(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーションバーを介して相対回転可能に連結された第１及び第２の軸に負荷されるトルクを検出するトルクセンサにおいて、
上記第１の軸に一体回転可能で且つ径方向に変位自在に支持されると共に、付勢手段によって径方向内方へ付勢される変位部材と、
第２の軸と一体回転し、第１及び第２の軸の相対回転に応じてカム機構を介して変位部材を付勢手段に抗して径方向外方へ駆動する駆動部材と、
変位部材の外径部に対向し且つ変位部材との間の隙間変化に基づいてトルクを検出するトルク検出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】
上記変位部材は第１の軸の周方向に並べて複数設けられ、
上記トルク検出手段は、上記複数の変位部材の周囲を取り囲み、変位部材との間の隙間変化に伴う磁気抵抗に変化に基づいてトルクを検出する検出コイルからなることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
【請求項３】
上記トルク検出手段は変位部材との間の距離を検出する測長センサからなることを特徴とする請求項１記載のトルクセンサ。
【請求項４】
上記変位部材は板ばねからなり上記付勢手段を兼用することを特徴とする請求項１，２又は３記載のトルクセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトルクセンサに関し、例えば自動車の電動パワーステアリング装置に適用するのに好適なトルクセンサを提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の操舵輪を操作する力を補助するパワーステアリング装置として電動式のものが開発されつつある。これは操舵輪に加えられたトルクを検出し、その検出トルクに応じて、操舵機構に設けた電動機を回転させる構造となっている。
ところで、このトルク検出手段としては、例えば特開昭５９−２０８４３１  号公報に示されているトルクセンサが知られている。
【０００３】
このトルクセンサでは、トーションバーを介して連結された入力軸及び出力軸とそれぞれ一体に回転する筒体を設けると共に、これら筒体の対向端面にそれぞれ歯部を設け、互いの歯部間に入力軸の軸方向及び回転方向にそれぞれ所定の隙間を設けて対向させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、複数の筒体に歯部を加工するので、手間がかかり、製造コストが高くなっていた。また、各筒体の歯部同士は軸方向及び回転方向の双方にその位置がオーバーラップしており、歯部間の隙間の設定が検出精度に大きく影響する。また、トルク検出装置の組立時において、トルクが負荷されていないニュートラルな状態で高精度で位置決めして組み付ける必要があるが、この組み付け作業が非常に困難であった。
【０００５】
さらに、トルクがゼロの状態で前記のような歯部同士の正確な位置決めを行うことは実質的に不可能であり、このため、トルクセンサの個体間で検出特性のばらつきが大きい。
本発明は前記課題に鑑みてなされたものであり、手間のかかる加工や困難な組み付け作業をなくすことができ、検出特性のばらつきも少ないトルクセンサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための課題解決手段として、
請求項１記載の発明の態様は、トーションバーを介して相対回転可能に連結された第１及び第２の軸に負荷されるトルクを検出するトルクセンサにおいて、上記第１の軸に一体回転可能で且つ径方向に変位自在に支持されると共に、付勢手段によって径方向内方へ付勢される変位部材と、第２の軸と一体回転し、第１及び第２の軸の相対回転に応じてカム機構を介して変位部材を付勢手段に抗して径方向外方へ駆動する駆動部材と、変位部材の外径部に対向し且つ変位部材との間の隙間変化に基づいてトルクを検出するトルク検出手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
本態様では、第１及び第２の軸に相対回転が生ずると、変位部材と駆動部材の位相が相対回転し、これに伴って駆動部材がカム機構を介して変位部材を径方向外方へ変位させる。また相対回転がなくなると、付勢手段が変位部材を径方向内方へ変位させる。変位部材の変位により変位部材とトルク検出手段との間の隙間が変化し、この隙間変化に基づいてトルク検出手段がトルクを検出する。
【０００８】
このように第１及び第２の軸の相対回転をカム機構を用いて変位部材の径方向変位に変換し、この変位部材との間の隙間変化をトルクとして検出する簡単な構成なので、対向する歯部を加工し歯部同士を軸方向及び回転方向に精度良く位置決めしなければならない従来の場合と比較して、加工や組み付けが格段に容易であり、また検出特性のばらつきも少ない。
【０００９】
請求項２記載の発明の態様は、請求項１において、上記変位部材は第１の軸の周方向に並べて複数設けられ、上記トルク検出手段は、上記複数の変位部材の周囲を取り囲み、変位部材との間の隙間変化に伴う磁気抵抗に変化に基づいてトルクを検出する検出コイルからなることを特徴とするものである。
本態様では、検出コイルによって複数の変位部材の全周にわたって隙間量の変化を検出できるので、第１及び第２の軸が多少偏心していたり、変位部材及び駆動部材の対応する軸に対する取り付け誤差等が多少あったとしても、その影響を受けることなく、トルクを精度良く検出することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明の態様は、請求項１において、上記トルク検出手段は変位部材との間の距離を検出する測長センサからなることを特徴とするものである。本態様では、測長センサにて変位部材との間の距離を検出することを通じてトルクを検出する。測長センサとしては、変位部材の変位を検出する変位センサであれば良く、変位センサとしては接触式のものであっても良いし、光学式や超音波式のものであっても良い。
【００１１】
請求項４記載の発明の態様は、請求項１，２又は３において、上記変位部材は板ばねからなり上記付勢手段を兼用することを特徴とするものである。本態様では、板ばねからなる変位部材が付勢手段を兼用するので、構造を簡素化することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施の形態のトルクセンサが適用された動力舵取装置の概略縦断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。これらの図を参照して、第１の軸としての入力軸１と第２の軸としての出力軸２が同軸上に配置され、トーションバー３を介して相対回転自在に連結されている。入力軸１及び出力軸２はそれぞれ転がり軸受４，５を介して筒状のハウジング６により回転自在に支持されている。
【００１３】
入力軸１の端部には、駆動部材としてインナーリング７が一体的に固定されている。インナーリング７の外周には径方向外方へ突出する複数の凸部８が円周等配に配置されており、インナーリング７の断面は菊座状をなしている。各凸部８は断面半円状をなしており、各凸部８の頂部は入力軸１と出力軸２の軸心Ｋを中心とする円周上に位置している。
【００１４】
出力軸２の端部には、保持リング９が一体回転可能に固定されており、この保持リング９には、径方向に延びる断面矩形の複数の案内溝１０が形成されている。案内溝１０は保持リング９の外周面９ａに開放している。１１は各案内溝１０に案内されて径方向に変位する断面円弧形をなす変位部材である。
変位部材１１の外径部１２は、入力軸１及び出力軸２の軸心Ｋと同心の円周上に沿う円弧状をなしており、一方、変位部材１１の内径部１３は、入力軸１の出力軸２に対する捩じれが増す方向（図において時計回り）にいくにしたがって、軸心Ｋからの距離が短くなる曲面又は平面に形成されている。各変位部材１１の内径部１３には、駆動部材としてのインナーリング７の各凸部８の頂部がそれぞれ摺動自在に接触している。変位部材７の内径部１３とインナーリング７の凸部８とによって、カム機構Ｃが構成されている。
【００１５】
図２、変位部材を支持する機構の一部破断分解側面図である図３及び分解斜視図である図４を参照して、変位部材１１の保持リング９側の端面１４には、連結部１５を介してスライダ１６が延設され、連結部１５とスライダ１６とで断面Ｔ字形形状をなしている。スライダ１６は案内溝１０内を保持リング９の径方向に摺動する。また、案内溝１０にはスライダ１６を介して変位部材１１を径方向外方へ付勢する圧縮コイルばねからなる付勢部材１７が収容されている。案内溝１０にスライダ１６と付勢部材１７が収容された後に、保持リング９の外周面９ａに外環２１が被せられ、付勢部材１７の抜け止めとなる。付勢部材１７は外環２１の内周面とスライダ１６との間に介在し、スライダ１６を付勢する。
【００１６】
一方、環状をなして配置される複数の変位部材１１をその外径部１２との間に所定の隙間Ｓを設けて取り囲むトルク検出手段としての検出コイル１８が配置されている。検出コイル１８は、ハウジング６の内周に固定された断面コの字形形状の磁性体製の筒体１９の周溝内に巻回状態で収容保持されている。２０はハウジング６の内周溝に嵌め入れられた状態で筒体１９をハウジング６の内周の段部に止定するスナップリングである。
【００１７】
インナーリング７、保持リング９、変位部材１１、付勢部材１７及び検出コイル１８によってトルクセンサＴが構成されている。
本実施の形態では、入力軸１が出力軸２に対して図２において時計回りに回転したとすると、図５（ａ）に示すようにインナーリング７が変位部材１１に対して時計回りに回転し、カム機構Ｃの働きで変位部材１１を径方向外方へ変位させるので、変位部材１１の外径部１２と検出コイル１８との間の隙間Ｓが縮小する。
【００１８】
一方、入力軸１が出力軸２に対して図２において、反時計回りに回転したとすると、図５（ｂ）に示すようにインナーリング７が変位部材１１に対して反時計回りに回転し、カム機構Ｃが付勢部材１７による変位部材１１の径方向内方への変位を許容するので、変位部材１１の外径部１２と検出コイル１８との間の隙間Ｓが増大する。
【００１９】
このような隙間Ｓの変動によって検出コイル１８の磁気抵抗が変化しインピーダンスが変化する。このインピーダンス変化を検出コイル１８の両端の電圧として取り出し、図示しない増幅器にて増幅して、トルクに応じた出力を得ることができる。
このように、互いの間にカム機構Ｃを設けるインナーリング７及び変位部材１１、付勢部材１７並びに検出コイル１８を用いる簡単な構造にて、入力軸１及び出力軸２の相対回転を変位部材１１の径方向変位に変換し、この変位部材１１と検出コイル１８との間の隙間変化をトルクとして検出する。したがって、対向する歯部を加工し歯部同士を軸方向及び回転方向に精度良く位置決めしなければならない従来の場合と比較して、加工や組み付けが格段に容易であって製造コストも安く、また検出特性のばらつきも少ない。
【００２０】
特に、検出コイル１８が複数の変位部材１１の全周にわたって隙間量の変化を検出できるので、仮に入力軸１と出力軸２の同心度が悪かったり、インナーリング７や変位部材１１の取り付け精度が悪かったりして、隙間Ｓが全周で均一になっていなくても、その影響を受けることなく、トルクを精度良く検出することができる。
【００２１】
次いで、図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の別の実施の形態を示している。これらの図を参照して、本実施の形態が図５の実施の形態と異なるのは、変位部材として、一端２２が保持リング９の端面［図６（ａ）及び（ｂ）では図示せず］に固定端として固定される片持ち状の板ばね２３を用いた点である。この板ばね２３は、湾曲状をなし、その内径面２４及び外径面２５が軸心Ｋを中心とし板ばね２３の一端２２を通過する円周面に対して傾斜した状態で取り付けられている。すなわち、内径面２４及び外径面２５の湾曲の中心は軸心Ｋからオフセットされており、板ばね２３の弾性は板ばね２３の自由端である他端２６を軸心Ｋ側へ近づける方向に働く。図６（ａ）及び（ｂ）では他端２６を一端２２の回りに時計回りに回動させる方向に付勢力が働く。板ばね２３の内径面２４とインナーリング７の凸部８とでカム機構Ｃが構成されている。
【００２２】
本実施の形態では、板ばね２３の外径面２５と検出コイル１８との間の隙間Ｓの量の変化に伴う検出コイル１８の磁気抵抗変化に基づいてトルクを検出することができる。変位部材と付勢部材を兼用する板ばね２３を設けたので、構造を簡素化することができる。また、図１の〜図５の実施の形態で必要であった保持リング９の案内溝１０の構成や外環２１も廃止でき、構造をより簡素化することができる。
【００２３】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、例えば、図７に示すように検出コイルに代えて、変位部材１１との間の距離を検出する測長センサ２７をハウジング６の内周面に取り付けて用いても良い。この場合、測長センサ２７にて変位部材１１との間の距離（測長センサ２７がハウジング６に固定されるので、変位部材１１の変位量に相当）を周方向の１又は複数の箇所にて検出することを通じてトルクを検出する。また、変位部材は測長センサ２７の数に対応して１又は複数を設ければ良い。測長センサ２７としては、変位部材の変位を検出する変位センサであれば良く、変位センサとしては接触式のものであっても良いし、図７に示すように発光素子２８と受光素子２９とを備える光学式のものや超音波式のものであっても良い。
【００２４】
また、各実施の形態において、入力軸と出力軸の関係を逆にしても良く、その他、本発明の範囲で種々の変更を施すことができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、第１及び第２の軸の相対回転をカム機構を用いて変位部材の径方向変位に変換し、この変位部材との間の隙間変化をトルクとして検出する簡単な構成なので、対向する歯部を加工し歯部同士を軸方向及び回転方向に精度良く位置決めしなければならない従来の場合と比較して、加工や組み付けが格段に容易であり、また検出特性のばらつきも少ない。
【００２６】
請求項２記載の発明では、検出コイルによって複数の変位部材の全周にわたって隙間量の変化を検出できるので、第１及び第２の軸が多少偏心していたり、変位部材及び駆動部材の対応する軸に対する取り付け誤差等が多少あったとしても、その影響を受けることなく、トルクを精度良く検出することができる。
請求項３記載の発明では、測長センサにて変位部材との間の距離を検出することを通じてトルクを検出する。
【００２７】
請求項４記載の発明では、板ばねからなる変位部材が付勢手段を兼用するので、構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のトルクセンサが適用された動力舵取装置の要部の概略断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】変位部材とこれを支持する機構の一部破断分解側面図である。
【図４】変位部材とこれを支持する機構の分解斜視図である。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ変位部材とインナーリングとの相対回転によって変位部材が径方向に変位する状態を示す模式図である。
【図６】変位部材に板ばねを用いた、本発明の他の実施の形態のトルクセンサにおいて、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ変位部材が径方向に変位する状態を示す模式図である。
【図７】本発明の他の実施の形態のトルクセンサが適用された動力舵取装置の要部の概略断面図である。
【符号の説明】
１    入力軸
２    出力軸
３    トーションバー
６    ハウジング
７    インナーリング（駆動部材）
８    凸部
９    保持リング
１０  案内溝
１１  変位部材
１２  外径部
１３  内径部
１６  スライダ
１７  付勢部材
１８  検出コイル
２２  一端
２３  板ばね（変位部材、付勢部材）
２４  内径面
２５  外径面
２７  測長センサ
２８  発光素子
２９  受光素子
【図１】
0003571244.tif 000002
【図２】
0003571244.tif 000003
【図３】
0003571244.tif 000004
【図４】
0003571244.tif 000005
【図５】
0003571244.tif 000006
【図６】
0003571244.tif 000007
【図７】
0003571244.tif 000008