JP2005172433A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 合成樹脂からなるハウジングにボビン、コイル、及びベアリングを一体モールドさせてコスト低減し、モールド成形時のベアリングへの熱影響と高射出圧力の影響を軽減すること。
【解決手段】 トルクセンサ３０において、コイル巻装部３１Ａ、及び該コイル巻装部３１Ａの一側端の内面から半径方向内方に張り出るベアリング内端係合部３１Ｅを備えて合成樹脂からなるボビン３１と、ボビン３１のコイル巻装部３１Ａに巻装されたコイル３２Ａ、３２Ｂと、ボビン３１のベアリング内端係合部３１Ｅに外輪１６Ａの内端を当接させるベアリング１６と、ベアリング１６の外輪１６Ａの外周に被嵌して内側端をボビン３１の一側端に当接するとともに、該外輪１６Ａの外端に係合するベアリング外端係合部３９Ａを外側端に備えるカラー３９とが、カラー３９のベアリング外端係合部３９Ａに係合するカラー外側端係合部１２Ａを有する合成樹脂製のハウジング１２に一体モールドされるもの。
【選択図】 図３

Description

本発明はトルクセンサに関する。

トルクセンサとして、特許文献１に記載の如く、入力軸と出力軸がトーションバーを介して連結され、入力軸と出力軸の相対角度変位発現部の周囲に、ボビンに巻装されたコイルが配置され、ボビン及びコイルを覆う樹脂モールドハウジング内に、入力軸を支持するベアリングが設けられたものがある。

特許文献１のトルクセンサは、コイル巻装部、及び該コイル巻装部の一側端寄りの内面から半径方向内方に張り出るベアリング内端係合部を備えて合成樹脂からなるボビンと、ボビンのコイル巻装部に巻装されたコイルと、ボビンのベアリング内端係合部に外輪の内端を当接させてコイル巻装部の一側端に嵌合されるベアリングとが、ベアリングの外輪の外端に係合するベアリング外端係合部を有する合成樹脂製のハウジングにより一体モールドされるようにしたものである。
特許3223242号

特許文献１のトルクセンサでは、合成樹脂からなるハウジングにボビン、コイル、及びベアリングを一体モールドさせてコスト低減しながら、モールド成形時の高温溶融樹脂がベアリングに及ぼす熱影響をボビンの一側端によって断熱し、ベアリング内のグリースの熱による流出、劣化を防止できる。

しかしながら、特許文献１のトルクセンサの樹脂ボビンは、モールド成形時の溶融樹脂の高熱、高射出圧力により自ら変形し易く、この圧力がベアリングの外輪に及ぶことを回避できない。このため、ベアリングの外輪等が変形して真円度を損ない、入力軸の回転中心位置がズレて偏心するためにトルク検出精度を低下させるおそれがある。

本発明の課題は、合成樹脂からなるハウジングにボビン、コイル、及びベアリングを一体モールドさせてコスト低減し、モールド成形時のベアリングへの熱影響と高射出圧力の影響を軽減することにある。

請求項１の発明は、入力軸と出力軸がトーションバーを介して連結され、入力軸と出力軸の相対角度変位発現部の周囲にボビンに巻装されたコイルが配置され、ボビン及びコイルを覆うハウジング内に、入力軸を支持するベアリングが設けられたトルクセンサにおいて、コイル巻装部、及び該コイル巻装部の一側端の内面から半径方向内方に張り出るベアリング内端係合部を備えて合成樹脂からなるボビンと、ボビンのコイル巻装部に巻装されたコイルと、ボビンのベアリング内端係合部に外輪の内端を当接させるベアリングと、ベアリングの外輪の外周に被嵌して内側端をボビンの一側端に当接するとともに、該外輪の外端に係合するベアリング外端係合部を外側端に備えるカラーとが、カラーのベアリング外端係合部に係合するカラー外側端係合部を有する合成樹脂製のハウジングに一体モールドされるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記カラーが、ベアリングの外輪の外周に圧入されて被嵌されるようにしたものである。

請求項３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又は２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する電動パワーステアリング装置である。

（請求項１）
(a)ボビン、コイルが合成樹脂製のハウジングに一体にモールド形成されるとともに、ベアリングがボビンのベアリング内端係合部と、カラーのベアリング外端係合部の間に挟まれて軸方向位置を定められる抜け止め状態で、ハウジング成形時にカラーとともに一体モールド保持される。

(b)ハウジングのモールド成形時に、ベアリングの外輪と高温溶融樹脂との間には、断熱材として機能し得るカラーが介在する。従って、高温溶融樹脂との接触部は、ボビンによりベアリングの外輪の内端が、カラーによりベアリングの外輪の外周及び外端が遮断され、ベアリングに直接接触するところが全くなく、ベアリングへの伝熱量を低減し、ベアリング内の熱によるグリースの流出、劣化を防止できる。

(c)ハウジングのモールド成形時の溶融樹脂の高温、高射出圧力は、圧縮強度の高いカラーにて直接受け、ベアリングの外輪に集中的に及ぶことを回避する。従って、ベアリングの外輪及び保持部（従来の樹脂ボビンと一体のベアリング嵌合部）等が変形して真円度を損なうことが回避され、入力軸の回転偏心位置ズレを防止できる。

(d)ハウジングのモールド成形時に、ハウジングにカラーの外側端係合部を形成し、このカラー外側端係合部をカラーのベアリング外端係合部に係合させるようにした。従って、モールド成形後のハウジングに対するカラーの定着性、抜け止め性を向上できる。

（請求項２）
(e)カラーを、ベアリングの外輪の外周に圧入して被嵌した。従って、ハウジングを成形するための金型装置に、コイルを巻装したボビンとともに、ベアリング及びカラーを安定的に正しく組込みできるとともに、ベアリング外輪の剛性を高めて高温、高射出圧力による変形を更に抑制できる。

（請求項３）
(f)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)〜(e)を実現することにより、コスト低減するとともに、入力軸の回転精度の安定化、トルク検出精度の向上を図ることができる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す模式断面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図、図３はトルクセンサのセンサハウジングを示す断面図、図４は図３の要部拡大図である。

電動パワーステアリング装置１０は、図１、図２に示す如く、車体フレーム等に固定されるギヤハウジング１１にセンサハウジング１２をボルト１０１でボルト結合する。そして、ステアリングホイールが結合される入力軸１３と、出力軸１４をトーションバー１５を介して同軸結合し、入力軸１３は軸受１６を介してセンサハウジング１２に支持し、出力軸１４はベアリング１７Ａ、１７Ｂを介してギヤハウジング１１に支持する。

電動パワーステアリング装置１０は、出力軸１４にピニオン１４Ａを設け、ピニオン１４Ａに噛み合うラック１８Ａを備えたラック軸１８をギヤハウジング１１に左右動可能に支持する。ラック軸１８の中間部には、左右のタイロッド１９Ａ、１９Ｂが連結される。出力軸１４の回転運動をラック軸１８の直線運動に変換し、車輪を操舵する。

電動パワーステアリング装置１０は、ギヤハウジング１１に電動モータ２０を支持し、電動モータ２０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をギヤハウジング１１の中で出力軸１４に固定してある。

電動パワーステアリング装置１０は、入力軸１３と出力軸１４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２０を駆動し、電動モータ２０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１４に伝える。これにより、電動モータ２０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。

以下、トルクセンサ３０の構成について説明する。
トルクセンサ３０は、ステアリングホイールから入力軸１３に加えられる操舵トルクに応じて、トーションバー１５がねじれ変形することに伴なう入力軸１３と出力軸１４の相対角度変位量を、操舵トルクに相応する値として検出するものであり、入力軸１３と出力軸１４の相対角度変位発現部（コア３４の変位発現部）の周囲に、ボビン３１に巻装されたコイル３２Ａ、３２Ｂを配置し、ボビン３１及びコイル３２Ａ、３２Ｂを覆うセンサハウジング１２内に、入力軸１３を支持するベアリング１６を設けたものである。

入力軸１３にはトーションバー１５が挿入され、トーションバー１５の一端は、入力軸１３に連結ピン１５Ａで連結される。また、出力軸１４にはトーションバー１５の他端が挿入され、トーションバー１５の他端は出力軸１４にセレーション結合される。

センサハウジング１２には、ボビン３１と、ボビン３１に巻装される第１と第２のコイル３２Ａ、３２Ｂが一体に樹脂モールドされる。ボビン３１に囲まれる入力軸１３の周囲には合成樹脂からなる可動体３３が配置され、可動体３３の外周にはリング状コア３４が固定される。

出力軸１４には、一直径上に係入されて外方に突出する一対の係合ピン３５、３５が設けられ、この係合ピン３５、３５が係合する係合溝３６、３６が、出力軸１４の軸方向に沿う可動体３３の内面に設けられる。尚、可動体３３及びコア３４は、ベアリング１７の内輪端面に背面支持されたばね（不図示）により、出力軸１４から離隔する方向に付勢されている。

可動体３３の内面には螺旋状の係合溝３７が設けられ、この係合溝３７に係合する係合ピン３８が入力軸１３に設けられる。従って、入力軸１３に加えられる操舵トルクに応じたトーションバー１５のねじれ変形により、入力軸１３と出力軸１４の間に相対角度変位が生ずると、この相対角度変位量に応じて、可動体３３及びコア３４が入力軸１３の軸方向に沿う変位を発現するものになる。

トルクセンサ３０は、コア３４の上述の変位による、第１と第２のコイル３２Ａ、３２Ｂの周辺に磁気的変化に起因する、両コイル３２Ａ、３２Ｂのインダクタンスの変化により操舵トルクを検出するものである。

しかるに、トルクセンサ３０において、ボビン３１は、合成樹脂からなり、図３、図４に示す如く、概ね円筒状のコイル巻装部３１Ａと、コイル巻装部３１Ａの一端側に同軸に連なる概ね円筒状の第１延長部３１Ｂと、コイル巻装部３１Ａの他端側の同軸に連なる概ね円筒状の第２延長部３１Ｃとを有する。コイル巻装部３１Ａの外周には、コイル巻装部３１Ａの外周に巻装される第１と第２のコイル３２Ａ、３２Ｂを仕切る環状仕切り壁３１Ｄが半径方向外方に突設される。

ボビン３１は、コイル巻装部３１Ａの一端側の第１延長部３１Ｂの延長端の内面から半径方向内方に張り出る環状のベアリング内端係合部３１Ｅを備える。ベアリング内端係合部３１Ｅは、入力軸１３のためのベアリング１６の外輪１６Ａの内端に当接する。
コイル３２Ａ、３２Ｂは、ボビン３１のコイル巻装部３１Ａに巻装される。

ベアリング１６は、外輪１６Ａの外周に概ね円筒状のカラー３９を被嵌され、ボビン３１のベアリング内端係合部３１Ｅに外輪１６Ａの内端を当接する。カラー３９は、ベアリング１６の外輪１６Ａの外周に圧入等されて被嵌され、内側端をボビン３１の一側端たる第１延長部３１Ｂの延長端の端面に当接する。カラー３９は、ベアリング１６の外輪１６Ａの外端に係合する環状のベアリング外端係合部３９Ａを外側端に備える。

カラー３９は、ステンレス鋼、アルミ、鋼等の金属、エンジニアリングプラスチック等の硬質合成樹脂、焼結等からなり、ボビン３１の構成材料より高い圧縮強度（特に半径方向の外方から内方に向かう圧縮力に対する強度）を示す。カラー３９は、非磁性材料からなることが好ましいが、磁性材料でも良い。

ボビン３１と、ボビン３１に巻装されたコイル３２Ａ、３２Ｂと、ベアリング１６と、ベアリング１６の外輪１６Ａに被嵌されたカラー３９は、金型内に、ボビン３１のベアリング内端係合部３１Ｅにベアリング１６の外輪１６Ａの内端を当接させ、カラー３９の内側端をボビン３１の第１延長部３１Ｂの端面に当接させ、カラー３９のベアリング外端係合部３９Ａをベアリング１６の外輪１６Ａの外端に当接するように組込んだ状態下で、ボビン３１及びカラー３９の外周側に射出成形された合成樹脂からなるハウジング１２と一体にモールドされる。ハウジング１２の溶融樹脂は、この射出成形により、カラー３９のベアリング外端係合部３９Ａに軸方向の外側から係合する環状のカラー外側端係合部１２Ａを有するものとされる。

尚、ハウジング１２は、上述の射出成形時に、ボルト１０１のためのブッシュ１０２も一体モールドされる。また、ハウジング１２は、上述の射出成形後に、ベアリング１６の外方側に、入力軸１３に摺接するダストシール１０３を嵌着せしめられる。

本実施例によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)ボビン３１、コイル３２Ａ、３２Ｂが合成樹脂製のハウジング１２に一体モールドされるとともに、ベアリング１６がボビン３１のベアリング内端係合部３１Ｅと、カラー３９のベアリング外端係合部３９Ａの間に挟まれて軸方向位置を定められる抜け止め状態で、ハウジング１２の成形時にカラー３９とともに一体モールドされる。

(b)ハウジング１２のモールド成形時に、ベアリング１６の外輪１６Ａと高温溶融樹脂との間には、断熱材として機能し得るカラー３９が介在する。従って、高温溶融樹脂の接触部は、ボビン３１によりベアリング１６の外輪１６Ａの内端及び、カラー３９によりベアリング１６の外輪１６Ａの外周及び外端が遮断され、ベアリング１６の外輪１６Ａに直接接触するところがなく、ベアリング１６への伝熱量を低減し、ベアリング１６内の高熱によるグリースの流出、劣化を防止できる。

(c)ハウジング１２のモールド成形時の溶融樹脂の高射出圧力は、圧縮強度の高いカラー３９にて直接受け、ベアリング１６の外輪１６Ａにまで及ぶことを回避する。従って、ベアリング１６の外輪１６Ａ等が高射出圧力を受けて変形して真円度を損なうことが回避され、入力軸１３の回転偏心位置ズレを防止できる。

(d)ハウジング１２のモールド成形時に、ハウジング１２にカラー外側端係合部１２Ａを形成し、このカラー外側係合部１２Ａをカラー３９のベアリング外端係合部３９Ａに係合させるようにした。従って、モールド成形後のハウジング１２に対するカラー３９の定着性、抜け止め性を向上できる。

(e)カラー３９を、ベアリング１６の外輪１６Ａの外周に圧入して被嵌した。従って、ハウジング１２を成形するための金型装置に、コイル３２Ａ、３２Ｂを巻装したボビン３１とともに、ベアリング１６及びカラー３９を安定的に正しく組込みできるとともに、ベアリング外輪の剛性を高めて高射出圧力による変形を更に抑制できる。

(f)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)〜(e)を実現することにより、コスト低減するとともに、入力軸１３の回転精度の安定化、トルク検出精度の向上を図ることができる。

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。例えば、カラー３９の外周面を凹凸面にしても良く、この場合、ハウジング１２のモールド成形時に、溶融樹脂がカラー３９の外周面に凹凸係合して食い付き、モールド成形後のハウジング１２に対するカラー３９の定着性、抜け止め性を更に向上できる。また、本発明のトルクセンサは、入力軸と出力軸の相対角度変位発現部を、入力軸１３の軸方向に変位するコア３４にて構成するものに限らず、入力軸１３に固定され、磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第１の円筒と、出力軸１４に固定され、第１の円筒の磁路形成部に対向する磁路形成部を端面に形成した磁性材料からなる第２の円筒にて構成する相対回転変位に対する磁気抵抗変化を検出するものでも良い。

図１は電動パワーステアリング装置を示す模式断面図である。 図２は図１のII−II線に沿う断面図である。 図３はトルクセンサのセンサハウジングを示す断面図である。 図４は図３の要部拡大図である。

符号の説明

１０ 電動パワーステアリング装置
１２ ハウジング
１２Ａ カラー外側端係合部
１３ 入力軸
１４ 出力軸
１５ トーションバー
１６ ベアリング
１６Ａ 外輪
２０ 電動モータ
３０ トルクセンサ
３１ ボビン
３１Ａ コイル巻装部
３１Ｂ 第１延長部（一側端）
３１Ｅ ベアリング内端係合部
３２Ａ、３２Ｂ コイル
３９ カラー
３９Ａ ベアリング外端係合部

Claims (3)

1. 入力軸と出力軸がトーションバーを介して連結され、入力軸と出力軸の相対角度変位発現部の周囲にボビンに巻装されたコイルが配置され、ボビン及びコイルを覆うハウジング内に、入力軸を支持するベアリングが設けられたトルクセンサにおいて、
   コイル巻装部、及び該コイル巻装部の一側端の内面から半径方向内方に張り出るベアリング内端係合部を備えて合成樹脂からなるボビンと、ボビンのコイル巻装部に巻装されたコイルと、ボビンのベアリング内端係合部に外輪の内端を当接させるベアリングと、ベアリングの外輪の外周に被嵌して内側端をボビンの一側端に当接するとともに、該外輪の外端に係合するベアリング外端係合部を外側端に備えるカラーとが、カラーのベアリング外端係合部に係合するカラー外側端係合部を有する合成樹脂製のハウジングに一体モールドされることを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記カラーが、ベアリングの外輪の外周に圧入されて被嵌される請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 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又は２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することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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