JP2005291713A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 検出部に対する回路基板の取付け位置を、回路基板を変えずに対応できるようにする。
【解決手段】 本発明のトルクセンサ３は、環状の検出部３１と、この検出部３１の外周の一部から突出する接続端子２２（２２ａ〜２２ｄ）に取付けられる回路基板３２とを備えている。回路基板３２には、接続端子２２の本数より多い個数の挿通孔２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄを形成して、接続端子２２を回路基板３２上の複数の異なる位置でそれぞれ挿通孔２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄに挿通して、回路基板３２に取付けられるようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、主として自動車のパワーステアリング装置において、ハンドル等の操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサに関する。

自動車のパワーステアリング装置、例えば電動パワーステアリング装置は、ハンド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、その検出トルクに応じて、ステアリングシャフト（操舵軸）もしくはステアリング機構（操舵機構）に設けられている電動モータを駆動して、ステアリング機構を駆動する力を補助する構造となっている。

上記の電動パワーステアリング装置において、ステアリングシャフトの中途部は、ハンドル側の入力軸と、ステアリング機構側の出力軸とに分割されて、これら入力軸と出力軸とは、軸方向に互いに対向する状態で、ねじり変形可能なトーションバーを介して同軸に連結されている。トルクセンサは、入力軸と出力軸との軸方向対向部の外周に設けられており、内周に検出用コイルおよび温度補償用コイルを有する環状の検出部と、この検出部の外周の一部に取付けられる回路基板とを備え、トーションバーのねじれに伴い入力軸と出力軸との間に生じる相対角変化を、検出用コイルでのインピーダンスの変化として検出するようになっている。

トルクセンサの検出部は、入力軸や出力軸を回転可能に支持するセンサハウジングの内部に収容されている。トルクセンサの回路基板は、センサハウジングの外周の一部に一体に形成された基板ボックス内に配置されて、その面上に形成された挿通孔に、検出部から突出する接続端子を挿通し半田付けすることで、検出部に取付けられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１１８３３号公報

パワーステアリング装置では、この装置が実装される自動車のタイプ毎にトルクセンサの検出部の配置位置が変わり、それに応じて、この検出部を収容するセンサハウジングの形状が変化し、センサハウジングでの基板ボックスの形状や形成位置も変化する。トルクセンサについては、検出部に対する回路基板の取付け位置が異なってくる。

上記の変化に応じて、回路基板では、異なった位置に挿通孔を形成する等、レイアウトを変更する必要が生じる。しかし、車種毎に、レイアウトの異なる種々の回路基板を用意するとなると、コストがかさみ、製造上の負担が大きくなるばかりか、トルクセンサやその装着部分の設計変更が容易に行えなくなる、という問題がある。

本発明によるトルクセンサは、環状の検出部と、この検出部の外周の一部から突出する接続端子に取付けられる回路基板とを備えたトルクセンサにおいて、回路基板には、接続端子の本数より多い個数で、接続端子が回路基板上の複数の異なる位置でそれぞれ挿通可能な挿通孔が形成されていることを特徴とするものである。

上記構成において、接続端子が４本である場合、挿通孔は、少なくとも接続端子の本数（４本）より２個多い６個あればよい。

上記構成のトルクセンサでは、回路基板にある挿通孔のうちから、接続端子と同数の一組の挿通孔を選択して、これらの挿通孔群に接続端子を挿通することで、回路基板上のそれまでの取付け位置と隣り合った位置や、一部重複する位置等、異なった位置で回路基板を検出部に取付けることができ、回路基板と検出部とは、相対位置を変えて組み合わせることができる。

そのため、センサハウジングの形状変更等により、検出部に対する回路基板の取付け位置を変える必要が生じても、回路基板を変えずに対応でき、挿通孔の位置等、レイアウトの異なる回路基板を新たに用意する必要がない。

本発明によれば、検出部への回路基板の取付け位置を変える必要が生じても、回路基板を変えずに対応でき、トルクセンサやその装着部分の設計変更の自由度が増すばかりか、製造コストの削減に役立つ。

図面を参照して、本発明による最良の形態に係るトルクセンサを説明すると、図１は、同トルクセンサを含む電動パワーステアリング装置を、関連する車両構成と共に示す概略構成図で、主要部は軸方向に沿って断面して示している。図２は、図１の装置に含まれるトルクセンサの分解斜視図、図３は、図２のトルクセンサの一部である回路基板の部分平面図である。

この電動パワーステアリング装置は、コラムアシストタイプであって、操舵部材としてのステアリングホイール（ハンドル）１に一端が連結されたステアリングシャフト（操舵軸）２と、ステアリングホイール１の操作によってステアリングシャフト２に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ３と、駆動により操舵補助トルクを発生させる電動モータ４と、この電動モータ４の回転を減速してステアリングシャフト２に伝達する減速機構５と、トルクセンサ３や車速センサ、エンジン回転センサ等のセンサの出力信号に基づいて電動モータ４の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）６とを備えている。

ステアリングシャフト２の他端は、図示省略した下部軸を介して、ステアリング機構（舵取機構）７に連結されている。ステアリング機構７は、例えばラックアンドピニオン式のもので、図示しないが、操舵操作により回転するピニオンと、このピニオンに噛み合うラック軸とを有し、ピニオンはステアリングシャフト２の他端に連結され、ラック軸の両端は、タイロッドおよびナックルアーム等からなる連結部材８を介して操向用の車輪９に連結されている。

ＥＣＵ６は、マイクロコンピュータ６１を中心に構成されており、特に図示しないが、センサ用インタフェースやモータ駆動回路等の周辺回路を含んでいる。ＥＣＵ６のマイクロコンピュータ６１は、トルクセンサ３等のセンサからの出力信号に基づいて、操舵補助に適したトルクを発生するのに必要な電動モータ４の駆動量を演算し、その駆動量に対応する制御信号により電動モータ４を駆動する。

以下、電動パワーステアリング装置の主要部の説明では、電動パワーステアリング装置の車両への実装状態に即して、ステアリングホイール１に近い側を上側もしくは上端、ステアリング機構７に近い側を下側もしくは下端という。

ステアリングシャフト２の中途部は、ステアリングホイール１側から順に、上部軸１０と、筒状の入力軸１１と、トーションバー１２と、筒状の出力軸１３とから構成されている。

ステアリングシャフト２の上部軸１０は、ステアリングホイール１と一体に回転しうる状態でステアリングコラム１４内に挿通されている。入力軸１１は、その筒状内部に挿入したトーションバー１２とともに、径方向に貫通するピン１５により上部軸１０の下端部に連結されている。トーションバー１２は、その中間部１２ｃに長尺で細径のねじり領域を有するもので、大径円柱形状をなす上端部１２ａが前記したように上部軸１０に連結されるとともに、同じく大径円柱形状をなす下端部１２ｂが出力軸１３の筒状内部に挿入されて、径方向に貫通するピン１６により出力軸１３に連結されている。このトーションバー１２の外周で、入力軸１１はトーションバー１２の下端側へ、また出力軸１３はトーションバー１２の上端側へそれぞれ延出しており、それらの延出部は、トーションバー１２の中間部１２ｃの外周で互いに軸方向に対向するとともに、径方向内外に入れ子状に外嵌内挿されている。

トルクセンサ３はセンサハウジング１７に収容され、また、減速機構５はギヤハウジング１８に収容されている。センサハウジング１７とギヤハウジング１８とは、ステアリングシャフト２の中途部の周りに軸方向上下に配置されて互いに結合され、その結合状態でステアリングコラム１４の下部を構成している。これらセンサハウジング１７およびギヤハウジング１８のさらに詳しい構造、形状については、その内部に収容するトルクセンサ３や、減速機構５の構成に関連付けて後述する。

トルクセンサ３は、入力軸１１と出力軸１３との軸方向対向部の外周に配置されている。このトルクセンサ３は、図２にも示すように、センサハウジング１７の内径側に設けられる環状の検出部３１と、この検出部３１の外周の一部に取付けられる回路基板３２とを備えている。

検出部３１は、磁性材料からなるケース３１３，３１４をそれぞれに有する検出用コイル３１１と温度補償用コイル３１２とをカバー３１５で被覆したものである。検出用コイル３１１および温度補償用コイル３１２は、それぞれ内周面部が内径側に露出する状態で対応するケース３１３，３１４に収容され、両ケース３１３，３１４の間に設けたスペーサ３１６を介して軸方向に並列配置されている。これら両コイル３１１，３１２は、通電により、各コイル３１１，３１２のケース３１３，３１４と、両コイル３１１，３１２の内周で入力軸１１および出力軸１３の外周面に取付けられた磁性体製のリング１９，２０，２１との間に磁気回路を形成する。検出用コイル３１１の周りに形成される磁気回路の磁気抵抗は、トーションバー１２のねじれに伴い、入力軸１１に対して出力軸１３が回転方向に位置ずれすることで変化し、この変化に応じて検出用コイル３１１のインピーダンスを変化させる。トルクセンサ３は、トーションバー１２のねじれを、検出用コイル３１１でのインピーダンスの変化として検出するようになっている。

検出部３１のカバー３１５は、ほぼ円筒状で、各コイル３１１，３１２を収容する２つのケース３１３，３１４の外周面と軸方向外端面とを覆っている。このカバー３１５の軸方向中間の外周の一部には、径方向外方に突出する端子保持部３１５ａが一体に設けられており、この端子保持部３１５ａから、４本一組の接続端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ（２２と総称）が突出している。これら接続端子２２は、各コイル３１１，３１２に接続されたもので、端子保持部３１５ａの頂部上で縦横方向、図示例では、軸方向Ｘおよび軸直交方向Ｙにそれぞれ２列で、かつ軸方向Ｘの相互間隔ｓと軸直交方向Ｙの相互間隔ｔとを互いに同一（ｓ＝ｔ）にして配列されている。

回路基板３２は、検出部３１の各コイル３１１，３１２へのコイル電流の給電のための電源回路や、各コイル３１１，３１２の出力取り出しのための処理回路を搭載するもので、図面には回路基板３２のみを図示している。この回路基板３２の一部には、接続端子２２の取付け領域３２Ａが設定され、この取付け領域３２Ａ内に、接続端子２２を挿通するための挿通孔２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄが形成されている。これら挿通孔２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄは、一組の接続端子２２の本数（４本）よりも４個多い個数（８個）ある。

８個の挿通孔２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄは、軸方向Ｘに沿って２列で、軸直交方向Ｙに沿って４列に配列されており、図３に明示するように、これら８個の挿通孔２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄのうち、軸方向Ｘの一方側（図２および図３で左側）の４個２３ａ〜２３ｄが、一組の接続端子２２に対応する第１の挿通孔群２３を形成しており、軸方向Ｘの他方側（右側）の４個の挿通孔２４ａ〜２４ｄが、一組の接続端子２２に対応する第２の挿通孔群２４を形成している。

各挿通孔群２３，２４において、挿通孔２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄは、一組の接続端子２２と同様に、軸方向Ｘにも軸直交方向Ｙにも、接続端子２２の相互間隔s，ｔと同一の相互間隔ｕ，ｖで配列されている（ｕ，ｖ＝ｓ，ｔ）。第１の挿通孔群２３と第２の挿通孔群２４との間には、各挿通孔群２３，２４での軸方向Ｘの挿通孔間の相互間隔ｕと同一の相互間隔ｗ（ｗ＝u）が設定されている。また、第１の挿通孔群２３と第２の挿通孔群２４との間では、挿通孔２３ａと挿通孔２４ａとのように、同一の接続端子２２ａ〜２２ｄに対応する挿通孔どうしが、それぞれジャンパパターン２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ（２５と総称）により接続されている。

８個の挿通孔２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄのうち、いずれか４個の挿通孔、例えば、第１の挿通孔群２３に属する挿通孔２３ａ〜２３ｄには接続端子２２ａ〜２２ｄが挿通され、半田付けにより相互に固定されるともに、接続端子２２ａ〜２２ｄが回路基板３２の裏面もしくは表面に形成された導電パターン（図示省略）に電気的に接続される。回路基板３２の表面側には接続部２６が設けられ、この接続部２６から、電源供給や信号取り出しのためのハーネス２７が導出されている。

図１に戻って、トルクセンサを収容するセンサハウジング１７は、上端部がステアリングコラム１４に結合されて、ステアリングコラム１４に近い位置で針状ころ軸受２８により入力軸１１を回転可能に支持し、下端側では、その内周に設けた玉軸受２９により出力軸１３を回転可能に支持している。

このセンサハウジング１７は、内部にトルクセンサ３の検出部３１を収容する検出部収容部１７１と、内部に回路基板３２を収容する基板ボックス１７２とを有している。検出部収容部１７１の内部には、検出部３１が軸方向下側から挿入されて、止め輪３４により挿入した状態に固定されている。符号１７３は、センサハウジング１７に軸方向に形成された挿入路で、この挿入路１７３を通じて、トルクセンサ３の端子保持部３１５ａや接続端子２２が軸方向内側に入り込むようになっている。

基板ボックス１７２は、センサハウジング１７の外周部の一部に、径方向外方に開放された形に形成されている。この基板ボックス１７２の内部に設けられた段部１７２ａに、回路基板３２が接続端子２２に取付けられた状態で、ねじ３５により固定されている。回路基板３２の外側は、基板ボックス１７２の開放部にねじ３６により止着されるカバー板３７により被覆されている。

減速機構５は、駆動ギヤとしてのウォーム軸５１と、従動ギヤとしてのウォームホイール５２とを備え、これらウォーム軸５１およびウォームホイール５２は、ギヤハウジング１８の内部に収容されている。ウォームホイール５２は、センサハウジング１７側の玉軸受２９とギヤハウジング１８の下端側の玉軸受３８との間で、出力軸１３に同軸に固着されている。

減速機構５を収容するギヤハウジング１８は、センサハウジング１７の下部に結合されて、その下端側の内周に設けた玉軸受３８により出力軸１３を回転可能に支持しており、ウォームホイール収容部（従動ギヤ収容部）１８２と、ウォーム軸収容部（駆動ギヤ収容部）１８１とからなる。

ギヤハウジング１８のウォームホイール収容部１８２は、両端開放の段付き円筒形状で、内部にウォームホイール５２を収容する大径円筒部１８２ａと、玉軸受３８を介して出力軸１３を支持する小径円筒部１８２ｂとを連成した構成になっている。大径円筒部１８２ａの上端側の開放部はセンサハウジング１７により閉塞されている。

ギヤハウジング１８のウォーム軸収容部１８１は、内部にウォームホイール５２と噛合しているウォーム軸５１を収容する小径円筒部１８１ａと、この小径円筒部１８１ａの軸方向一端に連成された大径円筒部１８１ｂとからなる。

ウォーム軸収容部１８１の小径円筒部１８１ａ内において、ウォーム軸５１は、その軸方向両端部に設けられた軸受（図示省略）により回転可能に支持されている。ウォーム軸収容部１８１の大径円筒部１８１ｂは、小径円筒部１８１ａとは反対側が開口しており、この開口端部に電動モータ４がウォーム軸５１と連結された状態で装着されている。なお、大径円筒部１８１ｂの外周複数個所には、耳状に張り出す結合片１８１ｃが連成されており、この結合片１８１ｃは、電動モータ４側の図示省略した被結合片とボルト３９およびナット４０等の締結部材により結合される。

上記の構成において、トルクセンサ３の検出部３１から突出する接続端子２２は、回路基板３２の８個の挿通孔２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄのうちのいずれか４個、例えば、第１の挿通孔群２３に属する挿通孔２３ａ〜２３ｄに挿通されて、半田付けによりその挿通孔２３ａ〜２３ｄと接続端子２２とは相互に固定される。

今、電動パワーステアリング装置を実装する自動車の車種により、センサハウジング１７の形状が変わり、検出部３１に対する回路基板３２の取付け位置を変える必要が生じた場合、回路基板３２には、軸方向に異なる位置に挿通孔２４ａ〜２４ｄ（あるいは２３ａ〜２３ｄ）があるので、異なる位置にある挿通孔、例えば、第２の挿通孔群２４の挿通孔２４ａ〜２４ｄを選択し、これらの挿通孔２４ａ〜２４ｄに接続端子２２を挿通して半田付けするようにすれば、検出部３１に対して取付ける回路基板３２の位置を軸方向Ｘにずらすことができる。このため、検出部３１に対する回路基板３２の取付け位置を変える必要が生じても、元の回路基板３２をそのまま使用することができ、挿通孔の位置等、レイアウトが異なる別の回路基板を用意する必要がない。

なお、第１の挿通孔群２３と第２の挿通孔群２４との軸方向Ｘの間隔ｗは、接続端子２２ａ〜２２ｄどうしの軸方向間隔ｓと同一（ｗ＝ｕ＝s）であるので、第１の挿通孔群２３のうちの２個の挿通孔２３ｂ，２３ｄと、第２の挿通孔群２４のうちの２個の挿通孔２４ａ，２４ｃとを第３の挿通孔群４１として、これらの挿通孔２３ｂ，２３ｄ，２４ａ，２４ｃに接続端子２２を挿通して半田付けするようにしてもよい。これにより、接続端子２２は、それまでの回路基板３２への取付け位置とは一部重複して軸方向Ｘにずれた位置に取付けることができる。このように、回路基板３２への接続端子２２の取付け位置を、元の取付け位置と一部重複してずらすには、４本一組の接続端子２２ａ〜２２ｄに対して、その本数より２個多い６個の挿通孔があればよい。

また、実施形態のように、接続端子２２ａ〜２２ｄどうしの縦横方向、すなわち、軸方向Ｘおよび軸直交方向Ｙの相互間隔ｓ，ｔが互いに同一（ｓ＝ｔ）であり、挿通孔２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄどうしの軸方向Ｘおよび軸直交方向Ｙの相互間隔ｕ，ｖも、接続端子２２ａ〜２２ｄ間の相互間隔ｓ，ｔと同一（ｕ，ｖ＝ｓ，ｔ）に設定されている場合は、検出部３１に対して回路基板３２の向きを９０度変えて、接続端子２２に回路基板３２を取付けることができる。

実施形態では、接続端子２２の本数より多い個数の挿通孔２３ａ〜２３ｄ，２４ａ〜２４ｄを、回路基板３２の一方向（軸方向Ｘ）に配列して形成したが、他方向（例えば、軸直交方向Ｙ）にも接続端子２２の本数を超える個数の挿通孔を配列して形成してもよい。このように、複数方向に多数の挿通孔が配列されていれば、検出部３１に対する回路基板３２の取付け位置を、複数方向にずらせることができる。

本発明による最良の形態に係るトルクセンサを含む電動パワーステアリング装置を、関連する車両構成と共に示す概略構成図で、主要部は軸方向に沿って断面して示している。 図１の装置に含まれるトルクセンサの分解斜視図。 図２のトルクセンサの一部である回路基板の部分平面図。

符号の説明

１ ステアリングホイール（操舵部材）
２ ステアリングシャフト（操舵軸）
３ トルクセンサ
３１ 検出部
３２ 回路基板
３２Ａ 端子取付け領域
１７ センサハウジング
１７１ 検出部収容部
１７２ 基板ボックス
２２（２２ａ〜２２ｄ） 接続端子
２３ 第１の挿通孔群
２３ａ〜２３ｄ 挿通孔
２４ 第２の挿通孔群
２４ａ〜２４ｄ 挿通孔

Claims (1)

1. 環状の検出部と、この検出部の外周の一部から突出する接続端子に取付けられる回路基板とを備えたトルクセンサにおいて、
   回路基板には、接続端子の本数より多い個数で、接続端子が回路基板上の複数の異なる位置でそれぞれ挿通可能な挿通孔が形成されている、
   ことを特徴とするトルクセンサ。
   
   

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