(57)【要約】【課題】  磁気ヨークを出力軸に圧入により固定する為のカラーの磁気回路への影響がないトルク検出装置の提供。【解決手段】  連結軸３により同軸に連結された第１軸１及び第２軸２と、第１軸１に固設された永久磁石５と、第２軸２にカラー２５を介して圧入により固定され、永久磁石５の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体４ａ，４ｂと、軟磁性体４ａ，４ｂが誘導した磁束を検出する検出器６とを備え、複数の軟磁性体４ａ，４ｂは、合成樹脂２４によりモールドされて一体化され、第１軸１又は第２軸２にトルクが加えられたときに、検出器６の出力に基づき、トルクを検出するように構成してあるトルク検出装置。カラー２５は、非磁性体である。【選択図】        図３
2006038767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、該第１軸に固設された永久磁石と、前記第２軸にカラーを介して圧入により固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体が誘導した磁束を検出する検出器とを備え、前記複数の軟磁性体は、合成樹脂によりモールドされて一体化され、前記第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出するように構成してあるトルク検出装置であって、
前記カラーは、非磁性体であることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記カラーは、前記第２軸の材質より軟質である請求項１記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の電動パワーステアリング装置等に好適に使用され、連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、第1軸に固設された永久磁石と、第２軸にカラーを介して圧入により固定され、永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、軟磁性体が誘導した磁束を検出する検出器とを備え、複数の軟磁性体は、合成樹脂によりモールドされて一体化され、第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、検出器の出力に基づき、トルクを検出するトルク検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の舵取装置に、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減する電動パワーステアリング装置がある。これは、操舵部材（ステアリングホイール、ハンドル）に繋がる入力軸と、ピニオン及びラック等により操向車輪に繋がる出力軸と、入力軸及び出力軸を連結する連結軸とを備え、連結軸に生じる捩れ角度によって、トルク検出装置が入力軸に加わる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルク値に基づき、出力軸に連動する操舵補助用の電動モータを駆動制御するものである。このような電動パワーステアリング装置のトルク検出装置には、従来、コイルを用いて回転位置を検出する磁気検知式レゾルバ、又は光の透過を検知する光学式エンコーダの検出装置等が使用されている。
【０００３】
また、特許文献１には、図１の分解斜視図（ａ）、縦断面図（ｂ）及び横断面図（ｃ）に示すように、トーションバー３により同軸に連結された入力軸１及び出力軸２と、入力軸１に固設されたリング状の２４極の永久磁石５と、出力軸２に固定され、永久磁石５の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体４ａ，４ｂからなる磁気ヨークと、磁気ヨーク４ａ，４ｂに磁気結合され、磁気ヨーク４ａ，４ｂからの磁束を誘導する２つの集磁リング８，８と、集磁リング８，８が誘導した磁束を検出する２つの磁気センサ６，６（ホールＩＣ）とを備え、入力軸１にトルクが加えられたときに、磁気センサ６，６の出力に基づき、トルクを検出するトルクセンサが提案されている。
【０００４】
また、本出願人は、上述したトルクセンサで、図１に示すように、磁気ヨーク４ａ，４ｂを合成樹脂２４により一体にモールドし、集磁リング８，８と磁気センサ６，６とを合成樹脂２８により一体にモールドしたトルクセンサを、特願２００３−３３２５１１号にて提案している。
【特許文献１】特開２００３−１４９０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したトルクセンサ（トルク検出装置）では、合成樹脂２４により一体にモールドした磁気ヨーク４ａ，４ｂは、図示しないカラーを介して、出力軸２に圧入により固定されているが、カラーは磁性体（Ｓ４３Ｃ）である。その為、カラーが上記磁気回路へ影響を与える虞、及び出力軸をカラーに圧入する際に切り粉が発生し、その切り粉が磁気回路へ影響を与える虞があるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、磁気ヨークを出力軸に圧入により固定する為のカラーの磁気回路への影響がないトルク検出装置を提供することを目的とする。
第２発明では、磁気ヨークを出力軸に圧入により固定する為のカラーに、出力軸を圧入する際に切り粉が発生しても、その切り粉が磁気回路へ影響を与えないトルク検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係るトルク検出装置は、連結軸により同軸に連結された第１軸及び第２軸と、該第１軸に固設された永久磁石と、前記第２軸にカラーを介して圧入により固定され、前記永久磁石の磁界内に配置されて磁気回路を形成する複数の軟磁性体と、該軟磁性体が誘導した磁束を検出する検出器とを備え、前記複数の軟磁性体は、合成樹脂によりモールドされて一体化され、前記第１軸又は第２軸にトルクが加えられたときに、前記検出器の出力に基づき、前記トルクを検出するように構成してあるトルク検出装置であって、前記カラーは、非磁性体であることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係るトルク検出装置は、前記カラーは、前記第２軸の材質より軟質であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明に係るトルク検出装置によれば、磁気ヨークを出力軸に圧入により固定する為のカラーの磁気回路への影響がないトルク検出装置を実現することが出来る。
第２発明に係るトルク検出装置によれば、磁気ヨークを出力軸に圧入により固定する為のカラーに、出力軸を圧入する際に切り粉が発生しても、その切り粉が磁気回路へ影響を与えないトルク検出装置を実現することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るトルク検出装置の実施の形態１の構成を示す説明図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ′面における横断面図である。このトルク検出装置は、入力軸１（第１軸）と出力軸２（第２軸）とを、細径のトーションバー３（連結軸）を介して同軸状に連結している。入力軸１及び出力軸２は、それぞれピン９によりトーションバー３に連結されている。
【００１１】
入力軸１には、２４極（Ｎ，Ｓ極各１２極）が周方向に等間隔で着磁された円筒形状の（２４極）永久磁石５が、同軸に固設されている。出力軸２には、半径方向に適当な隙間を設けて永久磁石５を囲む円筒形状のヨーク４が、後述するカラー２５（図３）を介して、同軸に圧入により固定されている。
ヨーク４は、図２に示すように、板状のリングに、その板面に垂直な一方向に延びる１２個の二等辺三角形状の爪１０が等間隔に周設された２つの磁気ヨーク４ａ，４ｂ（軟磁性体）を備えている。
【００１２】
２つの磁気ヨーク４ａ，４ｂは、それぞれの爪１０が周方向に適当な間隔でずれるように対向する状態で、合成樹脂２４により円筒形状にモールドされている。但し、磁気ヨーク４ａ，４ｂの永久磁石５に対向する面は、合成樹脂２４から露出している。
また、磁気ヨーク４ａ，４ｂは、トルクが加えられない中立状態で、それぞれの爪１０の先端が、永久磁石５のＮ極及びＳ極の境界を指すように配置される。
【００１３】
このトルク検出装置は、また、磁気ヨーク４ａ，４ｂにそれぞれ磁気結合され、磁気ヨーク４ａ，４ｂからの磁束をそれぞれ誘導する２つの集磁リング８，８を備えている。集磁リング８，８は、図２に示すように、平行に配置され、互いに他部分より近接する平板状の部分を有し、その近接する部分の隙間に、２つのホールＩＣ６が挿入されている。
集磁リング８，８及びホールＩＣ６は、上述した状態で、合成樹脂２８によりモールドされ一体化されている。但し、磁気ヨーク４ａ，４ｂと集磁リング８，８との互いに対向する面は、合成樹脂２４，２８から露出している。
【００１４】
磁気ヨーク４ａ，４ｂをモールドしている合成樹脂２４と永久磁石５との開口部は、例えば合成樹脂製のシール部材２０により封止され、鉄屑、鉄粉等の塵埃の侵入を防止している。
磁気ヨーク４ａ，４ｂをモールドしている合成樹脂２４と集磁リング８，８をモールドしている合成樹脂２８との上部開口部は、例えば合成樹脂製のシール部材１８により封止され、下部開口部は、合成樹脂製のシール部材１９により封止され、鉄屑、鉄粉等の塵埃の侵入を防止している。
【００１５】
図３は、上述したような構成のトルク検出装置を、電動パワーステアリング装置に実装した場合の構成例を示す縦断面図である。この電動パワーステアリング装置は、図示しないステアリング（ハンドル）に入力軸１が連結され、入力軸１の中空部にはトーションバー３の上半部が遊嵌され、トーションバー３の上端部はピン９ａにより入力軸１に連結されている。トーションバー３の下半部は、出力軸２の中空部に遊嵌され、トーションバー３の下端部はピン９ｂにより出力軸２に連結され、出力軸２の中空部の上部には、入力軸１の下部が遊嵌されている。出力軸２は、図示しない舵取機構に連結されている。
【００１６】
入力軸１は、軸受１３により電動パワーステアリング装置のハウジング１７に回動自在に支持され、出力軸２は、軸受１１，１２によりハウジング１７に回動自在に支持されている。
出力軸２には、ウォームホイール１５が固設され、ウォームホイール１５には、図示しない操舵補助モータのモータ軸に連結されたウォーム１４が噛合している。
【００１７】
入力軸１には永久磁石５が同軸に固設されている。また、合成樹脂２４により一体にモールドされてヨーク４を構成する２つの磁気ヨーク４ａ，４ｂが、半径方向に適当な隙間を設けて永久磁石５を囲み、ヨーク４は、カラー２５を介して、出力軸２に同軸に圧入により固定されている。
カラー２５は、図４の平面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）に示すように、一方の端部に鍔部を有する円筒形状の非磁性体であり、ローレット加工された外周部が、他方の端部から鍔部迄、ヨーク４の内周部に接するように圧入され固定された状態で、一方の端部から内周部に出力軸２が圧入固定される。
【００１８】
カラー２５は、出力軸２より軟質であり、出力軸２が圧入された際に、切り粉が発生しても、カラー２５からのみ発生するようになっている。カラー２５から発生した切り粉は、非磁性材であるので、磁気ヨーク４ａ，４ｂ等の磁気回路に磁気的な影響を与えることが無い。
磁気ヨーク４ａ，４ｂの周囲には、磁気ヨーク４ａ，４ｂにそれぞれ磁気結合され、互いに等間隔に平行に配置された２つの集磁リング８，８が配設されている。集磁リング８，８の互いに近接する平板状の部分間には、２つのホールＩＣ６が挿入されている。
【００１９】
集磁リング８，８及び２つのホールＩＣ６は、合成樹脂２８により一体にモールドされ、合成樹脂２８は、電動パワーステアリング装置のハウジング１７に固定されている。ホールＩＣ６は、各リード線７が基板１６に半田付けされ、基板１６は、ホールＩＣ６が作動する為の電源を供給し、ホールＩＣ６が検出した出力を得ている。
合成樹脂２４と永久磁石５との開口部は、シール部材２０により封止され、合成樹脂２４と合成樹脂２８との上部開口部は、シール部材１８により封止され、下部開口部は、シール部材１９により封止され、それぞれ鉄屑、鉄粉等の塵埃の侵入を防止している。
【００２０】
以下に、このような構成のトルク検出装置の動作を説明する。入力軸１又は出力軸２にトルクが加えられないとき、磁気ヨーク４ａ，４ｂの各爪１０は、図５（ｂ）に示すように、永久磁石５のＮ極及びＳ極に対向する面積が等しくなり、Ｎ極から入る磁束とＳ極へ出る磁束とが等しくなるので、磁気ヨーク４ａ及び磁気ヨーク４ｂ間には磁束は生じない。
【００２１】
入力軸１又は出力軸２に一方向のトルクが加えられたとき、トーションバー３に捩れが生じて、磁気ヨーク４ａ，４ｂの各爪１０及び永久磁石５の相対位置が変化する。このとき、例えば、図５（ａ）に示すように、磁気ヨーク４ａの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より大きくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より大きくなる。また、磁気ヨーク４ｂの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より小さくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より小さくなる。その結果、磁気ヨーク４ａから磁気ヨーク４ｂへの磁束が生じ、この磁束密度は、各爪１０に対向するＮ極及びＳ極の面積の差が大きい程、大きくなる。
【００２２】
一方、入力軸１又は出力軸２に他方向のトルクが加えられたとき、上記とは逆方向に、トーションバー３に捩れが生じて、磁気ヨーク４ａ，４ｂの各爪１０及び永久磁石５の相対位置が変化する。このとき、例えば、図５（ｃ）に示すように、磁気ヨーク４ａの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より小さくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より小さくなる。また、磁気ヨーク４ｂの各爪１０に対向する面積が、永久磁石５のＮ極の方がＳ極より大きくなり、Ｎ極から入る磁束の方がＳ極へ出る磁束より大きくなる。その結果、磁気ヨーク４ｂから磁気ヨーク４ａへの磁束が生じ、この磁束密度は、各爪１０に対向するＮ極及びＳ極の面積の差が大きい程、大きくなる。
【００２３】
上述した磁気ヨーク４ａ及び磁気ヨーク４ｂ間のギャップに生じる磁束密度の変化を、トーションバー３の捩れ角である電気角−１８０〜１８０ｄｅｇ．（機械角−１５〜１５ｄｅｇ．）に対応させて図示すると、図５（ｄ）に示すような正弦波状となる。実際に使用される範囲は、トーションバー３の剛性から、−９０〜９０ｄｅｇ．を超えることはない。
【００２４】
上述した磁気ヨーク４ａ及び磁気ヨーク４ｂ間のギャップの磁束密度に応じて、磁気ヨーク４ａ，４ｂに生じた磁束は、集磁リング８，８によりそれぞれ誘導され、誘導された磁束は、集磁リング８，８の互いに近接する部分に集中し、ホールＩＣ６，６により検出される。集磁リング８，８により、ホールＩＣ６，６は、磁気ヨーク４ａ，４ｂの全周で発生する磁束密度の平均を検出することが出来る。
【００２５】
以上により、ホールＩＣ６，６は、それぞれ集磁リング８，８に生じた磁束に応じた磁束密度、即ち、入力軸１又は出力軸２に加えられたトルクに応じた磁束密度を検出することが出来る。つまり、検出した磁束密度に基づき、加えられたトルクを知ることが出来る。特に、ホールＩＣ６，６の検出方向を逆にし、それらの出力の差を求めることにより、振れ回り、ホールＩＣ６，６の温度特性及び軸方向の検出感度の各影響を相殺することが出来、検出精度を高めることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係るトルク検出装置の実施の形態の構成を示す説明図である。
【図２】本発明に係るトルク検出装置の磁気ヨーク及び集磁リングを示す分解斜視図である。
【図３】本発明に係るトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に実装した場合の構成例を示す縦断面図である。
【図４】図３に示すトルク検出装置のヨーク及びカラーの圧入による固定状態を示す説明図である。
【図５】本発明に係るトルク検出装置の動作例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  入力軸（第１軸）
２  出力軸（第２軸）
３  トーションバー（連結軸）
４ａ，４ｂ  磁気ヨーク（軟磁性体）
５  永久磁石
６  ホールＩＣ（ホール素子、検出器）
７  リード線
８  集磁リング
１０  爪
１８〜２０  シール部材
２４，２８  合成樹脂
２５  カラー
【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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