JPH11248564A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】組立時作業性悪化等の不具合を招くことなく、
基板を収容する空間の防水性を向上したい。 【解決手段】基板収容空間２１には、基板９をその内部
に組み込む際に利用される第１開口部２２と、コネクタ
３０が固定される第２開口部２５とを独立に形成する。
第１開口部２２は、基板９を収容した後に、アルミニウ
ム製のカバー２３によって塞がれるようになっている。
カバー２３の裏面側には、第１開口部２３を通じて水等
が基板収容空間２１に浸入することを防止するシール部
材２３Ｂを埋め込む。一方、第２開口部２５の縁部分の
内周面には、コネクタ３０を固定した後に、第２開口部
２５を通じて水等が浸入することを防止するＯリング２
５Ａを固定する。また、上側ハウジング１Ａは鉄製、コ
ネクタ本体３１は導電性樹脂製とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、トルクセンサに
関し、特に、電動式パワーステアリング装置等に好適に
利用できるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の技術としては、例えば本
出願人が先に提案した特開平８−１２２１７５号公報に
開示されたものがある。この公報記載の従来技術である
トルクセンサは、センサ部を有する本体と、この本体上
に直接固定される金属プレートと、この金属プレート上
に固定されるが本体には直接固定されていない基板と、
基板に設けられセンサ部と接続した検出回路とを備えて
いて、検出回路は基板の一面にのみ配置され、基板の金
属プレートと接触する他面は全面アースとなっていて、
かかる構成により、電子部品は全て基板の一面に実装さ
れるため、ノイズに対するシールド効果が向上すると共
に組立性も向上する等の種々の利点を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】確かに、上記公報記載
の従来のトルクセンサであれば、公報に記載されたよう
な種々の作用効果を奏することはできるが、本発明者等
の鋭意研究の結果、基板を収容する部分の防水性の点で
さらなる改良が必要であることが判った。

【０００４】即ち、上記公報記載のトルクセンサは、そ
の公報の実施例や図面にも詳細に説明されているよう
に、車両用の電動式パワーステアリング装置に適用する
ことが可能であるが、電動式パワーステアリング装置に
適用した場合、スペース的に余裕がない車両にあっては
車室内に全ての構成が配置できない場合も多く、基板を
収容するハウジング部を車室外（エンジンルーム側）に
配置することもある。

【０００５】すると、電子回路等が搭載された基板が水
を被ることを防止するために防水性には特に注意しなけ
ればならないのである。しかしながら、上記公報記載の
トルクセンサにあっては、その公報の図４にも示される
ように、ハウジングに形成された凹部内が壁（壁部３
１）によって二つの部屋に分離されていて、その一方の
部屋（段部３３）の側面の一部にコネクタユニット固定
用の切欠きが形成されている。このため、防水性を向上
させるためには、ハウジングの凹部の開口側端面とカバ
ーとの間、コネクタユニットとカバーとの間、並びにコ
ネクタユニットとハウジングの切欠き部内側面との間の
全てにシール部材を配設して水の侵入を防止できるよう
にしなければならず、Ｏリング等のシール部材によって
は十分な防水性を確保することが困難であった。

【０００６】本発明は、このような従来の技術が有する
未解決の課題に着目してなされたものであって、組立時
作業性悪化等の不具合を招くことなく、基板を収容する
空間の防水性が向上するトルクセンサを提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るトルクセンサは、ハウジングに、トル
クに応じて状態が変化するセンサ部を収容するセンサ部
収容空間と、前記センサ部の出力を受けて所定処理を実
行する回路部が搭載された基板を収容する基板収容空間
と、を形成するとともに、前記基板収容空間には、前記
基板を組み込む際に利用される第１開口部と、前記基板
上の前記回路部の出力を外部に引き出すための第２開口
部とを、互いに独立に形成し、前記ハウジングと前記第
１開口部を塞ぐカバーとの間、並びに、前記ハウジング
と前記第２開口部に嵌め込まれるコネクタ本体との間の
それぞれに、シール部材を介在させ、前記ハウジング，
前記カバー及び前記コネクタ本体のそれぞれを、電磁波
遮蔽材料で形成した。

【０００８】なお、コネクタを電磁波遮蔽材料で形成す
ると、第２開口部を通じて外部に引き出されるピンとコ
ネクタとの間が導通してここで短絡が生じてしまう可能
性がある。そこで、ピンの中途部分は、絶縁体を介して
コネクタに支持させる構成とすることが望ましい。

【０００９】また、ハウジング，カバー及びコネクタ本
体は、同じ電磁波遮蔽材料で形成してもよいし、それぞ
れが異なる電磁波遮蔽材料で形成してもよい。電磁波遮
蔽材料としては、鉄やアルミニウム等の金属や、導電性
樹脂等が適用可能である。例えば、複雑な形状であるハ
ウジングをアルミ製（充分な強度の厚み，型で製造し軽
量化を図る）、カバーを一枚板で鉄製とし、コネクタを
樹脂製とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。図１乃至図５は本発明の一実施
の形態を示す図であって、この実施の形態は、本発明に
係るトルクセンサを、車両の電動パワーステアリング装
置に適用したものであり、図１は操舵系の要部を示す縦
断面図、図２は図１のＡ方向矢視図、図３は図２のＢ−
Ｂ線断面図、図４は図２のＣ方向矢視図、図５は後述の
コネクタを取り外した状態での図２のＣ方向矢視図であ
る。

【００１１】先ず、構成を説明すると、上側ハウジング
１Ａ及び下側ハウジング１Ｂからなるハウジング１内に
は、トーションバー４を介して連結された入力軸２及び
出力軸３が、軸受５ａ，５ｂ及び５ｃによって回転自在
に支持されている。これら入力軸２，出力軸３及びトー
ションバー４は、同軸に配設されていて、トーションバ
ー４の上端側は入力軸２内に深く入り込んだ位置におい
てその入力軸２にピン結合されて回転方向に一体となっ
ており、また、トーションバー４の下端側は出力軸３に
スプライン結合されて回転方向に一体となっている。入
力軸２及び出力軸３は鉄等の磁性材料から形成されてい
る。

【００１２】そして、入力軸２の上端部には、図示しな
い自在継ぎ手やステアリングシャフト等を介してステア
リングホイールが回転方向に一体に取り付けられてお
り、また、出力軸３の下端部にはピニオン軸３ａが一体
に形成されていて、ピニオン軸はラック軸６に噛合して
いる。これらピニオン軸３ａ及びラック軸６は、公知の
ラックアンドピニオン式ステアリング装置を構成するも
のであり、従って、運転者がステアリングホイールを操
舵することにより発生した操舵力は、入力軸２，トーシ
ョンバー４，出力軸３及びラックアンドピニオン式ステ
アリング装置を介して、図示しない転舵輪に伝達され
る。

【００１３】さらに、出力軸３には、これと同軸に且つ
一体に回転するウォームホイール７が外嵌し、このウォ
ームホイール７の樹脂製の噛合部７ａと、電動モータ８
の出力軸８ａ外周面に形成されたウォーム８ｂとが噛み
合っている。従って、電動モータ８の回転力は、その出
力軸８ａ，ウォーム８ｂ及びウォームホイール７を介し
て出力軸３に伝達されるようになっており、電動モータ
８の回転力及び回転方向を適宜制御することにより、出
力軸３に適切な操舵補助トルクを付与できるようになっ
ている。

【００１４】ここで、主として入力軸２を包囲する上側
ハウジング１Ａには、この操舵系に発生するトルクに応
じて状態が変化するセンサ部１０を収容するセンサ部収
容空間２０と、センサ部１０の出力を受けて所定の処理
を実行する回路部が搭載された基板９を収容する基板収
容空間２１と、が形成されている。なお、センサ部収容
空間２０は、入力軸２と上側ハウジング１Ａとの間の隙
間によって形成された略肉厚の円筒形状の空間であり、
基板収容空間２１は、そのセンサ部収容空間２０の径方
向外側に近接するように形成された略直方体状の空間で
ある。

【００１５】なお、センサ部収容空間に収容されたセン
サ部１０の構成は、本発明の要旨ではなく特に限定され
るものではないが、本実施の形態では、出力軸３と一体
に回転するように固定され、入力軸２の外周面を包囲す
る導電性で且つ非磁性の材料（例えば、アルミニウム）
製の肉薄の円筒部材１１と、この円筒部材１１に包囲さ
れている入力軸２外周面に形成され、軸方向に延びる横
断面略長方形の複数の溝１２と、入力軸２と出力軸３と
の間のトーションバー４の捩じれを伴った相対回転の方
向及び量に応じて溝１２との重なり具合が変化するよう
に円筒部材１１に形成された複数の窓（図示せず）と、
上側ハウジング１Ａ側に固定され円筒部材１１の窓と入
力軸２の溝１２との重なり具合をコイルのインダクタン
ス変化として検知するためのコイルユニット１３と、で
構成されていて、センサ部１０のコイルユニット１３の
各コイルの端部１３ａが、基板収容空間２１側に引き出
され、基板９の所定位置に差し込まれている。

【００１６】基板９上面には、端部１３ａを介して供給
されるセンサ部１０の出力に基づいて、操舵系に発生し
ている操舵トルクが最適な値となるような操舵補助トル
クを演算し、その操舵補助トルクが発生するように、電
動モータ８の図示しない駆動回路に対して制御信号を出
力するようになっている。

【００１７】そして、図２及び図３に示すように、基板
収容空間２１内には、基板９を支持するための凸部９
ａ，９ｂが形成されていて、基板９はそれら凸部９ａ，
９ｂにネジ９ｃ，９ｄにより固定されている。

【００１８】また、基板収容空間２１には、基板９をそ
の内部に組み込む際に利用される第１開口部２２が形成
されている。この第１開口部２２は、基板９の平面形状
よりも一回り大きな略長方形の開口部であり、基板９を
収容した後に、カバー２３を外側ハウジング１Ａ表面に
固定することによって塞がれるようになっている。カバ
ー２３は、肉薄のアルミニウム製の部材であり、その表
面側には、第１開口部２２の縁部分に沿って連続するよ
うに凸部２３Ａが形成されていて、その凸部２３Ａの上
側ハウジング１Ａ側を向く裏面側には、無端状のシール
部材２３Ｂが埋め込まれている。シール部材２３Ｂは、
カバー２３を固定した後に、第１開口部２３を通じて水
等が基板収容空間２１に浸入することを防止するための
ものである。具体的には、シール部材２３Ｂは、カバー
２３を固定する前の状態はその裏面側に若干盛り上が
り、カバー２３を固定すると、上側ハウジング１Ａとカ
バー２３との間に介在し、基板収容空間２１の縁部分に
密着して水等の浸入を防止するようになっている。

【００１９】さらに、基板収容空間２１の一方の側面
は、他の部位よりも肉厚の肉厚部２４となっていて、そ
の肉厚部２４には、基板収容空間２１に通じる円形の第
２開口部２５が、第１開口部とは独立に開口している。

【００２０】即ち、肉厚部２４は、基板収容空間２１の
側面に連続したブロック状の部位であって、その略中央
部に円形の第２開口部２５が開口しているのであるが、
その第２開口部２５の中心軸が向く方向は、第１開口部
２２の長辺と平行な方向となっている。また、第２開口
部２５の直径は、図５からも判るように、その外側から
基板９の一部が見える程度の寸法としている。

【００２１】そして、第２開口部２５には、コネクタ３
０が固定されるようになっている。コネクタ３０は、導
電性樹脂製のコネクタ本体３１を有していて、そのコネ
クタ本体３１は、第２開口部２５に差し込まれる円筒部
３１Ａと、肉厚部２４表面に当接するフランジ部３１Ｂ
と、フランジ部３１Ｂの円筒部３１Ａとは逆側の面から
立ち上がるボックス部３１Ｃと、から構成されている。
かかるコネクタ本体３１は、その円筒部３１Ａを第２開
口部２５に差し込んだ状態で、フランジ部３１Ｂを貫通
する二本のボルト３２を肉厚部２４に螺合させることに
より、上側ハウジング１Ａに固定されるようになってい
る。

【００２２】コネクタ本体３１には、複数（この例で
は、６）本のピン３３が支持されている。これらピン３
３は、基板９上の回路部の出力を外部に導出するための
ものであって、その一方の端部は、横断面円形に形成さ
れ、基板９の端部に裏面側から差し込まれるようになっ
ている。また、ピン３３の他方の端部は、横断面長方形
に形成され、ボックス部３１Ｃの開口端より若干内側の
位置にまで延びている。そして、各ピン３３は、絶縁体
である合成ゴム製のリング３４を介して、ボックス部３
１Ｃの底面部分に固定されている。

【００２３】これらリング３４の外径寸法は、遮断すべ
き電磁波の波長よりも出来るだけ小さくすることが望ま
しい。本実施の形態では、基板収容空間２１内において
基板９よりもさらに深い位置にのみ存在するような寸法
としている。

【００２４】そして、各ピン３３のリング３４を介して
コネクタ本体３１に支持される部分３３Ａは、第２開口
部２５の中心軸と平行に延びているが、その平行に延び
ている部分３３Ａの基板収容空間２１内側の端部に、連
続して直角に折れ曲がって基板９側に延びる部分３３Ｂ
が形成されていて、その基板９側に延びる部分３３Ｂの
先端が、基板９裏面側に差し込まれている。

【００２５】なお、各ピン３３の上記部分３３Ｂの長さ
は、部分３３Ｂの基板９側の先端部が、コネクタ本体３
１の円筒部３１Ａの外周面よりも内側に位置するような
寸法としている。これは、ピン３３が固定されたコネク
タ３０を肉厚部２４に固定する際に、ピン３３の直角に
折れ曲がった部分３３Ｂが、第２開口部２５を容易に通
過できるようにするため、つまり、コネクタ３０を固定
する際の手間を簡易にするためである。

【００２６】そして、ピン３３の直角に折れ曲がった部
分３３Ｂの寸法を上記のようにしたため、基板９の深さ
方向の固定位置を、図５に示すように、第２開口部２５
の外側からその一部が見えるような位置としているので
ある。なお、実際の組み立て手順は、コネクタ３０を肉
厚部２４に固定した後に、基板９を固定し、カバー２３
を固定する、という具合である。

【００２７】さらに、第２開口部２５の縁部分の内周面
には、シール部材としてのＯリング２５Ａが埋め込まれ
ている。このＯリング２５Ａは、コネクタ３０を固定し
た後に、第２開口部２５を通じて水等が浸入することを
防止するためのものである。具体的には、Ｏリング２５
Ａは、コネクタ３０を固定する前の状態は、第２開口部
２５の内側に若干盛り上がり、コネクタ３０を固定する
と、上側ハウジング１Ａとコネクタ３０の円筒部３１Ａ
との間に介在し、その円筒部３１Ａの外周面に密着して
水等の浸入を防止するようになっている。

【００２８】次に、本実施の形態の動作を説明する。
今、操舵系が直進状態にあり、操舵トルクが零であるも
のとすると、入力軸２及び出力軸３間には相対回転は生
じない。従って、入力軸２と円筒部材１１との間にも相
対回転は生じない。

【００２９】これに対し、ステアリングホイールを操舵
して入力軸２に回転力が生じると、その回転力は、トー
ションバー４を介して出力軸３に伝達される。このと
き、出力軸３には、転舵輪及び路面間の摩擦力やラック
アンドピニオン式ステアリング装置のギアの噛み合い等
の摩擦力に応じた抵抗力が生じるため、入力軸２及び出
力軸３間には、トーションバー４が捩じれることによっ
て出力軸３が遅れる相対回転が発生し、入力軸２及び円
筒部材１１間にも相対回転が生じる。そして、その相対
回転の方向及び量は、ステアリングホイールの操舵方向
や発生している操舵トルクに応じて決まってくる。

【００３０】この結果、コイルユニット１３のコイルの
インダクタンスが操舵トルクの方向及び大きさに応じて
適宜変化するため、そのコイルの端部１３ａが接続され
た基板９上の回路において、操舵補助トルクを決定する
ための演算処理を実行することができるのである。

【００３１】そして、基板９上の回路における演算処理
の結果、制御信号がピン３３を介して図示しない駆動回
路に供給され、電動モータ８にその操舵補助トルクを発
生させるための回転力が発生し、これがウォーム８ｂや
ウォーム７を介して出力軸３に伝達され、出力軸３に操
舵補助トルクが付与されたことになって、操舵トルクが
減少し、運転者の負担が軽減される。

【００３２】さらに、本実施の形態では、第１開口部２
２と第２開口部２５とをそれぞれ独立に形成しているた
め、それぞれの開口部を、シール部材２３ＢやＯリング
２５Ａによって容易にシールすることができ、外部から
水等が浸入することをより確実防止することができる。
つまり、上記公報に開示されたような複雑な形状の開口
部は、Ｏリング等によって確実にシールすることはでき
ず、水等の浸入を防止できない可能性が高いのに対し、
本実施の形態の構成であれば、それが略確実に防止でき
るのである。このため、スペース的な制約から上側ハウ
ジング１Ａをエンジンルーム側に配した結果、上側ハウ
ジング１Ａが水等を被る可能性が高くなったとしても、
基板収容空間２１への水等の浸入を防止できるから、回
路のショート不良等の故障を招く可能性を極めて低くで
き、信頼性の高い電動式パワーステアリング装置とする
ことができるのである。

【００３３】なお、第１開口部２２と第２開口部２５と
をそれぞれ独立に形成した結果、コネクタ３０を固定す
る際に、ピン３３の直角に曲がった部分３３Ｂが、第２
開口部２５を通過する必要があるため、上述のように、
その部分３３Ｂの長さ寸法を決定しているのであるが、
そのように部分３３Ｂの長さ寸法を決定したことによ
り、基板９の深さ方向の固定位置が、第２開口部２５の
外側から見えるような位置になっている。

【００３４】このため、その第２開口部２５を通じて外
部から到来する電磁波が、基板９表面側の回路部に影響
を与えることが懸念されるのであるが、本実施の形態に
あっては、ハウジング１は鉄製であり、カバー２３はア
ルミニウム製であり、コネクタ本体３１は導電性樹脂製
であるため、これらハウジング１，カバー２３及びコネ
クタ本体３１のいずれもが、電磁波の遮蔽が可能な電磁
波遮蔽材料で形成されていることになる。

【００３５】従って、基板９を収容した基板収容空間２
１内には、極僅かにリング３４が固定された部位を通じ
てのみ電磁波の侵入が可能であるだけで、しかも基板９
を収容する位置よりもさらに深い位置にリング３４を固
定しているから、基板９の表面側（図２に見える面側）
に固定された回路部への影響は、実質的に零である。よ
って、基板９上の回路が電磁波の影響を受けて誤作動す
る可能性は、極めて小さくなっている。

【００３６】仮に、ピン３３の直角に折れ曲がった部分
３３Ｂを長くして、その端部が第２開口部２５の内周面
よりもさらに外側に位置するようにすれば、基板９は第
２開口部２５の外側から見えない位置に固定することも
可能であり、そうすれば、上側ハウジング１Ａ及びカバ
ー２３を電磁波遮蔽材料で形成するだけで基板９上の回
路への電磁波の影響は極めて小さくできるのである。し
かしながら、そのような構成では、コネクタ３０を固定
する際に、ピン３３の直角に折れ曲がった部分３３Ｂが
第２開口部２５を通過するように斜めの方向から円筒部
３１Ａを差し込むような手間が必要になり、組立時の作
業性の低下を招いてしまうのである。

【００３７】これに対し、本実施の形態のような構成で
あれば、そのような作業性の低下を招くことなく、電磁
波が回路に影響する可能性を低減できるのである。さら
に、本実施の形態では、ピン３３を絶縁性のリング３４
を介してコネクタ本体３１に支持するようにしているか
ら、ピン３３と導電性樹脂製のコネクタ本体３１との間
でショートするような不具合もない。

【００３８】なお、上記実施の形態では、本発明に係る
トルクセンサを車両用の電動式パワーステアリング装置
に適用した場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、他の用途のトルクセンサであっても、本
発明は当然に適用することができる。

【００３９】また、上記実施の形態では、ハウジング１
は鉄製、カバー２３はアルミニウム製、コネクタ本体３
１は導電性樹脂製としているが、これらを形成する材料
はこれに限定されるものではなく、それ以外の材料であ
っても構わない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板収容空間に第１開口部及び第２開口部を形成すると
ともに、それぞれの開口部をシール部材でシールし、さ
らに、ハウジング，カバー及びコネクタ本体を電磁波遮
蔽材料で形成したため、基板収容空間への水等の浸入を
より確実に防止できるし、基板上の回路が電磁波の影響
で誤作動する可能性を増大させるようなこともないとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の全体構成を示す縦断面
図である。

【図２】図１のＡ方向矢視図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図２のＣ方向矢視図である。

【図５】コネクタを外した状態での図２のＣ方向矢視図
である。

【符号の説明】

１ ハウジング １Ａ 上側ハウジング １Ｂ 下側ハウジング ９ 基板 １０ センサ部 ２０ センサ部収容空間 ２１ 基板収容空間 ２２ 第１開口部 ２３ カバー ２３Ｂ シール部材 ２５ 第２開口部 ２５Ａ Ｏリング（シール部材） ３０ コネクタ ３１ コネクタ本体 ３３ ピン ３４ リング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに、トルクに応じて状態が変
   化するセンサ部を収容するセンサ部収容空間と、前記セ
   ンサ部の出力を受けて所定処理を実行する回路部が搭載
   された基板を収容する基板収容空間と、を形成するとと
   もに、 前記基板収容空間には、前記基板を組み込む際に利用さ
   れる第１開口部と、前記基板上の前記回路部の出力を外
   部に引き出すための第２開口部とを、互いに独立に形成
   し、 前記ハウジングと前記第１開口部を塞ぐカバーとの間、
   並びに、前記ハウジングと前記第２開口部に嵌め込まれ
   るコネクタ本体との間のそれぞれに、シール部材を介在
   させ、 前記ハウジング，前記カバー及び前記コネクタ本体のそ
   れぞれを、電磁波遮蔽材料で形成したことを特徴とする
   トルクセンサ。