(57)【要約】【課題】トルクセンサにおける検出コイルの検出出力幅を増大し、検出精度及び感度を向上すること。【解決手段】入力軸１４に固定され、磁路形成部３１Ａを端面に形成した第１の円筒３１と、出力軸１５に固定され、磁路形成部３２Ａを端面に形成した第２の円筒３２と、第１と第２の円筒３１、３２とともに磁気回路を構成しているトルク検出コイル３５を収納する筒体３３とを有するトルクセンサ３０において、第１と第２の円筒３１、３２の端面の一部に非磁性材料からなる遮蔽材５１、５２を嵌着し、該円筒３１、３２の端面の周方向で遮蔽材５１、５２の遮蔽部５１Ａ、５２Ａが遮蔽する部分の側傍の非遮蔽部を、該円筒３１、３２の端面の前記磁路形成部３１Ａ、３２Ａとするもの。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸に固定され、磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第１の円筒と、
出力軸に固定され、第１の円筒の磁路形成部に対向する磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第２の円筒と、
第１と第２の円筒とともに磁気回路を構成している検出コイルを収納する筒体とを有し、
入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、
第１と第２の円筒の端面の一部に非磁性材料からなる遮蔽材を嵌着し、該円筒の端面の周方向で遮蔽材の遮蔽部が遮蔽する部分の側傍の非遮蔽部を、該円筒の端面の前記磁路形成部とすることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記円筒の端面に形成された歯の谷部に前記遮蔽材を嵌着してなる請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記円筒の平坦状の端面の一部に前記遮蔽材を嵌着してなる請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記第１の円筒と第２の円筒が互いに同一形状をなしている請求項１〜３のいずれかに記載のトルクセンサ。
【請求項５】
ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項１〜４のいずれかに記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトルクセンサ及び電動パワーステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、出力軸とがトーションバーを介して連結され、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクを出力軸に伝え、結果として、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。
【０００３】
従来のトルクセンサは、特許文献１に記載の如く、入力軸１に固定され、磁路形成部（歯）２Ａを端面に形成した磁性材料からなる第１の円筒２と、出力軸３に固定され、第１の円筒２の磁路形成部２Ａに対向する磁路形成部（歯）４Ａを端面に形成した磁性材料からなる第２の円筒４と、第１と第２の円筒２、４とともに、磁気回路を構成しているトルク検出コイル５Ａを収納する筒体５とを有し、入力軸１と出力軸３とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出する（図７）。
【０００４】
【特許文献１】
実登録２５８３９７４（３頁、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１のトルクセンサでは、図７（Ａ）に示す如く、第１の円筒２の磁路形成部２Ａと第２の円筒４の磁路形成部４Ａを、それらの軸端面の周方向に等間隔で凹凸を繰り返すように加工した歯の山部にて構成している。第１の円筒２の磁路形成部２Ａ（山部）と第２の円筒４の磁路形成部４Ａ（山部）の相対する重なり面積を、第１の円筒２と第２の円筒４が構成する磁気回路の磁束通路面積とする。そして、入力軸１と出力軸３の間のトーションバーのねじれにより、第１の円筒２の磁路形成部２Ａ（山部）と第２の円筒４の磁路形成部４Ａ（山部）の重なり面積、換言すれば磁束通路面積を図７（Ｂ）、（Ｃ）の如くに変化させ、この面積変化に応じた透磁率の変化をトルク検出コイル５Ａで検出し、このトルク検出コイル５Ａの検出結果によりトーションバーに作用したトルクを検出する。
【０００６】
ところが、特許文献１のトルクセンサでは、第１の円筒２の磁路形成部２Ａと第２の円筒４の磁路形成部４Ａの間で生ずる磁束の通路が、図７（Ｃ）に示す如く、磁路形成部２Ａ、４Ａの山部の頂面だけでなく側面にも回り込み、入力軸１と出力軸３の間のトーションバーのねじれに伴なう前述の透磁率の変化量を低減し、トルク検出コイル５Ａの検出出力を低下させる。
【０００７】
本発明の課題は、トルクセンサにおける検出コイルの検出出力幅を増大し、検出精度及び感度を向上することにある。
【０００８】
本発明の他の課題は、電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、入力軸に固定され、磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第１の円筒と、出力軸に固定され、第１の円筒の磁路形成部に対向する磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第２の円筒と、第１と第２の円筒とともに磁気回路を構成している検出コイルを収納する筒体とを有し、入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、第１と第２の円筒の端面の一部に非磁性材料からなる遮蔽材を嵌着し、該円筒の端面の周方向で遮蔽材の遮蔽部が遮蔽する部分の側傍の非遮蔽部を、該円筒の端面の前記磁路形成部とするようにしたものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記円筒の端面に形成された歯の谷部に前記遮蔽材を嵌着してなるようにしたものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１の発明において更に、前記円筒の平坦状の端面の一部に前記遮蔽材を嵌着してなるようにしたものである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において更に、前記第１の円筒と第２の円筒が互いに同一形状をなしているようにしたものである。
【００１３】
請求項５の発明は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項１〜４のいずれかに記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動する電動パワーステアリング装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は第１実施形態の電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図２はトルクセンサを拡大して示す断面図、図３はトルクセンサの模式図、図４は第２実施形態の電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図５はトルクセンサを拡大して示す断面図、図６はトルクセンサの模式図、図７は従来のトルクセンサを示す模式図である。
【００１５】
（第１実施形態）（図１〜図３）
電動パワーステアリング装置１０は、図１に示す如く、車体フレーム等に固定される第１ハウジング１１に第２ハウジング１２をボルト結合する。そして、ステアリングホイールが結合される入力軸１４と、出力軸１５をトーションバー１６を介して同軸結合し、入力軸１４は軸受１７を介して第２ハウジング１２に支持し、出力軸１５は軸受１８を介して第１ハウジング１１に支持する。
【００１６】
電動パワーステアリング装置１０は、出力軸１５にピニオン軸を連結し、ピニオン軸のピニオンに噛み合うラックを備えたラック軸をハウジングに左右動可能に支持する。出力軸１５の回転運動をピニオン軸を介してラック軸の直線運動に変換し、車輪を操舵する。
【００１７】
電動パワーステアリング装置１０は、第１ハウジング１１に電動モータ（不図示）を支持し、電動モータの出力軸にはウォームギヤ２１が結合され、ウォームギヤ２１に噛み合うウォームホイール２２を第１ハウジング１１と第２ハウジング１２の中で出力軸１５に固定してある。
【００１８】
電動パワーステアリング装置１０は、入力軸１４と出力軸１５の間にトルクセンサ３０を設けている。ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサ３０により検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクをウォームギヤ２１、ウォームホイール２２を介して出力軸１５に伝える。これにより、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。
【００１９】
しかるに、トルクセンサ３０は以下の如くに構成される（図２）。
入力軸１４は、磁性材料からなり、ハウジング１２の内部に位置して出力軸１５に同軸的に結合されている部分の側傍に、大径部Ａ、小径部Ｂを備え、大径部Ａの外周を円筒部１４Ａとし、小径部Ｂに磁性材料からなる第１の円筒３１を圧入固定的に取付けている。第１の円筒３１の下部端面には周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部３１Ａを備える。
【００２０】
ここで、第１の円筒３１にあっては、下部端面の周方向に矩形の多数の歯４１を形成し、歯４１の山部の平面視矩形の頂面を入力軸１４の中心軸に直交する平面に形成する。そして、第１の円筒３１の下部端面の一部である歯４１の谷部に、ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材５１の平面視矩形の遮蔽部５１Ａを隙間なく嵌着している（図３）。第１の円筒３１の端面の周方向で、遮蔽材５１の遮蔽部５１Ａが遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽部５１Ａ、５１Ａに挟まれる平面視矩形部分）の非遮蔽部は、歯４１の山部の頂面そのものに合致し、この非遮蔽部を前述の磁路形成部３１Ａとする。遮蔽材５１は、遮蔽部５１Ａの裏面に突設した突起５１Ｂを、第１の円筒３１の歯４１の谷部底面に設けた嵌合溝に圧入固定的に嵌合する。
【００２１】
出力軸１５は、ハウジング１２の内部に位置して入力軸１４に同軸的に結合されている部分の外周に、磁性材料からなる第２の円筒３２を圧入固定的に取付けている。第１の円筒３１と第２の円筒３２は、入力軸１４と出力１５の軸方向に並置される。第２の円筒３２の上部端面には周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部３２Ａを備える。
【００２２】
ここで、第２の円筒３２にあっては、上部端面の周方向に矩形の多数の歯４２を形成し、歯４２の山部の平面視矩形の頂面を出力軸１５の中心軸に直交する平面に形成する。そして、第２の円筒３２の上部端面の一部である歯４２の谷部に、ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等の非磁性材料からる遮蔽材５２の平面視矩形の遮蔽部５２Ａを隙間なく嵌着している（図３）。第２の円筒３２の端面の周方向で、遮蔽材５２の遮蔽部５２Ａが遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽部５２Ａ、５２Ａに挟まれる平面視矩形部分）の非遮蔽部は、歯４２の山部の頂面そのものに合致し、この非遮蔽部を前述の磁路形成部３２Ａとする。遮蔽材５２は、遮蔽部５２Ａの裏面に突設した突起５２Ｂを、第２の円筒３２の歯４２の谷部底面に設けた嵌合溝に圧入固定的に嵌合する。
【００２３】
第１の円筒３１の磁路形成部３１Ａと第２の円筒３２の磁路形成部３２Ａは適宜長離隔された対向関係をなす。本実施形態において、第１の円筒３１と第２の円筒３２は内外径寸法、軸長寸法を同一とする同一形状とされている。
【００２４】
ハウジング１２の内周には、磁性材料である焼結合金又は、プレス等からなる断面コ字形の第１の筒体３３と第２の筒体３４が挿入されている。
【００２５】
第１の筒体３３は、第１の円筒３１と第２の円筒３２の対向部分に跨るように、それらを囲んでハウジング１２に内嵌され、トルク検出コイル３５を収納する。３５Ａはトルク検出コイル３５に接続された測定用コードである。第１の筒体３３は第１の円筒３１、第２の円筒３２と磁気回路ａを構成し、この磁気回路ａは、第１の筒体３３と第１の円筒３１の表面とのエアギャップａ１、第２の円筒３２の表面とのエアギャップａ２、及び第１の円筒３１と第２の円筒３２の対向端面間のエアギャップａ３を経るように形成される。トルク検出コイル３５は第１の円筒３１、第２の円筒３２と電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘致する。
【００２６】
第２の筒体３４は、入力軸１４の円筒部１４Ａを囲んでハウジング１２に内嵌され、温度補償コイル３６を収納する。３６Ａは温度補償コイル３６に接続された測定用コードである。第２の筒体３４は円筒部１４Ａと磁気回路ｂを構成し、この磁気回路ｂは、第２の筒体３４と円筒部１４Ａの表面とのエアギャップｂ１、ｂ２を経るように形成される。温度補償コイル３６は円筒部１４Ａと電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘起する。
【００２７】
トーションバー１６にトルクが作用していない場合には、トルク検出コイル３５と温度補償コイル３６の誘起電圧が等しくなるように、第１の円筒３１、第２の円筒３２、円筒部１４Ａの電磁結合状態を求め、第１の円筒３１、第２の円筒３２をそれぞれ位置決めする。円筒部１４Ａの外径は、磁気回路ｂ中のエアギャップｂ１、ｂ２のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗ｇｂ１、ｇｂ２の和が、磁気回路ａ中のエアギャップａ１、ａ２、ａ３のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗ｇａ１、ｇａ２、ｇａ３の和と等しくなるように設定される。
【００２８】
従って、トルクセンサ３０にあっては、トルク検出コイル３５と温度補償コイル３２の誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧を相殺し、第１の円筒３１と第２の円筒３２の相対回転量に相応した電磁結合状態を検出し、トーションバー１６に作用したトルク、換言すればステアリングホイールに加えられた操舵トルクを検出可能にする。
【００２９】
本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
（１）第１と第２の円筒３１、３２の端面に非磁性材料からなる遮蔽材５１、５２を嵌着し、遮蔽材５１、５２の遮蔽部５１Ａ、５２Ａの側傍の非遮蔽部を磁路形成部３１Ａ、３２Ａとした。第１の円筒３１の磁路形成部３１Ａと第２の円筒３２の磁路形成部３２Ａの間で生ずる磁束の通路は、図３（Ｂ）の実線矢印で示す如くに、遮蔽材５１の遮蔽部５１Ａと遮蔽部５１Ａに挟まれる範囲の磁路形成部３１Ａ、遮蔽材５２の遮蔽部５２Ａと遮蔽部５２Ａに挟まれる範囲の磁路形成部３２Ａに限定され、図３（Ｂ）の破線矢印で示す如くの遮蔽部５１Ａ、５２Ａの側に回り込むことを抑制される。このため、入力軸１４と出力軸１５の間のトーションバー１６のねじれに伴なう、第１の円筒３１の磁路形成部３１Ａと第２の円筒３２の磁路形成部３２Ａの重なり面積（磁束通過面積）の変化のみに応じた透磁率の変化量となり、トルク検出コイル３５の検出出力幅を増大でき、ひいては検出精度及び感度を向上できる。
【００３０】
（２）遮蔽材５１、５２を第１と第２の円筒３１、３２の端面に嵌着することで磁路形成部３１Ａ、３２Ａを形成でき、加工性を向上できる。
【００３１】
（３）遮蔽材５１、５２を第１と第２の円筒３１、３２の端面に形成した歯４１、４２の谷部に嵌着することにより、遮蔽材５１、５２の位置決め性を向上できる。
【００３２】
（４）第１と第２の円筒３１、３２を互いに同一形状をなす、共通部品化できる。
【００３３】
（５）電動パワーステアリング装置１０のトルクセンサ３０において、上述（１）〜（４）を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上できる。
【００３４】
（第２実施形態）（図４〜図６）
第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、図４、図５に示す如く、トルクセンサ３０における第１の円筒３１の磁路形成部３１Ａ、第２の円筒３２の磁路形成部３２Ａの構成にある。
【００３５】
第１の円筒３１にあっては、下部端面を入力軸１４の中心軸に直交する平坦面に形成する。そして、第１の円筒３１の下部端面の周方向に等ピッチをなす各部を、ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材６１の平面視矩形の遮蔽部６１Ａで被覆するように、遮蔽材６１を当該各部に嵌着している（図６）。第１の円筒３１の端面の周方向で、遮蔽材６１の遮蔽部６１Ａが遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽部６１Ａ、６１Ａに挟まれる平面視矩形部分）の非遮蔽部を、前述の磁路形成部３１Ａとする。遮蔽材６１は、遮蔽部６１Ａの裏面に突設した突起６１Ｂを、第１の円筒３１の端面に設けた嵌合溝に圧入固定的に嵌合する。
【００３６】
第２の円筒３２にあっては、上部端面を出力軸１５の中心軸に直交する平坦面に形成する。そして、第２の円筒３２の上部端面の周方向に等ピッチをなす各部を、ステンレス鋼、アルミニウム、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材６２の平面視矩形の遮蔽部６２Ａで被覆するように、遮蔽材６２を当該各部に嵌着している。第２の円筒３２の端面の周方向で、遮蔽材６２の遮蔽部６２Ａが遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽部６２Ａ、６２Ａに挟まれる平面視矩形部分）の非遮蔽部を、前述の磁路形成部３２Ａとする。遮蔽材６２は、遮蔽部６２Ａの裏面に突設した突起６２Ｂを、第２の円筒３２の端面に設けた嵌合溝に圧入固定的に嵌合する。
【００３７】
本実施形態によれば、遮蔽材６１、６２を第１と第２の円筒３１、３２の平坦状の端面に嵌着することにより、円筒３１、３２の加工性を向上できる。
【００３８】
以上、本発明の実施の形態を図面により記述したが、本発明の具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、温度補償コイルを収納する筒体を、入力軸に固定の２つの円筒の対向部分に跨るようにそれらを囲んで設け、当該筒体とそれら２つの円筒により温度補償コイルのための磁気回路を形成しても良い。そして、このとき、２つの円筒の対向端面のそれぞれに形成する磁路形成部を、本発明の遮蔽材の嵌着構造によって構成しても良い。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、トルクセンサにおける検出コイルの検出出力幅を増大し、検出精度及び感度を向上できる。
【００４０】
また、本発明によれば、電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１実施形態の電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。
【図２】図２はトルクセンサを拡大して示す断面図である。
【図３】図３はトルクセンサの模式図である。
【図４】図４は第２実施形態の電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。
【図５】図５はトルクセンサを拡大して示す断面図である。
【図６】図６はトルクセンサの模式図である。
【図７】図７は従来のトルクセンサを示す模式図である。
【符号の説明】
１０  電動パワーステアリング装置
１４  入力軸
１５  出力軸
１６  トーションバー
３０  トルクセンサ
３１  第１の円筒
３１Ａ  磁路形成部
３２  第２の円筒
３２Ａ  磁路形成部
３３、３４  筒体
３５  トルク検出コイル
４１、４２  歯
５１、５２  遮蔽材
５１Ａ、５２Ａ  遮蔽部
６１、６２  遮蔽材
６１Ａ、６２Ａ  遮蔽部
【図１】
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【図２】
2005003461.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005003461.tif 000007
【図６】
2005003461.tif 000008
【図７】
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