JP5589276B2 - トルク検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動パワーステアリング装置の操舵トルク検出に使用されるトルク検出装置に関する。

自動車等の電動パワーステアリング装置には、ドライバーの操舵トルクを検出して適切な操舵補助力を生じさせるためのトルク検出装置が設けられている。トルク検出装置は、ステアリングホイールに接続されたトーションバーの捩れ角（すなわち操舵トルク）に対応した磁束を発生する磁気装置（永久磁石・磁性環）を備えており、この磁気装置が発生する磁束を、集磁環と検出部（ホールＩＣ）とにより検出して操舵トルクを検出する構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

このようなトルク検出装置では、上記集磁環および検出部を樹脂モールドにより一体成形した保持部材（保持環）が、アルミニウム合金等により形成されたハウジングにボルトにより締結されている。この保持部材のフランジには硬質金属製の筒体が固定されており、この筒体をボルトで締め付けることにより、保持部材の樹脂部が外部環境の温度変化により熱収縮した場合でも、ボルトの締結が緩むのを防止している。

特開２００７−２１８７８９号公報（図１，図３）

ところで、上記筒体を樹脂モールドにより一体成形する際に、筒体の軸方向両端部に樹脂が回り込んだ状態で成形される場合がある。この場合は、回り込んだ樹脂部分が筒体とともにボルトで締め付けられることになる。
しかしながら、この樹脂部分が温度変化により熱収縮した場合、ボルトの頭部とハウジングとの間に隙間が生じ、この隙間内で保持部材のガタつきが起こり、騒音が発生する原因となっていた。そこで、スプリングワッシャ等のバネ部品とともに保持部材を締結すれば、バネ部品の付勢力により保持部材のガタつきを防止することはできる。しかし、この場合は、部品点数が増加するため、組み付け作業が煩雑になるという新たな問題が生じる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、部品点数を増加させることなく、熱収縮にともなう保持部材のガタつきを防止することができるトルク検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、回転体に加えられるトルクに対応して発生する磁束を捕捉する集磁体と、前記集磁体が捕捉した磁束に基づいて回転体に加えられるトルクを検出する検出部と、前記集磁体と前記検出部とを保持している本体部と、金属製の筒体が一体化された合成樹脂製の被締結部とを有する保持部材と、前記保持部材の前記本体部を収容している収容部と、前記保持部材の前記被締結部が締結されている取付部とを有するハウジングと、前記保持部材と前記ハウジングとの間に介在しているとともに、前記集磁体を外部磁界から遮蔽するシールド部材と、前記被締結部を前記取付部に締結している締結部材と、前記シールド部材に一体形成されているとともに、前記締結部材の締結により弾性変形した状態で前記保持部材を前記取付部から離反する方向へ付勢している付勢部と、を備えていることを特徴とする。

上記のように構成されたトルク検出装置によれば、保持部材を、付勢部の弾性変形により取付部から離反する方向へ付勢するようにしたので、被締結部の合成樹脂が熱収縮しても、保持部材は付勢部の付勢力によって取付部から離反する方向へ押し付けられた状態で保持されるため、熱収縮による保持部材のガタつきを防止することができる。しかも、付勢部はシールド部材に一体形成されているため、部品点数を増加させることなく上記ガタつきを防止することができる。

また、前記付勢部は、前記保持部材の前記被締結部と前記ハウジングの前記取付部との間に介在する前記シールド部材に一体形成されているとともに、前記締結部材の締結により前記被締結部と前記取付部との間で弾性変形した状態で、前記被締結部を前記離反方向へ付勢していることが好ましい。
この場合、保持部材の被締結部を、付勢部の弾性変形により取付部から離反する方向へ付勢するようにしたので、被締結部の合成樹脂が熱収縮しても、被締結部は付勢部の付勢力によって取付部から離反する方向へ押し付けられた状態で保持されるため、熱収縮による保持部材のガタつきを防止することができる。しかも、付勢部はシールド部材に一体形成されているため、部品点数を増加させることなく上記ガタつきを防止することができる。
また、前記付勢部は、前記締結部材により前記被締結部とともに前記取付部に締結されていることが好ましい。
この場合、シールド部材に一体形成された付勢部が、保持部材とともにハウジングに締結されるため、付勢部およびシールド部材をカシメ等により別途ハウジングに固定する作業が不要になり、組み立て作業が容易になる。

また、前記付勢部は、前記保持部材の前記本体部と前記ハウジングの前記収容部との間に介在する前記シールド部材に一体形成されているとともに、前記締結部材の締結により前記本体部と前記収容部との間で弾性変形した状態で、前記本体部を前記離反方向へ付勢していることが好ましい。
この場合、保持部材の本体部を、付勢部の弾性変形により取付部から離反する方向へ付勢するようにしたので、被締結部の合成樹脂が熱収縮しても、本体部が付勢部の付勢力によって取付部から離反する方向へ押し付けられた状態で保持されるため、熱収縮による保持部材のガタつきを防止することができる。しかも、付勢部はシールド部材に一体形成されているため、部品点数を増加させることなく上記ガタつきを防止することができる。
また、締結部材を締結することによって、シールド部材はその付勢部の弾性変形により本体部に押し付けられた状態で保持されるため、シールド部材を保持部材にカシメ等により別途固定する作業が不要になり、組み立て作業が容易になる。

本発明のトルク検出装置によれば、保持部材は、被締結部の合成樹脂が熱収縮しても、付勢部の付勢力によって取付部から離反する方向へ押し付けられた状態で保持されるため、熱収縮による保持部材のガタつきを防止することができる。しかも、付勢部はシールド部材に一体形成されているため、部品点数を増加させることなく上記ガタつきを防止することができる。

図１は、自動車の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。図において、ステアリングホイール１０１は、入力軸１と接続されている。入力軸１はトーションバー３を介して出力軸２と接続されている。出力軸２は、ラック・ピニオン１０４を介して、操向車輪１０５を操舵する。トルク検出装置１００は、トーションバー３の捻れ角に基づいて操舵トルクを検出し、その出力信号は、ＥＣＵ１０２に送られる。ＥＣＵ１０２は、トルク検出装置１００の出力に基づいてモータ１０３を駆動し、操舵補助力を出力軸２に付与する。上記入力軸１と出力軸２とトーションバー３とにより回転体１０６が構成されている。

図２は、本発明のトルク検出装置１００の構成を示す分解斜視図である。図において、入力軸１と出力軸２とは、細径のトーションバー３を介して互いに接続されている。なお、図示の都合上、トーションバー３は、途中の図示を省略しているが、入力軸１から出力軸２までつながった１本のバーである。入力軸１には周方向に２４極（Ｎ，Ｓ極×１２）の着磁が施された円筒形状の永久磁石４が取り付けられる。

一方、出力軸２には軟磁性体からなる磁気ヨーク５１，５２を含む、円筒形状のヨーク５が取り付けられる。永久磁石４はヨーク５の内側に挿入され、ヨーク５の内周面との間に径方向への僅かな隙間を空けて互いに対向する。永久磁石４及びヨーク５は、トーションバー３を介して互いに接続された入力軸１・出力軸２間の捩れ角に対応する磁束を発生する円筒状の磁気装置６を構成する。また、ヨーク５は保持部材７の内側に挿入され、両者は、径方向に僅かな隙間を空けて互いに対向する。保持部材７は、円弧状で一対２組の集磁体７１〜７４（詳細後述）を備えている。保持部材７には後述するホールＩＣ７５，７６等の出力（電圧）を取り出すためのハーネス８が接続されている。なお、上記各部材は、相互に同軸的に配置されている。

図３は、本発明の第１実施形態によるトルク検出装置における上記保持部材７の構成およびその締結構造を示す正面図である。
保持部材７は、ハウジング９に締結される被締結部７ａと、この被締結部７ａに固定され、後述する合成樹脂材より硬質の金属製の筒体（カラー）７ｂと、集磁体７１〜７４および検出部であるホールＩＣ７５，７６を内蔵する本体部７ｃと、被締結部７ａの中央に盛り上がって形成され、ホールＩＣ７５，７６の外付けコンデンサを含む回路部分（図示せず）が内蔵される回路収容部７ｄと、回路収容部７ｄの背面側にさらに盛り上がって形成され、回路部分とハーネス８とを熱カシメにより接続する部位を内蔵する接続部７ｅとを備えている。上記各部７ａ〜７ｅは合成樹脂材でモールドすることにより一体成形されており、集磁体７１〜７４の内周面のみが露出している。

上記ハウジング９は、保持部材７の本体部７ｃを収容するＵ字形に形成された収容部９ａと、この収容部９ａの開口部周縁に形成された取付部９ｂとを備えている。取付部９ｂにはネジ穴９ｂ１が形成されており、このネジ穴９ｂ１には、保持部材７の筒体７ｂに挿通させた締結部材であるボルト１０が螺合されており、保持部材７の被締結部７ａをハウジング９の取付部９ｂに締結している。

図４は、上記保持部材７内に設けられている集磁体７１〜７４およびホールＩＣ７５，７６の分解斜視図である。図において、第１主集磁体７１及び第１副集磁体７２は、磁気装置６（図１）の外周面に沿って円弧状（ほぼ半円）に一対設けられたものであって、磁気装置６が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する。同様に、第２主集磁体７３及び第２副集磁体７４は、磁気装置６の外周面に沿って、かつ、第１主集磁体７１及び第１副集磁体７２とは軸方向にずれた位置に、円弧状に一対設けられたものであって、磁気装置６が発生する磁束を互いに等感度で捕捉する。

第１主集磁体７１の端部に突設された集磁端部７１ａと、第２主集磁体７３の端部に突設された集磁端部７３ａとは軸方向に互いに対向し、それらの間に主ホールＩＣ７５が介装される。同様に、第１副集磁体７２の端部に突設された集磁端部７２ａと、第２副集磁体７４の端部に突設された集磁端部７４ａとは軸方向に互いに対向し、それらの間に副ホールＩＣ７６が介装される。

図３において、本体部７ｃとハウジング９との間には、磁性体からなるメッキ鋼板のシールド部材７７が介在している。このシールド部材７７は、磁気装置６とは無関係の外部磁界から集磁体７１，７３を遮蔽する役目をしている。また、図３において、回路収容部７ｄにも、これを覆うように、磁性体からなるメッキ鋼板のシールド部材７８が取り付けられている。このシールド部材７８は、外部磁界から主としてホールＩＣ７５，７６を遮蔽する役目をしている。

上記シールド部材７７は、本体部７ｃの外周面と略同一形状のＵ字形に形成された遮蔽部７７ａと、遮蔽部の両端部に折り曲げ形成された一対の付勢部７７ｂとを有している。各付勢部７７ｂには挿通孔７７ｃが形成されており、上記筒体７ｂおよび挿通孔７７ｃにボルト１０を挿通することにより、シールド部材７７は保持部材７とともにハウジング９に締結されている。また、遮蔽部７７ａの外面とハウジング９の収容部９ａの壁面との間には隙間Ｓが形成されている。

上記付勢部７７ｂは、起伏する波形に形成されており、ボルト１０の締結により、被締結部７ａの下面と取付部９ｂの上面との間で波形の起伏形状が小さい状態、すなわち弾性変形した状態で固定されている。このため、被締結部７ａには、付勢部７７ｂの弾性変形した状態から元の起伏形状の大きい状態に戻ろうとする力（付勢力）が、取付部９ｂから離反する方向（図３矢印Ａ方向）に作用しているため、被締結部７ａはボルト１０の頭部１０ａに常に押し付けられている。
ここで、保持部材７を樹脂モールドによって成形する際に、合成樹脂が筒体７ｂの軸方向（図３上下方向）両端部に回り込んだ状態で成形される場合がある。この場合、保持部材７をハウジング９に締結する際に、上記回り込んだ合成樹脂が筒体７ｂとともにボルト１０により締結されることになる。そうすると、この合成樹脂が外部環境の温度変化によって取付部９ｂから離反する方向へ熱収縮した場合、ボルト１０の頭部１０ａの下面と取付部９ｂの上面との間に隙間が生じることになる。
しかし、上述のように、被締結部７ａには付勢部７７ｂの付勢力が常に作用しているため、上記熱収縮が生じても、その熱収縮に応じて付勢部７７ｂは弾性変形した状態から起伏形状が徐々に大きくなるように変形する。したがって、被締結部７ａは、付勢部７７ｂの付勢力によってボルト１０の頭部１０ａの下面に常に押し付けられた状態で保持されるため、被締結部７ａの熱収縮にともなって保持部材７のガタつきを防止することができる。しかも、付勢部７７ｂをシールド部材７７に一体形成するようにしたので、部品点数を増加させることなくガタつきを防止することができる。

また、保持部材７は、本体部７ｃがハウジング９の収容部９ａ内に隙間Ｓを設けて収容されているとともに、被締結部７ａが付勢部７７ｂを介してハウジング９に締結されているため、トルク検出装置１００に外部からの衝撃が加わっても、保持部材７は、付勢部７７ｂの付勢力によって、その衝撃が吸収されるため、保持部材７の本体部７ｃが衝撃によって収容部９ａの壁面と干渉して損傷するのを防止することができる。
さらに、付勢部７７ｂを一体形成したシールド部材７７を保持部材７とともに、ボルト１０によりハウジング９に締結するようにしたので、トルク検出装置１００の組み立て時に、シールド部材７７をカシメ等により保持部材７に別途固定する作業が不要になり、組み立て作業が容易になる。

図５は、本発明の第２実施形態によるトルク検出装置１００における保持部材７の構成およびその締結構造を示す正面図である。なお、その他の構成は、第１実施形態と同様である。
図３との比較により明らかなように、図５において、保持部材７の被締結部７ａはボルト１０によりハウジング９の取付部９ｂに直接締結されており、前記ボルト１０より内側（収容部９ａ側）の取付部９ｂと被締結部７ａとの間には、シール部材である弾性材からなるＯリング１１が、収容部９ａの矩形の開口縁に沿って、十分に圧縮された状態で取り付けられている。これにより、収容部９ａ内は密封されるため、車両の跳上水等の流体が収容部９ａ内に侵入するのを防止することができる。
また、シールド部材１７７は、本体部７ｃの外周部の側面７ｃ１に沿って形成された一対の遮蔽部１７７ａと、両遮蔽部１７７ａの間に形成された付勢部１７７ｂとを有している。付勢部１７７ｂは、本体部７ｃの外周底部に形成された円弧面７ｃ２と、ハウジング９の収容部９ａの壁面底部に形成された円弧面９ａ１との間で、周方向に連続して起伏する波形に形成されている。

付勢部１７７ｂは、ボルト１０を締結する際に、上記記本体部７ｃの円弧面７ｃ２とハウジング９の円弧面９ａ１との間の隙間Ｓが小さくなることにより、波形の起伏形状が小さい状態、すなわち弾性変形した状態で保持されている。これにより、本体部７ｃには、付勢部１７７ｂの弾性変形した状態から元の起伏形状の大きい状態に戻ろうとする力（付勢力）が、本体部７ｃの円弧面７ｃ２の中心に対して放射状（図５矢印Ａ１〜Ａ６方向）に作用する。このため、上記付勢力の合力が取付部９ｂから離反する方向に作用し、本体部７ｃが全体として上記離反方向へ持ち上げられることによって、被締結部７ａはボルト１０の頭部１０ａ側に常に押し付けられている。

ここで、第１実施形態の場合と同様に、保持部材７をハウジング９に締結する際に、筒体７ｂの軸方向（図５上下方向）両端部に回り込んだ合成樹脂がボルト１０により締結される場合がある。この場合は、この合成樹脂が外部環境の温度変化によって取付部９ｂから離反する方向へ熱収縮した場合、ボルト１０の頭部１０ａの下面と取付部９ｂの上面との間に隙間が生じることになる。
しかし、上述のように、被締結部７ａには付勢部１７７ｂの付勢力が常に作用しているため、上記熱収縮が生じても、その熱収縮に応じて付勢部１７７ｂは弾性変形した状態から起伏形状が徐々に大きくなるように変形する。したがって、被締結部７ａは、付勢部１７７ｂの付勢力によってボルト１０の頭部１０ａの下面に常に押し付けられた状態で保持されるため、被締結部７ａの熱収縮にともなう保持部材７のガタつきを防止することができる。しかも、付勢部１７７ｂをシールド部材１７７に一体形成するようにしたので、部品点数を増加させることなくガタつきを防止することができる。

また、保持部材７（被締結部７ａ）をボルト１０にてハウジング９（取付部９）に締結することにより、シールド部材１７７も付勢部１７７ｂの弾性変形による付勢力によって本体部７ｃに押し付けられた状態で保持されるため、トルク検出装置１００の組み立て時に、シールド部材１７７をカシメ等により本体部７ｃに別途固定する作業が不要になり、組み立て作業が容易になる。
さらに、シールド部材１７７は、付勢部１７７ｂの付勢力によって、本体部７ｃの円弧面７ｃ２および収容部９ａの円弧面９ａ１に放射状に押し付けられた状態で保持されているため、シールド部材１７７が隙間Ｓ内でガタつくのを防止することができる。

また、保持部材７の本体部７ｃは、付勢部１７７ｂを介してハウジング９の収容部９ａに収容されているため、トルク検出装置１００に外部からの衝撃が加わっても、付勢部１７７ｂの弾性によって、その衝撃を吸収することができ、本体部７ｃが衝撃によって収容部９ａの壁面と干渉して損傷するのを防止することができる。
また、本実施形態では付勢部１７７ｂを収容部９ａ内のシールド部材１７７に形成するようにしたので、第１実施形態のように保持部材７の被締結部７ａとハウジング９の取付部９ｂとの間に付勢部７７ｂを設ける必要がないので、被締結部７ａと取付部９ｂとの間にシール部材（Ｏリング１１）を装着することにより、シール性能を高めることができる。したがって、本実施形態のトルク検出装置１００は、防水仕様として用いることも可能になる。なお、Ｏリング１１は被締結部７ａと取付部９ｂと間で十分に圧縮された状態で取り付けられているため、上記隙間が生じてもシール性能を確保することができる。

なお、本発明のトルク検出装置１００は、上記実施形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであっても良い。例えば、上記第１実施形態では、シールド部材７７を保持部材７とともにボルト１０によりハウジング９に固定するようにしているが、別々に固定するようにしても良い。ただし、組み立て作業を容易に行うことができるという観点では、シールド部材７７を保持部材７とともに固定することが好ましい。
また、上記第２実施形態では、付勢部１７７ｂの付勢力が、本体部７ｃの円弧面７ｃ２に対して放射状（図５矢印Ａ１〜Ａ６方向）作用するようになっているが、少なくとも取付部９ｂから離反する方向（例えば、図５矢印Ａ３およびＡ４方向）に作用していれば良い。ただし、隙間Ｓ内でシールド部材１７７のガタつきを防止するという観点では、放射状に複数の方向から付勢力を作用させることが好ましい。

自動車の電動パワーステアリング装置の概略構成を示す図である。 本発明のトルク検出装置の構成を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるトルク検出装置における保持部材の構成およびその締結構造を示す正面図である。 上記保持部材における集磁体及びホールＩＣの分解斜視図である。 本発明の第２実施形態によるトルク検出装置における保持部材の構成およびその締結構造を示す正面図である。

符号の説明

７ 保持部材
７ａ 被締結部
７ｃ 本体部
９ ハウジング
９ａ 収容部
９ｂ 取付部
１０ ボルト（締結部材）
７１〜７４ 集磁体
７５，７６ ホールＩＣ（検出部）
７７，１７７ シールド部材
７７ｂ，１７７ｂ 付勢部
１００ トルク検出装置
１０６ 回転体

Claims (4)

1. 回転体に加えられるトルクに対応して発生する磁束を捕捉する集磁体と、
   前記集磁体が捕捉した磁束に基づいて回転体に加えられるトルクを検出する検出部と、
   前記集磁体と前記検出部とを保持している本体部と、金属製の筒体が一体化された合成樹脂製の被締結部とを有する保持部材と、
   前記保持部材の前記本体部を収容している収容部と、前記保持部材の前記被締結部が締結されている取付部とを有するハウジングと、
   前記保持部材と前記ハウジングとの間に介在しているとともに、前記集磁体を外部磁界から遮蔽するシールド部材と、
   前記被締結部を前記取付部に締結している締結部材と、
   前記シールド部材に一体形成されているとともに、前記締結部材の締結により弾性変形した状態で前記保持部材を前記取付部から離反する方向へ付勢している付勢部と、
   を備えていることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記付勢部は、前記保持部材の前記被締結部と前記ハウジングの前記取付部との間に介在する前記シールド部材に一体形成されているとともに、前記締結部材の締結により前記被締結部と前記取付部との間で弾性変形した状態で、前記被締結部を前記離反方向へ付勢している請求項１に記載のトルク検出装置。
3. 前記付勢部は、前記締結部材により前記被締結部とともに前記取付部に締結されている請求項２に記載のトルク検出装置。
4. 前記付勢部は、前記保持部材の前記本体部と前記ハウジングの前記収容部との間に介在する前記シールド部材に一体形成されているとともに、前記締結部材の締結により前記本体部と前記収容部との間で弾性変形した状態で、前記本体部を前記離反方向へ付勢している請求項１に記載のトルク検出装置。

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