JP2018004253A

JP2018004253A - 回転角検出装置

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Publication number: JP2018004253A
Application number: JP2016126239A
Authority: JP
Inventors: 治吉田; Osamu Yoshida
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-06-27
Filing date: 2016-06-27
Publication date: 2018-01-11
Anticipated expiration: 2036-06-27
Also published as: JP6560162B2

Abstract

【課題】ホルダ筒状部とヨーク保持部の相対回転を効果的に抑制し得る回転角検出装置を提供する。【解決手段】フランジ部３１を有する金属製のホルダ筒状部２８と、内部にフランジ部が埋設された状態でホルダ筒状部と一体に回転する樹脂製のヨーク保持部２９と、ヨーク保持部に軸方向に沿って貫通形成された第１，第２爪部挿入孔３５，３６と、ヨーク保持部の第１爪部挿入孔よりも径方向外側に形成された第１凹溝３７と、ヨーク保持部の第２爪部挿入孔よりも径方向内側に形成された第２凹溝３８と、を備えたトルクセンサＴＳにおいて、フランジ部の第１爪部挿入孔と周方向でオーバーラップする領域に径方向外側に突出するフランジ側凸部４４またはフランジ部の第２爪部挿入孔と周方向でオーバーラップする領域に径方向内側に凹むフランジ側凹部４５を設けた。【選択図】図５

Description

本発明は、例えば車両のパワーステアリング装置に適用される回転角検出装置に関する。

従来の回転角検出装置としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。

概略を説明すれば、この回転角検出装置は、トーションバーを介して相対回転可能に連結される上下第１，第２軸部材からなるステアリングシャフトのうち下方に設けられた第１軸部材の外周に結合された磁性部材と、軟磁性体により円筒状に形成され、前記第２軸部材の外周にホルダ部材を介して連結された一対のヨークと、前記磁性部材と両ヨークとの相対回転によって該両ヨークの間に発生した磁束を検出することで前記第１，第２軸部材の相対回転角の算出に供する磁気センサと、を備えている。

前記ホルダ部材は、比較的小径な円筒状のホルダ筒状部と、該ホルダ筒状部に一体回転可能に設けられた比較的大径な円筒状のヨーク保持部と、を備え、前記ホルダ筒状部をもって前記他方の軸部材に固定されると共に、前記ヨーク保持部によって前記両ヨークを保持するようになっている。

特開２０１４−１８５９３３号公報

ところで、前記ホルダ部材の一体形成にあたっては、樹脂材料からなる前記ヨーク保持部に金属材料からなる前記ホルダ筒状部をインサート成形することが通常考えられる。

しかしながら、前記インサート成形にあたり、単に前記ヨーク保持部に前記ホルダ筒状部をインサートした場合、前記インサート成形時のヨーク保持部の冷却固化に基づき該ヨーク保持部から前記ホルダ筒状部に作用する圧縮力のみによって前記ホルダ筒状部とヨーク保持部の相対回転を抑制することになるため、相対回転の規制が不十分となるおそれがあった。

本発明は、かかる技術的課題に鑑みて案出されたもので、ホルダ筒状部とヨーク保持部の相対回転を効果的に抑制し得る回転角検出装置を提供することを目的としている。

本発明は、回転軸を中心に互いに相対回転可能に設けられた第１軸部材および第２軸部材の相対回転角を検出する回転角検出装置であって、とりわけ、前記第２軸部材に固定された筒状本体と前記筒状本体から前記回転軸の径方向の外側に延びるフランジ部とを有する金属製のホルダ筒状部と、樹脂材料により筒状に形成され、内部に前記フランジ部が埋設された状態で前記ホルダ筒状部と一体に回転する樹脂製のヨーク保持部と、前記ヨーク保持部に前記回転軸の軸方向へ貫通するように設けられ、それぞれ前記周方向に交互に並ぶように配置される複数の第１，第２爪部挿入孔と、前記回転軸と同心円上に配置された第１円筒部と前記第１円筒部から前記径方向の内側へ延出する複数の第１径方向延出部、及び前記各第１径方向延出部から前記軸方向に延出して前記各第１爪部挿入孔に挿入される前記複数の第１爪部を有する第１ヨークと、前記第１円筒部よりも小径な円筒状に形成され前記回転軸と同心円上に配置された第２円筒部と前記第２円筒部から前記径方向の外側へ延出する複数の第２径方向延出部、及び前記各第２径方向延出部から前記軸方向に延出する複数の第２爪部を有し、前記第２爪部のそれぞれが前記各第２爪部挿入孔に挿入された状態で、前記各第２爪部が前記各第１爪部の前記周方向の間に交互に並ぶと共に、前記第２円筒部が前記第１円筒部と前記径方向で対向する第２ヨークと、前記ヨーク保持部に設けられ、前記各第１爪部が前記各第１爪部挿入孔に挿入された状態で内部に前記各第１径方向延出部が収容される複数の第１凹溝と、前記ヨーク保持部に設けられ、前記各第２爪部が前記各第２爪部挿入孔に挿入された状態で内部に前記各第２径方向延出部が収容される複数の第２凹溝と、を備え、前記フランジ部は、前記周方向において前記第１爪部挿入孔とオーバーラップする領域に前記径方向の外側に突出する係合凸部を有し、または前記周方向において前記第２爪部挿入孔とオーバーラップする領域に前記径方向の内側に凹む係合凹部を有することを特徴としている。

本発明によれば、ヨーク保持部の内部に埋設されたホルダ筒状部のフランジ部に係合凸部または係合凹部を設けたことにより、ホルダ筒状部とヨーク保持部との係合力を十分に確保して該両者間の相対回転を抑制することができる。

また、本実施形態では、係合凸部を設ける場合においては該係合凸部を第１爪部挿入孔と周方向でオーバーラップする領域に配置するようにしたことから、当該領域においては金属製のフランジ部側を凸部とすることで該凸部の強度を向上させることができる。

他方、係合凹部を設ける場合においては該係合凹部を第２爪部挿入孔と周方向でオーバーラップする領域に配置するようにしたことから、当該領域についてはフランジ部側を凹部とすることでヨーク保持部の第２爪部挿入孔よりも内周側の部位の肉厚を増大させることが可能となって、ヨーク保持部の強度を向上させることができる。

このような係合凸部や係合凹部の特異な配置により、ホルダ筒状部とヨーク保持部との結合強度が向上する結果、該両者間の相対回転をより一層効果的に抑制することができる。

本発明に係るパワーステアリング装置を示す概略図である。本発明に係るパワーステアリング装置の第１ラック・ピニオン機構近傍の縦断面図である。本実施形態に係るホルダ部材と、第１，第２ヨーク及び溶着プレートの分解斜視図である。本実施形態に係るホルダ部材の縦断面図である。図４のＡ−Ａ線断面図である。本実施形態に係るホルダ筒状部の斜視図である。図５の要部拡大図である。ホルダ部材の高温膨張時におけるホルダ筒状部とヨーク保持部との係合関係を示す図である。

以下、本発明に係る回転角検出装置の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態では、前記回転角検出装置を自動車のラック・ピニオン式パワーステアリング装置に適用したものを示している。

本実施形態に係るパワーステアリング装置は、図１に示すように、一端側がステアリングホイールＳＷに連係された入力軸１（本発明に係る第２軸部材に相当）と、一端側が入力軸１にトーションバー２を介して連結され、共通の回転軸Ｚを中心として入力軸１と相対回転する第１出力軸３（本発明に係る第１軸部材に相当）とからなるステアリングシャフトが、車体の幅方向一端側に設けられる第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１を介して図示外の転舵輪に連係されると共に、前記ステアリングシャフトの外周側に設けられた回転角検出装置であるトルクセンサＴＳの出力信号に基づいてＥＣＵ４によって駆動制御される電動モータＭにウォームギア等の減速機構５を介して連係される第２出力軸６が、車体の幅方向他端側に設けられる第２ラック・ピニオン機構ＲＰ２を介して図示外の転舵輪に連係されることによって構成されている。

ここで、前記第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１は、第１出力軸３の他端側に設けられるピニオン歯３ａと、各端がタイロッド７，７を介してそれぞれ前記転舵輪に連係されるラックバー８の一端側に設けられる第１ラック歯８ａとから構成され、前記第２ラック・ピニオン機構ＲＰ２は、第２出力軸６の先端部に連係される第２ピニオン歯６ａと、ラックバー８の他端側に設けられる図示外の第２ラック歯とから構成されている。

そして、前述の構成から、ステアリングホイールＳＷから入力軸１へと入力された操舵トルクに基づいてトーションバー２が捩れ変形し、この捩れ変形に伴い該トーションバー２の復元時に生ずる回転トルクに基づいて回転する第１出力軸３の回転運動が第１ラック・ピニオン機構ＲＰ１を介してラックバー８の直線運動に変換されると共に、前記操舵トルクに応じて電動モータＭに生ずる操舵アシストトルクに基づいて回転する第２出力軸６の回転運動が第２ラック・ピニオン機構ＲＰ２を介してラックバー８の直線運動に変換されることで、電動モータＭによる操舵補助を得つつ前記転舵輪の向きが変更されることとなる。

前記ステアリングシャフトは、図２に示すように、入力軸１の他端側と第１出力軸３の全体とがギアハウジング９の内部に収容される構成となっていて、このギアハウジング９は、第１出力軸３の全体を収容するほぼ円筒状のハウジング本体１０と、該ハウジング本体１０の上端部である一端側開口部を閉塞するハウジングカバー１１と、から構成されている。また、前記入力軸１と第１出力軸３との連結部の外周側には、前述したトルクセンサＴＳがギアハウジング９に収容されるかたちで配置されている。

なお、以下では、前記トルクセンサＴＳの説明に際して前記回転軸Ｚに沿う方向を単に「軸方向」、前記回転軸Ｚの径方向を単に「径方向」、前記回転軸Ｚ周りの方向を単に「周方向」とそれぞれ呼称する。

前記トルクセンサＴＳは、磁性材料によりほぼ円筒状に形成され、第１出力軸３の一端部外周に取付固定された磁性部材である永久磁石１２と、ほぼ円筒状に形成されて入力軸１の他端部外周に取付固定されたホルダ部材１３と、いずれも軟磁性体によりほぼ円筒状に形成されると共に、ホルダ部材１３を介して入力軸１に接続され、それぞれ第１出力軸３側となる一端側が永久磁石１２と径方向で対向するように設けられた一対の第１，第２ヨーク１４，１５と、これら両ヨーク１４，１５をホルダ部材１３に溶着固定する円環状の溶着プレート１６と、両ヨーク１４，１５の他端側において該両ヨーク１４，１５間に形成される径方向隙間に収容配置され、両ヨーク１４，１５の他端側へと漏洩した永久磁石１２による磁束を所定の範囲に集約するほぼ円環状の一対の第１，第２集磁リング１７，１８と、これら両集磁リング１７，１８の間を通過する前記磁束を検出する磁気センサ１９と、から主として構成され、前記永久磁石１２と、ホルダ部材１３、両ヨーク１４，１５、及び両集磁リング１７，１８は、いずれも前記回転軸Ｚとほぼ同心円上となるように配置されている。

前記永久磁石１２は、周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に配置（着磁）されてなるもので、本実施形態ではＮ極とＳ極が各８極ずつの全部で１６極が配置されている。なお、ここでいう「Ｎ極とＳ極が交互に配置」とは、２以上のＮ極とＳ極が周方向に沿って交互に配置されている場合のみならず、周方向に沿って配置されるＮ極とＳ極がそれぞれ１極のみの場合も含まれる。

また、前記永久磁石１２は、第１出力軸３にレーザ溶接等によって固定されたほぼ円筒状の磁石ホルダ２０の外周に所定の樹脂材料からなる絶縁部２１を介して絶縁状態に連結されることにより、第１出力軸３に一体回転可能に接続されている。

前記第１ヨーク１４は、図２及び図３に示すように、一端側が比較的小径かつ他端側が比較的大径となる縦断面クランク状に形成されたものであって、他端側において円筒状に形成された第１円筒部２２と、該第１円筒部２２の一端側の端縁における周方向等間隔位置から径方向内側に延出する板状の複数の第１径方向延出部２３と、該各第１径方向延出部２３の内端縁から軸方向一端側に延出し、それぞれが第１円筒部２２と同軸の円周上に並ぶように形成された板状の複数の第１爪部２４と、を備えている。

前記第２ヨーク１５は、一端側が比較的大径かつ他端側が比較的小径となる縦断面クランク状に形成されたものであって、他端側において第１円筒部２２よりも小径な円筒状に形成された第２円筒部２５と、該第２円筒部２５の一端側の端縁における周方向等間隔位置から径方向外側に延出する板状の複数の第２径方向延出部２６と、該各第２径方向延出部２６の外端縁から軸方向一端側に延出し、それぞれが第２円筒部２５と同軸の円周上に並ぶように形成された板状の複数の第２爪部２７と、を備えている。

なお、前記各第１爪部２４と各第２爪部２７は、第１爪部２４同士を結ぶ仮想円の直径と第２爪部２７同士を結ぶ仮想円の直径とが、ほぼ同一径となるようにそれぞれ形成されている。

前記ホルダ部材１３は、図２〜図５に示すように、金属材料によって形成されて入力軸１との固定に供されるホルダ筒状部２８と、該ホルダ筒状部２８を構成する金属材料よりも大きな線膨張係数を有する非磁性の樹脂材料によって形成されて両ヨーク１４，１５の保持に供されるヨーク保持部２９と、を備えており、これらホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９は、該ヨーク保持部２９を成形する図示外の射出成形金型の内部にホルダ筒状部２８の一部が予め挿入された状態で溶融樹脂を充填する、いわゆるインサート成形によって一体に形成されている。

前記ホルダ筒状部２８は、ほぼ円筒状に形成された筒状本体３０と、該筒状本体３０のヨーク保持部２９側の端部から径方向外側に向かって延出するほぼ円環状のフランジ部３１と、から構成されており、前記筒状本体３０は、図４に示すように、ヨーク保持部２９と反対側となる一端側が、固定部３０ａとして比較的小さな内径ｄ１となるように形成されている一方、固定部３０ａよりも他端側の非固定部３０ｂについては、固定部３０ａの内径ｄ１よりも大きな内径ｄ２となるように形成されている。そして、内部に入力軸１が挿通された状態で、入力軸１の軸方向の所定位置に形成された段差縮径状の段部１ａに前記固定部３０ａの一端側の端部３０ｃを径方向内側に折曲するようにかしめることにより、入力軸１に一体回転可能に固定されている。

前記ヨーク保持部２９は、図３及び図４に示すように、フランジ部３１のインサートに供される円筒状のボス部３２と、該ボス部３２と端壁３３ａを介して一体に形成され、永久磁石１２の収容に供される有蓋円筒状の筒部３３と、を備えている。

前記ボス部３２は、前記インサート成形によって内周側にフランジ部３１が埋設されており、前記インサート成形にかかる冷却固化に基づきボス部３２からフランジ部３１に作用する圧縮力と、ボス部３２とフランジ部３１との間に作用する後述の係合力と、によってフランジ部３１と一体回転可能に接続されている。

また、前記ボス部３２は、径方向に所定の肉厚を有して形成されていることで、内部にインサートされたホルダ筒状部２８との結合部分の強度が確保されている。

前記筒部３３の端壁３３ａには、各第１爪部２４のそれぞれが挿入される複数の第１爪部挿入孔３５と、各第２爪部２７のそれぞれが挿入される複数の第２爪部挿入孔３６とが軸方向に沿って貫通形成されており、これら各爪部挿入孔３５，３６は、それぞれ対応する爪部２４，２７の形状や配置にあわせて周方向に延びるほぼ矩形状に形成されると共に、それぞれ周方向に所定の間隔を空けつつ交互に並ぶように配置されている。

そして、このように形成された各第１爪部挿入孔３５のそれぞれに各第１爪部２４が挿入される一方、各第２爪部挿入孔３６のそれぞれに各第２爪部２７が挿入されることで、前記第１ヨーク１４と第２ヨーク１５がそれぞれホルダ部材１３に相対回転が規制された状態で保持されることとなる。この保持状態において、前記第１ヨーク１４と第２ヨーク１５とは、第１円筒部２２と第２円筒部２５とが互いに回転軸Ｚとほぼ同心円上でかつ、第１円筒部２２の内周側にて第２円筒部２５が径方向へ離間対向するように配置されると共に、各第１爪部２４と各第２爪部２７とが回転軸Ｚの同心円上に交互に整列された状態で筒部３３の内部に収容された永久磁石１２と径方向において対向配置されるようになっている。なお、前記各第１爪部２４と各第２爪部２７とは、入力軸１に操舵トルクが作用していない場合において、各爪部２４，２７の周方向の中間位置が永久磁石１２の各極境界に位置するように配置されている。

また、前記各第１爪部挿入孔３５の第１爪部２４が挿入される側の孔縁には、第１爪部２４が挿入された状態で内部に第１径方向延出部２３が収容される第１凹溝３７がそれぞれ設けられる一方、前記各第２爪部挿入孔３６の第２爪部２７が挿入される側の孔縁には、第２爪部２７が挿入された状態で内部に第２径方向延出部２６が収容される第２凹溝３８がそれぞれ設けられている。

前記第１凹溝３７は、第１爪部２４よりも径方向外側に位置する第１径方向延出部２３の外端側の形状に応じて、第１爪部挿入孔３５の径方向外側の孔縁からさらに径方向外側に延びるように形成されている。また、前記第１凹溝３７は、第１爪部挿入孔３５と接続される部位に該第１爪部挿入孔３５に向かって下り傾斜状のガイド面３７ａが形成され、該ガイド面３７ａによって第１爪部２４を第１爪部挿入孔３５に導くようになっている。

一方、第２凹溝３８は、第２爪部２７よりも径方向内側に位置する第２径方向延出部２６の内端側の形状に応じて、第２爪部挿入孔３６の径方向内側の孔縁からさらに径方向内側に延びるように形成されると共に、第２爪部挿入孔３６と接続される部位には、該第２爪部挿入孔３６に向かって下り傾斜状のガイド面３８ａが形成されている。

なお、前記インサート成形にあたって、前記ヨーク保持部２９は、上端面３３ｂの外端側の周方向等間隔位置でかつ、周方向において第１爪部挿入孔３５と第２爪部挿入孔３６のいずれともオーバーラップ（径方向で対向）しない箇所に設けられる前記射出成形金型の４つのゲート部から溶融樹脂が注入されることで成形される。

これにより、成形後のヨーク保持部２９には、図３や図５の仮想線で示すように、その表面（上端面３３ｂ）の前記各ゲート部と対応する部位に４つのゲート跡３９が形成されると共に、この隣接するゲート跡３９，３９の周方向ほぼ中間位置であって第１爪部挿入孔３５と第２爪部挿入孔３６のいずれともオーバーラップしない部位には、図５に示すように、前記各ゲートから注入された溶融樹脂同士が合流してなるウェルドラインＷが径方向に沿って形成されるようになっている。

前記溶着プレート１６は、熱可塑性の樹脂材料からなり、ホルダ部材１３の第１爪部挿入孔３５に第１爪部２４が挿入され、第１凹溝３７に第１径方向延出部２３が収容されると共に、第２爪部挿入孔３６に第２爪部２７が挿入され、第２凹溝３８に第２径方向延出部２６が収容された状態において、ほぼ面一となった第１，第２径方向延出部２３，２６の各円筒部２２，２５側の上面２３ａ，２６ａと、ヨーク保持部２９の端壁３３ａの上端面３３ｂとに跨って載置された状態で上端面３３ｂに超音波溶着されることによって、第１，第２ヨーク１４，１５の軸方向への抜け出しを抑制し、該各ヨーク１４，１５をホルダ部材１３に固定するようになっている。

前記第１，第２集磁リング１７，１８は、図２に示すように、いずれも軟磁性体によって周方向の一部が切り欠かれた平面視Ｃ字形状に形成され、対向する第１円筒部２２と第２円筒部２５の径方向隙間に第１集磁リング１７を外周側、第２集磁リング１８を内周側として内外周で対向するように配置されている。また、前記第１集磁リング１７の周方向の所定位置には、径方向内側へ押圧されてなる第１集磁部１７ａが設けられている一方、前記第２集磁リング１８の周方向における第１集磁部１７ａと対向する位置には、径方向外側へ突出させてなる第２集磁部１８ａが設けられている。

前記磁気センサ１９は、第１集磁部１７ａと第２集磁部１８ａとの間の径方向隙間に収容配置された図示外のホール素子からなる検出部４０と、この検出部４０をトルクセンサＴＳの上方に配置される制御基板４２に接続するための接続端子４１と、から構成されている。そして、前記磁気センサ１９は、前記ホール素子によるホール効果を利用することで検出部４０により両集磁部１７ａ，１８ａ間を通過する磁束を検出し、この磁束に応じた信号を制御基板４２に出力することをもって、該制御基板４２における入力軸１と第１出力軸３との間の相対回転角の演算や、該相対回転角に基づく操舵トルクの演算に供される。

なお、前記制御基板４２は、図示外のセンサハーネスを介してＥＣＵ４に接続され、該ＥＣＵ４に演算により求めた操舵トルクを出力するようになっている。

また、本実施形態では、前記フランジ部３１の外周縁に、図５〜図７に示すように、径方向外側に向かって突出する複数の係合凸部であるフランジ側凸部４４と、径方向内側に向かって凹む複数の係合凹部であるフランジ側凹部４５と、がそれぞれ形成されている。さらに、これらフランジ側凸部４４とフランジ側凹部４５をフランジ部３１に設けたことに伴い、前記ヨーク保持部２９には、前記インサート成形に際してフランジ側凸部４４と対応する部位に対応する形状のホルダ側凹部４６が形成されると共に、フランジ側凹部４５と対応する部位に対応する形状のホルダ側凸部４７が形成されるようになっている。

前記各フランジ側凸部４４は、フランジ部３１の各第１爪部挿入孔３５と周方向でオーバーラップする（径方向で対向する）位置にそれぞれ設けられるものであって、１つの第１爪部挿入孔３５に対して周方向にそれぞれ２つずつ並んで配置されている。これにより、全てのフランジ側凸部４４は、図５に示すウェルドラインＷに対して周方向にオフセットした位置に配置されるようになっている。

また、このフランジ側凸部４４は、特に図７に示すように、平面視ほぼ矩形状を呈し、径方向に沿って互いにほぼ平行に延びる一対の側面４４ａ，４４ｂと、該両側面４４ａ，４４ｂにほぼ直交するかたちで両者４４ａ，４４ｂを接続する円弧面状の先端面４４ｃと、を有していると共に、一側面４４ａと先端面４４ｃとの接続部である角部４８ａと、他側面４４ｂと先端面４４ｃとの接続部である角部４８ｂとがそれぞれ円弧状に形成されている。

一方、前記各フランジ側凹部４５は、フランジ部３１の各第２爪部挿入孔３６と周方向でオーバーラップする（径方向で対向する）位置にそれぞれ設けられるものであって、こちらも１つの第２爪部挿入孔３６に対して周方向にそれぞれ２つずつ並んで配置されている。

また、このフランジ側凹部４５は、平面視ほぼ矩形状を呈し、径方向に沿って互いにほぼ平行に延びる一対の側面４５ａ，４５ｂと、該両側面４５ａ，４５ｂに直交するかたちで両者４５ａ，４５ｂを接続する円弧面状の先端面４５ｃと、を有していると共に、フランジ部３１の外周面３１ａと一側面４５ａとの接続部である角部４９ａと、前記外周面３１ａと他側面４５ｂとの接続部である角部４９ｂとがそれぞれ円弧状に形成されている。

また、前記フランジ側凹部４５を構成する両側面４５ａ，４５ｂは、図８に示すように、径方向における長さＬ１が、ホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９とが車両搭載時に想定される最も低温な状態から最も高温な状態に移行した際の径方向における相対変位量Δ１よりも大きくなるように形成されている。

なお、図示はしていないものの、前記フランジ側凸部４４を構成する両側面４４ａ，４４ｂも、径方向における長さＬ１が前記相対変位量Δ１よりも大きくなるように形成されている。
〔本実施形態の作用効果〕
したがって、以上のように構成されたトルクセンサＴＳによれば、入力軸１に操舵トルクが作用しておらず前記ステアリングシャフトが中立状態にあるときは、永久磁石１２の各極境界が第１，第２爪部２４，２７の周方向の中間位置に位置することとなり、該永久磁石１２の各爪部２４，２７に対する磁路抵抗は等しくなる。その結果、永久磁石１２のＮ極から発生した磁界は各円筒部２２，２５へと漏洩することなくそのままＳ極に流れることから、前記磁界の磁束が磁気センサ１９によって検出されることはない。

一方、ステアリングホイールＳＷが操舵されて入力軸１に操舵トルクが作用した場合には、入力軸１の回転に伴いホルダ部材１３が回転することにより永久磁石１２の各極境界が第１，第２爪部２４，２７の周方向一方側に偏倚することとなって、永久磁石１２の各爪部２４，２７に対する磁路抵抗のうち前記極境界が偏倚した周方向一方側の磁路抵抗が大きくなる。これによって、永久磁石１２のＮ極から発生した磁界は、各円筒部２２，２５へと漏洩し、該各円筒部２２，２５を亘って隣接するＳ極へと流れることとなる。この結果、前記各集磁リング１７，１８間には一方側から他方側に磁束が通過することとなって、該磁束が磁気センサ１９によって検出される。そして、前記磁束から制御基板４２が演算した操舵トルクに基づきＥＣＵ４が電動モータＭを駆動制御することによって、前記操舵トルクに応じた操舵アシストトルクが付与されることとなる。なお、このとき、前記操舵アシストトルクの付与方向については、各集磁リング１７，１８間を通過する磁束の方向をもって特定される。

そして、本実施形態では、フランジ部３１の外周側にフランジ側凸部４４やフランジ側凹部４５を設けたことから、入力軸１が回転した際の回転力が、フランジ側凸部４４とホルダ側凹部４６とが係合し、かつフランジ側凹部４５とホルダ側凸部４７とが係合した状態でホルダ筒状部２８からヨーク保持部２９へ伝達されることとなる。これにより、ホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９との相対回転を効果的に抑制できることから、前述したトルクセンサＴＳによる操舵トルクの演算を高精度に行うことが可能となる。

ここで、本実施形態のフランジ部３１とヨーク保持部２９のような金属材料で形成された部材と樹脂材料で形成された部材との相対回転を抑制するには、一般的に、比較的強度の高い金属材料側に凸部を設け、比較的強度の低い樹脂材料側に該凸部に応じた凹部を設けることが前記凸部の損傷を抑制する観点から望ましいとされている。

しかしながら、本実施形態のフランジ部３１の全周に亘ってフランジ側凸部４４を設けた場合、ヨーク保持部２９の第２爪部挿入孔３６よりも内周側の部位が、第２凹溝３８による切り欠きに加えてフランジ側凸部４４によってさらに凹状に切り欠かれることで、当該部位の径方向の肉厚が大きく減少し、ヨーク保持部２９の強度が低下してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、フランジ部３１の第１爪部挿入孔３５と周方向でオーバーラップする領域についてはフランジ側凸部４４を設ける一方、第２爪部挿入孔３６と周方向でオーバーラップする領域についてはフランジ側凹部４５を設けることとした。

これにより、第１爪部挿入孔３５と周方向でオーバーラップする領域についてはフランジ部３１側を凸部（フランジ側凸部４４）とすることで、該凸部の強度を確保し、もってホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９との間の係合力の低下を抑制することができる。他方、第２爪部挿入孔３６と周方向でオーバーラップする領域についてはフランジ部３１側を凹部（フランジ側凹部４５）とすることで、ヨーク保持部２９の第２爪部挿入孔３６よりも内周側の部位の肉厚を増大させることが可能となり、ヨーク保持部２９の強度を向上させることができる。この結果、ホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９との間の結合強度が十分に確保されることから、該両者２８，２９間の相対回転をより一層効果的に抑制することが可能となる。

しかも、本実施形態では、ヨーク保持部２９をホルダ筒状部２８よりも線膨張係数の大きな樹脂材料によって形成したことから、低温時にはヨーク保持部２９の収縮変形に伴いホルダ側凸部４７とフランジ側凹部４５との間の周方向隙間が広がる反面、図７中の矢印で示すように、フランジ側凸部４４とホルダ側凹部４６との間の周方向隙間が狭まることでホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９との間の係合力を確保することができる。一方、高温時にはヨーク保持部２９の膨張変形に伴いフランジ側凸部４４とホルダ側凹部４６との間の周方向隙間が広がる反面、図７中の白抜き矢印で示すように、ホルダ側凸部４７とフランジ側凹部４５との間の周方向隙間が狭まることでホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９との間の係合力を確保することができる。

このように、本実施形態によれば、ホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９の冷却収縮時と高温膨張時のいずれにおいても該両者２８，２９間の係合力を確保できることから、温度変化に依ることなくホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９との相対回転を抑制して高精度な操舵トルクの演算に供することができる。

また、本実施形態では、フランジ側凸部４４を１つの第１爪部挿入孔３５に対して周方向に２つ並ぶように設けたことから、ホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９との間の係合力を確保しつつもフランジ側凸部４４の個々の大きさを小型化することができる。これにより、ヨーク保持部２９の冷却収縮や高温膨張に伴ってフランジ側凸部４４にホルダ側凹部４６が突き当たることで生じる該ホルダ側凹部４６のクリープ変形を抑制できることから、ヨーク保持部２９の経年劣化を抑制し、トルクセンサＴＳの耐久性を向上させることが可能となる。また、この作用効果は、フランジ側凹部４５を１つの第２爪部挿入孔３６に対して周方向に２つ並ぶように設けたことによっても同様に得ることができる。

また、本実施形態では、フランジ側凸部４４とフランジ側凹部４５を、それぞれ一対の側面４４ａ，４４ｂ、４５ａ，４５ｂが径方向に沿ってほぼ平行となるように形成したことから、フランジ側凸部４４とホルダ側凹部４６との噛合あるいはフランジ側凹部４５とホルダ側凸部４７との噛合を広い当接面積をもって行えるため、ホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９との間の相対回転をより効果的に抑制することができる。さらに、前記当接面積を大きくすることで、入力軸１の回転に伴いホルダ側凹部４６のフランジ側凸部４４との当接部位や、ホルダ側凸部４７のフランジ側凹部４５との当接部位に生じる応力集中を緩和できることから、該応力集中に伴うヨーク保持部２９の破損を抑制することができる。

しかも、本実施形態では、フランジ側凸部４４の両側面４４ａ，４４ｂ及びフランジ側凹部４５の両側面４５ａ，４５ｂの径方向における長さＬ１を、ホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９とが車両搭載時における冷却収縮状態から高温膨張状態に移行した際の径方向における相対変位量Δ１よりも大きくなるように形成したことから、ヨーク保持部２９が機関熱によって大きく膨張した場合等におけるホルダ側凹部４６からのフランジ側凸部４４の抜け出しや、フランジ側凹部４５からのホルダ側凸部４７の抜け出しを抑制できる。これにより、温度変化に伴うホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９との係合力のさらなる向上を図り、より高精度な操舵トルクの演算に供することができる。

また、本実施形態では、フランジ側凸部４４の各角部４８ａ，４８ｂや、フランジ側凹部４５とフランジ部３１の外周面３１ａとを接続する各角部４９ａ，４９ｂを円弧状に形成したことから、冷却収縮や高温膨張に伴う各角部４８ａ，４８ｂ、４９ａ，４９ｂのヨーク保持部２９への食い込みが抑制されるため、該食い込みに伴うヨーク保持部２９の破損を抑制できる。

さらに、本実施形態では、フランジ側凸部４４を、ヨーク保持部２９のうち比較的強度の低いウェルドラインＷの形成位置から周方向にオフセットした位置に設けたことから、ヨーク保持部２９の強度の低下を抑制し、ホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９との間の係合力を維持することができる。

なお、本実施形態では全てのフランジ側凸部４４をウェルドラインＷからオフセットした位置に設けているが、このウェルドラインＷからオフセットした位置に１つ以上のフランジ側凸部４４が設けられていれば、他のフランジ側凸部４４がウェルドラインＷとオーバーラップする位置に設けられている場合でも上記作用効果を得ることが可能となる。

ところで、前記ヨーク保持部２９は前記インサート成形において冷却固化の工程を経ることで全体的に収縮することとなるが、このときホルダ筒状部２８の非固定部３０ｂ側がヨーク保持部２９の圧縮力により縮径変形することから、ホルダ筒状部２８を入力軸１の外径に合わせた一律な内径に形成していると、前記縮径変形によって入力軸１の挿入性が悪化してしまうおそれがある。

これに対して、本実施形態では、予めホルダ筒状部２８の非固定部３０ｂ側を固定部３０ａ側よりも内径が大きくなるように形成されていることから前記挿入性の悪化を抑制することができ、前記ステアリングシャフトにトルクセンサＴＳを組み付ける際の作業性を向上できる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成を変更することも可能である。

例えば、本実施形態では、第１出力軸３に永久磁石１２を設ける一方、入力軸１に第１，第２ヨーク１４，１５や磁気センサ１９等を設けているが、入力軸１に永久磁石１２を設け、第１出力軸３に第１，第２ヨーク１４，１５等を設けることも当然に可能である。

また、本実施形態のフランジ部３１にはフランジ側凸部４４とフランジ側凹部４５の両方が設けられているが、ホルダ筒状部２８とヨーク保持部２９の相対回転が十分に抑制できるのであれば、フランジ側凸部４４とフランジ側凹部４５のいずれか一方のみをフランジ部３１に設ける構成としてもよい。

以上説明した各実施形態に基づく回転角検出装置としては、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。

回転角検出装置は、その一つの態様において、回転軸を中心に互いに相対回転可能に設けられた第１軸部材および第２軸部材の相対回転角を検出する回転角検出装置であって、前記第１軸部材に設けられ、前記回転軸の周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に配置された磁性部材と、前記第２軸部材に固定された筒状本体と、前記筒状本体から前記回転軸の径方向の外側に向かって延びるように設けられたフランジ部と、を有する金属製のホルダ筒状部と、樹脂材料により筒状に形成され、内部に前記フランジ部が埋設された状態で前記ホルダ筒状部と一体に回転する樹脂製のヨーク保持部と、前記ヨーク保持部に前記回転軸の軸方向へ貫通するように設けられ、前記周方向に並んで配置される複数の第１爪部挿入孔と、前記ヨーク保持部に前記軸方向へ貫通するように設けられ、前記周方向に前記第１爪部挿入孔と交互に並ぶように配置される複数の第２爪部挿入孔と、円筒状に形成され、前記回転軸と同心円上に配置された第１円筒部と、前記第１円筒部から前記径方向の内側へ延出する板状に形成された複数の第１径方向延出部と、前記各第１径方向延出部から前記軸方向に延出する板状に形成され、前記各第１爪部挿入孔に挿入された状態で前記磁性部材と前記径方向で対向する複数の第１爪部と、を有する第１ヨークと、前記第１円筒部よりも小径な円筒状に形成され、前記回転軸と同心円上に配置された第２円筒部と、前記第２円筒部から前記径方向の外側へ延出する板状に形成された複数の第２径方向延出部と、前記各第２径方向延出部から前記軸方向に延出する板状に形成された複数の第２爪部と、を有し、前記第２爪部のそれぞれが前記各第２爪部挿入孔に挿入された状態で、前記各第２爪部が前記各第１爪部の前記周方向の間に交互に並んでかつ前記磁性部材と前記径方向で対向するように配置されると共に、前記第２円筒部が前記第１円筒部と前記径方向で対向するように配置される第２ヨークと、前記第１軸部材と前記第２軸部材の相対回転に伴う前記各第１爪部及び前記各第２爪部と前記磁性部材との相対回転によって生じる前記第１円筒部と前記第２円筒部との間の磁界の変化に基づき、前記第１軸部材と前記第２軸部材との間の相対回転角を検出する磁気センサと、前記ヨーク保持部に設けられ、前記各第１爪部が前記各第１爪部挿入孔に挿入された状態で内部に前記各第１径方向延出部が収容される複数の第１凹溝と、前記ヨーク保持部に設けられ、前記各第２爪部が前記各第２爪部挿入孔に挿入された状態で内部に前記各第２径方向延出部が収容される複数の第２凹溝と、を備え、前記フランジ部は、前記周方向において前記第１爪部挿入孔とオーバーラップする領域に、前記径方向の外側に向かって突出するように形成された係合凸部を有し、または前記周方向において前記第２爪部挿入孔とオーバーラップする領域に、前記径方向の内側に向かって凹むように形成された係合凹部を有する。

前記回転角検出装置の好ましい態様において、前記フランジ部は、前記係合凹部と前記係合凸部の両方を有し、前記ヨーク保持部を構成する樹脂材料は、前記ホルダ筒状部を構成する金属材料よりも大きな線膨張係数を有する。

別の好ましい態様では、前記回転角検出装置の態様のいずれかにおいて、前記係合凸部は、１つの前記第１爪部挿入孔に対して前記周方向に複数個並んで配置され、または前記係合凹部は、１つの前記第２爪部挿入孔に対して前記周方向に複数個並んで配置される。

さらに別の好ましい態様では、前記回転角検出装置の態様のいずれかにおいて、前記係合凸部または前記係合凹部は、前記径方向に延びる１対の側面同士がほぼ平行に形成される。

さらに別の好ましい態様では、前記回転角検出装置の態様のいずれかにおいて、前記係合凸部または前記係合凹部の前記１対の側面は、前記径方向における長さが、前記ホルダ筒状部と前記ヨーク保持部とが冷却収縮時から高温膨張時に移行した際の前記径方向の相対変位量よりも大きくなるように形成される。

さらに別の好ましい態様では、前記回転角検出装置の態様のいずれかにおいて、前記係合凸部は、角部がほぼ円弧状に形成されている。

さらに別の好ましい態様では、前記回転角検出装置の態様のいずれかにおいて、前記ヨーク保持部は、射出成形によって形成され、表面に前記周方向に沿って前記射出成形に際して溶融樹脂が注入された跡である複数のゲート跡を有すると共に、内部の前記周方向における隣接する前記ゲート跡の間に前記溶融樹脂が合流してなるウェルドラインを有し、前記係合凸部は、前記ウェルドラインから前記周方向にオフセットした位置に設けられる。

さらに別の好ましい態様では、前記回転角検出装置の態様のいずれかにおいて、前記ホルダ筒状部は、前記軸方向の一端側に前記第２軸部材に固定される固定部を備え、前記フランジ部は、前記ホルダ筒状部の前記軸方向の他端側に設けられ、前記筒状本体は、前記回転軸の方向の一端側の内径よりも前記他端側の内径が大きくなるように形成される。

１…入力軸（第２軸部材）
３…第１出力軸（第１軸部材）
１２…永久磁石（磁性部材）
１３…ホルダ部材
１４…第１ヨーク
１５…第２ヨーク
１９…磁気センサ
２２…第１円筒部
２３…第１径方向延出部
２４…第１爪部
２５…第２円筒部
２６…第２径方向延出部
２７…第２爪部
２８…ホルダ筒状部
２９…ヨーク保持部
３０…筒状本体
３０ａ…固定部
３１…フランジ部
３５…第１爪部挿入孔
３６…第２爪部挿入孔
３７…第１凹溝
３８…第２凹溝
４４…フランジ側凸部（係合凸部）
４５…フランジ側凹部（係合凹部）
Ｚ…回転軸

Claims

回転軸を中心に互いに相対回転可能に設けられた第１軸部材および第２軸部材の相対回転角を検出する回転角検出装置であって、
前記第１軸部材に設けられ、前記回転軸の周方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に配置された磁性部材と、
前記第２軸部材に固定された筒状本体と、前記筒状本体から前記回転軸の径方向の外側に向かって延びるように設けられたフランジ部と、を有する金属製のホルダ筒状部と、
樹脂材料により筒状に形成され、内部に前記フランジ部が埋設された状態で前記ホルダ筒状部と一体に回転する樹脂製のヨーク保持部と、
前記ヨーク保持部に前記回転軸の軸方向へ貫通するように設けられ、前記周方向に並んで配置される複数の第１爪部挿入孔と、
前記ヨーク保持部に前記軸方向へ貫通するように設けられ、前記周方向に前記第１爪部挿入孔と交互に並ぶように配置される複数の第２爪部挿入孔と、
円筒状に形成され、前記回転軸と同心円上に配置された第１円筒部と、前記第１円筒部から前記径方向の内側へ延出する板状に形成された複数の第１径方向延出部と、前記各第１径方向延出部から前記軸方向に延出する板状に形成され、前記各第１爪部挿入孔に挿入された状態で前記磁性部材と前記径方向で対向する複数の第１爪部と、を有する第１ヨークと、
前記第１円筒部よりも小径な円筒状に形成され、前記回転軸と同心円上に配置された第２円筒部と、前記第２円筒部から前記径方向の外側へ延出する板状に形成された複数の第２径方向延出部と、前記各第２径方向延出部から前記軸方向に延出する板状に形成された複数の第２爪部と、を有し、前記第２爪部のそれぞれが前記各第２爪部挿入孔に挿入された状態で、前記各第２爪部が前記各第１爪部の前記周方向の間に交互に並んでかつ前記磁性部材と前記径方向で対向するように配置されると共に、前記第２円筒部が前記第１円筒部と前記径方向で対向するように配置される第２ヨークと、
前記第１軸部材と前記第２軸部材の相対回転に伴う前記各第１爪部及び前記各第２爪部と前記磁性部材との相対回転によって生じる前記第１円筒部と前記第２円筒部との間の磁界の変化に基づき、前記第１軸部材と前記第２軸部材との間の相対回転角を検出する磁気センサと、
前記ヨーク保持部に設けられ、前記各第１爪部が前記各第１爪部挿入孔に挿入された状態で内部に前記各第１径方向延出部が収容される複数の第１凹溝と、
前記ヨーク保持部に設けられ、前記各第２爪部が前記各第２爪部挿入孔に挿入された状態で内部に前記各第２径方向延出部が収容される複数の第２凹溝と、
を備え、
前記フランジ部は、前記周方向において前記第１爪部挿入孔とオーバーラップする領域に、前記径方向の外側に向かって突出するように形成された係合凸部を有し、または前記周方向において前記第２爪部挿入孔とオーバーラップする領域に、前記径方向の内側に向かって凹むように形成された係合凹部を有することを特徴とする回転角検出装置。
請求項１に記載の回転角検出装置において、
前記フランジ部は、前記係合凹部と前記係合凸部の両方を有し、
前記ヨーク保持部を構成する樹脂材料は、前記ホルダ筒状部を構成する金属材料よりも大きな線膨張係数を有することを特徴とする回転角検出装置。
請求項１に記載の回転角検出装置において、
前記係合凸部は、１つの前記第１爪部挿入孔に対して前記周方向に複数個並んで配置され、または前記係合凹部は、１つの前記第２爪部挿入孔に対して前記周方向に複数個並んで配置されることを特徴とする回転角検出装置。
請求項１に記載の回転角検出装置において、
前記係合凸部または前記係合凹部は、前記径方向に延びる１対の側面同士がほぼ平行に形成されることを特徴とする回転角検出装置。
請求項１に記載の回転角検出装置において、
前記ホルダ筒状部は、前記軸方向の一端側に前記第２軸部材に固定される固定部を備え、
前記フランジ部は、前記ホルダ筒状部の前記軸方向の他端側に設けられ、
前記筒状本体は、前記回転軸の方向の一端側の内径よりも前記他端側の内径が大きくなるように形成されることを特徴とする回転角検出装置。