(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸に加わるトルクを、入力軸と出力軸とを連結する連結軸に生じる捩れ角によって検出し、検出したトルクに応じて電気信号を出力するトルクセンサにおいて、
前記入力軸及び出力軸夫々に取付けられている第１及び第２のギヤと、該第１及び第２のギヤの両方と噛合する第３のギヤと、第３のギヤに取付けられ、第３のギヤの回転中心に対して偏倚している偏倚部を有する偏倚体と、第３のギヤの回転に伴う偏倚体の回転に連動して移動する移動体と、該移動体の移動量に応じた電気信号を発生させる移動量出力手段と、前記移動量に応じた電気信号及び予め設定された、前記トルクに応じて出力すべき電気信号を対応させて記憶してある記憶手段と、前記移動量出力手段が発生させた電気信号及び前記記憶手段が記憶してある内容に基づき、前記出力すべき電気信号を出力する手段とを備えることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載されたトルクセンサを備えてなることを特徴とする舵取装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリングホイールに加わる操舵トルク等を検出するトルクセンサ及び該トルクセンサの検出結果に基づいて電動モータを駆動し、操舵補助力を発生させる舵取装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用の舵取装置には、トルクセンサによりステアリングホイールに加わる操舵トルクを検出し、この検出した操舵トルクに応じて、電動モータを駆動して操舵補助を行ない、運転者の負担を軽減するものがある。
トルクセンサには、ステアリングホイールの軸である入力軸と出力軸とを連結する連結軸に生じる捩れ角を、磁気結合の変化に変換し、磁気結合の変化により生じるコイルのインピーダンスの変化により、ステアリングホイールに加わった操舵トルクを検出するもの、入力軸と出力軸とを連結する連結軸に生じる捩れ角を、複数のギアとカムとの組み合わせにより位置変化に変換し、変換した位置変化に応じた電気信号により、ステアリングホイールに加わった操舵トルクを検出するもの等がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したようなトルクセンサでは、製造工程において、その検出信号である電気信号の中立点の調整及びゲインの調整が必要であり、また、個々の電気信号の直線性のバラツキが生じることがあるので、機械部品の精度及び組み付け寸法の管理を厳しく行う必要があった。
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１発明では、機械部品の組み付け、検出信号の中立点調整及び検出信号のゲイン調整が容易であり、また、製品部留りが良いトルクセンサを提供することを目的とする。
第２発明では、第１発明に係るトルクセンサを使用した舵取装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るトルクセンサは、入力軸に加わるトルクを、入力軸と出力軸とを連結する連結軸に生じる捩れ角によって検出し、検出したトルクに応じて電気信号を出力するトルクセンサにおいて、前記入力軸及び出力軸夫々に取付けられている第１及び第２のギヤと、該第１及び第２のギヤの両方と噛合する第３のギヤと、第３のギヤに取付けられ、第３のギヤの回転中心に対して偏倚している偏倚部を有する偏倚体と、第３のギヤの回転に伴う偏倚体の回転に連動して移動する移動体と、該移動体の移動量に応じた電気信号を発生させる移動量出力手段と、前記移動量に応じた電気信号及び予め設定された、前記トルクに応じて出力すべき電気信号を対応させて記憶してある記憶手段と、前記移動量出力手段が発生させた電気信号及び前記記憶手段が記憶してある内容に基づき、前記出力すべき電気信号を出力する手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
このトルクセンサでは、第１及び第２のギヤが入力軸及び出力軸夫々に取付けられ、第３のギヤが第１及び第２のギヤの両方と噛合している。偏倚体は、第３のギヤに取付けられ、第３のギヤの回転中心に対して偏倚している偏倚部を有し、移動体は、第３のギヤの回転に伴う偏倚体の回転に連動して移動し、移動量出力手段は、移動体の移動量に応じた電気信号を発生させる。記憶手段は、移動体の移動量に応じた電気信号及び予め設定された、トルクに応じて出力すべき電気信号を対応させて記憶してあり、出力する手段は、移動量出力手段が発生させた電気信号及び記憶手段が記憶してある内容に基づき、前記出力すべき電気信号を出力する。これにより、機械部品の組み付け、検出信号の中立点調整及び検出信号のゲイン調整が容易となり、また、製品部留りが良くなる。また、個々の特性のバラツキが小さくなり、故障により交換した場合の調整が容易である。
【０００８】
第２発明に係る舵取装置は、請求項１に記載されたトルクセンサを備えてなることを特徴とする。
【０００９】
この舵取装置では、請求項１に記載されたトルクセンサを備えているので、トルクセンサの検出信号の中立点調整及び検出信号のゲイン調整が容易である。また、故障によりトルクセンサを交換した場合の調整が容易である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係るトルクセンサ及び舵取装置の実施の形態１の要部構成を示す縦断面図である。この舵取装置は、上部軸２の上端部に操舵輪１が取付けられ、上部軸２の下端部には第１ダウエルピン４を介して筒状の入力軸５及びこれの内側に挿入される連結軸（トーションバー）６の上端部が連結されており、連結軸６の下端部に第２ダウエルピン７を介して筒状の出力軸８が連結され、上部軸２、入力軸５及び出力軸８が軸受９，１０，１１を介してハウジング１２内に夫々回転可能に支持されている。
【００１１】
このハウジング１２内には、連結軸６を介して連結される入力軸５及び出力軸８の相対変位量により操舵トルクを検出するトルクセンサ１３と、トルクセンサ１３の検出結果に基づいて駆動される操舵補助用の電動モータ１４の回転を減速して出力軸８に伝達する減速機構１５とを備え、操舵輪１の回転に応じた舵取機構の動作を電動モータ１４の回転により補助し、舵取のための運転者の労力負担を軽減するように構成されている。また、出力軸８の下端部は、ユニバーサルジョイントを介してラックピニオン式の舵取機構に連結されている。
【００１２】
トルクセンサ１３は、入力軸５に軸長方向に移動可能として第１かさ歯車１３ａが取付けられており、出力軸８に第２かさ歯車１３ｂが固定されている。第１及び第２かさ歯車１３ａ，１３ｂは、歯部側を夫々対向させた状態で適宜距離を隔てて配置されている。３つの第３かさ歯車１３ｃ，１３ｃ，１３ｃが、第１及び第２かさ歯車１３ａ，１３ｂの周方向に１２０°ずつ隔ててこれらと噛合している。これら３つの第３かさ歯車１３ｃ，１３ｃ，１３ｃは、リング状の保持器１３ｄによって、連結軸６の軸心回りに転動可能であり、また回転中心回りに回転も可能であるように前記転動の半径方向外側の回転軸を回転可能に片持ち支持された状態で保持されている。
【００１３】
１つの第３かさ歯車１３ｃには、その回転軸に両端部が円弧面となっている一方向に長い板状のカム１３ｅ（偏倚体）が、第３かさ歯車１３ｃの回転軸の保持器１３ｄによる保持部分より外側に、その一端部を回転中心として取付けられている。カム１３ｅの上側では円環状のスライダ１３ｆが入力軸５に遊嵌されている。
【００１４】
このスライダ１３ｆは、ハウジング１２の内部で、スライダ１３ｆに対向して設けられたばね座との間に介装された第１コイルばね１３ｇによって、その上端面を付勢されていて、下端面がカム１３ｅに常に押し付けられるようになっている。スライダ１３ｆの外周には磁性体製の小片１３ｊ（移動体）が取り付けられており、ハウジング１２に固定されているトルクセンサ１３の基板１３ｋの、磁性体製の小片１３ｊに対向する位置には、磁気抵抗素子１３ｉ（ＭＲＥ）（移動量出力手段）が設けられている。
【００１５】
図２は、トルクセンサ１３の基板１３ｋ上に設けられた電気回路の構成例を示すブロック図である。この電気回路は、入力軸５に加わったトルクに応じた磁性体製の小片１３ｊの変位により生じる磁界の変化に応じた磁気抵抗素子１３ｉの出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ２１と、Ａ／Ｄコンバータ２１が変換したデジタル信号に応じたデジタル信号を出力するように、マトリクスに構成されているＥＰＲＯＭ２２（Erasable and Programmable ROM ）（記憶手段）と、ＥＰＲＯＭ２２が出力したデジタル信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａコンバータ２３（出力する手段）とを備えている。
【００１６】
図４（ａ）に示すように、入力軸５に加わったトルクに対して、トルクセンサ１３の検出信号（電気信号）の特性が目標特性（実線）のようになるべき場合に、磁気抵抗素子１３ｉの出力電圧の特性が、例えば、実機特性（破線）のようになる場合、ＥＰＲＯＭ２２は、Ａ／Ｄ変換された磁気抵抗素子１３ｉの出力電圧値（実機特性）に対して、目標特性に従う電圧値を出力するように、マトリクスに構成されている。つまり、ＥＰＲＯＭ２２は、Ａ／Ｄ変換された磁気抵抗素子１３ｉの出力電圧値をアドレスとして、そのアドレスに記憶した目標特性に従う電圧値を出力するように、トルクセンサ１３の組立時に設定され、トルクセンサ１３の、入力軸５に加わったトルクに対する検出信号の特性としては、図４（ｂ）に示すように、目標特性と略等しくなるようになっている。
【００１７】
尚、図１において、第１、第２、及び第３かさ歯車１３ａ，１３ｂ，１３ｃ間のバックラッシを減じ、またスライダ１３ｆが常に入力軸５の中心軸と平行に動作するように、第１かさ歯車１３ａ及びスライダ１３ｆの間に第２コイルばね１３ｈが配置されている。
また、スライダ１３ｆ付近のハウジング１２の一部には開口部が設けられており、この開口部を塞ぐように矩形板状の基板受け１６がその四隅をネジ止めされることによってハウジング１２に固定されている。
【００１８】
図３は、実施の形態１の舵取装置の動作を説明する為の説明図である。連結軸６が捩れずに入力軸５及び出力軸８が回転する場合には、第１及び第２かさ歯車１３ａ，１３ｂの回転差がない為、第３かさ歯車１３ｃは回転せず、入力軸５、出力軸８、及び連結軸６は一体的に回転する。
【００１９】
連結軸６が捩れて入力軸５及び出力軸８が回転する場合には、第１及び第２かさ歯車１３ａ，１３ｂに回転差が生じる。この為、第３かさ歯車１３ｃが連結軸６の捩れ相当量だけ回転して、保持器１３ｄと共に連結軸６の軸心回りに転動する。このとき、第３かさ歯車１３ｃと共にカム１３ｅも回転し、回転量に応じてスライダ１３ｆが移動する。スライダ１３ｆが移動すると、磁性体製の小片１３ｊも同様に移動し、この移動による磁気抵抗素子１３ｉ周辺の磁界の変化により、磁気抵抗素子１３ｉの抵抗値が変化する。この抵抗値の変化が磁気抵抗素子１３ｉの出力電圧の変化となって出力される。
【００２０】
磁気抵抗素子１３ｉが出力した電圧は、Ａ／Ｄコンバータ２１によりＡ／Ｄ変換され、変換されたデジタル信号はアドレスとしてＥＰＲＯＭ２２に与えられる。ＥＰＲＯＭ２２は与えられたアドレスに記憶してある値を出力する。この出力されたデジタル信号の値は、Ｄ／Ａコンバータ２３によりＤ／Ａ変換され、アナログの電圧信号として、また、トルクセンサ１３の検出信号として出力される。
【００２１】
実施の形態２．
図５は、本発明に係るトルクセンサ及び舵取装置の実施の形態２における、入力軸５に加わったトルクに対するトルクセンサ１３の検出信号の目標特性であり、トルクセンサ１３のＥＰＲＯＭ２２に記憶してある。ＥＰＲＯＭ２２は、磁気抵抗素子１３ｉの出力電圧特性に対して、同一トルクのときは、例えば、図５（ａ），（ｂ）又は（ｃ）に示すような電圧値を出力するように、マトリクスに構成されている。
【００２２】
トルクセンサ１３は、（ａ）の場合は、実施の形態１と同様に、トルク値に対して比例関係の検出信号を出力する。（ｂ）の場合は、トルク値の０付近に不感帯を有する検出信号を出力する。（ｃ）の場合は、トルク値に対して非直線関係の検出信号を出力する。その他の構成及び動作は、実施の形態１で説明したトルクセンサ及び舵取装置の構成及び動作と同様であるので、説明を省略する。
【００２３】
【発明の効果】
第１発明に係るトルクセンサによれば、機械部品の組み付け、検出信号の中立点調整及び検出信号のゲイン調整が容易となり、また、製品部留りが良くなる。また、個々の特性のバラツキが小さくなり、故障により交換した場合の調整が容易である。
【００２５】
第２発明に係る舵取装置によれば、トルクセンサの検出信号の中立点調整及び検出信号のゲイン調整が容易である。また、故障によりトルクセンサを交換した場合の調整が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトルクセンサ及び舵取装置の実施の形態１の要部構成を示す縦断面図である。
【図２】トルクセンサの基板上に設けられた電気回路の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明に係るトルクセンサ及び舵取装置の動作を説明する為の説明図である。
【図４】本発明に係るトルクセンサの動作を説明する為の説明図である。
【図５】本発明に係るトルクセンサの動作を説明する為の説明図である。
【符号の説明】
２  上部軸
５  入力軸
６  連結軸
８  出力軸
１３  トルクセンサ
１３ａ  第１かさ歯車
１３ｂ  第２かさ歯車
１３ｃ  第３かさ歯車
１３ｅ  カム（偏倚体）
１３ｆ  スライダ
１３ｇ  第１コイルばね
１３ｈ  第２コイルばね
１３ｉ  磁気抵抗素子（移動量出力手段）
１３ｊ  磁性体製の小片（移動体）
１３ｋ  基板
２１  Ａ／Ｄコンバータ
２２  ＥＰＲＯＭ（記憶手段）
２３  Ｄ／Ａコンバータ（出力する手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003675651.tif 000006