(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シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する導電性非磁性材製の第１規制側回転板と、
その第２シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の第１通過側回転板と、
その第１シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の第２通過側回転板と、
その第２シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する第２規制側回転板と、
シャフト軸心まわりに巻かれる導線により構成されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させる互いに同一仕様の第１、第２コイルとを備え、
両規制側回転板と両通過側回転板と両コイルとは、シャフト軸方向において並列するように配置され、
両コイルの間に両規制側回転板と両通過側回転板とが配置され、両規制側回転板の間に両通過側回転板が配置され、その第１コイルと第１通過側回転板との間に第１規制側回転板と第２通過側回転板が配置され、その第２コイルと第２通過側回転板との間に第２規制側回転板と第１通過側回転板が配置され、
その第１規制側回転板に第１規制側開口が形成され、
その第２規制側回転板に第２規制側開口が形成され、
その第１通過側回転板に、第１通過側開口と、その第２規制側開口と第１通過側回転板とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口とが形成され、
その第２通過側回転板に、第２通過側開口と、その第１規制側開口と第２通過側回転板とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口とが形成され、
その第１規制側開口と、第２通過側回転板の重なり阻止用開口と、第１通過側回転板とは、その第１コイルの発生磁束の通過位置に配置され、
その第２規制側開口と、第１通過側回転板の重なり阻止用開口と、第２通過側回転板は、その第２コイルの発生磁束の通過位置に配置され、
シャフト軸方向において、その第１規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は増加し他方向に相対回転する時は減少するように、その第１規制側開口と第１通過側開口とは相対配置され、
シャフト軸方向において、その第２規制側開口と第２通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は減少し他方向に相対回転する時は増加するように、その第２規制側開口と第２通過側開口とは相対配置され、
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、その第１規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積と、その第２規制側開口と第２通過側回転板との重なり面積とは互いに等しくされ、
両シャフトの相対回転時において、その第１規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積の変化の絶対値と、その第２規制側開口と第２通過側回転板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規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第１通過側回転板の通過磁束の変化と、その第２規制側開口と第２通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第２通過側回転板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トルクセンサ。
【請求項２】
シャフト径方向において、前記コイルの厚さ寸法は各開口の寸法未満とされると共に、各開口の内外周間に前記コイルの内外周が配置されている請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
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、そのコイルの外周側を囲む筒状の外周部分と、そのコイルの内周側を囲む筒状の内周部分と、その外周部分と内周部分における前記回転板から離れた側の一端部を連結する部分とを有し、
シャフト径方向において、シャフト軸心から前記コイルホルダー内周端までの距離は、シャフト軸心から各開口内周端までの距離未満とされ、
シャフト径方向において、シャフト軸心から各回転板の外周端までの距離は、シャフト軸心から前記コイルホルダーの外周端までの距離未満とされている請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
各開口は、シャフト径方向に沿う一対の縁と両シャフトの軸心を中心とする円周に沿う一対の縁とを有する４辺形に沿う形状を有する請求項１〜３の中の何れか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項５】
各回転板は両シャフトと同軸心の円板状とされ、
各開口は、各回転板にシャフト周方向における間隔をおいて並列するように複数形成されている請求項１〜４の中の何れか１項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】
そのトルクセンサとして、トルク変化に応じた磁気抵抗の変動に基づきトルクを検出するものが従来から用いられている。その検出原理に基づくトルクセンサは、第１シャフトと、この第１シャフトに弾性的に相対回転可能に連結された第２シャフトと、第１シャフトに固定される磁性材製の第１検出リングと、第２シャフトに固定される磁性材製の第２検出リングと、両検出リングの対向間を覆うコイルとを備えている。各検出リングの端面に複数の歯が周方向に沿って設けられ、一方の検出リングの歯と他方の検出リングの歯とはエアギャップを介して対向する。このトルクセンサにおいては、両シャフトによるトルク伝達により両検出リングが相対回転する時、一方の検出リングの歯と他方の検出リングの歯との対向面積が変化する。その面積変化により、両検出リングの歯の間のエアギャップを通過する上記コイルの発生磁束に対する磁気抵抗が変化する。その磁気抵抗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。さらに、温度変化によるトルク検出値の変動を補償するため、上記コイルと同一仕様の磁束発生用コイルと、その磁束に対する磁気抵抗の温度変化による変化を検出するための磁気回路とが設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のトルクセンサは、両シャフトから径方向に張り出す第１、第２検出リングの外方をコイルにより覆うため、径方向寸法が大きくなる。また、組み立て誤差や加工誤差の累積による検出精度の低下が問題になる。また、検出感度を増大するためには各検出リングに設ける歯の数を多くする必要があるが、そうすると各検出リングの各シャフトからの張り出し寸法が大きなり、より大型化する。さらに、温度変化による検出値変動の補償のためだけに専用の磁気回路が必要になり、シャフト軸方向寸法が大きくなると共に構造が複雑になって製造コストが増大する。
【０００５】
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。
【０００６】
【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シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する導電性非磁性材製の規制側回転板と、その第２シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の通過側回転板と、シャフト軸心まわりに巻かれる導線により構成されると共に、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、その規制側回転板と通過側回転板とコイルとは、シャフト軸方向において並列するように配置され、その規制側回転板は、その通過側回転板とコイルとの間に配置され、その規制側回転板と通過側回転板とは、そのコイルの発生磁束の通過位置に配置され、その規制側回転板に規制側開口が形成され、その通過側回転板に通過側開口が形成され、シャフト軸方向において、その規制側開口と通過側回転板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、その規制側開口と通過側開口とは両シャフトの相対回転に応じて重なり面積が変化するように相対配置され、その重なり面積の変化に応じた通過側回転板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。
その通過側回転板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磁性樹脂材料を用いることができる。その規制側回転板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、規制側回転板の規制側開口と通過側回転板の通過側開口との重なり状態が変化する。これにより、その規制側開口と通過側回転板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。その通過側回転板は磁性材製であり、その規制側回転板は非磁性材製であるので、その重なり面積の変化によって通過側回転板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規制側回転板に生じる渦電流によっても、その通過側回転板に至る磁束が遮られる。これにより、その通過側回転板の通過磁束を、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、コイルを規制側回転板と通過側回転板と共にシャフト軸方向において並列するように配置できるので、径方向寸法を小さくできる。
【０００７】
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シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する導電性非磁性材製の第１規制側回転板と、その第２シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の第１通過側回転板と、その第１シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の第２通過側回転板と、その第２シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する第２規制側回転板と、シャフト軸心まわりに巻かれる導線により構成されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させる互いに同一仕様の第１、第２コイルとを備え、両規制側回転板と両通過側回転板と両コイルとは、シャフト軸方向において並列するように配置され、両コイルの間に両規制側回転板と両通過側回転板とが配置され、両規制側回転板の間に両通過側回転板が配置され、その第１コイルと第１通過側回転板との間に第１規制側回転板と第２通過側回転板が配置され、その第２コイルと第２通過側回転板との間に第２規制側回転板と第１通過側回転板が配置され、その第１規制側回転板に第１規制側開口が形成され、その第２規制側回転板に第２規制側開口が形成され、その第１通過側回転板に、第１通過側開口と、その第２規制側開口と第１通過側回転板とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口とが形成され、その第２通過側回転板に、第２通過側開口と、その第１規制側開口と第２通過側回転板とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口とが形成され、その第１規制側開口と、第２通過側回転板の重なり阻止用開口と、第１通過側回転板とは、その第１コイルの発生磁束の通過位置に配置され、その第２規制側開口と、第１通過側回転板の重なり阻止用開口と、第２通過側回転板は、その第２コイルの発生磁束の通過位置に配置され、シャフト軸方向において、その第１規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は増加し他方向に相対回転する時は減少するように、その第１規制側開口と第１通過側開口とは相対配置され、シャフト軸方向において、その第２規制側開口と第２通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は減少し他方向に相対回転する時は増加するように、その第２規制側開口と第２通過側開口とは相対配置され、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、その第１規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積と、その第２規制側開口と第２通過側回転板との重なり面積とは互いに等しくされ、両シャフトの相対回転時において、その第１規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積の変化の絶対値と、その第２規制側開口と第２通過側回転板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規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第１通過側回転板の通過磁束の変化と、その第２規制側開口と第２通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第２通過側回転板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、その第１規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積と、第２規制側開口と第２通過側回転板との重なり面積とは、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は互いに等しく、両シャフトの相対回転時は一方が増加すると共に他方が減少し、その変化の絶対値は互いに等しい。よって、その第１規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第１通過側回転板の通過磁束変化と、第２規制側開口と第２通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第２通過側回転板の通過磁束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し、トルク検出感度を増大できる。しかも、温度が変動した場合、第１通過側回転板を通過する磁束と、第２通過側回転板を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両通過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。よって、検出感度を向上すると同時に温度変化による検出値変動の補償ができ、構造の簡単化とコスト低減を図ることができる。
【０００８】
本発明のトルクセンサは、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シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する導電性非磁性材製の第１規制側回転板と、その第１シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する第２規制側回転板と、その第２シャフトと同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する磁性材製の通過側回転板と、シャフト軸心まわりに巻かれる導線により構成されると共に、交番磁界を生じるように磁束を発生させる互いに同一仕様の第１、第２コイルとを備え、両規制側回転板と通過側回転板と両コイルとは、シャフト軸方向において並列するように配置され、両コイルの間に両規制側回転板と通過側回転板とが配置され、両規制側回転板の間に通過側回転板が配置され、その第１規制側回転板に第１規制側開口が形成され、その第２規制側回転板に第２規制側開口が形成され、その通過側回転板に通過側開口が形成され、その第１規制側開口は、その第１コイルの発生磁束の通過位置に配置され、その第２規制側開口は、その第２コイルの発生磁束の通過位置に配置され、その通過側回転板は、両コイルの発生磁束の通過位置に配置され、その第２規制側開口と通過側回転板は、その第２コイルの発生磁束の通過位置に配置され、シャフト軸方向において、その第１規制側開口と通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は増加し他方向に相対回転する時は減少するように、その第１規制側開口と通過側開口とは相対配置され、シャフト軸方向において、その第２規制側開口と通過側回転板との重なり面積が、両シャフトが一方向に相対回転する時は減少し他方向に相対回転する時は増加するように、その第２規制側開口と通過側開口とは相対配置され、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、その第１規制側開口と通過側回転板との重なり面積と、その第２規制側開口と通過側回転板との重なり面積とは互いに等しくされ、両シャフトの相対回転時において、その第１規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化の絶対値と、その第２規制側開口と通過側回転板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規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化に応じた通過側回転板の通過磁束の変化と、その第２規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化に応じた通過側回転板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、その第１規制側開口と通過側回転板との重なり面積と、第２規制側開口と通過側回転板との重なり面積とは、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は互いに等しく、両シャフトの相対回転時は一方が増加すると共に他方が減少し、その変化の絶対値は互いに等しい。よって、その第１規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化に応じた通過側回転板の通過磁束変化と、第２規制側開口と通過側回転板との重なり面積の変化に応じた通過側回転板の通過磁束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し、トルク検出感度を増大できる。しかも、温度が変動した場合、第１規制側開口を介して通過側回転板を通過する磁束と、第２規制側開口を介して通過側回転板を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両通過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。よって、検出感度を向上すると同時に温度変化による検出値変動の補償ができ、構造の簡単化とコスト低減を図ることができる。
【０００９】
シャフト径方向において、前記コイルの厚さ寸法は各開口の寸法未満とされると共に、各開口の内外周間に前記コイルの内外周が配置されているのが好ましい。これにより、シャフト、回転板、およびコイルの径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、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、その通過側回転板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。
さらに、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、そのコイルの外周側を囲む筒状の外周部分と、そのコイルの内周側を囲む筒状の内周部分と、その外周部分と内周部分における前記回転板から離れた側の一端部を連結する部分とを有し、シャフト径方向において、シャフト軸心から前記コイルホルダー内周端までの距離は、シャフト軸心から各開口内周端までの距離未満とされ、シャフト径方向において、シャフト軸心から各回転板の外周端までの距離は、シャフト軸心から前記コイルホルダーの外周端までの距離未満とされているのが好ましい。
これにより、確実に開口と通過側回転板をコイルの発生磁束の通過位置に配置できる。通過側回転板の通過磁束の公差による変動をなくすことができる。
【００１０】
各開口は、シャフト径方向に沿う一対の縁と両シャフトの軸心を中心とする円周に沿う一対の縁とを有する４辺形に沿う形状を有するのが好ましい。
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。
【００１１】
各回転板は両シャフトと同軸心の円板状とされ、各開口は、各回転板にシャフト周方向における間隔をおいて並列するように複数形成されているのが好ましい。これにより、大型化することなくトルク検出感度を向上することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図６に示す第１実施形態のトルクセンサ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。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。
【００１３】
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ている。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ている。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。
【００１４】
その第１シャフト３は、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する円板状の第１規制側回転板１１に、同軸心に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１規制側回転板１１は筒体１３と一体的に形成され、その筒体１３が後述の筒体１４′を介して第１シャフト３の外周に圧入されることで第１シャフト３と同行回転するが、その第１規制側回転板１１と第１シャフト３との連結手段は特に限定されない。この第１規制側回転板１１は、アルミニウム等の導電性を有する非磁性材製とされている。
【００１５】
その第２シャフト４は、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する円板状の第１通過側回転板１２に、同軸心に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１通過側回転板１２は筒体１４と一体的に形成され、その筒体１４が第２シャフト４の外周に圧入されることで第２シャフト４と同行回転するが、その第１通過側回転板１２と第２シャフト４との連結手段は特に限定されない。この第１通過側回転板１２は、軟質磁性金属材料等の磁性材製とされている。
【００１６】
その第１シャフト３は、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する円板状の第２通過側回転板１２′に、同軸心に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通過側回転板１２′は筒体１４′と一体的に形成され、その筒体１４′が第１シャフト３の外周に圧入されることで第１シャフト３と同行回転するが、その第２通過側回転板１２′と第１シャフト３との連結手段は特に限定されない。この第２通過側回転板１２′は、軟質磁性金属材料等の磁性材製とされている。
【００１７】
その第２シャフト４は、シャフト軸方向に直交する表裏面を有する円板状の第２規制側回転板１１′に、同軸心に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規制側回転板１１′は筒体１３′と一体的に形成され、その筒体１３′が上記筒体１４を介して第２シャフト４の外周に圧入されることで第２シャフト４と同行回転するが、その第２規制側回転板１１′と第２シャフト４との連結手段は特に限定されない。この第２規制側回転板１１′は、アルミニウム等の導電性を有する非磁性材製とされている。各回転板１１、１１′、１２、１２′の形状、寸法は同一とされている。
【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、円筒状の内周部分３１ｂ、３２ｂと、その外周部分３１ａ、３２ａと内周部分３１ｂ、３２ｂにおける一端部を連結する円環部分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とスペーサ５５と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。各コイルホルダー３１、３２はシャフト３、４の外周を隙間を介して囲むように配置される。
【００１９】
その第１コイルホルダー３１により第１コイル３３が保持され、その第２コイルホルダー３２により第２コイル３４が保持される。すなわち、各コイルホルダー３１、３２は、各コイル３３、３４の外周側を外周部分３１ａ、３２ａにより囲み、各コイル３３、３４の内周側を内周部分３１ｂ、３２ｂにより囲む。両コイル３３、３４は同一仕様であり、絶縁材製のボビン３６、３７にシャフト軸心まわりに巻かれる導線３３ａ、３４ａにより構成され、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】
両規制側回転板１１、、１１′と両通過側回転板１２、１２′と両コイル３３、３４とは、シャフト軸方向において並列するように配置される。両コイル３３、３４の間に両規制側回転板１１、、１１′と両通過側回転板１２、１２′とが配置され、両規制側回転板１１、、１１′の間に両通過側回転板１２、１２′が配置され、その第１コイル３３と第１通過側回転板１２との間に第１規制側回転板１１と第２通過側回転板１２′が配置され、その第２コイル３４と第２通過側回転板１２′との間に第２規制側回転板１１′と第１通過側回転板１２が配置される。各コイルホルダー３１、３２の円環部分３１ｃ、３２ｃは、外周部分３１ａ、３２ａと内周部分３１ｂ、３２ｂにおける回転板１１、１２から離れた側の一端部を連結する。本実施形態では、その第１コイルホルダー３１と第１規制側回転板１１との間、第１通過側回転板１２と第２通過側回転板１２′との間、第２コイルホルダー３２と第２規制側回転板１１′との間には、それぞれシャフト軸方向における隙間が形成されている。
【００２１】
図３の（１）〜（４）に示すように、その第１規制側回転板１１に複数の第１規制側開口４１が、シャフト周方向の等間隔をおいて並列するように形成されている。
その第２規制側回転板１１′に複数の第２規制側開口４１′が、シャフト周方向の等間隔をおいて並列するように形成されている。
その第１通過側回転板１２に、複数の第１通過側開口４２がシャフト周方向の等間隔をおいて並列するように形成されると共に、その第２規制側開口４１′と第１通過側回転板１２とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口４３が、シャフト周方向の等間隔に並列するように複数形成され、シャフト周方向において第１通過側開口４２と重なり阻止用開口４３とは交互に並列する。
その第２通過側回転板１２′に、複数の第２通過側開口４２′がシャフト周方向の等間隔をおいて並列するように形成されると共に、その第１規制側開口４１と第２通過側回転板１２′とのシャフト軸方向における重なり阻止用開口４３′が、シャフト周方向の等間隔をおいて並列するように複数形成され、シャフト周方向において第２通過側開口４２′と重なり阻止用開口４３′とは交互に並列する。
各開口４１、４１′、４２、４２′、４３、４３′の数は、それぞれ本実施形態では４とされているが、その数は限定されず単一であってもよい。各開口４１、４１′、４２、４２′、４３、４３′は互いに形状と大きさが同一とされ、シャフト径方向に沿う一対の縁と、両シャフト３、４の軸心を中心とする円周に沿う一対の縁とを有する４辺形に沿う形状を有する。
【００２２】
シャフト径方向において、各コイル３３、３４の厚さ寸法Ｒ１は各開口４１、４１′、４２、４２′、４３、４３′の寸法Ｒ２未満とされると共に、各開口４１、４１′、４２、４２′、４３、４３′の内外周間に各コイル３３、３４の内外周が配置されている。また、シャフト径方向において、シャフト軸心から各コイルホルダー３１、３２内周端までの距離Ｒ３は、シャフト軸心から各開口４１、４１′、４２、４２′、４３、４３′の内周端までの距離Ｒ４未満とされ、シャフト軸心から各回転板１１、１１′、１２、１２′の外周端までの距離Ｒ５は、シャフト軸心から各コイルホルダー３１、３２の外周端までの距離Ｒ６未満とされている。これにより、シャフト３、４、回転板１１、１１′、１２、１２′、およびコイル３３、３４の径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、開口４１、４１′、４２、４２′、４３、４３′、と各通過側回転板１２、１２′をコイルの発生磁束の通過位置に配置できる。よって、各通過側回転板１２、１２′を通過する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。
【００２３】
シャフト軸方向において、第１通過側開口４２と第１通過側回転板１２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、その第１規制側開口４１と第１通過側開口４２とは両シャフト３、４の相対回転に応じて重なり面積が変化するように相対配置されている。また、シャフト軸方向において、第２規制側開口４１′と第２通過側回転板１２′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、その第２規制側開口４１′と第２通過側開口４２′とは両シャフト３、４の相対回転に応じて重なり面積が変化するように相対配置されている。本実施形態では図４、５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、すなわち舵角が零の時、シャフト軸方向において第１規制側開口４１と第１通過側開口４２とは部分的に重なり、第１規制側開口４１のシャフト径方向に沿う一縁４１ａが第１通過側開口４２に重なり、第１通過側開口４２のシャフト径方向に沿う一縁４２ａが第１規制側開口４１に重なる。また、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、シャフト軸方向において第２規制側開口４１′と第２通過側開口４２′とは部分的に重なり、第２規制側開口４１′のシャフト径方向に沿う一縁４１ａ′が第２通過側開口４２′に重なり、第２通過側開口４２′のシャフト径方向に沿う一縁４２ａ′が第２規制側開口４２′に重なる。
【００２４】
シャフト軸方向の一方側から見て、第１規制側開口４１に重なる第１通過側開口４２の一縁４２ａは、その第１通過側開口４２の中央に対してシャフト周方向の一方側に位置するのに対して、第２規制側開口４２′に重なる第２通過側開口４２′の一縁４２ａ′は、その第２通過側開口４２′の中央に対してシャフト周方向の他方側に位置するものとされている。また、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、シャフト周方向において、第１通過側開口４２の一縁４２ａは第１規制側開口４１の中央位置に重なり、第２通過側開口４２′の一縁４２ａ′は第２規制側開口４２′の中央位置に重なる。これにより、その第１規制側開口４１と第１通過側回転板１２との重なり面積が、両シャフト３、４が一方向に相対回転する時は増加し他方向に相対回転する時は減少するように、その第１規制側開口４１と第１通過側開口４２とは相対配置され、また、その第２規制側開口４１′と第２通過側回転板１２′との重なり面積が、両シャフト３、４が一方向に相対回転する時は減少し他方向に相対回転する時は増加するように、その第２規制側開口４１′と第２通過側開口４２′とは相対配置されている。また、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、その第１規制側開口４１と第１通過側回転板１２との重なり面積と、その第２規制側開口４１′と第２通過側回転板１２′との重なり面積とは互いに等しくされ、両シャフト３、４の相対回転時において、その第１規制側開口４１と第１通過側回転板１２との重なり面積の変化の絶対値と、その第２規制側開口４１′と第２通過側回転板１２′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。
【００２５】
その第１規制側開口４１と、第２通過側回転板１２′の重なり阻止用開口４３′と、第１通過側回転板１２とは、その第１コイル３３の発生磁束の通過位置に配置される。その第２規制側開口４１′と、第１通過側回転板１２の重なり阻止用開口４３と、第２通過側回転板１２′は、その第２コイル３４の発生磁束の通過位置に配置される。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１規制側開口４１、第２通過側回転板１２′の重なり阻止用開口４３′、第１通過側回転板１２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通過側回転板１２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規制側開口４１′、第１通過側回転板１２の重なり阻止用開口４３、第２通過側回転板１２′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通過側回転板１２′を構成要素として含む第２磁気回路が構成される。
【００２６】
上記構成においては、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、規制側回転板１１、１１′の規制側開口４１、４１′と通過側回転板１２、１２′の通過側開口４２、４２′との重なり状態が変化する。これにより、その規制側開口４１、４１′と通過側回転板１２、１２′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。その通過側回転板１２、１２′は磁性材製であり、その規制側回転板１１、１１′は非磁性材製であるので、その重なり面積の変化によって通過側回転板１２、１２′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規制側回転板１１、１１′に生じる渦電流によっても、その通過側回転板１２、１２′に至る磁束が遮られる。これにより、その通過側回転板１２、１２′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ことから、その磁束変化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る。
【００２７】
上記構成によれば、コイル３３、３４を規制側回転板１１、１１′と通過側回転板１２、１２′と共にシャフト軸方向において並列するように配置できるので、径方向寸法を小さくできる。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。また、各回転板１１、１１′、１２、１２′は円板状であり、各開口４１、４１′、４２、４２′、４３、４３′はシャフト周方向の間隔をおいて複数形成されているので、大型化することなく検出感度を向上することができる。
【００２８】
さらに上記構成によれば、その第１規制側開口４１と第１通過側回転板１２との重なり面積と、第２規制側開口４１′と第２通過側回転板１２′との重なり面積とは、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は互いに等しく、両シャフト３、４の相対回転時は一方が増加すると共に他方が減少し、その変化の絶対値は互いに等しい。よって、その第１規制側開口４１と第１通過側回転板１２との重なり面積の変化に応じた第１通過側回転板１２の通過磁束変化と、第２規制側開口４１′と第２通過側回転板１２′との重なり面積の変化に応じた第２通過側回転板１２′の通過磁束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し、トルク検出感度を増大できる。しかも、温度が変動した場合、第１通過側回転板１２を通過する磁束と、第２通過側回転板１２′を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両通過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。よって、検出感度を向上すると同時に温度変化による検出値変動の補償ができ、構造の簡単化とコスト低減を図ることができる。
【００２９】
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６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各規制側開口４１、４１′と通過側回転板１２、１２′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規制側開口４１と重なる第１通過側回転板１２の通過磁束の変化と、第２規制側開口４１′と重なる第２通過側回転板１２′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。
【００３０】
図７〜図１１は本発明の第２実施形態のトルクセンサ１０１を示す。以下、上記第１実施形態との相違点を説明し、同様部分は同一符号で示す。図７、図８に示すように、そのトルクセンサ１０１は、第１実施形態における第１規制側開口４１と第１通過側回転板１２と同様の、第１シャフト３と同行回転する第１規制側回転板１１１と、第２シャフト４と同行回転する通過側回転板１１２は備えているが、第１実施形態の第２通過側回転板１２′に対応する第２通過側回転板を備えていない。また、本実施形態の第２規制側回転板１１１′は、第１シャフト３と同行回転可能、且つ、シャフト軸方向に直交する表裏面を有するものとされている。その第２規制側回転板１１１′は、第１規制側回転板１１１の外周端に連結部材１１０を介して連結されることで、第１シャフト３と同行回転する。その連結部材１１０は、本実施形態では第１規制側回転板１１１と一体とされている。
【００３１】
両規制側回転板１１１、１１１′と通過側回転板１１２と両コイル３３、３４とは、シャフト軸方向において並列するように配置され、両コイル３３、３４の間に両規制側回転板１１１、１１１′と通過側回転板１１２とが配置され、両規制側回転板１１１、１１１′の間に通過側回転板１１２が配置される。本実施形態では、第１コイルホルダー３１と第１規制側回転板１１１との間、第１規制側回転板１１１と通過側回転板１１２との間、通過側回転板１１２と第２規制側回転板１１１′との間、第２コイルホルダー３２と第２規制側回転板１１１′との間には、それぞれシャフト軸方向における隙間が形成されている。
【００３２】
図９の（１）〜（３）に示すように、第１規制側回転板１１１に第１規制側開口１４１が、第２規制側回転板１１１′に第２規制側開口１４１′が、第１実施形態の規制側開口４１、４１′と同様に形成されている。また、通過側回転板１１２に通過側開口１４２が第１実施形態の第１通過側開口４２と同様に形成されている。なお、重なり阻止用開口は形成されない。
【００３３】
シャフト軸方向において、その第１規制側開口１４１と通過側回転板１１２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、その第１規制側開口１４１と通過側開口１４２とは両シャフト３、４の相対回転に応じて重なり面積が変化するように相対配置されている。また、シャフト軸方向において、その第２規制側開口１４１′と通過側回転板１１２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、その第２規制側開口１４１′と通過側開口１４２とは両シャフト３、４の相対回転に応じて重なり面積が変化するように相対配置されている。本実施形態では図１０、１１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、すなわち舵角が零の時、シャフト軸方向において各規制側開口１４１、１４１′は通過側開口１４２と部分的に重なる。
【００３４】
また、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、シャフト軸方向において、通過側開口１４２のシャフト径方向に沿う一方の縁１４２ａが第１規制側開口１４１におけるシャフト周方向中央位置に重なり、通過側開口１４２のシャフト径方向に沿う他方の縁１４２ｂが第２規制側開口１４１′におけるシャフト周方向中央位置に重なる。これにより、その第１規制側開口１４１と通過側回転板１１２との重なり面積が、両シャフト３、４が一方向に相対回転する時は増加し他方向に相対回転する時は減少するように、その第１規制側開口１４１と通過側開口１４２とは相対配置され、その第２規制側開口１４１′と通過側回転板１１２との重なり面積が、両シャフト３、４が一方向に相対回転する時は減少し他方向に相対回転する時は増加するように、その第２規制側開口１４１′と通過側開口１４２とは相対配置されている。また、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、その第１規制側開口１４１と通過側回転板１１２との重なり面積と、その第２規制側開口１４１′と通過側回転板１１２との重なり面積とは互いに等しくされ、両シャフト３、４の相対回転時において、その第１規制側開口１４１と通過側回転板１１２との重なり面積の変化の絶対値と、その第２規制側開口１４１′と通過側回転板１１２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。
【００３５】
その第１規制側開口１４１は第１コイル３３の発生磁束の通過位置に配置され、その第２規制側開口１４１′は第２コイル３４の発生磁束の通過位置に配置され、その通過側回転板１１２は両コイル３３、３４の発生磁束の通過位置に配置される。図８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１規制側回転板１１１の第１規制側開口１４１、通過側回転板１１２を通過することで、その第１コイルホルダー３１および通過側回転板１１２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規制側回転板１１１′の第２規制側開口１４１′、通過側回転板１１２を通過することで、その第２コイルホルダー３２および通過側回転板１２′を構成要素として含む第２磁気回路が構成される。
【００３６】
上記構成によれば、第１規制側開口１４１と通過側回転板１１２との重なり面積と、第２規制側開口１４１′と通過側回転板１１２との重なり面積とは、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は互いに等しく、両シャフト３、４の相対回転時は一方が増加すると共に他方が減少し、その変化の絶対値は互いに等しい。よって、その第１規制側開口１４１と通過側回転板１１２との重なり面積の変化に応じた通過側回転板１１２の通過磁束変化と、第２規制側開口１４１′と通過側回転板１１２との重なり面積の変化に応じた通過側回転板１１２の通過磁束変化との差に基づき、第１実施形態と同様のトルク検出回路によって両シャフト３、４により伝達されるトルクを検出し、トルク検出感度を増大できる。しかも、温度が変動した場合、第１規制側開口１４１を介して通過側回転板１１２を通過する磁束と、第２規制側開口１４１′を介して通過側回転板１１２を通過する磁束とは同じだけ変化するので、両通過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。よって、検出感度を向上すると同時に温度変化による検出値変動の補償ができ、構造の簡単化とコスト低減を図ることができる。
他は上記第１実施形態と同様の構成とされ、同様の作用効果を奏することができる。
【００３７】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、各回転板に形成される開口は、上記各実施形態においては周囲が閉じた開口であるが、各回転板の外周側あるいは内周側において開放された開口であってもよい。また、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、第１実施形態における第２規制側回転板、第２通過側回転板、第２コイルをなくした構造、あるいは、第２実施形態における第２規制側回転板、第２コイルをなくした構造とし、第１規制側開口と第１通過側回転板との重なり面積の変化に応じた第１通過側回転板の通過磁束の変化のみに基づき、両シャフトにより伝達されるトルクを検出するようにしてもよい。さらに、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。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、小型化、感度向上、精度向上、構造の簡単化、コスト低減を図ることができるトルクセンサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のトルクセンサの断面図
【図２】本発明の第１実施形態のトルクセンサの要部の断面図
【図３】本発明の第１実施形態のトルクセンサの（１）は第１規制側回転板の正面図、（２）は第２通過側回転板の正面図、（３）は第１通過側回転板の正面図、（４）は第２規制側回転板の正面図
【図４】（１）は図２のＩＶａ−ＩＶａ線断面図、（２）は図２のＩＶｂ−ＩＶｂ線断面図
【図５】図４（１）のＶ−Ｖ線断面図
【図６】本発明の実施形態のトルク検出回路を示す図
【図７】本発明の第２実施形態のトルクセンサの断面図
【図８】本発明の第２実施形態のトルクセンサの要部の断面図
【図９】本発明の第２実施形態のトルクセンサの（１）は第１規制側回転板の正面図、（２）は通過側回転板の正面図、（３）は第２規制側回転板の正面図
【図１０】（１）は図８のＸａ−Ｘａ線断面図、（２）は図８のＸｂ−Ｘｂ線断面図
【図１１】図１０（１）のＸＩ−ＸＩ線断面図
【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、１１１  第１規制側回転板
１１′、１１１′  第２規制側回転板
１２  第１通過側回転板
１１２  通過側回転板
１２′  第２通過側回転板
３１  第１コイルホルダー
３２  第２コイルホルダー
３３  第１コイル
３４  第２コイル
４１、１４１  第１規制側開口
４１′、１４１′  第２規制側開口
４２  第１通過側開口
１４２  通過側開口
４２′  第２通過側開口
４３、４３′  重なり阻止用開口
【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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【図６】
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【図７】
0003737011.tif 000008
【図８】
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【図９】
0003737011.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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