JP4969110B2

JP4969110B2 - トルク検出装置

Info

Publication number: JP4969110B2
Application number: JP2006023774A
Authority: JP
Inventors: 欣智徳本; 慎吾 ▲高▼山; 幹央野▲崎▼; 中根　　直樹
Original assignee: Denso Corp; JTEKT Corp
Current assignee: Denso Corp; JTEKT Corp
Priority date: 2006-01-31
Filing date: 2006-01-31
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-01-31
Also published as: EP1813925A1; JP2007205809A; CN101013055B; EP1813925B1; US7500408B2; US20070186695A1; CN101013055A

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の一方に設けられる筒形磁石及び該筒形磁石の外周りに配置され、前記入力軸及び出力軸の他方と一体に回転する磁性環を有する磁気回路形成部材と、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環部と、該集磁環部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を備えている。

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ステアリングホイールに繋がる前記入力軸と、該入力軸を収容支持するハウジングと、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部に接続され、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。

ところで、特許文献１の筒形磁石は、フェライト粉を筒形に焼結してなるが、焼結された筒形磁石は入力軸に外嵌固定するとき、該筒形磁石の内周側に発生する径方向の内圧により割れが発生し易い。このため特許文献１では筒形磁石を予め合成樹脂材料によりモールドし、このモールドされた筒形磁石を、外周部にローレットを有する入力軸の前記ローレット部分に外嵌固定することにより、筒形磁石の組立て時における割れを防ぐように構成してある。
特開２００５−６９９９４号公報

ところが、特許文献１のようにモールドされた筒形磁石を入力軸に外嵌固定するように構成されたトルク検出装置にあっては、モールドする工程と、嵌合固定する工程とが必要であるため、組立作業性の改善が要望されていた。

図９は改善したトルク検出装置の構成を示す一部を拡大した断面図である。そこで、本発明の出願人は図９に示すように入力軸１００と、フェライト粉を筒形に焼結してなる筒形磁石１０１とを成形型のキャビティに保持し、該キャビティに溶融合成樹脂材料を注入することにより筒形磁石１０１の内周側をモールドし、これのモールド層１０２により入力軸１００の外周部に筒形磁石１０１を固定するように構成したトルク検出装置を開発した。

このように構成されたトルク検出装置によれば、筒形磁石１０１の組立て工程を低減できる。しかし、キャビティで成形するとき、キャビティに注入された溶融合成樹脂材料の成形圧が筒形磁石１０１の内周面に加わり、該成形圧により筒形磁石１０１に割れが発生する可能性があり、さらなる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、主たる目的は成形により回転体に固定する筒形磁石が成形圧により割れるのを防ぐことが可能な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、第１の回転体に外嵌固定される筒形磁石及び該筒形磁石の外周りに配置され、前記第１の回転体に連結される第２の回転体と一体に回転する磁性環を有する磁気回路形成部材と、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環部と、該集磁環部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を備えるトルク検出装置において、前記第１の回転体の外周部は、前記筒形磁石
が外嵌される嵌合部及び該嵌合部の少なくとも軸方向一側に配されている回止部を有し、該回止部に成形され、前記筒形磁石の長手方向端面に接合して該筒形磁石を前記第１の回転体に固定する成形体を備えることを特徴とする。

第２発明に係るトルク検出装置は、前記回止部は、前記嵌合部の両側に配してあり、前記成形体は前記回止部夫々に成形され、前記筒形磁石の長手方向両端面に接合していることを特徴とする。

第３発明に係るトルク検出装置は、前記筒形磁石の端部の外縁は面取りされており、面取りされた部分に前記成形体が接合されていることを特徴とする。

第１発明にあっては、回転体の回止部に成形体が成形され、該成形体が筒形磁石の長手方向端面に接合して該筒形磁石を回転体に固定しているため、成形型のキャビティで筒形磁石を回転体に固定するとき、キャビティの成形圧を筒形磁石の長手方向端面に加えつつ成形体を成形することができる。従って、成形圧により筒形磁石に割れが発生するのを防ぐことが可能である。また、筒形磁石の内周部がモールドされるものに比べて成形材料を低減することができ、コストの低減を図ることができる。

第２発明にあっては、筒形磁石の両側に成形体が成形されているため、筒形磁石の長手方向への移動を禁止するストッパを回転体に設けることなく筒形磁石を所定の位置に固定することができ、回転体の構造を簡素にでき、コストの低減を図ることができる。

第３発明にあっては、成形型のキャビティで筒形磁石を回転体に固定するとき、キャビティの成形圧を筒形磁石の長手方向一端及び／又は他端と、外縁の面取りされた部分とに加えることができる。従って、筒形磁石に加わる成形圧を、長手方向及び長手方向と交差する方向で、且つ径方向内方とに分散することができ、成形圧による筒形磁石の割れをより一層発生し難くできる。

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がハウジング内に装着された状態の断面図、図２はトルク検出装着の斜視図、図３は模式的分解斜視図、図４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、図５は要部の拡大断面図である。

トルク検出装置は、第１の回転体１の外周部に外嵌固定される筒形磁石２及び該筒形磁石２の外周りに配置され、トーションバー３により第１の回転体１に同軸的に連結された第２の回転体４と一体に回転する二つの磁性環５，５を有する磁気回路形成部材６と、該磁気回路形成部材６が発生した磁束を集める集磁環部７と、該集磁環部７が集めた磁束の密度に基づいて第１の回転体１に加わったトルクを検出する検出部８とを備えている。

第１の回転体１の外周部には、筒形磁石２が外嵌される第１の嵌合部１ａと、該嵌合部１ａの両側で軸線と平行的に凹凸条が周設された第１及び第２の回止部１ｂ，１ｃと、第２の回止部１ｃに径方向の段部を経て連なる第２の嵌合部１ｄとを有する。

筒形磁石２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円筒形になっている。筒形磁石２はフェライト粉を筒形に焼結してなり、この筒形磁石２を回転体１の嵌合部１ａに外嵌し、この回転体１を成形型のキャビティに収容保持した状態で該キャビティに溶融合成樹脂材料を充填することにより筒形磁石２の長手方向両側に第１及び第２の成形体１０，１１を成形する。この成形体１０，１１は筒形磁石２の両端部に接合され、さらに、回転体１の回止部１ｂ，１ｃに結合され、筒形磁石２及び回転体１と一体になる。この後、上述のように着磁される。

磁性環５，５は第２の回転体４の軸線方向に離隔して向き合う２つの環板部５１，５１及び環板部５１，５１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５２，５２を有しており、筒形磁石２と相対回転することにより磁性環５，５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５２，５２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５２，５２が交互に噛み合う状態で磁性環５，５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。

集磁環部７は、軸線方向へ離隔して配置された二つの集磁環７１，７１と、各集磁環７１，７１をモールドすることにより保持した保持環７２とを備える。集磁環７１，７１は周方向の１個所から径方向外側へ延出され、検出部８の両側に配置された凸片７１ａ，７１ａを有する円筒形をなしており、凸片７１ａ，７１ａに磁束が集まるように構成されている。また、集磁環７１，７１は鉄板等の磁性板を成形してなる。

保持環７２は集磁環７１，７１の内周面に対応する貫通孔７２ａを有し、集磁環７１，７１が内嵌固定された環体７２ｂと、該環体７２ｂの外周部一箇所に突設された取着部７２ｃとを有しており、環体７２ｂ及び取着部７２ｃが合成樹脂材料により一体成形されている。環体７２ｂは図１のように静止部材としてのハウジング９内に配置され、取着部７２ｃはハウジング９の外部に配置され、該ハウジング９の取着座９２に取着される。

取着部７２ｃは、環体７２ｂの接線方向に突設されたフランジ７２ｄを有し、検出部８に接続された検出回路基板１２が内部に収容されている。フランジ７２ｄには小ねじ用の挿通孔７２ｅ，７２ｅが設けられている。

検出部８は集磁環７１，７１の凸片７１ａ，７１ａ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７１，７１の凸片７１ａ，７１ａ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１２に与えられている。尚、検出部８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。

ハウジング９は磁気回路形成部材６を取り囲む円筒部９１と、該円筒部９１の外周部一個所に突設され、保持環７２を取着するための取着座９２と、該取着座９２を径方向に貫通し、集磁環７１，７１及び環体７２ｂを円筒部９１内に配置するための断面矩形をなす貫通孔９３と、該貫通孔９３に連なり、保持環７２の環体７２ｂに対応して湾曲する嵌合溝９４とを有する。

取着座９２は角形の環状に形成され、フランジ７２ｄと対向している。この取着座９２に、挿通孔７２ｅ，７２ｅに対応する二つの螺子孔が設けられている。

以上のように構成されたトルク検出装置は、ハウジング９の円筒部９１を径方向に貫通する貫通孔９３から円筒部９１内に保持環７２の環体７２ｂを挿入し、該環体７２ｂを嵌合溝９４に係合させることにより、集磁環７１，７１の円筒部９１内での位置を決め、保持環７２のフランジ７２ｄを取着座９２に小螺子により取着する。この後、筒形磁石２を保持した第１の回転体１と、磁性環５を保持した第２の回転体４とを円筒部９１の軸線方向から円筒部９１内に挿入し、筒形磁石２及び磁性環５を集磁環部７の内側に配置する。

実施の形態２
図６は本発明に係るトルク検出装置の構成を示す要部の拡大断面図である。このトルク検出装置は、筒形磁石２の両端部の外縁を面取りして面取部分２ａ，２ａを設け、この二つの面取部分２ａ，２ａに第１及び第２の成形体１０，１１を接合させたものである。

実施の形態２にあっては、キャビティの成形圧を筒形磁石２の長手方向両端部及び外縁の面取部分２ａ，２ａに加えることができるため、筒形磁石２に加わる成形圧を、長手方向及び長手方向と交差する方向で、且つ径方向内方に分散することができ、成形圧による筒形磁石２の割れをより一層発生し難くできる。
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。

実施の形態３
図７は本発明に係るトルク検出装置の構成を示す要部の拡大断面図である。このトルク検出装置は、実施の形態１の第２の回止部１ｃ及び第２の成形体１１をなくし、筒形磁石２の長手方向一側に第１の成形体１０を設け、筒形磁石２の他端部を第２の嵌合部１ｄの段部に当接させたものである。

実施の形態３にあっては、キャビティの成形圧を筒形磁石２の長手方向一側に加えることができ、筒形磁石２に加わる成形圧を低減でき、筒形磁石２の成形圧による割れをより一層低減できる。
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。

実施の形態４
図８は本発明に係るトルク検出装置の構成を示す要部の拡大断面図である。このトルク検出装置は、第１の嵌合部１ａに、軸線と平行的に凹凸条が周設された第３の回止部１ｅを設け、筒形磁石２の全体を、機械的強度及び成形性に優れた熱可塑性の合成樹脂材料によりモールドしてモールド層１３を設け、このモールドされた筒形磁石２及び第１の回転体１を成形型のキャビティに保持し、該キャビティに、耐熱性及び寸法安定性に優れた熱可塑性の溶融合成樹脂材料を注入することにより、予めモールドされている筒形磁石２の内周側をモールドし、これのモールド部１４により筒形磁石２を第３の嵌合部１ｅに固定するようにものである。

実施の形態４にあっては、筒形磁石２の全体がモールドされているため、組立時等に外部から筒形磁石２に衝撃力が加わった場合に筒形磁石２が割れるのをより一層割れ難くすることができ、また、仮に筒形磁石２に割れが発生した場合でも磁石の飛散をなくすることができ、磁気特性の変化を防ぐことができる。また、筒形磁石２の全体は機械的強度及び成形性に優れた熱可塑性の合成樹脂材料によりモールドしているため、モールド層を比較的薄くすることができ、しかも、筒形磁石２の固定は耐熱性及び寸法安定性に優れた熱可塑性の合成樹脂材料により成形しているため、トルク検出装置周辺の環境変化による影響を受け難くできる。
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。

本発明に係るトルク検出装置がハウジング内に装着された状態の断面図である。本発明に係るトルク検出装置の斜視図である。本発明に係るトルク検出装置の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構成を示す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構成を示す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構成を示す要部の拡大断面図である。改善したトルク検出装置の構成を示す一部を拡大した断面図である。

符号の説明

１第１の回転体，２筒形磁石，２ａ面取りされた部分，４第２の回転体，５磁性環，６磁気回路形成部材，７集磁環部，８検出部，１０，１１成形体

Claims

第１の回転体に外嵌固定される筒形磁石及び該筒形磁石の外周りに配置され、前記第１の回転体に連結される第２の回転体と一体に回転する磁性環を有する磁気回路形成部材と、該磁気回路形成部材が発生した磁束を集める集磁環部と、該集磁環部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を備えるトルク検出装置において、前記第１の回転体の外周部は、前記筒形磁石が外嵌される嵌合部及び該嵌合部の少なくとも軸方向一側に配されている回止部を有し、該回止部に成形され、前記筒形磁石の長手方向端面に接合して該筒形磁石を前記第１の回転体に固定する成形体を備えることを特徴とするトルク検出装置。
前記回止部は、前記嵌合部の両側に配してあり、前記成形体は前記回止部夫々に成形され、前記筒形磁石の長手方向両端面に接合している請求項１記載のトルク検出装置。
前記筒形磁石の端部の外縁は面取りされており、面取りされた部分に前記成形体が接合されている請求項１又は２記載のトルク検出装置。