(57)【要約】【課題】合成樹脂材製の磁気漏れ防止部材の収縮に起因するトルク検出精度の低下を防止できるトルクセンサを提供する。【解決手段】磁性材製第１シャフトを覆う非磁性材製筒状磁気漏れ防止部材12を磁性材製第１検出筒13が覆う。第１検出筒13の一端と、第２シャフトと同行回転する磁性材製の第２検出筒の一端とを通過する磁束に対する磁気抵抗は、両検出筒の一端に周方向に沿って複数の歯が設けられることで、両シャフトの伝達トルクに応じた弾性的な相対回転に応じ変化する。第１シャフトと第１検出筒13を、磁気漏れ防止部材12の成形型内に合成樹脂材の注入前に挿入し、磁気漏れ防止部材12と同行回転するよう一体化する。第１検出筒13の一端の歯13ａの周方向間における樹脂保持空間の周方向間隔Ｗを、第１検出筒13の他端に向かうに従って漸次小さくする。樹脂保持空間で固化した合成樹脂材は収縮することで歯13ａに押し付けられる。【選択図】図６
2006071538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材製の第１シャフトと、
前記第１シャフトに弾性的に相対回転可能に連結される第２シャフトと、
前記第１シャフトの外周を覆う非磁性材製の磁気漏れ防止部材と、
前記磁気漏れ防止部材の外周を覆う磁性材製の第１検出筒と、
前記第２シャフトに同行回転するよう一体化されると共に、前記第１検出筒の一端に一端が隙間をおいて対向するように配置される磁性材製の第２検出筒と、
前記第１検出筒の一端と前記第２検出筒の一端とを通過する磁束を発生することで磁気回路を構成するコイルとを備え、
前記磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗が両シャフトの相対回転量に応じて変化するように、前記第１検出筒の一端と前記第２検出筒の一端とに周方向に沿って並列する複数の歯が設けられ、
前記磁気漏れ防止部材は成形型に注入される合成樹脂材から型成形され、
前記第１シャフトと前記第１検出筒は、前記成形型内に合成樹脂材の注入前に挿入されることで、型成形される前記磁気漏れ防止部材と同行回転するように一体化され、
前記第１検出筒の一端における相隣接する前記歯の周方向間は樹脂保持空間とされ、
前記磁気漏れ防止部材は前記樹脂保持空間において固化される部分を有するトルクセンサにおいて、
前記樹脂保持空間において固化した合成樹脂材が収縮することで前記歯に押し付けられるように、前記樹脂保持空間の周方向間隔は前記第１検出筒の他端に向かうに従って漸次小さくされていることを特徴とするトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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用いられるトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
弾性的に相対回転する磁性材製の第１シャフトと第２シャフトにより伝達されるトルクを磁気抵抗の変化に基づき検出するトルクセンサが従来から汎用されている。そのトルクセンサにおいては、第１シャフトの外周を覆う非磁性材製の磁気漏れ防止部材の外周を磁性材製の第１検出筒により覆い、第２シャフトに磁性材製の第２検出筒を一体化し、第１検出筒の一端と第２検出筒の一端を通過する磁束をコイルにより発生させることで磁気回路を構成し、その磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗が両シャフトの伝達トルクに対応する弾性的な相対回転量に応じて変化するように、第１検出筒の一端と第２検出筒の一端とに周方向に沿って並列する複数の歯が設けられている。
【０００３】
上記のようなトルクセンサにおいては、磁気漏れ防止部材によって第１検出筒から第１シャフトへの磁気漏れを防止することで検出精度の低下が防止されている。その磁気漏れ防止部材を成形型に注入される合成樹脂材から型成形し、その成形型内に合成樹脂材の注入前に第１シャフトと第１検出筒を挿入することで、所謂インサート成形により第１シャフトと第１検出筒と磁気漏れ防止部材とを同行回転するように一体化することが提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７０２５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来のトルクセンサにおいては、図８、図９に示すように、磁気漏れ防止部材１０１の成形型に注入される合成樹脂材が第１検出筒１０２の一端の各歯１０２ａの周方向間で固化されることで、磁気漏れ防止部材１０１と第１検出筒１０２は同行回転するように一体化される。しかし、各歯１０２ａの周方向間において固化された合成樹脂材が時間経過等により図９において２点鎖線で示すように収縮した場合、各歯１０２ａの隣接する歯との対向面１０２ａ′は第１検出筒１０２の軸方向に沿うため、その対向面１０２ａ′と合成樹脂材との間に隙間が生じる。そうすると、第１検出筒１０２が磁気漏れ防止部材１０１に対してガタつき、トルク検出精度が低下するという問題がある。本発明は、そのような課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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、磁性材製の第１シャフトと、前記第１シャフトに弾性的に相対回転可能に連結される第２シャフトと、前記第１シャフトの外周を覆う非磁性材製の磁気漏れ防止部材と、前記磁気漏れ防止部材の外周を覆う磁性材製の第１検出筒と、前記第２シャフトに同行回転するよう一体化されると共に、前記第１検出筒の一端に一端が隙間をおいて対向するように配置される磁性材製の第２検出筒と、前記第１検出筒の一端と前記第２検出筒の一端とを通過する磁束を発生することで磁気回路を構成するコイルとを備え、前記磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗が両シャフトの相対回転量に応じて変化するように、前記第１検出筒の一端と前記第２検出筒の一端とに周方向に沿って並列する複数の歯が設けられ、前記磁気漏れ防止部材は成形型に注入される合成樹脂材から型成形され、前記第１シャフトと前記第１検出筒は、前記成形型内に合成樹脂材の注入前に挿入されることで、型成形される前記磁気漏れ防止部材と同行回転するように一体化され、前記第１検出筒の一端における相隣接する前記歯の周方向間は樹脂保持空間とされ、前記磁気漏れ防止部材は前記樹脂保持空間において固化される部分を有するトルクセンサにおいて、前記樹脂保持空間において固化した合成樹脂材が収縮することで前記歯に押し付けられるように、前記樹脂保持空間の周方向間隔は前記第１検出筒の他端に向かうに従って漸次小さくされていることを特徴とする。
第１検出筒の歯の周方向間における樹脂保持空間で固化した合成樹脂材は、周方向に収縮すると共に第１検出筒の他端に向かい収縮する。本発明によれば、その樹脂保持空間の周方向間隔は第１検出筒の他端に向かうに従い漸次小さくされているので、その樹脂保持空間において固化した合成樹脂材は、周方向に収縮しても、第１検出筒の他端に向かい収縮することで楔のように各歯に押し付けられる。これにより、磁気漏れ防止部材に対する第１検出筒のガタを防止できる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のトルクセンサによれば、合成樹脂材製の磁気漏れ防止部材をインサート成形により第１検出筒と一体化する場合に、樹脂の収縮による第１検出筒のガタを防止することでトルク検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１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用いられるものであって、ハウジング２と、操舵トルクを伝達するトルク伝達シャフトとを備え、トルク伝達シャフトは磁性材製の第１シャフト３と磁性材製の第２シャフト４を有する。第１シャフト３は、ハウジング２によりベアリング５を介して回転自在に支持され、図外ステアリングホイールに接続される。第２シャフト４は、ハウジング２によりベアリング６を介して回転自在に支持され、図外ステアリングギヤを介して自動車の車輪に接続される。第１シャフト３と第２シャフト４の中心孔に挿入されたトーションバー８は、一端側が第１シャフト３にピン９により連結され、他端側が第２シャフト４に図外ピン等により連結される。これにより、第２シャフト４は第１シャフト３に同軸中心に弾性的に相対回転可能に連結されている。第２シャフト４の外周にウォームホイール１０が取り付けられ、このウォームホイール１０に噛み合うウォーム１１が、ハウジング２に取り付けられる操舵補助力発生用モータ（図示省略）により駆動される。
【０００８】
第１シャフト３の外周は非磁性材製の筒状磁気漏れ防止部材１２により覆われている。磁気漏れ防止部材１２の外周は磁性材製の第１検出筒１３により覆われている。第２シャフト４の外周に磁性材製の第２検出筒１４が圧入等により同行回転するように一体化される。第１シャフト３の外周に磁性材製の第３検出筒１５が圧入等により同行回転するように一体化される。第１検出筒１３の一端は第２検出筒１４の一端に隙間δ１をおいて対向するように配置されている。第１検出筒１３の他端は第３検出筒１５の一端に隙間δ２をおいて対向するように配置されている。第１検出筒１３の一端、第２検出筒１４の一端、および第３検出筒１５の一端に、周方向に沿って並列する複数の歯１３ａ、１４ａ、１５ａが設けられている。第１検出筒１３の他端は平坦面とされている。
【０００９】
磁気漏れ防止部材１２は、成形型に合成樹脂材を注入することで型成形されている。第１シャフト３と第１検出筒１３は、その成形型内に合成樹脂材の注入前に挿入されることで、型成形される磁気漏れ防止部材１２に同行回転するように一体化されている。なお、第１シャフト３は第３検出筒１５に連結された状態でその成形型内に挿入される。
【００１０】
図２〜図４に示すように、磁気漏れ防止部材１２は、円筒部１２ａと、円筒部１２ａの一端から外方に延びる第１外方延出部１２ｂと、円筒部１２ａの他端から外方に延びる第２外方延出部１２ｃを有する。第１外方延出部１２ｂは、第１検出筒１３の一端における相隣接する歯１３ａの周方向間に位置する。第２外方延出部１２ｃは、第１検出筒１３の他端と第３検出筒１５の一端との間の隙間δ２と、第３検出筒１５の一端における相隣接する歯１５ａの周方向間とに位置する。
【００１１】
図５Ａ、図５Ｂ、図６に示すように、第１検出筒１３の一端における相隣接する歯１３ａの周方向間は樹脂保持空間１３Ａとされ、第１外方延出部１２ｂは樹脂保持空間１３Ａにおいて固化される。各歯１３ａにおける隣接する歯１３ａとの対向面は、第１検出筒１３の軸方向に対して傾斜する被押付面１３ａ′とされ、これにより、各樹脂保持空間１３Ａの周方向間隔Ｗは、第１検出筒１３の他端に向かうに従って漸次小さくされている。これによって、樹脂保持空間１３Ａにおいて固化した第１外方延出部１２ｂを形成する合成樹脂材は、周方向に収縮すると共に図６において２点鎖線で示すように第１検出筒１３の他端に向かい収縮することで、歯１３ａの被押付面１３ａ′に楔のように押し付けられる。なお、第２検出筒１４および第３検出筒１５の歯１４ａ、１５ａにおける隣接する歯との対向面は、従来と同様に軸方向に沿うものでよい。
【００１２】
図２〜図４に示すように、第１シャフト３の外周に、磁気漏れ防止部材１２の第１シャフト軸方向における変位を規制する軸方向変位規制部として、軸方向の間隔をおいて複数の周溝６１が設けられている。各周溝６１に磁気漏れ防止部材１２の内周における環状突部１２′が嵌め合わされる。また第１シャフト３の外周に、磁気漏れ防止部材１２の第１シャフト周方向における変位を規制する周方向変位規制部として、周方向の間隔をおいて複数の軸方向溝６２が設けられている。各軸方向溝６２に磁気漏れ防止部材１２の内周における突条１２″が嵌め合わされる。
【００１３】
図１に示すように、ハウジング２により保持される磁性材製のホルダー１７に、トルク伝達シャフトを覆う第１コイル１６と第２コイル１８とが収納されている。第１コイル１６が第１検出筒１３の一端と第２検出筒１４の一端を通過する磁束を発生することで第１磁気回路が構成されている。第２コイル１８が第１検出筒１３の他端と第３検出筒１５の一端とを通過する磁束を発生することで第２磁気回路が構成されている。
【００１４】
各コイル１６、１８に接続される検出回路が回路基板２０に設けられている。図７は検出回路の一例を示すもので、第１コイル１６は抵抗４２を介して発振器４３に接続され、第２コイル１８は抵抗４４を介して発振器４３に接続される。また、第１コイル１６は演算増幅器４５の反転入力端子に接続され、第２コイル１８は演算増幅器４５の非反転入力端子に接続される。両シャフト３、４によるトルクの伝達時においては、そのトルクに応じてトーションバー８がねじれ、第１検出筒１３と第２検出筒１４とが同軸中心に相対回転する。この相対回転により第１検出筒１３の一端の歯１３ａと第２検出筒１４の一端の歯１４ａとの周方向において重合する部分の面積が変化することから、その第１磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗は、そのトルク変化による両シャフト３、４の弾性的な相対回転量に応じて変化する。その変化に応じて第１コイル１６の出力が変化する。第１検出筒１３と第３検出筒１５とは同行回転するので、第２磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗は、両シャフト３、４による伝達トルクの変化によっては変動することがない。その第１磁気回路における磁気抵抗は、両シャフト３、４によるトルクの非伝達時にあっては第２磁気回路における磁気抵抗と等しくされる。これにより、第１磁気回路における磁気抵抗の変化による第１コイル１６の出力に基づき、トルク伝達シャフトにより伝達されるトルクの検出信号が検出回路により生成される。さらに、第２コイル１８の発生磁束が通過する第２磁気回路における磁気抵抗は、トルク伝達シャフトによる伝達トルクの変化によっては変動しないので、温度変動による第１コイル１６の出力変動と第２コイル１８の出力変動とが演算増幅器４５において打ち消される。すなわち、第１磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗変化に対応する値と第２磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗変化に対応する値との偏差に基づき、両シャフト３、４により伝達されるトルクが検出され、また、検出トルクの温度変動が補償される。その検出トルクに応じて上記操舵補助力発生用モータが駆動されることで操舵補助力が付与される。
【００１５】
上記実施形態によれば、第１シャフト３と第１検出筒１３との間に介在する磁気漏れ防止部材１２は、第１シャフト３と第１検出筒１３とを挿入した成形型内に合成樹脂材を注入することで型成形されるので、第１シャフト３と第１検出筒１３と磁気漏れ防止部材１２とを一体化できる。その一体化のため、第１検出筒１３の歯１３ａの周方向間における樹脂保持空間１３Ａにおいて磁気漏れ防止部材１２を形成する合成樹脂材が固化される。その樹脂保持空間１３Ａの周方向間隔Ｗが第１検出筒１３の他端に向かうに従い漸次小さくされることで、樹脂保持空間１３Ａにおいて固化した合成樹脂材は、周方向に収縮しても、第１検出筒１３の他端に向かい収縮することで楔のように各歯１３ａの被押付面１３ａ′に押し付けられる。これにより、磁気漏れ防止部材１２に対する第１検出筒１３のガタを防止し、トルク検出精度が低下するのを防止できる。
また、磁気漏れ防止部材１２が低温環境下や成形型内での冷却時に熱収縮したり、高温環境下において熱膨張する際に、第１シャフト軸方向に変位するのを軸方向変位規制部を構成する周溝６１の内面により規制できる。よって、第１検出筒１３の一端と第２検出筒１４の一端との間の隙間δ１、および第１検出筒１３の他端と第３検出筒１５の一端との間の隙間δ２が変動するのを防止し、両隙間δ１、δ２を高精度に設定し、検出トルクの変動を抑制できる。さらに、磁気漏れ防止部材１２の周方向における変位を周方向変位規制部を構成する軸方向溝６２の内面により規制し、第１磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗の変動を規制することで高精度にトルクを検出できる。
【００１６】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、樹脂保持空間１３Ａにおける磁気漏れ防止部材１２の収縮量は、合成樹脂材の種類、周溝６１や軸方向溝６２の数、深さ、幅等に応じて変化することから、第１検出筒１３の軸方向に対する被押付面１３ａ′の傾斜程度は特に限定されず、樹脂保持空間１３Ａにおいて固化した合成樹脂材が収縮することで歯１３ａに押し付けられるように設定すればよい。また、温度変動の補償や高精度のトルク検出が必要ない場合や、別の手段により温度変動の補償やトルク検出精度の向上を図る場合は第３検出筒１５は不要であり、軸方向変位規制部や周方向変位規制部も不要である。さらに、本発明が適用されるトルクセンサを操舵トルク以外のトルクを検出するために用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態のトルクセンサの縦断面図
【図２】本発明の実施形態のトルクセンサにおける第１シャフトと第１検出筒と第３検出筒と磁気漏れ防止部材の縦断面図
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面図
【図５Ａ】本発明の実施形態のトルクセンサにおける第１検出筒の正面図
【図５Ｂ】図５ＡのＶＢ−ＶＢ線断面図
【図６】図２のＶＩ矢視図
【図７】本発明の実施形態のトルクセンサにおける検出回路の構成説明図
【図８】従来例のトルクセンサの部分横断面図
【図９】図８のＩＸ矢視図
【符号の説明】
【００１８】
１  トルクセンサ
３  第１シャフト
４  第２シャフト
１２  磁気漏れ防止部材
１３  第１検出筒
１３ａ  歯
１３Ａ  樹脂保持空間
１４  第２検出筒
１６  第１コイル
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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