KR101842754B1 - 토크 센서 - Google Patents

Abstract

제1 출력축(3)에 고정되는 자성 부재(21)와, 상기 자성 부재(21)의 외주측을 포위하도록 입력축(1)에 고정되는 한쌍의 제1, 제2 요크 부재(31, 32)와, 2개의 요크 부재(31, 32) 사이를 건너는 자속을 검출하는 자기 센서(60)로 이루어지는 토크 센서(TS1)에 있어서, 금속재로 이루어지는 대략 원통형을 나타내고, 그 축방향 끝가장자리에 직경 방향을 따라 연장하여 설치된 복수의 지지부(26)와, 각각의 상기 지지부(26)의 둘레 방향 사이에 축방향을 따라 연장하여 설치된 걸어맞춤 돌기(27)를 구비한 슬리브(23)와, 내주면에 축방향으로 관통하는 복수의 걸어맞춤 홈(24)이 노치 형성된 원고리형의 영구 자석(21)에 의해 자성 부재(20)를 구성함과 동시에, 이들 영구 자석(21)과 슬리브(23)를, 양자(21, 23)에 걸치도록 설치한 수지제의 충전재(22)에 의해 결합시켰다.

Description

토크 센서{TORQUE SENSOR}

본 발명은, 예컨대 차량의 파워 스티어링 장치에 적용되고, 운전자의 조타 토크를 검출하는 토크 센서에 관한 것이다.

예컨대 자동차의 파워 스티어링 장치에 적용되는 종래의 토크 센서로는, 이하의 특허문헌 1에 기재된 것이 알려져 있다.

개략을 설명하면, 이 토크 센서는, 토션 바를 통해 상대 회전 가능하게 연결되는 2개의 축부재로 이루어지는 스티어링 샤프트 중 한쪽의 축부재의 외주에 결합되고, 둘레 방향에 있어서 복수의 자극을 갖는 자성 부재; 2축 중 다른쪽의 축부재의 외주에 소정의 홀더를 통해 연결되는 연자성체로 이루어지는 한쌍의 고리형 부재로서, 각각 직경 방향 내측으로 연장하여 설치된 복수의 클릭부를 갖고, 축 방향에 있어서 서로 대향하도록 배치되는 제1, 제2 요크 부재; 이들 각 요크 부재의 둘레 방향의 일부의 범위에 상기 요크 부재 사이에 있어서(축방향에 있어서) 서로 대향하는 형태로 설치되고, 양자 사이에 자계를 발생시키는 한쌍의 제1, 제2 집자(集磁) 부재; 이들 2개의 집자 부재 사이에 형성되는 에어 갭 내에 수용 배치되고, 상기 집자 부재 사이를 통과하는 자속을 검출하는 자기 센서를 구비하며, 자기 센서에 의해 검출되는 자속(자속 밀도)의 변화에 따라 스티어링 샤프트에 입력되는 토크를 검출하는 것이다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2004-309463호 공보

그런데, 상기 토크 센서에서는, 상기 자성 부재가, 마그넷 링인 원고리형의 마그넷과 상기 마그넷을 스티어링 샤프트에 고정하기 위한 마그넷 홀더인 슬리브로 구성되어 있고, 이들 마그넷과 슬리브는, 소정의 수지재를 통해 결합되는 구성으로 되어 있다.

그러나, 상기 수지재는 온도 변화에 약하고, 경년 열화의 영향도 크다는 점에서, 예컨대 금속재보다 큰 선팽창 계수에 기초하는 열팽창이나 냉간 시의 수축으로 인한 파손에 의해, 마그넷을 안정적으로 고정할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이러한 기술적 과제를 감안하여 안출된 것으로서, 마그넷의 고정 상태를 안정적으로 유지할 수 있는 토크 센서를 제공하는 것이다.

본 발명은, 토션 바에 의해 접속된 금속재로 이루어지는 제1 축부재 및 제2 축부재에 의해 구성된 회전 부재에 발생한 토크를 검출하는 토크 센서에 관한 것이다. 이 토크 센서는 상기 제1 축부재를 포위하도록 원고리형 또는 원호형으로 형성된 슬리브 본체와, 상기 슬리브 본체에 설치되고 상기 슬리브 본체를 상기 제1 축부재에 고정하는 고정부와, 상기 슬리브 본체의 직경 방향 내측을 향해 연장되는 플랜지에 의해 구성되며 사용 상태에서 연직 방향 상측에 면하는 지지면을 갖는 축방향 위치 규제부와, 상기 슬리브 본체에 설치되고 상기 회전 부재의 회전축 방향을 따라 연장하여 설치된 직경 방향 위치 규제부로 구성되는 금속재로 이루어지는 슬리브; 수지재와 자성재의 복합재에 의해 상기 제1 축부재를 포위하는 원고리형으로 형성되며, 또한, 둘레 방향으로 상이한 자극이 교대로 배치되고, 상기 지지면 상에 배치됨으로써 상기 회전 부재의 회전축 방향 위치가 규제됨과 함께, 상기 직경 방향 위치 규제부에 의해 그 직경 방향 위치가 규제되는 마그넷; 상기 마그넷과 상기 직경 방향 위치 규제부 쌍방에 밀착하는 형태로 설치되고, 상기 마그넷보다 영률이 작은 수지재에 의해 형성된 충전재; 상기 마그넷과 대향하도록 배치된 복수의 제1 클릭부와, 각각의 상기 제1 클릭부끼리를 접속시키는 제1 원고리부를 갖고, 상기 제2 축부재와 일체 회전하도록 상기 제2 축부재에 설치되는 자성재로 이루어지는 제1 요크 부재; 각각의 상기 제1 클릭부의 둘레 방향 사이에 교대로 늘어서는 형태로 상기 마그넷과 대향하도록 배치된 복수의 제2 클릭부와, 각각의 제2 클릭부끼리를 접속시키는 제2 원고리부를 갖고, 상기 제2 축부재와 일체 회전하도록 상기 제2 축부재에 설치되는 자성재로 이루어지는 제2 요크 부재; 상기 제1 요크 부재와 상기 제2 요크 부재 사이에 생기는 자계의 변화를 검출하는 홀 소자를 갖는 자기 센서를 구비하고, 상기 자기 센서의 출력 신호에 기초하여 상기 회전 부재에 발생한 토크를 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 축방향 위치 규제부는, 상기 슬리브 본체로부터 연직 방향 상측으로 연장되도록 설치된 기초부를 가질 수 있다. 상기 지지면은, 상기 기초부보다 직경 방향 내측을 향해 연장하여 설치될 수 있고, 상기 충전재는, 상기 슬리브 본체와 상기 마그넷 사이에 충전될 수 있다.
상기 마그넷은, 그 표면에 개구되는 오목형의 걸어맞춤 홈을 가질 수 있고, 상기 직경 방향 위치 규제부는, 상기 걸어맞춤 홈과 걸어맞춰질 수 있으며, 상기 충전재의 수지재는, 상기 직경 방향 위치 규제부를 포위함과 함께 상기 걸어맞춤 홈 내에 충전될 수 있다.
상기 걸어맞춤 홈은, 상기 마그넷의 내주측에 설치될 수 있고, 상기 직경 방향 위치 규제부와 상기 걸어맞춤 홈 사이에는 사전에 정해진 직경 방향 간극이 형성될 수 있으며, 상기 직경 방향 간극은, 상기 마그넷의 냉각에 따른 수축 시에도 상기 직경 방향 위치 규제부로부터의 압박에 의한 내부 응력이 발생하지 않는 정도로 설정될 수 있다.
상기 직경 방향 위치 규제부는 탄성 특성을 가질 수 있다.
상기 충전재는, 상기 슬리브와 상기 마그넷 사이에 형성되는 간극에 충전되고, 상기 마그넷보다 큰 선팽창 계수를 가질 수 있다.
상기 직경 방향 위치 규제부는, 상기 마그넷의 직경 방향 내측에 배치될 수 있고, 상기 충전재는, 상기 마그넷과 상기 직경 방향 위치 규제부의 직경 방향 내측에 설치될 수 있다.
상기 충전재는, コ자 형상의 단면을 가질 수 있고, 상기 コ자 형상의 단면과의 사이에서 상기 슬리브와 상기 마그넷을 협지하도록 설치될 수 있다.
상기 슬리브는 비자성재에 의해 형성될 수 있다.
상기 플랜지는, 상기 직경 방향 위치 규제부의 둘레 방향 양측에 사전에 정해진 거리만큼 이격하여 배치될 수 있고, 상기 충전재는, 상기 직경 방향 위치 규제부를 둘레 방향으로 걸치도록, 상기 직경 방향 위치 규제부의 둘레 방향 양측에 설치되는 상기 플랜지들 사이에 충전될 수 있다.
상기 직경 방향 위치 규제부는, 둘레 방향에 있어서 등간격으로 복수로 설치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 금속재에 의해 형성된 슬리브의 지지면과 직경 방향 위치 규제부에 의해 마그넷의 축방향 및 직경 방향의 위치 어긋남이 억제 가능하게 되는 결과, 제1 축부재에 대한 상기 마그넷의 고정 상태의 안정적인 유지를 도모할 수 있다.

도 1은, 본 발명에 관련된 토크 센서의 적용 대상인 파워 스티어링 장치의 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제1 실시형태를 나타내고, 도 1에 도시한 조타계(제1 랙·피니언 기구 근방)의 종단면도이다.
도 3은, 도 2에 도시한 토크 센서의 사시도이다.
도 4는, 도 3에 도시한 토크 센서의 분해 사시도이다.
도 5는, 도 2의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 6은, 토크 센서 근방의 주요부 확대도이다.
도 7은, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제1 실시형태를 나타내는, 도 6에 도시한 자성 부재의 분해 사시도이다.
도 8은, 도 7에 도시한 영구 자석과 슬리브의 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 9는, 도 7에 도시한 영구 자석과 슬리브의 조립체를 나타낸 측면도이다.
도 10은, 도 7에 도시한 조립체에 충전재를 충전하여 이루어지는, 도 6에 도시한 자성 부재의 사시도이다.
도 11은, 도 6에 도시한 자성 부재 근방의 주요부 확대도이다.
도 12는, 도 7에 도시한 조립체의 주요부 확대 평면도이다.
도 13은, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제1 실시형태의 제1 변형예를 나타낸 도면으로서, 도 11의 주요부 확대도에 상당하는 도면이다.
도 14는, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제1 실시형태의 제2 변형예를 나타낸 도면으로서, 도 11의 주요부 확대도에 상당하는 도면이다.
도 15는, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제1 실시형태의 제3 변형예를 나타낸 도면으로서, 도 11에 상당하는 자성 부재의 주요부 확대 단면도이다.
도 16은, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제1 실시형태의 제4 변형예를 나타낸 도면으로서, 도 11에 상당하는 자성 부재의 주요부 확대 단면도이다.
도 17은, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제2 실시형태를 나타낸, 도 1에 도시한 조타계(제1 랙·피니언 기구 근방)의 종단면도이다.
도 18은, 도 17에 도시한 자성 부재를 나타낸 도면으로서, (a)가 분해 사시도, (b)가 (a)에 도시한 영구 자석과 슬리브의 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 19는, 도 17에 도시한 자성 부재의 단면도로서, (a)는 도 17에 도시한 자성 부재 근방의 주요부 확대도, (b)는 (a)의 C-C선 단면도이다.
도 20은, 본 발명의 제2 실시형태의 제1 변형예에 관련된 자성 부재를 나타낸 도면으로서, (a)가 분해 사시도, (b)가 (a)에 도시한 영구 자석과 슬리브의 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 21은, 동 변형예에 관련된 자성 부재의 단면도로서, (a)는 도 17에 도시한 자성 부재 근방의 주요부 확대 상당도, (b)는 (a)의 D-D선 단면도이다.
도 22는, 본 발명의 제2 실시형태의 제2 변형예에 관련된 자성 부재를 나타낸 도면으로서, (a)가 분해 사시도, (b)가 (a)에 도시한 영구 자석과 슬리브의 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 23은, 동 변형예에 관련된 자성 부재의 단면도로서, (a)는 도 17에 도시한 자성 부재 근방의 주요부 확대 상당도, (b)는 (a)의 E-E선 단면도이다.

이하, 본 발명에 관련된 토크 센서의 실시형태 등에 관해, 도면에 기초하여 상세히 서술한다. 또한, 이하의 실시형태 등에서는, 이 토크 센서를, 자동차의 랙·피니언식 전동 파워 스티어링 장치에 적용한 것을 예로서 설명한다.

[제1 실시형태]

도 1∼도 12는, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제1 실시형태를 나타낸다. 우선, 본 발명에 관련된 토크 센서의 적용 대상인 전동 파워 스티어링 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 일단측이 스티어링 휠(SW)에 연계되는 입력축(1)(본 발명에 관련된 제1 축부재에 상당)과, 일단측이 상기 입력축(1)에 토션 바(2)를 통해 상대 회전 가능하게 연결되는 제1 출력축(3)(본 발명에 관련된 제2 축부재에 상당)으로 이루어지는 조타축이 차체 폭방향의 한쪽에 설치되는 제1 랙·피니언 기구(RP1)를 통해 도시하지 않은 전타 바퀴에 연계됨과 동시에, 상기 조타축의 외주에 배치되는 토크 센서(TS1)의 출력 신호에 기초하여 ECU(4)에 의해 구동 제어되는 전동 모터(M)에 예컨대 웜 기어 등 소정의 감속 기구(5)를 통해 연계되는 제2 출력축(6)이 차체 폭방향의 다른쪽에 설치되는 제2 랙·피니언 기구(RP2)를 통해 상기 도시하지 않은 전타 바퀴에 연계됨으로써 구성된다. 또한, 상기 조타축을 구성하는 양축(1, 3)은, 소정의 자성 금속 재료에 의해 형성되어 있다.

여기서, 상기 제1 랙·피니언 기구(RP1)는, 제1 출력축(3)의 타단측에 설치되는 피니언 톱니(3a)와, 각 단이 타이 로드(7, 7)를 통해 각각 상기 도시하지 않은 전타 바퀴에 연계되는 랙 바(8)의 일단측에 설치되는 도시하지 않은 제1 랙 톱니로 구성되고, 제2 랙·피니언 기구(RP2)는, 제2 출력축(6)의 선단부에 연계되는 제2 피니언 톱니(6a)와, 상기 랙 바(8)의 타단측에 설치되는 도시하지 않은 제2 랙 톱니로 구성되어 있다.

그리고, 상술한 바와 같은 구성으로부터, 스티어링 휠(SW)로부터 입력축(1)에 입력된 조타 토크에 기초하여 토션 바(2)가 비틀림 변형되고, 이 비틀림 변형에 따라 상기 토션 바(2)의 복원 시에 생기는 회전 토크에 기초하여 회전하는 제1 출력축(3)의 회전 운동이 상기 제1 랙·피니언 기구(RP1)를 통해 랙 바(8)의 직선 운동으로 변환됨과 동시에, 상기 조타 토크에 기초하여 전동 모터(M)에 생기는 조타 어시스트 토크에 기초하여 회전하는 제2 출력축(6)의 회전 운동이 상기 제2 랙·피니언 기구(RP2)를 통해 랙 바(8)의 직선 운동으로 변환됨으로써, 상기 전동 모터(M) 에 의한 조타 보조를 얻으면서 상기 도시하지 않은 전타 바퀴의 방향이 변경되게 된다.

상기 조타축은, 특히 도 2에 도시한 바와 같이, 입력축(1)의 타단측과 제1 출력축(3) 전체가 상기 제1 랙·피니언 기구(RP1)를 수용하는 제1 기어 하우징의 내부에 수용되는 구성으로 되어 있고, 상기 제1 기어 하우징은, 둘레 방향으로 복수 배치되는 볼트(9)에 의해 체결되는 한쌍의 하우징 구성 부재인, 제1 출력축(3) 전체를 수용하는 대략 원통형의 하우징 본체(11)와, 이 하우징 본체(11)의 상단부인 일단측 개구부를 폐색하도록 설치되는 하우징 커버(12)로 구성되어 있다.

상기 하우징 본체(11)는, 일단측이 단차형으로 직경 확장되어 이루어지는 대직경부(11a)로서 구성되는 한편, 타단측이 제1 출력축(3)의 외경보다 약간 큰 정도의 비교적 소직경으로 형성되어 이루어지는 소직경부(11b)로서 구성되어 있고, 상기 대직경부(11a) 내에 수용되는 입력축(1)의 타단부와 제1 출력축(3)의 일단부를 맞대어 이루어지는 2개의 축(1, 3)의 연결부의 외주 영역에, 상기 토크 센서(TS1)가 배치되어 있다. 또한, 상기 하우징 본체(11)의 소직경부(11b)의 양단부에는 한쌍의 베어링(BR1, BR2)이 배치되어 있고, 상기 한쌍의 베어링(BR1, BR2)에 의해 제1 출력축(3)이 회전 가능하게 지지되도록 되어 있다. 한편, 하우징 커버(12)에도, 축방향 중간부에 형성되는 잘록부(12a)의 내주에 베어링(BR3)이 배치되어 있고, 상기 베어링(BR3)에 의해 입력축(1)이 회전 가능하게 지지되도록 되어 있다.

상기 토크 센서(TS1)는, 도 2∼도 6에 도시한 바와 같이, 대략 통형상으로 구성되고, 제1 출력축(3)의 일단부 외주에 부착 고정됨으로써 상기 제1 출력축(3)과 일체 회전 가능하게 설치되는 자성 부재(20); 모두 연자성체에 의해 대략 원통형으로 구성되고, 함께 입력축(1)의 타단부 외주에 부착 고정됨으로써 상기 입력축(1)과 일체 회전 가능하게 설치되며, 일단측(도 6의 하단부측)이 상기 자성 부재(20)의 직경 방향에서 상기 자성 부재(20)와 대향하며, 또한, 서로 이격되도록(직접 접속되지 않도록) 설치된 한쌍의 제1, 제2 요크 부재(31, 32); 이들 요크 부재(31, 32)의 타단측(도 6의 상단부측)에 있어서 2개의 상기 요크 부재(31, 32) 사이에 형성되는 직경 방향 간극에 수용 배치되고, 2개의 상기 요크 부재(31, 32)의 타단측으로 누설된 상기 자성 부재(20)에 의한 자계(자속)를 소정의 범위로 집약하는 대략 원고리형으로 형성된 한쌍의 제1, 제2 집자 링(51, 52); 이들 2개의 집자 링(51, 52) 사이에 소정의 간극인 에어 갭을 통해 수용 배치되고, 상기 2개의 집자 링(51, 52) 사이를 통과하는 상기 자속을 검출하는 한쌍의 자기 센서(60, 60)로 주로 구성되어 있다.

상기 자성 부재(20)는, 도 7, 도 10, 도 11에 도시한 바와 같이, 수지 재료와 자성 재료의 복합 재료에 의해 원고리형으로 형성된 마그넷인 영구 자석(21)과, 금속 재료에 의해 대략 원통형으로 형성되고, 상기 영구 자석(21)을 제1 출력축(3)에 고정하는 슬리브(23)와, 이들 양자(21, 22) 사이에 충전되는 수지 재료로 이루어지는 충전재(22)에 의해 일체로 몰드 성형된 것이고, 제1 출력축(3)의 일단부 외주에 단차형으로 직경 확장 형성된 대직경부(3b)에 대해 외부에서 끼운 슬리브(23)의 고정부인 테이퍼형 선단부(23a)를 둘레 방향을 따라 레이저 용접함으로써, 상기 슬리브(23)를 통해 제1 출력축(3)의 외주에 고정되어 있다.

보다 구체적으로는, 상기 영구 자석(21)은, 둘레 방향으로 상이한 자극(N극, S극)이 교대로 복수(본 실시형태에서는 각 8극씩 전체 16극) 배치되어 이루어지는 것으로, 그 외주면(21a)은 평탄형으로 구성되어 있는 한편, 그 내주면(21b)에는, 둘레 방향으로 90도의 등간격 위치에, 축방향을 따라 관통하는 단면이 대략 직사각형 오목부로 구성된 4개의 걸어맞춤 홈(24)이 노치 형성되어 있다.

또한, 이 영구 자석(21)의 내경은, 적어도 상기 영구 자석(21)의 냉간 수축량보다 크게 설정되어 있고, 이 영구 자석(21)의 냉간 수축 시에 제1 출력축(3)과 압접함으로써 생기는 내부 응력에 기초한 상기 영구 자석(21)의 자계 특성의 변화가 회피 가능하게 되어 있다.

상기 슬리브(23)는, 예컨대 스테인리스나 알루미늄과 같은 비자성 금속 재료에 의해 박육으로 성형되어 이루어지는 것으로, 상기 대직경부(3b)에 끼워맞춤 가능하게 설치된 원통형의 슬리브 본체(25)와, 이 슬리브 본체(25)의 기단[영구 자석(21)과 근접하는 쪽의 단부]으로부터 직경 방향을 따라 각각 독립적으로 연장하여 설치됨으로써 영구 자석(21)의 지지에 기여하는 4개의 지지면을 갖는 축방향 위치 규제부로서의 플랜지인 지지부(26)와, 이들 각 지지부(26)의 둘레 방향 사이에 축방향을 따라 연장하여 설치되고, 각각 영구 자석(21)의 각 걸어맞춤 홈(24)에 걸어맞춤으로써 영구 자석(21)의 직경 방향의 위치 어긋남 규제에 기여하는 직경 방향 위치 규제부인 4개의 걸어맞춤 돌기(27)로 구성되어 있다.

여기서, 각각의 상기 지지부(26)는, 각각 둘레 방향을 따라 비교적 큰 둘레 방향폭으로 설정됨과 동시에, 영구 자석(21)과 동등한 직경 방향폭으로 설정되고, 이러한 소정의 치수 구성에 의해, 영구 자석(21)의 안정적인 지지가 가능하게 되어 있다.

각각의 상기 걸어맞춤 돌기(27)는, 각 지지부(26)의 둘레 방향 사이 거의 중간 위치에서, 인접하는 지지부(26)와의 사이에 소정의 둘레 방향 간극(C1)(도 12 참조)을 두는 형태로 배치되며, 또한, 종단면이 대략 L자형이 되도록 슬리브 본체(25)의 기단으로부터 직경 방향 외측으로 오프셋하는 형태로 세워 설치된 것이고, 상기 슬리브 본체(25)의 기단으로부터 직경 방향 외측으로 수평형으로 연장됨으로써 후술하는 걸어맞춤부(29)를 탄성 변형 가능하게 지지하는 탄성 기초부(28)와, 상기 탄성 기초부(28)의 선단으로부터 굽힘형으로 세워 설치되고, 각 걸어맞춤 홈(24)에 끼워 넣어짐으로써 각각의 상기 걸어맞춤 홈(24)과의 걸어맞춤에 기여하는 걸어맞춤부(29)로 구성되어 있다. 또한, 이들 걸어맞춤 돌기(27) 각각은, 상술한 바와 같은 박육 금속 재료에 의해 형성되어 있음으로써, 상기 탄성 기초부(28)의 기단부를 지지점으로 하여 비교적 용이하게 탄성 변형 가능하게 되어 있다.

또한, 각각의 상기 걸어맞춤 돌기(27)와 각각의 상기 걸어맞춤 홈(24)의 치수 관계로는, 도 12에 도시한 바와 같이, 직경 방향으로 이들 양자(24, 27) 사이에 소정의 직경 방향 간극(C2)이 형성되는 설정으로 되어 있다. 즉, 이 직경 방향 간극(C2)은, 적어도 영구 자석(21)의 냉간 수축량보다 크게 설정되고, 이에 따라, 영구 자석(21)의 냉간 수축 시에 걸어맞춤 돌기(27)와 압접함으로써 생기는 내부 응력에 기초한 자계 특성 변화를 회피하는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 이때, 각각의 상기 걸어맞춤 돌기(27)는, 상술한 바와 같은 양호한 탄성 특성을 갖고 있다는 점에서, 설령 상기 직경 방향 간극(C2)이 작고, 영구 자석(21)의 냉간 수축에 의해 각각의 상기 걸어맞춤 돌기(27)에 압박력이 작용해 버리는 경우라도, 상기 압박력은 상기 탄성 특성에 의해 저감되고, 영구 자석(21)에 생기는 내부 응력의 억제를 도모할 수 있게 된다.

또한, 둘레 방향에 있어서도, 각각의 상기 걸어맞춤 돌기(27)와 각각의 상기 걸어맞춤 홈(24) 사이에는, 한쌍의 둘레 방향 간극(C3, C3)이 형성되는 설정으로 되어 있다. 즉, 이 둘레 방향 간극(C3, C3)에 관해서도, 영구 자석(21)의 냉간 수축량보다 크게 설정되고, 이에 따라, 상기 직경 방향 간극(C2)의 경우와 마찬가지로, 영구 자석(21)의 내부 응력에 기초한 자계 특성의 변화를 회피 가능하게 되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 16의 자극수를 갖는 영구 자석(21)에 대하여 4개의 걸어맞춤 돌기(27)를 둘레 방향으로 등간격으로 배치하는 구성, 즉 N, S 4개의 자극 사이에 하나의 걸어맞춤 돌기(27)를 배치하는 구성으로 되어 있다는 점에서, 영구 자석(21)에서의 각 걸어맞춤 돌기(27)의 영향의 균일화가 도모되고, 자계가 언밸런스(unbalance)로 되어 버리는 문제점에 관해서도 회피 가능하게 되어 있다.

상기 충전재(22)는, 영구 자석(21)보다 영률이 작은 소정의 수지 재료에 의해 형성되는 것으로, 도 10, 도 11에 도시한 바와 같이, 영구 자석(21)의 내주면측 및 상하면측의 거의 전체를 피복하는 내주 피복부(22a), 상측 피복부(22b) 및 하측 피복부(22c)로 이루어지는 コ자 형상의 종단면을 이루도록 충전(형성)되고, 2개의 둘레 방향 간극(C1, C3)을 포함시켜 영구 자석(21)과 걸어맞춤 돌기(27)에 걸치도록, 양자(21, 27) 사이의 요철을 매립하며, 또한, 상기 양자(21, 27)에 밀착하는 형태로 설치된다.

구체적으로, 도 7에 도시한 바와 같은 상태로부터 각각의 걸어맞춤부(29)를 각각의 걸어맞춤 홈(24)에 걸어맞추도록 영구 자석(21)을 슬리브 본체(25)의 지지부(26) 상에 적재한 후, 이 조립체(21a)(도 8 참조)를 도시하지 않은 성형형(成形型) 내에 세트(set)하고, 상기 성형형 내에 충전재(22)를 충전한 후, 이것을 냉각 고화시킴으로써, 도 10과 같이 상기 조립체(21a)가 충전재(22)에 의해 몰드 주조되어 이루어지는 상기 자성 부재(20)가 성형된다. 또한, 이 충전재(22)에 의해 몰드 성형된 자성 부재(20) 정상부의 충전재(22) 정면에 각 걸어맞춤 홈(24)에 대응하도록 설치되는 4개의 오목부(30)는, 상기 성형형 내에서 상기 각 걸어맞춤 홈(24)을 통해 상기 조립체(21a)를 위치 결정하여 고정함으로써 형성되는 것이다.

상기 제1 요크 부재(31)는, 도 2∼도 6에 도시한 바와 같이, 일단측이 비교적 대직경이 되고 또한 타단측이 비교적 소직경이 되는 종단면이 크랭크형으로 형성된 것으로서, 일단측에서 직경 방향 외측으로 직경 확장되는 종단면이 대략 역L자형이 되도록, 또한, 자성 부재(20)의 외주 영역에 있어서 소정의 둘레 방향 간격을 두는 형태로 상기 조타축[회전축(Z)]의 동심원 상에 늘어서도록 형성된 복수의 제1 클릭부(41)와, 타단측에서 상기 회전축(Z)의 둘레 방향을 따라 연속하는 원고리형으로 형성되고, 상기 각 제1 클릭부(41)의 기초부에 접속됨으로써 각 제1 클릭부(41)끼리를 서로 접속시키는 제1 원고리부(43)에 의해 구성되어 있다.

상기 제2 요크 부재(32)는, 일단측이 비교적 소직경이 되고 또한 타단측이 비교적 대직경이 되는 종단면이 크랭크형으로 형성된 것으로서, 일단측에서 직경 방향 내측으로 직경 축소되는 종단면이 대략 역L자형이 되도록, 또한, 자성 부재(20)의 외주 영역에 있어서 상기 회전축(Z)의 동심원 상으로서 각 제1 클릭부(41)의 둘레 방향 사이에 상기 각 제1 클릭부(41)와 동일 원주 상에 교대로 늘어서도록 소정의 둘레 방향 간격을 두는 형태로 형성된 복수의 제2 클릭부(42)와, 타단측에서 상기 회전축(Z)의 둘레 방향을 따라 연속하는 원고리형으로 형성되고, 각 제2 클릭부(42)의 기초부에 접속됨으로써 상기 각 제2 클릭부(42)끼리를 서로 접속시키는 제2 원고리부(44)에 의해 구성되어 있다.

그리고, 이러한 제1 요크 부재(31)와 제2 요크 부재(32)는, 각각의 상기 제1 클릭부(41)와 각각의 상기 제2 클릭부(42)가 동일 원주 상에 교대로 정렬되도록, 또한, 제1 원고리부(43)의 외주측에서 제2 원고리부(44)가 이격 대향하도록 배치된 상태로, 인접하는 각각의 상기 클릭부(41, 42)끼리가 상기 자성 부재(20)와 동일한 수지 재료로 이루어지는 절연부(33)를 통해 결합됨과 동시에, 상기 절연부(33)를 통해 제1 원고리부(43)의 내주측에 소정의 금속 재료에 의해 대략 원통형으로 형성되어 이루어지는 슬리브(34)가 결합되고, 이러한 슬리브(34)를 통해 입력축(1)의 외주에 고정되어 있다. 이때의 구체적인 고정 수단으로는, 상기 자성 부재(20)와 동일하게, 입력축(1)의 타단부 외주에 단차형으로 직경 확장 형성된 대직경부(1a)에 대해 외부에서 끼워진 슬리브(34)의 테이퍼형 선단부(34a)를 둘레 방향을 따라 레이저 용접함으로써, 상기 슬리브(34)를 통해 제1 출력축(3)의 외주에 고정되어 있다.

또한, 상기 제1, 제2 클릭부(41, 42)는, 각각, 상기 회전축(Z)의 축방향을 따라 연장하여 설치되어 직경 방향으로 영구 자석(21)과 대향하는 제1, 제2 축방향 연장부(41a, 42a)와, 각각의 상기 축방향 연장부(41a, 42a)로부터 굽혀지도록 상기 회전축(Z)의 직경 방향을 따라 연장하여 설치된 제1, 제2 직경 방향 연장부(41b, 42b)로 구성되어 있다. 그리고, 2개의 축방향 연장부(41a, 42a)는, 적어도 영구 자석(21)의 축방향 길이보다 큰 축방향 길이로 설정되어 있고, 상기 2개의 축방향 연장부(41a, 42a)에 의해 영구 자석(21)이 직경 방향 외측으로부터 완전히 포위되는 구성으로 되어 있다.

상기 제1, 제2 집자 링(51, 52)은, 모두, 둘레 방향으로 끝이 있는 원호형이며, 또한, 180도를 초과하는 둘레 방향 범위만큼 상기 회전축(Z)을 포위하도록 구성됨과 동시에, 제1 집자 링(51)을 내주측으로 하고, 제2 집자 링(52)을 외주측으로 하여 2개의 집자 링(51, 52)이 직경 방향으로 서로 중첩되도록 배치되고, 둘레 방향의 일부에 대향 형성된 후술하는 제1, 제2 평탄부(51a, 52a)에 의해 형성되는 직경 방향 간극에 상기 한쌍의 자기 센서(60, 60)가 수용 배치되도록 되어 있다.

즉, 상기 제1 집자 링(51)은, 둘레 방향으로 320도 정도의 넓은 범위를 포위하는 대략 원고리형으로 형성됨과 동시에, 둘레 방향으로 절단되어 이루어지는 제1 노치부(51b)의 반대측(점대칭이 되는 위치)에, 상기 위치에서의 소정의 둘레 방향 범위를 횡단면이 대략 직사각형이 되도록 직경 방향 외측으로 돌출시켜 이루어지는 제1 평탄부(51a)가 설치되어 있는 한편, 상기 제2 집자 링(52)은, 상기 제1 집자 링(51)보다 좁은 290도 정도의 둘레 방향 범위를 포위하는 대략 원고리형으로 형성됨과 동시에, 둘레 방향으로 절단되어 이루어지는 제2 노치부(52b)의 반대측(점대칭이 되는 위치)에, 상기 위치에서의 소정의 둘레 방향 범위를 평탄형이 되도록 직경 방향 내측으로 압박하여 이루어지는 제2 평탄부(52a)가 설치되어 있다.

여기서, 상술한 바와 같이, 제1, 제2 집자 링(51, 52)끼리는, 내주측에 배치되는 제1 집자 링(51)에 관련된 제1 노치부(51b)의 둘레 방향 범위가 좁고, 외주측에 배치되는 제2 집자 링(52)에 관련된 제2 노치부(52b)의 둘레 방향 범위가 넓어지도록 형성됨으로써, 이들 2개의 집자 링(51, 52)의 둘레 길이가 거의 동일해지도록 구성되어 있고, 이에 따라, 상기 2개의 집자 링(51, 52) 사이의 자로(磁路) 저항이 균일화되어 있다.

그리고, 상기 제1, 제2 집자 링(51, 52)은, 상기 자성 부재(20)나 2개의 요크 부재(31, 32)와 동일한 수지 재료로 이루어지는 절연부(53)를 통해 서로 연결되고, 적어도 그 축방향 영역의 일부가 2개의 원고리부(43, 44) 내에서 2개의 원고리부(43, 44)와 직경 방향으로 중첩되도록, 상기 절연부(53)를 통해 소정의 고정 수단(예컨대 볼트에 의한 체결)에 의해 하우징 본체(11)의 대직경부(11a)에 부착 고정된다.

상기 한쌍의 자기 센서(60, 60)는, 모두, 상기 제1, 제2 집자 링(51, 52) 사이의 직경 방향 간극에 수용 배치되고, 그 내부에 수용되는 홀 소자에 의해 2개의 집자 링(51, 52)[2개의 평탄부(51a, 52a)] 사이를 통과하는 자계(자속)를 검출하는 홀(IC)인 검출부(61)와, 이 검출부(61)를 상기 토크 센서(TS1)의 상측에 배치되는 제어 기판(63)(도 2 참조)에 접속하기 위한 접속 단자(62)로 구성되어 있다. 즉, 이 자기 센서(60, 60) 자체는, 각각, 각각의 상기 접속 단자(62, 62)를 통해 제어 기판(63)에 접속됨으로써 고정되고, 2개의 집자 링(51, 52) 사이의 직경 방향 간극 내에서는 각 집자 링(51, 52)[각 평탄부(51a, 52a)]과의 사이에 소정의 에어 갭을 두는 형태로 수용 배치되어 있다. 그리고, 2개의 자기 센서(60, 60)는, 상기 홀 소자에 의한 홀 효과를 이용함으로써 상기 각 검출부(61, 61)에 의해 2개의 집자 링(51, 52) 사이를 통과하는 자속 밀도를 검출하고, 상기 자속 밀도에 따라 변화되는 각각의 상기 검출부(61, 61)로부터의 출력 신호에 의해 제어 기판(63)에서의 토크 연산에 기여한다.

또, 상기 제어 기판(63)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 하우징 본체(11)의 대직경부(11a) 측방에 관통 형성된 창구멍(11c)을 통하여 상기 하우징 본체(11) 내에 인입되는 보드 대 보드 커넥터(64)를 통해 ECU(4)(도 1 참조)에 접속되어 있다.

이하, 본 실시형태에 관련된 상기 토크 센서(TS1)의 작용 및 이에 따른 효과에 관해, 도 1∼도 6에 기초하여 설명한다.

상기 토크 센서(TS1)에 있어서, 입력축(1)[2개의 축(1, 3) 사이]에 조타 토크가 작용하고 있지 않고 상기 조타축이 중립 상태에 있을 때에는, 영구 자석(21)의 각 극 경계가 제1, 제2 클릭부(41, 42)의 둘레 방향의 정확히 중간 위치에 위치하게 되고, 상기 영구 자석(21)의 각각의 상기 클릭부(41, 42)에 대한 자로 저항은 동일해진다. 그 결과, 상기 영구 자석(21)에 발생한 자계는 제1, 제2 클릭부(42)의 사이에서 단락하여 상기 각 원고리부(43, 44)로 누설되는 경우는 없기 때문에, 상기 자계의 자속이 각 자기 센서(60, 60)에 의해 검출되는 경우는 없다.

계속해서, 스티어링 휠(SW)이 조타되어 입력축(1)[2개의 축(1, 3) 사이]에 조타 토크가 작용한 경우에는, 영구 자석(21)의 각 극 경계가 제1, 제2 클릭부(41, 42)의 둘레 방향 한쪽으로 치우치게 되고, 영구 자석(21)의 각 클릭부(41, 42)에 대한 자로 저항 중 상기 극 경계가 치우친 둘레 방향 한쪽의 자로 저항이 커진다. 이에 따라, 상기 영구 자석(21)에 발생한 자계는, 각 원고리부(43, 44)로 누설되고, 각 원고리부(43, 44)를 건너 인접하는 자극으로 흐르게 된다. 이 결과, 각 집자 링(51, 52) 사이에는 한쪽에서 다른쪽으로 자속이 통과하게 되고, 상기 자속 밀도가 각 자기 센서(60, 60)에 의해 검출되며, 각 자기 센서(60, 60)의 출력 신호에 의해 연산되는 조타 토크에 기초하여, ECU(4)에서 전동 모터(M)에 의한 조타 어시스트 토크가 연산된다. 또한, 이때, 각 집자 링(51, 52) 사이를 통과하는 자속의 방향에 의해, 조타 방향 및 이것에 기초하여 부여되는 상기 조타 어시스트 토크의 부여 방향이 특정되게 된다.

이상과 같이, 본 실시형태에 관련된 토크 센서(TS1)에 의하면, 금속재로 이루어지는 슬리브(23)의 지지부(26) 및 걸어맞춤 돌기(27), 그리고 또한 제1 요크 부재(31)의 클릭부(41)[직경 방향 연장부(41b)]에 의해, 설령 충전재(22)가 경년 열화되거나, 온도 변화에 의해 파손된 경우라도, 영구 자석(21)의 축·직경 방향, 또한 둘레 방향(회전 방향)의 위치 어긋남을 규제하는 것이 가능해진다.

즉, 본 실시형태의 경우, 영구 자석(21)이 각 지지부(26) 상에 적재됨으로써, 각각의 상기 지지부(26)가 영구 자석(21)의 연직 하방 이동의 스토퍼로서 기능하게 되는 결과, 충전재(22)의 열화 시 등에 있어서의 영구 자석(21)의 연직 하방 이동의 규제를 도모할 수 있다.

더구나, 이때, 각 지지부(26)는 슬리브 본체(25)에 대하여 직경 방향 외측으로 연장되도록 설치되어 있기 때문에, 이것에 적재되는 영구 자석(21)의 외경을 크게 설정하는 것이 가능해져, 토크 센서(TS1)의 감도 향상에도 기여한다.

또한, 각 걸어맞춤 돌기(27)를 각 걸어맞춤 홈(24)에 걸어맞춤으로써, 양자(24, 27)의 걸어맞춤에 의해, 상기 양자(24, 27) 사이의 직경 방향의 상대 이동이 규제됨과 함께, 상기 양자(24, 27) 사이의 둘레 방향의 상대 이동(상대 회전)이 규제되게 되는 결과로, 충전재(22)의 열화 시 등에 있어서의 영구 자석(21)의 둘레·직경 양방향의 이동 규제를 도모할 수도 있다.

또한, 이때, 슬리브(23)측에 각각의 걸어맞춤 돌기(27)가 설치되고, 영구 자석(21)측에 각 걸어맞춤 홈(24)이 설치되어 있음으로 인하여, 영구 자석(21)측에 걸어맞춤 돌기를 배치하는 경우와 비교하여, 상기 걸어맞춤 돌기의 파손을 억제하는 것이 가능해지고, 토크 센서(TS1)의 내구성 향상에도 기여한다.

덧붙여, 자성 부재(20)의 연직 상측에 비교적 근접하는 형태로 제1 요크 부재(31)가 배치됨으로써, 상기 제1 요크 부재(31)의 직경 방향 연장부(41b)가 영구 자석(21)의 연직 상방 이동의 스토퍼로서 기능하게 되는 결과로, 충전재(22)의 열화 시 등에 있어서의 영구 자석(21)의 연직 상방으로의 이동 규제를 도모할 수도 있다.

또한, 충전재(22)에 의해 영구 자석(21)과 슬리브(23)의 접속을 행함에 따라, 상기 충전재(22)에 의해 양자(21, 23) 사이의 영률의 차를 흡수할 수 있는 것은 물론, 특히 본 실시형태에서는, 영구 자석(21)보다 영률이 작은 수지재를 상기 충전재(22)에 채용함과 동시에, 영구 자석(21)과 슬리브(23)에 걸치는 형태로 이들 양자(21, 23)를 둘러싸도록 상기 충전재(22)를 충전하는 구성으로 함으로써, 상기 충전재(22)의 온도 변화에 따른 팽창·수축에 의해, 영구 자석(21)과 슬리브(23)의 결합력을 높이는 것이 가능해진다.

구체적으로, 영구 자석(21)과 슬리브(23) 사이에 형성되는 간극, 예컨대 상기 직경 방향 간극(C2)이나 각 둘레 방향 간극(C1, C3)에 충전재(22)가 충전됨으로써, 고온 시 충전재(22)가 각 간극(C1, C2, C3) 내에서 영구 자석(21)보다 크게 열팽창함으로써, 상기 충전재(22)가 양자(21, 23) 사이에서 밀쳐내도록 상기 양자(21, 23)에 대하여 더욱 밀착하게 되는 결과로, 이들 영구 자석(21)과 슬리브(23)의 결합력이 높아지게 된다.

한편, 저온 시에는, 충전재(22)가 영구 자석(21)보다 작게 수축함으로써, 영구 자석(21)을 외측으로부터 피복하고 있는 각 피복부(22a, 22b, 22c)가 영구 자석(21)과 슬리브(23)를 외측으로부터 밀어넣도록 양자(21, 23)에 대하여 더욱 밀착하게 되는 결과로, 이러한 저온 시에도, 이들 영구 자석(21)과 슬리브(23)의 결합력이 높아지게 된다. 특히, 상기 상측 피복부(22b)와 하측 피복부(22c)의 냉간 수축에 의해, 양자(21, 23)를 끼워 넣도록 작용하게 되기 때문에, 영구 자석(21)의 축방향 위치를 보다 안정적으로 유지할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 각 걸어맞춤 홈(24)이 영구 자석(21)의 내주부에 배치되고, 제1, 제2 요크 부재(31, 32)의 각 클릭부(41, 42)가 영구 자석(21)의 외주측에 배치되는 구성으로 되어 있음으로써, 각 걸어맞춤 홈(24)에 의해 자계 특성이 변화되어 버리는 문제점을 억제하는 것도 도모할 수 있다.

또한, 슬리브(23)를 비자성 재료로 형성함으로 인해, 영구 자석(21)의 자계에 의해 슬리브(23)가 자화되는 경우가 없고, 상기 슬리브(23)를 설치한 것에 의해 자계 특성이 변화되어 버릴 우려도 없다.

덧붙여, 본 실시형태에서는, 자성 부재(20)[영구 자석(21)]가 고정되는 제1 출력축(3)이 자성 재료에 의해 형성된다는 점에서, 영구 자석(21)의 내주측에도 자성체가 배치되게 되고, 상기 영구 자석(21)의 퍼미언스 계수의 향상에도 기여한다. 한편, 토크 검출에 기여하는 제1, 제2 클릭부(41, 42)에 관해서는 자성체인 제1 출력축(3)에 대하여 멀리 이격되는 영구 자석(21)의 외주측에 배치되어 있다는 점에서, 제1 출력축(3)이 자성 재료로 형성되는 것에 의한 토크 검출 정밀도에 대한 영향도 최소한으로 억제된다.

도 13은, 본 발명에 관련된 토크 센서의 상기 제1 실시형태의 제1 변형예를 나타내고, 각 걸어맞춤 돌기(27)의 직경 방향 오프셋량을 확대한 것이다.

즉, 본 변형예에서는, 각 걸어맞춤 홈(24)이 영구 자석(21)의 직경 방향 중간부에 하측으로부터 사각 구멍형으로 뚫리고, 영구 자석(21)의 내외주면(21a, 21b)이 모두 평탄형으로 형성되어 있다.

따라서, 본 변형예의 경우도, 각 걸어맞춤 홈(24)이나 이것에 걸어맞추는 각 걸어맞춤 돌기(27)가 영구 자석(21)의 외주면(21a)에 면하여 제1, 제2 요크 부재(31, 32)의 클릭부(41, 42)와 대향하는 경우가 없다는 점에서, 가공 작업성의 면에서는 상기 제1 실시형태에 뒤떨어지지만, 상기 제1 실시형태와 동일한 작용 효과가 발휘된다.

또한, 특히, 본 실시예에서는, 각각의 상기 걸어맞춤 홈(24)이 주머니형으로 형성되어 있음으로써, 상기 직경 방향 간극(C2) 및 둘레 방향 간극(C3) 내에서의 전술한 열팽창 효과가 높아지고, 고온 시 영구 자석(21)과 슬리브(23)의 결합력의 더 나은 향상을 도모할 수 있다.

도 14는, 본 발명에 관련된 토크 센서의 상기 제1 실시형태의 제2 변형예를 나타내고, 각각의 상기 걸어맞춤 돌기(27)의 직경 방향 오프셋량을 상기 제1 변형예보다 더욱 확대한 것이다.

즉, 본 변형예에서는, 상기 영구 자석(21)의 외주면(21a)에 각 걸어맞춤 홈(24)이 뚫려 있고, 각 탄성 기초부(28)를 연장함으로써, 각 걸어맞춤부(29)가 영구 자석(21)의 내주측으로부터 각 걸어맞춤 홈(24) 내로 끼워 넣어지는 구성으로 되어 있다.

따라서, 본 변형예의 경우에도, 각 걸어맞춤 홈(24)이나 이것에 걸어맞추는 각 걸어맞춤 돌기(27)가 영구 자석(21)의 외주면(21a)에 면하여 제1, 제2 요크 부재(31, 32)의 클릭부(41, 42)와 대향하여 버리는 것에 의한 자계에 대한 영향을 배제하고, 상기 제1 실시형태와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

도 15는, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제1 실시형태의 제3 변형예를 나타내고, 상기 제1 실시형태에서의 충전재(22)의 구성을 변경한 것이다.

즉, 상기 충전재(22)에 의해 영구 자석(21)의 내주측을 피복하도록 구성한 상기 제1 실시형태에 대하여, 본 실시형태에서는, 충전재(22)에 의해 영구 자석(21)의 외주측을 피복하는 구성으로 한 것이고, 상측 피복부(22b) 및 하측 피복부(22c)와 외주 피복부(22d)에 의해 상기 충전재(22)를 구성한 것이다.

이와 같이, 영구 자석(21)의 외주측에 충전재(22)를 배치하는 경우에도, 상기 제1 실시형태와 동일한 작용 효과가 발휘된다.

도 16은, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제1 실시형태의 제4 변형예를 나타내고, 상기 제1 실시형태에서의 충전재(22)의 구성을 변경한 것이다.

즉, 본 실시형태에서는, 상기 제1 실시형태에서의 충전재(22)의 상측 피복부(22b)를 폐지하고, 그 대신에, 영구 자석(21)의 내주면(21b)에 둘레 방향을 따르는 일련의 둘레 방향 홈을 노치 형성하고, 상기 둘레 방향 홈을 포함시켜 충전재(22)를 충전함으로써 내주 피복부(22a)로서 구성한 것이다.

이러한 구성에 의해서도, 영구 자석(21)의 안정 유지의 면에서 상기 제1 실시형태와 동일한 작용 효과가 발휘되는 것은 물론, 온도 변화에 따르는 충전재(22)의 팽창·수축의 관점에서도, 고온 시에 상기 둘레 방향 홈 내에서 충전재(22)가 열팽창함으로써 상기 영구 자석(21)과 슬리브(23)의 결합력 향상을 도모할 수 있는 한편, 저온 시에 상기 둘레 방향 홈 내에 충전되는 홈 내 충전부(22e)와 하측 피복부(22c)의 냉간 수축 작용에 의한 상기 영구 자석(21)과 슬리브(23)의 결합력 향상을 도모할 수 있게 된다.

[제2 실시형태]

도 17∼도 19는, 본 발명에 관련된 토크 센서의 제2 실시형태를 나타내고 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 토크 센서 및 이것이 적용되는 전동 파워 스티어링 장치의 기본 구성은 상기 제1 실시형태와 동일하기 때문에, 상기 제1 실시형태와 동일한 구성에 관해서는 동일한 부호를 부여함으로써, 구체적인 설명을 생략한다.

본 실시형태에 관련된 토크 센서의 적용 대상인 파워 스티어링 장치는, 상기 제1 실시형태와 달리, 상기 베어링(BR1)이 볼 베어링에 의해 구성됨과 동시에, 상기 베어링(BR1)이 하우징 본체(11)의 대직경부(11a)의 내주에 나사 부착되는 로크 너트(14)에 의해 고정되고, 이 로크 너트(14)의 내주측에 본 실시형태에 관련된 토크 센서(TS2)를 수용 배치하여 이루어지는 것이다.

그리고, 상기 토크 센서(TS2)는, 상기 제1 실시형태에 관련된 토크 센서(TS1)와는 반대로, 상기 슬리브(23)에서의 지지부(26) 및 걸어맞춤 돌기(27)가 모두 슬리브 본체(25)의 기단으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장하여 설치되고, 상기 영구 자석(21)이 슬리브 본체(25)보다 소직경으로 구성되어 있다.

즉, 본 실시형태에 관련된 지지부(26)는, 직경 방향 내측을 향해 단차형으로 직경 축소되는 형태로 구성되어 이루어지는 것으로, 슬리브 본체(25)의 기단으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장하여 설치되고, 대직경부(3b)의 단부면과 접촉하는 제1 지지부(71)와, 상기 제1 지지부(71)로부터 연직 방향 상측을 향해 세워 설치된 기초부(72)와, 상기 기초부(72)의 선단으로부터 직경 방향 내측으로 연장하여 설치되고, 영구 자석(21)을 직접 지지하는 플랜지로서의 제2 지지부(73)에 의해 구성되고, 상기 제2 지지부(73)의 상면에 구성되는 평탄형의 지지면(73a) 상에 영구 자석(21)이 적재되도록 되어 있다.

따라서, 본 실시형태에 의하면, 상기 슬리브(23)에서의 지지부(26)를 슬리브 본체(25)의 기단으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장시키는 구성으로 한 것에 의해, 토크 센서(TS2)로서의 직경 방향 치수의 소형화를 도모할 수 있고, 상기 파워 스티어링 장치 등 상기 토크 센서(TS2)의 적용 대상에 대한 탑재성의 향상이나 상기 적용 대상 자체의 소형화 등에 기여한다.

또한, 상기 지지부(26)에 관해서는, 기초부(72)에 의해 영구 자석(21)의 지지부[제2 지지부(73)]를 슬리브 본체(25)로부터 상승시키는 형태로 구성했기 때문에, 이러한 상승에 의해, 상기 수지재(22)의 하측 피복부(22c)를, 영구 자석(21)과 슬리브 본체(25)의 사이가 되는 제2 지지부(73)의 하측에도 돌아 들어가게 하는 것이 가능해진다. 이와 같이, 축방향에 있어서 수지재(22)의 일부를 제2 지지부(73)에 걸어서, 영구 자석(21)과 슬리브(23)를 보다 강고히 결합할 수 있고, 영구 자석(21)의 유지성의 향상도 도모할 수 있다.

도 20, 도 21은 본 발명에 관련된 토크 센서의 상기 제2 실시형태의 제1 변형예를 나타낸 것으로, 상기 제2 실시형태에서의 각 걸어맞춤 돌기(27)를 폐지하고, 각각의 상기 걸어맞춤 돌기(27)의 기능을 각각의 지지부(26)에 포섭시킨 것이다.

즉, 본 변형예에서는, 각 지지부(26)에 있어서, 기초부(72)가 제2 지지부(73)와 일체로 구성됨과 동시에, 상기 제2 지지부(73)가 기단측을 향해 점차 직경 확장되는 대략 원추 테이퍼형으로 형성되어 있다. 그리고, 이러한 제2 지지부(73)의 구성에 따라, 상기 영구 자석(21)의 하단부 내주 가장자리에, 각 제2 지지부(73)의 높이 치수보다 얕게 형성되며, 또한, 각각의 제2 지지부(26)가 걸어맞춤 가능하게 구성된 각각의 걸어맞춤 홈(24)이 노치 형성되어 있다.

이와 같이, 각각의 제2 지지부(73)를 원추 테이퍼형으로 구성한 것에 의해, 각 제2 지지부(73)의 외측면에 의해 구성되는 각각의 지지면(73a)에 의해, 슬리브(23)에 대한 영구 자석(21)의 축방향(연직 하방) 및 직경 방향의 상대 이동이 규제 가능하게 됨과 동시에, 상기 제2 지지부(73)의 둘레 방향 측면에 의해, 슬리브(23)에 대한 영구 자석(21)의 둘레 방향의 상대 이동이 규제 가능하게 된다. 이에 따라, 슬리브(23)의 구성의 간소화를 도모할 수 있고, 제2 실시형태의 작용 효과에 덧붙여, 토크 센서(TS2)의 생산성 향상이나 비용 절감에도 기여한다.

또한, 각 제2 지지부(73)가 원추 테이퍼형으로 형성되어 있음으로써, 충전재(22)의 열화 시 등에는, 상기 원추 테이퍼형의 지지면(73a)에 의해 영구 자석(21)을 센터링[조심(調芯)]하는 것이 가능해지고, 상기 영구 자석(21)의 동축성을 확보할 수도 있다.

도 22, 도 23은 본 발명에 관련된 토크 센서의 상기 제2 실시형태의 제2 변형예를 나타낸 것으로, 상기 제2 실시형태에서의 각 걸어맞춤 돌기(27)를 폐지하고, 각 걸어맞춤 돌기(27)의 기능을 각 지지부(26)에 포섭시킨 것이다.

즉, 본 변형예에서는, 각 걸어맞춤 돌기(27)를 일체화하여 이루어지는 지지부(26)를, 영구 자석(21)의 하단면의 직경 방향 중간부에 둘레 방향을 따라 원호형으로 노치 형성한 오목형의 걸어맞춤 홈(24)에 걸어맞춤으로써 구성한 것이다.

이와 같이, 영구 자석(21)의 하단면에 상기 오목형의 각 걸어맞춤 홈(24)을 형성하고, 이들 각 걸어맞춤 홈(24)에 각 제2 지지부(73)를 걸어맞추는 것에 의해서도, 상기 하단측에 배치되는 제2 지지부(73)의 지지면(73a)에 의해, 슬리브(23)에 대한 영구 자석(21)의 연직 하방의 상대 이동이 규제 가능하게 됨과 동시에, 상기 제2 지지부(73)의 오목형의 걸어맞춤 홈(24) 내에 대한 걸어맞춤에 의해, 슬리브(23)에 대한 영구 자석(21)의 직경 방향 및 둘레 방향의 상대 이동이 규제 가능하게 된다. 따라서, 본 변형예에 의해서도, 상기 제1 변형예와 마찬가지로, 슬리브(23)의 구성의 간소화에 의한 토크 센서(TS2)의 생산성 향상 및 비용 절감을 도모할 수 있다.

본 발명은 상기 실시형태 등의 구성으로 한정되지 않고, 예컨대 본 발명의 특징과는 직접 관계되지 않는 각 요크 부재(31, 32)나 각 집자 링(51, 52) 등의 구체적 구성은 물론, 본 발명의 특징이 되는 상기 영구 자석(21)이나 상기 슬리브(23)와 같은 구성의 구체적 구성에 관해서도, 상술한 본 발명의 작용 효과를 나타낼 수 있는 형태라면 모든 양태를 채용할 수 있고, 적용하는 토크 센서의 사양 등에 따라 자유롭게 변경 가능하다.

1 : 입력축(제1 축부재) 2 : 토션 바
3 : 제1 출력축(제2 축부재) 20 : 자성 부재
21 : 영구 자석(마그넷) 22 : 충전재
23 : 슬리브 23a : 테이퍼형 선단부(고정부)
25 : 슬리브 본체 26 : 지지부(축방향 위치 규제부)
27 : 걸어맞춤 돌기(직경 방향 위치 규제부)
31 : 제1 요크 부재 32 : 제2 요크 부재
41 : 제1 클릭부 42 : 제2 클릭부
43 : 제1 원고리부 44 : 제2 원고리부
60 : 자기 센서 TS1, TS2 : 토크 센서
Z : 회전축(회전 부재의 회전축)

Claims (19)

1. 토션 바에 의해 접속된 금속재로 이루어지는 제1 축부재 및 제2 축부재에 의해 구성된 회전 부재에 발생한 토크를 검출하는 토크 센서로서,
   상기 제1 축부재를 포위하도록 원고리형 또는 원호형으로 형성된 슬리브 본체와, 상기 슬리브 본체에 설치되고 상기 슬리브 본체를 상기 제1 축부재에 고정하는 고정부와, 상기 슬리브 본체의 직경 방향 내측을 향해 연장되는 플랜지에 의해 구성되며 사용 상태에서 연직 방향 상측에 면하는 지지면을 갖는 축방향 위치 규제부와, 상기 슬리브 본체에 설치되고 상기 회전 부재의 회전축 방향을 따라 연장하여 설치된 직경 방향 위치 규제부로 구성되는 금속재로 이루어지는 슬리브;
   수지재와 자성재의 복합재에 의해 상기 제1 축부재를 포위하는 원고리형으로 형성되며, 또한, 둘레 방향으로 상이한 자극이 교대로 배치되고, 상기 지지면 상에 배치됨으로써 상기 회전 부재의 회전축 방향 위치가 규제됨과 함께, 상기 직경 방향 위치 규제부에 의해 그 직경 방향 위치가 규제되는 마그넷;
   상기 마그넷과 상기 직경 방향 위치 규제부 쌍방에 밀착하는 형태로 설치되고, 상기 마그넷보다 영률이 작은 수지재에 의해 형성된 충전재;
   상기 마그넷과 대향하도록 배치된 복수의 제1 클릭부와, 각각의 상기 제1 클릭부끼리를 접속시키는 제1 원고리부를 갖고, 상기 제2 축부재와 일체 회전하도록 상기 제2 축부재에 설치되는 자성재로 이루어지는 제1 요크 부재;
   각각의 상기 제1 클릭부의 둘레 방향 사이에 교대로 늘어서는 형태로 상기 마그넷과 대향하도록 배치된 복수의 제2 클릭부와, 각각의 제2 클릭부끼리를 접속시키는 제2 원고리부를 갖고, 상기 제2 축부재와 일체 회전하도록 상기 제2 축부재에 설치되는 자성재로 이루어지는 제2 요크 부재;
   상기 제1 요크 부재와 상기 제2 요크 부재 사이에 생기는 자계의 변화를 검출하는 홀 소자를 갖는 자기 센서
   를 구비하고,
   상기 자기 센서의 출력 신호에 기초하여 상기 회전 부재에 발생한 토크를 검출하는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 축방향 위치 규제부는, 상기 슬리브 본체로부터 연직 방향 상측으로 연장되도록 설치된 기초부를 갖고,
   상기 지지면은, 상기 기초부보다 직경 방향 내측을 향해 연장하여 설치되며,
   상기 충전재는, 상기 슬리브 본체와 상기 마그넷 사이에 충전되는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 마그넷은, 그 표면에 개구되는 오목형의 걸어맞춤 홈을 갖고,
   상기 직경 방향 위치 규제부는, 상기 걸어맞춤 홈과 걸어맞춰지고,
   상기 충전재의 수지재는, 상기 직경 방향 위치 규제부를 포위함과 함께 상기 걸어맞춤 홈 내에 충전되는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
4. 제3항에 있어서, 상기 걸어맞춤 홈은, 상기 마그넷의 내주측에 설치되고,
   상기 직경 방향 위치 규제부와 상기 걸어맞춤 홈 사이에는 사전에 정해진 직경 방향 간극이 형성되고,
   상기 직경 방향 간극은, 상기 마그넷의 냉각에 따른 수축 시에도 상기 직경 방향 위치 규제부로부터의 압박에 의한 내부 응력이 발생하지 않는 정도로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
5. 제4항에 있어서, 상기 직경 방향 위치 규제부는 탄성 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
6. 제1항에 있어서, 상기 충전재는, 상기 슬리브와 상기 마그넷 사이에 형성되는 간극에 충전되고, 상기 마그넷보다 큰 선팽창 계수를 갖는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
7. 제1항에 있어서, 상기 직경 방향 위치 규제부는, 상기 마그넷의 직경 방향 내측에 배치되고,
   상기 충전재는, 상기 마그넷과 상기 직경 방향 위치 규제부의 직경 방향 내측에 설치되는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
8. 제1항에 있어서, 상기 충전재는, コ자 형상의 단면을 갖고, 상기 コ자 형상의 단면과의 사이에서 상기 슬리브와 상기 마그넷을 협지하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
9. 제1항에 있어서, 상기 슬리브는 비자성재에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
10. 제1항에 있어서, 상기 플랜지는, 상기 직경 방향 위치 규제부의 둘레 방향 양측에 사전에 정해진 거리만큼 이격하여 배치되고,
    상기 충전재는, 상기 직경 방향 위치 규제부를 둘레 방향으로 걸치도록, 상기 직경 방향 위치 규제부의 둘레 방향 양측에 설치되는 상기 플랜지들 사이에 충전되는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
11. 제1항에 있어서, 상기 직경 방향 위치 규제부는, 둘레 방향에 있어서 등간격으로 복수로 설치되는 것을 특징으로 하는 토크 센서.
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