JP2000019035A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】シンプルな構成で軸方向寸法を短縮でき、検出
精度の低下を防止できるトルクセンサを提供する。 【解決手段】入力シャフト２に出力シャフト４が伝達ト
ルクに応じて弾性的かつ同軸中心に相対回転可能に連結
される。その入出力シャフト２、４の中の少なくとも一
方を囲む位置に配置されると共に入出力シャフト２、４
の径方向に変形可能な環状部材７１が、入出力シャフト
２、４の相対回転量に応じて入出力シャフト２、４の径
方向に変形するように、その入出力シャフト２、４と環
状部材７１は連結機構７３により連結される。その入出
力シャフト２、４の径方向における環状部材７１の変形
量に基づき、入出力シャフト２、４による伝達トルクに
対応する信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、伝達トルクに応じ
た入出力シャフトの相対回転に基づき、その伝達トルク
を検出するトルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】従来のト
ルクセンサとして、伝達トルクに応じて相対回転可能に
連結される入出力シャフトと、その入出力シャフトの相
対回転量に応じて軸方向移動するスライダと、そのスラ
イダの軸方向移動量に応じて伝達トルクに対応する信号
を出力する信号出力手段とを備えるものがある。

【０００３】しかし、その従来の構成では、そのスライ
ダを入出力シャフトの軸方向に移動させる必要があるた
め、その軸方向における寸法を短縮することができな
い。

【０００４】また、従来のトルクセンサとして、伝達ト
ルクに応じて相対回転可能に連結される入出力シャフト
と、入出力シャフトそれぞれに固定される磁性材製環状
部材と、両環状部材を構成部材とする磁気回路が構成さ
れるように磁束を発生するコイルと、両環状部材の端面
に周方向間隔をおいて形成される歯と、互いに対向する
歯の面積変化に応じて変化する磁気回路の磁気抵抗に対
応する信号を伝達トルクに対応する信号として出力する
信号出力手段とを備えるものがある。

【０００５】しかし、その従来の構成では、２つの環状
部材を軸方向間隔をおいて配置する必要があり、軸方向
における寸法を短縮することができない。また、伝達ト
ルクが零の時の出力が零になるように調節するために、
２つの環状部材を互いに対して周方向と軸方向において
一定位置に位置決めする必要があり、その出力調節が非
常に面倒なものになる。さらに、外力により両環状部材
の軸方向間隔が変化した場合、正確なトルクを検知でき
ない。

【０００６】本発明は、上記問題を解決することのでき
るトルクセンサを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のトルクセンサ
は、入力シャフトと、その入力シャフトに、伝達トルク
に応じて弾性的かつ同軸中心に相対回転可能に連結され
る出力シャフトと、その入出力シャフトの中の少なくと
も一方を囲む位置に配置されると共に入出力シャフトの
径方向に変形可能な環状部材と、その環状部材が入出力
シャフトの相対回転量に応じて入出力シャフトの径方向
に変形するように、その入出力シャフトと環状部材を連
結する連結機構と、その入出力シャフトの径方向におけ
る環状部材の変形量に基づき、入出力シャフトによる伝
達トルクに対応する信号を出力する信号出力手段とを備
えることを特徴とする。本発明の構成によれば、入力シ
ャフトと出力シャフトが伝達トルクに応じて相対回転す
ると、その入出力シャフトの相対回転量に応じて環状部
材が入出力シャフトの径方向に変形する。その環状部材
の変形量に基づき伝達トルクに対応する信号が出力され
る。これにより、トルクセンサの軸方向における寸法を
短縮できる。また、環状部材の軸方向における位置が外
力により変化しても出力への影響は少ない。

【０００８】その連結機構は少なくとも２つのリンクを
有し、各リンクの一端は、その入出力シャフトの中の一
方に入出力シャフトの軸心に平行な軸中心に回転可能に
連結され、各リンクの他端は、その環状部材に入出力シ
ャフトの軸心に平行な軸中心に回転可能に連結され、そ
の入出力シャフトの中の他方に、各リンクの他端を入出
力シャフトの相対回転量に応じて入出力シャフトの径方
向に変位するように案内するガイド部が形成され、各リ
ンクの他端の変位に応じて前記環状部材が変形されるの
が好ましい。この構成によれば、簡単な連結機構の構成
で環状部材を入出力シャフトの相対回転量に応じて入出
力シャフトの径方向に変形させることができる。

【０００９】その環状部材は、その入出力シャフトの軸
心と同心の円に沿って並列する３つ以上の環状部材片を
有し、相隣接する環状部材片は互いに前記円に沿って相
対移動可能に連結され、その環状部材が前記円に沿う状
態を維持できるように、少なくとも２つの環状部材片が
前記リンクの他端に連結されているのが好ましい。この
構成によれば、環状部材を入出力シャフトの軸心と同心
の円に沿った状態で円滑に径方向に変形させることがで
きる。よって、その円の周方向における任意の位置にお
いて、その環状部材の変形量に基づき伝達トルクを検出
できる。これにより、環状部材の取り付けに際して周方
向における位置決めが不要になり、組み立てを簡単化で
きる。

【００１０】その環状部材は、その入出力シャフトの径
方向に弾性変形可能な弾性部材により形成されているの
が好ましい。これにより、リンクの他端の変位に応じて
変形する環状部材を容易に形成することができる。

【００１１】その信号出力手段は、その環状部材の変形
量に応じて入出力シャフトの径方向に移動可能な検知部
と、その検知部を前記環状部材に押し付ける弾力を付与
する弾性部材と、その検知部の移動量に応じて変化する
弾力に対応する信号を伝達トルクに対応する信号として
出力する手段とを有するのが好ましい。これにより、入
出力シャフトの径方向に移動可能な検知部を介して伝達
トルクを検出でき、軸方向における寸法のコンパクト化
を図ることができる。

【００１２】その環状部材は磁性材製とされ、その信号
出力手段は、その環状部材を構成部材とする磁気回路が
構成されるように磁束を発生するコイルと、その入出力
シャフトの径方向における環状部材の変形に応じて変化
する磁気回路の磁気抵抗に対応する信号を伝達トルクに
対応する信号として出力する手段とを有するのが好まし
い。これにより、入出力シャフトの径方向における環状
部材の変形に対応する伝達トルクを、その環状部材に接
触することなく高精度に検出できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を参照して本発
明の第１実施形態を説明する。図１に示すラックピニオ
ン式パワーステアリング装置１は、ステアリングホイー
ルＨに連結される入力シャフト２と、この入力シャフト
２にトーションバー３を介して連結される出力シャフト
４とを備えている。そのトーションバー３は一端がピン
５を介して入力シャフト２に連結され、また、他端がセ
レーション６を介して出力シャフト４に連結されてい
る。これにより、その入出力シャフト２、４により操舵
トルクが伝達され、その伝達される操舵トルクに応じて
トーションバー３が捩じれることで、入出力シャフト
２、４は弾性的かつ同軸中心に相対回転可能である。

【００１４】その出力シャフト４にピニオン７が形成さ
れ、このピニオン７に噛み合うラック８が車輪（図示省
略）に連結されている。その入力シャフト２の一端側
は、ベアリング９を介してバルブハウジング１０ａによ
り支持されている。また、その入力シャフト２の他端側
は、出力シャフト４の一端側に形成された凹部に挿入さ
れ、ブッシュ１１を介して出力シャフト４により支持さ
れている。その出力シャフト４はベアリング１２、１３
を介してラックハウジング１０ｂにより支持されてい
る。これにより、操舵による入力シャフト２の回転がト
ーションバー３を介しピニオン７に伝達されると、ラッ
ク８が車両幅方向に移動し、舵角が変化する。その入出
力シャフト２、４とバルブハウジング１０ａとの間にオ
イルシール１４、１５が設けられている。また、そのラ
ック８を支持するサポートヨーク１６が設けられ、この
サポートヨーク１６はバネ１７の弾力によりラック８に
押し付けられている。

【００１５】操舵補助力を付与する油圧アクチュエータ
として油圧シリンダ１８が設けられている。その油圧シ
リンダ１８は、ラックハウジング１０ｂにより構成され
るシリンダチューブと、ラック８に一体化されるピスト
ン２０と、そのピストン２０により仕切られる一対の油
室２１、２２とを備える。各油室２１、２２にロータリ
ー式油圧制御弁２３が接続されている。その制御弁２３
は、筒状の第１バルブ部材２４と、この第１バルブ部材
２４に相対回転可能に挿入される第２バルブ部材２５と
を備えている。その第１バルブ部材２４は出力シャフト
４にピン（図示省略）を介して同行回転可能に取り付け
られている。その第２バルブ部材２５は入力シャフト２
の外周に一体的に形成されている。

【００１６】図２に示すように、第１バルブ部材２４の
内周と第２バルブ部材２５の外周とに、軸方向に沿う複
数の凹部が周方向等間隔に形成されている。その第１バ
ルブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する４つ
の右操舵用凹部２７と、互いに周方向等間隔に位置する
４つの左操舵用凹部２８とで構成される。その第２バル
ブ部材側凹部は、互いに周方向等間隔に位置する４つの
圧油供給用凹部２９と、互いに周方向等間隔に位置する
４つの圧油排出用凹部３０とで構成される。各右操舵用
凹部２７と各左操舵用凹部２８とは周方向に交互に配置
され、各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部３０と
は周方向に交互に配置される。各右操舵用凹部２７は、
第１バルブ部材２４に形成された第１流路３１およびバ
ルブハウジング１０ａに形成された第１ポート３２を介
し、図１に示すように油圧シリンダ１８の一方の油室２
１に通じる。各左操舵用凹部２８は、第１バルブ部材２
４に形成された第２流路３３およびバルブハウジング１
０ａに形成された第２ポート３４を介し、油圧シリンダ
１８の他方の油室２２に通じる。各圧油供給用凹部２９
は、第１バルブ部材２４に形成された第３流路３５およ
びバルブハウジング１０ａに形成された入口ポート３６
を介し、図１に示すようにポンプ３７に通じる。そのポ
ンプ３７は、モータ５０により駆動され、例えば、その
モータ５０の回転速度に応じた流量の圧油を吐出するベ
ーンポンプやギヤポンプにより構成できる。各圧油排出
用凹部３０は、第２バルブ部材２５に形成された第１排
出路３８、入力シャフト２とトーションバー３の内外周
間の通路４７、図１に示す入力シャフト２に形成された
第２排出路３９、及びバルブハウジング１０ａに形成さ
れた排出ポート４０を介して、タンク４１に通じる。こ
れにより、そのポンプ３７、タンク４１、及び油圧シリ
ンダ１８の各油室２１、２２は、第１バルブ部材２４と
第２バルブ部材２５の内外周間の流路４２を介して互い
に通じる。その弁間流路４２における第１バルブ部材側
凹部と第２バルブ部材側凹部の間は、両バルブ部材２
４、２５の相対回転により開度が変化する絞り部Ａ、
Ｂ、Ｃ、Ｄとされ、その絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度変
化により油圧シリンダ１８に作用する油圧が制御され
る。

【００１７】図２は、操舵が行なわれていない舵角中点
での両バルブ部材２４、２５の相対位置を示す。この状
態において、各圧油供給用凹部２９と各圧油排出用凹部
３０とは全絞り部Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを介して互いに通じる
ため、ポンプ３７から供給された圧油は直接タンク４１
へ還流する。そのため操舵補助力は発生せず、上記モー
タ５０を操舵補助に必要な操舵補助速度で駆動する必要
はない。

【００１８】舵角中点から右方へ操舵すると、操舵トル
クに応じてトーションバー３は弾性的に捩じれ、入出力
シャフト２、４と共に両バルブ部材２４、２５は弾性的
に相対回転する。その結果、各右操舵用凹部２７と各圧
油供給用凹部２９との間の絞り部Ａの開度および各左操
舵用凹部２８と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ｂ
の開度が大きくなり、各左操舵用凹部２８と各圧油供給
用凹部２９との間の絞り部Ｃの開度および各右操舵用凹
部２７と各圧油排出用凹部３０との間の絞り部Ｄの開度
が小さくなる。これにより、ポンプ３７から油圧シリン
ダ１８の一方の油室２１へ圧油が供給され、油圧シリン
ダ１８の他方の油室２２からタンク４１へ圧油が還流さ
れ、車両の右方への操舵補助力がラック８に作用する。

【００１９】舵角中点から左方へ操舵すると、各絞り部
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの開度は右方へ操舵した場合と逆に変化
するので、車両の左方への操舵補助力がラック８に作用
する。

【００２０】図１に示すように、上記モータ５０はコン
トローラ６０に接続される。そのコントローラ６０は制
御回路６１と駆動回路６２を有する。その制御回路６１
はコンピュータにより主構成され、トルクセンサ５１
と、車速センサ５３とに接続され、記憶した制御プログ
ラムに従って指示信号を駆動回路６２に出力する。その
駆動回路６２は、制御回路６１からの指示信号に応じて
モータ５０にバッテリー電源６３から駆動用電力を供給
するもので、例えば、電力制御用スイッチング素子とし
てＦＥＴ等のトランジスタを含む公知のものを用いるこ
とができる。

【００２１】そのトルクセンサ５１は、バルブハウジン
グ１０ａ内の制御弁２３とオイルシール１５との間に配
置され、そのバルブハウジング１０ａと入出力シャフト
２、４を構成要素として備え、その入出力シャフト２、
４により伝達される操舵トルクを検出する。

【００２２】図３、図４に示すように、その入力シャフ
ト２と出力シャフト４を囲む位置に環状部材７１が配置
されている。その環状部材７１は入出力シャフト２、４
の径方向に変形可能とされている。

【００２３】すなわち、その環状部材７１は、その入出
力シャフト２、４の軸心と同心の円に沿って並列する４
つの環状部材片７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄを有す
る。各環状部材片７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄは、
厚さ方向が入出力シャフト２、４の軸方向の板状であ
り、１／４円弧に沿って湾曲し、互いの周方向寸法は等
しい。それら環状部材片７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１
ｄの中で、互いに対向する第１、第２環状部材片７１
ａ、７１ｂの両端に円形孔７１ａ′、７１ｂ′が形成さ
れている。その第１、第２環状部材片７１ａ、７１ｂに
隣接する第３、第４環状部材片７１ｃ、７１ｄの両端に
長孔７１ｃ′、７１ｄ′が形成されている。各長孔７１
ｃ′、７１ｄ′の長手方向は、上記入出力シャフト２、
４の軸心と同心の円に沿う。４本の円柱形状ピン７２
が、その円形孔７１ａ′、７１ｂ′に自身の径方向への
相対移動が規制されるように挿入され、また、その長孔
７１ｃ′、７１ｄ′に上記入出力シャフト２、４の軸心
と同心の円に沿って移動可能に挿入される。なお、各ピ
ン７２の両端には抜け止め部が設けられる。これによ
り、相隣接する環状部材片は互いに上記円に沿って相対
移動可能に連結されるので、環状部材７１は入出力シャ
フト２、４の径方向に変形可能とされている。

【００２４】その環状部材７１が入出力シャフト２、４
の相対回転量に応じて入出力シャフト２、４の径方向に
変形するように、その入出力シャフト２、４と環状部材
７１は連結機構７３により連結されている。その連結機
構７３は２つのリンク７４を有する。

【００２５】各リンク７４の一端は入出力シャフト２、
４の軸心に平行な軸中心に回転可能に入力シャフト２に
連結されている。すなわち、入力シャフト２の一端に円
柱形状の２つのピン７５が固定され、一方のピン７５に
一方のリンク７４の一端が、他方のピン７５に他方のリ
ンク７４の一端が回転可能に嵌め合わされている。両ピ
ン７５の中心は入出力シャフト２、４の軸心に関して互
いに対称な位置に配置され、各ピン７５の一端にはリン
ク７４の抜け止め部が設けられ、両ピン７５の中心を通
る直線上に上記環状部材片の連結用ピン７２の中の２本
の中心が配置される。

【００２６】また、各リンク７４の他端は環状部材７１
に入出力シャフト２、４の軸心に平行な軸中心に回転可
能に連結されている。すなわち、第１環状部材片７１ａ
における両端間中央位置に回転可能に挿入された円柱形
状のピン７６に、一方のリンク７４の他端が回転可能に
嵌め合わされ、第２環状部材片７１ｂにおける両端間中
央位置に回転可能に挿入された円柱形状のピン７６に、
他方のリンク７４の他端が回転可能に嵌め合わされてい
る。両ピン７６の中心は、入出力シャフト２、４の軸心
に関して互いに対称な位置に配置される。各ピン７６の
一端には抜け止め部が設けられ、また、各ピン７６には
環状部材７１とリンク７４に対する軸方向移動を防止す
るための止め輪７７が嵌め合わされる。このように第
１、第２環状部材片７１ａ、７１ｂがリンク７４の他端
に連結されることで、環状部材７１が上記入出力シャフ
ト２、４の軸心と同心の円に沿う状態を維持できる。

【００２７】その出力シャフト４の一端面に、各リンク
７４の他端を入出力シャフト２、４の相対回転量に応じ
て入出力シャフト２、４の径方向に変位するように案内
する２つのガイド部８８が形成されている。本実施形態
では、各ガイド部８８は溝状とされ、その長手方向は入
出力シャフト２、４の径方向に沿う。各リンク７４の他
端は、各ピン７６を介して各ガイド部８８により入出力
シャフト２、４の軸心に平行な軸中心に相対回転可能か
つ入出力シャフト２、４の径方向に移動可能に案内され
る。これにより、入出力シャフト２、４が一方向に相対
回転すると、図５の（１）に示すように、各リンク７４
の他端の変位に応じて環状部材７１は直径が大きくなる
ように入出力シャフト２、４の径方向において変形し、
入出力シャフト２、４が他方向に相対回転すると、図５
の（２）に示すように、各リンク７４の他端の変位に応
じて環状部材７１は直径が小さくなるように入出力シャ
フト２、４の径方向において変形する。

【００２８】その入出力シャフト２、４の径方向におけ
る環状部材７１の変形量に基づき、入出力シャフト２、
４による伝達トルクに対応する信号を出力する信号出力
手段が設けられている。すなわち、図３に示すように、
その環状部材７１の外周に対向するボール状の検知部８
３が、上記バルブハウジング１０ａに形成された円柱状
通孔１０ａ′に入出力シャフト２、４の径方向に移動可
能に挿入されている。その検知部８３と、その通孔１０
ａ′に嵌め合わされた荷重検知センサ８４とにより、弾
性部材として本実施形態では圧縮コイルバネ８５が挟み
込まれる。そのバネ８５によって付与される弾力によ
り、その検知部８３は環状部材７１の外周に押し付けら
れる。なお検知部８３は、円柱状または角柱状であって
も良い。

【００２９】その入力シャフト２から出力シャフト４へ
のトルクの伝達によりトーションバー３が弾性的に捩れ
ることで、その伝達トルクに応じて入出力シャフト２、
４は相対回転する。その相対回転量に応じて環状部材７
１が入出力シャフト２、４の径方向において変形する
と、その変形量に応じて検知部８３は入出力シャフト
２、４の径方向に移動する。よって、その検知部８３の
移動量は入出力シャフト２、４による伝達トルクに対応
する。その検知部８３の移動量に応じて、上記バネ８５
により付与される検知部８３を環状部材７１に押し付け
る弾力は変化する。その弾力は上記荷重検知センサ８４
により検知される。これにより、その荷重検知センサ８
４は入出力シャフト２、４により伝達される操舵トルク
に対応する信号を、トルクセンサ５１の出力として上記
制御回路６１に出力する。

【００３０】その制御回路６１は、その操舵トルクに対
応するトルクセンサ５１の出力に基づいて、上記モータ
５０の回転速度を操舵補助速度にするか待機速度にする
かを判断する。すなわち、そのトルクセンサ５１により
検出された操舵トルクの検出値と予め定めて記憶した設
定値とを比較し、その検出値が設定値以上か否かを判断
する。その設定値は、操舵補助を必要とする操舵トルク
の値に基づき決定される。その検出値が設定値以上であ
れば、その制御回路６１はモータ５０の回転速度を操舵
補助速度とする指示信号を駆動回路６２に出力する。そ
の操舵補助速度は、上記ポンプ３７から送り出される圧
油の流量が操舵補助に必要な流量になるように予め設定
される速度である。その操舵補助速度は、車速センサ５
３により検知される車速に応じて変化するものとされ
る。すなわち、低車速では操舵補助力を大きくして車両
の旋回性能を向上し、高車速では操舵補助力を小さくし
て車両の走行安定性を向上できるように、その操舵補助
速度は決定される。

【００３１】その検出操舵トルクが設定値未満であれ
ば、その制御回路６１はモータ５０の回転速度を待機速
度とする指示信号を駆動回路６２に出力する。その待機
速度は、上記操舵補助速度よりも小さな予め設定される
速度であって、本実施形態では零とされるが、零よりも
大きな値であってもよい。その指示信号により、駆動回
路６２はモータ５０への電流を遮断し、これによりモー
タ５０の回転速度は待機速度になって操舵補助は解除さ
れる。

【００３２】上記構成によれば、入出力シャフト２、４
が伝達トルクに応じて相対回転すると、その入出力シャ
フト２、４の相対回転量に応じて環状部材７１が入出力
シャフト２、４の径方向に変形する。その環状部材７１
の変形量に基づき伝達トルクに対応する信号が出力され
る。これにより、トルクセンサ５１の軸方向における寸
法を大幅に短縮できる。また、環状部材７１の軸方向に
おける位置が外力により変化しても出力への影響は少な
い。また、簡単な連結機構７３の構成で環状部材７１を
入出力シャフト２、４の相対回転量に応じて入出力シャ
フト２、４の径方向に変形させることができる。また、
上記環状部材７１の構成によれば、環状部材７１を入出
力シャフト２、４の軸心と同心の円に沿った状態で円滑
に径方向に変形させることができる。よって、その円の
周方向における任意の位置において、その環状部材７１
の変形量に基づき伝達トルクを検出できる。これによ
り、環状部材７１の取り付けに際して周方向における位
置決めが不要になり、組み立てを簡単化できる。また、
入出力シャフト２、４の径方向に移動可能な検知部８３
を介して伝達トルクを検出でき、軸方向における寸法の
コンパクト化を図ることができ、上記のように油に浸漬
される箇所においても使用できる。

【００３３】以下、図６〜図８を参照して本発明の第２
実施形態を説明する。なお、第１実施形態と同様部分は
同一符号で示し、第１実施形態との相違点を説明する。

【００３４】本第２実施形態のラックピニオン式電動パ
ワーステアリング装置１０１は、ステアリングホイール
Ｈに連結される入力シャフト２と、この入力シャフト２
にトーションバー３を介して伝達トルクに応じて弾性的
かつ同軸中心に相対回転可能に連結される出力シャフト
４とを備えている。その出力シャフト４はユニバーサル
ジョイント１０５を介してピニオン７に接続され、その
ピニオン７に噛み合うラック８に操舵用車輪Ｗが連結さ
れる。これにより、操舵トルクがステアリングホイール
Ｈ、入力シャフト２、出力シャフト４、およびピニオン
７を介してラック８に伝達され、そのラック８の移動に
より車両の操舵がなされる。なお、そのトーションバー
３は第１実施形態と同様に一端は入力シャフト２に連結
され、他端が出力シャフト４に連結される。その入力シ
ャフト２の一端側はベアリング（図示省略）を介してハ
ウジング１１０により支持され、他端側は出力シャフト
４の一端側によりブッシュ１１を介して支持され、その
出力シャフト４はベアリング（図示省略）を介してハウ
ジング１１０により支持される。

【００３５】操舵補助力を付与するため、上記第１実施
形態における油圧シリンダ１８、油圧制御弁２３、ポン
プ３７、モータ５０により構成される油圧システムに代
えて、その出力シャフト４の外周にベベルギヤ１１２が
取り付けられ、このベベルギヤ１１２に噛み合うベベル
ギヤ１１５が、操舵補助用モータ１５０により回転駆動
される。

【００３６】そのモータ１５０はコントローラ１６０に
接続される。そのコントローラ１６０は制御回路１６１
と駆動回路１６２を有する。その制御回路１６１はコン
ピュータにより主構成され、入出力シャフト２、４によ
り伝達される操舵トルクを検出するトルクセンサ１５１
と、車速センサ５３とに接続される。この制御回路１６
１は、トルクセンサ１５１によって検知される操舵トル
クに応じて、そのモータ１５０の駆動電流を演算する。
すなわち、その駆動電流は検知された操舵トルクが大き
くなる程に大きな操舵補助力を発生するように定められ
る。また、その駆動電流は車速センサ５３によって検知
された車速によっても変化し、低速状態では操舵補助力
を大きくして車両の旋回性を向上し、高速状態では操舵
補助力を小さくして高速走行時の安定性を向上する。こ
の制御回路１６１は、その演算した駆動電流に対応する
指示信号を駆動回路１６２に出力する。その駆動回路１
６２は、制御回路１６１からの指示信号に応じてモータ
１５０にバッテリー電源６３から駆動用電力を供給する
もので、例えば、電力制御用スイッチング素子としてＦ
ＥＴ等のトランジスタを含む公知のものを用いることが
できる。

【００３７】図７に示すように、そのトルクセンサ１５
１は、上記入出力シャフト２、４と、この入出力シャフ
ト２、４を囲むハウジング１１０を構成要素として備
え、その入出力シャフト２、４により伝達される操舵ト
ルクを検出する。

【００３８】その入力シャフト２と出力シャフト４を囲
む位置に、図３、図４、図５の（１）、（２）に示す第
１実施形態と同様の環状部材７１が配置され、第１実施
形態と同様の連結機構７３により、その環状部材７１が
入出力シャフト２、４の相対回転量に応じて入出力シャ
フト２、４の径方向に変形するように、その入出力シャ
フト２、４と環状部材７１は連結されている。その環状
部材７１は、第１実施形態では磁性材であっても非磁性
材であってもよいが、本第２実施形態においては磁性材
製とされている。

【００３９】その入出力シャフト２、４の径方向におけ
る環状部材７１の変形量に基づき、入出力シャフト２、
４による伝達トルクに対応する信号を出力する信号出力
手段が設けられている。すなわち、そのハウジング１１
０に、磁性材製の第１コイルホルダー１３１と磁性材製
の第２コイルホルダー１３２が挿入されている。その第
１コイルホルダー１３１により磁束発生用第１検出コイ
ル１３３が保持され、第２コイルホルダー１３２により
磁束発生用第２検出コイル１３４が保持されている。そ
の第１検出コイル１３３は環状部材７１を囲む位置に配
置される。その第２検出コイル１３４は、入力シャフト
２の外周に一体化された磁性材製補償用リング１４０を
囲む位置に配置される。

【００４０】その第１コイルホルダー１３１は、第１部
材１３１Ａに第２部材１３１Ｂを嵌め合わせることで構
成され、内部に第１検出コイル１３３が挿入される。そ
の第１部材１３１Ａは、円筒状の外周壁部１３１ａと、
この外周壁部１３１ａの一端から内方に張り出す円環状
の第１側壁部１３１ｂと、この第１側壁部１３１ｂの内
周端から外周壁部１３１ａの他端に向かい延びる第１内
周壁部１３１ｃとを有する。その第２部材１３１Ｂは、
その外周壁部１３１ａの他端から内方に張り出す円環状
の第２側壁部１３１ｄと、この第２側壁部１３１ｄの内
周端から外周壁部１３１ａの一端に向かい延びる第２内
周壁部１３１ｅとを有する。その第１内周壁部１３１ｃ
と第２内周壁部１３１ｅは間隙をおいて対向し、その間
隙に環状部材７１の外周部が配置される。

【００４１】その第２コイルホルダー１３２は、第１部
材１３２Ａに第２部材１３２Ｂを嵌め合わせることで構
成され、内部に第２検出コイル１３４が挿入される。そ
の第１部材１３２Ａは、円筒状の外周壁部１３２ａと、
この外周壁部１３２ａの一端から内方に張り出す円環状
の第１側壁部１３２ｂと、この第１側壁部１３２ｂの内
周端から外周壁部１３２ａの他端に向かい延びる第１内
周壁部１３２ｃとを有する。その第２部材１３２Ｂは、
その外周壁部１３２ａの他端から内方に張り出す円環状
の第２側壁部１３２ｄと、この第２側壁部１３２ｄの内
周端から外周壁部１３２ａの一端に向かい延びる第２内
周壁部１３２ｅとを有する。その第１内周壁部１３２ｃ
と第２内周壁部１３２ｅは間隙をおいて対向し、その間
隙に補償用リング１４０の外周部が配置される。

【００４２】両コイルホルダー１３１、１３２と、両コ
イルホルダー１３１、１３２の間に配置される非磁性材
製円環状スペーサ１８０は、ハウジング１１０に嵌め合
わされる止め輪１８１、１８２により挟み込まれること
でハウジング１１０に固定される。

【００４３】各検出コイル１３３、１３４は、図８に示
す信号処理装置１４１に接続される。その信号処理装置
１４１は、例えばプリント基板上に形成される電気回路
により構成でき、抵抗１４５、１４７、発振器１４６、
差動増幅回路１４８を有し、第１検出コイル１３３は抵
抗１４５を介して発振器１４６に接続され、第２検出コ
イル１３４は抵抗１４７を介して発振器１４６に接続さ
れ、各検出コイル１３３、１３４は差動増幅回路１４８
に接続される。これにより、図７において破線Ｍ１で示
すように、第１検出コイル１３３が第１コイルホルダー
１３１および環状部材７１を通過する磁束を発生し、そ
の第１コイルホルダー１３１および環状部材７１を構成
部材として含む第１磁気回路が構成される。また、破線
Ｍ２で示すように、第２検出コイル１３４が第２コイル
ホルダー１３２および補償用リング１４０を通過する磁
束を発生し、その第２コイルホルダー１３２および補償
用リング１４０を構成部材として含む第２磁気回路が構
成される。

【００４４】その入力シャフト２から出力シャフト４へ
のトルクの伝達によりトーションバー３が弾性的に捩れ
ることで、その伝達トルクに応じて入出力シャフト２、
４は相対回転する。その相対回転量に応じて環状部材７
１が入出力シャフト２、４の径方向において変形すると
第１磁気回路における磁気抵抗が変化する。その磁気抵
抗の変化により、第１検出コイル１３３の出力が変化す
るように上記信号処理装置１４１における電気回路のイ
ンピーダンスが変化する。これにより、その信号処理装
置１４１は入出力シャフト２、４により伝達されるトル
クに対応する信号を上記制御回路１６１に出力する。ま
た、上記補償用リング１４０の外周直径は、入出力シャ
フト２、４によりトルクが伝達されていない状態におい
て、第１検出コイル１３３の出力と第２検出コイル１３
４の出力とが等しくなるように設定される。これによ
り、温度変動による第１検出コイル１３３の出力変動
は、温度変動による第２検出コイル１３４の出力変動に
等しくなるので差動増幅回路１４８により打ち消され、
伝達トルクの検出値の温度による変動が補償される。

【００４５】上記構成によれば、入出力シャフト２、４
が伝達トルクに応じて相対回転すると、その入出力シャ
フト２、４の相対回転量に応じて環状部材７１が入出力
シャフト２、４の径方向に変形する。その環状部材７１
の変形量に基づき伝達トルクに対応する信号が出力され
る。これにより、トルクセンサ１５１の軸方向における
寸法を短縮できる。また、環状部材７１の軸方向におけ
る位置が外力により変化しても出力への影響は少ない。
また、簡単な連結機構７３の構成で環状部材７１を入出
力シャフト２、４の相対回転量に応じて入出力シャフト
２、４の径方向に変形させることができる。また、上記
環状部材７１の構成によれば、環状部材７１を入出力シ
ャフト２、４の軸心と同心の円に沿った状態で円滑に径
方向に変形させることができる。よって、その円の周方
向における任意の位置において、その環状部材７１の変
形量に基づき伝達トルクを検出できる。これにより、環
状部材７１の取り付けに際して周方向における位置決め
が不要になり、組み立てを簡単化できる。また、入出力
シャフト２、４の径方向における環状部材７１の変形に
対応する伝達トルクを、その環状部材７１に接触するこ
となく高精度に検出できる。

【００４６】図９に示す変形例においては、上記各実施
形態における環状部材７１に代えて、環状部材７１′を
弾性変形可能な弾性部材により形成し、各実施形態と同
様の連結機構７３により入出力シャフト２、４を環状部
材７１′に連結している。この変形例の環状部材７１′
の材質としては、ゴムや合成樹脂等を用いることがで
き、また、上記第２実施形態に適用する場合は磁性粉末
を混入することで磁性材製の弾性部材とすることができ
る。この変形例の環状部材７１′の外周は、入出力シャ
フト２、４によりトルクが伝達されていない状態で円に
沿い、トルク伝達により入出力シャフト２、４が一方向
に相対回転すると、各リンク７４の他端の変位に応じて
各リンク７４の他端を結ぶ直線方向を長径方向とする楕
円形状に沿い、トルク伝達により入出力シャフト２、４
が他方向に相対回転すると、各リンク７４の他端の変位
に応じて各リンク７４の他端を結ぶ直線方向を短径方向
とする楕円形状に沿うように、入出力シャフト２、４の
径方向において変形する。

【００４７】本発明は上記実施形態や変形例に限定され
ない。例えば、連結機構の各リンクの一端を出力シャフ
トに連結し、各リンクの他端を入力シャフトの相対回転
量に応じて入出力シャフトの径方向に変位するように案
内するガイド部を入力シャフトに形成するようにしても
よい。また、環状部材は入出力シャフトの何れか一方の
みを囲む位置に配置されていればよい。また、環状部材
片の数は入出力シャフトの径方向に変形可能であれば特
に限定されない。また、連結機構のリンクの数は２つに
限定されず、その環状部材が入出力シャフトの相対回転
量に応じて入出力シャフトの径方向に変形するように定
めればよい。そのリンクの他端を案内するガイド部は溝
状に限定されず、例えば凸状であってもよい。さらに、
本発明が適用されるトルクセンサの用途は特に限定され
ず、操舵トルクの変化速度から操舵の緊急度を求めるた
めに操舵トルクを検知したり、操舵トルク以外のトルク
を検知するために用いてもよい。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、シンプルな構成で軸方
向寸法を短縮でき、検出精度の低下を防止できるトルク
センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態のトルクセンサを搭載し
たパワーステアリング装置の縦断面図

【図２】図１のＩＩ‐ＩＩ線断面図

【図３】本発明の第１実施形態のトルクセンサの要部の
断面図

【図４】図３のＩＶ‐ＩＶ線断面図

【図５】（１）、（２）は、本発明の第１実施形態のト
ルクセンサの作用説明用断面図

【図６】本発明の第２実施形態のトルクセンサを搭載し
たパワーステアリング装置の構成説明図

【図７】本発明の第２実施形態のトルクセンサの要部の
断面図

【図８】本発明の第２実施形態のトルクセンサの信号処
理装置を示す図

【図９】本発明の各実施形態の環状部材の変形例を示す
断面図

【符号の説明】

１ パワーステアリング装置 ２ 入力シャフト ４ 出力シャフト ５０ モータ ５１ トルクセンサ ６０ コントローラ ７１ 環状部材 ７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ 環状部材片 ７１′ 環状部材 ７３ 連結機構 ７４ リンク ８３ 検知部 ８４ 荷重検知センサ ８５ バネ ８８ ガイド部 １３３ 第１検出コイル １４１ 信号処理装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力シャフトと、 その入力シャフトに、伝達トルクに応じて弾性的かつ同
   軸中心に相対回転可能に連結される出力シャフトと、 その入出力シャフトの中の少なくとも一方を囲む位置に
   配置されると共に入出力シャフトの径方向に変形可能な
   環状部材と、 その環状部材が入出力シャフトの相対回転量に応じて入
   出力シャフトの径方向に変形するように、その入出力シ
   ャフトと環状部材を連結する連結機構と、 その入出力シャフトの径方向における環状部材の変形量
   に基づき、入出力シャフトによる伝達トルクに対応する
   信号を出力する信号出力手段とを備えることを特徴とす
   るトルクセンサ。
2. 【請求項２】 その連結機構は少なくとも２つのリンク
   を有し、 各リンクの一端は、その入出力シャフトの中の一方に入
   出力シャフトの軸心に平行な軸中心に回転可能に連結さ
   れ、各リンクの他端は、その環状部材に入出力シャフト
   の軸心に平行な軸中心に回転可能に連結され、 その入出力シャフトの中の他方に、各リンクの他端を入
   出力シャフトの相対回転量に応じて入出力シャフトの径
   方向に変位するように案内するガイド部が形成され、 各リンクの他端の変位に応じて前記環状部材が変形され
   る請求項１に記載のトルクセンサ。
3. 【請求項３】 その環状部材は、その入出力シャフトの
   軸心と同心の円に沿って並列する３つ以上の環状部材片
   を有し、 相隣接する環状部材片は互いに前記円に沿って相対移動
   可能に連結され、 その環状部材が前記円に沿う状態を維持できるように、
   少なくとも２つの環状部材片が前記リンクの他端に連結
   されている請求項２に記載のトルクセンサ。
4. 【請求項４】 その環状部材は、その入出力シャフトの
   径方向に弾性変形可能な弾性部材により形成されている
   請求項２に記載のトルクセンサ。
5. 【請求項５】 その信号出力手段は、その環状部材の変
   形量に応じて入出力シャフトの径方向に移動可能な検知
   部と、その検知部を前記環状部材に押し付ける弾力を付
   与する弾性部材と、その検知部の移動量に応じて変化す
   る弾力に対応する信号を伝達トルクに対応する信号とし
   て出力する手段とを有する請求項１〜４の中の何れかに
   記載のトルクセンサ。
6. 【請求項６】 その環状部材は磁性材製とされ、その信
   号出力手段は、その環状部材を構成部材とする磁気回路
   が構成されるように磁束を発生するコイルと、その入出
   力シャフトの径方向における環状部材の変形に応じて変
   化する磁気回路の磁気抵抗に対応する信号を伝達トルク
   に対応する信号として出力する手段とを有する請求項１
   〜４の中の何れかに記載のトルクセンサ。