JP2007333678A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出コイルに対して回路基板を任意の位置関係で配置可能とする。
【解決手段】検出コイル２３のコイル端子２１ａと回路基板２４のスルーホールとを複数のバスバー２６ａが一体成型されたバスバー部材２６を介して接続する。検出コイル２３と回路基板２４とを直接接続した場合、検出コイル２３の軸に対して回路基板２４は平行に配置されることになるが、バスバー部材２６を介して接続することにより例えば検出コイル２３の軸に対して回路基板２４を垂直に配置することが可能となり、バスバー２６を介して接続することにより、検出コイル２３に対する回路基板２４の取り付け角度を変更することができる。
【選択図】 図３

Description

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に関する。

従来、この種のトルクセンサは、特許文献１に開示されているように、入力トルクに応じた磁気変化を電気的変化に変換するための検出コイルを設け、トルク検出回路によりこの検出コイルを励磁すると共に、電気的変化をもとにトルク変化量を検出することにより入力トルクを検出している。そして、このトルク検出回路は回路基板に搭載され、この回路基板と検出コイルとは、検出コイルの入出力用のコイル端子を回路基板に形成されたスルーホールに挿入し、ハンダ付けを行うことで接続されるようになっている。
特開平０９−１０１２１２号公報

ところで、上述のように、回路基板のスルーホールに検出コイルのコイル端子を挿入しハンダ付けを行うことでこれらを接続する場合、例えば図６及び図７に示すように、検出コイル５１のコイル端子５２が、トーションバー５３の回転軸に対して垂直方向に伸びている場合には、コイル端子５２を回路基板５４のスルーホールに挿入したとき、回路基板５４は、回転軸と平行に配設されることになる。言い換えれば、回路基板５４を回転軸と平行となる位置にしか配置することができず、すなわち、前記回転軸に対する回路基板５４の取り付け角度が限定されてしまい、トルクセンサの配置先のスペースによっては、トルクセンサを配置することが困難な場合がある。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、検出コイルのコイル端子の向きや、回路基板のスルーホールへの取り付け可能な角度等に関わらず、検出コイルに対して回路基板を任意の角度に配置することの可能なトルクセンサを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るトルクセンサは、入出力端子を有し、回転体の回転に応じて発生する磁気変化を電気的変化に変換する検出コイルと、端子接続用のスルーホールを有し、当該スルーホールを介して前記検出コイルを励磁すると共に前記電気的変化に基づきトルク変化量を検出するトルク検出回路が搭載された回路基板と、を備えたトルクセンサにおいて、前記検出コイルの入出力端子と前記回路基板のスルーホールとをバスバーを介して接続することを特徴としている。

この請求項１に記載の発明では、検出コイルと回路基板とをバスバーを介して接続しているから、バスバーに対する検出コイルの取り付け角度及びバスバーに対する回路基板の取り付け角度を合計した角度が検出コイルに対する回路基板の取り付け角度となる。
また、請求項２に係るトルクセンサは、請求項１記載のトルクセンサにおいて、前記バスバーは、前記回転体の回転軸と平行な直線が前記回路基板と直交するように前記入出力端子と前記スルーホールとを接続可能な形状を有することを特徴としている。

また、請求項３に係るトルクセンサは、請求項１又は請求項２記載のトルクセンサにおいて、前記バスバーは、当該バスバーへの接続用の接続孔を有し、当該接続孔に前記検出コイルの入出力端子を挿入した後ハンダ付けすることで前記検出コイルと前記回路基板とを接続することを特徴としている。
また、請求項４に係るトルクセンサは、請求項１又は請求項２記載のトルクセンサにおいて、前記バスバーは、当該バスバーへの接続用のクリップを有し、当該クリップに前記検出コイルの入出力端子を挿入することで前記検出コイルと前記回路基板とを接続することを特徴としている。

また、請求項５に係るトルクセンサは、請求項１から請求項４の何れか１項に記載のトルクセンサにおいて、前記検出コイルは複数の入出力端子を有し、前記入出力端子と当該入出力端子に該当するスルーホールとを接続するための複数のバスバーは一体成型されていることを特徴としている。
さらに、請求項６に係るトルクセンサは、請求項１から請求項５の何れか１項に記載のトルクセンサにおいて、前記回転体は操舵装置を構成するステアリングシャフトであることを特徴としている。

本発明の請求項１に係るトルクセンサによれば、検出コイルと回路基板とをバスバーを介して接続しているから、バスバーに対する検出コイルの取り付け角度及びバスバーに対する回路基板の取り付け角度とを合計した角度を、検出コイルに対する回路基板の取り付け角度とすることができる。
また、請求項２に係るトルクセンサによれば、バスバーを介して接続することにより、回転体の回転軸と平行な直線と直交するように回路基板を配置することができる。
また、請求項３に係るトルクセンサによれば、バスバーと入出力端子とをハンダ付けにより接続しているから従来と同様の手順で入出力端子との接続を行うことができる。

また、請求項４に係るトルクセンサによれば、バスバーと入出力端子とをクリップで接続しているから、入出力端子との接続を容易に行うことができる。
また、請求項５に係るトルクセンサによれば、検出コイルの入出力端子と回路基板のスルーホールとを接続するための複数のバスバーを一体成型しているから、これら間の接続を容易に行うことができる。
さらに、請求項６に係るトルクセンサによれば、回転体は操舵装置を構成するステアリングシャフトであるから、バスバーを介して回路基板を取り付けることによって、トルクセンサの配置先のスペース等に応じて、ステアリングシャフトに対する回路基板の取り付け角度を容易に変更することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
この実施の形態は、図１に示すように、本発明に係るトルクセンサを、車両の電動パワーステアリング装置に適用したものである。
まず、構成を説明する。
基本的な構成は、公知の電動パワーステアリング装置と同様であって、ハウジング１内には、トーションバー４を介して接続されたスタブシャフト２及びピニオンシャフト３が、軸受け５ａ、５ｂ、５ｃによって回転自在に支持され、これらスタブシャフト２、ピニオンシャフト３及びトーションバー４は同軸に配置されている。また、スタブシャフト２及びピニオンシャフト３は、鉄などの磁性材料から形成されている。

前記ピニオンシャフト３には、ピニオンギヤ７を形成し、このピニオンギヤ７を、操舵機構のロッド８に形成したラックギヤ９に噛み合わせている。また、スタブシャフト２は図示しないステアリングホイールと一体に回転するように構成されている。したがって、ドライバがステアリングホイールを操舵することによって発生した操舵力は、スタブシャフト２、トーションバー４、ピニオンシャフト３に伝達され、ピニオンシャフト３が回転してピニオンギヤ７が回ると、それに伴ってロッド８が移動し、図示しない車輪を転舵させることになる。

そして、ピニオンシャフト３には、これと同軸且つ一体に回転するウォームホイール１１が外嵌し、このウォームホイール１１の樹脂製の噛合部１１ａと、電動モータ１２の出力軸１２ａ外周面に形成されたウォーム１２ｂとがかみ合っている。したがって、電動モータ１２の回転力は、その出力軸１２ａ、ウォーム１２ｂ、ウォームホイール１１を介してピニオンシャフト３に伝達されるようになっており、電動モータ１２の回転方向を適宜切り換えることにより、ピニオンシャフト３に任意の方向の操舵補助トルクが付与されるようになっている。
さらに、スタブシャフト２の端部に設けられた凸部２ａとピニオンシャフト３の端部に設けられた凹部３ａとが周方向に若干の隙間を保って嵌合しており、トーションバー４のねじれ角を規制するメカニカルストッパを形成している。このメカニカルストッパによりトーションバー４の耐久性を確保している。

さらに、スタブシャフト２のピニオンシャフト３側の端部周囲には、入力されるトルクに比例して弾性変形部材であるトーションバー４が捩じれることに基づき、操舵トルクを検出するトルクセンサ２０が設けられている。このトルクセンサ２０は、ロータリ式非接触トルクセンサであって、コイルが巻き付けられる２つのコイルボビン２１及びこれら２つのコイルボビン２１を内側に収容する円筒状のコイルヨーク２２とからなる検出コイル２３と、コイル内に発生した電流を検出する回路基板２４と、スタブシャフト２に取り付けられたスリーブ２５とから構成される。前記コイルボビン２１及びコイルヨーク２２からなる検出コイル２３はハウジング１内に配設され、回路基板２４はハウジング外の、スタブシャフト２の回転軸と平行な直線と直交する方向に伸びるセンサケース３０内に配置され、コイルボビン２１に設けられたコイル端子（入出力端子）２１ａの端部がハウジング１を貫通して、センサケース３０内に至っており、検出コイル２３は、コイル端子２１ａ及びバスバー部材２６を介して、センサケース３０内に配置される回路基板２４に接続されている。

トルクセンサ２０は、トーションバー４の捩れに基づくスタブシャフト２とピニオンシャフト３との相対角度変位を所定の磁気回路におけるインピーダンスの変化としてコイルにより検出し、電気信号として図示しない制御回路へ出力するものであり、例えば、特開平９−１０１２１２号公報に開示されているので、その動作の詳細な説明はここでは行わない。

図２は、バスバー部材２６の詳細を示したものであって、このバスバー部材２６は、複数（例えば４つ）のバスバー２６ａが成型材２６ｂ上に一体成型されて構成され、各バスバー２６ａの一端は成型材２６ｂよりも突出して形成されている。バスバー２６ａの他端は、成型材２６ｂ上に位置し、バスバー２６ａ及び成型材２６ｂを貫通する接続孔２６ｃが形成されている。

図３は、トルクセンサ２０の、回路基板２４と検出コイル２３との接続部分の詳細を示す図である。
図３に示すように、前記検出コイル２３は、前記コイルボビン２１に接続される２つのコイル端子２１ａを有し、このコイル端子２１ａは、図３（ａ）に示すように、スタブシャフト２の回転軸である検出コイル２３の軸に対して垂直方向に伸びて形成されている。
そして、検出コイル２３とバスバー部材２６とは、コイル端子２１ａを、バスバー２６ａの接続孔２６ｃに挿入しハンダ付けを行うことにより接続される。つまり、バスバー部材２６は、スタブシャフト２の回転軸に対し平行に配置される。

また、回路基板２４とバスバー部材２６とは、バスバー部材２６の各バスバー２６ａの突出した側の端部を、回路基板２４に形成された接続用のスルーホール２４ａに挿入し、ハンダ付けを行うことにより接続される。つまり、回路基板２４は、バスバー部材２６に対して垂直となるように配置される。したがって、回路基板２４は、スタブシャフト２の回転軸と平行な直線と直交するように配置されることになる。

ここで、図６及び図７に示す従来のように、コイル端子５２と、回路基板５４とを直接接続した場合、コイル端子５２は前述のように、回転軸に対して直交する方向に伸びているため、回路基板５４とコイル端子５２とを接続することにより、回路基板５４は回転軸に対して平行となる位置に配置されることになる。つまり、回路基板５４は、スタブシャフト５５と平行に配置されることになる。

これに対し、上述のように、コイル端子２１ａと回路基板２４とをバスバー部材２６を介して接続することによって、回路基板２４の、スタブシャフト２に対する取り付け角度を容易に変更することができる。したがって、トルクセンサ２０の取り付け先のスペース等に応じて、コイル端子２１ａと回路基板２４とをバスバー部材２６を介して接続することによって、回路基板２４や、コイル端子２１ａ等各部は共通のまま、バスバー２６ａを新たに追加するだけで、スタブシャフト２に対する回路基板２４の取り付け角度を、平行とするか垂直とするか、を容易に切り換えることができる。

また、検出コイル２３の発熱等による、回路基板２４の熱環境を考慮する必要がある場合には、上述のように、スタブシャフト２の軸と平行な直線に対して、回路基板２４が直交するように配置することによって、回路基板２４をスタブシャフト２と平行となるように配置する場合に比較して、回路基板２４が、検出コイル２３の発熱等によりうける影響を低減することができ、効果的である。

また、このとき、回路基板２４の各スルーホール２４ａと各コイル端子２１ａとを接続するための複数のバスバー２６ａを、図２に示すように一体成型しているから、複数のバスバー２６ａの配置等を考慮する必要はなく、また、バスバー２６ａとの接続はこれまでと同様に、ハンダ付けによって行っているから大幅な手順の変更を伴うことなく容易に実現することができる。

また、バスバー部材２６と検出コイル２３とを接続する際の向きや、バスバー部材２６と回路基板２４とを接続する際の向きを変更することにより、検出コイル２３に対する回路基板２４の相対位置を変化させることができるから、状況に応じて最適な配置位置となるようにバスバー部材２６と、検出コイル２３及び回路基板２４とを接続する際の向きや位置を調整することによって、状況に適した配置を実現することができる。さらに、複数のバスバー部材２６を介して回路基板２４と検出コイル２３とを接続するようにしてもよく、介在するバスバー部材の枚数を増加することによって、スタブシャフト２に対する回路基板２４の取り付け角度の自由度をさらに広げることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、バスバー部材２６に替えてバスバー部材２７が設けられていること以外は同様であるので同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図４（ａ）は、第２の実施の形態におけるバスバー部材２７の概略構成を示したものである。この第２の実施の形態におけるバスバー２７ａはクリップ式のバスバーで構成されている。上記第１の実施の形態と同様に、バスバー２７ａの一端は成型材２７ｂから突出し、他端は、成型材２７ｂ上に配置されているが、バスバー２７ａの成型材２７ｂ側の端部には図４（ｂ）に示すクリップ２７ｃが接続され、このクリップ２７ｃは、成型材２７ｂに貫通して形成された接続孔２７ｄと対向する位置に配置されている。

そして、コイル端子２１ａを、接続孔２７ｄを介してそれぞれ対応するクリップ２７ｃに挿入することにより、バスバー部材２７と検出コイル２３とが接続され、バスバー２７ａのそれぞれを、回路基板２４の対応するスルーホール２４ａに挿入しハンダ付けを行うことにより、回路基板２４とバスバー２７ａとが接続される。
したがって、この第２の実施の形態も上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができると共に、この第２の実施の形態では、クリップ式のバスバー２７ａを用いているから、コイル端子２１ａをクリップ２７ｃに挿入するだけで接続することができる。したがって、その分ハンダ付けを行う必要がなく、作業時間の短縮を図ることができる。

なお、上記各実施の形態においては、本発明に係るトルクセンサを車両用の電動パワーステアリング装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の用途のトルクセンサであっても適用することができる。
また、上記各実施の形態においては、２つのコイルボビン２１を用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば一体成型したコイルボビンであっても適用することができる。

また、上記各実施の形態においては、コイル端子２１ａが、回転軸と直交する方向に伸びる場合について説明したが、これに限るものではなく任意の方向に伸びる端子であっても適用することができる。例えば途中で直角に曲がっているコイル端子に適用した場合には、このコイル端子に直接回路基板２４を接続した場合、回路基板２４は回転軸に対して垂直にしか配置することができないが、バスバー部材２６又は２７を介して接続することによって、例えば回転軸に対して平行に配置することも可能である。

本発明の一実施の形態を示す全体の断面図である。 バスバー部材の構造を示す上面図である。 回路基板と検出コイルとの接続部分の詳細を示す、（ａ）側面図、（ｂ）上面図である。 第２の実施の形態におけるバスバー部材の構造を示す、（ａ）上面図、（ｂ）クリップ部分の詳細図である。 第２の実施の形態における、回路基板と検出コイルとの接続部分の詳細を示す（ａ）側面図、（ｂ）上面図である。 回路基板と検出コイルとの従来の接続部分の詳細を示す、（ａ）側面図、（ｂ）上面図である。 従来の方法で回路基板を取り付けた場合の全体構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ スタブシャフト
３ ピニオンシャフト
４ トーションバー
２０ トルクセンサ
２１ コイルボビン
２１ａ コイル端子
２２ コイルヨーク
２３ 検出コイル
２４ 回路基板
２６、２７ バスバー部材
２６ａ、２７ａ バスバー
２７ｃ クリップ

Claims (6)

1. 入出力端子を有し、回転体の回転に応じて発生する磁気変化を電気的変化に変換する検出コイルと、
   端子接続用のスルーホールを有し、当該スルーホールを介して前記検出コイルを励磁すると共に前記電気的変化に基づきトルク変化量を検出するトルク検出回路が搭載された回路基板と、を備えたトルクセンサにおいて、
   前記検出コイルの入出力端子と前記回路基板のスルーホールとをバスバーを介して接続することを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記バスバーは、前記回転体の回転軸と平行な直線が前記回路基板と直交するように前記入出力端子と前記スルーホールとを接続可能な形状を有することを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
3. 前記バスバーは、当該バスバーへの接続用の接続孔を有し、
   当該接続孔に前記検出コイルの入出力端子を挿入した後ハンダ付けすることで前記検出コイルと前記回路基板とを接続することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のトルクセンサ。
4. 前記バスバーは、当該バスバーへの接続用のクリップを有し、
   当該クリップに前記検出コイルの入出力端子を挿入することで前記検出コイルと前記回路基板とを接続することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のトルクセンサ。
5. 前記検出コイルは複数の入出力端子を有し、
   前記入出力端子と当該入出力端子に該当するスルーホールとを接続するための複数のバスバーは一体成型されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のトルクセンサ。
6. 前記回転体は操舵装置を構成するステアリングシャフトであることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載のトルクセンサ。

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