JPS61178263A

JPS61178263A - 車輌用操舵装置

Info

Publication number: JPS61178263A
Application number: JP61011804A
Authority: JP
Inventors: フレデリツク・ジヨン・アダムス; ケネス・チヤンドラー
Original assignee: TRW Steering Systems Ltd
Current assignee: TRW Steering Systems Ltd
Priority date: 1985-01-30
Filing date: 1986-01-22
Publication date: 1986-08-09
Also published as: GB2170299B; GB8502276D0; EP0194003A3; US4716983A; EP0194003B1; EP0194003A2; DE3667640D1; GB2170299A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は車輌用操舵装置に関し、特に操舵中の機械的な
負荷の変動を検出し、モニタ又は制御のための信号を得
るような操舵装置に関する。本発明は、特に、自動車の
ためのパワーステアリング装置のために開発されたもの
である。　　　　　゛〈従来の技術〉　　　　　　　。

操舵中に発生する機械的負荷の変動に応答し、動力補助
装置を制御するための信号を発生するような動力操舵装
置が種々提案されている。例えば、ポテンショメータを
用いて機械的負荷を測定するようにし、ポテンショメー
タのスライダが、操舵装置内の機械的負荷を受ける部材
にリンクを介して連結され、負荷に応じて、リンクを介
してスライダを駆動することにより、ポテンショメータ
の電気抵抗値を変化させ、所要の出力信号を１ｑるよう
にしたものがある。パワーステアリング装置に於ては、
抵抗値の変化により得られた出力信号が、ザーボモータ
からなる動ノＪ補助装置を制御するために用いられる。

この種の公知装置は、操舵ギヤの人力軸に取着されたス
リップリング式ポテンショメータを用いる。しかしなが
ら、この種の操舵装置に於ては、安全性を考慮し、製造
過程を注意深く行う必要があり、比較的’ＩＡ造コスト
が高騰し易い。又、駆動接点及びポテンショメータのリ
ンクなどが摩耗し、或いは腐蝕を受は易いという問題が
ある。

別の型式の公知装置としては、カーボンの電気抵抗値の
変化を利用するものがあり、測定されるべき負荷が、例
えばカーボンからなる材料に加えられ、該材料の電気抵
抗地の変化を検出することにより負荷の大きざを求める
ものである。

イギリス国特許第２．０３０，０９４Ａ号に開示された
第三の型式の操舵装置に於ては、負荷の方向に応じて２
つの電気回路のいずれかを形成するような「カロットセ
ンサ」を用いるもので、制御装置が、検出された負荷の
向きに応じて応答するようにされている。上記したよう
な公知装置に於ては、電気的接続の遮断など装置の故障
が、検出された負荷の変化として理解され、操舵装置と
しては好ましくない結果が生ずるという問題がある。

〈発明が解決しようとする問題点〉このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的
は、従来の装置の欠点を解消し、操舵中の機械的負荷の
変化を検出し、それに応答するような、信頼性が高く、
小型であってしかも低コストの構造を提供し、操舵動作
のためのモニタ又は制御のために用いることのできる出
力信号を発生し得るような車輌用操舵装置を提供するこ
とにある。

〈問題点を解決するための手段〉このような目的は、本発明によれば、車輌用操舵装置で
あって、操舵中に発生する軸線方向スラスト力に応じて
ハウジングに対して軸線方向に可動であって、前記ハウ
ジング側の一対の拘束面に対してそれぞれ対向するスラ
スト面を有することにより、軸線方向に沿う各方向の運
動によるスラスト力の各方向成分を支持する二対の対向
面を郭成するスラスト部材と、前記各対の対向面間に挟
設され、前記スラスト部材の軸線方向運動を拘束するこ
とにより、前記各対の対向面間に発生するスラスト力に
応じて電気信号を発生する一対の圧カー電気変換要素と
、前記電気信号を受け。該電気信号を中立状態時の電気
信号と比較し、前記電気信号が所定の比較条件を逸脱し
た時に制御又は監視のための制御信号を発生し、得るコ
ンパレータとを有することを特徴とする車輌用操舵装置
を提供することにより達成される。

〈作用〉圧カー電気変換要素は、外部から電気信号を加え、加え
られた圧力に応じてこの信号を変化させるような、例え
ば、感圧抵抗素子又は感圧静電容量要素からなるもので
あって良い。しかしながら、圧カー電気変換要素は、外
部から電気信号を供給することなく自ら圧力に応じた電
気信号を発生するようなピエゾトランスジューサからな
るものであるのが好ましい。

圧カー電気変換要素は、操舵装置の内部に組込まれ、操
舵装置の入力軸がスラスト部材として機能するのが好ま
しい。スラスト面は、ハウジング内の入力軸と共に軸線
方向に変位可能に又は回動可能に設けられた軸受などか
らなるスラスト部材のフランジに軸線方向に前後して設
けられたもので良く、拘束面は、入力軸及び軸受を受容
するハウジング内の空室の対向面により郭成されたもの
であって良い。又、軸受は、回動不能な外側レースを有
すると良く、圧カー電気変換要素がこの外側レースを介
して負荷を受けることにより、圧カー電気変換要素の摩
耗を回避するようにすると良い。又、スラスト面は、ス
ラスト部材に設りられたフランジ又は軸受に軸線方向に
前後して設けられたものであって良く、拘束面は、フラ
ンジ又は軸受を受容するようにハウジングに形成された
溝内に郭成されたものであって良い。

圧カー電気変換要素は、軸線方向に薄い片状部材からな
る小型のものであって良い。

このようにして構成された装置は、例えばヘリ力ルラッ
クピニョン又はウオームギヤ式の操舵装置に於て、操舵
中に入力軸に加わるトルク負荷又は反力を検出するよう
にしたものであって良い。

このにうな構造にあっては、ヘリカルピニヨンギャ又は
ウオームギヤが出力部材としてのラックギヤなどを駆動
するに伴い、ギヤの入力軸に対して軸線方向のスラスト
力即ち反力が発生し、このスラスト力がコンパレータに
より検出されると共に評価され、制御又はモニタのため
の出力信号がコンパレータから得られる。

所定の中立条件又は比較条件は、ハウジングの組立に際
して圧カー電気変換要素を圧縮し、スラスト部材に負荷
が加わっていない状態で、連続的な信号が得られるよう
に圧カー電気変換要素を圧縮することにより達成される
。このように所定の比較条件を用いることにより、操舵
を行った時に、圧カー電気変換要素から］ンパレータに
供給される信号が、中立時又は逆方向に操舵した時に比
較して、所定範囲の変化を行わなかった場合に、装置に
故障が発生したものと判断されるようなフェールセーフ
の構造が得られる。圧カー電気変換要素の圧縮の度合は
、入力軸及び圧カー電気変換要素をハウジング内にて固
定すると共に拘束面を郭成する保持キャップを用いるこ
とににり達成される。

コンパレータから得られる出力信号は、例えば操舵装置
をテスト又は開発するに際して、或いは操舵時の動力補
助を行うサーボモータの制御のためのバルブ、ポンプ又
はスイッチなどの動作を定めるようなモニタ或いは制御
の目的に用いられる。

本発明に基づく装置は、操舵装置の入力軸をスラスト部
材として用い、圧カー電気変換要素を操舵装置のハウジ
ング内に組込むことが出来るため、複雑なリンクが必要
でなく、電気部品が摩耗したり、異物に暴露されること
がなく、小型かつ低コストに製造することが出来る。

〈実施例〉以下に添付の図面を参照して本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明する。

第１図に示された操舵装置は周知のヘリ力ルラックピニ
ョン式のもので、ラックギヤ３に歯合するヘリカルピニ
ヨンギャ２に連結された軸線方向入力軸１を有する。入
力軸及びピニョンギャは、ハウジング６内に形成された
空室内にて、第１の軸受４及び第２の軸受５により回動
自在に支持されており、ラックギヤ３は、入力軸１の軸
線回りの回動に応じて変位する。

一対の環状をなすピエゾトランスジューサ７．８が、そ
れぞれ、軸線方向に沿って前後に対向するスラスト面７
ａ、８ａと拘束面７ｂ、８ｂとの間に、入力軸１に対し
て同心をなして取着されている。軸受４は、内側レース
と外側レースとを有し、内側レースが、入力軸１と共に
一体をなして、外側レースに対して回動可能にされてい
る。スラスト面７ａ、８ａは、軸受４の外側レースの前
後面に当接する環状スペーサ９．１０により郭成されて
いる。外側レースは、ハウジング６と共に回動不能にさ
れており、そのため、トランスジユーザが、当接面との
間の摩擦により摩耗することがない。拘束面７ｂは、ハ
ウジングに着脱可能に螺合された保持キャップ１１によ
り郭成されている。

拘束面８ｂは、ハウジング６の空室内の環状窪み１２に
より郭成されている。両拘束面７ｂ、８ｂ間の軸線方向
距離は、トランスジューサ、スペーサ及び軸受アセンブ
リの全体の厚さよりも僅かに小さくされている。軸受４
は、軸線方向及び半径方向の負荷を支持するべく適合さ
れ、保持リング１４をもって入力軸１の肩部１３に固着
され、軸線方向に扱は止めされている。

第２図に示されたトランスジューサ７は、例えば水晶な
どのピエゾ材料からなる薄肉の片状部材と、その両面に
取着された金属製の電気接触層１６．１７とを有する。

接触層１６は、キャップ１１の拘束面７ｂに当接してお
り、接触層１６は、キャップ１１及びハウジング６に対
して良好な電気的接続状態を保っている。接触層１７は
、接触層１７とスペーサ９との間に挟設された絶縁層１
８をもって、スペーサ９、軸受４及びハウジング６に対
して電気的に絶縁されている。トランスジューサ８は、
トランスジューサ７と同様の構成からなるものであるが
、その絶縁されていない側の面が拘束面８ｂに当接する
ように組込まれる。トランスジユーザにより発生した電
気信号は、ライン１９．２０．２１を介してコンパレー
タ１５に供給される。ライン１９．２０は、それぞれト
ランスジ１−すの接触面１７に接続され、ライン２１は
、ハウジング６を介して接触層１６に接続されている。

この装置の組立に際しては、軸受４及びトランスジュー
サアセンブリが組付けられたピニコラ及び入力軸を、ハ
ウジングのサイドポートからハウジング内の空室内に挿
入し、これらを、サイドポートを閉塞するキャップ１１
によりハウジング内に保持する。拘束面７ｂ、８ｂ間の
軸線方向空隙が、トランスジューサ／軸受アセンブリの
全長よりも短いため、キャップ１１を装着するに伴いト
ランスジューサが圧縮され、連続的な信号が、１〜ラン
スジユーザによりコンパレータに供給されることとなる
。これら両トランスジユーザから得られる信号は同一の
ものであって良く、これらの信号は、］ンパレータによ
り検出され、］ンパレータが、比較のための中立信号を
発生する。この中立信号のレベルは、組付に際して保持
キャップ１１に加えられるトルクを調節することにより
加減することが出来る。

操舵を行うと、ラックからピニコラに対してトルクすな
わち反ツノが加えられることとなるが、ピニコラがヘリ
カルギヤであるために、入力軸に対して軸線方向のスラ
スト力が発生ずる。このスラスト力の人ぎさ及び方向は
、ピニコラに加えられるトルクの大きさ及び方向に依存
する。人力軸に加えられた軸線方向力は、軸受４の外側
レースを介してトランスジューサ７．８に加えられ、一
方のトランスジューサの圧縮の度合を増大させると共に
、他方のトランスジューサの圧縮の度合を同じ割合で減
少させる。従って、トランスジューサからの電気信号の
変化は、トランスジユーザに加えられた圧縮荷重の変化
最に比例することとなる。

信号の変化は、コンパレータ１５により評価されると共
に、前記したように中立信号即ち比較信号と比較され、
ライン２２．２３を経て出力信号が得られる。出力信号
は、ラック３の変位を動力補助するべく操舵装置に組込
まれ、た図示されない増力装置即ち動力補助手段の作動
を制御する。

トランスジューサのいずれか一方が故障し、或いはいず
れかに於いて電気的接続が断たれた場合には、それによ
る信号の不釣合がコンパレータ１５により検知され、装
置に故障が存在することを示す信号が得られる。

第３図に示された操舵装置の実施例は、第１図に示され
たものと概ね同様であって、入力軸１０２のピニコラギ
ャ１０１により駆動されるべく取着されたラックギヤ１
００を有する。このラックギヤ、ピニコラギャ及び入力
軸は、ハウジング）Ｏ３内に取着されている。ピニコラ
ギャ１０１及び入力軸１０２は、それぞれ内側レース及
び外側レースを有するコロ軸受１０４及び玉軸受１０５
によりそれぞれ回動自在に支持されている。軸受１０５
は、人力軸１０２の部分１０８に取着され、この軸受の
内側レースが入力軸に設けられた肩部１０９どリングク
リップ１１０とにより挾持されることににす、入力軸に
対する軸線方向の扱は止めがなされている。軸受１０５
は、開口１０６に隣接するハウジング１０３の内部に位
置し、開口１０６は、スクリューキレツブ１０７により
閉じられている。

軸受１０５の外側レース１１２には、円筒形のスリーブ
１１３を有する片状部材１１１が取＠されている。この
スリーブ１１３は、軸受１０５の外側レースの１１２を
受容する。片状部材１１１は、スリーブ１１３の一端部
から半径方向外向きに延出するフランジ１１４を有する
と共に、外側レース１１２が、スリーブ１１３内に圧入
されて　　　　　。

いる。従って、外側レース１１２は、フランジ１１４と
スリーブ１１３の他端部の折返し部分との間に挾持され
ている。

フランジ１１４の半径方向に延在する部分には、スラス
ト面１１５．１１６が郭成されている。スラス１〜面１
１５に対して軸線方向に対向するハウジング１０３の内
側肩部には拘束面１１７が郭成されている。フランジに
設Ｃプられた他方のスラスト面１１６は、片状部材１１
９により郭成された拘束面１１８に対向している。

片状部材１１９は、開口１０６からハウジング１０３内
に滑動自在に受容されていると共に、片状部材１１９が
スリーブ１１３を緊密に受容する。

互いに対向するスラスト面１１５．１１７と拘束面１１
６．１１８との間にはそれぞれ環状のピエゾ素子１２０
，１２１が挟設されている。ピエゾ素子１２０．１２１
は、片状部材１１９を介してその軸線方向端面に加えら
れる力により圧縮され、片状部材１１９に軸線方向から
当接するスクリューキャップ１０７を調節することによ
りこの圧縮の度合を調節することが出来る。

＝　１９− ピエゾ素子１２０，１２１は、第１図について前記した
のと同様に増力装置に接続されており、ピエゾ素子の拘
束面１１７．１１８に当接する面はこれら拘束面に電気
的に接触しており、スラスト面１１５．１１６に当接す
るピエゾ素子の各面は、これら拘束面に対して電気的に
絶縁されている。

第３図の操舵装置に組込まれた装置の動作は、第１図及
び第２図について前記した実施例と同様である。しかし
ながら、第３図に示されたピエゾ素子１２０．１２１の
構成によれば、第１図に示された実施例の場合よりも、
これらピエゾ素子１２０．１２１を互いに近接した位置
に設（プることか出来る。これは、軸受４を用いる場合
に比して、フランジ１１４の軸線方向厚さを小さくし得
るためである。ピエゾ素子は温度変化に敏感な場合があ
り、本実施例の場合にも画素子間に顕著な温度差が発生
した場合には、検出誤差或いは応答誤差が発生し得る。

しかしながら、第３図に示された実施例のように、両ピ
エゾ素子１２０．１２１を互いに近接して設けることに
より、これ等画素子を実質的に同一温度に保持すること
が出来、上記した問題が解消される。　　゛尚、本発明は上記に限定されず、ハウジング側に内向フ
ランジを設け、その前後面をスラスト面とすると共に、
スラスト部材側に設けられた溝の肩部に前記スラスト面
に対向する拘束面を設けるようにしても良い、

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく操舵装置の第一の実施例を示
す断面図である。第２図は、第１図の操舵装置に組込まれたピエゾトラン
スジューサの一部を拡大して示す断面図である。第３図は、本発明に基づく操舵装置の第二の実施例を示
す断面図である。１・・・入力軸　　　　　２・・・ピニョンギャ３・・
・ラックギヤ　　　４．５・・・軸受６・・・ハウジン
グ７．８・・・ピエゾトランスジューサ７ａ、Ｂａ・・・スラスト面７ｂ、８ｂ・・・拘束面　９．１０・・・スペーサ１１
・・・保持キャップ　１２・・・環状窪み１３・・・肩
部　　　　　１４・・・保持リング１５・・・コンパレ
ータ　１６・・・接触層１７・・・絶縁層　　　　１９
〜２３・・・ライン１００・・・ラックギヤ　１０１・
・・ピニョンギャ１０２・・・入力軸　　　１０３・・
・ハウジング１０４．１０５・・・軸受１０６・・・開
口１０７・・・スクリューキャップ１０８・・・部分　　　　１０９・・・肩部１１′Ｏ・
・・リングクリップ１１１・・・片状部材　　１１２・・・外側レース　　
　　　　　　　　　１１１３・・・スリーブ　　１１４
フランジ１１５．１１６・・・スラスト面１１７．１１８・・・拘束面１１９・・・片状部材１２０．１２１・・・ピエゾ素子 −２２二手続補正書（方式・自発）昭和６１年２月１７日特許庁長官　宇　賀　道　部　殿１、事件の表示　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　競昭和６１年特許願第０１１８０４号２、発明の名称車輌用操舵装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人名　称　　ティーアールダブリュ・カム・ギアーズ・リ
ミテッド４、代理人居　所　　〒　１０２　　東京都千代田区飯田橋１−８
−６６、補正により増加する発明の数　０７、補正の対象　優先権証明書及び訳文並びに図面の浄
書（内容に変更なし）８、補正の内容　別紙の通り

Claims

【特許請求の範囲】

（１）車輌用操舵装置であって、操舵中に発生する軸線方向スラスト力に応じてハウジン
グに対して軸線方向に可動であって、前記ハウジング側
の一対の拘束面に対してそれぞれ対向するスラスト面を
有することにより、軸線方向に沿う各方向の運動による
スラスト力の各方向成分を支持する二対の対向面を郭成
するスラスト部材と、前記各対の対向面間に挟設され、前記スラスト部材の軸
線方向運動を拘束することにより、前記各対の対向面間
に発生するスラスト力に応じて電気信号を発生する一対
の圧力−電気変換要素と、前記電気信号を受け。該電気
信号を中立状態時の電気信号と比較し、前記電気信号が
所定の比較条件を逸脱した時に制御又は監視のための制
御信号を発生し得るコンパレータとを有することを特徴
とする車輌用操舵装置。
（２）前記スラスト面が、前記スラスト部材のフランジ
部分の軸線方向前後面に位置し、前記拘束面が、前記フ
ランジ部分を受容する前記ハウジング内の空室中に形成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
載の車輌用操舵装置。
（３）前記拘束面が、前記ハウジングのフランジ部分に
軸線方向に前後して設けられており、前記スラスト面が
、前記フランジ部分を受容する前記スラスト部材の溝内
に郭成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の車輌用操舵装置。
（４）前記フランジ部分が、前記スラスト部材に回動可
能に取付けられた軸受を含むことを特徴とする特許請求
の範囲第２項もしくは第３項に記載の車輌用操舵装置。
（５）前記圧力−電気変換要素が、互いに回動しない前
記スラスト面と前記拘束面との間に取着されていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれ
かに記載の車輌用操舵装置。
（６）前記圧力−電気変換要素が、前記ハウジングに対
して回動しない外側軸受レースからの圧力に応答するよ
うに取着されていることを特徴とする特許請求の範囲第
５項に記載の車輌用操舵装置。
（７）前記スラスト面か、前記外側軸受レースの軸線方
向に前後する面により郭成されていることを特徴とする
特許請求の範囲第６項に記載の車輌用操舵装置。
（８）前記外側軸受レースが、該レースと共に軸線方向
に変位可能な外向フランジを有し、前記フランジ部分の
軸線方向に前後する面により前記スラスト面が郭成され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の
車輌用操舵装置。
（９）前記ハウジングが、環状部材を有し、該片状部材
が、前記外側軸受レースを受容すると共に前記外側軸受
レースと共に軸線方向に変位し得るように取着されたス
リーブ部分と、前記スラスト面を有するフランジ部分と
を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第８項に
記載の車輌用操舵装置。
（１０）前記圧カー電気変換要素が、前記スラスト面及
び前記拘束面に対向するべく軸線方向に前後する二つの
面を有し、前記圧力−電気変換要素の一方の面が前記コ
ンパレータのみに接続され、前記圧力−電気変換要素の
他方の面が、前記コンパレータのコモン端子を構成する
べく前記ハウジングに電気的に接続されていることを特
徴とする特許請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかに
記載の車輌用操舵装置。
（１１）前記比較条件を決定するべく前記コンパレータ
に供給されるべき電気信号が連続的に得られるように前
記圧力−電気変換要素に初期負荷が加えられていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１０項のいず
れかに記載の車輌用操舵装置。
（１２）前記初期負荷が、前記ハウジングに螺合された
キャップスクリューにより前記圧力−電気変換要素に加
えられ、前記初期負荷が、該装置の組立に際して前記キ
ャップに加えられるトルクにより調節されることを特徴
とする特許請求の範囲第１１項に記載の車輌用操舵装置
。
（１３）前記空室が前記キャップスクリューにより部分
的に郭成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１２項の記載の車輌用操舵装置。
（１４）前記圧力−電気変換要素により定まる信号が中
断し、或いは信号の差が、前記比較条件から所定範囲を
逸脱した時に故障の発生を指示するべく前記コンパレー
タが適合されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項乃至第１３項のいずれかに記載の車輌用操舵装置。
（１５）ギヤ部分を有し、軸線方向に延在すると共に、
軸受手段により回動可能に支持された入力軸と、該入力
軸の軸線方向回りの回動により変位する出力部材とを有
することにより操舵が行われ、前記ギヤ部分が、前記出
力部材に歯合するヘリカルピニヨン又はウォームギヤか
らなることにより、前記ギヤ部分の回動に応じて軸線方
向の反力即ちスラスト力が前記入力軸に作用するように
なっており、前記入力軸がスラスト部材として機能し、
前記コンパレータから得られた制御信号が、操舵装置の
動力補助装置を制御することを特徴とする特許請求の範
囲第１項乃至１４項のいずれかに記載の車輌用操舵装置
。
（１６）前記両圧力−電気変換要素がピエゾトランスジ
ューサからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
乃至第１５項に記載の車輌用操舵装置。