(57)【要約】  【課題】  ボビンをヨーク内に収容保持するに際して、ボビンの撓み変形を防止してコイル巻線を十分に巻回することのできるトルクセンサを提供する。  【解決手段】トーションバーによって連結された入、出力軸回転と、該入、出力軸を包囲するように設けられたコイルユニット７と、入、出力軸に作用する回転トルクの変化に応じて前記コイルユニットのインピーダンスを変化させるインピーダンス可変手段とを備えている。ヨーク１５の収容溝１９，１９内に収容保持されたボビン１６は、円筒部２０の両端部に有する一方のフランジ部２０の内周部外面に３つの突起部２４が設けられていると共にその基部周囲に凹部２５を設け、ボビンを収容溝内に収容した際に、突起部２４が対向面との圧接時に凹部２５に吸収されながら潰れることにより、フランジ部の撓み変形を防止しつつその反力でボビンを前記収容溝内に保持するようにした。  【選択図】  図１
2005226994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーによって連結された回転シャフトと、
該回転シャフトを包囲するように設けられたコイルユニットと、
前記回転シャフトに作用する回転トルクの変化に応じて前記コイルユニットのインピーダンスを変化させるインピーダンス可変手段と、
を備えたトルクセンサにおいて、
前記コイルユニットは、内周側に開口部を有する断面コ字形状のヨークと、
該ヨークの内側に形成された収容溝内に収容保持され、外周にコイル線が巻回されたボビンとを備え、
前記ボビンは、外周側に前記コイル線巻回用の開口部を有する断面コ字形状に形成され、
前記ボビンの軸方向の両端面のいずれか一方、あるいは該両端面が対向する前記ヨークの収容溝の少なくとも一方の対向面に突起部を設け、前記ボビンを収容溝内に収容した際に、前記突起部が対向面との圧接時に潰れることにより、ボビンを前記収容溝内に収容保持したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記突起部を、前記ボビンの軸方向端面の内周側に形成したことを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記突起部を、ボビンの円周方向のほぼ等間隔位置に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のステアリングの入力トルク等を検出するトルクセンサに関し、例えばトルクをトーションバーの捩れ量に変換し、その捩れ量をさらにコイルのインピーダンス変化として操舵トルクを検出するトルクセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来のトルクセンサとしては、以下の特許文献１に記載されるようなものが知られている。
【０００３】
このトルクセンサは、同軸に配置された磁性材料からなる入力軸と出力軸をトーションバーによって連結し、両シャフトの相対的な回動位置を求めることによってトーションバーの捩りに応じたトルクを検出する基本構成となっており、両シャフトの相対的な回動位置を求める手段としてコイルのインピーダンス変化を利用した検出手段を用いている。
【０００４】
この検出手段は、一端部が入力軸に固定されて、他端部側が入力軸の大径部を包囲するように配置された第１円筒部材と、一端部が出力軸に固定されて、他端部側が前記第１円筒部材を囲繞するように嵌合配置されて、第１円筒部材と相対的に回転可能の設けられた第２円筒部材とを備えている。
【０００５】
この第１、第２円筒部材は、導電性でかつ非磁性材料からなり、周方向の所定間隔位置には、これらの相対回転位置に応じて重なり具合が変化するように、複数の透過窓が上下位置に形成されている。
【０００６】
また、第１円筒部材と第２円筒部材の例えば上側の各透過窓が形成された部分が第１コイルユニットに非接触状態で包囲され、下側の各透過窓が形成された部分が第２コイルユニットに非接触状態で包囲されている。
【０００７】
前記各コイルユニットは、断面ほぼコ字形状に形成されて径方向内側が開口したヨークと、該ヨークの前記開口に形成された収容溝内に収容保持されたグラスファイバー製のボビンと、該ボビンの外周に巻回されたコイル巻線とから構成されている。また、前記ボビンは、軸方向の外側両端面の外周部に突部が円周方向の所定位置に設けられている。
【０００８】
したがって、構成部品の組み付け時に、ボビンを前記収容溝へ押し込むと、前記各突部に前記収容溝の内端面から反力が付与されて、ボビンの外周部がコイル巻回側の内側に弾性変形して、該ボビンが収容溝内に弾持されるようになっている。
【０００９】
そして、ステアリングホイールの回転操作に伴い、入力軸と出力軸を介して前記第１、第２円筒部材が相対回転して、各透過窓が面積を変化させることにより透過窓を通過する磁束の変化によって、各コイルユニットの自己誘導電力を測定し、その結果に基づいてトルクを求めるようになっている。
【特許文献１】特開平１１−２４８５６１号公報（図３、図４参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来のトルクセンサにあっては、前述のように、ボビンををヨークの収容溝内に収容保持するには、各突部を介してボビンの外周部を巻回されたコイル巻線側の内方へ撓み変形させ、この弾発力によって収容溝内に弾持されるようになっているため、かかるボビンの外周部が内方へ撓み変形した内側には、前記コイル巻線を巻回することができなくなる。
【００１１】
これにより、ボビンへのコイル巻線の巻回量に自ずと限界が発生すると共に、該巻回されたコイル巻線の外周と前記ヨークの収容溝の底面との間に比較的大きな隙間（エアーギャップ）が発生してしまう。
【００１２】
この結果、この大きな隙間に起因してヨークに発生する磁界が低下してしまい、トルクの検出精度が悪化してしまうおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記従来のトルクセンサの実状に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、とりわけ、前記コイルユニットの構成として、内周側に開口部を有する断面コ字形状のヨークと、該ヨークの内側に形成された収容溝内に収容保持され、外周にコイル線が巻回されたボビンとを備え、前記ボビンは、外周側に前記コイル線巻回用の開口部を有する断面コ字形状に形成され、前記ボビンの軸方向の両端面のいずれか一方、あるいは該両端面が対向する前記ヨークの収容溝の少なくとも一方の対向面に突起部を設け、前記ボビンを収容溝内に収容した際に、前記突起部が対向面との圧接時に潰れることにより、ボビンを前記収容溝内に保持したことを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、ヨークの収容溝内にボビンを収容させるために、該ボビンを収容溝内に押し込むと、前記収容溝の内端面に先端側から当接した突起部がそのまま軸方向に圧潰して、この潰れた部分が収容溝の内端面に圧接する。
【００１５】
したがって、ボビン自体は内側へ撓み変形することなく、通常の形状を維持することができる。このため、ボビンの外周面にコイル巻線を十分に巻回することができると共に、該巻回されたコイル巻線の外周と収容溝の底面との間の隙間（エアーギャップ）を十分に小さくすることができる。
【００１６】
よって、ヨークの磁界の低下が防止されて高いゲインを確保することができ、センサ精度を高めることが可能になる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、前記突起部を、前記ボビンの軸方向端面の内周側に形成したことを特徴としている。
【００１８】
ボビンは、その形状からして、コイル線が巻回される筒部の両端部に有するフランジ部の径方向の外周側は剛性が低いが、筒部の軸方向の剛性は高くなっている。したがって、突起部をボビンの軸方向の内周側、つまり筒部の軸方向外端面に形成することによって、前記収容溝への収容時における突起部の潰れによるボビンの変形を一層防止することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記突起部を、ボビンの円周方向のほぼ等間隔位置に設けたことを特徴としている。
【００２０】
前記ボビンをヨークの収容溝内に収容した際に、潰れた突起部の存在によってヨークの内部応力が変化するが、複数の突起部が円周方向の等間隔位置に設けられていることから、ヨークの周方向における内部応力が均等に分散されて、偏りの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係るトルクセンサの実施形態を図面に基づいて説明する。このトルクセンサ１は、車両用パワーステアリング装置の操舵トルク検出部に適用されたものであり、パワーステアリング装置は以下のような概略構成となっている。
【００２２】
すなわち、図５に示すように、車体に支持固定されるハウジング２には、一端部がステアリングホイールに連結された回転シャフトである入力軸３と、一端部が操舵機構であるラック＆ピニオン３０に連係される回転シャフトである出力軸４とが夫々軸受を介して回動自在に支持されている。
【００２３】
前記入力軸３と出力軸４とは、軸方向から対向する他端部が導電性金属材のトーションバー５を介して連結され、両者間に作用するトルクがトーションバー５の捩れ量に変換されるようになっている。
【００２４】
前記出力軸４には、電動モータ３１の動力を受けるウォームホイール６が一体に取付けられており、電動モータ３１は、両シャフト３，４のトルクに応じたアシスト力を発生するようになっている。
【００２５】
そして、トルクセンサ１は、トーションバー５の捩れに伴なう入力軸３と出力軸４の相対回動位置の変化をコイルユニット７のインピーダンスを変化として検出するようになっている。
【００２６】
前記入力軸３は、下端部がトーションバー５を囲繞した状態で出力軸４との突き合わせ部まで延び、その先端部の縮径部８が出力軸４の上面の凹部９に相対回転自在に挿入されている。また、入力軸３の縮径部８と出力軸の凹部９には、両シャフト３，４の相対回動角度位置を制限する図外のストッパが設けられている。
【００２７】
さらに、前記トーションバー５を囲繞する入力軸３の下端側外周には、第１円筒部材１１が取付けられている。
【００２８】
この第１円筒部材１１は、非磁性でかつ導電性を有するアルミニウム合金材によって形成され、入力軸３の下端部と共に内側磁路を形成するようになっている。また、第１円筒部材１１の周壁には、軸方向に沿う複数のスリット状の透過窓１２が円周方向に等間隔に形成され、隣接する透過窓１２，１２間の梁部が磁束の通過を遮断する遮蔽領域をなすようになっている。
【００２９】
したがって、第１円筒部材１１は、磁気抵抗の大きい領域と小さい領域とが透過窓１２と梁部によって交互に形成されている。
【００３０】
一方、出力軸４は、上端部に前記入力軸３の下端部と第１円筒部材１１の外周側を所定幅のエーアーギャップをもって非接触状態で囲繞する第２円筒部材１３がかしめによって固定されている。
【００３１】
この第２円筒部材１３は、前記第１円筒部材１１と同様に、非磁性でかつ導電性を有するアルミニウム合金材によって形成され、その周壁には第１円筒部材１１の透過窓１２（梁部）と同数の透過窓１４Ａ…，１４Ｂ…の列が上下二段に設けられている。
【００３２】
この各段の透過窓１４Ａ…，１４Ｂ…は、円周方向等間隔に配置され、両段の透過窓１４Ａ，１４Ｂ同士は周方向に相互にオフセットされている。
【００３３】
そして、前記透過窓１４Ａ，１４Ｂは、トーションバー５が捩られない中立位置において、第１円筒部材１１の透過窓１２に対して（透過窓１２から露出した入力軸３に対して）夫々左右で半分の面積分だけ重なり合っており、この状態からトーションバー５が捩られると、その捩れ量と方向に応じて透過窓１２に対する重なり面積が相反して増減変化するようになっている。
【００３４】
前記コイルユニット７は、図１に示すように、前記第２円筒部材１３の各透過窓１４Ａ，１４Ｂの外周側に非接触状態に配置され、ヨーク１５と、該ヨーク１５の内側に収容保持された一対のボビン１６，１６と、該各ボビン１６，１６の外周面に巻回された一対のコイル巻線１７，１７とから構成されている。
【００３５】
前記ヨーク１５は、縦断面ほぼコ字形状に形成された円環状の磁性金属材からなり、外周部がハウジング２の内周面に固定されている一方、内周側に円環二重の隔壁１８を介して隔成された開口部である上下一対の収容溝１９、１９が形成されている。
【００３６】
前記各ボビン１６は、図１〜図３に示すように、それぞれが所定長さの円筒部２０と、該円筒部２０の軸方向の両端部に一体に設けられて、同一の肉厚ａ、ｂに形成された一対のフランジ部２１、２２とがファイバー樹脂材によって一体に形成され、前記円筒部２０と両フランジ部２１、２２との間に、前記コイル巻線１７を巻回する開口部２３形成されている。
【００３７】
前記コイル巻線１７，１７は、その外周が前記収容溝１９，１９の底面１９ａ、１９ａから十分に近接するまで巻回されて、該外周と底面１９ａ、１９ａとの間の隙間Ｓの幅ｈが前記各フランジ部２１，２２の厚さａ、ｂとほぼ等しい大きさに形成されている。
【００３８】
また、前記各フランジ部２１，２２の内周側である前記円筒部２０の軸方向の一端面側には、３つの突起部２４、２４，２４が設けられている。
【００３９】
この各突起部２４は、図２〜図４に示すように、円筒部２０の円周方向の約１２０°角度位置にそれぞれ設けられ、基部２４ａから先端部２４ｂまでほぼ均一径の小径円柱状に形成されて、先端部２４ｂが前記一方のフランジ部２１の外面から突出している。
【００４０】
さらに、この突起部２４の基部２４ａの周囲には、前記フランジ部２１の外面から陥没した凹部２５それぞれ形成されている。この凹部２５は、ほぼ半円形状に形成され、前記突起部２４が軸方向から潰れた際に、先端部２４ｂの潰れ部位を吸収するようになっている。
【００４１】
前記各コイル巻線１７の引き出し端縁は、それぞれハーネス２５、２６を介してインピーダンス検出回路２７（基板）に接続されている。
【００４２】
前記各コイル巻線１７のインピーダンスは、前記上段と下段の透過窓１４Ａ，１４Ｂの開口面積の関係から、トーションバー５が捩られると、常に逆向きに同量だけ増減変化する。インピーダンス検出回路２７においては、各コイル巻線１７，１７のインピーダンスの差を求め、その差を基にして入力トルクを求めるようにしている。したがって、温度変化等の入力トルク以外の要因によるインピーダンス変化は相殺される。
【００４３】
したがって、この実施形態によれば、各構成部品の組付時において、ヨーク１５の各収容溝１９内に各ボビン１６を収容させるために、該各ボビン１６を各収容溝１９内に押し込むと、図４に示すように、前記各収容溝１９の内端面に先端部２４ｂ側から当接した突起部２４がそのまま軸方向に圧潰して、この先端部２４ｂの潰れた部分が収容溝１９の内端面に圧接する。
【００４４】
したがって、この潰れにより、ボビン１６のフランジ部２１に対して突起部２４と反対方向への大きな力の発生が抑制されて、該ボビン１６自体は内側へ撓み変形することなく、通常の形状を維持することができる。
【００４５】
このため、円筒部２０の外周面にコイル巻線１７を十分に巻回することができると共に、該巻回されたコイル巻線１７の外周と収容溝１９の底面１９ａとの間の隙間Ｓの幅ｈを各フランジ部２１，２２の厚さａ、ｂとほぼ同一となるように小さくすることができる。
【００４６】
よって、ヨークの磁界の低下が防止されて高いゲインを確保することができ、センサ精度を高めることが可能になる。
【００４７】
特に、隙間Ｓの幅ｈとフランジ部２１，２２の厚さａ、ｂをほぼ等しく設定できることから、ヨーク１５全体の磁束密度を均一にすることができ、ヨーク１５を有効に利用できることから、センサ性能が同じで、径方向の大きさを小さくできる。したがって、コイルユニット７の小型化が図れる。
【００４８】
しかも、各突起部２４を、剛性の高い円筒部２０の軸方向位置に形成したことから、前記収容溝１９への収容時における突起部２４の潰れによるボビン１６のフランジ部２１の変形を一層防止することができる。
【００４９】
さらに、前記各突起部２４を、ボビン１６の円周方向のほぼ１２０°角度位置に設けたことから、ヨーク１５の周方向における内部応力が均等に分散されて、偏りの発生を防止することができる。
【００５０】
また、前記ボビン１６を収容溝１９内に押し込んで、各突起部２４の先端部２４ｂが潰れると、この潰れた部位を前記凹部２５内に吸収させることができるため、フランジ部２１の外面と収容溝１９の内端面との間の隙間Ｃ（図４参照）を十分に小さくすることができる。
【００５１】
前記突起部２４は、前記ボビン１６の一方のフランジ部２１側のみに設けられていることから、前述のように、ヨーク１５の収容溝１９内にボビン１６を押し込んで前記突起部２４を潰すことにより、その反力によって突起部２４が設けられていない他方のフランジ部２２の外面と収容溝１９の対向内端面とを密着させることができる。
【００５２】
これにより、コイル巻線１７とヨーク１５との距離を十分に短くすることが可能になる。この結果、コイルのゲインが高くなって、トルクセンサのセンサ精度を向上させることができる。
【００５３】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
【００５４】
請求項（１）  前記突起部の周囲に、前記ボビンの軸方向端面から陥没した凹部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトルクセンサ。
【００５５】
この発明によれば、ボビンを収容溝内に押し込んだ際に、突起部がヨークの対向面からの圧力により軸方向へ潰れた場合に、この潰れを前記凹部内に吸収させることができる。このため、ボビンの軸方向端面とヨークの収容溝の内端面との間の隙間を十分に小さくすることができる。
【００５６】
請求項（２）  前記突起部を、前記ボビンの軸方向端面の一方側にのみ設けたことを特徴とする請求項１〜（１）のいずれかに記載のトルクセンサ。
【００５７】
ヨークの収容溝内にボビンを押し込んで該収容溝の一方の内端面に前記突起部を押付けて潰すことにより、突起部が設けられていない軸方向の他端面と収容溝の対向内端面とを密着させることができるので、コイルとヨークとの距離を十分に短くすることが可能になる。
【００５８】
この結果、コイルのゲインが高くなって、トルクセンサのセンサ精度を向上させることができる。
【００５９】
本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、潰れ可能な突起部２４や凹部２５を、フランジ部２１の外周部側に形成することも可能である。また、突起部２４をボビン１６側ではなく、ヨーク１５の収容溝の内端面側に形成することも可能である。さらに、突起部２４の形状や外径は、収納溝１９の対向内端面からの所定の押圧反力によって潰れるように設定されているが、その大きさなどは、適用対象の大きさなどによって任意に設定することができる。
【００６０】
また、本発明のトルクセンサは、パワーステアリング装置以外にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態に供されるコイルユニットの部分拡大断面図である。
【図２】同実施形態に供されるボビンの斜視図である。
【図３】同実施形態に供されるボビンとコイル巻線とを示す縦断面図である。
【図４】同実施形態の要部拡大図である。
【図５】本発明に係わるトルクセンサの実施形態を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００６２】
１…トルクセンサ
３…入力軸（回転シャフト）
４…出力軸（回転シャフト）
５…トーションバー
７…コイルユニット
１５…ヨーク
１６…ボビン
１７…コイル巻線
１９…収容溝
２４…突起部
【図１】
2005226994.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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