２シャフトとともに回転し、導電性を有する非磁性材料からなる略円筒状の非磁性体と、この非磁性体に形成され、少なくとも軸方向長さがほぼ一定である窓と、上記窓の軸方向位置に対応して、上記非磁性体の外周側に同心状に配設されるコイルと、このコイルの少なくとも軸方向両側を囲うようにコイルを保持し、かつ、磁性材料からなるヨークと、上記磁性体と窓との重なり具合によって変化するコイルのインピーダンスに基づいて第１シャフト又は第２シャフトの入力トルクを検出するトルク検出手段と、を有し、上記窓の少なくとも一方の軸方向内縁が、対応するヨークの軸方向外側面に比して、ヨークの軸方向中央から遠い側に位置している。
【０００８】
この発明によれば、窓を通る磁束の量が軸方向で制限されることを低減・解消することができる。従って、コイルのインピーダンスの検出値を十分に高く確保し、トルク検出精度の向上を図ることができる。
【０００９】
好ましくは、上記窓の軸方向長さがヨークの軸方向長さよりも長く、かつ、上記窓の一対の軸方向内縁の双方が、対応するヨークの軸方向外側面に比して、ヨークの軸方向中央から遠い側に位置している。この場合、窓の軸方向両側の双方で、窓を通る磁束の量が軸方向で制限されることがない。従って、コイルのインピーダンスの検出値を更に十分に高く確保し、トルク検出精度を一層向上することができる。
【００１０】
あるいは、上記窓が軸方向に並設された第１窓及び第２窓により構成され、上記第１窓と第２窓とが互いに近接する側の窓の軸方向内縁は、対応するヨークの軸方向外側面に比してヨークの軸方向中央に近い側に位置し、上記第１窓と第２窓とが互いに離間する側の窓の軸方向内縁は、対応するヨークの軸方向外側面に比してヨークの軸方向中央から遠い側に位置している。
【００１１】
このように、第１窓と第２窓の互いに近接する側では、窓をヨークよりも短くすることにより、２つのヨークを十分に近接して配置して、軸方向寸法を抑制しつつ、軸方向に近接する２つのヨーク及びコイルの磁束が互いに影響し合うことを有効に抑制することができる。また、第１窓と第２窓とが互いに離間する側では、窓をヨークよりも延長することにより、窓を通る磁束の量が軸方向で制限されることがなく、コイルのインピーダンスの検出値を高く確保し、トルク検出精度を向上することができる。つまり、軸方向寸法の低減化とトルク検出精度の向上とを高いレベルで両立することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、図３〜６を参照して、後述する第１実施例及び第２実施例に共通するトルクセンサ１の基本構成及びその作用効果について説明する。
【００１３】
このトルクセンサ１は、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される。図３に示すように、車体側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入力シャフト（第１シャフト）３と、ホイール操舵用のラックに連係される出力シャフト（第２シャフト）４とが、それぞれ軸受５（出力シャフト４の軸受は図示されていない）を介して回動自在に支持されている。両シャフト３，４は、軸周りに捻れ変形が可能なトーションバー６を介して同軸上に連結され、両者間に作用するトルクがトーションバー６の捩れ量に変換されるようになっている。出力シャフト４の軸方向中間位置の外周にはアシスト用ギヤ７が取り付けられ、そのギヤ７に、入力トルクに応じたアシスト力を付与するための電動モータ８の出力ギヤ（図示せず）が噛合されている。
【００１４】
トルクセンサ１は、トーションバー６の捩れによる両シャフト３，４の相対回動量・回転変位を、入力トルクに応じたコイル９のインピーダンスの変化量に変換し、そのインピーダンスに基いた検出信号を電動モータ８の制御部に出力するようになっている。すなわち、トルクセンサ１は、入力シャフト３の外周に同心状に配設される略円筒状の磁性体１３と、この磁性体１３の外周側に非接触状態で同心状に配置される略円筒状の非磁性体１４と、この非磁性体１４の外周側に非接触状態で同心状に配設されるとともに、上記のハウジング２に固定され、上記のコイル９を含む一対の第１コイルユニット１１Ａ及び第２コイルユニット１１Ｂと、各コイルユニット１１Ａ，１１Ｂのコイル９のインピーダンスを検出する検出回路部１２と、を備えている。
【００１５】
第１コイルユニット１１Ａと第２コイルユニット１１Ｂとは軸方向に並設されており、互いにほぼ同じ構成となっている。なお、以下の説明において、第１コイルユニットに対応する構成要素には必要に応じて参照符号の後にＡを付し、第２コイルユニットに対応する構成要素には必要に応じて参照符号の後にＢを付している。
【００１６】
磁性体１３は、磁性力の強弱を周方向に交互に発生させる機能を有している。例えばこの例では、磁性を有する円筒状の磁性部材１３ａ（図４参照）と、この磁性部材１３ａの外周を囲う導電性を有する非磁性材料からなる非磁性部材１３ｂと、を有している。図５に示すように、この非磁性部材１３ｂには、磁性部材１３ａを露出させる所定数（この例では８個）の軸方向孔１３ｃが周方向に等間隔に形成されている。軸方向孔１３ｃの周方向部分では磁性力が強く、軸方向孔１３ｃ以外の周方向部分では磁性力が弱くなる。
【００１７】
非磁性体１４は、アルミニウムのような導電性かつ非磁性材料により成形されており、入力シャフト３に固定され、この入力シャフト３とともに回転する。図６にも示すように、この非磁性体１４には、上記の第１，第２コイルユニット１１Ａ，１１Ｂの軸方向位置に対応して、軸方向の上下２列に、複数の第１窓２１Ａ及び第２窓２１Ｂが形成されている。各列には軸方向孔１３ｃと同じ数（この例では８個）の窓が周方向に等間隔置きに形成されている。但し、第１窓２１Ａと第２窓２１Ｂとは周方向に互いにオフセットして配置されている。各窓２１は、軸方向長さ及び周方向長さが一定で、かつ、軸方向に長い矩形状をなしている。窓２１を通る磁束の量が制限されることのないように、軸方向孔１３ｃは第１窓２１Ａ及び第２窓２１Ｂを越える軸方向長さに延長形成されている（図３参照）。
【００１８】
トーションバー６の捩れ量が０の中立位置において、第１窓２１Ａと軸方向孔１３ｃとの重なり度合い（面積）と、第２窓２１Ｂと軸方向孔１３ｃとの重なり度合いと、が等しくなり、第１コイルユニット１１Ａの第１コイル９Ａと第２コイルユニット１１Ｂの第２コイル９Ｂとのインピーダンスの検出値が等しくなるように設定されている。この中立位置から入力シャフト３と出力シャフト４が相対回動すると、各コイル９Ａ，９Ｂのインピーダンスが常に逆向きに同量だけ増減変化する。例えば、中立位置から両シャフト３，４が一方に相対回転すると、第１窓２１Ａと軸方向孔１３ｃとの重なり度合いが増大するとともに、第２窓２１Ｂと軸方向孔１３ｃとの重なり度合いが減少する。逆に、両シャフト３，４が他方に相対回転すると、第１窓２１Ａと軸方向孔１３ｃとの重なり度合いが減少するとともに、第２窓２１Ｂと軸方向孔１３ｃとの重なり度合いが増大する。このような両コイル９Ａ，９Ｂのインピーダンスの差を求め、その差を基にして入力トルクを求めるようにしている。したがって、このトルクセンサ１の場合、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が相殺され、その結果、安定したトルク検出が可能となる。
【００１９】
図１及び図２はコイルユニット１１及び非磁性体１４を示す断面図であり、図１は第１実施例、図２は第２実施例に対応している。なお、図１，２では説明の明瞭化のために第１窓２１Ａと第２窓２１Ｂとを同じ周方向位置に描いているが、実際には上述したように窓２１Ａ，２１Ｂは周方向で互いにオフセットしている。
【００２０】
各コイルユニット１１は、コイル９が巻回される樹脂製のコイルボビン１５と、このコイルボビン１５の軸方向両側及び外周側の三方を囲うように、断面略コ字状の略円環状をなし、コイル９及びコイルボビン１５を保持するコイルヨーク１６と、を有している。コイルボビン１５は、外周側が開放する断面略コ字状で、かつ、全体として略環状をなしている。コイルヨーク１６は、コイルボビン１５の軸方向一側及び外周側を囲う断面略Ｌ字状の主ヨークブロック１７と、コイルボビン１５の軸方向他側を覆う円環プレート状の副ヨークブロック１８と、により構成され、磁性を有する磁性材料により形成されている。組立の際には、主ヨークブロック１７の内側にコイル９及びコイルボビン１５を収容した状態で、副ヨークブロック１８が主ヨークブロック１７に圧入等により固定される。
【００２１】
二つのコイルユニット１１Ａ，１１Ｂは、皿ばね（図示せず）等の付勢力により、副ヨークブロック１８側を軸方向に互いに突き合わせた状態で、ハウジング２に支持されている。但し、図１の第１実施例では２つのコイルユニット１１Ａ，１１Ｂ間にスペーサ３０が介装されている。
【００２２】
次に、図１を参照して、第１実施例の特徴的な構成及び作用効果について説明する。
【００２３】
窓２１の軸方向長さＬ１が、ヨーク１６の軸方向長さＬ２よりも長く設定されており、かつ、窓２１の一対の軸方向内縁２２，２３が、対応するヨーク１６の軸方向外側面２４，２５よりもヨーク１６の軸方向中央から遠い側に位置している。すなわち、窓２１がヨーク１６を越えて軸方向に延長形成されている。従って、コイルの磁束を誘導する機能を有するヨーク１６が軸方向全長にわたって窓２１から露出可能である。このため、窓２１を通る磁束が軸方向で制限されることがなく、コイルインピーダンスの検出値（ゲイン）を十分に高く確保することができるため、トルク検出精度を十分に高めることができる。
【００２４】
特に、第１窓２１Ａと第２窓２１Ｂとが軸方向に互いに近接する側でも、窓２１の軸方向内縁２３がヨーク１６の軸方向外面２５よりもヨーク１６の軸方向中央から遠い側に位置するように、第１ヨーク１６Ａと第２ヨーク１６Ｂとの間に、所定の軸方向寸法を有するスペーサ３０が介装されている。このスペーサ３０は、非電導性・非磁性である例えば安価な樹脂材料により形成されている。従って、スペーサ３０により軸方向に隣り合う第１コイルユニット１１Ａと第２コイルユニット１１Ｂとで磁束が互いに影響し合うことを防止しつつ、上述したように窓２１をヨーク１６よりも延長することによる検出精度の向上効果を得ることができる。
【００２５】
窓２１の内縁２２，２３とヨーク１６の外側面２４，２５との間には所定の軸方向間隙Ｌ３，Ｌ４が設定されており、かつ、２つの軸方向間隙Ｌ３，Ｌ４が互いに等しくなるように設定されている。従って、仮に軸方向寸法誤差や組付誤差等に起因して非磁性体１４とコイルユニット１１とが軸方向にずれたとしても、第１コイルユニット１１Ａと第２コイルユニット１１Ｂとでコイルのインピーダンスがほぼ等しく増減し、その影響が相殺されるため、トルク検出精度に与える影響が最小限に抑えられる。
【００２６】
次に、図２を参照して、第２実施例の特徴的な構成及び作用効果について列記する。
【００２７】
この第２実施例では、スペーサ３０が省略されており、第１ヨーク１６Ａと第２ヨーク１６Ｂの副ヨークブロック１８同士が直接的に面接触している。従って、第１実施例に比して軸方向寸法が短縮され、小型化・簡素化を図ることができる。
【００２８】
また、第１窓２１Ａと第２窓２１Ｂの互いに近接する側の軸方向内縁２３は、対応するヨーク１６の軸方向外側面２５に比して、ヨーク１６の軸方向中央に近い側に位置している。つまり、窓２１Ａ，２１Ｂが互いに近接する側では、窓２１がヨーク１６よりも短く形成されている。一方、第１窓２１Ａと第２窓２１Ｂの互いに遠い側の軸方向内縁２２は、対応するヨーク１６の軸方向外側面２４に比して、ヨーク１６の軸方向中央から遠い側に位置している。つまり、窓２１Ａ，２１Ｂが互いに離間する側では、窓２１がヨーク１６を越えて延長形成されている。
【００２９】
このように第２実施例では、スペーサを省略することにより軸方向短縮化を図りつつ、第１窓２１Ａと第２窓２１Ｂが互いに近接する側では、両者の軸方向内縁２３の間に所定寸法の壁３１を残して、軸方向に隣り合うヨーク１６Ａ，１６Ｂの磁束が互いに影響し合うことにより検出精度が低下することを有効に抑制し、かつ、第１窓２１Ａと第２窓２１Ｂとが互いに離間する側については、窓２１を対応するヨーク１６よりも軸方向に延長形成して、検出精度の向上を図ることができる。すなわち、軸方向短縮化と検出精度の向上とをバランス良く向上することができる。
【００３０】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記の特開平９−６１２６４号公報のように、上記の磁性体を、複数の軸方向溝が周方向に等間隔に形成された歯車形状として、磁性力の強弱が周方向で交互に現れるようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係るコイルユニット及び非磁性体を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施例に係るコイルユニット及び非磁性体を示す断面図。
【図３】上記第１，第２実施例が適用されるトルクセンサを示す断面図。
【図４】図３のトルクセンサの磁性体の磁性部材を単体で示す断面図。
【図５】図３のトルクセンサの磁性体の非磁性部材を単体で示す５Ａ−５Ａ線に沿う断面図（Ａ）及び５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図（Ｂ）。
【図６】図３のトルクセンサの非磁性体を単体で示す一部破断図（Ａ）及び６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図（Ｂ）。
【符号の説明】
１…トルクセンサ
３…入力シャフト（第１シャフト）
４…出力シャフト（第２シャフト）
６…トーションバー
９（９Ａ，９Ｂ）…コイル
１１（１１Ａ，１１Ｂ）…コイルユニット
１３…磁性体
１４…非磁性体
１６（１６Ａ，１６Ｂ）…ヨーク
２１（２１Ａ，２１Ｂ）…窓
２２，２３…窓の軸方向内縁
２４，２５…ヨークの軸方向外側面
【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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