JP2005037177A

JP2005037177A - トルクセンサ及びトルクセンサの固定方法

Info

Publication number: JP2005037177A
Application number: JP2003198408A
Authority: JP
Inventors: Yoshimori Kondo; 喜盛近藤
Original assignee: Unisia JKC Steering Systems Co Ltd
Current assignee: Unisia JKC Steering Systems Co Ltd
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】第１円筒部材と第１シャフトの容易かつ安定した固定を実現してトルクセンサの検出精度の向上を図ることができるトルクセンサ及びトルクセンサの固定方法の提供。
【解決手段】トーションバー６を介して連結された第１シャフト１及び第２シャフト２と、第１シャフト１の外周に固定された磁性部材２１と、磁性部材２１の外周を包囲するように第１シャフト１に固定された第１円筒部材２２と、前記第１円筒部材２２の外周を包囲するように第２シャフト１に固定された第２円筒部材２３と、前記第２シャフト２の外周に設けられたコイル２５とを有し、前記第１シャフト１に、第１円筒部材２２を磁性部材２１との間で軸方向に付勢する弾性部材（Ｃリング１７）を設けることにより該第１シャフト１と第１円筒部材２２を固定したこととした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸に発生するトルクを検出するトルクセンサ、例えば、パワーステアリング装置の操舵トルクの検出に用いられるトルクセンサ及びトルクセンサの固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のトルクセンサは回転軸を包囲するようにコイルが配設されており、該回転軸に作用するトルクをコイルのインピーダンス変化に反映させ、そのインピーダンス変化を検出することによりトルクを検出するようになっている。
また、前記コイルの内側には、第１シャフトの外周に固定された磁性部材と、切欠窓を有して前記磁性部材の外周を包囲するように第１シャフトに固定された第１円筒部材と、切欠窓を有して前記第１円筒部材の外周を包囲するように第２シャフトに固定された第２円筒部材と、該第２円筒部材の外周に設けられたコイルで構成され、前記第１円筒部材はその端部が第１シャフトに圧入されて外嵌固定されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１１４５１８号公報（第１−３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した特許文献１の発明にあっては、第１円筒部材と第１シャフトが圧入によって固定されているため、第１円筒部材と第１シャフトとが熱膨張・収縮を繰り返すうちにこれら両者の保持力が低下し、結果、第１円筒部材と第２円筒部材が接触したり、第１円筒部材と第１シャフトとの相対位置がずれてトルクセンサの検出精度が低下する虞があった。
【０００５】
また、第１円筒部材は、通常、アルミニウムを用いて１ｍｍ以下の厚みで形成されているため、第１シャフトに圧入する際に座屈・変形し易い上、圧入された第１円筒部材の外周には径方向に内部応力が発生しているため、コイル内部の磁界が周方向に不均一となってトルクセンサの検出精度が低下する虞があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、第１円筒部材に余計な内部応力を発生させることなく、該第１円筒部材と第１シャフトを容易かつ安定した状態で固定して、トルクセンサの検出精度の向上を図ったトルクセンサ及びトルクセンサの固定方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の発明では、トーションバーを介して連結された第１シャフト及び第２シャフトと、磁性材料から形成され、前記第１シャフトの外周に固定された磁性部材と、導電性且つ非磁性材料から形成され、切欠窓を有して前記磁性部材の外周を包囲するように第１シャフトに固定された第１円筒部材と、導電性且つ非磁性材料から形成され、切欠窓を有して前記第１円筒部材の外周を包囲するように第２シャフトに固定された第２円筒部材と、前記第２円筒部材の外周に設けられたコイルとを有し、前記第１シャフトと第２シャフトとの相対回転に伴って変化する前記切欠窓同士の重なり具合の変化によって変化するコイルのインピーダンスを検出することによって第１シャフトと第２シャフトに発生するトルクを検出するトルクセンサにおいて、前記第１シャフトに、前記第１円筒部材を磁性部材との間で軸方向に付勢する弾性部材を設けることにより該第１円筒部材を第１シャフトに軸方向に一体に固定したととした。
【０００８】
従って、第１円筒部材は弾性部材によって磁性部材との間で軸方向に付勢された状態で第１シャフトに一体に固定されるため、第１円筒部材と第１シャフトとが熱膨張・収縮した際にも、該弾性体の付勢力でこれら両者を安定して固定でき、結果、第１円筒部材と磁性部材（第１シャフト）との位置ずれを防止してトルクセンサの検出精度を向上することができる。
【０００９】
また、従来の発明のように圧入による固定に比べて第１円筒部材には径方向の内部応力が発生しないため、コイル内部の磁界が周方向に不均一になることがなく、トルクセンサの検出に悪影響を与えたり、組付け時に座屈する虞がない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトルクセンサの実施の形態を説明する。
本実施の形態ではトルクセンサをパワーステアリング装置における操舵トルク検出用のトルクセンサに適用した例について説明する。
【００１１】
図１は本発明のトルクセンサを備えるパワーステアリング装置示す断面図、図２は本実施の形態のトルクセンサの拡大図、図３は第１円筒部材の平面図、図４は同側面図、図５は同斜視図、図６は第２円筒部材の平面図、図７は同側面図、図８は同斜視図、図９は第１円筒部材と第２円筒部材の位置関係を示す平面図、図１０はＣリングの作用を説明する図、図１１はその他の弾性部材を示す図である。
【００１２】
図１に示す電動パワーステアリング装置は、図外のステアリングホイールの操舵により発生する操舵トルクを、ステアリングシャフトから図外のステアリングギアを介して車輪に蛇角が変化するように伝達するためのものであって、入力シャフト１（第１シャフト）と、出力シャフト２（第２シャフト）と、ハウジング３と、トーションバー６と、トルクセンサ２０とを主要な構成としている。
前記ステアリングシャフトＳは入力シャフト１と出力シャフト２で構成され、これら両者はハウジング３の軸方向穴４内で後述するトーションバー６を介して同軸上に連結されて構成されている。
前記入力シャフト１は、その上部が図外のステアリングホイールに連結されると共に、その下部は後述する出力シャフト２の中心孔２ｂに圧入されたブッシュにより回転可能に支持されている。
また、前記入力シャフトの中心孔５内には、ピンＰによって連結固定されたトーションバー６が収容されている。
【００１３】
前記出力シャフト２は、ベアリング７を介してハウジング３の軸方向穴４に回転可能に支持されると共に、その下部は図外のステアリングギアに連結されている。
なお、ステアリングギアの形式は操舵トルクをステアリングシャフトから車輪に蛇角が変化するように伝達できれば限定されず、例えば操舵トルクにより回転するピニオンに噛合うラックの動きをタイロッドやナックルアーム等を介して車輪に伝達するラックピニオン式ステアリングギアを採用できる。
また、前記トーションバー６の下部は前記出力シャフト２の中心孔２ａに圧入固定されており、これにより、入力シャフト１に対して出力シャフト２は操舵トルクに応じて軸中心に弾性的に相対回転可能となっている。
さらに、前記出力シャフト２は、前記ベアリング７とウォームホイール１１に圧入され、該ウォームホイール１１に噛合うウォーム１２が図外のモータで駆動される。
【００１４】
このように構成されたパワーステアリング装置は、図外のステアリングホイールの操舵により発生した操舵トルクが、入力軸１、トーションバー６、出力軸２を介して図外のステアリングギアに伝達される。
そして、後述するトルクセンサ２０により検出された操舵トルクに応じてモータの発生する操舵補助力がウォーム１２、ウォームホイール１１を介してステアリングシャフトＳに伝達され、操舵トルクに応じた操舵補助力が付与される。
図２に示すように、前記トルクセンサ２０は、入力シャフト１の外周に設けられた磁性部材２１と、該磁性部材２１の外周に設けられた第１円筒部材２２と、該第１円筒部材２２の外周に設けられた第２円筒部材２３と、該第２円筒部材２３の外周に設けられたコイル組立体２４とを主要な構成としている。
前記磁性部材２１は磁性材料を用いて円筒状に形成され、入力シャフト１に圧入されて外嵌固定されている。
【００１５】
図３〜５に示すように、前記第１円筒部材２２は、導電性且つ非磁性材料を用いて円筒状に形成され、その外周には複数箇所に亘って軸方向に延びる切欠窓２２ａが開口されている。
なお、本実施の形態においては導電性且つ非磁性材料としてアルミニウムを採用している。
また、前記第１円筒部材２２の端部には、径方向に延びるフランジ部１３と、該フランジ部１３と軸方向に段差を有して形成された位置決め部１４が４箇所ずつ設けられている。
そして、図２に示すように、前記位置決め部１４が磁性部材２１の端部に形成された係止溝１５に嵌合した状態で、かつ、フランジ部１３が磁性部材２１の軸方向端面と入力シャフト１の周方向溝１６に外嵌された円形断面形状のＣリング（弾性部材）１７とで軸方向に付勢された状態で挟持され、これによって第１円筒部材２２が入力シャフト１に軸方向および回転方向に一体に固定されている。
また、前記周方向溝１６には後述する傾斜状のテーパ部１８が全周に亘って形成されている。
【００１６】
よって、前記第１円筒部材２２を入力シャフト１に固定する際には、先ず、第１円筒部材２２を入力シャフト１に貫通させて位置決め部１４を係止溝１５に合わせて挿入すると共にフランジ部１３を磁性部材２１の端部に係止させた状態とする。
この際、位置決め部１４によって第１円筒部材２２と第１シャフト（磁性部材２１）との周方向相対位置を簡単に決定することができる。
続いて、前記周方向溝１６にＣリング１７を外嵌させることによって、フランジ部１３を該Ｃリング１７と磁性部材２１の端部との間で軸方向に挟持させた状態で固定し、第１円筒部材２２と入力シャフト１との固定を終了する。
このようにして入力シャフト１（磁性部材２１）に組み付けられた第１円筒部材２２は組付けの際に径方向に応力が作用しないため、該第１円筒部材２２の外周が製造時と同じ高い精度で円形を維持しており、該第１円筒部材２２と第１シャフト１とが高い精度で配設可能となる。
【００１７】
前記第２円筒部材２３は、導電性且つ非磁性材料を用いて円筒状に形成され、その外周には複数箇所に亘って軸方向に延びる切欠窓２３ａが開口されている（図６〜８参照）。
また、第２円筒部材２３の外周一部に凹設された凹部２３ｂが出力シャフト２の外周一部に係止されており、これにより第２円筒部材２３と出力シャフト２とは回転方向に一体に固定されている。
さらに、図２、９に示すように、前述した第１円筒部材２２と第２円筒部材２３とは非接触状態で配設されており、前記切欠窓２２ａ，２３ａ同士は該第１円筒部材２２と第２円筒部材２３との相対回転により重なり具合が変化するように形成されている。
【００１８】
そして、前記切欠窓２２ａ，２３ａを包囲するように、コイル組立体２４が設けられている。
前記コイル組立体２４は円筒状のディスタンスプレートＤを挟んで設けられた上下一対のコイル組立体２４ａ，２４ｂで構成され、各コイル組立体２４ａ，２４ｂはコイル２５が券回されたコイルボビン２６と、該コイルボビン２６を覆うように設けられたヨーク２７で構成されている。
また、前記コイル組立体２４は、コイル組立体２４ａのヨーク２７がコイルスプリング３０に付勢された状態で、コイル組立体２４ｂのヨーク２７がスナップリング３１で固定されることによりハウジング４の軸方向穴４に組みつけられる（図１参照）。
【００１９】
このように構成されたトルクセンサ２０は、図外のステアリングホイールからトーションバー６を介して伝達される操舵トルクによって第１円筒部材２２と第２円筒部材２３が相対回転した際に変化する前記切欠窓２２ａ，２３ａ同士の重なり具合からコイル２５のインピーダンス変化を図外のブリッジ回路で検知して入力シャフト１と出力シャフト２に発生するトルクを検出する。
本実施の形態のトルクセンサは、トルクに応じてインピーダンスが互いに逆方向に変化するように一対のコイル組立体２４ａ，２４ｂを設け、これら２つのコイル２５を含むブリッジ回路を形成し、そのブリッジ回路の２つの出力の差動に基づいてトルクを検出している。
【００２０】
そして、前述したトルクの検出時には、磁性部材２１と第１円筒部材２２とが熱膨張・収縮する。
この際、第１円筒部材２２が熱膨張・収縮してフランジ部１３がＣリング１７を軸方向に押圧するが、Ｃリング１７は第１円筒部材２２のフランジ部１３を磁性部材２１との間で軸方向に付勢した状態で該第１円筒部材２２を第１シャフト１に固定している上、周方向溝１６にはテーパ部１８が全周に亘って形成されているため、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、Ｃリング１７は前記熱膨張・収縮に応じてテーパ部１８に摺動しながら所定の付勢力でもってフランジ部１３を保持可能となる（請求項１、後述する（イ）に対応）。
また、前記Ｃリング（弾性部材）１７は、第１円筒部材２２の略全周に亘って軸方向に付勢するため、第１円筒部材２２と磁性部材２１の周方向相対位置がずれるのを防止できる（請求項２に対応）。
【００２１】
以上、説明してきたように本実施の形態のトルクセンサ２０にあっては、第１円筒部材２２がＣリング１７（弾性部材）によって磁性部材２１との間で軸方向に付勢された状態で入力シャフト１に固定されるため、該第１円筒部材２２と入力シャフトとの間に高い保持力を得ることができ、これら両者の位置ずれを防止してトルクセンサの検出精度を向上できる（請求項１に対応）。
【００２２】
また、磁性部材２１の端部に第１円筒状部材２２のフランジ部１３を係止させた後、入力シャフト１の周方向溝１６にＣリング１７を外嵌させて該Ｃリング１７と磁性部材２１との間でフランジ部１３を挟持させるという簡便な作業でもって第１円筒部材２２を入力シャフト１に固定できる（請求項３に対応）。
【００２３】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明の具体的構成は本実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても本発明に含まれる。
例えば、磁性部材２１を入力シャフト１と一体的に形成したもの、第１円筒部材２２を磁性材料で形成し、第２円筒部材２３を導電性且つ非磁性材料で形成したタイプのトルクセンサも本発明の範疇となる。
また、本実施の形態の弾性部材を円形断面形状のＣリング１７としたが、弾性部材は付勢力でフランジ部１３を軸方向に押圧できるものであれば良く、図１１に示すようにＣリングの断面形状を板状に形成したものやその他の弾性部材で代用しても構わない。
【００２４】
更に、上記実施の形態及び実施例から把握しうる請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
【００２５】
（イ）請求項１記載のトルクセンサにおいて、
前記第１円筒部材の端部に径方向に伸びるフランジ部を形成し、
前記第１シャフトにテーパ部を有する周方向溝を形成し、
前記弾性部材をＣリングで構成すると共に、該Ｃリングが磁性部材との間でフランジ部を付勢した状態で前記周方向溝に外嵌させることにより、該第１円筒部材を第１シャフトに回転方向に一体に固定したことを特徴とするトルクセンサ。
【００２６】
即ち、前記第１シャフトと第１円筒部材を容易に固定できる上、第１円筒部材が熱膨張・収縮した際にはＣリングがテーパ面に摺動して追従することで対応可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトルクセンサを備えるパワーステアリング装置示す断面図である。
【図２】本実施の形態のトルクセンサの拡大図である。
【図３】第１円筒部材の平面図である。
【図４】第１円筒部材の側面図である。
【図５】第１円筒部材の斜視図である。
【図６】第２円筒部材の平面図である。
【図７】第２円筒部材の同側面図である。
【図８】第２円筒部材の斜視図である。
【図９】第１円筒部材と第２円筒部材の位置関係を示す平面図である。
【図１０】Ｃリングの作用を説明する図である。
【図１１】その他の弾性部材を示す図である。
【符号の説明】
Ｐピン
Ｓステアリングシャフト
１入力シャフト
２出力シャフト
２ａ、５中心孔
３ハウジング
４軸方向穴
６トーションバー
７ベアリング
１１ウォームホイール
１２ウォーム
１３フランジ部
１４位置決め部
１５係止溝
１６周方向溝
１７Ｃリング
１８テーパ部
２０トルクセンサ
２１磁性部材
２２第１円筒部材
２３第２円筒部材
２２ａ、２３ａ切欠窓
２３ｂ凹部
２４、２４ａ、２４ｂコイル組立体
２５コイル
２６コイルボビン
２７ヨーク

Claims

トーションバーを介して連結された第１シャフト及び第２シャフトと、
磁性材料から形成され、前記第１シャフトの外周に固定された磁性部材と、
導電性且つ非磁性材料から形成され、切欠窓を有して前記磁性部材の外周を包囲するように第１シャフトに固定された第１円筒部材と、
導電性且つ非磁性材料から形成され、切欠窓を有して前記第１円筒部材の外周を包囲するように第２シャフトに固定された第２円筒部材と、
前記第２円筒部材の外周に設けられたコイルとを有し、
前記第１シャフトと第２シャフトとの相対回転に伴って変化する前記切欠窓同士の重なり具合の変化によって変化するコイルのインピーダンスを検出することによって第１シャフトと第２シャフトに発生するトルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記第１シャフトに、前記第１円筒部材を磁性部材との間で軸方向に付勢する弾性部材を設けることにより該第１円筒部材を第１シャフトに軸方向に一体に固定したことを特徴とするトルクセンサ。
請求項１記載のトルクセンサにおいて、
前記弾性部材は、第１円筒部材の全周に亘って軸方向に付勢した状態で第１円筒部材を第１シャフトに軸方向に一体に固定したことを特徴とするトルクセンサ。
トーションバーを介して連結された第１シャフト及び第２シャフトと、
磁性材料から形成され、前記第１シャフトの外周に固定された磁性部材と、
導電性且つ非磁性材料から形成され、切欠窓を有して前記磁性部材の外周を包囲するように第１シャフトに固定された第１円筒部材と、
導電性且つ非磁性材料から形成され、切欠窓を有して前記第１円筒部材の外周を包囲するように第２シャフトに固定された第２円筒部材と、
前記第２円筒部材の外周に設けられたコイルとを有し、
前記第１シャフトには周方向溝が形成され、
前記磁性部材の軸方向端面に第１円筒状部材のフランジ部を係止する工程と、
前記第１シャフトの周方向溝にＣリングを外嵌させて該Ｃリングと磁性部材との間で前記フランジ部を挟持することにより該第１シャフトと第１円筒部材とを固定する工程と、
を有することを特徴とするトルクセンサの固定方法。