JP7144740B2 - 集磁リング、及びトルク検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の電動パワーステアリング装置等に用いるトルク検出装置の部品である集磁リングに関する。

自動車等の車両には、運転者の負担を軽減するために電動パワーステアリング装置が広く用いられている。電動パワーステアリング装置は、操舵補助用のモータの駆動制御に用いるトルク検出装置を備える（例えば、特許文献１及び２参照）。

このようなトルク検出装置は、例えば特許文献１の図１及び図３を参照して説明すると、トーションバー３を介して同軸に連結された第１軸１及び第２軸２に対し、第１軸１と一体回転する円筒状永久磁石５、永久磁石５が形成する磁界内にて第２軸２と一体回転する２個一組の磁気ヨーク４ａ，４ｂ、並びに、磁気ヨーク４ａ，４ｂからの磁束をそれぞれ誘導する、磁気ヨーク４ａ，４ｂの径方向外側を各別に囲む２個一組の集磁リング８，８を備える。
また、トルク検出装置は、集磁リング８に設けられた、集磁部である平板状の部分８ａ，８ａの対向面間に配された磁気センサであるホールＩＣ６を備え、ホールＩＣ６が検出する前記集磁部間の漏洩磁束の密度に基づいて、第１軸１及び第２軸２に加わるトルクを検出する。

２個一組の磁気ヨーク４ａ，４ｂは、それぞれの爪１０が周方向に適当な間隔でずれるように対向する状態で、合成樹脂体１７により円筒形状にモールドされている（特許文献１の［００１０］）。
２個一組の集磁リング８，８及びホールＩＣ６は、互いに他部分より近接する部分８ａ，８ａを対向させて、その近接する部分８ａ，８ａの隙間にホールＩＣ６を挿入した状態で、合成樹脂体１８ａ，１８ｂによりモールドされている。（特許文献１の［００１１］及び［００１２］）。

このようなトルク検出装置において、２個一組の集磁リングの形状は、特許文献２の図６（ｃ）の形状が一般的である。同図を参照して集磁リング９について説明すると、集磁リング９は、磁性材料製の円環であり、周方向の２か所に軸方向に延設した分岐片９０，９０を備えており、これらの分岐片９０，９０の先端を径方向外向きに折り曲げ成形して集磁部９１，９１を形成している（特許文献２の［０００８］及び［０００９］）。

すなわち、集磁リング９は、円環部、及び円環部から軸方向に延設した分岐片９０，９０を折り曲げた集磁部からなり、集磁部は円環部の軸方向端面から突出している。
また、特許文献２の図６（ｃ）のような集磁リングは、特許文献２の図６（ｂ）のような帯板から成形するので、集磁部９１，９１から周方向へ離間した円環部の端部には、図６（ｃ）のように間隙がある。

特開２００６－０７１３２６号公報 特開２００６－２０１０３３号公報

トルク検出装置における２個一組の集磁リングを含む樹脂モールド部品（例えば、特許文献１の図１及び［００１２］参照）を製造する場合、前記樹脂モールド部品のインサート成形において、射出成形機の金型に対してインサートワークである集磁リングを供給する工程がある。

前記のとおり、集磁リングの集磁部は、円環部の軸方向端面から突出しているので、集磁リングを積み上げると、集磁リングは鉛直軸に対して傾く。
その上、集磁部から周方向へ離間した円環部の端部には間隙があるので、当該端部は、軸方向、径方向及び周方向へ変形しやすい。

それにより、例えば、円筒状の治具に遊嵌するように集磁リングを積み重ねた際に、集磁リングは傾いた状態で積み重なるとともに、間隙がある円環部の端部が変形しやすいので、上下に積み重ねて静止した集磁リングの姿勢が安定しない。

したがって、集磁リングを前記治具から取り出す際に変形や引っ掛かりが生じやすく、産業用ロボットにより集磁リングの取出しを行うのは困難である。
このような理由により、インサートワークである集磁リングの射出成形機の金型への供給は人手で行っているのが現状である。

そこで本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとする課題は、インサートワークである集磁リングを金型に供給する工程を自動化できるようにすることである。

本発明の要旨は以下の通りである。
〔１〕トルク検出装置における磁気ヨークからの磁束を誘導する集磁リングであって、
円環部と、
前記円環部の軸方向端面の一方から突出する集磁部と、
前記円環部の軸方向端面の一方又は他方の、前記集磁部が突出する位置から周方向へ離間した位置に設けた凸部と、
を備え、
前記凸部の前記軸方向端面の一方又は他方からの軸方向突出長さ（Ｌ）を、前記集磁部の前記軸方向端面の一方からの軸方向突出長さ（Ｌ０）に対する比で０．９から１．１（Ｌ／Ｌ０＝０．９～１．１）に設定してなり、
前記円環部を成形する前の帯板の長手方向中央部に、前記集磁部を形成する、軸方向に突出する分岐片を設けるとともに、前記帯板の両端部の一方又は両方に前記凸部を設けてなることを特徴とする、集磁リング。

〔２〕トーションバーを介して同軸に連結された第１軸及び第２軸と、
前記第１軸に固定され、前記第１軸と一体回転する円筒状永久磁石と、
前記第２軸に固定され、前記第２軸と一体回転する２個一組の磁気ヨークと、
前記磁気ヨークからの磁束をそれぞれ誘導する、前記磁気ヨークの径方向外側を各別に囲み、前記集磁部を対向させて配置した２個一組の、前記〔１〕に記載の集磁リングと、
前記集磁部の対向面間に配された磁気センサと、
を備えた、トルク検出装置。

本発明に係る集磁リングによれば、集磁部が突出する位置から周方向へ離間した位置に凸部を設けるとともに、凸部の軸方向突出長さ（Ｌ）を、集磁部の軸方向突出長さ（Ｌ０）に対する比で０．９から１．１（Ｌ／Ｌ０＝０．９～１．１）に設定しているので、円筒状の治具に遊嵌するように集磁リングを積み重ねた際に、集磁リングは、それらの円環部が略水平を保った状態で静止する。

それにより、集磁リングを円筒状の治具から取り出す際に引っ掛かりにくく、自動供給器や産業用ロボットであっても集磁リングの取出しを容易に行うことができる。
したがって、円筒状の治具から集磁リングを取り出し、インサートワークである集磁リングを射出成形機の金型へセットする一連の作業を、自動供給器や産業用ロボットにより安定かつ確実に行うことができる。
よって、本発明の集磁リングを備えたトルク検出装置を製造する工程の自動化率を高めることができるので、トルク検出装置の製造コストを低減できる。

本発明の実施の形態に係る集磁リングを備えたトルク検出装置において、２個一組の集磁リング及び磁気センサを取り出して示す斜視図である。 図１において集磁リングに設けた凸部を内径側から見た要部拡大図である。 集磁リングを成形する前の帯板の正面図である。 本発明の実施の形態に係る集磁リングの斜視図である。 同じく正面図である。 円筒状の治具に遊嵌するように集磁リングを積み重ねた状態を示す縦断面正面図である。 同状態を示す集磁部側から見た横断面斜視図である。 同状態を示す凸部側から見た横断面斜視図である。 変形例を示す斜視図である。 別の変形例を示す斜視図である。 別の変形例を示す斜視図である。 図９の変形例の集磁リングを円筒状の治具に遊嵌するように積み重ねた状態を示す集磁部側から見た横断面斜視図である。 図９の変形例の集磁リングを円筒状の治具に遊嵌するように積み重ねた状態を示す凸部側から見た横断面斜視図である。 別の変形例を示す斜視図である。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
本明細書において、トルク検出装置が検出する回転トルクの回転軸の方向を「軸方向」という。

＜トルク検出装置＞
本発明のトルク検出装置の構成は、特許文献１及び２のような従来のトルク検出装置と同様である。

すなわち、本発明のトルク検出装置は、トーションバーを介して同軸に連結された第１軸及び第２軸と、前記第１軸に固定され、前記第１軸と一体回転する円筒状永久磁石と、前記第２軸に固定され、前記第２軸と一体回転する２個一組の磁気ヨークと、前記磁気ヨークからの磁束をそれぞれ誘導する、前記磁気ヨークの径方向外側を各別に囲み、前記集磁部を対向させて配置した２個一組の集磁リングと、前記集磁部の対向面間に配された磁気センサとを備える。

このようなトルク検出装置（図1の符号Ａ）において、２個一組の集磁リング１，１及び磁気センサＳ，Ｓを取り出して示す図１の斜視図のように、２個一組の集磁リング１，１は、集磁部３，３を対向させ、集磁部３，３の対向面間に磁気センサＳを備える。
２個一組の集磁リング１，１は、それぞれ、集磁部３，３が突出する位置から周方向へ離間した位置に凸部４，４を備える。

図２の集磁リング１，１に設けた凸部４，４，…を内径側から見た要部拡大図に示す凸部４，４間の距離Ｅは、図１の斜視図に示す集磁部３，３の軸方向距離Ｆよりも大きい（Ｅ＞Ｆ）。Ｅ≦Ｆであると、集磁部３，３側に集磁しない場合が起こり得ることから、集磁部３，３側に確実に集磁させるためである。

＜集磁リング＞
集磁リング１は、磁性材料製、例えばパーマロイ（商品名、ニッケル－鉄合金）製であり、その製造にあたり、先ず、図３の正面図の帯板Ｂを素材板から打ち抜く。
帯板Ｂの中央部Ｃには、帯板Ｂの長手方向に直交する方向へ突出する分岐片５，５を設けるとともに、帯板Ｂの端部Ｄ，Ｄには、分岐片５，５と同じ方向に突出する凸部４，４を設ける。

次に、図３の帯板Ｂを、リング形に成形するとともに、分岐片５，５を径方向外方へ折り曲げ成形し、図４Ａの斜視図、及び図４Ｂの正面図に示す集磁リング１を得る。
このように成形した集磁リング１は、円環部２と、円環部２の軸方向端面２Ａ，２Ｂの一方２Ａから突出する集磁部３，３と、軸方向端面２Ａの、集磁部３，３が突出する位置から周方向へ離間した円環部２の端部に位置する凸部４，４とを有し、凸部４，４が形成された円環部２の端部間には間隙Ｇがある。
そして、図４Ｂの正面図に示す、凸部４の軸方向端面２Ａからの軸方向突出長さＬを、集磁部３の軸方向端面２Ａからの軸方向突出長さＬ０に対する比で０．９から１．１に設定している。すなわち、Ｌ／Ｌ０＝０．９～１．１である。

＜集磁リングの積み重ね＞
上記のとおり、図４Ｂの正面図に示す集磁リング１において、Ｌ≒Ｌ０であるので、図５の縦断面正面図、並びに図６Ａ及び図６Ｂの横断面斜視図に示すように、円筒状の治具Ｊに遊嵌するように集磁リング１，１，…を積み重ねた際に、集磁リング１，１，…は、それらの円環部２，２，…が略水平を保った状態で静止する。
その上、図４Ａの斜視図に示すように、集磁リング１の円環部２の端部には間隙Ｇがあることから、当該端部は、軸方向、径方向及び周方向へ変形しやすいものであるが、図６Ｂの斜視図に示すように、間隙Ｇの周方向両側の凸部４，４が上下に積み重なった状態になるので、円環部２の間隙Ｇまわりの端部の変形を抑制できる。

＜作用効果＞
このように、集磁リング１，１，…は、略水平の姿勢で安定した状態で変形せずに静止しているので、集磁リング１を治具Ｊから取り出す際に引っ掛かりにくく、自動供給器や産業用ロボットであっても集磁リング１の取出しを容易に行うことができる。
したがって、治具Ｊから集磁リング１を取り出し、インサートワークである集磁リング１を射出成形機の金型へセットする一連の作業を、自動供給器や産業用ロボットにより安定かつ確実に行うことができる。
よって、本発明の集磁リング１，１を備えたトルク検出装置Ａを製造する工程の自動化率を高めることができるので、トルク検出装置Ａの製造コストを低減できる。

＜変形例＞
集磁リング１の凸部４の形状は、図４Ａの斜視図のような矩形状に限定されるものではなく、図７の斜視図のような円弧状等の曲線状であってもよい。

集磁リング１の凸部４を設ける箇所は、図４Ａ及び図７の斜視図のような２箇所に限定されるものではなく、図８の斜視図のように１箇所であってもよく、３箇所以上であってもよい。

ただし、図４Ａ及び図７の斜視図のように、間隙Ｇの周方向両側の２箇所に凸部４，４を設けることにより、図６Ｂの斜視図に示すように集磁リング１，１，…を積み重ねた際における、間隙Ｇまわりの円環部２の変形しやすい箇所の変形を抑制する効果が大きくなる。

集磁リング１に設ける凸部４を、図４Ａ、図７及び図８の斜視図のように集磁部３が突出する円環部２の軸方向端面２Ａから突出させるのではなく、図９の斜視図に示すように、集磁部３が突出する円環部２の軸方向端面２Ａと反対側の軸方向端面２Ｂから突出させてもよい。その場合は、図３に示す帯板Ｂにおいて、凸部４，４は、分岐片５，５と反対方向に突出させる。
図９の変形例においても、凸部４の軸方向端面２Ｂからの軸方向突出長さ（Ｌ）は、集磁部３の軸方向端面２Ａからの軸方向突出長さ（Ｌ０）に対する比で０．９から１．１に設定する。すなわち、Ｌ／Ｌ０＝０．９～１．１とする。

図９の形状の集磁リング１，１，…を、図１０Ａ及び図１０Ｂの横断面斜視図に示すように、円筒状の治具Ｊに遊嵌するように積み重ねた場合、Ｌ≒Ｌ０であるので、図６Ａ及び図６Ｂの横断面斜視図における集磁リング１，１，…と同様に、集磁リング１，１，…は、それらの円環部２，２，…が略水平を保った状態で静止する。

集磁リング１の集磁部３の個数は、図４Ａ、図７、図８及び図９の斜視図に示すような２つに限定されるものではなく、図１１の斜視図に示すように１つであってもよい。

以上の説明においては、集磁リング１の凸部４を、円環部２の端部（間隙Ｇの隣）に設けた例を示したが、凸部４を設ける位置は、円環部２の端部に限定されるものではなく、円環部２の端部と集磁部３との中間の位置であってもよい。すなわち、凸部４は、集磁部３が突出する位置から周方向へ離間した位置に設ければよい。
以上の説明においては、集磁リング１が円環部２の端部に間隙Ｇを有する例を示したが、本発明は、円環部２の端部同士を当接又は連結させた間隙Ｇが無い集磁リング１に対しても適用できる。

以上の実施の形態の記載はすべて例示であり、これに制限されるものではない。本発明の範囲から逸脱することなく種々の改良及び変更を施すことができる。

１ 集磁リング
２ 円環部
２Ａ，２Ｂ 軸方向端面
３ 集磁部
４ 凸部
５ 分岐片
Ａ トルク検出装置
Ｂ 帯板
Ｃ 中央部
Ｄ 端部
Ｅ 凸部間の距離
Ｆ 集磁部の軸方向距離
Ｇ 間隙
Ｊ 治具
Ｌ 凸部の軸方向突出長さ
Ｌ０ 集磁部の軸方向突出長さ
Ｓ 磁気センサ

Claims (2)

1. トルク検出装置における磁気ヨークからの磁束を誘導する集磁リングであって、
   円環部と、
   前記円環部の軸方向端面の一方から突出する集磁部と、
   前記円環部の軸方向端面の一方又は他方の、前記集磁部が突出する位置から周方向へ離間した位置に設けた凸部と、
   を備え、
   前記凸部の前記軸方向端面の一方又は他方からの軸方向突出長さ（Ｌ）を、前記集磁部の前記軸方向端面の一方からの軸方向突出長さ（Ｌ０）に対する比で０．９から１．１（Ｌ／Ｌ０＝０．９～１．１）に設定してなり、
   前記円環部を成形する前の帯板の長手方向中央部に、前記集磁部を形成する、軸方向に突出する分岐片を設けるとともに、前記帯板の両端部の一方又は両方に前記凸部を設けてなることを特徴とする、
   集磁リング。
2. トーションバーを介して同軸に連結された第１軸及び第２軸と、
   前記第１軸に固定され、前記第１軸と一体回転する円筒状永久磁石と、
   前記第２軸に固定され、前記第２軸と一体回転する２個一組の磁気ヨークと、
   前記磁気ヨークからの磁束をそれぞれ誘導する、前記磁気ヨークの径方向外側を各別に囲み、前記集磁部を対向させて配置した２個一組の、請求項１に記載の集磁リングと、
   前記集磁部の対向面間に配された磁気センサと、
   を備えた、
   トルク検出装置。
   

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