JP2008256430A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】磁歪フィルムが剥離しにくいトルクセンサを提供する。
【解決手段】トルクシャフト３０の表面に設けられる磁歪膜５５と、この磁歪膜５５のまわりに設けられる電磁コイル５１とを備え、この電磁コイル５１のインダクタンス変化に基づいてトルクシャフト３０に入力されるトルクを検出するトルクセンサ５０であって、磁歪膜５５をフィルム状をした樹脂材からなる磁歪フィルム５６に形成し、トルクシャフト３０の回転中心線Ｏに直交する断面を正六角形とし、各外周平面３０ａに磁歪フィルム５６をそれぞれ接着により張り付けるものとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、応力磁気効果を用いて入力されるトルクを検出するトルクセンサの改良に関するものである。

従来例えば特許文献１に開示されたトルクセンサは、トルクシャフトの表面に設けられる磁歪膜と、この磁歪膜のまわりに設けられる電磁コイルとを備える。

この場合、トルクシャフトに操舵トルクが与えられることによってトルクシャフトと磁歪膜にねじれ歪みが生じると、磁歪膜の透磁率が変化するのに伴って電磁コイルのインダクタンスが変化し、この電磁コイルのインダクタンス変化に基づいてトルクシャフトに働く操舵トルクが検出される。

また、特許文献２に開示されたトルクセンサは、磁歪膜を形成した磁歪フィルムを備え、トルクシャフトの表面に磁歪フィルムを接着により張り付けている。
特開２００３−２９１８３０号公報 特開平５−５６６０号公報

しかしながら、このようなトルクセンサにおいて、円柱状のトルクシャフトの外周面に平らなフィルム状をした磁歪フィルムを張り付ける場合、磁歪フィルムをトルクシャフトの外周面に沿って曲げた状態で張り付けられる必要があるため、トルクシャフトに張り付けられた磁歪フィルムが平らなフィルム状に戻ろうとする弾性復元力によって剥離しやすいという問題点が生じる。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、磁歪フィルムが剥離しにくいトルクセンサを提供することを目的とする。

本発明は、トルクを伝達するトルクシャフトと、このトルクシャフトの表面に設けられる磁歪膜と、この磁歪膜のまわりに設けられる電磁コイルとを備え、この電磁コイルのインダクタンス変化に基づいてトルクシャフトに入力されるトルクを検出するトルクセンサであって、磁歪膜をフィルム状をした磁歪フィルムに形成し、トルクシャフトの回転中心線に直交する断面を略多角形としてトルクシャフトの外周面に複数の外周平面を形成し、この外周平面に磁歪フィルムをそれぞれ接着により張り付けることを特徴とするものとした。

本発明によると、トルクシャフトの外周平面に磁歪フィルムをそれぞれ接着により張り付けることにより、各磁歪フィルムは曲げられることなくトルクシャフトに張り付けられるため、磁歪フィルムがその弾性復元力によって磁歪フィルムがトルクシャフトの外周面から剥離することを回避し、トルクセンサの信頼性を高められる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１に本発明が適用される車両のパワーステアリング装置を示す。このパワーステアリング装置１は、運転者の操舵トルクを操舵系に伝達する動力伝達機構として、ステアリングハンドル（図示せず）に連係するトルクシャフト（操舵系）３０と、車輪（図示せず）に連係するラック軸（出力系）３とを備え、トルクシャフト３０の回転によってラック軸３が軸方向に移動することにより車輪が操舵されるようになっている。

トルクシャフト３０はケーシング５，６に第一、第二ベアリング７，８を介して中心線Ｏを中心に回転可能に支持され、第一、第二ベアリング７，８によってトルクシャフト３０のラジアル加重とスラスト加重が受けられる。第一、第二ベアリング７，８はインナレースとアウタレースの間に複数のボールが介装された、ボールベアリングである。

各ケーシング５，６は複数のボルト１９を介して締結され、各ケーシング５，６の間に第二ベアリング８のアウタレースが挟持される。

トルクシャフト３０の上端部にはセレーションを刻んだセレーション軸部３２が形成され、このセレーション軸部３２にステアリングハンドルに連係する継手（図示せず）が連結され、運転者がステアリングハンドルを操作する操舵トルクがセレーション軸部３２に入力される。

ステアリングギヤ機構４はトルクシャフト３０に刻まれるピニオン４２と、ラック軸３に刻まれるラック３ａとを備え、このピニオン４２がラック３ａに噛み合う。トルクシャフト３０が回転すると、ピニオン４２の回転によってラック軸３が軸方向に移動し、ラック軸３に連係するタイロッド（図示せず）等を介して左右の車輪が操舵される。

ラック軸３は車両の横方向に移動するようにケーシング６に対して摺動可能に支持される。ケーシング６にはラック軸３の外周面に摺接するガイド１１と、このガイド１１を付勢するバネ１２が介装され、このバネ１２の付勢力によってラック３ａがピニオン４２に押し付けられる。バネ１２の付勢力はケーシング６に螺合した調整ボルト１３によって調整される。

なお、ステアリングギヤ機構４はラック３ａとピニオン４２を備える機構に限らず、他の機構を用いてもよい。

トルクシャフト３０の下端には下端軸部４３が形成され、この下端軸部４３がケーシング６にニードルベアリング９を介して回転可能に支持される。これによりトルクシャフト３０のピニオン４２が刻まれる部位に働くラジアル荷重がニードルベアリング９と第二ベアリング８を介して両持ち支持される。

パワーステアリング装置１は、操舵トルクを補助的に付与するアシスト機構として、トルクシャフト３０に働く操舵トルクを検出するトルクセンサ５０と、ラック軸３を駆動する電動モータ（図示せず）とを備え、コントローラ（図示せず）がトルクセンサ５０によって検出される操舵トルクに応じて電動モータがラック軸３に操舵補助トルクを付与するようになっている。

なお、電動モータがラック軸３を駆動する機構に限らず、他の機構を用いてもよい。

トルクセンサ５０は、トルクシャフト３０のねじり歪み量に応じて変化する磁歪特性を電気的に検出する磁歪式検出装置である。トルクセンサ５０は、トルクシャフト３０の表面に２つの磁歪膜５５が軸長手方向に並べて設けられ、これら各磁歪膜５５の周囲に各磁歪膜５５に生じた磁歪特性の変化を電気的に検出する対の電磁コイル５１が設けられる。各磁歪膜５５と各電磁コイル５１はトルクシャフト３０の回転中心線Ｏと同心円上に配置される。

磁歪膜５５は例えばＮｉ−Ｆｅ系、またはＦｅ−Ｂ系の合金膜であり、トルクシャフト３０にトルクが入力されてトルクシャフト３０がねじれることにより歪みが生じ、応力磁気効果により透磁率が変化する薄膜である。磁歪膜５５に歪みが生じて磁歪膜５５の透磁率が変化すると、各電磁コイル５１のインダクタンスが変化する。

トルクシャフト３０に操舵トルクが与えられることによってトルクシャフト３０と各磁歪膜５５にねじれ歪みが生じると、一方の磁歪膜５５の透磁率が大きくなるのに伴ってこれに対峙した電磁コイル５１のインダクタンスが小さくなり、他方の磁歪膜５５の透磁率が小さくなるのに伴ってこれに対峙した電磁コイル５１のインダクタンスが大きくなる。コントローラは各電磁コイル５１のインダクタンス変化を検出回路（図示せず）を介して入力し、トルクシャフト３０に与えられる操舵トルクの大きさと方向をそれぞれ検出する。

以上のように、運転者の操舵トルクはトルクシャフト３０からステアリングギヤ機構４を介してラック軸３に伝達されるとともに、トルクセンサ５０によって検出される操舵トルクに応じて電動モータが操舵補助トルクを発生し、ラック軸３は操舵トルクと操舵補助トルクを合わせ操舵複合トルクによって駆動され、ラック軸３が軸方向に移動することによって左右の車輪が操舵される。

ところで、磁歪膜５５は薄い平板状をした磁歪フィルム５６に形成され、この磁歪フィルム５６を金属製のトルクシャフト３０の外周面に接着により張り付けている。

しかし、トルクシャフト３０の外周面が円柱面状に形成されている場合、平らなフィルム状をした磁歪フィルム５６はトルクシャフト３０の外周面に沿って曲げた状態で張り付けられるため、トルクシャフト３０の外周面に張り付けられた磁歪フィルム５６が平らな元の形状に戻ろうとする弾性復元力によってトルクシャフト３０の外周面から剥離しやすいという問題点が生じる。

これに対処して本発明は、トルクシャフト３０の回転中心線Ｏに直交する断面を略多角形としてトルクシャフト３０の外周面に複数の外周平面３０ａを形成し（図２参照）、この外周平面３０ａに磁歪フィルムをそれぞれ接着により張り付け、磁歪フィルム５６が剥離しないようにすることを要旨とする。

本実施形態では、図２に示すように、トルクシャフト３０の回転中心線Ｏに直交する断面を正六角形とし、６つの外周平面３０ａに帯状に分割した磁歪フィルム５６をそれぞれ接着により張り付ける。

トルクシャフト３０の外周平面３０ａは回転中心Ｏを中心として対称的に配置され６つの平面として形成される一方、磁歪フィルム５６は平らなフィルム状をした樹脂材によって形成され、６枚の帯状をした磁歪フィルム５６を曲げることなく平らに延びた状態でトルクシャフト３０の外周平面３０ａに張り付ける。

なお、トルクシャフト３０の外周面は各外周平面３０ａの間に軸方向に延びる６つの角部を持つが、この角部を面取りしても良い。

また、トルクセンサ５０のトルクシャフト３０の外周断面を正六角形に限らず、六角形以外の多角形に形成しても良い。

本実施形態では、トルクシャフト３０を軸方向について分割した第一、第二シャフト３１，４１を設け、この第一、第二シャフト３１，４１に回転中心線Ｏを中心とした筒状の中空筒部３８，４８を形成し、各中空筒部３８，４８の端部どうしを溶接によって固着する。

トルクシャフト３０は第一、第二ベアリング７，８の間に位置する部位にて第一、第二シャフト３１，４１に分割され、第一シャフト３１はケーシング５に第一ベアリング７を介して回転可能に支持され、第二シャフト４１は各ケーシング５，６に第二ベアリング８を介して回転可能に支持される。

第一シャフト３１は、その上端部に前記したセレーション軸部３２が形成され、その下端部に中空筒部３８が形成され、セレーション軸部３２と中空筒部３８の間に第一ベアリング７のインナレースが嵌合する軸受部３７が形成される。

第二シャフト４１は、その上端部に中空筒部４８が形成され、その下端部にピニオン４２と下端軸部４３が形成され、中空筒部４８とピニオン４２の間に第二ベアリング７のインナレースが嵌合する軸受部４５が形成される。第二シャフト４１のピニオン４２が刻まれる部位に働くラジアル荷重はニードルベアリング９と第二ベアリング８を介して両持ち支持される。

第二シャフト４１に前述した磁歪フィルム５６が張り付けられる。第二シャフト４１は、図２に示すように、第二シャフト４１の回転中心線Ｏに直交する断面を正六角形として第二シャフト４１の外周面に複数の外周平面３０ａを形成し、この外周平面３０ａに帯状に分割した磁歪フィルム５６を接着により張り付ける。

なお、これに限らず、第一シャフト３１に磁歪フィルム５６を張り付けても良い。その場合、第一シャフト３１の外周面を回転中心Ｏを中心とする略多角形とし、この外周面に帯状に分割した磁歪フィルム５６が接着により張り付けられる。

磁歪フィルム５６は例えばＮｉ−Ｆｅ系、またはＦｅ−Ｂ系の磁歪膜５５が形成されており、トルクシャフト３０に操舵トルクが入力されてトルクシャフト３０がねじれることにより歪みが生じ、各電磁コイル５１のインダクタンスが変化する。コントローラは各電磁コイル５１のインダクタンス変化を検出回路を介して入力し、トルクシャフト３０に与えられる操舵トルクの大きさと方向をそれぞれ検出する。

トルクシャフト３０の外周平面３０ａに磁歪フィルム５６をそれぞれ接着により張り付けることにより、各磁歪フィルム５６は曲げられることなくトルクシャフト３０に張り付けられる。このため、磁歪フィルム５６がその弾性復元力によってトルクシャフト３０から剥離することを回避し、トルクセンサ５０の検出精度を維持できる。

第二シャフト４１に中空筒状の中空筒部４８を形成し、この中空筒部４８に各磁歪フィルム５６を張り付けたため、中空筒部４８の外径が大きくなっても中空筒部４８を薄肉化することにより中空筒部４８に生じるねじれ歪み量を確保し、トルクセンサ５０がトルクシャフト３０に生じるねじれ歪みに応じて操舵トルクを検出する精度を高められる。

なお、図３に示すように、トルクシャフト３０を中実の一体構造としても良い。この場合、第一、第二シャフト３１，４１に分割する従来の構造に比べて加工工数を大幅に削減できる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の実施形態を示すパワーステアリング装置の断面図である。 同じくトルクシャフトと樹脂フィルムの断面図である。 他の実施形態を示すトルクシャフトと樹脂フィルムの断面図である。

符号の説明

３０ トルクシャフト
３０ａ 外周平面
４８ 中空筒部
５０ トルクセンサ
５１ 電磁コイル
５５ 磁歪膜
５６ 樹脂フィルム

Claims (2)

1. トルクを伝達するトルクシャフトと、このトルクシャフトの表面に設けられる磁歪膜と、この磁歪膜のまわりに設けられる電磁コイルとを備え、この電磁コイルのインダクタンス変化に基づいて前記トルクシャフトに入力されるトルクを検出するトルクセンサであって、
   前記磁歪膜をフィルム状をした磁歪フィルムに形成し、前記トルクシャフトの回転中心線に直交する断面を略多角形として前記トルクシャフトの外周面に複数の外周平面を形成し、この外周平面に前記磁歪フィルムをそれぞれ接着により張り付けたことを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記トルクシャフトに中空筒部を形成し、この中空筒部の外周面に前記外周平面を形成したことを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。