(57)【要約】    【課題】ステアリングシャフトの捩じれ量を検出する従来のトルクセンサは、ステアリングシャフトにトーションバーを含む構造を必要とするうえに、ステアリングシャフトの周囲にコイルを装備する。構造が複雑で小型化が困難である。    【解決手段】ステアリング操作に応じてステアリングシャフト３にトルクが負荷されると、ステアリングシャフト３の外周の応力発光部１２ａが発光する。この光を受光した受光素子１２ｂからの出力信号をＥＣＵ１４に与える。ＥＣＵ１４では受光素子１２ｂからの信号に基づいて操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに応じて操舵補助用の電動モータ１６を駆動制御する。【選択図】  図１
2005306122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング操作に関連して応力を発生する操舵部品であって、応力に応じて発光する応力発光部を含むことを特徴とする操舵部品。
【請求項２】
応力に応じて発光する応力発光部を含みステアリング操作に応じて動力を伝達する動力伝達部材と、上記動力伝達部材の応力発光部に対向する受光素子とを備えることを特徴とするトルク検出装置。
【請求項３】
請求項２において、上記動力伝達部材はギヤを含むことを特徴とするトルク検出装置。       
【請求項４】
操舵部材の操舵トルクを検出するための請求項２又は３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る操舵トルクに応じて駆動される操舵補助用の電動モータと、電動モータの動力を舵取り機構に伝達するための伝動機構とを備えることを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操舵部品、トルク検出装置およびステアリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の電動パワーステアリング装置では、操舵トルクに応じて操舵補助用の電動モータを駆動し、電動モータの動力を操舵機構に伝達して、ステアリング操作をトルクアシストするようにしている。
従来、操舵トルクを検出するためのトルクセンサとして、ステアリングシャフトの捩じれ角に基づいてトルクを検出するセンサが一般的に用いられている。具体的には、ステアリングシャフトをトーションバーを介して相対回転可能に連結される入力軸と出力軸とに分割し、入力軸と出力軸との間の相対回転に基づき、ステアリングシャフトを取り囲む検出コイル等を用いてトルクを検出している（例えば特許文献１）。
【０００３】
ところで、家電製品等で、人間が手や指で軽く触れることにより柔らかい感触で応力発光させることが可能な複合材料が提供されている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２０００−２９２２７５号公報
【特許文献２】特開２００３−２５３２６１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、トーションバーを用いることでステアリングシャフトの捩じれ量が比較的大きくなるので、ステアリング操作時に剛性感が不足し、操舵フィーリングが悪いという問題がある。
また、上記のトルクセンサは、ステアリングシャフトの捩じれ角を確保するために、上記のトーションバーを含む構造を必要とするうえに、ステアリングシャフトの周囲にコイルを装備するため、構造が複雑であり、小型化も困難である。ひいては、ステアリング装置の構造も複雑となり、小型化が困難となる。
【０００５】
一方、ステアリング装置において、例えば騒音の原因となる操舵部品があるが、これらの操舵部品についても、実際に負荷されている応力状態を容易に把握することができれば好ましい。
本発明は上記課題を解決することのできる操舵部品、トルク検出装置および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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、ステアリング操作に関連して応力を発生する操舵部品であって、応力に応じて発光する応力発光部を含む操舵部品を提供する。この場合、ステアリング操作に関連して操舵部品に負荷される応力を操舵部品自体が発する光情報として得ることができる。したがって、例えば光センサを用いて、操舵部品に負荷される応力を容易に検出することも可能となる。操舵部品は、ステアリング操作に関連して動力を伝達する動力伝達部材、および動力伝達部材を支持する支持部材を含む概念である。
【０００７】
動力伝達部材としては、例えば、ステアリングシャフト、中間軸、ピニオン軸およびラックバー、タイロッドの他、電動モータの出力軸、電動モータの動力を伝達するための伝動機構に含まれる駆動ギヤ（例えばウォーム軸）および従動ギヤ（例えばウォームホイール）、電動モータの出力軸と駆動ギヤとを連結する継手などを示すことができる。
また、本発明は、応力に応じて発光する応力発光部を含みステアリング操作に応じて動力を伝達する動力伝達部材と、上記動力伝達部材の応力発光部に対向する受光素子とを備えるトルク検出装置を提供する。この場合、ステアリング操作に応じて動力を伝達する動力伝達部材自身が発光し、この発光による光情報を受光素子により検出することで、例えば操舵トルクを容易に検出することができる。
【０００８】
また、従来では、トーションバーを用いるためステアリングシャフトの捩じれ量が大きく、剛性感の欠如等、操舵フィーリングの問題があったが、本発明では、トーションバーを用いる必要がなく、操舵フィーリングが良い。トルク検出装置に用いる動力伝達部材としては、例えばステアリングシャフトであっても良いし、ギヤであっても良い。
また、本発明は、操舵部材の操舵トルクを検出するための上記トルク検出装置と、トルク検出装置により検出される操舵トルクに応じて駆動される操舵補助用の電動モータと、電動モータの動力を舵取り機構に伝達するための伝動機構とを備えるステアリング装置を提供する。この場合、小型で簡素な構造にて操舵フィーリングに優れるステアリング装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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電動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、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結しているステアリングシャフト３と、ステアリングシャフト３に自在継手４を介して連結される中間軸５と、中間軸５に自在継手６を介して連結されるピニオン軸７と、ピニオン軸７の端部近傍に設けられたピニオン歯７ａに噛み合うラック歯８ａを有して自動車の左右方向に延びる転舵軸としてのラックバー８とを有している。ピニオン軸７およびラックバー８により舵取り機構としてのラックアンドピニオン機構Ａが構成されている。
【００１０】
ラックバー８は車体に固定されるハウジング９内に図示しない複数の軸受を介して直線往復動自在に支持されている。ラックバー８の両端部はハウジング９の両側へ突出し、各端部にはそれぞれタイロッド１０が結合されている。各タイロッド１０は対応するナックルアーム（図示せず）を介して対応する操向輪１１に連結されている。
操舵部材２が操作されてステアリングシャフト３が回転されると、この回転がピニオン歯７ａおよびラック歯８ａによって、自動車の左右方向に沿ってのラックバー８の直線運動に変換される。これにより、操向輪１１の転舵が達成される。
【００１１】
操作トルクを検出するためのトルク検出装置としてのトルクセンサ１２が設けられおり、このトルクセンサ１２は、ステアリングシャフト３の一部の外周に設けられた被検出部としての応力発光部１２ａと、この応力発光部１２ａに対向する検出部としての受光素子１２ｂとを備える。
トルクセンサ１２のトルク検出結果は、ＥＣＵ（Electric Control Unit ：電子制御ユニット）１４に与えられる。ＥＣＵ１４では、トルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、駆動回路１５を介して操舵補助用の電動モータ１６を駆動制御する。電動モータ１６の出力回転が伝動機構としての減速機１７を介して減速されてステアリングシャフト３の他端に伝達され、さらにピニオン軸７を介してラックバー８の直線運動に変換されて、操舵が補助される。
【００１２】
減速機１７は、電動モータ１６により回転駆動される駆動ギヤとしてのウォーム軸１８と、このウォーム軸１８に噛み合うと共にステアリングシャフト３に一体回転可能に連結される従動ギヤとしてのウォームホイール１９を備える。
図２を参照して、ウォーム軸１８は電動モータ１６の出力軸２０と同軸上に配置される。ウォーム軸１８は、その軸長方向に離隔する第１および第２の端部１８ａ，１８ｂを有し、第１および第２の端部１８ａ，１８ｂ間の中間部に歯部１８ｃを有する。
【００１３】
ウォームホイール１９は、ステアリングシャフト３に一体回転可能に且つ軸方向移動不能に連結されている。ウォームホイール１９は、ステアリングシャフト３に一体回転可能に結合される環状の芯金１９ａと、芯金１９ａの周囲を取り囲み外周に歯部１９ｃを形成した合成樹脂部材１９ｂとを備える。芯金１９ａは、例えば合成樹脂部材１９ｂの樹脂成形時に金型内にインサートされるものである。
【００１４】
ウォーム軸１８およびウォームホイール１９の歯の噛み合い部分Ｂを含む領域にはグリース等の潤滑剤が充填されている。ウォーム軸１８の第１の端部１８ａと電動モータ１６の出力軸２０とは筒状の継手２１を介して同軸上に動力伝達可能に連結されている。
ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂは、対応する第１および第２の軸受２２，２３をそれぞれ介して減速機１７のハウジング１７ａに回転自在に支持されている。第１および第２の軸受２２，２３は例えば玉軸受からなる。
【００１５】
第１および第２の軸受２２，２３の内輪２４，２５が、ウォーム軸１８の第１および第２の端部１８ａ，１８ｂに一体回転可能に嵌合されている。各内輪２４，２５はそれぞれウォーム軸１８の対応する互いに逆向きの位置決め段部に当接している。第１の軸受２２の外輪２６は、ハウジング１７ａの軸受保持孔２７に回転不能に保持されている。第２の軸受２３の外輪２８は、ハウジング１７ａの軸受保持孔２９に回転不能に保持されている。
【００１６】
また、予圧調整用のねじ部材３０が、軸受保持孔２７に連なって形成されるねじ孔３１にねじ込まれることにより、第１および第２の軸受２２，２３に一括して予圧を付与すると共に、第２の軸受２３の外輪２８がハウジング１７ａの端壁１７ｂの環状の位置決め部３２に当接することで、ウォーム軸１８が軸方向に位置決めされる。調整後のねじ部材３０はロック部材３３により止定される。
【００１７】
ウォーム軸１８の一端部１８ａおよび電動モータ１６の出力軸２０が継手２１の対応する端部からそれぞれ嵌め入れられて継手２１に結合している。ウォーム軸１８の一端部１８ａは例えばスプライン嵌合により継手２１に結合され、電動モータ１６の出力軸２０は例えば圧入により継手２１に結合される。
次いで、図３を参照して、ステアリングシャフト３は、ウォームホイール１９を挟んだ両側に配置される第３および第４の軸受３４，３５により回転自在に支持されている。第３の軸受３５は、上記減速機１７のハウジング１７ａと組み合わされるハウジング３６により保持され、第４の軸受３５は減速機１７のハウジング１７ａにより保持されている。      
【００１８】
トルクセンサ１２の被検出部としての応力発光部１２ａは、ステアリングシャフト３の長手方向の所定部の外周３ａに被覆された被覆層からなる。被覆層は後述する応力発光材料を含む樹脂材料（例えばエポキシ樹脂）の塗布により形成されても良いし、応力発光材料を含むシートやフィルムを貼り付けて形成されても良い。
トルクセンサ１２の検出部としての受光素子１２ｂはハウジング３６の内周において、応力発光部１２ａに対向する位置に取り付けられている。
【００１９】
応力発光部１２ａは、応力に応じて発光する応力発光材料を有していれば良い。
応力発光材料としては、例えば炭酸ストロンチウムとアルミナ，ＺｎＳ：Ｃｕ，ＺｎＳ：Ｍｎ，スピネル構造、ＭＡl2Ｏ4 ：Ｎ（但し、Ｍ＝Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ；Ｎ＝Ｅｕ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｓｍ，Ｃｕ，Ｍｎ），Ｍ3 Ａｌ2 Ｏ6 ：Ｎ，ＭＡｌ12Ｏ19：Ｎ，メリライト系構造酸化物、Ｃａ2 Ａｌ12ＳｉＯ7 ：Ｎ，ＭＭｇＡｌ10Ｏl7：Ｎ，Ｍ3 ＭｇＳｉ2 Ｏ8 ：Ｎ（ここで、Ｍ＝Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ；Ｎ＝Ｅｕ，Ｃｅ，Ｓｍ，Ｃｕ，Ｍｎ）などを例示することができる。この種の応力発光材料の発光強度は負荷される応力に比例する特性を有する。
【００２０】
応力発光部１２ａには、上記の応力発光材料を単独で用いることもできるし、また、上記の応力発光材料とその他の物質等（例えば、アルミナ，シリカ等の無機物質、および樹脂、ゴム等の高分子有機物質）とを混合して用いることもできる。
樹脂としては、６６ナイロン等のポリアミド樹脂を例示することができる。また、ゴムとしては、シリコーンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴムなどを例示することができる。
【００２１】
上記の応力発光材料は、酸化物系のセラミックスを粉末状にしたものであり、応力発光材料のみを用いて応力発光部１２ａを形成する場合には、焼結による成形が必要である。このため、応力発光部１２ａを形成する場合には、上記の樹脂やゴムをバインダとして用いることが好ましい。
本実施の形態によれば、操舵部材２が操作されると、ステアリングシャフト３に設けられた応力発光部１２ａがステアリングシャフト３に負荷される操舵トルクに応じて発光し、この光を受光した受光素子１２ｂからの出力信号がＥＣＵ１４に与えられる。ＥＣＵ１４では受光素子１２ｂからの信号に基づいて操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクに応じて電動モータ１６を駆動制御する。
【００２２】
応力発光部１２ａと受光素子１２ｂを含むトルクセンサ１２を用いることで、従来型のトルクセンサに必要であったトーションバーを廃止することができる。したがって、ステアリングシャフト３の捩じれ量を少なくでき、剛性感のある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、応力発光部１２ａは、ステアリング操作に応じて動力を伝達する動力伝達部材の何れに設けても良く、しかも、単に動力伝達部材に被覆するのみで良いので、トルクセンサ１２および電動パワーステアリング装置１の構造を小型化、簡素化することができる。
【００２３】
なお、ステアリング操作に応じて、動力を伝達する動力伝達部材としては、ステアリングシャフト３、中間軸５、ピニオン軸７、ラックバー８、タイロッド１０、電動モータ１６の出力軸２０、継手２１、並びに減速機１７の駆動ギヤとしてのウォーム軸１８および従動ギヤとしてのウォームホイール１９などがある。
次いで、図４は本発明の別の実施の形態を示している。図４を参照して、本実施の形態では、ウォームホイール１９の合成樹脂部材１９ｂに当該合成樹脂部材１９ｂの母材の樹脂成形時に混合された応力発光材料が含まれている点にある。合成樹脂部材１９ｂの母材としては、６６ナイロン等のポリアミド樹脂を例示することができる。
【００２４】
これにより、ウォームホイール１９の合成樹脂部材１９ｂの側面１９ｃが応力発光部として機能する。検出部としての受光素子１２ｂは、減速機１７のハウジング１７ａの内面において、合成樹脂部材１９ｂの応力発光部としての側面１９ｃに対向する位置に取り付けられている。本実施の形態においても、図３の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００２５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、ステアリング操作に関連して応力を発生する操舵部品に応力発光部を設けるようにしても良い。この場合、ステアリング操作に関連して操舵部品に負荷される応力を操舵部品自体が発する光情報として得ることができる。したがって、操舵部品に負荷される応力を容易に検出することも可能となる。ここで、操舵部品とは、ステアリング操作に関連して動力を伝達する上述した動力伝達部材の他、動力伝達部材を支持する支持部材（例えば軸受、ハウジング）を含む概念である。
【００２６】
また、応力発光材料を含む樹脂として透光樹脂を用い、操舵部品の内部の応力を検出することも可能である。
また、トルクセンサ１２の検出部として、受光素子および発光素子を含む一般的な光センサを用いることもできる。この場合、発光素子からの発光により応力発光部の発光強度を向上させることができる。また、検出部としてカメラ装置等の撮像手段を用いることもできる。この場合、画像処理を施すことで複雑な応力状態の解析が可能となる。
【００２７】
減速機１７の駆動ギヤおよび従動ギヤが、互いに噛み合うベベルギヤであっても良い。また、駆動ギヤおよび従動ギヤは、ヘリカルギヤ、ハイポイドギヤであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態の電動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】電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【図３】図２のIII −III 線に沿う断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態の電動パワーステアリング装置の要部の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    電動パワーステアリング装置（ステアリング装置）
２    操舵部材（操舵部品）
３    ステアリングシャフト（操舵部品。動力伝達部材）
５    中間軸（操舵部品。動力伝達部材）
７    ピニオン軸（操舵部品。動力伝達部材）
８    ラックバー（操舵部品。動力伝達部材）
１０  タイロッド（操舵部品。動力伝達部材）
１１  操向輪（操舵部品）
１２  トルクセンサ（トルク検出装置）
１２ａ  応力発光部（被検出部）
１２ｂ  受光素子（検出部）
Ａ    舵取り機構
１６  電動モータ
１７  減速機
１７ａ  ハウジング（操舵部品）
１８  ウォーム軸（操舵部品。動力伝達部材。駆動ギヤ）
１９  ウォームホイール（操舵部品。動力伝達部材。従動ギヤ）
１９ａ  芯金
１９ｂ  合成樹脂部材
１９ｃ  側面（応力発光部。被検出部）
２０  出力軸（操舵部品。動力伝達部材）
３６  ハウジング
【図１】
2005306122.tif 000003
【図２】
2005306122.tif 000004
【図３】
2005306122.tif 000005
【図４】
2005306122.tif 000006