(57)【要約】【課題】  トルクセンサにおいて、トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けるに際し、部品数と組付工数を少なくし、コスト低減すること。【解決手段】  ハウジング１１、１２に収容される入力軸１４と出力軸１５がトーションバー１６を介して連結され、トルク検出コイル６０と温度補償コイル７０をハウジング１２に設けてなるトルクセンサ３０において、トルク検出コイル用ボビン８０と温度補償コイル用ボビン８０を一体に樹脂成形してなるもの。【選択図】  図２
2007121162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに収容される入力軸と出力軸がトーションバーを介して連結され、
トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けてなるトルクセンサにおいて、
トルク検出コイル用ボビンと温度補償コイル用ボビンを一体に樹脂成形してなることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記ボビンと、該ボビンに巻装したトルク検出コイル及び温度補償コイルを、磁性金属粉を混合した樹脂製ヨークでインサートモールドする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記入力軸を支持する入力軸受と、前記ヨークを、樹脂製ハウジングでインサートモールドする請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項１〜３のいずれかに記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動制御す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】
本発明はトルクセンサ及び電動パワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、出力軸とがトーションバーを介して連結され、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサにより検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクを出力軸側に伝え、結果として、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。
【０００３】
従来のトルクセンサは、特許文献１に記載の如く、入力軸と出力軸のそれぞれを入力軸受と出力軸受のそれぞれを介してハウジングに回転可能に支持し、入力軸と出力軸のそれぞれに固定される第１と第２のコアとともに磁気回路を構成するトルク検出コイルをハウジングに設け、入力軸と出力軸とを連結したトーションバーに作用するトルクを検出する。
【０００４】
また、特許文献１のトルクセンサでは、磁性材料からなる入力軸の外周円筒部とともに磁気回路を構成する温度補償コイルをハウジングに設け、トルク検出コイルと温度補償コイルの誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧相等分を相殺し、トルクセンサの検出精度を向上する。
【特許文献１】特開2005-3462
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のトルクセンサでは、トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けるに際し、トルク検出コイルと温度補償コイルをそれぞれ別個のボビンに巻装し、それら別個のボビンをそれぞれハウジングに取付けることとしている。このため、２個のボビンを必要として部品数が多く、組付工数も多い。
【０００６】
本発明の課題は、トルクセンサにおいて、トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けるに際し、部品数と組付工数を少なくし、コスト低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、ハウジングに収容される入力軸と出力軸がトーションバーを介して連結され、トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けてなるトルクセンサにおいて、トルク検出コイル用ボビンと温度補償コイル用ボビンを一体に樹脂成形してなるようにしたものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記ボビンと、該ボビンに巻装したトルク検出コイル及び温度補償コイルを、磁性金属粉を混合した樹脂製ヨークでインサートモールドするようにしたものである。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において更に、前記入力軸を支持する入力軸受と、前記ヨークを、樹脂製ハウジングでインサートモールドするようにしたものである。
【００１０】
請求項４の発明は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項１〜３のいずれかに記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動制御する電動パワーステアリング装置である。
【発明の効果】
【００１１】
（請求項１）
(a)トルク検出コイルと温度補償コイルをハウジングに設けるに際し、トルク検出コイル用のボビンと温度補償コイル用のボビンを一体のボビンに樹脂成形して単一化したから、トルクセンサの部品数と組付工数し少なくし、組付けバラツキを押さえてコスト低減できる。
【００１２】
（請求項２）
(b)上述(a)のボビンと、該ボビンに巻装したトルク検出コイル及び温度補償コイルを、磁性金属粉を混合した樹脂製ヨークでインサートモールドしたから、トルクセンサの部品数と組付工数を一層少なくできる上に、ヨークがボビンとコイルとの間に形成するエアギャップを可及的に低減し、トルクセンサの検出精度を向上できる。
【００１３】
（請求項３）
(c)上述(b)のヨークと、入力軸を支持する入力軸受を樹脂製ハウジングでインサートモールドしたから、トルクセンサの部品数と組付工数を一層少なくできる。
【００１４】
（請求項４）
(d)電動パワーステアリング装置のトルクセンサにおいて、上述(a)〜(d)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上させ、電動モータによるアシスト性能を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図、図２はトルクセンサを拡大して示す断面図、図３はヨークへのボビンのインサートモールド成形体を示す断面図、図４は第１のコアと第２のコアを拡大して示す断面図、図５はトルクセンサの模式図である。
【実施例】
【００１６】
電動パワーステアリング装置１０は、図１に示す如く、車体フレーム等に固定される第１ハウジング１１に第２ハウジング１２をボルト結合する。そして、ステアリングホイールが結合される入力軸１４と、出力軸１５をトーションバー１６を介して同軸結合し、入力軸１４は入力軸受１７を介して第２ハウジング１２に支持し、出力軸１５は出力軸受１８（不図示）を介して第１ハウジング１１側に支持する。
【００１７】
電動パワーステアリング装置１０は、出力軸１５にピニオン軸を連結し、ピニオン軸のピニオンに噛み合うラックを備えたラック軸をハウジングに左右動可能に支持する。出力軸１５の回転運動をピニオン軸を介してラック軸の直線運動に変換し、車輪を操舵する。
【００１８】
電動パワーステアリング装置１０は、第１ハウジング１１に電動モータ（不図示）を支持し、電動モータの出力軸にはウォームギヤ２１が結合され、ウォームギヤ２１に噛み合うウォームホイール２２を第１ハウジング１１と第２ハウジング１２の中で出力軸１５に固定してある。
【００１９】
電動パワーステアリング装置１０は、入力軸１４と出力軸１５の間にトルクセンサ３０を設けている。ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサ３０により検出し、その検出トルクにより電動モータを駆動し、電動モータの発生トルクをウォームギヤ２１、ウォームホイール２２を介して出力軸１５に伝える。これにより、電動モータの発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。
【００２０】
しかるに、トルクセンサ３０は以下の如くに構成される（図２）。
入力軸１４は、磁性材料からなり、ハウジング１２の内部に位置して出力軸１５に同軸的に結合されている部分の側傍に、磁性材料からなる大径カラーＡ及び大径リングＢの２部材を圧入等により同軸固定的に取付けている。大径カラーＡには第１のコア４０を圧入等により同軸固定的に取付け、第１のコア４０の下端端面には周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部４０Ａを備える。
【００２１】
出力軸１５は、ハウジング１２の内部に位置して入力軸１４に同軸的に結合されている部分の外周に円筒状の第２のコア５０を圧入固定的に取付けている。第２のコア５０の上端部端面には、第１のコア４０の磁路形成部４０Ａに対向する、周方向に等ピッチで形成された平面視矩形の多数の磁路形成部５０Ａを備える。
【００２２】
ハウジング１２の内周には、トルク検出コイル６０と温度補償コイル７０を巻装したボビン８０、ボビン８０を被包するヨーク９０が以下の如くに装填されている（図２、図３）。
【００２３】
(1)トルク検出コイル６０用のボビンと温度補償コイル７０用のボビンが合成樹脂により一体成形され、ボビン８０を構成する。
【００２４】
(2)上述(1)のボビン８０の外周の上下２箇所のそれぞれに設けたコイル巻回部８１とコイル巻回部８２のそれぞれに、トルク検出コイル６０と温度補償コイル７０のそれぞれを巻回する。
【００２５】
(3)上述(2)のボビン８０と、ボビン８０に巻装したトルク検出コイル６０及び温度補償コイル７０を金型内に組込んだ状態で、鉄粉等の磁性金属粉を混合した合成樹脂からなるヨーク９０をボビン８０並びにトルク検出コイル６０及び温度補償コイル７０の外周側に射出成形し、それらボビン８０並びにトルク検出コイル６０及び温度補償コイル７０をヨーク９０でインサートモールドする。
【００２６】
(4)入力軸受１７と、上述(3)のヨーク９０を金型内に組込んだ状態で、合成樹脂からなるハウジング１２を入力軸受１７及びヨーク９０の外周側に射出成形し、それら入力軸受１７及びヨーク９０をハウジング１２でインサートモールドする。
【００２７】
上述(4)の第２ハウジング１２に第１ハウジング１１をボルト結合し、第２ハウジング１２の入力軸受１７に入力軸１４を支持し、第１ハウジング１１の出力軸受１８に出力軸１５を支持した状態で、トルク検出コイル６０は入力軸１４の大径カラーＡと出力軸１５のそれぞれに取付けている第１のコア４０と第２のコア５０の対向部分に跨り、トルク検出コイル６０の外周のヨーク９０は第１のコア４０、第２のコア５０と磁気回路ａを構成し、この磁気回路ａはヨーク９０と第１のコア４０の表面とのエアギャップａ1、第２のコア５０の表面とのエアギャップａ2、及び第１のコア４０と第２のコア５０の対向端面間のエアギャップａ3を経るように形成される。トルク検出コイル６０は第１のコア４０、第２のコア５０と電磁結合し、電磁結合状態に相応する電圧を誘起する。
【００２８】
温度補償コイル７０は入力軸１４の大径リングＢに対向し、温度補償コイル７０の外周のヨーク９０は大径リングＢと磁気回路ｂを構成し、この磁気回路ｂはヨーク９０と大径リングＢの表面とのエアギャップｂ1、ｂ2を経るように形成される。尚、大径リングＢは入力軸１４を拡径させたフランジであっても良く、所定のエアギャップを設けられれば良い。温度補償コイル７０は大径リングＢと電磁結合し、温度補償のための電磁結合状態に相応する電圧を誘起する。
【００２９】
トーションバー１６にトルクが作用していない場合には、トルク検出コイル６０と温度補償コイル７０の誘起電圧が略等しくなるように、第１のコア４０、第２のコア５０、大径リングＢの電磁結合状態を求め、第１のコア４０、第２のコア５０をそれぞれ位置決めする。大径リングＢの外径は、磁気回路ｂ中のエアギャップｂ1、ｂ2のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗ｇｂ1、ｇｂ2の和が、磁気回路ａ中のエアギャップａ1、ａ2、ａ3のそれぞれが磁界に与える影響、即ちそれぞれの磁気抵抗ｇａ1、ｇａ2、ｇａ3の和と等しくなるように設定される。
【００３０】
従って、トルクセンサ３０にあっては、トルク検出コイル６０と温度補償コイル７０の誘起電圧の差を求めることにより、周囲温度変化による誘起電圧を相殺し、第１のコア４０と第２のコア５０の相対回転量に相応した電磁結合状態を検出し、トーションバー１６に作用したトルク、換言すればステアリングホイールに加えられた操舵トルクのみを検出可能にする。
【００３１】
以下、第１のコア４０と第２のコア５０の構成について説明する（図４）。
第１のコア４０は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材４２を金型にセットし、この遮蔽材４２の周囲に、樹脂に鉄粉等の磁性材金属粉を混合した磁性材４１を鋳込んでインサートモールドしてなるものである。具体的には、遮蔽材４２は円筒状（円筒本体４２Ａ）をなし、下端部の周方向複数位置に歯４２Ｂを設け、相隣る歯４２Ｂの間の谷部４２Ｃに磁性材４１をモールドする。磁性材４１は遮蔽材４２の円筒本体４２Ａの内周にモールドされる円筒本体４１Ａと、円筒本体４１Ａの下端部の周方向複数か所からＬ形をなして径方向外方に突出する装填部分４１Ｂを形成し、装填部分４１Ｂの下向き端面である平面視矩形端面を歯４２Ｂの山部の下向き端面そのものに合致させて入力軸１４の中心軸に直交する平面に形成する。
【００３２】
そして、第１のコア４０は、遮弊材４２の歯４２Ｂを磁性材４１に対する磁気的遮蔽部４０Ｂとする。第１のコア４０は、下端面の周方向で遮蔽材４２の遮蔽部４０Ｂ（歯４２Ｂ）が遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽部４０Ｂ、４０Ｂに挟まれる平面視矩形部分）の磁性材４１の非遮蔽部（装填部分４１Ｂ）を、歯４２Ｂの山部の下向き端面そのものに合致させ、この非遮蔽部を前述の磁路形成部４０Ａとする。
【００３３】
このとき、第１のコア４０は、磁性材４１を遮蔽材４２の円筒本体４２Ａの下端部〜中間部にモールドし、中間部〜上端部にはモールドしない。第１のコア４０は、この遮蔽材４２の円筒本体４２Ａを入力軸１４の大径カラーＡに圧入する。
【００３４】
第２のコア５０は、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、樹脂等の非磁性材料からなる遮蔽材５２を金型にセットし、この遮蔽材５２の周囲に、樹脂に鉄粉等の磁性材金属粉を混合した磁性材５１を鋳込でインサートモールドしてなるものである。具体的には、遮蔽材５２は円筒状（円筒本体５２Ａ）をなし、上端部の周方向複数位置に歯５２Ｂを設け、相隣る歯５２Ｂの間の谷部５２Ｃに磁性材５１をモールドする。磁性材５１は遮蔽材５２の円筒本体５２Ａの内周にモールドされる円筒本体５１Ａと、円筒本体５１Ａの上端部の周方向複数か所からＬ形をなして径方向外方に突出する装填部分５１Ｂを形成し、装填部分５１Ｂの上向き端面である平面視矩形端面を歯５２Ｂの山部の上向き端面そのものに合致させて出力軸１５の中心軸に直交する平面に形成する。
【００３５】
そして、第２のコア５０は、遮弊材５２の歯５２Ｂを磁性材５１に対する磁気的遮蔽部５０Ｂとする。第２のコア５０は、上端面の周方向で遮蔽材５２の遮蔽部５０Ｂ（歯５２Ｂ）が遮蔽する部分の側傍（相隣る遮蔽部５０Ｂ、５０Ｂに挟まれる平面視矩形部分）の磁性材５１の非遮蔽部（装填部分５１Ｂ）を、歯５２Ｂの山部の上向き端面そのものに合致させ、この非遮蔽部を前述の磁路形成部５０Ａとする。
【００３６】
このとき、第２のコア５０は、磁性材５１を遮蔽材５２の円筒本体５２Ａの上端部〜中間部にモールドし、中間部〜下端部にはモールドしない。第２のコア５０は、この遮蔽材５２の円筒本体５２Ａを出力軸１５に圧入する。
【００３７】
第１のコア４０の磁路形成部４０Ａと第２のコア５０の磁路形成部５０Ａは適宜長離隔された対向関係をなす。本実施例において、第１のコア４０（磁性材４１、遮蔽材４２）と第２のコア５０（磁性材５１、遮蔽材５２）は内外径寸法、軸長寸法を同一とする同一形状とされている。
【００３８】
本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)トルク検出コイル６０と温度補償コイル７０をハウジング１２に設けるに際し、トルク検出コイル６０用のボビン８０と温度補償コイル７０用のボビン８０を一体のボビン８０に樹脂成形して単一化したから、トルクセンサ３０の部品数と組付工数し少なくし、コスト低減できる。
【００３９】
(b)上述(a)のボビン８０と、該ボビン８０に巻装したトルク検出コイル６０及び温度補償コイル７０を、磁性金属粉を混合した樹脂製ヨーク９０でインサートモールドしたから、トルクセンサ３０の部品数と組付工数を一層少なくできる上に、ヨーク９０がボビン８０とコイルとの間に形成するエアギャップを可及的に低減し、トルクセンサ３０の検出精度を向上する。
【００４０】
(c)上述(b)のヨーク９０と、入力軸１４を支持する入力軸受１７を樹脂製ハウジング１２でインサートモールドしたから、トルクセンサ３０の部品数と組付工数を一層少なくできる。
【００４１】
(d)電動パワーステアリング装置１０のトルクセンサ３０において、上述(a)〜(d)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上させ、電動モータによるアシスト性能を向上できる。
【００４２】
尚、本実施例によれば以下の作用効果も奏する。
(a)第１と第２のコア４０、５０の端面に非磁性材料からなる遮蔽材４２、５２を設け、遮蔽材４２、５２の遮蔽部４０Ｂ、５０Ｂの側傍の磁性材の非遮蔽部を磁路形成部４０Ａ、５０Ａとした。第１のコア４０の磁路形成部４０Ａと第２のコア５０の磁路形成部５０Ａの間で生ずる磁束の通路は、図５（Ｂ）の実線矢印で示す如くに、第１のコア４０において相隣る遮蔽材４２の遮蔽部４０Ｂと遮蔽部４０Ｂに挟まれる範囲の磁路形成部４０Ａ、第２のコア５０において相隣る遮蔽材５２の遮蔽部５０Ｂと遮蔽部５０Ｂに挟まれる範囲の磁路形成部５０Ａに限定され、図５（Ｂ）の破線矢印で示す如くの遮蔽部４０Ｂ、５０Ｂの側に回り込むことを抑制される。このため、入力軸１４と出力軸１５の間のトーションバー１６のねじれに伴なう、第１のコア４０の磁路形成部４０Ａと第２のコア５０の磁路形成部５０Ａの重なり面積（磁束通過面積）の変化のみに応じた透磁率の変化量となり、トルク検出コイル６０の検出出力幅を増大でき、ひいては検出精度及び感度を向上できる。
【００４３】
(b)各コア４０、５０が、非磁性材料からなる遮蔽材４２、５２を、樹脂に磁性材金属粉を混合した磁性材４１、５１でインサートモールドしてなることにより、磁性材４１、５１と遮蔽材４２、５２のエアギャップをなくし、トルクセンサ３０の検出感度を向上できる。
【００４４】
(c)各コア４０、５０は、磁性材４１、５１と遮蔽材４２、５２の両部品の組立てのための寸法公差の管理の如くを不要とし、組立性を向上する。
【００４５】
(d)磁性材４１、５１は、磁性材金属粉を樹脂に混合したものを、金型にセットされた遮蔽材４２、５２の周囲にモールドするだけで成形され、低コストになる。
【００４６】
(e)第１のコア４０の遮蔽材４２を入力軸の側に圧入し、第２のコア５０の遮弊材５２を出力軸の側に圧入するものであり、各コア４０、５０の組付性を簡易にできる。
【００４７】
(f)各コア４０、５０は、金型にセットされた遮蔽材４２、５２の相隣る歯４２Ｂ、５２Ｂの間の谷部４２Ｃ、５２Ｃに磁性材４１、５１をモールドすることで、組立性を向上できる。
【００４８】
(g)各コア４０、５０が、磁性材４１、５１を遮蔽材４２、５２の円筒本体４２Ａ、５２Ａの外周及び谷部４２Ｃ、５２Ｃの中にモールドしてなるから、磁性材４１、５１と遮蔽材４２、５２の結合強度を軸方向及び周方向で強化できる。
【００４９】
(h)各コア４０、５０は、磁性材４１、５１を遮蔽材４２、５２の円筒本体の一端部〜中間部のみにモールドし、中間部〜他端部にモールドしないから、金型にセットされた遮蔽材４２、５２のインサートモールド時の放熱性をその中間部〜他端部で良好にし、結果として遮弊材４２、５２のこの部分での熱ひずみを極小にし、入力軸又は出力軸への圧入寸法精度を向上し、各コア４０、５０の組付性を向上する。
【００５０】
(i)各コア４０、５０が互いに同一形状をなすことにより、各コア４０、５０を共通部品化できる。
【００５１】
(j)電動パワーステアリング装置１０のトルクセンサ３０において、上述(a)〜(i)を実現できる。これにより、ステアリングホイールに加えた操舵トルクの検出精度を向上し、電動モータによるアシスト性能を向上できる。
【００５２】
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は電動パワーステアリング装置の要部を示す断面図である。
【図２】図２はトルクセンサを拡大して示す断面図である。
【図３】図３はヨークへのボビンのインサートモールド成形体を示す断面図である。
【図４】図４は第１のコアと第２のコアを拡大して示す断面図である。
【図５】図５はトルクセンサの模式図である。
【符号の説明】
【００５４】
１０  電動パワーステアリング装置
１１、１２  ハウジング
１４  入力軸
１５  出力軸
１６  トーションバー
３０  トルクセンサ
６０  トルク検出コイル
７０  温度補償コイル
８０  ボビン
９０  ヨーク
【図１】
2007121162.tif 000003
【図２】
2007121162.tif 000004
【図３】
2007121162.tif 000005
【図４】
2007121162.tif 000006
【図５】
2007121162.tif 000007