JP3674941B2 - 電動式パワーステアリング装置のトルクセンサユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トルクセンサユニットに関し、特に、電動式パワーステアリング装置等に好適に利用できるトルクセンサユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のトルクセンサとしては、例えば本出願人が先に提案した特開平８−１２２１７５号公報に開示されたものがある。この公報記載のトルクセンサは、センサ部を有する本体と、この本体上に直接固定される金属プレートと、この金属プレート上に固定されるが本体には直接固定されていない基板と、基板に設けられセンサ部と接続した検出回路とを備えていて、検出回路は基板の一面にのみ配置され、基板の金属プレートと接触する他面は全面アースとなっている。かかる構成によれば、電子部品は全て基板の一面に実装されるため、ノイズに対するシールド効果が向上すると共に組立性も向上する等の種々の利点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電動式パワーステアリング装置においては、トルクセンサはハウジングなどを含むトルクセンサユニットに収容されているが、雨水などが跳ねかかりやすい、車体の下部に設置されることが多い。しかるに、かかる従来技術によるトルクセンサユニットにおいては、防水性に関わる問題があることが判明している。かかる問題について説明する。トルクセンサユニットにおいて、回路などの電子部品を収納するアルミハウジングと、コネクタとの合わせ部は、硬化型の弾性シール材（例えば室温硬化型のシリコン溶剤）などを塗布することによって密封している。ここで、ねじ止め用の金属ブッシュと樹脂本体とを一体モールド成形することによってコネクタを形成しているが、かかるコネクタにおいては、金属ブッシュの端面を樹脂本体から突出させることにより、ねじ止め時の座面強度を確保している。
【０００４】
しかしながら、このように金属ブッシュの端面を、樹脂本体より突出させたことにより、アルミハウジング面と樹脂本体との間にわずかなすき間が生じ、かかるすき間を介して、外部より水分が侵入する恐れがある。かかるすき間に侵入した水分は厳寒時に氷結して体積が膨張し、それにより樹脂本体を破損する恐れがある。
【０００５】
一方、弾性シール材を塗布すべきアルミハウジングの形状は複雑であるため、コネクタとの合わせ面全周に弾性シール材の塗布を行う場合、はみ出さないように注意深く塗布作業を行う必要があるので、時間がかかると共に作業しにくいという問題も生じている。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術の問題点に鑑み、信頼性を確保すると共に、組立時作業性を向上させた電動式パワーステアリング装置のトルクセンサユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る電動式パワーステアリング装置のトルクセンサユニットは、
電気もしくは電子部品を収容するための収容空間と、前記収容空間と外部とを連通する開口とを形成したハウジングと、
前記開口を遮蔽するコネクタ部材と、
前記開口と、前記コネクタ部材との間を密封する密封手段とを有し、
前記密封手段は、板状の弾性体であることを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明に係る電動式パワーステアリング装置のトルクセンサユニットによれば、電気もしくは電子部品を収容するための収容空間と、前記収容空間と外部とを連通する開口とを形成したハウジングと、前記開口を遮蔽するコネクタ部材と、前記開口と、前記コネクタ部材との間を密封する密封手段とを有し、前記密封手段は、板状の弾性体であるので、前記ハウジングと前記コネクタ部材との間に、既に形状が決まっている前記板状の弾性体を挟み込むだけで、前記開口端における前記ハウジングと前記コネクタ部材との間の隙間を埋めることができるため、作業性に優れ、かつ効果的に水分の侵入を阻止することができる。また、例えば前記コネクタ部材が本体から金属ブッシュを突出させたような形状を有していても、本体とハウジングとの間を前記板状の弾性体で密封できるため、その間に水分が侵入することを防止できる。尚、板状の弾性体は、コーティングオイルシート、コルクシート、パッキンやゴム等のシムであって良いが、これらに限られない。前記板状の弾性体の内方には、前記ハウジング内への異物の侵入を防止するＯ−リングなどの別の密封手段を設けることができる。
更に、前記コネクタ部材のフランジ部と前記ハウジングとの間に、前記板状の弾性体を配置している。
更に、前記コネクタ部材は、前記ハウジング側に突出したブッシュを有するため、その密封性が問題となるが、本発明によれば、前記板状の弾性体を用いることで水分などの侵入を阻止でき、液状の硬化型シール材を塗布するなどの作業は不要となって、作業の時間低減と簡素化を図ることができる。
更に、前記板状の弾性体は、部品単体で比較したときに、前記ブッシュが前記ハウジング側に突出した長さより厚くなっている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図７は本発明の一実施の形態を示す図であって、この実施の形態は、本発明に係るトルクセンサユニットを、車両の電動式パワーステアリング装置に適用したものであり、図１は、ステアリング系全体を示す正面図であり、図２は、ステアリング系の要部（電動式パワーステアリング装置）を示す縦断面図であり、図１の構成を矢印 III 方向に見た図であり、図３は、トルクセンサユニットの正面図であり、図４は、図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た断面図であり、図５は、図３の構成を矢印V方向に見た図であり、図６は、図５の構成をVI-VI線で切断して矢印方向と逆に見た断面図であり、図７は、弾性シムの斜視図であり、図８は、コネクタを取り外した状態での図５と同様な図である。
【００１０】
図１において、ハウジング１内を水平方向に不図示のラック軸６（図２参照）が延在している。ラック軸６の両端にはタイロッド５１，５２が連結され、タイロッド５１，５２は、不図示の操舵機構に連結されている。図示していないが、ハウジング１の中央に、電動式パワーステアリング装置が配置されている。以下、電動式パワーステアリング装置の構成について詳述する。
【００１１】
図２において、上側ハウジング１Ａ及び下側ハウジング１Ｂからなるハウジング１内には、トーションバー４を介して連結された入力軸２及び出力軸３が、軸受５ａ，５ｂ及び５ｃによって回転自在に支持されている。これら入力軸２，出力軸３及びトーションバー４は、同軸に配設されていて、トーションバー４の上端側は入力軸２内に深く入り込んだ位置においてその入力軸２にピン結合されて回転方向に一体となっており、また、ト−ションバー４の下端側は出力軸３にスプライン結合されて回転方向に一体となっている。
【００１２】
入力軸２の上端部には、図示しない自在継ぎ手やステアリングシャフト等を介してステアリングホイールが回転方向に一体に取り付けられており、また、出力軸３の下端部にはピニオン３ａが形成されていて、ピニオン３ａはラック軸６に噛合している。これらピニオン３ａ及びラック軸６は、公知のラックアンドピニオン式ステアリング装置を構成するものであり、従って、運転者がステアリングホイールを操舵することにより発生した操舵力は、入力軸２，トーションバー４，出力軸３及びラックアンドピニオン式ステアリング装置を介して、図示しない操舵機構を動作せしめ、車輪の操舵を行うこととなる。
【００１３】
さらに、出力軸３には、これと同軸に且つ―体に回転するウォームホイール７が外嵌し、このウォームホイール７の樹脂製の噛合部７ａと、電動モータ８の出力軸８ａ外周面に形成されたウォーム８ｂとが噛み合っている。従って、電動モータ８の回転力は、その出力軸８ａ，ウォーム８ｂ及びウォームホイール７を介して出力軸３に伝達されるようになっており、電動モ−タ８の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出力軸３に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっている。
【００１４】
ここで、主として入力軸２を包囲する上側ハウジング１Ａには、このステアリング系に発生するトルクに応じて状態が変化するセンサ部１０を収容するセンサ部収容空間２０と、センサ部１０の出力を受けて所定の処理を実行する回路部が搭載された基板（電子部品）９を収容する基板収容空間２１と、が形成されている。なお、センサ部収容空間２０は、入力軸２と上側ハウジング１Ａとの間の隙間によって形成された略肉厚の円筒形状の空間であり、基板収容空間２１は、そのセンサ部収容空間２０の径方向外側に近接するように形成された略直方体状の空間である。
【００１５】
なお、センサ部収容空間２０に収容されたセンサ部１０の構成は、特に限定されるものではないが、例えば特開平８−２４０４９１号公報に開示されたものを用いることができる。すなわち、本案施の形態においては、出力軸３と一体に回転するように固定され、入力軸２の外周面を包囲する導電性で且つ非磁性の材料（例えば、アルミニウム）製の肉薄の円筒部材１１と、この円筒部材１１に包囲されている入力軸２外周面に形成され、軸方向に延びる横断面略長方形の複数の溝１２と、入力軸２と出力軸３との間のトーションバー４のネジレを伴った相対回転の方向及び量に応じて溝１２との重なり具合が変化するように円筒部材１１に形成された複数の窓（図示せず）と、上側ハウジング１Ａ側に固定され円筒部材１１の窓と入力軸２の溝１２との重なり具合をコイルのインダクタンス変化として検知するためのコイルユニット１３と、で構成されていて、センサ部１０のコイルユニット１３の各コイルの端部１３ａが、基板収容空間２１側に引き出され、基板９の所定位置に差し込まれている。
【００１６】
基板９上面には、端部１３ａを介して供給されるセンサ部１０の出力に基づいて、ステアリング系に発生している操舵トルクが最適な値となるような操舵補助トルクを演算し、その操舵補助トルクが発生するように、電動モータ８の図示しない駆動回路に対して制御信号を出力するようになっている。
【００１７】
また図４に示すように、基板収容空間２１には、基板９をその内部に組み込む際に利用される第１開口部２２が形成されている。この第１開口部２２は、基板９の平面形状よりも一回り大きな略長方形の開口部であり、基板９を収容した後に、カバー２３を外側ハウジング１Ａ表面に固定することによって塞がれるようになっている。カバー２３は、肉薄のアルミニウム製の部材であり、その表面側には、第１開口部２２の縁部分に沿って連続するように凸部２３Ａが形成されていて、その凸部２３Ａの上側ハウジング１Ａ側を向く裏面側には、無端状のシール部材２３Ｂが埋め込まれている。シール部材２３Ｂは、カバー２３を固定した後に、第１開口部２２を介して水等が基板収容空間２１に浸入することを防止するためのものである。具体的には、シール部材２３Ｂは、カバー２３を固定する前の状態はその裏面側に若干盛り上がり、カバー２３を固定すると、上側ハウジング１Ａとカバー２３との間に介在し、基板収容空間２１の縁部分に密着して水等の浸入を防止するようになっている。
【００１８】
さらに、基板収容空間２１の一方の側面は、他の部位よりも肉厚の肉厚部２４となっていて、その肉厚部２４には、基板収容空間２１に通じる円形の第２開口部２５が、第１開口部とは独立に開口している。
【００１９】
即ち、肉厚部２４は、基板収容空間２１の側面に連続したブロック状の部位であって、その略中央部に円形の第２開口部２５が開口しているのであるが、その第２開口部２５の中心軸が向く方向は、第１開口部２２の長辺と平行な方向となっている。また、第２開口部２５の直径は、図８からも判るように、その外側から基板９の一部が見える程度の寸法としている。
【００２０】
そして、第２開口部２５には、コネクタ部材すなわちコネクタ３０が固定されるようになっている。コネクタ３０は、導電性樹脂製のコネクタ本体３１を有していて、そのコネクタ本体３１は、第２開口部２５に差し込まれる円筒部３１Ａと、肉厚部２４表面に当接するフランジ部３１Ｂと、フランジ部３１Ｂの円筒部３１Ａとは逆側の面から立ち上がるボックス部３１Ｃと、から構成されている。かかるコネクタ本体３１は、その円筒部３１Ａを第２開口部２５に差し込んだ状態で、フランジ部３１Ｂに一体モールド成形された金属ブッシュ３５（図６）を貫通する二本のボルト３２を肉厚部２４に螺合させることにより、上側ハウジング１Ａに固定されるようになっている。
【００２１】
コネクタ本体３１には、複数（この例では、６）本のピン３３が支持されている。これらピン３３は、基板９上の回路部の出力を外部に導出するためのものであって、その一方の端部は、横断面円形に形成され、基板９の端部に裏面側から差し込まれるようになっている。また、ピン３３の他方の端部は、横断面長方形に形成され、ボックス部３１Ｃの開口端より若干内側の位置にまで延びている。各ピン３３は、絶縁体である合成ゴム製のリング３４を介して、ボックス部３１Ｃの底面部分に固定されている。
【００２２】
これらリング３４の外径寸法は、遮断すべき電磁波の波長よりも出来るだけ小さくすることが望ましい。本実施の形態では、基板収容空間２１内において基板９よりもさらに深い位置にのみ存在するような寸法としている。
【００２３】
各ピン３３のリング３４を介してコネクタ本体３１に支持される部分３３Ａは、第２開口部２５の中心軸と平行に延びているが、その平行に延びている部分３３Ａの基板収容空間２１内側の端部に、連続して直角に折れ曲がって基板９側に延びる部分３３Ｂが形成されていて、その基板９側に延びる部分３３Ｂの先端が、基板９裏面側に差し込まれている。
【００２４】
なお、各ピン３３の上記部分３３Ｂの長さは、部分３３Ｂの基板９側の先端部が、コネクタ本体３１の円筒部３１Ａの外周面よりも内側に位置するような寸法としている。これは、ピン３３が固定されたコネクタ３０を肉厚部２４に固定する際に、ピン３３の直角に折れ曲がった部分３３Ｂが、第２開口部２５を容易に通過できるようにするため、つまり、コネクタ３０を固定する際の手間を簡易にするためである。
【００２５】
ピン３３の直角に折れ曲がった部分３３Ｂの寸法を上記のようにしたため、基板９の深さ方向の固定位置を、図８に示すように、第２開口部２５の外側からその一部が見えるような位置としているのである。なお、実際の組み立て手順は、コネクタ３０を肉厚部２４に固定した後に、基板９を固定し、カバー２３を固定する、という具合である。
【００２６】
さらに、第２開口部２５の周囲とコネクタ３０との間には、板状の弾性体である弾性シム４０が挟持されている。図７、８に示すように、弾性シム４０は、コネクタ３０のフランジ部と等しく略菱形の薄板形状を有しており、中央にはコネクタ３０の円筒部３１Ａを挿通させるための円形開口４１を形成し、両端にはボルト３２を案内する金属ブッシュ３５を挿通させるための孔４２を形成している。この弾性シム４０は、コネクタ３０を固定した後に、第２開口部２５の周囲とコネクタ３０との間の隙間に介在して、水等が浸入する空間をなくし、厳寒時に氷結するなどの不具合を防止するためのものである。尚、ハウジング１Ａ内へ水等の異物が侵入することを防止するのは、第２開口部２５の入口内周に設けられたＯ−リング４０ａである。
【００２７】
次に、本実施の形態にかかる電動式パワーステアリング装置の動作を説明する。
ステアリング系が中立状態にあり、操舵トルクが零であるものとすると、入力軸２及び出力軸３間には相対回転は生じない。従って、入力軸２と円筒部材１１との間にも相対回転は生じない。
【００２８】
これに対し、不図示のステアリングホイールが操舵されて、入力軸２に回転力が生じると、その回転力は、トーションバー４を介して出力軸３に伝達される。このとき、出力軸３には、転舵輪及び路面間の摩擦力やラックアンドピニオン式ステアリング装置のギアの噛み合い等の摩擦力に応じた抵抗力が生じるため、入力軸２及び出力軸３間には、トーションバー４がネジレることによって出力軸３が遅れる相対回転が発生し、入力軸２及び円筒部材１１間にも相対回転が生じる。そして、その相対回転の方向及び量は、ステアリングホイールの操舵方向や発生している操舵トルクに応じて所与の値となる。
【００２９】
この結果、コイルユニット１３のコイルのインダクタンスが操舵トルクの方向及び大きさに応じて適宜変化するため、そのコイルの端部１３ａが接続された基板９上の回路において、操舵補助トルクを決定するための演算処理を実行することができるのである。
【００３０】
基板９上の回路における演算処理の結果、制御信号がピン３３を介して図示しない駆動回路に供給され、電動モ−タ８にその操舵補助トルクを発生させるための回転力が発生し、これがウォーム８ｂやウォーム７を介して出力軸３に伝達され、出力軸３に操舵補助トルクが付与されるため、操舵力の負担が軽減されることとなる。
【００３１】
さらに、本実施の形態では、第１開口部２２と第２開口部２５とをそれぞれ独立に形成しているため、それぞれの開口部を、シール部材２３ＢやＯ−リング４０ａによって容易にシールすることができ、外部から水等が浸入することをより確実防止することができる。
【００３２】
特に、コネクタ３０は、図６に示すように、樹脂製のフランジ部３１Ｂに一体モールド成形された金属ブッシュ３５は、ボルト３２の締結力をフランジ部３１Ｂで受けないよう、その両端がフランジ３１Ｂから突出して形成されているため、密封性が問題となる。これに対し、本実施の形態によれば、弾性シム４０が、第２開口部２５の周囲と、コネクタ３０との間を密封しているので、従来技術のように、液状の硬化型シール材を塗布する場合の如くすき間が生じることはなく、従って水分などの侵入を効果的に防止できるため、厳寒時においても氷結に起因するコネクタ３０の破損を防止できる。又、組み付け時には、図８に示すように、フランジ３１Ｂの形状に一致した弾性シム４０を、第２開口部２５の周囲に載置した状態でコネクタ３０を組み込めば足り、従来技術のように複雑な塗布作業が不要となるため、作業の時間低減と簡素化を図ることができる。尚、弾性シム４０は、ボルト３２の締結時に弾性変形しても、金属ブッシュ３５の先端がハウジング１Ａに底付きしない程度の厚さを有すると良い。
【００３３】
更に、第１開口部２２と第２開口部２５とをそれぞれ独立に形成した結果、コネクタ３０を固定する際に、ピン３３の直角に曲がった部分３３Ｂが、第２閑口部２５を通過する必要があるため、上述のように、その部分３３Ｂの長さ寸法を決定しているのであるが、そのように部分３３Ｂの長さ寸法を決定したことにより、基板９の深さ方向の国定位置が、第２開口部２５の外側から見えるような位置になっている。
【００３４】
このため、その第２開口部２５を通じて外部から到来する電磁波が、基板９表面側の回路部に影響を与えることが懸念されるのであるが、本実施の形態にあっては、ハウジング１は鉄製であり、カバー２３はアルミニウム製であり、コネクタ本体３１は導電性樹脂製であるため、これらハウジング１，カバー２３及びコネクタ本体３１のいずれもが、電磁波の遮蔽が可能な電磁波遮蔽材料で形成されていることになる。
【００３５】
従って、基板９を収容した基板収容空間２１内には、極わずかにリング３４が固定された部位を通じてのみ電磁波の侵入が可能であるだけで、しかも基板９を収容する位置よりもさらに深い位置にリング３４を固定しているから、基板９の表面側（図３に見える前側）に固定された回路部への影響は、実質的に零である。よって、基板９上の回路が電磁波の影響を受けて誤作動する可能性は、極めて小さくなっている。
【００３６】
仮に、ピン３３の直角に折れ曲がった部分３３Ｂを長くして、その端部が第２開口部２５の内周面よりもさらに外側に位置するようにすれば、基板９は第２開口部２５の外側から見えない位置に固定することも可能であり、そうすれば、上側ハウジング１Ａ及びカバー２３を電磁波遮蔽材料で形成するだけで基板９上の回路への電磁波の影響は極めて小さくできるのである。しかしながら、そのような構成では、コネクタ３０を固定する際に、ピン３３の直角に折れ曲がった部分３３Ｂが第２開口部２５を通過するように斜めの方向から円筒部３１Ａを差し込むような手間が必要になり、組立時の作業性の低下を招いてしまうのである。
【００３７】
これに対し、本実施の形態のような構成であれば、そのような作業性の低下を招くことなく、電磁波が回路に影響する可能性を低減できるのである。さらに、本実施の形態では、ピン３３を絶縁性のリング３４を介してコネクタ本体３１に支持するようにしているから、ピン３３と導電性樹脂製のコネクタ本体３１との間でショートするような不具合もない。
【００３８】
以上、実施の形態を参照して本願発明を詳細に説明してきたが、本願発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきでなく、その趣旨を損ねない範囲で適宜変更、改良可能であることはもちろんである。たとえば、弾性シムは、コーティングオイルシート、コルクシート、パッキンやゴム等のシムであって良いが、これらに限られない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明に係る電動式パワーステアリング装置のトルクセンサユニットによれば、電気もしくは電子部品を収容するための収容空間と、前記収容空間と外部とを連通する開口とを形成したハウジングと、前記開口を遮蔽するコネクタ部材と、前記開口と、前記コネクタ部材との間を密封する密封手段とを有し、前記密封手段は、板状の弾性体であるので、前記ハウジングと前記コネクタ部材との間に、既に形状が決まっている前記板状の弾性体を挟み込むだけで、前記開口端における前記ハウジングと前記コネクタ部材との間の隙間を埋めることができるため、作業性に優れ、かつ効果的に水分の侵入を阻止することができる。また、例えば前記コネクタ部材が本体から金属ブッシュを突出させたような形状を有していても、本体とハウジングとの間を前記板状の弾性体で密封できるため、その間に水分が侵入することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ステアリング系全体を示す正面図である。
【図２】 ステアリング系の要部を示す縦断面図であり、図１の構成を矢印 III 方向に見た図である。
【図３】 トルクセンサユニットの正面図である。
【図４】 図３の構成をIV-IV線で切断して矢印方向に見た断面図である。
【図５】 図３の構成を矢印V方向に見た図である。
【図６】 図５の構成をVI-VI線で切断して矢印方向と逆に見た断面図である。
【図７】 弾性シムの斜視図である。
【図８】 コネクタを取り外した状態での図５と同様な図である。
【符号の説明】
１ ハウジング
１Ａ 上側ハウジング
１Ｂ 下側ハウジング
９ 基板
１０ センサ部
２０ センサ部収容空間
２１ 基板収容空間
２２ 第１開口部
２３ カバー
２５ 第２開口部
３０ コネクタ
４０ 弾性シム

Claims (3)

1. 電気もしくは電子部品を収容するための収容空間と、前記収容空間と外部とを連通する開口とを形成したハウジングと、前記開口を遮蔽するコネクタ部材と、前記開口と、前記コネクタ部材との間を密封する密封手段とを有し、前記密封手段は、板状の弾性体であり、
   前記コネクタ部材は、前記ハウジング側に突出したブッシュを有する電動式パワーステアリング装置のトルクセンサユニット。
2. 前記コネクタ部材のフランジ部と前記ハウジングとの間に、前記板状の弾性体を配置している請求項１に記載の電動式パワーステアリング装置のトルクセンサユニット。
3. 前記板状の弾性体は、部品単体で比較したときに、前記ブッシュが前記ハウジング側に突出した長さより厚くなっている請求項１又は２に記載の電動式パワーステアリング装置のトルクセンサユニット。

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