(57)【要約】【課題】第１軸又は第２軸へのヨークリングの取付け工程を簡素化し、また取付け完了後のヨークリングの位置精度を高めて特性不良の発生率の低下を図り得るトルク検出装置、及びこのトルク検出装置を操舵トルクの検出手段として備える電動パワーステアリング装置を提供する。【解決手段】２個一組のヨークリング５，５と第２軸２の一側端部に設けた連結部22とを、成形型９の内部の空洞部90に所定の位置関係を保って配置し、この空洞部90に樹脂を注入して固化させて成型されるモールド体52により、ヨークリング５，５と第２軸２とを一体に保持させた構成とする。モールド体52と接触する連結部22の外周には、ローレット目24を形成し、モールド体52の位置ずれを防止する。【選択図】図４
2007147380.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連結された第１軸及び第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、該円筒磁石が形成する磁界内にて前記第１軸及び第２軸の他方と一体回転する２個一組のヨークリングとを備え、前記第１軸及び第２軸に加わる回転トルクを、前記トーションバーの捩れを伴って前記円筒磁石と前記ヨークリングとの間に生じる相対角変位に応じて２個のヨークリング内に生じる磁束の変化に基づいて検出するトルク検出装置において、前記ヨークリングと前記第１軸又は第２軸の連結側端部とを、夫々の間に所定の位置関係を保って一体に保持する樹脂製のモールド体を備えることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
前記第１軸又は第２軸は、前記連結側端部の前記モールド体との接触部位に形成されたローレット目を備える請求項１記載のトルク検出装置。
【請求項３】
操舵部材に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの動力を操舵機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、前記操舵部材と前記操舵機構とを連結するステアリング軸の中途に前記操舵トルクを検出すべく介装された請求項１又は請求項２記載のトルク検出装置を備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸に加わる回転トルクを検出するためのトルク検出装置に関し、更に、このトルク検出装置を操舵トルクの検出手段として備える電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの動力を操舵機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータの駆動制御に用いるべく操舵部材に加えられる操舵トルクを検出する必要があり、この検出のために従来から、操舵部材と操舵機構とを連結するステアリング軸の中途に介装されたトルク検出装置が用いられている。
【０００３】
このトルク検出装置は、検出対象となるステアリング軸（回転軸）を、操舵部材の側の第１軸と操舵機構の側の第２軸とに分割し、これら両軸を細径のトーションバーにより同軸上に連結して、操舵部材の回転操作によりステアリング軸に加えられる操舵トルク（回転トルク）を、トーションバーの捩れを伴って第１，第２軸間に生じる相対角変位を媒介として検出するように構成してある。
【０００４】
第１，第２軸間の相対角変位の検出手段は、従来から種々の構成のものが提案されており、そのうちの一つとして、第１軸及び第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、他方と一体回転するヨークリングとを備え、これらの円筒磁石とヨークリングとの間の磁気回路の変化を利用するトルク検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ヨークリングは、リング形状を有するヨーク本体の一側に軸方向に延びる磁極爪を周方向に複数等配してなり、夫々の磁極爪を周方向に交互に位置させた２個を一組として第１軸又は第２軸に固定されている。また円筒磁石は、ヨークリングの磁極爪と同数組の磁極を周方向に並設してなる多極磁石であり、第１，第２軸間に相対角変位が生じていない中立状態にあるとき、Ｎ，Ｓ極の境界上に前記ヨークリングの磁極爪が整合するように位置決めして第２軸又は第１軸に固定されている。
【０００６】
以上の構成によりステアリング軸に操舵トルクが加わり、第１，第２軸間に相対角変位が生じた場合、２個のヨークリングの磁極爪と円筒磁石の磁極との周方向の位置関係が互いに逆向きに変化し、この位置変化に応じて２個のヨークリング内に発生する磁束が変化するから、この磁束変化を検出することにより前記操舵トルクを知ることができる。
【特許文献１】特開２００５−９８８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
さて、以上の如く構成されたトルク検出装置において、２個１組のヨークリングは、軟磁性体製の薄肉のリングであることから、円筒形に成形された樹脂製のモールド体により相互間に位置決めした状態で一体化し、該モールド体の一側端部に一体成形された非磁性金属からなるカラーを介して第１軸又は第２軸の連結側端部に圧入固定する取付け構造が採用されている。
【０００８】
しかしながら、このような取付け構造においては、第１軸又は第２軸にヨークリングを固定するまでの間に、２つのヨークリングをカラーを含めて一体化するモールド体の成型工程と、その後のモールド体の圧入工程との２工程が必要であり、工程間での段取り替えを含めて多くの手間を要するという問題があった。
【０００９】
更に、成型工程においてヨークリングとカラーとの間に、また圧入工程においてカラーと第１軸又は第２軸との間に周方向の角度誤差が不可避に発生するため、これらの角度誤差の集積により取付け完了後のヨークリングと第１軸又は第２軸との間に所望の位置精度が得られず、組立て完了後の特性試験における不良発生率が高くなるという問題がある。      
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、第１軸又は第２軸へのヨークリングの取付け工程を簡素化し得ると共に、取付け完了後のヨークリングの位置精度を高めて特性不良の発生率の低下を図り得るトルク検出装置を提供し、またこのトルク検出装置を操舵トルクの検出手段として備える電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１発明に係るトルク検出装置は、トーションバーを介して同軸上に連結された第１軸及び第２軸の一方と一体回転する円筒磁石と、該円筒磁石が形成する磁界内にて前記第１軸及び第２軸の他方と一体回転する２個一組のヨークリングとを備え、前記第１軸及び第２軸に加わる回転トルクを、前記トーションバーの捩れを伴って前記円筒磁石と前記ヨークリングとの間に生じる相対角変位に応じて２個のヨークリング内に生じる磁束の変化に基づいて検出するトルク検出装置において、前記ヨークリングと前記第１軸又は第２軸の連結側端部とを、夫々の間に所定の位置関係を保って一体に保持する樹脂製のモールド体を備えることを特徴とする。
【００１２】
また第２発明に係るトルク検出装置は、第１発明における第１軸又は第２軸が、前記連結側端部の前記モールド体との接触部位に形成されたローレット目を備えることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの動力を操舵機構に加えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置において、前記操舵部材と前記操舵機構とを連結するステアリング軸の中途に前記操舵トルクを検出すべく介装された第１又は第２発明のトルク検出装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１発明に係るトルク検出装置においては、２個１組のヨークリングと第１軸又は第２軸の連結側端部とを、樹脂製のモールド体により直接的に一体化するから、モールド体の成型工程のみによりヨークリングの取付けが完了し、取付け工程の簡素化を図ることができ、またヨークリングと第１軸又は第２軸との間の角度誤差が、成型工程時に発生する角度誤差のみとなり、取付け後のヨークリングの位置精度を良好に保ち、取付け不良に起因する特性不良の発生を有効に防止することができる。
【００１５】
また第２発明に係るトルク検出装置においては、第１軸又は第２軸のモールド体との接触部位にローレット目を形成したから、この接触部位におけるモールド体の滑りを有効に防止して、第１軸又は第２軸へのヨークリングの取付け強度を高めることができ、ヨークリングと第１軸又は第２軸とが取付け時の正しい位置関係を保って一体回転せしめられ、長期に亘って高精度のトルク検出を行わせることができる。
【００１６】
また本発明の第３発明に係る電動パワーステアリング装置においては、操舵部材に加えられる操舵トルクの検出手段として、組立てが容易であり、高精度でのトルク検出がなされる本発明に係るトルク検出装置を用いたから、組立て工数、不良品の発生率の低減を図ることができ、製品歩留りの向上を図ることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。図１は、本発明に係るトルク検出装置の分解斜視図、図２は、組立て状態を示す要部の縦断面図である。
【００１８】
本発明に係るトルク検出装置は、トーションバー３を介して同軸上に連結された２つの軸（第１軸１及び第２軸２）に加わるトルクを検出対象とし、第１軸１と一体回転する円筒磁石４と、第２軸２と一体回転する２個一組のヨークリング５，５と、これらのヨークリング５，５に発生する磁束を集める集磁リング６，６と、これらの集磁リング６，６の間に後述の如く配設された２つの磁気センサ７，７とを備えて構成されている。
【００１９】
トーションバー３は、捩りばねとして細径の丸棒の両端に、第１，第２軸１，２との連結のための太径短寸の連結部30，30を備えており、第１軸１及び第２軸２は、これらの軸心部に形成された連結孔10，20にトーションバー３両端の連結部30，30を夫々内嵌し、後述の如く周方向の位置決めを行った後、各別の連結ピン11，21の打設により一体化せしめて連結されている。
【００２０】
このように連結された第１軸１と第２軸２とに回転トルクが加えられた場合、この回転トルクの作用によりトーションバー３が捩れ変形し、第１軸１と第２軸２との間には、前記回転トルクに対応する大きさを有する相対角変位が生じる。
【００２１】
図２に示すトルク検出装置は、電動パワーステアリング装置において、ステアリングホイール等の操舵部材の操作に応じて、該操舵部材と操舵機構とを連結するステアリング軸に加わる操舵トルクの検出手段として構成されている。図において上位置にある第１軸１は、図示しない操舵部材に連結され、下位置にある第２軸２は、図示しない操舵機構に連結されており、これらは、トーションバー３を介して同軸上に連結されている。なお図２中には、トーションバー３と第２軸２の連結部のみが示されている。
【００２２】
操舵機構の側の第２軸２は、図中に一部を示すハウジング８内に上下２つの軸受80，81により両持ち支持され、これらの軸受80，81間にウォームホイール82が嵌着固定されている。このウォームホイール82は、操舵補助用のモータの出力端のウォーム（図示せず）に噛合させてあり、操舵補助用のモータが駆動された場合、該モータの動力がウォームホイール82に減速伝動され、第２軸２を介して操舵機構に操舵補助力が加えられる構成となっている。
【００２３】
第２軸２には、軸受80の支持部よりも上位置に、大径の円筒形をなす連結部22が設けてある。第１軸１の下端部は、連結部22の端面に開口する連結孔20内に適長挿入され、該連結孔20に内嵌固定されたブッシュ23により同軸を保って支持されている。
【００２４】
第１軸１と一体回転する円筒磁石４は、図１に示す如く、周方向に複数の磁極（各複数のＮ極40，40…及びＳ極41，41…）を並設し、端面及び内面を適宜の厚さを有する樹脂製のモールド体42により覆ってなる多極磁石として構成されている。この円筒磁石４は、モールド体42を介して第１軸１に外嵌され、連結部22の端面に近接する位置に固定されている。
【００２５】
第２軸２と一体回転するヨークリング５，５は、図１に示す如く、リング形をなすヨーク本体50の内周縁に、軸方向に延びる複数の磁極爪51，51…を周方向に等配をなして連設してなる軟磁性体製の円環である。磁極爪51，51…は、延設端に向けて縮幅された三角形状を有しており、２個のヨークリング５，５は、夫々の磁極爪51，51…の突設側を向き合わせ、周方向に交互に並べた状態で位置決めし、これらの外側を円筒形にモールド成形された樹脂製のモールド体52により覆って一体化されている。
【００２６】
このように構成されたヨークリング５，５は、モールド体52を介して後述の如く第２軸２上端の連結部22に固定され、図２に示す如く、夫々の内面が第１軸１に嵌合固定された円筒磁石４の外周面にわずかなエアギャップを隔てて対向し、周方向に以下に示す位置関係が得られるように組み付けられている。
【００２７】
図３は、ヨークリングの磁極爪と円筒磁石の磁極との周方向の位置関係を示す説明図である。図３（ｂ）には、組み付け時の位置関係が示されており、本図に示す如くヨークリング５，５と円筒磁石４とは、夫々の磁極爪51，51…が円筒磁石４の周上に並ぶＮ極40とＳ極41との境界と一致するように周方向に位置決めされている。この状態において、２個のヨークリング５，５の磁極爪51，51…は、円筒磁石４の周上において互いに相隣するＮ極40とＳ極41との間に形成される磁界内に同一の条件下にて位置することとなり、これらの磁極爪51，51…の基部を連絡するヨーク本体50，50内に生じる磁束は同一となる。
【００２８】
このような磁極爪51，51…とＮ極40及びＳ極41との間の位置関係は、円筒磁石４が固定された第１軸１とヨークリング５，５が固定された第２軸２との間にトーションバー３の捩れを伴って生じる相対角変位に応じて、図３（ａ）又は図３（ｃ）に示す如く互いに逆向きに変化する。この変化が生じた場合、一方のヨークリング５の磁極爪51，51…と他方のヨークリング５の磁極爪51，51…とには、互いに逆の極性を有する磁力線が増加し、夫々のヨーク本体50，50に正負の磁束が発生する。
【００２９】
このとき発生する磁束の正負は、円筒磁石４とヨークリング５，５との間、即ち、第１軸１と第２軸２との間に生じる相対角変位の向きに応じて定まり、正負の磁束の密度は、前記相対角変位の大きさに対応するから、この磁束を検出することにより、第１軸１と第２軸２との間の相対角変位、即ち、第１，第２軸に加わる回転トルク（操舵トルク）を知ることができる。
【００３０】
このようにヨークリング５，５に発生する磁束は、夫々に対応する集磁リング６，６に集められ、磁気センサ７，７により検出される。集磁リング６，６は、ヨーク本体50の外径よりもやや大きい内径を有する軟磁性材料製の円環であり、図１に示す如く、夫々から軸長方向に延び、先端を略直角外向きに屈曲させてなる集磁部60，60を周方向の対応する２か所に備えている。これらの集磁リング６，６は、両者の集磁部60，60の延長側を向き合わせて同軸上に配置し、夫々の対応する集磁部60，60の先端が軸方向に所定のエアギャップを隔てて対向するように位置決めし、これらの外側を円筒形にモールド成形された樹脂製のモールド体61により覆って一体化されている。
【００３１】
これらの集磁リング６，６の集磁部60，60先端のエアギャップ間には、ホール素子等の磁気検知素子を用いてなる磁気センサ７が配してある。なお集磁リング６，６は、周方向の２か所に集磁部60，60を備えており、図１に示す如く、これら２か所の集磁部60，60先端のエアギャップの夫々に磁気センサ７，７が配してあり、図２に示す如く、これらの磁気センサ７，７は、集磁リング６，６と共にモールド体61により一体化されている。
【００３２】
このように集磁リング６，６及び磁気センサ７，７を保持するモールド体61は、図２に示す如く、内面に露出する集磁リング６，６の夫々をヨークリング５，５の外側に近接対向せしめてハウジング８に内嵌固定されている。これにより集磁リング６，６には、夫々の内側に近接するヨークリング５，５に発生する磁束が誘導され、夫々の集磁部60，60に集束されて、これらの集磁部60，60間に確保されたエアギャップに漏れ出し、このエアギャップに配された磁気センサ７，７は、漏洩磁束の密度に対応する出力を発する。
【００３３】
磁気センサ７，７の出力として検出される磁束密度は、集磁リング６，６の内側に対向するヨークリング５，５内部の磁束によって変化し、この磁束は、前述の如く、円筒磁石４に対する夫々の相対角変位、即ち、第１軸１と第２軸２との間の相対角変位に対応するから、磁気センサ７，７の出力は、第１軸１及び第２軸２に加えられ、前記相対角変位を生じさせる回転トルクの方向及び大きさに対応するものとなり、これらの磁気センサ７，７の出力変化に基づいて第１軸１及び第２軸２に加わる回転トルクを検出することができる。なお、集磁リング６，６に設けた２か所の集磁突起60，60の対向面間に夫々磁気センサ７，７を設けてあるのは、一方をトルク検出用とし、他方をフェイル判定用とするためである。このフェイル判定は、例えば、２つ磁気センサ７，７の出力を経時的に比較し、両者間に明らかな差が存在するとき、その前後に非定常な出力変化を示している磁気センサ７がフェイル状態にあると判定する公知の手順により行われる。
【００３４】
図４は、ヨークリング５，５の取付け手順の説明図である。ヨークリング５，５は、前述の如くリング形をなすヨーク本体50の内周縁に等配された複数の磁極爪51，51…を備えている。このようなヨークリング５，５の取付けに際しては、図４（ａ）中に２点鎖線により示す成形型９内に設けられたリング状の空洞部90に、相互間に前述した位置関係、即ち、夫々の磁極爪51，51…の突設側を向き合わせ、周方向に交互に並べた位置関係が得られるようにヨークリング５，５をセットする。また、成形型９の一側に第２軸２を、上端の連結部22を空洞部90の内側に外周面を沿わせ、該空洞部90内のヨークリング５，５に対して、径方向、周方向及び軸長方向に所定の位置関係を満たすようにセットする。
【００３５】
その後、成形型９の空洞部90内に樹脂を注入して固化させ、成形型９を取り外す。これによりヨークリング５，５は、図４（ｂ）に示す如く、固化した樹脂により形成される円筒形のモールド体52によってセット時の位置関係を保って一体化され、このモールド体52を介して第２軸２上端の連結部22に固定される。
【００３６】
このようになされるヨークリング５，５の取付けは、２つのヨークリング５，５を第２軸２の連結部22を含めて一体化するモールド体52の成型工程のみにより手間を要することなく実現することができる。またヨークリング５，５と第２軸との間には、成形型９の空洞部90内での前述した位置決めに伴う角度誤差が生じるのみであり、取付け完了後のヨークリング５，５と第２軸２との間に高い位置精度を実現することができる。
【００３７】
なお図４中にクロスハッチを施して示す如く連結部22の外周面には、ローレット切りにより斜めに溝切りされたローレット目24が形成してある。このローレット目24は、空洞部90内にて固化する樹脂を溝中に受け入れ、この固化により形成されるモールド体52の滑り止め作用をなすべく設けてある。これによりモールド体52は、第２軸２に対して軸長方向及び周方向に位置ずれすることなく強固に固定され、モールド体52に保持されたヨークリング５，５は、正しい位置関係を保って第２軸２と一体回転することができる。
【００３８】
なお、図４においては、連結部22の外周面の全面にローレット目24を形成してあるが、外周面の一部にのみ形成してもよい。また連結部22に形成されるローレット目24は、図４に示す形態に限らず、例えば、縦横に溝切りされた形態であってもよい。
【００３９】
本発明に係るトルク検出装置においては、以上の如きヨークリング５，５の取付けが、単一の工程による簡易な手順により、高い位置精度を有して強固になされるから、この取付けを含めた組み立ての完了後に行われる特性試験において、ヨークリング５，５の取付け不良に起因する動作不良の発生率を低減することが可能となり、製品歩留りの向上、及び製品コストの低下に寄与することができ、実施の形態に示すように、電動パワーステアリング装置において操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するためのトルク検出装置として好便に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係るトルク検出装置の分解斜視図である。
【図２】本発明に係るトルク検出装置の組立て状態を示す要部の縦断面図である。
【図３】ヨークリングの磁極爪と円筒磁石の磁極との周方向の位置関係を示す説明図である。
【図４】ヨークリングの取付け手順の説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    第１軸
２    第２軸
３    トーションバー
４    円筒磁石
５    ヨークリング
８    ハウジング
22    連結部（連結側端部）
24    ローレット目
52    モールド体
【図１】
2007147380.tif 000003
【図２】
2007147380.tif 000004
【図３】
2007147380.tif 000005
【図４】
2007147380.tif 000006