JP2013185923A - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】接着剤を用いずに磁石を回転軸とともに回転させることができる回転角度検出装置を提供する。
【解決手段】第1の回転軸110に設けられて第1の回転軸110とともに回転する金属製の回転部材21と、磁界を発生させるとともに回転部材21に支持される磁石22と、磁石22が発生させる磁界に応じた値を出力する相対角度センサ30と、を備え、回転部材21は、第1の回転軸110の外周を覆うとともに第1の回転軸110の軸方向に沿う切り欠き215が形成された第2の円筒状部212を有し、磁石22は、回転部材21の第2の円筒状部212の周囲に磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されることで回転部材21と一体的に成形されている。
【選択図】図1
【解決手段】第1の回転軸110に設けられて第1の回転軸110とともに回転する金属製の回転部材21と、磁界を発生させるとともに回転部材21に支持される磁石22と、磁石22が発生させる磁界に応じた値を出力する相対角度センサ30と、を備え、回転部材21は、第1の回転軸110の外周を覆うとともに第1の回転軸110の軸方向に沿う切り欠き215が形成された第2の円筒状部212を有し、磁石22は、回転部材21の第2の円筒状部212の周囲に磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されることで回転部材21と一体的に成形されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、回転角度検出装置および回転角度検出装置の製造方法に関する。
近年、回転角度検出装置として、互いに同軸的に配置された2つの回転軸の相対回転角度を検出する装置が知られている。
例えば、特許文献1に記載の装置は、電動パワーステアリング装置に適用され、入力軸と、出力軸との間のトルクを検出する装置である。入力軸と、出力軸とはトーションバーを介して連結されている。入力軸には、磁気発生部が設けられている。磁気発生部は、環状の磁性体で形成されたバックヨークに環状の磁石部が設けられた構成になっている。出力軸には、第1磁気ヨーク及び第2磁気ヨークで構成される磁気ヨーク部が設けられている。第1磁気ヨークの他端部同士は、第1磁気リングによって連結され、第2磁気ヨークの他端部同士は、第2磁気リングによって連結されている。第1磁気リングに対面して、ハウジングに第1集磁リングが設けられている。第2磁気リングに対面して、ハウジングに第2集磁リングが設けられている。第1集磁リングには第1集磁ヨークが設けられ、第2集磁リングには第2集磁ヨークが設けられている。第1集磁ヨークと第2集磁ヨークには、互いに対面するように二対の凸部が設けられている。各一対の凸部の間が、磁気ギャップに成って、磁気ギャップ内に磁気センサが配置されている。
そして、磁気発生部の環状の磁石部を、入力軸に圧入されたバックヨークに接着剤を用いて接着することが提案されている。
例えば、特許文献1に記載の装置は、電動パワーステアリング装置に適用され、入力軸と、出力軸との間のトルクを検出する装置である。入力軸と、出力軸とはトーションバーを介して連結されている。入力軸には、磁気発生部が設けられている。磁気発生部は、環状の磁性体で形成されたバックヨークに環状の磁石部が設けられた構成になっている。出力軸には、第1磁気ヨーク及び第2磁気ヨークで構成される磁気ヨーク部が設けられている。第1磁気ヨークの他端部同士は、第1磁気リングによって連結され、第2磁気ヨークの他端部同士は、第2磁気リングによって連結されている。第1磁気リングに対面して、ハウジングに第1集磁リングが設けられている。第2磁気リングに対面して、ハウジングに第2集磁リングが設けられている。第1集磁リングには第1集磁ヨークが設けられ、第2集磁リングには第2集磁ヨークが設けられている。第1集磁ヨークと第2集磁ヨークには、互いに対面するように二対の凸部が設けられている。各一対の凸部の間が、磁気ギャップに成って、磁気ギャップ内に磁気センサが配置されている。
そして、磁気発生部の環状の磁石部を、入力軸に圧入されたバックヨークに接着剤を用いて接着することが提案されている。
磁気発生部を構成する、磁石部(着磁された磁性体)とバックヨークとの接着剤が剥離した場合、磁石部が2つの回転軸の内の一の回転軸(例えば入力軸)とともに回転せず、2つの回転軸の相対回転角度を検出することができないおそれがある。
また、接着剤を用いて接着する場合、製造工程において接着剤がはみ出さないようにしたり、接着面を洗浄する工程や乾燥する工程が必要になったりすることにより、製造コストが高くなってしまう。
本発明は、接着剤を用いずに磁石を回転軸とともに回転させることができる回転角度検出装置を提案することを目的とする。
また、接着剤を用いて接着する場合、製造工程において接着剤がはみ出さないようにしたり、接着面を洗浄する工程や乾燥する工程が必要になったりすることにより、製造コストが高くなってしまう。
本発明は、接着剤を用いずに磁石を回転軸とともに回転させることができる回転角度検出装置を提案することを目的とする。
かかる目的のもと、本発明は、回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、前記回転軸に設けられて当該回転軸とともに回転する金属製の回転部材と、磁界を発生させるとともに前記回転部材に支持される被支持部材と、前記被支持部材が発生させる前記磁界に応じた値を出力するセンサと、を備え、前記回転部材は、前記回転軸の外周を覆うとともに当該回転軸の軸方向に沿う切り欠きが形成された円筒状の部位を有し、前記被支持部材は、前記回転部材の前記円筒状の部位の周囲に磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されることで当該回転部材と一体的に成形されていることを特徴とする回転角度検出装置である。
ここで、前記被支持部材は、前記回転部材の前記円筒状の部位に形成された前記切り欠きの内部に入り込んでいるとよい。
また、前記被支持部材は、前記回転軸の外周面に沿う薄肉円筒状の第1の円筒状部と、当該回転軸の軸方向を中心線方向とするとともに当該第1の円筒状部の内径よりも大きな内径の薄肉円筒状の第2の円筒状部とを有し、前記被支持部材の前記切り欠きは、前記第2の円筒状部に形成され、前記磁石は、当該第2の円筒状部の周囲に形成されるとよい。
また、前記被支持部材は、前記回転軸の外周面に沿う薄肉円筒状の第1の円筒状部と、当該回転軸の軸方向を中心線方向とするとともに当該第1の円筒状部の内径よりも大きな内径の薄肉円筒状の第2の円筒状部とを有し、前記被支持部材の前記切り欠きは、前記第2の円筒状部に形成され、前記磁石は、当該第2の円筒状部の周囲に形成されるとよい。
他の観点から捉えると、本発明は、円筒状の部位を有し、当該円筒状の部位の中心線方向に沿う切り欠きが形成された円筒状部材を製造する工程と、前記円筒状部材の前記円筒状の部位の周囲に磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形することで当該円筒状部材と一体的に当該円筒状部材に支持される被支持部材を成形する工程と、一体的に成形された前記円筒状部材と前記被支持部材とを回転軸の外周に装着する工程と、前記被支持部材が発生させる磁界に応じた値を出力するセンサを当該円筒状部材と対向するように装着する工程と、を含むことを特徴とする回転角度検出装置の製造方法である。
本発明によれば、接着剤を用いずに磁石を回転軸とともに回転させることができる。これにより、接着剤が剥離して回転軸とともに回転しなくなることを防止できる。また、接着剤を用いる構成と比べて製造コストを低減することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、実施の形態に係るトルク検出システム10を適用した電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)の断面図である。図2は、実施の形態に係るトルク検出システム10の斜視図である。なお、図2においては、構成を分かり易くするために後述するベース50およびフラットケーブルカバー60の一部、後述するハーネスコンプ300を省略して示している。
図1は、実施の形態に係るトルク検出システム10を適用した電動パワーステアリング装置100(以下、単に「ステアリング装置100」と称する場合もある。)の断面図である。図2は、実施の形態に係るトルク検出システム10の斜視図である。なお、図2においては、構成を分かり易くするために後述するベース50およびフラットケーブルカバー60の一部、後述するハーネスコンプ300を省略して示している。
ステアリング装置100は、同軸的に回転する第1の回転軸110と第2の回転軸120とを備えている。第1の回転軸110は、例えばステアリングホイールが連結される回転軸であり、第2の回転軸120は、トーションバー130を介して第1の回転軸110に同軸的に結合されている。そして、第2の回転軸120に形成されたピニオン121が、車輪に連結されるラック軸(不図示)のラック(不図示)と噛み合っており、第2の回転軸120の回転運動がピニオン121,ラックを介してラック軸の直線運動に変換され、車輪が操舵される。
また、ステアリング装置100は、第1の回転軸110および第2の回転軸120を回転可能に支持するハウジング140を備えている。ハウジング140は、例えば自動車などの乗り物の本体フレーム(以下、「車体」と称する場合もある。)に固定される部材であり、第1ハウジング150、第2ハウジング160および第3ハウジング170から構成される。第2の回転軸120は、軸受け151を介して第1ハウジング150に回転可能に支持され、第1の回転軸110は、軸受け171を介して第3ハウジング170に回転可能に支持されている。
第1ハウジング150は、第2の回転軸120を回転可能に支持する軸受け151を、第2の回転軸120の回転軸方向(以下、単に「軸方向」と称する場合もある。)の一方の端部側(図1においては下側)に有し、軸方向の他方の端部側(図1においては上側)が開口した部材である。第1ハウジング150には、後述する電動モータ190が装着される。また、第1ハウジング150は、後述するウォームホイール180を収納する。
第2ハウジング160は、軸方向の両端部が開口した部材であり、その軸方向の一方の端部側の開口部が第1ハウジング150における軸方向の他方の端部側の開口部と対向するように配置される。そして、第2ハウジング160は、例えばボルトなどにより第1ハウジング150に固定される。第2ハウジング160の側面には、内外を連通する連通孔161が形成されている。連通孔161は、後述するハーネスコンプ300のグロメット320が嵌合される略楕円柱状の内側連通孔161a(図16参照)と、ハーネスコンプ300のソケット330が嵌合される略楕円柱状の外側連通孔161b(図16参照)と、を含んで構成されている。外側連通孔161bは、内側連通孔161aに対して、楕円の短辺方向は同じであるが長辺方向には大きく形成されている。また、第2ハウジング160には、連通孔161における楕円柱の柱方向(連通孔方向)の途中に、連通孔161の外側連通孔161bを形成する面から凹んだ凹部162(図16参照)が楕円における長辺方向の両側に形成されている。凹部162は、半月柱状であり、柱方向に垂直な面である2つの垂直面162aを有する。また、第2ハウジング160には、後述するトルク検出システム10のブラケット90を締結部材(例えば、ボルト、ビスなど)で取り付けるためのボス165が複数(本実施の形態においては3つ)設けられている。
第3ハウジング170は、第1の回転軸110を回転可能に支持する軸受け171を、軸方向の他方の端部側(図1においては上側)に有し、軸方向の一方の端部側(図1においては下側)が開口した部材である。そして、軸方向の一方の端部側の開口部が第2ハウジング160における軸方向の他方の端部側の開口部と対向するように配置されるとともに、例えばボルトなどにより第2ハウジング160に固定される。
また、ステアリング装置100は、第2ハウジング160に装着された電動モータ190と、第2の回転軸120に固定されたウォームホイール180と、を備えている。電動モータ190の出力軸に連結されたウォームギヤ191とウォームホイール180とは噛み合っており、電動モータ190の回転力がウォームホイール180により減速されて第2の回転軸120に伝達される。電動モータ190は、3相ブラシレスモータであることを例示することができる。
また、ステアリング装置100は、第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に基づいて、言い換えればトーションバー130の捩れ量に基づいてステアリングホイールの操舵トルクTを検出するトルク検出システム10が設けられている。このトルク検出システム10については後で詳述する。また、ステアリング装置100は、このトルク検出システム10からの出力値に基づいて電動モータ190の駆動を制御する電子制御ユニット(ECU)200を備えている。
ECU200は、各種演算処理を行うCPUと、CPUにて実行されるプログラムや各種データ等が記憶されたROMと、CPUの作業用メモリ等として用いられるRAMと、を用いて、検出装置10からの出力値を基に第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度を演算する相対角度演算部210を備えている。
以上のように構成されたステアリング装置100においては、ステアリングホイールに加えられた操舵トルクが第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度として現れることに鑑み、第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に基づいて操舵トルクを把握する。つまり、第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度をトルク検出システム10にて検出し、トルク検出システム10からの出力値に基づいてECU200が操舵トルクを把握し、把握した操舵トルクに基づいて電動モータ190の駆動を制御する。そして、電動モータ190の発生トルクをウォームギヤ191、ウォームホイール180を介して第2の回転軸120に伝達する。これにより、電動モータ190の発生トルクが、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力をアシストする。つまり、第2の回転軸120は、ステアリングホイールの回転によって発生する操舵トルクと電動モータ190から付与される補助トルクとで回転する。
以下に、トルク検出システム10について詳述する。
トルク検出システム10は、第1の回転軸110に固定されて、第1の回転軸110とともに回転する回転部材21と、磁界を発生させるとともに回転部材21に支持される被支持部材の一例としての磁石22と、を備えている。また、トルク検出システム10は、磁石22から発生される磁界に基づいて第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に応じた電気信号を出力する相対角度検出装置ユニット20(以下、単に「検出装置ユニット20」と称する場合もある。)と、検出装置ユニット20の出力値をECU200に伝送するハーネスコンプ300と、を備えている。
トルク検出システム10は、第1の回転軸110に固定されて、第1の回転軸110とともに回転する回転部材21と、磁界を発生させるとともに回転部材21に支持される被支持部材の一例としての磁石22と、を備えている。また、トルク検出システム10は、磁石22から発生される磁界に基づいて第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に応じた電気信号を出力する相対角度検出装置ユニット20(以下、単に「検出装置ユニット20」と称する場合もある。)と、検出装置ユニット20の出力値をECU200に伝送するハーネスコンプ300と、を備えている。
回転部材21は、第1の回転軸110の外周面に沿う薄肉円筒状の第1の円筒状部211と、第1の回転軸110の軸方向を中心線方向とするとともに第1の円筒状部211の内径よりも大きな内径の薄肉円筒状の第2の円筒状部212とを備えている。その他の形状については後で詳細に説明する。
回転部材21は、板金を絞り加工にて成形した物であることを例示することができる。また、回転部材21を第1の回転軸110に固定する方法としては、回転部材21の第1の円筒状部211を第1の回転軸110の外周面に圧入する方法、第1の回転軸110の外周面に凹部を設けるとともに、この凹部の形状に第1の円筒状部211が沿うように塑性変形させる(かしめる)ことで固定する方法を例示することができる。
回転部材21は、板金を絞り加工にて成形した物であることを例示することができる。また、回転部材21を第1の回転軸110に固定する方法としては、回転部材21の第1の円筒状部211を第1の回転軸110の外周面に圧入する方法、第1の回転軸110の外周面に凹部を設けるとともに、この凹部の形状に第1の円筒状部211が沿うように塑性変形させる(かしめる)ことで固定する方法を例示することができる。
磁石22は、第1の回転軸110の円周方向にN極とS極とが交互に配置されるとともに円周方向に着磁されている。この磁石22は、円筒状の部材である。磁石22は、後述するように回転部材21に支持され、この回転部材21を介して第1の回転軸110に装着される。これにより、磁石22は、第1の回転軸110とともに回転する。磁石22の極数としては、N極およびS極がそれぞれ12個ある24であることを例示することができる。
検出装置ユニット20は、第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に応じた電気信号を出力する検出装置25と、検出装置25を支持するとともにハウジング140に取り付けるための取付部92が設けられたブラケット90と、を備えている。
先ずは検出装置25について説明する。
検出装置25は、磁石22から発生される磁界に基づいて第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に応じた電気信号を出力する相対角度センサ30と、この相対角度センサ30を実装するプリント基板40と、を備えている。また、検出装置25は、第2の回転軸120に取り付けられるとともにプリント基板40を支持するベース50と、後述するフラットケーブル70を収納するフラットケーブルカバー60と、を備えている。また、検出装置25は、一方の端部がプリント基板40に設けられた端子に接続されるとともに、他方の端部がフラットケーブルカバー60に固定された端子に接続されるフラットケーブル70と、を備えている。
検出装置25は、磁石22から発生される磁界に基づいて第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に応じた電気信号を出力する相対角度センサ30と、この相対角度センサ30を実装するプリント基板40と、を備えている。また、検出装置25は、第2の回転軸120に取り付けられるとともにプリント基板40を支持するベース50と、後述するフラットケーブル70を収納するフラットケーブルカバー60と、を備えている。また、検出装置25は、一方の端部がプリント基板40に設けられた端子に接続されるとともに、他方の端部がフラットケーブルカバー60に固定された端子に接続されるフラットケーブル70と、を備えている。
相対角度センサ30は、第1の回転軸110の回転半径方向には磁石22の外周面の外側であり、第1の回転軸110の軸方向には磁石22が設けられた領域内となるように配置されている。本実施の形態に係る相対角度センサ30は、磁界によって抵抗値が変化することを利用した磁気センサであるMRセンサ(磁気抵抗素子)である。そして、この相対角度センサ30が、磁石22から発生される磁界に基づいて第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度に応じた電気信号を出力することで、同軸的に配置された2つの回転軸の相対回転角度を検出する。この相対角度センサ30および相対回転角度の検出手法については後で詳述する。
プリント基板40は、第1の回転軸110の回転半径方向には磁石22の外周面の外側に配置されるように、例えばボルトなどによりベース50に固定される。
ベース50は、円筒状の部位と円盤状の部位とを有する部材であり、円筒状の部位が第2の回転軸120に嵌合されることで、この第2の回転軸120と共に回転する。円盤状の部位は、相対角度センサ30を実装したプリント基板40を支持する。
ベース50は、円筒状の部位と円盤状の部位とを有する部材であり、円筒状の部位が第2の回転軸120に嵌合されることで、この第2の回転軸120と共に回転する。円盤状の部位は、相対角度センサ30を実装したプリント基板40を支持する。
フラットケーブルカバー60は、薄肉円筒状であって段階的に外径が異なる円筒状部61と、円筒状部61における軸方向の中間部位から中心側に向かう円盤状の中間部62と、を備えている。円筒状部61は、中間部62を境にして外径が異なっている。そして、円筒状部61、中間部62およびベース50にて形成された空間にフラットケーブル70が収納される。
中間部62は、軸方向の一方の端部側(図3においては下側)の面から、軸方向の一方の端部方向(図3においては下方向)に突出し、ブラケット90をこのフラットケーブルカバー60に締結するための締結部材(例えば、ボルト、ビス)が締め付けられるボス63を複数有している。本実施の形態においては5つのボス63が設けられている。また、中間部62には、第2の回転軸120およびこの第2の回転軸120に嵌合されたベース50の円筒状の部位を通す貫通孔62aが形成されている。
また、フラットケーブルカバー60は、円筒状部61の内側に、ハーネスコンプ300の後述する第1のコネクタ350が接続される接続端子65を有している。
中間部62は、軸方向の一方の端部側(図3においては下側)の面から、軸方向の一方の端部方向(図3においては下方向)に突出し、ブラケット90をこのフラットケーブルカバー60に締結するための締結部材(例えば、ボルト、ビス)が締め付けられるボス63を複数有している。本実施の形態においては5つのボス63が設けられている。また、中間部62には、第2の回転軸120およびこの第2の回転軸120に嵌合されたベース50の円筒状の部位を通す貫通孔62aが形成されている。
また、フラットケーブルカバー60は、円筒状部61の内側に、ハーネスコンプ300の後述する第1のコネクタ350が接続される接続端子65を有している。
フラットケーブル70は、一方の端部がプリント基板40の端子41に接続されるとともに他方の端部がフラットケーブルカバー60の接続端子65に接続されて、フラットケーブルカバー60の円筒状部61、中間部62およびベース50にて形成された空間内に、渦状に巻かれた状態で収納される。そして、フラットケーブル70は、軸方向の他方の端部側から見た場合に、図2に示すように、右方向に巻かれており、ステアリングホイール、言い換えれば第1の回転軸110および第2の回転軸120が右方向に回転された場合には、一方の端部が第2の回転軸120の回転に従って右方向に回転するので、ステアリングホイールが回転されていない中立状態よりも巻き数が増加する。他方、ステアリングホイールが左方向に回転された場合には、ステアリングホイールが回転されていない中立状態よりも巻き数が減少する。
次にブラケット90について説明する。
図3は、ブラケット90の概略構成図である。(a)は平面図であり、(b)は(a)のIIIb−IIIb部の断面図である。
ブラケット90は、板金がプレス加工されることにより成形された部材であり、検出装置25のフラットケーブルカバー60の円筒状部61の軸方向の一方の端部側(図2においては下側)の開口部を覆う平板状の覆い部91と、ハウジング140に取り付けるための複数(本実施の形態においては3つ)の取付部92と、を有している。また、ブラケット90には、第2の回転軸120およびこの第2の回転軸120に嵌合されたベース50の円筒状の部位を通す孔である軸用孔93が形成されている。
図3は、ブラケット90の概略構成図である。(a)は平面図であり、(b)は(a)のIIIb−IIIb部の断面図である。
ブラケット90は、板金がプレス加工されることにより成形された部材であり、検出装置25のフラットケーブルカバー60の円筒状部61の軸方向の一方の端部側(図2においては下側)の開口部を覆う平板状の覆い部91と、ハウジング140に取り付けるための複数(本実施の形態においては3つ)の取付部92と、を有している。また、ブラケット90には、第2の回転軸120およびこの第2の回転軸120に嵌合されたベース50の円筒状の部位を通す孔である軸用孔93が形成されている。
覆い部91には、フラットケーブルカバー60の中間部62のボス63に対応する位置に、このブラケット90をフラットケーブルカバー60に締結するための締結部材(例えば、ボルト、ビス)95を通す孔であるカバー用孔91aが形成されている。
取付部92は、それぞれ、覆い部91の面に対して略垂直に軸方向の他方の端部側(図3においては上側)に延びる垂直部92aと、垂直部92aにおける軸方向の端部から覆い部91の面に水平に(軸方向に直交する方向に)外側に延びる水平部92bと、を有している。水平部92bには、このブラケット90を、ハウジング140の第2ハウジング160のボス165に締結するための締結部材(例えば、ボルト、ビス)96を通す孔であるハウジング用孔92cが形成されている。
このように構成されたブラケット90により、検出装置25は、ハウジング140の第2ハウジング160に取り付けられる。
取付部92は、それぞれ、覆い部91の面に対して略垂直に軸方向の他方の端部側(図3においては上側)に延びる垂直部92aと、垂直部92aにおける軸方向の端部から覆い部91の面に水平に(軸方向に直交する方向に)外側に延びる水平部92bと、を有している。水平部92bには、このブラケット90を、ハウジング140の第2ハウジング160のボス165に締結するための締結部材(例えば、ボルト、ビス)96を通す孔であるハウジング用孔92cが形成されている。
このように構成されたブラケット90により、検出装置25は、ハウジング140の第2ハウジング160に取り付けられる。
ハーネスコンプ300は、相対角度センサ30からの出力信号をECU200に伝送する機能を有する。このハーネスコンプ300については後で詳述する。
以下に、本実施の形態に係る相対角度センサ30について説明する。
本実施の形態に係る相対角度センサ30は、磁場(磁界)によって抵抗値が変化することを利用したMRセンサ(磁気抵抗素子)である。
本実施の形態に係る相対角度センサ30は、磁場(磁界)によって抵抗値が変化することを利用したMRセンサ(磁気抵抗素子)である。
先ず、MRセンサの動作原理について説明する。
MRセンサは、Si若しくはガラス基板と、その上に形成されたNi−Feなどの強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成されており、その薄膜強磁性金属の抵抗値は、特定方向の磁界の強度に応じて抵抗値が変化する。
MRセンサは、Si若しくはガラス基板と、その上に形成されたNi−Feなどの強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成されており、その薄膜強磁性金属の抵抗値は、特定方向の磁界の強度に応じて抵抗値が変化する。
図4は、薄膜強磁性金属に流す電流の方向と印加する磁界の方向とを示す図である。図5は、図4の状態で、磁界強度を変化させた場合の、磁界強度と薄膜強磁性金属の抵抗値との関係を示す図である。
図4に示すように、基板の上に矩形状に形成した薄膜強磁性金属に、矩形の長手方向、つまり図中Y方向に電流を流す。一方、磁界Hを、電流方向(Y方向)に対して垂直方向(図中X方向)に印加し、その状態で、磁界の強さを変更する。このときに、薄膜強磁性金属の抵抗値がどのように変化するかを示したのが図5である。
図4に示すように、基板の上に矩形状に形成した薄膜強磁性金属に、矩形の長手方向、つまり図中Y方向に電流を流す。一方、磁界Hを、電流方向(Y方向)に対して垂直方向(図中X方向)に印加し、その状態で、磁界の強さを変更する。このときに、薄膜強磁性金属の抵抗値がどのように変化するかを示したのが図5である。
図5に示すように、磁界の強さを変化させたとしても、無磁界(磁界強度ゼロ)時からの抵抗値変化は最大で約3%となる。
以下では、抵抗値変化量(ΔR)が、近似的に「ΔR∝H2」の式で表すことができる領域外を「飽和感度領域」と称す。そして、飽和感度領域においては、ある磁界強度(以下、「規定磁界強度」と称す。)以上になると3%の抵抗値変化は変わらない。
以下では、抵抗値変化量(ΔR)が、近似的に「ΔR∝H2」の式で表すことができる領域外を「飽和感度領域」と称す。そして、飽和感度領域においては、ある磁界強度(以下、「規定磁界強度」と称す。)以上になると3%の抵抗値変化は変わらない。
図6は、薄膜強磁性金属に流す電流の方向と印加する磁界の方向とを示す図である。図7は、磁界の向きと薄膜強磁性金属の抵抗値との関係を示す図である。
図6のように、矩形状に形成した薄膜強磁性金属の矩形の長手方向、つまり図中Y方向に電流を流し、磁界の方向として電流方向に対して角度変化θを与える。このとき、磁界の向きに起因する薄膜強磁性金属の抵抗値の変化を知るために、印加する磁界強度は、磁界強度に起因しては抵抗値が変化しない上述した規定磁界強度以上とする。
図6のように、矩形状に形成した薄膜強磁性金属の矩形の長手方向、つまり図中Y方向に電流を流し、磁界の方向として電流方向に対して角度変化θを与える。このとき、磁界の向きに起因する薄膜強磁性金属の抵抗値の変化を知るために、印加する磁界強度は、磁界強度に起因しては抵抗値が変化しない上述した規定磁界強度以上とする。
図7(a)に示すように、抵抗変化量は、電流方向と磁界の方向が垂直(θ=90度、270度)の時に最大となり、電流方向と磁界の方向が平行(θ=0度、180度)の時に最小となる。かかる場合の抵抗値の最大の変化量をΔRとすると、薄膜強磁性金属の抵抗値Rは、電流方向と磁界方向の角度成分として変化し、式(1)のように示され、図7(b)に示すようになる。
R=R0−ΔRsin2θ・・・(1)
ここで、R0は、規定磁界強度以上の磁界を電流方向と平行(θ=0度あるいは180度)に印加した場合の抵抗値である。
式(1)により、規定磁界強度以上の磁界の方向は、薄膜強磁性金属の抵抗値を把握することで検出することができる。
R=R0−ΔRsin2θ・・・(1)
ここで、R0は、規定磁界強度以上の磁界を電流方向と平行(θ=0度あるいは180度)に印加した場合の抵抗値である。
式(1)により、規定磁界強度以上の磁界の方向は、薄膜強磁性金属の抵抗値を把握することで検出することができる。
次に、MRセンサの検出原理について説明する。
図8(a)は、規定磁界強度以上の磁界強度で磁界の方向を検出する原理を利用するMRセンサの一例を示す図である。図8(b)は、図8(a)に示すMRセンサの構成を等価回路で示した図である。
図8(a)に示すMRセンサの薄膜強磁性金属は、縦方向が長くなるように形成された第1のエレメントE1と横方向が長くなるように形成された第2のエレメントE2とが直列に配置されている。
図8(a)は、規定磁界強度以上の磁界強度で磁界の方向を検出する原理を利用するMRセンサの一例を示す図である。図8(b)は、図8(a)に示すMRセンサの構成を等価回路で示した図である。
図8(a)に示すMRセンサの薄膜強磁性金属は、縦方向が長くなるように形成された第1のエレメントE1と横方向が長くなるように形成された第2のエレメントE2とが直列に配置されている。
かかる形状の薄膜強磁性金属においては、第1のエレメントE1に対して最も大きな抵抗値変化を促す垂直方向の磁界は、第2のエレメントE2に対し最小の抵抗値変化の磁界方向となる。そして、第1のエレメントE1の抵抗値R1は式(2)、第2のエレメントE2の抵抗値R2は式(3)で与えられる。
R1=R0−ΔRsin2θ・・・(2)
R2=R0−ΔRcos2θ・・・(3)
R1=R0−ΔRsin2θ・・・(2)
R2=R0−ΔRcos2θ・・・(3)
図8(a)に示すようなエレメント構成のMRセンサの等価回路は図8(b)に示すようになる。
図8に示すように、第1のエレメントE1の、第2のエレメントE2と接続されていない方の端部をグランド(Gnd)とし、第2のエレメントE2の、第1のエレメントE1と接続されていない方の端部の出力電圧をVccとした場合に、第1のエレメントE1と第2のエレメントE2との接続部の出力電圧Voutは式(4)で与えられる。
Vout=(R1/(R1+R2))×Vcc…(4)
図8に示すように、第1のエレメントE1の、第2のエレメントE2と接続されていない方の端部をグランド(Gnd)とし、第2のエレメントE2の、第1のエレメントE1と接続されていない方の端部の出力電圧をVccとした場合に、第1のエレメントE1と第2のエレメントE2との接続部の出力電圧Voutは式(4)で与えられる。
Vout=(R1/(R1+R2))×Vcc…(4)
式(4)に、式(2)、(3)を代入し整理すると、式(5)の通りとなる。
Vout=Vcc/2+α×cos2θ…(5)
ここで、αは、α=(ΔR/(2(2×R0−ΔR)))×Vccである。
式(5)により、磁界の方向は、Voutを検出することで把握することができる。
Vout=Vcc/2+α×cos2θ…(5)
ここで、αは、α=(ΔR/(2(2×R0−ΔR)))×Vccである。
式(5)により、磁界の方向は、Voutを検出することで把握することができる。
図9は、磁石が直線運動するときの磁界方向の変化とMRセンサの出力との関係を示す図である。
図9(a)に示すように、N極とS極が交互に配列された磁石に対して、図8に示したMRセンサを、規定磁界強度以上の磁界強度が印加されるギャップ(磁石とMRセンサとの距離)Lで、かつ磁界の方向変化がMRセンサのセンサ面に寄与するように配置する。
図9(a)に示すように、N極とS極が交互に配列された磁石に対して、図8に示したMRセンサを、規定磁界強度以上の磁界強度が印加されるギャップ(磁石とMRセンサとの距離)Lで、かつ磁界の方向変化がMRセンサのセンサ面に寄与するように配置する。
そして、磁石を、図9(c)に示した、N極中心からS極中心までの距離(以下、「着磁ピッチ」と称する場合もある。)λ分、図9(a)に示すように左方向に移動させる。かかる場合、MRセンサには、磁石の位置に応じて図9(c)に示した矢印の向きの磁界が印加されることとなり、磁石が着磁ピッチλを移動したとき、センサ面では磁界の方向が1/2回転する。ゆえに、第1のエレメントE1と第2のエレメントE2との接続部の出力電圧Voutの波形は、式(5)に示した「Vout=Vcc/2+α×cos2θ」より、図9(d)に示すように1周期の波形となる。
図10は、MRセンサの他の例を示す図である。
図8に示したエレメント構成の代わりに図10(a)に示すようなエレメント構成にすれば、図10(b)に示すように、一般的に知られているホイートストン・ブリッジ(フルブリッジ)の構成にすることができる。ゆえに、図10(a)に示すエレメント構成のMRセンサを用いることにより検出精度を高めることが可能となる。
図8に示したエレメント構成の代わりに図10(a)に示すようなエレメント構成にすれば、図10(b)に示すように、一般的に知られているホイートストン・ブリッジ(フルブリッジ)の構成にすることができる。ゆえに、図10(a)に示すエレメント構成のMRセンサを用いることにより検出精度を高めることが可能となる。
磁石の運動の方向を検出する手法について説明する。
図7に示した磁界の向きと薄膜強磁性金属の抵抗値との関係および式(1)「R=R0−ΔRsin2θ」からすると、図6で見た場合に、磁界の向きを電流の方向に対して時計回転方向に回転させても反時計回転方向に回転させても薄膜強磁性金属の抵抗値は同じである。ゆえに、薄膜強磁性金属の抵抗値を把握できても磁石の運動の方向は把握できない。
図7に示した磁界の向きと薄膜強磁性金属の抵抗値との関係および式(1)「R=R0−ΔRsin2θ」からすると、図6で見た場合に、磁界の向きを電流の方向に対して時計回転方向に回転させても反時計回転方向に回転させても薄膜強磁性金属の抵抗値は同じである。ゆえに、薄膜強磁性金属の抵抗値を把握できても磁石の運動の方向は把握できない。
図11は、磁石の運動方向を検知するのに用いる出力の組み合わせの一例を示す図である。図11のように1/4周期の位相差を持った2つの出力を組み合わせることで磁石の運動方向の検知が可能となる。これらの出力を得る為には、図9で示す(i)と(ii)又は(i)と(iv)の位相関係となるように、二つのMRセンサを配置すればよい。
図12は、MRセンサの配置の例を示す図である。図12に示すように2つのMRセンサを重ね、一方のセンサを他方のセンサに対して45度傾けて配置することも好適である。
図12は、MRセンサの配置の例を示す図である。図12に示すように2つのMRセンサを重ね、一方のセンサを他方のセンサに対して45度傾けて配置することも好適である。
図13は、MRセンサの他の例を示す図である。図13(a)に示すように、2組のフルブリッジ構成のエレメントを互いに45度傾けて一つの基板上に形成し、図13(b)に示すような等価回路となるエレメント構成にすることも好適である。これにより、一つのMRセンサで、図13(c)に示すように、正確な正弦波、余弦波の出力が可能となる。それゆえ、図13に示すエレメント構成のMRセンサの出力値により、MRセンサに対する磁石の運動方向及び運動量を把握することができる。
上述したMRセンサの特性に鑑み、本実施の形態に係る検出装置25においては、相対角度センサ30として、図13に示すエレメント構成のMRセンサを用いる。相対角度センサ30は、上述したように、磁石22の外周面に対して垂直に配置され、第2の回転軸120の軸方向の位置は、磁石22の領域内である。それゆえ、かかる場合には、第1の回転軸110と共に回転する磁石22の磁場により、相対角度センサ30では、磁石22の位置に応じて、図9(c)に示すような磁場方向の変化となる。
その結果、磁石22が着磁ピッチλを移動(回転)したとき、相対角度センサ30の感磁面では磁場の方向が1/2回転すると共に、相対角度センサ30からの出力値VoutA,VoutBは、それぞれ図13(c)に示すような1/4周期の位相差となる余弦曲線(余弦波)および正弦曲線(正弦波)となる。
すなわち、運転者がステアリングホイールを回転すると、これに伴って第1の回転軸110が回転し、トーションバー130が捩れる。そして、第2の回転軸120が第1の回転軸110より少し遅れて回転する。この遅れは、トーションバー130に連結された第1の回転軸110と第2の回転軸120との回転角度の差となって現れる。検出装置25は、この回転角度の差に応じた、1/4周期の位相差の、余弦曲線および正弦曲線となるVoutA,VoutBを出力する。
なお、相対角度センサ30の感磁面とは、相対角度センサ30において磁場を検出することができる面のことである。
すなわち、運転者がステアリングホイールを回転すると、これに伴って第1の回転軸110が回転し、トーションバー130が捩れる。そして、第2の回転軸120が第1の回転軸110より少し遅れて回転する。この遅れは、トーションバー130に連結された第1の回転軸110と第2の回転軸120との回転角度の差となって現れる。検出装置25は、この回転角度の差に応じた、1/4周期の位相差の、余弦曲線および正弦曲線となるVoutA,VoutBを出力する。
なお、相対角度センサ30の感磁面とは、相対角度センサ30において磁場を検出することができる面のことである。
ECU200の相対角度演算部210は、相対角度センサ30の出力値VoutAおよびVoutBを基に、第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度θtを以下の式(6)を用いて演算する。
θt=arctan(VoutB/VoutA)…(6)
このようにして、相対角度演算部210は、相対角度センサ30からの出力値に基づいて第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度及び捩れ方向、つまりはステアリングホイールに加わるトルクの大きさ及び向きを把握することが可能となる。
θt=arctan(VoutB/VoutA)…(6)
このようにして、相対角度演算部210は、相対角度センサ30からの出力値に基づいて第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度及び捩れ方向、つまりはステアリングホイールに加わるトルクの大きさ及び向きを把握することが可能となる。
また、上述のように構成された検出装置25を組み付ける際には、検出装置25とブラケット90とをユニット化して検出装置ユニット20を構成しておく。つまり、フラットケーブルカバー60と、プリント基板40を取り付けたベース50と、フラットケーブルカバー60とプリント基板40とに接続されてフラットケーブルカバー60とベース50との間に収容するフラットケーブル70と、ブラケット90と、を予めユニット化しておく。その際、ブラケット90と検出装置25のフラットケーブルカバー60とを締結部材95を用いて締結する。そして、検出装置ユニット20のブラケット90を、締結部材96を用いてハウジング140の第2ハウジング160のボス165に締結する。その際、検出装置25のベース50を第2の回転軸120に嵌合する。
このように、検出装置ユニット20を、予めユニット化が可能な構造とすることで組み付け性を向上させている。また、ブラケット90を、検出装置25のフラットケーブルカバー60における軸方向の一方の端部側に取り付けるとともに第2の回転軸120を通すための軸用孔93が形成されているので、ベース50を第2の回転軸120に嵌合しつつ、ブラケット90を第2ハウジング160のボス165に締結することを容易に行うことが可能になっている。
次に、ハーネスコンプ300について説明する。
図14は、本実施の形態に係るハーネスコンプ300の外観図である。
ハーネスコンプ300は、複数の電線310と、これら複数の電線310を保持するグロメット320と、グロメット320の移動を抑制するソケット330と、を備えている。また、ハーネスコンプ300は、複数の電線310の一方の端部に連結される第1のコネクタ350と、複数の電線310の他方の端部に連結される第2のコネクタ360と、を備えている。また、ハーネスコンプ300は、グロメット320と第1のコネクタ350との間において複数の電線310を束ねる第1のカバー370と、グロメット320と第2のコネクタ360との間において複数の電線310を束ねる第2のカバー380と、を備えている。
図14は、本実施の形態に係るハーネスコンプ300の外観図である。
ハーネスコンプ300は、複数の電線310と、これら複数の電線310を保持するグロメット320と、グロメット320の移動を抑制するソケット330と、を備えている。また、ハーネスコンプ300は、複数の電線310の一方の端部に連結される第1のコネクタ350と、複数の電線310の他方の端部に連結される第2のコネクタ360と、を備えている。また、ハーネスコンプ300は、グロメット320と第1のコネクタ350との間において複数の電線310を束ねる第1のカバー370と、グロメット320と第2のコネクタ360との間において複数の電線310を束ねる第2のカバー380と、を備えている。
そして、本実施の形態に係るハーネスコンプ300においては、4本の電線310を有しており、これら4本の電線310の一方の端部が、第1のコネクタ350などを介してプリント基板40に、4本の電線310の他方の端部が、第2のコネクタ360などを介してECU200に接続されている。そして、4本の電線310が、ECU200から相対角度センサ30への電源供給や、相対角度センサ30からECU200への出力値の伝送に用いられる。
電線310は、線状に引き伸ばされた金属などの導体が絶縁体で覆われたものであり、電気を伝導する。本実施の形態に係るハーネスコンプ300においては、4本の電線310を有しており、これら4本の電線310の一方の端部が第1のコネクタ350に接続され、他方の端部が第2のコネクタ360に接続されるとともに、絶縁体の第1のカバー370および第2のカバー380にて束ねられている。
図15は、グロメット320およびソケット330の概略構成図である。(a)は、第2のコネクタ360側から見た斜視図であり、(b)は、第1のコネクタ350側から見た斜視図である。(c)は、(a)におけるA−A断面図である。
図16(a)は、第2ハウジング160の概略構成図である。図16(b)は、(a)におけるB−B断面図である。図16(c)は、ハーネスコンプ300が第2ハウジング160に装着された状態を示す図である。
図16(a)は、第2ハウジング160の概略構成図である。図16(b)は、(a)におけるB−B断面図である。図16(c)は、ハーネスコンプ300が第2ハウジング160に装着された状態を示す図である。
グロメット320は、略楕円柱状の楕円柱部321と、円筒状の円筒部322とを備えている。そして、楕円柱部321には、電線310を通すために柱方向に形成された電線孔323が電線310の数と同数(本実施の形態においては4つ)形成されている。また、楕円柱部321の外周面には、周方向の全周に亘って外周面から外側に突出する突起324が、柱方向(電線孔323の孔方向(以下、「電線孔方向」と称する場合もある。))に複数(本実施の形態においては3つ)設けられている。突起324の最外周部の大きさは第2ハウジング160の連通孔161の内側連通孔161aの大きさよりも大きい。楕円柱部321の外周面は、第2ハウジング160の連通孔161の内側連通孔161aを形成する周囲の壁163の内周面の大きさと同じかやや小さく、第2ハウジング160に嵌合された状態では、その外周面から外側に突出する突起324が周囲の壁163に押されることにより全体的に内側に弾性変形する。これにより、グロメット320は、第2ハウジング160の連通孔161の内側連通孔161aをシールするとともに、電線孔323の周囲部分にて電線孔323に挿入された電線310を押圧し、電線310の移動を抑制する。なお、このグロメット320は、ゴムなどの弾性材料を加硫成形することで上記所定形状に成形されている。
ソケット330は、第2ハウジング160の連通孔161の孔方向と交差する方向に分割可能な一対の分割部材を有している。本実施の形態においては、軸方向に分割可能であり、図15では下側に配置される下側部材340と、上側に配置される上側部材331とを有している。また、ソケット330は、下側部材340と上側部材331との間に配置され、ソケット330が第2ハウジング160の連通孔161から抜けるのを防止する抜け止め部材336を、複数(本実施の形態においては2つ)有している。このソケット330は、樹脂をインジェクション成形することで下記所定形状に成形されている。
下側部材340は、上側部材331を支持する支持部341と、中央部に第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310を通す貫通孔342aが形成された楕円柱状の楕円柱部342と、を有している。また、下側部材340は、楕円柱部342における支持部341が配置された側とは反対側の端面から外側に三日月柱状に突出した三日月柱部343を楕円の長辺方向の両側に2つ備える。これら支持部341、楕円柱部342および三日月柱部343は、第2のコネクタ360側から順に電線孔方向に並んでいる。
支持部341は、上側部材331の後述する凸部332が嵌合される凹部341aと、上側部材331の後述する下面333を支持する支持面341bと、が形成されている。凹部341aおよび支持面341bは、楕円柱部342における楕円の長辺方向に2つ形成されている。
また、支持部341には、楕円柱部342における楕円の長辺方向の中央部に、第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310の通路である電線路344が形成されている。電線路344は、第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310の下部が載る載置面344aを有し、楕円柱部342における楕円の長辺方向への電線310の移動を規制する2つの規制壁344bにて区画されている。載置面344aの電線孔方向の形状は、図1に示すように、楕円柱部342側が電線孔方向に平行であり、第2のコネクタ360側の端部は軸方向の一方の端部方向(図1では下方向)に向かうように形成され、その間は、軸方向の他方の端部方向(図1では上方向)に凸となる山形状に形成されている。
また、支持部341には、楕円柱部342における楕円の長辺方向の中央部に、第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310の通路である電線路344が形成されている。電線路344は、第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310の下部が載る載置面344aを有し、楕円柱部342における楕円の長辺方向への電線310の移動を規制する2つの規制壁344bにて区画されている。載置面344aの電線孔方向の形状は、図1に示すように、楕円柱部342側が電線孔方向に平行であり、第2のコネクタ360側の端部は軸方向の一方の端部方向(図1では下方向)に向かうように形成され、その間は、軸方向の他方の端部方向(図1では上方向)に凸となる山形状に形成されている。
楕円柱部342は、基本的には楕円柱状の板状の部位であり、その支持部341側の端面から電線孔方向に支持部341側に突出し、長辺方向、言い換えれば下側部材340と上側部材331との分割方向と交差する方向に弾性変形するフック390を、楕円の長辺方向の両端部に備えている。フック390は、その外側の面が楕円柱部342の外周面に沿うように形成されている。そして、フック390は、楕円柱部342の楕円柱状の外周面から外側に突出するように電線孔方向に対して傾斜した傾斜面391と、傾斜面391の終端から長辺方向の内側に長辺方向と平行に向かう面、言い換えれば電線孔方向に垂直な面である垂直面392とを、電線孔方向の途中に備えている。そして、傾斜面391の始端と楕円柱部342の本体との間には、傾斜面391および垂直面392が長辺方向に弾性変形し易くなるように長孔393が形成されている。
そして、下側部材340の支持部341には、フック390の周囲に、フック390が所望量弾性変形しても干渉しないように凹んだフック用凹部345が形成されている。
そして、下側部材340の支持部341には、フック390の周囲に、フック390が所望量弾性変形しても干渉しないように凹んだフック用凹部345が形成されている。
上側部材331は、下側部材340の支持部341に支持される被支持部334と、被支持部334よりも外側に配置されて第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310を、軸方向の一方の端部方向(図15では下方向)に向かうように案内する案内部335と、を有している。
上側部材331の被支持部334における軸方向の一方の端部側の面(図15では下側の面)である下面333には、この下面333から軸方向の一方の端部方向に突出する円柱状の凸部332が楕円柱部342における楕円の長辺方向に2つ設けられている。また、下面333の、楕円柱部342における楕円の長辺方向の中央部に、下側部材340の電線路344と協働して第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310の通路を形成する電線路(不図示)が形成されている。この電線路は、上側部材331が下側部材340に取り付けられ、上側部材331の下面333と下側部材340の支持面341bとが接触した状態で、下側部材340の電線路344との間に、第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310が通る空間を形成するように形成されている。
上側部材331の被支持部334における軸方向の一方の端部側の面(図15では下側の面)である下面333には、この下面333から軸方向の一方の端部方向に突出する円柱状の凸部332が楕円柱部342における楕円の長辺方向に2つ設けられている。また、下面333の、楕円柱部342における楕円の長辺方向の中央部に、下側部材340の電線路344と協働して第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310の通路を形成する電線路(不図示)が形成されている。この電線路は、上側部材331が下側部材340に取り付けられ、上側部材331の下面333と下側部材340の支持面341bとが接触した状態で、下側部材340の電線路344との間に、第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310が通る空間を形成するように形成されている。
また、被支持部334には、フック390の周囲に、フック390が所望量弾性変形しても干渉しないように凹んだフック用凹部331aが形成されている。
上側部材331の凸部332が下側部材340の凹部341aに嵌合され、上側部材331の下面333と下側部材340の支持面341bとが接触した状態では、上側部材331の被支持部334および下側部材340の支持部341の外周面は、楕円柱部342の外周面と同じとなるように形成されている。
上側部材331の凸部332が下側部材340の凹部341aに嵌合され、上側部材331の下面333と下側部材340の支持面341bとが接触した状態では、上側部材331の被支持部334および下側部材340の支持部341の外周面は、楕円柱部342の外周面と同じとなるように形成されている。
案内部335は、被支持部334におけるグロメット320が配置された側とは反対側の端面から外側に突出し、この端面から軸方向の一方の端部方向(図15では下方向)に屈曲するとともに、第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310の周囲3方向を覆う。つまり、下側部材340の電線路344と協働して通路を形成するように、電線路344の載置面344aと対向する部位に壁が設けられておらず、また、軸方向の一方の端部(図15では最下端部)が開口している。
抜け止め部材336は、ソケット330の楕円の長辺方向の両側に設けられたフック390と、下側部材340のフック用凹部345および上側部材331のフック用凹部331aとの間に配置される。抜け止め部材336は、フック390が第2ハウジング160に形成された凹部162に嵌り合っている状態のときにフック390の内側に配置されてフック390の弾性変形を抑制する変形抑制部材の一例である。抜け止め部材336は、電線孔方向に伸びる直方体状の基体336aと、基体336aの電線孔方向の外側の端部から電線路344の方へ向かう屈曲部336bと、を有している。
基体336aは、軸方向の一方の端面(図15では下側の端面)から下側(下側部材340側)に突出する下側突起336cと、軸方向の他方の端面(図15では上側の端面)から上側(上側部材331側)に突出する上側突起336dと、楕円の長辺方向の電線路344側の端面から電線路344側に突出する内側突起336eと、を有している。これら下側突起336c、上側突起336dおよび内側突起336eは、それぞれ電線孔方向に対して傾斜した傾斜面と、この傾斜面の終端から電線孔方向に垂直な方向と平行に向かう垂直面と、を有している。
屈曲部336bは、ソケット330の楕円の長辺方向に対して傾斜した傾斜面を、その先端であって、電線孔方向の内側に有している。屈曲部336bには、屈曲部336bの軸方向の中央部には先端から凹んだ凹部336fが形成されている。
屈曲部336bは、ソケット330の楕円の長辺方向に対して傾斜した傾斜面を、その先端であって、電線孔方向の内側に有している。屈曲部336bには、屈曲部336bの軸方向の中央部には先端から凹んだ凹部336fが形成されている。
以上のように構成されたハーネスコンプ300は、以下のようにして組み立てられる。
すなわち、先ず、グロメット320に形成された複数の電線孔323それぞれに電線310を挿入する。その後、グロメット320の円筒部322の内側に接着剤を塗布し、グロメット320に対して複数の電線310が動かないように位置決めを行う。また、複数の電線310を、第1のカバー370および第2のカバー380で束ねる。
そして、グロメット320の円筒部322側に配置された第2のカバー380で束ねられた複数の電線310を、ソケット330の下側部材340の楕円柱部342の貫通孔342aに通し、下側部材340の電線路344の載置面344aに載せる。その後、上側部材331を下側部材340に取り付ける。つまり、上側部材331の凸部332が下側部材340の凹部341aに嵌合し、上側部材331の下面333を下側部材340の支持面341bに接触させる。その結果、第2のカバー380で束ねられた複数の電線310は、図14に示すように、上側部材331の案内部335により下方向に案内される。つまり、本実施の形態に係るハーネスコンプ300においては、第2のカバー380で束ねられた複数の電線310を、上側部材331と下側部材340とで押圧することで、グロメット320の電線孔323の孔方向(電線孔方向)と交差する方向であり、電線孔方向とは直交する方向の下方向へ屈曲させる。また、ソケット330の内部において、第2のカバー380で束ねられた複数の電線310は、下側部材340の電線路344と上側部材331の被支持部334の電線路とで、図15で上方向に凸となる山形状に屈曲させられている。なお、グロメット320の円筒部322の内側に接着剤が塗布されているので、ソケット330の上側部材331を下側部材340に嵌合する際に複数の電線310に力を加えたとしても電線310がずれることが抑制される。
そして、第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310の先端を第2のコネクタ360に接続する。他方、グロメット320の円筒部322が配置された側とは反対に配置された第1のカバー370で束ねられた複数の電線310の先端を第1のコネクタ350に接続する。
すなわち、先ず、グロメット320に形成された複数の電線孔323それぞれに電線310を挿入する。その後、グロメット320の円筒部322の内側に接着剤を塗布し、グロメット320に対して複数の電線310が動かないように位置決めを行う。また、複数の電線310を、第1のカバー370および第2のカバー380で束ねる。
そして、グロメット320の円筒部322側に配置された第2のカバー380で束ねられた複数の電線310を、ソケット330の下側部材340の楕円柱部342の貫通孔342aに通し、下側部材340の電線路344の載置面344aに載せる。その後、上側部材331を下側部材340に取り付ける。つまり、上側部材331の凸部332が下側部材340の凹部341aに嵌合し、上側部材331の下面333を下側部材340の支持面341bに接触させる。その結果、第2のカバー380で束ねられた複数の電線310は、図14に示すように、上側部材331の案内部335により下方向に案内される。つまり、本実施の形態に係るハーネスコンプ300においては、第2のカバー380で束ねられた複数の電線310を、上側部材331と下側部材340とで押圧することで、グロメット320の電線孔323の孔方向(電線孔方向)と交差する方向であり、電線孔方向とは直交する方向の下方向へ屈曲させる。また、ソケット330の内部において、第2のカバー380で束ねられた複数の電線310は、下側部材340の電線路344と上側部材331の被支持部334の電線路とで、図15で上方向に凸となる山形状に屈曲させられている。なお、グロメット320の円筒部322の内側に接着剤が塗布されているので、ソケット330の上側部材331を下側部材340に嵌合する際に複数の電線310に力を加えたとしても電線310がずれることが抑制される。
そして、第2のカバー380にて束ねられた複数の電線310の先端を第2のコネクタ360に接続する。他方、グロメット320の円筒部322が配置された側とは反対に配置された第1のカバー370で束ねられた複数の電線310の先端を第1のコネクタ350に接続する。
また、このハーネスコンプ300は、以下のようにして電動パワーステアリング装置100に組み付けられる。
すなわち、第1ハウジング150および第2ハウジング160に、第1の回転軸110、第2の回転軸120、検出装置ユニット20などを組み付け、第3ハウジング170を組み付ける前の状態で、第1のコネクタ350側から第2ハウジング160に形成された連通孔161に通す。そして、グロメット320の突起324が連通孔161の内周面に接触するように嵌合するとともに、ソケット330のフック390が、第2ハウジング160に形成された凹部162に嵌るまで、グロメット320およびソケット330を押し込んでいく。ソケット330を連通孔161に差し込むと、フック390の傾斜面391が第2ハウジング160における連通孔161の周りの壁に接触して弾性変形し、その後さらに深く差し込まれて傾斜面391が第2ハウジング160の凹部162に嵌り込むことで変形状態から復帰する。グロメット320は、その楕円柱部321における円筒部322が配置された側の面がソケット330の三日月柱部343に押されることにより、連通孔161の周囲の壁163との間に生じる摩擦力に抗して内側へ移動する。このようにして、グロメット320およびソケット330を第2ハウジング160に装着する。そして、抜け止め部材336を、フック390と、下側部材340のフック用凹部345および上側部材331のフック用凹部331aとの間に差し込む。また、第1のコネクタ350をフラットケーブルカバー60の端子に、第2のコネクタ360をECU200の端子に差し込む。
すなわち、第1ハウジング150および第2ハウジング160に、第1の回転軸110、第2の回転軸120、検出装置ユニット20などを組み付け、第3ハウジング170を組み付ける前の状態で、第1のコネクタ350側から第2ハウジング160に形成された連通孔161に通す。そして、グロメット320の突起324が連通孔161の内周面に接触するように嵌合するとともに、ソケット330のフック390が、第2ハウジング160に形成された凹部162に嵌るまで、グロメット320およびソケット330を押し込んでいく。ソケット330を連通孔161に差し込むと、フック390の傾斜面391が第2ハウジング160における連通孔161の周りの壁に接触して弾性変形し、その後さらに深く差し込まれて傾斜面391が第2ハウジング160の凹部162に嵌り込むことで変形状態から復帰する。グロメット320は、その楕円柱部321における円筒部322が配置された側の面がソケット330の三日月柱部343に押されることにより、連通孔161の周囲の壁163との間に生じる摩擦力に抗して内側へ移動する。このようにして、グロメット320およびソケット330を第2ハウジング160に装着する。そして、抜け止め部材336を、フック390と、下側部材340のフック用凹部345および上側部材331のフック用凹部331aとの間に差し込む。また、第1のコネクタ350をフラットケーブルカバー60の端子に、第2のコネクタ360をECU200の端子に差し込む。
他方、ハーネスコンプ300を取り外す場合には、第1のコネクタ350をフラットケーブルカバー60の端子から取り外した後、抜け止め部材336を引き抜くとともに、第2ハウジング160の外側からソケット330のフック390を内側に弾性変形させながら手前に引くことで、グロメット320およびソケット330を第2ハウジング160の連通孔161から取り外せばよい。抜け止め部材336には凹部336fが形成されていることから、この凹部336fに例えばマイナスドライバの先端を差し込むことで、抜け止め部材336を容易に取り外すことが可能である。そして、その後、第1のコネクタ350を第2ハウジング160の連通孔161から引き抜き、ハーネスコンプ300を取り外す。
次に、回転部材21および磁石22について説明する。
図17は、回転部材21の斜視図である。
図18(a)は、回転部材21および磁石22の斜視図であり、図18(b)は、図18(a)のXVIIIb−XVIIIb部の断面図である。
回転部材21は、第1の回転軸110の外周面に沿う薄肉円筒状の第1の円筒状部211と、第1の回転軸110の軸方向を中心線方向とするとともに第1の円筒状部211の内径よりも大きな内径の薄肉円筒状の第2の円筒状部212とを備えている。また、回転部材21は、第1の円筒状部211と第2の円筒状部212とを接続する接続部213と、第2の円筒状部212の下端部から外側へ半径方向に延びるフランジ部214とを備えている。第2の円筒状部212およびフランジ部214には、図17に示すように、第1の回転軸110の軸方向における第2の回転軸120側の端部から軸方向に切り欠かれた切り欠き部215が周方向に等間隔に複数(本実施の形態においては3個)形成されている。
図17は、回転部材21の斜視図である。
図18(a)は、回転部材21および磁石22の斜視図であり、図18(b)は、図18(a)のXVIIIb−XVIIIb部の断面図である。
回転部材21は、第1の回転軸110の外周面に沿う薄肉円筒状の第1の円筒状部211と、第1の回転軸110の軸方向を中心線方向とするとともに第1の円筒状部211の内径よりも大きな内径の薄肉円筒状の第2の円筒状部212とを備えている。また、回転部材21は、第1の円筒状部211と第2の円筒状部212とを接続する接続部213と、第2の円筒状部212の下端部から外側へ半径方向に延びるフランジ部214とを備えている。第2の円筒状部212およびフランジ部214には、図17に示すように、第1の回転軸110の軸方向における第2の回転軸120側の端部から軸方向に切り欠かれた切り欠き部215が周方向に等間隔に複数(本実施の形態においては3個)形成されている。
磁石22は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料の射出成形体である。つまり、磁石22は、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されている。磁性粉末は、フェライトやネジウム等であること例示することができる。
磁石22は、射出成形されることで金属製の回転部材21と一体的に成形されている。つまり、磁石22は、金型内に挿入された回転部材21の周りに磁性粉末が混合(分散)された合成樹脂を注入することで、回転部材21と一体成形されている。これにより、回転部材21と磁石22とは、一部品となった状態で、第1の回転軸110に固定される。
磁石22は、射出成形されることで金属製の回転部材21と一体的に成形されている。つまり、磁石22は、金型内に挿入された回転部材21の周りに磁性粉末が混合(分散)された合成樹脂を注入することで、回転部材21と一体成形されている。これにより、回転部材21と磁石22とは、一部品となった状態で、第1の回転軸110に固定される。
そして、回転部材21と磁石22とを一体化した後、磁石22を着磁して磁界を発生させる機能を備えるようにするとよい。例えば、未着磁のまま、回転部材21と磁石22とを一体化した状態で第1の回転軸110に取り付けた後に、磁石22に励磁コイルを接近させるとよい。これにより、磁石22がS極、N極に着磁され、磁界を発生させる機能が備わる。
上述したように、回転部材21と磁石22とが、回転部材21に対して磁石22が射出成形されることで一体的に形成されている構成とすることで以下の利点を有する。
すなわち、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料の射出成形体である磁石22の線膨張係数は、金属製である回転部材21の線膨張係数よりも大きい。ゆえに、低温になった場合、磁石22の方が回転部材21よりも大きく収縮しようとするため、回転部材21は、磁石22により締め付けられようとする。また、磁石22は、回転部材21から反力を受ける。これに対して、本実施の形態に係る回転部材21には、軸方向に切り欠かれた切り欠き部215が周方向に等間隔に複数形成されているため、回転部材21は、切り欠き部215の幅が小さくなるように変形する。その結果、本実施の形態に係る回転部材21および磁石22は、回転部材21に切り欠き部215が形成されていない構成と比べると、線膨張係数の差に起因して生じる応力が小さくなる。したがって、線膨張係数の差に起因して回転部材21あるいは磁石22が損傷することを抑制することができる。
すなわち、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料の射出成形体である磁石22の線膨張係数は、金属製である回転部材21の線膨張係数よりも大きい。ゆえに、低温になった場合、磁石22の方が回転部材21よりも大きく収縮しようとするため、回転部材21は、磁石22により締め付けられようとする。また、磁石22は、回転部材21から反力を受ける。これに対して、本実施の形態に係る回転部材21には、軸方向に切り欠かれた切り欠き部215が周方向に等間隔に複数形成されているため、回転部材21は、切り欠き部215の幅が小さくなるように変形する。その結果、本実施の形態に係る回転部材21および磁石22は、回転部材21に切り欠き部215が形成されていない構成と比べると、線膨張係数の差に起因して生じる応力が小さくなる。したがって、線膨張係数の差に起因して回転部材21あるいは磁石22が損傷することを抑制することができる。
なお、高温になったとしても、回転部材21に対して磁石22を射出成形することで一体化したときに、磁石22が回転部材21を締め付ける方向の圧力が残るため、回転部材21と磁石22とは空回りし難い。言い換えれば、想定される高温側の温度にたとえなったとしても、回転部材21と磁石22とが空回りしないように、回転部材21に対して磁石22を射出成形することで一体化する際に、磁石22が回転部材21を締め付ける方向の圧力が残るように成形するとよい。
また、本実施の形態に係る磁石22のように、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形して、回転部材21と一体的に形成することで、回転部材21と磁石22とを接着剤にて固定する構成と比べて低コスト化を実現できる。すなわち、回転部材21と磁石22とを接着剤にて固定する構成では、製造工程における接着剤のはみ出しへの対応や、接着面を洗浄する工程、接着後に乾燥する工程などが必要であるが、本実施の形態では接着剤を用いないので、これらを廃止することができ、低コスト化を実現できる。
また、回転部材21と磁石22とを接着剤にて固定する構成では、接着剤が剥離して磁石22が回転部材21から脱落するおそれがあり、磁石22が回転部材21から脱落した場合には磁石22が第1の回転軸110に対して空転し、第1の回転軸110と第2の回転軸120との相対回転角度を検出することができなくなる。本実施の形態の構成によれば、回転部材21と磁石22とを接着剤を用いずに固定しているので、接着剤が剥離することによる磁石22の空転を防止することができるので、操舵トルク検出の信頼性を高めることができる。
図19は、他の形態に係る磁石22の構成を示す図であり、図18(a)のXVIII−XVIII部の断面図でもある。
他の形態に係る磁石22は、図19に示すように、回転部材21に形成された切り欠き部215の内部に入り込んでいる点が異なる。つまり、他の形態に係る磁石22は、円筒状の内周面から内側に突出する突出部221を有しており、この突出部221が回転部材21に形成された切り欠き部215の内部に存在する。磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いた射出成形では、例えば切削加工する場合と比べて、より複雑な形状を成形型にて成形できることから、突出部221が回転部材21に形成された切り欠き部215の内部に存在するように磁石22を成形することを実現できる。
他の形態に係る磁石22は、図19に示すように、回転部材21に形成された切り欠き部215の内部に入り込んでいる点が異なる。つまり、他の形態に係る磁石22は、円筒状の内周面から内側に突出する突出部221を有しており、この突出部221が回転部材21に形成された切り欠き部215の内部に存在する。磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いた射出成形では、例えば切削加工する場合と比べて、より複雑な形状を成形型にて成形できることから、突出部221が回転部材21に形成された切り欠き部215の内部に存在するように磁石22を成形することを実現できる。
そして、このように、突出部221が回転部材21に形成された切り欠き部215の内部に存在するように、磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて磁石22を射出成形することで、線膨張係数の差に起因して回転部材21あるいは磁石22が損傷することを抑制することができるとともに磁石22と回転部材21との回転ずれを抑制することができる。これにより、より信頼性の高い操舵トルク検出を実現することができる。
例えば、低温になった場合、磁石22の方が回転部材21よりも大きく収縮しようとするが、回転部材21に軸方向に切り欠かれた切り欠き部215が周方向に等間隔に複数形成されているため、線膨張係数の差に起因して回転部材21あるいは磁石22が損傷することを抑制することができる。また、低温になった場合、磁石22の突出部221は、回転部材21の切り欠き部215よりも収縮するため、線膨張係数の差に起因して突出部221が損傷することはない。
他方、高温になった場合、回転部材21に対して磁石22を射出成形することで一体化したときに、磁石22が回転部材21を締め付ける方向の圧力が残る。また、高温になった場合、磁石22の突出部221の方が、回転部材21の切り欠き部215よりも大きく膨張するため、突出部221と切り欠き部215との接触圧力が大きくなる。これらにより、高温になったとしても、回転部材21と磁石22とは空回りし難い。
10…トルク検出システム、20…検出装置ユニット、21…回転部材、22…磁石、25…検出装置、30…相対角度センサ、40…プリント基板、50…ベース、60…フラットケーブルカバー、70…フラットケーブル、90…ブラケット、100…電動パワーステアリング装置、110…第1の回転軸、120…第2の回転軸、130…トーションバー、140…ハウジング、200…電子制御ユニット(ECU)、300…ハーネスコンプ
Claims (4)
- 回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置であって、
前記回転軸に設けられて当該回転軸とともに回転する金属製の回転部材と、
磁界を発生させるとともに前記回転部材に支持される被支持部材と、
前記被支持部材が発生させる前記磁界に応じた値を出力するセンサと、
を備え、
前記回転部材は、前記回転軸の外周を覆うとともに当該回転軸の軸方向に沿う切り欠きが形成された円筒状の部位を有し、
前記被支持部材は、前記回転部材の前記円筒状の部位の周囲に磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形されることで当該回転部材と一体的に成形されていることを特徴とする回転角度検出装置。 - 前記被支持部材は、前記回転部材の前記円筒状の部位に形成された前記切り欠きの内部に入り込んでいることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。
- 前記被支持部材は、前記回転軸の外周面に沿う薄肉円筒状の第1の円筒状部と、当該回転軸の軸方向を中心線方向とするとともに当該第1の円筒状部の内径よりも大きな内径の薄肉円筒状の第2の円筒状部とを有し、
前記被支持部材の前記切り欠きは、前記第2の円筒状部に形成され、前記磁石は、当該第2の円筒状部の周囲に形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の回転角度検出装置。 - 円筒状の部位を有し、当該円筒状の部位の中心線方向に沿う切り欠きが形成された円筒状部材を製造する工程と、
前記円筒状部材の前記円筒状の部位の周囲に磁性粉末と合成樹脂とを混合した材料を用いて射出成形することで当該円筒状部材と一体的に当該円筒状部材に支持される被支持部材を成形する工程と、
一体的に成形された前記円筒状部材と前記被支持部材とを回転軸の外周に装着する工程と、
前記被支持部材が発生させる磁界に応じた値を出力するセンサを当該円筒状部材と対向するように装着する工程と、
を含むことを特徴とする回転角度検出装置の製造方法。
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2012
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