JP2008256432A - Torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁歪膜の応力磁気効果を用いて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。 The present invention relates to an improvement in a torque sensor that detects torque using the stress magnetic effect of a magnetostrictive film.
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。 Conventionally, for example, a torque sensor disclosed in Patent Document 1 includes a magnetostrictive film provided on the surface of a torque shaft and an electromagnetic coil provided around the magnetostrictive film.
この場合、トルクシャフトに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トルクが検出される。 In this case, when a torque is applied to the torque shaft and a torsional distortion occurs in the torque shaft and the magnetostrictive film, the inductance of the electromagnetic coil changes as the magnetic permeability of the magnetostrictive film changes. Based on the torque, the torque acting on the torque shaft is detected.
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。
このようなトルクセンサの検出精度を高めるためには、トルクシャフトの外径を小さくして、トルクシャフトに生じるねじれ歪みを大きくすることが考えられる。 In order to increase the detection accuracy of such a torque sensor, it is conceivable to reduce the outer diameter of the torque shaft and increase the torsional distortion generated in the torque shaft.
しかしながら、トルクシャフトの外径を小さくすると、トルクシャフトの外周面に張り付けられる磁歪フィルムが剥離しやすいという問題点が生じる。 However, when the outer diameter of the torque shaft is reduced, there arises a problem that the magnetostrictive film attached to the outer peripheral surface of the torque shaft is easily peeled off.
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、トルクシャフトの外径を小さくすることなくトルクセンサの検出精度を高めることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to increase the detection accuracy of a torque sensor without reducing the outer diameter of the torque shaft.
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、トルクシャフトは磁歪膜が設けられるセンサ軸部とトルクを伝達するトルク伝達軸部とを有し、センサ軸部の硬度をトルク伝達軸部より低くすることを特徴とするものとした。 The present invention includes a torque shaft for transmitting torque, a magnetostrictive film provided on the surface of the torque shaft, and an electromagnetic coil provided around the magnetostrictive film, and the torque shaft is provided based on an inductance change of the electromagnetic coil. A torque sensor for detecting input torque, wherein the torque shaft has a sensor shaft portion provided with a magnetostrictive film and a torque transmission shaft portion for transmitting torque, and the hardness of the sensor shaft portion is lower than that of the torque transmission shaft portion. It was characterized by doing.
本発明によると、トルクシャフトのセンサ軸部の硬度をトルク伝達軸部より低くし、センサ軸部の剛性を部分的に低くすることにより、トルクを伝達することによって生じるトルクシャフトのねじれ応力がセンサ軸部に集中し、センサ軸部に生じるねじれ歪みが大きくなるため、電磁コイルのインダクタンス変化も大きくなり、トルクセンサの検出精度を高められる。 According to the present invention, the torque of the torque shaft caused by transmitting torque is reduced by making the hardness of the sensor shaft of the torque shaft lower than that of the torque transmission shaft and partially lowering the rigidity of the sensor shaft. Since the torsional distortion concentrated on the shaft portion and generated in the sensor shaft portion increases, the inductance change of the electromagnetic coil also increases, and the detection accuracy of the torque sensor can be improved.
センサ軸部の外径を大きくしてもセンサ軸部の剛性を低くすることによりセンサ軸部に生じるねじれ歪み量を確保し、トルクセンサが入力トルクを検出する精度を高められる。センサ軸部の外径を大きくすることによりセンサ軸部に接着される磁歪膜がセンサ軸部から剥離することを抑えられる。 Even if the outer diameter of the sensor shaft portion is increased, by reducing the rigidity of the sensor shaft portion, the amount of torsional distortion generated in the sensor shaft portion is ensured, and the accuracy with which the torque sensor detects the input torque can be increased. By increasing the outer diameter of the sensor shaft portion, it is possible to prevent the magnetostrictive film bonded to the sensor shaft portion from peeling off from the sensor shaft portion.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
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の一例を示す。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。
FIG. 1 shows an example of a vehicle power steering apparatus to which the present invention is applied. The power steering apparatus 1 is linked to a torque shaft (steering system) 30 linked to a steering handle (not shown) and wheels (not shown) as a power transmission mechanism for transmitting a driver's steering torque to a steering system. The rack shaft (output system) 3 is provided, and the wheels are steered when the
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。
The
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。
Each
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。
A
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。
The steering gear mechanism 4 includes a
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。
The
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。
The steering gear mechanism 4 is not limited to a mechanism including the
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。
A lower
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。
The power steering device 1 includes a
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。
In addition, you may use not only the mechanism in which an electric motor drives the
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。
The
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。
The
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。
When torsional distortion occurs in the
磁歪膜55は薄い平板状をした磁歪フィルム56に形成されており、この磁歪フィルム56が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られる。
The
しかし、磁歪フィルム56は円柱状をしたトルクシャフト30の外周面に沿って曲げられた状態で張り付けられため、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磁歪フィルム56がトルクシャフト30の外周面から剥離しやすいという問題がある。
However, since the
この対策として本発明は、トルクシャフト30の磁歪フィルム56が張り付けられるセンサ軸部48の外径を大きくするとともに、トルクシャフト30に熱処理を施して磁歪膜55が設けられるセンサ軸部48の硬度を少なくともトルクを伝達するトルク伝達軸部49(セレーション軸部32、ピニオン42)より低くするものとした。
As a countermeasure against this, the present invention increases the outer diameter of the
センサ軸部48は図1においてトルクシャフト30のハッチングを入れた部分であり、各電磁コイル51に対峙している。円柱状をしたセンサ軸部48の外周面に磁歪フィルム56が接着により張り付けられる。
The
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、センサ軸部48を形成し、各中空筒部38、センサ軸部48の端部どうしを溶接によって固着する。第一、第二シャフト31,41は鋼材によって形成される。
The first and
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。
The
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。
The
第一シャフト31はその全域に例えば高周波焼き入れ処理を行い、その硬度を均一に高める。これにより、第一シャフト31に設けられるセレーション軸部32と軸受部37と中空筒部38の硬度が第二シャフト41のセンサ軸部48の硬度より高められる。
The
第二シャフト41は、その上端部に中空筒状のセンサ軸部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、センサ軸部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。
The
第二シャフト41は図1にハッチングを入れたセンサ軸部48を除いた他の部位に例えば高周波焼き入れ処理を行う。これにより、第二シャフト41においてピニオン42と下端軸部43と軸受部45が形成される部位の硬度がセンサ軸部48の硬度より高められる。
The
このようにトルクシャフト30に熱処理を施して磁歪膜55が設けられるセンサ軸部48の硬度をトルクを伝達するセレーション軸部32、ピニオン42より低くして、センサ軸部48の剛性を部分的に低くすることにより、操舵トルクが入力されることによって生じるトルクシャフト30のねじれ応力がセンサ軸部48に集中し、センサ軸部48に生じるねじれ歪みが大きくなるため、各電磁コイル51のインダクタンス変化も大きくなり、トルクセンサ50が操舵トルクを検出する精度を高められる。
The torque of the
センサ軸部48の外径を大きくすることによりセンサ軸部48に接着される磁歪フィルム56がセンサ軸部48から剥離することを抑えられるが、センサ軸部48の外径を大きくしてもセンサ軸部48の剛性を低くすることによりセンサ軸部48に生じるねじれ歪み量を確保し、トルクセンサ50が操舵入力トルクを検出する精度を高められる。
By increasing the outer diameter of the
トルクシャフト30はトルク伝達軸部49としてセレーション軸部32、ピニオン42を有し、このセレーション軸部32、ピニオン42に焼き入れ処理を行うため、セレーション軸部32、ピニオン42の耐久性を高めることと、トルクセンサ50の検出精度を高めることを両立できる。
The
そして、トルクシャフト30のセンサ軸部48を中空筒状に形成したため、センサ軸部48の外径を大きくしてもセンサ軸部48を薄肉化することによりセンサ軸部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入力トルクを検出する精度を高められる。これにより、センサ軸部48の外径を大きくしてセンサ軸部48に接着される磁歪フィルム56がセンサ軸部48から剥離することを抑えられる。
Since the
なお、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。
The
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
30 トルクシャフト
32 セレーション軸部
42 ピニオン
48 センサ軸部
49 トルク伝達軸部
50 トルクセンサ
51 電磁コイル
55 磁歪膜
56 樹脂フィルム
30
Claims (3)
前記トルクシャフトは前記磁歪膜が設けられるセンサ軸部とトルクを伝達するトルク伝達軸部とを有し、このセンサ軸部の硬度をこのトルク伝達軸部より低くすることを特徴とするトルクセンサ。 A torque shaft for transmitting torque, a magnetostrictive film provided on the surface of the torque shaft, and an electromagnetic coil provided around the magnetostrictive film are provided and input to the torque shaft based on an inductance change of the electromagnetic coil. A torque sensor for detecting torque,
The torque shaft has a sensor shaft portion on which the magnetostrictive film is provided and a torque transmission shaft portion for transmitting torque, and the hardness of the sensor shaft portion is lower than that of the torque transmission shaft portion.
Priority Applications (1)
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- 2007-04-03 JP JP2007097143A patent/JP2008256432A/en active Pending
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