JP2008224456A - トルク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク検出装置の組み立て時に、第１，第２回転部材が破損する可能性を軽減することができるトルク検出装置を提供する。
【解決手段】同軸的に連結された第１，第２軸１，２に加えられる回転トルクを、第１軸１と一体的に回転する第１回転部材と、該第１回転部材を囲繞し、第２軸２と一体的に回転する第２回転部材との間に生じる相対角変位により検出するトルク検出装置において、第１軸１に回転磁石４を固定する樹脂モールド体４２に径方向外側に突出する突出部４２ａ，４２ｂを設けて、円筒磁石４とヨークリング５，５との間よりも狭い間隙を隔てて突出部４２ａ，４２ｂと樹脂モールド体５２とが対向するように構成しているから、トルク検出装置の組み立て時に、円筒磁石４及びヨークリング５，５が接触により破損する可能性を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、同軸的に連結された第１，第２軸に加えられる回転トルクを、該第１，第２軸間に生じる相対角変位により検出するトルク検出装置に関する。

ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取機構に伝えて操舵を補助する電動パワーステアリング装置においては、操舵補助用のモータの駆動制御に用いるべく、操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するトルク検出装置を備えている。このトルク検出装置は、操舵部材と舵取機構とを連結するステアリング軸（回転軸）の中途に、第１軸と第２軸とをトーションバーにより連結してなる連結部を設け、この連結部においてトーションバーの捩れに応じて第１軸と第２軸との間に生じる相対角変位を媒介として前記操舵トルク（回転トルク）を検出するように構成されている。

第１，第２軸間の相対角変位を検出する検出手段として、従来、種々の手段が提案されており、そのうちの一つとして、第１軸と一体的に回転する円筒磁石（第１回転部材）と、該円筒磁石を囲繞し、第２軸と一体的に回転するヨークリング（第２回転部材）とを備え、この円筒磁石とヨークリングとの間に形成される磁気回路の磁束密度の変化を利用して前記相対角変位を検出するように構成された検出手段を備えるトルク検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。

第１軸と一体的に回転する円筒磁石は、周方向にＮ，Ｓ極の磁極を交互に並設してある多極磁石であり、合成樹脂を用いて円筒形にモールドされた樹脂モールド体を介して第１軸に固定されている。第２軸と一体的に回転するヨークリングは、Ｎ，Ｓ極の組と同数の磁極爪を、円環状のリング本体の一側の端縁に周方向に等配してなる軟磁性体製の薄肉のリングであり、夫々の磁極爪が周方向に交互に並ぶように位置決めした２個を一組として、合成樹脂を用いて略円筒形にモールドされた樹脂モールド体により一体化されて第２軸に固定されている。
特開２００５−９８８２１号公報

特許文献１のトルク検出装置は、前記磁束密度の変化を感度良く検出するために、前記円筒磁石と前記ヨークリングとの間隙が可能な限り狭くなるように構成してある。このようなトルク検出装置の組み立ては、円筒磁石が固定された第１軸とヨークリングが固定された第２軸とを同軸上に配し、円筒磁石をヨークリングの内側に挿入して軸長方向及び周方向に位置決めした後、第１軸と第２軸とを連結する手順により実施される。このような組み立てに際しては、例えば、第１，第２軸の軸心間に位置ずれが生じている場合、連結前の第１，第２軸に外力が加えられた場合等において、狭い間隙を隔てて対向する円筒磁石とヨークリングとが接触する虞がある。円筒磁石には、磁気特性に優れ、安価であることから、一般的にフェライト磁石が用いられているが、フェライト磁石は衝撃に対して弱く、円筒磁石とヨークリングとが接触した場合、円筒磁石が破損する虞があった。

また、従来用いられている他の構成のトルク検出装置においても、第１軸と一体的に回転する第１回転部材と、第２軸と一体的に回転する第２回転部材との間に生じる相対角変位を検出する構成としてあり、前述したトルク検出装置と同様に、第１，第２回転部材が、組み立て時の接触により破損する虞があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、トルク検出装置の組み立て時に、第１，第２回転部材、例えば円筒磁石及びヨークリングが破損する可能性を軽減することができるトルク検出装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るトルク検出装置は、同軸的に連結された第１，第２軸に加えられる回転トルクを、前記第１軸と一体的に回転する第１回転部材と、該第１回転部材を囲繞し、前記第２軸と一体的に回転する第２回転部材との間に生じる相対角変位により検出するトルク検出装置において、前記第１，第２軸間に、前記第１回転部材と前記第２回転部材との間よりも狭い間隙を隔てて径方向に対向する対向部を備えることを特徴とする。

第２発明に係るトルク検出装置は、第１発明における第１回転部材が、周方向に磁極が並設されている円筒磁石であり、第１発明における第２回転部材が、前記円筒磁石に対向し、軸長方向に並設してある２つのヨークリングであり、前記円筒磁石及びヨークリング間に形成される磁気回路の磁束密度の変化を検出することにより前記相対角変位を求めるように構成してあることを特徴とする。

第３発明に係るトルク検出装置は、第１発明又は第２発明における対向部が樹脂製であることを特徴とする。

第１発明によれば、第１軸と一体的に回転する第１回転部材と第２軸と一体的に回転する第２回転部材との間よりも狭い間隙を隔てて径方向に対向する対向部を第１，第２軸間に設けており、該対向部の少なくとも一方が第１，第２回転部材よりも径方向に突出しているから、トルク検出装置を組み立てる際に、第１，第２回転部材が直接当たりにくくなり、接触により破損する可能性を低減することができる。また、前記対向部を、組み立て時に他方の回転部材と最初に対向する側の端部に設けることがより望ましい。

第２発明によれば、第１軸と一体的に回転する円筒磁石と第２軸と一体的に回転するヨークリングとの相対角変位により第１，第２軸に加えられる回転トルクを検出するトルク検出装置において、前記対向部を設けることにより、トルク検出装置を組み立てる際に、円筒磁石及びヨークリングが接触により破損する可能性を低減することができ、また破損の虞なく前記円筒磁石及びヨークリング間の間隙を狭くすることができ、前記相対角変位の検出精度を高めることができる。

第３発明によれば、前記対向部が樹脂製であるから、トルク検出装置を組み立てる際に、対向部が他方の回転部材に接触した場合に、接触部分に傷が付きにくい。また、樹脂製であるから、対向部の成形も容易である。

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の組立て状態を略示する縦断面図であり、図２は、本発明に係るトルク検出装置の要部の分解斜視図である。

本発明に係るトルク検出装置は、トーションバー３により連結された２つの軸（第１軸１及び第２軸２）に加えられる回転トルクを検出対象としており、第１軸１と一体的に回転する円筒磁石４と、第２軸２と一体的に回転する２個一組のヨークリング５，５と、ヨークリング５，５の外側を各別に囲繞するように配置され、夫々のヨークリング５，５内に生じる磁束を集める集磁リング６，６と、これらの集磁リング６，６間に配設された磁気センサ７，７とを備えて構成されている。

トーションバー３は、捩りばねとして細径の丸棒の両端に、第１，第２軸１，２との連結のために太径とした連結部３０，３０を備えている。第１軸１及び第２軸２は、夫々の軸心部に形成された連結孔１０，２０にトーションバー３の両端に設けられた連結部３０，３０を夫々内嵌し、後述の如く位置決めを行った後、各別のピン１１，２１の打設により一体化して連結されている。

このように連結された第１軸１と第２軸２とに回転トルクが加えられた場合、この回転トルクの作用によりトーションバー３が捩れ変形し、第１軸１と第２軸２との間には、前記回転トルクの方向に、該回転トルクに対応する大きさを有する相対角変位が生じる。

円筒磁石４は、図２に示すように、各複数のＮ極４０，４０…及びＳ極４１，４１…を周方向に交互に並設してある多極磁石であり、両端面及び内面を適宜の厚さを有して覆うように合成樹脂にて円筒形にモールドされた樹脂モールド体４２を介して、図１に示すように第１軸１に同軸的に固定されている。この樹脂モールド体４２は、軸長方向の両側に、円筒磁石４よりも径方向外側に突出する突出部４２ａ，４２ｂを備えている。

ヨークリング５，５は、図２に示すように、円環状をなすヨーク本体５０，５０の内面に、軸長方向に延びる三角形をなす複数の磁極爪５１，５１…を夫々有している。これらヨークリング５，５は、夫々の磁極爪５１，５１…が周方向に交互に並ぶように位置決めした状態にて、合成樹脂を用いて略円筒形にモールドされた樹脂モールド体５２により一体化され、図１に示すように樹脂モールド体５２を一側に延長して形成されたボス部５３を介して第２軸２に同軸的に固定されている。以上のようなヨークリング５，５は、樹脂モールド体５２の内面に露出する磁極爪５１，５１…が円筒磁石４のＮ，Ｓ極の境界に夫々位置するように組み付けられている。この組み付け状態においては、ヨークリング５，５夫々の磁極爪５１，５１…が円筒磁石４のＮ，Ｓ極の境界に夫々位置しているから、ヨーク本体５０，５０内に生じる磁束が同一になる。

ヨークリング５，５の磁極爪５１，５１…と円筒磁石４のＮ，Ｓ極との位置関係は、回転トルクの作用によるトーションバー３の捩れに応じて、円筒磁石４が固定された第１軸１とヨークリング５，５が固定された第２軸２との間に生じる相対角変位に伴って変化する。この変化した位置関係に応じて、一方のヨークリング５の磁極爪５１，５１…と他方のヨークリング５の磁極爪５１，５１…には、夫々逆の極性を有する磁力線が増加し、夫々のヨーク本体５０，５０に正負の磁束が発生する。このとき発生する磁束の正負は、円筒磁石４とヨークリング５，５との間、即ち、第１軸１と第２軸２との間に生じる相対角変位の向きに応じて定まり、正負の磁束の密度は、前記相対角変位の大きさに対応する。

このようなヨークリング５，５に発生する磁束を集める集磁リング６，６は、ヨーク本体５０，５０の外径よりも若干大きい内径を有する磁性材料製の円環であり、周方向に適長離隔した２箇所に、軸長方向に延び、先端部を径方向外向きに屈曲成形してなる集磁突起６０，６０を備えている。集磁リング６，６は、集磁突起６０，６０が互いに僅かなエアギャップにて対向するように、円筒形にモールドされた樹脂モールド体６１により一体化されている。この樹脂モールド体６１は、集磁リング６，６の内周面がヨークリング５，５の外周面と近接対向するように図１に一部を示すハウジング８の内部に組み付けてある。

集磁リング６，６に設けられた集磁突起６０，６０の対向部間には、夫々磁気センサ７，７が配してある。この磁気センサ７，７は、電源回路、検出信号の信号処理回路等が形成された回路基板７０に各別のリード７１，７１により接続されている。回路基板７０は、樹脂モールド体６１の一部に連設された樹脂モールド体６２によりハウジング８に固定されている。

以上の構成により集磁リング６，６には、ヨークリング５，５に発生する磁束が誘導され、この磁束は、集磁突起６０，６０の先端に集束されて夫々に対向する集磁突起６０，６０間のエアギャップに漏れ出す。磁気センサ７，７は、この漏れ出す磁束の密度に対応する出力を発し、この出力は回路基板７０により信号処理された後、図示しないコネクタを経て外部に取り出される。

このように磁気センサ７，７により検出される磁束密度は、夫々の集磁リング６，６に対応するヨークリング５，５のヨーク本体５０，５０に生じる磁束によって変化し、ヨーク本体５０，５０に生じる磁束は、円筒磁石４に対するヨークリング５，５夫々の相対角変位、即ち第１軸１と第２軸２との相対角変位に応じて生じるから、磁気センサ７，７の出力は、第１軸１及び第２軸２に加えられる回転トルクの方向及び大きさに対応するものとなり、磁気センサ７，７の出力変化に基づいて、回転トルクを検出することができる。

以上のように構成されるトルク検出装置において、円筒磁石４が取り付けられた第１軸１とヨークリング５，５が取り付けられた第２軸２との組み付けは、以下に示す位置決め手順を含んで実施される。

図３は、円筒磁石４とヨークリング５，５との位置決め手順の説明図である。この位置決めに際しては、ヨークリング５，５が固定された第２軸２を、軸受（図示せず）によりハウジング８の内部に支持しておき、この第２軸２に対し、円筒磁石４が固定された第１軸１を同軸上に位置決めし、図３（ａ）に白抜き矢符にて示すように、樹脂モールド体５２の内部に第１軸１の先端を挿入しつつ第２軸２に接近する向きに軸長方向に移動させる。

このとき、トーションバー３は、第２軸２の連結孔２０に嵌合され、連結ピン２１により連結されているが、第１軸１には連結されておらず、第１軸１は、第２軸２に対して軸長方向及び周方向に自在に移動させることができる。

第１軸１の軸長方向の移動は、図３（ｂ）に示すように、円筒磁石４とヨークリング５，５とが軸長方向に整合する位置に達するまで実施される。次に、円筒磁石４とヨークリング５，５とを周方向に位置決めする。円筒磁石４とヨークリング５，５との周方向位置を変えた場合、前述のように集磁リング６，６の間に配した磁気センサ７，７の出力が変化するから、周方向の位置決めは、磁気センサ７，７の出力を監視しつつ第１軸１を周方向に回転させる手順により実施することができる。このように軸長方向及び周方向の位置決めが完了した後に、第１軸１と第２軸２とは、トーションバー３の他端部を第１軸１に連結することにより一体化されて、組み付けが行われる。

図４は、円筒磁石４とヨークリング５，５とが対向する周辺部位を示す図１の部分拡大図である。図４に示すように、ヨークリング５，５は、円筒磁石４と僅かなエアギャップＧ１にて対向している。円筒磁石４と一体化された樹脂モールド体４２の突出部４２ａ，４２ｂは、前述したように円筒磁石４よりも径方向外側に突出しているから、この突出部４２ａ，４２ｂは、ヨークリング５，５と一体化された樹脂モールド体５２と、前記エアギャップＧ１よりも狭いエアギャップＧ２（Ｇ２＜Ｇ１）にて対向することになる。

以上に述べた組み付けの際に、例えば、第１，第２軸１，２の軸心間に位置ずれが生じている場合、連結前の第１，第２軸１，２に外力が加えられた場合等において、前述したように突出部４２ａ，４２ｂと突出部４２ａ，４２ｂに対向する樹脂モールド体５２との間隙が最も狭くなっているから、円筒磁石４及びヨークリング５，５が直接当たりにくくなり、円筒磁石４及びヨークリング５，５、特に衝撃に弱い円筒磁石４が接触により破損する可能性を低減することができる。そして、樹脂モールド体４２の軸長方向の両端に突出部４２ａ，４２ｂを設けているから、第１，第２軸１，２の軸心間に位置ずれが生じている場合においては、突出部４２ｂが最初に接触することになり、連結前の第１，第２軸１，２に外力が加えられた場合においては、突出部４２ａ，４２ｂのうち少なくとも一方が最初に接触することになり、円筒磁石４及びヨークリング５，５の破損の可能性をより低減することができる。

円筒磁石４とヨークリング５，５との間隙を、例えば、Ｇ１＝０．５ｍｍに、突出部４２ａ，４２ｂと突出部４２ａ，４２ｂに対向する樹脂モールド体５２との間隙を、例えば、Ｇ２＝０．３〜０．４ｍｍになるように構成することにより、前述した組み付け作業が困難になることなく、第１，第２軸１，２間に生じる相対角変位の検出精度を高めることができる。

更に、前述したような状況下にて組み付けが実施された場合に、突出部４２ａ，４２ｂがヨークリング５，５に接触した時に、突出部４２ａ，４２ｂが樹脂製であるから、ヨークリング５，５に傷が付きにくい。また、樹脂製であるから、突出部４２ａ，４２ｂの成形も容易である。そして、円筒磁石４が万一破損した場合に、磁石の破片が突出部４２ａ，４２ｂ及び樹脂モールド体４２，５２により形成される略円筒空間の内部に留まり、外部に飛散し難いため、トルク検出装置の構成部品に悪影響を与える可能性を低減することができる。

なお、以上の実施の形態において、突出部４２ａ，４２ｂは、図示した形状に限定されず、円環状をなす突出部４２ａ，４２ｂの外周縁が面取りされていてもよいし、ヨークリング５，５との対向面が軸長方向に傾斜していてもよい。また、突出部４２ａ，４２ｂは、樹脂モールド体４２と一体的に成形してあるが、これに限定されず、樹脂モールド体４２とは別体に成形して、樹脂モールド体４２に外嵌固定により一体化するようにしてもよい。また、突出部４２ａ，４２ｂは、円環状に形成してあるが、これに限定されず、径方向外側に突出する複数の突起等、円筒磁石４より径方向外側に突出する部分を有する形状で有ればよい。

更に、以上の実施の形態において、突出部を円筒磁石４を有する第１回転部材の側に設けているが、これに限定されず、突出部をヨークリング５，５を有する第２回転部材の側に設けてもよいし、突出部を第１，第２回転部材の両方の側に設けてもよい。

また、本発明は、以上に述べた実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において種々変更した形態にて実施することが可能であることは言うまでもない。

本発明に係るトルク検出装置の組立て状態を略示する縦断面図である。 本発明に係るトルク検出装置の要部の分解斜視図である。 円筒磁石とヨークリングとの位置決め手順の説明図である。 図１の部分拡大図である。

符号の説明

１ 第１軸、２ 第２軸、３ トーションバー、４ 円筒磁石（第１回転部材）、４０ Ｎ極（磁極）、４１ Ｓ極（磁極）、４２ 樹脂モールド体、４２ａ，４２ｂ 突出部（対向部）、５ ヨークリング（第２回転部材）、５１ 磁極爪、５２ 樹脂モールド体（対向部）

Claims (3)

1. 同軸的に連結された第１，第２軸に加えられる回転トルクを、前記第１軸と一体的に回転する第１回転部材と、該第１回転部材を囲繞し、前記第２軸と一体的に回転する第２回転部材との間に生じる相対角変位により検出するトルク検出装置において、前記第１，第２軸間に、前記第１回転部材と前記第２回転部材との間よりも狭い間隙を隔てて径方向に対向する対向部を備えることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記第１回転部材は、周方向に磁極が並設されている円筒磁石であり、前記第２回転部材は、前記円筒磁石に対向し、軸長方向に並設してある２つのヨークリングであり、前記円筒磁石及びヨークリング間に形成される磁気回路の磁束密度の変化を検出することにより前記相対角変位を求めるように構成してある請求項１記載のトルク検出装置。
3. 前記対向部は樹脂製である請求項１又は請求項２記載のトルク検出装置。

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