JP5108482B2 - Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus equipped with magnetostrictive torque sensor - Google Patents

Magnetostrictive torque sensor and electric power steering apparatus equipped with magnetostrictive torque sensor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To stabilize further the detection accuracy of a torque sensor comprising magnetostrictive sections and coils. <P>SOLUTION: A electric power steering apparatus 10 includes a magnetostrictive torque sensor 41. The magnetostrictive torque sensor comprises a rotating shaft 24 of which one end 24a is a free end, and an intermediate part 24d and the other end 24b are supported by a housing 51 through bearings 55-57, two magnetostrictive sections 81, 82 which are arranged on the surface between one end and the intermediate part and of which magnetostrictive characteristics vary with torque, and coils which are arranged close to the magnetostrictive sections and detect magnetostrictive effects produced in the magnetostrictive sections. One end of the rotating shaft is connected to a universal coupling 23 and a steering wheel. The other end 24b of the rotating shaft is connected to steer wheels through a rack and pinion mechanism 25. The rotating shaft is supported by a bearing 61 at the part between two magnetostrictive sections. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、磁歪式トルクセンサと、この磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置に関する。   The present invention relates to a magnetostrictive torque sensor and an electric power steering apparatus equipped with the magnetostrictive torque sensor.

電動パワーステアリング装置には、運転者の操舵トルクに電動モータの補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸で操舵車輪を操舵するものがある。このような電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングハンドルを操舵することで、その操舵トルクを回転軸からラックアンドピニオン機構を介してラック軸に伝えるとともに、磁歪式トルクセンサで検出した操舵トルクに応じて発生した補助トルクをも、ラック軸に伝えるようにしたものであり、各種知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2004−245636公報
Some electric power steering apparatuses steer a steering wheel with a rack shaft by a combined torque obtained by adding an auxiliary torque of an electric motor to a steering torque of a driver. In such an electric power steering device, when the driver steers the steering handle, the steering torque is transmitted from the rotating shaft to the rack shaft through the rack and pinion mechanism, and the steering torque detected by the magnetostrictive torque sensor is used. The auxiliary torque generated accordingly is also transmitted to the rack shaft, and various types are known (for example, see Patent Document 1).
JP 2004-245636 A

図7(a),(b)は従来の電動ステアリング装置の概要図である。
図7(a)に示すように、特許文献1による従来の電動パワーステアリング装置100は、図示せぬステアリングハンドルにステアリングシャフト及び自在軸継手101を介して回転軸102の一端部102aを連結し、この回転軸102の他端部102bにラックアンドピニオン機構103を介してラック軸104を連結し、このラック軸104に操舵車輪を連結したというものである。回転軸102は、一端部102aを除いて、他の部分だけが2個の軸受105,106を介してハウジング107で支持されたものである。つまり、回転軸102のうち、ラックアンドピニオン機構103のピニオン108の両端部だけを2個の軸受105,106で支持することになる。
FIGS. 7A and 7B are schematic views of a conventional electric steering apparatus.
As shown in FIG. 7A, a conventional electric power steering apparatus 100 according to Patent Document 1 connects one end 102a of a rotating shaft 102 to a steering handle (not shown) via a steering shaft and a universal shaft joint 101, A rack shaft 104 is connected to the other end 102 b of the rotating shaft 102 via a rack and pinion mechanism 103, and a steering wheel is connected to the rack shaft 104. The rotating shaft 102 is supported by a housing 107 through two bearings 105 and 106 except for one end 102a. That is, only the both ends of the pinion 108 of the rack and pinion mechanism 103 in the rotating shaft 102 are supported by the two bearings 105 and 106.

さらに電動パワーステアリング装置100は、磁歪式トルクセンサ110を備えている。磁歪式トルクセンサ110は、ステアリングハンドルに加えられたステアリング系の操舵トルクを検出するものであり、回転軸102の一端部102aの表面に設けられた磁歪膜111,112と、この磁歪膜111,112の近傍に配置されたコイル113,114とからなる。回転軸102に作用するトルクに応じて磁歪膜111,112の磁歪特性が変化するので、これをコイル113,114で検出することにより、トルクを磁気的に検出することができる。   Furthermore, the electric power steering apparatus 100 includes a magnetostrictive torque sensor 110. The magnetostrictive torque sensor 110 detects the steering torque of the steering system applied to the steering handle. The magnetostrictive films 111 and 112 provided on the surface of the one end portion 102a of the rotating shaft 102, and the magnetostrictive films 111, It consists of coils 113 and 114 arranged in the vicinity of 112. Since the magnetostrictive characteristics of the magnetostrictive films 111 and 112 change according to the torque acting on the rotating shaft 102, the torque can be detected magnetically by detecting this with the coils 113 and 114.

ステアリングハンドルを操舵したときに、ピニオン108には操舵トルクに応じた反力F1(図7(b)参照)が作用する。図7(b)に示すように、この反力F1によって、回転軸102には曲げモーメントが作用するので、回転軸102は想像線にて示されるように撓む。
この場合、回転軸102の一端部102aは、反力F1による曲げモーメントの作用で発生した撓み角αの影響で撓む。
When the steering handle is steered, a reaction force F1 (see FIG. 7B) corresponding to the steering torque acts on the pinion 108. As shown in FIG. 7B, the reaction force F1 causes a bending moment to act on the rotating shaft 102, so that the rotating shaft 102 bends as indicated by an imaginary line.
In this case, the one end 102a of the rotating shaft 102 bends due to the influence of the bending angle α generated by the action of the bending moment due to the reaction force F1.

ところで図7(a)に示すように、回転軸102の中心線CL11に対して、自在軸継手101の中心線CL12は角度θ2(以下、「傾き角θ2」と言う。)だけ傾いている。傾き角θ2は、ステアリングハンドルやハウジング107の配置関係によって決まるものであり、ステアリングハンドルとピニオン108との等速性、つまり、ステアリングハンドルの操舵速度に対してピニオン108の回転速度を同等にすることをも考慮して、概ね10°〜30°に設定されている。
しかも、自在軸継手101は、回転軸102の一端部102aに連結されることによって、回転軸102の軸方向への移動が規制されている。
Incidentally, as shown in FIG. 7A, the center line CL12 of the universal joint 101 is inclined by an angle θ2 (hereinafter referred to as “inclination angle θ2”) with respect to the center line CL11 of the rotating shaft 102. The inclination angle θ2 is determined by the arrangement relationship between the steering handle and the housing 107, and the constant speed of the steering handle and the pinion 108, that is, the rotational speed of the pinion 108 is made equal to the steering speed of the steering handle. Is set to approximately 10 ° to 30 °.
Moreover, the universal shaft joint 101 is connected to the one end 102a of the rotating shaft 102, so that the movement of the rotating shaft 102 in the axial direction is restricted.

中心線CL11,CL12同士が合致している場合、つまり、傾き角θ2が0(θ2=0)の場合には、回転軸102の一端部102aが撓んでも、自在軸継手101がある程度追従する。   When the center lines CL11 and CL12 coincide with each other, that is, when the inclination angle θ2 is 0 (θ2 = 0), the universal joint 101 follows to some extent even if the one end 102a of the rotating shaft 102 is bent. .

しかし、回転軸102の中心線CL11に対して、ステアリングシャフト及び自在軸継手101の中心線CL12が傾いている場合には、回転軸102の一端部102aの撓みに追従するには限界がある。このため、自在軸継手101は、回転軸102の一端部102aが撓もうとしたときに、引張る作用をなし、その引張り力によって、一端部102aの撓み作用を抑制する働きをする。この結果、一端部102aには撓みを抑制する力F2、つまり抑制力F2が作用することになる。この抑制力F2は、操舵トルクに応じて大きくなるものである。   However, when the center line CL12 of the steering shaft and the universal joint 101 is inclined with respect to the center line CL11 of the rotating shaft 102, there is a limit to follow the bending of the one end 102a of the rotating shaft 102. For this reason, the universal shaft joint 101 performs a pulling action when the one end portion 102a of the rotating shaft 102 is about to bend, and functions to suppress the bending action of the one end portion 102a by the pulling force. As a result, the force F <b> 2 that suppresses the bending, that is, the suppression force F <b> 2 acts on the one end portion 102 a. This restraining force F2 increases according to the steering torque.

例えば、ステアリングハンドルによってラック軸104をスライド終端位置までスライドさせたときには、ラック軸104はこれ以上スライドできない。それでもステアリングハンドルを操舵した場合には、操舵トルクが一層大きくなる。この結果、抑制力F2が増大するので、回転軸102の一端部102aには大きい曲げモーメントが作用する。   For example, when the rack shaft 104 is slid to the slide end position by the steering handle, the rack shaft 104 cannot slide any further. Still, when the steering wheel is steered, the steering torque is further increased. As a result, since the suppression force F2 increases, a large bending moment acts on the one end portion 102a of the rotating shaft 102.

本発明は、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができる技術を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a technique that can further stabilize the detection accuracy of a torque sensor including a magnetostrictive portion and a coil.

請求項1に係る発明では、回転軸の表面に且つ回転軸の軸長手方向に所定の間隔を有して設けられ、トルクに応じて磁歪特性が変化する2つの磁歪部と、この2つの磁歪部の近傍に配置され、2つの磁歪部に生じた磁歪効果を検出するコイルとからなハウジングに収容された磁歪式トルクセンサであって、回転軸は、2つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持されており、この軸受の内輪の軸方向の両端面は、回転軸に対して直接的にも間接的にも接触していない面であり、回転軸にトルクが付加されていない状態において、軸受保持部材は、ハウジングに対して、隙間を有して配置されていることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, two magnetostrictive portions are provided on the surface of the rotating shaft and at a predetermined interval in the longitudinal direction of the rotating shaft, and the magnetostrictive characteristics change according to torque, and the two magnetostrictive portions. disposed in the vicinity of the section, Do and a coil for detecting a magnetostrictive effect occurs in the two magnetostrictive portions Ri, a magnetostrictive torque sensor that is housed in the housing, the rotary shaft is located between the two magnetostrictive portions There is supported by a bearing, both end faces in the axial direction of the inner ring of the bearing surface der that is not in contact either directly or indirectly with respect to the rotation axis is, not the torque is added to the rotational axis in absence, the bearing holding member relative to the housing, characterized that you have been arranged with a gap.

請求項2に係る発明では、請求項1において、前記回転軸の一端部は、径方向に支持されることのない、自由端であることを特徴とする。
請求項3に係る発明では、請求項2において、前記回転軸は、前記2つの磁歪部に対して前記一端部とは反対側の位置を、前記軸受とは別の軸受によって、軸方向への変位を規制されつつ回転可能に支持されていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the one end portion of the rotating shaft is a free end that is not supported in the radial direction.
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, in the second aspect, the rotary shaft is positioned in a position opposite to the one end with respect to the two magnetostrictive portions by a bearing different from the bearing in the axial direction. It is characterized in that it is supported so as to be rotatable while its displacement is restricted.

請求項4に係る発明では、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の磁歪式トルクセンサは、ステアリングハンドルで発生したステアリング系の操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサとして用いられ、前記操舵トルクに基づいて電動モータを駆動することにより操舵車輪の操舵を行う電動パワーステアリング装置に搭載されるものであり、前記回転軸の一端部は、自在軸継手及びステアリングシャフトを介して前記ステアリングハンドルに連結される軸端部分であり、前記回転軸の他端部は、ラックアンドピニオン機構を介して前記操舵車輪に連結される軸端部分であることを特徴とする。 In the invention according to claim 4 , the magnetostrictive torque sensor according to any one of claims 1 to 3 is used as a steering torque sensor for detecting a steering torque of a steering system generated by a steering handle. And mounted on an electric power steering device for steering a steering wheel by driving an electric motor based on the steering torque, and one end of the rotating shaft is connected to a universal shaft joint and a steering shaft. It is a shaft end portion connected to the steering handle, and the other end portion of the rotating shaft is a shaft end portion connected to the steering wheel via a rack and pinion mechanism.

請求項1に係る発明では、回転軸は2つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持される。このため、曲げ荷重が回転軸に作用しても、回転軸における2つの磁歪部の間の位置の撓みを規制することができる。この結果、回転軸における2つの磁歪部の位置の撓みも規制される。従って、2つの磁歪部とコイルとの間の空隙(エアギャップ)に、過大な偏りが発生することはない。
また、曲げ荷重によって回転軸が撓むことで、2つの磁歪部には、引張り応力が生じる部分と、圧縮応力が生じる部分とがある。しかし、過大な曲げ荷重による回転軸の撓みが規制されるので、磁歪部のうち、引張り応力が生じる部分の磁歪特性と、圧縮応力が生じる部分の磁歪特性との差を極力抑制することができる。
このようなことから、回転軸及び2つの磁歪部は、回転軸に作用する曲げ荷重の影響を抑制することができる。従って、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。
In the invention according to claim 1, the position between the two magnetostrictive portions of the rotating shaft is supported by the bearing. For this reason, even if a bending load acts on a rotating shaft, the bending of the position between the two magnetostrictive parts in a rotating shaft can be controlled. As a result, the bending of the positions of the two magnetostrictive portions on the rotating shaft is also restricted. Therefore, an excessive bias does not occur in the gap (air gap) between the two magnetostrictive portions and the coil.
In addition, the two magnetostrictive portions include a portion where tensile stress is generated and a portion where compressive stress is generated due to the rotation shaft being bent by a bending load. However, since the bending of the rotating shaft due to an excessive bending load is restricted, the difference between the magnetostrictive property of the portion where the tensile stress occurs in the magnetostrictive portion and the magnetostrictive property of the portion where the compressive stress occurs can be suppressed as much as possible. .
For this reason, the rotating shaft and the two magnetostrictive portions can suppress the influence of the bending load acting on the rotating shaft. Accordingly, the detection accuracy of the torque sensor including the magnetostrictive portion and the coil can be further stabilized, so that stable torque control can be performed.

さらには、回転軸のうち、2つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持されるので、回転軸に曲げモーメントが作用したときに、2つの磁歪部には概ね同等の曲げモーメントが作用する。このため、2つの磁歪部に各々作用する曲げモーメントの影響を概ね同等にすることができる。この結果、2つの磁歪部における各々の磁歪特性を、概ね同等にすることができる。従って、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。   Furthermore, since the position between the two magnetostrictive portions of the rotating shaft is supported by the bearing, when a bending moment acts on the rotating shaft, a substantially equal bending moment acts on the two magnetostrictive portions. For this reason, the influence of the bending moment which each acts on two magnetostriction parts can be made substantially equivalent. As a result, the magnetostriction characteristics of the two magnetostrictive portions can be made substantially equal. Accordingly, the detection accuracy of the torque sensor including the magnetostrictive portion and the coil can be further stabilized, so that stable torque control can be performed.

請求項2に係る発明では、回転軸の一端部を自由端としたものである。このため、回転軸のうち、2つの磁歪部の間を支持している軸受よりも他端寄りの位置に、曲げ荷重が作用した場合に、磁歪部には比較的小さい曲げモーメントが作用するだけですむ。この結果、磁歪部に作用する曲げモーメントの影響を一層低減することができる。従って、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。
請求項3に係る発明では、回転軸は、2つの磁歪部に対して一端部とは反対側の位置を、前記軸受とは別の軸受によって、軸方向への変位を規制されつつ回転可能に支持されている。
In the invention which concerns on Claim 2, the one end part of a rotating shaft is made into the free end. For this reason, when a bending load is applied to a position closer to the other end than the bearing supporting between the two magnetostrictive portions of the rotating shaft, only a relatively small bending moment acts on the magnetostrictive portion. That's okay. As a result, the influence of the bending moment acting on the magnetostrictive portion can be further reduced. Accordingly, the detection accuracy of the torque sensor including the magnetostrictive portion and the coil can be further stabilized, so that stable torque control can be performed.
In the invention according to claim 3, the rotating shaft is rotatable at a position opposite to the one end with respect to the two magnetostrictive portions while being restricted in displacement in the axial direction by a bearing different from the bearing. It is supported.

請求項4に係る発明では、運転者がステアリングハンドルを操舵することで、その操舵トルクが自在軸継手を介して回転軸の一端部に伝わるときに、回転軸に対して自在軸継手が傾斜している分だけ、自在軸継手から回転軸の一端部へ曲げ荷重が作用する。
In the invention according to claim 4 , when the driver steers the steering handle and the steering torque is transmitted to one end of the rotating shaft via the universal shaft joint, the universal shaft joint is inclined with respect to the rotating shaft. Therefore, a bending load acts from the universal shaft joint to one end of the rotating shaft.

回転軸における2つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持されているので、過大な曲げ荷重が回転軸の一端部に作用しても、回転軸の撓みを規制することができる。従って、2つの磁歪部とコイルとの間の空隙(エアギャップ)に、過大な偏りが発生することはない。   Since the position between the two magnetostrictive portions on the rotating shaft is supported by the bearing, even if an excessive bending load acts on one end portion of the rotating shaft, the bending of the rotating shaft can be restricted. Therefore, an excessive bias does not occur in the gap (air gap) between the two magnetostrictive portions and the coil.

また、曲げ荷重によって回転軸が撓むことで、磁歪部には、引張り応力が生じる部分と、圧縮応力が生じる部分とがある。しかし、過大な曲げ荷重による回転軸の撓みが規制されるので、磁歪部のうち、引張り応力が生じる部分の磁歪特性と、圧縮応力が生じる部分の磁歪特性との差を極力抑制することができる。   In addition, the magnetostrictive portion includes a portion where tensile stress is generated and a portion where compressive stress is generated because the rotating shaft is bent by the bending load. However, since the bending of the rotating shaft due to an excessive bending load is restricted, the difference between the magnetostrictive property of the portion where the tensile stress occurs in the magnetostrictive portion and the magnetostrictive property of the portion where the compressive stress occurs can be suppressed as much as possible. .

このようなことから、回転軸及び磁歪部は、操舵トルクの大きさにかかわらず、自在軸継手から回転軸へ作用する曲げ荷重の影響を抑制することができる。従って、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。   For this reason, the rotating shaft and the magnetostrictive portion can suppress the influence of the bending load acting on the rotating shaft from the universal joint regardless of the magnitude of the steering torque. Accordingly, the detection accuracy of the torque sensor including the magnetostrictive portion and the coil can be further stabilized, so that stable torque control can be performed.

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。以下、トルクセンサを電動パワーステアリング装置に搭載した例を説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, an example in which the torque sensor is mounted on the electric power steering apparatus will be described.

図1は本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。電動パワーステアリング装置10は、車両のステアリングハンドル21から車両の操舵車輪(前輪)29,29に至るステアリング系20と、このステアリング系20に補助トルクを加える補助トルク機構40とからなる。   FIG. 1 is a schematic diagram of an electric power steering apparatus according to the present invention. The electric power steering apparatus 10 includes a steering system 20 that extends from a steering handle 21 of a vehicle to steering wheels (front wheels) 29 and 29 of the vehicle, and an auxiliary torque mechanism 40 that applies an auxiliary torque to the steering system 20.

ステアリング系20は、ステアリングハンドル21にステアリングシャフト22及び自在軸継手23,23を介してピニオン軸24(つまり、回転軸24)の一端部24aを連結し、ピニオン軸24の他端部24bにラックアンドピニオン機構25を介してラック軸26を連結し、ラック軸26の両端に左右のタイロッド27,27及びナックル28,28を介して左右の操舵車輪29,29を連結したものである。
ラックアンドピニオン機構25は、ピニオン軸24に形成したピニオン31と、ラック軸26に形成したラック32とからなる。
The steering system 20 is connected to the steering handle 21 via the steering shaft 22 and the universal shaft joints 23 and 23, one end 24 a of the pinion shaft 24 (that is, the rotating shaft 24), and racked to the other end 24 b of the pinion shaft 24. A rack shaft 26 is connected via an and pinion mechanism 25, and left and right steering wheels 29, 29 are connected to both ends of the rack shaft 26 via left and right tie rods 27, 27 and knuckles 28, 28.
The rack and pinion mechanism 25 includes a pinion 31 formed on the pinion shaft 24 and a rack 32 formed on the rack shaft 26.

ステアリング系20によれば、運転者がステアリングハンドル21を操舵することで、その操舵トルクによりラックアンドピニオン機構25を介して、操舵車輪29,29を操舵することができる。   According to the steering system 20, when the driver steers the steering handle 21, the steering wheels 29 and 29 can be steered via the rack and pinion mechanism 25 by the steering torque.

補助トルク機構40は、ステアリングハンドル21に加えたステアリング系20の操舵トルクをトルクセンサ41で検出し、この検出信号に基づき制御部42で制御信号を発生し、この制御信号に基づき操舵トルクに応じた補助トルクを電動モータ43で発生し、補助トルクをウォームギヤ機構44を介してピニオン軸24に伝達し、さらに、補助トルクをピニオン軸24からステアリング系20のラックアンドピニオン機構25に伝達するようにした機構である。
電動パワーステアリング装置10によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ43の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸26で操舵車輪29,29を操舵することができる。
The auxiliary torque mechanism 40 detects the steering torque of the steering system 20 applied to the steering handle 21 with the torque sensor 41, generates a control signal with the control unit 42 based on this detection signal, and responds to the steering torque based on this control signal. The auxiliary torque is generated by the electric motor 43, the auxiliary torque is transmitted to the pinion shaft 24 via the worm gear mechanism 44, and the auxiliary torque is transmitted from the pinion shaft 24 to the rack and pinion mechanism 25 of the steering system 20. Mechanism.
According to the electric power steering apparatus 10, the steering wheels 29 and 29 can be steered by the rack shaft 26 by a combined torque obtained by adding the auxiliary torque of the electric motor 43 to the steering torque of the driver.

図2は本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図であり、左端部及び右端部を破断して表したものである。この図は、電動パワーステアリング装置10のラック軸26を、車幅方向(図2の左右方向)に延びるハウジング51に、軸方向にスライド可能に収容したことを示す。
ラック軸26は、ハウジング51から突出した長手方向両端にボールジョイント52,52を介してタイロッド27,27を連結した軸である。53,53はダストシール用ブーツである。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of the electric power steering apparatus according to the present invention, in which the left end portion and the right end portion are cut away. This figure shows that the rack shaft 26 of the electric power steering apparatus 10 is accommodated in a housing 51 extending in the vehicle width direction (left-right direction in FIG. 2) so as to be slidable in the axial direction.
The rack shaft 26 is a shaft in which tie rods 27 and 27 are connected to both longitudinal ends protruding from the housing 51 via ball joints 52 and 52. 53 and 53 are dust seal boots.

図3は図2の3−3線断面図であり、電動パワーステアリング装置10の縦断面構造を示す。図4は図3に示されるトルクセンサ周りの拡大図である。
図3に示すように、電動パワーステアリング装置10は、ピニオン軸24、ラックアンドピニオン機構25、トルクセンサ41及びウォームギヤ機構44をハウジング51に収納し、このハウジング51の上部開口を上部ハウジング54で塞いだものである。以下、「ハウジング51」と言うときには、上部ハウジング54を含むものとする。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG. 2 and shows a vertical cross-sectional structure of the electric power steering apparatus 10. FIG. 4 is an enlarged view around the torque sensor shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the electric power steering apparatus 10 houses a pinion shaft 24, a rack and pinion mechanism 25, a torque sensor 41 and a worm gear mechanism 44 in a housing 51, and the upper opening of the housing 51 is closed by an upper housing 54. It is a thing. Hereinafter, the term “housing 51” includes the upper housing 54.

電動モータ43はモータ軸が、紙面の向こう側から手前のハウジング51内に水平に延びたものである。モータ軸は、ウォームギヤ機構44のウォーム軸46を連結した出力軸である。ウォーム軸46は、一体に形成したウォーム47を備える。ハウジング51は、水平に延びるウォーム軸46の両端部を、軸受を介して回転可能に支承することになる。   The electric motor 43 has a motor shaft that extends horizontally from the other side of the paper into the front housing 51. The motor shaft is an output shaft connected to the worm shaft 46 of the worm gear mechanism 44. The worm shaft 46 includes a worm 47 formed integrally. The housing 51 rotatably supports both ends of the worm shaft 46 extending horizontally through bearings.

ウォームギヤ機構44は、駆動側のウォーム47にトルク伝達用ウォームホイール48を噛合わせることで、ウォーム47からトルク伝達用ウォームホイール48を介して負荷側にトルクを伝達するようにした構成である。さらにウォームギヤ機構44は、トルク伝達用ウォームホイール48の他に補助ウォームホイール49を備える。補助ウォームホイール49は、ウォーム47とトルク伝達用ウォームホイール48との間の、バックラッシを除去するために設けた補助的な歯車である。   The worm gear mechanism 44 is configured to transmit torque from the worm 47 to the load side via the torque transmission worm wheel 48 by meshing the drive side worm 47 with the torque transmission worm wheel 48. Further, the worm gear mechanism 44 includes an auxiliary worm wheel 49 in addition to the torque transmitting worm wheel 48. The auxiliary worm wheel 49 is an auxiliary gear provided to remove backlash between the worm 47 and the torque transmitting worm wheel 48.

図1及び図3に示すように、ピニオン軸24(回転軸24)の一端部24aは、自在軸継手23,23及びステアリングシャフト22を介してステアリングハンドル21に連結される軸端部分である。一端部24aは軸端に、自在軸継手23を連結するためのセレーション24cを有している。ピニオン軸24の中心線CL1に対して、ピニオン軸24の一端部24aに連結される自在軸継手23の中心線CL2は、角度θ1(以下、「傾き角θ1」と言う。)だけ傾いている。
一方、ピニオン軸24の他端部24bは、ラックアンドピニオン機構25を介して操舵車輪29に連結される軸端部分である。
As shown in FIGS. 1 and 3, one end portion 24 a of the pinion shaft 24 (rotating shaft 24) is a shaft end portion connected to the steering handle 21 via the universal shaft joints 23 and 23 and the steering shaft 22. The one end 24a has a serration 24c for connecting the universal shaft joint 23 to the shaft end. The center line CL2 of the universal shaft joint 23 connected to the one end portion 24a of the pinion shaft 24 is inclined with respect to the center line CL1 of the pinion shaft 24 by an angle θ1 (hereinafter referred to as “inclination angle θ1”). .
On the other hand, the other end 24 b of the pinion shaft 24 is a shaft end portion connected to the steering wheel 29 via the rack and pinion mechanism 25.

図3に示すように、ピニオン軸24は、一端部24aを除いて、他の部分だけが3個の軸受55〜57を介してハウジング51で支持されたものである。つまり、ピニオン軸24は、一端部24aが自由端であり、中間部24d及び他端部24bが軸受55〜57を介してハウジング51で支持されている。   As shown in FIG. 3, the pinion shaft 24 is supported by the housing 51 only through the three bearings 55 to 57 except for the one end 24 a. In other words, the pinion shaft 24 has one end 24 a as a free end, and the intermediate portion 24 d and the other end 24 b are supported by the housing 51 via the bearings 55 to 57.

より詳しく説明すると、ピニオン軸24は、軸長手中央部24d(中間部24d)にトルク伝達用ウォームホイール48を備え、軸長手中央部24dよりも一端側(一端部24a)にトルクセンサ41の磁歪部81,82を備え、軸長手中央部24dよりも他端側(他端部24b)にピニオン31を備えている。   More specifically, the pinion shaft 24 is provided with a torque transmitting worm wheel 48 at the shaft longitudinal central portion 24d (intermediate portion 24d), and the magnetostriction of the torque sensor 41 at one end side (one end portion 24a) from the shaft longitudinal central portion 24d. Portions 81 and 82, and a pinion 31 on the other end side (the other end portion 24b) with respect to the shaft longitudinal center portion 24d.

ピニオン軸24の他端部24bの軸端位置は、第1の軸受55を介して、ハウジング51で回転可能に支持されている。ピニオン軸24の中間部24dにおいて、ピニオン31とトルク伝達用ウォームホイール48との間の位置は、第2軸受56を介して、ハウジング51で回転可能に支持されている。ピニオン軸24の中間部24dにおいて、トルク伝達用ウォームホイール48と磁歪部81,82との間の位置は、第3軸受57を介して、ハウジング51で回転可能に支持されている。これら3個の軸受55〜57は、ボールベアリング等の転がり軸受である。
なお、ピニオン軸24は、例えば、第2軸受56が4点接触玉軸受(four point contact bearing)にて構成されること等により、ハウジング51に対して軸方向移動が規制されている。
The shaft end position of the other end 24 b of the pinion shaft 24 is rotatably supported by the housing 51 via the first bearing 55. In the intermediate portion 24 d of the pinion shaft 24, the position between the pinion 31 and the torque transmission worm wheel 48 is rotatably supported by the housing 51 via the second bearing 56. In the intermediate portion 24 d of the pinion shaft 24, the position between the torque transmitting worm wheel 48 and the magnetostrictive portions 81 and 82 is rotatably supported by the housing 51 via the third bearing 57. These three bearings 55 to 57 are rolling bearings such as ball bearings.
The pinion shaft 24 is restricted from moving in the axial direction with respect to the housing 51 by, for example, the second bearing 56 being constituted by a four point contact bearing.

ここで、ピニオン軸24の一端部24aとは、磁歪部81,82よりもセレーション24c側のことを言う。一端部24aは、3個の軸受55〜57で支持されないので、基本的には自由端であると言うことができる。   Here, the one end portion 24 a of the pinion shaft 24 means the serration 24 c side with respect to the magnetostrictive portions 81 and 82. Since the one end 24a is not supported by the three bearings 55 to 57, it can be said that it is basically a free end.

ところで、図3及び図4に示すように、ピニオン軸24のうち磁歪部81,82の近傍、つまり、一端部24aと中間部24dとの間24eは、自由端用軸受61で支持されている。自由端用軸受61は、自由端である一端部24aと中間部24dとの間24eを支持する軸受なので、自由端用軸受と呼ぶ。自由端用軸受61による支持構造について、以下に説明する。   3 and 4, the pinion shaft 24 is supported by a free end bearing 61 in the vicinity of the magnetostrictive portions 81 and 82, that is, between the one end portion 24a and the intermediate portion 24d. . The free end bearing 61 is referred to as a free end bearing because it is a bearing that supports the space 24e between the one end 24a and the intermediate portion 24d, which are free ends. The support structure by the free end bearing 61 will be described below.

図5(a),(b)は図4に示される自由端用軸受及び弾性体周りの断面図兼作用図である。図4及び図5(a)に示すように、自由端用軸受61は、ボールベアリング等の転がり軸受である。この自由端用軸受61は、弾性体63を介してハウジング51で支持されている。   5 (a) and 5 (b) are a sectional view and an operation view around the free end bearing and the elastic body shown in FIG. As shown in FIGS. 4 and 5A, the free end bearing 61 is a rolling bearing such as a ball bearing. The free end bearing 61 is supported by the housing 51 via an elastic body 63.

詳しく述べると、ピニオン軸24のうち、2つの磁歪部81,82間を自由端用軸受61内に嵌合することで、自由端用軸受61で一端部24aと中間部24dとの間24eを回転可能に支持することができる。
この自由端用軸受61は、環状の軸受保持部材62内に相対回転及び軸方向移動が規制されて、取り付けられている。軸受保持部材62は、外周面62aに環状の溝62bを有しており、この溝62bに環状の弾性体63が嵌合にて取り付けられている。弾性体63は、ラバー等の所定の柔軟性を有する材料からなり、例えばOリングからなる。
More specifically, the two magnetostrictive portions 81 and 82 of the pinion shaft 24 are fitted into the free end bearing 61 so that the free end bearing 61 has a gap 24e between the one end 24a and the intermediate portion 24d. It can be rotatably supported.
The free end bearing 61 is mounted in an annular bearing holding member 62 with its relative rotation and axial movement restricted. The bearing holding member 62 has an annular groove 62b on the outer peripheral surface 62a, and an annular elastic body 63 is attached to the groove 62b by fitting. The elastic body 63 is made of a material having a predetermined flexibility such as rubber, and is made of, for example, an O-ring.

このような軸受保持部材62は、ハウジング51内に軸方向移動が規制されて、収納されることになる。ハウジング51の内径D1に対して軸受保持部材62の外径D2は小さく設定されている。このため、ハウジング51の内面51aと軸受保持部材62の外周面62aとの間には、寸法δの隙間Agを有している。ハウジング51に軸受保持部材62を嵌合したときに、弾性体63の外周面はハウジング51の内面51aにほぼ均一に接触した状態となる。   Such a bearing holding member 62 is housed in the housing 51 with its axial movement restricted. The outer diameter D2 of the bearing holding member 62 is set smaller than the inner diameter D1 of the housing 51. For this reason, a gap Ag having a dimension δ is provided between the inner surface 51 a of the housing 51 and the outer peripheral surface 62 a of the bearing holding member 62. When the bearing holding member 62 is fitted into the housing 51, the outer peripheral surface of the elastic body 63 is in a state of being substantially in contact with the inner surface 51 a of the housing 51.

ピニオン軸24の一端部24aと中間部24dとの間24eは、隙間Agの寸法δ分だけ径方向へ変位することができる。つまり、ピニオン軸24に撓みが発生したときには、径方向に作用する力に応じて、弾性体63は弾性変形し得る。この結果、図5(b)に示すように、軸受保持部材62は、外周面62aがハウジング51の内面51aに当たるまで変位できる。このときにピニオン軸24の中心線CL1は、寸法δだけ偏心する。このようにして、ハウジング51でピニオン軸24の一端部24aと中間部24dとの間24eを、ある程度の偏心可能に支持、いわゆるフローティング支持することができる。   The space 24e between the one end 24a and the intermediate portion 24d of the pinion shaft 24 can be displaced in the radial direction by the dimension δ of the gap Ag. That is, when the pinion shaft 24 is bent, the elastic body 63 can be elastically deformed according to the force acting in the radial direction. As a result, as shown in FIG. 5B, the bearing holding member 62 can be displaced until the outer peripheral surface 62 a contacts the inner surface 51 a of the housing 51. At this time, the center line CL1 of the pinion shaft 24 is eccentric by the dimension δ. In this way, the housing 51 can support the portion 24e between the one end portion 24a and the intermediate portion 24d of the pinion shaft 24 so as to be eccentric to some extent, so-called floating support.

図3に示すように、ハウジング51は、オイルシール58及びラックガイド70を備える。ラックガイド70は、ラック32の反対側からラック軸26に当てるガイド部71と、ガイド部71を圧縮ばね72を介して押す調整ボルト73と、ラック軸26の背面を滑らせる当て部材74と、調整ボルト73の位置決めをするロックナット75とからなる。   As shown in FIG. 3, the housing 51 includes an oil seal 58 and a rack guide 70. The rack guide 70 includes a guide portion 71 that contacts the rack shaft 26 from the opposite side of the rack 32, an adjustment bolt 73 that pushes the guide portion 71 through the compression spring 72, a contact member 74 that slides the back surface of the rack shaft 26, It consists of a lock nut 75 for positioning the adjustment bolt 73.

図3及び図4に示すように、トルクセンサ41は、ピニオン軸24と、このピニオン軸24の一端部24aと中間部24dとの間24eの表面に設けられ、トルクに応じて磁歪特性が変化する上下一対の磁歪部81,82と、この磁歪部81,82の近傍に配置され、磁歪部81,82に生じた磁歪効果を検出するコイル85,85とからなる、磁歪式トルクセンサである。
言い換えると、トルクセンサ41は、ピニオン軸24に設けた一対の磁歪部81,82と、磁歪部81,82の周囲に設けた一対の検出部83,83とからなる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the torque sensor 41 is provided on the surface of the pinion shaft 24 and a portion 24e between the one end portion 24a and the intermediate portion 24d of the pinion shaft 24, and the magnetostriction characteristics change according to the torque. The magnetostrictive torque sensor includes a pair of upper and lower magnetostrictive portions 81 and 82 and coils 85 and 85 that are disposed in the vicinity of the magnetostrictive portions 81 and 82 and detect the magnetostrictive effect generated in the magnetostrictive portions 81 and 82. .
In other words, the torque sensor 41 includes a pair of magnetostrictive portions 81 and 82 provided on the pinion shaft 24 and a pair of detection portions 83 and 83 provided around the magnetostrictive portions 81 and 82.

図4に示すように、磁歪部81,82は、ピニオン軸24の軸長手方向に互いに逆方向の残留歪みが付与された磁歪膜からなる。磁歪膜81,82は、歪みの変化に対して磁束密度の変化の大きい材料からなる膜であり、例えば、ピニオン軸24の外周面に気相メッキ法で形成したNi−Fe系の合金膜である。この合金膜の厚みは望ましくは5〜20μm程度である。なお、合金膜の厚みは、これ以下又はこれ以上であってもよい。第1磁歪膜81の磁歪方向に対して、第2磁歪膜82の磁歪方向は異なっている(磁歪異方性を有する)。なお、2つの磁歪膜81,82は、軸長手方向に所定の間隔を有して配列したものである。   As shown in FIG. 4, the magnetostrictive portions 81 and 82 are made of a magnetostrictive film in which residual strains in opposite directions are given to the longitudinal direction of the pinion shaft 24. The magnetostrictive films 81 and 82 are films made of a material having a large change in magnetic flux density with respect to a change in strain. is there. The thickness of this alloy film is desirably about 5 to 20 μm. The thickness of the alloy film may be less than or greater than this. The magnetostriction direction of the second magnetostrictive film 82 is different from the magnetostriction direction of the first magnetostrictive film 81 (having magnetostriction anisotropy). The two magnetostrictive films 81 and 82 are arranged with a predetermined interval in the axial longitudinal direction.

Ni−Fe系の合金膜は、Niを概ね20重量%含んだ場合と概ね50重量%含んだ場合に、磁歪定数が大きくなるので磁歪効果が高まる傾向にあり、このようなNi含有率の材料を使用することが好ましい。例えば、Ni−Fe系の合金膜として、Niを50〜60重量%含み、残りがFeである材料を使用する。なお、磁歪膜81,82は強磁性体の膜であればよく、パーマロイ(Ni;約78重量%、Fe;残り)やスーパーマロイ(Ni;78重量%、Mo;5重量%、Fe;残り)の膜であってもよい。ここで、Niはニッケル、Feは鉄、Moはモリブデンである。   Ni-Fe-based alloy films tend to increase the magnetostriction effect when the Ni content is approximately 20% by weight and approximately 50% by weight, so that the magnetostriction effect tends to increase. Is preferably used. For example, as the Ni—Fe-based alloy film, a material containing 50 to 60% by weight of Ni and the rest being Fe is used. The magnetostrictive films 81 and 82 may be ferromagnetic films, such as permalloy (Ni; about 78 wt%, Fe; remaining) or supermalloy (Ni; 78 wt%, Mo; 5 wt%, Fe; remaining). ). Here, Ni is nickel, Fe is iron, and Mo is molybdenum.

図4に示すように、一対の検出部83,83は、磁歪部81,82に生じた磁歪効果を電気的に検出し、その検出信号をトルク検出信号として出力するものであり、ハウジング51内に収納されている。   As shown in FIG. 4, the pair of detection units 83 and 83 electrically detect the magnetostriction effect generated in the magnetostriction units 81 and 82 and output the detection signal as a torque detection signal. It is stored in.

検出部83は、ピニオン軸24を通された上下一対の筒状のコイルボビン84,84と、コイルボビン84,84にそれぞれ巻かれたコイル85,85と、コイルボビン84,84に備えたカプラ86と、コイルボビン84,84及びコイル85,85を収納する磁性を有したヨーク87とからなる。コイルボビン84,84及びコイル85,85をヨーク87で囲うことができる。
コイル85は、ピニオン軸24を包囲するように配置されることになる。カプラ86は、一対のコイル85,85の検出信号を外部へ取り出す端子部分である。
The detection unit 83 includes a pair of upper and lower cylindrical coil bobbins 84 and 84 passed through the pinion shaft 24, coils 85 and 85 wound around the coil bobbins 84 and 84, and a coupler 86 provided in the coil bobbins 84 and 84, It consists of coil bobbins 84 and 84 and a yoke 87 having magnetism for accommodating the coils 85 and 85. The coil bobbins 84 and 84 and the coils 85 and 85 can be surrounded by the yoke 87.
The coil 85 is disposed so as to surround the pinion shaft 24. The coupler 86 is a terminal portion that takes out the detection signals of the pair of coils 85 and 85 to the outside.

ヨーク87は、一対のコイル85,85の周囲を囲う磁気シールド用バックヨーク(磁路を形成するコイルヨーク)であり、磁性材料からなる。このヨーク87は、上下一対のヨーク本体88,88と、これらのヨーク本体88,88の開口を塞ぐ1つのヨーク底板89とからなる。なお、ヨーク87は、ハウジング51内に径方向移動及び軸方向移動が規制されて、収納されることになる。   The yoke 87 is a magnetic shielding back yoke (coil yoke forming a magnetic path) surrounding the pair of coils 85 and 85, and is made of a magnetic material. The yoke 87 includes a pair of upper and lower yoke bodies 88, 88 and a yoke bottom plate 89 that closes the openings of the yoke bodies 88, 88. The yoke 87 is housed in the housing 51 with its radial movement and axial movement restricted.

図4に示すように、軸受保持部材62の下端と、その下方の検出部83におけるヨーク本体88との間には、板ばね91が介在している。この板ばね91は、ハウジング51内に収納されている、軸受保持部材62及び検出部83,83の軸方向の隙間を吸収することによって、がたつきを除去するための部材であって、薄板環状のばね、例えば皿ばねからなる。   As shown in FIG. 4, a leaf spring 91 is interposed between the lower end of the bearing holding member 62 and the yoke body 88 in the detection unit 83 below the bearing holding member 62. The leaf spring 91 is a member for removing the backlash by absorbing the axial clearance between the bearing holding member 62 and the detection portions 83 and 83 housed in the housing 51. It consists of an annular spring, for example a disc spring.

以上の説明をまとめると、次の通りである。
本発明では、ハウジング51(上部ハウジング54を含む。以下、同じ。)で弾性体63を介して自由端用軸受61を支持したことにより、自由端用軸受61は弾性体63が弾性的に変形可能な分だけ径方向に変位することができる。従って、このような自由端用軸受61で、回転軸24(ピニオン軸24)のうち磁歪部81,82の近傍を支持したことにより、回転軸24のうち磁歪部81,82の近傍の部分は、自由端用軸受61が変位可能な分だけ、径方向に変位することができる。しかも、自由端用軸受61で回転軸を支持するので、回転軸24を円滑に回転させつつ回転軸24を弾性的に支持でき、回転軸24の振動を減衰させることができる。
ここで、弾性体63を弾性的に変形させるのに必要な、径方向の力を「弾性反力」と言う。
The above description is summarized as follows.
In the present invention, the free end bearing 61 is supported by the housing 51 (including the upper housing 54; the same applies hereinafter) via the elastic body 63, so that the free end bearing 61 is elastically deformed. It can be displaced in the radial direction as much as possible. Therefore, by supporting the vicinity of the magnetostrictive portions 81 and 82 of the rotating shaft 24 (pinion shaft 24) with such a free end bearing 61, the portion of the rotating shaft 24 near the magnetostrictive portions 81 and 82 is The free end bearing 61 can be displaced in the radial direction by the amount displaceable. Moreover, since the rotating shaft is supported by the free end bearing 61, the rotating shaft 24 can be elastically supported while the rotating shaft 24 is smoothly rotated, and the vibration of the rotating shaft 24 can be attenuated.
Here, the radial force necessary to elastically deform the elastic body 63 is referred to as “elastic reaction force”.

運転者がステアリングハンドル21を操舵することで、その操舵トルクが自在軸継手23を介して回転軸24の一端部24aに伝わるときに、回転軸24に対して自在軸継手23が傾斜している分だけ、自在軸継手23から回転軸24の一端部24aへ曲げ荷重が作用する。この曲げ荷重に対して、弾性反力の分だけ、回転軸24の一端部24aを緩やかに撓ませることができる。この結果、磁歪膜等の磁歪部81,82に急激な応力が生じることで、磁歪特性が急変することを抑制することができる。従って、磁歪部81,82とコイル85・・・とからなるトルクセンサ41の、検出値が急変しないので、安定したトルク制御をすることができる。   When the driver steers the steering handle 21 and the steering torque is transmitted to the one end 24 a of the rotary shaft 24 via the universal shaft joint 23, the universal shaft joint 23 is inclined with respect to the rotary shaft 24. A bending load acts on the one end portion 24a of the rotary shaft 24 from the universal shaft joint 23 by the amount. With respect to this bending load, the one end portion 24a of the rotating shaft 24 can be gently bent by the elastic reaction force. As a result, it is possible to suppress a sudden change in the magnetostrictive characteristics due to a sudden stress generated in the magnetostrictive portions 81 and 82 such as a magnetostrictive film. Therefore, since the detected value of the torque sensor 41 including the magnetostrictive portions 81 and 82 and the coils 85... Does not change suddenly, stable torque control can be performed.

しかも、弾性体63が変形する範囲を超えた場合には、ハウジング51で自由端用軸受61を直接に支持することができる。このため、過大な曲げ荷重が回転軸24の一端部24aに作用しても、回転軸24の撓みを規制することができる。従って、磁歪部81,82とコイル85・・・との間の空隙(エアギャップ、隙間)Agに、過大な偏りが発生することはない。   In addition, the free end bearing 61 can be directly supported by the housing 51 when the elastic body 63 exceeds the deformation range. For this reason, even if an excessive bending load acts on the one end part 24a of the rotating shaft 24, the bending of the rotating shaft 24 can be regulated. Therefore, an excessive bias does not occur in the gap (air gap, gap) Ag between the magnetostrictive portions 81 and 82 and the coils 85.

また、曲げ荷重によって回転軸24が撓むことで、磁歪部81,82には、引張り応力が生じる部分と、圧縮応力が生じる部分とがある。しかし、過大な曲げ荷重による回転軸24の撓みが規制されるので、磁歪部81,82のうち、引張り応力が生じる部分の磁歪特性と、圧縮応力が生じる部分の磁歪特性との差を極力抑制することができる。   Further, when the rotating shaft 24 is bent by a bending load, the magnetostrictive portions 81 and 82 have a portion where tensile stress is generated and a portion where compressive stress is generated. However, since the bending of the rotary shaft 24 due to an excessive bending load is restricted, the difference between the magnetostrictive characteristics of the magnetostrictive portions 81 and 82 where the tensile stress is generated and the magnetostrictive characteristics of the portion where the compressive stress is generated is suppressed as much as possible. can do.

このようなことから、回転軸24及び磁歪部81,82は、操舵トルクの大きさにかかわらず、自在軸継手23から回転軸24へ作用する曲げ荷重の影響を抑制することができる。従って、磁歪部81,82とコイル85・・・とからなるトルクセンサ41の検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。   For this reason, the rotating shaft 24 and the magnetostrictive portions 81 and 82 can suppress the influence of the bending load acting on the rotating shaft 24 from the universal shaft joint 23 regardless of the magnitude of the steering torque. Therefore, since the detection accuracy of the torque sensor 41 composed of the magnetostrictive portions 81 and 82 and the coils 85... Can be further stabilized, stable torque control can be performed.

ところで、上記図1〜図5に示すピニオン軸24は、操舵トルクをラック軸26に伝達して操舵車輪29,29を操舵するものであるから、大きい機械的強度が求められる。例えば、ピニオン31には、耐摩耗性や疲労強度(疲れ強さ)等の十分な機械的強度が必要となる。従って、ピニオン軸24には、高い負荷のトルク伝達に必要な強度を十分に確保するために、浸炭処理、高周波焼入れ等の熱処理を施すことが多い。   By the way, the pinion shaft 24 shown in FIGS. 1 to 5 transmits steering torque to the rack shaft 26 to steer the steering wheels 29 and 29, so that high mechanical strength is required. For example, the pinion 31 needs to have sufficient mechanical strength such as wear resistance and fatigue strength (fatigue strength). Therefore, the pinion shaft 24 is often subjected to heat treatment such as carburizing and induction hardening in order to ensure sufficient strength necessary for high load torque transmission.

しかしながら、熱処理が施されたピニオン軸24には、曲がり変形等の種々の熱影響が発生し得る。この傾向はピニオン軸24が長いほど大きい。
このような曲がり変形を矯正する、ピニオン軸の製造方法について、図6に基づき説明する。
However, various heat effects such as bending deformation may occur in the pinion shaft 24 subjected to the heat treatment. This tendency is greater as the pinion shaft 24 is longer.
A pinion shaft manufacturing method for correcting such bending deformation will be described with reference to FIG.

図6(a)〜(d)は本発明に係るピニオン軸の製造方法の概要を説明する説明図である。ピニオン軸24の製造手順を説明すると次の通りである。
先ず、(a)のようにピニオン軸24に機械加工を施してピニオン31等を形成する。
次に、ピニオン軸24において、ピニオン31等の機械的強度を高めるために、浸炭処理や高周波焼入れ等の熱処理を施す。ピニオン軸24は熱処理の影響を受けて、多少曲がり変形が発生し得る。このときのピニオン軸24の中心線はCLbである。
次に、(b)のように、治具Jiにピニオン軸24の両端をセットし、軸直角方向から矯正荷重Fcを付加することによって、曲がり矯正処理を行う。このようにピニオン軸24の曲がり変形を矯正して、(c)に示すように曲がり変形が極力少ないピニオン軸24を得る。
次に、(d)のように、ピニオン軸24の所定位置にメッキ処理を施して磁歪膜81,82を設けて、作業を完了する。
なお、曲がり矯正処理は、メッキ処理の後に実施してもよい。
6A to 6D are explanatory views for explaining the outline of the method for manufacturing a pinion shaft according to the present invention. The manufacturing procedure of the pinion shaft 24 will be described as follows.
First, as shown in (a), the pinion shaft 24 is machined to form the pinion 31 and the like.
Next, in the pinion shaft 24, in order to increase the mechanical strength of the pinion 31, etc., heat treatment such as carburizing treatment or induction hardening is performed. The pinion shaft 24 may be slightly bent and deformed under the influence of heat treatment. At this time, the center line of the pinion shaft 24 is CLb.
Next, as shown in (b), the both ends of the pinion shaft 24 are set on the jig Ji, and the correction load Fc is applied from the direction perpendicular to the axis to perform the bending correction process. In this way, the bending deformation of the pinion shaft 24 is corrected to obtain the pinion shaft 24 with the least bending deformation as shown in FIG.
Next, as shown in (d), a predetermined position of the pinion shaft 24 is plated to provide the magnetostrictive films 81 and 82, thereby completing the operation.
The bending correction process may be performed after the plating process.

このように、ピニオン31の曲がり変形を矯正することによって、ピニオン31の表面に設けられた磁歪膜81,82と、図4に示すコイル85・・・との間の、空隙(エアギャップ)に、過大な偏りが発生することを抑制することができる。   Thus, by correcting the bending deformation of the pinion 31, a gap (air gap) is formed between the magnetostrictive films 81 and 82 provided on the surface of the pinion 31 and the coils 85 shown in FIG. It is possible to suppress the occurrence of excessive bias.

なお、本発明の実施の形態において、電動パワーステアリング装置10は、磁歪式トルクセンサ41で検出された操舵トルクに応じて発生する補助トルクを、回転軸24(ピニオン軸24)に付加する構成に限定されるものではなく、例えば、ラック軸26に付加する構成であってもよい。
また、ピニオン軸24の中間部24dの支持については、第3軸受57を設けることなく、第2軸受56だけで支持する構成であってもよい。
また、軸受保持部材62の有無は任意であり、例えば、自由端用軸受61に弾性体63を直接に取り付けてもよい。
In the embodiment of the present invention, the electric power steering apparatus 10 is configured to add auxiliary torque generated according to the steering torque detected by the magnetostrictive torque sensor 41 to the rotating shaft 24 (pinion shaft 24). It is not limited, For example, the structure added to the rack axis | shaft 26 may be sufficient.
The intermediate portion 24d of the pinion shaft 24 may be supported by only the second bearing 56 without providing the third bearing 57.
The presence or absence of the bearing holding member 62 is arbitrary, and for example, the elastic body 63 may be directly attached to the free end bearing 61.

本発明の電動パワーステアリング装置は、ステアリングハンドルで発生した操舵トルクをステアリングシャフト及び自在軸継手を介して回転軸に伝達し、さらに回転軸からラックアンドピニオン機構を介して操舵車輪に伝える構成であって、回転軸に伝わった操舵トルクを磁歪式トルクセンサにて検出し、この磁歪式トルクセンサの検出信号に応じて電動モータが補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系に付加するようにした、車両用電動パワーステアリング装置に好適である。   The electric power steering device of the present invention is configured to transmit the steering torque generated by the steering handle to the rotating shaft via the steering shaft and the universal shaft joint, and further to the steering wheel from the rotating shaft via the rack and pinion mechanism. The steering torque transmitted to the rotating shaft is detected by a magnetostrictive torque sensor, and the electric motor generates auxiliary torque according to the detection signal of the magnetostrictive torque sensor, and this auxiliary torque is added to the steering system. Therefore, it is suitable for an electric power steering device for a vehicle.

本発明に係る電動パワーステアリング装置の模式図である。1 is a schematic diagram of an electric power steering apparatus according to the present invention. 本発明に係る電動パワーステアリング装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an electric power steering apparatus according to the present invention. 図2の3−3線断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2. 図3に示されるトルクセンサ周りの拡大図である。FIG. 4 is an enlarged view around a torque sensor shown in FIG. 3. 図4に示される自由端用軸受及び弾性体周りの断面図兼作用図である。FIG. 5 is a cross-sectional view and action diagram of the free end bearing and the elastic body shown in FIG. 4. 本発明に係るピニオン軸の製造方法の概要を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the outline | summary of the manufacturing method of the pinion shaft which concerns on this invention. 従来の電動ステアリング装置の概要図である。It is a schematic diagram of the conventional electric steering device.

符号の説明Explanation of symbols

10…電動パワーステアリング装置、20…ステアリング系、21…ステアリングハンドル、22…ステアリングシャフト、23…自在軸継手、24…回転軸(ピニオン軸)、24a…回転軸の一端部、24b…回転軸の他端部、24c…セレーション、24d…中間部、24e…回転軸の一端部と中間部との間、25…ラックアンドピニオン機構、29…操舵車輪、41…磁歪式トルクセンサ、51…ハウジング、55〜57…軸受、61…自由端用軸受、62…軸受保持部材、63…弾性体、81,82…磁歪部(磁歪膜)、84…コイルボビン、85…コイル、CL1…回転軸の中心線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electric power steering apparatus, 20 ... Steering system, 21 ... Steering handle, 22 ... Steering shaft, 23 ... Universal shaft joint, 24 ... Rotating shaft (pinion shaft), 24a ... One end of rotating shaft, 24b ... Rotating shaft Other end portion, 24c ... serration, 24d ... intermediate portion, 24e ... between one end portion and intermediate portion of the rotating shaft, 25 ... rack and pinion mechanism, 29 ... steering wheel, 41 ... magnetostrictive torque sensor, 51 ... housing, 55 to 57 ... bearings, 61 ... bearings for free ends, 62 ... bearing holding members, 63 ... elastic bodies, 81 and 82 ... magnetostrictive portions (magnetostrictive films), 84 ... coil bobbins, 85 ... coils, CL1 ... centerlines of rotating shafts .

Claims (4)

回転軸の表面に且つ回転軸の軸長手方向に所定の間隔を有して設けられ、トルクに応じて磁歪特性が変化する2つの磁歪部と、
この2つの磁歪部の近傍に配置され、2つの磁歪部に生じた磁歪効果を検出するコイルとからなハウジングに収容された磁歪式トルクセンサであって、
前記回転軸は、前記2つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持されており、
この軸受の内輪の軸方向の両端面は、前記回転軸に対して直接的にも間接的にも接触していない面であり、
前記2つの磁歪部の間に位置する前記軸受は、外周面が軸受保持部材によって保持されている軸受であり、
前記回転軸に前記トルクが付加されていない状態において、前記軸受保持部材は、前記ハウジングに対して、隙間を有して配置されていることを特徴とした磁歪式トルクセンサ。
Two magnetostrictive portions that are provided on the surface of the rotating shaft and at a predetermined interval in the longitudinal direction of the rotating shaft, and the magnetostrictive characteristics change according to torque;
Disposed in the vicinity of the two magnetostrictive portions, Do and a coil for detecting a magnetostrictive effect occurs in the two magnetostrictive portions Ri, a magnetostrictive torque sensor that is housed in the housing,
The rotating shaft is supported by a bearing at a position between the two magnetostrictive portions,
The end faces of the inner ring in the axial direction of the bearing, Ri surface der that is not in contact either directly or indirectly to said rotary shaft,
The bearing located between the two magnetostrictive portions is a bearing whose outer peripheral surface is held by a bearing holding member;
In a state where no said torque is applied to the rotary shaft, the bearing holding member, the magnetostrictive torque sensor relative to said housing, and characterized that you have been arranged with a gap.
前記回転軸の一端部は、径方向に支持されることのない、自由端であることを特徴とした請求項1記載の磁歪式トルクセンサ。   The magnetostrictive torque sensor according to claim 1, wherein one end of the rotating shaft is a free end that is not supported in a radial direction. 前記回転軸は、前記2つの磁歪部に対して前記一端部とは反対側の位置を、前記軸受とは別の軸受によって、軸方向への変位を規制されつつ回転可能に支持されていることを特徴とした請求項2記載の磁歪式トルクセンサ。   The rotary shaft is rotatably supported at a position opposite to the one end with respect to the two magnetostrictive portions, while being restricted in axial displacement by a bearing different from the bearing. The magnetostrictive torque sensor according to claim 2. 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の磁歪式トルクセンサは、ステアリングハンドルで発生したステアリング系の操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサとして用いられ、前記操舵トルクに基づいて電動モータを駆動することにより操舵車輪の操舵を行う電動パワーステアリング装置に搭載されるものであり、
前記回転軸の一端部は、自在軸継手及びステアリングシャフトを介して前記ステアリングハンドルに連結される軸端部分であり、
前記回転軸の他端部は、ラックアンドピニオン機構を介して前記操舵車輪に連結される軸端部分であることを特徴とする磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置。
The magnetostrictive torque sensor according to any one of claims 1 to 3 is used as a steering torque sensor for detecting a steering torque of a steering system generated by a steering handle, and based on the steering torque. It is mounted on an electric power steering device that steers steering wheels by driving an electric motor,
One end portion of the rotating shaft is a shaft end portion connected to the steering handle via a universal shaft joint and a steering shaft,
An electric power steering apparatus equipped with a magnetostrictive torque sensor, wherein the other end of the rotating shaft is a shaft end connected to the steering wheel via a rack and pinion mechanism.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01126540U (en) * 1988-02-22 1989-08-29
JPH01259230A (en) * 1988-04-08 1989-10-16 Kubota Ltd Torque sensor fitting structure
JPH0645224Y2 (en) * 1988-08-26 1994-11-16 株式会社クボタ Torque measuring device
JPH04191630A (en) * 1990-11-26 1992-07-09 Japan Electron Control Syst Co Ltd Magnetostriction type torque sensor
JPH10339679A (en) * 1997-06-06 1998-12-22 Toyota Autom Loom Works Ltd Torque sensor and rotation regulating means of its stator
JPH11291925A (en) * 1998-04-06 1999-10-26 Toyota Motor Corp Motor-driven power steering device
JP2000095120A (en) * 1998-09-22 2000-04-04 Showa Corp Support structure of pinion shaft in electrically-driven power steering system
JP2001133337A (en) * 1999-11-01 2001-05-18 Honda Motor Co Ltd Magnetostrictive torque sensor and electric power steering device loaded with magnetostrictive torque sensor
US6817253B2 (en) * 2002-03-14 2004-11-16 Sauer-Danfoss Inc. Method and means for measuring torque in hydraulic power units
JP4133403B2 (en) * 2003-02-12 2008-08-13 本田技研工業株式会社 Rotational torque detection mechanism and electric power steering device
JP4400369B2 (en) * 2004-08-09 2010-01-20 日本精工株式会社 Pinion-assisted electric power steering system

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