(57)【要約】【課題】コイルボビンとヨークとのがたつきを無くすと共に、トーションバーの捩じれなどから発生する内部応力の変化の影響を防止でき、検出精度の向上を図ったトルクセンサの提供。【解決手段】回転軸１，２の外周に設けられたコイル２５のインピーダンス変化に基づいて回転軸１，２に発生するトルクを検出するトルクセンサにおいて、コイル２５はコイルボビン２６に巻きつけられると共に、該コイルボビン２６は弾性材料からなる付勢部２９が設けられ、付勢部２９がコイル２５の外周を包囲するように設けられたヨーク２７の内周面に押し付けられることによって該ヨーク２７とコイルボビン２６が一体化され、付勢部２９は、コイルボビン２６の全周に亘って均一に設けられることとした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸に配設された第１及び第２の回転軸をトーションバーを介して連結すると共に、導電性で且つ非磁性の材料からなる円筒部材を、前記第１の回転軸の外周面を包囲するように、前記第２の回転軸と回転方向に一体とし、
前記第１の回転軸の少なくとも前記円筒部材に包囲された被包囲部を磁性材料で形成し、
前記円筒部材を包囲するようにコイルを配設し、
前記コイルのインピーダンス変化に基づいて前記第１及び第２の回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記コイルはコイルボビンに巻きつけられると共に、該コイルボビンは弾性材料からなる付勢部が設けられ、
前記付勢部が前記コイルの外周を包囲するように設けられたヨークの内周面に押し付けられることによって該ヨークとコイルボビンが一体化され、
前記付勢部は、コイルボビンの全周に亘って均一に設けられることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
請求項１記載のトルクセンサにおいて、
前記付勢部はコイルの外周より径方向外側に設けられることを特徴とするトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサ、例えば、パワーステアリング装置における操舵トルクの検出に用いられるトルクセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のトルクセンサは回転軸を包囲するようにコイルが配設されており、該回転軸に作用するトルクをコイルのインピーダンス変化に反映させ、そのインピーダンス変化を検出することによりトルクを検出するようになっている。また、前記コイルはコイルボビンに巻きつけられ、該コイルボビンはコイルの磁束が漏れないようにその外周及び両端面がヨークで覆われている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１６０６００号公報  （第１−３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特許文献１の発明にあっては、トルクの検出時においてコイルボビンとヨークとの間にがたつきが生じてコイル内部の磁界が不均一になってしまうため、トルクとは無関係にコイルのインピーダンスが変化してトルクの検出精度が低下するという問題点があった。
なお、前記がたつきはトルクセンサの組付け状態、詳しくはヨークをコイルボビンに圧入して一体的に形成する際に生じる不均一な応力、または、コイル、コイルボビン、ヨークの熱膨張量差による応力などによって生じると考えられ、該ヨークとコイルボビンの製品精度及び組付け精度を高くしても完全にがたつきを解消することはできない。
【０００５】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、コイルボビンとヨークとのがたつきを無くし、トルクの検出精度を向上できるトルクセンサを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の発明では、同軸に配設された第１及び第２の回転軸をトーションバーを介して連結すると共に、導電性で且つ非磁性の材料からなる円筒部材を、前記第１の回転軸の外周面を包囲するように、前記第２の回転軸と回転方向に一体とし、前記第１の回転軸の少なくとも前記円筒部材に包囲された被包囲部を磁性材料で形成し、前記円筒部材を包囲するようにコイルを配設し、前記コイルのインピーダンス変化に基づいて前記第１及び第２の回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサにおいて、前記コイルはコイルボビンに巻きつけられると共に、該コイルボビンは弾性材料からなる付勢部が設けられ、前記付勢部が前記コイルの外周を包囲するように設けられたヨークの内周面に押し付けられることによって該ヨークとコイルボビンが一体化され、前記付勢部は、コイルボビンの全周に亘って均一に設けられることとした。
【０００７】
従って、ヨークとコイルボビンとは付勢部の付勢力でもって一体的に形成されるため、該ヨークとコイルボビンとがたつきを防止でき、トルクセンサの検出精度を向上することができる。
また、前記付勢部をコイルボビンの外周の複数箇所に亘って散在させた場合には、付勢部と非付勢部でコイルに掛かっている応力が異なり、結果、コイル内部の磁界が周方向に不均一になってしまうが、本発明の付勢部は、コイルボビンの全周に亘って均一に設けられるため、前記応力はヨークとコイルボビンの全周に均一に作用し、結果、従来の発明のようにコイル内部の磁界が周方向で不均一になることがなく、該応力の変化による影響でトルクの検出精度が低下するのを防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトルクセンサの実施の形態を説明する。
本実施の形態ではパワーステアリング装置における操舵トルク検出用のトルクセンサに適用した例について説明する。
【０００９】
図１は本発明のトルクセンサを備えるパワーステアリング装置示す断面図、図２は本実施の形態のトルクセンサの拡大図、図３は本実施の形態のコイル組立体の拡大図、図４は本実施の形態のコイル組立体の組立を説明する斜視図、図５〜８はその他のトルクセンサの例を示す図である。
【００１０】
図１に示す電動パワーステアリング装置は、図外のステアリングホイールの操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフトから図外のステアリングギアを介して車輪に蛇角が変化するように伝達するためのものであって、入力シャフト１（第１の回転軸）と、出力シャフト２（第２の回転軸）と、ハウジング３と、トーションバー６と、トルクセンサ２０とを主要な構成としている。
前記ステアリングシャフトＳは入力シャフト１と出力シャフト２で構成され、これら両者はハウジング３の軸方向穴４内で後述するトーションバー６を介して同軸上に連結されて構成されている。
前記入力シャフト１は、その上部が図外のステアリングホイールに連結されると共に、その下部は後述する出力シャフト２の中心孔２ｂに圧入されたブッシュにより回転可能に支持されている。
また、前記入力シャフトの中心孔５内には、ピンＰによって連結固定されたトーションバー６が収容されている。
【００１１】
前記出力シャフト２は、ベアリング７を介してハウジング３の軸方向穴４に回転可能に支持されると共に、その下部は図外のステアリングギアに連結されている。
なお、ステアリングギアの形式は操舵トルクをステアリングシャフトから車輪に蛇角が変化するように伝達できれば限定されず、例えば操舵トルクにより回転するピニオンに噛合うラックの動きをタイロッドやナックルアーム等を介して車輪に伝達するラックピニオン式ステアリングギアを採用できる。
また、前記トーションバー６の下部は出力シャフト２の中心孔２ａに圧入固定されており、これにより、入力シャフト１に対して出力シャフト２は操舵トルクに応じて軸中心に弾性的に相対回転可能となっている。
また、前記出力シャフト２は、前記ベアリング７とウォームホイール１１が圧入され、該ウォームホイール１１に噛合うウォーム１２が図外のモータで駆動される。
【００１２】
このように構成されたパワーステアリング装置は、図外のステアリングホイールの操舵により発生した操舵トルクが、入力軸１、トーションバー６、出力軸２を介して図外のステアリングギアに伝達される。
そして、後述するトルクセンサ２０により検出された操舵トルクに応じてモータの発生する操舵補助力がウォーム１２、ウォームホイール１１を介して出力軸２に伝達され、操舵トルクに応じた操舵補助力が付与される。
【００１３】
図２に示すように、前記トルクセンサ２０は、前記入力シャフト１の外周に設けられた被包囲部２１と、該被包囲部２１の外周に設けられた第１円筒部材２２と、該第１円筒部材２２の外周に設けられた第２円筒部材２３と、該第２円筒部材２３の外周に設けられたコイル組立体２４とを主要な構成としている。
前記被包囲部２１は磁性材料を用いて円筒状に形成され、入力シャフト１に圧入されて外嵌固定されている。
【００１４】
記第１円筒部材２２は、導電性且つ非磁性材料を用いて円筒状に形成され、その外周には複数箇所に亘って軸方向に延びる切欠窓２２ａが開口されている。
また、前記第１円筒部材２２はＣリングＲを介して被包囲部２１の端部に係止されており、これにより第１円筒部材２２と入力シャフト１とは回転方向に一体に固定されている。
【００１５】
前記第２円筒部材２３は、導電性且つ非磁性材料を用いて円筒状に形成され、その外周には複数箇所に亘って軸方向に延びる切欠窓２３ａが開口されている。
また、第２円筒部材２３はシャフト２の外周に複数のカシメ固定部２３ｂでカシメられており、これにより第２円筒部材２３と出力シャフト２とは回転方向に一体に固定されている。
さらに、これら第１円筒部材２２と第２円筒部材２３とは非接触状態で配設されており、前記切欠窓２２ａ，２３ａ同士は該第１円筒部材２２と第２円筒部材２３との相対回転により重なり具合が変化するように形成されている。
【００１６】
そして、前記切欠窓２２ａ，２３ａを包囲するように、コイル組立体２４が設けられている。
前記コイル組立体２４は上下一対のコイル組立体２４ａ，２４ｂで構成され、各コイル組立体２４ａ，２４ｂはコイル２５が券回されたコイルボビン２６と、該コイルボビン２６を覆うように設けられたヨーク２７と、該ヨーク２７の開口部に蓋をするように圧入固定されたプレートＤで構成されている。
図３に示すように、前記コイルボビン２６は樹脂材料を用いて円筒状に形成され、第１端部はコイル２５を引き出すための引き出し部２８が形成されると共に、第２端部の外周には該コイルボビン２６の全周に亘って均一に軸方向に突出した付勢部２９が形成されている（後述する（イ）、（ロ）に対応）。
【００１７】
また、前記コイル組立体２３の付勢部２９はコイル２５の外周（図中Ｘ１−Ｘ１線にて図示）よりも径方向外側に設けられており、付勢部２９を介して伝達される応力がコイル２５に影響しないよう配慮されている（請求項２に対応）。
【００１８】
前記コイル組立体２４（２４ａ，２４ｂ）を組み立てる際には、図４に示すように、ヨーク２７に対してコイルボビン２６とプレートＤを圧入して行われるが、この際、コイルボビン２６が付勢部２９によってヨーク２７の内面に押し付けられて付勢された状態で収容されると共に、該圧入の際に生じる応力はコイルボビン２６及びヨーク２７の全周に亘って均一に作用し、結果、コイル組立体を組み立てる際にその内部に不均一な内部応力が発生しないようになっている。
【００１９】
また、前記コイル組立体２４は、コイル組立体２４ａのヨーク２７がコイルスプリング３０に付勢された状態で、コイル組立体２４ｂのヨーク２７がスナップリング３１で固定されることによりハウジング４の軸方向穴４ａに組みつけられる（図１参照）。
【００２０】
なお、前記付勢部２９は所定の付勢力でもってコイルボビン２６をヨーク２７に収容していれば良く、例えば、図５に示すようにヨーク２７のＲ部を緩やかに形成してヨーク２７の内周面と付勢部２９との接触面積を増やしたものや、図６に示すように付勢部２９を軸方向にさらに突設して弾性力の強化を図ったもの、さらに、図７に示すように、付勢部２９を舌片状に形成してコイルボビン２６との間で弾性力を持たせた構造にすることができる。
【００２１】
このように構成されたトルクセンサ２０は、図外のステアリングホイールからトーションバー６を介して伝達される操舵トルクによって第１円筒部材２２と第２円筒部材２３が相対回転した際に変化する前記切欠窓２２ａ，２３ａ同士の重なり具合からコイル２５のインピーダンス変化を図外のブリッジ回路で検知して入力シャフト１と出力シャフト２に発生するトルクを検出する。
本実施の形態のトルクセンサ２０は、トルクに応じてインピーダンスが互いに逆方向に変化するように一対のコイル組立体２４ａ，２４ｂを設け、これら２つのコイル２５を含むブリッジ回路を形成し、そのブリッジ回路の２つの出力の差動に基づいてトルクを検出している。
【００２２】
そして、前述したトルクの検出時には、コイル２５、コイルボビン２６、ヨーク２７の熱膨張量差などの様々な理由でコイル組立体２４に内部応力が発生するが、前述したように、コイルボビン２６とヨーク２７とは付勢部２９による所定の付勢力でもって固定されているため、該コイルボビン２６とヨーク２７との間にがたつきが生じることがなく、トルクセンサ２０による安定したトルク検出が可能となる。
【００２３】
また、たとえ前記応力がコイル２５内部に作用した場合でも、付勢部２９はコイルボビン２６の全周に亘って均一に形成されているため、従来の発明のようにコイル２５内部の磁界が周方向で不均一になることがなく、該応力の変化による影響でトルクの検出精度が低下することはない。
【００２４】
以上、説明してきたように本実施の形態のトルクセンサにあっては、コイルボビン２６とヨーク２７が付勢部２９により所定の付勢力でもって一体的に形成されるため、該コイルボビン２６とヨーク２７とのがたつきを防止でき、コイル内側の磁界が周方向で不均一になってトルクの検出精度が低下するのを防止できる（請求項１に対応）。
【００２５】
また、付勢部２９はコイルボビン２６の全周に亘って均一に設けられるため、該応力がコイル２５内部で均一に作用し、結果、従来の発明のようにコイル内側の磁界が周方向で不均一になることがなく、該内部応力の変化による影響でトルクの検出精度が低下するのを防止できる（請求項１に対応）。
【００２６】
さらに、前記付勢部２９はコイル２５の外周より径方向外側に設けられるため、付勢部２９を介してコイル２５に応力が作用するのを防止でき、該応力がコイル２５に影響することがない（請求項２に対応）。
【００２７】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的構成は本実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても本発明に含まれる。
例えば、本実施の形態ではコイルボビン２６を樹脂材料で形成して付勢部２９を一体的に設けたが、別体であっても構わない。
また、被包囲部２１を入力シャフト１と一体的に形成したり、第１円筒部材２１を磁性材料で形成し、第２円筒部材２３を導電性且つ非磁性材料で形成したタイプのトルクセンサも本発明の範疇となる。
【００２８】
更に、上記実施の形態及び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。
【００２９】
（イ）請求項１記載のトルクセンサにおいて、
前記コイルボビンが樹脂材料で形成され、付勢部がコイルボビンと一体的に形成されることを特徴とするトルクセンサ。
【００３０】
即ち、コイルボビンと付勢部とを別体で設けた場合に比べて部品手数及び組み立て工数を削減できる。
【００３１】
（ロ）請求項１または上記（イ）記載のトルクセンサにおいて、
前記付勢部はコイルの引き出し部とは軸方向反対側のみに形成されることを特徴とするトルクセンサ。
【００３２】
即ち、コイルの引き出し部が付勢部の一部に形成されないため、付勢部をコイルボビンの全周に亘って形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトルクセンサを備えるパワーステアリング装置を示す断面図である。
【図２】本実施の形態のトルクセンサの拡大図である。
【図３】本実施の形態のコイル組立体の拡大図である。
【図４】本実施の形態のコイル組立体の組立を説明する斜視図である。
【図５】その他のトルクセンサの例を示す図である。
【図６】その他のトルクセンサの例を示す図である。
【図７】その他のトルクセンサの例を示す図である。
【符号の説明】
Ｐ  ピン
Ｒ  Ｃリング
Ｓ  ステアリングシャフト
１  入力シャフト
２  出力シャフト
２ａ、５  中心孔
３  ハウジング
４  軸方向穴
６  トーションバー
７  ベアリング
１１  ウォームホイール
１２  ウォーム
２０  トルクセンサ
２１  被包囲部
２２  第１円筒部材
２３  第２円筒部材
２２ａ、２３ａ  切欠窓
２３ｂ  カシメ固定部
２４、２４ａ、２４ｂ  コイル組立体
２５  コイル
２６  コイルボビン
２７  ヨーク
２８  引き出し部
３０  コイルスプリング
３１  スナップリング
【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】
2005037176.tif 000008
【図７】
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