(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力軸及び該入力軸にトーションバーを介して同軸的に繋がる出力軸の相対角変位量によって前記入力軸に加わるトルクを検出するトルクセンサにおいて、
前記入力軸の外周にその一端部が枢支され、その中間部が前記出力軸に相対移動を自在として係止され、且つ一端部の枢支位置を中心として入力軸及び出力軸の相対角変位に応じて揺動し、その他端部が軸長方向へ変位する伝動アームと、該伝動アームの他端部に当接し、該伝動アームの揺動に連動して前記軸長方向へ移動する移動体と、該移動体を前記伝動アームへ向けて付勢する付勢バネと、前記移動体の移動量に対応する電気的出力を発生する移動量検出器とを備え、検出した移動量から前記トルクを求めるようになしてあり、
前記伝動アームは、該伝動アームの長手方向の一つの中心線に沿って一つの長板状をなして形成され、その長手方向に沿って前記一端部、中間部、他端部がこの順に位置しており、前記中間部に、長手方向に延びる長孔状の移動案内孔を有しており、前記他端部は、長手方向に突出した半円形に湾曲しており、
前記出力軸は、該出力軸の外径方向に延びその外周が前記移動案内孔の内周に接するように前記移動案内孔に嵌められて前記伝動アームを係止するためのピンが設けられており、
前記伝動アームがその一端部を中心として一方向及び他方向のいずれかへ揺動すると、その他端部の軸長方向の位置の変位を生じ、且つ前記ピンの外周が接する移動案内孔の内周の位置が移動し、前記伝動アームが前記出力軸に相対移動自在に係止されるようになしてあり、
前記移動体は、前記伝動アームの他端部より前記軸長方向における出力軸側にあたる位置に配置され、前記出力軸の外周に挿嵌される筒部及び該筒部からラジアル方向へ突出し、前記伝動アームの他端部に当接する板部を備え、伝動アームの他端部の軸長方向の位置の変位に連動して該伝動アームの他端部の位置が変位した軸長方向に移動するようになっており、
前記入力軸にトルクが加えられて前記入力軸及び出力軸間の相対角変位を生じると、前記伝動アームが前記一端部を中心として揺動し、前記伝動アームの他端部の軸長方向の変位を生じ、該変位に応じた前記移動体の軸長方向の移動に応じて前記移動量検出器が電気的出力を発生し、該電気的出力に基づき前記入力軸に加えられたトルクを検出するように構成されていることを特徴とするトルクセンサ。
【請求項２】
前記移動体は、前記板部に前記移動量検出器と適宜の間隔を隔てて対向する移動基準部を設けてある請求項１記載のトルクセンサ。
【請求項３】
前記移動案内孔は、前記各ピンによって係止される部分が長手方向へ向けて湾曲する湾曲面であり、前記ピンは、前記伝動アームの揺動方向に適宜の間隔を隔てて配設される一対を備え、且つ前記湾曲面に接触して遊動可能とした遊動輪を有している請求項１又は２記載のトルクセンサ。
【請求項４】
舵輪に繋がる入力軸と、該入力軸に捩じれが可能なトーションバーを介して同軸的に繋がる出力軸と、前記入力軸に加わるトルクを検出するトルクセンサとを備えた舵取装置において、前記トルクセンサは、請求項１から請求項３の何れか一つに記載されてい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】
本発明は入力軸及び該入力軸にトーションバーを介して同軸的に繋がる出力軸の相対角変位量によって前記入力軸に加わるトルクを検出するトルクセンサ及びこれを用いた舵取装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用の舵取装置としては、例えば入力軸及び該入力軸にトーションバーを介して同軸的に繋がる出力軸の相対角変位量によって前記入力軸に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、該トルクセンサ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の回転を減速して前記出力軸に伝達する減速機構と、操舵輪の回転に応じた舵取機構の動作を前記電動モータの回転により補助し、舵取り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。
【０００３】
この舵取装置のトルクセンサとしては、実開平５−６５７５０号公報に記載されているように非接触式センサが知られている。
【０００４】
この非接触式センサは、入力軸及び出力軸の一方の周りに配置され、端面に矩形状の歯部が周方向に形成されている一対の磁性体製リングと、該磁性体製リングの外側に配置される環状のトルク検出コイルとを備え、前記トーションバーの捩じれに対応して前記磁性体製リングが相対回転したとき前記歯部の対向面積が変化し、トルク検出コイルのインピーダンスが変化することにより前記操舵トルクを検出するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の非接触式トルクセンサにあっては、磁性体製リングの外側に環状のトルク検出コイルが配置されているため、トルクセンサの全体がラジアル方向に大形となり、また、トルク検出コイル及び端面に矩形状の歯部が周方向に設けられている一対の磁性体製リングを備えているため、構造が複雑であり、しかも、組立ての際、磁性体製リングの歯部の対向面積及び歯部間のギャップを調整することによってトルクセンサの操舵トルク中立点が調整されるため、その組立てが行い難く、コスト高になるという問題があった。
【０００６】
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、出力軸及び入力軸の相対角変位量を、相対角変位によって揺動する伝動アームを介して移動体の移動量に変換し、該移動量に対応する電気的出力を発生する移動量検出器を備えた構成とすることにより、非接触式のトルクセンサの構造を簡単にできるとともに、組立てが行い易く、しかも、ラジアル方向の大きさを小さくすることができるトルクセンサ及び舵取装置を構成することを目的とする。
【０００７】
【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、入力軸及び該入力軸にトーションバーを介して同軸的に繋がる出力軸の相対角変位量によって前記入力軸に加わるトルクを検出するトルクセンサにおいて、前記入力軸の外周にその一端部が枢支され、その中間部が前記出力軸に相対移動を自在として係止され、且つ一端部の枢支位置を中心として入力軸及び出力軸の相対角変位に応じて揺動し、その他端部が軸長方向へ変位する伝動アームと、該伝動アームの他端部に当接し、該伝動アームの揺動に連動して前記軸長方向へ移動する移動体と、該移動体を前記伝動アームへ向けて付勢する付勢バネと、前記移動体の移動量に対応する電気的出力を発生する移動量検出器とを備え、検出した移動量から前記トルクを求めるようになしてあり、前記伝動アームは、該伝動アームの長手方向の一つの中心線に沿って一つの長板状をなして形成され、その長手方向に沿って前記一端部、中間部、他端部がこの順に位置しており、前記中間部に、長手方向に延びる長孔状の移動案内孔を有しており、前記他端部は、長手方向に突出した半円形に湾曲しており、前記出力軸は、該出力軸の外径方向に延びその外周が前記移動案内孔の内周に接するように前記移動案内孔に嵌められて前記伝動アームを係止するためのピンが設けられており、前記伝動アームがその一端部を中心として一方向及び他方向のいずれかへ揺動すると、その他端部の軸長方向の位置の変位を生じ、且つ前記ピンの外周が接する移動案内孔の内周の位置が移動し、前記伝動アームが前記出力軸に相対移動自在に係止されるようになしてあり、前記移動体は、前記伝動アームの他端部より前記軸長方向における出力軸側にあたる位置に配置され、前記出力軸の外周に挿嵌される筒部及び該筒部からラジアル方向へ突出し、前記伝動アームの他端部に当接する板部を備え、伝動アームの他端部の軸長方向の位置の変位に連動して該伝動アームの他端部の位置が変位した軸長方向に移動するようになっており、前記入力軸にトルクが加えられて前記入力軸及び出力軸間の相対角変位を生じると、前記伝動アームが前記一端部を中心として揺動し、前記伝動アームの他端部の軸長方向の変位を生じ、該変位に応じた前記移動体の軸長方向の移動に応じて前記移動量検出器が電気的出力を発生し、該電気的出力に基づき前記入力軸に加えられたトルクを検出するように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
第１発明にあっては、入力軸が回転し、出力軸及び入力軸に相対角変位が発生したとき、この相対角変位量に対応して伝動アームが一方向及び他方向のいずれかへ揺動し、この揺動に連動して移動体が移動することになり、この移動体の移動量が移動量検出器によって検出され、前記入力軸に加わるトルクを求めることができる。
また、付勢バネの力によって移動体を伝動アームに常に当接させることができるため、伝動アームの揺動量を損じることなく移動体に伝達することができ、相対角変位量に対する移動体の移動量を安定させることができる。
また、伝動アームの自由な揺動を制限し、前記相対角変位量に対応する揺動角にすることができる。また、移動体の移動方向と交差する方向への振れを小さくでき、移動体を円滑に移動させることができる。
【００１１】
第２発明に係るトルクセンサは、前記移動体は、前記板部に前記移動量検出器と適宜の間隔を隔てて対向する移動基準部を設けてあることを特徴とする。
【００１３】
第３発明に係るトルクセンサは、前記移動案内孔は、前記各ピンによって係止される部分が長手方向へ向けて湾曲する湾曲面であり、前記ピンは、前記伝動アームの揺動方向に適宜の間隔を隔てて配設される一対を備え、且つ前記湾曲面に接触して遊動可能とした遊動輪を有していることを特徴とする。
【００１４】
第３発明にあっては、相対角変位によって伝動アームが揺動し、ピンによる係止位置が変位するとき、この係止位置を湾曲面に沿って変えることができ、ピン及び移動案内孔の間に隙間を発生させることなく伝動アームを揺動させることができ、相対角変位量に対しより一層正確な移動量が得られる。
また、ピンによる係止位置が変位するとき湾曲面に接触する遊動輪が遊動し、伝動アームのピンによる抵抗を少なくすることができるため、伝動アームをより一層円滑に揺動させることができ、ピンの抵抗によるヒステリシスを低減することができる。
【００１７】
第４発明に係る舵取装置は、舵輪に繋がる入力軸と、該入力軸に捩じれが可能なトーションバーを介して同軸的に繋がる出力軸と、前記入力軸に加わるトルクを検出するトルクセンサとを備えた舵取装置において、前記トルクセンサは、第１発明から第３発明の何れか一つに記載されていることを特徴とする。
【００１８】
第４発明にあっては、トルクセンサが第１発明に係るものである場合は、トルクセンサ部分を小形化、ひいては舵取装置の全体を小形化でき、また、トルクセンサの組込みを簡易に行うことができ、コストを低減できる。また、第２発明及び第３発明に対応するトルクセンサを備えたものが得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１は実施の形態１の構成を示す断面図である。
この舵取装置は、一端部が舵取りのための操舵輪（図示せず）に連動し、他端部の中心のバー挿入孔１ａを有する入力軸１と、一端部の中心にバー挿入孔２ａを有し、その他端部に車体の左右方向へ延設されたラック軸及び該ラック軸の中途部に噛合するピニオンを有する舵取機構（図示せず）の前記ピニオンが設けられている出力軸２と、前記バー挿入孔１ａ，２ａに挿入されて入力軸１及び出力軸２を同軸的に連結し、前記操舵輪に加わる操舵トルクの作用によって捩れるトーションバー３と、該トーションバー３の捩れに応じた入力軸１及び出力軸２の相対角変位量によって前記入力軸１に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ４と、該トルクセンサ４の検出結果に基づいて駆動制御される操舵補助用の電動モータ（図示せず）と、該電動モータの回転を前記出力軸２に伝達する減速機構（図示せず）と、前記入力軸１及び出力軸２を軸受５，５を介して回転可能に支持する静止側部材（以下ハウジングという）６とを備えている。
【００２０】
入力軸１の他端部外周には第１支持環７が挿嵌固定され、出力軸２の一端部外周には第２支持環８が挿嵌固定されており、これら第１支持環７、第２支持環８及び前記ハウジング６の間に前記トルクセンサ４が設けられている。
【００２１】
このトルクセンサ４は、前記第１支持環７にラジアル方向へ突出する枢支軸９及び該枢支軸９に嵌合されたミニチュアの軸受１０を介してその一端部が枢支され、その中間部が前記第２支持環８にラジアル方向へ突設された係止部４０に相対移動を自在として係止される伝動アーム４１と、前記出力軸２の他端部外周に軸長方向へ移動自在に挿嵌支持されて前記伝動アーム４１の他端部に当接し、該伝動アーム４１に連動して軸長方向へ移動する移動体４２と、該移動体４２を前記伝動アーム４１へ向けて付勢する付勢バネ４３と、前記ハウジング６に支持され前記移動体４２の移動量に対応する電気的出力を発生する移動量検出器４４とを備えている。
【００２２】
伝動アーム４１は、一端部に丸孔を有し、長手方向中間部にその長手方向へ延びる長孔状の移動案内孔４１ａを有し、さらに他端部には半円形に湾曲し前記移動体４２に当接するカム面４１ｂを有しており、前記丸孔に挿嵌される軸受１０及び該軸受１０を支持する枢支軸９を介して前記第１支持環７に揺動を可能に枢支されている。前記移動案内孔４１ａは、その長手方向の一対の案内面が前記係止部４０に相対移動を可能に接触し、伝動アーム４１のがたつきを防止してあり、また、案内面が係止部４０に係止されることによって伝動アーム４１の自由な揺動を制限し、前記相対角変位量に対応する揺動角となるようにしてある。尚、伝動アーム４１は、第１支持環７の周方向に等配をなして複数個、好ましくは対称位置に一対設ける方がよいが、一つであってもよい。
【００２３】
移動体４２は、前記出力軸２の一端部外周に挿嵌される筒部４２ａ及び該筒部４２ａからラジアル方向へ突出し、前記伝動アーム４１のカム面４１ｂに当接する円板状の板部４２ｂを備え、該板部４２ｂの外周部に前記移動量検出器４４とラジアル方向に適宜の間隔を隔てて対向するマグネット等の一つの移動基準部４５を設けてある。また、前記筒部４２ａの周りにはコイルバネを用いてなる前記付勢バネ４３が挿嵌されており、該付勢バネ４３の一端を前記板部４２ｂで受止め、他端を出力軸２に係止された止め輪１１で受止め、前記板部４２ｂの一面を前記カム面４１ｂに常に当接させるようにしてある。
【００２４】
移動量検出器４４は、マグネチック・レジスタンス素子、ホール素子等の非接触式の磁気変位センサを用いてなり、移動量検出器４４に対し移動基準部４５の位置が入力軸１の回転中心線に沿って変位したときの磁束密度の変化量を入力軸１及び出力軸２の相対角変位量として検出するように構成されており、該移動量検出器４４にリード線１２を介してマイクロプロセッサを用いてなる制御部（図示せず）が接続されている。
【００２５】
係止部４０は、ピンを用いてなり、第２支持環８に穿設されたピン孔に打設され、前記移動案内孔４１ａに挿入されている。
【００２６】
以上の如く構成された舵取装置は、操舵輪が操舵中立点から左又は右へ回転されるとき、その操舵トルクによってトーションバー３が捩じれ、この捩じれに応じて入力軸１が出力軸２に対し相対角変位するとともに、第１支持環７が第２支持環８に対し相対角変位する。この相対角変位に伴い伝動アーム４１の係止部４０による係止位置が変わり、伝動アーム４１は枢支軸９を中心として揺動し、該伝動アーム４１のカム面４１ｂ及び移動体４２の当接位置が変わり、移動体４２は付勢バネ４３の力に打ち勝って入力軸１の回転中心に沿って移動し、移動量検出器４４に対し移動基準部４５の位置が変位し、この変位に伴う磁束密度の変化量が入力軸１及び出力軸２の相対角変位量として検出され、この移動量検出器４４の検出結果がリード線７を介して制御部に入力される。
【００２７】
このように入力軸１及び出力軸２の相対角変位量を、相対角変位によって揺動する伝動アーム４１を介して移動体４２の移動量に変換し、該移動量に対応する電気的出力を移動量検出器４４が発生することによって前記入力軸１に加わる操舵トルクを検出するため、非接触式のトルクセンサ４のラジアル方向の大きさを小さくすることができ、また、トルクセンサ４は、入力軸１に枢支された伝動アーム４１と、該伝動アーム４１に連動して移動する移動体４２と、該移動体４２に設けられる移動基準部４５と、ハウジング６に設けられた移動量検出器４４とを備えた単純な簡易構造の非接触式の磁気変位センサであるため、コイル及び磁性体製リングを備えた非接触式センサに比較してセンサの構造を非常に簡単にでき、コストを低減できる。
【００２８】
実施の形態２
図２は実施の形態２の構成を示す断面図、図３は要部の拡大断面図であって、(a) は操舵中立点の状態を示し、(b) は操舵中立点から操舵された状態を示す。実施の形態２は、前記伝動アーム４１の中間部を一つの係止部４０によって係止する代わりに、伝動アーム４１の揺動方向に適宜の間隔を隔てて配設される一対の係止部４０，４０によって相対移動可能に係止したものであり、その他の構成及び作用は実施の形態１と同じであるため、共通部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用を省略する。
【００２９】
係止部４０，４０は、一対のピンを用いてなり、前記伝動アーム４１の揺動方向に適宜の間隔を隔てて配設されている。すなわち、前記第２支持環８の外周に穿設された一対のピン孔へ一対のピンを打設することによって突設されている。
【００３０】
これら係止部４０，４０によって係止される伝動アーム４１の移動案内孔４１ａは、その一対の案内面を長手方向へ向けて湾曲する湾曲面４１ｃ，４１ｃとし、係止部４０，４０による係止位置が変位するとき、この係止位置を湾曲面に沿って変えるように構成されている。
【００３１】
この実施の形態２にあっては、入力軸１及び出力軸２の相対角変位によって伝動アーム４１が揺動し、係止部４０，４０による係止位置が変位するとき、この係止位置を湾曲面４１ｃ，４１ｃに沿って変えることができるため、図３(b) の如く係止部４０，４０及び伝動アーム４１の間に隙間を発生させることなく伝動アーム４１を揺動させることができ、相対角変位量に対しより一層正確な移動量が得られる。
【００３２】
実施の形態３
図４は実施の形態３を示す断面図である。
実施の形態３は、実施の形態２の前記一対の係止部４０，４０を、前記湾曲面４１ｃ，４１ｃに接触して遊動が可能な遊動輪４０ａ，４０ａとしたものであり、その他の構成及び作用は実施の形態１，２と同じであるため、共通部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用を省略する。
【００３３】
遊動輪４０ａ，４０ａはミニチュアの軸受を用いてなり、前記第２支持環８の外周に伝動アーム４１の揺動方向に適宜の間隔を隔てて突設された一対のピン１３，１３に嵌合保持されており、前記移動案内孔４１ａの一対の湾曲面４１ｃ，４１ｃに接触している。
【００３４】
この実施の形態３にあっては、入力軸１及び出力軸２の相対角変位によって伝動アーム４１が揺動し、係止部４０，４０による係止位置が変位するとき、この係止位置を図３(b) と同じく湾曲面４１ｃ，４１ｃに沿って変えることができるとともに、湾曲面４１ｃ，４１ｃに接触する一対の遊動輪４０ａ，４０ａが独立して遊動し、伝動アーム４１の係止部４０，４０による抵抗を少なくすることができる。このため、伝動アーム４１をより一層円滑に揺動させることができ、この伝動アーム４１に連動して移動体４２を迅速に移動させることができ、移動体４２の移動量をより一層速く検出することができる。
【００３６】
また、以上説明した実施の形態１〜３では、伝動アーム４１の中間に移動案内孔４１ａを設け、該移動案内孔４１ａに一つ又は二つの係止部４０を相対移動可能に係止させたが、その他、例えば前記係止部４０を伝動アーム４１の揺動方向に適宜の間隔を隔てて一対設け、これら係止部４０，４０の間に伝動アーム４１の中間部を位置させ、伝動アーム４１の揺動方向両側面に係止部４０，４０を相対移動可能に係止させるように構成してもよい。この場合、係止部４０，４０を案内する案内面は、前記両側面に設ける。
【００３７】
【発明の効果】
第１発明によれば、入力軸及び出力軸の相対角変位によって揺動する伝動アームと、該伝動アームに連動して移動する移動体と、該移動体の移動量に対応する電気的出力を発生する移動量検出器を備えた非接触式の簡易な構造であるため、コイル及び磁性体製リングを備えた非接触式センサに比較してトルクセンサの構造を非常に簡単にでき、組立てが行い易く、しかも、ラジアル方向の大きさを小さくすることができる。
また、伝動アームの揺動量を損じることなく移動体に伝達することができるため、相対角変位量に対する移動体の移動量を安定させることができる。
また、伝動アームの自由な揺動を制限し、前記相対角変位量に対応する揺動角にすることができる。また、移動体の移動方向と交差する方向への振れを小さくでき、移動体を円滑に移動させることができる。
【００４０】
第３発明によれば、ピンによる係止位置を湾曲面に沿って変えることができるため、ピン及び移動案内孔の間に隙間を発生させることなく伝動アームを揺動させることができ、相対角変位量に対しより一層正確な移動量が得られる。
また、伝動アームのピンによる抵抗を少なくすることができるため、伝動アームをより一層円滑に揺動させることができ、この伝動アームに連動して移動体を迅速に移動させることができ、ピンの抵抗によるヒステリシスを低減できる。
【００４２】
第４発明によれば、トルクセンサ部分を小形化、ひいては舵取装置の全体を小形化でき、また、トルクセンサの組込みを簡易に行うことができ、コストを低減できる。また、第２発明及び第３発明に対応するトルクセンサを備えたものが得られる。
【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の構成を示す断面図である。
【図２】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の構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係るトルクセンサ及び舵取装置の実施の形態２の構成を示す要部の拡大断面図であって、(a) は操舵中立点の状態を示し、(b) は操舵中立点から操舵された状態を示す。
【図４】本発明に係るトルクセンサ及び舵取装置の実施の形態３の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１      入力軸
２      出力軸
３      トーションバー
４      トルクセンサ
４０    係止部
４０ａ  遊動輪
４１    伝動アーム
４２    移動体
４２ａ  筒部
４２ｂ  板部
４３    付勢バネ
４４    移動量検出器
４５    移動基準部
【図１】
0003775940.tif 000002
【図２】
0003775940.tif 000003
【図３】
0003775940.tif 000004
【図４】
0003775940.tif 000005