JP4794262B2 - トルク検出装置及びこれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は回転体に加わるトルクを検出するトルク検出装置、及びトルク検出装置と操舵補助用の電動モータとを備える電動パワーステアリング装置に関する。

トルク検出装置としては、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１のトルク検出装置は、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸を有する回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに軸線方向へ離隔して並置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める二つの集磁環と、各集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部とを備えている。

このように構成されたトルク検出装置は例えば車両用の電動パワーステアリング装置に組込まれている。電動パワーステアリング装置は前記入力軸がステアリングホイールに繋がる前記回転体と、該回転体を収容支持する筒形のハウジングと、前記出力軸に減速機構を介して繋がる操舵補助用の電動モータと、該電動モータの駆動回路及び前記検出部に接続され、マイクロプロセッサを用いてなる制御部とを備えており、ステアリングホイールを操舵することにより入力軸に加わるトルクを前記トーションバーに生じる捩れによって検出部が検出し、検出トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御するように構成されている。

また、トルク検出装置の前記ハウジングへの組込みは、ハウジングの一端から内部にトルク検出装置の全体が挿入され、該内部に固定される。
特開２００３−１４９０６２号公報

ところが、特許文献１のように構成されたトルク検出装置にあっては、トルク検出装置の全体がハウジングの内部に挿入され、ハウジングの内部で固定されるため、トルク検出装置をハウジング内の適正位置に固定する作業が行い難いと言う問題があり、改善策が要望されていた。

図１０は改善したトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置の一部を拡大した断面図である。そこで、本発明の出願人は集磁環１００及び検出部１０１を保持した環部１０２と、該環部１０２の径方向一側に突設された取着部１０３と、該取着部１０３の先端に周設されたフランジ１０４とを有する保持環１０５を備えたトルク検出装置を開発した。そして、電動パワーステアリング装置のハウジング１０６には、径方向に貫通する貫通孔１０７と、該貫通孔１０７の孔縁に連なる環状溝１０８とを設け、該環状溝１０８に防水用のＯリング１０９を嵌入することにより、トルク検出装置をハウジング１０６の径方向から前記貫通孔１０７に挿入し、Ｏリング１０９を環状溝１０８とフランジ１０４との間で挟み込んだ後、フランジ１０４を小ねじによりハウジング１０６に固定するようにした。

このように構成された場合、トルク検出装置の固定作業性を改善できる。しかし、保持環１０５の取着部１０３に環状のフランジ１０４が突設されているため、保持環１０５が嵩高になり、複数個を搬送する場合の搬送性が悪くなる。また、フランジ１０４の長さ分だけハウジング１０６の軸線方向長さが長くなるため、二次衝撃エネルギを吸収することが可能なコラムをハウジング１０６に装着してなる電動パワーステアリング装置にあっては、エネルギ吸収ストロークがフランジ１０４の長さ相当分だけ短くなる。

エネルギ吸収ストロークはできるだけ長く確保して自動車の前面衝突時における衝突安全性をより一層高めるのが好ましい。しかし、電動パワーステアリング装置の車体への装着位置は車種により必然的に決まるため、ハウジング１０６の軸線方向長さが長くなると、ハウジング１０６の一端に嵌合固定された下部コラムに対して、該下部コラムに軸線方向への移動を可能に嵌合された上部コラムを移動させて二次衝撃エネルギーを吸収するとき、上部コラムの下部コラムに対する移動量（エネルギー吸収ストローク）が短くなる。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は、全体を嵩低にでき、複数個を搬送する場合の搬送性を良好にできるトルク検出装置、及びエネルギ吸収ストロークをより一層長くすることができる電動パワーステアリング装置を提供することにある。

第１発明に係るトルク検出装置は、トルクが加えられる回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部と、前記集磁環を保持してある環部及び該環部の外周部から径方向外方へ延出され、その内部に前記検出部を保持してある角筒部を有する保持環とを備えるトルク検出装置において、前記保持環は軸線方向の両端面全面をほぼ平行としてあり、前記角筒部は、前記両端面間の外周面にだけ静止物に取着されるフランジを有し、且つ該フランジよりも前記環部側の外周面に、前記静止物との間の隙間を封止すべき封止環が嵌入される嵌入溝を有することを特徴とする。

第２発明に係る電動パワーステアリング装置は、第１発明に記載されたトルク検出装置と、前記回転体を収容支持する円筒部を径方向に貫通する貫通孔を有し、該貫通孔に前記保持環が嵌め込まれた状態で前記取着部が取着されたハウジングと、前記回転体に繋がる操舵軸と、前記トルク検出装置が検出したトルクに基づいて操舵補助用の電動モータを駆動する制御部と、前記電動モータの回転力を舵取機構に伝動する伝動手段とを備えることを特徴とする。

第３発明に係る電動パワーステアリング装置は、操舵部材に繋がる上部コラムと、該上部コラムに軸線方向への相対移動を可能に嵌合され、下端が前記ハウジングの一端に嵌合固定された下部コラムとを備え、前記操舵軸を前記上部コラム及び下部コラムに収容してあることを特徴とする。

第１発明によれば、環部及び角筒部を有する保持環の軸線方向両端面全面がほぼ平行になっており、しかも、該両端面間にだけフランジを有し、該フランジよりも環部側に嵌入溝を有するため、保持環の嵩を低くできる。従って、複数個を搬送する場合の搬送性を高めることができる。また、保持環の両端面がほぼ平行であるに拘らず前記両端面間のフランジにより容易に固定することができる。

第２発明によれば、保持環のフランジの長さ分だけハウジングの軸線方向長さを短くすることができるため、二次衝撃エネルギを吸収することが可能なコラムをハウジングに装着する場合、前記フランジ相当分だけエネルギ吸収ストロークを長くすることができる。また、保持環に嵌入溝が設けられているため、保持環が成形されるとき、前記嵌入溝を成形することができるのに対し、ハウジングには嵌入溝を設ける必要がなく、ハウジングのコストを低減できる。

第３発明によれば、保持環のフランジの長さ分だけ下部コラムと上部コラムとの相対移動量を長くできるため、エネルギ吸収ストロークを長くでき、自動車の前面衝突時における衝突安全性を高めることができる。

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構成を示す断面図、図２はトルク検出装置の構成を示す斜視図、図３は模式的分解斜視図、図４は回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。

トルク検出装置Ａは、トーションバー１により同軸的に連結された第１の回転体２及び第２の回転体３が有する磁気回路形成部材４の外周りに、軸線方向へ離隔して配置され該磁気回路形成部材４が発生した磁束を集める２つの集磁環５，５と、各集磁環５，５が集めた磁束の密度に基づいて第１の回転体２に加わったトルクを検出する検出部６と、集磁環５，５及び検出部６を保持し、且つ外周部にハウジング等の静止物に取着される取着部を有する保持環７と、検出部６に導線８により接続された検出回路基板９とを備えている。尚、磁気回路形成部材４は、第１の回転体２の外周部に取着された複数の永久磁石４１と、該永久磁石４１の外周りに配置され、第２の回転体３に外嵌固定された２つの磁性環４２，４２とからなる。

永久磁石４１は周方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された多極着磁のリングになっており、第１の回転体２の外周部に外嵌固定されている。

磁性環４２，４２は第２の回転体３の軸線方向に離隔して向き合う２つの環板部４２ａ，４２ａ及び環板部４２ａ，４２ａの内周部から互いに接近する方向へ延出された複数の櫛歯４２ｂ，４２ｂを有しており、永久磁石４１と相対回転することにより磁性環４２，４２間の磁束密度が変化するように構成されている。また、櫛歯４２ｂ，４２ｂは周方向に交互に噛み合うように等間隔に配置されており、櫛歯４２ｂ，４２ｂが交互に噛み合う状態で磁性環４２，４２が合成樹脂材料によりモールドされ、モールド体になっている。

集磁環５，５は周方向の１個所から径方向外側へ延出され、前記検出部６の両側に配置された凸片５１，５１を有する円筒形をなしており、凸片５１，５１に磁束が集まるように構成されている。また、集磁環５，５は鉄板等の磁性板を成形してなる。

保持環７は集磁環５，５の内周面に対応する貫通孔７１ａを有する環部７１と、該環部７１の外周部から径方向外方へ延出され、収容部７２ａ及び取着部７２ｂを有する有底の角筒部７２とを有しており、合成樹脂材料により成形されている。角筒部７２の外周部にはフランジ７２ｃ，７２ｃを有する取着部７２ｂが設けられている。

保持環７の軸線方向の両端面７ａ，７ｂはほぼ平行になっており、両端面７ａ，７ｂ間の周面は略Ｕ字形をなしており、この周面の周方向両端部、換言すれば、両端面７ａ，７ｂ間の両側部７ｃ，７ｃに、小ねじ挿通用の挿通孔７２ｄ，７２ｄを有するフランジ７２ｃ，７２ｃが突設されており、該フランジ７２ｃ，７２ｃの基部から取着部７２ｂの全周に亘って環状の嵌入溝７３が設けられている。この嵌入溝７３には、取着部７２ｂと前記静止物との間の隙間を封止すべきＯリングからなる封止環１０が嵌入されている。また、嵌入溝７３は保持環７の成形時に成形される。

貫通孔７１ａ及び収容部７２ａは連通孔７１ｂにより連通しており、環部７１には集磁環５，５が内嵌固定され、該集磁環５，５の凸片５１，５１が連通孔７１ｂに配置されている。収容部７２ａには、検出回路基板９が小ねじにより取付けられており、また、角筒部７２の外部への開口端には基板９からの導線が取り出される蓋体１１が小ねじ等により取付けられる。

検出部６は磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化するホール素子からなり、集磁環５，５の凸片５１，５１間に発生する磁束密度の変化に応じて検出信号が変わるように構成されており、検出信号は検出回路基板９に与えられる。尚、検出部６はホール素子である他、磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化する感磁素子であればよく、ホール素子に制限されない。

図５はトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた例を示す一部の拡大断面図、図６はトルク検出装置のハウジングとの関係を示す斜視図、図７はハウジングへの組込方法を示す説明図、図８はトルク検出装置部分の断面図、図９は電動パワーステアリング装置の全体の断面図である。

以上のように構成されたトルク検出装置Ａは例えば車両用の電動パワーステアリング装置に用いられる。この電動パワーステアリング装置は、その上端が操舵部材に繋がり、下端が第１の回転体２に繋がる操舵軸２０及び該操舵軸２０にトーションバー１により同軸的に連結された伝動軸２１（第２の回転体３）と、第１の回転体２及び伝動軸２１を取り囲み、３つの軸受２２，２３，２４により第１の回転体２及び伝動軸２１を回転自在に支持するハウジング２５と、該ハウジング２５に取着された操舵補助用の電動モータ２６と、該電動モータ２６の駆動軸の回転力を出力軸２１に伝動する減速機構２７と、トルク検出装置Ａと、該トルク検出装置Ａの検出回路基板９及び電動モータ２６の駆動回路に接続されるマイクロプロセッサを用いてなる制御部２８、ハウジング２５の上端にその下端が外嵌され、操舵軸２０を収容する下部コラム２９と、該下部コラム２９に軸線方向への相対移動を可能に外嵌され、操舵軸２０を収容支持する上部コラム３０とを備えている。

車体に取着される静止物としてのハウジング２５は上端に結合筒部２５ａを有し、第１の回転体２及び伝動軸２１を取り囲む円筒部２５ｂと、該円筒部２５ｂの外周部一個所に突設され、保持環７を取着するための取着座２５ｃと、該円筒部２５ｂを径方向に貫通し、集磁環５，５を円筒部２５ｂ内に配置するための断面矩形をなす貫通孔２５ｄと、該貫通孔２５ｄに連なり、保持環７の環部７１に対応して湾曲する嵌合溝２５ｅとを有する。取着座２５ｃはフランジ７２ｃ，７２ｃと対向する二つの位置に配してあり、該取着座２５ｃに夫々一つのねじ孔２５ｆ，２５ｆが設けられており、フランジ７２ｃ，７２ｃの挿通孔７２ｄ，７２ｄに挿通される小ねじ１２をねじ孔２５ｆ，２５ｆに螺着することにより保持環７がハウジング２５に取着される。

結合筒部２５ａは貫通孔２５ｄの近傍に配されており、内側に軸受２２が内嵌固定され、外側に下部コラム２９が外嵌固定されている。

下部コラム２９と上部コラム３０との嵌合部間には、円筒形をなし、二次衝撃エネルギを吸収するための衝撃エネルギ吸収部材３１が設けられており、上部コラム３０の上端には操舵軸２０を支持する軸受３２が嵌合保持されている。また、操舵軸２０には軸受３２の上面に当接する伝動環３３が固定されており、操舵軸２０に加わる二次衝撃エネルギを、伝動環３３及び軸受３２から上部コラム３０に伝動し、衝撃エネルギ吸収部材３１により吸収しつつ上部コラム３０を下部コラム２９に対して軸線方向へ移動させるように構成されている。

保持環７はハウジング２５の円筒部２５ｂを径方向に貫通する貫通孔２５ｄから円筒部２５ｂ内に環部７１を挿入し、該環部７１を嵌合溝２５ｅに係合させることにより、集磁環５，５の円筒部２５ｂ内での位置を決め、封止環１０が貫通孔２５ｄの開口縁側内面に接触して封止し、保持環７のフランジ７２ｃ，７２ｃが取着座２５ｃに取着される。この保持環７を取着した後、第１の回転体２及び伝動軸２１がハウジング２５の軸線方向から円筒部２５ｂ内に挿入され、永久磁石４１及び磁性環４２が集磁環５，５の内側に配置される。

なお、操舵軸２０は衝撃エネルギ吸収部材３４により軸線方向へ相対移動を可能に連結された上部軸２０ａ及び下部軸２０ｂを有しており、上部軸２０ａに加わる二次衝撃エネルギを衝撃エネルギ吸収部材３４により吸収しつつ上部コラム３０を下部コラム２９に対して軸線方向へ移動させるように構成されている。

以上のように構成された電動パワーステアリング装置は、トルク検出装置Ａの保持環７の軸線方向の両端面がほぼ平行であり、該両端面で且つ取着部７２ｂに嵌入溝７３が設けられ、該嵌入溝７３に封止環１０が嵌入されているため、ハウジング２５の貫通孔２５ｄに封止用の嵌入溝を設けることなく、保持環７の取着部７２ｂを封止環１０により封止することができる。しかも、ハウジング２５の貫通孔２５ｄには封止用の嵌入溝を設ける必要がないため、ハウジング２５の一端と段部との間の距離Ｈを、ハウジング２５に嵌入溝が設けられ、周設したフランジとの間で封止環を挟持していたものに比べて短かくすることができる。従って、上部コラム３０の下部コラム２９に対する軸線方向への移動量（エネルギー吸収ストローク）Ｓを、ハウジング２５に嵌入溝が設けられ、周設したフランジとの間で封止環を挟持していたものに比べて長くでき、自動車の前面衝突時における衝突安全性をさらに高めることができる。また、封止用の嵌入溝をハウジング２５に設ける必要がないため、ハウジング２５のコスト、ひいては電動パワーステアリング装置のコストを低減できる。

また、電動パワーステアリング装置は、操舵部材を操作することにより操舵軸２０に加わる回転トルクをトーションバー１に生じる捩れによって検出部６が検出し、検出トルクを検出回路基板９で電圧信号に変換した後、制御部２８に加えられ、該制御部２８から出力される指示信号により電動モータ２６が駆動制御され、減速機構２７を介して伝動軸２１が回転する。

尚、本発明に係るトルク検出装置Ａは、電動パワーステアリング装置に使用する他、電動パワーステアリング装置以外の装置に使用してもよい。

本発明に係るトルク検出装置の構成を示す断面図である。 本発明に係るトルク検出装置の構成を示す斜視図である。 本発明に係るトルク検出装置の模式的分解斜視図である。 回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。 トルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた例を示す一部の拡大断面図である。 トルク検出装置のハウジングとの関係を示す斜視図である。 ハウジングへの組込方法を示す説明図である。 トルク検出装置部分の断面図である。 本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体の構成を示す断面図である。 改善したトルク検出装置を備えた電動パワーステアリング装置の一部を拡大した断面図である。

符号の説明

Ａ トルク検出装置
２ 第１の回転体（回転体）
３ 第２の回転体（回転体）
４ 磁気回路形成部材
５ 集磁環
６ 検出部
７ 保持環
７２ｂ 取着部
７２ｃ フランジ
７３ 嵌入溝
１０ 封止環
２０ 操舵軸
２１ 伝動軸（伝動手段）
２５ ハウジング（静止物）
２５ｂ 円筒部
２５ｄ 貫通孔
２６ 電動モータ
２８ 制御部
２９ 下部コラム
３０ 上部コラム

Claims (3)

1. トルクが加えられる回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部と、前記集磁環を保持してある環部及び該環部の外周部から径方向外方へ延出され、その内部に前記検出部を保持してある角筒部を有する保持環とを備えるトルク検出装置において、前記保持環は軸線方向の両端面全面をほぼ平行としてあり、前記角筒部は、前記両端面間の外周面にだけ静止物に取着されるフランジを有し、且つ該フランジよりも前記環部側の外周面に、前記静止物との間の隙間を封止すべき封止環が嵌入される嵌入溝を有することを特徴とするトルク検出装置。
2. 請求項１に記載されたトルク検出装置と、前記回転体を収容支持する円筒部を径方向に貫通する貫通孔を有し、該貫通孔に前記保持環が嵌め込まれた状態で前記取着部が取着されたハウジングと、前記回転体に繋がる操舵軸と、前記トルク検出装置が検出したトルクに基づいて操舵補助用の電動モータを駆動する制御部と、前記電動モータの回転力を舵取機構に伝動する伝動手段とを備えることを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 操舵部材に繋がる上部コラムと、該上部コラムに軸線方向への相対移動を可能に嵌合され、下端が前記ハウジングの一端に嵌合固定された下部コラムとを備え、前記操舵軸を前記上部コラム及び下部コラムに収容してある請求項２記載の電動パワーステアリング装置。

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