JP2014059277A - 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】トルクの検出精度に優れたトルク検出装置及びパワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】入力軸から出力軸へ伝達されるトルクを検出するトルク検出装置であって、入力軸及び出力軸の回転面に沿って配置され、入力軸及び出力軸の回転の中心に向けて突出するように折り曲げられた屈曲部を有し、入力軸及び出力軸の回転方向に弾性変形可能である線細工バネ３１と、線細工バネ３１を介して入力軸と出力軸とを連結する連結部１０と、連結部１０によって連結された状態で回転する入力軸及び出力軸の回転量の差を検出する検出部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、トルク検出装置及びパワーステアリング装置に関する。

自動車などのパワーステアリング装置には、操作者がハンドルを回転させたときのトルクを検出するためのトルク検出装置が設けられている。このようなトルク検出装置としては、例えばトーションバースプリングと呼ばれる円柱状部材にトルクを作用させ、当該トルクによって回転方向にねじれたトーションバースプリングのねじれ量をトルクセンサによって検出する構成が知られている。

このようなトーションバースプリングを使用した場合、回転方向のねじり量が、トーションバースプリング部の直径の４乗に逆比例する事から、高感度や高精度を求めようとする場合、軸の長さを長くするか、直径を細くする必要があった。このため、トーションバースプリングを製作するには、軸径加工に高い加工精度が要求され、生産性が悪くなるという問題があった。

これに対して、トーションバースプリングを用いないトルク検出装置の構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、入力軸及び出力軸の半径方向にコイルばねを配置し、入力軸にトルクを作用させたときにコイルばねに作用する弾性力を検出することで、トルクを検出することが可能となる。

特開昭５８−５２５３８号公報

しかしながら、従来のトルク検出装置には、小型化という点において改良の余地があった。

本発明は、小型化可能なトルク検出装置及びパワーステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様に従えば、入力軸から出力軸へ伝達されるトルクを検出するトルク検出装置であって、入力軸及び出力軸の回転面に沿って配置され、入力軸及び出力軸の回転の中心に向けて突出するように折り曲げられた屈曲部を有し、入力軸及び出力軸の回転方向に弾性変形可能である線細工バネと、線細工バネを介して入力軸と出力軸とを連結する連結部と、連結部によって連結された状態で回転する入力軸及び出力軸の回転量の差を検出する検出部とを備えるトルク検出装置が提供される。

本発明の第二の態様に従えば、本発明の第一の態様に従うトルク検出装置を備えるパワーステアリング装置が提供される。

本発明の態様によれば、トルクの検出精度に優れたトルク検出装置及びパワーステアリング装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係るトルク検出装置の構成を示す模式図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク線細工バネの構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の検出部の様子を示す図。 本発明の第二実施形態に係るトルク検出装置の構成を示す模式図。 本発明の第三実施形態に係るパワーステアリング装置の構成を示す模式図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。 本実施形態に係るトルク検出装置の連結部の他の構成を示す図。

［第一実施形態］
図面を参照して、本発明の第一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係るトルク検出装置の構成を示す図である。
図１に示すように、トルク検出装置１００は、入力軸Ｓ１から出力軸Ｓ２へ伝達されるトルクを検出する装置である。

入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２は、例えば円柱状又は円筒状に形成されており、円周方向に回転可能に設けられている。回転軸が一致するように配置されている。以下、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転軸の軸線方向をＺ方向とする。これに伴い、入力軸Ｓ１から出力軸Ｓ２へ向けた方向を＋Ｚ方向とし、出力軸Ｓ２から入力軸Ｓ１へ向けた方向を−Ｚ方向とする。また、Ｚ軸周りの方向をθＺ方向とし、＋Ｚ方向に見たときにＺ軸を中心として時計回りの方向を＋θＺ方向、反時計回りの方向を−θＺ方向とする。

トルク検出装置１００は、入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２とを連結する連結部１０と、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転量の差を検出する検出部２０と、トルク検出装置１００の各部を統括的に制御する制御部ＣＯＮＴとを備えている。連結部１０には、バネ部３０が設けられている。連結部１０は、バネ部３０を介して入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２とを連結している。

図２は、連結部１０の構成を示す分解斜視図である。図３は、図２において入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２とがバネ部３０を介して連結された状態を示す図である。図４は、図３を側面から見たときの構成を示す図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ断面に沿った構成を示す図である。

これらの図に示すように、連結部１０は、入力軸Ｓ１に設けられた第一鍔部１１と、出力軸Ｓ２に設けられ第一鍔部１１に対してＺ方向に対向する第二鍔部１２とを有している。連結部１０は、入力軸Ｓ１に回転力が入力された場合に入力軸Ｓ１から出力軸Ｓ２へトルクが伝達されるように入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２とを接続する。

第一鍔部１１は、円板状に形成されており、入力軸Ｓ１と一体的に回転するように設けられている。第一鍔部１１は、中心が入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転中心軸の軸線上に配置されるように形成されている。

第一鍔部１１のうち第二鍔部１２に対向する第一面１１ａには、第一突出部１３と、凸部１４とが設けられている。第一突出部１３は、第一鍔部１１の中心を取り囲むように複数設けられている。複数の第一突出部１３は、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転方向（θＺ方向）に等ピッチで配置されている。本実施形態では、３つの第一突出部１３が設けられている。当該３つの第一突出部１３は、θＺ方向に１２０°ずつずれた位置に配置されている。

第一突出部１３は、円柱状に形成された２本の柱状部１３ａと、当該２本の柱状部１３ａのそれぞれにおいて周方向の一周に亘って設けられた溝部１３ｂとを有している。２本の柱状部１３ａ同士を接続する不図示の接続部が設けられた構成であっても良い。各柱状部１３ａの先端側（−Ｚ側）の端部に例えばテーパー部が設けられた構成であっても良い。

第二鍔部１２は、円板状に形成されており、出力軸Ｓ２と一体的に回転するように設けられている。第二鍔部１２は、中心が入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転中心軸の軸線上に配置されるように形成されている。

第二鍔部１２のうち第一鍔部１１に対向する第二面１２ａには、第二突出部１５と、凹部１６とが設けられている。第二突出部１５は、第二鍔部１２の中心を取り囲むように複数設けられている。複数の第二突出部１５は、θＺ方向に等ピッチで配置されている。本実施形態では、３つの第二突出部１５が設けられている。当該３つの第二突出部１５は、θＺ方向に１２０°ずつずれた位置に配置されている。

第二突出部１５は、円柱状に形成された２本の柱状部１５ａと、当該２本の柱状部１５ａのそれぞれにおいて周方向の一周に亘って設けられた溝部１５ｂとを有している。２本の柱状部１５ａ同士を接続する不図示の接続部が設けられた構成であっても良い。各柱状部１５ａの先端側（−Ｚ側）の端部に例えばテーパー部が設けられた構成であっても良い。

また、第一鍔部１１に設けられた凸部１４は、出力軸Ｓ２の−Ｚ側端部に設けられた凹部１６に挿入される。このように、凸部１４と凹部１６とで嵌合部を構成している。凸部１４が凹部１６に挿入された状態において、当該凸部１４及び凹部１６は、出力軸Ｓ２との間に数ミクロン程度の隙間を維持するように嵌合される。凸部１４と凹部１６との間には、例えば油やグリスなどが配置されている。

このように、入力軸Ｓ１の＋Ｚ側端部と出力軸Ｓ２の−Ｚ側端部とがいわゆる滑り軸受の構成によって連結されているため、当該入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２との間の摩擦が低減される。なお、ここでいう回転とは、いわゆる多回転ではなく、例えば機械角度で３°程度の微小角度の回転方向へのずれ（回動）を想定している。このため、すべり軸受けのような軸受け構造であっても、入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２との間の摩擦が十分に低減されるようになっている。

また、入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２とが連結された状態において、第一突出部１３と第二突出部１５とは、θＺ方向に交互に配置される。このとき、入力軸Ｓ１に回転力が与えられていなければ、第二突出部１５は、隣接する第一突出部１３との間でθＺ方向に６０°ずれた位置に配置される。また、第一突出部１３の各柱状部１３ａ及び第二突出部１５の各柱状部１５ａは、入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２とが連結された状態において、θＺ方向に等ピッチに配置されるように予め位置が設定されている。

バネ部３０は、連結部１０のうちＺ方向において第一鍔部１１と第二鍔部１２との間に設けられている。バネ部３０は、複数の線細工バネ３１を有する。線細工バネ３１は、金属などの弾性変形可能な材料を用いて形成されている。線細工バネ３１は、第一突出部１３と第二突出部１５との間に介挿され、当該第一突出部１３と第二突出部１５とを連結する。

線細工バネ３１は、隣接する柱状部１３ａと柱状部１５ａとの間に配置されている。線細工バネ３１は、柱状部１３ａに連結される第一連結部３１ａと、柱状部１５ａに連結される第二連結部３１ｂと、当該第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂを接続する屈曲部３１ｃとを有している。

第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂは、それぞれ柱状部１３ａ及び柱状部１５ａの外周の形状に対応した形状に形成されている。第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂは、それぞれ柱状部１３ａ及び柱状部１５ａの外周面の形状に沿って円環状に湾曲されている。また、第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂは、それぞれ先端部３１ｄ及び先端部３１ｅが屈曲部３１ｃ側から離れる方向に折り曲げられている。

このような形状の線細工バネ３１は、例えばマルチフォーミング装置などを用いて容易かつ低コストで形成することができる。このため、例えば、線細工バネ３１の線径については、所望の値に設定することができる。また、線細工バネ３１の断面形状については、円形や楕円形、多角形などに設定することができるが、これらに限られることは無く、他の形状であっても良い。

入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２が連結された状態において、第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂは、それぞれ柱状部１３ａの溝部１３ｂ及び柱状部１５ａの溝部１５ｂに嵌るように配置される。このため、線細工バネ３１は、溝部１３ｂ及び溝部１５ｂによってＺ方向への移動又は変形が規制される。なお、溝部１３ｂ及び溝部１５ｂは、入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２とが連結された状態でＺ座標が等しくなる位置に形成される。

湾曲された第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂの内径は、溝部１３ｂ及び溝部１５ｂの外径にそれぞれ一致するように形成されている。このため、第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂと溝部１３ｂ及び溝部１５ｂとの間を密着させることができるので、それぞれの間が固定されることになる。なお、第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂがそれぞれ溝部１３ｂ及び溝部１５ｂに嵌る程度あれば、第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂの内径を溝部１３ｂ及び溝部１５ｂの外径よりも小さくなるように形成してもよい。この場合、第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂの内径を溝部１３ｂ及び溝部１５ｂの外径にそれぞれ一致するように形成するよりも、第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂと溝部１３ｂ及び溝部１５ｂとの間を密着させることができる。

図６は、溝部１３ｂ及び溝部１５ｂに装着される前後の線細工バネ３１の形状を比較する図である。図６に示すように、線細工バネ３１は、装着前においては先端部３１ｄ及び先端部３１ｅが屈曲部３１ｃ側に近づいた形状となっている。これに対して、線細工バネ３１は、装着後においては先端部３１ｄ及び先端部３１ｅが溝部１３ｂ及び溝部１５ｂによって屈曲部３１ｃから離れる方向に押されて弾性変形した形状となっている。このように、第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂは、弾性力によって溝部１３ｂ及び溝部１５ｂにそれぞれ連結されているため、より強固に固定されることになる。このため、線細工バネ３１が抜けにくい構成となる。

また、図１から図５に示すように、屈曲部３１ｃは、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の中心軸側へ向けて突出するように折り曲げられている。屈曲部３１ｃが折り曲げられていることにより、第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂのそれぞれに対してθＺ方向の弾性力が作用する。また、屈曲部３１ｃは、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転面に平行に配置されている。このため、屈曲部３１ｃを配置する場合には、Ｚ方向については少なくとも線細工バネ３１の径に相当するスペースが確保できればよいことになる。本実施形態では、屈曲部３１ｃが、例えばコイルバネなどのようにＺ方向に巻かれた形状になっているものでは無く、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転面に沿って配置されるように折り曲げられた形状を有しているため、コイルバネを用いる場合に比べてＺ方向における省スペース化を図ることが可能となる。

例えば、柱状部１３ａと柱状部１５ａとの間がθＺ方向に近づくと、線細工バネ３１は屈曲部３１ｃが閉じる方向に変形する。このため、弾性力は屈曲部３１ｃが開く方向に作用する（圧縮応力）。また、柱状部１３ａと柱状部１５ａとがθＺ方向に遠ざかると、線細工バネ３１は屈曲部３１ｃが開く方向に変形する。このため、弾性力は屈曲部３１ｃが閉じる方向に作用する（引っ張り応力）。

一方、例えば入力軸Ｓ１が＋θＺ方向に回転され、当該入力軸Ｓ１に＋θＺ方向の回転力が与えられている場合、第一突出部１３（柱状部１３ａ）は＋θＺ方向に移動する。この柱状部１３ａの移動に伴い、６つの線細工バネ３１のうち、柱状部１３ａと柱状部１５ａとの間が近づく部分に設けられた３つの線細工バネ（第一弾性部）３１は屈曲部３１ｃが閉じる方向に変形するため圧縮応力が生じ、柱状部１３ａと柱状部１５ａとの間が遠ざかる部分に設けられた残り３つの線細工バネ（第二弾性部）３１は屈曲部３１ｃが開く方向に変形するため引っ張り応力が生じる。なお、この場合には、第一弾性部となった線細工バネ３１と、第二弾性部となった線細工バネ３１とは、θＺ方向に交互に並んで配置される。

ここで、第一連結部３１ａと第二連結部３１ｂとを所定距離だけ近づける場合の線細工バネ３１の圧縮応力の値と、当該所定距離に等しい距離だけ離す場合の線細工バネ３１の引っ張り応力の値とは、厳密には同一ではない。このため、個々の線細工バネ３１については、変形方向に応じて弾性特性が異なる。

これに対して、本実施形態のバネ部３０は、柱状部１３ａの移動により圧縮応力が加わる線細工バネ３１と、当該移動により引っ張り応力が加わる線細工バネ３１とがそれぞれ等しい数だけ設けられている。このため、柱状部１３ａが＋θＺ方向及び−θＺ方向のどちらの方向に移動する場合であっても、３つの線細工バネ３１の圧縮応力の総和と、３つの線細工バネ３１の引っ張り応力の総和とがバネ部３０全体としての弾性力となる。

このように、柱状部１３ａの移動により圧縮応力が加わる線細工バネ３１と、当該移動により引っ張り応力が加わる線細工バネ３１とを一対として組み合わせることで、個々の線細工バネ３１の弾性特性の違いが相殺される。このため、入力軸Ｓ１が＋θＺ方向及び−θＺ方向のどちらに回転しても、バネ部３０全体としては、同一の弾性特性が得られるようになっている。

なお、第一鍔部１１の凸部１４を第二鍔部１２の凹部１６に嵌め込んだ状態において、上記の線細工バネ３１の屈曲部３１ｃを第一鍔部１１及び第二鍔部１２の中心に向け、当該第一鍔部１１及び第二鍔部１２の外周から内側へ向けて線細工バネ３１を挿入することにより、当該第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂをそれぞれ柱状部１３ａ（溝部１３ｂ）及び柱状部１５ａ（溝部１５ｂ）に装着可能である。

図７は、検出部２０の構成を示す図である。
図７に示すように、検出部２０は、入力軸Ｓ１の回転量を検出する磁気エンコーダ２１と、出力軸Ｓ２の回転量を検出する磁気エンコーダ２２とを有している。

磁気エンコーダ２１は、円筒状に形成され入力軸Ｓ１に一体的に回転可能に取り付けられた回転部２３を有している。回転部２３の円筒面には、磁気パターン２３ａが形成されている。磁気パターン２３ａは、回転部２３の円周方向に等間隔に並べられた複数の磁石を有している。複数の磁石は、Ｎ極とＳ極とが円周方向に交互に変化するように配置されている。

当該磁気エンコーダ２１は、磁気抵抗素子を用いて上記磁気パターン２３ａによる磁場を検出する磁気検出部２５を有している。磁気検出部２５では、入力軸Ｓ１の回転角度（磁気パターン２３ａの移動量）に応じて磁気抵抗素子から発生する正弦波信号を検出信号として制御部ＣＯＮＴに送信する。

また、磁気エンコーダ２２は、出力軸Ｓ２に一体的に回転可能に取り付けられた回転部２４と、磁気検出部２６とを有している。回転部２４及び磁気検出部２６の構成は、それぞれ上記磁気エンコーダ２１の回転部２３及び磁気検出部２５と同一である。したがって、磁気検出部２６では、出力軸Ｓ２の回転角度（磁気パターン２４ａの移動量）に応じて磁気抵抗素子から発生する正弦波信号を検出信号として制御部ＣＯＮＴに送信する。

また、本実施形態においては、入力軸Ｓ１を受ける軸受２７が設けられており、出力軸Ｓ２を受ける軸受２８が設けられている。軸受２７及び軸受２８が設けられることにより、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の軸線方向へのバネ部３０の移動が抑制されるようになっている。

制御部ＣＯＮＴでは、磁気エンコーダ２１及び磁気エンコーダ２２から送信された２つの正弦波信号の位相の変化を検出することで、当該位相の変化量をトルクとして検出する。

次に、上記のように構成されたトルク検出装置１００の動作を説明する。
まず、外部から入力軸Ｓ１に対してθＺ方向の回転力を与えることで、入力軸Ｓ１にトルクが加えられる。このトルクにより、連結部１０に設けられたバネ部３０がトルクに応じた変形量だけ弾性変形する。したがって、トルクの大きさに応じた回転量だけ、入力軸Ｓ１がθＺ方向に回転する。この回転により、入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２との間が、トルクの大きさに応じた量だけ捩れることになる。

検出部２０は、この捩れを磁気エンコーダ２１及び磁気エンコーダ２２の正弦波信号として検出し、制御部ＣＯＮＴに送信する。制御部ＣＯＮＴは、送信された正弦波信号を基にして、入力軸Ｓ１と出力軸Ｓ２との間の位相の変化量を算出する。更に制御部ＣＯＮＴは、当該位相の変化量を基にしてトルクを算出し、算出結果を外部に送信する。

以上のように、本実施形態に係るトルク検出装置１００は、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転方向に弾性変形可能であるバネ部３０として線細工バネ３１が設けられている。また、線細工バネ３１が、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転面に沿って配置されるように折り曲げられた形状を有しているため、バネ部３０を備えるために必要な軸線方向におけるスペースを小さくすることができ、小型化されたトルク検出装置１００を提供することができる。また、バネ部３０として線細工バネ３１を用いているため、例えばマルチフォーミング装置などを用いて容易かつ低コストで製造することができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
本実施形態では、上記実施形態に係るトルク検出装置１００の検出結果を較正する態様を説明する。

図８は、本実施形態に係るトルク検出装置１００及びその較正機構の構成を示す図である。
図８に示すように、較正を行う場合、トルク検出装置１００の出力軸Ｓ２は、外部トルク負荷装置３００に接続される。当該外部トルク負荷装置３００には、基準トルク検出装置２００の第一軸Ｓ３を接続する。このように、トルク検出装置１００と、外部トルク負荷装置３００と、基準トルク検出装置２００とを同一軸状に接続する。また、トルク検出装置１００の入力軸Ｓ１及び基準トルク検出装置２００の第二軸Ｓ４は、外部に固定しておく。

この状態で、外部トルク負荷装置３００を作動させ、トルク検出装置１００の出力軸Ｓ２と基準トルク検出装置２００の第一軸Ｓ３とに同一の所定トルク（Ｔ）を加える。その後、トルク検出装置１００のトルク値と、基準トルク検出装置２００のトルク値とを制御部ＣＯＮＴに記憶させると共に、制御部ＣＯＮＴにおいて誤差データを生成する。

上記の動作の後、トルク検出装置１００単体で動作する場合は、トルク検出装置１００の検出結果と、上記の誤差データとを基にして検出結果を補正し、補正された検出結果を出力する。この場合、連結部１０の線細工バネ３１の弾性特性のバラツキも補正できるため、高精度のトルク検出装置１００を低コストで実現できる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態を説明する。
本実施形態では、上記実施形態に係るトルク検出装置を備えるパワーステアリング装置について説明する。

図９は、本実施形態に係るパワーステアリング装置５０１の一部の構成を示す図である。
図９に示すように、パワーステアリング装置５０１は、自動車５００に搭載される。上記実施形態において説明したトルク検出装置１００は、当該パワーステアリング装置５０１に適用することができる。
パワーステアリング装置５０１は、ステアリングホイール５０２と、当該ステアリングホイール５０２に入力された入力軸５０３と、入力軸５０３に連結された出力軸５０４と、入力軸５０３から出力軸５０４へ伝達されるトルクを検出するトルク検出装置５０５と、パワーステアリング装置５０１の各部を制御するコントロールユニット５０６とを有している。

このようなパワーステアリング装置５０１においては、トルク検出装置５０５として、上記説明したトルク検出装置１００を用いることができる。トルクの検出精度に優れたトルク検出装置１００が用いられるため、高性能のパワーステアリング装置５０１を提供することができる。また、上記のトルク検出装置１００は、いわゆるトーションバーを用いる構成ではなく、小型化が可能であるため、ステアリングコラム５０７に収容することができる。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態において、隣接する柱状部１３ａ及び柱状部１５ａの間に、予め弾性変形された状態の線細工バネ３１が挿入された構成であっても構わない。この構成では、柱状部１３ａ及び柱状部１５ａは、線細工バネ３１によって外側に弾性力が作用された状態となる。この場合、複数の線細工バネ３１による弾性力がつりあうことになるため、柱状部１３ａ及び柱状部１５ａがθＺ方向に等ピッチで配置された状態で保持される。

また、例えば、上記実施形態では、軸受２７及び軸受２８が設けられることで、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の軸線方向（Ｚ方向）への移動が抑制される構成を例に挙げて説明したが、これに限られず、他の構成によって入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の軸線方向への移動を規制することができる。

図１０は、連結部１０の構成を示す斜視図である。図１１は、図１０に示す連結部１０をＺ方向に垂直な平面で切断したときの断面を＋Ｚ方向に見たときの図である。なお、図１１は、各線細工バネ３１を含む断面で切断している。図１０及び図１１に示すように、連結部１０には、変形規制部５０が設けられている。図１２は、変形規制部５０の一部の構成を拡大して示す図である。図１０〜図１２に示すように、変形規制部５０は、第一変形規制部５１及び第二変形規制部５２を有する。なお、図１２に示す構成は、第二変形規制部５２に関するものであるが、第一変形規制部５１と第二変形規制部５２とは、対応する形状を有している。したがって、図１２には、第二変形規制部５２の各部に対応する第一変形規制部５１の符号を括弧内に示す。

第一変形規制部５１は、第一鍔部１１の第一面１１ａに設けられている。第一変形規制部５１は、第一鍔部１１の中心を取り囲むように複数設けられている。複数の第一変形規制部５１は、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転方向（θＺ方向）に等ピッチで配置されている。本実施形態では、３つの第一変形規制部５１が設けられている。当該３つの第一変形規制部５１は、θＺ方向に１２０°ずつずれた位置に配置されている。

第一変形規制部５１は、壁部５１ａ及び溝部５１ｂを有している。壁部５１ａは、第一鍔部１１の外周に沿って形成されている。溝部５１ｂは、壁部５１ａのうち第一鍔部１１の外周側の面に形成されている。

第二変形規制部５２は、第二鍔部１２の第二面１２ａに設けられている。第二変形規制部５２は、第二鍔部１２の中心を取り囲むように複数設けられている。複数の第二変形規制部５２は、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転方向（θＺ方向）に等ピッチで配置されている。本実施形態では、３つの第二変形規制部５２が設けられている。当該３つの第二変形規制部５２は、θＺ方向に１２０°ずつずれた位置に配置されている。

第二変形規制部５２は、壁部５２ａ及び溝部５２ｂを有している。壁部５２ａは、第二鍔部１２の外周に沿って形成されている。溝部５２ｂは、壁部５２ａのうち第二鍔部１２の外周側の面に形成されている。

溝部５１ｂ及び溝部５２ｂには、線細工バネ３１の先端部３１ｄ及び先端部３１ｅが嵌め込まれる。溝部５１ｂ及び溝部５２ｂのＺ方向の寸法は、例えば線細工バネ３１の径にほぼ等しい。このため、線細工バネ３１の先端部３１ｄ及び先端部３１ｅは、溝部５１ｂ及び溝部５２ｂに隙間無く嵌め込まれる。

このように、先端部３１ｄ及び先端部３１ｅが溝部５１ｂ及び溝部５２ｂに嵌め込まれた場合、線細工バネ３１のうち溝部１３ｂ及び溝部１５ｂと、溝部５１ｂ及び溝部５２ｂとの間の部分３１ｆの寸法Ｌ１（図１１参照）が微小な値となる。このため、当該部分３１ｆをＺ方向に変形する際には、大きな力が必要となる。よって、線細工バネ３１のＺ方向への変形が規制される。線細工バネ３１のＺ方向への変形が規制されることにより、軸受２７及び軸受２８が設けられなくても、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の軸線方向（Ｚ方向）への移動を抑制することができる。

なお、線細工バネ３１の先端部３１ｄ及び先端部３１ｅは、溝部５１ｂ及び溝部５２ｂから外側にはみ出すように折り返されている。先端部３１ｄ及び先端部３１ｅが溝部５１ｂ及び溝部５２ｂに引っ掛かるのを回避することができ、溝部５１ｂ及び溝部５２ｂの損傷を低減させることができる。

また、一の溝部５１ｂ及び溝部５２ｂに嵌め込まれる先端部３１ｄと先端部３１ｅとの間には、隙間が形成されるようにする。この隙間が設けられることにより、線細工バネ３１のθＺ方向の弾性変形に伴って先端部３１ｄ及び先端部３１ｅがθＺ方向に移動する場合であっても、当該先端部３１ｄ及び先端部３１ｅのθＺ方向の移動が規制されずに済む。このように、当該隙間は、先端部３１ｄ及び先端部３１ｅのθＺ方向への移動のマージンとして設けられている。

また、上記実施形態では、線細工バネ３１の第一連結部３１ａ及び第二連結部３１ｂについて、それぞれ連結先を柱状部１３ａ及び柱状部１５ａとして個別に設けた構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、異なる線細工バネ３１の第一連結部３１ａ同士を共通の連結先に連結させても良い。

なお、変形規制部５０はトルクリミッタとしても用いることができる。例えば、図１１に示される構成のトルク検出装置に対して所定の値以上のトルクが付加された場合、第一変形規制部５１の端部、あるいは第二変形規制部５２の端部が線細工バネ３０と接触してトルクリミッタとして機能し、トルク検出装置を保護することができる。この場合の上限となるトルクの値は、第一変形規制部５１の端部と線細工バネ３０との距離、及び第二変形規制部５２の端部と線細工バネ３０との距離を所望の距離とすることによって設定が可能である。

また、所定の値以上のトルクが付加された場合に、第一変形規制部５１と第二突出部１５が接触するように、第二変形規制部５２と第一突出部１３が接触するように、第一変形規制部及び第二変形規制部の形状を設計しておくことでもトルクリミッタとしての効果を得ることができる。

図１３は、連結部１０の構成を示す斜視図である。図１４は、図１３に示す連結部１０をＺ方向に垂直な平面で切断したときの断面を＋Ｚ方向に見たときの図である。なお、図１３は、各線細工バネ３１を含む断面で切断している。

図１３及び図１４に示す構成において、第一突出部１３に設けられる柱状部１３ａは、１本となっている。第一面１１ａには、３本の柱状部１３ａがθＺ方向に１２０°ずつずれた位置に配置されている。また、第二突出部１５に設けられる柱状部１５ａは、１本となっている。第二面１２ａには、３本の柱状部１５ａがθＺ方向に１２０°ずつずれた位置に配置されている。したがって、連結部１０においては、θＺ方向に６０°ごとに第一突出部１３の柱状部１３ａと第二突出部１５の柱状部１５ａとが交互に配置されている。

柱状部１３ａには、２つの溝部１３ｂが設けられている。２つの溝部１３ｂは、Ｚ方向にずれた位置に設けられている。線細工バネ３１は、２つの溝部１３ｂのいずれにも連結可能である。このため、１本の柱状部１３ａには、２つの線細工バネ３１が連結可能である。同様に、柱状部１５ａには、２つの溝部１５ｂが設けられている。２つの溝部１５ｂは、Ｚ方向にずれた位置に設けられている。線細工バネ３１は、２つの溝部１５ｂのいずれにも連結可能である。このため、１本の柱状部１５ａには、２つの線細工バネ３１が連結可能である。

また、連結部１０には、変形規制部５０が設けられている。図１５は、変形規制部５０の構成を拡大して示す図である。図１３〜図１５に示すように、変形規制部５０は、第一変形規制部５３及び第二変形規制部５４を有する。なお、図１５に示す構成は、第二変形規制部５４に関するものであるが、第一変形規制部５３と第二変形規制部５４とは、対応する形状を有している。したがって、図１５には、第二変形規制部５４の各部に対応する第一変形規制部５３の符号を括弧内に示す。

第一変形規制部５３は、第一鍔部１１の第一面１１ａに設けられている。第一変形規制部５３は、第一鍔部１１の中心を取り囲むように３つ設けられている。３つの第一変形規制部５３は、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の回転方向（θＺ方向）に等ピッチ（例、１２０°）で配置されている。本実施形態では、３つの第一変形規制部５１は、それぞれ柱状部１３ａに対応する位置に配置されている。

第一変形規制部５３は、壁部５３ａ及び溝部５３ｂと、壁部５３ｃ及び溝部５３ｄとを有している。この第一変形規制部５３は、壁部５３ａと５３ｃとがθＺ方向に一部Ｚ方向に重なるようにθＺ方向にずれて配置されている。同様に、第二変形規制部５４は、壁部５４ａ及び溝部５４ｂと、壁部５４ｃ及び溝部５４ｄとを有している。この第二変形規制部５４は、壁部５４ａと５４ｃとがθＺ方向に一部Ｚ方向に重なるようにθＺ方向にずれて配置されている。

溝部５１ｂ及び溝部５２ｂには、線細工バネ３１の先端部３１ｄ及び先端部３１ｅが嵌め込まれる。溝部５１ｂ及び溝部５２ｂのＺ方向の寸法は、例えば線細工バネ３１の径にほぼ等しい。このため、線細工バネ３１の先端部３１ｄ及び先端部３１ｅは、溝部５１ｂ及び溝部５２ｂに隙間無く嵌め込まれる。

これにより、先端部３１ｄ及び先端部３１ｅが溝部５１ｂ及び溝部５２ｂに嵌め込まれた場合、線細工バネ３１のＺ方向への変形又は移動が規制される。線細工バネ３１のＺ方向への変形又は移動が規制されることにより、軸受２７及び軸受２８が設けられなくても、入力軸Ｓ１及び出力軸Ｓ２の軸線方向（Ｚ方向）への移動を抑制することができる。

なお、線細工バネ３１の先端部３１ｄ及び先端部３１ｅは、溝部５１ｂ及び溝部５２ｂから外側にはみ出すように折り返されている。先端部３１ｄ及び先端部３１ｅが溝部５１ｂ及び溝部５２ｂに引っ掛かるのを回避することができ、溝部５１ｂ及び溝部５２ｂの損傷を低減させることができる。

線細工バネ３１の一つは、柱状部１３ａの溝部１３ｂと柱状部１５ａの溝部１５ｃとの間を連結する。当該線細工バネ３１の先端部３１ｄは、第二変形規制部５４の溝部５４ｄに嵌め込まれる。また、当該線細工バネ３１のうち第一連結部３１ａと屈曲部３１ｃとの間の部分は、壁部５４ａと第一面１１ａとの間に配置される。また、当該線細工バネ３１の先端部３１ｅは、第一変形規制部５３の溝部５３ｄに嵌め込まれる。また、線細工バネ３１のうち第二連結部３１ｂと屈曲部３１ｃとの間の部分は、壁部５３ａと第一面１１ａとの間に配置される。

また、線細工バネ３１の一つは、柱状部１３ａの溝部１３ｃと柱状部１５ａの溝部１５ｂとの間を連結する。当該線細工バネ３１の先端部３１ｄは、第二変形規制部５４の溝部５４ｂに嵌め込まれる。また、当該線細工バネ３１のうち第一連結部３１ａと屈曲部３１ｃとの間の部分は、壁部５４ｃと第二面１２ａとの間に配置される。また、当該線細工バネ３１の先端部３１ｅは、第一変形規制部５３の溝部５３ｂに嵌め込まれる。また、当該線細工バネ３１のうち第二連結部３１ｂと屈曲部３１ｃとの間の部分は、壁部５３ｃと第二面１２ａとの間に配置される。

また、上記実施形態では、一組の柱状部１３ａ及び柱状部１５ａの間に連結される線細工バネ３１が一つである構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、一組の柱状部１３ａ及び柱状部１５ａの間に複数の線細工バネ３１が重ねて連結される構成であっても良い。

図１６及び図１７は、一組の柱状部１３ａ及び柱状部１５ａの間に複数の線細工バネ３１が重ねて連結された構成を示す図である。
例えば図１６に示すように、複数（例、３つ）の線細工バネ３１が、Ｚ方向に間隔を空けて柱状部１３ａ及び柱状部１５ａに装着された構成としても良い。この場合、柱状部１３ａ及び柱状部１５ａには、それぞれＺ方向に間隔を空けて形成された３つの溝部１３ｂ及び３つの溝部１５ｂに装着されており、３つの線細工バネ３１は、それぞれ３つの溝部１３ｂと３つの溝部１５ｂとの間に装着される。この構成により、θＺ方向における強度を確保することができるため、より大きなトルクにも対応することができる。

また、例えば図１７に示すように、複数（例、３つ）の線細工バネ３１が、Ｚ方向に互いに密着した状態で柱状部１３ａ及び柱状部１５ａにＺ方向に形成された溝部１３ｂ及び溝部１５ｂに装着された構成としても良い。この場合、溝部１３ｂ及び溝部１５ｂは、Ｚ方向に複数（例、３つ）の線細工バネ３１を収容可能な寸法を有する構成とする。この構成により、θＺ方向における強度を確保することができ、より大きなトルクに対応することができる。また、線細工バネ３１がＺ方向に密着しているため、Ｚ方向への変形に強くなるという利点がある。

また、例えば図１８に示すように、複数の線細工バネを一体化させた構成としても良い。図１８は、線細工バネ３２の構成を示す図である。
図１８に示すように、線細工バネ３２は、第一連結部３２ａ、第二連結部３２ｂ、第三連結部３２ｃ及び第四連結部３２ｄを有する。また、線細工バネ３２は、第一連結部３２ａと第二連結部３２ｂとの間に屈曲部３２ｅを有し、第三連結部３２ｃと第四連結部３２ｄとの間に屈曲部３２ｆを有する。線細工バネ３２は、第一連結部３２ａ側の端部３２ｇと、第四連結部３２ｄ側の端部３２ｈとがそれぞれ折り返されている。

また、線細工バネ３２は、第二連結部３２ｂと第三連結部３２ｃとの間に、中間連結部３２ｉを有する。中間連結部３２ｉは、第二連結部３２ｂと第三連結部３２ｃとがθＺ方向に並ぶように直線状に設けられている。

図１９は、図１８に示す線細工バネ３２が設けられた連結部１０の構成を示す図である。
図１９に示すように、線細工バネ３２は、複数組（例、２組）の柱状部１３ａ及び柱状部１５ａの間を連結する。このため、線細工バネ３２を取り付ける場合に、取り付け工程を簡略化することができる。

また、複数の線細工バネを一体化させる場合には、例えば図２０に示す構成としても良い。図２０は、線細工バネ３３の構成を示す図である。
図２０に示すように、線細工バネ３３は、第一連結部３３ａ、第二連結部３３ｂ、第三連結部３３ｃ及び第四連結部３３ｄを有する。また、線細工バネ３３は、第一連結部３３ａと第二連結部３３ｂとの間に屈曲部３３ｅを有し、第三連結部３３ｃと第四連結部３３ｄとの間に屈曲部３３ｆを有する。線細工バネ３３は、第一連結部３３ａ側の端部３３ｇと、第四連結部３３ｄ側の端部３３ｈとがそれぞれ折り返されている。

また、線細工バネ３３は、第二連結部３３ｂと第三連結部３３ｃとの間に、中間連結部３３ｉを有する。ここでは、第一連結部３３ａと第四連結部３３ｄとがＺ方向に重なり、第二連結部３３ｂと第三連結部３３ｃとがＺ方向に重なるように、中間連結部３３ｉが折り曲げられている。

図２１は、図２１に示す線細工バネ３３が設けられた連結部１０の構成を示す図である。
図２１に示すように、線細工バネ３３は、１組の柱状部１３ａ及び柱状部１５ａの間をＺ方向に複数重ねて（例、２重に）連結する。このため、複数の線細工バネをＺ方向に重ねて取り付ける場合に比べて、取り付け工程を簡略化することができる。また、θＺ方向における強度を確保することができるため、より大きなトルクにも対応することができる。

また、上記説明においては、線細工バネの屈曲部が一方向（例、第一鍔部１１及び第二鍔部１２の中心側）に湾曲された構成を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えば、線細工バネの屈曲部が、一回あるいは複数回巻かれた構成であっても良い。

Ｓ１…入力軸 Ｓ２…出力軸 ＣＯＮＴ…制御部 １０…連結部 ２０…検出部 ２７…軸受 ２８…軸受 ３０…バネ部 ３１、３２、３３…線細工バネ ５０…変形規制部 ５１、５３…第一変形規制部 ５２、５４…第二変形規制部 １００…トルク検出装置 ５０１…パワーステアリング装置

Claims (24)

1. 入力軸から出力軸へ伝達されるトルクを検出するトルク検出装置であって、
   前記入力軸及び前記出力軸の回転面に沿って配置され、前記入力軸及び前記出力軸の回転の中心に向けて突出するように折り曲げられた屈曲部を有し、前記入力軸及び前記出力軸の回転方向に弾性変形可能である線細工バネと、
   前記線細工バネを介して前記入力軸と前記出力軸とを連結する連結部と、
   前記連結部によって連結された状態で回転する前記入力軸及び前記出力軸の回転量の差を検出する検出部と
   を備えるトルク検出装置。
2. 前記線細工バネは、前記入力軸及び前記出力軸に固定されている
   請求項１に記載のトルク検出装置。
3. 前記入力軸に回転力が与えられている状態において、前記線細工バネは、前記回転方向に圧縮応力が付加される第一弾性部と、前記回転方向に引っ張り応力が付加される第二弾性部とを同時に有する
   請求項１又は請求項２に記載のトルク検出装置。
4. 前記第一弾性部及び前記第二弾性部は、前記回転方向に交互に並んで配置されている
   請求項３に記載のトルク検出装置。
5. 一の前記第一弾性部と一の前記第二弾性部とが、一部材で形成されている
   請求項３又は請求項４に記載のトルク検出装置。
6. 前記線細工バネは、一部材で形成されている
   請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
7. 前記線細工バネは、弾性変形された状態で設けられている
   請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
8. 前記線細工バネは、前記入力軸及び前記出力軸の軸線方向に複数設けられている
   請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
9. 前記軸線方向に設けられた複数の前記線細工バネが、互いに密着している
   請求項８に記載のトルク検出装置。
10. 前記連結部は、前記線細工バネの、前記入力軸及び前記出力軸の軸線方向への移動を規制する規制部を有する
    請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
11. 前記連結部は、
    前記入力軸に設けられた第一鍔部と、
    前記出力軸に設けられ、前記第一鍔部に対して前記軸線方向に対向する第二鍔部と、
    前記第一鍔部に設けられ、前記第二鍔部側に突出した第一突出部と、
    前記第二鍔部のうち前記第一突出部とは前記回転方向にずれた位置に設けられ、前記第一鍔部側に突出した第二突出部と
    を有し、
    前記線細工バネは、前記第一突出部と前記第二突出部とを連結するように設けられている
    請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
12. 前記第一突出部及び前記第二突出部は、それぞれ複数設けられており、前記回転方向に交互に配置されている
    請求項１１に記載のトルク検出装置。
13. 前記第一突出部は前記回転方向に等ピッチで設けられ、
    前記第二突出部は前記回転方向に等ピッチで設けられている
    請求項１２に記載のトルク検出装置。
14. 前記屈曲部は、前記第一突出部に連結される連結部分と、前記第二突出部に連結される連結部分との間に設けられている
    請求項１１から請求項１３のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
15. 前記連結部は、前記線細工バネの前記軸線方向への変形を規制する変形規制部を有する
    請求項１から請求項１４のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
16. 前記線細工バネは、前記連結部分の端部側の一部が前記入力軸及び前記出力軸の外周側に屈曲されており、
    前記変形規制部は、屈曲された前記一部を前記軸線方向に支持する屈曲部支持部を有する
    請求項１５に記載のトルク検出装置。
17. 前記連結部は、前記入力軸から前記出力軸へ伝達されるトルクを制限するトルクリミッタを有する
    請求項１から請求項１６のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
18. 前記入力軸及び前記出力軸のうち少なくとも一方は、中空状に形成されている
    請求項１から請求項１７のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
19. 前記連結部は、前記入力軸と前記出力軸とを嵌合させる嵌合部を有する
    請求項１から請求項１８のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
20. 前記嵌合部は、前記入力軸と前記出力軸との間に配置された潤滑剤を有する
    請求項１９に記載のトルク検出装置。
21. 前記連結部は、前記線細工バネを前記入力軸及び前記出力軸のうち少なくとも一方に固定する固定部を有する
    請求項１から請求項２０のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
22. 前記検出部による検出結果を用いて処理を行う制御部を備える
    請求項１から請求項２１のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置。
23. 前記制御部は、前記検出結果を較正する較正部を有する
    請求項２２に記載のトルク検出装置。
24. 請求項１から２３のうちいずれか一項に記載のトルク検出装置を備える
    パワーステアリング装置。

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