(57)【要約】【課題】加工コスト、組立コストを低減できるトルクセンサを提供する。【解決手段】磁性材製の第１シャフト３の外周を覆う非磁性材製の筒状磁気漏れ防止部材１２の外周を磁性材製の第１検出筒１３が覆う。磁性材製の第２検出筒１４は、第１シャフト３に弾性的に相対回転可能に連結される第２シャフトと同行回転すると共に、第１検出筒１３の一端に一端が隙間をおいて対向する。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第１コイル１６が発生することで構成される第１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の伝達トルク変化による弾性的な相対回転量に応じて変化する。磁気漏れ防止部材１２は、成形型に注入される合成樹脂材から型成形される。第１シャフト３と第１検出筒１３は、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る。【選択図】図１
2004170250.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、
その第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、
その第１シャフトの外周を覆う非磁性材製の筒状磁気漏れ防止部材と、
その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、
その第２シャフトに同行回転するように一体化されると共に、その第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、その第１検出筒の一端と第２検出筒の一端とを通過する磁束を発生することで第１磁気回路を構成する第１コイルとを備え、
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、両シャフトの伝達トルク変化による弾性的な相対回転量に応じて変化するトルクセンサにおいて、
その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、
その第１シャフトと第１検出筒は、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に同行回転するように一体化されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
その第１シャフトに同行回転するように一体化されると共に、その第１検出筒の他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３検出筒と、
その第１検出筒の他端と第３検出筒の一端とを通過する磁束を発生することで第２磁気回路を構成する第２コイルとを備え、
その第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、両シャフトにより伝達されるトルクが検出され、
その第１シャフトは、その第３検出筒に連結された状態でその成形型内に挿入され、
その第１シャフトに、その磁気漏れ防止部材の第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が設けられている請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
その軸方向変位規制部として、その第１シャフトの外周に軸方向の間隔をおいて複数の周溝が設けられ、
各周溝に、その磁気漏れ防止部材の内周における環状突部が嵌め合わされている請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
その第１シャフトに、その磁気漏れ防止部材の第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が設けられている請求項１〜３の中の何れかに記載のトルクセンサ。
【請求項５】
その周方向変位規制部として、その第１シャフトの外周に周方向の間隔をおいて複数の軸方向溝が設けられ、
各軸方向溝に、その磁気漏れ防止部材の内周における突条が嵌め合わされている請求項４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、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。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に示す従来のトルクセンサ１０１は、磁性材製の第１シャフト１０２に第２シャフト１０３が弾性的に相対回転可能に連結される。第１シャフト１０２の外周は非磁性材製の磁気漏れ防止部材１０４により覆われ、磁気漏れ防止部材１０４の外周は磁性材製の第１検出筒１０５により覆われる。第２シャフト１０３に磁性材製の第２検出筒１０６が同行回転するように一体化される。第１シャフト１０２に磁性材製の第３検出筒１０７が同行回転するように一体化される。第１検出筒１０５の一端と第２検出筒１０６の一端は互いに隙間をおいて対向し、第１検出筒１０５の他端と第３検出筒１０７は互いに隙間をおいて対向する。第１検出筒１０５の一端と第２検出筒１０６の一端とを通過する磁束を発生することで第１磁気回路を構成する第１コイル１０８と、第１検出筒１０５の他端と第３検出筒１０７の一端とを通過する磁束を発生することで第２磁気回路を構成する第２コイル１０９がハウジング１１０により保持される。第１検出筒１０５の一端、第２検出筒１０６の一端、および第３検出筒１０７の一端は、周方向に沿って並列する複数の歯により構成され、第１検出筒１０５の他端は平坦面とされている。これにより、第１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１０２、１０３の弾性的な相対回転量に応じて変化し、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１０２、１０３の弾性的な相対回転量に応じては変化しないものとされている。第１磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗変化は両シャフト１０２、１０３の弾性的な相対回転量に応じて変化するので、両シャフト１０２、１０３により伝達されるトルクに対応する。第２磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗変化は温度変動に対応する。これにより、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１０２、１０３により伝達されるトルクを求めることで、検出トルクの温度変動を補償できる。
【０００３】
従来、上記のように磁気漏れ防止部材１０４によって第１検出筒１０５から第１シャフト１０２への磁気漏れを防止することで検出精度の低下を防止するタイプのトルクセンサ１０１においては、磁気漏れ防止部材１０４は第１シャフト１０２に嵌め合わされ、第１検出筒１０５は磁気漏れ防止部材１０４に嵌め合わされ、第１検出筒１０５と磁気漏れ防止部材１０４はピン１２０により第１シャフト１０２に一体化されていた（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
実開平３−４８７４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のトルクセンサ１０１においては、第１検出筒１０５の内周孔の仕上げ加工、第１検出筒１０５と磁気漏れ防止部材１０４と第１シャフト１０２へのピン孔の加工、そのピン孔へのピン１２０の圧入が必要で、加工コスト、組立コストが増大する原因となっていた。
【０００６】
また、検出トルクの温度変動を抑制するためには、第１検出筒１０５の一端と第２検出筒１０６の一端との間の隙間、および第１検出筒１０５の他端と第３検出筒１０７の一端との間の隙間を高精度に管理する必要がある。そのため、第１検出筒１０５および磁気漏れ防止部材１０４の加工コスト、組立コストが増大する原因となっていた。
本発明は、上記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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁性材製の第１シャフトと、その第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、その第１シャフトの外周を覆う非磁性材製の筒状磁気漏れ防止部材と、その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、その第２シャフトに同行回転するように一体化されると共に、その第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、その第１検出筒の一端と第２検出筒の一端とを通過する磁束を発生することで第１磁気回路を構成する第１コイルとを備え、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、両シャフトの伝達トルク変化による弾性的な相対回転量に応じて変化するトルクセンサに適用される。本発明においては、その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、その第１シャフトと第１検出筒は、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に同行回転するように一体化されていることを特徴とする。
本発明によれば、第１シャフトと第１検出筒との間に介在する磁気漏れ防止部材は、第１シャフトと第１検出筒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シャフトと第１検出筒と磁気漏れ防止部材とをピンを用いることなく一体化できる。これにより、ピン孔の加工、ピンの圧入、第１検出筒の内周孔の仕上げ加工が不要になる。
【０００８】
その第１シャフトに同行回転するように一体化されると共に、その第１検出筒の他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３検出筒と、その第１検出筒の他端と第３検出筒の一端とを通過する磁束を発生することで第２磁気回路を構成する第２コイルとを備え、その第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、両シャフトにより伝達されるトルクが検出され、その第１シャフトは、その第３検出筒に連結された状態でその成形型内に挿入され、その第１シャフトに、その磁気漏れ防止部材の第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が設けられているのが好ましい。これにより、磁気漏れ防止部材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により規制できる。よって、第１検出筒の一端と第２検出筒の一端との間の隙間、および第１検出筒の他端と第３検出筒の一端との間の隙間が変動するのを防止し、両隙間を高精度に設定し、検出トルクの温度変動を抑制できる。
その軸方向変位規制部として、その第１シャフトの外周に軸方向の間隔をおいて複数の周溝が設けられ、各周溝に、その磁気漏れ防止部材の内周における環状突部が嵌め合わされているのが好ましい。これにより複数の周溝の間においては、磁気漏れ防止部材が熱膨張や熱収縮により第１シャフト軸方向に変位するのを規制できるので、上記両隙間の温度変動をより効果的に規制できる。
【０００９】
その第１シャフトに、その磁気漏れ防止部材の第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が設けられているのが好ましい。これにより、磁気漏れ防止部材の周方向における変位を周方向変位規制部により規制し、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。この場合、その周方向変位規制部として、その第１シャフトの外周に周方向の間隔をおいて複数の軸方向溝が設けられ、各軸方向溝に、その磁気漏れ防止部材の内周における突条が嵌め合わされているのが好ましい。これにより複数の軸方向溝の間においては、磁気漏れ防止部材が熱膨張や熱収縮により第１シャフト周方向に変位するのを規制できるので、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より効果的に規制できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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Ｓとを備え、そのトルク伝達シャフトＳ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。
【００１１】
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、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。
【００１２】
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が圧入により同行回転するように一体化されている。第１シャフト３の外周に磁性材製の第３検出筒１５が圧入により同行回転するように一体化されている。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の一端は、周方向に沿って並列する複数の歯１３ａ、１４ａ、１５ａにより構成されている。第１検出筒１３の他端は平坦面とされている。
【００１３】
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。また、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。
【００１４】
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の歯１３ａの間の領域に位置する。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の一端との間の領域と第３検出筒１５の歯１５ａの間の領域とに位置する。
【００１５】
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′が嵌め合わされている。本実施形態では周溝６１は５本とされている。
【００１６】
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″が嵌め合わされている。本実施形態では軸方向溝６２は４本とされている。
【００１７】
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Ｓ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。
【００１８】
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５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との軸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Ｓ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Ｓ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。
【００１９】
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とをピンを用いることなく一体化できる。これにより、ピン孔の加工、ピンの圧入、第１検出筒１３の内周孔の仕上げ加工が不要になる。
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、検出トルクの温度変動を抑制できる。その周溝６１が複数とされることで、周溝６１の間においては磁気漏れ防止部材１２の第１シャフト軸方向における熱膨張と熱収縮の双方を規制できるので、各隙間δ１、δ２の温度変動をより効果的に規制できる。
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。その軸方向溝６２が複数とされることで、軸方向溝６２の間においては磁気漏れ防止部材１２の第１シャフト周方向における熱膨張と熱収縮の双方を規制できるので、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より効果的に規制できる。
【００２０】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、周溝６１の数は特に限定されず単一でもよいが複数である方が好ましい。例えば、図６の第１変形例に示すように周溝６１を単一として第３検出筒１５の内方に配置した場合、低温環境下や成形型内での冷却時に熱収縮により磁気漏れ防止部材１２が矢印α方向へ軸方向変位するのが周溝６１の内面により規制され、また、矢印β方向へ軸方向変位するのは第２外方延出部１２ｃを介して第３検出筒１５の端面により規制されるので、隙間δ１、δ２の変動は小さくなる。図７の第２変形例に示すように周溝６１を単一として第１検出筒１３の歯１３ａの内方に配置した場合、高温環境下に熱膨張により磁気漏れ防止部材１２が矢印α方向へ軸方向変位するのが周溝６１の内面により規制され、また、矢印β方向へ軸方向変位するのは第２外方延出部１２ｃを介して第３検出筒１５の端面により規制されるので、隙間δ１、δ２の変動は小さくなる。よって、磁気漏れ防止部材１２の熱収縮と熱膨張の双方による変位を規制する上では、周溝６１を第１シャフト３の軸方向において離れた２位置に配置するのがより好ましい。また、図８の第３変形例に示すように周溝６１を単一として第１検出筒１３の両端間に配置した場合、低温環境下や成形型内での冷却時における熱収縮による磁気漏れ防止部材１２における第２検出筒１４寄り部分の矢印α方向への変位と、第３検出筒１５寄り部分の矢印β方向への変位とが周溝６１の内面により規制され、また、第２検出筒１４寄り部分の矢印β方向への変位と第３検出筒１５寄り部分の矢印α方向への変位とは互いに相殺するので、隙間δ１、δ２の変動は小さくなる。よって、周溝６１を第１シャフト３の軸方向において離れた２位置だけでなく、第１検出筒１３の両端間にも配置するのが好ましく、その数は多い方が磁気漏れ防止部材１２の熱収縮と熱膨張による軸方向変位を規制する上で好ましい。温度を−５０℃〜１００℃の範囲で変動させた場合のトルクセンサ１の出力変動率は、周溝６１を単一とした場合は約１０％であったのが、周溝６１を５本とすることで約５％になった。その周溝６１の深さと幅は、周溝６１内での合成樹脂材の熱変形の影響を小さくするため、磁気漏れ防止部材１２の軸方向変位を規制することができる範囲で可及的に小さくするのが好ましく、例えば深さを０．２ｍｍ〜２ｍｍ、幅を０．２ｍｍ〜２ｍｍとする。
軸方向溝６２の数も特に限定されず単一でもよいが複数である方が好ましい。その軸方向溝６２の深さと幅は、軸方向溝６２内での合成樹脂材の熱変形の影響を小さくするため、磁気漏れ防止部材１２の周方向変位を規制することができる範囲で可及的に小さくするのが好ましく、例えば深さを０．２ｍｍ〜２ｍｍ、幅を０．２ｍｍ〜２ｍｍとする。
また、図９の第４変形例に示すように、軸方向変位規制部および周方向変位規制部を兼用するものとして、上記のような周溝６１や軸方向溝６２に代えて第１シャフト３の外周に綾目のローレット６３を設けてもよく、そのローレット６３の深さ（山と谷の高低差）は例えば０．２ｍｍ〜２ｍｍとする。
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。
【００２１】
【発明の効果】
本発明のトルクセンサによれば、加工コスト、組立コストを低減でき、しかも検出トルクの温度変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【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５】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６】本発明の第１変形例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７】本発明の第２変形例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８】本発明の第３変形例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９】本発明の第４変形例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部分破断側面図
【図１０】従来例のトルクセンサの縦断面図
【符号の説明】
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
１２′  環状突部
１２″  突条
１３  第１検出筒
１４  第２検出筒
１５  第３検出筒
１６  第１コイル
１８  第２コイル
６１  周溝（軸方向変位規制部）
６２  軸方向溝（周方向変位規制部）
【図１】
2004170250.tif 000003
【図２】
2004170250.tif 000004
【図３】
2004170250.tif 000005
【図４】
2004170250.tif 000006
【図５】
2004170250.tif 000007
【図６】
2004170250.tif 000008
【図７】
2004170250.tif 000009
【図８】
2004170250.tif 000010
【図９】
2004170250.tif 000011
【図１０】
2004170250.tif 000012