JP2599683Y2 - トルクセンサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、トルク伝達軸により伝
達されるトルクを検知するためのトルクセンサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電動パワーステアリング装置に
おいては、ハンドルの回転を入力軸から出力軸を介して
操舵用車輪に伝達する際、入力軸から出力軸に伝達され
るトルクの大きさをトルクセンサにより検知し、この検
出トルクの大きさに応じて操舵補助力を付与している。
そのようなトルクセンサとして図２に示すものが用いら
れている。

【０００３】このトルクセンサ１０１は、ハウジング１
０２の内部にベアリングを介して支持される入力軸１０
３と出力軸１０４とを備えている。その入力軸１０３と
出力軸１０４とはトーションバー１０５を介して連結さ
れている。その入力軸１０３の外周に非磁性体製のスリ
ーブ１０６が嵌合され、このスリーブ１０６の外周に磁
性体製の第１検出リング１０７が嵌合されている。ま
た、その出力軸１０４の外周に磁性体製の第２検出リン
グ１０８が嵌合されている。その第１検出リング１０７
と第２検出リング１０８とは互いに対向するように配置
され、各検出リング１０７、１０８の互いの対向端面に
は、周方向に沿って複数の歯１０９、１１０が形成され
ている。

【０００４】また、入力軸１０３に第３検出リング１１
１が嵌合され、この第３検出リング１１１は前記第１検
出リング１０７と対向するように配置される。その第３
検出リング１１１の第１検出リング１０７との対向端面
には周方向に沿って複数の歯１１２が形成され、一方、
第１検出リング１０７の第３検出リング１１１との対向
端面には歯は形成されていない。

【０００５】また、ハウジング１０２に磁性体製の第１
筒状ホルダー１１３と第２筒状ホルダー１１５とが挿入
され、その第１筒状ホルダー１１３に第１検出コイル１
１４が挿入され、第２筒状ホルダー１１５に第２検出コ
イル１１６が挿入されている。その第１検出コイル１１
４は、第１検出リング１０７と第２検出リング１０８の
対向端部を覆うように配置され、その第２検出コイル１
１６は、第１検出リング１０７と第３検出リング１１１
との対向端部を覆うように配置されている。その第１検
出コイル１１４は、第１検出リング１０７と第２検出リ
ング１０８の各対向端部を通過する磁束を発生し、第２
検出コイル１１６は、第１検出リング１０７と第３検出
リング１１１の各対向端部を通過する磁束を発生する。

【０００６】図３に示すように、第１検出コイル１１４
は抵抗１１７を介して発振器１１８に接続され、第２検
出コイル１１６は抵抗１１９を介して発振器１１８に接
続されている。また、第１検出コイル１１４は演算増幅
器１２０の反転入力端子に接続され、第２検出コイル１
１６はその演算増幅器１２０の非反転入力端子に接続さ
れている。

【０００７】上記構成によれば、入力軸１０３から出力
軸１０４へのトルク伝達によるトーションバー１０５の
ねじれにより、第１検出リング１０７と第２検出リング
１０８とが軸中心に相対回転する。そうすると、第１検
出リング１０７と第２検出リング１０８の各対向端部に
設けられた歯１０９、１１０の軸方向に関して重合する
部分の面積が変化することから、第１検出コイル１１４
のインピーダンスが変化し、その変化に応じて第１検出
コイル１１４の出力電圧が変化する。この出力電圧の変
化が演算増幅器１２０により増幅されて伝達トルクに対
応した電気信号が得られる。

【０００８】また、温度変化により第１検出コイル１１
４のインピーダンスが変化しても、第２検出コイル１１
６も温度変化によりインピーダンスが変化し、各検出コ
イル１１４、１１６の温度変化による出力変動は演算増
幅器１２０により打消される。これにより、第１検出コ
イル１１４によるトルク検知が温度の影響を受けないよ
うに補償されている。

【０００９】上記のようなトルクセンサにあっては、入
力軸１０３と出力軸１０４とが一方向に相対回転した場
合と他方向に相対回転した場合の双方のトルクを精度良
く検出するためには、トルクが伝達されない中点でのコ
イル出力を一定の誤差内に収める必要がある。そのコイ
ル出力は、第１検出リング１０７と第２検出リング１０
８との軸方向間隔δや軸中心の周方向相対位置により変
動することから、組み付けに際して、その軸方向間隔δ
や周方向相対位置を調節するいわゆる中点出し作業を行
う必要がある。

【００１０】そのため、前記スリーブ１０６の外周に第
１検出リング１０７を圧入し、そのスリーブ１０６を入
力軸１０３に軸方向移動可能かつ軸中心に相対回転可能
に嵌合し、第１検出リング１０７、スリーブ１０６及び
入力軸１０３を貫通する貫通孔１０７ｂ、１０６ｂ、１
０３ｂを機械加工し、この貫通孔１０７ｂ、１０６ｂ、
１０３ｂにピン１１８を圧入することで第１検出リング
１０７を固定し、一方、第２検出リング１０８は出力軸
１０４に圧入している。これにより、第１検出リング１
０７と第２検出リング１０８との軸方向間隔δと軸中心
の周方向相対位置を調節可能とし、その調節の完了後
に、出力軸１０４及びトーションバー１０５を貫通する
貫通孔１０４ｂ、１０５ｂを機械加工し、この貫通孔１
０４ｂ、１０５ｂにピン１２４を圧入していた。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】上記中点出し作業は、
まず、第１検出リング１０７と第２検出リング１０８と
を互いに接合させ、しかる後に両検出リング１０７、１
０８の軸方向間隔を広げつつ間隔調節を行っている。こ
れは、トルクセンサの検出精度を向上するためには、両
検出リング１０７、１０８の軸方向間隔δを小さく且つ
高精度に設定する必要があることから、両検出リング１
０７、１０８の軸方向間隔を狭めつつ軸方向間隔の調節
を行うと、不慮に両検出リング１０７、１０８を互いに
強く押し付けてしまい、各検出リング１０７、１０８の
対向端部に設けられた歯１０９、１１０の変形、傷、内
部組織の変化等により磁気特性が変化し、正確なトルク
検出ができなくなるからである。

【００１２】しかし、両検出リング１０７、１０８の軸
方向間隔を広げつつ間隔調節を行う場合でも、最初は両
検出リング１０７、１０８を互いに接合させる必要があ
るため、不慮に両検出リングを互いに強く押し付けてし
まうおそれがある。また、検出精度を一定の誤差内に収
めるために両検出リング１０７、１０８の軸方向間隔δ
を数１０μｍ単位で調節することが要求される場合があ
り（例えば数１０μｍの誤差内で１ｍｍ未満の軸方向間
隔に設定することを要求される場合があり）、このよう
な場合に軸方向間隔を広げる方向にしか両検出リング１
０７、１０８を移動させることができないと、その間隔
調節を精度良く行うのは極めて困難である。

【００１３】また、中点出し作業の際に入力軸１０３の
軸心と出力軸１０４の軸心とが相対的に傾き、両検出リ
ング１０７、１０８の軸方向間隔δが変化して正確な中
点出しを行うことができず、トルクセンサの検出精度が
低下するという問題があった。また、中点出し作業の完
了後にピン１１８を圧入する際に、入力軸１０３に対し
第１検出リング１０７が傾いて両検出リング１０７、１
０８の軸方向間隔δが変化し、トルクセンサの検出精度
が低下するという問題もあった。

【００１４】本考案は、上記従来技術の問題を解決する
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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本考案の特徴とするとこ
ろは、トーションバーを介し連結される一対のトルク伝
達軸と、一方のトルク伝達軸に嵌合された磁性体製検出
リングと、この磁性体製検出リングに対向すると共に他
方のトルク伝達軸に嵌合された磁性体製検出リングと、
両検出リングを通過する磁束を発生する検出コイルとを
備え、少なくとも一方の検出リングはトルク伝達軸に軸
方向移動可能に嵌合された後に固定され、両検出リング
の互いに対向する端面に、それぞれ歯が周方向に沿って
複数設けられ、両検出リングの相対回転に基づく前記歯
の軸方向に関して重合する部分の面積変化による検出コ
イルの出力変化によって伝達トルクを検出するトルクセ
ンサにおいて、一方の検出リングと軸方向に同行移動す
る部分と他方の検出リングと軸方向に同行移動する部分
との間であって両検出リングの相対向する前記歯の内方
側に、リング部材が介在され、そのリング部材の軸方向
一端側が一方の検出リングと軸方向に同行移動する部分
に当接され、軸方向他端側が他方の検出リングと軸方向
に同行移動する部分に当接されることで、両検出リング
の軸方向間隔が予め定めた一定値に設定され、そのリン
グ部材の外周側が両検出リングの歯の内周側に当接する
ことで、一方のトルク伝達軸の軸心と他方のトルク伝達
軸の軸心との相対的な傾きが規制される点にある。

【００１６】

【作用】本考案の構成によれば、一方の検出リングと他
方の検出リングとが当接するのをリング部材により阻止
できる。その両検出リングの軸方向間隔は、そのリング
部材の軸方向長さに応じ任意に設定することができる。
よって、両検出リングの軸方向間隔を、両検出リングを
不慮に互いに強く押し付けてしまうことなく所望の値に
設定できる。

【００１７】両検出リングの径方向内方に配置されるリ
ング部材の外周側が両検出リングの歯の内周側に当接す
ることで、一方のトルク伝達軸の軸心と他方のトルク伝
達軸の軸心とが相対的に大きく傾くのが防止される。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本考案の実施例を説明
する。

【００１９】図１に示すトルクセンサ１は、車両のパワ
ーステアリング装置に用いられるものであって、ハウジ
ング２と、入力軸（トルク伝達軸）３と、出力軸（トル
ク伝達軸）４とを備えている。

【００２０】その入力軸３は、ハウジング２の内部にベ
アリング５を介して回転自在に支持され、ハンドルシャ
フト９に連結されている。その出力軸４はハウジング２
の内部にベアリング６ａ、６ｂを介して回転自在に支持
され、ステアリング装置を介し操舵用車輪に連動され
る。その入力軸３と出力軸４とは、各軸３、４の軸心に
貫通された挿入孔７に挿入されたトーションバー８を介
して連結されている。すなわち、トーションバー８はピ
ン２３を介して入力軸３とハンドルシャフト９とに連結
され、また、ピン２４を介して出力軸４に連結され、こ
れにより、入力軸３と出力軸４との軸方向相対位置が定
められている。また、出力軸４の外周にギヤ１０が嵌合
され、このギヤ１０は、操舵補助用モータの出力軸に嵌
合されたウォームギヤ１１に噛み合わされている。

【００２１】その入力軸３の外周に、非磁性体製のスリ
ーブ１２が軸中心に相対回転自在かつ軸方向に相対移動
自在に挿入され、このスリーブ１２の外周に、磁性体製
の第１検出リング１３が圧入されている。その入力軸３
に対してスリーブ１２と第１検出リング１３とを固定す
るため、入力軸３、スリーブ１２及び第１検出リング１
３に複数のピン５０が圧入されている。

【００２２】その出力軸４の外周に、第１検出リング１
３に対向するように磁性体製の第２検出リング１４が圧
入されている。各検出リング１３、１４の対向端面に、
それぞれ歯１３ａ、１４ａが周方向に沿って複数設けら
れている。

【００２３】また、入力軸３の外周に磁性体製の第３検
出リング１５が圧入され、この第３検出リング１５と前
記第２検出リング１４との間に第１検出リング１３が配
置されている。この第３検出リング１５の第１検出リン
グ１３との対向端面に、複数の歯１５ａが周方向に沿っ
て設けられている。なお、第１検出リング１３の第３検
出リング１５との対向端面には歯は設けられていない。

【００２４】そのハウジング２の内部に磁性体製の第１
筒状ホルダー１６が挿入され、この第１筒状ホルダー１
６の内部に第１検出コイル１７が挿入されている。その
第１検出コイル１７は、第１検出リング１３と第２検出
リング１４との対向端部を覆うように配置されている。
また、ハウジング２の内部に磁性体製の第２筒状ホルダ
ー２０が挿入され、この第２筒状ホルダー２０の内部に
第２検出コイル２１が挿入されている。その第２検出コ
イル２１は、第１検出リング１３と第３検出リング１５
との対向端部を覆うように配置されている。前述の従来
例と同様に、第１検出コイル１７は抵抗を介して発振器
に接続されると共に演算増幅器の反転入力端子に接続さ
れ、第２検出コイル２１は抵抗を介して発振器に接続さ
れると共に演算増幅器の非反転入力端子に接続されてい
る。これにより、第１検出コイル１７は第１検出リング
１３と第２検出リング１４を通過する磁束を発生し、第
２検出コイル２１は第１検出リング１３と第３検出リン
グ１５を通過する磁束を発生する。

【００２５】その入力軸３から出力軸４へのトルク伝達
により第１検出リング１３と第２検出リング１４とが軸
中心に相対回転すると、第１検出リング１３と第２検出
リング１４の各対向端面に形成された歯１３ａ、１４ａ
の軸方向に関して重合する部分の面積が変化することか
ら、第１検出コイル１７のインピーダンスが変化し、そ
の変化に応じて第１検出コイル１７の出力電圧が変化す
る。この出力電圧の変化が演算増幅器により増幅され、
伝達トルクに対応した電気信号が得られる。この信号に
応じて前記操舵補助用モータが駆動され、前記ギヤ１
１、１０を介して出力軸４に操舵補助力が与えられる。

【００２６】また、温度変化により第１検出コイル１７
のインピーダンスが変化しても、第２検出コイル２１も
温度変化によりインピーダンスが変化し、各検出コイル
１７、２１の温度変化による出力変動は演算増幅器によ
り打ち消される。これにより、第１検出コイル１７によ
るトルク検知は温度の影響を受けないよう補償されてい
る。

【００２７】その入力軸３に合成樹脂製のリング部材６
０が嵌合されている。このリング部材６０は、軸方向一
端が前記スリーブ１２の端面に当接し、軸方向他端が出
力軸４の端面に当接し、また、その軸方向長さＬは、両
検出リング１３、１４の軸方向間隔δを予め定めた一定
値に設定するための長さとされている。また、リング部
材６０は両検出リング１３、１４の対向端部の径方向内
方に配置されている。そのリング部材６０の内周面と入
力軸３の外周面との間の隙間とリング部材６０の外周面
と第１検出リング１３の内周面との間の隙間との和は、
スリーブ１２の内周面と入力軸３の外周面との間の隙間
よりも小さく設定されている。また、リング部材６０の
外周面と第２検出リング１４の内周面との間の隙間は、
リング部材６０の外周面と第１検出リング１３の内周面
との間の隙間と等しく設定されている。さらに、リング
部材６０に対するスリーブ１２および出力軸４の摩擦が
大きくなって第１検出リング１３と第２検出リング１４
との相対回転が規制されるのを防止するため、リング部
材６０とスリーブ１２の端面との間およびリング部材６
０と出力軸４の端面との間にグリースが塗布されてい
る。

【００２８】上記構成によれば、入力軸３に第１検出リ
ング１３をスリーブ１２を介し軸方向移動可能かつ軸中
心に相対回転可能に嵌合し、入力軸３、スリーブ１２及
び第１検出リング１３を貫通する貫通孔３ｂ、１２ｂ、
１３ｂが形成され、その貫通孔３ｂ、１２ｂ、１３ｂに
ピン５０が圧入されることで、第１検出リング１３は入
力軸３に固定され、出力軸４に第２検出リング１４を圧
入した状態で、両検出リング１３、１４の軸方向間隔δ
や軸中心の周方向相対位置を調節し、トルクが伝達され
ない中点でのコイル出力を一定の誤差内に収める中点出
し作業が行われる。しかる後に、出力軸４及びトーショ
ンバー８を貫通する貫通孔４ｂ、８ｂを機械加工し、こ
の貫通孔４ｂ、８ｂにピン２４を圧入する。

【００２９】その中点出し作業において、両検出リング
１３、１４が互いに当接するのはリング部材６０により
阻止される。その両検出リング１３、１４の軸方向間隔
δは、そのリング部材６０の軸方向長さＬに応じ定ま
る。すなわち、両検出リング１３、１４の軸方向間隔δ
が小さいものであっても、両検出リング１３、１４を不
慮に互いに強く押し付けてしまうことなく、両検出リン
グ１３、１４の軸方向間隔δを所望の値に設定できる。

【００３０】また、その中点出し作業を行う際、リング
部材６０の外周面が第２検出リング１４の内周面に当接
することで、入力軸３の軸心と出力軸４の軸心とが相対
的に大きく傾くのが防止される。これにより、両検出リ
ング１３、１４の軸方向間隔δが変動してトルク検出精
度が低下するのを防止できる。

【００３１】なお、本考案は上記実施例に限定されるも
のではない。例えば、上記実施例ではリング部材６０の
軸方向一端をスリーブ１２の端面に当接させ、軸方向他
端を出力軸４の端面に当接させたが、軸方向一端を第１
検出リング１３に直接当接させ、軸方向他端を第２検出
リング１４に直接当接させてもよく、要は、一方の検出
リングと軸方向に同行移動する部分と他方の検出リング
と軸方向に同行移動する部分との間にリング部材６０が
介在すればよい。

【００３２】

【考案の効果】本考案のトルクセンサによれば、一対の
検出リングの軸方向間隔をリング部材により容易かつ高
精度に設定し、また、そのリング部材により両検出リン
グの互いの傾きを防止することで、トルク検出精度の低
下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例のトルクセンサの断面図

【図２】従来例のトルクセンサの断面図

【図３】トルクセンサの回路構成の説明図

【符号の説明】 １ トルクセンサ ３ 入力軸 ４ 出力軸 ８ トーションバー １３ 第１検出リング １４ 第２検出リング １７ 第１検出コイル ６０ リング部材

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 トーションバーを介し連結される一対の
   トルク伝達軸と、一方のトルク伝達軸に嵌合された磁性
   体製検出リングと、この磁性体製検出リングに対向する
   と共に他方のトルク伝達軸に嵌合された磁性体製検出リ
   ングと、両検出リングを通過する磁束を発生する検出コ
   イルとを備え、少なくとも一方の検出リングはトルク伝
   達軸に軸方向移動可能に嵌合された後に固定され、両検
   出リングの互いに対向する端面に、それぞれ歯が周方向
   に沿って複数設けられ、両検出リングの相対回転に基づ
   く前記歯の軸方向に関して重合する部分の面積変化によ
   る検出コイルの出力変化によって伝達トルクを検出する
   トルクセンサにおいて、 一方の検出リングと軸方向に同行移動する部分と他方の
   検出リングと軸方向に同行移動する部分との間であって
   両検出リングの相対向する前記歯の内方側に、リング部
   材が介在され、 そのリング部材の軸方向一端側が一方の検出リングと軸
   方向に同行移動する部分に当接され、軸方向他端側が他
   方の検出リングと軸方向に同行移動する部分に当接され
   ることで、両検出リングの軸方向間隔が予め定めた一定
   値に設定され、 そのリング部材の外周側が両検出リングの歯の内周側に
   当接することで、一方のトルク伝達軸の軸心と他方のト
   ルク伝達軸の軸心との相対的な傾きが規制される ことを
   特徴とするトルクセンサ。