JPH0696386B2 - 電気式パワ−ステアリング装置の操舵トルク検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、パワーステアリング装置の操舵トルク検出器
に関するもので、特にパワーステアリング装置の操舵ト
ルクの大きさを検出し、その検出出力に応じてパワース
テアリング装置の電動機の駆動力を制御する電気式パワ
ーステアリング装置の操舵トルク検出器に関するもので
ある。

（従来の技術） 従来のこの種の電気式パワーステアリング装置の操舵ト
ルク検出器として特開昭59-11966号公報に開示されるも
のがあつた。

このものは、入力軸と出力軸を連結するトーシヨンバー
を捩ることにより生ずる両軸間の相対回転を遊星歯車を
介してリングキヤの回転とし、該リングギヤの回転を、
球面状の頭部を有した、一端がリングギヤ外周面の切り
欠きに嵌合し他端がハウジング内を摺動可能なスプール
の中央部に嵌合固定されたピンにより、スプールの軸方
向の運動に変換し、該スプールの位置をポテンシヨメー
タ等で電気信号としてとり出し操舵トルクを検出するも
のである。しかしながらこのトルク検出器に於いては、
スプールの中立位置を保持する機構等により構造が複雑
になると共に、検出速度が遅いという問題点があつた。

そこでこの問題点を解決するために歪ゲージを利用した
操舵トルク検出器が、特開昭59-209964号公報に開示さ
れており、このものは、車輌の操舵軸に接続される入力
軸と車輌のステアリングギヤボツクスに接続される出力
軸を互いに連絡する捻じり部材に加わるトルクの大きさ
を表わす第１の信号、及びトルクが加えられる方向を表
わす第２の信号を発生するセンサ手段、前記第1,第２の
信号に応答し、前記第１の信号の関数として変化する大
きさを持ち、前記第２の信号を表わす極性を持つた増幅
信号を生じる電力増幅器、前記増幅信号を表わす大きさ
と方向を持つ回転出力を発生する低速高トルク可逆電動
機の回転トルク出力を出力軸に伝達する歯車列から構成
されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記操舵トルク検出器は、ブリツジ歪ゲージをスチール
板の中央部に取り付けたものであり、歪ゲージの貼付の
安定性が得られても歪ゲージからリード線を引き出す際
に、前記スチール板に予めリード線を巻回しておくか、
又はスリツプリング等を使用する必要があり繰返し使用
に対して信頼性の乏しいものであつた。

また、ステアリングシヤフトに直接歪ゲージを貼付する
方法も考えられるが、前記歪ゲージを貼付するスチール
板をトーシヨンバー等の丸い棒材にすると、貼付された
歪ゲージそのものに初期状態で歪が生じてしまい、その
出力に問題があつた。特に、歪出力を大きくするために
径の小さいトーシヨンバーに歪ゲージを貼付したもので
は、各歪ゲージの貼付状態が均一にならないため、初期
状態で歪が生じてしまい、歪ゲージのブリツジの平衡が
とれず、その検出出力の信頼性が問題となる。

そこで、本発明は、電気式パワーステアリング装置の操
舵トルク検出器に於いて、トルクセンサから信頼性の高
い電気的信号を得ることを、その技術的課題とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記技術的課題を解決するために講じた技術的手段は、
入力軸及び出力軸間に生じる操舵トルクを軸方向の変位
に変換するトルク−軸方向変位変換機構と、出力軸と一
体回転するプレートと、前記トルク−軸方向変位変換機
構によつて前記出力軸上を軸方向に変位する摺動部材
と、前記プレートと前記摺動部材に介在された圧縮スプ
リングと、両端面歪ゲージを貼付しハウジングに一端が
固定され他端が保持手段により鋼球を保持し、該鋼球を
介して摺動部材に支持されるカンチレバーとを設ける、
ことである。

（作用） 操舵軸に加えられた操舵トルクの方向及び大きさを、入
力軸或いは出力軸の軸方向の変位に変換するトルク−軸
方向変位変換機構を構成する軸方向に変位する摺動部材
によつて、カンチレバーの一端を接触抵抗の小さい鋼球
を介して操舵トルクの力の方向及び力の大きさに応じて
軸方向に変位し、ハウジングに固定された他端との間の
カンチレバーの歪を歪ゲージで検出し、歪ゲージの検出
出力を用いて、電動機を所定の方向に回転させ、出力軸
に必要な回転力を付与する。また、プレートと摺動部材
との間に圧縮スプリングが介在しているため、この圧縮
スプリングにより、常時プレートが摺動部材を付勢して
いるので、トルク−軸方向変位変換機構の相対的上下変
位（ガタ）を防止することができる。

（実施例） 第１図に於いて、ハウジング11は車輌に固定されるもの
で、分割形成した部分11a,11b,11c,11dをボルト或いは
溶接等により一体に形成したものである。

ハウジング11内の入力軸12は、その下端の外周にフラン
ジ13aを有する中空軸体13と、この中空軸体の孔部に嵌
入され、径方向に延びる結合ピン14で一体的に結合され
た接続軸体15とから成る。中空軸体13の上端部はニード
ルベアリング16を介してハウジング11に回転自在に軸支
されている。中空軸体13の内壁上部には図示しないステ
アリング軸と連結するためのスプライン13bが形成され
ている。

ハウジング11内の出力軸17は、その上端部に接続軸体15
の下部が緩く嵌入される嵌入孔17aを有しており、その
中央部及び下端部をボールベアリング18,19をそれぞれ
介してハウジング11b,11cに回転自在に支持されてい
る。

ハウジング11の図示下部のハウジング11cの内には、ハ
ウジング11bに固定された電動機20の出力を電動機出力
軸20aから出力軸17に伝達する必要数の歯車で電動機20
の回転を減速する減速歯車機構21が配置されている。こ
の減速歯車機構21は、電動機出力軸20aと同軸の歯車21a
と、ハウジング11b及びハウジング11cにボールベアリン
グ22,23を介して回転自在に支持された軸24に取り付け
られた歯車25及び26と、出力軸17と同軸の歯車27とで構
成されている。

ハウジング11の上部のハウジング11a内には入力軸12の
トルクに応じた捻り角変位を両軸間に生じさせるトルク
−軸方向変位変換機構28が配置されている。このトルク
−軸方向変位変換機構28は、トルク平行検出部28A（第
２図参照）と軸方向変換手段28B（第３図参照）から構
成されている。

第１図及び第２図に於いて、トルク平衡検出部28Aは、
スプリング用線材を略Ｃ字形に成形して成るスプリング
29と、中空軸体13のフランジ13aに固定され、且つスプ
リング29の先端部の互いに平行な両端部29a,29b間に挟
み込まれたピン30と、出力軸17に固定されたピン31が上
下方向に摺動可能に嵌入する溝32aを有していて、出力
軸17と一体に回転するようにされたプレート32に固定さ
れ、且つスプリング29の両端部29a,29b間に挟み込まれ
たピン33とから構成されている。前記プレート32は、ス
プリング29の両端間の円弧状部分29cがガイドするボス
部32bを有する。そして、スプリング29と中空軸体13の
下端面間にはワツシヤ34が介在されている。

このような構成のトルク平衡検出部28Aに於いては、入
力軸12にトルクが加えられない場合には、スプリング29
が、その両端部がピン30,33を挟んで最も接近する状態
に復元し、入力軸12と出力軸17とがねじり角変位ゼロの
中立位置関係となる。また、入力軸12にトルクが加えら
れた場合は、これがスプリング29の両端部29a,29bを引
き離すように作用して、スプリング29の弾性変形によ
り、入力軸12と出力軸17間に入力軸12のトルクに応じた
ねじり角変位が生じる。

トルク平衡検出部28Aの下方には、軸方向変換手段28Bが
配置されている。この軸方向変換手段28Bは、第１図及
び第３図に示すように、入力軸12の接続軸体15の下端部
に固定されて出力軸17に設けられた逃がし孔17bを通つ
て放射方向に延びるピン36と、出力軸17の上端部に摺動
自在に嵌合されてピン36が摺動自在に嵌入される長孔37
aを有した摺動部材37の下端に設けられた上部フランジ3
7b及び下部フランジ37cと、出力軸17に固定されて放射
方向に延びるピン43が摺動自在に嵌合され、出力軸17方
向のスロツト37dを有する摺動部材37から構成されてい
る。

なお、摺動部材37はピン43とスロツト37dによつて出力
軸17に対して上下方向へ変位できるが、回動はできない
ようになつている。そして、摺動部材37にはピン36及び
ピン43の抜け止めのための筒体44を嵌合している。

摺動部材37の長孔37aは螺旋方向に設けられており、入
力軸12と出力軸17間のねじり角変位がゼロの時はピン36
が長孔37aの両端間中央に位置し、入力軸12と出力軸17
間にねじり角変位が生じたときはピン36の周面と長孔37
aの側面との接触により、カム作用で摺動部材37がねじ
り角変位量に応じて出力軸17上をその軸方向へ変位し、
上部フランジ37B及び下部フランジ37cが変位するように
なつている。

上部フランジ37bと下部フランジ37cとの間のスライダ溝
37eには、第５図に示すようにカンチレバー40の一端の
自由端に第１ベース100aと第２ベース100bのカシメ結合
により保持された鋼球39が挟持されており、鋼球39によ
り摺動部材37の上部フランジ37bと下部フランジ37cの変
位に対して、その接触抵抗を小さくしている。

カンチレバー40の他の一端はボルト42でハウジング11d
に固着した取付基体45に堅固に螺合される。なお、取付
基体45は後により詳細に示すようにＯリング等によつて
ハウジング11dを封止しており、カンチレバー40はワツ
シヤ等を介在させて、ボルト42で螺着することで、堅固
に、且つ正確に位置決めして取り付けられる。カンチレ
バー40には、第４図のカンチレバーと鋼球の関係を示す
斜視図のように、その中央部よりボルト42の取付孔側の
両面に抵抗ブリツジを構成した歪ゲージ41a,41b,41c,41
dを形成しており、カンチレバー40の自由端に変位が与
えられていないとき、抵抗ブリツジを構成した歪ゲージ
41a,41b,41c,41dの出力を最小とし、カンチレバー40の
自由端に最大の変位が与えられているとき、抵抗ブリツ
ジを構成した歪ゲージ41a,41b,41c,41dの出力を最大と
するものである。

尚、本実施例では、カンチレバー40の材料をリン青銅と
し、その表面に絶縁層をコーテイングし、該絶縁層の上
に薄膜回路で歪ゲージ41a,41b,41c,41dの表面には、油
や湿度の影響をなくすために防湿コーテイングを行な
い、更に、シリコーンゴム等でコーテイングする。

また、第６図は、カンチレバーの鋼球の保持手段の他の
実施例の斜視図を示すもので、カンチレバー40の自由端
に第１フランジ200aと第２フランジ200bを螺着すること
により鋼球39を保持し、その反対側に歪ゲージ41a,41b,
41c,41dを熱硬化性接着剤等の接着剤で貼付したもので
ある。歪ゲージ41a,41b,41c,41dの表面の処理は、第５
図の場合と同様に行なう。

なお、歪ゲージ41a,41b,41c,41dをブリツジ回路とし、
その出力を取り出す周知の歪検出回路を示す第７図に於
いて、Ｅは定電圧電源、AMPは増幅回路である。第８図
は入力軸12のトルク検出出力電圧と摺動部材37の上下方
向変位量との関係を示したもので、摺動部材37の上下方
向変位量とトルク検出出力電圧とは、増幅回路AMPの増
幅率或いはバイアス電圧、歪ゲージの抵抗値等によつて
任意に設定することができる。

上記実施例では、入力軸12に結合ピン14で一体的に結合
された接続軸体15に固定されるピン36の外周と摺動部材
37の長孔37aの隙間が、入力軸12と出力軸17との間の捻
じり角変位と摺動部材37の軸方向の変位との対応関係に
及ぼす影響が生じるが、それを取り除くには、摺動部材
37の上部フランジ37bとプレート32との間に、圧縮スプ
リング60を介在させ、該圧縮スプリング60より摺動部材
37を下方へ付勢させて、ピン36の外周を長孔37aの上側
面のみと接触させるようにすると良い。

また、入力軸12と出力軸17の相対的上下方向変位（ガ
タ）を消滅させると共に、両軸12,17の嵌合部の隙間に
より、両軸間にこじれが生じてピン36と長孔37aの摺動
性が悪くなつたり、摺動部材37の上部フランジ37b及び
下部フランジ37cと両フランジ間に鋼球39を介して自由
端を支持したカンチレバー40との平衡度が悪くなるのを
防止するために、第３図に示すように、入力軸12に結合
ピン14により一体的に結合した接続軸体15の下端面の中
央にテーパ凹部15aを、また、出力軸17の嵌合孔17aの底
面の中央にテーパ凹部17cを夫々設け、両テーパ凹部15
a,17c間に鋼球46を介在させ、且つ入力軸12の中空軸体1
3のフランジ13aの上側にて、上端をニードルベアリング
（スラスト軸受）47を介してハウジング11aの内面に受
けさせ、下端をフランジ13aに受けさせた圧縮スプリン
グ48を設け、該圧縮スプリング48により入力軸12を鋼球
46を介して出力軸17に押し付けている。

なお、第１図に於いて、50はハウジングに螺合された止
めリング、51,52,53はスナツプリングである。

以上のような構成の本実施例の作用を説明する。

運転者が入力軸12に操舵トルクを加えると、トルク平衡
検出部28Aを構成するスプリング29の弾性力によつて入
力軸12のトルクに応じた相対角変位が入力軸12と出力軸
17間に発生し、この角変位が、軸方向変換手段28Bを構
成する摺動部材37を軸方向の変位とし、摺動部材37の変
位は保持手段100によりカンチレバー40の自由端に保持
された鋼球39によつて接触抵抗が小さくされ、カンチレ
バー40の自由端の変位となるから、カンチレバー40の歪
ゲージ41により、入力軸12に加えられたトルクの大きさ
及びその方向のトルク検出信号出力を得ることができ
る。

したがつて、このトルク検出信号出力を用いることによ
つて、電気式パワーステアリング装置のコントローラの
入力とし、その出力により電動機20に電力を供給し、電
動機20の回転力を減速歯車機構21を介して出力軸17に回
転力を加えることができる。

本発明を実施する場合、本実施例ではトルク−軸方向変
位変換機構として、トルク平衡検出部と軸方向変換手段
を用いて、操舵トルクを軸方向、即ち、上下方向の変位
に変換しているが、本発明を実施する場合には、上記実
施例に限定されるものではなく、操舵トルクを往復動作
の変位、好ましくは、操舵トルクに比例する軸方向の変
位に変換する手段であれば良い。

また、トルク−軸方向変位変換機構を構成する摺動部材
は上記軸方向の変位に変換する手段のトルクに応じて軸
方向に移動するものであるから、入力軸または出力軸を
ボールネジとして、トルクに応じてボールネジが回動す
る機構から成るトルク−軸方向変位変換機構を構成した
場合には、摺動部材はボールネジと螺合するナツト状の
部材とするこができる。或いは、ボールネジ部と係合す
る部材とすることができる。

更に、本実施例のハウジングは４個に分割されている
が、本発明を実施する場合には必ずしも、それに限定さ
れるものではない。特に、ハウジング11dは、カンチレ
バーの取り出しが自由に行えるように、その開口部を考
慮しているが、カンチレバーの脱着が自由に行えれば他
のハウジングと一体に構成しても良い。

〔発明の効果〕

本発明に於いては、平板状のカンチレバーに歪ゲージを
形成すれば良く、抵抗ブリツジ回路として用いる各歪ゲ
ージの貼着状態等によつても、容易に均一に形成でき、
歪ゲージのブリツジの平衡が容易にとれるため、耐ノイ
ズ，耐ドリフト性の高い大きな出力が得られ、出力の信
頼性を向上させることができる。しかも、操舵トルク検
出部（カンチレバー）が独立しているため容易に交換が
可能である。

また、カンチレバーの自由端に直接鋼球を溶接，接着等
により固定することも考えられるが、摺動部材の溝との
嵌合隙間の精度の確保及び繰り返し使用に対する耐久性
の確保が難しく、電動式パワーステアリング装置の作動
不良、即ちハンドル操作力が重い等という不具合が生じ
る恐れがある。そこが、本考案に於いては、保持手段に
より鋼球がカンチレバーに確実に固定されるため、上記
のような不具合が生じることはない。また、プレートと
摺動部材との間に圧縮スプリングが介在しているため、
この圧縮スプリングにより、常時プレートが摺動部材を
付勢しているので、トルク−軸方向変位変換機構の相対
的上下変位（ガタ）を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電気式パワーステアリング装置の操舵
トルク検出器の一実施例の断面図、第２図は第１図に於
けるトルク平衡検出部の要部断面図、第３図は第１図に
於ける軸方向変位変換手段の要部断面図、第４図は第１
図に於けるカンチレバーの斜視図、第５図は第４図に於
けるＡ−Ａ断面図、第６図はカンチレバーの鋼球の保持
手段の他の実施例を示すカンチレバーの要部断面図、第
７図は歪ゲージをブリツジ回路とし出力を取り出す周知
の歪検出回路図、第８図は摺動部材変位量−トルク検出
出力電圧特性を示す特性図である。 11,11a,11b,11c,11d……ハウジング,12……入力軸,17…
…出力軸,28……トルク−軸方向変位変換機構,28A……
トルク平衡検出部,28B……軸方向変換手段,37……摺動
部材,39……鋼球,40……カンチレバー,41a,41b,41c,41d
……歪ゲージ,100……保持手段 なお、図中、同一符合及び同一記号は、同一または相当
部分を示す。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭47−15824（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−53562（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−133957（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−190240（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−177773（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−137339（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−189472（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−72529（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−68235（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−68234（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車輌のステアリングホイールに接続される
   入力軸とステアリングギヤ及び電動機のトルク伝達装置
   に接続される出力軸との間に加わる操舵トルクを検出す
   る電気式パワーステアリング装置の操舵トルク検出器に
   おいて、トルク−軸方向変位変換機構とカンチレバーか
   ら構成され、前記トルク−軸方向変位変換機構は、前記
   入力軸及び前記出力軸間に生じる操舵トルクを軸方向の
   変位に変換し、前記出力軸と一体回転するプレートと、
   前記出力軸上を摺動する摺動部材と、前記プレートと前
   記摺動部材との間に介装している圧縮スプリングとを備
   え、前記カンチレバーは、ハウジングに一端が固定さ
   れ、他端が前記摺動部材に支持されると共に両端面に歪
   ゲージを貼付し、前記摺動部材に支持される他端の球状
   部材を保持する保持手段を備えることを特徴とする電気
   式パワーステアリング装置の操舵トルク検出器。