(57)【要約】【課題】  トルクセンサに発生する磁界を安定させることが可能なトルクセンサを提供すること。【解決手段】  トルクセンサを、トーションバーと、トーションバーの一端側に接続される磁性材料からなる第１の回転軸と、トーションバーの他端側に接続される第２の回転軸と、第１の回転軸を包囲するように第１の回転軸に設けられ第１の窓を有する第１の円筒部材と、第１の窓を包囲するように第２の回転軸に設けられ第２の窓を有する第２の円筒部材と、第２の円筒部材の外周に設けられ、内部にコイルが配置されたコイル組立体とから構成されることとし、トーションバーの捩れに伴う第１の窓と第２の窓の重なり具合を変化させることにより、インピーダンス変化としてコイルが第１の回転軸と第２の回転軸との間に発生するトルクを検出することとした。【選択図】        図２
2005214664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーと、
前記トーションバーの一端側に接続される磁性材料からなる第１の回転軸と、
前記トーションバーの他端側に接続される第２の回転軸と、
前記第１の回転軸を包囲するように該第１の回転軸に設けられ、導電性且つ非磁性材料で円筒状に形成され、軸方向に複数個設けられた貫通穴である第１の窓を有する第１の円筒部材と、
前記第１の窓を包囲するように前記第２の回転軸に設けられ、導電性且つ非磁性材料で円筒状に形成され、軸方向に複数個設けられた貫通穴である第２の窓を有する第２の円筒部材と、
前記第２の円筒部材の外周に設けられ、内部にコイルが配置されたコイル組立体とから構成され、
前記トーションバーの捩れに伴う前記第１の窓と前記第２の窓の重なり具合を変化させることにより、インピーダンス変化として前記コイルが前記第１の回転軸と第２の回転軸との間に発生するトルクを検出することを特徴とするトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動パワーステアリング装置において入力軸及び出力軸の相対回転変位（トルク）を検出するトルクセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トルクセンサとして、例えば特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報において、トルクセンサは入力軸と出力軸とがトーションバーにより接続され、入力軸の外周にアルミニウムで形成された円筒部材が２重に設けられている。また、内側の円筒部材は出力軸側に固定され、外側の円筒部材は入力軸側に設けられている。この構成により、入力軸と内側の円筒部材との間にトーションバーの捩れにより相対回転が発生する。
【特許文献１】特開平８−１１４５１８号公報（図１参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のトルクセンサにあっては、下記に示す問題があった。入力軸と出力軸との間に相対回転が発生する際に、入力軸の軸心と内側の円筒部材の軸心とは完全に一致しないため、相対回転によって入力軸と内側の円筒部材との間隔が変化する。そのため、トルクセンサに発生する磁界が不安定となり、トルク検出精度が低下する虞がある。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、トルクセンサに発生する磁界を安定させることが可能なトルクセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、トルクセンサを、トーションバーと、トーションバーの一端側に接続される磁性材料からなる第１の回転軸と、トーションバーの他端側に接続される第２の回転軸と、第１の回転軸を包囲するように第１の回転軸に設けられ、導電性且つ非磁性材料で円筒状に形成され、軸方向に複数個設けられた貫通穴である第１の窓を有する第１の円筒部材と、第１の窓を包囲するように第２の回転軸に設けられ、導電性且つ非磁性材料で円筒状に形成され、軸方向に複数個設けられた貫通穴である第２の窓を有する第２の円筒部材と、第２の円筒部材の外周に設けられ、内部にコイルが配置されたコイル組立体とから構成され、トーションバーの捩れに伴う第１の窓と第２の窓の重なり具合を変化させることにより、インピーダンス変化としてコイルが第１の回転軸と第２の回転軸との間に発生するトルクを検出することとした。
【０００６】
よって、第１の回転軸と第１の円筒部材との間隔が変化するのを防ぐことが可能となり、トルクセンサに発生する磁界を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のトルクセンサを実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
図１は、実施例１における電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。
電動パワーステアリング装置は主に、トーションバー３を介して連結された入力軸１及び出力軸２、コイル９ａ，９ｂを含むコイル組立体９Ａ，９Ｂ、ピニオン軸２０、ラック軸２１から構成される。
【０００９】
入力軸１の図１における右側にはステアリングホイール（図外）が回転方向に一体に取り付けられており、出力軸２にはピニオン軸２０が連結されている。ピニオン軸２０はラック軸２１と共にラックアンドピニオン式ステアリング装置を構成する。
【００１０】
入力軸１の外周を覆うようにして円筒部材４が入力軸１に固定されている。また、円筒部材４を覆うようにして円筒部材５が出力軸２に固定されている。尚、円筒部材４，５についての詳細は後述の図２において説明する。
【００１１】
コイル９ａ，９ｂを含むコイル組立体９Ａ，９Ｂが、円筒部材５の外側を覆うようにしてケース８に固定されている。コイル組立体９Ａ，９Ｂにはケーブル６を介して基板７が接続されている。基板７には電動モータ制御回路が搭載されている。
【００１２】
運転者の操舵力は、入力軸１、トーションバー３、出力軸２からピニオン軸２０を介して、ラック軸２１に伝達され、転舵輪（図外）に伝えられる。運転者が操舵操作を行うと、入出力軸間に固定されているトーションバー３の捩れに伴い、円筒部材４の窓と円筒部材５の窓との重なり具合が変化する。このとき、コイル９ａ，９ｂに発生したインピーダンス変化が基板７に伝達されると、基板７において操舵トルクが演算される。演算結果に基づいて操舵トルクを軽減する操舵補助トルクが発生するような駆動電流が図外の電動モータに供給される。電動モータの回転力がウォームギヤ１９を介して出力軸２に伝えられることで、任意の方向及び大きさの操舵補助トルクが付与される。
【００１３】
図２は、実施例１におけるトルクセンサの構成図である。
実施例１のトルクセンサは主に、トーションバー３，入力軸１（特許請求の範囲の第１の回転軸に相当）、出力軸２（特許請求の範囲の第２の回転軸に相当）、円筒部材４（特許請求の範囲の第１の円筒部材に相当）、円筒部材５（特許請求の範囲の第２の円筒部材に相当）、コイル９ａ，９ｂを含むコイル組立体９Ａ，９Ｂから構成される。入力軸１と出力軸２はトーションバー３の固定部３ａ，３ｂを介して接続されている。また、入力軸１と出力軸２は共に鉄等の磁性材料から形成されている。
【００１４】
出力軸２の入力軸１側端面には、トーションバー３の挿入部から更に径方向に延びた溝２ａが形成されており、この溝２ａには、入力軸１の出力軸２側端面に形成された凸部１ａが挿入されている。ただし、溝２ａの幅（周方向寸法）は、凸部１ａの幅よりも若干広くなっており、入力軸１及び出力軸２間の所定範囲以上の相対回転を防止している。
【００１５】
円筒部材４は、入力軸１に対し大径部１Ａを包囲するように密着固定されている。また、円筒部材４は、導電性且つ非磁性材料（本実施例ではアルミ系材料）から成り、軸方向に複数個設けられた第1窓４ａ（特許請求の範囲の第１の窓に相当）を有する。
【００１６】
円筒部材５は、出力軸２に対し小径部５Ａにおいて円筒部材４を覆うよう密着固定されている。円筒部材５は、導電性且つ非磁性材料（本実施例ではアルミ系材料）から成り、軸方向に複数個設けられた第２窓５ａ，５ｂ（特許請求の範囲の第２の窓に相当）を有する。
【００１７】
２組のコイル組立体９Ａ，９Ｂは、円筒部材４，５の外周を囲むように軸方向に並んで配置されている。また、コイル９ａ，９ｂと第１窓４ａ及び第２窓５ａ，５ｂとは、径方向に対向するように配置されている。
【００１８】
（従来例におけるトルクセンサとの対比）
図８は、従来例におけるトルクセンサの構成を示す図である。
このトルクセンサにおいては、入力軸１の外周にアルミ系材料で形成された円筒部材が２重に設けられている。これら円筒部材のうち、内側の円筒部材５は小径部５Ａを介して出力軸２側に密着固定され、外側の円筒部材４は小径部４Ａを介して入力軸１に密着固定されている。
【００１９】
しかしながら、この構成にあっては、トーションバー３の捩れにより出力軸２及び円筒部材５、入力軸１及び円筒部材４との間に相対回転が発生する際に、円筒部材４，５共に片持ち支持されており、入力軸１の軸心と出力軸２の軸心とが完全に一致しないため、相対回転によって入力軸１と内側の円筒部材５との間隔が変化する。そのため、トルクセンサに発生する磁界が不安定となり、トルク検出精度が低下する虞がある。
【００２０】
また、円筒部材４は小径部４Ａにおいて入力軸１と密着固定されており、円筒部材４が軸方向及び径方向に長くなるため、装置が大型化する。
【００２１】
これに対し、本実施例のトルクセンサにあっては、入力軸１の大径部１Ａを包囲するように円筒部材４が設けられている。円筒部材４は、入力軸１と圧入等により密着固定され、軸方向に複数個設けられた第1窓４ａを有している。また、円筒部材５は円筒部材４を覆うように出力軸２に密着固定され、軸方向に複数個設けられた第２窓５ａ，５ｂを有する構成となっている。これにより、少なくとも入力軸１と円筒部材４との間には相対回転は発生せず、入力軸１と円筒部材との間隔が変化することがない。よって、トルクセンサに発生する磁界が安定し、トルク検出精度が向上する（請求項１に対応）。
【００２２】
また、円筒部材４は従来例のように小径部４ａを介してではなく、直接入力軸１と圧入等により密着固定されているため、円筒部材４を軸方向及び径方向に縮小することが可能となる。よって、装置の小型化を図ることができる。
【００２３】
また、円筒部材４と入力軸１が密着固定されるため、入力軸１とコイル９ａ，９ｂとの間に発生する磁界は、少なくとも第１窓４ａから入力軸１と円筒部材４との隙間に入り込むことがない。そのため、トルクセンサに発生する磁界が安定する。よって、トルク検出精度の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００２４】
次に、実施例２について図３〜５に基づき説明する。トルクセンサの基本的構成は実施例１と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。
【００２５】
実施例２の円筒部材４は、入力軸１に対しカシメ固定により密着固定されている。以下、カシメ固定ついて詳述する。
図３は、入力軸１の側面図、図４は、円筒部材４の側面図である。大径部１Ａの外径をφDとし、円筒部材４の内径をφdに設定されており、φdとφDの差は、任意のカシメ代として設定されている。
【００２６】
（入力軸と円筒部材を軸方向における窓の範囲外でカシメ固定する場合）
図５は、入力軸１と円筒部材４を軸方向における第１窓４ａの範囲外でカシメ固定した場合の側面図及びＡ-Ａ端面図である。
【００２７】
第１窓４ａは円筒部材４の軸方向略中間部に形成され、入力軸１と円筒部材４とは軸方向における第１窓４ａの範囲外のカシメ固定部１２Ａにおいてカシメ固定される。
【００２８】
円筒部材４は入力軸１に対して第１窓４ａの範囲外においてカシメ固定されるため、カシメ固定により発生する円筒部材４の変形や内部応力の変化が第１窓４ａに影響しにくく、トルク検出精度が向上する。
【００２９】
また、第１窓４ａの範囲外においてカシメ固定されることにより、カシメ固定部１２Ａの大きさや形が第１窓４ａに影響しにくくなるため、カシメ固定部１２Ａの設計自由度も高くなる。
【００３０】
また、カシメ固定部１２は、円周方向において等間隔に設けられている。すなわち、カシメ固定部１２が等間隔に設けられることで、円筒部材４に作用する応力が均等にかかり、周方向における磁界の変化が均等になるため、トルクセンサに発生する磁界が安定する。よって、トルク精度検出の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００３１】
次に実施例３について図６に基づき説明する。尚、トルクセンサの基本的構成は実施例１と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。
【００３２】
本実施例３においても実施例２同様、入力軸１に対しカシメ固定により密着固定されている。また、カシメ固定部１４Ａは、実施例２と同様、円周方向において等間隔に設けられる。ただし、実施例２とは固定位置が異なる。以下、本実施例３のカシメ固定について詳述する。
【００３３】
（入力軸と円筒部材を軸方向における第１窓の範囲内でカシメ固定する場合）
実施例３では、入力軸１と円筒部材４を軸方向における第１窓４ａの範囲内でカシメ固定する場合について説明する。
【００３４】
図６は入力軸１と円筒部材４を軸方向における第１窓４ａの範囲内でカシメ固定した場合の側面図及びＣ-Ｃ端面図である。
【００３５】
カシメ固定部１４Ａは、２組のコイル組立体９Ａ，９Ｂの軸方向略中間部に設けられるため、カシメ固定部１４Ａに発生する円筒部材４の変形、内部応力の変化等の影響が２組のコイル９ａ，９ｂに与える影響を最小限、且つ均等にすることが可能となり、トルクセンサに発生する磁界が安定する。よって、トルク検出精度の向上を図ることができる。また、カシメ固定部１４Ａを円筒部材４における第１窓４ａの軸方向外側に設ける必要がないため、円筒部材４の軸方向の縮小化を図ることが可能となる。よって、装置の小型化を図ることができる。
【００３６】
また、カシメ固定部１４Ａは、軸方向における第１窓４ａの範囲内において、第１凹部１５と、円筒部材４に形成され第１凹部１５に嵌合するように設けられた凸部１６とから構成される。更に、入力軸１の外周には第２凹部１７が、第１凹部１５と外周の同一軸方向位置に設けられている。
【００３７】
尚、軸方向における第１窓４ａの範囲内でカシメ固定を行う場合、入力軸１の第１凹部１５は円筒部材４に隠れる。そこで、第１凹部１５と第２凹部１７の位置決めを行うことにより、入力軸１の第１凹部１５と円筒部材４のカシメ固定部１４Ａとの位置決めを容易に行うことができる。よって、カシメ固定を適切な位置で行うことが可能となり、カシメ固定により発生する円筒部材４の変形、内部応力の変化等の影響を最小限に抑えることができる。
【実施例４】
【００３８】
次に実施例４について図７に基づき説明する。トルクセンサの基本的な構成については実施例１と同様であるため、異なる点についてのみ説明する。
【００３９】
本実施例４においても実施例２同様、入力軸１に対しカシメ固定により密着固定されている。また、カシメ固定部１３Ａは、実施例２と同様、円周方向において等間隔に設けられる。更に、実施例３同様、入力軸１と円筒部材４を軸方向における第１窓４ａの範囲内でカシメ固定する。ただし、実施例３とは位置決めの方法が異なる。以下、本実施例４のカシメ固定について実施例３と異なる点について詳述する。
【００４０】
図７は、第１凹部１５をカシメ固定に、第３凹部１８を位置決めに用いる場合の側面図及びＣ-Ｃ端面図である。
【００４１】
カシメ固定部１３Ａは、軸方向における第１窓４ａの範囲内において、第１凹部１５と、円筒部材４に形成され第１凹部１５に嵌合するように設けられた凸部１６とから構成される。入力軸１には第１凹部１５と同一の軸方向であって、円筒部材４の第１窓４ａに対応する部分に第３凹部１８を設け、入力軸１の第１凹部１５とカシメ固定部１３Ａの位置決めを行うこととした。第３凹部は第１窓４ａから見える位置にあるため、入力軸１の第１凹部１５が円筒部材４に隠れた場合であっても、容易にカシメ固定部１３Ａの位置決めを行うことができる。よって、カシメ固定を適切な位置で行うことが可能となり、カシメ固定部１３Ａに発生する円筒部材４の変形、内部応力の変化等の影響を最小限に抑えることができる。
【００４２】
更に、上記各実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
【００４３】
（イ）  請求項１記載のトルクセンサにおいて、
前記第１の回転軸と第１の円筒部材とは密着状態で固定されることを特徴とするトルクセンサ。
【００４４】
入力軸１とコイル９ａ，９ｂとの間に発生する磁界が、第１窓４ａから入力軸１と円筒部材４との隙間に入り込むことがない。そのため、トルクセンサに発生する磁界が安定する。よって、トルク検出精度の向上を図ることができる。
【００４５】
（ロ）  請求項１記載のトルクセンサにおいて、
前記第１の窓は、第１の円筒部材の略中間部に形成され、前記第１の回転軸と前記第１の円筒部材とは軸方向における前記第１の窓の範囲内において固定されることを特徴とするトルクセンサ。
【００４６】
円筒部材４において、カシメ固定部１３Ａ，１４Ａを第１窓４ａの軸方向外側に設ける必要がないため、円筒部材４の軸方向の縮小化を図ることが可能となる。よって、装置の小型化を図ることができる。
【００４７】
（ハ）  前記（ロ）記載のトルクセンサにおいて、
前記コイル組立体は前記第２の窓に対向するように軸方向に並んで２組設けられ、
前記第１の回転軸と前記第１の円筒部材とのカシメ固定部は、２組のコイル組立体の軸方向略中間部に設けられることを特徴とするトルクセンサ。
【００４８】
カシメ固定部１３Ａ，１４Ａに発生する円筒部材４の変形、内部応力の変化等の影響が２組のコイル９ａ，９ｂに与える影響を最小限、且つ均等にすることが可能となり、トルクセンサに発生する磁界が安定する。よって、トルク検出精度の向上を図ることができる。
【００４９】
（ニ）  請求項１記載のトルクセンサにおいて、
前記第１の窓は前記第１の円筒部材の軸方向略中間部に形成され、前記第１の回転軸と前記第１の円筒部材とは軸方向における前記第１の窓の範囲外においてカシメ固定される。
【００５０】
円筒部材４の第１窓４ａの範囲外においてカシメ固定を行うため、カシメ固定による円筒部材４の変形や内部応力の変化が第１窓４ａに影響しにくく、トルクセンサに発生する磁界が安定する。よって、トルク検出精度の向上を図ることができる。
【００５１】
（ホ）  前記（ロ）または（ハ）または（ニ）記載のトルクセンサにおいて、
カシメ固定部は、円筒部材の円周方向において等間隔に設けられることを特徴とするトルクセンサ。
【００５２】
カシメ固定部１２Ａ，１３Ａ，１４Ａが円筒部材４の周方向において等間隔に設けられることで、周方向における磁界の変化が均等になるため、トルクセンサに発生する磁界が安定する。よって、トルク精度検出の向上を図ることができる。
【００５３】
（へ）  前記（ホ）記載のトルクセンサにおいて、
前記カシメ固定部は、第１の回転軸に形成された凹部と、第１の円筒部材に形成され、該凹部に嵌合するように設けられた凸部とから構成され、
前記第１の回転軸は、前記第１の円筒部材の凸部に対応する第１の凹部と、該第１の凹部と第１の回転軸の外周の同一軸方向であって、第１の円筒部材よりも軸方向外側に設けられた第２の凹部とを有することを特徴とするトルクセンサ。
【００５４】
第２凹部１７と第１凹部１５が入力軸１の外周の同一軸方向になるようにカシメ固定を行うため、固定時の位置決めを容易に行うことができる。
【００５５】
（ト）  前記（へ）記載のトルクセンサにおいて、
前記カシメ固定部は、前記第１の回転軸に形成された凹部と、前記第１の円筒部材に形成され、該凹部に嵌合するように設けられた凸部とから構成され、
前記第１の回転軸は、前記第１の円筒部材の凸部に対応する第１の凹部と、該第１の凹部と同一の軸方向位置であって、前記第１の窓に対応する位置に設けられた第３の凹部とを有することを特徴とするトルクセンサ。
【００５６】
第３凹部１８が円筒部材４の第１窓４ａの位置に来るようにカシメ固定を行うため、固定時の位置決めを容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例１における電動パワーステアリング装置のシステム構成図である。
【図２】実施例１におけるトルクセンサ構成図である。
【図３】実施例２における入力軸の側面図である。
【図４】実施例２における円筒部材の側面図である。
【図５】実施例２において入力軸と円筒部材を軸方向における窓の範囲外でカシメ固定した場合の側面図及び断面図である。
【図６】実施例３において第１凹部をカシメ固定に、第２凹部を位置決めに用いる場合の側面図及び断面図である。
【図７】実施例４において、第１凹部をカシメ固定に、第３凹部を位置決めに用いる場合の側面図及び断面図である。
【図８】従来例におけるトルクセンサの構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１    入力軸
１ａ  凸部
１Ａ  大径部
２    出力軸
２ａ  溝
３    トーションバー
３ａ  固定部
３ｂ  固定部
４    円筒部材
４ａ  第１窓
４ｃ，４ｄ  窓
４Ａ  小径部
５    円筒部材
５ａ，５ｂ  第２窓
５ｃ，５ｄ  窓
５Ａ  小径部
６    ケーブル
７    基板
８    ケース
９Ａ，９Ｂ  コイル組立体
９ａ，９ｂ  コイル
１２Ａ  カシメ固定部
１３Ａ  カシメ固定部
１４Ａ  カシメ固定部
１５  第１凹部
１６  凸部
１７  第２凹部
１８  第３凹部
１９  ウォームギヤ
２０  ピニオン軸
２１  ラック軸
【図１】
2005214664.tif 000003
【図２】
2005214664.tif 000004
【図３】
2005214664.tif 000005
【図４】
2005214664.tif 000006
【図５】
2005214664.tif 000007
【図６】
2005214664.tif 000008
【図７】
2005214664.tif 000009
【図８】
2005214664.tif 000010