JP5207322B2 - トルクロータ及びその製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、トルクロータに関し、より詳しくは、従来ヨークとマグネットとを結合させた後、締結構造の具備のためのプラスチック射出成形工程により、プラスチックがヨークとマグネットとの間に流入してマグネットの真円を悪くするか、温度膨張係数の差によるマグネットの破損が防止できるようになり、ヨークとマグネットとが互いに空回りすることを防止できるトルクロータ及びその製作方法に関する。

一般に、車両には操向ホイール（ハンドル）の操向力を軽減して操向状態の安定性を保証するための手段として動力補助操向装置が使われるが、このような動力補助操向装置には既存に油圧を用いた油圧式操向装置（ＨＰＳ；Hydraulic Power Steering System）が車両に広く用いられたが、最近は油圧を使用していた既存の方式とは異なり、モータの回転力を用いて運転者の操向力を容易にし、環境親和的な電動式操向装置（ＥＰＳ；Electronic Power Steering System）が車両に普遍的に設置されている。

このような電動式操向装置（ＥＰＳ）は、車速センサ、操向アングルセンサ、及び操向トルクセンサなどで感知した車両の運行条件に従い、電子制御装置（Electronic Control Unit）でモータを駆動させて低速運行時には軽い、かつ安らかな操向感を与え、高速運行時には重い操向感と共に良好な方向安定性を与え、操向ホイールの回転角に従う速やかな操向ホイールの復原力を提供して、非常状況で急速な操向がなされるようにして、運転者に最適の操向条件を提供するようになる。

一方、上記のような電動式操向装置は、運転者の操向ホイール回転力を下側に伝達できるように操向ホイールとギアボックスとの間に配置される操向コラムの外部にモータが設置されて、その内部の操向軸を回転させることができるように構成されて、操向ホイールの操舵に従う運転者の操向力を補助するようになる。

図１は従来の電動式操向装置の概略的な構成図であって、図１に示すように、電動式操向装置１００は、操向ホイール１０２から両側輪１２６まで繋がる操向システム１３０及び操向システム１３０に操向補助動力を提供する補助動力機構１４０を含んで構成される。

操向システム１３０は一側が操向ホイール１０２に連結されて操向ホイール１０２と共に回転し、他側は一対のユニバーサルジョイント１０４を媒介にしてピニオン軸１０８に連結される操向軸１０６を含んで構成される。また、ピニオン軸１０８は、ラック−ピニオン機構部１１０を通じてラックバー１１２に連結され、ラックバー１１２の両端はタイロッド１２２とナックルアーム１２４を通じて車両の輪１２６に連結される。

補助動力機構１４０は、運転者が操向ホイール１０２に加えるトルクを感知し、感知されたトルクに比例する電気信号を出力するトルクセンサ１４２と、トルクセンサ１４２から伝えられる電気信号に基づいて制御信号を発生する電子制御装置１４４、電子制御装置１４４から伝えられる制御信号に基づいて補助動力を発生させるモータ１４６、及びモータ１４６で発生した補助動力を操向軸１０６に伝達するためにウォームギヤ１５２及びウォームホイールギア１５６を備えた減速器１５０を含んで構成される。

図２は、従来のトルクセンサの分解斜視図である。

図２に示すように、従来のトルクセンサ１４２は、トルクロータ２２０、ポジションロータ２３０、磁気量検出部２４０、電子制御装置、及びハウジング２５５を含んで構成される。

トルクセンサ１４２は、操向軸の入力軸１８０と出力軸１４０のトルクを測定して電子制御装置に伝送し、これによって電子制御装置で駆動モータを作動させて操向補助力を提供するようになるが、最近は磁場の変化量を測定してトルクの変化を測定する非接触式がたくさん使われる。

トルクロータ２２０は、マグネット２２５が外周面に沿って備えられている胴体部２２４、胴体部２２４の中央に形成されている入力軸挿入孔２２１、入力軸挿入孔２２１の周りに沿って突出して数個形成される圧着部２２２、及び圧着部２２２に嵌合される圧着リング２２３を含んで構成される。

胴体部２２４は、通常環状のヨーク（図示せず）にプラスチックなどを射出成形して作るが、その外周面には周りに沿ってＮ極とＳ極が交互に反復されるマグネット２２５が備えられている。

ここで、Ｎ極とＳ極は、Ｎ極が６回、Ｓ極が６回、交互に反復されるか、またはＮ極が８回、Ｓ極が８回、交互に反復される等の構成からなっている。

ポジションロータ２３０の中央には、トルクロータ２２０が内住するトルクロータ挿入部２３９、出力軸１４０の一端が嵌合される出力軸結合部２３７が形成されており、上部ステーター２３１と連結される上部磁性体２３６、及び下部ステーター２３２と連結される下部磁性体２３５がトルクロータ挿入部２３９の周りに沿って交互に反復して配列されている。

ここで、上部ステーター２３１とこれに連結されている上部磁性体２３６は、Ｎ極に磁化された鉄板であり、下部ステーター２３２とこれに連結されている下部磁性体２３５はＳ極に磁化されている鉄板である。ここで、Ｎ極とＳ極の位置は変わることができる。

磁気量検出部２４０は、ポジションロータ２３０の外周面の一側に嵌合され、ポジションロータ２３０の上・下部ステーター２３１、２３２の間に上・下に備えられるコンセントレータ２４２を含んで構成されるが、磁気量検出部２４０とポジションロータ２３０とは相対回転が可能である。

電子制御装置は、磁気量検出部で検出された磁束の変化量を受けて、これに基づいて駆動モータを制御して運転者の操向力を補助するようになる。

ハウジング２５５は、上部ハウジング２１０と下部ハウジング２５０とに分離されて構成され、ポジションロータ２３０と磁気量検出部２４０とを覆いかぶせるようになる。

トーションバー２０５は、入力軸１８０と出力軸１４０に圧入された後、ピンにより固定され、運転者が操向ホイールを回転させるにつれて操向ホイールと連結される入力軸１８０が回転するようになり、入力軸１８０とトーションバー２０５を媒介に連結される出力軸１４０が連動して回転するようになる。

この際、入力軸１８０と出力軸１４０との間に捩れが発生するようになれば、出力軸１４０に圧入固定されたポジションロータ２３０と入力軸１８０との間に回転角度の差が生じるようになる。

上記のように、回転角度の差が生じるようになれば、ポジションロータ２３０の円周に沿って交互に反復して備えられている上部磁性体２３６及び下部磁性体２３５とマグネット２２５との間に形成されていた磁場が変化するようになり、すると、トルクセンサのコンセントレータ２４２で集められた磁束（Flux）が基板２４１に設置された２つのホールＩＣチップ２４３、２４５を通過する量によりトルクを測定するようになる。

しかしながら、このような従来のトルクロータは、ヨークとマグネットとを結合させた後、入力軸との締結構造の具備のためのプラスチック射出成形工程を経るようになるが、この際、プラスチックがヨークとマグネットとの間に流入することによって、マグネットの真円を悪くして、ポジションロータとの間で磁場の偏差が発生する問題点があった。

また、ヨークとマグネットとの結合が不安定で、衝撃や温度膨張係数の差によりヨークとマグネットとが互いに空回りする現象によりトルク測定値の誤りが発生されるか、マグネットが破損される深刻な問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するために案出されたものであって、従来ヨークとマグネットとを結合させた後、締結構造の具備のためのプラスチック射出成形工程によりプラスチックがヨークとマグネットとの間に流入してマグネットの真円を悪くするか、温度膨張係数の差によるマグネットの破損が防止できるようになり、ヨークとマグネットとが互いに空回りすることを防止することにその目的がある。

このような目的を達成するために、本発明の一実施形態は、Ｎ極とＳ極とが交互に反復されて磁力を形成するマグネット、上記マグネットの内周面に挿入されるヨーク、及び上記ヨークの内周面に挿入されるチューブを含んで構成され、かつ上記マグネットとヨークは回転時に空回りすることを防止する固定部が備えられていることを特徴とするトルクロータを提供する。

また、本発明の他の一実施形態は、マグネットの内周面とヨークの外周面に接着剤を塗布するステップ、上記マグネットの突起部または凹溝部を各々対応するヨークの凹溝部または突起部に挿入しながら、マグネットの端部をヨークの端部に備えられたストッパフランジに安着させてマグネットとヨークとを結合するステップ、及び上記ヨークの内側にチューブを挿入し、及び上記ヨークの端部を上記チューブの端部に備えられた結合フランジに安着させてヨークとチューブとを結合するステップを含んで構成されるトルクロータの製作方法を提供する。

このような本発明によれば、従来ヨークとマグネットとを結合させた後、締結構造の具備のためのプラスチック射出成形工程により、プラスチックがヨークとマグネットとの間に流入してマグネットの真円を悪くするか、温度膨張係数の差によるマグネットの破損が防止できるようになり、ヨークとマグネットとが互いに空回りすることを防止できる効果がある。

従来の電動式操向装置の概略的な構成図である。 従来のトルクセンサの分解斜視図である。 本発明の実施形態によるトルクロータを示す分解斜視図である。 本発明の実施形態により組み立てられた状態のトルクロータを示す斜視図である。 本発明によるトルクロータの製作方法を示す順序図である。

以下、本発明の一実施形態を例示的な図面を通じて詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付加するに当たって、同一な構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されてもできる限り同一な符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するに当たって、関連した公知構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を曖昧にすることができると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。

また、本発明の構成要素を説明するに当たって、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）などの用語を使用することができる。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものであり、その用語により該当構成要素の本質や手順または順序などが限定されない。ある構成要素が他の構成要素に“連結”、“結合”、または“接続”されると記載された場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結されるか、または接続できるが、各構成要素の間に更に他の構成要素が“連結”、“結合”、または“接続”されることもできると理解されるべきである。

図３は本発明の実施形態によるトルクロータを示す分解斜視図であり、図４は本発明の実施形態により組み立てられた状態のトルクロータを示す斜視図であり、図５は本発明によるトルクロータの製作方法を示す順序図である。

これら図面に示すように、本発明の実施形態によるトルクロータ３００は、Ｎ極とＳ極とが交互に反復され、磁力を形成するマグネット３２０、上記マグネット３２０の内周面に挿入されるヨーク３１０、及び上記ヨーク３１０の内周面に挿入されるチューブ３３０を含んで構成され、上記マグネット３２０とヨーク３１０とは回転時に空回りすることを防止する固定部が備えられている。

本発明の実施形態によるトルクロータ３００は、大別してマグネット３２０、ヨーク３１０、及びチューブ３３０から構成されるが、これら部品が互いに離脱して空回りしながら発生される誤りを防止するための固定部または固定手段として、突起部３１３、凹溝部３１７、接着剤、かしめ３３３などの結合構造を備えた特徴がある。

マグネット３２０は、所定の幅を有する環状で、材質の性質上、破損され易いので、ヨーク３１０に結合支持されて保護されるが、円周方向の周りに沿ってＮ極とＳ極とが交互に反復されるように形成される。

ここで、マグネット３２０の磁性は、通常的にＮ極が６回、Ｓ極が６回、交互に反復されるか、Ｎ極が８回、Ｓ極が８回、交互に反復される等の構成からなっているが、必ずこれに限定されるのではない。

一方、マグネット３２０とヨーク３１０には回転時に空回りすることを防止するように固定部が備えられているが、このような固定部は少なくとも一対の突起部と凹溝部から構成される。

即ち、マグネット３２０がヨーク３１０と互いに分離されて回転しながら、運転者の操向ホイール操作時に必要とするトルク測定値の誤りが発生することを防止するために、マグネット３２０の内周面には、内側に突出形成される１つ以上の突起部３１３、または外側に凹んで形成される凹溝部３１７が備えられている。

そして、マグネット３２０と結合されるヨーク３１０は、環状のマグネット３２０と密着結合されてマグネット３２０の破損が防止できるように環状で形成され、ヨーク３１０には、マグネット３２０の内周面に挿入される外周面に、マグネット３２０の内周面に形成されている突起部３１３または凹溝部３１７に各々対応して結合される１つ以上の凹溝部３１７または突起部（図示せず）が備えられている。

即ち、マグネット３２０に突起部３１３が形成されている場合には、これに対応して結合される凹溝部３１７が形成され、マグネット３２０に凹溝部３１７が形成されている場合には、これに対応して結合される突起部（図示せず）が形成される。

このように、マグネット３２０とヨーク３１０に形成される突起部３１３または凹溝部３１７は、マグネット３２０とヨーク３１０とが結合されて互いに分離されて回転することを防止できる限り、１つ以上ずつ形成されることができ、場合によっては、マグネット３２０に突起部３１３と凹溝部３１７とが全て形成され、これに対応するようにヨーク３１０に凹溝部３１７と突起部３１３を形成することもできる。

また、ヨーク３１０の一側端部にはマグネット３２０の一側端部が安着して中心軸方向の離脱が防止できるように外周面から外側へ延長形成されるストッパフランジ３１５が形成されている。

そして、ヨーク３１０の内側に結合されるチューブ３３０は、一定の直径の大経部３３１と小径部３３７、これら大経部３３１と小径部３３７とを連結形成する傾斜部３３９から構成され、大経部３３１はヨーク３１０の内周面に密着結合され、小径部３３７は操向軸と連結される入力軸１８０に結合される。

また、大経部３３１の端部にはヨーク３１０のストッパフランジ３１５に安着したマグネット３２０の他側端部が安着する結合フランジ３３５が形成されているので、マグネット３２０の軸方向の離脱を防止するようになっており、ヨーク３１０とチューブ３３０との結合部位には接着剤を塗布してボンディング結合することで、ヨーク３１０とチューブ３３０とが互いに空回りしながら発生されるトルク測定値の誤りを防止するようになっている。

そして、ヨーク３１０とチューブ３３０には、ボンディング工程が欠落するか、温度や環境の変化などにより接着剤のボンディング力が低下されて、ヨーク３１０とチューブ３３０が空回りすることを防止するための固定部が備えられるが、このような固定部は少なくとも一対の突起部と凹溝部から構成される。

即ち、ヨーク３１０の内周面に内側に突出形成される１つ以上の突起部（図示せず）、または外側に凹んで形成される凹溝部３１７が備えられ、チューブ３３０の外周面にはヨーク３１０に備えられた突起部（図示せず）、または凹溝部３１７に各々対応するように結合される１つ以上の凹溝部（図示せず）、または突起部３１３が備えられているので、これら突起部３１３と凹溝部３１７とが互いに挿入され、結合するようになっている。

さらに、ヨーク３１０とチューブ３３０とが結合された状態で、ヨーク３１０のストッパフランジ３１５とチューブ３３０の大経部３３１の外側の間である接触部位をかしめ３３３して、より堅く結合させることができる。

したがって、トルクロータ３００がポジションロータ２３０の中央に内住しながら回転する時、マグネット３２０とヨーク３１０、ヨーク３１０とチューブ３３０との間に空回りする現象を防止すると共に、これら部品の中心軸方向の離脱も防止するようになる二重補完構造を備えるようになる。

一方、本発明によるトルクロータ３００の製作方法は、図５に示すように、マグネット３２０の内周面とヨーク３１０の外周面に接着剤を塗布するステップ（Ｓ５１０）と、上記マグネット３２０の突起部３１３または凹溝部３１７を各々対応するヨーク３１０の凹溝部（図示せず）、または突起部３１３に挿入しながらマグネット３２０の端部をヨーク３１０の端部に備えられたストッパフランジ３１５に安着させてマグネット３２０とヨーク３１０とを結合するステップ（Ｓ５２０）、及び上記ヨーク３１０の内側に上記チューブ３３０を挿入し、上記ヨーク３１０の端部を上記チューブ３３０の端部に備えられた結合フランジ３３５に安着させて、ヨーク３１０とチューブ３３０とを結合するステップ（Ｓ５３０）を含んで構成される。

まず、マグネット３２０とヨーク３１０とを結合する時、これらが互いに空回りすることを防止するために接着剤を塗布して結合するが、マグネット３２０の突起部３１３または凹溝部３１７を各々対応するヨーク３１０の凹溝部（図示せず）、または突起部３１３に挿入しながらマグネット３２０の端部をヨーク３１０のストッパフランジ３１５に安着させる。

このようにマグネット３２０とヨーク３１０とが結合されれば、ヨーク３１０の端部を上記チューブ３３０の端部に備えられた結合フランジ３３５に安着させて結合させる。

ここで、ヨーク３１０とチューブ３３０とを結合するステップは、ヨーク３１０の内周面とチューブ３３０の外周面に接着剤を塗布してボンディング結合するようになるが、接着剤を塗布した状態でヨーク３１０の突起部３１３または凹溝部３１７を各々対応するチューブ３３０の凹溝部３１７または突起部３１３に挿入しながらヨーク３１０の端部をチューブ３３０の端部に備えられた結合フランジ３３５に安着させてヨーク３１０とチューブ３３０とを結合させる。

また、ヨーク３１０とチューブ３３０とを結合した後、ヨーク３１０のストッパフランジ３１５とチューブ３３０の大経部３３１の外側との間をかしめ３３３して結合するステップをさらに含むことができる。

したがって、トルクロータ３００がポジションロータ２３０の中央に内住しながら回転する時、マグネット３２０とヨーク３１０、ヨーク３１０とチューブ３３０との間に空回りする現象を防止すると共に、これら部品の中心軸方向の離脱も防止するようになる二重補完構造を備えるように製作できるようになる。

前述したような本発明によれば、従来ヨークとマグネットとを結合させた後、締結構造の具備のためのプラスチック射出成形工程によりプラスチックがヨークとマグネットとの間に流入してマグネットの真円を悪くするか、温度膨張係数の差によるマグネットの破損が防止できるようになり、ヨークとマグネットとが互いに空回りすることを防止できる効果がある。

以上、本発明の実施形態を構成する全ての構成要素が１つで結合されるか、結合されて動作することと説明されたとして、本発明が必ずこのような実施形態に限定されるのではない。即ち、本発明の目的範囲内であれば、その全ての構成要素が１つ以上に選択的に結合して動作することもできる。

また、以上に記載された“含む”、“構成する”、または“有する”などの用語は、特別に反対の記載がない限り、該当構成要素が内在できることを意味するものであるので、他の構成要素を除外するのでなく、他の構成要素をさらに含むことができることと解釈されるべきである。技術的または科学的な用語を含んだ全ての用語は、異なるように定義されない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者により一般的に理解できるものと同一な意味を有する。辞典に定義された用語のように、一般的に使われる用語は関連技術の文脈上の意味と一致するものと解釈されるべき、本発明で明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味として解釈されない。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものでなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるのではない。本発明の保護範囲は特許請求範囲により解釈されるべき、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

３００ トルクロータ
３１０ ヨーク
３１３ 突起部
３１５ ストッパフランジ
３１７ 凹溝部
３２０ マグネット
３３０ チューブ
３３１ 大経部
３３３ かしめ
３３５ 結合フランジ
３３７ 小径部
３３９ 傾斜部

Claims (8)

1. Ｎ極とＳ極が交互に反復され、磁力を形成するマグネットと、前記マグネットの内周面に挿入されるヨーク、及び前記ヨークの内周面に挿入されるチューブを含んで構成され、かつ前記マグネットとヨークは回転時に空回りすることを防止する固定部が備えられ、
   前記ヨークには、一側端部に前記マグネットの一側端部が安着して中心軸方向の離脱を防止するストッパフランジが形成され、
   前記ヨークとチューブは、挿入後、前記ストッパフランジと、前記チューブのうち、前記ヨークの内周面に挿入される大径部との接触部位をかしめして結合されることを特徴とするトルクロータ。
2. 前記固定部は、
   前記マグネットとヨークとが中心軸方向に挿入結合されて円周方向に支持されるように、前記マグネットの内周面と前記ヨークの外周面に備えられる少なくとも一対の突起部と凹溝部から構成されることを特徴とする請求項１に記載のトルクロータ。
3. 前記チューブは、
   前記ヨークの内周面に挿入される大径部、入力軸が挿入される小径部、及び前記大径部から小径部まで直径が縮小されながら連結形成される傾斜部を備え、前記大径部の端部には、前記マグネットの他側端部が安着して、中心軸方向の離脱を防止する結合フランジが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のトルクロータ。
4. 前記ヨークとチューブには、回転時に空回りすることを防止する固定部が備えられていることを特徴とする請求項１に記載のトルクロータ。
5. 前記固定部は、前記ヨークとチューブが中心軸方向に挿入結合されて、円周方向に支持されるように、前記ヨークの内周面と前記チューブの外周面に備えられる少なくとも一対の突起部と凹溝部から構成されることを特徴とする請求項４に記載のトルクロータ。
6. マグネットの内周面とヨークの外周面に接着剤を塗布するステップと、
   前記マグネットの突起部または凹溝部を各々対応するヨークの凹溝部または突起部に挿入しながらマグネットの端部をヨークの端部に備えられたストッパフランジに安着させてマグネットとヨークとを結合させるステップと、
   前記ヨークの内側にチューブを挿入し、前記ヨークの端部を前記チューブの端部に備えられた結合フランジに安着させてヨークとチューブとを結合させるステップと、
   前記ヨークとチューブとを結合した後、前記ヨークのストッパフランジと、前記チューブのうち、前記ヨークの内周面に挿入される大径部の外側との間をかしめして結合するステップと、を含んで構成されることを特徴とするトルクロータの製作方法。
7. 前記ヨークとチューブとを結合するステップは、前記ヨークの内周面と前記チューブの外周面に接着剤を塗布してボンディング結合することを特徴とする請求項６に記載のトルクロータの製作方法。
8. 前記ヨークとチューブとを結合するステップは、前記ヨークの突起部または凹溝部を各々対応する前記チューブの凹溝部または突起部に挿入しながらヨークの端部をチューブの端部に備えられた結合フランジに安着させて、ヨークとチューブとを結合することを特徴とする請求項６に記載のトルクロータの製作方法。

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