回転角検出装置、トルクセンサ
【課題】 温度変化により検出精度が低下しないトルクセンサを提供する。
【解決手段】 鋼製入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂは膨張量は小さい。これに対して、アルミニューム合金製ピニオンハウジング２５は大きく膨張する。しかしながら、ステータ３５Ｓ、３７Ｓを保持するステータ保持部材３６は、アルミニューム合金製であり、ピニオンハウジング２５の凹部２５ａの上端面２５ｕに、フランジ３６ｕが当接しているので、可撓性を有する留め輪３８側、即ち、ピニオンハウジング２５と逆方向に膨張する。このため、ピニオンハウジング２５の膨張を、ステータ保持部材３６の膨張で打ち消し、ロータ３５Ｒ、３７Ｒとステータ３５Ｓ、３７Ｓとの軸線Ｃ方向のずれ量を小さくすることができる。
【解決手段】 鋼製入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂは膨張量は小さい。これに対して、アルミニューム合金製ピニオンハウジング２５は大きく膨張する。しかしながら、ステータ３５Ｓ、３７Ｓを保持するステータ保持部材３６は、アルミニューム合金製であり、ピニオンハウジング２５の凹部２５ａの上端面２５ｕに、フランジ３６ｕが当接しているので、可撓性を有する留め輪３８側、即ち、ピニオンハウジング２５と逆方向に膨張する。このため、ピニオンハウジング２５の膨張を、ステータ保持部材３６の膨張で打ち消し、ロータ３５Ｒ、３７Ｒとステータ３５Ｓ、３７Ｓとの軸線Ｃ方向のずれ量を小さくすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１部材と、該第１部材の外周に配置され第１部材と熱膨張率が異なる材質で形成された第２部材との間に取り付けられた回転角センサにより回転角を検出する回転角検出装置及びトルクセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステアリング軸に連結された操舵機構へモータによるアシスト力を与えることにより、ステアリングホイールによる操舵力を軽減させる電気式動力舵取装置が知られている。このような電気式動力舵取装置において、トーションバー式のトルクセンサが、操舵トルクの検出に用いられることがある。
【０００３】
このトルクセンサの構成について、図７を参照して説明する。
ステアリング側からの炭素鋼製入力軸２３ａおよびトーションバー３１は、ピン３２により連結されている。またこのトーションバー３１の他端側には、ピニオン軸側への炭素鋼製出力軸２３ｂが連結されている。出力軸２３ｂは、ベアリング３３により、アルミニューム合金製ハウジング２５内を回動自在に軸受されており、さらに入力軸２３ａとピニオンハウジング２５との間には、第１レゾルバ３５が、また出力軸２３ｂとハウジング２５との間には、第２レゾルバ３７が、それぞれ設けられている。このように構成することにより、ステアリング側からの入力軸２３ａとピニオン軸側への出力軸２３ｂとをトーションバー３１により相対回転可能に連結することができるとともに、ステアリング軸の回転角（舵角）を第１レゾルバ３５によって検出できる。また、第１操舵角と第２操舵角の角度差からトーションバー３１の捻れ量（操舵トルクに対応するもの）を検出することができる。
係るトルクセンサを用いる電気式動力舵取装置として、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００３−３２７１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図７を参照して上述したトルクセンサは、温度特性が悪く、温度変化によりレゾルバの出力が変化して、トルク検出値が温度により変わるという課題があった。
この原因を本発明者が検討した結果、第１、第２レゾルバ３５、３７のロータ３５Ｒ、３７Ｒ側を支持する入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂは、熱膨張率の低い炭素鋼製であり、ステータ３５Ｓ、３７Ｓ側を支持するハウジング２５は、熱膨張率の高いアルミニューム合金製であり、温度変化により、ロータ３５Ｒ、３７Ｒとステータ３５Ｓ、３７Ｓとのスラスト方向相対位置がずれて、出力が変化しているとの結論に至った。
【０００５】
本発明の回転角検出装置は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、温度変化により検出精度が低下しない回転角検出装置、トルクセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、第１部材２３ａ、２３ｂと、該第１部材の外周に配置され前記第１部材よりも熱膨張率の大きな材質で形成された第２部材２５と、前記第１部材２３ａ、２３ｂと前記第２部材２５との間に介在し、当該第２部材に対して第１部材を相対的に回転可能に支持する支持部材３３と、
前記第１部材２３ａ、２３ｂの外周面に取り付けられた内周側環状体３５Ｒ、３７Ｒと、該内周側環状体と対向するように前記第２部材２５の内周面に取り付けられた外周側環状体３５Ｓ、３７Ｓとからなる回転角センサ３５、３７と、を備える回転角検出装置３０において、
前記外周側環状体３５Ｓ、３７Ｓを、前記第１部材２３ａ、２３ｂよりも熱膨張率の大きな材質で形成された筒状保持部材３６であって、２つの開口端部の内の前記支持部材３３から遠い側の開口端部３６ｕ側が、前記第２部材に対して固定された筒状保持部材３６にて保持したことを技術的特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、第１部材２３と、該第１部材２３の外周に配置され前記第１部材２３よりも熱膨張率の小さな材質で形成された第２部材２５と、
前記第１部材２３と前記第２部材２５との間に介在し、当該第２部材２５に対して第１部材２３を相対的に回転可能に支持する支持部材３３と、
前記第１部材２３の外周面に取り付けられた内周側環状体３５Ｒと、該内周側環状体と対向するように前記第２部材２５の内周面に取り付けられた外周側環状体３５Ｓとからなる回転角センサ３５と、を備える回転角検出装置において、
前記内周側環状体３５Ｒを、前記第２部材２５よりも熱膨張率の大きな材質で形成された筒状保持部材３６であって、２つの開口端部の内の前記支持部材３３から遠い側の開口端部３６ｕ側が、前記第１部材２３に対して固定された筒状保持部材３６にて保持したことを技術的特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、トーションバー３１の一端に鋼製入力軸２３ａを固定し、他端に鋼製出力軸２３ｂを固定し、前記入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂをアルミニューム合金製ハウジング２５内にベアリング３３を介して回動可能に支持し、前記入力軸２３ａと前記ハウジング２５とに第１のレゾルバ３５のロータ３５Ｒとステータ３５Ｓとを配置し、前記出力軸２３ｂと前記ハウジング２５とに第２のレゾルバ３７のロータ３７Ｒとステータ３７Ｓとを配置し、第１のレゾルバ３５と第２のレゾルバ３７とで求めた回転角の差分に基づき該トーションバー３１に加わったトルクを検出するトルクセンサ３０において、
前記第１レゾルバ３５のステータ３５Ｓと、第２レゾルバ３７のステータ３７Ｓとを、アルミニューム合金製筒状保持部材３６であって、２つの開口端部の内の前記ベアリング３３から遠い側の開口端部３６ｕ側が、前記ハウジング２５に対して固定された筒状保持部材３６にて保持したことを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の回転角検出装置では、第２部材２５が第１部材２３ａ、２３ｂよりも熱膨張率の大きな材質で形成されているので、熱が加わると支持部材３３を基準として第２部材２５側が第１部材２３ａ、２３ｂ側よりも大きく熱膨張する。ここで、外周側環状体３５Ｓ、３７Ｓを保持する筒状保持部材３６は、熱膨張率の大きな材質で形成され、支持部材３３から遠い側の開口端部３６ｕ側が第２部材２５に対して固定されているため、支持部材３３を基準として第２部材２５が変形する方向と逆方向に熱膨張する。従って、高温下でも大きく膨張しない第１部材２３ａ、２３ｂ側に固定された内周側環状体３５Ｒ、３７Ｒと、高温下での第２部材２５の熱膨張をキャンセルする筒状保持部材３６に保持された外周側環状体３５Ｓ、３７Ｓとは、温度変化によってスラスト方向の相対位置があまり変化せず、回転角センサ３５、３７の出力が変化しない。このため、該回転角センサ３５、３７の精度を温度変化により低下させることがなくなる。
【００１０】
請求項２の回転角検出装置では、第２部材２５が第１部材２３よりも熱膨張率の小さな材質で形成されているので、熱が加わると支持部材３３を基準として第１部材２３側が第２部材２５側よりも大きく熱膨張する。ここで、内周側環状体３５Ｒを保持する筒状保持部材３６は、熱膨張率の大きな材質で形成され、支持部材３３から遠い側の開口端部３６ｕ側が第１部材２３に対して固定されているため、支持部材３３を基準として第１部材２３が変形する方向と逆方向に熱膨張する。従って、高温下でも大きく膨張しない第２部材２５側に固定された外周側環状体３５Ｓと、高温下での第１部材２３の熱膨張をキャンセルする筒状保持部材３６に保持された内周側環状体３５Ｒとは、温度変化によってスラスト方向の相対位置があまり変化せず、回転角センサ３５の出力が変化しない。このため、該回転角センサの精度を温度変化により低下させることがなくなる。
【００１１】
請求項３のトルクセンサ３０では、ハウジング２５が鋼製入力軸２３ａ、出力軸２３ｂよりも熱膨張率の大きなアルミニューム合金で形成されているので、熱が加わるとベアリング３３を基準としてハウジング２５側が入力軸２３ａ、出力軸２３ｂ側よりも大きく熱膨張する。ここで、ステータ３５Ｓ、３７Ｓを保持する筒状保持部材３６は、熱膨張率の大きなアルミニューム合金で形成され、ベアリング３３から遠い側の開口端部３６ｕ側がハウジング２５に対して固定されているため、ベアリング３３を基準としてハウジング２５が変形する方向と逆方向に熱膨張する。従って、高温下でも大きく膨張しない入力軸２３ａ、出力軸２３ｂ側に固定されたロータ３５Ｒ、３７Ｒと、高温下でのハウジング２５の熱膨張をキャンセルする筒状保持部材３６に保持されたステータ３５Ｓ、３７Ｓとは、温度変化によってスラスト方向の相対位置があまり変化せず、レゾルバ３５、３７の出力が変化しない。このため、該レゾルバの精度を温度変化により低下させることがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態に係る回転角検出装置、トルクセンサを用いる電気式動力舵取装置の実施形態について図を参照して説明する。
まず、電気式動力舵取装置２０の主な構成を図１、図２に基づいて説明する。図１は、電気式動力舵取装置２０の全体構成を、図２は図１に示す一点鎖線IIによる楕円内の拡大図である。電気式動力舵取装置２０は、主に、ステアリングホイール２１、ステアリング軸２２、ピニオン軸２３、ラック軸２４、トルクセンサ３０、モータ４０、ボールねじ機構５０等から構成されており、ステアリングホイール２１による操舵状態を検出し、その操舵状態に応じたアシスト力をモータ４０により発生させて運転者による操舵をアシストするものである。なお、ラック軸２４の両側には、それぞれタイロッド等を介して図略の車輪が連結されている。
【００１３】
即ち、図１および図２に示すように、ステアリングホイール２１には、ステアリング軸２２の一端側が連結され、このステアリング軸２２の他端側には、アルミニューム合金製ピニオンハウジング２５内に収容されたピニオン軸２３の炭素鋼製入力軸２３ａおよびトーションバー３１がピン３２により連結されている。またこのトーションバー３１の他端側３１ａには、ピニオン軸２３の炭素鋼製出力軸２３ｂがスプライン結合によって連結されている。
【００１４】
この出力軸２３ｂは、ベアリング３３によりピニオンハウジング２５内を回動自在に軸受されており、さらに入力軸２３ａとピニオンハウジング２５との間には、第１レゾルバ３５のロータ３５Ｒ、ステータ３５Ｓが、また出力軸２３ｂとピニオンハウジング２５との間には、第２レゾルバ３７のロータ３７Ｒ、ステータ３７Ｓが、それぞれ設けられている。第１レゾルバ３５および第２レゾルバ３７は、ステアリングホイール２１による操舵角を検出し得るもので、端子３９を介してＥＣＵ（図略）にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１５】
ピニオン軸２３の出力軸２３ｂの端部には、ピニオンギヤ２３ｃが形成されており、このピニオンギヤ２３ｃにはラック軸２４のラック溝２４ａが噛合可能に連結されている。これにより、ラックアンドピニオン機構を構成している。
【００１６】
このように構成することにより、ステアリング軸２２とピニオン軸２３とをトーションバー３１により相対回転可能に連結することができるとともに、ステアリング軸２２の回転角、即ちステアリングホイール２１の回転角を、第１レゾルバ３５によって検出することができる。また、第１操舵角と第２操舵角との角度差からトーションバー３１の捻れ量（操舵トルクに対応するもの）を捻れ角として検出することができる。
【００１７】
ラック軸２４は、ラックハウジング２６およびモータハウジング２７内に収容されており、その中間部にはモータ４０が配置され、モータの回転によりラック軸２４を軸方向に移動可能なボールねじ機構５０が設けられてている。即ち、ボールねじ機構５０により、モータ４０の正逆回転の回転トルクをラック軸２４の軸線方向における往復動に変換することができる。これにより、この往復動は、ラック軸２４とともにラックアンドピニオン機構を構成するピニオン軸２３を介してステアリングホイール２１の操舵力を軽減するアシストカとなる。
【００１８】
図２中の第１レゾルバ３５及び第２レゾルバ３７を拡大して図３中に示す。
第１レゾルバ３５のロータ３５Ｒは、入力軸２３ａの下端近傍に保持され、第２レゾルバ３７のロータ３７Ｒは、出力軸２３ｂの上端近傍に保持されている。一方、第１レゾルバ３５のステータ３５Ｓ及び第２レゾルバ３７のステータ３７Ｓは、ステータ保持部材３６に保持された状態で、ピニオンハウジング２５の内周面に固定されている。
【００１９】
図４（Ａ）にピニオンハウジング２５の断面図を示し、図４（Ｂ）にステータ保持部材３６の断面図を示す。ステータ保持部材３６は、ピニオンハウジング２５と同じアルミニューム合金からなる筒状に形成され、上端及び下端には、内周側を指向するフランジ３６ｕ、３６ｄが設けられている。上端側フランジ３６ｕと下端側フランジ３６ｄとの間隔Ｄ１は、ステータ３５Ｓ及びステータ３７Ｓの高さＤ２と高さＤ３とを加えたものより大きく設定されており、図３中に示すようにステータ３５Ｓ及びステータ３７Ｓは、上端側フランジ３６ｕと下端側フランジ３６ｄとの間で僅かな間隙をあけて保持されている。当該ステータ保持部材３６を固定するために、ピニオンハウジング２５の内周には、略円筒形状の凹部２５ａが形成され、凹部２５ａの上端面２５ｕは、ステータ保持部材３６の上端側フランジ３６ｕと当接するように水平形状に形成されている。凹部２５ａの下端には、図３中に示す断面楔形状の留め輪３８を収容する鈎溝２５ｄが形成されている。鈎溝２５ｄは、下端面に傾斜が付けられている。留め輪３８は、可撓性を有する金属からなるサークリップで、図３中に示すように、テーパ断面の留め輪３８により、ステータ保持部材３６の上端側フランジ３６ｕは、凹部２５ａの上端面２５ｕ側へ押し当てられている。
【００２０】
図５はトルクセンサ内での熱変形を説明する模式図である。
応力の加わる入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂは、熱膨張率の低い炭素鋼製であり、温度変化による変形は小さい。一方、応力の加わらないピニオンハウジング２５は、軽量化のため熱膨張率の大きなアルミニューム合金製であり、温度変化による変形が大きい。ピニオンハウジング２５が車両側に固定されており、ベアリング３３を介して、出力軸２３ｂが回転可能に支持されている。入力軸２３ａは、回転ストッパ３４ａ、メタル３４ｂを介して、出力軸２３ｂに回転可能に支持され、図２中に示すようにトーションバー３１にピン３２を介して固定されている。
【００２１】
図５は、第１レゾルバ３５及び第２レゾルバ３７のロータ３５Ｒ、３７Ｒとステータ３５Ｓ、３７Ｓとの軸線Ｃ側、即ち、スラスト方向のズレを説明するための図である。このため、ベアリング３３を中心として、入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂ、ピニオンハウジング２５の軸線Ｃ方向への線膨張量を矢印で模式的に示している。車両走行中にエンジンルーム内の温度が上昇すると、入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂは、図中矢印で示すように線膨張するが、炭素鋼製であるため、線膨張量は小さい。これに対して、ピニオンハウジング２５は、アルミニューム合金製であるため、大きく線膨張する。しかしながら、ステータ３５Ｓ、３７Ｓを保持するステータ保持部材３６は、アルミニューム合金製であり、ピニオンハウジング２５の凹部２５ａの上端面２５ｕに上端側フランジ３６ｕが当接しているため、可撓性を有する留め輪３８側、即ち、ピニオンハウジング２５の線膨張方向と逆方向に線膨張する。即ち、ピニオンハウジング２５の線膨張を、ステータ保持部材３６の線膨張で打ち消し、ロータ３５Ｒ、３７Ｒとステータ３５Ｓ、３７Ｓとの軸線Ｃ方向のずれ量を小さくすることができる。
【００２２】
特に、第１実施形態の構成では、入力軸２３ａは、図２中に示すようにトーションバー３１にピン３２を介して固定されている。従って、ベアリング３３を中心として、鋼製のトーションバー３１が線膨張する方向（図５中で上向き）と反対方向に、入力軸２３ａの下端側が線膨張する。トーションバー３１の線膨張と入力軸２３ａの線膨張とが打ち消し合うことで、ロータ３５Ｒの位置ずれ量は特に小さい。このため、上記構成を取ることで、ロータ３５Ｒとステータ３５Ｓとの軸線Ｃ方向のずれ量を小さくすることができる。
【００２３】
第１実施形態のトルクセンサにおいて、高温下でも大きく膨張しない入力軸２３ａ、出力軸２３ｂ側に固定されたロータ３５Ｒ、３７Ｒと、高温下でのピニオンハウジング２５の熱膨張をキャンセルするステータ保持部材３６に保持されたステータ３５Ｓ、３７Ｓとは、温度変化によってスラスト方向の相対位置があまり変化せず、第１、第２レゾルバ３５、３７の出力が変化しない。このため、第１、第２レゾルバ３５、３７の精度を温度変化により低下させることがなくなる。
【００２４】
[第２実施形態]
図６は、第２実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す構成図である。
図２〜図５を参照して上述したトルクセンサにおいては、軸側が低熱膨張率の炭素鋼製で、ハウジング側が高膨張率のアルミニューム合金製であった。これに対して、第２実施形態では、軸２３側が高膨張率のアルミニューム合金製で、ハウジング２５側が低熱膨張率の炭素鋼製である。第２実施形態の回転角検出装置では、ハウジング２５に対して、ベアリング３３を介して軸２３が回転可能に保持されている。軸２３には、凹部２３ｄが形成され、アルミニューム合金製のロータ保持部材３６を介して、レゾルバ３５のロータ３５Ｒが取り付けられている。ロータ保持部材３６は、可撓性を有する留め輪３８によって、ロータ保持部材の上端側のフランジ３６ｕが、凹部２３ｄの上端面２３ｕへ押し当てられている。一方、ハウジング２５の内周面にはレゾルバ３５のステータ３５Ｓが固定されている。
【００２５】
温度が上昇すると、ピニオンハウジング２５は、図中矢印で示すように線膨張するが、炭素鋼製であるため、線膨張量は小さい。これに対して、軸２３は、アルミニューム合金製であるため、大きく線膨張する。しかしながら、ロータ３５Ｒを保持するロータ保持部材３６は、アルミニューム合金製であり、軸２３の凹部２３ｄの上端面２３ｕに、フランジ３６ｕが当接しているため、可撓性を有する留め輪３８側、即ち、軸２３の線膨張方向と逆方向に線膨張する。即ち、軸２３の線膨張を、ロータ保持部材３６の線膨張で打ち消し、ロータ３５Ｒとステータ３５Ｓとのスラスト方向のずれ量を小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
上述した実施形態では、回転角センサとしてレゾルバを用いる例を挙げたが、本発明の構成は、例えば、スリット板とフォトインタラプタとを用いる光学式回転角センサ、磁気式、ロータリーエンコーダ等の回転角センサ等にも適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す一点鎖線IIによる楕円内の拡大図である。
【図３】図２中の第１レゾルバ及び第２レゾルバの拡大図である。
【図４】（Ａ）はピニオンハウジングの断面図であり、（Ｂ）はステータ保持部材の断面図である。
【図５】トルクセンサ内での熱変形を説明する模式図である。
【図６】第２実施形態のトルクセンサの構成を示す構成図である。
【図７】従来技術のトルクセンサの構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
２０ 電気式動力舵取装置
２３ ピニオン軸
２３ａ 入力軸
２３ｂ 出力軸
２３ｃ ピニオンギヤ
２４ ラック軸
２５ ピニオンハウジング
３０ トルクセンサ
３１ トーションバー
３３ ベアリング
３５ 第１レゾルバ
３５Ｓ ステータ
３５Ｒ ロータ
３６ ロータ保持部材、ステータ保持部材
３７ 第２レゾルバ
３７Ｓ ステータ
３７Ｒ ロータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１部材と、該第１部材の外周に配置され第１部材と熱膨張率が異なる材質で形成された第２部材との間に取り付けられた回転角センサにより回転角を検出する回転角検出装置及びトルクセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステアリング軸に連結された操舵機構へモータによるアシスト力を与えることにより、ステアリングホイールによる操舵力を軽減させる電気式動力舵取装置が知られている。このような電気式動力舵取装置において、トーションバー式のトルクセンサが、操舵トルクの検出に用いられることがある。
【０００３】
このトルクセンサの構成について、図７を参照して説明する。
ステアリング側からの炭素鋼製入力軸２３ａおよびトーションバー３１は、ピン３２により連結されている。またこのトーションバー３１の他端側には、ピニオン軸側への炭素鋼製出力軸２３ｂが連結されている。出力軸２３ｂは、ベアリング３３により、アルミニューム合金製ハウジング２５内を回動自在に軸受されており、さらに入力軸２３ａとピニオンハウジング２５との間には、第１レゾルバ３５が、また出力軸２３ｂとハウジング２５との間には、第２レゾルバ３７が、それぞれ設けられている。このように構成することにより、ステアリング側からの入力軸２３ａとピニオン軸側への出力軸２３ｂとをトーションバー３１により相対回転可能に連結することができるとともに、ステアリング軸の回転角（舵角）を第１レゾルバ３５によって検出できる。また、第１操舵角と第２操舵角の角度差からトーションバー３１の捻れ量（操舵トルクに対応するもの）を検出することができる。
係るトルクセンサを用いる電気式動力舵取装置として、例えば、特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００３−３２７１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図７を参照して上述したトルクセンサは、温度特性が悪く、温度変化によりレゾルバの出力が変化して、トルク検出値が温度により変わるという課題があった。
この原因を本発明者が検討した結果、第１、第２レゾルバ３５、３７のロータ３５Ｒ、３７Ｒ側を支持する入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂは、熱膨張率の低い炭素鋼製であり、ステータ３５Ｓ、３７Ｓ側を支持するハウジング２５は、熱膨張率の高いアルミニューム合金製であり、温度変化により、ロータ３５Ｒ、３７Ｒとステータ３５Ｓ、３７Ｓとのスラスト方向相対位置がずれて、出力が変化しているとの結論に至った。
【０００５】
本発明の回転角検出装置は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、温度変化により検出精度が低下しない回転角検出装置、トルクセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、第１部材２３ａ、２３ｂと、該第１部材の外周に配置され前記第１部材よりも熱膨張率の大きな材質で形成された第２部材２５と、前記第１部材２３ａ、２３ｂと前記第２部材２５との間に介在し、当該第２部材に対して第１部材を相対的に回転可能に支持する支持部材３３と、
前記第１部材２３ａ、２３ｂの外周面に取り付けられた内周側環状体３５Ｒ、３７Ｒと、該内周側環状体と対向するように前記第２部材２５の内周面に取り付けられた外周側環状体３５Ｓ、３７Ｓとからなる回転角センサ３５、３７と、を備える回転角検出装置３０において、
前記外周側環状体３５Ｓ、３７Ｓを、前記第１部材２３ａ、２３ｂよりも熱膨張率の大きな材質で形成された筒状保持部材３６であって、２つの開口端部の内の前記支持部材３３から遠い側の開口端部３６ｕ側が、前記第２部材に対して固定された筒状保持部材３６にて保持したことを技術的特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、第１部材２３と、該第１部材２３の外周に配置され前記第１部材２３よりも熱膨張率の小さな材質で形成された第２部材２５と、
前記第１部材２３と前記第２部材２５との間に介在し、当該第２部材２５に対して第１部材２３を相対的に回転可能に支持する支持部材３３と、
前記第１部材２３の外周面に取り付けられた内周側環状体３５Ｒと、該内周側環状体と対向するように前記第２部材２５の内周面に取り付けられた外周側環状体３５Ｓとからなる回転角センサ３５と、を備える回転角検出装置において、
前記内周側環状体３５Ｒを、前記第２部材２５よりも熱膨張率の大きな材質で形成された筒状保持部材３６であって、２つの開口端部の内の前記支持部材３３から遠い側の開口端部３６ｕ側が、前記第１部材２３に対して固定された筒状保持部材３６にて保持したことを技術的特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、トーションバー３１の一端に鋼製入力軸２３ａを固定し、他端に鋼製出力軸２３ｂを固定し、前記入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂをアルミニューム合金製ハウジング２５内にベアリング３３を介して回動可能に支持し、前記入力軸２３ａと前記ハウジング２５とに第１のレゾルバ３５のロータ３５Ｒとステータ３５Ｓとを配置し、前記出力軸２３ｂと前記ハウジング２５とに第２のレゾルバ３７のロータ３７Ｒとステータ３７Ｓとを配置し、第１のレゾルバ３５と第２のレゾルバ３７とで求めた回転角の差分に基づき該トーションバー３１に加わったトルクを検出するトルクセンサ３０において、
前記第１レゾルバ３５のステータ３５Ｓと、第２レゾルバ３７のステータ３７Ｓとを、アルミニューム合金製筒状保持部材３６であって、２つの開口端部の内の前記ベアリング３３から遠い側の開口端部３６ｕ側が、前記ハウジング２５に対して固定された筒状保持部材３６にて保持したことを技術的特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の回転角検出装置では、第２部材２５が第１部材２３ａ、２３ｂよりも熱膨張率の大きな材質で形成されているので、熱が加わると支持部材３３を基準として第２部材２５側が第１部材２３ａ、２３ｂ側よりも大きく熱膨張する。ここで、外周側環状体３５Ｓ、３７Ｓを保持する筒状保持部材３６は、熱膨張率の大きな材質で形成され、支持部材３３から遠い側の開口端部３６ｕ側が第２部材２５に対して固定されているため、支持部材３３を基準として第２部材２５が変形する方向と逆方向に熱膨張する。従って、高温下でも大きく膨張しない第１部材２３ａ、２３ｂ側に固定された内周側環状体３５Ｒ、３７Ｒと、高温下での第２部材２５の熱膨張をキャンセルする筒状保持部材３６に保持された外周側環状体３５Ｓ、３７Ｓとは、温度変化によってスラスト方向の相対位置があまり変化せず、回転角センサ３５、３７の出力が変化しない。このため、該回転角センサ３５、３７の精度を温度変化により低下させることがなくなる。
【００１０】
請求項２の回転角検出装置では、第２部材２５が第１部材２３よりも熱膨張率の小さな材質で形成されているので、熱が加わると支持部材３３を基準として第１部材２３側が第２部材２５側よりも大きく熱膨張する。ここで、内周側環状体３５Ｒを保持する筒状保持部材３６は、熱膨張率の大きな材質で形成され、支持部材３３から遠い側の開口端部３６ｕ側が第１部材２３に対して固定されているため、支持部材３３を基準として第１部材２３が変形する方向と逆方向に熱膨張する。従って、高温下でも大きく膨張しない第２部材２５側に固定された外周側環状体３５Ｓと、高温下での第１部材２３の熱膨張をキャンセルする筒状保持部材３６に保持された内周側環状体３５Ｒとは、温度変化によってスラスト方向の相対位置があまり変化せず、回転角センサ３５の出力が変化しない。このため、該回転角センサの精度を温度変化により低下させることがなくなる。
【００１１】
請求項３のトルクセンサ３０では、ハウジング２５が鋼製入力軸２３ａ、出力軸２３ｂよりも熱膨張率の大きなアルミニューム合金で形成されているので、熱が加わるとベアリング３３を基準としてハウジング２５側が入力軸２３ａ、出力軸２３ｂ側よりも大きく熱膨張する。ここで、ステータ３５Ｓ、３７Ｓを保持する筒状保持部材３６は、熱膨張率の大きなアルミニューム合金で形成され、ベアリング３３から遠い側の開口端部３６ｕ側がハウジング２５に対して固定されているため、ベアリング３３を基準としてハウジング２５が変形する方向と逆方向に熱膨張する。従って、高温下でも大きく膨張しない入力軸２３ａ、出力軸２３ｂ側に固定されたロータ３５Ｒ、３７Ｒと、高温下でのハウジング２５の熱膨張をキャンセルする筒状保持部材３６に保持されたステータ３５Ｓ、３７Ｓとは、温度変化によってスラスト方向の相対位置があまり変化せず、レゾルバ３５、３７の出力が変化しない。このため、該レゾルバの精度を温度変化により低下させることがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態に係る回転角検出装置、トルクセンサを用いる電気式動力舵取装置の実施形態について図を参照して説明する。
まず、電気式動力舵取装置２０の主な構成を図１、図２に基づいて説明する。図１は、電気式動力舵取装置２０の全体構成を、図２は図１に示す一点鎖線IIによる楕円内の拡大図である。電気式動力舵取装置２０は、主に、ステアリングホイール２１、ステアリング軸２２、ピニオン軸２３、ラック軸２４、トルクセンサ３０、モータ４０、ボールねじ機構５０等から構成されており、ステアリングホイール２１による操舵状態を検出し、その操舵状態に応じたアシスト力をモータ４０により発生させて運転者による操舵をアシストするものである。なお、ラック軸２４の両側には、それぞれタイロッド等を介して図略の車輪が連結されている。
【００１３】
即ち、図１および図２に示すように、ステアリングホイール２１には、ステアリング軸２２の一端側が連結され、このステアリング軸２２の他端側には、アルミニューム合金製ピニオンハウジング２５内に収容されたピニオン軸２３の炭素鋼製入力軸２３ａおよびトーションバー３１がピン３２により連結されている。またこのトーションバー３１の他端側３１ａには、ピニオン軸２３の炭素鋼製出力軸２３ｂがスプライン結合によって連結されている。
【００１４】
この出力軸２３ｂは、ベアリング３３によりピニオンハウジング２５内を回動自在に軸受されており、さらに入力軸２３ａとピニオンハウジング２５との間には、第１レゾルバ３５のロータ３５Ｒ、ステータ３５Ｓが、また出力軸２３ｂとピニオンハウジング２５との間には、第２レゾルバ３７のロータ３７Ｒ、ステータ３７Ｓが、それぞれ設けられている。第１レゾルバ３５および第２レゾルバ３７は、ステアリングホイール２１による操舵角を検出し得るもので、端子３９を介してＥＣＵ（図略）にそれぞれ電気的に接続されている。
【００１５】
ピニオン軸２３の出力軸２３ｂの端部には、ピニオンギヤ２３ｃが形成されており、このピニオンギヤ２３ｃにはラック軸２４のラック溝２４ａが噛合可能に連結されている。これにより、ラックアンドピニオン機構を構成している。
【００１６】
このように構成することにより、ステアリング軸２２とピニオン軸２３とをトーションバー３１により相対回転可能に連結することができるとともに、ステアリング軸２２の回転角、即ちステアリングホイール２１の回転角を、第１レゾルバ３５によって検出することができる。また、第１操舵角と第２操舵角との角度差からトーションバー３１の捻れ量（操舵トルクに対応するもの）を捻れ角として検出することができる。
【００１７】
ラック軸２４は、ラックハウジング２６およびモータハウジング２７内に収容されており、その中間部にはモータ４０が配置され、モータの回転によりラック軸２４を軸方向に移動可能なボールねじ機構５０が設けられてている。即ち、ボールねじ機構５０により、モータ４０の正逆回転の回転トルクをラック軸２４の軸線方向における往復動に変換することができる。これにより、この往復動は、ラック軸２４とともにラックアンドピニオン機構を構成するピニオン軸２３を介してステアリングホイール２１の操舵力を軽減するアシストカとなる。
【００１８】
図２中の第１レゾルバ３５及び第２レゾルバ３７を拡大して図３中に示す。
第１レゾルバ３５のロータ３５Ｒは、入力軸２３ａの下端近傍に保持され、第２レゾルバ３７のロータ３７Ｒは、出力軸２３ｂの上端近傍に保持されている。一方、第１レゾルバ３５のステータ３５Ｓ及び第２レゾルバ３７のステータ３７Ｓは、ステータ保持部材３６に保持された状態で、ピニオンハウジング２５の内周面に固定されている。
【００１９】
図４（Ａ）にピニオンハウジング２５の断面図を示し、図４（Ｂ）にステータ保持部材３６の断面図を示す。ステータ保持部材３６は、ピニオンハウジング２５と同じアルミニューム合金からなる筒状に形成され、上端及び下端には、内周側を指向するフランジ３６ｕ、３６ｄが設けられている。上端側フランジ３６ｕと下端側フランジ３６ｄとの間隔Ｄ１は、ステータ３５Ｓ及びステータ３７Ｓの高さＤ２と高さＤ３とを加えたものより大きく設定されており、図３中に示すようにステータ３５Ｓ及びステータ３７Ｓは、上端側フランジ３６ｕと下端側フランジ３６ｄとの間で僅かな間隙をあけて保持されている。当該ステータ保持部材３６を固定するために、ピニオンハウジング２５の内周には、略円筒形状の凹部２５ａが形成され、凹部２５ａの上端面２５ｕは、ステータ保持部材３６の上端側フランジ３６ｕと当接するように水平形状に形成されている。凹部２５ａの下端には、図３中に示す断面楔形状の留め輪３８を収容する鈎溝２５ｄが形成されている。鈎溝２５ｄは、下端面に傾斜が付けられている。留め輪３８は、可撓性を有する金属からなるサークリップで、図３中に示すように、テーパ断面の留め輪３８により、ステータ保持部材３６の上端側フランジ３６ｕは、凹部２５ａの上端面２５ｕ側へ押し当てられている。
【００２０】
図５はトルクセンサ内での熱変形を説明する模式図である。
応力の加わる入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂは、熱膨張率の低い炭素鋼製であり、温度変化による変形は小さい。一方、応力の加わらないピニオンハウジング２５は、軽量化のため熱膨張率の大きなアルミニューム合金製であり、温度変化による変形が大きい。ピニオンハウジング２５が車両側に固定されており、ベアリング３３を介して、出力軸２３ｂが回転可能に支持されている。入力軸２３ａは、回転ストッパ３４ａ、メタル３４ｂを介して、出力軸２３ｂに回転可能に支持され、図２中に示すようにトーションバー３１にピン３２を介して固定されている。
【００２１】
図５は、第１レゾルバ３５及び第２レゾルバ３７のロータ３５Ｒ、３７Ｒとステータ３５Ｓ、３７Ｓとの軸線Ｃ側、即ち、スラスト方向のズレを説明するための図である。このため、ベアリング３３を中心として、入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂ、ピニオンハウジング２５の軸線Ｃ方向への線膨張量を矢印で模式的に示している。車両走行中にエンジンルーム内の温度が上昇すると、入力軸２３ａ及び出力軸２３ｂは、図中矢印で示すように線膨張するが、炭素鋼製であるため、線膨張量は小さい。これに対して、ピニオンハウジング２５は、アルミニューム合金製であるため、大きく線膨張する。しかしながら、ステータ３５Ｓ、３７Ｓを保持するステータ保持部材３６は、アルミニューム合金製であり、ピニオンハウジング２５の凹部２５ａの上端面２５ｕに上端側フランジ３６ｕが当接しているため、可撓性を有する留め輪３８側、即ち、ピニオンハウジング２５の線膨張方向と逆方向に線膨張する。即ち、ピニオンハウジング２５の線膨張を、ステータ保持部材３６の線膨張で打ち消し、ロータ３５Ｒ、３７Ｒとステータ３５Ｓ、３７Ｓとの軸線Ｃ方向のずれ量を小さくすることができる。
【００２２】
特に、第１実施形態の構成では、入力軸２３ａは、図２中に示すようにトーションバー３１にピン３２を介して固定されている。従って、ベアリング３３を中心として、鋼製のトーションバー３１が線膨張する方向（図５中で上向き）と反対方向に、入力軸２３ａの下端側が線膨張する。トーションバー３１の線膨張と入力軸２３ａの線膨張とが打ち消し合うことで、ロータ３５Ｒの位置ずれ量は特に小さい。このため、上記構成を取ることで、ロータ３５Ｒとステータ３５Ｓとの軸線Ｃ方向のずれ量を小さくすることができる。
【００２３】
第１実施形態のトルクセンサにおいて、高温下でも大きく膨張しない入力軸２３ａ、出力軸２３ｂ側に固定されたロータ３５Ｒ、３７Ｒと、高温下でのピニオンハウジング２５の熱膨張をキャンセルするステータ保持部材３６に保持されたステータ３５Ｓ、３７Ｓとは、温度変化によってスラスト方向の相対位置があまり変化せず、第１、第２レゾルバ３５、３７の出力が変化しない。このため、第１、第２レゾルバ３５、３７の精度を温度変化により低下させることがなくなる。
【００２４】
[第２実施形態]
図６は、第２実施形態に係る回転角検出装置の構成を示す構成図である。
図２〜図５を参照して上述したトルクセンサにおいては、軸側が低熱膨張率の炭素鋼製で、ハウジング側が高膨張率のアルミニューム合金製であった。これに対して、第２実施形態では、軸２３側が高膨張率のアルミニューム合金製で、ハウジング２５側が低熱膨張率の炭素鋼製である。第２実施形態の回転角検出装置では、ハウジング２５に対して、ベアリング３３を介して軸２３が回転可能に保持されている。軸２３には、凹部２３ｄが形成され、アルミニューム合金製のロータ保持部材３６を介して、レゾルバ３５のロータ３５Ｒが取り付けられている。ロータ保持部材３６は、可撓性を有する留め輪３８によって、ロータ保持部材の上端側のフランジ３６ｕが、凹部２３ｄの上端面２３ｕへ押し当てられている。一方、ハウジング２５の内周面にはレゾルバ３５のステータ３５Ｓが固定されている。
【００２５】
温度が上昇すると、ピニオンハウジング２５は、図中矢印で示すように線膨張するが、炭素鋼製であるため、線膨張量は小さい。これに対して、軸２３は、アルミニューム合金製であるため、大きく線膨張する。しかしながら、ロータ３５Ｒを保持するロータ保持部材３６は、アルミニューム合金製であり、軸２３の凹部２３ｄの上端面２３ｕに、フランジ３６ｕが当接しているため、可撓性を有する留め輪３８側、即ち、軸２３の線膨張方向と逆方向に線膨張する。即ち、軸２３の線膨張を、ロータ保持部材３６の線膨張で打ち消し、ロータ３５Ｒとステータ３５Ｓとのスラスト方向のずれ量を小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
上述した実施形態では、回転角センサとしてレゾルバを用いる例を挙げたが、本発明の構成は、例えば、スリット板とフォトインタラプタとを用いる光学式回転角センサ、磁気式、ロータリーエンコーダ等の回転角センサ等にも適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電気式動力舵取装置の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す一点鎖線IIによる楕円内の拡大図である。
【図３】図２中の第１レゾルバ及び第２レゾルバの拡大図である。
【図４】（Ａ）はピニオンハウジングの断面図であり、（Ｂ）はステータ保持部材の断面図である。
【図５】トルクセンサ内での熱変形を説明する模式図である。
【図６】第２実施形態のトルクセンサの構成を示す構成図である。
【図７】従来技術のトルクセンサの構成を示す構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
２０ 電気式動力舵取装置
２３ ピニオン軸
２３ａ 入力軸
２３ｂ 出力軸
２３ｃ ピニオンギヤ
２４ ラック軸
２５ ピニオンハウジング
３０ トルクセンサ
３１ トーションバー
３３ ベアリング
３５ 第１レゾルバ
３５Ｓ ステータ
３５Ｒ ロータ
３６ ロータ保持部材、ステータ保持部材
３７ 第２レゾルバ
３７Ｓ ステータ
３７Ｒ ロータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部材と、該第１部材の外周に配置され前記第１部材よりも熱膨張率の大きな材質で形成された第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に介在し、当該第２部材に対して第１部材を相対的に回転可能に支持する支持部材と、
前記第１部材の外周面に取り付けられた内周側環状体と、該内周側環状体と対向するように前記第２部材の内周面に取り付けられた外周側環状体とからなる回転角センサと、を備える回転角検出装置において、
前記外周側環状体を、前記第１部材よりも熱膨張率の大きな材質で形成された筒状保持部材であって、２つの開口端部の内の前記支持部材から遠い側の開口端部側が、前記第２部材に対して固定された筒状保持部材にて保持したことを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
第１部材と、該第１部材の外周に配置され前記第１部材よりも熱膨張率の小さな材質で形成された第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に介在し、当該第２部材に対して第１部材を相対的に回転可能に支持する支持部材と、
前記第１部材の外周面に取り付けられた内周側環状体と、該内周側環状体と対向するように前記第２部材の内周面に取り付けられた外周側環状体とからなる回転角センサと、を備える回転角検出装置において、
前記内周側環状体を、前記第２部材よりも熱膨張率の大きな材質で形成された筒状保持部材であって、２つの開口端部の内の前記支持部材から遠い側の開口端部側が、前記第１部材に対して固定された筒状保持部材にて保持したことを特徴とする回転角検出装置。
【請求項３】
トーションバーの一端に鋼製入力軸を固定し、他端に鋼製出力軸を固定し、前記入力軸及び出力軸をアルミニューム合金製ハウジング内にベアリングを介して回動可能に支持し、前記入力軸と前記ハウジングとに第１のレゾルバのロータとステータとを配置し、前記出力軸と前記ハウジングとに第２のレゾルバのロータとステータとを配置し、第１のレゾルバと第２のレゾルバとで求めた回転角の差分に基づき該トーションバーに加わったトルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記第１レゾルバのステータと、第２レゾルバのステータとを、アルミニューム合金製筒状保持部材であって、２つの開口端部の内の前記ベアリングから遠い側の開口端部側が、前記ハウジングに対して固定された筒状保持部材にて保持したことを特徴とするトルクセンサ。
【請求項１】
第１部材と、該第１部材の外周に配置され前記第１部材よりも熱膨張率の大きな材質で形成された第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に介在し、当該第２部材に対して第１部材を相対的に回転可能に支持する支持部材と、
前記第１部材の外周面に取り付けられた内周側環状体と、該内周側環状体と対向するように前記第２部材の内周面に取り付けられた外周側環状体とからなる回転角センサと、を備える回転角検出装置において、
前記外周側環状体を、前記第１部材よりも熱膨張率の大きな材質で形成された筒状保持部材であって、２つの開口端部の内の前記支持部材から遠い側の開口端部側が、前記第２部材に対して固定された筒状保持部材にて保持したことを特徴とする回転角検出装置。
【請求項２】
第１部材と、該第１部材の外周に配置され前記第１部材よりも熱膨張率の小さな材質で形成された第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との間に介在し、当該第２部材に対して第１部材を相対的に回転可能に支持する支持部材と、
前記第１部材の外周面に取り付けられた内周側環状体と、該内周側環状体と対向するように前記第２部材の内周面に取り付けられた外周側環状体とからなる回転角センサと、を備える回転角検出装置において、
前記内周側環状体を、前記第２部材よりも熱膨張率の大きな材質で形成された筒状保持部材であって、２つの開口端部の内の前記支持部材から遠い側の開口端部側が、前記第１部材に対して固定された筒状保持部材にて保持したことを特徴とする回転角検出装置。
【請求項３】
トーションバーの一端に鋼製入力軸を固定し、他端に鋼製出力軸を固定し、前記入力軸及び出力軸をアルミニューム合金製ハウジング内にベアリングを介して回動可能に支持し、前記入力軸と前記ハウジングとに第１のレゾルバのロータとステータとを配置し、前記出力軸と前記ハウジングとに第２のレゾルバのロータとステータとを配置し、第１のレゾルバと第２のレゾルバとで求めた回転角の差分に基づき該トーションバーに加わったトルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記第１レゾルバのステータと、第２レゾルバのステータとを、アルミニューム合金製筒状保持部材であって、２つの開口端部の内の前記ベアリングから遠い側の開口端部側が、前記ハウジングに対して固定された筒状保持部材にて保持したことを特徴とするトルクセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３００８１５（Ｐ２００６−３００８１５Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２４９９０（Ｐ２００５−１２４９９０）
【出願日】平成１７年４月２２日（２００５．４．２２）
【出願人】（３０２０６６６３０）株式会社ファーベス (138)
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２日（２００６．１１．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２２日（２００５．４．２２）
【出願人】（３０２０６６６３０）株式会社ファーベス (138)
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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