トルクセンサ
【課題】バックヨークからのリング磁石の脱落を防止することができるトルクセンサを提供する。
【解決手段】第一シャフト１１に固定される磁気発生部５０から第二シャフト１３に固定される回転磁気回路部６０に導かれる磁束密度に応じてトーションバー１２に作用するトルクを検出するトルクセンサ４０において、磁気発生部５０は、第一シャフト１１に外嵌されるバックヨーク５１と、バックヨーク５１の端面に突出形成される環状の突出部５１Ｂと、突出部５１Ｂとの間に所定の隙間ｄを有するようにバックヨーク５１の端面に設けられる環状のリング磁石５２と、突出部５１Ｂのリング磁石５２と対向する側面に設けられる第一凹部５１Ｄと、リング磁石５２の突出部５１Ｂと対向する側面に設けられる第二凹部５２Ａと、隙間ｄ、第一凹部５１Ｄ、及び第二凹部５２Ａにわたって設けられ、バックヨーク５１とリング磁石５２とを接着する主接着部５３と、を備える。
【解決手段】第一シャフト１１に固定される磁気発生部５０から第二シャフト１３に固定される回転磁気回路部６０に導かれる磁束密度に応じてトーションバー１２に作用するトルクを検出するトルクセンサ４０において、磁気発生部５０は、第一シャフト１１に外嵌されるバックヨーク５１と、バックヨーク５１の端面に突出形成される環状の突出部５１Ｂと、突出部５１Ｂとの間に所定の隙間ｄを有するようにバックヨーク５１の端面に設けられる環状のリング磁石５２と、突出部５１Ｂのリング磁石５２と対向する側面に設けられる第一凹部５１Ｄと、リング磁石５２の突出部５１Ｂと対向する側面に設けられる第二凹部５２Ａと、隙間ｄ、第一凹部５１Ｄ、及び第二凹部５２Ａにわたって設けられ、バックヨーク５１とリング磁石５２とを接着する主接着部５３と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石から導かれる磁束密度に応じてシャフトに作用するトルクを検出するトルクセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクを磁力によって検出する非接触タイプのトルクセンサが開示されている。このトルクセンサは、同軸上に配置される入力シャフトと出力シャフトとの間で操舵トルクを伝達するトーションバーと、入力シャフトに固定される磁気発生部と、出力シャフトに固定される回転磁気回路部と、ハウジングに固定される固定磁気回路部と、固定磁気回路部に導かれる磁束密度を検出する磁気センサと、を備える。磁気発生部は、入力シャフトに固定されるバックヨークと、接着剤を介してバックヨークに固定されるリング磁石とから構成されている。
【０００３】
トーションバーにトルクが作用してトーションバーがねじれ変形すると、磁気発生部と回転磁気回路部との回転方向の相対位置が変化する。これに伴い磁気発生部から回転磁気回路部を通じて固定磁気回路部に導かれる磁束密度が変化する。磁気センサは磁束密度に応じた信号を出力する。トーションバーに作用するトルクは、磁気センサから出力された信号に基づいて検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４０４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来のトルクセンサでは、リング磁石とバックヨークとの間の接着不良が発生した場合に、外部からの衝撃等によってリング磁石がバックヨークから回転軸方向に脱落するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、リング磁石とバックヨークとの間の接着不良が発生した場合であっても、リング磁石の脱落を防止することができるトルクセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、同軸上に配置される第一シャフトと第二シャフトとの間でトルクを伝達するトーションバーと、前記第一シャフトに固定される磁気発生部と、前記第二シャフトに固定される回転磁気回路部とを備え、前記磁気発生部から前記回転磁気回路部に導かれる磁束密度に応じて前記トーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、前記磁気発生部は、前記第一シャフトに外嵌されるバックヨークと、前記バックヨークの端面に突出形成される環状の突出部と、前記突出部との間に所定の隙間を有するように前記バックヨークの端面に設けられる環状のリング磁石と、前記突出部の前記リング磁石と対向する側面に設けられる第一凹部と、前記リング磁石の前記突出部と対向する側面に設けられる第二凹部と、前記隙間と、前記第一凹部と、前記第二凹部とにわたって設けられ、前記バックヨークと前記リング磁石とを接着する主接着部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バックヨークとリング磁石との間の接着不良が発生した場合でも、主接着部が突出部の凹部及びリング磁石の凹部に入り込んでおり、リング磁石の凹部内の主接着部がリング磁石を支持するので、バックヨークからのリング磁石の脱落を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態によるパワーステアリング装置の縦断面図である。
【図２】下部ハウジングを取り除いた状態におけるパワーステアリング装置の分解斜視図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、パワーステアリング装置に設けられるトルクセンサが備える磁気発生部の斜視図及び下面図である。
【図４】トルクセンサが備える回転磁気回路部の斜視図である。
【図５】（Ａ）は磁気発生部の縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の破線領域における磁気発生部の拡大図である。
【図６】磁気発生部の縦断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、本発明の実施形態による車両用のパワーステアリング装置１を説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、パワーステアリング装置１は、ステアリングホイールに連係するステアリングシャフト１０と、車輪に連係するラック軸２とを備え、ステアリングシャフト１０の回転によってラック軸２を軸方向に移動させて車輪を操舵する装置である。
【００１２】
ステアリングシャフト１０は、ボルト２１によって連結される上部ハウジング２０及び下部ハウジング３０によって支持される軸部材である。ステアリングシャフト１０は、第一シャフトとしての入力シャフト１１と、トーションバー１２と、第二シャフトとしての出力シャフト１３と、を備える。
【００１３】
入力シャフト１１は、転がり軸受２２を介して上部ハウジング２０に回転自在に支持される。入力シャフト１１と上部ハウジング２０との間はダストシール２３によってシールされる。ダストシール２３は、転がり軸受２２の上方に配設されている。
【００１４】
出力シャフト１３は、上部ハウジング２０の下端部と下部ハウジング３０の上端部に挟持される転がり軸受３１と、下部ハウジング３０の下端部に設置される滑り軸受３２とによって、回転自在に支持される。
【００１５】
出力シャフト１３の上端部には、入力シャフト１１の下端部を収容可能な収容室１３Ａが形成されている。出力シャフト１３の収容室１３Ａの内周面と、入力シャフト１１の下端部の外周面との間には、滑り軸受１４が介装される。これにより、入力シャフト１１及び出力シャフト１３は、同一軸上で相対回転可能となっている。
【００１６】
入力シャフト１１は円筒状に形成されており、入力シャフト１１の内部にはトーションバー１２が同軸に収められる。トーションバー１２の上端部は、ピン１５を介して、入力シャフト１１の上端部に連結される。トーションバー１２の下端部は、入力シャフト１１の下端開口部より下方に突出する。トーションバー１２の下端部の外周面には、セレーション１２Ａが形成されている。トーションバー１２の下端部は、セレーション１２Ａを介して、収容室１３Ａの底部に形成された係合孔１３Ｂに連結される。トーションバー１２は、入力シャフト１１に入力される操舵トルクを出力シャフト１３に伝達するとともに、そのトルクに応じて回転軸Ｏを中心にねじれ変形する。
【００１７】
出力シャフト１３は、下端寄りの外周面にギア１３Ｃを備える。出力シャフト１３のギア１３Ｃは、ラック軸２に形成されたラックギア２Ａと噛合する。入力シャフト１１の回転に伴って出力シャフト１３が回転することで、ラック軸２が軸方向に移動し、車輪が操舵される。
【００１８】
パワーステアリング装置１は、操舵トルクを補助的に付与するアシスト機構として、トーションバー１２に作用する操舵トルクを検出する非接触式のトルクセンサ４０と、検出された操舵トルクに応じてラック軸２に操舵補助トルクを付与する電動モータとを有している。
【００１９】
トルクセンサ４０は、入力シャフト１１とともに回転する磁気発生部５０と、出力シャフト１３とともに回転する回転磁気回路部６０と、上部ハウジング２０に固定される固定磁気回路部７０と、固定磁気回路部７０に導かれる磁束密度を検出する磁気センサ８１とを備える。トルクセンサ４０は、トーションバー１２に作用する操舵トルクを磁気センサ８１の出力に基づいて検出する。
【００２０】
なお、トルクセンサ４０は、出力シャフト１３に磁気発生部５０を設け、入力シャフト１１に回転磁気回路部６０を設ける構成としてもよい。
【００２１】
図１、図３（Ａ）、及び図３（Ｂ）に示すように、磁気発生部５０は、入力シャフト１１に圧入される環状のバックヨーク５１と、接着剤を介してバックヨーク５１の下端面に固定される環状のリング磁石５２と、を備える。
【００２２】
リング磁石５２は、環状の永久磁石である。リング磁石５２は、入力シャフト１１の回転軸Ｏ方向へ向けて硬磁性体を着磁することによって形成される多極磁石である。図３（Ｂ）に示すように、リング磁石５２には、１２個の磁極が周方向にわたって等間隔に形成される。つまり、リング磁石５２の上端面及び下端面には、６個のＮ極と６個のＳ極が周方向に交互に配設される。リング磁石５２に設けられる磁極数は、１２個に限られず、必要に応じて任意に設定される。
【００２３】
バックヨーク５１は、軟磁性体によって形成される環状部材である。バックヨーク５１の下端面には、リング磁石５２が固定される。バックヨーク５１は、リング磁石５２の隣り合う磁極を結んで磁束を導く継鉄としての機能を有しており、リング磁石５２の下端面である下部磁極面に磁力を集中させる。
【００２４】
図１、図２、及び図４に示すように、回転磁気回路部６０は、リング磁石５２から出される磁束を導く第一軟磁性リング６１及び第二軟磁性リング６２と、出力シャフト１３に取り付けられる取付部材６３と、取付部材６３に第一軟磁性リング６１及び第二軟磁性リング６２を固定する樹脂モールド６４とを備える。なお、図４は、樹脂モールド６４を省略した状態の回転磁気回路部６０を示す図である。
【００２５】
第一軟磁性リング６１は、環状の第一磁路環部６１Ｃと、第一磁路環部６１Ｃから下向きに突出する６個の第一磁路柱部６１Ｂと、各第一磁路柱部６１Ｂの下端からそれぞれ内向きに屈折してリング磁石５２の下端面に対峙する第一磁路端部６１Ａと、を備える。また、第二軟磁性リング６２は、環状の第二磁路環部６２Ｃと、第二磁路環部６２Ｃから上向きに突出する６個の第二磁路柱部６２Ｂと、各第二磁路柱部６２Ｂの上端からそれぞれ内向きに屈折して、リング磁石５２の下端面に対峙する第二磁路端部６２Ａと、を備える。
【００２６】
第一磁路環部６１Ｃ及び第二磁路環部６２Ｃは、それぞれ全周がつながった環状部材である。第一磁路環部６１Ｃ及び第二磁路環部６２Ｃは、第一磁路端部６１Ａと第二磁路端部６２Ａとが同一面上において交互に等しい角度間隔で並ぶように、回転軸Ｏ方向に間隔をあけて配置される。
【００２７】
第一磁路環部６１Ｃはリング磁石５２の下端面より上方に設けられ、第二磁路環部６２Ｃはリング磁石５２より下方に設けられる。したがって、リング磁石５２は、トーションバー１２の回転軸Ｏ方向について第一磁路環部６１Ｃと第二磁路環部６２Ｃとの間に配置される。
【００２８】
第一磁路柱部６１Ｂと第二磁路柱部６２Ｂは、それぞれ平板状に形成され、回転軸Ｏ方向に延設される。第一磁路柱部６１Ｂは、所定の間隙をあけてリング磁石５２の外周面を囲むように配置される。第二磁路柱部６２Ｂは、回転軸Ｏに沿って第一磁路柱部６１Ｂと反対方向に延設される。
【００２９】
第一磁路端部６１Ａと第二磁路端部６２Ａは、それぞれ平板状に形成される。トーションバー１２に操舵トルクが作用していない中立状態では、第一磁路端部６１Ａ及び第二磁路端部６２Ａの各中心線は、リング磁石５２のＮ極とＳ極の境界を指すように、設定されている。
【００３０】
図１及び図２に示すように、固定磁気回路部７０は、第一軟磁性リング６１の第一磁路環部６１Ｃの外周に沿って設けられる第一集磁リング７１と、第二軟磁性リング６２の第二磁路環部６２Ｃの外周に沿って設けられる第二集磁リング７２と、第一集磁リング７１に接続される第一集磁ヨーク７３と、第二集磁リング７２に接続される第二集磁ヨーク７４と、を備える。第一集磁ヨーク７３及び第二集磁ヨーク７４は、ブロック状の部材である。
【００３１】
第一集磁リング７１及び第二集磁リング７２は、上部ハウジング２０の内周壁にかしめ固定される。第一集磁リング７１の内周面は第一軟磁性リング６１の第一磁路環部６１Ｃに対峙し、第二集磁リング７２の内周面は第二軟磁性リング６２の第二磁路環部６２Ｃに対峙する。
【００３２】
第一集磁ヨーク７３は第一集磁リング７１の外周面に当接するように設けられ、第二集磁ヨーク７４は第二集磁リング７２の外周面に当接するように設けられる。第一集磁ヨーク７３と第二集磁ヨーク７４との間には、周方向に並ぶ一対の磁気ギャップが形成される。各磁気ギャップ内には、磁気センサ８１が一つずつ配置される。
【００３３】
第一集磁ヨーク７３、第二集磁ヨーク７４、磁気センサ８１、及び磁気センサ８１と接続する基板８２は、センサホルダ８３に設置される。樹脂製のセンサホルダ８３は、一対のボルト８４を介して、金属製の上部ハウジング２０に固定される。
【００３４】
磁気センサ８１は、ホール素子を通過する磁束密度に応じた電圧を信号として出力する。磁気センサ８１の出力信号は、センサホルダ８３に設けられた端子８３Ａを介して、コントローラに送信される。なお、磁気センサ８１には、ホール素子の信号を増幅する回路、温度補償を行う回路、又はノイズフィルタの回路等を設けてもよい。
【００３５】
次に、トルクセンサ４０がトーションバー１２に作用する操舵トルクを検出する機能について説明する。
【００３６】
トーションバー１２に操舵トルクが作用しない中立状態では、第一軟磁性リング６１の第一磁路端部６１Ａ及び第二軟磁性リング６２の第二磁路端部６２Ａは、それぞれリング磁石５２のＮ極及びＳ極に同一の面積で対峙して両極を磁気短絡する。そのため、磁束は回転磁気回路部６０と固定磁気回路部７０に導かれない。
【００３７】
運転者によるステアリングホイールの操作によって、トーションバー１２に特定方向の操舵トルクが作用した場合には、このトルクの方向に応じてトーションバー１２はねじれ変形する。トーションバー１２がねじれ変形すると、第一磁路端部６１ＡはＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対峙する一方、第二磁路端部６２ＡはＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対峙する。リング磁石５２からの磁束は回転磁気回路部６０と固定磁気回路部７０に導かれ、磁気センサ８１は磁場の大きさ及び方向に応じた信号を出力する。この場合における磁気経路は、Ｎ極から第一軟磁性リング６１、第一集磁リング７１、第一集磁ヨーク７３、磁気センサ８１、第二集磁ヨーク７４、第二集磁リング７２、第二軟磁性リング６２を経由してＳ極に向かう経路である。
【００３８】
一方、運転者によるステアリングホイールの操作によって、トーションバー１２に上記とは逆方向の操舵トルクが作用した場合には、このトルクの方向に応じてトーションバー１２が逆方向にねじれ変形する。トーションバー１２がねじれ変形すると、第一磁路端部６１ＡはＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対峙する一方、第二磁路端部６２ＡはＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対峙する。リング磁石５２からの磁束は、上記の磁気経路と逆の磁気経路にて導かれる。磁気センサ８１は、磁場の強さ及び方向に応じた信号を出力する。この場合における磁気経路は、Ｎ極から第二軟磁性リング６２、第二集磁リング７２、第二集磁ヨーク７４、磁気センサ８１、第一集磁ヨーク７３、第一集磁リング７１、第一軟磁性リング６１を経由してＳ極に向かう経路である。
【００３９】
第一磁路端部６１Ａがリング磁石５２のＮ極とＳ極に対峙する面積差、及び第二磁路端部６２Ａがリング磁石５２のＮ極とＳ極に対峙する面積差が大きいほど、磁気ギャップの磁場は強くなる。磁気ギャップにおける磁場が強くなると、磁気センサ８１の出力信号も増大する。
【００４０】
トーションバーに作用する操舵トルクは、磁気センサ８１から出力された信号に基づいて検出される。
【００４１】
次に、磁気発生部５０のバックヨーク５１及びリング磁石５２の構成について詳しく説明する。
【００４２】
図３（Ａ）、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）に示すように、磁気発生部５０のバックヨーク５１は、軟磁性体の合金によって円環状に形成される。バックヨーク５１は、入力シャフト１１の外周面に対して嵌合する嵌合孔５１Ａと、下端面から下方に突出する突出部５１Ｂと、外周面に形成される係合溝５１Ｃと、を備える。
【００４３】
嵌合孔５１Ａは、バックヨーク５１を回転軸Ｏ方向に貫通する孔である。バックヨーク５１は、嵌合孔５１Ａを介して入力シャフト１１の外周面に圧入される。
【００４４】
突出部５１Ｂは、バックヨーク５１の下端面に環状に形成される。突出部５１Ｂの内径は、入力シャフト１１が挿通可能なように、入力シャフト１１の外径よりも大きく設定されている。突出部５１Ｂの外周面には、凹部５１Ｄが窪むように形成される。凹部５１Ｄは、バックヨーク５１の下端面寄りの位置において周方向に形成される。つまり、凹部５１Ｄは、突出部５１Ｂの外周上部において全周にわたって形成される環状溝である。
【００４５】
なお、バックヨーク５１では、突出部５１Ｂの外周面の全周にわたって凹部５１Ｄを設けたが、周方向に複数の凹部を設けてもよい。
【００４６】
係合溝５１Ｃは、バックヨーク５１の外周面の下部に、回転軸Ｏ方向に沿って設けられる縦溝である。係合溝５１Ｃは、バックヨーク５１の下端面から、下端面よりも上方の所定位置まで延設される。係合溝５１Ｃは、バックヨーク５１の外周に沿って等間隔に複数設けられる。これら係合溝５１Ｃは、ローレット加工によってバックヨーク５１の外周面を凹凸状にすることで形成される。
【００４７】
なお、係合溝５１Ｃが延設される上記所定位置は必要に応じて適宜変更される。係合溝５１Ｃとリング磁石５２の係合面５２Ｂとの連係による作用効果については後述するが、リング磁石５２の周方向に加わる衝撃の大きさが大きいほど、より上方の所定位置まで係合溝５１Ｃを延設するとよい。
【００４８】
図３（Ａ）、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）に示すように、磁気発生部５０のリング磁石５２は、焼結金属によって環状に形成される。リング磁石５２は、接着部５３、５４を介して、バックヨーク５１の下端面に固定される。リング磁石５２の内径はバックヨーク５１の突出部５１Ｂの外径よりも大きく設定されており、リング磁石５２は突出部５１Ｂを取り囲むように配置される。したがって、リング磁石５２の内周面と突出部５１Ｂの外周面とは対向する。リング磁石５２の内周面と突出部５１Ｂの外周面との間には、所定の隙間ｄが形成される。
【００４９】
なお、バックヨーク５１にリング磁石５２が設置された状態で、バックヨーク５１の突出部５１Ｂの突出量は、リング磁石５２の厚さの略半分となるように設定される。これにより、リング磁石５２の下端面と突出部５１Ｂの下端面の間における磁気短絡が防止される。突出部５１Ｂの突出量は、リング磁石５２の厚さの略半分に限られない。例えば、リング磁石５２の厚さの３分の１や略同一の厚さ等に設定してもよい。つまり、リング磁石５２の下端面と突出部５１Ｂの下端面との間における磁気短絡を防止することのできる突出量であれば、突出部５１Ｂの突出量を任意に設定することができる。
【００５０】
リング磁石５２の内周面の下部には、テーパ状に切り欠かれた凹部５２Ａが形成される。凹部５２Ａは、リング磁石５２の内径がリング磁石５２の下端面から上方に向かって徐々に縮径するように、すり鉢状に形成される。凹部５２Ａは、リング磁石５２の下端面から突出部５１Ｂの下端面に対応する所定位置までの範囲にわたって設けられる。
【００５１】
なお、本実施形態では、突出部５１Ｂの下端面に対応する所定位置として、突出部５１Ｂの下端面より上方であり、かつ凹部５１Ｄの下端よりも下方の位置を採用している。但し、これに限らず、突出部５１Ｂの下端面に対応する所定位置は少なくとも突出部５１Ｂの下端面より上方であればよい。
【００５２】
また、リング磁石５２の外周面には、係合面５２Ｂが設けられる。係合面５２Ｂは、リング磁石５２の外周面の一部を切り欠いた面である。係合面５２Ｂは、平面又は湾曲面として形成される。
【００５３】
上記したバックヨーク５１及びリング磁石５２は、接着部５３、５４を介して結合される。接着部５３、５４は固化後の接着剤であり、この接着剤には弾性接着剤が用いられる。バックヨーク５１はリング磁石５２の磁界によって磁化されるので、バックヨーク５１及びリング磁石５２は、接着部５３、５４の接着力だけでなく、磁力によっても結合される。
【００５４】
図５（Ｂ）及び図６に示すように、接着部５３は、リング磁石５２の内周面に沿って塗付された接着材が固化した接着層である。接着部５３は、リング磁石５２の内周面と突出部５１Ｂの外周面との間の隙間ｄを通じて、突出部５１Ｂの凹部５１Ｄ及びリング磁石５２の凹部５２Ａに到達するように設けられる。このように、接着部５３は、リング磁石５２の凹部５２Ａと、リング磁石５２及び突出部５１Ｂの隙間ｄと、突出部５１Ｂの凹部５１Ｄとにわたって設けられる。
【００５５】
なお、本実施形態では、所定の隙間ｄは、凹部５１Ｄの最も深い深さと略同一の長さに設定されているが、これに限られない。所定の隙間ｄは、接着部５３が劣化する等してバックヨーク５１とリング磁石５２との接着不良が発生した場合でも、接着部５３の凹部５１Ｄに入り込んだ部分及び接着部５３の凹部５２Ａの入り込んだ部分によって接着剤５３がリング磁石５２を支持可能な強度を有するように設定されていればよい。そのため、リング磁石５２の磁力や重量、接着部５３に使用する接着剤の種類等に応じて、所定の隙間ｄを凹部５１Ｄの最も深い深さよりも長く設定したり、短く設定したりしてもよい。
【００５６】
接着部５４は、リング磁石５２の外周面に沿って塗付された接着材が固化した接着層である。接着部５４は、リング磁石５２の上端側外周と、係合溝５１Ｃが形成されるバックヨーク５１の下端側外周とにわたって設けられる。これにより、接着部５４を介して、リング磁石５２の係合面５２Ｂとバックヨーク５１の係合溝５１Ｃとが連係する。
【００５７】
次に、図５（Ｂ）及び図６を参照して、リング磁石５２の脱落防止機能及び回転防止機能について説明する。
【００５８】
仮に、接着部５３、５４が劣化する等してバックヨーク５１とリング磁石５２の接着不良が発生した場合には、リング磁石５２とバックヨーク５１の接合力のほとんどは磁力によるものとなる。
【００５９】
このような状態において、リング磁石５２の軸方向に衝撃力が加わった場合には、リング磁石５２がバックヨーク５１から脱落する可能性がある。しかしながら、接着部５３が突出部５１Ｂの凹部５１Ｄ及びリング磁石５２の凹部５２Ａに入り込んでいるので、接着部５３自体が突出部５１Ｂから抜け落ちることが防止され、この接着部５３を介してリング磁石５２がバックヨーク５１から回転軸Ｏ方向に脱落することが防止される。つまり、リング磁石５２はリング磁石５２の凹部５２Ａに入り込んだ接着部５３によって支持されるため、バックヨーク５１からのリング磁石５２の脱落が回避される。このように突出部５１Ｂの凹部５１Ｄに引っ掛かった状態の接着部５３がリング磁石５２の脱落を防止するストッパとして機能する。バックヨーク５１からのリング磁石５２の脱落が回避されることによって、トルクセンサ４０の検出精度の悪化が防止される。
【００６０】
また、リング磁石５２の周方向に衝撃力が加わった場合には、リング磁石５２のバックヨーク５１に対する固定位置が回転軸Ｏ周りにずれる可能性がある。しかしながら、接着部５４はリング磁石５２の係合面５２Ｂとバックヨーク５１の係合溝５１Ｃとを連係するように設けられているため、バックヨーク５１に対するリング磁石５２の回転が防止される。バックヨーク５１の係合溝５１Ｃに入り込んだ接着部５４によって接着部５４自体のバックヨーク５１に対する回転が規制され、リング磁石５２の係合面５２Ｂに位置する接着部５４によってリング磁石５２のバックヨーク５１に対する回転が規制される。このようにバックヨーク５１の外周に係止された状態の接着部５４がリング磁石５２の回転を規制するストッパとして機能する。バックヨーク５１に対するリング磁石５２の回転が回避されることによって、トルクセンサ４０の検出精度の悪化が防止される。
【００６１】
上記したトルクセンサ４０によれば、以下の効果を得ることができる。
【００６２】
バックヨーク５１とリング磁石５２との間の接着不良が発生した場合でも、接着部５３が突出部５１Ｂの凹部５１Ｄ及びリング磁石５２の凹部５２Ａに入り込んでおり、リング磁石５２は凹部５２Ａに入り込んだ接着部５３によって支持されるので、バックヨーク５１からのリング磁石５２の脱落を防止することができる。また、接着部５４がバックヨーク５１の係合溝５１Ｃとリング磁石５２の係合面５２Ｂとを連係するように設けられるので、バックヨーク５１に対するリング磁石５２の回転を防止することができる。
【００６３】
接着部５３はリング磁石５２の内周面の一部を覆うように設けられるので、接着部５３に覆われた部分においてリング磁石５２に割れ等が発生しても、割れたリング磁石５２が飛散することを抑制することができる。
【００６４】
接着部５３、５４は弾性接着剤からなるので、リング磁石５２に作用する衝撃力を低減することができる。
【００６５】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００６６】
本実施形態では、バックヨーク５１の内周寄りの下端面に突出部５１Ｂを形成したが、バックヨーク５１の外周寄りの下端面に突出部を形成してもよい。この場合には、リング磁石５２の外径を突出部の内径よりも小さくし、リング磁石５２は突出部の内側においてバックヨーク５１の下端面に固定される。突出部の内周上部には環状溝としての凹部が形成され、リング磁石５２の外周下部にも凹部が形成される。リング磁石５２の凹部は、リング磁石５２の外形がリング磁石５２の下端面から上方に向かって徐々に拡径するようにテーパ状に形成される。バックヨーク５１とリング磁石５２とを結合する接着部は、リング磁石５２の凹部と、リング磁石５２と突出部５１Ｂとの隙間と、突出部５１Ｂの凹部とにわたって設けられる。このように構成することによっても、リング磁石５２の凹部に入り込んだ接着部によってリング磁石５２を支持でき、バックヨーク５１からのリング磁石５２の脱落を防止することができる。
【００６７】
本実施形態では、バックヨーク５１の外周面に沿って係合溝５１Ｃが設けられ、リング磁石５２の外周面の一部に係合面５２Ｂが設けられる。このような構成の代わりに、突出部５１Ｂの外周面に沿って縦溝としての係合溝を設け、リング磁石５２の内周面の一部に切欠面としての係合面を設けてもよい。この場合には、リング磁石５２の内周側に設けられる接着部５３が、突出部５１Ｂの係合溝とリング磁石５２の係合面とを連係するように設けられる。このように構成することによっても、バックヨーク５１に対するリング磁石５２の回転を防止することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、突出部５１Ｂの突出量をリング磁石５２の厚さの略半分に設定したため、リング磁石５２の下端面から突出部５１Ｂの下端面に対応する所定位置までの範囲にわたって凹部５２Ａを設けたが、これに限られない。突出部５１Ｂの突出量をリング磁石５２の厚さと略同一に設定した場合には、リング磁石５２の下端面側の外周角部及び上端面側の内周角部に形成されているいわゆる面取りを、リング磁石５２の下端面側の内周角部に形成し、この面取りを凹部５２Ａとして採用してもよい。
【００６９】
さらに、本実施形態では、リング磁石５２の外周とバックヨーク５１の外周とにわたって接着部５４が設けられているが、接着部５４は必ずしも設けられる必要はない。接着部５４を備えていなくても、トルクセンサ４０は所期の目的を達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、車両のパワーステアリング装置に設けられるトルクセンサとして用いることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ パワーステアリング装置
１１ 入力シャフト
１２ トーションバー
１３ 出力シャフト
２０ 上部ハウジング
３０ 下部ハウジング
４０ トルクセンサ
５０ 磁気発生部
５１ バックヨーク
５１Ａ 嵌合孔
５１Ｂ 突出部
５１Ｃ 係合溝
５１Ｄ 凹部（第一凹部）
５２ リング磁石
５２Ａ 凹部（第二凹部）
５２Ｂ 係合面
５３ 接着部（主接着部）
５４ 接着部（副接着部）
６０ 回転磁気回路部
６１ 第一軟磁性リング
６２ 第二軟磁性リング
７０ 固定磁気回路部
７１ 第一集磁リング
７２ 第二集磁リング
８１ 磁気センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石から導かれる磁束密度に応じてシャフトに作用するトルクを検出するトルクセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ステアリングシャフトに作用する操舵トルクを磁力によって検出する非接触タイプのトルクセンサが開示されている。このトルクセンサは、同軸上に配置される入力シャフトと出力シャフトとの間で操舵トルクを伝達するトーションバーと、入力シャフトに固定される磁気発生部と、出力シャフトに固定される回転磁気回路部と、ハウジングに固定される固定磁気回路部と、固定磁気回路部に導かれる磁束密度を検出する磁気センサと、を備える。磁気発生部は、入力シャフトに固定されるバックヨークと、接着剤を介してバックヨークに固定されるリング磁石とから構成されている。
【０００３】
トーションバーにトルクが作用してトーションバーがねじれ変形すると、磁気発生部と回転磁気回路部との回転方向の相対位置が変化する。これに伴い磁気発生部から回転磁気回路部を通じて固定磁気回路部に導かれる磁束密度が変化する。磁気センサは磁束密度に応じた信号を出力する。トーションバーに作用するトルクは、磁気センサから出力された信号に基づいて検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４０４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来のトルクセンサでは、リング磁石とバックヨークとの間の接着不良が発生した場合に、外部からの衝撃等によってリング磁石がバックヨークから回転軸方向に脱落するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、リング磁石とバックヨークとの間の接着不良が発生した場合であっても、リング磁石の脱落を防止することができるトルクセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、同軸上に配置される第一シャフトと第二シャフトとの間でトルクを伝達するトーションバーと、前記第一シャフトに固定される磁気発生部と、前記第二シャフトに固定される回転磁気回路部とを備え、前記磁気発生部から前記回転磁気回路部に導かれる磁束密度に応じて前記トーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、前記磁気発生部は、前記第一シャフトに外嵌されるバックヨークと、前記バックヨークの端面に突出形成される環状の突出部と、前記突出部との間に所定の隙間を有するように前記バックヨークの端面に設けられる環状のリング磁石と、前記突出部の前記リング磁石と対向する側面に設けられる第一凹部と、前記リング磁石の前記突出部と対向する側面に設けられる第二凹部と、前記隙間と、前記第一凹部と、前記第二凹部とにわたって設けられ、前記バックヨークと前記リング磁石とを接着する主接着部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バックヨークとリング磁石との間の接着不良が発生した場合でも、主接着部が突出部の凹部及びリング磁石の凹部に入り込んでおり、リング磁石の凹部内の主接着部がリング磁石を支持するので、バックヨークからのリング磁石の脱落を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態によるパワーステアリング装置の縦断面図である。
【図２】下部ハウジングを取り除いた状態におけるパワーステアリング装置の分解斜視図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）は、パワーステアリング装置に設けられるトルクセンサが備える磁気発生部の斜視図及び下面図である。
【図４】トルクセンサが備える回転磁気回路部の斜視図である。
【図５】（Ａ）は磁気発生部の縦断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の破線領域における磁気発生部の拡大図である。
【図６】磁気発生部の縦断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して、本発明の実施形態による車両用のパワーステアリング装置１を説明する。
【００１１】
図１及び図２に示すように、パワーステアリング装置１は、ステアリングホイールに連係するステアリングシャフト１０と、車輪に連係するラック軸２とを備え、ステアリングシャフト１０の回転によってラック軸２を軸方向に移動させて車輪を操舵する装置である。
【００１２】
ステアリングシャフト１０は、ボルト２１によって連結される上部ハウジング２０及び下部ハウジング３０によって支持される軸部材である。ステアリングシャフト１０は、第一シャフトとしての入力シャフト１１と、トーションバー１２と、第二シャフトとしての出力シャフト１３と、を備える。
【００１３】
入力シャフト１１は、転がり軸受２２を介して上部ハウジング２０に回転自在に支持される。入力シャフト１１と上部ハウジング２０との間はダストシール２３によってシールされる。ダストシール２３は、転がり軸受２２の上方に配設されている。
【００１４】
出力シャフト１３は、上部ハウジング２０の下端部と下部ハウジング３０の上端部に挟持される転がり軸受３１と、下部ハウジング３０の下端部に設置される滑り軸受３２とによって、回転自在に支持される。
【００１５】
出力シャフト１３の上端部には、入力シャフト１１の下端部を収容可能な収容室１３Ａが形成されている。出力シャフト１３の収容室１３Ａの内周面と、入力シャフト１１の下端部の外周面との間には、滑り軸受１４が介装される。これにより、入力シャフト１１及び出力シャフト１３は、同一軸上で相対回転可能となっている。
【００１６】
入力シャフト１１は円筒状に形成されており、入力シャフト１１の内部にはトーションバー１２が同軸に収められる。トーションバー１２の上端部は、ピン１５を介して、入力シャフト１１の上端部に連結される。トーションバー１２の下端部は、入力シャフト１１の下端開口部より下方に突出する。トーションバー１２の下端部の外周面には、セレーション１２Ａが形成されている。トーションバー１２の下端部は、セレーション１２Ａを介して、収容室１３Ａの底部に形成された係合孔１３Ｂに連結される。トーションバー１２は、入力シャフト１１に入力される操舵トルクを出力シャフト１３に伝達するとともに、そのトルクに応じて回転軸Ｏを中心にねじれ変形する。
【００１７】
出力シャフト１３は、下端寄りの外周面にギア１３Ｃを備える。出力シャフト１３のギア１３Ｃは、ラック軸２に形成されたラックギア２Ａと噛合する。入力シャフト１１の回転に伴って出力シャフト１３が回転することで、ラック軸２が軸方向に移動し、車輪が操舵される。
【００１８】
パワーステアリング装置１は、操舵トルクを補助的に付与するアシスト機構として、トーションバー１２に作用する操舵トルクを検出する非接触式のトルクセンサ４０と、検出された操舵トルクに応じてラック軸２に操舵補助トルクを付与する電動モータとを有している。
【００１９】
トルクセンサ４０は、入力シャフト１１とともに回転する磁気発生部５０と、出力シャフト１３とともに回転する回転磁気回路部６０と、上部ハウジング２０に固定される固定磁気回路部７０と、固定磁気回路部７０に導かれる磁束密度を検出する磁気センサ８１とを備える。トルクセンサ４０は、トーションバー１２に作用する操舵トルクを磁気センサ８１の出力に基づいて検出する。
【００２０】
なお、トルクセンサ４０は、出力シャフト１３に磁気発生部５０を設け、入力シャフト１１に回転磁気回路部６０を設ける構成としてもよい。
【００２１】
図１、図３（Ａ）、及び図３（Ｂ）に示すように、磁気発生部５０は、入力シャフト１１に圧入される環状のバックヨーク５１と、接着剤を介してバックヨーク５１の下端面に固定される環状のリング磁石５２と、を備える。
【００２２】
リング磁石５２は、環状の永久磁石である。リング磁石５２は、入力シャフト１１の回転軸Ｏ方向へ向けて硬磁性体を着磁することによって形成される多極磁石である。図３（Ｂ）に示すように、リング磁石５２には、１２個の磁極が周方向にわたって等間隔に形成される。つまり、リング磁石５２の上端面及び下端面には、６個のＮ極と６個のＳ極が周方向に交互に配設される。リング磁石５２に設けられる磁極数は、１２個に限られず、必要に応じて任意に設定される。
【００２３】
バックヨーク５１は、軟磁性体によって形成される環状部材である。バックヨーク５１の下端面には、リング磁石５２が固定される。バックヨーク５１は、リング磁石５２の隣り合う磁極を結んで磁束を導く継鉄としての機能を有しており、リング磁石５２の下端面である下部磁極面に磁力を集中させる。
【００２４】
図１、図２、及び図４に示すように、回転磁気回路部６０は、リング磁石５２から出される磁束を導く第一軟磁性リング６１及び第二軟磁性リング６２と、出力シャフト１３に取り付けられる取付部材６３と、取付部材６３に第一軟磁性リング６１及び第二軟磁性リング６２を固定する樹脂モールド６４とを備える。なお、図４は、樹脂モールド６４を省略した状態の回転磁気回路部６０を示す図である。
【００２５】
第一軟磁性リング６１は、環状の第一磁路環部６１Ｃと、第一磁路環部６１Ｃから下向きに突出する６個の第一磁路柱部６１Ｂと、各第一磁路柱部６１Ｂの下端からそれぞれ内向きに屈折してリング磁石５２の下端面に対峙する第一磁路端部６１Ａと、を備える。また、第二軟磁性リング６２は、環状の第二磁路環部６２Ｃと、第二磁路環部６２Ｃから上向きに突出する６個の第二磁路柱部６２Ｂと、各第二磁路柱部６２Ｂの上端からそれぞれ内向きに屈折して、リング磁石５２の下端面に対峙する第二磁路端部６２Ａと、を備える。
【００２６】
第一磁路環部６１Ｃ及び第二磁路環部６２Ｃは、それぞれ全周がつながった環状部材である。第一磁路環部６１Ｃ及び第二磁路環部６２Ｃは、第一磁路端部６１Ａと第二磁路端部６２Ａとが同一面上において交互に等しい角度間隔で並ぶように、回転軸Ｏ方向に間隔をあけて配置される。
【００２７】
第一磁路環部６１Ｃはリング磁石５２の下端面より上方に設けられ、第二磁路環部６２Ｃはリング磁石５２より下方に設けられる。したがって、リング磁石５２は、トーションバー１２の回転軸Ｏ方向について第一磁路環部６１Ｃと第二磁路環部６２Ｃとの間に配置される。
【００２８】
第一磁路柱部６１Ｂと第二磁路柱部６２Ｂは、それぞれ平板状に形成され、回転軸Ｏ方向に延設される。第一磁路柱部６１Ｂは、所定の間隙をあけてリング磁石５２の外周面を囲むように配置される。第二磁路柱部６２Ｂは、回転軸Ｏに沿って第一磁路柱部６１Ｂと反対方向に延設される。
【００２９】
第一磁路端部６１Ａと第二磁路端部６２Ａは、それぞれ平板状に形成される。トーションバー１２に操舵トルクが作用していない中立状態では、第一磁路端部６１Ａ及び第二磁路端部６２Ａの各中心線は、リング磁石５２のＮ極とＳ極の境界を指すように、設定されている。
【００３０】
図１及び図２に示すように、固定磁気回路部７０は、第一軟磁性リング６１の第一磁路環部６１Ｃの外周に沿って設けられる第一集磁リング７１と、第二軟磁性リング６２の第二磁路環部６２Ｃの外周に沿って設けられる第二集磁リング７２と、第一集磁リング７１に接続される第一集磁ヨーク７３と、第二集磁リング７２に接続される第二集磁ヨーク７４と、を備える。第一集磁ヨーク７３及び第二集磁ヨーク７４は、ブロック状の部材である。
【００３１】
第一集磁リング７１及び第二集磁リング７２は、上部ハウジング２０の内周壁にかしめ固定される。第一集磁リング７１の内周面は第一軟磁性リング６１の第一磁路環部６１Ｃに対峙し、第二集磁リング７２の内周面は第二軟磁性リング６２の第二磁路環部６２Ｃに対峙する。
【００３２】
第一集磁ヨーク７３は第一集磁リング７１の外周面に当接するように設けられ、第二集磁ヨーク７４は第二集磁リング７２の外周面に当接するように設けられる。第一集磁ヨーク７３と第二集磁ヨーク７４との間には、周方向に並ぶ一対の磁気ギャップが形成される。各磁気ギャップ内には、磁気センサ８１が一つずつ配置される。
【００３３】
第一集磁ヨーク７３、第二集磁ヨーク７４、磁気センサ８１、及び磁気センサ８１と接続する基板８２は、センサホルダ８３に設置される。樹脂製のセンサホルダ８３は、一対のボルト８４を介して、金属製の上部ハウジング２０に固定される。
【００３４】
磁気センサ８１は、ホール素子を通過する磁束密度に応じた電圧を信号として出力する。磁気センサ８１の出力信号は、センサホルダ８３に設けられた端子８３Ａを介して、コントローラに送信される。なお、磁気センサ８１には、ホール素子の信号を増幅する回路、温度補償を行う回路、又はノイズフィルタの回路等を設けてもよい。
【００３５】
次に、トルクセンサ４０がトーションバー１２に作用する操舵トルクを検出する機能について説明する。
【００３６】
トーションバー１２に操舵トルクが作用しない中立状態では、第一軟磁性リング６１の第一磁路端部６１Ａ及び第二軟磁性リング６２の第二磁路端部６２Ａは、それぞれリング磁石５２のＮ極及びＳ極に同一の面積で対峙して両極を磁気短絡する。そのため、磁束は回転磁気回路部６０と固定磁気回路部７０に導かれない。
【００３７】
運転者によるステアリングホイールの操作によって、トーションバー１２に特定方向の操舵トルクが作用した場合には、このトルクの方向に応じてトーションバー１２はねじれ変形する。トーションバー１２がねじれ変形すると、第一磁路端部６１ＡはＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対峙する一方、第二磁路端部６２ＡはＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対峙する。リング磁石５２からの磁束は回転磁気回路部６０と固定磁気回路部７０に導かれ、磁気センサ８１は磁場の大きさ及び方向に応じた信号を出力する。この場合における磁気経路は、Ｎ極から第一軟磁性リング６１、第一集磁リング７１、第一集磁ヨーク７３、磁気センサ８１、第二集磁ヨーク７４、第二集磁リング７２、第二軟磁性リング６２を経由してＳ極に向かう経路である。
【００３８】
一方、運転者によるステアリングホイールの操作によって、トーションバー１２に上記とは逆方向の操舵トルクが作用した場合には、このトルクの方向に応じてトーションバー１２が逆方向にねじれ変形する。トーションバー１２がねじれ変形すると、第一磁路端部６１ＡはＮ極よりＳ極に大きな面積を持って対峙する一方、第二磁路端部６２ＡはＳ極よりＮ極に大きな面積を持って対峙する。リング磁石５２からの磁束は、上記の磁気経路と逆の磁気経路にて導かれる。磁気センサ８１は、磁場の強さ及び方向に応じた信号を出力する。この場合における磁気経路は、Ｎ極から第二軟磁性リング６２、第二集磁リング７２、第二集磁ヨーク７４、磁気センサ８１、第一集磁ヨーク７３、第一集磁リング７１、第一軟磁性リング６１を経由してＳ極に向かう経路である。
【００３９】
第一磁路端部６１Ａがリング磁石５２のＮ極とＳ極に対峙する面積差、及び第二磁路端部６２Ａがリング磁石５２のＮ極とＳ極に対峙する面積差が大きいほど、磁気ギャップの磁場は強くなる。磁気ギャップにおける磁場が強くなると、磁気センサ８１の出力信号も増大する。
【００４０】
トーションバーに作用する操舵トルクは、磁気センサ８１から出力された信号に基づいて検出される。
【００４１】
次に、磁気発生部５０のバックヨーク５１及びリング磁石５２の構成について詳しく説明する。
【００４２】
図３（Ａ）、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）に示すように、磁気発生部５０のバックヨーク５１は、軟磁性体の合金によって円環状に形成される。バックヨーク５１は、入力シャフト１１の外周面に対して嵌合する嵌合孔５１Ａと、下端面から下方に突出する突出部５１Ｂと、外周面に形成される係合溝５１Ｃと、を備える。
【００４３】
嵌合孔５１Ａは、バックヨーク５１を回転軸Ｏ方向に貫通する孔である。バックヨーク５１は、嵌合孔５１Ａを介して入力シャフト１１の外周面に圧入される。
【００４４】
突出部５１Ｂは、バックヨーク５１の下端面に環状に形成される。突出部５１Ｂの内径は、入力シャフト１１が挿通可能なように、入力シャフト１１の外径よりも大きく設定されている。突出部５１Ｂの外周面には、凹部５１Ｄが窪むように形成される。凹部５１Ｄは、バックヨーク５１の下端面寄りの位置において周方向に形成される。つまり、凹部５１Ｄは、突出部５１Ｂの外周上部において全周にわたって形成される環状溝である。
【００４５】
なお、バックヨーク５１では、突出部５１Ｂの外周面の全周にわたって凹部５１Ｄを設けたが、周方向に複数の凹部を設けてもよい。
【００４６】
係合溝５１Ｃは、バックヨーク５１の外周面の下部に、回転軸Ｏ方向に沿って設けられる縦溝である。係合溝５１Ｃは、バックヨーク５１の下端面から、下端面よりも上方の所定位置まで延設される。係合溝５１Ｃは、バックヨーク５１の外周に沿って等間隔に複数設けられる。これら係合溝５１Ｃは、ローレット加工によってバックヨーク５１の外周面を凹凸状にすることで形成される。
【００４７】
なお、係合溝５１Ｃが延設される上記所定位置は必要に応じて適宜変更される。係合溝５１Ｃとリング磁石５２の係合面５２Ｂとの連係による作用効果については後述するが、リング磁石５２の周方向に加わる衝撃の大きさが大きいほど、より上方の所定位置まで係合溝５１Ｃを延設するとよい。
【００４８】
図３（Ａ）、図５（Ａ）、及び図５（Ｂ）に示すように、磁気発生部５０のリング磁石５２は、焼結金属によって環状に形成される。リング磁石５２は、接着部５３、５４を介して、バックヨーク５１の下端面に固定される。リング磁石５２の内径はバックヨーク５１の突出部５１Ｂの外径よりも大きく設定されており、リング磁石５２は突出部５１Ｂを取り囲むように配置される。したがって、リング磁石５２の内周面と突出部５１Ｂの外周面とは対向する。リング磁石５２の内周面と突出部５１Ｂの外周面との間には、所定の隙間ｄが形成される。
【００４９】
なお、バックヨーク５１にリング磁石５２が設置された状態で、バックヨーク５１の突出部５１Ｂの突出量は、リング磁石５２の厚さの略半分となるように設定される。これにより、リング磁石５２の下端面と突出部５１Ｂの下端面の間における磁気短絡が防止される。突出部５１Ｂの突出量は、リング磁石５２の厚さの略半分に限られない。例えば、リング磁石５２の厚さの３分の１や略同一の厚さ等に設定してもよい。つまり、リング磁石５２の下端面と突出部５１Ｂの下端面との間における磁気短絡を防止することのできる突出量であれば、突出部５１Ｂの突出量を任意に設定することができる。
【００５０】
リング磁石５２の内周面の下部には、テーパ状に切り欠かれた凹部５２Ａが形成される。凹部５２Ａは、リング磁石５２の内径がリング磁石５２の下端面から上方に向かって徐々に縮径するように、すり鉢状に形成される。凹部５２Ａは、リング磁石５２の下端面から突出部５１Ｂの下端面に対応する所定位置までの範囲にわたって設けられる。
【００５１】
なお、本実施形態では、突出部５１Ｂの下端面に対応する所定位置として、突出部５１Ｂの下端面より上方であり、かつ凹部５１Ｄの下端よりも下方の位置を採用している。但し、これに限らず、突出部５１Ｂの下端面に対応する所定位置は少なくとも突出部５１Ｂの下端面より上方であればよい。
【００５２】
また、リング磁石５２の外周面には、係合面５２Ｂが設けられる。係合面５２Ｂは、リング磁石５２の外周面の一部を切り欠いた面である。係合面５２Ｂは、平面又は湾曲面として形成される。
【００５３】
上記したバックヨーク５１及びリング磁石５２は、接着部５３、５４を介して結合される。接着部５３、５４は固化後の接着剤であり、この接着剤には弾性接着剤が用いられる。バックヨーク５１はリング磁石５２の磁界によって磁化されるので、バックヨーク５１及びリング磁石５２は、接着部５３、５４の接着力だけでなく、磁力によっても結合される。
【００５４】
図５（Ｂ）及び図６に示すように、接着部５３は、リング磁石５２の内周面に沿って塗付された接着材が固化した接着層である。接着部５３は、リング磁石５２の内周面と突出部５１Ｂの外周面との間の隙間ｄを通じて、突出部５１Ｂの凹部５１Ｄ及びリング磁石５２の凹部５２Ａに到達するように設けられる。このように、接着部５３は、リング磁石５２の凹部５２Ａと、リング磁石５２及び突出部５１Ｂの隙間ｄと、突出部５１Ｂの凹部５１Ｄとにわたって設けられる。
【００５５】
なお、本実施形態では、所定の隙間ｄは、凹部５１Ｄの最も深い深さと略同一の長さに設定されているが、これに限られない。所定の隙間ｄは、接着部５３が劣化する等してバックヨーク５１とリング磁石５２との接着不良が発生した場合でも、接着部５３の凹部５１Ｄに入り込んだ部分及び接着部５３の凹部５２Ａの入り込んだ部分によって接着剤５３がリング磁石５２を支持可能な強度を有するように設定されていればよい。そのため、リング磁石５２の磁力や重量、接着部５３に使用する接着剤の種類等に応じて、所定の隙間ｄを凹部５１Ｄの最も深い深さよりも長く設定したり、短く設定したりしてもよい。
【００５６】
接着部５４は、リング磁石５２の外周面に沿って塗付された接着材が固化した接着層である。接着部５４は、リング磁石５２の上端側外周と、係合溝５１Ｃが形成されるバックヨーク５１の下端側外周とにわたって設けられる。これにより、接着部５４を介して、リング磁石５２の係合面５２Ｂとバックヨーク５１の係合溝５１Ｃとが連係する。
【００５７】
次に、図５（Ｂ）及び図６を参照して、リング磁石５２の脱落防止機能及び回転防止機能について説明する。
【００５８】
仮に、接着部５３、５４が劣化する等してバックヨーク５１とリング磁石５２の接着不良が発生した場合には、リング磁石５２とバックヨーク５１の接合力のほとんどは磁力によるものとなる。
【００５９】
このような状態において、リング磁石５２の軸方向に衝撃力が加わった場合には、リング磁石５２がバックヨーク５１から脱落する可能性がある。しかしながら、接着部５３が突出部５１Ｂの凹部５１Ｄ及びリング磁石５２の凹部５２Ａに入り込んでいるので、接着部５３自体が突出部５１Ｂから抜け落ちることが防止され、この接着部５３を介してリング磁石５２がバックヨーク５１から回転軸Ｏ方向に脱落することが防止される。つまり、リング磁石５２はリング磁石５２の凹部５２Ａに入り込んだ接着部５３によって支持されるため、バックヨーク５１からのリング磁石５２の脱落が回避される。このように突出部５１Ｂの凹部５１Ｄに引っ掛かった状態の接着部５３がリング磁石５２の脱落を防止するストッパとして機能する。バックヨーク５１からのリング磁石５２の脱落が回避されることによって、トルクセンサ４０の検出精度の悪化が防止される。
【００６０】
また、リング磁石５２の周方向に衝撃力が加わった場合には、リング磁石５２のバックヨーク５１に対する固定位置が回転軸Ｏ周りにずれる可能性がある。しかしながら、接着部５４はリング磁石５２の係合面５２Ｂとバックヨーク５１の係合溝５１Ｃとを連係するように設けられているため、バックヨーク５１に対するリング磁石５２の回転が防止される。バックヨーク５１の係合溝５１Ｃに入り込んだ接着部５４によって接着部５４自体のバックヨーク５１に対する回転が規制され、リング磁石５２の係合面５２Ｂに位置する接着部５４によってリング磁石５２のバックヨーク５１に対する回転が規制される。このようにバックヨーク５１の外周に係止された状態の接着部５４がリング磁石５２の回転を規制するストッパとして機能する。バックヨーク５１に対するリング磁石５２の回転が回避されることによって、トルクセンサ４０の検出精度の悪化が防止される。
【００６１】
上記したトルクセンサ４０によれば、以下の効果を得ることができる。
【００６２】
バックヨーク５１とリング磁石５２との間の接着不良が発生した場合でも、接着部５３が突出部５１Ｂの凹部５１Ｄ及びリング磁石５２の凹部５２Ａに入り込んでおり、リング磁石５２は凹部５２Ａに入り込んだ接着部５３によって支持されるので、バックヨーク５１からのリング磁石５２の脱落を防止することができる。また、接着部５４がバックヨーク５１の係合溝５１Ｃとリング磁石５２の係合面５２Ｂとを連係するように設けられるので、バックヨーク５１に対するリング磁石５２の回転を防止することができる。
【００６３】
接着部５３はリング磁石５２の内周面の一部を覆うように設けられるので、接着部５３に覆われた部分においてリング磁石５２に割れ等が発生しても、割れたリング磁石５２が飛散することを抑制することができる。
【００６４】
接着部５３、５４は弾性接着剤からなるので、リング磁石５２に作用する衝撃力を低減することができる。
【００６５】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００６６】
本実施形態では、バックヨーク５１の内周寄りの下端面に突出部５１Ｂを形成したが、バックヨーク５１の外周寄りの下端面に突出部を形成してもよい。この場合には、リング磁石５２の外径を突出部の内径よりも小さくし、リング磁石５２は突出部の内側においてバックヨーク５１の下端面に固定される。突出部の内周上部には環状溝としての凹部が形成され、リング磁石５２の外周下部にも凹部が形成される。リング磁石５２の凹部は、リング磁石５２の外形がリング磁石５２の下端面から上方に向かって徐々に拡径するようにテーパ状に形成される。バックヨーク５１とリング磁石５２とを結合する接着部は、リング磁石５２の凹部と、リング磁石５２と突出部５１Ｂとの隙間と、突出部５１Ｂの凹部とにわたって設けられる。このように構成することによっても、リング磁石５２の凹部に入り込んだ接着部によってリング磁石５２を支持でき、バックヨーク５１からのリング磁石５２の脱落を防止することができる。
【００６７】
本実施形態では、バックヨーク５１の外周面に沿って係合溝５１Ｃが設けられ、リング磁石５２の外周面の一部に係合面５２Ｂが設けられる。このような構成の代わりに、突出部５１Ｂの外周面に沿って縦溝としての係合溝を設け、リング磁石５２の内周面の一部に切欠面としての係合面を設けてもよい。この場合には、リング磁石５２の内周側に設けられる接着部５３が、突出部５１Ｂの係合溝とリング磁石５２の係合面とを連係するように設けられる。このように構成することによっても、バックヨーク５１に対するリング磁石５２の回転を防止することができる。
【００６８】
また、本実施形態では、突出部５１Ｂの突出量をリング磁石５２の厚さの略半分に設定したため、リング磁石５２の下端面から突出部５１Ｂの下端面に対応する所定位置までの範囲にわたって凹部５２Ａを設けたが、これに限られない。突出部５１Ｂの突出量をリング磁石５２の厚さと略同一に設定した場合には、リング磁石５２の下端面側の外周角部及び上端面側の内周角部に形成されているいわゆる面取りを、リング磁石５２の下端面側の内周角部に形成し、この面取りを凹部５２Ａとして採用してもよい。
【００６９】
さらに、本実施形態では、リング磁石５２の外周とバックヨーク５１の外周とにわたって接着部５４が設けられているが、接着部５４は必ずしも設けられる必要はない。接着部５４を備えていなくても、トルクセンサ４０は所期の目的を達成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、車両のパワーステアリング装置に設けられるトルクセンサとして用いることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ パワーステアリング装置
１１ 入力シャフト
１２ トーションバー
１３ 出力シャフト
２０ 上部ハウジング
３０ 下部ハウジング
４０ トルクセンサ
５０ 磁気発生部
５１ バックヨーク
５１Ａ 嵌合孔
５１Ｂ 突出部
５１Ｃ 係合溝
５１Ｄ 凹部（第一凹部）
５２ リング磁石
５２Ａ 凹部（第二凹部）
５２Ｂ 係合面
５３ 接着部（主接着部）
５４ 接着部（副接着部）
６０ 回転磁気回路部
６１ 第一軟磁性リング
６２ 第二軟磁性リング
７０ 固定磁気回路部
７１ 第一集磁リング
７２ 第二集磁リング
８１ 磁気センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上に配置される第一シャフトと第二シャフトとの間でトルクを伝達するトーションバーと、前記第一シャフトに固定される磁気発生部と、前記第二シャフトに固定される回転磁気回路部とを備え、前記磁気発生部から前記回転磁気回路部に導かれる磁束密度に応じて前記トーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記磁気発生部は、
前記第一シャフトに外嵌されるバックヨークと、
前記バックヨークの端面に突出形成される環状の突出部と、
前記突出部との間に所定の隙間を有するように前記バックヨークの端面に設けられる環状のリング磁石と、
前記突出部の前記リング磁石と対向する側面に設けられる第一凹部と、
前記リング磁石の前記突出部と対向する側面に設けられる第二凹部と、
前記隙間、前記第一凹部、及び前記第二凹部にわたって設けられ、前記バックヨークと前記リング磁石とを接着する主接着部と、
を備えることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記リング磁石は、前記突出部の外周を取り囲むように設けられ、
前記第一凹部は、前記突出部の外周に沿って形成され、
前記第二凹部は、前記リング磁石の内周に沿って形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記第一凹部は、前記バックヨークの端面寄りの位置に設けられる環状溝であり、
前記第二凹部は、前記リング磁石の内径がリング磁石の端面から前記突出部に向かって縮径するようにテーパ状に形成されることを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記バックヨークの外周に沿って設けられ、軸方向に沿って延設される係合溝と、
前記リング磁石の外周の一部を切り欠いて設けられる係合面と、
前記係合溝と前記係合面とを連係させるように前記バックヨークの外周と前記リング磁石の外周とにわたって設けられ、前記バックヨークと前記リング磁石とを接着する副接着部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか一つに記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記係合溝は、前記バックヨークの外周面に沿って複数設けられ、
前記係合面は、平面又は湾曲面として形成されることを特徴とする請求項４に記載のトルクセンサ。
【請求項１】
同軸上に配置される第一シャフトと第二シャフトとの間でトルクを伝達するトーションバーと、前記第一シャフトに固定される磁気発生部と、前記第二シャフトに固定される回転磁気回路部とを備え、前記磁気発生部から前記回転磁気回路部に導かれる磁束密度に応じて前記トーションバーに作用するトルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記磁気発生部は、
前記第一シャフトに外嵌されるバックヨークと、
前記バックヨークの端面に突出形成される環状の突出部と、
前記突出部との間に所定の隙間を有するように前記バックヨークの端面に設けられる環状のリング磁石と、
前記突出部の前記リング磁石と対向する側面に設けられる第一凹部と、
前記リング磁石の前記突出部と対向する側面に設けられる第二凹部と、
前記隙間、前記第一凹部、及び前記第二凹部にわたって設けられ、前記バックヨークと前記リング磁石とを接着する主接着部と、
を備えることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記リング磁石は、前記突出部の外周を取り囲むように設けられ、
前記第一凹部は、前記突出部の外周に沿って形成され、
前記第二凹部は、前記リング磁石の内周に沿って形成されることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記第一凹部は、前記バックヨークの端面寄りの位置に設けられる環状溝であり、
前記第二凹部は、前記リング磁石の内径がリング磁石の端面から前記突出部に向かって縮径するようにテーパ状に形成されることを特徴とする請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】
前記バックヨークの外周に沿って設けられ、軸方向に沿って延設される係合溝と、
前記リング磁石の外周の一部を切り欠いて設けられる係合面と、
前記係合溝と前記係合面とを連係させるように前記バックヨークの外周と前記リング磁石の外周とにわたって設けられ、前記バックヨークと前記リング磁石とを接着する副接着部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれか一つに記載のトルクセンサ。
【請求項５】
前記係合溝は、前記バックヨークの外周面に沿って複数設けられ、
前記係合面は、平面又は湾曲面として形成されることを特徴とする請求項４に記載のトルクセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１９４１４３（Ｐ２０１２−１９４１４３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０２２６（Ｐ２０１１−６０２２６）
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１８日（２０１１．３．１８）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
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