JP2723413B2 - 過負荷防止装置を備えたトルクセンサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は過負荷防止装置を備えた
トルクセンサに関し、特に自動車の電動式パワーステア
リング機構などに使用される、過負荷防止装置を備えた
トルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のパワーステアリングなどの用途
に供されるトルクセンサでは、通常のトルクの計測およ
び制御範囲が約１kgm 以下であるのに対し、過負荷が約
30kgmもかかり、計測範囲に対して過負荷がきわめて大
くなるのが一般的である。このため、この用途に供され
る従来のトルクセンサでは、低トルク領域の計測を分担
するトーシヨンバー方式のトルクセンサと、高トルクセ
ンサ領域を分担して、トルクセンサに過負荷が作用する
のを防止するための過負荷防止装置とが、機械的に並列
に組み込まれるのが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなト
ーションバーを用いた歪検出方式のトルクセンサでは、
センサの検出精度を向上させるため、および過負荷防止
機構の製作容易性を確保するため、センサ全長がかなり
長くなってしまうという問題点がある。

【０００４】そこで本発明はこのような問題点を解決し
て、過負荷防止装置を備えたトルクセンサの短尺小形化
を図り、さらに、このトルクセンサの組立の容易化とメ
ンテナンス性の向上とを図ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、トルクの伝達が行われる駆動側と負荷側との
間に、弾性体を介して動力を伝達する手段と、この動力
伝達手段に対し機械的に直列に接続されたトルクセンサ
とを設け、前記動力伝達手段とトルクセンサとに対して
機械的に並列に、所定の大きさのトルクによって前記弾
性体がある程度以上変形したときに、前記駆動側と負荷
側とを剛性の高い部材で機械的に直結させて、前記動力
伝達手段とトルクセンサとに前記所定の大きさ以上のト
ルクが負荷されるのを防止する過負荷防止部を設けたも
のである。

【０００６】

【作用】このような構成によれば、従来のようなトーシ
ョンバーを使用せずに、弾性体を介して動力を伝達する
手段と、この動力伝達手段に対し機械的に直列に接続さ
れるトルクセンサとを設け、これらに対し、剛性の高い
部材によって機械的に並列に過負荷防止手段を設けたた
め、装置全体が短尺で小形になる。また弾性体のばね定
数をある程度小さく選ぶことにより、過負荷防止部の製
作容易性が高まる。

【０００７】所定の大きさよりも小さなトルクが作用し
たときには、駆動側と負荷側との間では、弾性体とトル
クセンサとによって動力の伝達経路が構成される。ま
た、所定の大きさ以上のトルクが作用したときには、こ
の所定の大きさまでの成分は上記と同様に弾性体とトル
クセンサとで構成される動力伝達経路によって分担され
るが、この所定の大きさを越えた成分は、主として、剛
性の高い部材からなる過負荷防止部により構成される動
力伝達経路によって、駆動側から負荷側へ伝達される。

【０００８】

【実施例】図１〜図４において、１は駆動側の動力伝達
軸、２は負荷側の動力伝達軸であり、これらの軸１、２
によって自動車のパワーステアリング軸などが構成され
る。３は本発明にもとづくトルクセンサで、駆動側の動
力伝達軸１と負荷側の動力伝達軸２との先端にそれぞれ
設けられた大径部４、５を有している。両大径部４、５
間にはトルクセンサ軸６がわたされており、このトルク
センサ軸６は、キー７によって負荷側の動力伝達軸２の
大径部５に対し同軸上に固定されるとともに、ベアリン
グ８によって駆動側の動力伝達軸１の大径部４に対し同
軸上に回転自在に支持されている。

【０００９】トルクセンサ軸６は、軟磁性および磁歪性
を有する材料にて構成され、また過負荷の作用しない正
常時の最大印加トルクに耐える程度の細径に形成されて
いる。トルクセンサ軸６には、このトルクセンサ軸６の
軸心の方向と±約45度の角度をなして互いに反対方向に
傾斜する一対の磁気異方性部９、９が、多数の溝などに
よって形成されている。

【００１０】トルクセンサ軸６の周囲には円筒状のハウ
ジング10がベアリング11によって回転自在に同心状に支
持され、このハウジング10の内部には、円筒状のシール
ドヨーク12が同心状に収容されている。ハウジング10は
長さ方向に２分割されており、両分割体をねじ13で固定
することで、その内部にシールドヨーク12をはめ込んだ
状態で支持可能である。そして、このシールドヨーク12
に、各磁気異方性部９、９に対応した検出コイル14、14
および励磁コイル15、15が、やはり同心状に収容されて
いる。なお、ここではトルクセンサの例として磁歪式ト
ルクセンサを説明したが、これに限定されるものではな
く、他の方式のトルクセンサを用いることも、もちろん
可能である。

【００１１】駆動側の動力伝達軸１の大径部４に接近し
た位置におけるトルクセンサ軸６の部分には、ハウジン
グ10の外側の位置において、大径の円盤部16が取り付け
られている。図２および図３に詳細に示すように、円盤
部16には、その周方向の複数の位置において、この円盤
部16と同心状の円弧状のスリット17が形成されている。
このスリット17は、周方向に適当な長さを有している。
これに対し大径部４には、このスリット17に入り込む横
断面矩形状の突起18が形成されている。またスリット17
の長さ方向の両端の壁部19には、各壁部19から突起18に
向けてそれぞれ配置された圧縮コイルバネ20の基端部が
固定されている。突起18がスリット17の長さ方向の中央
部に位置したときにおいて、各圧縮コイルバネ20の先端
部と突起18との間には、わずかな隙間21が形成されるよ
うに構成されている。

【００１２】図１および図４に示すように、負荷側の動
力伝達軸２の大径部５の外周部から、駆動側の動力伝達
軸１の大径部４の外周部に向けて、ハウジング10を覆っ
てこのハウジング10よりも外周側に配置される円筒部22
が設けられている。そして、この円筒部22の先端側と駆
動側の動力伝達軸１の大径部４とによって、剛性の高い
部材からなる過負荷防止部23が構成されている。すなわ
ち、大径部４の外周部における周方向の適当な位置に、
円弧状の切欠部24が形成されている。一方、円筒部22の
先端には、この切欠部24にはまり込む突起25が形成され
ている。周方向において、切欠部24は突起25よりも長く
形成されており、軸１、２にトルクが作用していない状
態において、切欠部24と突起25との間には、突起25の両
側において周方向の隙間26がそれぞれ形成される。

【００１３】図２〜図４はそれぞれ位相が対応した状態
を示しており、図４に示すようにトルクが作用していな
い場合に突起25の両側に等間隔の隙間26が存在するとき
には、同時に、図３に示すように突起18の両側に等間隔
の隙間21が存在することになる。

【００１４】ハウジング10と円筒部22とには窓27、28が
形成され、励磁コイル15への電力供給ラインや検出コイ
ル14からの信号ラインは、これら窓27、28を通って外部
へ導かれる。

【００１５】このような構成において、軸１にトルクが
作用していないときには、上述のように両隙間21、26が
確保され、特に少なくとも突起18とバネ20との間では力
の伝達は行われない。このように構成したのは、仮にこ
のような隙間21が存在せず、突起18とバネ20とが機械的
に直結している場合には、初期状態におけるバネ20のア
ンバランスあるいは経時変化にもとづくバネ20のアンバ
ランスに起因するアンバランストルクがトルクセンサ軸
６に作用することになって、不都合なためである。

【００１６】軸１に正常時の比較的小さなトルクが印加
されたときには、このトルクは、大径部４から突起18お
よびバネ20を介してトルクセンサ軸６に伝達される。こ
のトルクの伝達によってバネ20が変形し、大径部４、５
どうしの間に位相差が生じるが、この正常時のトルクに
よるバネ20の変形は隙間26の範囲内であるため、過負荷
防止部23において大径部４と円筒部22の突起25とは機械
的に結合しない。このため、トルクセンサ軸６のみによ
ってトルクが伝達され、このトルクにもとづき磁気異方
性部９、９の透磁率が変化し、この透磁率の変化を検出
コイル14で検出することで、伝達されるトルクの大きさ
が求められる。

【００１７】軸１に過大なトルクが作用したときには、
バネ20が大きく撓んで、切欠部24と突起25との隙間26が
無くなり、この切欠部24の壁が突起25に接触して、両者
が機械的に直結することになる。すると、円筒部22を介
して大径部４、５どうしの間でもトルクが伝達されるこ
とになる。すなわち、大径部４、５の剛性を大きく、し
かもその径を大きく選ぶことにより、トルクセンサ軸６
には、切欠部24の壁と突起部25とが接触するまでこのト
ルクセンサ軸６にねじり変形を生じさせるだけのトルク
しか作用せず、それを越えるトルクは円筒部22を介して
伝達されることになる。この結果、トルクセンサ軸６に
は過負荷トルクが作用することがなく、その損傷が防止
される。

【００１８】このように従来のようなトーションバーを
用いることなしに、過負荷防止装置を備えたトルクセン
サ３を構成したため、このトルクセンサ３を短尺で小形
に構成するこどかできる。またバネ20の変形による位相
差を利用して切欠部24の壁と突起25とを接触させるよう
にしたため、トルクセンサ軸６のねじり変形だけでこの
接触を行わせるような場合に比べ、隙間26を大きくとる
ことができ、この隙間26に、加工調整しやすい寸法公差
を与えることができる。

【００１９】なお、上記においては弾性体としての一対
の圧縮コイルバネ20でで突起18を挟み込むように構成し
たが、これに限定されるものではなく、たとえば板バネ
など、伝達トルクによってある程度以上の変形を行う弾
性体であれば、これを適宜に使用することができる。し
かし、動力伝達軸１、２の回転量があまり多くなると、
コイル14、15からの信号ラインや電力供給ラインが円筒
部22などに巻き付いてしまうおそれがあるため、上述の
自動車のステアリングトルクを測定する場合のように、
軸１、２が連続回転しないような場合のみを適用対象と
する。

【００２０】なお、図１において仮想線で示すように、
大径部４、５の外径を同寸として、これら大径部４、５
にわたりスリーブ31を外ばめすることができる。こうす
ると、過負荷防止部23における切欠部24と突起25との離
脱が防止されて、スムーズな回転を期待できるのみなら
ず、負荷側の軸心合わせが容易になる。

【００２１】図５は、本発明の第１の変形実施例を示
す。すなわち、トルクセンサをパワーステアリングに使
用する場合は、軸の回転角度が少ないため、シールドヨ
ーク12を支持するためのベアリング11が不要となる場合
がある。このため、この図５の変形例では、シールドヨ
ーク12は円筒部22の内周面に直接取り付けられている。

【００２２】図６は、本発明の第２の変形実施例を示
す。ここでは、図５の場合と同様にベアリング11を有し
ない構成とされて、シールドヨーク12は、トルクセンサ
軸６の外周面に密着した状態で設置されている。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
のようなトーションバーを使用せずに、弾性体を介して
動力を伝達する手段と、この動力伝達手段に対し機械的
に直列に接続されるトルクセンサとを設け、これらに対
し機械的に並列に過負荷防止手段を設けたため、装置全
体を短尺で小形に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の過負荷防止装置を備えたト
ルクセンサの断面図である。

【図２】図１におけるII−II線に沿った断面図である。

【図３】図２における要部の拡大図である。

【図４】図１におけるIV−IV線に沿った断面図である。

【図５】本発明の第１の変形実施例の過負荷防止装置を
備えたトルクセンサの断面図である。

【図６】本発明の第２の変形実施例の過負荷防止装置を
備えたトルクセンサの断面図である。

【符号の説明】

１ 駆動側の動力伝達軸 ２ 負荷側の動力伝達軸 ３ トルクセンサ ６ トルクセンサ軸 17 スリット 18 突起 20 圧縮コイルバネ 21 隙間 23 過負荷防止部

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トルクの伝達が行われる駆動側と負荷側
   との間に、弾性体を介して動力を伝達する手段と、この
   動力伝達手段に対し機械的に直列に接続されたトルクセ
   ンサとを設け、前記動力伝達手段とトルクセンサとに対
   して機械的に並列に、所定の大きさのトルクによって前
   記弾性体がある程度以上変形したときに、前記駆動側と
   負荷側とを剛性の高い部材で機械的に直結させて、前記
   動力伝達手段とトルクセンサとに前記所定の大きさ以上
   のトルクが負荷されるのを防止する過負荷防止部を設け
   たことを特徴とする過負荷防止装置を備えたトルクセン
   サ。
2. 【請求項２】 トルクセンサが磁歪式のトルクセンサで
   あることを特徴とする請求項１記載の過負荷防止装置を
   備えたトルクセンサ。
3. 【請求項３】 弾性体が、コイルバネや板バネなどのバ
   ネであることを特徴とする請求項１または２記載の過負
   荷防止装置を備えたトルクセンサ。
4. 【請求項４】 弾性体を介した動力伝達手段の動力伝達
   経路上に、機械的な隙間を設けたことを特徴とする請求
   項１から３までのいずれか１項記載の過負荷防止装置を
   備えたトルクセンサ。