JP5508826B2 - トルクセンサ - Google Patents

Description

本発明はトルクセンサに関する。

トルクセンサとして、特許文献１、２に記載の如く、入力軸と出力軸の相対角度変位による磁気的変化を検出する検出部が合成樹脂製ハウジング内に設けられてなるものがある。

特許文献１に記載のトルクセンサでは、合成樹脂製ハウジングの外周に磁気シールド部材を固定することにより、例えば車載スピーカ等の外部磁界が検出部に及ぼすノイズを遮断し、検出部による検出エラーの低減を図っている。

特許文献２に記載のトルクセンサでは、合成樹脂製ハウジング内に検出部と、入力軸を支持するベアリングを組付けるとき、それらの検出部とベアリングを合成樹脂製ハウジングに一体にモールドし、組付けの低コストを図っている。

特開2006-71326 特許3592571

特許文献１に記載のトルクセンサでは、合成樹脂製ハウジング内に設けた検出部の耐ノイズ性を向上するために、別部品の磁気シールド部材をハウジングの外周に固定して組立てる必要があり、高コストになる。

特許文献２に記載のトルクセンサでは、合成樹脂製ハウジングに入力軸を支持するベアリングをモールドするとき、合成樹脂の射出圧力や熱収縮によりベアリングが変形し、ベアリングによる入力軸の支持精度が低下することを回避するため、ハウジングに複雑なリブ配置を設けている。

本発明の課題は、トルクセンサにおいて、合成樹脂製ハウジング内に設けた検出部の耐ノイズ性を低コストで向上することにある。

本発明の他の課題は、トルクセンサにおいて、合成樹脂製ハウジング内に設けられるベアリングの組付性を向上し、ベアリングによる入力軸又は出力軸の支持精度を向上することにある。

請求項１の発明は、入力軸に加えられるトルクによる磁気的変化を検出する検出部が合成樹脂製ハウジング内に設けられてなるトルクセンサにおいて、前記検出部の外周を覆うとともに、前記入力軸を支持するベアリングが内周側に挿入されてなる磁気シールド部材を有し、前記磁気シールド部材が前記ベアリングとともにハウジングと一体にモールドされてなるようにしたものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において更に、前記磁気シールド部材が板状磁性材料のプレス成形体であるようにしたものである。

請求項３の発明は、ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項１又は２に記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動する電動パワーステアリング装置である。

（請求項１）
(a)入力軸に加えられるトルクによる磁気的変化を検出する検出部の外周を覆う磁気シールド部材が合成樹脂製ハウジングと一体にモールドされる。これにより、合成樹脂製ハウジングと一体にモールドされる磁気シールド部材により、例えば車載スピーカ等の外部磁界が検出部に及ぼすノイズを遮断し、検出部による検出エラーを低減できる。別部品の磁気シールド部材をハウジングの外周に固定して組立てる必要がなく、合成樹脂製ハウジング内に設けた検出部の耐ノイズ性を低コストで向上できる。

(b)ベアリングが磁気シールド部材の内周側に挿入されるから、ベアリングの組付性を向上できる。

(c)入力軸のベアリングが磁気シールド部材の内周側に挿入された状態で、該磁気シールド部材とともにハウジングと一体にモールドされる。従って、磁気シールド部材が合成樹脂製ハウジングに対しベアリングを囲んで保護し、合成樹脂の射出圧力や熱収縮によるベアリングの変形を防止するものになり、ベアリングによる入力軸の支持精度を向上できる。

（請求項２）
(d)磁気シールド部材が板状磁性材料のプレス成形体であるものとすることにより、磁気シールド部材を簡易に形成できる。

（請求項３）
(e)電動パワーステアリング装置のトルクセンサにおいて、上述(a)〜(d)を実現することにより、コスト低減するとともに、入力軸の回転精度の安定化、トルク検出精度の向上を図ることができる。

図１は電動パワーステアリング装置を示す模式断面図である。 図２は図１のII−II線に沿う断面図である。 図３はトルクセンサのセンサハウジングを示す断面図である。

電動パワーステアリング装置１０は、図１、図２に示す如く、車体フレーム等に固定されるギヤハウジング１１にセンサハウジング１２をボルト１０１でボルト結合する。そして、ステアリングホイールが結合される入力軸１３と、出力軸１４をトーションバー１５を介して同軸結合し、入力軸１３はベアリング１６を介してセンサハウジング１２に支持し、出力軸１４はベアリング１７Ａ、１７Ｂを介してギヤハウジング１１に支持する。

電動パワーステアリング装置１０は、出力軸１４にピニオン１４Ａを設け、ピニオン１４Ａに噛み合うラック１８Ａを備えたラック軸１８をギヤハウジング１１に左右動可能に支持する。ラック軸１８の中間部には、左右のタイロッド１９Ａ、１９Ｂが連結される。出力軸１４の回転運動をラック軸１８の直線運動に変換し、車輪を操舵する。

電動パワーステアリング装置１０は、ギヤハウジング１１に電動モータ２０を支持し、電動モータ２０の出力軸にはウォームギヤ２１が結合され、ウォームギヤ２１に噛み合うウォームホイール２２をギヤハウジング１１の中で出力軸１４に固定してある。

電動パワーステアリング装置１０は、入力軸１３と出力軸１４の間にトルクセンサ３０を設けている。ステアリングホイールに加えられた操舵トルクをトルクセンサ３０により検出し、その検出トルクにより電動モータ２０を駆動し、電動モータ２０の発生トルクをウォームギヤ２１、ウォームホイール２２を介して出力軸１４に伝える。これにより、電動モータ２０の発生トルクを運転者がステアリングホイールに加える操舵力に対するアシスト力として用いる。

以下、トルクセンサ３０の構成について説明する。
トルクセンサ３０は、ステアリングホイールから入力軸１３に加えられる操舵トルクに応じて、トーションバー１５がねじれ変形することに伴なう入力軸１３と出力軸１４の相対角度変位量を、操舵トルクに相応する値として検出するものであり、入力軸１３と出力軸１４の相対角度変位発現部（コア３４の変位発現部）の周囲に、ボビン３１に巻装されたコイル３２Ａ、３２Ｂ（検出部）を配置し、ボビン３１及びコイル３２Ａ、３２Ｂを覆うセンサハウジング１２内に、入力軸１３を支持するベアリング１６を設けたものである。

入力軸１３にはトーションバー１５が挿入され、トーションバー１５の一端は、入力軸１３に連結ピン１５Ａで連結される。また、出力軸１４にはトーションバー１５の他端が挿入され、トーションバー１５の他端は出力軸１４にセレーション結合される。

センサハウジング１２には、後述する磁気シールド部材４０とともに、磁気シールド部材４０の下端側（出力軸１４の側）の内周に挿入されたボビン３１、及びボビン３１に巻装された第１と第２のコイル３２Ａ、３２Ｂ、並びに磁気シールド部材４０の上端側（入力軸１３の側）の内周に挿入されたベアリング１６が、センサハウジング１２とともに一体に合成樹脂モールドされる。

ボビン３１に囲まれる入力軸１３の周囲には合成樹脂からなる可動体３３が配置され、可動体３３の外周にはリング状コア３４が固定される。

出力軸１４には、一直径上に係入されて外方に突出する一対の係合ピン３５、３５が設けられ、この係合ピン３５、３５が係合する係合溝３６、３６が、出力軸１４の軸方向に沿う可動体３３の内面に設けられる。尚、可動体３３及びコア３４は、ベアリング１７Ａの内輪端面に背面支持されたばね（不図示）により、出力軸１４から離隔する方向に付勢されている。

可動体３３の内面には螺旋状の係合溝３７が設けられ、この係合溝３７に係合する係合ピン３８が入力軸１３に設けられる。従って、入力軸１３に加えられる操舵トルクに応じたトーションバー１５のねじれ変形により、入力軸１３と出力軸１４の間に相対角度変位が生ずると、この相対角度変位量に応じて、可動体３３及びコア３４が入力軸１３の軸方向に沿う変位を発現するものになる。

トルクセンサ３０は、コア３４の上述の変位により、第１と第２のコイル３２Ａ、３２Ｂの周辺に生ずる磁気的変化に起因する、両コイル３２Ａ、３２Ｂのインダクタンスの変化により操舵トルクを検出するものである。

しかるに、トルクセンサ３０は、図３に示す如く、入力軸１３と出力軸１４の相対角度変位による磁気的変化を検出する検出部としての第１と第２のコイル３２Ａ、３２Ｂを、合成樹脂製ハウジング１２内に設けるに際し、少なくとも両コイル３２Ａ、３２Ｂの外周を覆う磁気シールド部材４０がハウジング１２と一体にモールドされる。

本実施例では、前述した如く、磁気シールド部材４０とともに、磁気シールド部材４０の下端側（出力軸１４の側）の内周に挿入されたボビン３１、及びボビン３１に巻装された第１と第２のコイル３２Ａ、３２Ｂ、並びに磁気シールド部材４０の上端側（入力軸１３の側）の内周に挿入されたベアリング１６が、センサハウジング１２とともに一体に合成樹脂モールドされる。

このとき、磁気シールド部材４０は電磁鋼板、パーマロイ等の磁性材料からなり、好適には板状磁性材料のプレス成形体からなる。磁気シールド部材４０は下端側の大径筒部４１と上端側の小径筒部４２を有し、大径筒部４１の下端に拡径フランジ部４３を備え、大径筒部４１と小径筒部４２の間にテーパ部４４を備える。

ボビン３１は、合成樹脂からなり、概ね円筒状のコイル巻装部３１Ａと、コイル巻装部３１Ａの下端側の同軸に連なる概ね円筒状の延長部３１Ｂとを有する。コイル巻装部３１Ａの外周には、コイル巻装部３１Ａの外周に巻装される第１と第２のコイル３２Ａ、３２Ｂを仕切る環状仕切り壁３１Ｃが半径方向外方に突設される。コイル３２Ａ、３２Ｂは、ボビン３１のコイル巻装部３１Ａに巻装される。ボビン３１のコイル巻装部３１Ａ、環状仕切り壁３１Ｃ及び両コイル３２Ａ、３２Ｂが磁気シールド部材４０の大径筒部４１の内周に挿入され、ボビン３１の延長部３１Ｂの上面が磁気シールド部材４０の拡径フランジ部４３の下面に着座する。ボビン３１のコイル巻装部３１Ａ、環状仕切り壁３１Ｃは磁気シールド部材４０の大径筒部４１に圧入又は遊挿できる。

ベアリング１６は、外輪１６Ａが磁気シールド部材４０の小径筒部４２の内周に挿入される。ベアリング１６の外輪１６Ａは磁気シールド部材４０の小径筒部４２に圧入又は遊挿できる。

ボビン３１、両コイル３２Ａ、３２Ｂ、ベアリング１６が上述の如くに挿入された磁気シールド部材４０を金型内に位置決めし、磁気シールド部材４０の外周、ベアリング１６の外輪１６Ａの上端面の一部、ボビン３１の延長部３１Ｂの外面に合成樹脂を射出成形し、センサハウジング１２を成形する。センサハウジング１２は、ベアリング１６の外輪１６Ａの外端面に係合するベアリング係合部１２Ａと、ボビン３１の延長部３１Ｂの外端部に係合するボビン係合部１２Ｂを有するものとされる。

ハウジング１２は、上述の射出成形時に、ボルト１０１のためのブッシュ１０２も一体モールドされる。また、ハウジング１２は、上述の射出成形後に、ベアリング１６の外方側に、入力軸１３に摺接するダストシール１０３を嵌着せしめられる。

尚、ハウジング１２にボビン３１及び両コイル３２Ａ、３２Ｂを磁気シールド部材４０とともに一体にモールドした後、磁気シールド部材４０の小径筒部４２の内周にベアリング１６の外輪１６Ａを挿入して組付けることもできる。

本実施例によれば以下の作用効果を奏する。
(a)入力軸１３と出力軸１４の相対角度変位による磁気的変化を検出する検出部としての両コイル３２Ａ、３２Ｂの外周を覆う磁気シールド部材４０が合成樹脂製ハウジング１２と一体にモールドされる。これにより、合成樹脂製ハウジング１２と一体にモールドされる磁気シールド部材４０により、例えば車載スピーカ等の外部磁界が検出部としての両コイル３２Ａ、３２Ｂに及ぼすノイズを遮断し、検出部としての両コイル３２Ａ、３２Ｂによる検出エラーを低減できる。別部品の磁気シールド部材４０をハウジング１２の外周に固定して組立てる必要がなく、合成樹脂製ハウジング１２内に設けた検出部としての両コイル３２Ａ、３２Ｂの耐ノイズ性を低コストで向上できる。

(b)ベアリング１６が磁気シールド部材４０の内周側に挿入されるから、ベアリング１６の組付性を向上できる。

(c)入力軸１３のベアリング１６が磁気シールド部材４０の内周側に挿入された状態で、該磁気シールド部材４０とともにハウジング１２と一体にモールドされる。従って、磁気シールド部材４０が合成樹脂製ハウジング１２に対しベアリング１６を囲んで保護し、合成樹脂の射出圧力や熱収縮によるベアリング１６の変形を防止するものになり、ベアリング１６による入力軸１３の支持精度を向上できる。

(d)磁気シールド部材４０が板状磁性材料のプレス成形体であるものとすることにより、磁気シールド部材４０を簡易に形成できる。

(e)電動パワーステアリング装置１０のトルクセンサ３０において、上述(a)〜(d)を実現することにより、コスト低減するとともに、入力軸１３の回転精度の安定化、トルク検出精度の向上を図ることができる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

本発明によれば、トルクセンサにおいて、少なくとも検出部の外周を覆う磁気シールド部材がハウジングと一体にモールドされてなるものにした。これにより、トルクセンサにおいて、合成樹脂製ハウジング内に設けた検出部の耐ノイズ性を低コストで向上することができる。

１０ 電動パワーステアリング装置
１２ ハウジング
１３ 入力軸
１４ 出力軸
１５ トーションバー
１６ ベアリング
２０ 電動モータ
３０ トルクセンサ
３２Ａ、３２Ｂ コイル（検出部）
４０ 磁気シールド部材

Claims (3)

1. 入力軸に加えられるトルクによる磁気的変化を検出する検出部が合成樹脂製ハウジング内に設けられてなるトルクセンサにおいて、
   前記検出部の外周を覆うとともに、前記入力軸を支持するベアリングが内周側に挿入されてなる磁気シールド部材を有し、
   前記磁気シールド部材が前記ベアリングとともにハウジングと一体にモールドされてなることを特徴とするトルクセンサ。
2. 前記磁気シールド部材が板状磁性材料のプレス成形体である請求項１に記載のトルクセンサ。
3. ステアリングホイールが結合される入力軸と、電動モータに連動する出力軸とを有し、請求項１又は２に記載のトルクセンサの検出トルクにより電動モータを駆動することを特徴とする電動パワーステアリング装置。

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