(57)【要約】【課題】磁性環の破損を抑制しつつ磁性環を正確かつ簡易に回転軸に嵌合させることができるトルク検出装置を提供する。【解決手段】非磁性体の筒状部材であるカラー１４が第２の回転軸３に嵌合されており、このカラー１４に、温度補償用の磁気回路を構成する第２及び第３の磁性環５，６を、樹脂モールドを施して嵌合している。カラー１４は第２の回転軸３よりもサイズが小さいため第２及び第３の磁性環５，６の嵌合作業の作業性が向上されており、第２及び第３の磁性環５，６の補償ギャップの設定と第２及び第３の磁性環５，６の歯５１，６１の位相合わせとを正確かつ容易に行なうことができる。しかも、第２及び第３の磁性環５，６が嵌合されたカラー１４の第２の回転軸３への嵌合によって、第２及び第３の磁性環５，６を同時に第２の回転軸３に嵌合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、かつそれらの一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、該第２の磁性環が嵌合されている回転軸に、複数の歯が周設されている一端面が前記第２の磁性環の他端面に対向する第３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二つの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、
樹脂モールドを施されて前記第２及び第３の磁性環が嵌合されている非磁性体の筒状部材が、前記回転軸に嵌合されていることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記筒状部材は、該筒状部材の周面に、前記第３の磁性環の他端面に対向する鍔を有す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二つの回転軸の夫々に嵌合され、かつそれらの一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、該第２の磁性環が嵌合されている回転軸に、複数の歯が周設されている一端面が前記第２の磁性環の他端面に対向する第３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二つの回転軸に加わったトルクを検出するように構成されている。
【０００３】
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）。
第１及び第３の磁性環は、例えば樹脂モールドを施して、二つの回転軸の夫々に嵌合している。また、第２の磁性環は、第３の磁性環が嵌合している回転軸と同じ回転軸に、例えば回転軸の径方向にピンで固定して、カラーを介して嵌合している。
【０００４】
二つの回転軸に加わったトルクを正確に検出するために、第２の磁性環の一端面に周設された複数の歯と、第３の磁性環の一端面に周設された複数の歯との位相合わせが行なわれる。また、第２の磁性環の他端面と、第３の磁性環の歯の先端との間に、適切な補償ギャップが設けられる。
以下では、各磁性環の歯が周設された端面を歯部側端面といい、歯部側端面の逆側の端面、即ち歯が周設されていない端面を非歯部端面という。
【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】
【０００５】
しかしながら、第２及び第３の磁性環は、サイズが大きく作業性が悪い回転軸に一方を嵌合し、次いで、位相合わせと補償ギャップの設定とを行ないながら他方を回転軸に嵌合するため、正確な位相合わせ及び補償ギャップの設定が煩雑である。
また、回転軸に対する第２及び第３の磁性環の嵌合を個々に実行するため、嵌合作業が煩雑である。
しかも、圧粉体である磁性環は、圧入、かしめ等による機械的な外力によって破壊されやすいため、破損を抑制しつつ第２及び第３の磁性環を正確かつ簡易に回転軸に嵌合させることは困難である。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、回転軸に嵌合する筒状部材を介して、第２及び第３の磁性環を回転軸に嵌合する構成とすることにより、第２及び第３の磁性環の破損を抑制しつつ第２及び第３の磁性環を正確かつ簡易に回転軸に嵌合させることができるトルク検出装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、第３の磁性環の非歯部端面に対向する鍔を周面に有する筒状部材に第２及び第３の磁性環を嵌合する構成とすることにより、第２及び第３の磁性環を正確かつ簡易に筒状部材に嵌合させることができる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】
【０００８】
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、かつそれらの一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、該第２の磁性環が嵌合されている回転軸に、複数の歯が周設されている一端面が前記第２の磁性環の他端面に対向する第３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二つの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、樹脂モールドを施されて前記第２及び第３の磁性環が嵌合されている非磁性体の筒状部材が、前記回転軸に嵌合されていることを特徴とする。
【０００９】
第２発明に係るトルク検出装置は、前記筒状部材は、該筒状部材の周面に、前記第３の磁性環の他端面に対向する鍔を有す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、筒状部材が回転軸に嵌合されており、この回転軸に嵌合すべき第２及び第３の磁性環は、樹脂モールドを施されて筒状部材に嵌合されている。
【００１１】
つまり、第２及び第３の磁性環は、サイズが大きく作業性が悪い回転軸に直接嵌合されず、筒状部材を介して回転軸に嵌合される。筒状部材は回転軸に比べてサイズを小さく形成し、作業性を向上させることができる。
このため、第２及び第３の磁性環の一方を筒状部材に容易に嵌合し、次いで、第２及び第３の磁性環夫々の歯の位相合わせと第２及び第３の磁性環の間の補償ギャップの設定とを正確に行ないながら他方を筒状部材に容易に嵌合することができる。
【００１２】
また、第２及び第３の磁性環が嵌合された筒状部材を回転軸に嵌合するため、回転軸に対する嵌合は一度でよい（第２及び第３の磁性環の嵌合を同時に実行する）。つまり、嵌合作業が簡易である。
圧粉体である磁性環は径方向の機械的な外力によって破壊されやすいが、圧入、かしめ等で回転軸に嵌合されるのは第２及び第３の磁性環ではなく筒状部材であるため、破損を抑制しつつ第２及び第３の磁性環を正確かつ簡易に回転軸に嵌合させることができる。
【００１３】
更に、筒状部材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。
以上の結果、第１、第２及び第３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。
【００１４】
第２発明のトルク検出装置による場合、第３の磁性環の非歯部端面に対向する鍔を周面に有する筒状部材が回転軸に嵌合されており、この回転軸に嵌合すべき第２及び第３の磁性環は、樹脂モールドを施されて筒状部材に嵌合されている。
【００１５】
筒状部材に第３の磁性環を嵌合する際、第３の磁性環の非歯部端面が筒状部材の鍔に対向するように、鍔に非歯部端面を突き当てることができるため、筒状部材から第３の磁性環が脱離することを抑制することができ、しかも、筒状部材に対する第３の磁性環の軸長方向の位置決めを簡易かつ確実に行なうことができる。
また、確実に位置決めされた第３の磁性環に対して、補償ギャップを設けて第２の磁性環を正確に位置決めすることができる。
【００１６】
更に、筒状部材の鍔に第３の磁性環を周方向に固定（例えば鍔に形成された凸部を第３の磁性環の非歯部端面に形成された凹部に嵌入する）場合は、筒状部材に対する第３の磁性環の周方向の位置決めを簡易かつ確実に行なうことができる。
更にまた、確実に位置決めされた第３の磁性環に対して、互いの歯の位相合わせを行ないながら第２の磁性環を正確に位置決めすることができる。
【００１７】
また、筒状部材を回転軸に嵌合させる場合に、例えば鍔に外力を加えることができるため、各磁性環に不要な外力が加えられることによる磁性環の破損を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、本発明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。
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、非磁性体の円筒状部材であるカラー１４を介在して外嵌された第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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
トルク検出装置Ａの場合、第１の磁気回路及び第２の磁気回路の近傍には、従来のトルク検出装置とは異なり、カラー１４が存在するが、カラー１４は非磁性体であるため、トルクの検出には影響しない。
【００２４】
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。
【００２５】
第２の回転軸３の中途にはカラー１４が外嵌される第２の嵌合部３１が設けられており、カラー１４に、第２及び第３の磁性環５，６が樹脂モールドを施されて外嵌されている。第２の磁性環５の非歯部端面と第３の磁性環６の歯６１の先端面との間には約１ｍｍの補償ギャップ（離隔距離）が設けられており、第２の磁性環５の歯５１と第３の磁性環６の歯６１とは、正確な温度補償のために、位相合わせが施されている。
【００２６】
カラー１４は、軸長方向の長さが第２の回転軸３の軸長方向の長さよりも短い。即ち、カラー１４は第２の回転軸３よりもコンパクトなサイズである。
また、カラー１４はカラー１４の一端部周面に鍔１５を有する。鍔１５は第３の磁性環６の非歯部端面に、樹脂モールドによる合成樹脂層を介して対向し、略接触している。
【００２７】
図３及び図４は、本発明に係るトルク検出装置Ａの製造方法の説明図である。
作業者は、第２の磁性環５と、例えばＳＵＳ材を用いてなる第３の磁性環６と、カラー１４とを準備する。
ここで、第２の磁性環５は、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。
【００２８】
作業者は、まず、第３の磁性環６の非歯部端面をカラー１４の鍔１５に対向させて、第３の磁性環６の非歯部端面を鍔１５に突き当てるように、カラー１４に対して第３の磁性環６を圧入することによって第３の磁性環６をカラー１４に外嵌する（図３（ａ））。
この場合、カラー１４は、第２の回転軸３よりもコンパクトであるため第３の磁性環６の外嵌作業の作業性が高く、このため第３の磁性環６を破損しないようにカラー１４に圧入することは容易である。
また、第３の磁性環６が鍔１５に接触するため、第３の磁性環６のカラー１４からの脱離が抑制される。
【００２９】
次に作業者は、第２の磁性環５の非歯部端面と第３の磁性環６の歯６１の先端とを、約１ｍｍの補償ギャップを有して対向させ、しかも、第２及び第３の磁性環５，６の歯５１，６１の位相合わせを施しながら、カラー１４に対して第２の磁性環５を圧入することによって第２の磁性環５をカラー１４に外嵌する（図３（ｂ））。
【００３０】
この場合、第３の磁性環６の場合と同様に、第２の磁性環５を破損しないようにカラー１４に圧入することは容易である。
また、第３の磁性環６は鍔１５に接触しているため、カラー１４に対して第３の磁性環６が軸長方向に容易かつ正確に位置決めされ、位置決めされた第３の磁性環６に対して第２の磁性環５が軸長方向に正確に位置決めされる。
【００３１】
次いで作業者は、第２及び第３の磁性環５，６が外嵌されているカラー１４を、樹脂モールド用の成形型３２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、歯５１を含む第２の磁性環５と歯６１を含む第３の磁性環６全体とに対して、樹脂モールドを施す（図４（ａ））。この場合、合成樹脂は、第２の磁性環５の歯５１並びに第２及び第３の磁性環５，６の内周面とカラー１４の外周面との間、第２及び第３の磁性環５，６の間、並びに第３の磁性環５の非歯部端面と鍔１５との間に配される。
【００３２】
第３の磁性環６に関して、形状が複雑であり表面積が広い複数の歯６１の部分にも樹脂モールドを施すことによって、第３の磁性環６に対する合成樹脂の付着量が増加し、このため合成樹脂を介してカラー１４に対し第３の磁性環が確実に固定される。
【００３３】
このように、第２及び第３の磁性環５，６は樹脂モールドによってカラー１４に固定されるため、第２及び第３の磁性環５，６の固定のために、例えばかしめのような機械的な固定が不要である。この結果、第２及び第３の磁性環５，６のカラー１４に対する固定に係る破損が抑制される。
また、カラー１４は、第２の回転軸３よりもコンパクトであるため樹脂モールド作業の作業性が高く、しかも第２の回転軸３に外嵌された第２及び第３の磁性環５，６を樹脂モールドする場合に用いられる成形型よりも小型の成形型３２を使用することが可能である。つまり、樹脂モールド設備がコンパクトである。
【００３４】
最後に作業者は、鍔１５を保持した状態で、樹脂モールドを施されて第２及び第３の磁性環５，６が外嵌されたカラー１４を成形型３２から取り出し、第２の回転軸３に圧入する（図４（ｂ））。
この場合、鍔１５の部分を利用してカラー１４の第２の回転軸３に対する圧入作業を行なうため、樹脂モールドを施された部分を把持することによって第２及び第３の磁性環５，６に不要な外力を加えることが抑制される。この結果、第２及び第３の磁性環５，６の破損が抑制される。
【００３５】
また、サイズが大きく作業性が悪い第２の回転軸３に対して、第２及び第３の磁性環５，６の個々の外嵌を２回実行するのではなく、カラー１４の外嵌を１回実行するため、外嵌作業が簡易である。
【００３６】
なお、カラー１４に対して第３の磁性環６を周方向に容易かつ正確に位置決めするために、例えば鍔１５に設けた凸部と第３の磁性環６の非歯部端面に設けた凹部とを嵌合させる構成にしてもよい。この場合、周方向に位置決めされた第３の磁性環６に対して第２の磁性環５が周方向に正確に位置決めされる。
また、カラー１４は第２の回転軸３に対して、圧入ではなく捻じ込み、接着、径方向に貫通する孔に対するピンの挿入等で固定してもよい。
また、カラー１４の外周面にローレット（ナーリング）加工を施して、カラー１４の外周面に対する合成樹脂の付着性を向上させてもよい。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
なお、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。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明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】本発明に係るトルク検出装置の拡大断面図である。
【図３】本発明に係るトルク検出装置の製造方法の説明図である。
【図４】本発明に係るトルク検出装置の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
【００４２】
１４  カラー（筒状部材）、１５  鍔、２，３  回転軸、４  第１の磁性環、４１  歯
５  第２の磁性環、５１  歯、６  第３の磁性環、６１  歯、７，８    励磁コイル、
Ａ  トルク検出装置
【図１】
2007263733.tif 000003
【図２】
2007263733.tif 000004
【図３】
2007263733.tif 000005
【図４】
2007263733.tif 000006