(57)【要約】【課題】熱膨張によって生じる内部応力を抑えて信頼性を向上させることが可能なトルクセンサを提供する。【解決手段】本発明のトルクセンサ１０では、比較的剛性が高い第１端末ピン５１Ｐを給電コイル部５１に固定する一方、比較的剛性が低い第２端末ピン５３Ｐを外側巻線部５３に固定し、それら第１及び第２の端末ピン５１Ｐ，５３Ｐを、共通の回路基板５８のピンホール５９に通して固着したので、各端末ピン５１Ｐ，５３Ｐが熱膨張したときには、比較的剛性が高い第１端末ピン５１Ｐが回路基板５８を支持した状態で、比較的剛性が低い第２端末ピン５３Ｐの変形により内部応力を緩和させることができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形ボディの内部にトーションバーを回転可能に設けると共に、前記筒形ボディに固定した外側巻線部と前記トーションバーに固定した内側巻線部との相互インダクタンスの変化に基づいて前記トーションバーの回転角を検出するレゾルバを対にして設け、それら１対のレゾルバの検出角の差分から前記トーションバーにかかる負荷トルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記トーションバーには、前記各内側巻線部に接続された１対の受電コイル部が設けられ、
前記筒形ボディには、前記各受電コイル部に電磁誘導により電力を供給する１対の給電コイル部が設けられ、
鋼の表面を銅で覆った第１端末ピンと、前記第１端末ピンより剛性が低い銅製の第２端末ピンとのうちの何れか一方の端末ピンを前記各給電コイル部に固定する一方、他方の端末ピンを前記各外側巻線部に固定し、それら第１及び第２の端末ピンを共通の回路基板に固着して、前記給電コイル部及び前記外側巻線部を前記回路基板に電気接続したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記１対の給電コイル部の間に、前記１対の外側巻線部を配置し、前記給電コイル部の端末を前記第１端末ピンとする一方、前記外側巻線部の端末を前記第２端末ピンとしたことを請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記給電コイル部は、ボビンに電線を巻回してなり、前記第１端末ピンは前記ボビンに固定されたことを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記第２端末ピンには、他の部分より扁平状をなした被クランプ部が設けられ、前記被クランプ部を、前記回路基板の前記ピンホールの内部に配置したことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記第２端末ピンの軸方向の途中部分に、湾曲部を設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか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、トーションバーの捻れ角を１対のレゾルバで検出してトルクを検出するトルクセンサに関する。
【０００２】
【関連技術】
レゾルバは、例えば、サーボモータに備えられて回転角を検出する役割を果たす（例えば、特許文献１参照）。そして、近年では、筒形ボディの内部に回転可能に設けたトーションバーの回転角を、極数が異なる１対のレゾルバで検出し、それら検出角の差分に基づき、トーションバーの捻れ角に対応した負荷トルクを検出するトルクセンサの開発が進められている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３２８９５２号公報（請求項４２、［０００５］）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したトルクセンサでは、レゾルバに備えた給電コイル部及び外側巻線部の複数の端末ピンを共通の回路基板に接続した構造が好ましい。そして、このような構造にした場合、各部位が熱膨張したときには、回路基板と各端末ピンとの接続部や端末ピン自体に内部応力が生じるので、この内部応力を抑えて信頼性を向上させることが求められていた。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、熱膨張によって生じる内部応力を抑えて信頼性を向上させることが可能なトルクセンサの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた請求項１の発明に係るトルクセンサは、筒形ボディの内部にトーションバーを回転可能に設けると共に、筒形ボディに固定した外側巻線部とトーションバーに固定した内側巻線部との相互インダクタンスの変化に基づいてトーションバーの回転角を検出するレゾルバを対にして設け、それら１対のレゾルバの検出角の差分からトーションバーにかかる負荷トルクを検出するトルクセンサにおいて、トーションバーには、各内側巻線部に接続された１対の受電コイル部が設けられ、筒形ボディには、各受電コイル部に電磁誘導により電力を供給する１対の給電コイル部が設けられ、鋼の表面を銅で覆った第１端末ピンと、第１端末ピンより剛性が低い銅製の第２端末ピンとのうちの何れか一方の端末ピンを各給電コイル部に固定する一方、他方の端末ピンを各外側巻線部に固定し、それら第１及び第２の端末ピンを共通の回路基板に固着して、給電コイル部及び外側巻線部を回路基板に電気接続したところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のトルクセンサにおいて、１対の給電コイル部の間に、１対の外側巻線部を配置し、給電コイル部の端末を第１端末ピンとする一方、外側巻線部の端末を第２端末ピンとしたところに特徴を有する。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２に記載のトルクセンサにおいて、給電コイル部は、ボビンに電線を巻回してなり、第１端末ピンはボビンに固定されたところに特徴を有する。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のトルクセンサにおいて、第２端末ピンには、他の部分より扁平状をなした被クランプ部が設けられ、被クランプ部を、回路基板のピンホールの内部に配置したところに特徴を有する。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のトルクセンサにおいて、第２端末ピンの軸方向の途中部分に、湾曲部を設けたところに特徴を有する。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
請求項１のトルクセンサでは、剛性が異なる第１及び第２の端末ピンのうちの何れか一方の端末ピンを給電コイル部に固定する一方、他方の端末ピンを外側巻線部に固定し、それら第１及び第２の端末ピンを、共通の回路基板に固着したので、各端末ピンが熱膨張したときには、比較的剛性が高い第１端末ピンが回路基板を支持した状態で、比較的剛性が低い第２端末ピンの変形により内部応力を緩和することができる。これにより、給電コイル部及び外側巻線部と回路基板との接続の信頼性を向上させることができる。
【００１２】
＜請求項２及び３の発明＞
請求項２のトルクセンサでは、比較的剛性が高い第１端末ピンが互いに離れた側に配置されて回路基板を支持するので、回路基板の支持が安定する。ここで、第１端末ピンをボビンに固定すれば、第１端末ピン自体を安定させることができ、これにより回路基板の支持が安定する（請求項３の発明）。
【００１３】
＜請求項４の発明＞
請求項４のトルクセンサでは、第２端末ピンのうち比較的強度が低くなる扁平状の被クランプ部を、回路基板のピンホールの内部に配置したことで、被クランプ部が半田によって補強されて、被クランプ部に応力が集中することが防がれる。なお、被クランプ部は扁平形状であるので、ツールにて安定して把持することができる。
【００１４】
＜請求項５の発明＞
請求項５のトルクセンサでは、第２端末ピンの軸方向の途中部分に、湾曲部を設けたので、湾曲部の曲げ変形により内部応力を緩和することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１には、本実施形態のトルクセンサ１０の全体が示されている。同図において符号１１は筒形ボディであって、その内側を回転軸部１２が貫通し、筒形ボディ１１の両端部に設けたベアリング１３，１３により回転可能に軸支されている。
【００１６】
回転軸部１２は、トーションバー１４と第１及び第２の延長スリーブ１５，１６とからなる。トーションバー１４は、両端部１４Ａ，１４Ｂに比べて中間部１４Ｃの径が細くなっており、負荷トルクを受けるとその中間部１４Ｃが捻れ変形する。
【００１７】
第１延長スリーブ１５は、トーションバー１４における中間部１４Ｃのほぼ全体を遊嵌状態に覆うと共に、トーションバー１４の一方の端部１４Ａ（以下、これを「基端部１４Ａ」といい、逆側の端部を「先端部１４Ｂ」という）に隙間無く嵌合されている。第１延長スリーブ１５とトーションバー１４の基端部１４Ａとの嵌合部分にはピン１７が横切って貫通しており、これにより、第１延長スリーブ１５がトーションバー１４の基端部１４Ａと一体に回転する。
【００１８】
第１延長スリーブ１５の外周面には、前記ベアリング１３が嵌合されたベアリング嵌合部２０が設けられ、そのベアリング嵌合部２０よりトーションバー１４の先端部１４Ｂ側には、第１レゾルバ嵌合部１８が設けられている。
【００１９】
図１に示すように、第２延長スリーブ１６は、ピニオンギヤ２３の一端に一体形成されている。そして、トーションバー１４の先端部１４Ｂに嵌合されて、第１延長スリーブ１５の外側を覆っている。第２延長スリーブ１６とトーションバー１４の先端部１４Ｂとの嵌合部分には、回り止め用の凹凸部２４が全周に形成されており、これにより、第２延長スリーブ１６がトーションバー１４の先端部１４Ｂと一体に回転する。従って、トーションバー１４の中間部１４Ｃが捻られると、トーションバー１４の基端部１４Ａに一体に回転する第１延長スリーブ１５と、先端部１４Ｂと一体に回転する第２延長スリーブ１６とが相対的に回転する。
【００２０】
第２延長スリーブ１６の外周面には、前記ベアリング１３が嵌合されたベアリング嵌合部２５が設けられ、そのベアリング嵌合部２５よりトーションバー１４の基端部１４Ａ側には、第２レゾルバ嵌合部２６が設けられている。第２レゾルバ嵌合部２６は、前記第１レゾルバ嵌合部１８と外径が同じになっている。
【００２１】
図１に示すように、筒形ボディ１１と回転軸部１２との間には、１対のレゾルバ５０，５０が設けられており、これらレゾルバ５０，５０は、同一構造になっている。即ち、レゾルバ５０は、回転軸部１２側に固定されるロータ５０Ｒと、筒形ボディ１１側に固定されるステータ５０Ｓとからなる。ロータ５０Ｒには、受電コイル部５２及び内側巻線部５４とが備えられ、ステータ５０Ｓには、給電コイル部５１及び外側巻線部５３とが備えられている。そして、給電コイル部５１と受電コイル部５２との間の電磁誘導により内側巻線部５４が受電して励磁され、回転軸部１２の回転角に伴った内外の巻線部５３，５４の相互インダクタンスの変化に基づいて回転軸部１２の電気角が変化する。
【００２２】
詳細には、図２に示すように、受電コイル部５２は、ボビン５２Ｂに電線５２Ｄを巻回してなり、内側巻線部５４は、ロータコア５４Ｃに備えた複数のティースに電線５４Ｄを巻回してなる。また、内側巻線部５４の両側にはシールド円板８０，８１が配されている。これら受電コイル部５２及び内側巻線部５４を回転筒５６の外面に嵌合固定してロータ５０Ｒが構成されている。そして、一方のロータ５０Ｒが第１延長スリーブ１５の第１レゾルバ嵌合部１８に嵌合固定され、他方のロータ５０Ｒが第２延長スリーブ１６の第２レゾルバ嵌合部２６に嵌合固定されている。なお、回転筒５６の一端から延設した係止片５６Ａが、各レゾルバ嵌合部１８，２６に形成した係止溝１６Ｍに係止してロータ５０Ｒが軸方向で位置決めされている。
【００２３】
給電コイル部５１は、ボビン５１Ｂに電線５１Ｄを巻回し、そのボビン５１Ｂの外側を別のボビン５１Ｅで覆った構成になっている。また、ボビン５１Ｅの側面には、図５に示すように、複数（図３参照）の第１端末ピン５１Ｐが固定されており、この第１端末ピン５１Ｐがボビン５１Ｅの径方向外側に突出している。そして、第１端末ピン５１Ｐの基端部に給電コイル部５１の電線５１Ｄが電気接続されている。
【００２４】
一方、外側巻線部５３は、ステータコア５３Ｃに備えた複数のティースにそれぞれ電線５３Ｄを巻回してなる。また、外側巻線部５３の一側面には、円板８４が固定されており、この円板８４には、複数（図３参照）の第２端末ピン５３Ｐが固定されている。ここで、第２端末ピン５３Ｐは、図５に示すように、円板８４の縁部から外側巻線部５３の軸方向に立ち上がり、途中で湾曲して先端が外側巻線部５３の径方向外側に突出している。また、第２端末ピン５３Ｐの基端部には外側巻線部５３の電線５３Ｄが電気接続されている。さらに、第２端末ピン５３Ｐのうち途中の湾曲部５３Ｗより先端側には、第２端末ピン５３Ｐを他の部分より扁平にした被クランプ部５３Ｖが備えられている。
【００２５】
なお、第２端末ピン５３Ｐを外側巻線部５３に組み付けて固定する際に、図示しない工具によって被クランプ部５３Ｖが把持される。
【００２６】
さて、本実施形態では、給電コイル部５１の第１端末ピン５１Ｐは、外側巻線部５３の第２端末ピン５３Ｐより剛性が高くなっている。具体的には、図４（Ａ）の断面図に示すように、第１端末ピン５１Ｐは、鋼Ｋ１（例えば、軟鋼）の周りを銅Ｋ２で被覆した構造になっている。一方、第２端末ピン５３Ｐは、図４（Ｂ）に示すように、全体が銅Ｋ２で構成されている。これにより、第１端末ピン５１Ｐが第２端末ピン５３Ｐより剛性が高くなっている。
【００２７】
両レゾルバ５０，５０の給電コイル部５１及び外側巻線部５３は、外嵌スリーブ５７の内側に嵌合固定されている。詳細には、図３に示すように、外嵌スリーブ５７には、その周方向の一部を軸方向全体に亘って切除してピン挿通窓５７Ｗが形成されている。そして、外嵌スリーブ５７の両端部から順番にそれぞれシールド円板８３，８３、円板８４，８４、外側巻線部５３，５３、シールド円板８２，８２、給電コイル部５１，５１が嵌合されている。即ち、図３に示すように、１対の給電コイル部５１，５１の間に、１対の外側巻線部５３，５３を配置した構造になっている。なお、外側巻線部５３及び給電コイル部５１を嵌合する際には、外嵌スリーブ５７の両端部におけるピン挿通窓５７Ｗの開放口から各端末ピン５１Ｐ，５３Ｐがピン挿通窓５７Ｗ内に挿入される。
【００２８】
外嵌スリーブ５７の側方には、ピン挿通窓５７Ｗを覆うように回路基板５８が配置されている。この回路基板５８に形成されたピンホール５９に、第１端末ピン５１Ｐと第２端末ピン５３Ｐとがそれぞれ挿入されて半田付されている。このとき、第２端末ピン５３Ｐの被クランプ部５３Ｖは、回路基板５８のピンホール５９の内部に配置されて半田で覆われる。以上により、両レゾルバ５０，５０のステータ５０Ｓ，５０Ｓが１部品のステータユニットになっている。そして、このステータユニットが、筒形ボディ１１内に嵌合固定されている。
【００２９】
本実施形態のトルクセンサ１０の構造は以上である。このトルクセンサ１０は、例えば図６に示すように、自動車に備えた電動ステアリング装置７０に組み付けられる。具体的には、ハンドル７１に連結されたステアリングシャフト７８の先端にトルクセンサ１０の回転軸部１２が連結され、その回転軸部１２のピニオンギヤ２３が、アクチュエータ７２内でラック７４に噛合している。アクチュエータ７２には電動モータが内蔵され、この電動モータの回転出力を直動運動に変換してラック７４を直動させる。また、ラック７４の両端と、操舵輪７３，７３の回転支持部７６，７６との間は、タイロッド７５，７５によって連結されている。さらに、トルクセンサ１０の筒形ボディ１１は車両本体に固定され、トルクセンサ１０の各レゾルバ５０，５０の出力線がＥＣＵ７７に接続されている。そして、ＥＣＵ７７は、トルクセンサ１０にて検出したステアリングシャフト７８の負荷トルクに基づいて、アクチュエータ７２を駆動制御する。これにより、運転者によるハンドル７１への操舵力にアクチュエータ７２の出力を補助力として加えた合力で、ラック７４が直動駆動されて、操舵輪７３，７３が転舵する。
【００３０】
次に本実施形態の電動ステアリング装置７０の動作について説明する。ハンドル７１を回転させると、トルクセンサ１０におけるトーションバー１４に負荷トルクがかかってトーションバー１４の中間部１４Ｃが捻られる。すると、トーションバー１４の基端部１４Ａに一体回転する第１延長スリーブ１５と、トーションバー１４の先端部１４Ｂと一体回転する第２延長スリーブ１６とが相対的に回転し、両レゾルバ５０，５０の電気角に差が生じる。ＥＣＵ７７は、これらレゾルバ５０，５０の電気角の差分に基づいて回転軸部１２にかかる負荷トルクを演算し、その回転軸部１２にかかる負荷トルク、即ち、ハンドル７１への反力トルクを運転状況に応じて適宜変更するように、アクチュエータ７２の出力を変更する。
【００３１】
ところで、自動車本体の熱によりトルクセンサ１０を構成する各部位がそれぞれ熱膨張する事態が起こりうる。しかしながら本実施形態のトルクセンサ１０では、比較的剛性が高い第１端末ピン５１Ｐを給電コイル部５１に固定する一方、比較的剛性が低い第２端末ピン５３Ｐを外側巻線部５３に固定し、それら第１及び第２の端末ピン５１Ｐ，５３Ｐを、共通の回路基板５８のピンホール５９に通して固着したので、各端末ピン５１Ｐ，５３Ｐが熱膨張したときには、比較的剛性が高い第１端末ピン５１Ｐが回路基板５８を支持した状態で、比較的剛性が低い第２端末ピン５３Ｐの変形により内部応力を緩和させることができる。しかも、第２端末ピン５３Ｐの軸方向の途中部分に、湾曲部５３Ｗを設けたので、湾曲部５３Ｗによる曲げ変形により内部応力をさらに緩和させることができる。これにより、給電コイル部５１及び外側巻線部５３と回路基板５８との接続部の信頼性を向上させることができる。
【００３２】
また、比較的剛性が高い第１端末ピン５１Ｐを回路基板５８の両端部に固定したので、回路基板５８の支持が安定する。さらに、第２端末ピン５３Ｐのうち比較的強度が低くなる扁平状の被クランプ部５３Ｖを、回路基板５８のピンホール５９の内部に配置したことで、被クランプ部５３Ｖが半田によって補強されて、被クランプ部５３Ｖに応力が集中することが防がれる。
【００３３】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）前記実施形態のトルクセンサ１０は、電動ステアリング装置７０に組み込んで用いられていたが、電動ステアリング装置以外のものに本発明に係るトルクセンサを用いてもよい。
【００３４】
（２）前記実施形態では、給電コイル部５１に比較的剛性が高い第１端末ピン５１Ｐを備え、外側巻線部５３に比較的剛性が低い第２端末ピン５３Ｐを備えた構成にしたが、これとは逆に、外側巻線部に比較的剛性が高い第１端末ピンを備え、外側巻線部に比較的剛性が低い第１端末ピンを備えた構成にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にトルクセンサの側断面図
【図２】トルクセンサの一部を拡大した側断面図
【図３】回路基板に端末ピンを挿入固定した状態の斜視図
【図４】（Ａ）第１端末ピンの斜視図
（Ｂ）第２端末ピンの斜視図
【図５】回路基板に端末ピンを挿入固定した状態の斜視図
【図６】電動ステアリング装置の概念図
【符号の説明】
１０…トルクセンサ
１１…筒形ボディ
１４…トーションバー
５０…レゾルバ
５１…給電コイル部
５１Ｂ，５１Ｅ…ボビン
５１Ｐ…第１端末ピン
５２…受電コイル部
５３…外側巻線部
５３Ｐ…第２端末ピン
５３Ｖ…被クランプ部
５３Ｗ…湾曲部
５４…内側巻線部
５４Ｃ…ロータコア
５８…回路基板
５９…ピンホール
【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５】
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【図６】
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