JP2002310817A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】部品点数低減、製造工程簡単化、トルク検出精
度低下防止、コスト低減ができるトルクセンサを提供す
る。 【解決手段】第１シャフト３に圧入される非磁性材製ス
リーブ12に、磁性材製第１、第３検出筒13、15と、第１
検出筒13の他端と第３検出筒15の一端とに挟まれる非磁
性材製環状スペーサ７とが嵌め合わされる。第１検出筒
13、スペーサ７、第３検出筒15は、スリーブ12と一体の
一対の挟み込み部21、22によりシャフト軸方向から挟み
込まれることで、スリーブ12と同行回転可能である。第
１シャフト３と弾性的に相対回転可能な第２シャフト
は、第１検出筒13の一端に一端が隙間をおいて対向する
磁性材製第２検出筒と同行回転する。第１、第２検出筒
の対向端部の通過磁束に対する磁気抵抗変化と、第１、
第３検出筒13、15の対向端部の通過磁束に対する磁気抵
抗変化との偏差に基づき、両シャフトによる伝達トルク
を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば操舵トルク
に応じた操舵補助力を付与するパワーステアリング装置
において、その操舵トルクを検出するのに用いられるト
ルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来のパワーステアリング装置
における操舵トルク検出用トルクセンサ１０１を示す。
このトルクセンサ１０１はハウジング１０２により支持
される第１シャフト１０３と、この第１シャフト１０３
に弾性的に相対回転可能に連結される第２シャフト１０
４とを有する。その第１シャフト１０３の外周に同行回
転可能に嵌め合わされる非磁性材製のスリーブ１０５の
外周に、磁性材製の第１検出筒１０６が同行回転可能に
嵌め合わされる。その第２シャフト１０４の外周に磁性
材製の第２検出筒１０７が圧入されることで同行回転可
能に嵌め合わされる。その第１シャフト１０３の外周に
磁性材製の第３検出筒１０８が圧入されることで同行回
転可能に嵌め合わされる。その第１検出筒１０６の一端
と第２検出筒１０７の一端とは互いに隙間をおいて対向
し、その第１検出筒１０６の他端と第３検出筒１０８の
一端とは互いに隙間をおいて対向する。その第１検出筒
１０６の一端、第２検出筒１０７の一端、および第３検
出筒１０８の一端は、周方向に沿って並列する複数の歯
１０６ａ、１０７ａ、１０８ａとされている。その第１
検出筒１０６の他端は平坦面とされている。その第１検
出筒１０６の一端と第２検出筒１０７の一端とを通過す
る磁束を発生することで第１磁気回路を構成する第１コ
イル１１０と、その第１検出筒１０６の他端と第３検出
筒１０８の一端とを通過する磁束を発生することで第２
磁気回路を構成する第２コイル１１１とがハウジング１
０２により保持されている。

【０００３】図７に示すように、第１コイル１１０は抵
抗１１３を介して発振器１１４に接続され、第２コイル
１１１は抵抗１１５を介して発振器１１４に接続され、
第１コイル１１０は演算増幅器１１６の反転入力端子に
接続され、第２コイル１１１は演算増幅器１１６の非反
転入力端子に接続され、その演算増幅器１１６の出力は
伝達トルクの検出値に対応するものとされる。

【０００４】両シャフト１０３、１０４によるトルクの
伝達時においては、そのトルクに応じた第１検出筒１０
６と第２検出筒１０７の相対回転により、第１検出筒１
０６の一端の歯１０６ａと第２検出筒１０７の一端の歯
１０７ａとの軸方向において重合する部分の面積が変化
することから、そのトルク変化に応じて第１磁気回路に
おける通過磁束に対する磁気抵抗が変化する。第１検出
筒１０６と第３検出筒１０８とは同行回転するので、そ
の第２磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗は、
両シャフト１０３、１０４による伝達トルクの変化によ
っては変動することがない。これにより、両シャフト１
０３、１０４によるトルク伝達時における第１磁気回路
における磁気抵抗の変化と第２磁気回路における磁気抵
抗の変化との偏差に基づき、両シャフト１０３、１０４
により伝達されるトルクを検出する検出回路が構成され
ている。その第２磁気回路における磁気抵抗は、両シャ
フト１０３、１０４による伝達トルクの変化によっては
変動しないので、温度変動による検出トルクの変動を補
償することができる。

【０００５】従来にあっては、上記第１シャフト１０３
とスリーブ１０５と第１検出筒１０６とを貫通する通孔
１２０が、ドリルにより２箇所形成され、各通孔１２０
にピン１２１が圧入されることで、第１シャフト１０３
とスリーブ１０５と第１検出筒１０６とは同行回転する
ものとされていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】その第１検出筒１０６
は磁性材であり、非磁性材であるスリーブ１０５とは材
質が異なる。よって、その通孔１２０を形成する際、ド
リルにより押し広げられるように弾性変形する量は、第
１検出筒１０６とスリーブ１０５とで相異する。そのた
め、そのドリルの引き抜き後における通孔１２０の内径
は、第１検出筒１０６における部分とスリーブ１０５に
おける部分とで相異することになり、その通孔１２０へ
のピン１２１の圧入荷重を適正値に管理するのが困難
で、リーマによる仕上げ加工が必要であった。また、そ
のドリルによる通孔１２０の形成の後にバリ取りや洗浄
作業が必要であった。これにより、ピン１２１による部
品点数の増加、ドリルによる孔開け、バリ取り洗浄工
程、リーマによる仕上げ加工が必要になり、製造工程が
煩雑化してコストが増大するという問題があった。ま
た、そのピン１２１により第１検出筒１０６の第１シャ
フト１０３に対する位置決めがなされることから、その
位置決め精度に応じて第１検出筒１０６の他端と第１検
出筒１０６の一端との間のシャフト軸方向の隙間が変動
する。その隙間が変動すると第２磁気回路の磁気抵抗が
変動するため、組み立て誤差によりトルク検出精度が低
下するおそれがある。また、その第３検出筒１０８は第
１シャフト１０３に直接に圧入することで嵌め合わされ
るため、第３検出筒１０８と第１検出筒１０６とを対向
させることができるように、第１シャフト１０３におけ
る第３検出筒１０８が嵌め合わされる部位を、第１検出
筒１０６が嵌め合わされる部位よりも大径にする必要が
あった。そのため、第１シャフト１０３は大径で形状が
複雑であり材料コスト、加工コストが大きなものになっ
ていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１シャフト
と、その第１シャフトに弾性的に相対回転可能に連結さ
れる第２シャフトと、その第１シャフトの外周に同行回
転可能に嵌め合わされる非磁性材製のスリーブと、その
スリーブの外周に同行回転可能に嵌め合わされる磁性材
製の第１検出筒と、その第２シャフトの外周に同行回転
可能に嵌め合わされると共に、その第１検出筒の一端に
一端が隙間をおいて対向するように配置される磁性材製
の第２検出筒と、その第１検出筒と同行回転すると共
に、その第１検出筒の他端に一端が隙間をおいて対向す
るように配置される磁性材製の第３検出筒と、その第１
検出筒の一端と第２検出筒の一端とを通過する磁束を発
生することで第１磁気回路を構成する第１コイルと、そ
の第１検出筒の他端と第３検出筒の一端とを通過する磁
束を発生することで第２磁気回路を構成する第２コイル
とを備え、その第１磁気回路における通過磁束に対する
磁気抵抗は、両シャフトの弾性的な相対回転量に応じて
変化するものとされ、その第１磁気回路における通過磁
束に対する磁気抵抗変化と第２磁気回路における通過磁
束に対する磁気抵抗変化との偏差に基づき、両シャフト
により伝達されるトルクを検出する検出回路が設けられ
ているトルクセンサにおいて、そのスリーブは、第１シ
ャフトに圧入されることで第１シャフトと同行回転可能
とされ、その第３検出筒は、そのスリーブの外周に嵌め
合わされ、その第１検出筒の他端と第３検出筒の一端と
に挟まれる非磁性材製の環状スペーサが、そのスリーブ
の外周に嵌め合わされ、その第１検出筒と環状スペーサ
と第３検出筒とをシャフト軸方向から挟み込むと共に、
そのスリーブに一体化されている一対の挟み込み部が設
けられ、その第１検出筒と第３検出筒は、その挟み込み
部により前記環状スペーサと共に挟み込まれることで、
そのスリーブと同行回転可能とされていることを特徴と
する。本発明の構成によれば、非磁性材製のスリーブは
第１シャフトの外周に圧入されることで同行回転可能と
され、そのスリーブの外周に磁性材製の第１検出筒と第
３検出筒とが嵌め合わされ、その第１検出筒と第３検出
筒とはスリーブの外周に一体化されている挟み込み部に
より挟み込まれることでスリーブと同行回転可能とされ
ている。これにより、第１シャフト、スリーブ、第１検
出筒、第３検出筒を、従来のようなピンを用いることな
く同行回転させることができる。また、その第１検出筒
と第３検出筒とは環状スペーサと共に挟み込まれている
ので、その第１検出筒の他端と第３検出筒の他端との間
のシャフト軸方向の隙間を一定に保持できる。

【０００８】その一対の挟み込み部の中の一方は、その
第１検出筒の一端側および第３検出筒の他端側の中の一
方に接するように、そのスリーブに設けられた段差部に
より構成され、その一対の挟み込み部の中の他方は、そ
のスリーブに第１検出筒、環状スペーサ、第３検出筒が
嵌め合わされた後に、その第１検出筒の一端側および第
３検出筒の他端側の中の他方に接するように、そのスリ
ーブを塑性変形させることで形成され、その一対の挟み
込み部の中の他方を形成するためにスリーブを塑性変形
させる力により、その第１検出筒、環状スペーサ、第３
検出筒が、その一方の挟み込み部を構成する段差部に押
し付けられているのが好ましい。これにより、スリーブ
を塑性変形させるだけで、第１検出筒、環状スペーサ、
第３検出筒を段差部に押し付け、第１検出筒と第３検出
筒とを第１シャフトと同行回転可能にすることができ
る。

【０００９】その挟み込み部の中の他方は、そのスリー
ブの端部からシャフト軸方向外方に突出する突出部位
を、シャフト径方向外方に向かい屈曲するように塑性変
形させることで形成されるのが好ましい。これにより、
その挟み込み部による第１検出筒、環状スペーサ、第３
検出筒の挟み込みを容易に行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１に示すトルクセンサ１は車両
のパワーステアリング装置に用いられるものであって、
ハウジング２と入力シャフト（第１シャフト）３と出力
シャフト（第２シャフト）４とを備えている。

【００１１】その入力シャフト３は、ハウジング２によ
りベアリング５を介して回転自在に支持され、図外ステ
アリングホイールに接続される。その出力シャフト４
は、ハウジング２によりベアリング６を介して回転自在
に支持され、ステアリングギヤを介して自動車の車輪に
接続される。その入力シャフト３と出力シャフト４の中
心孔に挿入されたトーションバー８は、一端側が入力シ
ャフト３に図外ピン等により連結され、他端側が出力シ
ャフト４に図外ピン等により連結される。これにより、
出力シャフト４は入力シャフト３に同軸中心に弾性的に
相対回転可能に連結されている。その出力シャフト４の
外周にウォームホイール１０が取り付けられ、このウォ
ームホイール１０に噛み合うウォーム１１が、ハウジン
グ２に取り付けられる操舵補助力発生用モータにより駆
動される。

【００１２】図２に示すように、その入力シャフト３の
外周に、非磁性材製のスリーブ１２が、圧入されること
で同行回転可能に嵌め合わされている。そのスリーブ１
２の外周に、磁性材製の第１検出筒１３が嵌め合わされ
ている。そのスリーブ１２の外周への第１検出筒１３の
嵌め合わせは、がたつきが生じない程度の軽圧入により
行われ、その軽圧入によっては第１検出筒１３のスリー
ブ１２に対する相対回転は阻止されない。その出力シャ
フト４の外周に、磁性材製の第２検出筒１４が、圧入さ
れることで同行回転可能に嵌め合わされている。そのス
リーブ１２の外周に、磁性材製の第３検出筒１５が嵌め
合わされている。そのスリーブ１２の外周への第３検出
筒１５の嵌め合わせは、がたつきが生じない程度の軽圧
入により行われ、その軽圧入によっては第３検出筒１５
のスリーブ１２に対する相対回転は阻止されない。

【００１３】その第１検出筒１３の一端は第２検出筒１
４の一端に隙間をおいて対向する。図３に示すように、
その第１検出筒１３の他端は第３検出筒１５の一端に隙
間δをおいて対向する。その第１検出筒１３の一端、第
２検出筒１４の一端、および第３検出筒１５の一端は、
周方向に沿って並列する複数の歯１３ａ、１４ａ、１５
ａにより構成されている。その第１検出筒１３の他端は
平坦面とされている。

【００１４】その第１検出筒１３の他端と第３検出筒１
５の一端との間において、そのスリーブ１２の外周に非
磁性材製の環状スペーサ７が嵌め合わされている。その
スリーブ１２の外周への環状スペーサ７の嵌め合わせ
は、がたつきが生じない程度の軽圧入により行われる。
その環状スペーサ７のシャフト軸方向寸法は第１検出筒
１３の他端と第３検出筒１５の一端との間の隙間δに等
しくされ、これにより環状スペーサ７は第１検出筒１３
の他端と第３検出筒１５の一端とにより挟まれる。

【００１５】そのスリーブ１２の外周に一対の挟み込み
部２１、２２が一体化されている。その挟み込み部２
１、２２により第１検出筒１３と環状スペーサ７と第３
検出筒１５とがシャフト軸方向から挟み込まれる。その
第１検出筒１３と第３検出筒１５は、その挟み込み部２
１、２２により上記環状スペーサ７と共に挟み込まれる
ことで、スリーブ１２と同行回転可能とされている。

【００１６】一方の挟み込み部２１は、その第３検出筒
１５の他端側に接するように、そのスリーブ１２の外周
に設けられた段差部により構成されている。

【００１７】他方の挟み込み部２２は、そのスリーブ１
２に第１検出筒１３、環状スペーサ７、第３検出筒１５
が嵌め合わされた後に、その第１検出筒１３の一端側に
接するように、そのスリーブ１２を塑性変形させること
で形成されている。本実施形態では、その他方の挟み込
み部２２は第１検出筒１３の各歯１３ａの間に接する。
すなわち、その他方の挟み込み部２２は、その塑性変形
前にあっては、そのスリーブ１２の一端部からシャフト
軸方向外方に突出する薄肉リング状の突出部位２２′に
より構成される。各突出部位２２′における各歯１３ａ
の間の部分を、図３において実線で示す状態から破線で
示す状態になるように、シャフト径方向外方に向かい屈
曲するように塑性変形させることで、図４の（１）、
（２）に示すように他方の挟み込み部２２が形成され
る。その他方の挟み込み部２２を形成するために突出部
位２２′を塑性変形させる力により、第１検出筒１３、
環状スペーサ７、第３検出筒１５が、その一方の挟み込
み部２２を構成する段差部に押し付けられている。な
お、その段差により構成される一方の挟み込み部２１が
第１検出筒１３の一端側における歯１３ａの間に接し、
各突出部位２２′を塑性変形させることにより構成され
る他方の挟み込み部２２が第３検出筒１５の他端側に接
するようにしてもよい。

【００１８】その第１検出筒１３の一端と第２検出筒１
４の一端とを通過する磁束を発生することで第１磁気回
路を構成する第１コイル１６が、磁性材製の第１ホルダ
ー１７を介してハウジング２により保持されている。そ
の第１コイル１６は、第１検出筒１３の一端と第２検出
筒１４の一端とを覆うように配置され、また、第１ホル
ダー１７により外周と両端面とが覆われる。その第１コ
イル１６の発生磁束は、第１検出筒１３、第２検出筒１
４、第１ホルダー１７を通過する。その第１検出筒１３
の他端と第３検出筒１５の一端とを通過する磁束を発生
することで第２磁気回路を構成する第２コイル１８が、
磁性材製の第２ホルダー１９を介してハウジング２によ
り保持されている。その第２コイル１８は、第１検出筒
１３の他端と第３検出筒１５の一端とを覆うように配置
され、また、第２ホルダー１９により外周と両端面とが
覆われる。その第２コイル１８の発生磁束は、第１検出
筒１３、第３検出筒１５、第２ホルダー１９を通過す
る。

【００１９】ハウジング２に取り付けられる回路基板２
０に検出回路が設けられている。図５は、その検出回路
の一例を示すもので、第１コイル１６は抵抗４２を介し
て発振器４３に接続され、第２コイル１８は抵抗４４を
介して発振器４３に接続される。また第１コイル１６は
演算増幅器４５の反転入力端子に接続され、第２コイル
１８は演算増幅器４５の非反転入力端子に接続される。
両シャフト３、４によるトルクの伝達時においては、そ
のトルクに応じてトーションバー８がねじれ、第１検出
筒１３と第２検出筒１４とが同軸中心に相対回転する。
この相対回転により第１検出筒１３の一端の歯１３ａと
第２検出筒１４の一端の歯１４ａとの軸方向において重
合する部分の面積が変化することから、その第１磁気回
路における通過磁束に対する磁気抵抗は、そのトルク変
化による両シャフト３、４の弾性的な相対回転量に応じ
て変化する。その変化に応じて第１コイル１６の出力電
圧が変化する。第１検出筒１３と第３検出筒１５とは同
行回転するので、第２磁気回路における通過磁束に対す
る磁気抵抗は、両シャフト３、４による伝達トルクの変
化によっては変動することがない。その第１磁気回路に
おける磁気抵抗は、両シャフト３、４によるトルクの非
伝達時にあっては第２磁気回路における磁気抵抗と等し
くされる。これにより、両シャフト３、４によるトルク
伝達における第１磁気回路における磁気抵抗の変化と第
２磁気回路における磁気抵抗の変化との偏差に基づき、
両シャフト３、４により伝達されるトルクを検出する検
出回路が構成されている。この検出トルクに応じて上記
操舵補助力発生用モータが駆動され、操舵補助力が付与
される。さらに、その第２磁気回路における磁気抵抗
は、両シャフト３、４による伝達トルクの変化によって
は変動しないので、温度変動による第１コイル１６の出
力変動と第２コイル１８の出力変動とが演算増幅器４５
において打ち消され、検出トルクの温度変動を補償する
ことができる。

【００２０】上記構成によれば、第１検出筒１３と第３
検出筒１５とは、非磁性材製のスリーブ１２は入力シャ
フト３の外周に圧入されることで同行回転可能とされ、
そのスリーブ１２の外周に磁性材製の第１検出筒１３と
第３検出筒１５とが嵌め合わされ、その第１検出筒１３
と第３検出筒１５とはスリーブ１２の外周に一体化され
ている挟み込み部２１、２２により挟み込まれることで
スリーブ１２と同行回転可能とされている。これによ
り、入力シャフト３、スリーブ１２、第１検出筒１３、
第３検出筒１５を、従来のようなピンを用いることなく
同行回転させることができる。また、その第１検出筒１
３と第３検出筒１５とは環状スペーサ７と共に挟み込ま
れているので、その第１検出筒１３の他端と第３検出筒
１５の他端との間の隙間を一定に保持できる。また、一
方の挟み込み部２２をスリーブ１２における突出部位２
２′を塑性変形させて形成するだけで、第１検出筒１
３、環状スペーサ７、第３検出筒１５を他方の挟み込み
部２１を構成する段差部に押し付け、第１検出筒１３と
第３検出筒１５とを入力シャフト３と同行回転可能にす
ることができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、部品点数を低減すると
共に製造工程を簡単化でき、組み立て誤差によるトルク
検出精度の低下を防止でき、構成部品であるシャフトを
小径でシンプルな形状にして材料コスト、加工コストを
低減できるトルクセンサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のトルクセンサの断面図

【図２】本発明の実施形態のトルクセンサにおける部分
断面図

【図３】本発明の実施形態のトルクセンサにおける要部
の部分破断断面図

【図４】図３の（１）はＡ矢視図、（２）はＢ矢視図

【図５】本発明の実施形態のトルクセンサにおける回路
構成の説明図

【図６】従来例のトルクセンサの断面図

【図７】従来例のトルクセンサにおける回路構成の説明
図

【符号の説明】

１ トルクセンサ ２ ハウジング ３ 入力シャフト（第１シャフト） ４ 出力シャフト（第２シャフト） ７ 環状スペーサ １２ スリーブ １３ 第１検出筒 １４ 第２検出筒 １５ 第３検出筒 １６ 第１コイル １８ 第２コイル ２１、２２ 挟み込み部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１シャフトと、その第１シャフトに弾性
   的に相対回転可能に連結される第２シャフトと、その第
   １シャフトの外周に同行回転可能に嵌め合わされる非磁
   性材製のスリーブと、そのスリーブの外周に同行回転可
   能に嵌め合わされる磁性材製の第１検出筒と、その第２
   シャフトの外周に同行回転可能に嵌め合わされると共
   に、その第１検出筒の一端に一端が隙間をおいて対向す
   るように配置される磁性材製の第２検出筒と、その第１
   検出筒と同行回転すると共に、その第１検出筒の他端に
   一端が隙間をおいて対向するように配置される磁性材製
   の第３検出筒と、その第１検出筒の一端と第２検出筒の
   一端とを通過する磁束を発生することで第１磁気回路を
   構成する第１コイルと、その第１検出筒の他端と第３検
   出筒の一端とを通過する磁束を発生することで第２磁気
   回路を構成する第２コイルとを備え、その第１磁気回路
   における通過磁束に対する磁気抵抗は、両シャフトの弾
   性的な相対回転量に応じて変化するものとされ、その第
   １磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗変化と第
   ２磁気回路における通過磁束に対する磁気抵抗変化との
   偏差に基づき、両シャフトにより伝達されるトルクを検
   出する検出回路が設けられているトルクセンサにおい
   て、そのスリーブは、第１シャフトに圧入されることで
   第１シャフトと同行回転可能とされ、その第３検出筒
   は、そのスリーブの外周に嵌め合わされ、その第１検出
   筒の他端と第３検出筒の一端とに挟まれる非磁性材製の
   環状スペーサが、そのスリーブの外周に嵌め合わされ、
   その第１検出筒と環状スペーサと第３検出筒とをシャフ
   ト軸方向から挟み込むと共に、そのスリーブに一体化さ
   れている一対の挟み込み部が設けられ、その第１検出筒
   と第３検出筒は、その挟み込み部により前記環状スペー
   サと共に挟み込まれることで、そのスリーブと同行回転
   可能とされていることを特徴とするトルクセンサ。
2. 【請求項２】その一対の挟み込み部の中の一方は、その
   第１検出筒の一端側および第３検出筒の他端側の中の一
   方に接するように、そのスリーブに設けられた段差部に
   より構成され、その一対の挟み込み部の中の他方は、そ
   のスリーブに第１検出筒、環状スペーサ、第３検出筒が
   嵌め合わされた後に、その第１検出筒の一端側および第
   ３検出筒の他端側の中の他方に接するように、そのスリ
   ーブを塑性変形させることで形成され、その一対の挟み
   込み部の中の他方を形成するためにスリーブを塑性変形
   させる力により、その第１検出筒、環状スペーサ、第３
   検出筒が、その一方の挟み込み部を構成する段差部に押
   し付けられている請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 【請求項３】その挟み込み部の中の他方は、そのスリー
   ブの端部からシャフト軸方向外方に突出する突出部位
   を、シャフト径方向外方に向かい屈曲するように塑性変
   形させることで形成される請求項２に記載のトルクセン
   サ。