JP5633471B2 - トルク検出器及び電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、トルク検出器及び電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering system）に関する。

従来より、自動車等に搭載される電動パワーステアリング装置用として、種々の構成のトルク検出器（トルクセンサ）が提案されている。例えば、特許文献１においては、周方向に沿って多極着磁されたリング状の磁性部材（永久磁石）の一面又は外周面と対向するように一対のリング状のセンサ部材（センサヨーク及び集磁ヨーク）を設け、これらセンサ部材間に配置された磁束検出器により検出された磁束に基づいて、磁性部材側又はセンサ部材側に生じたトルクを検出するトルク検出器が提案されている。

そして、この特許文献１に記載されたトルク検出器とはトルクの検出原理が異なるが、入力軸または出力軸に対する磁性部材の結合強度を高め、ひいてはトルク検出の精度を高めることができるトルク検出器として、例えば、図１１に示すものが知られている（特許文献２参照）。図１１は、従来例のトルク検出器における磁性部材及び出力軸の分解斜視図を示している。
図１１において、出力軸１０１は、丸棒状の本体部１０２と、この本体部１０２の上端に設けられ、本体部１０２よりも直径の小さな円筒状の小径部１０３とを備えている。

また、磁性部材１１０は、中心部に小径部１０３に圧入固定するための圧入用孔１１１を有する略円盤状に形成されている。そして、磁性部材１１０の外周部には、複数の非切欠部１１２を残し、円周方向に所定間隔のもとに軸方向に貫通する複数の切欠部１１３が形成されている。

そして、磁性部材１１０における圧入用孔１１１の内周面には、３つの軸方向に延びる溝１１４が所定間隔のもとに形成されている。一方、出力軸１０１の小径部１０３の外周面には、各溝１１４と係合する軸方向に延びる複数の突条１０４が設けられている。
ここで、磁性部材１１０は、出力軸１０１の小径部１０３に圧入用孔１０２が圧入されて固定される。この際に、小径部１０３の外周にある突条１０４が磁性部材１１０の溝１１４に係合し、磁性部材１１０の回転が阻止される。

特開２００９−２７１０５５号公報 特開２００３−１８５５１０号公報

しかしながら、図１１に示すトルク検出器における磁性部材１１０の出力軸１０１への固定方法では、以下の問題点があった。
即ち、磁性部材１１０は、出力軸１０１の小径部１０３に圧入固定されるとともに、突条１０４が溝１１４に係合することによって回転阻止がなされるものの、その固定は圧入による保持力にのみに依存しているため、当該圧入保持力が低下した場合には、磁性部材１１０が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうことがあった。

従って、本発明はこの課題を解決するためになされたものであり、その目的は、磁性部材の回転阻止ができるとともに、圧入保持力が低下した場合でも磁性部材が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうのを回避することができる、トルク検出器及び電動パワーステアリング装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明のうち請求項１に係るトルク検出器は、第１回転軸と第２回転軸とを連結する弾性体と、前記第１回転軸に固定された磁性部材と、前記第２回転軸に固定されて前記磁性部材の磁界内に配置され、前記磁性部材の磁気回路を形成する複数の磁性体と、前記磁性部材の磁界内に配置され、前記磁性部材の磁気回路を形成する補助磁性体と、前記磁性体及び前記補助磁性体の誘導による磁束を検出する磁束検出器とを備えたトルク検出器であって、前記磁性部材は、前記第１回転軸の外周に圧入固定される圧入用孔と、該圧入用孔の内周面に形成され前記第１回転軸の径方向内方に突出する突起とを備え、前記第１回転軸は、該第１回転軸の外周面に形成されるとともに、圧入時に前記突起が入り込む溝を備え、該溝の底面には、前記第１回転軸の径方向内方に凹む凹部を形成し、前記突起及び前記凹部は、前記磁性部材の圧入時には前記突起が前記凹部上を滑り、前記磁性部材の圧入方向と反対方向へは前記突起の先端部が前記凹部と係合することにより、前記磁性部材が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうのを回避することができるよう構成されていることを特徴としている。

また、本発明のうち請求項２に係るトルク検出器は、請求項１記載のトルク検出器において、前記磁性部材は、前記第１回転軸を囲む平板状の環状体として形成された永久磁石と、該永久磁石を収納する金属製の環状バックヨークとからなり、該環状バックヨークの内周面が前記圧入用孔となっていることを特徴としている。
また、本発明のうち請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生させて、操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置であって、請求項１又は２記載のトルク検出器を備えることを特徴としている。

本発明のうち請求項１に係るトルク検出器及び請求項３に係る電動パワーステアリング装置によれば、磁性部材は、第１回転軸の外周に圧入固定される圧入用孔と、圧入用孔の内周面に形成され第１回転軸の径方向内方に突出する突起とを備え、第１回転軸は、第１回転軸の外周面に形成されるとともに、圧入時に前記突起が入り込む溝を備えたので、磁性部材を第１回転軸に圧入固定できるとともに、圧入時に突起が溝に入り込むことによって圧入時の磁性部材の回転位相の位置決めを容易にでき、かつ、圧入後においても磁性部材の回転阻止を行うことができる。また、溝の底面には、第１回転軸の径方向内方に凹む凹部を形成し、突起及び凹部は、磁性部材の圧入時には突起が凹部上を滑り、磁性部材の圧入方向と反対方向へは突起の先端部が凹部と係合するよう構成されているので、圧入保持力が低下した場合でも、凹部に突起が係合していることにより、磁性部材が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうのを回避することができる、トルク検出器及び電動パワーステアリング装置を提供できる。

また、本発明のうち請求項２に係るトルク検出器及び請求項３に係る電動パワーステアリング装置によれば、前記磁性部材は、前記第１回転軸を囲む平板状の環状体として形成された永久磁石と、該永久磁石を収納する金属製の環状バックヨークとからなり、該環状バックヨークの内周面が前記圧入用孔となっているので、磁性部材をすべて永久磁石で構成する場合よりも、金属製の環状バックヨークを用いた分だけ軽量化を図ることができる。また、圧入用孔の内周面に形成される突起を金属製の環状バックヨークの内周面に形成することになるので、突起の形成を容易に行うことができる。

本発明の実施形態に係る電動パワーステアリング装置の概略構成図である。 図１に示した電動パワーステアリング装置の主要構成部品を説明するための分解斜視図である。 図１に示した電動パワーステアリング装置のトルク検出器周辺の断面図である。 図３に示したトルク検出器を構成する磁性部材を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）における４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図である。 図１に示した電動パワーステアリング装置の出力軸を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）における５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。 図４に示した磁性部材を出力軸に圧入固定する状態を示し、（Ａ）は断面模式図、（Ｂ）は（Ａ）における矢印６Ｂ部分の拡大図である。 図３に示したトルク検出器を構成するセンサヨークアセンブリを示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は分解斜視図である。 図３に示したトルク検出器を構成する磁性部材とセンサヨークと集磁ヨークとを組み合わせたものを示し、（Ａ）斜視図、（Ｂ）は集磁ヨークの変形例を採用した場合の斜視図である。 図３に示したトルク検出器を構成する磁性部材とセンサヨークと集磁ヨークとを組み合わせた状態を示し、（Ａ）は一部断面図、（Ｂ）〜（Ｄ）はその変形例を示す一部断面図である。 図３に示したトルク検出器によるトルク検出原理を説明するための説明図である。 従来例のトルク検出器における磁性部材及び出力軸の分解斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１に示す電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１の操作によりステアリングシャフト２に発生する操舵トルクをトルク検出器３で検出し、その検出信号に基づいて、コントロールユニット１３が電動モータ１２を駆動制御して補助操舵トルクを発生させてステアリングホイール１の操舵力を補助するものである。

ステアリングホイール１に連結されたステアリングシャフト２は、運転者の操舵力が作用する入力軸（第２回転軸）２ａと出力軸（第１回転軸）２ｂとを有し、入力軸２ａと出力軸２ｂとの間にトルク検出器３及び減速ギヤボックス１１が介装されている。ステアリングシャフト２の出力軸２ｂに伝達された操舵力は、操舵機構に伝達される。具体的には、操舵力は、ユニバーサルジョイント４を介してロアシャフト５に伝達され、さらにユニバーサルジョイント６を介してピニオンシャフト７に伝達され、ピニオンシャフト７に伝達された操舵力は、ステアリングギヤ８を介してタイロッド９に伝達され、図示していない転舵輪を転舵させる。ステアリングギヤ８は、ピニオンシャフト７に連結されたピニオン８ａと、ピニオン８ａに噛合するラック８ｂと、を有するラックアンドピニオン形式として構成され、ピニオン８ａに伝達された回転運動をラック８ｂで直進運動に変換している。

ステアリングシャフト２の出力軸２ｂには、補助操舵トルクを出力軸２ｂに伝達する補助操舵機構１０が連結されている。補助操舵機構１０は、出力軸２ｂに連結された減速ギヤボックス１１と、減速ギヤボックス１１に連結されかつ補助操舵トルクを発生させる電動モータ１２と、を有している。なお、ステアリングシャフト２、トルク検出器３及び減速ギヤボックス１１によりコラムが構成されており、電動モータ１２は、コラムの出力軸２ｂに補助操舵トルクを与える。すなわち、本実施形態における電動パワーステアリング装置は、コラムアシスト式となっている。

トルク検出器３は、ステアリングホイール１を介して入力軸２ａに伝達された操舵力を操舵トルクとして検出するものである。トルク検出器３の構成については、後に詳述する。電動モータ１２の駆動を制御するコントロールユニット１３には、イグニッションスイッチ１４がオンの状態でバッテリ１５から電力が供給される。コントロールユニット１３は、トルク検出器３で検出された操舵トルクＴ及び車速センサ１６で検出された走行速度Ｖに基づいてアシスト指令の補助操舵指令値を算出し、その算出された補助操舵指令値に基づいて電動モータ１２への供給電流値を制御する。

次に、トルク検出器３は、図２及び図３に示すように、入力軸（第２回転軸）２ａと出力軸（第１回転軸）２ｂとを連結するトーションバー（弾性体）２ｃ、永久磁石３１ａを含む磁性部材３１、磁気回路を形成するセンサヨークアセンブリ（複数の磁性体）３２及び集磁ヨークアセンブリ（補助磁性体）３３、センサヨーク３２ａ及び集磁ヨーク３３ａの誘導による磁束を検出する磁束検出器３４ａを含む検出器アセンブリ３４等を備え、入力軸２ａにトルクが作用したときに、磁束検出器３４ａの検出出力に基づいてトルクを検出するものである。

トーションバー２ｃは、入力軸２ａの軸方向一端側と出力軸２ｂの軸方向一端側とを連結する連結軸である。なお、入力軸２ａの軸方向他端側にはステアリングホイール１（図１参照））が取り付けられる。入力軸２ａは、図２及び図３に示すように、ホローシャフト２ｄによって被覆される。そして、ホローシャフト２ｄに連接されたギヤカバー２ｅが減速ギヤボックス１１に取り付けられることにより、減速ギヤボックス１１内の構造（減速ギヤやトルク検出器３）が保護される。出力軸２ｂは、軸受３０によって減速ギヤボックス１１に回転自在に支持されており、その軸方向他端側には、ユニバーサルジョイント４等を介して図示されていない転舵輪が取り付けられる。

磁性部材３１は、図３及び図４に示すように、出力軸２ｂ（及びトーションバー２ｃ）を囲む平板状の環状体として形成された永久磁石３１ａと、この永久磁石３１ａを収納する金属製の環状バックヨーク３１ｂと、からなっている。永久磁石３１ａは、その周方向に相異なる磁極（Ｎ極とＳ極）が交互に着磁されて構成されており、接着により環状バックヨーク３１ｂに固定されている。

環状バックヨーク３１ｂは、出力軸２ｂの外周に圧入固定される。環状バックヨーク３１ｂは、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、永久磁石３１ａが接着されている底壁の内周縁から立ち上がる内周側側壁３１ｃを備えている。内周側側壁３１ｃの内周面３１ｄは、出力軸２ｂの外周に圧入固定される圧入用孔を構成し、出力軸２ｂの外周面に接触するように平面から見て円形を有している。一方、環状バックヨーク３１ｂの内周側側壁３１ｃと永久磁石３１ａとの間には、図３及び図４（Ａ）に示すように、間隙が形成されている。このため、永久磁石３１ａにストレスを与えることなく、環状バックヨーク３１ｂを出力軸２ｂに圧入することが可能となる。環状バックヨーク３１ｂの材質として強磁性体を採用すると、永久磁石３１ａの磁力を効率良く利用することができるので、好ましい。

また、環状バックヨーク３１ｂの内周側側壁３１ｃの内周面３１ｄには、図４（Ａ）,（Ｂ）に示すように、出力軸２ｂの径方向内方に向けて突出する複数（本実施形態にあっては３個）の突起３１ｅが設けられている。複数の突起３１ｅは、内周側側壁３１ｃの内周面３１ｄにおいて円周方向に等ピッチで配置される。各突起３１ｅは、内周側側壁３１ｃの内周面３１ｄの圧入方向とは反対側（図４（Ｂ）、図６（Ａ）、（Ｂ）における下方側）から切り起こされて出力軸２ｂの径方向内方に向けて斜めに延びている。各突起３１ｅは、図６（Ａ）に示すように、根元から先端に向けて幅が斬次狭くなるように形成される。

なお、本実施形態においては、磁束を有効に利用するために永久磁石３１ａを環状バックヨーク３１ｂに取り付けた例を示したが、永久磁石３１ａを出力軸２ｂに直接取り付けることもできる。永久磁石３１ａを構成する磁石材料としては、フェライト磁石や希土類磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石やＳｍ−Ｃｏ系磁石等）、金属磁石、焼結磁石等を採用することができる。また、環状バックヨーク３１ｂと一体成形されるボンド磁石（ゴム磁石やプラスチック磁石）を永久磁石として採用してもよい。このように、永久磁石３１ａを出力軸２ｂに直接取り付ける場合、永久磁石３１ａに出力軸２ｂの外周に圧入固定される圧入用孔を形成し、この圧入用孔の内周面に、出力軸２ｂの径方向内方に突出する複数の突起（図示せず）を形成する。

なお、永久磁石３１ａを環状バックヨーク３１ｂに取り付けた場合、磁性部材３１をすべて永久磁石３１ａで構成する場合よりも、金属製の環状バックヨーク３１ｂを用いた分だけ軽量化を図ることができる。また、圧入用孔の内周面に形成される突起３１ｅを金属製の環状バックヨーク３１ｂの内周面に形成することになるので、突起３１ｅの形成を容易に行うことができる。

また、出力軸２ｂは、図３及び図５（Ａ）,（Ｂ）に示すように、上下方向（図３における上下方向、軸方向）に延びる軸本体２ｂａを有し、軸本体２ｂａの外周に磁性部材３１の環状バックヨーク３１ｂが圧入固定されるようになっている。軸本体２ｂａには、入力軸２ａの軸方向一端が入り込む入力軸受容凹部２ｂｃ及びトーションバー２ｃが入り込むトーションバー受容凹部２ｂｂが設けられている。ここで、出力軸２ｂの軸本体２ｂａの外周面には、磁性部材３１の環状バックヨーク３１ｂが圧入固定される。環状バックヨーク３１ｂの圧入方向は、図６（Ａ）の矢印で示すように、上から下に向かう方向である。軸本体軸本体２ｂａの外周面には、図３及び図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、圧入固定された環状バックヨーク３１ｂが着座する台座段部２ｂｄが外側に向けて突出形成されている。

そして、軸本体２ｂａの外周面には、図５（Ａ）、（Ｂ）及び図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、磁性部材３１の環状バックヨーク３１ｂを圧入するときに、環状バックヨーク３１ｂに形成された突起３１ｅが入り込む複数（本実施形態にあっては３個）の溝２ｂｅが形成されている。複数の溝２ｂｅは、軸本体２ｂａの外周面において円周方向に等ピッチで配置される。そして、各溝２ｂｅは、軸本体２ｂａの外周面において軸本体２ｂａの上端から台座部２ｂｄに至るまで上下方向に延びている。また、各溝２ｂｅの幅は、突起３１ｅが入り込み可能でかつ圧入された環状バックヨーク３１ｂの回転が阻止されるように突起３１ｅの根元部とほぼ同一の幅となっている。

また、各溝２ｂｅの底面には、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）によく示すように、出力軸２ｂの径方向内方（図５（Ｂ）における右方）に凹む複数（本実施形態にあっては３個）の凹部２ｂｆが形成されている。複数の凹部２ｂｆは、溝２ｂｅの底面において上から下に向けて等ピッチで配置される。
ここで、前述した各突起３１ｅ及び各凹部２ｂｆは、磁性部材３１の環状バックヨーク３１ｂの出力軸２ｂへの圧入時において各突起３１ｅが凹部２ｂｆ上を滑り、磁性部材３１の環状バックヨーク３１ｂの圧入方向と反対方向へは突起３１ｅの先端部が凹部２ｂｆと係合するよう構成されている。

磁性部材３１の環状バックヨーク３１ｂを出力軸２ｂの軸本体２ｂａに圧入する作業について、図６（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
環状バックヨーク３１ｂを軸本体２ｂａに圧入する際には、環状バックヨーク３１ｂを軸本体２ｂａの上方から図６（Ａ）における矢印で示す圧入方向（図６（Ａ）における上から下方向）に軸本体２ｂａに突起３１ｅが溝２ｂｅに入り込み、突起３１ｅの先端が所望の凹部２ｂｆ上を滑って通過するまで押し込む。そして、環状バックヨーク３１ｂを少しだけ圧入方向と反対方向へ動かす。これにより、突起３１ｅの先端が所望の凹部２ｂｆに係合して環状バックヨーク３１ｂの軸本体２ｂａへの圧入作業が完了する。これにより、磁性部材３１の環状バックヨーク３１ｂを出力軸２ｂの軸本体２ｂａに圧入固定できるとともに、圧入後において突起３１ｅが溝２ｂｅに入り込んでいるから、環状バックヨーク３１ｂを含む磁性部材３１の回転阻止を行うことができる。また、圧入時において、突起３１ｅが溝２ｂｅに入り込むから、圧入時の磁性部材３１の回転位相の位置決めを容易に行うことができる。

また、溝２ｂｅの底面には、出力軸２ｂの径方向内方に凹む凹部２ｂｆを形成し、突起３１ｅ及び凹部２ｂｆは、磁性部材３１の圧入時には突起３１ｅが凹部２ｂｆ上を滑り、磁性部材３１の圧入方向と反対方向へは突起３１ｅの先端部が凹部２ｂｆと係合するよう構成されている。このため、圧入保持力が低下した場合でも、凹部２ｂｆに突起３１ｅが係合していることにより、磁性部材３１が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうのを回避することができる。

次に、センサヨークアセンブリ３２は、図３及び図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、センサヨーク３２ａと、センサヨーク３２ａの中央に挿入される金属製のスリーブ３２ｂと、これらセンサヨーク３２ａ及びスリーブ３２ｂの外側に形成される樹脂成形体３２ｃと、を有している。センサヨーク３２ａは、短い円筒状の２つのセンサヨーク構成部（第１のセンサヨーク構成部３２ａＡ及び第２のセンサヨーク構成部３２ａＢ）を軸方向に並べて構成した環状の磁性体であり、永久磁石３１ａの磁界内に配置されて永久磁石３１ａの磁気回路を形成する。第１のセンサヨーク構成部３２ａＡは、図７（Ｂ）に示すように、爪部３２ｄを構成する複数の平板台形状の爪部構成部３２ｄＡと、外周部３２ｅを構成する側壁部３２ｅＡと、を有している。第２のセンサヨーク構成部３２ａＢは、爪部３２ｄを構成する複数の平板台形状の爪部構成部３２ｄＢと、外周部３２ｅを構成する側壁部３２ｅＢと、を有している。

センサヨーク３２ａは、図３及、図７（Ａ）及び図８（Ａ）に示すように、永久磁石３１ａの軸方向片側に面対向し、入力軸２ａを囲むように略一平面上に配置された複数の平板状の爪部３２ｄを有している。これら爪部３２ｄは、第１のセンサヨーク構成部３２ａＡの爪部構成部３２ｄＡと、第２のセンサヨーク構成部３２ａＢの爪部構成部３２ｄＢと、を組み合わせて形成したものであり、周方向に等間隔で配置されている。また、センサヨーク３２ａは、後述する集磁ヨーク３３ａの径方向内側に非接触状態で配置され軸方向に延在する外周部３２ｅを有している。この外周部３２ｅは、第１のセンサヨーク構成部３２ａＡの側壁部３２ｅＡと、第２のセンサヨーク構成部３２ａＢの側壁部３２ｅＢと、から構成される。

センサヨーク３２ａの外周部３２ｅを構成する第２のセンサヨーク構成部３２ａＢの側壁部３２ｅＢは、永久磁石アセンブリ３１の径方向外側に配置されている。換言すれば、永久磁石アセンブリ３１は、第２のセンサヨーク構成部３２ａＢの側壁部３２ｅＢと爪部構成部３２ｄＢとからなる円筒状の空間に収納された状態となっている。このため、永久磁石アセンブリ３１とセンサヨークアセンブリ３２とからなる構成の軸方向寸法を短くすることができ、ひいては、トルク検出器３の軸方向寸法を短くすることが可能となる。

スリーブ３２ｂとセンサヨーク３２ａとが、その外側に設けられる樹脂成形体３２ｃにより被覆されることにより、一体のセンサヨークアセンブリ３２が形成される。スリーブ３２ｂは、入力軸２ａに嵌合された後、カシメにより入力軸２ａに固定される。このようにスリーブ３２ｂを入力軸２ａにカシメ固定することにより、センサヨークアセンブリ３２を入力軸２ａに挿入した状態でセンサヨーク３２ａと永久磁石３１ａとの位相調整を行うことができるので、センサ精度を向上させることができる。なお、スリーブ３２ｂを非磁性材料で構成すると、センサヨーク３２ａの爪部３２ｄから入力軸２ａへの漏れ磁束を低減することができるため、好ましい。また、スリーブ３２ｂを入力軸２ａよりも軟質の材料で構成すると、カシメ加工の際に入力軸２ａに変形をもたらすことがないため、精度良く位置決めを行うことが可能となる。

なお、本実施形態においては、カシメによりスリーブ３２ｂを入力軸２ａに固定した例を示したが、横方向からのネジ止め、溶接、接着等の手段によりスリーブ３２ｂを入力軸２ａに固定することもできる。また、本実施形態においては、平面形状が台形状の爪部３２ｄ（爪部構成部３２ｄＡ、３２ｄＢ）を採用した例を示したが、平面形状が三角形状や矩形状の爪部を採用してもよい。

また、本実施形態においては、図９（Ａ）（及び図９（Ｄ））に示すように、爪部３２ｄから軸方向にのみ延在する断面Ｉ字状の外周部３２ｅ（側壁部３２ｅＡ、３２ｅＢ）をセンサヨーク３２ａに設けた例を示したが、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示すように、爪部３２ｄから軸方向及び径方向外側に連続的に延在する断面コ字状の外周部３２ｅを設けることもできる。また、図９（Ｅ）に示すように、第１のセンサヨーク構成部３２ａＡの側壁部３２ｅＡを径方向外側に延在させて爪部３２ｄと同一平面上に形成する一方、第２のセンサヨーク構成部３２ａＢの側壁部３２ｅＢを軸方向に延在させて断面Ｌ字状の外周部３２ｅを設けることもできる。このように永久磁石３１ａと反対側の第１のセンサヨーク構成部３２ａＡを平板状に形成すると、トルク検出器３の軸方向寸法をさらに短くすることが可能となる。

集磁ヨークアセンブリ３３は、図３及び図８（Ａ）に示すように、センサヨーク３２ａの外周部３２ｅの近傍に非接触状態で配置された集磁ヨーク３３ａと、集磁ヨークホルダ３３ｂと、を有している。集磁ヨークホルダ３３ｂは、その内部に集磁ヨーク３３ａを収納して固定させるものであり、非磁性体で構成され、図３に示すように、減速ギヤボックス１１に固定される。集磁ヨーク３３ａは、センサヨーク３２ａを構成する２つのセンサヨーク構成部（第１のセンサヨーク構成部３２ａＡ及び第２のセンサヨーク構成部３２ａＢ）に各々対応する２つの集磁ヨーク構成部（第１の集磁ヨーク構成部３３ａＡ及び第２の集磁ヨーク構成部３３ａＢ）を軸方向に並べて構成した環状の補助磁性体であり、永久磁石３１ａの磁界内に配置されて永久磁石３１ａの磁気回路を形成する。

第１の集磁ヨーク構成部３３ａＡ及び第２の集磁ヨーク構成部３３ａＢは、図８（Ａ）に示すように、各々第１のセンサヨーク構成部３２ａＡ及び第２のセンサヨーク構成部３２ａＢの外周部３２ｅの径方向外側の面に対向するように配置されている。第１（第２）の集磁ヨーク構成部３３ａＡ（３３ａＢ）には、図８（Ａ）に示すように、第２（第１）の集磁ヨーク構成部３３ａＢ（３３ａＡ）の方向及び径方向外側に突出するように形成された凸部３３ｃが設けられており、これら凸部３３ｃが磁束集中部として機能するようになっている。凸部３３ｃ同士の軸方向における間隔は、第１の集磁ヨーク構成部３３ａＡと第２の集磁ヨーク構成部３３ａＢとの軸方向における間隔よりも狭くなっているため、永久磁石３１ａから発生する磁束を集中的に集めることができるようになっている。磁束集中部としての凸部３３ｃには、後述する検出器アセンブリ３４の磁気検出器３４ａが配置される。

なお、本実施形態においては、環状（平面形状が円形状）の集磁ヨーク３３ａを採用した例を示したが、図８（Ｂ）に示すように、平面形状が扇形状（ないし半円形状）の集磁ヨーク３３ｄを採用することもできる。このように平面形状が扇形状や半円形状の集磁ヨーク３３ｄを採用すると、集磁ヨーク３３ｄをセンサヨーク３２ａの横方向（径方向）から組み付けることができ、集磁ヨーク３３ｄを入力軸２ａに貫通させる必要がなくなるので、組付け作業を格段に容易にすることができる。

また、本実施形態においては、図９（Ａ）（及び図９（Ｅ））に示すように、集磁ヨーク３３ａを、センサヨーク３２ａの外周部３２ｅ（側壁部３２ｅＡ、３２ｅＢ）の径方向外側の面に対向するように配置した例を示したが、図９（Ｂ）及び図９（Ｃ）に示すように、集磁ヨーク３３ａを、センサヨーク３２ａの外周部３２ｅの軸方向の面に対向するように配置することもできる。また、図９（Ｄ）に示すように、集磁ヨーク３３ａを、センサヨーク３２ａの外周部３２ｅの径方向外側の面と軸方向の面との双方に対向するように配置してもよい。図９（Ｂ）〜（Ｄ）に示すように集磁ヨーク３３ａをセンサヨーク３２ａの外周部３２ｅの軸方向の面に対向するように配置すると、集磁ヨーク３３ａに対して入力軸２ａの軸ぶれが発生した場合においても、集磁ヨーク３３ａを通過する磁束量が変動することが少ない。

検出器アセンブリ３４は、図３に示すように、集磁ヨークアセンブリ３３に取り付けられるものであり、集磁ヨーク３３ａに設けられた磁束集中部としての凸部３３ｃの軸方向における隙間に挿入される磁束検出器３４ａを有している。磁束検出器３４ａは、センサヨーク３２ａの外周部３２ｅ近傍に、センサヨーク３２ａと非接触状態で配置されて、磁束集中部（凸部３３ｃ）の軸方向における隙間を通過する磁束の量を検出する。磁束検出器３４ａは、ホール素子、ＭＲ素子、ＭＩ素子等、磁束の量を測定できるものであれば良い。

なお、センサヨーク３２ａ及び集磁ヨーク３３ａの材料として、ニッケルを含有した合金を採用すると、磁気特性（出力のヒステリシス）を改善することができ、トルク検出器３として良好な性能を得ることが可能となる。また、ヒステリシスが問題とならない場合には、その他の磁性体金属（例えば、一般にモータ等の材料として採用される珪素鋼板やＳＰＣＣ等の圧延鋼板）を用いてセンサヨーク３２ａ及び集磁ヨーク３３ａを構成することができる。また、センサヨーク３２ａ及び集磁ヨーク３３ａの何れか一方を、ニッケルを含有した合金を用いて構成してもよい。

次に、図１０を参照して、本実施形態に係るトルク検出器３のトルク検出原理を説明する。図１０は、トルク検出器３を構成する永久磁石３１ａ及びセンサヨーク３２ａを示すものである。なお、図１０においては、センサヨーク３２ａの爪部３２ｄと永久磁石３１ａとの位置関係を明らかにするために、センサヨーク３２ａを構成する第２のセンサヨーク構成部３２ａＢの図示を省略しているが、実際は、第１のセンサヨーク構成部３２ａＡの爪部構成部３２ｄＡの間に第２のセンサヨーク構成部３２ａＢの爪部構成部３２ｄＢが配置され、複数の爪部３２ｄが形成される。

トルクの入力が無い状態では、センサヨーク３２ａの爪部３２ｄの各々が永久磁石３１ａを構成する磁極（Ｎ極とＳ極）の境界上に位置し、各爪部３２ｄから見た永久磁石３１ａのＮ極、Ｓ極に対するパーミアンス（磁気抵抗の逆数）が等しいので、図１０のような磁束の流れとなる。具体的には、永久磁石３１ａのＮ極から発生した磁束は、センサヨーク３２ａの爪部３２ｄに入り、そのまま永久磁石３１ａのＳ極へ入る。よって、磁束は磁束検出器３４ａを流れない。

運転者がステアリングホイール１を回転させることによって入力軸２ａにトルクが入力されると、トーションバー２ｃの入力側は、ステアリングホイール１と同様に回転するとともにトーションバー２ｃ自体に入力トルクに応じた捩れが発生する。この捩れによって、トーションバー２ｃの入力側と出力側に相対角度変位が発生する。このトーションバー２ｃの入力側と出力側の間に発生した相対角度変位は、トルク検出器３の永久磁石３１ａとセンサヨーク３２ａとの間の相対角度変位として現れる。

永久磁石３１ａとセンサヨーク３２ａとの間に相対角度変位が発生すると、図１０のようなパーミアンスのバランスが崩れ、磁束検出器３４ａを含む磁気回路（すなわち、永久磁石３１ａのＮ極から発生した磁束が、第１のセンサヨーク構成部３２ａＡの爪部構成部３２ｄＡに流れ、第１のセンサヨーク構成部３２ａから第１の集磁ヨーク構成部３３ａＡ及び凸部３３ｃを経由して磁束検出器３４ａを通過し、第２の集磁ヨーク構成部３３ａＢから爪部構成部３２ｄＢを経由して永久磁石３１ａのＳ極へと戻る磁気回路）に磁束が流れる。この磁束検出器３４ａを含む磁気回路に発生した磁束を磁束検出器３４ａで検出することにより、相対角度変位が測定でき、トーションバー２ｃにかかるトルクを検出することができる。

以上の実施形態に係るトルク検出器３においては、平板状の環状体として形成された永久磁石３１ａの軸方向片側に面対向するように、センサヨーク３２ａの爪部３２ｄを略一平面上に配置し、センサヨーク３２ａの外周部３２ｅの一部（第２のセンサヨーク構成部３２ａＢの側壁部３２ｅＢ）を永久磁石３１ａの径方向外側に配置することができる。従って、トルク検出器３の軸方向寸法を短くすることができ、トルク検出器３の小型化を実現させることが可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されず、種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、磁性部材３１は、出力軸２ｂに圧入固定されるようになっているが、入力軸２ａに圧入固定されてもよい。
また、突起３１ｅ及びこの突起３１ｅが入り込む溝２ｂｅは、それぞれ、複数（３個づつ）設けられているが、それぞれ、単数設けるようにしてもよい。

また、突起３１ｅ及び凹部２ｂｆの形状は、磁性部材３１の圧入時には突起３１ｅが凹部２ｂｆ上を滑り、磁性部材３１の圧入方向と反対方向へは突起３１ｅの先端部が凹部２ｂｆと係合するよう構成されていればよく、それぞれ図４乃至図６に示した形状に限られない。
また、センサヨークアセンブリ３２は、入力軸２ａに固定されて磁性部材３１の磁界内に配置され、磁性部材３１の磁気回路を形成するものであれば、図示した例に限られない。
更に、集磁ヨークアセンブリ３３は、磁性部材３１の磁界内に配置され、磁性部材３１の磁気回路を形成するものであれば、図示した例に限られない。

１ ステアリングホイール
２ ステアリングシャフト
２ａ 入力軸（第２回転軸）
２ｂ 出力軸（第１回転軸）
２ｂａ 軸本体
２ｂｂ トーションバー受容凹部
２ｂｃ 入力軸受容凹部
２ｂｄ 台座段部
２ｂｅ 溝
２ｂｆ 凹部
２ｃ トーションバー（弾性体）
２ｄ ホローシャフト
２ｅ ギヤカバー
３ トルク検出器
４ ユニバーサルジョイント
５ ロアシャフト
６ ユニバーサルジョイント
７ ピニオンシャフト
８ ステアリングギヤ
８ａ ピニオン
８ｂ ラック
９ タイロッド
１０補助操舵機構
１１ ギヤボックス
１２ 電動モータ
１３ コントロールユニット
１４ イグニションスイッチ
１５ バッテリ
１６ 車速センサ
３１ 磁性部材
３１ａ 永久磁石
３１ｂ 環状バックヨーク
３１ｃ 内周側側壁
３１ｄ 内周面（圧入用孔）
３１ｅ 突起
３２ センサヨークアセンブリ
３２ａ センサヨーク
３２ａＡ 第１のセンサヨーク構成部
３２ａＢ 第２のセンサヨーク構成部
３２ｂ スリーブ
３２ｃ 樹脂成形体
３２ｄ 爪部
３２ｄＡ 爪部構成部
３２ｄＢ 爪部構成部
３２ｅ 外周部
３２ｅＡ 側壁部
３２ｅＢ 側壁部
３３ 集磁ヨークアセンブリ
３３ａ 集磁ヨーク
３３ａＡ 第１の集磁ヨーク構成部
３３ａＢ 第２の集磁ヨーク構成部
３３ｂ 集磁ヨークホルダ
３３ｃ 凸部
３３ｄ 集磁ヨーク
３４ 検出器アセンブリ
３４ａ 磁束検出器

Claims (3)

1. 第１回転軸と第２回転軸とを連結する弾性体と、前記第１回転軸に固定された磁性部材と、前記第２回転軸に固定されて前記磁性部材の磁界内に配置され、前記磁性部材の磁気回路を形成する複数の磁性体と、前記磁性部材の磁界内に配置され、前記磁性部材の磁気回路を形成する補助磁性体と、前記磁性体及び前記補助磁性体の誘導による磁束を検出する磁束検出器とを備えたトルク検出器であって、
   前記磁性部材は、前記第１回転軸の外周に圧入固定される圧入用孔と、該圧入用孔の内周面に形成され前記第１回転軸の径方向内方に突出する突起とを備え、前記第１回転軸は、該第１回転軸の外周面に形成されるとともに、圧入時に前記突起が入り込む溝を備え、該溝の底面には、前記第１回転軸の径方向内方に凹む凹部を形成し、前記突起及び前記凹部は、前記磁性部材の圧入時には前記突起が前記凹部上を滑り、前記磁性部材の圧入方向と反対方向へは前記突起の先端部が前記凹部と係合することにより、前記磁性部材が圧入方向と反対方向に抜け出てしまうのを回避することができるよう構成されていることを特徴とするトルク検出器。
2. 前記磁性部材は、前記第１回転軸を囲む平板状の環状体として形成された永久磁石と、該永久磁石を収納する金属製の環状バックヨークとからなり、該環状バックヨークの内周面が前記圧入用孔となっていることを特徴とする請求項１記載のトルク検出器。
3. ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生させて、操舵機構の出力軸に伝達する電動パワーステアリング装置であって、請求項１又は２記載のトルク検出器を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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