JP2008083063A - 磁歪式トルクセンサ及び磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させること。
【解決手段】電動パワーステアリング装置１０は磁歪式トルクセンサ４１を備える。磁歪式トルクセンサは、一端部２４ａが自由端であり中間部２４ｄ及び他端部２４ｂが軸受５５〜５７を介してハウジング５１で支持された回転軸２４と、回転軸の一端部と中間部との間の表面に設けられ、トルクに応じて磁歪特性が変化する２つの磁歪部８１，８２と、磁歪部の近傍に配置され、磁歪部に生じた磁歪効果を検出するコイルとからなる。回転軸の一端部は、自在軸継手２３及びステアリングハンドルに連結される。回転軸の他端部２４ｂは、ラックアンドピニオン機構２５を介して操舵車輪に連結される。回転軸は、２つの磁歪部の間の位置が軸受６１によって支持される。
【選択図】図３

Description

本発明は、磁歪式トルクセンサと、この磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。

電動パワーステアリング装置には、運転者の操舵トルクに電動モータの補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸で操舵車輪を操舵するものがある。このような電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングハンドルを操舵することで、その操舵トルクを回転軸からラックアンドピニオン機構を介してラック軸に伝えるとともに、磁歪式トルクセンサで検出した操舵トルクに応じて発生した補助トルクをも、ラック軸に伝えるようにしたものであり、各種知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２４５６３６公報

図７（ａ），（ｂ）は従来の電動ステアリング装置の概要図である。
図７（ａ）に示すように、特許文献１による従来の電動パワーステアリング装置１００は、図示せぬステアリングハンドルにステアリングシャフト及び自在軸継手１０１を介して回転軸１０２の一端部１０２ａを連結し、この回転軸１０２の他端部１０２ｂにラックアンドピニオン機構１０３を介してラック軸１０４を連結し、このラック軸１０４に操舵車輪を連結したというものである。回転軸１０２は、一端部１０２ａを除いて、他の部分だけが２個の軸受１０５，１０６を介してハウジング１０７で支持されたものである。つまり、回転軸１０２のうち、ラックアンドピニオン機構１０３のピニオン１０８の両端部だけを２個の軸受１０５，１０６で支持することになる。

さらに電動パワーステアリング装置１００は、磁歪式トルクセンサ１１０を備えている。磁歪式トルクセンサ１１０は、ステアリングハンドルに加えられたステアリング系の操舵トルクを検出するものであり、回転軸１０２の一端部１０２ａの表面に設けられた磁歪膜１１１，１１２と、この磁歪膜１１１，１１２の近傍に配置されたコイル１１３，１１４とからなる。回転軸１０２に作用するトルクに応じて磁歪膜１１１，１１２の磁歪特性が変化するので、これをコイル１１３，１１４で検出することにより、トルクを磁気的に検出することができる。

ステアリングハンドルを操舵したときに、ピニオン１０８には操舵トルクに応じた反力Ｆ１（図７（ｂ）参照）が作用する。図７（ｂ）に示すように、この反力Ｆ１によって、回転軸１０２には曲げモーメントが作用するので、回転軸１０２は想像線にて示されるように撓む。
この場合、回転軸１０２の一端部１０２ａは、反力Ｆ１による曲げモーメントの作用で発生した撓み角αの影響で撓む。

ところで図７（ａ）に示すように、回転軸１０２の中心線ＣＬ１１に対して、自在軸継手１０１の中心線ＣＬ１２は角度θ２（以下、「傾き角θ２」と言う。）だけ傾いている。傾き角θ２は、ステアリングハンドルやハウジング１０７の配置関係によって決まるものであり、ステアリングハンドルとピニオン１０８との等速性、つまり、ステアリングハンドルの操舵速度に対してピニオン１０８の回転速度を同等にすることをも考慮して、概ね１０°〜３０°に設定されている。
しかも、自在軸継手１０１は、回転軸１０２の一端部１０２ａに連結されることによって、回転軸１０２の軸方向への移動が規制されている。

中心線ＣＬ１１，ＣＬ１２同士が合致している場合、つまり、傾き角θ２が０（θ２＝０）の場合には、回転軸１０２の一端部１０２ａが撓んでも、自在軸継手１０１がある程度追従する。

しかし、回転軸１０２の中心線ＣＬ１１に対して、ステアリングシャフト及び自在軸継手１０１の中心線ＣＬ１２が傾いている場合には、回転軸１０２の一端部１０２ａの撓みに追従するには限界がある。このため、自在軸継手１０１は、回転軸１０２の一端部１０２ａが撓もうとしたときに、引張る作用をなし、その引張り力によって、一端部１０２ａの撓み作用を抑制する働きをする。この結果、一端部１０２ａには撓みを抑制する力Ｆ２、つまり抑制力Ｆ２が作用することになる。この抑制力Ｆ２は、操舵トルクに応じて大きくなるものである。

例えば、ステアリングハンドルによってラック軸１０４をスライド終端位置までスライドさせたときには、ラック軸１０４はこれ以上スライドできない。それでもステアリングハンドルを操舵した場合には、操舵トルクが一層大きくなる。この結果、抑制力Ｆ２が増大するので、回転軸１０２の一端部１０２ａには大きい曲げモーメントが作用する。

本発明は、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができる技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明では、回転軸の表面に且つ回転軸の軸長手方向に所定の間隔を有して設けられ、トルクに応じて磁歪特性が変化する２つの磁歪部と、この２つの磁歪部の近傍に配置され、２つの磁歪部に生じた磁歪効果を検出するコイルとからなる、磁歪式トルクセンサであって、回転軸は、２つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、請求項１において、前記回転軸の一端部は、径方向に支持されることのない、自由端であることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、請求項１に記載の磁歪式トルクセンサは、ステアリングハンドルで発生したステアリング系の操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサとして用いられ、前記操舵トルクに基づいて電動モータを駆動することにより操舵車輪の操舵を行う電動パワーステアリング装置に搭載されるものであり、前記回転軸の一端部は、自在軸継手及びステアリングシャフトを介して前記ステアリングハンドルに連結される軸端部分であり、前記回転軸の他端部は、ラックアンドピニオン機構を介して前記操舵車輪に連結される軸端部分であることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、回転軸は２つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持される。このため、曲げ荷重が回転軸に作用しても、回転軸における２つの磁歪部の間の位置の撓みを規制することができる。この結果、回転軸における２つの磁歪部の位置の撓みも規制される。従って、２つの磁歪部とコイルとの間の空隙（エアギャップ）に、過大な偏りが発生することはない。
また、曲げ荷重によって回転軸が撓むことで、２つの磁歪部には、引張り応力が生じる部分と、圧縮応力が生じる部分とがある。しかし、過大な曲げ荷重による回転軸の撓みが規制されるので、磁歪部のうち、引張り応力が生じる部分の磁歪特性と、圧縮応力が生じる部分の磁歪特性との差を極力抑制することができる。
このようなことから、回転軸及び２つの磁歪部は、回転軸に作用する曲げ荷重の影響を抑制することができる。従って、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。

さらには、回転軸のうち、２つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持されるので、回転軸に曲げモーメントが作用したときに、２つの磁歪部には概ね同等の曲げモーメントが作用する。このため、２つの磁歪部に各々作用する曲げモーメントの影響を概ね同等にすることができる。この結果、２つの磁歪部における各々の磁歪特性を、概ね同等にすることができる。従って、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。

請求項２に係る発明では、回転軸の一端部を自由端としたものである。このため、回転軸のうち、２つの磁歪部の間を支持している軸受よりも他端寄りの位置に、曲げ荷重が作用した場合に、磁歪部には比較的小さい曲げモーメントが作用するだけですむ。この結果、磁歪部に作用する曲げモーメントの影響を一層低減することができる。従って、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。

請求項３に係る発明では、運転者がステアリングハンドルを操舵することで、その操舵トルクが自在軸継手を介して回転軸の一端部に伝わるときに、回転軸に対して自在軸継手が傾斜している分だけ、自在軸継手から回転軸の一端部へ曲げ荷重が作用する。

回転軸における２つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持されているので、過大な曲げ荷重が回転軸の一端部に作用しても、回転軸の撓みを規制することができる。従って、２つの磁歪部とコイルとの間の空隙（エアギャップ）に、過大な偏りが発生することはない。

また、曲げ荷重によって回転軸が撓むことで、磁歪部には、引張り応力が生じる部分と、圧縮応力が生じる部分とがある。しかし、過大な曲げ荷重による回転軸の撓みが規制されるので、磁歪部のうち、引張り応力が生じる部分の磁歪特性と、圧縮応力が生じる部分の磁歪特性との差を極力抑制することができる。

このようなことから、回転軸及び磁歪部は、操舵トルクの大きさにかかわらず、自在軸継手から回転軸へ作用する曲げ荷重の影響を抑制することができる。従って、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。以下、トルクセンサを電動パワーステアリング装置に搭載した例を説明する。

図１は本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。電動パワーステアリング装置１０は、車両のステアリングハンドル２１から車両の操舵車輪（前輪）２９，２９に至るステアリング系２０と、このステアリング系２０に補助トルクを加える補助トルク機構４０とからなる。

ステアリング系２０は、ステアリングハンドル２１にステアリングシャフト２２及び自在軸継手２３，２３を介してピニオン軸２４（つまり、回転軸２４）の一端部２４ａを連結し、ピニオン軸２４の他端部２４ｂにラックアンドピニオン機構２５を介してラック軸２６を連結し、ラック軸２６の両端に左右のタイロッド２７，２７及びナックル２８，２８を介して左右の操舵車輪２９，２９を連結したものである。
ラックアンドピニオン機構２５は、ピニオン軸２４に形成したピニオン３１と、ラック軸２６に形成したラック３２とからなる。

ステアリング系２０によれば、運転者がステアリングハンドル２１を操舵することで、その操舵トルクによりラックアンドピニオン機構２５を介して、操舵車輪２９，２９を操舵することができる。

補助トルク機構４０は、ステアリングハンドル２１に加えたステアリング系２０の操舵トルクをトルクセンサ４１で検出し、この検出信号に基づき制御部４２で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータ４３で発生し、補助トルクをウォームギヤ機構４４を介してピニオン軸２４に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸２４からステアリング系２０のラックアンドピニオン機構２５に伝達するようにした機構である。
電動パワーステアリング装置１０によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ４３の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸２６で操舵車輪２９，２９を操舵することができる。

図２は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、左端部及び右端部を破断して表したものである。この図は、電動パワーステアリング装置１０のラック軸２６を、車幅方向（図２の左右方向）に延びるハウジング５１に、軸方向にスライド可能に収容したことを示す。
ラック軸２６は、ハウジング５１から突出した長手方向両端にボールジョイント５２，５２を介してタイロッド２７，２７を連結した軸である。５３，５３はダストシール用ブーツである。

図３は図２の３−３線断面図であり、電動パワーステアリング装置１０の縦断面構造を示す。図４は図３に示されるトルクセンサ周りの拡大図である。
図３に示すように、電動パワーステアリング装置１０は、ピニオン軸２４、ラックアンドピニオン機構２５、トルクセンサ４１及びウォームギヤ機構４４をハウジング５１に収納し、このハウジング５１の上部開口を上部ハウジング５４で塞いだものである。以下、「ハウジング５１」と言うときには、上部ハウジング５４を含むものとする。

電動モータ４３はモータ軸が、紙面の向こう側から手前のハウジング５１内に水平に延びたものである。モータ軸は、ウォームギヤ機構４４のウォーム軸４６を連結した出力軸である。ウォーム軸４６は、一体に形成したウォーム４７を備える。ハウジング５１は、水平に延びるウォーム軸４６の両端部を、軸受を介して回転可能に支承することになる。

ウォームギヤ機構４４は、駆動側のウォーム４７にトルク伝達用ウォームホイール４８を噛合わせることで、ウォーム４７からトルク伝達用ウォームホイール４８を介して負荷側にトルクを伝達するようにした構成である。さらにウォームギヤ機構４４は、トルク伝達用ウォームホイール４８の他に補助ウォームホイール４９を備える。補助ウォームホイール４９は、ウォーム４７とトルク伝達用ウォームホイール４８との間の、バックラッシを除去するために設けた補助的な歯車である。

図１及び図３に示すように、ピニオン軸２４（回転軸２４）の一端部２４ａは、自在軸継手２３，２３及びステアリングシャフト２２を介してステアリングハンドル２１に連結される軸端部分である。一端部２４ａは軸端に、自在軸継手２３を連結するためのセレーション２４ｃを有している。ピニオン軸２４の中心線ＣＬ１に対して、ピニオン軸２４の一端部２４ａに連結される自在軸継手２３の中心線ＣＬ２は、角度θ１（以下、「傾き角θ１」と言う。）だけ傾いている。
一方、ピニオン軸２４の他端部２４ｂは、ラックアンドピニオン機構２５を介して操舵車輪２９に連結される軸端部分である。

図３に示すように、ピニオン軸２４は、一端部２４ａを除いて、他の部分だけが３個の軸受５５〜５７を介してハウジング５１で支持されたものである。つまり、ピニオン軸２４は、一端部２４ａが自由端であり、中間部２４ｄ及び他端部２４ｂが軸受５５〜５７を介してハウジング５１で支持されている。

より詳しく説明すると、ピニオン軸２４は、軸長手中央部２４ｄ（中間部２４ｄ）にトルク伝達用ウォームホイール４８を備え、軸長手中央部２４ｄよりも一端側（一端部２４ａ）にトルクセンサ４１の磁歪部８１，８２を備え、軸長手中央部２４ｄよりも他端側（他端部２４ｂ）にピニオン３１を備えている。

ピニオン軸２４の他端部２４ｂの軸端位置は、第１の軸受５５を介して、ハウジング５１で回転可能に支持されている。ピニオン軸２４の中間部２４ｄにおいて、ピニオン３１とトルク伝達用ウォームホイール４８との間の位置は、第２軸受５６を介して、ハウジング５１で回転可能に支持されている。ピニオン軸２４の中間部２４ｄにおいて、トルク伝達用ウォームホイール４８と磁歪部８１，８２との間の位置は、第３軸受５７を介して、ハウジング５１で回転可能に支持されている。これら３個の軸受５５〜５７は、ボールベアリング等の転がり軸受である。
なお、ピニオン軸２４は、例えば、第２軸受５６が４点接触玉軸受（four point contact bearing）にて構成されること等により、ハウジング５１に対して軸方向移動が規制されている。

ここで、ピニオン軸２４の一端部２４ａとは、磁歪部８１，８２よりもセレーション２４ｃ側のことを言う。一端部２４ａは、３個の軸受５５〜５７で支持されないので、基本的には自由端であると言うことができる。

ところで、図３及び図４に示すように、ピニオン軸２４のうち磁歪部８１，８２の近傍、つまり、一端部２４ａと中間部２４ｄとの間２４ｅは、自由端用軸受６１で支持されている。自由端用軸受６１は、自由端である一端部２４ａと中間部２４ｄとの間２４ｅを支持する軸受なので、自由端用軸受と呼ぶ。自由端用軸受６１による支持構造について、以下に説明する。

図５（ａ），（ｂ）は図４に示される自由端用軸受及び弾性体周りの断面図兼作用図である。図４及び図５（ａ）に示すように、自由端用軸受６１は、ボールベアリング等の転がり軸受である。この自由端用軸受６１は、弾性体６３を介してハウジング５１で支持されている。

詳しく述べると、ピニオン軸２４のうち、２つの磁歪部８１，８２間を自由端用軸受６１内に嵌合することで、自由端用軸受６１で一端部２４ａと中間部２４ｄとの間２４ｅを回転可能に支持することができる。
この自由端用軸受６１は、環状の軸受保持部材６２内に相対回転及び軸方向移動が規制されて、取り付けられている。軸受保持部材６２は、外周面６２ａに環状の溝６２ｂを有しており、この溝６２ｂに環状の弾性体６３が嵌合にて取り付けられている。弾性体６３は、ラバー等の所定の柔軟性を有する材料からなり、例えばＯリングからなる。

このような軸受保持部材６２は、ハウジング５１内に軸方向移動が規制されて、収納されることになる。ハウジング５１の内径Ｄ１に対して軸受保持部材６２の外径Ｄ２は小さく設定されている。このため、ハウジング５１の内面５１ａと軸受保持部材６２の外周面６２ａとの間には、寸法δの隙間Ａｇを有している。ハウジング５１に軸受保持部材６２を嵌合したときに、弾性体６３の外周面はハウジング５１の内面５１ａにほぼ均一に接触した状態となる。

ピニオン軸２４の一端部２４ａと中間部２４ｄとの間２４ｅは、隙間Ａｇの寸法δ分だけ径方向へ変位することができる。つまり、ピニオン軸２４に撓みが発生したときには、径方向に作用する力に応じて、弾性体６３は弾性変形し得る。この結果、図５（ｂ）に示すように、軸受保持部材６２は、外周面６２ａがハウジング５１の内面５１ａに当たるまで変位できる。このときにピニオン軸２４の中心線ＣＬ１は、寸法δだけ偏心する。このようにして、ハウジング５１でピニオン軸２４の一端部２４ａと中間部２４ｄとの間２４ｅを、ある程度の偏心可能に支持、いわゆるフローティング支持することができる。

図３に示すように、ハウジング５１は、オイルシール５８及びラックガイド７０を備える。ラックガイド７０は、ラック３２の反対側からラック軸２６に当てるガイド部７１と、ガイド部７１を圧縮ばね７２を介して押す調整ボルト７３と、ラック軸２６の背面を滑らせる当て部材７４と、調整ボルト７３の位置決めをするロックナット７５とからなる。

図３及び図４に示すように、トルクセンサ４１は、ピニオン軸２４と、このピニオン軸２４の一端部２４ａと中間部２４ｄとの間２４ｅの表面に設けられ、トルクに応じて磁歪特性が変化する上下一対の磁歪部８１，８２と、この磁歪部８１，８２の近傍に配置され、磁歪部８１，８２に生じた磁歪効果を検出するコイル８５，８５とからなる、磁歪式トルクセンサである。
言い換えると、トルクセンサ４１は、ピニオン軸２４に設けた一対の磁歪部８１，８２と、磁歪部８１，８２の周囲に設けた一対の検出部８３，８３とからなる。

図４に示すように、磁歪部８１，８２は、ピニオン軸２４の軸長手方向に互いに逆方向の残留歪みが付与された磁歪膜からなる。磁歪膜８１，８２は、歪みの変化に対して磁束密度の変化の大きい材料からなる膜であり、例えば、ピニオン軸２４の外周面に気相メッキ法で形成したＮｉ−Ｆｅ系の合金膜である。この合金膜の厚みは望ましくは５〜２０μｍ程度である。なお、合金膜の厚みは、これ以下又はこれ以上であってもよい。第１磁歪膜８１の磁歪方向に対して、第２磁歪膜８２の磁歪方向は異なっている（磁歪異方性を有する）。なお、２つの磁歪膜８１，８２は、軸長手方向に所定の間隔を有して配列したものである。

Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜は、Ｎｉを概ね２０重量％含んだ場合と概ね５０重量％含んだ場合に、磁歪定数が大きくなるので磁歪効果が高まる傾向にあり、このようなＮｉ含有率の材料を使用することが好ましい。例えば、Ｎｉ−Ｆｅ系の合金膜として、Ｎｉを５０〜６０重量％含み、残りがＦｅである材料を使用する。なお、磁歪膜８１，８２は強磁性体の膜であればよく、パーマロイ（Ｎｉ；約７８重量％、Ｆｅ；残り）やスーパーマロイ（Ｎｉ；７８重量％、Ｍｏ；５重量％、Ｆｅ；残り）の膜であってもよい。ここで、Ｎｉはニッケル、Ｆｅは鉄、Ｍｏはモリブデンである。

図４に示すように、一対の検出部８３，８３は、磁歪部８１，８２に生じた磁歪効果を電気的に検出し、その検出信号をトルク検出信号として出力するものであり、ハウジング５１内に収納されている。

検出部８３は、ピニオン軸２４を通された上下一対の筒状のコイルボビン８４，８４と、コイルボビン８４，８４にそれぞれ巻かれたコイル８５，８５と、コイルボビン８４，８４に備えたカプラ８６と、コイルボビン８４，８４及びコイル８５，８５を収納する磁性を有したヨーク８７とからなる。コイルボビン８４，８４及びコイル８５，８５をヨーク８７で囲うことができる。
コイル８５は、ピニオン軸２４を包囲するように配置されることになる。カプラ８６は、一対のコイル８５，８５の検出信号を外部へ取り出す端子部分である。

ヨーク８７は、一対のコイル８５，８５の周囲を囲う磁気シールド用バックヨーク（磁路を形成するコイルヨーク）であり、磁性材料からなる。このヨーク８７は、上下一対のヨーク本体８８，８８と、これらのヨーク本体８８，８８の開口を塞ぐ１つのヨーク底板８９とからなる。なお、ヨーク８７は、ハウジング５１内に径方向移動及び軸方向移動が規制されて、収納されることになる。

図４に示すように、軸受保持部材６２の下端と、その下方の検出部８３におけるヨーク本体８８との間には、板ばね９１が介在している。この板ばね９１は、ハウジング５１内に収納されている、軸受保持部材６２及び検出部８３，８３の軸方向の隙間を吸収することによって、がたつきを除去するための部材であって、薄板環状のばね、例えば皿ばねからなる。

以上の説明をまとめると、次の通りである。
本発明では、ハウジング５１（上部ハウジング５４を含む。以下、同じ。）で弾性体６３を介して自由端用軸受６１を支持したことにより、自由端用軸受６１は弾性体６３が弾性的に変形可能な分だけ径方向に変位することができる。従って、このような自由端用軸受６１で、回転軸２４（ピニオン軸２４）のうち磁歪部８１，８２の近傍を支持したことにより、回転軸２４のうち磁歪部８１，８２の近傍の部分は、自由端用軸受６１が変位可能な分だけ、径方向に変位することができる。しかも、自由端用軸受６１で回転軸を支持するので、回転軸２４を円滑に回転させつつ回転軸２４を弾性的に支持でき、回転軸２４の振動を減衰させることができる。
ここで、弾性体６３を弾性的に変形させるのに必要な、径方向の力を「弾性反力」と言う。

運転者がステアリングハンドル２１を操舵することで、その操舵トルクが自在軸継手２３を介して回転軸２４の一端部２４ａに伝わるときに、回転軸２４に対して自在軸継手２３が傾斜している分だけ、自在軸継手２３から回転軸２４の一端部２４ａへ曲げ荷重が作用する。この曲げ荷重に対して、弾性反力の分だけ、回転軸２４の一端部２４ａを緩やかに撓ませることができる。この結果、磁歪膜等の磁歪部８１，８２に急激な応力が生じることで、磁歪特性が急変することを抑制することができる。従って、磁歪部８１，８２とコイル８５・・・とからなるトルクセンサ４１の、検出値が急変しないので、安定したトルク制御をすることができる。

しかも、弾性体６３が変形する範囲を超えた場合には、ハウジング５１で自由端用軸受６１を直接に支持することができる。このため、過大な曲げ荷重が回転軸２４の一端部２４ａに作用しても、回転軸２４の撓みを規制することができる。従って、磁歪部８１，８２とコイル８５・・・との間の空隙（エアギャップ、隙間）Ａｇに、過大な偏りが発生することはない。

また、曲げ荷重によって回転軸２４が撓むことで、磁歪部８１，８２には、引張り応力が生じる部分と、圧縮応力が生じる部分とがある。しかし、過大な曲げ荷重による回転軸２４の撓みが規制されるので、磁歪部８１，８２のうち、引張り応力が生じる部分の磁歪特性と、圧縮応力が生じる部分の磁歪特性との差を極力抑制することができる。

このようなことから、回転軸２４及び磁歪部８１，８２は、操舵トルクの大きさにかかわらず、自在軸継手２３から回転軸２４へ作用する曲げ荷重の影響を抑制することができる。従って、磁歪部８１，８２とコイル８５・・・とからなるトルクセンサ４１の検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。

ところで、上記図１〜図５に示すピニオン軸２４は、操舵トルクをラック軸２６に伝達して操舵車輪２９，２９を操舵するものであるから、大きい機械的強度が求められる。例えば、ピニオン３１には、耐摩耗性や疲労強度（疲れ強さ）等の十分な機械的強度が必要となる。従って、ピニオン軸２４には、高い負荷のトルク伝達に必要な強度を十分に確保するために、浸炭処理、高周波焼入れ等の熱処理を施すことが多い。

しかしながら、熱処理が施されたピニオン軸２４には、曲がり変形等の種々の熱影響が発生し得る。この傾向はピニオン軸２４が長いほど大きい。
このような曲がり変形を矯正する、ピニオン軸の製造方法について、図６に基づき説明する。

図６（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るピニオン軸の製造方法の概要を説明する説明図である。ピニオン軸２４の製造手順を説明すると次の通りである。
先ず、（ａ）のようにピニオン軸２４に機械加工を施してピニオン３１等を形成する。
次に、ピニオン軸２４において、ピニオン３１等の機械的強度を高めるために、浸炭処理や高周波焼入れ等の熱処理を施す。ピニオン軸２４は熱処理の影響を受けて、多少曲がり変形が発生し得る。このときのピニオン軸２４の中心線はＣＬｂである。
次に、（ｂ）のように、治具Ｊｉにピニオン軸２４の両端をセットし、軸直角方向から矯正荷重Ｆｃを付加することによって、曲がり矯正処理を行う。このようにピニオン軸２４の曲がり変形を矯正して、（ｃ）に示すように曲がり変形が極力少ないピニオン軸２４を得る。
次に、（ｄ）のように、ピニオン軸２４の所定位置にメッキ処理を施して磁歪膜８１，８２を設けて、作業を完了する。
なお、曲がり矯正処理は、メッキ処理の後に実施してもよい。

このように、ピニオン３１の曲がり変形を矯正することによって、ピニオン３１の表面に設けられた磁歪膜８１，８２と、図４に示すコイル８５・・・との間の、空隙（エアギャップ）に、過大な偏りが発生することを抑制することができる。

なお、本発明の実施の形態において、電動パワーステアリング装置１０は、磁歪式トルクセンサ４１で検出された操舵トルクに応じて発生する補助トルクを、回転軸２４（ピニオン軸２４）に付加する構成に限定されるものではなく、例えば、ラック軸２６に付加する構成であってもよい。
また、ピニオン軸２４の中間部２４ｄの支持については、第３軸受５７を設けることなく、第２軸受５６だけで支持する構成であってもよい。
また、軸受保持部材６２の有無は任意であり、例えば、自由端用軸受６１に弾性体６３を直接に取り付けてもよい。

本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリングハンドルで発生した操舵トルクをステアリングシャフト及び自在軸継手を介して回転軸に伝達し、さらに回転軸からラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪に伝える構成であって、回転軸に伝わった操舵トルクを磁歪式トルクセンサにて検出し、この磁歪式トルクセンサの検出信号に応じて電動モータが補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系に付加するようにした、車両用電動パワーステアリング装置に好適である。

本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。 図２の３−３線断面図である。 図３に示されるトルクセンサ周りの拡大図である。 図４に示される自由端用軸受及び弾性体周りの断面図兼作用図である。 本発明に係るピニオン軸の製造方法の概要を説明する説明図である。 従来の電動ステアリング装置の概要図である。

符号の説明

１０…電動パワーステアリング装置、２０…ステアリング系、２１…ステアリングハンドル、２２…ステアリングシャフト、２３…自在軸継手、２４…回転軸（ピニオン軸）、２４ａ…回転軸の一端部、２４ｂ…回転軸の他端部、２４ｃ…セレーション、２４ｄ…中間部、２４ｅ…回転軸の一端部と中間部との間、２５…ラックアンドピニオン機構、２９…操舵車輪、４１…磁歪式トルクセンサ、５１…ハウジング、５５〜５７…軸受、６１…自由端用軸受、６２…軸受保持部材、６３…弾性体、８１，８２…磁歪部（磁歪膜）、８４…コイルボビン、８５…コイル、ＣＬ１…回転軸の中心線。

Claims (3)

1. 回転軸の表面に且つ回転軸の軸長手方向に所定の間隔を有して設けられ、トルクに応じて磁歪特性が変化する２つの磁歪部と、
   この２つの磁歪部の近傍に配置され、２つの磁歪部に生じた磁歪効果を検出するコイルとからなる、磁歪式トルクセンサであって、
   前記回転軸は、前記２つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持されていることを特徴とした磁歪式トルクセンサ。
2. 前記回転軸の一端部は、径方向に支持されることのない、自由端であることを特徴とした請求項１記載の磁歪式トルクセンサ。
3. 請求項１に記載の磁歪式トルクセンサは、ステアリングハンドルで発生したステアリング系の操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサとして用いられ、前記操舵トルクに基づいて電動モータを駆動することにより操舵車輪の操舵を行う電動パワーステアリング装置に搭載されるものであり、
   前記回転軸の一端部は、自在軸継手及びステアリングシャフトを介して前記ステアリングハンドルに連結される軸端部分であり、
   前記回転軸の他端部は、ラックアンドピニオン機構を介して前記操舵車輪に連結される軸端部分であることを特徴とする磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置。

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