JP2008083063A - 磁歪式トルクセンサ及び磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電動パワーステアリング装置10は磁歪式トルクセンサ41を備える。磁歪式トルクセンサは、一端部24aが自由端であり中間部24d及び他端部24bが軸受55〜57を介してハウジング51で支持された回転軸24と、回転軸の一端部と中間部との間の表面に設けられ、トルクに応じて磁歪特性が変化する2つの磁歪部81,82と、磁歪部の近傍に配置され、磁歪部に生じた磁歪効果を検出するコイルとからなる。回転軸の一端部は、自在軸継手23及びステアリングハンドルに連結される。回転軸の他端部24bは、ラックアンドピニオン機構25を介して操舵車輪に連結される。回転軸は、2つの磁歪部の間の位置が軸受61によって支持される。
【選択図】図3
Description
図7(a)に示すように、特許文献1による従来の電動パワーステアリング装置100は、図示せぬステアリングハンドルにステアリングシャフト及び自在軸継手101を介して回転軸102の一端部102aを連結し、この回転軸102の他端部102bにラックアンドピニオン機構103を介してラック軸104を連結し、このラック軸104に操舵車輪を連結したというものである。回転軸102は、一端部102aを除いて、他の部分だけが2個の軸受105,106を介してハウジング107で支持されたものである。つまり、回転軸102のうち、ラックアンドピニオン機構103のピニオン108の両端部だけを2個の軸受105,106で支持することになる。
この場合、回転軸102の一端部102aは、反力F1による曲げモーメントの作用で発生した撓み角αの影響で撓む。
しかも、自在軸継手101は、回転軸102の一端部102aに連結されることによって、回転軸102の軸方向への移動が規制されている。
また、曲げ荷重によって回転軸が撓むことで、2つの磁歪部には、引張り応力が生じる部分と、圧縮応力が生じる部分とがある。しかし、過大な曲げ荷重による回転軸の撓みが規制されるので、磁歪部のうち、引張り応力が生じる部分の磁歪特性と、圧縮応力が生じる部分の磁歪特性との差を極力抑制することができる。
このようなことから、回転軸及び2つの磁歪部は、回転軸に作用する曲げ荷重の影響を抑制することができる。従って、磁歪部とコイルとからなるトルクセンサの検出精度を、一層安定させることができるので、安定したトルク制御をすることができる。
ラックアンドピニオン機構25は、ピニオン軸24に形成したピニオン31と、ラック軸26に形成したラック32とからなる。
電動パワーステアリング装置10によれば、運転者の操舵トルクに電動モータ43の補助トルクを加えた複合トルクにより、ラック軸26で操舵車輪29,29を操舵することができる。
ラック軸26は、ハウジング51から突出した長手方向両端にボールジョイント52,52を介してタイロッド27,27を連結した軸である。53,53はダストシール用ブーツである。
図3に示すように、電動パワーステアリング装置10は、ピニオン軸24、ラックアンドピニオン機構25、トルクセンサ41及びウォームギヤ機構44をハウジング51に収納し、このハウジング51の上部開口を上部ハウジング54で塞いだものである。以下、「ハウジング51」と言うときには、上部ハウジング54を含むものとする。
一方、ピニオン軸24の他端部24bは、ラックアンドピニオン機構25を介して操舵車輪29に連結される軸端部分である。
なお、ピニオン軸24は、例えば、第2軸受56が4点接触玉軸受(four point contact bearing)にて構成されること等により、ハウジング51に対して軸方向移動が規制されている。
この自由端用軸受61は、環状の軸受保持部材62内に相対回転及び軸方向移動が規制されて、取り付けられている。軸受保持部材62は、外周面62aに環状の溝62bを有しており、この溝62bに環状の弾性体63が嵌合にて取り付けられている。弾性体63は、ラバー等の所定の柔軟性を有する材料からなり、例えばOリングからなる。
言い換えると、トルクセンサ41は、ピニオン軸24に設けた一対の磁歪部81,82と、磁歪部81,82の周囲に設けた一対の検出部83,83とからなる。
コイル85は、ピニオン軸24を包囲するように配置されることになる。カプラ86は、一対のコイル85,85の検出信号を外部へ取り出す端子部分である。
本発明では、ハウジング51(上部ハウジング54を含む。以下、同じ。)で弾性体63を介して自由端用軸受61を支持したことにより、自由端用軸受61は弾性体63が弾性的に変形可能な分だけ径方向に変位することができる。従って、このような自由端用軸受61で、回転軸24(ピニオン軸24)のうち磁歪部81,82の近傍を支持したことにより、回転軸24のうち磁歪部81,82の近傍の部分は、自由端用軸受61が変位可能な分だけ、径方向に変位することができる。しかも、自由端用軸受61で回転軸を支持するので、回転軸24を円滑に回転させつつ回転軸24を弾性的に支持でき、回転軸24の振動を減衰させることができる。
ここで、弾性体63を弾性的に変形させるのに必要な、径方向の力を「弾性反力」と言う。
このような曲がり変形を矯正する、ピニオン軸の製造方法について、図6に基づき説明する。
先ず、(a)のようにピニオン軸24に機械加工を施してピニオン31等を形成する。
次に、ピニオン軸24において、ピニオン31等の機械的強度を高めるために、浸炭処理や高周波焼入れ等の熱処理を施す。ピニオン軸24は熱処理の影響を受けて、多少曲がり変形が発生し得る。このときのピニオン軸24の中心線はCLbである。
次に、(b)のように、治具Jiにピニオン軸24の両端をセットし、軸直角方向から矯正荷重Fcを付加することによって、曲がり矯正処理を行う。このようにピニオン軸24の曲がり変形を矯正して、(c)に示すように曲がり変形が極力少ないピニオン軸24を得る。
次に、(d)のように、ピニオン軸24の所定位置にメッキ処理を施して磁歪膜81,82を設けて、作業を完了する。
なお、曲がり矯正処理は、メッキ処理の後に実施してもよい。
また、ピニオン軸24の中間部24dの支持については、第3軸受57を設けることなく、第2軸受56だけで支持する構成であってもよい。
また、軸受保持部材62の有無は任意であり、例えば、自由端用軸受61に弾性体63を直接に取り付けてもよい。
Claims (3)
- 回転軸の表面に且つ回転軸の軸長手方向に所定の間隔を有して設けられ、トルクに応じて磁歪特性が変化する2つの磁歪部と、
この2つの磁歪部の近傍に配置され、2つの磁歪部に生じた磁歪効果を検出するコイルとからなる、磁歪式トルクセンサであって、
前記回転軸は、前記2つの磁歪部の間の位置が軸受によって支持されていることを特徴とした磁歪式トルクセンサ。 - 前記回転軸の一端部は、径方向に支持されることのない、自由端であることを特徴とした請求項1記載の磁歪式トルクセンサ。
- 請求項1に記載の磁歪式トルクセンサは、ステアリングハンドルで発生したステアリング系の操舵トルクを検出するための操舵トルクセンサとして用いられ、前記操舵トルクに基づいて電動モータを駆動することにより操舵車輪の操舵を行う電動パワーステアリング装置に搭載されるものであり、
前記回転軸の一端部は、自在軸継手及びステアリングシャフトを介して前記ステアリングハンドルに連結される軸端部分であり、
前記回転軸の他端部は、ラックアンドピニオン機構を介して前記操舵車輪に連結される軸端部分であることを特徴とする磁歪式トルクセンサを搭載した電動パワーステアリング装置。
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