JP2007285793A

JP2007285793A - 磁歪式トルクセンサ

Info

Publication number: JP2007285793A
Application number: JP2006111691A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Watanabe; 勝治渡辺; Yasuo Shimizu; 康夫清水
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-11-01
Also published as: US20070251333A1; US7806005B2

Abstract

【課題】磁歪式トルクセンサの生産性を向上する。
【解決手段】運転者の操舵入力を検出し検出した操舵入力に応じてモータ６０を駆動して車両を転舵させる電動パワーステアリング装置１００に組み込まれ、磁性材からなるピニオン軸５と、ピニオン軸５にその軸方向端部から所定距離離間した部位に施された磁歪膜３１，３２と、磁歪膜３１，３２に対向して配置され磁歪膜３１，３２の磁気特性の変化を検出する検出コイル３３，３４と、を備えた磁歪式トルクセンサ３０において、ピニオン軸５の上端部に非磁性材料のメッキ層１４が施されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、磁歪式トルクセンサに関するものである。

磁歪に起因する磁気特性の変化に基づいてトルクを検出する磁歪式トルクセンサは、車両用ステアリング装置の操舵トルク検出用などに用いられている（特許文献１参照）。
磁歪式トルクセンサは、磁性材からなるシャフトに磁歪膜を設けるとともに、磁歪膜に対向して該磁歪膜の磁気特性の変化を検出する検出コイルを配置して構成されている（特許文献２参照）。この磁歪式トルクセンサの原理は、シャフトにトルクが加えられると磁歪膜の透磁率が変化し、これに応じて検出コイルのインダクタンスが変化するので、この変化に基づいてトルクを検出する。

ところで、磁歪式トルクセンサの製造課程には、前記シャフトに磁歪膜を設けたり、減速機構としてのピニオンを加工したり、他の歯車を取り付けるなど種々の工程があり、シャフトを工程間で移動させる必要がある。そのため、従来はシャフトを複数本まとめて専用の搬送用パレットに収めて運搬している。このパレットはシャフトが磁化されないように非磁性材（例えばステンレス鋼）で形成しており、シャフトを起立させ、磁歪膜部分をパレット内に収容し、先端部分を露出させた状態で支持し、その先端部分を掴んで容易に出し入れすることができるように構成されている。
特開２００２−３１６６５８号公報特開昭５９−１６４９３２号公報

しかしながら、シャフトの先端部分を露出して搬送しているため、搬送途中でシャフトの先端部分に磁化された物、例えば磁石付きの工具等が接触するとシャフトが磁化されてしまい、磁歪膜の特性に影響を及ぼす虞がある。
また、磁歪式トルクセンサの組み立て後においてはシャフトの端部がハウジングから突き出ているため、完成品となっても磁歪式トルクセンサのシャフトの端部に磁化された物が接触してシャフトが磁化される可能性がある。
また、磁歪式トルクセンサを車両に取り付ける場合には、その取り付け過程において、あるいは、取り付け後においても、シャフトの端部が露出しているため磁化された物が接触する可能性がある。
このように、磁歪式トルクセンサにおいてはシャフトが磁化されないように細心の注意が必要であり、特にシャフト搬送中は厳重な管理が必要で、これが生産性に影響を及ぼしていた。
そこで、この発明は、シャフトの管理が容易で、生産性向上に寄与することができる磁歪式トルクセンサを提供するものである。

この発明に係る磁歪式トルクセンサでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、磁性材からなるシャフト（例えば、後述する実施例におけるピニオン軸５）と、該シャフトにその軸方向端部から所定距離離間した部位に施された磁歪部（例えば、後述する実施例における磁歪膜３１，３２）と、該磁歪部に対向して配置され磁歪部の磁気特性の変化を検出する検出コイル（例えば、後述する実施例における検出コイル３３，３４）と、を備えた磁歪式トルクセンサ（例えば、後述する実施例における磁歪式トルクセンサ３０）において、前記シャフトの軸方向端部に非磁性材料のメッキ（例えば、後述する実施例におけるメッキ層１４）が施されていることを特徴とする。
このように構成することにより、シャフトの端部に磁化された物が接触してもシャフトが磁化されることはない。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の発明において、運転者の操舵入力を検出し検出した操舵入力に応じてモータ（例えば、後述する実施例におけるモータ６０）を駆動して車両を転舵させる電動パワーステアリング装置（例えば、後述する実施例における電動パワーステアリング装置１００）に組み込まれ、前記シャフトの一端に、運転者または前記モータにより発生したトルクを車輪（例えば、後述する実施例における前輪１０）に伝達するための減速機構（例えば、後述する実施例におけるピニオン７）が一体に設けられていることを特徴とする。
このように構成することにより、電動パワーステアリング装置用のトルクセンサのシャフトの管理が容易になる。

請求項１に係る発明によれば、シャフトの端部に磁化された物が接触してもシャフトが磁化されることがなくなるので、シャフトの管理が容易になり、生産性が向上する。また、完成品としての磁歪式トルクセンサについてもシャフトが磁化されにくくなるので、管理し易くなる。また、磁歪部に磁気的悪影響がないので、磁歪式トルクセンサの検出精度が向上する。

請求項２に係る発明によれば、電動パワーステアリング装置用のトルクセンサの製造過程において、シャフトの管理が容易になり、生産性が向上する。また、完成品としての電動パワーステアリング装置用磁歪式トルクセンサについても、管理し易くなる。また、磁歪部に磁気的悪影響がないので、磁歪式トルクセンサの検出精度が向上する。

以下、この発明に係る磁歪式トルクセンサの実施例を図１から図５の図面を参照して説明する。なお、この実施例における磁歪式トルクセンサは、運転者の操舵入力を検出し、検出した操舵入力に応じてモータを駆動して車両を転舵させる電動パワーステアリング装置に組み込まれたトルクセンサの態様である。

図１は電動パワーステアリング装置１００の概略構成図であり、図２は図１Ａ−Ａ矢視の詳細断面図である。
パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール（操作子）２に連結されたステアリングシャフト１を備えている。ステアリングシャフト１は、ステアリングホイール２に一体結合されたメインステアリングシャフト３と、ラック＆ピニオン機構のピニオン７が一体的に設けられたピニオン軸５とが、ユニバーサルジョイント４によって連結されて構成されている。

ピニオン軸５は磁性材で構成されていて、その下部、中間部、上部を軸受６ａ，６ｂ，６ｃによって支持されており、ピニオン７はピニオン軸５の下端部に一体に形成されている。ピニオン７には車幅方向に往復動し得るラック軸８のラック歯８ａが噛合し、ラック軸８はスプリング１６によって付勢されたラックガイド１７によってピニオン７側に押圧されている。ラック軸８の両端に設けられたラックエンド８ｂにはそれぞれタイロッド９が連結され、タイロッド９に転舵輪としての前輪１０が連係されている。この構成により、ステアリングホイール２の操舵時に通常のラック＆ピニオン式の転舵操作が可能であり、前輪１０，１０を転舵させて車両の向きを変えることができる。ここで、ラック軸８、タイロッド９は転舵機構を構成する。

また、電動パワーステアリング装置１００は、ステアリングホイール２による操舵力を軽減するための操舵補助力を発生させるブラシレスモータからなるステアリングモータ（以下、モータと略す）６０を備えている。モータ６０はステアリングギヤボックスのハウジング（以下、ギヤボックスハウジングと略す）２０に締結されており、ギヤボックスハウジング２０内に挿入された出力軸６１にはウォームギヤ１２が形成され、このウォームギヤ１２が、ピニオン軸５に一体的に設けられたウォームホイールギヤ１３に噛合している。ウォームギヤ１２とウォームホイールギヤ１３は減速機構を構成し、モータ６０で発生したトルクは、ウォームギヤ１２とウォームホイールギヤ１３により倍力されてピニオン軸５に伝達される。

ピニオン軸５において上部の軸受６ｃを間に挟んで上部および下部の外周面には、磁歪膜（磁歪部）３１，３２が設けられており、これら磁歪膜３１，３２に対向して検出コイル３３，３４が配置されている。なお、磁歪膜３１，３２はピニオン軸５の軸方向端部から所定距離離間した部位に設けられている。検出コイル３３，３４はコイルケース３５，３６を介してギヤボックスハウジング２０に取り付けられており、検出回路（図示略）に接続されている。この検出回路は、磁歪に起因して生じる各検出コイル３３，３４のインダクタンスの変化を電圧変化に変換して制御装置（図示略）に出力し、制御装置は各検出回路の出力に基づいてステアリングシャフト１に作用する操舵トルクを算出する。このパワーステアリング装置１００において、ピニオン軸５と磁歪膜３１，３２と検出コイル３３，３４は、操舵トルク（操舵入力）を検出する磁歪式トルクセンサ３０を構成する。

ピニオン軸５において磁歪膜３１の上側にはシール部１１が形成されており、このシール部１１とギヤボックスハウジング２０との間にオイルシール４０が装着されている。ピニオン軸５はシール部１１より下側をギヤボックスハウジング２０内に収容し、シール部１１より上側をギヤボックスハウジング２０から露出させている。
そして、図３に示すように、ピニオン軸５において磁歪膜３１よりも上側（図３において矢印Ｂより上側）の端部外周面には、非磁性材からなるメッキ層１４が形成されている。
この電動パワーステアリング装置１００は、磁歪式トルクセンサ３０によって運転者の操舵トルク（操舵入力）を検出し、検出した操舵トルクに応じてモータ６０を駆動して前輪１０を転舵する。

ところで、電動パワーステアリング装置１００を製造する過程においては、ピニオン軸５に磁歪膜３１，３２を形成したり、ピニオン軸５の下端部にピニオン７を形成したり、ピニオン軸５にウォームホイールギヤ１３を取り付けるなど種々の工程があり、ピニオン軸５を工程間で移動させる必要がある。
このピニオン軸５の搬送には、図４に示される搬送用パレット（以下、パレットと略す）５０に収容して複数本まとめて搬送する。

パレット５０は非磁性鋼板（例えばステンレス鋼板）で構成されており、上部を開口させた矩形箱形をなし、高さ方向の途中に上下１対の支持板５１，５２が取り付けられている。下側の支持板５２にはピニオン軸５の最大径部１５を係止する孔５２ａが多数形成されており、上側の支持板５１には最大径部１５を挿通させる孔５１ａが孔５２ａと同心上に多数形成されている。

図５に示すように、パレット５０の孔５１ａ，５２ａにピニオン軸５を挿入することにより、ピニオン軸５は起立した状態でパレット５０に収容され支持される。このようにピニオン軸５をパレット５０に収容させた状態では、下側の支持板５２の孔５２ａの上にピニオン軸５の最大径部１５が係止し、ピニオン軸５の下端はパレット５０の底板部５３から若干離間して位置し、上側の支持板５１の孔５１ａにピニオン軸５のシール部１１が挿通している。つまり、上側の支持板５１から露出するのはピニオン軸５におけるメッキ層１４だけである。このメッキ層１４を掴んでピニオン軸５をパレット５０に対して出し入れすることができる。

したがって、ピニオン軸５をパレット５０に収容して搬送している間は、ピニオン軸５においてパレット５０から露出しているメッキ層１４に磁化された物、例えば磁石付きの工具等が接触しても、ピニオン軸５が磁化されることはない。その結果、ピニオン軸５の管理が容易になり、生産性が向上する。また、磁歪膜３１，３２に磁気的悪影響がないので、磁歪式トルクセンサ３０の検出精度が向上する。

また、ピニオン軸５をギヤボックスハウジング２０に組み込み、磁歪式トルクセンサ３０として完成した後についても、図２に示すように、ピニオン軸５においてギヤボックスハウジング２０から露出するのはメッキ層１４だけであるので、メッキ層１４に磁石付きの工具等が接触してもピニオン軸５が磁化されることはない。その結果、磁歪式トルクセンサ３０の管理が容易になり、取り扱い易くなる。また、磁歪膜３１，３２に磁気的悪影響がないので、磁歪式トルクセンサ３０の検出精度が向上する。

なお、非磁性材からなるメッキ層１４を無電解ニッケルメッキで形成した場合には、寸法精度が高いので、オイルシール４０が接触するシール部１５をメッキ層１４のメッキ後に仕上げ処理をする必要がなく、生産性が更に向上する。また、無電解ニッケルメッキは防錆効果もあるので、室外にステアリングシャフト１が配置されるレイアウトの車両では、防錆処理を施す必要がなく、生産性が向上する。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例ではピニオン軸５において磁歪膜３１，３２が設けられている側の端部（すなわち、図３においてピニオン軸５の上端側）に非磁性材からなるメッキ層１４を設けたが、ピニオン７が設けられている側の端部（すなわち、図３においてピニオン軸５の下端側）に非磁性材からなるメッキ層１４を設けてもよいし、あるいはこれら両端部にに非磁性材からなるメッキ層１４を設けてもよい。

この発明に係る磁歪式トルクセンサを備えた電動パワーステアリング装置の概略構成図である。図１Ａ−Ａ矢視の詳細断面図である。実施例におけるピニオン軸の正面図である。ピニオン軸搬送用パレットの一例を示す斜視図である。多数のピニオン軸が収容されたときの搬送用パレットの断面図である。

符号の説明

５ピニオン軸（シャフト）
７ピニオン（減速機構）
１０前輪（車輪）
１４メッキ層（メッキ）
３０磁歪式トルクセンサ
３１，３２磁歪膜（磁歪部）
３３，３４検出コイル
６０モータ
１００電動パワーステアリング装置

Claims

磁性材からなるシャフトと、
該シャフトにその軸方向端部から所定距離離間した部位に施された磁歪部と、
該磁歪部に対向して配置され磁歪部の磁気特性の変化を検出する検出コイルと、
を備えた磁歪式トルクセンサにおいて、
前記シャフトの軸方向端部に非磁性材料のメッキが施されていることを特徴とする磁歪式トルクセンサ。
運転者の操舵入力を検出し検出した操舵入力に応じてモータを駆動して車両を転舵させる電動パワーステアリング装置に組み込まれ、
前記シャフトの一端に、運転者または前記モータにより発生したトルクを車輪に伝達するための減速機構が一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の磁歪式トルクセンサ。