(57)【要約】【課題】トーションバーを介して同軸上に相対回転可能に連結した入力部材と出力部材の相対変位に応じて出力される信号に基づいてトルクを演算するためのトルク演算部を実装した回路基板に、より簡単な構造で、しかもより確実に電磁波シールド特性を付与できるため、その組み立ての工数や、あるいは電動パワーステアリング装置への組み付けの工数をこれまでよりも著しく減らすことができるトルク検出装置を提供する。【解決手段】上記回路基板９４を、磁性粉を分散した樹脂の層９７で被覆したトルク検出装置ＴＳである。また回路基板９４は、まず絶縁性の樹脂の層９６で被覆した後、上記の層９７で被覆するのが好ましい。【選択図】  図１
2005043065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーを介して同軸上に相対回転可能に連結した入力部材と出力部材の相対変位に応じて出力される信号に基づいてトルクを演算するためのトルク演算部の少なくとも一部を実装した回路基板を備えたトルク検出装置において、上記回路基板を、磁性粉を分散した樹脂の層で被覆したことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
回路基板を、絶縁性の樹脂の層で被覆した後、磁性粉を分散した樹脂の層で被覆した請求項１記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車の電動パワーステアリング装置において、操舵軸に付加されるトルクを検出するためなどに用いるトルク検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵部材（ステアリングホイール）の回転操作に応じて操舵補助用の電動モータを駆動して、その回転力を舵取機構に伝えて操舵をアシストするための電動パワーステアリング装置においては、トーションバーを介して連結した入力軸（操舵部材側）と出力軸（舵取機構側）との間に発生するトルクに応じて電動モータによるアシスト力を調整するために、上記トルクを検出する必要があり、そのためにトルク検出装置を組み込むことが行われる。
【０００３】
またトルク検出装置としては、入力軸および出力軸のそれぞれに設けた検出リング間のギャップを取り囲むように配設した環状の電磁コイルからなる回転角センサと、両検出リングの相対回転に伴って回転角センサの電磁コイルに発生するインピーダンスの変化を演算してトルクを求めるトルク演算部とを備えたものが一般的である（特許文献１）。
また、上記のうちトルク演算部は通常、基板上に実装して、電動パワーステアリング装置のセンサハウジング内の、両回転角センサの近傍に配設されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１３９９０号公報（第０００４欄〜第０００７欄、図７）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車の電子制御化が進行しつつあり、自動車の各部に設置した電子機器類が、自らが発する電磁波によって他の電子機器類に誤動作を生じさせたり、逆に他の電子機器類や、あるいは外部からの電磁波によって誤動作したりするのを防止するために、個々の電子機器類について、電磁波シールド特性を向上することが求められる。
【０００６】
トルク検出装置のトルク演算部を実装した回路基板についても、こうした対策が求められる。
そして、上記回路基板を金属などで形成したケーシング内に収容して電磁波シールド特性を付与することが行われているが、その場合には回路基板をケーシング内に収容する作業が加わる分、トルク検出装置の組み立ての工数や、電動パワーステアリング装置への組み付けの工数が増加するという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、回路基板に、より簡単な構造で、しかもより確実に電磁波シールド特性を付与できるため、その組み立ての工数や、あるいは電動パワーステアリング装置への組み付けの工数をこれまでよりも著しく減らすことができるトルク検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のトルク検出装置は、トーションバーを介して同軸上に相対回転可能に連結した入力部材と出力部材の相対変位に応じて出力される信号に基づいてトルクを演算するためのトルク演算部の少なくとも一部を実装した回路基板を備えたトルク検出装置において、上記回路基板を、磁性粉を分散した樹脂の層で被覆したことを特徴とするものである。
【０００９】
また回路基板は、絶縁性の樹脂の層で被覆した後、磁性粉を分散した樹脂の層で被覆するのが好ましい。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、上記のように回路基板を、磁性粉を分散した樹脂の層で被覆することによって、当該回路基板に良好な電磁波シールド特性を付与することができる。
またかかる樹脂の層は、いわゆるインサート成形法や浸漬法などによって簡単に形成することができるため、本発明のトルク検出装置は部品点数が少なくて構造が簡単であり、より少ない工数で手間をかけずに組み立てることや、電動パワーステアリング装置に組み付けることが可能となる。
【００１１】
また回路基板を、絶縁性の樹脂の層で被覆した後、磁性粉を分散した樹脂の層で被覆するようにすると、基板上の導体回路などの短絡をより一層、確実に防止して信頼性を向上できる上、回路基板の防水性、耐油性、耐薬品性等を向上することもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態にかかるトルク検出装置ＴＳの一部切り欠き斜視図である。
図に見るようにこの例のトルク検出装置ＴＳは、筒状のセンサ本体９０と、このセンサ本体９０の筒の外側に設けた、トルク演算部の少なくとも一部を実装した回路基板９４とを備えている。
【００１３】
このうちセンサ本体９０は、
・  軟磁性材料からなる環状のヨーク９１ａと、このヨーク９１ａの内周側に保持した環状の巻き線９１ｂとを有する回転角センサとしての環状の電磁コイル９１と、
・  同じく軟磁性材料からなる環状のヨーク９２ａと、このヨーク９２ａの内周側に保持した環状の巻き線９２ｂとを有する温度補償用の電磁コイル９２とを、両電磁コイル９１、９２のヨーク９１ａ、９２ａと外径の等しいスペーサ９３を挟んで一体化して構成されている。
【００１４】
そしてスペーサ９３を挟むことで、図２に示す電動パワーステアリング装置の第１および第２の操舵軸２、３に設けた検出リング２ａ、２ｂ、３ａ間のギャップと、上記巻き線９１ｂ、９２ｂとが重なるように、両電磁コイル９１、９２の間隔が調整されている。
またそれぞれの巻き線９１ｂ、９２ｂからは、センサ本体９０の筒の外側へ向けて、図では１本ずつしか示していないがそれぞれ複数本のリード９５を延設し、その先端を、回路基板９４に設けたスルーホール９４ａに挿通してはんだ付けなどして固定してあり、それによって両巻き線９１ｂ、９２ｂが、回路基板９４上の導体配線などと電気的に接続されている。
【００１５】
また図の例では上記リード９５が、電気的な接続だけでなく、センサ本体９０と回路基板９４との機械的な接続もある程度、維持できるように太目の線材にて形成されている。
それとともにこの接続状態において、センサ本体９０と、回路基板９４と、そして両者を繋ぐリード９５とが、絶縁性の樹脂の層９６によって一体的に被覆されているとともに、リード９５の部分の樹脂の層９６ａが、センサ本体９０と回路基板９４との機械的な接続を維持できるように厚めに形成されている。
【００１６】
そしてこれらの構成によって、センサ本体９０と回路基板９４とが一体化されている。
このため、これまでは軟らかいリード線などによって電気的にのみ接続して、別体として扱っていたセンサ本体９０と回路基板９４とを、一つのトルク検出装置ＴＳとして扱いながら、電動パワーステアリング装置などに組み込むことができる。
【００１７】
また図の例では、上記のうち回路基板９４の部分の、絶縁性の樹脂の層９６の上に、さらに前記のように、磁性粉を分散した樹脂の層９７を被覆することによって電磁波シールド特性が付与されている。
このため、これまでは別付けする必要のあった電磁波シールドのためのケーシングなどを省略して、その構造を著しく簡略化することもできる。
したがって図の例のトルク検出装置ＴＳによれば、より少ない工数で手間をかけずに組み立て、および電動パワーステアリング装置への組み込みを行うことが可能となる。
【００１８】
上記絶縁性の樹脂の層９６、および磁性粉を分散した樹脂の層９７を被覆する方法としては、従来公知の種々の方法を採用することができるが、とくにインサート成形法が好ましい。
絶縁性の樹脂の層９６をインサート成形によって被覆、形成するためには、当該層９６の外形に対応したキャビティを有する金型の所定の位置に、前記のようにセンサ本体９０と回路基板９４とをリード９５によって接続、一体化したものを装着した状態で、当該キャビティ内に、上記層９６の原料である絶縁性の樹脂の加熱溶融物を注入、充てんして冷却、固化させ、また熱硬化性樹脂の場合は硬化反応させた後、キャビティ内から取り出せばよい。
【００１９】
また上記層９６の上に、磁性粉を分散した樹脂の層９７をインサート成形によって被覆、形成するためには、上記の成形物を、当該成形物の回路基板９４の部分にさらに層９７を被覆した外形に対応したキャビティを有する金型の所定の位置に装着した状態で、当該キャビティ内に、上記層９７の原料である磁性粉を分散した樹脂の加熱溶融物を注入、充てんして冷却、固化させ、また熱硬化性樹脂の場合は硬化反応させた後、キャビティ内から取り出せばよい。
【００２０】
また層９６、９７は、浸漬法などによって形成することもできる。とくに層９６を被覆した後の成形物の、回路基板９４の部分を、磁性粉を分散した樹脂の加熱溶融物に浸漬して引き上げた後、冷却固化するか、あるいは磁性粉を分散した樹脂の溶液に浸漬して引き上げた後、乾燥固化し、さらに熱硬化性樹脂の場合は硬化反応させて層９７を形成した場合は、インサート成形の工程を１回省略してトルク検出装置ＴＳの製造工程をさらに簡略化することができる。
【００２１】
絶縁性の層９６のもとになる樹脂としては、絶縁性を有する種々の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を使用することができる。
かかる樹脂としては、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等のポリエステル樹脂、ＰＡ６、ＰＡ６６、ＰＡ１２等のポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、熱可塑性または硬化性（架橋性）のウレタン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
【００２２】
また層９７に分散させる磁性粉としては、層に電磁波シールド特性を付与することができる種々の磁性材料からなる粉末を使用することができる。
かかる磁性粉としては、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅または亜鉛と、鉄との複合金属酸化物であるフェライトや、鉄、コバルト、またはニッケルの少なくとも１つを含む合金、マンガンを含む合金などの粉末を挙げることができる。このうちフェライトの具体例としてはマグネタイト（Ｆｅ３Ｏ４）を挙げることができ、鉄、コバルト、またはニッケルの少なくとも１つを含む合金の具体例としては鉄−ニッケル合金としてのパーマロイや、鉄−アルミ−ケイ素合金としてのセンダストなどを挙げることができる。
【００２３】
磁性粉を分散する樹脂としては、種々の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を使用することができるが、層９７の絶縁性を向上することや、層９６との密着性を高めることなどを考慮すると、層９６で使用したのと同じ樹脂、または層９６で使用した樹脂との相溶性に優れた樹脂を使用するのが好ましい。
図２は、上記例のトルク検出装置ＴＳを組み込んだ電動パワーステアリング装置の概略断面図である。また図３は、図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【００２４】
図２を参照して、この例の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホイール１を取り付けている入力軸としての第１の操舵軸２と、ラックアンドピニオン機構等の舵取機構（図示せず）に連結される出力軸としての第２の操舵軸３とがトーションバー４を介して同軸的に連結されている。
第１および第２の操舵軸２、３を支持するハウジング５は、例えばアルミニウム合金からなり、車体（図示せず）に取り付けられている。ハウジング５は、互いに嵌め合わされるセンサハウジング６とギヤハウジング７により構成されている。具体的には、ギヤハウジング７は筒状をなし、その上端の環状縁部７ａがセンサハウジング６の下端外周の環状段部６ａに嵌め合わされている。ギヤハウジング７は減速機構としてのウォームギヤ機構８を収容し、センサハウジング６は、前述したトルク検出装置ＴＳ等を収容している。ギヤハウジング７にウォームギヤ機構８を収容することで減速機５０が構成されている。
【００２５】
ウォームギヤ機構８は、第２の操舵軸３の軸方向中間部に一体回転可能でかつ軸方向移動を規制されたウォームホイール１２と、このウォームホイール１２と噛み合い、かつ電動モータＭの回転軸３２に、スプライン継手３３を介して連結されるウォーム軸１１（図２参照）とを備える。
このうちウォームホイール１２は、第２の操舵軸３に一体回転可能に結合される環状の芯金１２ａと、芯金１２ａの周囲を取り囲んで外周面部に歯を形成する合成樹脂部材１２ｂとを備えている。芯金１２ａは、例えば合成樹脂部材１２ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
【００２６】
第２の操舵軸３は、ウォームホイール１２を軸方向の上下に挟んで配置される第１および第２の転がり軸受１３、１４により回転自在に支持されている。
第１の転がり軸受１３の外輪１５は、センサハウジング６の下端の筒状突起６ｂ内に設けられた軸受保持孔１６に嵌め入れられて保持されている。また外輪１５の上端面は環状の段部１７に当接しており、センサハウジング６に対する軸方向上方への移動が規制されている。
【００２７】
一方、第１の転がり軸受１３の内輪１８は、第２の操舵軸３に締まりばめにより嵌め合わされている。また内輪１８の下端面は、ウォームホイール１２の芯金１２ａの上端面に当接している。
第２の転がり軸受１４の外輪１９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔２０に嵌め入れられて保持されている。また外輪１９の下端面は、環状の段部２１に当接し、ギヤハウジング７に対する軸方向下方への移動が規制されている。
【００２８】
一方、第２の転がり軸受１４の内輪２２は、第２の操舵軸３に一体回転可能で、かつ軸方向の相対移動を規制されて取り付けられている。また内輪２２は、第２の操舵軸３の段部２３と、第２の操舵軸３のねじ部に締め込まれるナット２４との間に挟持されている。
トーションバー４は、第１および第２の操舵軸２、３を貫通している。トーションバー４の上端４ａは、連結ピン２５により第１の操舵軸２と一体回転可能に連結され、下端４ｂは、連結ピン２６により第２の操舵軸３と一体回転可能に連結されている。第２の操舵軸３の下端は、図示しない中間軸を介して、前記のようにラックアンドピニオン機構等の舵取機構に連結されている。
【００２９】
連結ピン２５は、第１の操舵軸２と同軸に配置される第３の操舵軸２７を、第１の操舵軸２と一体回転可能に連結している。第３の操舵軸２７はステアリングコラムを構成するチューブ２８内を貫通している。
第１の操舵軸２の上部は、例えば針状ころ軸受からなる第３の転がり軸受２９を介してセンサハウジング６に回転自在に支持されている。第１の操舵軸２の下部の縮径部３０と第２の操舵軸３の上部の孔３１とは、第１および第２の操舵軸２、３の相対回転を所定の範囲に規制するように、回転方向に所定の遊びを設けて嵌め合わされている。
【００３０】
第１の操舵軸２、および第２の操舵軸３にはそれぞれ、前記のように検出リング２ａ、２ｂ、３ａが固定されている。またこのうち検出リング２ａ、３ａは、検出リング２ｂと対向する端部が、その周方向に等間隔に、多数の歯を設けた形状に形成されている。また検出リング２ｂの、検出リング３ａと対向する端部も、その周方向に等間隔に、多数の歯を設けた形状に形成されている。
第１の操舵軸２への入力とそれによって発生したトルクとによって第１および第２の操舵軸２、３が相対回転（相対変位）すると、それに伴って検出リング２ｂ、３ａの歯の位置がずれて、両検出リング２ｂ、３ａの歯と、両者間のギャップに対向した回転角センサとしての、環状の電磁コイル９１とで構成した磁気回路のインピーダンスが変化する。回路基板９４上のトルク演算部はこのインピーダンスの変化量を読み取って、両操舵軸２、３間に生じた相対回転量からトルクを演算する。
【００３１】
また、環境温度の変化によって検出リング２ａが膨張収縮すると、それに伴って当該検出リング２ａの歯の位置がずれて、かかる歯と、対向する検出リング２ｂの端部と、温度補償用の電磁コイル９２とで構成した磁気回路のインピーダンスが変化する。回路基板９４上のトルク演算部は、このインピーダンスの変化量を読み取って、先の電磁コイル９１で測定した両操舵軸２、３の相対回転量を、環境温度の変化に関係なく常に正確な値に補正することができる。
【００３２】
そしてトルク演算部は、両操舵軸２、３の相対回転量からトルクを演算し、その演算結果と、外部からもたらされる自動車の速度などの情報とをもとにして、電動モータＭによるアシスト力を調整しながら、当該電動モータＭを駆動させる。
回路基板９４上には、上記トルク演算部の全体を実装してもよいし、そのうち電磁コイル９１、９２におけるインピーダンスの変化量を読み取って出力する部分のみを実装してもよい。またその中間であってもよい。
【００３３】
次いで図３を参照して、ウォーム軸１１は、ギヤハウジング７により保持される第４および第５の転がり軸受３４、３５によりそれぞれ回転自在に支持されている。
第４および第５の転がり軸受３４、３５の内輪３６、３７は、ウォーム軸１１の対応するくびれ部に嵌合されている。また外輪３８、３９は、ギヤハウジング７の軸受保持孔４０、４１にそれぞれ保持されている。
【００３４】
ギヤハウジング７は、ウォーム軸１１の周面の一部に対して径方向に対向する部分７ｂを含んでいる。
また、ウォーム軸１１の一端部１１ａを支持する第４の転がり軸受３４の外輪３８は、ギヤハウジング７の段部４２に当接して位置決めされている。一方、内輪３６は、ウォーム軸１１の位置決め段部４３に当接することによって他端部１１ｂ側への移動が規制されている。
【００３５】
またウォーム軸１１の他端部１１ｂ（継手側端部）の近傍を支持する第５の転がり軸受３５の内輪３７は、ウォーム軸１１の位置決め段部４４に当接することによって一端部１１ａ側への移動が規制されている。また外輪３９は、予圧調整用のねじ部材４５により、第４の転がり軸受３４側へ付勢されている。ねじ部材４５は、ギヤハウジング７に形成されるねじ孔４６にねじ込まれることにより、一対の転がり軸受３４、３５に予圧を付与すると共に、ウォーム軸１１を軸方向に位置決めしている。４７は、予圧調整後のねじ部材４５を止定するため、当該ねじ部材４５に係合されるロックナットである。
【００３６】
ギヤハウジング７内において、ウォーム軸１１とウォームホイール１２の噛み合い部分Ａを少なくとも含む領域にはグリース等の潤滑剤が充填される。すなわち潤滑剤は、噛み合い部分Ａのみに充填しても良いし、噛み合い部分Ａとウォーム軸１１の周縁全体に充填しても良いし、ギヤハウジング７内全体に充填しても良い。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば本発明のトルク検出装置の構成を、電動パワーステアリング装置以外の装置用に適用することができる等、本発明の特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で、種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるトルク検出装置の一部を切り欠いて示した、一部切り欠き斜視図である。
【図２】上記例のトルク検出装置を組み込んだ、電動パワーステアリング装置の概略断面図である。
【図３】図２のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
ＴＳ  トルク検出装置
９１  電磁コイル（回転角センサ）
９４  回路基板
９６  絶縁性の樹脂の層
９７  磁性粉を分散した樹脂の層
２  第１の操舵軸（入力部材）
３  第２の操舵軸（出力部材）
４  トーションバー
【図１】
2005043065.tif 000003
【図２】
2005043065.tif 000004
【図３】
2005043065.tif 000005