(57)【要約】【課題】磁性環の吸湿に起因するトルクの検出誤差を抑制して、正確なトルクを検出することができるトルク検出装置を提供する。【解決手段】粉体状の磁性材料を用いてなる圧粉体である第２の磁性環５の外周面が、熱収縮チューブを用いてなる非磁性体の防湿層５４で被覆されている。このため、吸湿性を有する第２の磁性環５の吸湿を抑制することができ、第２の磁性環５の吸湿に起因するトルクの検出誤差を抑制することができる。また、防湿層５４は非磁性体であるため、第１の励磁コイル７のインピーダンスの変化に関与しない。以上の結果、第１及び第２の磁性環４，５と第１の励磁コイル７とによって構成された磁気回路で第１及び第２の回転軸２，３に加わった正確なトルクを検出することができる。つまり、トルク検出装置Ａの信頼性を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対角変位を可能に連結された二つの回転軸の夫々に嵌合され、かつそれらの端面に互いに対向する複数の歯が周設されている第１及び第２の磁性環と、夫々の磁性環の外周りに配置された励磁コイルとにより磁気回路を構成し、前記励磁コイルのインピーダンスの変化で前記回転軸に加わったトルクを検出するトルク検出装置において、
少なくとも１個の磁性環は、粉体状の磁性材料を用いてなる圧粉体であり、
前記磁性環の表面が、非磁性体の防湿層で被覆されていることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記防湿層は、前記磁性環の外周面に配された熱収縮チューブを用いてなることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
【請求項３】
前記防湿層は、合成樹脂を用いて形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に加わるトルクを検出するトルク検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
トルク検出装置は、例えば操舵補助用の電動モータを備える車両用の電動パワーステアリング装置に使用されている。このトルク検出装置は、トーションバーにより相対角変位を可能に連結された入力軸及び出力軸の夫々に嵌合され、かつそれらの端面に互いに対向する複数の歯が周設されている第１及び第２の磁性環と、夫々の磁性環の外周りに配置された励磁コイルとにより磁気回路を構成し、前記励磁コイルのインピーダンスの変化で前記入力軸に加わったトルクを検出するように構成されている。
従来、トルク検出装置の磁性環として、粉体状の磁性材料を用いてなる圧粉体が用いられている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−３４０７０２号公報
【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、圧粉体は吸湿性を有するため、磁性環の吸湿によって、検出されるトルクに誤差が生じるという問題があった。
【０００４】
本発明は斯かる問題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、トルクを検出するための磁性環の表面を防湿層で被覆する構成とすることにより、磁性環の吸湿に起因するトルクの検出誤差を抑制して、正確なトルクを検出することができるトルク検出装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は、熱収縮チューブを用いてなる防湿層で磁性環の外周面を被覆する構成とすることにより、容易に製造できる簡易な構成のトルク検出装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の更に他の目的は、合成樹脂を用いて形成されている防湿層で磁性環の表面を被覆する構成とすることにより、容易に製造できる簡易な構成のトルク検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係るトルク検出装置は、相対角変位を可能に連結された二つの回転軸の夫々に嵌合され、かつそれらの端面に互いに対向する複数の歯が周設されている第１及び第２の磁性環と、夫々の磁性環の外周りに配置された励磁コイルとにより磁気回路を構成し、前記励磁コイルのインピーダンスの変化で前記回転軸に加わったトルクを検出するトルク検出装置において、少なくとも１個の磁性環は、粉体状の磁性材料を用いてなる圧粉体であり、前記磁性環の表面が、非磁性体の防湿層で被覆されていることを特徴とする。
【０００８】
第２発明に係るトルク検出装置は、前記防湿層は、前記磁性環の外周面に配された熱収縮チューブを用いてなることを特徴とする。
【０００９】
第３発明に係るトルク検出装置は、前記防湿層は、合成樹脂を用いて形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１発明のトルク検出装置による場合、第１の磁性環及び／又は第２の磁性環そのものは圧粉体であるため吸湿性を有するが、磁性環の表面を防湿層で被覆することによって、磁性環の吸湿を抑制することができる。このため、磁性環の吸湿に起因するトルクの検出誤差を抑制することができる。
また、防湿層は非磁性体であるため、磁性環の外周りに配置された励磁コイルのインピーダンスの変化に関与しない。
【００１１】
以上の結果、第１及び第２の磁性環と励磁コイルとによって構成された磁気回路で相対角変位を可能に連結された二つの回転軸に加わった正確なトルクを検出することができる。つまり、トルク検出装置の信頼性を向上させることができる。
また、圧粉体である磁性環は径方向の外力によって破壊されやすいが、仮に、例えば磁性環の取り扱い異常によって磁性環が破損した場合でも、防湿層が存在するため、磁性環の欠片が飛散することを抑制することができる。
【００１２】
第２発明のトルク検出装置による場合、トルク検出装置は、熱収縮チューブを用いて磁性環の防湿層が形成されている簡易な構成である。
この場合、磁性環の外側に熱収縮チューブを配し、熱収縮チューブを加熱することによって、磁性環の外周面を防湿層で密閉する。このため、トルク検出装置を容易に製造することができる。
【００１３】
第３発明のトルク検出装置による場合、トルク検出装置は、合成樹脂を用いて磁性環の防湿層が形成されている簡易な構成である。
この場合、磁性環の表面を、例えばフッ素樹脂でコーティングすることによって、磁性環の表面を防湿層で密閉する。このため、トルク検出装置を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を、その実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００１５】
実施の形態  １．
図１は、本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置Ａが組み込まれた電動パワーステアリング装置の縦断面図であり、図２は、トルク検出装置Ａの拡大断面図である。
【００１６】
トルク検出装置Ａは、トーションバー１により相対角変位を可能に連結された第１及び第２の回転軸２，３と、第１の回転軸２に圧入により外嵌された第１の磁性環４と、第２の回転軸３に圧入により外嵌された第２及び第３の磁性環５，６と、第１及び第２の磁性環４，５の外周りに配置された第１の励磁コイル７と、第２及び第３の磁性環５，６の外周りに配置された第２の励磁コイル８とを備えている。ここで、第１〜第３の磁性環４，５，６は軸長方向に離隔して配置されている。
【００１７】
第１及び第２の回転軸２，３は夫々の一端部が相対回転を可能に嵌合された円筒形をなしており、内部にトーションバー１が挿入され、図１に示すように、該トーションバー１の一端が第１の回転軸２にダウエルピン９により連結され、トーションバー１の他端が第２の回転軸３にダウエルピン１０により連結されている。
【００１８】
図２に示すように、第１及び第２の磁性環４，５の互いに対向する対向端面と、第３の磁性環６の第２の磁性環５に対向する対向端面とには、矩形の歯４１，５１，６１が等ピッチで周設されており、また、隣合う歯間には歯底面４２，５２，６２が夫々設けられている。つまり、これらの対抗端面は、歯４１，５１，６１が設けられている歯部側端面であり、この歯部側端面の逆側の端面は、歯が設けられていない非歯部端面である。
そして、第１の励磁コイル７が発生した磁束により第１及び第２の磁性環４，５で第１の磁気回路を構成し、第２の励磁コイル８が発生した磁束により第２及び第３の磁性環５，６で第２の磁気回路を構成する。
【００１９】
このため、第２の回転軸３に回転トルクが加えられ、トーションバー１が捩じれた場合、相対回転によって第１の磁性環４の歯４１と第２の磁性環５の歯５１との対向面積が変化して第１の励磁コイル７のインピーダンスが変化し、その変化に応じて出力される電圧によりトーションバー１に加えられたトルクを検出することができる。
このとき、第３の磁性環６と第２の磁性環５とは相対回転せず（相対停止しており）、第２の励磁コイル８のインピーダンスは変化しない。ただし、第２の励磁コイル８の雰囲気温度が変化した場合、第２の励磁コイル８のインピーダンスに変化が生じ、その変化に応じて出力される電圧により前記トルクが補正される。
【００２０】
即ち、第１の励磁コイル７のインピーダンスは、トーションバー１に加えられた実際のトルクに加えて、第１の励磁コイル７の雰囲気温度によって変化するため、この雰囲気温度による第１の励磁コイル７のインピーダンスの変化を第２の励磁コイル８のインピーダンスに基づいて補正し、温度に影響されないトルクを検出するようにしてある。
【００２１】
第１の回転軸２の一端部には第１の磁性環４が外嵌される第１の嵌合部２１及び第１の嵌合部２１から軸長方向に延出された環状のかしめ部２２が設けられており、該かしめ部２２の周方向の一部を内周側から径方向外側へかしめることができるようになっている。
第１の磁性環４の歯底面４２の縁には略Ｖ字形をなす凹部４３が設けられている。第１の磁性環４の凹部４３には、第１の回転軸２のかしめ部２２がかしめにより押入され、このかしめ部２２により第１の磁性環４を第１の嵌合部２１に固定してある。
【００２２】
第２の回転軸３の中途には軸長方向に離隔する第２及び第３の嵌合部３１，３２と、第３の嵌合部３２から軸長方向に延出された環状のかしめ部３４とを有しており、該かしめ部３４の周方向の一部を内周側から径方向外側へかしめることができるようになっている。
【００２３】
第３の磁性環６の歯底面６２の縁には略Ｖ字形をなす凹部６３が設けられている。第３の磁性環６の凹部６３には、第２の回転軸３のかしめ部３４がかしめにより押入され、このかしめ部３４により第３の磁性環６を第３の嵌合部３２に固定してある。
第１及び第３の磁性環４，６は、例えばＳＵＳを用いてなる。
【００２４】
第２の嵌合部３１には、第２の磁性環５が外嵌されており、第２の磁性環５は、樹脂モールドが施されて固定されている。この樹脂モールドによって、第２の嵌合部３１の内周面及び非歯部端面は合成樹脂層３５に被覆されている。
第２の磁性環５は、粉体状の磁性材料（例えば鉄粉）に樹脂コーティングを施した粒体を環状に固め、加熱炉で加熱してコーティング樹脂を溶融させ、このコーティング樹脂をバインダーとして鉄粉を接合してなる圧粉体である。
また、第２の磁性環５は、第２の磁性環５の外周面及び歯５１が、該外周面に配された熱収縮チューブ５５（図３（ａ）参照）を用いてなる非磁性体の防湿層５４で被覆されている。
【００２５】
つまり、第２の磁性環５の表面は、防湿層５４及び樹脂モールドによる合成樹脂層３５に全面的に被覆されており、吸湿性を有する圧粉体である第２の磁性環５の吸湿を抑制している。
第２の磁性環５は第１及び第２の磁気回路の両方を構成している。また、第１及び第２の磁気回路を構成している第１及び第３の磁性環４，６の材質はＳＵＳ材であるためほとんど吸湿しない。
更に、防湿層５４及び合成樹脂層３５は、夫々非磁性体であるため、トルクの検出には影響しない。
【００２６】
以上の結果、第１及び第２の励磁コイル７，８のインピーダンスに基づいて、湿度に影響されないトルクが検出される。
また、第２の磁性環５の表面が全面的に被覆されているため、第２の磁性環５に対する異物の付着も抑制される。このため、第２の磁性環５に対する異物の付着によるトルクの検出誤差が抑制される。
更に、万一、第２の磁性環５に欠けが生じた場合でも、防湿層５４及び合成樹脂層３５によって、第２の磁性環５の破片の飛散が抑制される。
【００２７】
図３は、本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置Ａの製造方法の説明図である。
まず、作業者は、樹脂モールドを施して第２及び第３の磁性環５，６が外嵌されている第２の回転軸３を準備し、また、第２の磁性環５のサイズに対応するサイズを有する熱収縮チューブ５５を準備する。この熱収縮チューブ５５は、ＦＥＰ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂系の合成樹脂を用いてなるが、これに限るものではない。
【００２８】
次に、作業者は、第２の磁性環５の外周面及び歯５１の外側に熱収縮チューブ５５を配置する。そして、熱収縮チューブ５５、及び第２及び第３の磁性環５，６が外嵌されている第２の回転軸３を全体的に加熱する（図３（ａ））。
加熱された熱収縮チューブ５５は、収縮して第２の磁性環５の外周面及び歯５１に密着し、これによって第２の磁性環５の防湿層５４が形成され（図３（ｂ））、第２の磁性環５は防湿層５４及び合成樹脂層３５に密封される。
【００２９】
図４は、本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置Ａの他の製造方法の説明図である。
作業者は、前述のように第２の回転軸３を全体的に加熱するのではなく、部分的に熱収縮チューブ５５を加熱してもよく、このようにすることで、熱収縮チューブ５５を収縮させるのに要する時間を短縮することができる。この場合、熱収縮チューブ５５は、例えば高周波電圧の印加による誘導加熱が施されるか、又は図４に示すようにランプ光、レーザー光線、ＵＶ光線等の光源となる発光灯３７の光Ｌを集光装置３８により被照射面の温度が熱収縮チューブ５５を収縮させ得るほどに高くなるよう、適宜集光して図中矢符方向に掃引しながら照射し加熱が施される。
【００３０】
以上のようにして、第２の磁性環５の外側に熱収縮チューブ５５を配し、熱収縮チューブ５５を加熱することによって、第２の磁性環５は防湿層５４及び合成樹脂層３５で容易に密閉され、第２の磁性環５の吸湿による検出誤差が抑制されたトルク検出装置Ａが容易に製造される。
また、アニールによって圧粉体である第２の磁性環５への応力が緩和される。
【００３１】
図５は、本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置Ａの更に他の製造方法の説明図である。
まず、作業者は、第２及び第３の磁性環５，６が外嵌されている第２の回転軸３を準備し、また、熱収縮チューブ５５を準備する。
【００３２】
次いで作業者は、樹脂モールド用の成形型３６内に、熱収縮チューブ５５を、成形型３６内に収容すべき第２の磁性環５の外周面及び歯５１の外側の位置に対応させて配置する。更に作業者は、第２及び第３の磁性環５，６が外嵌されている第２の回転軸３を、樹脂モールド用の成形型３６へ収容し、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）のような、熱可塑性を有する合成樹脂を用いて、第２の磁性環５に対し樹脂モールドを施す（図５）。
【００３３】
樹脂モールド時の加熱によって加熱された熱収縮チューブ５５は、収縮して第２の磁性環５の外周面及び歯５１に密着し、これによって第２の磁性環５の防湿層５４が形成され（図３（ｂ））、第２の磁性環５は防湿層５４及び合成樹脂層３５に密封される。
【００３４】
以上のように構成されたトルク検出装置Ａは、例えば図１に示すように車両用の電動パワーステアリング装置に組み込まれる。
【００３５】
この電動パワーステアリング装置は、上端が舵取りのための操舵輪Ｂに繋がり、下端に第２の回転軸３を有する入力軸Ｃと、上端が入力軸Ｃに連結され、操舵輪Ｂに加わる操舵トルクの作用によって捩れるトーションバー１と、該トーションバー１の下端に連結され、かつその下端が舵取機構に繋がる出力軸としての第１の回転軸２と、トーションバー１の捩れに応じた第１及び第２の回転軸２，３の相対角変位によって操舵輪Ｂに加わる操舵トルクを検出するトルク検出装置Ａと、該トルク検出装置Ａが検出したトルクに基づいて操舵補助用の電動モータＤを駆動制御する制御部と、電動モータＤの回転を第１の回転軸２に伝動する減速歯車機構Ｅと、該減速歯車機構Ｅ、トルク検出装置Ａ、第１及び第２の回転軸２，３を収容支持する筒形ケースＦとを備えている。
【００３６】
図１及び図２に示すように、第１の回転軸２は、上端に第２の回転軸３の一端部が挿嵌される挿嵌孔２ａを有しており、該挿嵌孔２ａに巻ブッシュ１１を介して第２の回転軸３の一端部が支持されている。また、図１に示すように、第１の回転軸２の中間部は一対の玉軸受１２，１３を介して前記筒形ケースＦ内に支持されている。
【００３７】
マイクロプロセッサを用いてなる制御部の入力部には、第１及び第２の励磁コイル７，８が接続されており、出力部には電動モータＤの駆動回路が接続されている。
【００３８】
なお、以上説明した実施の形態では雰囲気温度による第１の励磁コイル７のインピーダンスの変化を補正するための第３の磁性環６及び第２の励磁コイル８を備える構成としたが、その他、第３の磁性環６及び第２の励磁コイル８をなくした構成としてもよい。
また、本発明に係るトルク検出装置Ａは、電動パワーステアリング装置に使用する他、電動パワーステアリング装置以外の装置に使用してもよい。
【００３９】
実施の形態  ２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るトルク検出装置Ｇの拡大断面図である。
本実施の形態のトルク検出装置Ｇの構成は、実施の形態１のトルク検出装置Ａの構成と略同様であるため、以下ではトルク検出装置Ａとの差異について説明する。
【００４０】
トルク検出装置Ｇは、トルク検出装置Ａの防湿層５４の代わりに、防湿層５６を備える。
防湿層５６は、ＦＥＰ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂系の合成樹脂を用いてなる。また、防湿層５６は、歯５１を含む第２の磁性環５の表面を全面的に被覆している。
【００４１】
このようなトルク検出装置Ｇを製造する場合、まず、作業者は、第２の磁性環５を準備して、第２の磁性環５の表面に全体的にフッ素樹脂コーティングを行ない、必要であればアニールし、フッ素樹脂の第２の磁性環５の表面への密着性を高め、防湿層５６を形成する。
そして、防湿層５６が形成された第２の磁性環５を、第２の回転軸３に外嵌して樹脂モールドを施す。
【００４２】
以上のようにして、第２の磁性環５は防湿層５６で容易に密閉され、第２の磁性環５の吸湿による検出誤差が抑制されたトルク検出装置Ｇが容易に製造される。
実施の形態１においては防湿層５４及び合成樹脂層３５が第２の磁性環５の吸湿を抑制していたが、実施の形態２においては防湿層５６が第２の磁性環５の吸湿を抑制する。このため、第２の磁性環５を、樹脂モールドではなく、例えば径方向に貫通する孔に対するピンの挿入によって第２の回転軸３に固定してもよい。
【００４３】
また、フッ素コーティングによる防湿層５６は、第２の磁性環５の防酸化作用及び防錆作用も有するため、例えば第２の磁性環５に錆防止油を塗布する必要がない。更に、防湿層５６は、従来の磁性環表面に塗布される錆防止油よりも落ちにくい。
更にまた、防湿層５６は、第２の磁性環５に対する異物の付着も抑制する。
このため、第２の磁性環５の腐蝕、異物の付着等によるトルクの検出誤差が抑制される。
【００４４】
その他、実施の形態１に対応する部分には同一符号を付してそれらの説明を省略する。
なお、第２の磁性環５の樹脂モールドを行なう場合、防湿層５６は、第２の磁性環５の外周面及び歯５１に形成して内周面及び非歯部端面には形成しなくてもよい。この場合、樹脂モールドを施して第２の磁性環５を第２の回転軸３に外嵌してからフッ素樹脂コーティングを行なってもよい。
【００４５】
実施の形態１，２において、第２の磁性環５の防湿は、合成樹脂層３５及び防湿層５４，５６に限らず、例えば樹脂モールド時に第２の磁性環５を合成樹脂で完全に封止してもよく、第２の磁性環５の表面に合成樹脂フィルムを配して加熱密着させてもよい。
また、第２の磁性環５の全体ではなく外周面、歯５１等に防湿層を形成し、内周面、非歯部端面には形成しない構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置が組み込まれた電動パワーステアリング装置の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置の製造方法の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置の他の製造方法の説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置の更に他の製造方法の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るトルク検出装置の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
２，３  回転軸、４  第１の磁性環、４１  歯、５  第２の磁性環（圧粉体）、５１  歯、５４  防湿層（熱収縮チューブ）、５５  熱収縮チューブ、５６  防湿層、７  励磁コイル、Ａ，Ｇ  トルク検出装置
【図１】
2007263734.tif 000003
【図２】
2007263734.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007263734.tif 000007
【図６】
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