JP4753545B2 - トルク検出装置及びこれの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は回転体に加わるトルクを検出するトルク検出装置及びこれの製造方法に関する。

トルク検出装置としては、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１のトルク検出装置は、トーションバーにより連結された入力軸及び出力軸と、前記入力軸に取付けられたマグネットリング及び前記出力軸に取付けられた環状の磁気ヨークとを備える回転体の前記磁気ヨークの外周りに配置され、前記入力軸に加わるトルクを検出する環状の検出部と、該検出部に接続され、前記検出部が検出した磁束密度を電圧信号に変換する検出回路基板とを備える。検出部は回転体の軸線方向に離隔して配置された２つの磁性リングと、各磁性リングの間に保持された感磁素子とを有しており、該感磁素子が導線により前記検出回路基板に接続されている。

このように構成されたトルク検出装置は車両用の電動パワーステアリング装置に組み込まれている。電動パワーステアリング装置は前記入力軸がステアリングホイールに繋がる前記回転体と、該回転体を取り囲む筒部及び該筒部をラジアル方向へ貫通し、前記検出回路基板が取着された貫通孔を有するハウジングと、前記出力軸に減速機構を介して繋がる電動モータと、該電動モータの駆動回路及び前記検出回路基板に接続され、マイクロプロセッサを用いてなる制御部とを備えており、ステアリングホイールを操舵することにより入力軸に加わる回転トルクを前記トーションバーに生じる捩れによって検出部が検出し、検出トルクに基づいて前記電動モータを駆動制御するように構成されている。

また、トルク検出装置の前記ハウジングへの組込みは、導線の一端が感磁素子に接続された環状の検出部がハウジングのアキシャル方向から筒部内に挿入され、該筒部内に保持される。また、検出回路基板が筒部の貫通孔にラジアル方向から挿入され、該貫通孔内に取着され、前記導線の他端が検出回路基板に接続される。
特開２００３−１４９０６２号公報

ところが、特許文献１のように構成されたトルク検出装置にあっては、検出部と検出回路基板とが別個に形成されており、検出部及び検出回路基板を導線により接続する必要があるため、部品点数が多く、組込作業工程数が多くなるという問題がある。また、トルク検出装置を電動パワーステアリング装置に組込む場合、検出部はハウジングのアキシャル方向から挿入され、検出回路基板はハウジングのラジアル方向から貫通孔に挿入され、交差する２方向から組み込まれるし、しかも、検出部及び検出回路基板の組込み後に検出部及び検出回路基板が導線により接続されるため、組込み作業性が悪く、改善策が要望されていた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は、部品点数を削減することができ、しかも、一方向から組込むことができるトルク検出装置を提供することにある。また、他の目的は、部品点数を削減でき、ハウジングへの組込み作業性を高めることができるトルク検出装置の製造方法を提供することにある。

第１発明に係るトルク検出装置は、回転体の回転に従って前記回転体に加わるトルクを検出する環状の検出部と、該検出部に接続された検出回路基板とを有するトルク検出装置において、前記検出回路基板が収容される収容部を有するケースを備え、前記収容部に前記検出回路基板が収容されており、該検出回路基板及び前記検出部が前記ケース内で合成樹脂材料によってモールドされたモールド体と、前記回転体を取り囲むべき筒部及び該筒部をラジアル方向へ貫通し、前記モールド体が嵌め込まれた貫通孔を有するハウジングとを備えており、前記貫通孔の外側端部及び前記ケースの外面は前記検出部の前記筒部内での位置を決める位置決め面を有することを特徴とする。

第１発明にあっては、ケースへの組込方向を１方向にできるため、組込作業性を改善でき、しかも、検出部の筒部内での正確な位置を位置決め面により容易に決めることができる。また、検出部及び検出回路基板がモールドされて１つのモールド体になっているため、部品点数を削減でき、組込作業工程数を削減できる。

第２発明に係るトルク検出装置は、前記位置決め面と対接する封止体を有することを特徴とする。

第２発明にあってはハウジングの貫通孔に外部の水分が浸入するのを防ぐことができ、検出部を保護することができる。

第３発明に係る製造方法は、離隔して配置された２つの磁性リング間に導線の一端が接続された感磁素子を配置し、各磁性リングの一部及び前記感磁素子をモールドする工程と、検出回路基板に前記導線の他端を接続する工程と、前記磁性リングと前記検出回路基板と前記導線とを合成樹脂材料によりモールドしてモールド体を形成する工程とを含むことを特徴とする。

第３発明にあっては、検出回路基板とは別個に感磁素子をモールドするため、磁性リングに対する感磁素子の位置を比較的高精度にできる。

第１発明によれば、環状の検出部及び検出回路基板がモールドされているモールド体のハウジングへの組込方向を１方向にできるため、組込作業性を改善でき、しかも、環状の検出部の筒部内での正確な位置を位置決め面により容易に決めることができる。

第２発明によれば、ハウジングの貫通孔に外部の水分が浸入するのを防ぐことができ、検出部を保護することができる。

第３発明によれば、検出回路基板とは別個に感磁素子をモールドするため、磁性リングに対する感磁素子の位置を比較的高精度にできる。

図１は本発明に係るトルク検出装置の構成を示す断面図、図２はモールド体及びハウジングの分解斜視図、図３は一部を拡大した断面図、図４はモールド体をハウジングに組込むときの説明図、図５は一部を分解した斜視図、図６は回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。

トルク検出装置Ａは、入力軸及び出力軸がトーションバーにより同軸的に連結され、相対回転が自在のマグネットリング及び磁気ヨークを有する回転体を取り囲む筒形のハウジング１と、該ハウジング１内であり、前記回転体の磁気ヨークの外周りに配置される環状の検出部２と、該検出部２に導線３により接続された検出回路基板４とを備えている。

ハウジング１は前記回転体を取り囲む筒部１１と、該筒部１１の外周部１個所に突設された取着座１２と、該取着座１２をラジアル方向へ貫通する貫通孔１３と、該貫通孔１３に連なり、検出部２に沿って湾曲する嵌合溝１４とを有する。貫通孔１３は環状の検出部２の外径寸法及び幅寸法よりも大きい長方形の断面形状としてある。取着座１２にはハウジング１の中心軸線と平行となる平坦な位置決め面１５と、該位置決め面１５に穿設された複数の取付孔１６，１６とが設けられている。

検出部２は前記磁気ヨークの外周りに相対回転自在に配置され、１つの周方向位置に互いに対向する集磁片２１ａ，２２ａが突設された２つの磁性リング２１，２２と、各集磁片２１ａ，２２ａ間に配置された感磁素子２３，２４とを有しており、該感磁素子２３，２４に導線３，３の一端が接続されており、磁性リング２１，２２は合成樹脂製のケース５に保持されている。また、磁性リング２１，２２は前記磁気ヨークから磁束を集めるもので、周方向の１個所に平板状の集磁片２１ａ，２２ａが設けられ、この各集磁片２１ａ，２２ａが対向している。

ケース５は磁性リング２１，２２の中心部の貫通孔２１ｂ，２２ｂに対応する貫通孔５１ａを有する環部５１と、該環部５１の外周部からアキシャル方向の段部５２を経てラジアル方向へ延出され、収容部５３ａを有する有底の角筒部５３とを備えており、位置決め面１５と対向する平坦な位置決め面５４が段部５２に設けられている。収容部５３ａには受座５３ｂが設けられており、該受座５３ｂに検出回路基板４が複数の小ねじ６により取付けられており、該検出回路基板４に導線３，３の他端がハンダ付け等により接続された後、収容部５３ａ内で検出回路基板４及び導線３，３の他端部が合成樹脂材料によりモールドされ、合成樹脂部７によりケース５と一体になっている。また、ケース５は角筒部５３の底面を貫通し、収容部５３ａ及び貫通孔５１ａに連通する連通孔５５を有しており、該連通孔５５に集磁片２１ａ，２２ａ及び感磁素子２３，２４が配置されている。この集磁片２１ａ，２２ａ及び感磁素子２３，２４と導線３，３の一端部とは連通孔５５内で合成樹脂材料によりモールドされ、合成樹脂部８によりケース５と一体になっている。また、角筒部５３の外周部には２つの取付片５３ｃ，５３ｃが突設されており、該取付片５３ｃ，５３ｃに取付孔１６，１６に対応する貫通孔５３ｄ，５３ｄが設けられている。また、角筒部５３の外部への開口端には、外部からの静電的及び磁気的な誘導の影響から検出部２を遮蔽する電磁遮蔽体５６が小ねじ等により取付けられる。

感磁素子２３，２４は磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化するホール素子からなり、磁性リング２１，２２の集磁片２１ａ，２２ａ間に発生する磁束密度の変化に応じて検出信号が変わるように構成されており、検出信号は検出回路基板４に与えられている。

図７はトルク検出装置の製造工程を示す説明図である。図１も参照して、以上のように構成されたトルク検出装置Ａは、次の工程で製造される。
（１） ケース５の貫通孔５１ａに内嵌保持された磁性リング２１，２２の内側に、複数の位置決め凸部９ａを有するモールド用型９を配置し、位置決め凸部９ａをケース５の連通孔５５に嵌め込み、予め導線３，３が接続された感磁素子２３，２４を収容部５３ａから連通孔５５に挿入し、該感磁素子２３，２４の集磁片２１ａ，２２ａに対する位置を位置決め凸部９ａによって決め、この位置決め状態で連通孔５５に合成樹脂材料を注入し、集磁片２１ａ，２２ａと感磁素子２３，２４及び導線３，３の一端部とをモールドし、合成樹脂部８により磁性リング２１，２２、感磁素子２３，２４、導線３，３及びケース５が一体になったモールド体を形成する。
（２） ケース５の収容部５３ａに検出回路基板４を挿入し、該検出回路基板４を受座５３ｂに小ねじ６により取付けた後、導線３，３の他端を検出回路基板４にハンダ付けにより接続する。この導線３，３は収容部５３ａ内で弛ませてある。
（３） ケース５の収容部５３ａに前記合成樹脂部８と同系統の合成樹脂材料を注入し、検出回路基板４と導線３，３の他端部とをモールドし、合成樹脂部７により磁性リング２１，２２、感磁素子２３，２４、導線３，３、検出回路基板４及びケース５が一体になったモールド体Ｂを形成する。このモールド体Ｂには合成ゴム、合成樹脂等の弾性材料からなる環状の封止体１０が外嵌保持され、該封止体１０が位置決め面５４と対接している。
（４） ラジアル方向に開口する貫通孔１３が設けられているハウジング１の貫通孔１３からハウジング１内にモールド体Ｂを挿入し、ケース５の環部５１を嵌合溝１４に嵌め込み、モールド体Ｂの封止体１０をハウジング１の位置決め面１５に対接させ、取付片５３ｃ，５３ｃに穿設された貫通孔５３ｄ，５３ｄ及び位置決め面１５に穿設された取付孔１６，１６に挿入する小ねじによりモールド体Ｂを取着座１２に固定し、モールド体Ｂとハウジング１とを一体にする。

以上のようにモールドを２工程に分け、１つの工程で感磁素子２３，２４の位置決めを行い、この位置決め状態を維持して感磁素子２３，２４及び磁性リング２１，２２をモールドするため、モールド用合成樹脂材料の注入圧によって感磁素子２３，２４の位置が狂うのを防ぐことができ、集磁片２１ａ，２２ａに対して正確な位置に保持することができ、磁束密度の検出精度の低下をなくすることができる。しかも、合成樹脂材料の注入時、導線３，３の感磁素子２３，２４との接続部に過大の圧力が加わるのを防ぐことができ、導線３，３の正確な接続状態を維持することができる。

また、他の１つの工程では感磁素子２３，２４と関係なく導線３，３を弛ませた状態でモールドすることができるため、導線３を検出回路基板４に接続するとき、又は検出回路基板４をケース５に取付けるとき等、導線に引張力が加わっても該導線３が延びることになり、導線３，３の接続状態を維持することができる。

また、モールド体Ｂをハウジング１に組込む場合、ハウジング１の取着座１２には位置決め面１５が設けられており、モールド体Ｂのケース５には位置決め面１５と対向する位置決め面５４が設けられているため、モールド体Ｂのハウジング１内への挿入方向の位置（図２のＸ方向の位置）と、モールド体Ｂの前記挿入方向と直交するラジアル方向の位置（図２のＹ方向の位置）と、モールド体Ｂのハウジング１における軸長方向への位置（図２のＺ方向の位置）とを決めることができるため、換言すれば、モールド体Ｂの３方向位置を決めることができ、環状の検出部２の芯だしを行うことができるため、検出部２の筒部１１内での正確な位置を容易に決めることができ、モールド体Ｂのハウジング１への組込作業性を向上できる。

また、モールド体Ｂをハウジング１に組込む場合、封止体１０と位置決め面１５又は５４との間に薄肉の調整シートを介在させることにより、ハウジング１内に回転自在に配置される回転体の回転中心軸に対する検出部２の位置を容易に調整することができる。

図８は電動パワーステアリング装置に用いた例を示す拡大断面図、図９は電動パワーステアリング装置の全体構成を示す断面図である。以上のように製造されたトルク検出装置Ａは例えば車両用の電動パワーステアリング装置に用いられる。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに繋がる入力軸３０及び該入力軸３０にトーションバー３１により同軸的に連結された出力軸３２を有する回転体３３と、該回転体３３を取り囲み、３つの軸受３４，３５，３６により回転体３３を回転自在に支持するハウジング１と、該ハウジング１に取着された操舵補助用の電動モータ３７と、該電動モータ３７の駆動軸の回転力を出力軸３２に伝動する減速機構３８と、入力軸３０に設けられたマグネットリング３９と、該マグネットリング３９の外周りに回転自在に配置され、出力軸３２に結合された磁気ヨーク４０と、該磁気ヨーク４０の外周りに配置されたモールド体Ｂと、該モールド体Ｂの検出回路基板４及び電動モータ３７の駆動回路に接続されるマイクロプロセッサを用いてなる制御部（図示せず）とを備えている。そして、ステアリングホイールを操舵することにより入力軸３０に加わる回転トルクをトーションバー３１に生じる捩れによってモールド体Ｂの検出部２が検出し、検出トルクを検出回路基板４で電圧信号に変換した後、前記制御部に加えられ、該制御部から出力される指示信号により電動モータ３７が駆動制御され、減速機構３８を介して出力軸３２が回転する。

図６を参照して、マグネットリング３９は複数の周方向位置にＮ極とＳ極とが交互に着磁された多極着磁のリングである。磁気ヨーク４０は離隔して向き合い、複数の周方向位置に櫛歯４０ａを有し、マグネットリング３９の軸長方向に離隔して向き合う２つのヨークリング４０ｂ，４０ｃと、各ヨークリング４０ｂ，４０ｃを一体に結合した合成樹脂製の保持環４０ｄとを備えており、該保持環４０ｄが出力軸３２に取着されており、マグネットリング３９及び磁気ヨーク４０が相対回転することによりヨークリング４０ｂ，４０ｃ間の磁束密度が変化するように構成されている。尚、ヨークリング４０ｂ，４０ｃの櫛歯４０ａは周方向に交互に噛み合うように等間隔に配置されている。

モールド体Ｂを組み込む場合、ハウジング１のラジアル方向に開口する貫通孔１３にモールド体Ｂをラジアル方向から挿入し、該モールド体Ｂを取着座に固定した後、入力軸３０及び出力軸３２をハウジング１のアキシャル方向からハウジング１内に挿入することにより、マグネットリング３９及び磁気ヨーク４０を検出部２内に配置することができる。このようにモールド体Ｂは１方向から組み込むことができる。

尚、モールドする場合、２工程に分けてモールドする他、１工程でモールドしてもよい。また、導線３，３は単線とする他、途中をコネクタで接続する構成としてもよい。

また、以上説明した実施の形態では感磁素子２３，２４としてホール素子からなる構成としたが、その他、感磁素子２３，２４は磁気抵抗効果素子（ＭＲ素子）等、磁界の作用により電気的特性（抵抗）が変化する素子であればよく、ホール素子に制限されない。

また、本発明に係るトルク検出装置Ａは、電動パワーステアリング装置に使用する他、電動パワーステアリング装置以外の装置に使用してもよい。

本発明に係るトルク検出装置の構成を示す断面図である。 本発明に係るトルク検出装置のモールド体及びハウジングの分解斜視図である。 本発明に係るトルク検出装置の一部を拡大した断面図である。 本発明に係るトルク検出装置のモールド体をハウジングに組込むときの説明図である。 本発明に係るトルク検出装置の一部を分解した斜視図である。 回転体が一方向に回転した場合に発生する磁気回路の説明図である。 本発明に係るトルク検出装置の製造工程を示す説明図である。 本発明に係るトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に用いた例を示す拡大断面図である。 電動パワーステアリング装置の全体構成を示す断面図である。

符号の説明

Ａ トルク検出装置
Ｂ モールド体
１ ハウジング
１１ 筒部
１３ 貫通孔
１５ 位置決め面
２ 検出部
２１，２２ 磁性リング
２３，２４ 感磁素子
３３ 回転体
４ 検出回路基板
５４ 位置決め面
１０ 封止体

Claims (3)

1. 回転体の回転に従って前記回転体に加わるトルクを検出する環状の検出部と、該検出部に接続された検出回路基板とを有するトルク検出装置において、前記検出回路基板が収容される収容部を有するケースを備え、前記収容部に前記検出回路基板が収容されており、該検出回路基板及び前記検出部が前記ケース内で合成樹脂材料によってモールドされたモールド体と、前記回転体を取り囲むべき筒部及び該筒部をラジアル方向へ貫通し、前記モールド体が嵌め込まれた貫通孔を有するハウジングとを備えており、前記貫通孔の外側端部及び前記ケースの外面は前記検出部の前記筒部内での位置を決める位置決め面を有することを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記位置決め面と対接する封止体を有する請求項１記載のトルク検出装置。
3. 離隔して配置された２つの磁性リング間に導線の一端が接続された感磁素子を配置し、各磁性リングの一部及び前記感磁素子をモールドする工程と、検出回路基板に前記導線の他端を接続する工程と、前記磁性リングと前記検出回路基板と前記導線とを合成樹脂材料によりモールドしてモールド体を形成する工程とを含むことを特徴とするトルク検出装置の製造方法。

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