(57)【要約】【課題】トーションバーの過度な捻れ変形を防止するためのストッパ部をコンパクトな構成にす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、トーションバー１４の一端と他端とに固定された第１と第２の延長スリーブ１５，１６の互いの遊嵌部分にストッパ部１９，２７を設け、第２延長スリーブ１６における第２ストッパ部２７の外側に第２レゾルバ６０に備えた回転筒６９を嵌合して第２延長スリーブ１６の補強に兼用したので、この回転筒６９を補強に兼用しなかった場合に比べて、全体をコンパクトな構成にすることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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１対のレゾルバで検出し、それら検出角の差分に基づき、前記トーションバーの捻れ角に対応した負荷トルクを計測可能としたトルクセンサにおいて、
前記トーションバーの中間部外側に遊嵌されかつ前記トーションバーの一端部に固定された第１延長スリーブと、前記第１延長スリーブの外側に遊嵌されかつ前記トーションバーの他端部に固定された第２延長スリーブとを備え、
前記第１と第２の延長スリーブ同士の遊嵌部分には、前記トーションバーが所定の角度まで捻れたときに互いに当接するストッパ部が設けられ、
前記第２延長スリーブの前記ストッパ部の外側に前記一方のレゾルバに備えた回転筒を嵌合して前記第２延長スリーブを補強したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記回転筒に前記第２延長スリーブを圧入しかつ、その締まり代を０〜５０μｍにしたことを特徴とする請求項１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計測可能とした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、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計測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、トーションバーが過度に捻られないようにするためのストッパ部を設ける必要がある。そして、如何にストッパ部をコンパクトに纏めるかが課題になっている。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、トーションバーの過度な捻れ変形を防止するためのストッパ部をコンパクトな構成にす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回転可能に設けたトーションバーの回転角を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計測可能としたトルクセンサにおいて、トーションバーの中間部外側に遊嵌されかつトーションバーの一端部に固定された第１延長スリーブと、第１延長スリーブの外側に遊嵌されかつトーションバーの他端部に固定された第２延長スリーブとを備え、第１と第２の延長スリーブ同士の遊嵌部分には、トーションバーが所定の角度まで捻れたときに互いに当接するストッパ部が設けられ、第２延長スリーブのストッパ部の外側に一方のレゾルバに備えた回転筒を嵌合して第２延長スリーブを補強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、回転筒に第２延長スリーブを圧入しかつ、その締まり代を０〜５０μｍにしたところに特徴を有する。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
請求項１のトルクセンサでは、トーションバーの一端と他端とに固定された第１と第２の延長スリーブの互いの遊嵌部分にストッパ部を設け、第２延長スリーブにおけるストッパ部の外側にレゾルバに備えた回転筒を嵌合して第２延長スリーブの補強に兼用したので、この回転筒を補強に兼用しなかった場合に比べて、全体をコンパクトな構成にすることが可能になる。具体的には、回転筒に第２延長スリーブを圧入しかつ、その締まり代を０〜５０μｍにすることが好ましい（請求項２の発明）。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトルクセンサ及び電動ステアリング装置に関する実施形態を図１〜図４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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。また、第１レゾルバ嵌合部１８より先端部１４Ｂ側は、第１レゾルバ嵌合部１８より外径が小さい第１ストッパ部１９が形成され、さらに先端部１４Ｂ側には、最小径部２１が形成されている。
【００１３】
第１ストッパ部１９は、図２に示すように、円筒の周面に１対の平坦面１９Ｈ，１９Ｈを互いに平行に形成してなる。そして、各平坦面１９Ｈのうち前記円筒の残された円弧面１９Ｃ寄りの両側縁部が、後述する第２延長スリーブ１６に当接可能な計４つの当接部２２なっている。
【００１４】
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における第１ストッパ部１９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が周方向に複数形成されており、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。
【００１５】
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、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。また、第２レゾルバ嵌合部２６の内側は第２ストッパ部２７になっており、この第２ストッパ部２７と前記第１ストッパ１９とから本発明に係る「ストッパ部」が構成されている。
【００１６】
第２ストッパ部２７は、図２に示すように第１ストッパ部１９と同じ中心線（図２のＬ１，Ｌ２）で同図の上下左右に対称な略長孔形状をなしている。詳細には、第２ストッパ部２７は、第１ストッパ部１９の円弧面１９Ｃより径が大きい１対の円弧面２７Ｃ，２７Ｃを、同図の上下方向に対向配置して備える一方、円弧面１９Ｃより径が小さい１対の円弧面２７Ｄ，２７Ｄを同図の縦横に対向配置して備え、それら隣り合った円弧面２７Ｃ，２７Ｄの端部同士との間を、第１ストッパ部１９の４つの当接部２２に対向する４つの受面２８にて繋いだ形状になっている。
【００１７】
そして、トーションバー１４の中間部１４Ｃが一方に捻れることで第１延長スリーブ１５が第２延長スリーブ１６に対して同図の反時計回り方向に５．９°回転すると、図３に示すように、第１ストッパ部１９における点対称位置にある１対の当接部２２，２２が、第２ストッパ部２７における１対の受面２８，２８に面当接する。また、トーションバー１４の中間部１４Ｃが逆方向に捻られて第１延長スリーブ１５が第２延長スリーブ１６に対して図２における時計回り方向に５．９°回転すると、図３の場合とは別の１対の当接部２２，２２が、第２ストッパ部２７の１対の受面２８，２８に面当接する。
【００１８】
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、第１及び第２のレゾルバ５０，６０が設けられている。第１レゾルバ５０は、第１延長スリーブ１５における第１レゾルバ嵌合部１８の外面に固定された受電コイル５２及び検出用固定巻線５４と、筒形ボディ１１に内面に固定された給電コイル５１及び検出用可動巻線５３とからなる。そして、給電コイル５１と受電コイル５２との間の電磁誘導により検出用固定巻線５４が受電して励磁され、回転軸部１２の回転角に伴った検出用固定巻線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。
【００１９】
第２レゾルバ６０は、第２延長スリーブ１６における第２レゾルバ嵌合部２６の外面に嵌合固定された受電コイル６２及び検出用固定巻線６４と、筒形ボディ１１に内面に固定された給電コイル６１及び検出用可動巻線６３とからなる。そして、給電コイル６１と受電コイル６２との間の電磁誘導により検出用固定巻線６４が受電して励磁され、回転軸部１２の回転角に伴った検出用固定巻線６３，６４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。
【００２０】
さて、第２レゾルバ６０の受電コイル６２及び検出用固定巻線６４は、金属製の回転筒６９（本発明に係る「回転筒」に相当する）の外側に固定されており、この回転筒６９を第２レゾルバ嵌合部２６に圧入することで、第２レゾルバ嵌合部２６の外面に受電コイル５２及び検出用固定巻線５４が嵌合固定されている。ここで、回転筒６９の外径は、例えば１８〜２５ｍｍになっており、回転筒６９の肉厚は、例えば０．５〜２．５ｍｍとなっており、回転筒６９と第２レゾルバ嵌合部２６との絞まり代は、例えば０〜５０μｍになっている。
【００２１】
なお、本実施形態では、第１レゾルバ５０の受電コイル５２及び検出用固定巻線５４も金属製の回転筒５９の外側に固定されており、この回転筒５９が第１レゾルバ嵌合部１８に圧入固定されている。
【００２２】
トルクセンサ１０は、以上のように構成されており、例えば、図４に示すように、自動車に備えた電動ステアリング装置７０に組み付けられている。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５０，６０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。
【００２３】
次に本実施形態の作用効果について説明する。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、第１レゾルバ５０の電気角と、第２レゾルバ６０の電気角との間に差が生じる。ＥＣＵ７７は、これらレゾルバ５０，６０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。
【００２４】
ところで、トルクセンサ１０のトーションバー１４に過大なトルクがかかった場合には、第１延長スリーブ１５と第２延長スリーブ１６との互いの遊嵌部分に備えたストッパ部１９，２７同士が当接する。このとき、第２延長スリーブ１６の第２ストッパ部２７における薄肉部分に応力が集中する。しかしながら、本実施形態では、第２レゾルバ６０を第２ストッパ部２７の外側に圧入したことで、第２延長スリーブ１６の第２ストッパ部２７における薄肉部分が補強されている。これにより、トーションバー１４にかかり得るトルクで第２延長スリーブ１６が変形するような事態は防がれる。
【００２５】
このように本実施形態のトルクセンサ１０では、トーションバー１４の一端と他端とに固定された第１と第２の延長スリーブ１５，１６の互いの遊嵌部分にストッパ部１９，２７を設け、第２延長スリーブ１６における第２ストッパ部２７の外側に第２レゾルバ６０に備えた回転筒６９を嵌合して第２延長スリーブ１６の補強に兼用したので、この回転筒６９を補強に兼用しなかった場合に比べて、全体をコンパクトな構成にすることができる。
【００２６】
なお、本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。
また、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、上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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレゾルバ式トルクセンサの側断面図
【図２】図１のＡ−Ａ切断面における断面図
【図３】ストッパ部がストッパ受部に当接した状態の断面図
【図４】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
１９…第１ストッパ部
２７…第２ストッパ部
２８…ストッパ面
５０…第１レゾルバ
６０…第２レゾルバ
６９…回転筒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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