JP2010002325A - トルク検出装置及びパワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１，第２軸間に生じる捩れ角度を大きくすることなく回転トルクを検出することができるトルク検出装置を提供し、操舵感を向上することができるパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】同軸的に連結された第１，第２軸１，２に加えられる回転トルクを検出するトルク検出装置１０において、第１，第２軸１，２に相互に係合すべく夫々設けられた第１，第２の係合部１１，２１間に圧力センサ４，４を設け、圧力センサ４，４により検出された圧力値に基づいて回転トルクを求めるようにしてある。圧力センサ４，４を第１，第２の係合部１１，２１間に設けてあるから、第１，第２軸１，２間に生じる捩れ角度を大きくすることなく回転トルクを検出することができる。トルク検出装置１０を用いることによりステアリング軸に生じる捩れ角度を大きくすることなく操舵トルクを検出することができ、パワーステアリング装置の操舵感を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トルク検出装置及び該トルク検出装置を備えるパワーステアリング装置に関する。

パワーステアリング装置は、ステアリングホイール等の操舵部材の回転操作に応じて操舵補助用のモータ等のアクチュエータを駆動し、該アクチュエータが発生する操舵補助力を舵取機構に伝えて操舵を補助するように構成してある。このように構成されたパワーステアリング装置は、一般に、アクチュエータの駆動制御に用いるべく操舵部材に加えられる操舵トルク（回転トルク）を検出するトルク検出装置を備えている。このトルク検出装置は、操舵部材の回転操作を舵取機構に伝えるステアリング軸（操舵軸）の中途に設けてある。

従来、広く用いられているトルク検出装置は、操舵トルクの作用によりステアリング軸に生じる捩れ角度を検出対象としている。具体的には、トルク検出装置は、ステアリング軸の中途に設けられ、操舵部材側の入力軸である第１軸と舵取機構側の出力軸である第２軸とをトーションバーにより連結してなる連結部において前記トーションバーの捩れ角度、換言すると第１，第２軸間に生じる捩れ角度を適宜の手段により検出するように構成してある（例えば、特許文献１，２参照）。

この捩れ角度の検出手段は、従来、種々提案されている。特許文献１においては、検出手段として、磁性体の回転子と巻線が施された固定子とが同軸をなして相対回転するとき、固定子の巻線のインダクタンスが回転子の回転角度に応じて変化することを利用したレゾルバを用いている。特許文献１に記載のトルク検出装置は、第１，第２軸夫々にレゾルバを設け、第１，第２軸の回転に応じて夫々のレゾルバが出力する周期的な信号に基づいて得られた夫々の回転角度の差から捩れ角度を求め、操舵トルクを検出するようにしてある。また、特許文献２においては、検出手段として、円筒磁石と軟磁性体とが同軸をなして相対回転するとき、円筒磁石と軟磁性体との間に形成される磁気回路の磁束が相対回転に応じて変化することを利用した磁束検出手段を用いている。特許文献２に記載のトルク検出装置は、第１軸及び第２軸の一方に円筒磁石を、他方に軟磁性体であるヨークリングを夫々設け、第１，第２軸の相対回転に応じてヨークリングに生じる磁束を磁束検出手段により検出し、この検出結果を用いて前記捩れ角度を求め、操舵トルクを検出するようにしてある。
特開２００３−２７９４２７号公報 特開２００５−６９９９４号公報

特許文献１及び２に開示されたトルク検出装置を備えるパワーステアリング装置においては、操舵トルクの検出精度を高めることを目的として、捩れ角度を大とすべくトーションバーを低剛性にしている。このため、トーションバーがダンパーの働きをし、路面状態が操舵部材に伝わりにくいという状況が生じたり、操舵部材を操作するときに若干の時間遅れを伴って舵取機構が反応したりというような状況が生じ、操舵感が悪化するという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、第１，第２軸間に生じる捩れ角度を大きくすることなく回転トルクを検出することができるトルク検出装置を提供し、更に該トルク検出装置を用いることにより、操舵感を向上することができるパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

第１発明に係るトルク検出装置は、同軸的に連結された第１，第２軸に加えられる回転トルクを検出するトルク検出装置において、前記第１，第２軸を連結し、該第１，第２軸の相対回転に応じて回転方向に弾性変形可能な筒状の連結体と、前記第１，第２軸に相互に係合すべく夫々設けられた第１，第２の係合部と、該第１，第２の係合部間の回転方向に作用する作用力を検出する検出手段と、該検出手段により検出された作用力に基づいて前記回転トルクを算出する算出手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係るトルク検出装置は、前記検出手段は、前記第１，第２の係合部間に設けられ、前記第１，第２軸に加えられる回転トルクに応じて前記第１，第２の係合部の一方から他方に加わる圧力を検出する圧力センサを備えることを特徴とする。

第３発明に係るトルク検出装置は、前記検出手段は、前記第１，第２の係合部に設けられ、前記第１，第２軸に加えられる回転トルクに応じて前記第１，第２の係合部に発生する応力を検出する応力センサを備えることを特徴とする。

第４発明に係るトルク検出装置は、前記第１，第２の係合部の一方には、他方に向けて突設された当接突起が設けてあり、前記応力センサは、他方の係合部の前記当接突起が当接する位置の近傍に設けてあることを特徴とする。

第５発明に係るトルク検出装置は、前記第１，第２軸は、互いの側に該第１，第２軸間の相対回転を制限すべく夫々設けられた第１，第２のストッパ部を有していることを特徴とする。

第６発明に係るパワーステアリング装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクを、前記操舵部材の操作に伴って回転する操舵軸の中途に設けられたトルク検出装置により検出し、検出された操舵トルクに応じてアクチュエータを駆動し、該アクチュエータが発生する操舵補助力を舵取機構に加えて操舵を補助するパワーステアリング装置において、前記トルク検出装置は、前述の発明に記載のトルク検出装置であることを特徴とする。

第１発明によれば、第１，第２軸に加えられる回転トルクに応じて、該回転トルクに応じた力が第１，第２の係合部間に作用する。第１，第２の係合部及び回転方向に弾性変形可能な筒状の連結体を適切に設けることにより、第１，第２軸間に生じる捩れ角度を大きくすることなく、連結体により連結された第１，第２軸全体の剛性を高くすることができ、かつ前記力を検出手段により検出して、回転トルクを検出することが可能となる。

第２発明によれば、第１，第２の係合部間に圧力センサを設けており、第１，第２軸に加えられる回転トルクに応じて、回転トルクが加えられた側の係合部から第１，第２の係合部間に設けられた圧力センサに力が加わる。第１，第２の係合部間に圧力センサを設けるという簡易な構成により、圧力センサに集中して作用する作用力を検出して、回転トルクを高精度に検出することができる。

第３発明によれば、第１，第２の係合部に応力センサを設けており、第１，第２軸に加えられる回転トルクに応じて、回転トルクが加えられた側の係合部から他の側の係合部に作用力が加わる。第１，第２の係合部に応力センサを設けるという簡易な構成により、第１，第２の係合部に発生する応力を検出して、回転トルクを検出することができる。

第４発明によれば、第１，第２の係合部の一方に他方に向けて突設された当接突起を設け、当接突起が当接する他方の係合部の当接部位近傍に応力センサを設けているから、前記当接突起から他方の係合部に集中して作用する作用力により生じる応力を応力センサにより高精度に検出することができ、回転トルクを高精度に検出することができる。

第５発明によれば、例えば、第１，第２軸に過大な回転トルクが加えられたときに、第１，第２のストッパ部が係合することにより第１，第２軸間の相対回転が制限されるから、検出手段を保護することが可能となる。

第６発明によれば、操舵部材に加えられる操舵トルクを前述の発明に記載のトルク検出装置により検出しているから、前記操舵トルクに応じて生じるステアリング軸の捩り角度を小さくすることができ、ステアリング軸の剛性が向上するとともに、操舵感を向上することができる。

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、本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置の外観斜視図である。図２は実施の形態１に係るトルク検出装置の分解斜視図である。図３は、実施の形態１に係るトルク検出装置の概略縦断面図である。

図示のトルク検出装置１０は、同一直径の円筒形状を有する第１軸１及び第２軸２と、該第１軸１及び第２軸２を同軸的に連結する連結体３と、第１軸１及び第２軸２に加えられる回転トルクを検出する検出手段を構成する圧力センサ４，４とを備えている。第１軸１には、一側の端縁に軸長方向に突設された第１の係合部１１が設けてある。第１の係合部１１は、第１軸１の一端面に鈍角をなして該一端面の２カ所から互いに近接する方向に延びる２つの斜面１１ａ，１１ｂと、２つの斜面１１ａ，１１ｂ間を連結し、前記一端面に平行をなす平面１１ｃとを有する台形状の凸部である。また、第１軸１には、一側の端縁に軸長方向に突設された第１のストッパ部１２が設けてある。第１のストッパ部１２は、第１軸１の一端面に直角をなして該一端面の２ヶ所から平行をなして延びる２つの平面１２ａ，１２ｂと、２つの平面１２ａ，１２ｂ間を連結し、前記一端面に平行をなす平面１２ｃとを有する矩形状の凸部である。なお、第１のストッパ部１２は第１の係合部１１と適長離隔した周方向位置に設けてある。

第２軸２には、一側の端縁に第２の係合部２１が設けてある。第２の係合部２１は、第２軸２の一端面に鈍角をなして該一端面の２カ所から互いに近接する方向に延びる２つの斜面２１ａ，２１ｂと、２つの斜面２１ａ，２１ｂ間を連結し、前記一端面に平行をなす平面２１ｃとを有する台形状の凹部である。第２の係合部２１と第１の係合部１１とは略同一形状にしてある。また、第２軸２には、一側の端縁に第２のストッパ部２２が設けてある。第２のストッパ部２２は、第２軸２の一端面に直角をなして該一端面の２ヶ所から平行をなして延びる２つの平面２２ａ，２２ｂと、２つの平面２２ａ，２２ｂ間を連結し、前記一端面に平行をなす平面２２ｃとを有する矩形状の凹部である。第２のストッパ部２２は、第１のストッパ部１２よりも僅かに大きくなるようにしてある。なお、第２のストッパ部２２は、第１の係合部１１及び第２の係合部２１の周方向位置を合わせたときに第１のストッパ部１２に対応する周方向位置に設けてある。

連結体３は、筒体であり、第１軸１及び第２軸２の内径と略同一の外径を有する固定部３１，３１を両端に有している。また連結体３は、固定部３１，３１間に該固定部３１，３１の外径よりも小さい外径を有する縮径部３２を有している。連結体３は、第１の係合部１１の斜面１１ａ，１１ｂ及び平面１１ｃと第２の係合部２１の斜面２１ａ，２１ｂ及び平面２１ｃとが夫々適長離隔して対向するように位置決めしたのち、第１軸１及び第２軸２の内側に固定部３１，３１を夫々挿入して圧入、ピン止め又は溶接により固定することにより第１軸１及び第２軸２を連結している。このとき、第１のストッパ部１２の各平面１２ａ，１２ｂ，１２ｃと第２のストッパ部２２の各平面２２ａ，２２ｂ，２２ｃとは、適長離隔して対向している。また、連結体３は、縮径部３２が第１軸１及び第２軸２の第１の係合部１１及び第２の係合部２１と軸長方向位置が略一致するように第１軸１及び第２軸２に固定してある。

連結体３は、少なくとも、第１のストッパ部１２の平面１２ａ，１２ｂと第２のストッパ部２２の平面２２ａ，２２ｂとの隙間分だけ第１軸１及び第２軸２が相対回転可能となるよう弾性変形するものであればよく、これにより連結体３は僅かに弾性変形可能なものでよいため、剛性の高いものとすることができる。

第１の係合部１１と第２の係合部２１との間には、第１軸１及び第２軸２に加えられる回転トルクを検出する検出手段を構成する圧力センサ４，４が介装してある。圧力センサ４，４は、扁平な直方体形状を有しており、第２の係合部２の２つの斜面２１ａ，２１ｂに夫々装着してある。なお、前述した第１の係合部１１の斜面１１ａ，１１ｂと第２の係合部２１の斜面２１ａ，２１ｂとの隙間は、第１の係合部１１の斜面１１ａ，１１ｂと第２の係合部２１の斜面２１ａ，２１ｂに装着された圧力センサ４，４とが僅かの間隔を隔てて対向するように設定してある。前述した第２のストッパ部２２の２つの平面２２ａ，２２ｂと第１のストッパ部１２の２つの平面１２ａ，１２ｂとの隙間は、第１の係合部１１の２つの斜面１１ａ，１１ｂと第２の係合部２１の斜面２１ａ，２１ｂに装着した圧力センサ４，４との隙間よりも大きく、第１の係合部１１の斜面１１ａ，１１ｂと第２の係合部２１の斜面２１ａ，２１ｂとの隙間よりも小さくなるようにしてある。

圧力センサ４，４は、受ける力の大きさに応じて変化する被測定圧力と参照圧力（例えば大気圧）の間に弾性板を設け、圧力差による生じる弾性板の変形を弾性板に設けた歪みゲージにより電気的信号に変換し、圧力を求める歪みゲージ形圧力センサである。また、圧力センサ４，４として、例えば、受ける力の大きさに応じて変化する電気信号を出力する素子、具体的には、力の大きさに応じて抵抗値が変化する導電ゴム、力の大きさに応じて電圧が変化する圧電効果を利用した圧電素子等の素子を用いることができる。これらの圧力センサはそれ自体公知の圧力センサであるから、詳細な説明は省略する。

以上の構成により、例えば、第１軸１に図１において矢符に示す、図１の上部から見て時計回り方向の回転トルクが加えられたとき、第１軸１及び第２軸２を連結する連結体３が回転トルクに応じて僅かに弾性変形する。この弾性変形に応じて第１の係合部１１の斜面１１ａと該斜面１１ａに対向する第２の係合部２１の斜面２１ａに装着した圧力センサ４とが当接し、回転トルクが加えられた第１軸１の第１の係合部１１から第２軸２の第２の係合部２１に装着した圧力センサ４に回転トルクに応じた力が作用する。

圧力センサ４により検出された圧力値は、図３に示す算出部４１に与えられる。算出部４１は、圧力値と回転トルクとの対応関係を示す関数又は参照テーブルを有しており、該関数又は参照テーブルに圧力センサ４により検出された圧力値を適用して第１軸１に加えられた回転トルクを求める。この関数又は参照テーブルは、第１軸１及び第２軸２を連結する連結体３の剛性、第１の係合部１１と第２の係合部２１に装着した圧力センサ４との間隔等を考慮して予め定めて、算出部４１に記憶させてある。

本実施の形態に係るトルク検出装置１０においては、前述した如く、圧力センサ４，４が第１の係合部１１と第２の係合部２１との間に設けてあるから、第１，第２軸１，２間に生じる捩れ角度を大きくすることなく圧力センサ４，４により検出された圧力値に基づいて回転トルクを検出することができる。また、第１，第２の係合部１１，２１間に圧力センサ４，４を設けるという簡易な構成により、圧力センサ４，４に集中して作用する力を検出して、回転トルクを高精度に検出することができる。第１の係合部１１と第２の係合部２１に装着した圧力センサ４，４とが僅かの間隔を隔てて対向するようにしてあるから、第１，第２軸１，２に回転トルクが加えられたとき、力が作用していない側の圧力センサ４による検出値を０にするように両方の圧力センサ４，４による検出値を補正することにより、圧力センサ４，４の温度変化等の使用環境変化に伴う検出値の変動を補正することができ、回転トルクを高精度に検出することができる。

また、連結体３の僅かな弾性変形で回転トルクを検出する構成としたので、高剛性のトルク検出装置とすることができる。

また、第１軸１及び第２軸２と、該第１軸１及び第２軸２を同軸的に連結する連結体３と、第１軸１及び第２軸２に加えられる回転トルクを検出する圧力センサ４，４とを備える本実施の形態に係るトルク検出装置１０は、トルク検出装置を構成する部品が少ないから、組付け性を向上することができると共にコストを低減することができる。また、第１の係合部１１と第２の係合部２１とを夫々台形状に形成しているから、第１軸１及び第２軸２の軸長方向の位置を調節することにより第１の係合部１１及び第２の係合部２１間に適切な隙間を設けることが容易となり、組付け性を向上することができる。

さらに、第１，第２軸１，２に前述した如く第１，第２のストッパ部１２，２２を設けてあり、これらは、例えば、第１，第２軸１，２に過大な回転トルクが加えられたとき係合し、第１，第２軸１，２間の相対回転を制限する。従って、第２の係合部２１に装着した圧力センサ４，４に第１の係合部１１から過大な力が作用することを防止することができ、圧力センサ４，４を保護することができる。

以上のように構成された実施の形態１に係るトルク検出装置１０は、車両用の電動パワーステアリング装置等のパワーステアリング装置の操舵部材と舵取機構とを連結する操舵軸の中途に介装され、操舵部材に加えられる操舵トルクを検出するために用いることができる。図４は、実施の形態１に係るトルク検出装置を備える電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。

図４に示す電動パワーステアリング装置は、図示しない車体の左右方向に延設されたラックハウジング５１の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸５０と、ラックハウジング５１の中途に交叉するピニオンハウジング６０の内部に回転自在に支持されたピニオン軸６とを有するラックピニオン式の舵取機構５を備えている。

ラックハウジング５１の両側から外部に突出するラック軸５０の両端は、各別のタイロッド５２，５２を介して操舵用車輪としての左右の前輪５３，５３に連結されている。またピニオンハウジング６０の一側から外部に突出するピニオン軸６の上端は、ステアリング軸７を介して操舵部材としてステアリングホイール７０に連結されている。

ステアリング軸７は、筒形をなすハウジング７１の内部に回転自在に支持され、該ハウジング７１を介して、図示しない車室の内部に前方を下とした傾斜姿勢を保って取付けてあり、ハウジング７１の下方へのステアリング軸７の突出端にピニオン軸６が連結され、同じく上方への突出端にステアリングホイール７０が固設されている。

以上の構成により、操舵のためのステアリングホイール７０の回転操作によりステアリング軸７が回転し、この回転がピニオン軸６に伝達され、該ピニオン軸６の回転が、ピニオンとラックとの噛合部においてラック軸５０の軸長方向の移動に変換されることとなり、このようなラック軸５０の移動が、左右の前輪５３，５３に各別のタイロッド５２，５２を介して伝えられて舵取りがなされる。

このようにステアリングホイール７０の回転操作を舵取機構５に伝えるステアリング軸７の中途には、実施の形態１に係るトルク検出装置１０が設けてある。トルク検出装置１０は、ステアリング軸７のステアリングホイール７０に連結される側の入力側をトルク検出装置１０の第１軸１として、ステアリング軸７の舵取機構に連結される側の出力側をトルク検出装置１０の第２軸２として夫々構成することにより、ステアリング軸７の中途に設けてある。これにより、ステアリングホイール７０に加えられ、第１軸１に作用した操舵トルクは、連結体３を介して、操舵トルクが加えられた第１軸１の第１の係合部１１から第２軸２の第２の係合部２１に操舵トルクに応じた力が圧力センサ４，４を介して作用することになる。トルク検出装置１０は、この圧力センサ４，４により検出された圧力値に基づいて操舵トルクを検出する。トルク検出装置１０は、ステアリング軸７を支持するハウジング７１の内部に保持してあり、ハウジング７１のトルク検出装置１０よりも下位置には、操舵補助用のモータ８が取付けてある。

操舵補助用のモータ８は、ハウジング７１の外側に軸心を略直交させて取付けてあり、例えば、ハウジング７１の内部に延びる出力端に固着されたウォームをステアリング軸７に外嵌固定されたウォームホイールに噛合させ、モータ８の回転を、ウォーム及びウォームホイールにより減速してステアリング軸７に伝えるように構成し、前述の如く行われる舵取りを補助している。

トルク検出装置１０により検出された操舵トルクは、アシスト制御部９に与えられる。アシスト制御部９は、操舵トルクに基づいて操舵補助用のモータ８に制御指令を発し、該モータ８の駆動電流を増減制御するアシスト制御動作を行う。

以上のように構成されたパワーステアリング装置においては、トルク検出装置１０を用いることにより、第１，第２軸１，２を連結する連結体３に生じる捩れ角度が小さい、換言するとステアリング軸７の入力側及び出力側間に生じる捩れ角度を大きくすることなく操舵トルクを検出することができるから、ステアリング軸７及びトルク検出装置１０の連結体３の剛性を高くすることができ、操舵感を向上することができる。

また、例えば、第１，第２軸１，２と連結体３との連結が切れたときに、第１，第２のストッパ部１２，２２が係合することにより第１，第２軸１，２間にて回転トルクを伝達することができるから、トルク検出装置１０が設置されたパワーステアリング装置のステアリングホイール７０の回転操作を舵取機構５に伝える機能を損なわずに発揮させることができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係るトルク検出装置の外観斜視図である。第１軸１ａの第１の係合部１３の２つの斜面１３ａ，１３ｂには、斜面１３ａ，１３ｂに直交する方向に突設された当接突起１３ｄ，１３ｅが設けてある。第１の係合部１３及び第２の係合部２１の周方向位置を合わせたときに、当接突起１３ｄ，１３ｅに対向する位置の第２軸２の第２の係合部２１の近傍には、応力センサ４ａ，４ａが設けてある。応力センサ４ａ，４ａとして、それ自体公知の歪みゲージを用いることができ、歪みゲージの詳細な説明は省略する。

連結体３は、第１の係合部１３の当接突起１３ｄ，１３ｅと第２の係合部２１の斜面２１ａ，２１ｂとが僅かの間隔を隔てて対向し、第１の係合部１３の平面１３ｃと第２の係合部２１の平面２１ｃとが適長離隔して対向するように位置決めしたのち、第１軸１ａ及び第２軸２の内側に固定部３１，３１を夫々挿入して圧入、ピン止め又は溶接により固定することにより第１軸１ａ及び第２軸２を連結している。第１のストッパ部１２と第２のストッパ部２２との隙間は、第１の係合部１３の当接突起１３ｄ，１３ｅと第２の係合部２１の斜面２１ａ，２１ｂとの隙間よりも大きく、第１の係合部１３の斜面１３ａ，１３ｂと第２の係合部２１の斜面２１ａ，２１ｂとの隙間よりも小さくなるようにしてある。その他の構成は、図１乃至３に示す実施の形態１のトルク検出装置と同様であるため、対応する構成部材に図１と同一の参照符号を付して、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。

以上の構成により、例えば、第１軸１ａに図５において矢符に示す、図５の上部から見て時計回り方向の回転トルクが加えられたとき、第１軸１ａ及び第２軸２を連結する連結体３が回転トルクに応じて僅かに弾性変形する。この弾性変形に応じて第１の係合部１３の一方の斜面１３ａに設けられた当接突起１３ｄが、該当接突起１３ｄに対向する第２の係合部２１の斜面２１ａに当接し、回転トルクが加えられた第１軸１ａの第１の係合部１３から第２軸２の第２の係合部２１に回転トルクに応じた力が当接突起１３ｄを介して作用する。当接突起１３ｄが当接する第２の係合部２１には作用力に応じた応力が生じ、第２の係合部２１に装着された応力センサ４ａにより応力が検出される。

応力センサ４ａ，４ａにより検出された応力値は、実施の形態１に係るトルク検出装置１０と同様に算出部４１に与えられる。算出部４１は、応力値と回転トルクとの対応関係を示す関数又は参照テーブルを有しており、該関数又は参照テーブルに応力センサ４ａ，４ａにより検出された応力値を適用して第１軸１ａに加えられた回転トルクを求める。この関数又は参照テーブルは、第１軸１ａ及び第２軸２を連結する連結体３の剛性、第１の係合部１３の当接突起１３ｄ，１３ｅと第２の係合部２１との間隔等を考慮して予め定めて、算出部４１に記憶させてある。

本実施の形態に係るトルク検出装置１０ａにおいては、第１の係合部１３の当接突起１３ｄ，１３ｅが当接する第２の係合部２１の当接部位近傍に応力センサ４ａ，４ａを設けているから、第１，第２軸１ａ，２間に生じる捩れ角度を大きくすることなく応力センサ４ａ，４ａにより検出された応力に基づいて回転トルクを検出することができる。また、第２の係合部２１に応力センサ４ａ，４ａを設けるという簡易な構成により、第１，第２の係合部１３，２１に発生する応力を検出して、回転トルクを検出することができる。また、回転トルクが加えられた第１軸１ａの第１の係合部１３から第２軸２の第２の係合部２１に伝達される力は、当接突起１３ｄ，１３ｅが当接される第２の係合部２１の当接部位近傍に集中して作用するから、前記力を高精度に求めることができ、回転トルクを高精度に検出することができる。第１の係合部１３の当接突起１３ｄ，１３ｅと第２の係合部２１とが僅かの間隔を隔てて対向するようにしてあるから、第１，第２軸１ａ，２に回転トルクが加えられたとき、作用力が作用していない側の応力センサ４ａによる検出値を０にするように両方の応力センサ４ａ，４ａによる検出値を補正することにより、応力センサ４ａ，４ａの温度変化等の使用環境変化に伴う検出値の変動を補正することができ、回転トルクを高精度に検出することができる。

また、第１軸１ａ及び第２軸２と、該第１軸１ａ及び第２軸２を同軸的に連結する連結体３と、第１軸１ａ及び第２軸２に加えられる回転トルクを検出する応力センサ４ａ，４ａとを備える本実施の形態に係るトルク検出装置１０ａは、トルク検出装置を構成する部品が少ないから、組付け性を向上することができると共にコストを低減することができる。また、第１の係合部１３と第２の係合部２１とを夫々台形状に形成しているから、第１軸１ａ及び第２軸２の軸長方向の位置を調節することにより第１の係合部１３及び第２の係合部２１間に適切な隙間を設けることが容易となり、組付け性を向上することができる。

以上のように構成された実施の形態２に係るトルク検出装置１０ａは、実施の形態１に係るトルク検出装置１０と同様に、図４に示す電動パワーステアリング装置等のパワーステアリング装置に適用することができる。実施の形態２に係るトルク検出装置１０ａを用いることにより、第１，第２軸１ａ，２を連結する連結体３に生じる捩れ角度が小さい、換言するとステアリング軸７の入力側及び出力側間に生じる捩れ角度を大きくすることなく操舵トルクを検出することができるから、ステアリング軸７及びトルク検出装置１０ａの連結体３の剛性を高くすることができ、操舵感を向上することができる。

また、例えば、第１，第２軸１ａ，２と連結体３との連結が切れたときに、第１，第２のストッパ部１２，２２が係合することにより第１，第２軸１ａ，２間にて回転トルクを伝達することができるから、トルク検出装置１０ａが設置されたパワーステアリング装置のステアリングホイール７０の回転操作を舵取機構５に伝える機能を損なわずに発揮させることができる。

図６は、応力センサ４ａ，４ａの望ましい取付手順の説明図である。図６（ａ）に示すように、第２軸２の第２の係合部２１に歪みゲージである応力センサ４ａ，４ａを接着剤により固定する。次に、図６（ｂ）に示すように、円筒状の熱収縮チューブ２５を第１の係合部１３及び第２の係合部２１を覆うように被せる。この状態にて熱収縮チューブ２５に熱風を当てることにより熱収縮チューブ２５が収縮し、内面が第１，第２軸１ａ，２の外面に密着することになる（図６（ｃ））。熱収縮チューブ２５として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の熱収縮性を有する樹脂製のチューブ、又は熱収縮性を有するゴム製のチューブを用いることができる。

以上のように第１，第２軸１ａ，２に熱収縮チューブ２５を被せて熱風を当てるという簡単な作業により、短時間にて確実に応力センサ４ａ，４ａの表面を覆うことができ、接着剤の劣化防止及び防湿を図ることができる。また、熱収縮チューブ２５により応力センサ４ａ，４ａの表面を覆っているから、コーティング剤により応力センサ４ａ，４ａの表面を覆う場合と比較して、コーティング剤の乾燥時間が不要となり短時間にて施工することができると共に、コーティング不良が生じる虞がなく信頼性が向上する。また、保護テープにより応力センサ４ａ，４ａの表面を覆う場合と比較して、保護テープの粘着力が経年劣化に伴い低下し、保護テープが剥がれる虞がなく、信頼性が向上する。なお、熱収縮チューブ２５の内面に、ウレタン樹脂等の粘着剤を塗布してもよい。これにより、熱収縮チューブ２５を第１，第２軸１ａ，２の表面に更に密着させることができる。また、熱収縮チューブ２５は、加工性、劣化及び防湿効果の観点から、厚みが５０〜１５０μｍの範囲にあることが望ましい。

なお、以上の実施の形態において用いられる連結体３は、長さ、肉厚等の寸法を適切に設定することにより、適用される装置に応じた適切な剛性に設定すればよい。

また、以上の実施の形態においては、筒状の連結体３を用いた例について説明したが、連結体の形状はこれに限るものではなく、少なくとも、第１のストッパ部１２の平面１２ａ，１２ｂと第２のストッパ部２２の平面２２ａ，２２ｂとの隙間分だけ第１軸及び第２軸が相対回転可能となるよう弾性変形するものであれば中実状でもよい。

また、以上の実施の形態において、第１軸の第１の係合部を凸状に第２軸の第２の係合部を凹状に夫々形成しているが、これに限定されず、第１軸の第１の係合部を凹状に第２軸の第２の係合部を凸状に夫々形成してもよい。また、第１，第２の係合部の形状、数は、以上の実施の形態に限定されず、第１，第２軸に加えられる回転トルクに応じて適切に設定される。

また、以上の実施の形態において、第１軸の第１の係合部と第２軸の第２の係合部又は圧力センサとの間に、検出手段の較正を行うべく僅かな隙間を設けているが、隙間がなくても検出手段により回転トルクを検出することは可能である。

また、以上の実施の形態において、本発明に係るトルク検出装置を電動パワーステアリング装置に適用する例について述べたが、これに限定されない。例えば、舵取機構に付設された油圧シリンダの発生力により操舵を補助する油圧パワーステアリング装置に適用してもよい。

更に、本発明は、その他、特許請求の範囲に記載した事項の範囲内において種々変更した形態にて実施することが可能であることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１に係るトルク検出装置の外観斜視図である。 実施の形態１に係るトルク検出装置の分解斜視図である。 実施の形態１に係るトルク検出装置の概略縦断面図である。 実施の形態１に係るトルク検出装置を備える電動パワーステアリング装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態２に係るトルク検出装置の外観斜視図である。 応力センサの望ましい取付手順の説明図である。

符号の説明

１，１ａ 第１軸、１１，１３ 第１の係合部、１３ｄ，１３ｅ 当接突起、１２ 第１のストッパ部、２ 第２軸、２１ 第２の係合部、２２ 第２のストッパ部、３ 連結体、４ 圧力センサ（検出手段）、４ａ 応力センサ（検出手段）、４１ 算出部（算出手段）、５ 舵取機構、７ ステアリング軸（操舵軸）、７０ ステアリングホイール（操舵部材）、８ モータ（アクチュエータ）、１０，１０ａ トルク検出装置

Claims (6)

1. 同軸的に連結された第１，第２軸に加えられる回転トルクを検出するトルク検出装置において、前記第１，第２軸を連結し、該第１，第２軸の相対回転に応じて回転方向に弾性変形可能な筒状の連結体と、前記第１，第２軸に相互に係合すべく夫々設けられた第１，第２の係合部と、該第１，第２の係合部間の回転方向に作用する作用力を検出する検出手段と、該検出手段により検出された作用力に基づいて前記回転トルクを算出する算出手段とを備えることを特徴とするトルク検出装置。
2. 前記検出手段は、前記第１，第２の係合部間に設けられ、前記第１，第２軸に加えられる回転トルクに応じて前記第１，第２の係合部の一方から他方に加わる圧力を検出する圧力センサを備えることを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。
3. 前記検出手段は、前記第１，第２の係合部に設けられ、前記第１，第２軸に加えられる回転トルクに応じて前記第１，第２の係合部に発生する応力を検出する応力センサを備えることを特徴とする請求項１記載のトルク検出装置。
4. 前記第１，第２の係合部の一方には、他方に向けて突設された当接突起が設けてあり、前記応力センサは、他方の係合部の前記当接突起が当接する位置の近傍に設けてあることを特徴とする請求項３記載のトルク検出装置。
5. 前記第１，第２軸は、互いの側に該第１，第２軸間の相対回転を制限すべく夫々設けられた第１，第２のストッパ部を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のトルク検出装置。
6. 操舵部材に加えられる操舵トルクを、前記操舵部材の操作に伴って回転する操舵軸の中途に設けられたトルク検出装置により検出し、検出された操舵トルクに応じてアクチュエータを駆動し、該アクチュエータが発生する操舵補助力を舵取機構に加えて操舵を補助するパワーステアリング装置において、前記トルク検出装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載のトルク検出装置であることを特徴とするパワーステアリング装置。

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