(57)【要約】【課題】トルクシャフトの外径を小さくすることなくトルクセンサの検出精度を高める。【解決手段】トルクシャフト３０の表面に設けられる磁歪膜５５と、この磁歪膜５５のまわりに設けられる電磁コイル５１とを備え、この電磁コイル５１のインダクタンス変化に基づいてトルクシャフト３０に入力されるトルクを検出するトルクセンサ５０であって、トルクシャフト３０は磁歪膜５５が設けられるセンサ軸部４８と、トルクを伝達するトルク伝達軸部４９とを有し、トルクシャフト３０に熱処理を施してセンサ軸部４８の硬度をトルク伝達軸部４９より低くするものとした。【選択図】図１
2008256432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクを伝達するトルクシャフトと、このトルクシャフトの表面に設けられる磁歪膜と、この磁歪膜のまわりに設けられる電磁コイルとを備え、この電磁コイルのインダクタンス変化に基づいて前記トルクシャフトに入力されるトルクを検出するトルクセンサであって、
前記トルクシャフトは前記磁歪膜が設けられるセンサ軸部とトルクを伝達するトルク伝達軸部とを有し、このセンサ軸部の硬度をこのトルク伝達軸部より低くすることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記トルクシャフトは前記トルク伝達軸部に焼き入れ処理をしたことを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記センサ軸部を中空筒状に形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪膜の応力磁気効果を用いてトルクを検出するトルクセンサの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来例えば特許文献１に開示されたトルクセンサは、トルクシャフトの表面に設けられる磁歪膜と、この磁歪膜のまわりに設けられる電磁コイルとを備える。
【０００３】
この場合、トルクシャフトにトルクが与えられることによってトルクシャフトと磁歪膜にねじれ歪みが生じると、磁歪膜の透磁率が変化するのに伴って電磁コイルのインダクタンスが変化し、この電磁コイルのインダクタンス変化に基づいてトルクシャフトに働くトルクが検出される。
【０００４】
また、特許文献２に開示されたトルクセンサは、磁歪膜を形成した磁歪フィルムを備え、トルクシャフトの表面に磁歪フィルムを接着により張り付けている。
【特許文献１】特開２００３−２９１８３０号公報
【特許文献２】特開平５−５６６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなトルクセンサの検出精度を高めるためには、トルクシャフトの外径を小さくして、トルクシャフトに生じるねじれ歪みを大きくすることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、トルクシャフトの外径を小さくすると、トルクシャフトの外周面に張り付けられる磁歪フィルムが剥離しやすいという問題点が生じる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、トルクシャフトの外径を小さくすることなくトルクセンサの検出精度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、トルクを伝達するトルクシャフトと、このトルクシャフトの表面に設けられる磁歪膜と、この磁歪膜のまわりに設けられる電磁コイルとを備え、この電磁コイルのインダクタンス変化に基づいてトルクシャフトに入力されるトルクを検出するトルクセンサであって、トルクシャフトは磁歪膜が設けられるセンサ軸部とトルクを伝達するトルク伝達軸部とを有し、センサ軸部の硬度をトルク伝達軸部より低くすることを特徴とするものとした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、トルクシャフトのセンサ軸部の硬度をトルク伝達軸部より低くし、センサ軸部の剛性を部分的に低くすることにより、トルクを伝達することによって生じるトルクシャフトのねじれ応力がセンサ軸部に集中し、センサ軸部に生じるねじれ歪みが大きくなるため、電磁コイルのインダクタンス変化も大きくなり、トルクセンサの検出精度を高められる。
【００１０】
センサ軸部の外径を大きくしてもセンサ軸部の剛性を低くすることによりセンサ軸部に生じるねじれ歪み量を確保し、トルクセンサが入力トルクを検出する精度を高められる。センサ軸部の外径を大きくすることによりセンサ軸部に接着される磁歪膜がセンサ軸部から剥離することを抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１に本発明が適用される車両のパワーステアリング装置の一例を示す。このパワーステアリング装置１は、運転者の操舵トルクを操舵系に伝達する動力伝達機構として、ステアリングハンドル（図示せず）に連係するトルクシャフト（操舵系）３０と、車輪（図示せず）に連係するラック軸（出力系）３とを備え、トルクシャフト３０の回転によってラック軸３が軸方向に移動することにより車輪が操舵されるようになっている。
【００１３】
トルクシャフト３０はケーシング５，６に第一、第二ベアリング７，８を介して中心線Ｏを中心に回転可能に支持され、第一、第二ベアリング７，８によってトルクシャフト３０のラジアル加重とスラスト加重が受けられる。第一、第二ベアリング７，８はインナレースとアウタレースの間に複数のボールが介装された、ボールベアリングである。
【００１４】
各ケーシング５，６は複数のボルト１９を介して締結され、各ケーシング５，６の間に第二ベアリング８のアウタレースが挟持される。
【００１５】
トルクシャフト３０の上端部にはセレーションを刻んだセレーション軸部３２が形成され、このセレーション軸部３２にステアリングハンドルに連係する継手（図示せず）が連結され、運転者がステアリングハンドルを操作する操舵トルクがセレーション軸部３２に入力される。
【００１６】
ステアリングギヤ機構４はトルクシャフト３０に刻まれるピニオン４２と、ラック軸３に刻まれるラック３ａとを備え、このピニオン４２がラック３ａに噛み合う。トルクシャフト３０が回転すると、ピニオン４２の回転によってラック軸３が軸方向に移動し、ラック軸３に連係するタイロッド（図示せず）等を介して左右の車輪が操舵される。
【００１７】
ラック軸３は車両の横方向に移動するようにケーシング６に対して摺動可能に支持される。ケーシング６にはラック軸３の外周面に摺接するガイド１１と、このガイド１１を付勢するバネ１２が介装され、このバネ１２の付勢力によってラック３ａがピニオン４２に押し付けられる。バネ１２の付勢力はケーシング６に螺合した調整ボルト１３によって調整される。
【００１８】
なお、ステアリングギヤ機構４はラック３ａとピニオン４２を備える機構に限らず、他の機構を用いてもよい。
【００１９】
トルクシャフト３０の下端には下端軸部４３が形成され、この下端軸部４３がケーシング６にニードルベアリング９を介して回転可能に支持される。これによりトルクシャフト３０のピニオン４２が刻まれる部位に働くラジアル荷重がニードルベアリング９と第二ベアリング８を介して両持ち支持される。
【００２０】
パワーステアリング装置１は、操舵トルクを補助的に付与するアシスト機構として、トルクシャフト３０に働く操舵トルクを検出するトルクセンサ５０と、ラック軸３を駆動する電動モータ（図示せず）とを備え、コントローラ（図示せず）がトルクセンサ５０によって検出される操舵トルクに応じて電動モータがラック軸３に操舵補助トルクを付与するようになっている。
【００２１】
なお、電動モータがラック軸３を駆動する機構に限らず、他の機構を用いてもよい。
【００２２】
トルクセンサ５０は、トルクシャフト３０のねじり歪み量に応じて変化する磁歪特性を電気的に検出する磁歪式検出装置である。トルクセンサ５０は、トルクシャフト３０の表面に２つの磁歪膜５５が軸長手方向に並べて設けられ、これら各磁歪膜５５の周囲に各磁歪膜５５に生じた磁歪特性の変化を電気的に検出する対の電磁コイル５１が設けられる。各磁歪膜５５と各電磁コイル５１はトルクシャフト３０の回転中心線Ｏと同心円上に配置される。
【００２３】
磁歪膜５５は例えばＮｉ−Ｆｅ系、またはＦｅ−Ｂ系の合金膜であり、トルクシャフト３０にトルクが入力されてトルクシャフト３０がねじれることにより歪みが生じ、応力磁気効果により透磁率が変化する薄膜である。磁歪膜５５に歪みが生じて磁歪膜５５の透磁率が変化すると、各電磁コイル５１のインダクタンスが変化する。
【００２４】
トルクシャフト３０に操舵トルクが与えられることによってトルクシャフト３０と各磁歪膜５５にねじれ歪みが生じると、一方の磁歪膜５５の透磁率が大きくなるのに伴ってこれに対峙した電磁コイル５１のインダクタンスが小さくなり、他方の磁歪膜５５の透磁率が小さくなるのに伴ってこれに対峙した電磁コイル５１のインダクタンスが大きくなる。コントローラは各電磁コイル５１のインダクタンス変化を検出回路（図示せず）を介して入力し、トルクシャフト３０に与えられる操舵トルクの大きさと方向をそれぞれ検出する。
【００２５】
磁歪膜５５は薄い平板状をした磁歪フィルム５６に形成されており、この磁歪フィルム５６が金属製のトルクシャフト３０の外周面に接着により張り付けられる。
【００２６】
しかし、磁歪フィルム５６は円柱状をしたトルクシャフト３０の外周面に沿って曲げられた状態で張り付けられため、磁歪フィルム５６が平らな元の形状に戻ろうとする弾性復元力によって磁歪フィルム５６がトルクシャフト３０の外周面から剥離しやすいという問題がある。
【００２７】
この対策として本発明は、トルクシャフト３０の磁歪フィルム５６が張り付けられるセンサ軸部４８の外径を大きくするとともに、トルクシャフト３０に熱処理を施して磁歪膜５５が設けられるセンサ軸部４８の硬度を少なくともトルクを伝達するトルク伝達軸部４９（セレーション軸部３２、ピニオン４２）より低くするものとした。
【００２８】
センサ軸部４８は図１においてトルクシャフト３０のハッチングを入れた部分であり、各電磁コイル５１に対峙している。円柱状をしたセンサ軸部４８の外周面に磁歪フィルム５６が接着により張り付けられる。
【００２９】
トルクシャフト３０を軸方向について分割した第一、第二シャフト３１，４１を設け、この第一、第二シャフト３１，４１に回転中心線Ｏを中心とした筒状の中空筒部３８、センサ軸部４８を形成し、各中空筒部３８、センサ軸部４８の端部どうしを溶接によって固着する。第一、第二シャフト３１，４１は鋼材によって形成される。
【００３０】
トルクシャフト３０は第一、第二ベアリング７，８の間に位置する部位にて第一、第二シャフト３１，４１に分割され、第一シャフト３１はケーシング５に第一ベアリング７を介して回転可能に支持され、第二シャフト４１は各ケーシング５，６に第二ベアリング８を介して回転可能に支持される。
【００３１】
第一シャフト３１は、その上端部に前記したセレーション軸部３２が形成され、その下端部に中空筒部３８が形成され、セレーション軸部３２と中空筒部３８の間に第一ベアリング７のインナレースが嵌合する軸受部３７が形成される。
【００３２】
第一シャフト３１はその全域に例えば高周波焼き入れ処理を行い、その硬度を均一に高める。これにより、第一シャフト３１に設けられるセレーション軸部３２と軸受部３７と中空筒部３８の硬度が第二シャフト４１のセンサ軸部４８の硬度より高められる。
【００３３】
第二シャフト４１は、その上端部に中空筒状のセンサ軸部４８が形成され、その下端部にピニオン４２と下端軸部４３が形成され、センサ軸部４８とピニオン４２の間に第二ベアリング７のインナレースが嵌合する軸受部４５が形成される。第二シャフト４１のピニオン４２が刻まれる部位に働くラジアル荷重はニードルベアリング９と第二ベアリング８を介して両持ち支持される。
【００３４】
第二シャフト４１は図１にハッチングを入れたセンサ軸部４８を除いた他の部位に例えば高周波焼き入れ処理を行う。これにより、第二シャフト４１においてピニオン４２と下端軸部４３と軸受部４５が形成される部位の硬度がセンサ軸部４８の硬度より高められる。
【００３５】
このようにトルクシャフト３０に熱処理を施して磁歪膜５５が設けられるセンサ軸部４８の硬度をトルクを伝達するセレーション軸部３２、ピニオン４２より低くして、センサ軸部４８の剛性を部分的に低くすることにより、操舵トルクが入力されることによって生じるトルクシャフト３０のねじれ応力がセンサ軸部４８に集中し、センサ軸部４８に生じるねじれ歪みが大きくなるため、各電磁コイル５１のインダクタンス変化も大きくなり、トルクセンサ５０が操舵トルクを検出する精度を高められる。
【００３６】
センサ軸部４８の外径を大きくすることによりセンサ軸部４８に接着される磁歪フィルム５６がセンサ軸部４８から剥離することを抑えられるが、センサ軸部４８の外径を大きくしてもセンサ軸部４８の剛性を低くすることによりセンサ軸部４８に生じるねじれ歪み量を確保し、トルクセンサ５０が操舵入力トルクを検出する精度を高められる。
【００３７】
トルクシャフト３０はトルク伝達軸部４９としてセレーション軸部３２、ピニオン４２を有し、このセレーション軸部３２、ピニオン４２に焼き入れ処理を行うため、セレーション軸部３２、ピニオン４２の耐久性を高めることと、トルクセンサ５０の検出精度を高めることを両立できる。
【００３８】
そして、トルクシャフト３０のセンサ軸部４８を中空筒状に形成したため、センサ軸部４８の外径を大きくしてもセンサ軸部４８を薄肉化することによりセンサ軸部４８に生じるねじれ歪み量を確保し、トルクセンサ５０がトルクシャフト３０に生じるねじれ歪みに応じて操舵入力トルクを検出する精度を高められる。これにより、センサ軸部４８の外径を大きくしてセンサ軸部４８に接着される磁歪フィルム５６がセンサ軸部４８から剥離することを抑えられる。
【００３９】
なお、トルクシャフト３０を中実の一体構造としても良い。この場合、第一、第二シャフト３１，４１に分割する従来の構造に比べて加工工数を大幅に削減できる。
【００４０】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態を示すパワーステアリング装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
３０  トルクシャフト
３２  セレーション軸部
４２  ピニオン
４８  センサ軸部
４９  トルク伝達軸部
５０  トルクセンサ
５１  電磁コイル
５５  磁歪膜
５６  樹脂フィルム
【図１】
2008256432.tif 000003