(57)【要約】  【課題】  第１円筒部材の内部の金属組織のばらつきを解消して常時安定したセンサ精度を確保できるトルクセンサを提供する。  【解決手段】  第１，出力軸とを連結するトーションバーと、前記入力軸に固定されて、周壁に複数の透過窓１２を有する第１円筒部材１１と、出力軸に固定されて、第１円筒部材の外周に相対回転自在に被嵌しかつ周壁に複数の透過窓を有する第２円筒部材とを備えている。前記トーションバーの捩れに伴う入、出力軸の相対回動位置をコイルのインピーダンス変化から求めることによってトルクを検出する。前記第１円筒部材１１を、平板１９の状態から円筒状に折り曲げて形成すると共に、前記平板状態時に前記各透過窓をプレス成形によって形成して、内部の金属組織のばらつきを抑制すると共に、円筒状に折り曲げた後に、ローラによって圧延加工して、両端部２０，２１の対向面を密着させた。  【選択図】  図７
2005226995.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第１，第２シャフトと、
前記第１シャフトに固定され、、周方向に磁束の通過し易い強磁部と通過しにくい弱磁部が形成された被包囲部材と、
前記被包囲部材を囲繞した状態で前記第２シャフトに固定され、導電性でかつ非磁性材料によって形成された円筒部材とを備え、
前記第１シャフトの回転に伴い、前記被包囲部材と円筒部材との周方向の相対回転位置に応じてトルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記円筒部材を、平板材を円筒状に折り曲げて形成したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
トーションバーによって連結された第１，第２シャフトと、
前記第１シャフトに固定され、周方向に磁束の通過し易い強磁部と通過しにくい弱磁部が形成された第１円筒部材と、
前記第１円筒部材を囲繞した状態で前記第２シャフトに固定され、導電性でかつ非磁性材料によって形成された第２円筒部材とを備え、
前記第１シャフトの回転に伴い前記第１円筒部材と第２円筒部材との周方向の相対回転位置に応じてトルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記第１円筒部材と第２円筒部材の少なくとも一方を、平板材を円筒状に折り曲げて形成したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項３】
トーションバーによって連結された第１，第２シャフトと、
前記第１シャフトに固定され、周方向に磁束の通過し易い強磁部と通過しにくい弱磁部が形成された第１円筒部材と、
前記第１円筒部材を囲繞した状態で前記第２シャフトに固定され、導電性でかつ非磁性材料によって形成された第２円筒部材とを備え、
前記第１シャフトの回転に伴い前記第１円筒部材と第２円筒部材との周方向の相対回転位置に応じてトルクを検出するトルクセンサの製造方法において、
前記第１円筒部材と第２円筒部材の少なくとも一方を、平板材によって形成すると共に、該平板の両端部を凹凸状に形成する工程と、
前記平板を円筒状に折り曲げて形成する工程と、
前記折り曲げられた前記円筒部材の両端部を凹凸嵌合した後に、少なくとも前記両端部の嵌合部位を圧延により密着させる工程と、
を備えたことを特徴とするトルクセンサの製造方法。
【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であるアルミニュウム合金材からなり、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コイルに非接触状態で包囲されている。
【０００７】
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８−１１４５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来のトルクセンサにあっては、アルミニウム合金材の前記各円筒部材をいわゆる絞り成形加工によって筒状一体に形成するようになっているため、該絞り成形時に内部の金属組織がくずれて、軸方向の個所においてその金属組織状態がそれぞれ異なってばらつきが生じてしまう。
【０００９】
この各円筒部材は、前記コイルへの通電によって発生する磁束を遮断すると同時に、その磁束の変化を妨げるように渦電流が発生させるため、円筒部材内部の金属組織が軸方向の個所によって異なると、渦電流の発生にも斑が生じて、トルク検出精度の不安定化を招くおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は、円筒部材を平板から成形することによって、内部の金属組織のばらつきを低減させて、常時安定したトルク検出精度を得ることのできるトルクセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、円筒部材を、平板材を円筒状に折り曲げて形成したことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、円筒部材を、例えばアルミニウム合金材からなる平板材を円筒状に折り曲げて形成したことから、内部軸方向の個所における金属組織のばらつきの発生を抑制することが可能になる。
【００１３】
この結果、このトルクセンサによるトルク検出精度の安定化を図ることが可能になる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、とりわけ、第１円筒部材と第２円筒部材の少なくとも一方を、平板材を円筒状に折り曲げて形成したことを特徴としている。
【００１５】
したがって、この発明においても、請求項１と同様な作用効果が得られる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、トルクセンサの製造方法に関し、とりわけ、前記第１円筒部材と第２円筒部材の少なくとも一方を、平板材によって形成すると共に、該平板の両端部を凹凸状に形成する工程と、前記平板を円筒状に折り曲げて形成する工程と、前記折り曲げられた前記円筒部材の両端部を凹凸嵌合した後に、少なくとも前記両端部の嵌合部位を圧延により密着させる工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１７】
したがって、この発明によれば、前記請求項１及び２と同じく、円筒部材内部の金属組織のばらつきの発生を抑制することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
すなわち、図１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第１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４０に連係される第２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。
【００２１】
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。
【００２２】
前記出力軸４には、電動モータ４１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４１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。
【００２３】
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第１、第２コイル７Ａ，７Ｂ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
この第１円筒部材１１は、図２〜図４に示すように、所定長さの円筒状に形成された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１３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。
【００２７】
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１３によって交互に形成されている。
【００２８】
また、前記各透過窓１２は、図２及び図３に示すように、その断面形状、つまり両側縁１２ａ、１２ｂが軸心Ｘから円周方向へ所定角度θで径方向外側に拡開された扇形状に形成されている。これは、後述するように、第１円筒部材１１を平板１９から円筒状に折り曲げて形成したことによって結果的に扇形状に形成されるのである。
【００２９】
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１４がかしめによって固定されている。
【００３０】
この第２円筒部材１４は、図２及び図３にも示すように、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１３）と同数の透過窓１５Ａ…，１５Ｂ…の列が上下二段に設けられている。
【００３１】
この各段の透過窓１５Ａ…，１５Ｂ…は、円周方向等間隔に配置され、両段の透過窓１５Ａ，１５Ｂ同士は周方向に相互にオフセットされている。
【００３２】
そして、前記透過窓１５Ａ，１５Ｂ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。
【００３３】
また、第２円筒部材１４の各透過窓１５Ａ，１５Ｂの外周側には、ヨーク１６に保持された一対の第１、第２コイル７Ａ，７Ｂが非接触状態で配置されている。
【００３４】
前記ヨーク１６は、ボビン状に形成されて、外周側がハウジング２の内周面に固定されている一方、各コイル７Ａ，７Ｂは、それぞれハーネス１７ａ、１７ｂを介してインピーダンス検出回路１８に接続されている。
【００３５】
前記各コイル７Ａ，７Ｂのインピーダンスは、前記上段と下段の透過窓１５Ａ，１５Ｂ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においては、第１、第２コイル７Ａ，７Ｂ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。
【００３６】
そして、前記第１円筒部材１１は、図７に示すように、プレス成形によって元々アルミニウム合金材の平板１９によって形成されており、この平板１９は、長さや幅が予め規定の大きさに設定されていると共に、一端部２０がオーム形を変形した凸状に形成されている一方、他端部２１が前記一端部２０に嵌合するオーム形を変形した凹状に形成されている。
【００３７】
つまり、図８に示すプレス成形機３０の基台３０ａの上面に所定幅の長尺なアルミニウム合金板が連続的に送り出され、該送り込まれた該アルミニウム合金板を先端面がそれぞれ平坦なダイ３０ｂとパンチ３０ｃによって打ち抜いて、所定長さの平板１９を成形するが、このプレス成形の際、前記形状の両端部２０、２１と各透過窓１２…を同時に打ち抜き成形するようになっている。
【００３８】
その後、所定のベンディング機によって、前記平板１９を図４及び図５に示すように円筒状に折り曲げると共に、両端部２０，２１を図６に示すように、径方向から凹凸嵌合させて結合する。
【００３９】
続いて、円筒状になった第１円筒部材１１の内外周面を一対のローラによって圧延加工する。このとき、両端部２０，２１では、圧縮されて両者２０，２１間の隙間Ｓが消失して密着状態になり、強固な結合状態が得られる。これによって、第１円筒部材１１の成形加工作業が終了する。
【００４０】
特に、一端部２０の軸方向に位置する円弧状の両凸部２０ａ、２０ａと，他端部２１の軸方向に位置する円弧状の凹部２１ａ、２１ａとの間の隙間、及びこれらに連続した凹凸部２０ｂ、２０ｂと２１ｂ、２１ｂｃとの間の隙間が確実に消失して十分な密着性が得られる。このため、かかる凸部２０ａ、２０ｂと凹部２１ａ、２１ｂが位置する部位における磁束の軸方向への流動性が良好になる。
【００４１】
以上のように、この実施形態によれば、第１円筒部材１１を、アルミニウム合金材からなる平板１９を円筒状に折り曲げて形成したことから、内部軸方向の個所における金属組織のばらつきの発生を抑制することが可能になる。
【００４２】
この結果、このトルクセンサ１によるトルク検出精度の安定化を図ることが可能になる。
【００４３】
また、前記第１円筒部材１１の各透過窓１２の断面形状が径方向外側に開いた扇状に形成されていることから、各コイル７Ａ、７Ｂによって第１円筒部材１１の軸心から放射方向に沿って流動する磁束が、両側縁１２ａ、１２ｂに当たることなく該両側縁１２ａ、１２ｂに沿って平行に流動させることができるので、該磁束の指向性が向上する。
【００４４】
さらに、第１円筒部材１１を円筒状に折り曲げた後に、圧延ローラによって圧延加工することから、該第１円筒部材１１の真円度を高くすることができる。
【００４５】
しかも、この圧延加工によって、両端部２０，２１を互いに接近する方向へ押し出されることから、各凸部２０ａ、２１ａと凹部２０ｂ、２１ｂの各外周面と底面との対向面間の隙間を消失させて密着状態にすることができる。このため、磁束のリークを極めて少なくすることができ、この結果、トルクセンサ１のトルク検出精度の低下を十分抑制することが可能になる。
【００４６】
また、第１円筒部材１１の各透過窓１２を、前述のように、平板１９の状態時に、先端面が平坦状のダイ３０ｂとパンチ３０ｃによって形成するため、経時的な使用によって該各型３０ｂ、３０ｃの先端面エッジが摩耗した場合であっても、該先端面の表面を研磨することによってエッジを再生させることができる。この結果、雌雄型の寿命をが長くなり、長期に亘る使用が可能になる。
【００４７】
また、前記第１円筒部材１１を、アルミニウム合金材に代えて銅材で形成することも可能である。この場合、銅材は、アルミニウム合金材に比較して導電性が高く、交流磁路抵抗が確保し易くなるため、アルミニウム合金材と同じ性能をより薄い板厚で得ることができる。この結果、トルクセンサ１の各円筒部材１１，１４間のエアーギャップを小さくすることができ、より強い磁束を発生させることができる。また、板厚が薄くできることで、第１円筒部材１１の加工性も向上する。
【００４８】
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。
（１）前記第１円筒部材は周方向へ所定間隔を置いて複数形成された透過窓を有し、
前記透過窓の断面形状を、径方向内側から外側に向かって拡開する扇状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。
【００４９】
この発明によれば、各コイルによって発生される磁束は、第１、第２円筒部材の軸心から放射方向に流動するが、透過窓が扇状になってその両側縁が前記磁束の流動方向と平行になることから、該磁束の指向性が向上する。
（２）前記平板を円筒状に折り曲げて両端部を結合して形成された前記第１円筒部材の前記両端部を、それぞれ凹凸状に形成すると共に、該両端部を凹凸嵌合した際に、該凹凸嵌合された両端部を密着状態に結合したことを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサ。
【００５０】
両端部の凸部と凹部とを嵌合する場合、その嵌合周面全体を密着させることは困難であるから、凸部と凹部の軸方向両端部を密着させるか、凸部の外周面と凹部の底面との対向面を密着させるかのどちらかになる。
【００５１】
そこで、本発明のように、凸部と凹部の軸方向両端側を密着させた場合には、凸部の外周面と凹部の底面との対向面間に隙間が発生して、磁束がリークしてしまうおそれがあるが、この磁束のリークの周方向の幅は極めて小さなものとなるため、トルク検出精度に与える影響を最小限に止めることができる。
（３）前記第１円筒部材を、銅材によって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。
【００５２】
銅材は、アルミニウム合金材に比較して導電性が高く、交流磁路抵抗が確保し易くなるため、アルミニウム合金材と同じ性能をより薄い板厚で得ることが可能になる。この結果、トルクセンサのエアーギャップを小さくすることができ、より強い磁束を発生させることができる。また、板厚が薄くできることで、円筒部材の加工性も向上する。
（４）前記透過窓を、円筒部材が平板状に展開された状態で穿設したことを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサ。
【００５３】
透過窓をプレス成形によって形成する場合、平板材の両面側から雌雄型によって形成されるが、その雌雄型の先端面が平坦状になっていることから、経時的な使用によって該各型の先端面エッジが摩耗した場合であっても、該先端面の表面を研磨することによってエッジを再生させることができる。この結果、雌雄型の寿命をが長くなり、長期に亘る使用が可能になる。
【００５４】
換言すれば、円筒部材が円筒状の状態で透過窓を形成する場合は、その雌雄型も円筒状及び円柱状になっていることから、エッジを確保するため、その先端部の表面を研磨すると、該雌雄型の内外径が変化してしまい、再利用することができなくなるおそれがある。
（５）前記いずれかの円筒部材の両端部を、凹凸嵌合した後に、該両端部を含む円筒部材を圧延する工程を備えたことを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサの製造方法。
【００５５】
平板を円筒状に形成した場合には、両端部の結合部が開き気味になって真円度が低くなるが、圧延ローラによってしごくことによって真円度を向上させることができる。また、前記結合部が突き合わされる方向に押圧されるため、該結合部の突き合わせ面間の隙間を消失させることができる。
【００５６】
これによって、前記突き合わせ面に対して直交する磁束の流動を阻害することがなくなり、速やかな流動を確保できる。
（６）前記円筒部材が平板状に展開された状態で、長手方向へ所定間隔をおいた位置に透過窓を複数形成する工程を備えたことを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサの製造方法。
【００５７】
この発明によれば、前記請求項（４）の発明と同様な作用効果が得られる。
【００５８】
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、第２円筒部材を平板から円筒状に形成することも可能であり、また、金属材としてアルミニウム合金や銅材に限定されることなく、導電性でかつ非磁性材であれば他の金属材料であってもよい。
【００５９】
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】
【００６０】
【図１】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。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本実施形態に供される第１円筒部材を示す図５のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】同第１円筒部材の平面図である。
【図６】同第１円筒部材の両端部を結合した状態を示す部分図である。
【図７】同第１円筒部材を平板状に展開した状態を示す正面図である。
【図８】同第１円筒部材の平板をプレス成形する成形機を示す正面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…トルクセンサ
３…入力軸
４…出力軸
５…トーションバー
７Ａ，７Ｂ…コイル
１１…第１円筒部材（被包囲部材）
１２…透過窓
１４…第２円筒部材
１５Ａ，１５Ｂ…透過窓
２０・２１…両端部
【図１】
2005226995.tif 000003
【図２】
2005226995.tif 000004
【図３】
2005226995.tif 000005
【図４】
2005226995.tif 000006
【図５】
2005226995.tif 000007
【図６】
2005226995.tif 000008
【図７】
2005226995.tif 000009
【図８】
2005226995.tif 000010