JPH11281504A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造簡素にして軸長を短縮化したトルクセン
サを提供する。 【解決手段】 螺旋溝２が形成された入力軸１と、軸方
向の直溝４が形成された出力軸３と、入力軸１と出力軸
３とをつないで回転方向にばね力を加えるトーションバ
ー５と、複数個の鋼球６とそれらを一定の間隔で保持す
る保持器７と、鋼球６の周囲を囲んで円周方向の回動と
鋼球６と共に軸方向への摺動が可能なスライダ８と、ス
ライダ８の外周面に形成した環状溝９に係合するローラ
ー１を軸支した検出レバー１１を有するポテンショメー
タ１２とからなり、鋼球６の少なくとも２個は入力軸１
の螺旋溝２に、残りの少なくとも２個の鋼球６は出力軸
３の直溝４に、それぞれ係合し、また、スライダ８はス
プリング１３にて一方向へ付勢して構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はトルクセンサに関
するもので、特に自動車のパワーステアリング装置や産
業用機器に用いるトルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のパワーステアリング装置は、ス
テアリングホイールに加わる操舵力を測定してそれを補
助する回転力を発生させるためのトルクセンサを有す
る。この種の従来におけるトルクセンサは、例えば、実
用新案登録第２５１３５９４号公報によれば、入力軸と
出力軸とに同軸で連結されてトルクを伝達する際にねじ
れることにより、入力軸と出力軸との間に該トルクに対
応する相対回転変位を発生する伝達部材と、該相対回転
変位に応じてハウジング内を両軸の軸方向に移動する移
動手段と、該移動手段の軸線方向移動量を検出する検出
手段とからなる。すなわち、前記移動手段は入力軸に嵌
合するスライダと、該スライダの端部に形成したフラン
ジ部と摺接して抜け止めされるフランジ部を有するスリ
ーブとからなり、そのスリーブにリテーナを介して入力
軸の螺旋溝に係合するボールが保持されている。したが
って、この構造にあっては、スライダとスリーブとが軸
方向に直列に配置されているから軸長が長い（大）構成
である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のパワーステアリング装置におけるトルクセンサによ
れば、入力軸と出力軸から複雑な力を受けて検出部で競
り合いが生じ、動きを渋らせるのを防止するため、構造
が複雑化して部品点数と組付け工数の増加をもたらすの
で、コスト高となっていた。また、スライダとスリーブ
を軸方向で直列に配置されて軸長が大きくなるために、
ステアリングシャフトに必要なエネルギー吸収ストロー
クを確保する点からみれば設計の自由度を制約してい
た。

【０００４】そこで、この発明は上記事情に鑑みて、構
造簡素にしてコスト低下と軸長の短縮化を図ることがで
きるトルクセンサを提供する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明にかかるトルクセンサは、請求項１に記載
したように、軸線に交差する方向の螺旋溝が形成された
入力軸と、軸線方向の直溝が形成された出力軸と、該入
力軸と出力軸とをつないで回転方向にばね力を加えるト
ーションバーと、複数個の鋼球とそれらを一定の間隔で
保持する保持器と、前記鋼球の周囲を囲んで円周方向の
回動と鋼球と共に軸方向への摺動が可能なスライダと、
該スライダの外周面に形成した環状溝に係合する検出レ
バーを有するポテンショメータとからなり、前記鋼球の
うち少なくとも２個は入力軸の螺旋溝に、残りの少なく
とも２個の鋼球は出力軸の直溝に、それぞれ係合し、か
つ、前記スライダはスプリングにて一方向へ付勢されて
いることを特徴とする。

【０００６】したがって、トーションバーがねじれて鋼
球と溝を介し、鋼球を保持する保持器とともに軸方向へ
移動するスライダの動きを、ポテンショメータが測定す
ることができる。そして、鋼球を保持する保持器とスラ
イダとが一体化されるために、軸長が短縮化する。

【０００７】また、この発明にかかるトルクセンサは、
請求項２に記載したように、前記入力軸がステアリング
シャフトのアッパーシャフトであり、かつ、前記出力軸
がステアリングシャフトのロアーシャフトであるととも
に、前記ロアーシャフトにギヤを軸着し、該ギヤに噛合
する減速歯車を有する駆動モータを設け、該駆動モータ
は前記ポテンショメータにて計測した値に相応する回転
力を生じて前記ギヤに伝達する自動車のパワーステアリ
ング装置としたことを特徴とする。

【０００８】したがって、軸長が短縮化されたトルクセ
ンサを搭載したパワーステアリング装置を得ることがで
きるので、トルクセンサを介在させるステアリングシャ
フトのエネルギー吸収構造の設計の自由度を大幅に向上
させる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
に基づき説明する。図１〜４に示すように、入力軸１は
その一端部に軸心を中心に相対面する断面円弧状の螺旋
溝２を断面が略小判形をした円柱面上に設けた凸部１５
と筒部１ａを一体形成して筒部１ａと同軸の軸穴１ｂが
穿設されている。出力軸３はその一端部に軸方向へ前記
凸部１５が係合する凹部１６とホイール１８が一体形成
され、凹部１６の外周面には前記螺旋溝２と９０度変位
した軸方向の断面円弧状の直溝４が軸心を中心に相対面
して形成され、かつ、軸方向へ筒部１ａが嵌合する段付
き軸穴３ａが穿設されている。凸部１５は凹部１６に入
り組ませて係合し、凹部１６の摺接面１７は中心から半
径方向へ互いに所定角度の傾斜面に形成してある。軸穴
１ｂ，３ａにはトーションバー５の両端部がそれぞれピ
ン２０を挿通する孔２１，２２で入力軸１と、及び、ピ
ン２３を挿通する孔２４，２５で出力軸３と結合され
る。筒部１ａは段付き穴３ａの大径穴部に挿入される含
油軸受１４に嵌合する。

【００１０】そして凸部１５の螺旋溝２及び凹部１６の
直溝４をそれぞれ転動可能な鋼球６の複数個が保持器７
で一体に組付けられ、この保持器７は軸方向の位置でい
えば凸部１５と凹部１６の係合した部位に配置され、そ
れぞれの鋼球６が螺旋溝２又は直溝４に嵌め込まれる。
保持器７は鋼球６を所定間隔で挟持する一対のリングを
互いに張り合わせたものである。この鋼球６の転動可能
なインナーレース８ａを内周面に形成したスライダ８が
保持器７に嵌合し、スプリング１３でホイール１８に弾
接する。スライダ８の外周面には環状溝９が形成されて
おり、この環状溝９にはポテンショメータ１２の検出レ
バー１１に軸支されたローラー１０が回転可能に係合す
る。ポテンショメータ１２は適宜の支持体に固定され
る。

【００１１】スプリング１３はホイール１８及びスライ
ダ８の端面に摺接する。したがって、スライダ８は鋼球
６が螺旋溝２とインナーレース８ａに係合することによ
り、保持器７と一体的に結合され、スプリング１３の付
勢力に従い又は反して軸方向へ往復移動ができる。すな
わち、鋼球６が螺旋溝２の側面に当接する抵抗及びロー
ラー１０が環状溝９に係合する抵抗により、スライダ８
の抜け止めがなされる。

【００１２】かくして、この発明にかかるトルクセンサ
は、軸線に交差する方向の螺旋溝が形成された入力軸
と、軸線方向の直溝が形成された出力軸と、該入力軸と
出力軸とをつないで回転方向にばね力を加えるトーショ
ンバーと、複数個の鋼球とそれらを一定の間隔で保持す
る保持器と、前記鋼球の周囲を囲んで円周方向の回動と
鋼球と共に軸方向への摺動が可能なスライダと、該スラ
イダの外周面に形成した環状溝に係合する検出レバーを
有するポテンショメータとからなり、前記鋼球のうち少
なくとも２個は入力軸の螺旋溝に、残りの少なくとも２
個の鋼球は出力軸の直溝に、それぞれ係合し、かつ、前
記スライダはスプリングにて一方向へ付勢されているこ
とを特徴とする。

【００１３】すなわち、鋼球６を保持する保持器７とス
ライダ８を一体化したため、軸方向の長さを短縮するこ
とができ、しかも、入力軸１には鋼球６が係合すべき螺
旋溝２を形成する一方、出力軸３には軸方向の直溝４を
形成して、これらの溝２，４にそれぞれ鋼球６を係合さ
せたから、構造的に簡素化され、さらに組付け性も向上
する。また、スライダ８は鋼球６のころがりによって、
スライダに生じる摺動抵抗及びガタが低減され、検出精
度が向上する。

【００１４】したがって、このトルクセンサは産業用機
器にも適用できるが、主たる用途としては自動車のパワ
ーステアリング装置に使用する。そのため、入力軸１は
ステアリングシャフトのアッパーシャフトとし、出力軸
３はロアーシャフトとし、ホイール１８には環状のギヤ
を圧入して嵌め込み、そのギヤをモータの減速歯車と噛
合させてパワーステアリング装置を構成できる。アッパ
ーシャフトの上端部にはステアリングホイールが軸着さ
れ、ロアーシャフトの下端部はステアリングギヤボック
スに連結される。

【００１５】そこで、ステアリングホイールを回転操舵
し、アッパーシャフトとしての入力軸１が軸中心で回転
することでロアーシャフトとしての出力軸３との間に大
きなねじりが生じてトーションバー５がねじれることに
より、入力軸１と出力軸３との間に相対回転変位が生
じ、このとき、螺旋溝２に沿って移動する鋼球６の軸方
向成分により、スライダ８は軸方向へ移動する。そのた
め、スライダ８の環状溝９に係合するローラー１０を介
して検出レバー１１が回動してポテンショメータ１２が
その変位を検出することによりポテンショメータ１２が
測定した値に相応する回転力をモータに生じさせる。

【００１６】かくしてモータが駆動され、減速歯車がホ
イール１８に固定されたギヤを回転させて出力軸３の回
転力を補助することができる。また、エネルギー吸収を
備えたステアリングコラムにおいては、鋼球６を保持す
る保持器７とスライダ８を一体化して軸方向の長さを短
縮することにより、エネルギー吸収に必要な収縮をする
ためのストロークを充分に確保することができる。

【００１７】なお、本実施例は複数個の鋼球６が組付け
られた保持器７が１つであるが、保持器７が複数あって
もよい。この場合、スライダ８の倒れが防止でき、さら
に、検出精度が向上する。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したこの発明によれば、鋼球を
保持する保持器とスライダを一体化したため、軸方向の
長さを短縮することができ、しかも、入力軸には鋼球が
係合すべき螺旋溝を形成する一方、出力軸には軸方向の
直溝を形成して、これらの溝にそれぞれ鋼球を係合させ
たから、構造的に簡素化されるとともに、組付け性も向
上し、コスト低下をもたらす。さらに、スライダは鋼球
のころがりによってスライダに生じる摺動抵抗及びガタ
が低減され、検出精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す分解斜視図

【図２】図１の組付け部分断面斜視図

【図３】図１の組付け断面図

【図４】図３のＡ−Ａ断面図

【符号の説明】

１…入力軸 ２…螺旋溝 ３…出力軸 ４…直溝 ５…トーションバー ６…鋼球 ７…保持器 ８…スライダ ９…環状溝 １０…ローラー １１…検出レバー １２…ポテンショメータ １３…スプリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸線に交差する方向の螺旋溝が形成され
   た入力軸と、軸線方向の直溝が形成された出力軸と、該
   入力軸と出力軸とをつないで回転方向にばね力を加える
   トーションバーと、複数個の鋼球とそれらを一定の間隔
   で保持する保持器と、前記鋼球の周囲を囲んで円周方向
   の回動と鋼球と共に軸方向への摺動が可能なスライダ
   と、該スライダの外周面に形成した環状溝に係合する検
   出レバーを有するポテンショメータとからなり、前記鋼
   球のうち少なくとも２個は入力軸の螺旋溝に、残りの少
   なくとも２個の鋼球は出力軸の直溝に、それぞれ係合
   し、かつ、前記スライダはスプリングにて一方向へ付勢
   されていることを特徴とするトルクセンサ。
2. 【請求項２】 前記入力軸がステアリングシャフトのア
   ッパーシャフトであり、かつ、前記出力軸がステアリン
   グシャフトのロアーシャフトであるとともに、前記ロア
   ーシャフトにギヤを軸着し、該ギヤに噛合する減速歯車
   を有する駆動モータを設け、該駆動モータは前記ポテン
   ショメータにて計測した値に相応する回転力を生じて前
   記ギヤに伝達する自動車のパワーステアリング装置にお
   ける請求項１記載のトルクセンサ。