JPH08159888A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 中空のハウジング２ａに挿入される環状のコ
イルホルダー３１、３２に保持される検出コイル３３、
３４を備える。その検出コイル３３、３４の内方側に配
置される軸による伝達トルクを、その検出コイル３３、
３４の出力に基づき検出する。そのハウジング２ａは合
成樹脂材により形成される。そのハウジング２ａの内周
に一体的に形成される凸部を介し、前記コイルホルダー
３１、３２の外周がハウジング２ａの内周により支持さ
れる。 【効果】 トルク検出精度を低下させることなく軽量化
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本件発明は、例えば操舵トルクに
応じた操舵補助力を付与するパワーステアリング装置に
おいて、その操舵トルクを検出するのに適したトルクセ
ンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば車両のパワーステアリング装置に
おいては、ステアリングホイールの回転を入力軸から出
力軸を介して操向用車輪に伝達する際、入力軸から出力
軸に伝達されるトルクの大きさを図７に示すようなトル
クセンサ１０１により検出し、その検出トルクの大きさ
に応じて操舵補助力を付与している。

【０００３】そのトルクセンサ１０１は、中空のハウジ
ング１０２内においてベアリング１１７を介して支持さ
れる入力軸１０３と、ベアリング１１８、１１９を介し
て支持される出力軸１０４とを備えている。その入力軸
１０３と出力軸１０４とはトーションバー１０５を介し
て連結されている。その入力軸１０３に磁性材製の第１
検出リング１０７が取り付けられ、その出力軸１０４の
外周に磁性材製の第２検出リング１０８が取り付けられ
ている。その第１検出リング１０７と第２検出リング１
０８とは互いに対向するように配置され、各検出リング
１０７、１０８の対向端面に、周方向に沿って複数の歯
１０９、１１０が形成されている。また、その入力軸１
０３に磁性材製の第３検出リング１１１が第１検出リン
グ１０７と対向するように嵌合されている。その第３検
出リング１１１の第１検出リング１０７との対向端面に
は周方向に沿って複数の歯１１２が形成され、一方、そ
の第１検出リング１０７の第３検出リング１１１との対
向端面には歯が形成されていない。

【０００４】そのハウジング１０２に、磁性材製の円環
状の第１コイルホルダー１１３と第２コイルホルダー１
１５とが挿入され、そのハウジング１０２の内周により
各コイルホルダー１１３、１１５の外周が直接に支持さ
れることで、各コイルホルダー１１３、１１５のハウジ
ング１０２に対する径方向の位置決めがなされる。その
第１コイルホルダー１１３により第１検出コイル１１４
が保持され、その第２コイルホルダー１１５により第２
検出コイル１１６が保持される。その第１コイルホルダ
ー１１３と第２コイルホルダー１１５との間にリング状
のディスタンスピース１３０が配置され、そのハウジン
グ１０２の内周に止め輪１３３が取り付けられ、その止
め輪１３３と第１コイルホルダー１１３との間に板バネ
１３４が介在されている。その板バネ１３４の弾力によ
り、各コイルホルダー１１３、１１５とディスタンスピ
ース１３０とが、第２ディスタンスピース１３２と前記
ベアリング１１７とを介してハウジング１０２の内面に
押し付けられている。これにより、各コイルホルダー１
１３、１１５のハウジング１０２に対する軸方向の位置
決めがなされ、その第１検出コイル１１４は第１検出リ
ング１０７と第２検出リング１０８の対向部を覆うよう
に配置され、その第２検出コイル１１６は第１検出リン
グ１０７と第３検出リング１１１との対向部を覆うよう
に配置される。

【０００５】各検出コイル１１４、１１６は、そのハウ
ジング１０２の外部側に配置されるプリント基板１４０
に配線１４１を介して接続される。その配線１４１は、
ハウジング１０２に形成された開口に嵌め込まれるグロ
メット１４２に形成される切欠に通される。そのプリン
ト基板１４０に、図８に示す出力信号の処理回路が設け
られている。すなわち、その第１検出コイル１１４は抵
抗１１７を介して発振器１１８に接続され、第２検出コ
イル１１６は抵抗１１９を介して発振器１１８に接続さ
れる。また、各検出コイル１１４、１１６は差動増幅回
路１２０に接続される。これにより、第１検出コイル１
１４は磁束を発生して、第１検出リング１０７、第２検
出リング１０８及び第１コイルホルダー１１３により磁
気回路を構成し、第２検出コイル１１６は磁束を発生し
て、第１検出リング１０７、第３検出リング１１１及び
第２コイルホルダー１１５により磁気回路を構成する。

【０００６】その入力軸１０３から出力軸１０４へのト
ルク伝達によりトーションバー１０５がねじれると、第
１検出リング１０７と第２検出リング１０８とが軸中心
に相対的に回転する。そうすると、各検出リング１０
７、１０８に設けられた歯１０９、１１０の軸方向に関
して重合する部分の面積が変化することから、その間の
磁気抵抗が変化し、その変化に応じ第１検出コイル１１
４の出力は変化する。すなわち、第１検出コイル１１４
の出力は伝達トルクに対応する。また、温度変動による
第１検出コイル１１４の出力変動は、温度変動による第
２検出コイル１１６の出力変動に等しいので、差動増幅
回路１２０により打ち消される。これにより、第１検出
コイル１１４によるトルク検出は温度の影響を受けない
ように補償される。その検出トルクに応じ操舵補助力が
付与される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のトルクセンサ１
０１にあっては、ハウジング１０２はアルミニウム材や
鋳鉄材により形成されている。そのため重量が大きいと
いう問題がある。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題をトルク検
出精度を低下させることなく解決することのできるトル
クセンサを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、中空のハウジ
ングと、そのハウジングに挿入される環状のコイルホル
ダーと、そのコイルホルダーに保持される検出コイルと
を備え、その検出コイルの内方側に配置される軸による
伝達トルクを、その検出コイルの出力に基づき検出する
トルクセンサにおいて、そのハウジングは合成樹脂材に
より形成され、そのハウジングの内周に凸部が一体的に
形成され、その凸部を介して前記コイルホルダーの外周
がハウジングの内周により支持されることを特徴とする
トルクセンサ。

【００１０】そのハウジングの外部側に前記検出コイル
の出力信号の処理回路が配置され、そのハウジングに電
磁波シールド材が一体化されるのが好ましい。

【００１１】

【発明の作用および効果】本発明のトルクセンサによれ
ば、ハウジングが合成樹脂材により形成されているの
で、従来のアルミニウム材や鋳鉄材により形成されるハ
ウジングに比べ軽量化される。また、合成樹脂材はアル
ミニウム材や鋳鉄材に比べ線膨張係数が大きいことに対
処するため、ハウジングの内周に形成される凸部を介し
てコイルホルダーの外周をハウジングの内周により支持
している。すなわち、コイルホルダーの外周を合成樹脂
製のハウジングの内周により直接支持すると、熱収縮に
よるハウジングの内径寸法の変化に基づくコイルホルダ
ーに作用する荷重の変動が大きくなる。そうすると、そ
のコイルホルダーに保持される検出コイルにより発生す
る磁束を通過させて構成される磁気回路における磁気特
性の変動が大きくなるためトルク検出精度が低下する。
これに対し、コイルホルダーの外周を凸部を介してハウ
ジングの内周により支持すると、そのコイルホルダーと
ハウジングとの接触面積が小さくなるため、熱収縮によ
るハウジングの内径寸法の変化に基づくコイルホルダー
に作用する荷重の変動が小さくなる。これにより、その
コイルホルダーに保持される検出コイルにより発生する
磁束を通過させて構成される磁気回路における磁気特性
の変動が小さくなるのでトルク検出精度が低下するのを
防止できる。

【００１２】さらに、合成樹脂材はアルミニウム材や鋳
鉄材に比べ電磁波の遮蔽性が小さいが、ハウジングに電
磁波シールド材を一体化することで対処できる。すなわ
ち、放送局、自動車電話、アマチュア無線、業務用無線
等の発生電磁波がトルク伝達軸を伝ってハウジング内で
電界を誘起する場合、そのハウジングの電磁波の遮蔽性
が小さいと、ハウジングの外部側に配置される信号処理
回路が電磁波の影響を受け、トルク検出精度が低下す
る。これに対し、ハウジングに電磁波シールド材を一体
化することで、その信号処理回路が受ける電磁波の影響
を低減でき、トルク検出精度が低下するのを防止でき
る。そのハウジングと電磁波シールド材との一体化は、
例えば、ハウジングの内面を金属材によりコーティング
したり、ハウジング形成用の合成樹脂材に導電材を添加
すればよい。

【００１３】その合成樹脂材としては例えばポリエチレ
ンやポリプロピレン等を用いることができ、そのハウジ
ングの成形法としては例えばブロー成形法を採用できる
が、それら材質や成形法に限定されるものではない。そ
のハウジングの内面をコーティングする金属材としては
例えばアルミニウムを用いることができ、その合成樹脂
材に添加する導電材としては例えばカーボンを用いるこ
とができるが、電磁波の遮蔽効果があれば材質や一体化
の手段は限定されない。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。

【００１５】図１に示すトルクセンサ１は、ステアリン
グシャフトを介して伝達される操舵トルクに応じた操舵
補助力を付与するパワーステアリング装置において、そ
の操舵トルクを検出するのに用いられ、中空の第１ハウ
ジング２ａと、この第１ハウジング２ａにボルト（図示
省略）により連結される中空の第２ハウジング２ｂと、
入力軸３と、出力軸４とを備えている。

【００１６】各ハウジング２ａ、２ｂは合成樹脂材によ
り形成される。図２、図３に示すように、その第１ハウ
ジング２ａの内周に、入出力軸３、４の軸方向に沿う複
数の凸部２ｃが周方向に等間隔をおいて一体的に形成さ
れる。その第１ハウジング２ａの内面に、電磁波の遮蔽
効果を有する金属材９がコーティングされている。その
コーティング厚さは電磁波遮蔽効果に応じ適宜定めれば
よい。なお、第２ハウジング２ｂの一端に、合成樹脂材
により形成されるカバー１１がボルトにより連結され
る。

【００１７】その第１ハウジング２ａに、第１コイルホ
ルダー３１と第２コイルホルダー３２とが軸方向から挿
入される。各コイルホルダー３１、３２の外周は、上記
各凸部２ｃを介して第１ハウジング２ａの内周により支
持される。その第１コイルホルダー３１により第１検出
コイル３３が保持され、その第２コイルホルダー３２に
より第２検出コイル３４が保持される。各コイルホルダ
ー３１、３２は、各コイル３３、３４の外周を覆う円筒
形の周壁部３１ａ、３２ａと、各コイル３３、３４の両
端面を覆うリング形の側壁部３１ｂ、３１ｃ、３２ｂ、
３２ｃとを有する。その周壁部３１ａ、３２ａが各凸部
２ｃに接することで、各コイルホルダー３１、３２の第
１ハウジング２ａに対する径方向の位置決めがなされ
る。

【００１８】その第１コイルホルダー３１と第２コイル
ホルダー３２との間にスペーサ５１が配置される。その
スペーサ５１はバネ鋼板製で、軸方向に弾性変形可能と
され、その弾力により第１コイルホルダー３１は第１ハ
ウジング２ａに取り付けられる止め輪５５に押し付けら
れ、第２コイルホルダー３２は第１ハウジング２ａの内
面の一部２ｄに押し付けられ、これにより、各コイルホ
ルダー３１、３２の第１ハウジング２ａに対する軸方向
の位置決めがなされる。

【００１９】その入力軸３に、ステアリングコラム５に
覆われるステアリングシャフト６とトーションバー７と
が挿入されると共にピン８を介して連結される。そのス
テアリングコラム５の一端は第１ハウジング２ａに圧入
され、そのステアリングシャフト６の他端はステアリン
グホイール（図示省略）に接続される。そのトーション
バー７の他端は、出力軸４に挿入されると共にピン１０
を介して連結される。これにより、その入力軸３と出力
軸４とは操舵抵抗に応じ相対回転可能とされている。そ
の入力軸３の外周は、そのステアリングコラム５の内周
によりブッシュ１２を介して支持される。その出力軸４
の外周は、第２ハウジング２ｂの内周により軸受１３、
１４を介して支持される。その出力軸４の回転に応じ操
舵用車輪（図示省略）が操舵される。その出力軸４の外
周にウォームホイール１５が嵌合され、そのウォームホ
イール１５は第２ハウジング２ｂに取り付けられるモー
タ（図示省略）の出力軸に取り付けられるウォーム１６
に噛み合う。

【００２０】その入力軸３の外周に、磁性材製の第１検
出リング２１が嵌合されると共にピン２２により固定さ
れる。その出力軸４の外周に、磁性材製の第２検出リン
グ２３が圧入される。その第１検出リング２１の一端面
と第２検出リング２３の他端面とは互いに対向するよう
に配置され、各検出リング２１、２３の対向端面に、そ
れぞれ歯２１ａ、２３ａが周方向に沿って複数設けられ
ている。その第１検出リング２１の他端側は一端側より
も外径の小さな小径部２１ｂとされている。

【００２１】その第１検出コイル３３は第１検出リング
２１と第２検出リング２３の対向間を覆うように配置さ
れ、第２検出コイル３４は第１検出リング２１を覆うよ
うに配置され、各検出コイル３３、３４は、第１ハウジ
ング２ａの外部側に配置されるプリント基板４１に配線
４２、４３によって接続される。その配線４２、４３
は、第１ハウジング２ａの外周に形成された開口２ｅに
嵌め込まれたグロメット４４に形成される切欠に通され
る。本実施例では、そのグロメット４４にも第１ハウジ
ング２ａの内部側において電磁波の遮蔽効果を有する金
属材９がコーティングされる。

【００２２】そのプリント基板４１に、図４に示す信号
処理回路が形成されている。すなわち、第１検出コイル
３３は抵抗４５を介して発振器４６に接続され、第２検
出コイル３４は抵抗４７を介して発振器４６に接続さ
れ、各検出コイル３３、３４は差動増幅回路４８に接続
される。これにより、第１検出コイル３３は磁束を発生
して、第１検出リング２１、第２検出リング２３及び第
１コイルホルダー３１により磁気回路を構成し、第２検
出コイル３４は磁束を発生して、第１検出リング２１及
び第２コイルホルダー３２により磁気回路を構成する。

【００２３】上記構成において、入力軸３から出力軸４
へのトルク伝達によりトーションバー７が捩れ、第１検
出リング２１と第２検出リング２３とが相対的に回転す
ると、各検出リング２１、２３の歯２１ａ、２３ａの対
向面積が変化する。その面積変化により、その歯２１
ａ、２３ａの対向間における第１検出コイル３３の発生
磁束に対する磁気抵抗が変化することから、その変化に
応じ第１検出コイル３３の出力が変化し、その出力に対
応した伝達トルクが検出される。また、第２検出コイル
３４は第１検出リング２１を覆うように配置され、第２
コイルホルダー３２の一方の側壁部３２ｃは第１検出リ
ング２１の小径部２１ｂに対向するように配置され、第
２コイルホルダー３２の他方の側壁部３２ｂは第１検出
リング２１の一端側に対向するように配置される。その
第１検出リング２１および第２コイルホルダー３２によ
り構成される磁気回路の磁気抵抗は、操舵抵抗の作用し
ていない状態での第１検出リング２１、第２検出リング
２３および第１コイルホルダー３１により構成される磁
気回路の磁気抵抗と等しくなるように、その小径部２１
ｂの外径は設定される。これにより、温度変動による第
１検出コイル３３の出力変動は、温度変動による第２検
出コイル３４の出力変動に等しくなるので差動増幅回路
４８により打ち消され、伝達トルクの検出値の温度によ
る変動が補償される。その差動増幅回路４８から出力さ
れる伝達トルクに対応した信号に応じてモータが駆動さ
れ、前記ウォーム１６、ウォームホイール１５を介して
出力軸４に操舵補助力が付与される。

【００２４】上記構成のトルクセンサ１によれば、第
１、第２ハウジング２ａ、２ｂが合成樹脂材により形成
されているので、従来のアルミニウム材や鋳鉄材により
形成されるハウジングに比べ軽量化される。また、コイ
ルホルダー３１、３２の外周は凸部２ｃを介して第１ハ
ウジング２ａの内周により支持されるので、コイルホル
ダーの外周をハウジングの内周により直接支持する場合
に比べ、コイルホルダー３１、３２と第１ハウジング２
ａとの接触面積が小さくなるため、熱収縮による第１ハ
ウジング２ａの内径寸法の変化に基づくコイルホルダー
３１、３２に作用する荷重の変動が小さくなる。これに
より、そのコイルホルダー３１、３２に保持される検出
コイル３３、３４により発生する磁束を通過させて構成
される磁気回路における磁気特性の変動が小さくなるの
でトルク検出精度が低下するのを防止できる。なお、そ
の凸部２ｃの第１ハウジング２ａの内周からの突出寸法
ｔは、第１ハウジング２ａ全体の大きさや合成樹脂材の
線膨張係数やセンサの検出精度の公差等に応じ適宜設定
すればよいが、大きくなる程に熱収縮による第１ハウジ
ング２ａの内径寸法の変化に基づくコイルホルダー３
１、３２に作用する荷重の変動は小さくなる。

【００２５】さらに、第１ハウジング２ａの内面を電磁
波の遮蔽効果を有する金属材９によりコーティングして
いるので、放送局、自動車電話、アマチュア無線、業務
用無線等の発生電磁波がトルク伝達軸３、４を伝って第
１ハウジング２ａ内で電界を誘起したとしても、その第
１ハウジング２ａの外部側に配置されるプリント基板４
１における信号処理回路が受ける電磁波の影響を低減で
き、トルク検出精度が低下するのを防止できる。

【００２６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記実施例では軸方向に沿う複数
の凸部２ｃを周方向に間隔をおいて形成したが、図５の
第１変形例に示すように、それら凸部２ｃに代えて、周
方向に沿う複数の凸部２ｃ′を軸方向に間隔をおいて形
成したり、図６の第２変形例に示すように、半球状の複
数の凸部２ｃ″を互いに間隔をおいて形成してもよく、
あるいは、複数のディンプルを互いに間隔をおいて形成
することで各ディンプルの間を凸部としてもよい。ま
た、電磁波の遮蔽を、第１ハウジング２ａの内面に金属
材９をコーティングすることに代え、ハウジング形成用
の合成樹脂材に導電材を添加することで行なってもよ
く、その添加量は電磁波の遮蔽効果に応じ適宜定めれば
よい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のトルクセンサの断面図

【図２】そのトルクセンサの第１ハウジングの断面図

【図３】図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図

【図４】そのトルクセンサの回路構成の説明図

【図５】第１変形例の第１ハウジングの断面図

【図６】第２変形例の第１ハウジングの断面図

【図７】従来のトルクセンサの断面図

【図８】従来のトルクセンサの回路構成の説明図

【符号の説明】

１ トルクセンサ ２ａ 第１ハウジング ２ｃ、２ｃ′、２ｃ″ 凸部 ３ 入力軸 ４ 出力軸 ９ 金属材 ３１ 第１コイルホルダー ３２ 第２コイルホルダー ３３ 第１検出コイル ３４ 第２検出コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空のハウジングと、そのハウジングに
   挿入される環状のコイルホルダーと、そのコイルホルダ
   ーに保持される検出コイルとを備え、その検出コイルの
   内方側に配置される軸による伝達トルクを、その検出コ
   イルの出力に基づき検出するトルクセンサにおいて、そ
   のハウジングは合成樹脂材により形成され、そのハウジ
   ングの内周に凸部が一体的に形成され、その凸部を介し
   て前記コイルホルダーの外周がハウジングの内周により
   支持されることを特徴とするトルクセンサ。
2. 【請求項２】 そのハウジングの外部側に前記検出コイ
   ルの出力信号の処理回路が配置され、そのハウジングに
   電磁波シールド材が一体化される請求項１に記載のトル
   クセンサ。