JPS6255264A - 電気式パワ−ステアリング装置の操舵トルク検出器 - Google Patents

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１１１１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５９−２０９９６４号公報の技
術を挙げることができる。

」−記技術は、車の操舵軸に接続される入力軸と、市の
ステアリングギアボックスに接続される出力軸と、前記
入力軸及び出力軸を互いに連絡する捻じり部材ど、前記
入力軸及び出力軸の間に加わるトルクな表わすトルク信
号を発生するトルクヒン勺と、トルク信号に応答して電
動機を駆動するための電力増幅器と、電動機の出力を出
力軸に接続して市の車輪の転向の際に運転者を補助する
歯車列とを備えたパワーステアリング装置において、前
記入力軸と出力軸との間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の信号を発生するレンサ手段と、前記第１及び第２の
信号に応答し、前記第１の信号の関数どして変化する大
きさを持ら、前記第２の信号を表わす極付を持った増幅
信号を生じる電力増幅器と、前記増幅信号を表わす大き
さと方向を持った回転出力を発生する低速高Ｉ・ルク可
逆電ｖＪｖｓと、電動機の回転トルク出力を出力軸に伝
達する歯車列とを有することを特徴とするものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記トルクセンサは、具体的には、１対の低抗ブリッジ
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
ード線を引出す場合に、前記スチール板に予めリード線
を巻回しておくか、或いはスリップリング等を使用して
電気的な信号の送受を行う必要があり、繰り返しの使用
に対して信頼性の問題があった。

また、ステアリングシャ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
板をトーショ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
出力に問題があった。

特に、歪出力を大きくするために径の小さいトーション
バーに歪ゲージを貼イ；１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、歪ゲージのブリッジの平衡がとれず、その検出
出力の信頼性が問題となる。

そこで、本発明は、上記問題点を解決し、トルクセン１
Ｊ′から信頼性の高い電気的信号を得ることができ、し
かも、トルクセンサが容易に変換可能な電気式パワース
テアリング装置の操舵トルク検出器の提供を課題と覆る
ものである。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明にかかる電気式パワーステアリング装置の操舵ト
ルク検出器は、操舵軸等とする入力軸と、ステアリング
ギアボックスへ接続された軸等どする出力軸と、前記入
力軸と出力軸との間で操舵トルクの力方向及び力の大き
さを軸方向の変位に変換するトルク−軸方向変位変換機
構を構成するトルク平衡検出部及び軸方向変換手段と、
前記トルク−軸方向変位変換機構を構成する軸方向に変
位する摺動部材と、前記トルク−軸方向変位変換機構を
収納１ノだハウジングと、前記ハウジングに一端を固定
１ハ他端を前記摺動部材に支持させ、歪ゲージを取り付
けたカンチレバーから構成されるものである。

［作用１ 操舵軸に加えられた操舵トルクの方向及びカを、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
よって、カンチレバーの一端を操舵トルクの力の方向及
び力の大きさを軸方向の変位に変換し、カンチレバーの
他端を固着したハウジング側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
！ＦＪＪ　＊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。

［実施例］ 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
トルク検出器の第一実施例の断面図である。そして、第
２図は本発明の実施例で用いたトルク平衡検出部の要部
断面図、第３図は本発明の実施例で用いた軸方向変換手
段の要部断面図である。

第１図において、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をボルト等の結合により、或いは、分割
ＪＦ［Ｌ、た部分１１ａ、１１ｂ、１１Ｃ，１１ｄを溶
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７
ランジ１３ａを有する中空軸体１３と、この中空軸体１
３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１
３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、そのに端部に接続軸
体１５の下部が緩く嵌入される嵌合孔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及び
１９をそれぞれ介してハウジング１１１）及び１１Ｇに
回転自在に支持されている。

ハウジング１１の下部のハウジング１１ｃの内には、ハ
ウジング１１Ｃ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２００回転を減速した減速歯車機構２１が配置さ
れている。この減速歯車１ｆｉ１４２１は、電動機出力
軸２０ａと同軸の歯車２１ａと、ハウジング１１【）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と同一軸の歯車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１１内には入力軸１
２０１ヘルクに応じた捻じ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１１２８が配置されている
。このトルク−軸方向変位変換機構２８は、トルク平衡
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。

トルク平衡検出部２８Ａは、基本的には、スプリング用
線材を第２図に示すように略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、かつ、スプリング２９の先端部の互いに並行な両端
部２９ａ、２９ｂ間に挾み込まれたピン３０と、出力軸
１７に固定されたビン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１−３２に固定され、かつ、スプ
リング２９の両端部２９ａ、２９ｂ間に挾み込まれたビ
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２９０両端間の円弧状部分２９Ｇ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の下端面間にはワッシャ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においては、
入力軸１２にトルクが加えられない場合は、スプリング
２９が、その両端部がピン３０゜３３を挾んで最も接近
する状態に復元し、入力軸１２と出力軸１７とが捻じり
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のトルクに応じた捻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２
８Ｂ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を通って−〇　− 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ビン３６が摺動自在に嵌入される長
孔３７ａを有した摺動部材３７と、この摺動部材３７の
下端に設【」られた−１一部フランジ３７ｂ及び下部７
ランジ３７Ｇと、出力軸１７に固定されて放射方向に延
びるビン４３が囲動自在に嵌合され、出力軸１７方向の
スロット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とスロット３７ｄによっ
て、出力軸１７に対して上下方向へ変位できるが、回動
はぐきないようになっている。イして、摺動部材３７に
はビン３６及びピン４３の抜は止めのための筒体４４を
嵌合しＣいる。

摺動部材３７の長孔３７ａ１ま螺旋方向に設けられてお
り、入力軸１２と出力軸１７間の捻じり角変位がぜ口の
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間に捻じり角変位が生じたときはビ
ン３６の周面と長孔３７ａの側面との接触により、カム
作用で摺動部材３７が捻じり角変位船に応じて出力軸１
７上をぞの軸方向へ変位１ノ、−に部フランジ３７ｂ及
び下部フランジ３７Ｃが変位するようになっている。

上部フランジ３７ｂと下部７ランジ３７ｃ間は、カンチ
レバー４０の一端の自由端に設けられた円筒軸３９を挟
持している。そして、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Ｏリング等に
よってハウジング１１ｄを封止しており、カンチレバー
４０はワッシャ等を介在させて、ボルト４２で螺着する
ことで、堅固に、かつ、正確に位置決めして取り付けら
れる。このカンチレバー４０には、第４図のカンチレバ
ーと円筒軸と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ッジを構成
した歪ゲージ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ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、抵抗ブリッジを構成した歪ゲージ４１ａ、
４１ｂ。

４１０．４１６の出力を最小とし、カンチレバー゛　４
０の自由端に最大の変位が与えられているとき、抵抗ブ
リッ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。

なお、カンチレバー４０の自由端に取り付けた円筒軸３
９は、摺動部材３７の」一部フランジ３７ｂど下部フラ
ンジ３７Ｃの変位に対して、その接触抵抗を小さくして
いる。なお、この実施例ではカンチレバー４００ＩＦＩ
をリン精銅とし、その表面に絶縁層をコーティングし、
その絶縁層の上に薄膜回路で歪ゲージ４１ａ、４１ｂ、
４１ｃ、４１ｄをスパッタリング等で形成し、固定端側
でり一ド線に接続するものである。前記歪ゲージ４１ａ
。

４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの表面には、油や湿度の影響を
なくすＩＣめに防湿コーティングを行ない、更に、シリ
コーンゴム等でコーティングする。

また、第５図はカンチレバーの他の実施例の斜視図を示
すもので、カンチレバー４０の自由端に鋼球３９ａを設
【フ、その反対側に歪ゲージ４１ａ。

４１ｂ、４１０．４１ｄ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４図の場合と同様に行なう
。

第４図に示すカンチレバー４０はその幅方内に対して、
円筒軸３９によってバランスをとる構造を有しているか
ら、ブリッジを構成する歪ゲージ４１ａ、４１ｂ、４１
ｃ、４１ｄの歪を均一化することができる。第４図に示
すカンチレバー４０は−１部フランジ３７ｂと下部フラ
ンジ３７Ｇとに挟持されるのが鋼球３９ａであるから、
その接触抵抗を最小にすることができる。

なお、歪ゲージ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄをブリ
ッジ回路とし、その出力を取り出す周知の歪検出回路を
第６図に示す。

第６図において、Ｅは定電圧電源、ＡＭＰは増幅回路で
ある。第７図は入力軸１２のトルク検出出力電圧ど摺動
部材３７の−Ｌ下方向変位ωとの関係を示すものである
。なお、摺動部材３７の上下方向変位闇とトルク検出出
力電圧どは、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っ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に固定されたピン３６の外
周と摺動部材３７０長孔３７ａの側面との間の隙間が、
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ず
るが、それを取り除くには、摺動部材３７の」一部７ラ
ンジ３７ｂとプレート３２との間に、圧縮スプリング６
０を介在させて、この圧縮スプリング６０により摺動部
材３７を下方へ付勢させて、ピン３６の外周を長孔３７
゛ａの上側面のみと接触させるようにするとよい。

そして、入力軸１２と出力軸１７の相対的上下方向変位
（ガタ）を消滅させるとともに、両軸１２．１７の嵌合
部の隙間にＪ：す、これら軸間にこじれが生じてピン３
６と長孔３７ａ間の摺動性が悪くなったり、摺動部材３
７の」一部フランジ３７ｂ及び下部フランジ３７Ｇとそ
の上部フランジ３７ｂと下部７ランジ３７Ｃとの間で、
自由端を支持したｈフチレバー４０との平衡□□□が悪
くなるのを防止するため、第３図に示すように、入力軸
１２の接続軸体１５の下端面の中央にテーバ凹部１５ａ
を、また、出力軸１７の穴１７ａの底面の中央にテーパ
凹部１７ｃを、それぞれ設けて、これらテーバ凹部１５
ａとテーパ凹部１７Ｃ間に鋼球４６を介在させ、かつ、
入力軸１２の中空軸体１３のフランジ１３ａの上側にで
、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、かつ、下端を
７ランジ１３ａに受けさせた圧縮スプリング４８を設置
−Ｊ　、この圧縮スプリング４８にＪ、り入力軸１２が
鋼球４６を介して出力軸１７に押しつけられる。

これによって両輪１２．１７間の相対的上下方向変位及
びこじれを防ＩＬすることができる。

なお、第１図においては、５０はハウジング１１に螺合
された１めリング、５１．５２．５３はスナップリング
である。

以上のように構成された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実施例の動作を説明する
。

まず、入力軸１２に運転者が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
方によって入力軸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１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の変位はノＪ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蒸びそ
の方向のトルク検出信号出力を得ることができる。

したがって、このトルク検出信号出力を用いることによ
って、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。

このように、本発明は、上記のように、入力軸と出力軸
との間に配設された操舵Ｉ−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、前記トルク−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と
、前記トルク−軸方内置位置換機構を収納したハウジン
グと、前記ハウジングに一端を固定し、他端を前記摺動
部材に支持させ、歪ゲージを取り付けたカンチレバーか
ら構成されるものである。

そして、上記の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、トルクを軸方向、即ち、−Ｆ
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、トルクを
柱、復動作の変位、好ましくは、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よい。

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７．つ、応Ｕｔ
軸方向、移動す、も。であ。ヵ、へ、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一
動する機構からなるトルク−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
状の部材とすることができる。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ｌｌｄはカンチレバ
ーの取り外しが自由にできるように、その開口部を考虐
しているが、カンプレバーの取り外し、或いは取り付け
が自由にでき□れば他のハろジンクと一体に構成しても
よい。

［発明の効果］ 以上の様に、本発明の電気式パワーステアリング装置の
操舵トルク検出器は、人力軸と出力軸との間に配設され
た操舵トルクを軸方向の変位に変、換するトルク−軸方
向変位変換機構を構成する軸方向に変位する摺動部材と
、前記トルク−軸方向変位変換機構を収納したハウジン
グと、前記ハウジングに一端を固定し、他端を前記摺動
部材に支持させ、歪ゲージを取り付１ノだカンチレバー
がら構成されるものであるから、平板状のカンチレバー
に歪ゲージを形成１ればよく、抵抗ブリッジ回＝　１８
− 路として用いる各歪ゲージの貼着状態、或いは、各歪ゲ
ージのスパッタリング、蒸着等によっても容易に均一に
形成できる。したがって、各歪ゲージの形成条件を均一
化でき、歪ゲージのブリッジの平衡が容易にとれるから
、歪ゲージから得られる出力の信頼性を高めることがで
きる。しかも、歪ゲージを取り付けたカンチレバーが容
易に交換可能であり、電気式パワーステアリング装置の
操舵トルク検出器の修理が容易となる。

【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
トルク検出器の第一実施例の断面図、第２図は本発明の
実施例で用いたトルク平衡検出部の要部断面図、第３図
は本発明の実施例で用いた軸方向変換手段の要部断面図
、第４図は本発明の実施例で用いたカンチレバーの実施
例を示す斜視図、第５図は本発明の実施例で用いること
ができるカンチレバーの他の実施例を示す斜視図、第６
図は歪ゲージをブリッジ回路とした出力を取り出す周知
の歪検出回路図、第７図は摺動部材変位量−トルク検出
出力電圧特性を示づ特性図である。 図において、 １１、ｌｌａ、ｌｌｂ、１１ｃ、ｌｌｄ：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二軸方向変換手段、 ３７：摺動部材、　　　　４０：カンチレバー、４１ａ
、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ：歪ゲージ、である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は、同一または相当
部分を示１゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力軸と出力軸との間に配設された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、 前記トルク−軸方向変位変換機構を構成する軸方向に変
   位する摺動部材と、 前記トルク−軸方向変位変換機構を収納したハウジング
   と、 前記ハウジングに一端を固定し、他端を前記摺動部材に
   支持させ、歪ゲージを取り付けたカンチレバーから構成
   され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。