(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シャフトと、
その第１シャフトに同軸心かつ弾性的に相対回転可能に連結される第２シャフトと、
その第１シャフトに同軸心かつ同行回転するように連結される磁性材製の第１筒状部材と、
その第２シャフトに同軸心かつ同行回転するように連結される導電性を有する非磁性材製の第２筒状部材と、
その第２筒状部材の外周を囲むように配置されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させるコイルとを備え、
その第１筒状部材は、その第１シャフトの外周を囲むと共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される磁束通過部を有し、
その第２筒状部材は、その第１筒状部材の磁束通過部を囲むと共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される磁束規制部を有し、
その磁束通過部に内方側開口が形成され、
その磁束規制部に外方側開口が形成され、
その第１筒状部材の径方向の厚さは、その第２筒状部材の径方向の厚さよりも大きくされ、
その第１シャフトの外周に周溝が形成され、
その周溝の両縁部の外周に第１筒状部材の内周が圧入されることで、その磁束通過部の内周と第１シャフトの外周との間に、その内方側開口に通じる環状の隙間が形成され、
両シャフトの径方向における外方側開口と磁束通過部との重なり面積が両シャフトの相対回転に応じて変化するように、その外方側開口と内方側開口とは両シャフトの径方向において部分的に重なるように配置され、
前記コイルとして、両シャフトの相対回転軸方向に沿って並列する同一仕様の第１コイルと第２コイルとを備え、
前記外方側開口として、両シャフトの相対回転軸方向における間隔をおいて配置される第１開口と第２開口とを備え、
その第１コイルは第１開口を通過する磁束を発生する位置に配置され、その第２コイルは第２開口を通過する磁束を発生する位置に配置され、
その第１開口と内方側開口とは、両シャフトが一方向に相対回転する時は第１開口と磁束通過部との重なり面積が増加し、両シャフトが他方向に相対回転する時は第１開口と磁束通過部との重なり面積が減少するように相対配置され、
その第２開口と内方側開口とは、両シャフトが一方向に相対回転する時は第２開口と磁束通過部との重なり面積が減少し、両シャフトが他方向に相対回転する時は第２開口と磁束通過部との重なり面積が増加するように相対配置され、
両シャフトの相対回転時において、その第１開口と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされ、
その第１開口との重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、その第２開口との重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフトにより伝達されるトルクが検出され、
前記第１開口は、前記第２筒状部材の周方向における等間隔をおいて並列するように複数形成され、
前記第２開口は、前記第２筒状部材の周方向における等間隔をおいて並列するように複数形成され、
前記内方側開口は、前記第１筒状部材の周方向における等間隔をおいて並列するように複数設けられ、
各内方側開口の周方向寸法は、各内方側開口相互間における磁束通過部の周方向寸法よりも大きくされると共に、各外方側開口の周方向寸法よりも大きくされ、
各内方側開口相互間における磁束通過部の周方向寸法は、各外方側開口の周方向寸法よりも大きくされ、
各第１開口の周方向間に各第２開口が配置され、
トルク検出範囲に対応する両シャフトの相対回転範囲において、各外方側開口が重なる内方側開口における両シャフトの相対回転軸に沿う縁は単一とされ、
第１開口が重なる内方側開口の縁と、第２開口が重なる内方側開口の縁とは、両シャフトの回転周方向において、その内方側開口の中心からみて互いに逆の側に位置するものとされているトルクセンサ。
【請求項２】
その外方側開口は、両シャフトの回転軸方向に平行な縁と回転周方向に平行な縁とを有する４辺形に沿う形状を有し、
その内方側開口は、両シャフトの相対回転軸に沿う縁を有すると共に、両シャフトの相対回転軸方向において外方側開口よりも長寸とされ、
その外方側開口は、検出範囲に対応する両シャフトの相対回転範囲では、両シャフトの相対回転軸方向において内方側開口の両端間に配置され、
両シャフトが相対回転していない検出原点位置にある時、その内方側開口における両シャフトの相対回転軸に沿う縁は、その外方側開口における両シャフトの相対回転軸に沿う中心と、径方向において重なるように配置されている請求項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、例えば操舵トルクに応じた操舵補助力を付与するパワーステアリング装置において、その操舵トルクを検出するのに適したトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば車両のパワーステアリング装置においては、ステアリングホイールの回転をステアリングシャフトを介して車輪に伝達する際、そのステアリングシャフトにより伝達されるトルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクの大きさに応じて操舵補助力を付与している。
【０００３】
例えば特開平８−２４０４９１号公報、特開平９−６１２６３号公報、特開平９−６１２６４号公報により開示されたトルクセンサにおいては、磁性材製の第１回転軸にトーションバーを介して連結された第２回転軸に、導電性を有する非磁性材製の円筒部材が同行回転するように連結され、その円筒部材を囲む磁束発生用コイルが設けられ、その円筒部材に窓が形成され、その円筒部材に囲まれる第１回転軸の外周に溝が形成されている。トルク伝達による両回転軸の相対回転による窓と溝との重なり状態の変化に応じて、その磁性材製の第１回転軸を通過する磁束が変化して電磁誘導によりコイル出力が変化するものとされ、そのコイル出力の変化に基づき伝達トルクが検出される。
【０００４】
また、特開平８−１１４５１８号公報により開示されたトルクセンサにおいては、磁性材製の第１回転軸に導電性を有する非磁性材製の第１円筒部材が同行回転するように連結され、その第１回転軸にトーションバーを介して連結された第２回転軸に、導電性を有する非磁性材製の第２円筒部材が同行回転するように連結され、両円筒部材を囲む磁束発生用コイルが設けられ、各円筒部材に窓が形成されている。トルク伝達による両回転軸の相対回転による両円筒部材の窓相互の重なり状態の変化に応じて、その磁性材製の第１回転軸を通過する磁束が変化して電磁誘導によりコイル出力が変化するものとされ、そのコイル出力の変化に基づき伝達トルクが検出される。
【０００５】
上記従来のトルクセンサにおいては、非磁性材製円筒部材により磁性材製第１回転軸に至る磁束が遮られることから、伝達トルクに応じた両回転軸の相対回転による窓と溝との重なり状態の変化、あるいは窓相互の重なり状態の変化によって、その第１回転軸を通過する磁束が変化する。また、そのコイルの磁束発生に基づき生じる交番磁界内で導電性円筒部材に生じる渦電流によっても磁性材製第１回転軸に至る磁束が遮られる。すなわち、その第１回転軸の通過磁束を変化させることに基づき伝達トルクを検出している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のトルクセンサにおいては、磁性材製第１回転軸はコイルまわりの磁気回路の構成部材として必要とされる以上に大きなものであることから、その磁気回路からの漏れ磁束が多くなり、検出効率が低下するという問題がある。また、その第１回転軸は、磁気回路を構成する上で必要とされる磁気特性と、トルクを伝達する構造部材として必要な機械的特性の双方を充足する必要がある。しかし、磁気特性と機械的特性の双方を十分に充足する材質を選定するのは困難であるという問題がある。さらに、第１回転軸に筒状部材を固定するのにビス等を用いると部品点数が増大し、圧入すると大きな圧入荷重により筒状部材が歪んで磁気特性が変化し、検出精度が低下するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決することのできるトルクセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のトルクセンサは、第１シャフトと、その第１シャフトに同軸心かつ弾性的に相対回転可能に連結される第２シャフトと、その第１シャフトに同軸心かつ同行回転するように連結される磁性材製の第１筒状部材と、その第２シャフトに同軸心かつ同行回転するように連結される導電性を有する非磁性材製の第２筒状部材と、その第２筒状部材の外周を囲むように配置されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させるコイルとを備え、その第１シャフトと第１筒状部材とは同行回転するように連結され、その第１筒状部材は、その第１シャフトの外周を囲むと共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される磁束通過部を有し、その第２筒状部材は、その第１筒状部材の磁束通過部を囲むと共に前記コイルの発生磁束の通過位置に配置される磁束規制部を有し、その磁束通過部に内方側開口が形成され、その磁束規制部に外方側開口が形成され、その磁束通過部の内周と第１シャフトの外周との間に、その内方側開口に通じる環状の隙間が形成され、両シャフトの径方向における外方側開口と磁束通過部との重なり面積が両シャフトの相対回転に応じて変化するように、その外方側開口と内方側開口とは両シャフトの径方向において部分的に重なるように配置され、その重なり面積の変化に応じた前記磁束通過部の通過磁束の変化に基づき、両シャフトにより伝達されるトルクが検出される。
その第１シャフトを構成する材料として、トルクを伝達する構造部材として必要な強度や加工性等の特性に優れた鋼材等を用いることができる。その第１筒状部材を構成する磁性材としては、トルクセンサを構成する上で必要な磁気特性に優れた例えば軟質磁性金属材料や、合成樹脂製の基材中に軟質磁性粉末を分散させることで構成される磁性樹脂材料等を用いることができる。その第２筒状部材を構成する導電性を有する非磁性材としては、アルミニウム等の導電性に優れると共に透磁率の小さい常磁性体の金属材料や、合成樹脂製の基材中に導電性を有する常磁性体の金属粉末を分散させることで構成される導電性を有する非磁性の樹脂材料等を用いることができる。
上記構成においては、トルク伝達時における両シャフトの相対回転により、磁性材製の第１筒状部材の磁束通過部に形成された内方側開口と、導電性を有する非磁性材製の第２筒状部材の磁束規制部に形成された外方側開口との重なり状態が変化する。これにより、両シャフトの径方向における外方側開口と磁束通過部との重なり面積が両シャフトの相対回転に応じて変化する。その第１筒状部材は磁性材製であり、その第２筒状部材は非磁性材製であるので、その外方側開口と磁束通過部との重なり面積の変化によって、その磁束通過部の通過磁束が変化する。また、そのコイルの磁束発生に基づき生じる交番磁界内で導電性の第１筒状部材に生じる渦電流によっても、その磁束通過部に至る磁束が遮られる。これにより、その磁束通過部の通過磁束を、その重なり面積の変化に応じて変化させることができる。その面積変化は伝達トルクに対応する両シャフトの相対回転に対応することから、その磁束変化に基づき両シャフトにより伝達されるトルクを検出できる。
上記構成によれば、その磁性材製の第１筒状部材における磁束通過部の内周と、第１シャフトの外周との間に、環状の隙間が形成されているので、そのコイルまわりの磁気回路から第１シャフトへの磁束の漏れを、その隙間により遮断することができる。その第１筒状部材と第１シャフトとは別部材であるので、その第１筒状部材としては磁気回路を構成する上で必要とされる磁気特性を充足するものを選定でき、その第１シャフトとしては、トルクを伝達する構造部材として必要な機械的特性を充足するものを選定できる。また、その第１シャフトを第１筒状部材に圧入することで、その第１筒状部材を第１シャフトに固定するための部材が不要で部品点数を削減できる。さらに、その第１筒状部材における磁束通過部の内周と第１シャフトの外周との間の環状の隙間により、その圧入荷重を低減し、圧入荷重による第１筒状部材の歪み発生を防止し、検出精度低下を阻止できる。
【０００９】
両シャフトの相対回転軸方向において、その隙間の両端間に前記内方側開口が配置されているのが好ましい。
これにより、その磁束の漏れの遮断効果を高め、第１シャフトの第１筒状部材への圧入力を小さくできる。
【００１０】
前記コイルを保持する磁性材製のコイルホルダーを備え、そのコイルホルダーは、そのコイルを囲む筒状の外周部分と、その外周部分の一端側から内方に向かう部分と、その外周部分の他端側から内方に向かう部分とを有し、両シャフトの相対回転軸方向において、前記外方側開口の寸法は前記コイルの寸法を超えると共に前記コイルホルダーの寸法未満とされ、前記外方側開口は前記コイルホルダーの両端間に配置され、前記コイルは前記外方側開口の両端間に配置されているのが好ましい。
これにより、第１シャフト、第２シャフト、第２筒状部材、およびコイルの軸方向における相対位置が、製造公差や組み立て公差により変動しても、両シャフトの相対回転軸方向において外方側開口をコイルの発生磁束の通過位置に配置できる。よって、その磁束通過部の通過磁束の公差による変動をなくし、検出精度の低下を防止できる。
【００１１】
その外方側開口は、両シャフトの回転軸方向に平行な縁と回転周方向に平行な縁とを有する４辺形に沿う形状を有し、その内方側開口は、両シャフトの相対回転軸に沿う縁を有すると共に、両シャフトの相対回転軸方向において外方側開口よりも長寸とされ、その外方側開口は、検出範囲に対応する両シャフトの相対回転範囲では、両シャフトの相対回転軸方向において内方側開口の両端間に配置され、両シャフトが相対回転していない検出原点位置にある時、その内方側開口における両シャフトの相対回転軸に沿う縁は、その外方側開口における両シャフトの相対回転軸に沿う中心と、径方向において重なるように配置されているのが好ましい。
これにより、両シャフトが一方向に相対回転した時と、他方向に相対回転した時の何れの場合にも、その相対回転量に応じたトルクを検出できる。
【００１２】
前記コイルとして、両シャフトの相対回転軸方向に沿って並列する同一仕様の第１コイルと第２コイルとを備え、前記外方側開口として、両シャフトの相対回転軸方向における間隔をおいて配置される第１開口と第２開口とを備え、その第１コイルは第１開口を通過する磁束を発生する位置に配置され、その第２コイルは第２開口を通過する磁束を発生する位置に配置され、その第１開口と内方側開口とは、両シャフトが一方向に相対回転する時は第１開口と磁束通過部との重なり面積が増加し、両シャフトが他方向に相対回転する時は第１開口と磁束通過部との重なり面積が減少するように相対配置され、その第２開口と内方側開口とは、両シャフトが一方向に相対回転する時は第２開口と磁束通過部との重なり面積が減少し、両シャフトが他方向に相対回転する時は第２開口と磁束通過部との重なり面積が増加するように相対配置され、両シャフトの相対回転時において、その第１開口と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされ、その第１開口との重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、その第２開口との重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフトにより伝達されるトルクが検出されるのが好ましい。
この構成によれば、トルク伝達時に両シャフトが一方向に相対回転すると、その相対回転量に応じて第１開口と磁束通過部との重なり面積が増加し、第２開口と磁束通過部との重なり面積が減少する。また、トルク伝達時に両シャフトが他方向に相対回転すると、その相対回転量に応じて第１開口と磁束通過部との重なり面積が減少し、第２開口と磁束通過部との重なり面積が増加する。各重なり面積の変化に応じて磁束通過部を通過する磁束が変化する。また、両シャフトの相対回転時において、その第１開口と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされている。よって、第１開口と磁束通過部との重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、第２開口と磁束通過部との重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフトにより伝達されるトルクを検出でき、トルク検出感度が増大する。しかも、温度が変動した場合、第１開口と重なる磁束通過部を通過する磁束と、第２開口と重なる磁束通過部を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両磁束変化の差に基づきトルクを検出することで温度変動による検出トルクの変動を相殺できる。
【００１３】
前記第１開口は、前記第２筒状部材の周方向における等間隔をおいて並列するように複数形成され、前記第２開口は、前記第２筒状部材の周方向における等間隔をおいて並列するように複数形成され、前記内方側開口は、前記第１筒状部材の周方向における等間隔をおいて並列するように複数設けられ、各内方側開口の周方向寸法は、各内方側開口相互間における磁束通過部の周方向寸法よりも大きくされると共に、各外方側開口の周方向寸法よりも大きくされ、各内方側開口相互間における磁束通過部の周方向寸法は、各外方側開口の周方向寸法よりも大きくされ、各第１開口の周方向間に各第２開口が配置され、トルク検出範囲に対応する両シャフトの相対回転範囲において、各外方側開口が重なる内方側開口における両シャフトの相対回転軸に沿う縁は単一とされ、第１開口が重なる内方側開口の縁と、第２開口が重なる内方側開口の縁とは、両シャフトの回転周方向において、その内方側開口の中心からみて互いに逆の側に位置するものとされているのが好ましい。
これにより外方側開口と内方側開口の数を多くしてトルク検出感度を向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１〜図５に示すトルクセンサ１は、車両のパワーステアリング装置における操舵トルクを検出する。そのトルクセンサ１は、ハウジング２と、第１シャフト３と、第２シャフト４とを備えている。各シャフト３、４は鋼材等とされている。その第１シャフト３は、軸受５を介してハウジング２により支持され、ブッシュ６を介して第２シャフト４の一端に形成された凹部４ａの内周により支持される。その第２シャフト４は、軸受７を介してハウジング２により支持される。その検出トルクに応じて操舵補助力が付与される。
【００１５】
その第１シャフト３に形成された軸方向孔３ａと、その第２シャフト４の凹部４ａとにトーションバー８が挿入されている。そのトーションバー８の一端はピン９により第１シャフト３に同行回転するように連結され、他端はセレーション１０を介して第２シャフト４に同行回転するように連結される。これにより、その第２シャフト４は第１シャフト３と同軸心に配置されると共に、第１シャフト３に弾性的に相対回転可能に連結される。その第１シャフト３の一端側はステアリングホイール（図示省略）に接続され、その第２シャフト４の他端側は例えばラックピニオン式ステアリングギア等のステアリングギアに接続される。これにより、操舵のためのステアリングホイールの回転が第１、第２シャフト３、４を介して車輪に伝達され、操舵角が変化する。
【００１６】
その第１シャフト３は、円筒形の第１筒状部材１１に圧入されている。これにより、その第１シャフト３と第１筒状部材１１とは同軸心かつ同行回転するように連結されている。
【００１７】
その第２シャフト４は、円筒形の第２筒状部材１２と同行回転するように連結されている。本実施形態では、その第２筒状部材１２は第２シャフト４の一端側外周に圧入されているが、ネジや溶接等の適当な固着手段により一体化されてもよい。この第２筒状部材１２は、ハウジング２内において第１、第２シャフト３、４、第１筒状部材１１と同軸心に配置され、第１筒状部材１１の外周を隙間を介して覆う。
【００１８】
そのハウジング２の内周に、磁性材製の第１コイルホルダー３１と磁性材製の第２コイルホルダー３２とが挿入されている。図２に示すように、各コイルホルダー３１、３２は、円筒状の外周部分３１ａ、３２ａと、その外周部分３１ａ、３２ａの一端側から内方に向かう円環状の周壁部分３１ｂ、３２ｂと、その外周部分３１ａ、３２ａの他端側から内方に向かう円環状の蓋部分３１ｃ、３２ｃとから構成される。各コイルホルダー３１、３２は、ハウジング２の内周に形成される段差２ａと、ハウジング２の内周に嵌め合わされる止め輪５３とにより、板バネ５４を介して挟み込まれ、これによりハウジング２に固定される。
【００１９】
その第１コイルホルダー３１により保持される第１コイル３３と、その第２コイルホルダー３２により保持される第２コイル３４とが、両シャフト３、４の相対回転軸方向に沿って並列する。両コイル３３、３４は同一仕様であり、導線３３ａ、３４ａを絶縁材製のボビン３３ｂ、３４ｂに第１シャフト３の軸心まわりに巻き付けることで構成され、各コイルホルダー３１、３２の内周に挿入されている。各コイルホルダー３１、３２及びコイル３３、３４は、上記第２筒状部材１２の外周を隙間を介して囲むように配置される。各コイル３３、３４は、後述のようにトルク検出回路を構成し、交番磁界を生じるように磁束を発生させる。
【００２０】
その第１筒状部材１１は磁性材製とされ、第１シャフト３の外周を囲むと共にコイル３３、３４の発生磁束の通過位置に配置される磁束通過部を有する。その磁束通過部に内方側開口として複数の上部開口４１と複数の下部開口４２とが形成されている。図３、図４に示すように、それら上部開口４１は、互いに第１筒状部材１１の周方向における等間隔をおいて並列する。それら下部開口４２は、互いに第１筒状部材１１の周方向における等間隔をおいて並列する。各開口４１、４２の形状、寸法は互いに等しくされ、本実施形態では両シャフト３、４の回転軸方向に平行な縁と回転周方向に平行な縁とを有する４辺形に沿う形状を有する。その上部開口４１と下部開口４２とは、両シャフト３、４の相対回転軸方向に沿って間隔をおいて並列配置されている。各内方側開口４１、４２の周方向寸法Ｓ１は、各内方側開口４１、４２の相互間における磁束通過部の周方向寸法Ｓ２よりも大きくされている。
【００２１】
その第１筒状部材１１の磁束通過部の内周と第１シャフト３の外周との間に、上記内方側開口４１、４２に通じる環状の隙間δが形成されている。本実施形態では、その第１シャフト３の外周に周溝３ａが形成され、その周溝３ａの両縁部の外周に第１筒状部材１１の両周縁部の内周が圧入され、その周溝３ａの底面と第１筒状部材１１の内周との間が隙間δとされている。両シャフト３、４の相対回転軸方向において、その隙間δの両端δ′、δ″間に内方側開口４１、４２が配置され、後述の磁束の漏れの遮断効果を高め、第１シャフト３の第１筒状部材１１への圧入力を小さくしている。
【００２２】
その第２筒状部材１２は、導電性を有する非磁性材製とされ、その第１筒状部材１１の磁束通過部を囲むと共に各コイル３３、３４の発生磁束の通過位置に配置される磁束規制部を有する。その磁束規制部に外方側開口として複数の第１開口４３と複数の第２開口４４とが形成されている。その第１開口４３と第２開口４４とは、両シャフト３、４の相対回転軸方向における間隔をおいて配置されている。それら第１開口４３は、互いに第２筒状部材１２の周方向における等間隔をおいて並列する。それら第２開口４４は、互いに第２筒状部材１２の周方向における等間隔をおいて並列する。各開口４３、４４の形状、寸法は互いに等しくされ、本実施形態では両シャフト３、４の回転軸方向に平行な縁と回転周方向に平行な縁とを有する４辺形に沿う形状を有する。上記第１コイル３３は各第１開口４３を通過する磁束を発生する位置に配置され、上記第２コイル３４は各第２開口４４を通過する磁束を発生する位置に配置される。
【００２３】
図２に示すように、両シャフト３、４の相対回転軸方向において、各外方側開口４３、４４の寸法は各コイル３３、３４の寸法を超えると共に各コイルホルダー３１、３２の寸法未満とされ、第１開口４３は第１コイルホルダー３１の両端間に配置され、第２開口４４は第２コイルホルダー３２の両端間に配置され、第１コイル３３は第１開口４３の両端間に配置され、第２コイル３４は第２開口４４の両端間に配置される。これにより、第１シャフト３、第２シャフト４、第１コイル３３、第２コイル３４、および第２筒状部材１２の軸方向における相対位置が、製造公差や組み立て公差により変動しても、両シャフト３、４の相対回転軸方向において外方側開口４３、４４をコイル３３、３４の発生磁束の通過位置に配置できる。よって、その磁束通過部の通過磁束の公差による変動をなくし、検出精度の低下を防止できる。
【００２４】
両シャフト３、４の径方向における外方側開口と上記第１筒状部材１１の磁束通過部との重なり面積が両シャフト３、４の相対回転に応じて変化するように、その外方側開口と上記内方側開口とは両シャフト３、４の径方向において部分的に重なるように配置されている。すなわち、図４に示すように、両シャフト３、４の相対回転軸方向において、各内方側開口を構成する上下部開口４１、４２それぞれは、各外方側開口を構成する第１、第２開口４３、４４それぞれよりも長寸とされている。その第１開口４３は、トルク検出範囲に対応する両シャフト３、４の相対回転範囲では、両シャフト３、４の相対回転軸方向において上部開口４１の両端間に配置され、両シャフト３、４の径方向において上部開口４１における両シャフト３、４の相対回転軸に沿う単一の縁４１ａと重なる。その第２開口４４は、トルク検出範囲に対応する両シャフト３、４の相対回転範囲では、両シャフト３、４の相対回転軸方向において下部開口４２の両端間に配置され、両シャフト３、４の径方向において下部開口４２における両シャフト３、４の相対回転軸に沿う単一の縁４２ａと重なる。
【００２５】
両シャフト３、４が検出原点位置にある時、すなわち舵角が零の時、第１開口４３と磁束通過部との重なり面積と第２開口４４と磁束通過部との重なり面積とは互いに等しくされている。すなわち図３、図４に示すように、両シャフト３、４が相対回転していない検出原点位置にある時、各上部開口４１における両シャフト３、４の相対回転軸に沿う一つの縁４１ａは、各第１開口４３における両シャフト３、４の相対回転軸に沿う中心と径方向において重なるように配置され、各下部開口４２における両シャフト３、４の相対回転軸に沿う一つの縁４２ａは、各第２開口４４における両シャフト３、４の相対回転軸に沿う中心と径方向において重なるように配置されている。各外方側開口４３、４４の周方向寸法Ｐ１は、各内方側開口４１、４２の周方向寸法Ｓ１および各内方側開口４１、４２の相互間における磁束通過部の周方向寸法Ｓ２よりも小さくされている。
【００２６】
また、両シャフト３、４の径方向における第１開口４３と磁束通過部との重なり面積は、両シャフト３、４が一方向に相対回転する時は増加し、両シャフト３、４が他方向に相対回転する時は減少するように、その第１開口４３と上部開口４１とは相対配置されている。また、両シャフト３、４の径方向における第２開口４４と磁束通過部との重なり面積は、両シャフト３、４が一方向に相対回転する時は減少し、両シャフト３、４が他方向に相対回転する時は増加するように、その第２開口４４と下部開口４２とは相対配置されている。すなわち、各第１開口４３の周方向間に各第２開口４４が配置され、第１開口４３と重なる内方側開口である上部開口４１の縁４１ａと、第２開口４４と重なる内方側開口である下部開口４２の縁４２ａとは、両シャフト３、４の回転周方向においてその内方側開口の中心からみて互いに逆の側に位置するものとされている。両シャフト３、４の相対回転時において、その第１開口４３と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口４４と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされている。
【００２７】
図２において二点鎖線βで示すように、第１コイル３３の発生磁束が第１コイルホルダー３１、第２筒状部材１２の第１開口４３、第１筒状部材１１の磁束通過部を通過することで、その第１コイルホルダー３１および第１筒状部材１１の磁束通過部を構成要素として含む第１磁気回路が構成される。また、第２コイル３４の発生磁束が第２コイルホルダー３２、第２筒状部材１２の第２開口４４、第１筒状部材１１の磁束通過部を通過することで、その第２コイルホルダー３２および第２筒状部材１２の磁束通過部を構成要素として含む第２磁気回路が構成される。
【００２８】
上記構成において、トルク伝達時における両シャフト３、４の相対回転により、磁性材製の第１筒状部材１１の磁束通過部に形成された内方側開口４１、４２と、導電性を有する非磁性材製の第２筒状部材１２の磁束規制部に形成された外方側開口４３、４４との重なり状態が変化する。これにより、両シャフト３、４の径方向における外方側開口４３、４４と磁束通過部との重なり面積が両シャフト３、４の相対回転に応じて変化する。その第１筒状部材１１は磁性材製であり、その第２筒状部材１２は非磁性材製であるので、その外方側開口４３、４４と磁束通過部との重なり面積の変化によって、その磁束通過部の通過磁束が変化する。また、コイル３３、３４の磁束発生に基づき生じる交番磁界内で導電性の第１筒状部材１１に生じる渦電流によっても、その磁束通過部に至る磁束が遮られる。これにより、その磁束通過部の通過磁束を、その重なり面積の変化に応じて変化させることができる。その面積変化は伝達トルクに対応する両シャフト３、４の相対回転に対応する。その磁束変化に基づく電磁誘導によりコイル３３、３４出力が変化するものとされ、そのコイル出力の変化に基づき伝達トルクが検出される。
【００２９】
また、上記構成においては、トルク伝達時に両シャフト３、４が一方向に相対回転すると、その相対回転量に応じて第１開口４３と磁束通過部との重なり面積が増加し、第２開口４４と磁束通過部との重なり面積が減少する。また、トルク伝達時に両シャフト３、４が他方向に相対回転すると、その相対回転量に応じて第１開口４３と磁束通過部との重なり面積が減少し、第２開口４４と磁束通過部との重なり面積が増加する。各重なり面積の変化に応じて磁束通過部を通過する磁束が変化する。また、両シャフト３、４の相対回転時において、その第１開口４３と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値と、その第２開口４４と磁束通過部との重なり面積の変化の絶対値とは互いに等しくされている。よって、第１開口４３と磁束通過部との重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化と、第２開口４４と磁束通過部との重なり面積の変化に応じた磁束通過部の通過磁束の変化との差に基づき、両シャフト３、４により伝達されるトルクを検出でき、トルク検出感度が増大する。また、両シャフト３、４が一方向に相対回転した時と、他方向に相対回転した時の何れの場合にも、その相対回転量に応じたトルクを検出できる。しかも、温度が変動した場合、第１開口４３と重なる磁束通過部を通過する磁束と、第２開口４４と重なる磁束通過部を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両磁束変化の差に基づきトルクを検出することで温度変動による検出トルクの変動を相殺できる。
【００３０】
本実施形態では、各コイル３３、３４は、ハウジング２の外面側に取り付けられるプリント基板３５に配線を介して接続される。そのプリント基板３５に、図５に示すトルク検出回路が形成されている。その回路において、第１コイル３３は抵抗４５を介して発振器４６に接続され、第２コイル３４は抵抗４７を介して発振器４６に接続され、各コイル３３、３４は差動増幅回路４８に接続される。これにより、両シャフト３、４間でのトルク伝達によりトーションバー８が捩れることで両シャフト３、４が弾性的に相対回転し、その伝達トルクに応じて外方側開口４３、４４と磁束通過部との重なり面積が変化し、その重なり面積の変化により磁束通過部の通過磁束が変化することで、第１、第２コイル３３、３４の出力が変化する。その第１開口４３と重なる磁束通過部の通過磁束の変化と、第２開口４４と重なる磁束通過部の通過磁束の変化との差に対応する差動増幅回路４８の出力に基づき、両シャフト３、４により伝達されるトルクが検出される。その差動増幅回路４８から出力される伝達トルクに対応した信号に応じて駆動されるモータ等の図外アクチュエータにより操舵補助力が付与される。その操舵補助力の付与機構は公知の構成を採用できる。
【００３１】
上記構成によれば、磁性材製の第１筒状部材１１における磁束通過部の内周と、第１シャフト３の外周との間に、環状の隙間δが形成されているので、コイル３３、３４まわりの磁気回路から第１シャフト３への磁束の漏れを、その隙間δにより遮断することができる。その第１筒状部材１１と第１シャフト３とは別部材であるので、その第１筒状部材１１としては磁気回路を構成する上で必要とされる磁気特性を充足するものを選定でき、その第１シャフト３としては、トルクを伝達する構造部材として必要な機械的特性を充足するものを選定できる。また、その第１シャフト３を第１筒状部材１１に圧入することで、その第１筒状部材１１を第１シャフト３に固定するための部材が不要で部品点数を削減できる。さらに、その第１筒状部材１１における磁束通過部の内周と第１シャフト３の外周との間の環状の隙間δにより、その圧入荷重を低減し、圧入荷重による第１筒状部材１１の歪み発生を防止し、検出精度低下を阻止できる。
【００３２】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、第１シャフト３の一端側をステアリングギアに接続し、第２シャフト４の他端側をステアリングホイールに接続するようにしてもよい。また、両シャフト３、４の相対回転軸方向に沿って並列する上部開口４１と下部開口４２とを、両開口間の仕切り部分をなくすことで一つの内方側開口としてもよい。また、本発明のトルクセンサをステアリング装置以外においてトルクを検出するために用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、検出効率を向上し、トルクの検出だけでなく伝達を行う上で必要な優れた磁気特性と機械的特性とを併せ持ち、部品点数が少なく、検出精度、検出感度の良いトルクセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のトルクセンサの断面図
【図２】本発明の実施形態のトルクセンサの要部の断面図
【図３】本発明の実施形態のトルクセンサの要部の横断面図
【図４】本発明の実施形態のトルクセンサの筒状部材の部分展開図
【図５】本発明の実施形態のトルク検出回路を示す図
【符号の説明】
１  トルクセンサ
３  第１シャフト
４  第２シャフト
１１  第１筒状部材
１２  第２筒状部材
３１、３２  コイルホルダー
３３  第１コイル
３４  第２コイル
４１  上部開口（内方側開口）
４２  下部開口（内方側開口）
４３  第１開口（外方側開口）
４４  第２開口（外方側開口）
【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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