JP2007187480A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体が磁石を備えるまでの作業工程をより一層低減でき、しかも、成形圧による磁石の割れを防ぐことができるトルク検出装置を提供する。
【解決手段】第１の回転体の外周部に設けられる筒形磁石及び該筒形磁石の外周りに配置され、前記第１の回転体に連結される第２の回転体と一体に回転する磁性環を有する磁気回路形成部材と、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環部と、該集磁環部が集めた磁束の密度に基づいて前記第１又は第２の回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備え、前記筒形磁石を、磁性粉が混入された合成樹脂を第１の回転体の外周部に硬化し、且つ着磁した。
【選択図】図１

Description

本発明は回転体に加わるトルクを検出するトルク検出装置に関する。

トルク検出装置は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１のトルク検出装置は、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸の一方の外周部に設けられる筒形磁石及び該筒形磁石の外周りに配置され、前記入力軸及び出力軸の他方と一体に回転する磁性環を有する磁気回路形成部材と、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環部と、該集磁環部が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えている。

このように構成されたトルク検出装置は車両用の電動パワーステアリング装置に組込まれている。電動パワーステアリング装置はステアリングホイールに繋がる前記入力軸と、該入力軸を収容支持するハウジングと、前記出力軸に減速機構を介して繋がる電動モータと、該電動モータの駆動回路及び前記検出部に接続され、マイクロプロセッサを用いてなる制御部とを備えており、ステアリングホイールを操舵することにより入力軸に加わる回転トルクを前記トーションバーに生じる捩れによって検出部が検出し、検出トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御するように構成されている。

ところで、特許文献１の筒形磁石は、フェライト粉を筒形に焼結してなるが、焼結された筒形磁石は入力軸に外嵌固定するとき、該筒形磁石の内周側に発生する径方向の内圧により割れが発生し易い。このため特許文献１では筒形磁石を予め合成樹脂によりモールドし、このモールドされた筒形磁石を、外周部にローレットを有する入力軸の前記ローレット部分に外嵌固定することにより、筒形磁石の組立て時における割れを防ぐように構成してある。
特開２００５−６９９９４号公報

ところが、特許文献１のようにモールドされた筒形磁石を入力軸に外嵌固定するように構成されたトルク検出装置にあっては、モールドする工程と、嵌合固定する工程とが必要であるため、組立作業性の改善が要望されていた。

図６は改善したトルク検出装置の構成を示す一部を拡大した断面図である。そこで、本発明の出願人は図６に示すように入力軸１００と、フェライト粉を筒形に焼結してなる筒形磁石１０１とを成形型のキャビティに保持し、該キャビティに溶融合成樹脂を注入することにより筒形磁石１０１の内周側をモールドし、これのモールド層１０２により入力軸１００の外周部に筒形磁石１０１を固定するように構成したトルク検出装置を開発した。

このように構成されたトルク検出装置によれば、特許文献１のトルク検出装置に比べて筒形磁石１０１の組立て工程を低減できる。しかし、入力軸が磁石を備えるまでの作業工程が依然として多いためさらなる改善策が要望されていた。

図７は入力軸が筒形磁石を備えるまでの作業工程図である。この作業工程は、
(1) フェライト粉を準備する
(2) フェライト粉を圧粉・焼結して筒形磁石を得る
(3) 焼結された筒形磁石をサイジングする
(4) サイジングされた筒形磁石と入力軸とを成形型のキャビティに挿入配置し、合成樹脂をキャビティに注入して成形し、筒形磁石を入力軸に固定する。
(5) 筒形磁石に割れが発生しているか否かの検査を行う
の５工程が必要である。

また、筒形磁石をモールド層により固定する場合、キャビティに注入された溶融合成樹脂の成形圧が筒形磁石の内周面に加わり、該成形圧により筒形磁石に割れが発生する可能性もある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は回転体が磁石を備えるまでの作業工程をより一層低減でき、しかも、成形圧による磁石の割れを防ぐことができるトルク検出装置を提供することにある。

第１発明に係るトルク検出装置は、第１の回転体の外周部に設けられる磁石及び該磁石の外周りに配置され、前記第１の回転体に連結される第２の回転体と一体に回転する磁性環を有する磁気回路形成部材と、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環部と、該集磁環部が集めた磁束の密度に基づいて前記第１又は第２の回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えるトルク検出装置において、前記磁石は、磁性粉が混入された合成樹脂を硬化し、且つ着磁してなることを特徴とする。

第２発明に係るトルク検出装置は、前記磁性粉はネオジムであり、前記磁石は射出成形されてなることを特徴とする。

第１発明にあっては、第１の回転体を成形型のキャビティに挿入配置し、磁性粉が混入された合成樹脂をキャビティに注入する一つの作業により磁石を回転体に設けることができ、作業工程を低減できる。従って、回転体が磁石を備えるまでの作業能率を向上でき、コストを低減できる。しかも、磁性粉が混入された合成樹脂が磁石になっているため、キャビティの成形圧による磁石の割れを防ぐことができる。

第２発明にあっては、ネオジムの磁性粉は単位面積当たりの磁束量が他の磁性粉に比べて多く、比較的強い磁力を得ることができるため、検出部が検出したトルクの検出信号をアンプにより大きく増幅することなく高精度のトルクを検出することが可能であり、従って、低感度のアンプを用いることができるとともに、このアンプ用の磁気シールドを不必要にでき、間接費用を低減できる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係るトルク検出装置がハウジング内に装着された状態の断面図、図２はトルク検出装着の斜視図、図３は模式的分解斜視図、図４は回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。

トルク検出装置は、第１の回転体１の外周部に固着される筒形磁石２及び該筒形磁石２の外周りに配置され、トーションバー３により第１の回転体１に同軸的に連結された第２の回転体４と一体に回転する二つの磁性環５，５を有する磁気回路形成部材６と、該磁気回路形成部材６が発生した磁束を集める集磁環部７と、該集磁環部７が集めた磁束の密度に基づいて第１の回転体１に加わったトルクを検出する検出部８とを備えている。

第１の回転体１の外周部には、磁石が固着される磁石固着部１ａと、該磁石固着部１ａに径方向の段部を経て連なる軸受嵌合部１ｂとを有する。磁石固着部１ａには凹凸が設けられており、固着された筒形磁石２の移動を阻止することができるように構成されている。

筒形磁石２は複数の周方向位置にＮ極とＳ極とが交互に着磁された多極着磁の円筒形になっており、磁性粉としてのネオジムが混入された合成樹脂を、磁石固着部１ａの周りに筒形に硬化してなる。ネオジムはフェライトに比べて単位面積当たりの磁束量が多く、比較的強い磁力を得ることができる。

磁性環５，５は第２の回転体４の軸線方向に離隔して向き合う２つの環板部５１，５１及び環板部５１，５１の内周部から互いに接近する方向へ延出された複数の櫛歯５２，５２を有しており、筒形磁石２と相対回転することにより磁性環５，５間の磁束密度が変化するように構成されている。また、櫛歯５２，５２は周方向に交互に噛み合うように等間隔に配置されており、櫛歯５２，５２が交互に噛み合う状態で磁性環５，５が合成樹脂によりモールドされ、モールド体になっている。

集磁環部７は、軸線方向へ離隔して配置された二つの集磁環７１，７１と、各集磁環７１，７１をモールドすることにより保持した保持環７２とを備える。集磁環７１，７１は周方向の１個所から径方向外側へ延出され、検出部８の両側に配置された凸片７１ａ，７１ａを有する円筒形をなしており、凸片７１ａ，７１ａに磁束が集まるように構成されている。また、集磁環７１，７１は鉄板等の磁性板を成形してなる。

保持環７２は集磁環７１，７１の内周面に対応する貫通孔７２ａを有し、集磁環７１，７１が内嵌固定された環体７２ｂと、該環体７２ｂの外周部一箇所に突設された取着部７２ｃとを有しており、環体７２ｂ及び取着部７２ｃが合成樹脂により一体成形されている。環体７２ｂは図１のように静止部材としてのハウジング９内に配置され、取着部７２ｃはハウジング９の外部に配置され、該ハウジング９の取着座９２に取着される。

取着部７２ｃは、環体７２ｂの接線方向に突設されたフランジ７２ｄを有し、検出部８に接続された検出回路基板１０が内部に収容されている。フランジ７２ｄには小ねじ用の挿通孔７２ｅ，７２ｅが設けられている。

検出部８は集磁環７１，７１の凸片７１ａ，７１ａ間に発生する磁束密度の変化に応じて電気的特性（抵抗）が変化するホール素子からなり、集磁環７１，７１の凸片７１ａ，７１ａ間に発生する磁束密度の変化に応じて検出信号が変わるように構成されており、検出信号は検出回路基板１０に与えられている。尚、検出部８はホール素子を有する他、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化する感磁素子を有しておればよく、ホール素子に制限されない。

ハウジング９は磁気回路形成部材６を取り囲む円筒部９１と、該円筒部９１の外周部一個所に突設され、保持環７２を取着するための取着座９２と、該取着座９２を径方向に貫通し、集磁環７１，７１及び環体７２ｂを円筒部９１内に配置するための断面矩形をなす貫通孔９３と、該貫通孔９３に連なり、保持環７２の環体７２ｂに対応して湾曲する嵌合溝９４とを有する。

取着座９２は角形の環状に形成され、フランジ７２ｄと対向している。この取着座９２に、挿通孔７２ｅ，７２ｅに対応する二つの螺子孔が設けられている。

筒形磁石２は射出成形により設けられている。この射出成形は、未硬化の溶融接着剤にネオジム粉を混入し、このネオジム粉が混入された合成樹脂を、予め第１の回転体１が挿入配置された成形型のキャビティに注入し、磁石固着部１ａの周りに円筒形に成形し、硬化して第１の回転体１と一体の筒形磁石２を設ける。成形された筒形磁石２は、複数の周方向位置にＮ極とＳ極とが交互に着磁（多極着磁）される。

図５は第１の回転体１が筒形磁石２を備えるまでの作業工程図である。以上のように第１の回転体１が筒形磁石２を備えるまでの作業工程は、
(1) 磁性粉としてのネオジムが混入された合成樹脂を準備する
(2) 成形型のキャビティに第１の回転体１を挿入配置し、ネオジムが混入された合成樹脂をキャビティに注入して成形し、硬化して筒形磁石２を得る
の２工程で足りる。

この作業工程では、焼結等により予め形成された筒形磁石を用いないため、成形圧により筒形磁石２に割れが発生することはないし、また、筒形磁石２に割れが発生しているか否かの検査を行う必要もない。

以上のように構成されたトルク検出装置は、ハウジング９の円筒部９１を径方向に貫通する貫通孔９３から円筒部９１内に保持環７２の環体７２ｂを挿入し、該環体７２ｂを嵌合溝９４に係合させることにより、集磁環７１，７１の円筒部９１内での位置を決め、保持環７２のフランジ７２ｄを取着座９２に小螺子により取着する。この後、筒形磁石２を保持した第１の回転体１と、磁性環５を保持した第２の回転体４とを円筒部９１の軸線方向から円筒部９１内に挿入し、筒形磁石２及び磁性環５を集磁環部７の内側に配置する。また、検出回路基板１０はマイクロプロセッサを用いてなる制御部に接続される。この制御部と検出回路基板１０との接続回路には検出部８が検出した検出信号を増幅するアンプが接続される。

このように組立てられたトルク検出装置の筒形磁石２は、ネオジム粉が混入された合成樹脂により成形されているため、単位面積当たりの磁束量が多く、比較的強い磁力を得ることができる。従って、低感度のアンプを用いて高精度のトルクを検出することができ、また、アンプ用の磁気シールドを不必要にでき、間接費用を低減でき、例えばトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた場合、上述の作業工程を低減できることと相俟って電動パワーステアリング装置のコストをより一層低減できる。

尚、以上説明した実施の形態では、磁性粉としてネオジムを用いたが、その他、フェライトを用いてもよく、磁性粉の材料は特に制限されない。

本発明に係るトルク検出装置がハウジング内に装着された状態の断面図である。 本発明に係るトルク検出装置の斜視図である。 本発明に係るトルク検出装置の模式的分解斜視図である。 回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。 第１の回転体が筒形磁石を備えるまでの作業工程図である。 改善したトルク検出装置の構成を示す一部を拡大した断面図である。 入力軸が筒形磁石を備えるまでの作業工程図である。

符号の説明

１ 第１の回転体、２ 筒形磁石（磁石）、４ 第２の回転体、５ 磁性環、６ 磁気回路形成部材、７ 集磁環部、８ 検出部

Claims (2)

1. 第１の回転体の外周部に設けられる磁石及び該磁石の外周りに配置され、前記第１の回転体に連結される第２の回転体と一体に回転する磁性環を有する磁気回路形成部材と、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環部と、該集磁環部が集めた磁束の密度に基づいて前記第１又は第２の回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えるトルク検出装置において、前記磁石は、磁性粉が混入された合成樹脂を硬化し、且つ着磁してなることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記磁性粉はネオジムであり、前記磁石は射出成形されてなる請求項１記載のトルク検出装置。
   

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