JP2004301508A

JP2004301508A - トルクセンサおよびそれを用いた操舵トルク検出装置

Info

Publication number: JP2004301508A
Application number: JP2003091175A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Saito; 潔齋藤; Shusaku Kawasaki; 周作川崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】構造がシンプルで組み付けが容易なトルクセンサを提供することを目的とする。
【解決手段】Ｄカット面１ａを有し、その平面部の少なくとも２ヶ所にネジ穴を設けたトーションバー１と、少なくとも２ヶ所の取付け穴３ａ、３ｂとその間に長穴３ｃを設けた金属基板３とこの上に絶縁層４を介して長穴３ｃの４隅に歪抵抗体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを設けた歪検出基板２とからなり、これをその長手方向の中心線７がトーションバー１の軸に平行になるようにネジ６ａ、６ｂで固定した構成とすることにより、シンプル構造で信頼性が高く、組み付けも容易なトルクセンサの提供が可能になる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトルクセンサに関し、例えば自動車の電動パワーステアリング装置に適したトルクセンサおよびそれを用いた操舵トルク検出装置を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車業界においてＣＯ_２削減による地球温暖化防止策の１つとしてシステムの電動化が進められており、パワーステアリングにおいても現状の油圧式から電動式への転換が主流になりつつある。電動パワーステアリングにおいては、操舵トルクをトルクセンサにより検出しモータによるアシスト量を制御している。
【０００３】
この従来のトルクセンサとしては図６に示すようなものがある。
【０００４】
図６において入力軸５０と出力軸５１とはトーションバー１を介して同軸状に連結されており、入力軸５０の下端部には第１のトルク検出リング２５と、第２のトルク検出リング２６が外周に設けられ、また出力軸５１の上端部には第３のトルク検出リング２７が同様に外周に設けられている。そして、第２、第３のトルク検出リング２６、２７の歯部２６ａ、２７ａは、トーションバー１にトルクが作用していない場合には対向している。
【０００５】
筒体２８Ａ、２８Ｂにはその円周方向に沿ってそれぞれ温度補償コイルＬ１とトルク検出コイルＬ２が設置されている。温度補償コイルＬ１は第１、第２のトルク検出リング２５、２６と、トルク検出コイルＬ２は第２、第３のトルク検出リング２６，２７とそれぞれ電磁結合している。トルク検出コイルＬ２からは、第２のトルク検出リング２６の歯部２６ａと第３のトルク検出リング２７の歯部２７ａとの対向面積、つまり磁気結合状態に相応する電圧が出力される。
【０００６】
そのため、入力軸５０を回転させてトーションバー１がねじれると、第２のトルク検出リング２６の歯部２６ａと第３のトルク検出リング２７の歯部２７ａとの対向面積が変化してトルク検出コイルＬ２のインピーダンスが変化し、その変化に応じて出力される電圧によりトーションバー１に作用したトルクを検出するものである。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば特許文献１が知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−１４９８０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のトルクセンサは構造が複雑なため信頼性の確保が困難であり、組み付け時における調整が難しいという課題があった。
【００１０】
本発明はこの課題を解決するものであり、構造がシンプルで組み付けが容易なトルクセンサおよびそれを用いた操舵トルク検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するためには、本発明は以下の構成を有するものであり、その特徴部分について列挙する。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、Ｄカット面を有し、その平面部の少なくとも２ヶ所にネジ穴を設けたトーションバーと、少なくとも２ヶ所の取付け穴とその間に長穴を設けた金属基板の上に絶縁層を介して前記長穴の４隅に歪抵抗体を設けた歪検出基板とからなり、この歪検出基板をその長手方向の中心線が前記トーションバーの軸に平行になるようにネジで固定した構成のトルクセンサであり、構造がシンプルで信頼性が高く、組み付けが容易にできるという利点を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、歪抵抗体を歪検出基板の長手方向の中心線と互いに４５°の角度をなし、かつ、それぞれが９０°の角度をなすように長穴の４隅に設置したトルクセンサであり、ねじれによる歪を効率的に検出することができ、高感度で検出精度を向上できるという利点を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、歪検出基板の長穴と取付け穴の間にＶ字状の切り込みを設け、かつ、前記長穴のある部分の幅を細くしたトルクセンサであり、応力集中効果により感度を高め、検出精度を向上できるという利点を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の発明は、歪検出基板の取付け穴を長穴に近接するように設けたトルクセンサであり、さらなる応力集中効果により感度を高め、検出精度を向上できるという利点を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１から４に記載のいずれかのトルクセンサを自動車のステアリングシャフトに設けた構成とすることにより、信頼性が高く、組み付け工数の少ない操舵トルク検出装置を実現できるという効果を有するものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を図１から図５を用いて説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるトルクセンサの分解斜視図である。
【００１９】
図１を用いて構成と組み立てについて説明する。図示していないが入力軸と出力軸の間に連結されたトーションバー１は、Ｄカット面１ａを有し、その平面部にはネジ穴１ｂ、１ｃが設けられている。金属基板３には取付け穴３ａ、３ｂが設けられ、その間に長穴３ｃが設けられている。金属基板３の上には絶縁層４が形成されており、この絶縁層４を介して長穴３ｃを囲むように歪抵抗体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄが形成されて歪検出基板２を構成している。この歪検出基板２はその長手方向の中心線がトーションバー１の軸に平行になるように、ネジ６ａ、６ｂによりネジ穴１ｂ、１ｃに固定される。
【００２０】
次に、この動作について説明する。入力軸が回転するとトーションバー１を介して出力軸も回転しようとするが、負荷による抵抗があるために入力軸との間に回転角の差が生じる。この回転角の差の分だけトーションバー１がねじれる。このとき、トーションバー１に固定された歪検出基板２において、金属基板３はねじれ変形を起こし歪が発生する。このとき、長穴３ｃは応力集中効果により歪感度を高める働きをする。歪により歪抵抗体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄの抵抗が変化するが、これらを導電パターンで電気的に接続してブリッジを構成し歪による抵抗変化を電圧変化に変換して出力させる。
【００２１】
トーションバー１は弾性範囲内であれば、出力の直線性は高く、ヒステリシスもほとんど生じない。組み立て後に十分な機械的エージングを行って組み付け等による残留応力を取り除き、その後で基準点を調整することにより精度の高いトルク検出が可能になる。組み立ては基本的に歪検出基板２をトーションバー１にネジ６ａ、６ｂで固定するだけであり、工数は極めて少ない。また、ネジ６ａ、６ｂによる固定方法は古くから自動車等の過酷な環境下においても実績があり、それ以外に複雑な構造部を持たないため信頼性も高い。
【００２２】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における歪検出基板の平面図である。以下、実施の形態１と同一の構成部品には同一符号を付し説明する。
【００２３】
歪抵抗体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは歪検出基板２の長手方向の中心線７と互いに４５°の角度をなし、かつ、それぞれが９０°の角度をなすように長穴３ｃの４隅に配置されている。この歪検出基板２は実施の形態１と同様にトーションバー１に固定され、ねじれが加わると金属基板３はねじれ変形を起こし、歪を発生する。このとき主たる歪は中心線７に対して互いに４５°をなす２方向に生じ、一方が最大引張歪、もう一方が最大圧縮歪となるため、本実施の形態２のような歪抵抗体５ａ〜５ｄの配置により効率の良い歪検出が可能となる。
【００２４】
（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における歪検出基板の平面図である。以下、実施の形態１と同一の構成部品には同一符号を付し説明する。
【００２５】
歪抵抗体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは本発明の実施の形態２と同様に長手方向の中心線７と互いに４５°の角度をなし、かつ、それぞれ９０°の角度をなすように長穴３ｃの４隅に配置されている。さらに、本実施の形態３では長穴３ｃと取付け穴３ａ、長穴３ｃと取付け穴３ｂの間に幅方向に両側からＶ字状の切り込み３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇを設け、かつ、３ｈと３ｉで示すように長穴３ｃのある部分の歪検出基板２の幅を細くした。この切り込み３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇを設けたことと３ｈ、３ｉで示すように長穴３ｃのある部分の歪検出基板２の幅を細くしたことによる応力集中効果により、歪が集中してより高い検出感度でトルクを検出することが可能になる。
【００２６】
（実施の形態４）
図４は本発明の実施の形態４における歪検出基板の平面図である。以下、実施の形態１と同一の構成部品には同一符号を付し説明する。
【００２７】
歪抵抗体５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄは本発明の実施の形態２、３と同様に長手方向の中心線７と互いに４５°の角度をなし、かつ、それぞれ９０°の角度をなすように長穴３ｃの４隅に配置されている。さらに、本発明の実施の形態３と同様に長穴３ｃと取付け穴３ａ、長穴３ｃと取付け穴３ｂの間に幅方向に両側からＶ字状の切り込み３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇを設け、かつ、３ｈと３ｉで示すように長穴３ｃのある部分の歪検出基板２の幅を細くした。さらに、本実施の形態４では取付け穴３ａと３ｂを長穴３ｃに近接するように設けた構成とした。
【００２８】
取付け穴３ａ、取付け穴３ｂの近傍でそれぞれ応力集中を起こす部分と、長穴３ｃおよびＶ字状の切り込み３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇおよび長穴３ｃのある歪検出基板２の幅を細くしたことでそれぞれ応力集中を起こす部分が重なるため、より一層歪感度は高くなり、より高い検出感度でトルクを検出することが可能になる。
【００２９】
（実施の形態５）
図５は本発明の実施の形態５における操舵トルク検出装置の概略図である。以下、実施の形態１と同一の構成部品には同一符号を付し説明する。
【００３０】
歪検出基板２を組み付けたトーションバー１の一方はステアリングホイール６０に連結され、他方は前輪６１側にある図示していないギアボックスに連結されている。また、６２は後輪であり、６３は車体である。運転者が操舵のためにステアリングホイール６０を回転させた時に、それに伴う操舵トルクをトーションバー１に取付けた歪検出基板２により検出する。電動パワーステアリングの場合は、この操舵トルクに応じて電動モータによるアシスト量を制御する。本発明のトルクセンサは従来のトルクセンサに比較して構造がシンプルで組み付けが容易なため、トータルとして信頼性が高い操舵トルク検出装置を提供することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明により構造がシンプルで信頼性が高く、かつ、組み付けが容易なトルクセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるトルクセンサの分解斜視図
【図２】本発明の実施の形態２における歪検出基板の平面図
【図３】本発明の実施の形態３における歪検出基板の平面図
【図４】本発明の実施の形態４における歪検出基板の平面図
【図５】本発明の実施の形態５における操舵トルク検出装置の概略図
【図６】従来のトルクセンサの断面図
【符号の説明】
１トーションバー
１ａＤカット面
１ｂ、１ｃネジ穴
２歪検出基板
３金属基板
３ａ、３ｂ取付け穴
３ｃ長穴
３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ切り込み
４絶縁層
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ歪抵抗体
６ａ、６ｂネジ
６０ステアリングホイール
６１前輪
６２後輪
６３車体

Claims

Ｄカット面を有し、その平面部の少なくとも２ヶ所にネジ穴を設けたトーションバーと、少なくとも２ヶ所の取付け穴とその間に長穴を設けた金属基板の上に絶縁層を介して前記長穴の４隅に歪抵抗体を設けた歪検出基板とからなり、この歪検出基板をその長手方向の中心線が前記トーションバーの軸に平行になるようにネジで固定した構成のトルクセンサ。
歪抵抗体を歪検出基板の長手方向の中心線と互いに４５°の角度をなし、かつ、それぞれが９０°の角度をなすように長穴の４隅に設置した請求項１に記載のトルクセンサ。
歪検出基板の長穴と取付け穴の間にＶ字状の切り込みを設け、かつ、前記長穴のある部分の幅を細くした請求項１に記載のトルクセンサ。
歪検出基板の取付け穴を長穴に近接するように設けた請求項１に記載のトルクセンサ。
請求項１から４に記載のいずれかのトルクセンサを自動車のステアリングシャフトに設けた操舵トルク検出装置。