(57)【要約】【課題】円筒状の両遮蔽体がシャフトの一端側で同軸的に配置され、遮蔽体の内側と遮蔽体の外側に磁石とホール素子とを配置させる構造であるために、構造が複雑になり、全体の大きさが大きくなるという課題があった。【解決手段】外周に切欠きが形成された歪歪部材を介して一対のシャフトが互いに連結されるとともに、前記スリットに歪センサーが配置され、前記一対のシャフト間に捻れ応力、引っ張り応力、圧縮応力のいずれか一つが作用したときに、前記歪歪部材が変形して前記切欠きに形状変形が発生し、この変形を前記歪を検知するセンサによって検出して前記応力を測定することを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に切欠きが形成された歪部材を介して一対のシャフトが互いに連結されるとともに、前記スリットに歪を検知するセンサが配置され、前記一対のシャフト間に捻れ応力、引っ張り応力、圧縮応力のいずれか一つが作用したときに、前記歪部材が変形して前記切欠きに形状変形が発生し、この変形を前記歪を検知するセンサによって検出して前記応力を測定することを特徴とする応力センサ。
【請求項２】
歪を検知するセンサは切欠き内の互いに対向する壁面にそれぞれ磁石と磁気センサとが配置されて構成されたことを特徴とする請求項１記載の応力センサ。
【請求項３】
歪を検知するセンサは切欠き内に電歪素子が配置されて構成されたことを特徴とする請求項１記載の応力センサ。
【請求項４】
歪部材は外周に切欠きが形成された環状形状を成しており、一対のシャフトは環状形状内の前記切欠きを挟んだ部分にそれぞれ取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の応力センサ。
【請求項５】
欠きは環状形状の一側面に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の応力センサ。
【請求項６】
切欠きは環状形状の両側面に互い違いに形成されていることを特徴とする請求項４に記載の応力センサ。
【請求項７】
切欠きは環状形状の一側面から他側面に貫通するように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の応力センサ。
【請求項８】
歪部材は外周に４個の切欠きが形成された十字状の突起形状を成しており、一対のシャフトは互いに対向する突起部分にそれぞれ取り付けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の応力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一対のシャフト間に働く捻れ、引張応力、圧縮応力のいずれか１つを検出する応力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の応力センサは様々な分野で使用される。例えば、自動車分野では自動車等の操舵輪を駆動する手段として、パワーステアリング装置が通常用いられている。このパワーステアリング装置は、図１０に示すように、運転手がハンドル２１を通じて操舵輪２２を駆動させた場合、操舵輪２２側からの反力によってその駆動力伝達機構２３内に応力が発生する。この応力を応力センサ２４によって検出し、前記応力が軽減される方向に操舵輪２２が動くように、油圧や電動モータ等のアクチュエータ２５にてアシストする手法である。
【０００３】
図１１には、従来の前記応力センサ３の一例が図示されている（例えば特許文献１）。図において、２６は中央部分に径が細く形成されたトーションバー２７が形成されたシャフトである。そのシャフト２６の一端側はハンドル２１側に機械的に連結され、他端側は駆動輪２２側に機械的に連結されている（図１０も参照）。シャフト２６の一端側には、円筒状の筒の周囲に複数のスリットが形成された遮蔽体２８がシャフト２６の一端側と連結してシャフト２６と同軸的に配置されている。又、遮蔽体２８の外側には前記スリットの数と同じ数のスリットが円筒状の筒の周囲に形成された遮蔽体２９が配置され、この遮蔽体２９はシャフト２６の他端側と機械的に連結してシャフト２６と同軸的に配置されている。また、前記遮蔽体２８の内側には磁石３０がシャフト２６と連結してシャフト２６の外側に配置され、遮蔽体２９の外側には、遮蔽体の２９に形成されたスリットを臨むようにホール素子３１が配置されている。
【０００４】
従って、シャフト２６の両端間に操舵力が発生して捻れトルクが発生すると、トーションバー２７の部分が捻れ、両端部間にトルク量に応じた捻れが発生する。この捻れが発生すると、遮蔽体２８および２９のスリット重なり割合が変化することになり、磁石３０からホール素子３１に向かう磁力線が変化することになり、この変化をホール素子３１が検知する。このホール素子３１が検出した電気信号の量を測定することにより、シャフト２６の両端に発生する捻れトルクを検出することができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４４６６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の応力センサはシャフト２６のそれぞれ端部に連結した円筒状の遮蔽体２８および２９をシャフト２６の一端側で同軸的に配置し、さらに遮蔽体２８の内側と遮蔽体２９の外側に磁石３０とホール素子３１とを配置させる構造であるために、構造が複雑になり、しかも応力センサ全体の大きさが大きくなるという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、外周に切欠きが形成された歪部材を介して一対のシャフトを互いに連結し、更に前記切欠き内に歪を検知するセンサを配置することにより、構造の簡素化および軽量化を図るものである。
【０００８】
本請求項１の発明は、外周に切欠きが形成された歪部材を介して一対のシャフトが互いに中心軸を同一にして連結されるとともに、前記スリットに歪を検知するセンサが配置され、前記一対のシャフト間に捻れ応力、引っ張り応力、圧縮応力のいずれか一つが作用したときに、前記歪部材が変形して前記切欠きに形状変形が発生し、この変形を前記歪を検知するセンサによって検出して前記応力を測定することを特徴とする。
【０００９】
本請求項２の発明は、請求項１の発明において、歪を検知するセンサは切欠き内の互いに対向する壁面にそれぞれ磁石と磁気センサとが配置されて構成されたことを特徴とする。
【００１０】
本請求項３の発明は、請求項１の発明において、歪を検知するセンサは切欠き内に電歪素子が配置されて構成されたことを特徴とする。
【００１１】
本請求項４の発明は、請求項１〜３の発明において、歪部材は外周に切欠きが形成された環状形状を成しており、一対のシャフトは環状形状内の前記切欠きを挟んだ部分にそれぞれ取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
本請求項５の発明は、請求項４の発明において、欠きは環状形状の一側面に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本請求項６の発明は、請求項４の発明において、切欠きは環状形状の両側面に互い違いに形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本請求項７の発明は、請求項４の発明において、切欠きは環状形状の一側面から他側面に貫通するように形成されていることを特徴とする。
【００１５】
本請求項８の発明は、請求項１〜３の発明において、歪部材は外周に４個の切欠きが形成された十字状の突起形状を成しており、一対のシャフトは互いに対向する突起部分にそれぞれ取り付けられていることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
【００１７】
以下本発明の一実施形態を図示した図１にて本発明を説明する。
図１において、１、２はそれぞれシャフト、３は歪部材、４は歪部材３を構成するリング、５はリング４に形成された切欠き、６はリング４の外周上に形成されたアウターリンクピン固定用穴、７はリング４の外周に形成されたインナーリンクピン固定用穴、８はアウターリンク固定ピン、９はインナーリンク固定ピン、１０はシャフト１の端部に取りつけられたコ字状のクランク、１１はクランク１０のクランク部に形成されたアウタリンク固定用穴、１２は歪を検知するセンサである。
シャフト１は例えば図示しない操舵輪等に繋がっている。シャフト２は例えば図示しないハンドル等に繋がっている。切欠き５はリング４の一側面に外周から内周に向かって貫通したスリット状に形成されている。リング４の外周には切欠き５を挟んでアウターリンクピン用孔６とインナーリンクピン用穴７とが配置されている。
【００１８】
図１（イ）に図示した歪部材３を一対のシャフト１・２に取りつける場合は、図１（ロ）に示すように、クランク１０に形成されたアウターリンク用固定孔１１と歪部材３に形成されたアウターリンク固定用孔６とにアウターリンク固定ピン８を挿入配置する。更にシャフト２の一端にはその一側面から他側面に貫通するように貫通するようにインナーリンク固定用孔が形成されており、この孔と前記歪部材３に形成されたインナーリンク固定用孔とに連通するようにインナーリンク固定ピンが配置固定される。
【００１９】
このような構成において、両シャフト１・２が互いに異なる回転方向の捻りによって作用する応力（捻り応力）、シャフト１・２が互いに軸心にそって離れる方向に作用する応力（引張応力）、シャフト１・２が互いに軸心方向に近づく方向に作用する応力（圧縮応力）が作用したとき、歪部材３がその応力に応じて変形し、切欠き５の間隔（隙間）が変化する。
【００２０】
即ち、両シャフト１・２がそれぞれ図１（ロ）に示すような方向の異なる回転モーメントが作用した場合、切欠き５が潰される方向に応力を受けるので、切欠き５は間隔が狭くなるように変形する。他方、前記と反対の回転モーメントが前記シャフト１・２に加わった場合は、切欠き５が拡張される方向の応力を受けるので、切り欠き５はその間隔が広がる。両シャフト１・２にそれらの軸方向の圧縮応力が作用した場合は、切欠きが潰される方向に応力を受けるので、切欠きは間隔が狭くなるように変形する。
【００２１】
また。両シャフト１・２にそれらの軸方向の引っ張り応力が作用した場合は、切欠き５が拡張する方向に応力を受けるので、切欠き５は間隔が広がるように変形する。従って、この切欠き５にその変形量が検知できる歪を検知するセンサ１２を配置することにより、両シャフト１・２間に加わる回転応力量、引張応力量、圧縮応力量を測定することができる。
【００２２】
図１（イ）には切欠き５の互いに離れた外周方向壁面にそれぞれ磁石１２’とホール素子等の磁気検出素子１２’’とを配置した例が示されている。図２は、磁石１２’と検出素子１２’’との間隔Ｗを横軸で表し、磁気検出素子で検出される磁気量を縦軸で表し、磁石１２’と磁気検出素子１２’’とのズレ量Ｌが異なる場合の変化をそれぞれ曲線で図示したものである。従って、上記図１の場合は間隔Ｗが最も顕著に表れる位置に磁石１２’と磁気検出素子１２’’とを配置（磁気検出素子１２’’と磁石１２’の磁極とが重なり合うような位置に配置）することにより、検出感度を高くして切欠き５の変形を検出することができる。
【００２３】
図３は歪部材３の他の例を図示したもので、切欠き５が一側面に複数個（図示の場合は４個）形成されている場合を示す。この例の場合はいずれか１の切欠き５が拡張するように変形する場合は、これと隣り合う切欠き５は縮小するように変形する。このため、こららの切欠き５・５で検出された検出信号を差動増幅器で動作させることにより、両者の検出信号差がより大きな比で変化することになり、感度を高めて応力を検出することができる。
【００２４】
図４は歪部材３の更に異なる他の例を図示したもので、切欠き５が両側面にそれぞれ形成されている場合を示す。この例の場合は一方面の切欠き５が拡張するように変形する場合は他方の面の切欠き５が縮小するように変形する。このため、図３の場合と同様に、こららの切欠き５・５で検出された検出信号を差動増幅器で動作させることにより、両者の検出信号差がより大きな比で変化することになり、感度を高めて応力を検出することができる。また、このような差動をさせることで、周囲温度が変化したことによる磁石の磁力変化が生じたり、周囲の磁気変動による磁気検出素子の出力信号に変動が起きるような場合であっても、その変動を除去することができ、センサの信頼性を向上させることができる。
【００２５】
図５は切欠き５に配置される歪を検知するセンサ１２の更に異なる他の例を図示したもので、磁気検出素子１２’’の対向する位置に２個の磁石１２’をＳＮの極が重なり合うように配置した場合を示す。これは、磁気検出素子１２’’の検出特性が、磁極１２’が変る境界域で非常に敏感に反応することを利用したもので、これにより微小変位での検出特性を向上させることが可能になる。
【００２６】
図６および図７はそれぞれ切欠き５の配置をリング４の中央部分に形成した例を示す。図６は磁石１２’と磁気検出素子１２’’とをそれぞれ切欠き５内の周方向に配置した場合である。これにより、リング４に生じる主にせん断方向の歪による変位を磁気検出素子の信号として取り出すことができる。図７は磁石１２’と磁気検出素子１２’’と磁石１２’との組み合わせを切欠き５内の周方向と直交する方向（幅方向）に配置し、更に両磁石１２’・１２’の磁極ＳＮが対向するように配置した場合を示す。これにより、磁石間の磁力線が整流され、その間に配置された磁気検出素子に加わる磁力線が強化され、その結果、磁気検出素子にて検出されるリング４の歪量を感度良く検出することができ、更に外部からの時期の影響を低減させることができる。
【００２７】
図８は切欠き３の部分に圧電素子などの電歪素子による歪を検知するセンサ１２を配置した例である。このような場合であっても、切欠き３の変形量に応じて電歪素子に発生する電気出力信号が変化するので、その信号を検出することにより歪部材３に加わる応力を検出することができる。
【００２８】
図９は歪部材３の更に異なる他の形状を示したものであり、歪部材３の外周の一部が一側面から他側面まで切り取られ、十字状の骨組に形成された例を示す。この場合においても歪部材３に加わる応力に応じて切欠き５の形状が変形するので、この変形量を歪を検知するセンサ１２で検出することにより、そこに加わる応力を測定することができる。
【００２９】
本発明は、歪部材３の外周に形成される切欠き５の個数を特定の場合のみ説明しているが、本発明は任意の数を採用して適用させることができる。
【００３０】
なお、本発明の外周に切欠き５が形成された歪部材３の材質は、金属、プラスチックなど種々のものを採用することができる。歪部材３が変形して切欠き５に形状変形が発生する量は、歪部材３の断面積、切欠き５の形状、切欠き５の個数、切欠き５の配置場所、その歪部材３を構成するヤング率などにより変化する。従って、これらの大きさおよび形状は、一対のシャフト１・２間に加わる最大応力の大きさに応じて適宜選定される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の応力センサは、外周に切欠きが形成された歪部材を介して一対のシャフトが互いに中心軸を同一にして連結されるとともに、前記スリットに歪を検知するセンサが配置された構造である。このため、歪を検知するセンサは歪部材に形成された切欠き内に配置されることになり、外径が複雑にならず小型に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を示す構成図
【図２】本発明で使用される歪を検知するセンサの一実施態様を示す特性図。
【図３】本発明で使用される歪部材の一実施態様を示す構成図。
【図４】本発明で使用される歪部材の更に異なる他の実施態様を示す構成図。
【図５】本発明で使用される歪を検知するセンサの配置の実施態様を示す構成図。
【図６】本発明で使用される歪部材の更に異なる他の実施態様を示す構成図。
【図７】本発明で使用される歪部材の更に異なる他の実施態様を示す構成図。
【図８】本発明で使用される歪を検知するセンサの更に異なる他の実施態様を示す構成図。
【図９】本発明で使用される歪部材の更に異なる他の実施態様を示す斜視図。
【図１０】従来のパワーステアリング装置の一例を示す構成図。
【図１１】従来の応力センサの１例を示す構成図
【符号の説明】
１・・・シャフト
２・・・シャフト
３・・・歪部材
４・・・リング
５・・・切欠き
６・・・アウターリンクピン固定用穴
７・・・インナーリンクピン固定用穴
８・・・アウターリンク固定ピン
９・・・インナーリンク固定ピン
１０・・・コ字状のクランク
１１・・・アウタリンク固定用穴
１２・・・歪を検知するセンサ
１２’・・・磁石
１２’’・・・磁気検出素子
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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