(57)【要約】    【課題】トルクを伝達する軸の剛性を十分に確保することのでき、且つ安価なトルク検出装置を提供すること。    【解決手段】トルク検出装置１５は、ステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３の周面２０に形成されて周方向Ｃに対して互いに逆向きに傾斜する第１および第２の溝２１，２２と、これらの溝２１，２２に配置される第１および第２の圧力センサ１６，１７とを備えている。ステアリングシャフト３が回転方向Ｒ１に回転されると、第１の溝２１は第１の凸部２７が設けられている部分において幅Ｗ１が拡がり、第２の溝２２は第２の凸部２８が設けられている部分において幅Ｗ２が狭まる。第２の圧力センサ１７の台形状部２９に歪みが生じて、第２の圧力センサ１７の歪みセンサ３０に歪みが生じる。ステアリングシャフト３が回転方向Ｒ２に回転されると、上記と同様の作用によって第１の圧力センサ１６の歪みセンサ３０に歪みが生じる。    【選択図】            図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルク伝達軸の周面に形成され、トルク伝達軸の周方向に対して傾斜する有底の溝と、
溝に配置された圧力センサとを備えることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項２】
請求項１において、上記溝は相対向する一対の内壁面を含み、上記圧力センサは、一対の内壁面間に介在し溝の幅の変化に応じて弾性変形する弾性部材と、弾性部材の歪みを検出する歪みセンサとを含むことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項３】
請求項１または２において、上記圧力センサは圧電素子を含むことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項４】
請求項１，２または３において、
上記溝は互いに逆向きに傾斜する第１および第２の溝を含み、
上記圧力センサは第１および第２の溝にそれぞれ配置される第１および第２の圧力センサを含むことを特徴とするトルク検出装置。
【請求項５】
トルク伝達軸としてのステアリングシャフトと、
ステアリングシャフトに負荷される操舵トルクを検出するための請求項１〜４の何れかに記載のトルク検出装置と、
トルク検出装置により検出された操舵トルクに応じた操舵捕助力を生成する操舵補助力生成手段とを備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルク検出装置およびこれを備えるパワーステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車用のパワーステアリング装置にはトルクセンサが備えられており、ステアリングシャフトに付与された操舵トルクを検出するようになっている。具体的には、ステアリングシャフトは、ステアリングホイールに連なる入力軸と、操舵機構に連なる出力軸とを備えており、両軸がトーションバーを介して互いに連結されている。これにより、入力軸と出力軸とは、操舵トルクの入力に対応して弾性的に相対回転するようになっている。そして、入力軸と出力軸との相対回転量を電磁気的に検出することで、ステアリングシャフトに付与された操舵トルクを検出する。
【０００３】
一方、ステアリングホイールに連なる入力軸と操舵機構に連なる出力軸とを、その回転方向において互いに係合し合う係合面を介して連結可能とし、その係合面間にトルク検出用の圧力センサを介装したものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、入力軸と出力軸との間のトルクの伝達は圧力センサを介して行われ、トルクの伝達の際、圧力センサは弾性的に圧縮変形される。
【特許文献１】実開昭６１−１０７６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ねじれ性を有するトーションバーを介して入力軸と出力軸とを連結すると、ステアリングシャフトとしてのねじり剛性が低下してしまう。すなわち、ステアリングホイールを介してステアリングシャフトの入力軸に付与された操舵トルクは、トーションバーが捩れた後に操舵機構へと伝達されることになり、その結果、操舵のダイレクト感が阻害されて操舵フィーリングに悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００５】
特許文献１の装置においても、ステアリングシャフトを入力軸と出力軸とに分割し、両軸間に圧力センサ、すなわち弾性体を介在させている。このため、トーションバーを用いて両軸を連結した場合と同様に、ステアリングシャフトとしてのねじり剛性が低下してしまう。
同様の課題は、パワーステアリング装置のトルク検出装置に限らず、他の一般の装置に用いられているトルク検出装置にも存在する。
【０００６】
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、トルクを伝達する軸の剛性を十分に確保することのでき、且つ安価なトルク検出装置およびこれを備えるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、トルク伝達軸の周面に形成され、トルク伝達軸の周方向に対して傾斜する有底の溝と、溝に配置された圧力センサとを備えることを特徴とするトルク検出装置を提供するものである。
本発明によれば、トルク伝達軸に付与されたトルクに応じた圧力がトルク伝達軸から圧力センサに付与されるので、付与された圧力に基づいてトルクを検出することができる。また、トルク伝達軸を単一の部材で堅固に構成して十分な剛性を確保することができる。さらに、従来の構成、すなわち、トルク伝達軸を入力軸と出力軸とに分割してトーションバーで連結する構成に比べて、部品点数を低減することができ、コスト安価である。
【０００８】
上記溝は相対向する一対の内壁面を含み、上記圧力センサは、一対の内壁面間に介在し溝の幅の変化に応じて弾性変形する弾性部材と、弾性部材の歪みを検出する歪みセンサとを含む場合がある。この場合、例えば、薄型の歪みゲージからなる歪みセンサを用いることができ、装置をコンパクトなものにすることができる。
上記圧力センサが圧電素子を含む場合には、圧力センサを溝に嵌め込む簡易な構成で、トルク伝達軸に付与されたトルクを確実に検出することができる。
【０００９】
上記溝は互いに逆向きに傾斜する第１および第２の溝を含み、上記圧力センサは第１および第２の溝にそれぞれ配置される第１および第２の圧力センサを含むことが好ましい。この場合、トルク伝達軸のトルク伝達方向に対する各圧力センサの出力を相異ならせることができ、その結果、トルク伝達軸のトルク伝達方向を正確に検出することができる。
また、本発明は、トルク伝達軸としてのステアリングシャフトと、ステアリングシャフトに負荷される操舵トルクを検出するための上記のトルク検出装置と、トルク検出装置により検出された操舵トルクに応じた操舵捕助力を生成する操舵補助力生成手段とを備えることを特徴とするパワーステアリング装置を提供するものである。
【００１０】
本発明によれば、ステアリングシャフトを単一の部材で構成して十分な剛性を確保することができる。その結果、例えば、ステアリングシャフト等を介して操舵機構に連結されたステアリングホイールに関して、ダイレクトに操舵機構に連結されているのと同様の操舵感を実現することができ、ダイレクトな操舵感を実現して良好な操舵フィーリングを達成することができる。しかも、コスト安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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にかかるトルク検出装置を備えるパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
図１を参照して、パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２に連結されるトルク伝達軸としてのステアリングシャフト３と、このステアリングシャフト３と自在継手４を介して連結される中間軸５と、この中間軸５と自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、ラックアンドピニオン機構等を含む操舵機構８とを備えている。
【００１２】
操舵機構８は、ステアリングホイール２の動作に応じて転舵輪９を転舵するためのものであり、ピニオン軸７の先端部に設けられるピニオン１０と、ピニオン１０に連なると共に車両の左右方向に延びて配置されて軸方向に移動可能な転舵軸１１と、この転舵軸１１の両端にタイロッド１２を介して結合され、転舵輪９を支持するナックルアーム１３とを備えている。
【００１３】
転舵軸１１の一部にはラック１４が形成されており、ピニオン１０が噛み合わされている。ステアリングホイール２が操作されて操舵トルクが与えられると、この操舵トルクによってステアリングシャフト３、中間軸５およびピニオン軸７が回転駆動され、この回転は、ピニオン１０およびラック１４によって転舵軸１１の軸方向の移動に変換される。転舵軸１１の軸方向への移動により、ナックルアーム１３が回動されて転舵輪９の転舵が達成される。
【００１４】
また、ステアリングホイール２（ステアリングシャフト３）に負荷される操舵トルクをトルク検出装置１５によって検出し、検出した操舵トルク等に応じて、操舵機構８に操舵捕助力が付与されるようになっている。具体的には、トルク検出装置１５は、上記のステアリングシャフト３と、第１および第２の圧力センサ１６，１７とを含んでいる。
前記したように、ステアリングホイール２に操舵トルクが付与されると、この操舵トルクはステアリングシャフト３に伝えられる。このとき、第１および第２の圧力センサ１６，１７はそれぞれ、ステアリングシャフト３に伝えられた操舵トルクに応じた信号を制御部１８に与える。
【００１５】
制御部１８は、マイクロプロセッサ等を含んでおり、上記操舵トルクに応じた信号や車速センサ（図示せず）から入力された車速検出信号等に基づいて、操舵捕助力生成手段としての操舵捕助力生成部１９の駆動を制御する。
操舵捕助力生成部１９は、操舵捕助力を生成して操舵機構８に付与するためのものであり、図示しない動力源を備えている。この動力源として、電動モータを例示することができ、また、ピストンおよびシリンダを含む油圧装置を例示することができる。操舵捕助力生成部１９は、制御部１８に駆動制御され、上記の操舵トルク等に応じた操舵捕助力を生成し、この操舵捕助力を例えば転舵軸１１から操舵機構８に与え、運転者の操舵を補助する。
【００１６】
図２は、図１の要部の模式的な斜視図である。図２を参照して、ステアリングシャフト３は、例えば、金属等により形成された単一の丸棒部材からなり、高いねじれ剛性を有している。なお、以下では、ステアリングシャフト３に関して、軸方向Ｓを単に「軸方向Ｓ」といい、周方向Ｃを単に「周方向Ｃ」という。ステアリングシャフト３の周面２０には、有底の溝からなる第１および第２の溝２１，２２が形成されている。
【００１７】
第１および第２の溝２１，２２はそれぞれ、周面２０の例えば半周に亘って形成されている。これら第１および第２の溝２１，２２は、軸方向Ｓに互いに離隔して配置されており、周方向Ｃに対して互いに逆向きに相等しい傾斜角度で傾斜している。また、各溝２１，２２の断面形状は矩形である。
図３は、ステアリングシャフト３の第１および第２の溝２１，２２周辺の一部断面側面図である。図３を参照して、第１および第２の溝２１，２２は、軸方向Ｓに直交する仮想平面Ｖ（図３において、紙面に垂直な方向に延びる平面）を中心とした略対称形状をなしている。
【００１８】
第１の溝２１の一方の内壁面２３には、他方の内壁面２４に向けて突出する山形の凸部２７が形成されている。同様に、第２の溝２２の一方の内壁面２５には、他方の内壁面２６に向けて突出する山形の凸部２８が形成されている。
第１および第２の溝２１，２２にはそれぞれ、前述の第１および第２の圧力センサ１６，１７が配置されている。これら第１および第２の圧力センサ１６，１７は、仮想平面Ｖを中心に相互に線対称に配置されている。なお、第１および第２の圧力センサ１６，１７は互いに同様の構成を有しているので、第１の圧力センサ１６について説明し、第２の圧力センサ１７の構成についての説明は省略する。
【００１９】
第１の圧力センサ１６は、弾性部材としての台形状板２９と、歪みセンサ３０とを備えている。
台形状板２９は、第１の溝２１の内壁面２３，２４間に介在しており、この溝２１の幅Ｗ１の変化に応じて弾性変形するようになっている。具体的には、台形状板２９は、一方の内壁面２４（凸部２７の設けられていない内壁面）に支持される一対の脚部３１と、一対の脚部３１に支持されて各内壁面２３，２４と略平行に延びる平板状の受圧部３２とを含んでいる。本実施の形態において、一対の脚部３１はそれぞれ、内壁面２４に固定されているが、固定されていなくても良い。受圧部３２の表面は、他方の内壁面２３の凸部２７に弾性的に接触しており、凸部２７が受圧部３２を押圧する（第１の溝２１の幅Ｗ１が狭まる）ことで、受圧部３２が撓んで台形状板２９が弾性変形する。
【００２０】
歪みセンサ３０は、例えば歪みゲージからなり、受圧部３２の裏面に貼着されて台形状板２９の受圧部３２の歪みを検出するようになっている。
以上がパワーステアリング装置１の概略構成である。次に、パワーステアリング装置１の主な動作について説明する。
図４（Ａ）は、パワーステアリング装置１の動作について説明するための模式的な一部側面図である。図４（Ａ）を参照して、ステアリングホイール２が回転方向Ｒ１に回転操作されると、ステアリングシャフト３は、操舵トルクを受けて回転方向Ｒ１に回転する。このとき、付与された操舵トルクに応じて、ステアリングシャフト３は、回転方向Ｒ１に僅かにねじれ、第１の溝２１は、第１の圧力センサ１６が設けられている部分において幅Ｗ１が拡がり（矢印Ａ１参照）、第２の溝２２は、第２の圧力センサ１７が設けられている部分において幅Ｗ２が狭まる（矢印Ａ２参照）。
【００２１】
これにより、第２の凸部２８は、第２の圧力センサ１７の台形状板２９を押圧して弾性変形させ、第２の圧力センサ１７の歪みセンサ３０に歪みを生じさせる。そして、この歪みセンサ３０は、歪みに応じた信号を制御部に出力する。
一方、図４（Ｂ）を参照して、ステアリングホイール２が回転方向Ｒ２（回転方向Ｒ１と反対の方向）に回転操作されると、ステアリングシャフト３は、操舵トルクを受けて回転方向Ｒ２に回転する。このとき、付与された操舵トルクに応じて、ステアリングシャフト３は、回転方向Ｒ２に僅かにねじれ、第１の溝２１は、第１の圧力センサ１６が設けられている部分において幅Ｗ１が狭まり（矢印Ａ３参照）、第２の溝２２は、第２の圧力センサ１７が設けられている部分において幅Ｗ２が拡がる（矢印Ａ４参照）。
【００２２】
これにより、第１の凸部２７は、第１の圧力センサ１６の台形状板２９を押圧して弾性変形させ、第１の圧力センサ１６の歪みセンサ３０に歪みを生じさせる。そして、この歪みセンサ３０は、歪みに応じた信号を制御部に出力する。
以上説明したように、本実施の形態によれば、ステアリングシャフト３に付与されたトルクに応じた圧力（押圧力）が各凸部２７，２８から対応する第１および第２の圧力センサ１６，１７に付与されるので、付与された圧力に基づいてトルクを検出することができる。またステアリングシャフト３を単一の部材で堅固に構成して十分な剛性を確保することができる。
【００２３】
さらに、従来の構成、すなわち、トルク伝達軸を入力軸と出力軸とに分割してトーションバーで連結する構成に比べて、部品点数をより低減することができ、コスト安価である。
また、各圧力センサ１６，１７に薄型の歪みゲージからなる歪みセンサ３０を用いることで、装置をコンパクトなものにすることができる。
【００２４】
さらに、第１および第２の溝２１，２２を互いに逆向きに傾斜させてこれら第１および第２の溝２１，２２にそれぞれ第１および第２の圧力センサ１６，１７を配置することで、ステアリングシャフト３のトルク伝達方向に対する各圧力センサ１６，１７の出力を相異ならせることができ、その結果、ステアリングシャフト３のトルク伝達方向を正確に検出することができる。
【００２５】
このように、ステアリングシャフト３を単一の部材で構成して十分な剛性を確保することができ、その結果、ステアリングシャフト３等を介して操舵機構８に連結されたステアリングホイール２に関して、ダイレクトに操舵機構８に連結されているのと同様の操舵感を実現することができ、ダイレクトな操舵感を実現して良好な操舵フィーリングを達成することができる。しかも、コスト安価である。
【００２６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されない。例えば、第１および第２の圧力センサ１６，１７に代えて、図５に示すように、第１および第２の圧力センサ３３，３４を設けても良い。この場合、各圧力センサ３３，３４は、圧電素子を含んでおり、対応する第１および第２の溝２１，２２に嵌め込まれている。第１の圧力センサ３３は、第１の溝２１の内壁面２３，２４に挟持されており、第２の圧力センサ３４は、第２の溝２２の内壁面２５，２６に挟持されている。
【００２７】
この場合、各圧力センサ３３，３４を対応する第１および第２の溝２１，２２に嵌め込む簡易な構成で、ステアリングシャフト３に付与された操舵トルクを確実に検出することができる。
また、図６に示すように、ステアリングシャフト３に、周方向Ｃに対して傾斜する１つの溝１００を全周に亘って環状（無端状）に形成し、この溝１００に第１および第２の圧力センサ１６Ａ，１７Ａを配置しても良い。上記溝１００は、周方向Ｃに関する半周部分が第１の溝２１Ａとされ、残りの半周部分が第２の溝２２Ａとされている。第１の圧力センサ１６Ａは、第１の溝２１Ａに配置され、第２の圧力センサ１７Ａは、第２の溝２２Ａに配置されている。この場合、ステアリングシャフト３に形成する溝の数は１つで良い。なお、第１および第２の圧力センサ１６Ａ，１７Ａに代えて、第１および第２の圧力センサ３３，３４を用いても良い。
【００２８】
その他、本発明は、パワーステアリング装置以外の他の一般の装置のトルク検出装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるトルク検出装置を備えるパワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】図１の要部の模式的な斜視図である。
【図３】ステアリングシャフトの第１および第２の溝周辺の一部断面側面図である。
【図４】パワーステアリング装置の動作について説明するための模式的な一部側面図であり、（Ａ）はステアリングシャフトが回転方向の一方に回転されたときの状態を示しており、（Ｂ）はステアリングシャフトが回転方向の他方に回転されたときの状態を示している。
【図５】本発明の他の実施の形態にかかるパワーステアリング装置の要部の一部断面側面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施の形態にかかるパワーステアリング装置の要部の模式的な斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  パワーステアリング装置
３  ステアリングシャフト（トルク伝達軸）
１５  トルク検出装置
１６  第１の圧力センサ
１７  第２の圧力センサ
１９  操舵捕助力生成部（操舵捕助力生成手段）
２０  周面
２１  第１の溝
２２  第２の溝
２３〜２６  内壁面
２９  台形状部（弾性部材）
３０  歪みセンサ
３３  第１の圧力センサ（圧電素子）
３４  第２の圧力センサ（圧電素子）
１６Ａ  第１の圧力センサ
１７Ａ  第２の圧力センサ
２１Ａ  第１の溝
２２Ａ  第２の溝
Ｃ  周方向
Ｗ１  （第１の溝の）幅
Ｗ２  （第２の溝の）幅
【図１】
2006071398.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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