JP4986473B2

JP4986473B2 - トルク検出装置

Info

Publication number: JP4986473B2
Application number: JP2006041097A
Authority: JP
Inventors: 章朗大須賀; 泰宏蓬郷; 泰介辻本; 繁晴石原; 中根　　直樹
Original assignee: Denso Corp; JTEKT Corp
Current assignee: Denso Corp; JTEKT Corp
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: JP2007218789A

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を有する回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに軸線方向へ離隔して並置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める二つの集磁環、該集磁環の夫々が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部と、フランジを有し、前記集磁環及び検出部をモールドすることにより保持した合成樹脂製の保持環とを備え、保持環をアルミニウム製のハウジング内に挿入した状態で前記フランジをハウジングにボルトにより取着した後、回転体をハウジング内に挿通し、磁気回路形成部材を集磁環の内側に配置するように構成されている。

また、ハウジングは、二方向へ貫通し、前記回転体が支持される貫通孔と、前記保持環が挿入される挿入孔及び該挿入孔の両側にあけられた二つの螺子孔とを有しており、また、前記保持環の取着部は、前記螺子孔に対応する第１及び第２の挿通孔が設けられており、第１及び第２の挿通孔に挿通される二つのボルトを螺子孔に緊締することにより、前記取着部を挾着し、保持環をハウジングに取着するように構成されている。

また、車両用の電動パワーステアリング装置に搭載されるトルク検出装置は、スピーカ等により発生する電磁ノイズの影響を受け易いため、前記検出部と該検出部が検出した検出信号の演算処理等を行うマイクロプロセッサからなる制御器とを、電磁遮蔽部材により被覆された導線により接続してある。この導線の電磁遮蔽部材には端子を有するアース線が接続され、該アース線の端子が車両のボディとか筺体とかにボルトにより取付けられている。
特開２００５−２６５５８７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、アルミニウム製のハウジングに設けられる二つの螺子孔はタップ等の工具により穿孔されるため、高精度の螺子孔（内径及び孔間距離）を得ることができるのに対し、合成樹脂製の保持環の取着部に設けられる二つの挿通孔は、保持環の成形用型により成形されるため、工具により穿孔されるものに比べて高精度の挿通孔（内径及び孔間距離）を得ることができない。従って、複数のトルク検出装置が組立てられる場合、保持環の取着位置にバラツキが発生する。そして、保持環がハウジングに取着された後、回転体をハウジング内に挿通し、該回転体の外周部に設けられた磁気回路形成部材を集磁環の内側に配置するとき、保持環の取着位置のバラツキにより該磁気回路形成部材が集磁環の中心に対して偏倚し、該集磁環の内周面に接触する可能性があり、改善策が要望されていた。

また、電動パワーステアリング装置に用いられるトルク検出装置にあっては、小形化及び生産性の向上を図るべく絶縁性の合成樹脂により前記保持環が成形されている場合、保持環の近傍で電磁遮蔽部材を接地するには接地専用のボルト等の部材が必要であった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、主たる目的は合成樹脂製保持環の取着位置のバラツキを低減する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、他の目的は電磁遮蔽部材により被覆された導線を簡易にアースに接続することができるトルク検出装置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、トルクが加えられる回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部と、適宜の物体に複数のボルトにより取着される複数の取着部を有し、前記集磁環及び検出部を保持する合成樹脂製の保持環とを備えるトルク検出装置において、前記取着部の一つは、前記ボルトの一つが挿通され該ボルトよりも大径の挿通孔を有し、前記取着部の他の一つは、前記保持環より硬質でかつ前記ボルトの他の一つが挿通される筒体を有し、該筒体の孔径は前記挿通孔より小径であることを特徴とする。

第２発明に係るトルク検出装置は、前記筒体は、前記取着部のボルト挿通方向の長さより長いことを特徴とする。

第３発明に係るトルク検出装置は、トルクが加えられる回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部と、該検出部に接続され、電磁遮蔽部材により被覆された導線と、適宜の物体に複数のボルトにより取着される複数の取着部を有し、前記集磁環及び検出部を保持する合成樹脂製の保持環とを備えるトルク検出装置において、前記取着部の一つは、前記ボルトの一つが挿通され該ボルトよりも大径の挿通孔を有し、前記取着部の他の一つは、前記保持環より硬質でかつ前記ボルトの他の一つが挿通される導電筒体を有し、該導電筒体の孔径は前記挿通孔より小径であり、前記電磁遮蔽部材及び導電筒体に接続されるアース線を備えることを特徴とする。

第１発明によれば、合成樹脂製の保持環の取着部には挿通孔と離隔した箇所に保持環より硬質の筒体が固定されているため、筒体の孔をタップ等の工具により高精度に加工することができる。従って、筒体に挿通するボルトにより保持環を適正位置に取着することができ、このように適正位置に取着した状態で挿通孔に他のボルトを挿通して保持環を取着することができるため、取着位置のバラツキを低減することができる。

第２発明によれば、筒体にボルトを挿通し、該ボルトにより取着部を挾着して取着するとき、筒体を挾着することができ、取着部の挾着力による変形を防ぐことができる。

第３発明によれば、取着部には挿通孔と離隔した箇所に保持環より硬質の導電筒体が固定されているため、導電筒体の孔をタップ等の工具により高精度に加工することができる。従って、導電筒体に挿通するボルトにより保持環を適正位置に取着することができ、このように適正位置に取着した状態で挿通孔にボルトを挿通して保持環を取着することができるため、取着位置のバラツキを低減することができる。

また、取着部の導電筒体にアース線が接続されており、さらに導電筒体の一端を、アルミニウム等の導電材で形成される適宜の物体に接触させることができるため、導電筒体にボルトを挿通して取着することにより、導線の電磁遮蔽部材を簡易にアースすることができる。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１は本発明に係るトルク検出装置をハウジングに組込んだ状態の縦断正面図、図２はトルク検出装置をハウジングに組込んだ状態の縦断側面図、図３は要部の拡大断面図、図４はトルク検出装置の一部を分解した斜視図、図５はトルク検出装置の構成を示す模式的分解斜視図、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、トーションバー１により同軸的に連結された第１の回転体２及び第２の回転体３が有する磁気回路形成部材４の外周りに配置され、該磁気回路形成部材４が発生した磁束を集める二つの集磁環５，５と、該集磁環５，５が集めた磁束の密度に基づいて第１の回転体２に加わったトルクを検出する検出部６と、磁気回路形成部材４を取り囲むハウジング８にボルト９，９により取着されるフランジ７１を有し、集磁環５，５及び検出部６を保持する保持環７と、該保持環７の外周りを被覆する磁気遮蔽板１０とを備えている。尚、磁気回路形成部材４は、第１の回転体２の外周部に取着された複数の永久磁石４１と、該永久磁石４１の外周りに配置され、第２の回転体３に外嵌固定された２つの磁性環４２，４２とからなる。

永久磁石４１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になっており、第１の回転体２の外周部に外嵌固定されている。

磁性環４２，４２は第２の回転体３の軸線方向に離隔して向き合う２つの環板部４２ａ，４２ａ及び環板部４２ａ，４２ａの内周部から互いに接近する方向へ延出された複数の櫛歯４２ｂ，４２ｂを有しており、永久磁石４１と相対回転することにより磁性環４２，４２間の磁束密度が変化するように構成されている。また、櫛歯４２ｂ，４２ｂは周方向に交互に噛み合うように等間隔に配置されており、櫛歯４２ｂ，４２ｂが交互に噛み合う状態で磁性環４２，４２が合成樹脂材料によりモールドされ、モールド体になっている。

集磁環５，５は周方向の１個所から径方向外側へ延出され、検出部６の両側に配置された凸片５ａ，５ａを有する円筒形をなしており、凸片５ａ，５ａに磁束が集まるように構成されている。また、凸片５ａ，５ａの間に検出部６が配置された状態で該検出部６が合成樹脂材料によりモールドされ、モールド体になっている。また、集磁環５，５は鉄板等の磁性板を成形してなり、軸線方向へ離隔して配置されている。

保持環７は集磁環５，５を合成樹脂材料でモールドすることにより該集磁環５，５を保持している。この保持環７は集磁環５，５の内周面に対応する貫通孔７ａを有し、該貫通孔７ａに集磁環５，５が内嵌固定されている。また、保持環７は軸線方向の両端面７ｂ，７ｂと、略半円形外周面７ｃと、該略半円形外周面７ｃから接線方向へ延出された二つの延出外面７ｄ，７ｄとを有しており、両端面７ｂ，７ｂ間の周面が略Ｕ字形をなし、延出外面７ｄ，７ｄの延出側を断面直方形とし、該延出外面７ｄ，７ｄの延出端に直方形をなすフランジ７１及び該フランジ７１の中央部に突設され、検出回路基板１１が収容された角筒部７２とを合成樹脂材料により一体成形してある。

取着部としてのフランジ７１には、角筒部７２の一側に、ボルト９が挿通される挿通孔７３を設けてあり、角筒部７２の他側に、保持環７より硬質の金属製の筒体７４を固定してある。

この筒体７４は、成形用型のキャビティ内に集磁環５，５及び検出部６とともに配置し、キャビティ内に合成樹脂材料を注入して一体成形されている。この筒体７４は、孔が高精度に加工されたものを一体成形するか、又は、一体成形により固定した後、タップ等の工具により孔を高精度に加工する。この孔加工は、挿通孔７３より小径で、且つボルト９より僅かに大径、換言すればボルト９をガタつきなく挿通することができる程度の孔径にする。また、筒体７４はフランジ７１のボルト挿通方向の長さより若干長く形成されており、この長い分がフランジ７１の表面より外部に突出している。

挿通孔７３は、ボルト９の周面との間に隙間ができるようにボルト９より大径に形成してある。

角筒部７２内には検出部６に接続された検出回路基板１１が取付けられており、該検出回路基板１１に導線１２が接続されている。

検出部６は集磁環５，５の凸片５ａ，５ａ間に発生する磁束密度の変化に応じて電気的特性（抵抗）が変化するホール素子からなり、集磁環５，５の凸片５ａ，５ａ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、検出信号は前記検出回路基板１１に与えられている。尚、検出部６はホール素子を有する他、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）が変化する感磁素子を有しておればよく、ホール素子に制限されない。

磁気遮蔽板１０は略半円形外周面７ｃ及び延出外面７ｄ，７ｄに対応して略Ｕ字形をなしており、珪素鋼板等の可撓性を有する非磁性材により形成されている。また、磁気遮蔽板１０の両端部には、延出外面７ｄ，７ｄに形成された凹所にカシメにより係止される係止片が突設されている。

適宜の物体としてのハウジング８は磁気回路形成部材４を取り囲む円筒部８１と、該円筒部８１の外周部一個所に突設され、保持環７を取着するための取着座８２と、該取着座８２を径方向に貫通し、保持環７を円筒部８１内に配置するための断面矩形をなす貫通孔８３と、該貫通孔８３に連なり、保持環７に対応して湾曲する嵌合溝８４とを有する（図２参照）。

取着座８２はフランジ７１に対応して角形の環状に形成されており、該取着座８２に、挿通孔７３及び筒体７４の孔に対応する二つの螺子孔８５，８５が設けられている。

以上のように構成されたトルク検出装置Ａは、ハウジング８の取着座８２を貫通する貫通孔８３から円筒部８１内に保持環７を挿入し、該保持環７を嵌合溝８４に係合させることにより、保持環７の円筒部８１内での位置を決め、フランジ７１を取着座８２に対接させる。この状態でフランジ７１の筒体７４にボルト９を挿通し、該ボルト９を螺子孔８５に緊締するとともに、フランジ７１の挿通孔７３にボルト９を挿通し、該ボルト９を螺子孔８５に緊締することにより、フランジ７１を挾着し、保持環７を取着座８２に取着する。この場合、筒体７４の孔は高精度に形成されており、しかも、挿通孔７３より小径の孔径に形成されているため、螺子孔８５に緊締されるボルト９に対する保持環７の位置ずれを防ぐことができ、保持環７を適正位置に固定することができる。また、挿通孔７３は筒体７４の孔より大径であり、ボルト９の周面との間に隙間があるため、螺子孔８５に対する挿通孔７３に寸法誤差がある場合においても、挿通孔７３に挿通されたボルト９を螺子孔８５に確実に緊締することができる。

以上のようにトルク検出装置Ａをハウジング８に取着した後、外周部に磁気回路形成部材４が設けられた回転体２，３、該回転体２，３を回転自在に支持する軸受１４等がハウジング８の軸線方向から該ハウジング８内に挿入支持され、磁気回路形成部材４が集磁環５，５の内側に相対回転を可能に配置される。この場合、保持環７は、筒体７４及び挿通孔７３に挿通されるボルト９，９により取着座８２の適正位置に取着されているため、磁気回路形成部材４を集磁環５，５内の適正位置に配置することができる。

図７はトルク検出装置が電動パワーステアリング装置に搭載された状態を示す断面図である。以上のように構成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搭載される。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２０（第１の回転体２）及び該入力軸２０にトーションバー１により同軸的に連結された出力軸２１（第２の回転体３）と、入力軸２０及び出力軸２１を取り囲み、三つの軸受１４により入力軸２０及び出力軸２１を回転自在に支持するハウジング２２と、該ハウジング２２に取着された操舵補助用の電動モータ２３と、該電動モータ２３の駆動軸の回転力を出力軸２１に伝動する減速機構２４と、トルク検出装置Ａと、該トルク検出装置Ａの検出回路基板１１及び電動モータ２３の駆動回路に導線１２により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２０に加わる回転トルクをトーションバー１に生じる捩れによって検出部６が検出し、検出トルクを検出回路基板１１で電圧信号に変換した後、導線１２から制御部に与えられ、該制御部から出力される指示信号により電動モータ２３が駆動制御され、減速機構２４を介して出力軸２１が回転する。

実施の形態２
図８はトルク検出装置の実施の形態２の構成を示す断面図である。この実施の形態のトルク検出装置Ａは、導電性を有し、保持環７より硬質の導電筒体７５を筒体７４に代えて用い、さらに、検出回路基板１１に接続され、電磁遮蔽部材１２ａにより被覆された導線１２と、電磁遮蔽部材１２ａ及び導電筒体７５に接続されるアース線１５とを備える。

導線１２は複数のリード線１２ｂと、該リード線１２ｂを被覆する網状の電磁遮蔽部材１２ａと、該電磁遮蔽部材１２ａを被覆する絶縁部材１２ｃとを有しており、電磁遮蔽部材１２ａの端部にアース線１５が接続されている。このアース線１５の先端にはボルト９が挿通される貫通孔を有する端子１６が接続されている。

導電筒体７５は、導電性を有し、保持環７より硬質の金属材料により形成されており、端子１６に対応する大きさの端面を有する。この導電筒体７５は、成形用型のキャビティ内に集磁環５，５及び検出部６とともに配置し、キャビティ内に合成樹脂材料を注入して一体成形されている。また、導電筒体７５は、孔が高精度に加工されたものを一体成形するか、又は、一体成形により固定した後、タップ等の工具により孔を高精度に加工する。この孔加工は、挿通孔７３より小径で、且つボルト９より僅かに大径、換言すればボルト９をガタつきなく挿通することができる程度の貫通孔を設ける。また、導電筒体７５はフランジ７１のボルト挿通方向の長さより若干長く形成されており、この長い分がフランジ７１の表面より外部に突出している。

図９、図１０は導電筒体部分の拡大断面図である。端子１６に対応する大きさの端面を備える手段として、図９では導電筒体７５を環状の端子１６より大径に形成してあり、図１０では環状の端子１６より大径のフランジ７５ａを設けてある。尚、導電筒体７５は導電性材料により形成されているが、その他、非導電性材料により形成された半体の表面に導電層を設けた構成としてもよいし、また、前記半体の一部に導電層を設けた構成としてもよい。

以上のように構成されたトルク検出装置Ａは、ハウジング８の取着座８２を貫通する貫通孔８３から円筒部８１内に保持環７を挿入し、該保持環７を嵌合溝８４に係合させることにより、保持環７の円筒部８１内での位置を決め、フランジ７１を取着座８２に対接させる。この状態でアース線１５の端子１６を導電筒体７５の一端面に対接させ、端子１６及び導電筒体７５にボルト９を挿通し、該ボルト９を螺子孔８５に緊締するとともに、フランジの挿通孔７３にボルト９を挿通し、該ボルト９を螺子孔８５に緊締することにより、フランジ７１を挾着し、保持環７を取着座８２に取着する。この場合、導電筒体７５の他断面がアルミニウム等の導電性材料により形成されるハウジング８の取着座８２に接触しているため、電磁遮蔽部材１２ａを、アース線１５、端子１６、導電筒体７５及びハウジング８を経て車両の車体にアースすることができる。また、導電筒体７５の孔は高精度に形成されており、しかも、挿通孔７３より小径に形成されているため、螺子孔８５に緊締されるボルト９に対する保持環７の位置ずれを防ぐことができ、保持環７を適正位置に固定することができる。また、挿通孔７３は導電筒体７５の孔より大径であり、ボルト９の周面との間に隙間があるため、螺子孔８５に対する挿通孔７３に寸法誤差がある場合においても、挿通孔７３に挿通されたボルト９を螺子孔８５に確実に緊締することができる。
その他の構成及び作用は実施の形態１と同じであるため、共通部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。

尚、以上説明した実施の形態では取着部としてのフランジ７１に挿通孔７３と筒体７４とを設けたが、その他、挿通孔７３に代えて筒体７４を備える構成、即ち、離隔した二つの箇所に筒体７４，７４を設けてある構成としてもよい。

また、以上説明した実施の形態では取着部としてのフランジ７１のボルト挿通方向の長さより長い筒体７４を備える構成としたか、その他、取着部のボルト挿通方向の長さと等しい長さの筒体７４を備える構成としてもよい。

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をハウジングに組込んだ状態の縦断正面図である。本発明に係るトルク検出装置をハウジングに組込んだ状態の縦断側面図である。本発明に係るトルク検出装置の要部の拡大断面図である。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。本発明に係るトルク検出装置の構成を示す模式的分解斜視図である。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が電動パワーステアリング装置に搭載された状態を示す断面図である。本発明に係るトルク検出装置の実施の形態２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導電筒体部分の拡大断面図である。本発明に係るトルク検出装置の導電筒体部分の拡大断面図である。

符号の説明

２第１の回転体（回転体）、３第２の回転体（回転体）、４磁気回路形成部材、
５集磁環、６検出部、７保持環、７１フランジ（取着部）、７３挿通孔、
７４筒体、７５導電筒体、８ハウジング（物体）、９ボルト、１２導線、
１２ａ電磁遮蔽部材、１５アース線

Claims

トルクが加えられる回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部と、適宜の物体に複数のボルトにより取着される複数の取着部を有し、前記集磁環及び検出部を保持する合成樹脂製の保持環とを備えるトルク検出装置において、前記取着部の一つは、前記ボルトの一つが挿通され該ボルトよりも大径の挿通孔を有し、前記取着部の他の一つは、前記保持環より硬質でかつ前記ボルトの他の一つが挿通される筒体を有し、該筒体の孔径は前記挿通孔より小径であることを特徴とするトルク検出装置。
前記筒体は、前記取着部のボルト挿通方向の長さより長い請求項１記載のトルク検出装置。
トルクが加えられる回転体に設けられた磁気回路形成部材の外周りに配置され、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環と、該集磁環が集めた磁束の密度に基づいて前記回転体に加わったトルクを検出する検出部と、該検出部に接続され、電磁遮蔽部材により被覆された導線と、適宜の物体に複数のボルトにより取着される複数の取着部を有し、前記集磁環及び検出部を保持する合成樹脂製の保持環とを備えるトルク検出装置において、前記取着部の一つは、前記ボルトの一つが挿通され該ボルトよりも大径の挿通孔を有し、前記取着部の他の一つは、前記保持環より硬質でかつ前記ボルトの他の一つが挿通される導電筒体を有し、該導電筒体の孔径は前記挿通孔より小径であり、前記電磁遮蔽部材及び導電筒体に接続されるアース線を備えることを特徴とするトルク検出装置。