JP5251053B2 - 操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵部材の回転操作に応じたピニオン軸の回転を、ラック軸の軸長方向の移動に変換して操舵を行わせるラックピニオン式の操舵装置に関する。

車両の操舵を行う操舵装置は、運転者によるステアリングホイール等の操舵部材の操作を舵取機構に伝え、該舵取機構を動作させるよう構成されている。このような操舵装置には、操舵部材の回転操作に応じたピニオン軸の回転を、該ピニオン軸に噛合するラック軸の軸長方向の移動に変換し、ラック軸の両端に連結された左右の前輪を操舵するラックピニオン式の舵取機構が広く採用されている。多くのラックピニオン式の舵取機構において、ピニオン軸に形成されたピニオンとラック軸に形成されたラックとは、大容量の負荷伝達を可能とすべく、かみあい率が大きいはす歯に夫々形成してある。

また近年においては、操舵部材を操作する運転者の負担を軽減すべく、操舵部材に加えられる操舵トルクをトルクセンサにより検出して、検出された操舵トルクに基づいて操舵補助用のモータを駆動して舵取機構に補助力を加える電動パワーステアリング装置として構成された操舵装置が普及している（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の電動パワーステアリング装置において、トルクセンサは、操舵部材の操作を舵取機構に伝えるステアリング軸の中途に配してあり、操舵トルクの作用によりステアリング軸に生じる捩れを検出対象として構成されている。このトルクセンサは、前記捩れを大きくして操舵トルクの検出精度を高めることを目的として、ステアリング軸の中途に、操舵部材側の入力軸と舵取機構側の出力軸とをトーションバーにより連結してなる連結部を設け、この連結部において前記トーションバーの捩れを適宜の手段により検出するようにしてある。
特開２００３−１１８３３号公報

このようなトルクセンサを備える操舵装置においては、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ピニオン軸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、トーションバーを用いずに操舵部材に加えられる操舵トルクを求めることにより、操舵感を向上することができる操舵装置を提供することを目的とする。

第１発明に係る操舵装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクに応じて回転するピニオン軸と、該ピニオン軸に噛合し、前記ピニオン軸の回転を軸長方向の移動に変換するラック軸と、前記操舵トルクを検出するトルク検出手段とを備える操舵装置において、前記ピニオン軸及びラック軸は、はす歯に形成されたピニオン及びラックを夫々有しており、前記トルク検出手段は、円筒部と、該円筒部の一端に周方向の複数箇所から軸長方向に突出する突出部とを有しており、前記ピニオン軸を支持する軸受の軸長方向一側に前記突出部を当接させてある受圧体と、該受圧体の前記突出部に対応する周方向位置に装着された検出体と、該検出体の検出結果に基づいて前記操舵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発明に係る操舵装置は、操舵部材に加えられる操舵トルクに応じて回転するピニオン軸と、該ピニオン軸に噛合し、前記ピニオン軸の回転を軸長方向の移動に変換するラック軸と、前記操舵トルクを検出するトルク検出手段とを備える操舵装置において、前記トルク検出手段は、円筒部と、該円筒部の内面に周方向の複数箇所から径方向に突出する突出部とを有しており、前記ピニオン軸を支持する軸受の外面に前記突出部を当接させてある受圧体と、該受圧体の前記突出部に対応する周方向位置に装着された検出体と、該検出体の検出結果に基づいて前記操舵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１発明によれば、円筒部の一端に周方向の複数個所から軸長方向に突出する突出部を形成して受圧体を構成して、ピニオン軸を支持する軸受の軸長方向一側に突出部を当接させてあるから、ピニオン軸に加わる力が、受圧体の突出部に直接的に集中して加わり、この突出部と周方向位置を合わせて装着した検出体に効率的に伝達されることとなり、ピニオン軸に加わる力を高精度に検出し、操舵トルクを高精度に求めることができる。またステアリング軸を剛性の高い中空材又は中実材により構成することにより操舵感を向上することができる。

第２発明によれば、円筒部の内面の周方向の複数個所に径方向に突出する突出部を形成して受圧体を構成して、ピニオン軸を支持する軸受の外面に突出部を当接させてあるから、ピニオン軸に加わる力が、受圧体の突出部に直接的に集中して加わり、この突出部と周方向位置を合わせて装着した検出体に効率的に伝達されることとなり、ピニオン軸に加わる力を高精度に検出し、操舵トルクを高精度に求めることができる。またピニオン軸とラック軸に形成されたラック歯とのなす角度が０°である場合にもピニオン軸に加わる力を検出することができ、ラック歯の設計自由度が増す。更に、第１発明と同様に、ステアリング軸を剛性の高い中空材又は中実材により構成することにより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。図１は、本発明に係る操舵装置の構成を示す模式図である。本発明に係る操舵装置は、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１１の内部に軸長方向への移動自在に支持されたラック軸１０と、ラックハウジング１１の中途に交叉するピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されたピニオン軸２とを有するラックピニオン式の舵取機構１を備えている。

ラックハウジング１１の両側から外部に突出するラック軸１０の両端は、各別のタイロッド１２，１２を介して操舵用車輪としての左右の前輪１３，１３に連結されている。またピニオンハウジング２０の一側から外部に突出するピニオン軸２の上端は、ステアリング軸３を介して操舵部材としてのステアリングホイール３０に連結されている。

ステアリング軸３は、筒形をなすハウジング３１の内部に回転自在に支持され、該ハウジング３１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３１の下方へのステアリング軸３の突出端にピニオン軸２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３０が固設されている。

図２は、ピニオンハウジング２０及びラックハウジング１１の交叉部周辺を略示する縦断面図である。ピニオン軸２は、図示のように、下半部を拡径して形成されたピニオン２１を備えており、このピニオン２１の上下両側に位置する一対のアンギュラ玉軸受２２，２３により、ピニオンハウジング２０の内部に回転自在に支持されている。

ピニオンハウジング２０の下半部の一側には、前述したように、円筒形をなすラックハウジング１１が、軸心を交叉させて連設されている。このラックハウジング１１の内部に支持されているラック軸１０は、ピニオンハウジング２０との連通部を臨む側に、軸長方向の適長に亘って一体形成されたラック１４を備えており、このラック１４はピニオン２１に噛合させてある。

ラックハウジング１１及びピニオンハウジング２０の交叉部には、これら夫々と略直交する向きに円筒形のヨークハウジング４０が突設されている。ヨークハウジング４０の内部には、円形断面を有するサポートヨーク４が軸長方向への摺動自在に保持されている。

ラックハウジング１１の内側に臨むサポートヨーク４の一端は、ラック１４及びピニオン２１の噛合部の逆側からラック軸１０の外周面に滑り板４１を介して摺接させてあり、サポートヨーク４は、ヨークハウジング４０の開口部にねじ込まれた支持キャップ４２とサポートヨーク４の他端との間に介装された押しばね４３のバネ力によりラック軸１０に向けて付勢され、該ラック軸１０に弾接させてある。

このように取付けられたサポートヨーク４は、ラック軸１０をピニオン軸２に押し付けてラック１４とピニオン２１とをバックラッシなしに良好に噛合させる作用をなす。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール３０が回転操作された場合、この回転がステアリング軸３を介してピニオン軸２に伝達され、該ピニオン軸２の回転が、ピニオン２１とラック１４との噛合部においてラック軸１０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１０の移動により左右の前輪１３，１３が操舵される。

ラックハウジング１１の中途部外側には、操舵補助用のモータ５が取付けてある。このモータ５の出力軸は、ラックハウジング１１の内部に延設され、ボールねじ機構等の運動変換機構を介してラック軸１０の中途に伝動構成されている。モータ５は、後述するように求められる操舵トルクに基づいて駆動され、この駆動により発生した回転を、前記運動変換機構を介してラック軸１０に伝えることにより、前述の如く行われる操舵を補助している。

図２に示すように、ピニオンハウジング２０の下端には開口部が設けてあり、この開口部は、ねじ込み式の下蓋２４により閉止してある。図３は、ピニオンハウジング２０の下端部の部分拡大図である。図３に示すように、アンギュラ玉軸受２３の外輪下面には、環状の荷重受座２５が当接させてあり、この荷重受座２５と下蓋２４との間には、ロードセル６が挟持してある。一方、アンギュラ玉軸受２３の内輪上面は、ピニオン２１の下端に当接させてある。

図４は、ロードセル６を略示する外観斜視図である。ロードセル６は、受圧体６１と、該受圧体６１に貼着された複数（図において３つ）の歪みゲージ６２，６２…とを備えてなる。受圧体６１は、円筒部６１ａと、該円筒部６１ａの一端部外周に周設された環状の鍔部６１ｂと、円筒部６１ａの他端周縁から軸長方向に突出する複数（図において３つ）の突出部６１ｃ，６１ｃ…とを備えている。歪みゲージ６２，６２…は、円筒部６１ａに突出部６１ｃ，６１ｃ…と周方向に整合させて貼着してある。

このような受圧体６１に軸長方向両側から圧縮力を加えたとき、加えられた力は突出部６１ｃ，６１ｃ…と同じ周方向位置に集中する。この周方向位置に歪みゲージ６２，６２…を貼着することにより、効率的に受圧体６１に作用する力を検出することが可能となる。なお、歪みゲージ６２，６２…は、突出部６１ｃ，６１ｃ…と周方向に整合する位置に貼着してあればよく、突出部６１ｃ，６１ｃ…の夫々又は鍔部６１ｂの一面に貼着してもよい。

この受圧体６１は、鍔部６１ｂにて下蓋２４の上面に当接させ、突出部６１ｃ，６１ｃ…の端部にて荷重受座２５の下面に当接させて、ピニオンハウジング２０への下蓋２４のねじ込みに応じて鍔部６１ｂに加えられた力により、所定の予圧を付与された状態にて、前述の如く下蓋２４と荷重受座２５との間に装着してある。なお荷重受座２５は、軸長方向の力をロードセル６に安定して作用させるために設けてある。

一方、ピニオンハウジング２０の上端には、ピニオン軸２を突出させるための開口部が設けてあり、この開口部には、オイルシール２８を保持するホルダ２７がねじ込み固定されており、ホルダ２７の下部は、ピニオンハウジング２０の内部に延長されている。図５は、ピニオンハウジング２０の上端部の部分拡大図である。図５に示すように、ホルダ２７の延長端は上側のアンギュラ玉軸受２２の外輪上面に対向している。アンギュラ玉軸受２２の外輪上面には、環状の荷重受座２６が当接させてあり、この荷重受座２６と前記延長端との間には、ロードセル７が挟持されている。一方、アンギュラ玉軸受２２の内輪下面は、ピニオン２１の上端に当接させてある。なお、ホルダ２７に保持されたオイルシール２８はピニオン軸２の外周をシールしており、これによりピニオンハウジング２０の上端の開口部が閉止されている。

図６は、ロードセル７を略示する外観斜視図である。ロードセル７は、受圧体７１と、該受圧体７１に装着された複数（図において３つ）の歪みゲージ７２，７２…とを備えてなる。受圧体７１は、円筒部７１ａと、円筒部７１ａの一端の周縁から軸長方向に突出する複数（図において３つ）の突出部７１ｂ，７１ｂ…とを備えている。歪みゲージ７２，７２…は、円筒部７１ａに突出部７１ｂ，７１ｂ…と周方向に整合させて貼着してある。

このような受圧体７１に軸長方向両側から圧縮力を加えたとき、加えられた力は突出部７１ｂ，７１ｂ…と同じ周方向位置に集中する。この周方向位置に歪みゲージ７２，７２…を貼着することにより、効率的に受圧体７１に作用する力を検出することが可能となる。なお、歪みゲージ７２，７２…は、突出部７１ｂ，７１ｂ…と周方向に整合する位置に貼着してあればよく、突出部７１ｂ，７１ｂ…の夫々に貼着してもよい。

この受圧体７１は、円筒部７１ａの他端にて荷重受座２６の上面に当接させ、突出部７１ｂ，７１ｂ…の端部にてホルダ２７の延長端に当接させて、ピニオンハウジング２０へのホルダ２７のねじ込みに応じて円筒部７１ａの他端に加えられた力により、所定の予圧を付与された状態にて、前述の如くホルダ２７と荷重受座２６との間に装着してある。なお荷重受座２６は、軸長方向の力をロードセル７に安定して作用させるために設けてある。

本発明に係る操舵装置においては、以上のように設けられたロードセル６，７を用いてピニオン２１に作用する力を検出し、検出された力からピニオン軸２に加えられるトルク、即ち操舵トルクを求めている。まず、ピニオン２１に作用する力とピニオン軸２に加えられるトルクとの関係について、舵取機構１に作用する力の説明図である図７を参照して、以下に説明する。

図７に示すように、ラック１４は、はす歯に形成された複数のラック歯１４ａ，１４ａ…を備えており、これらのラック歯１４ａ，１４ａ…は、ピニオン２１の外周に、はす歯に形成されたピニオン歯２１ａ，２１ａ…に噛合させてある。ピニオン軸２にトルクＴが加えられたときに、ピニオン２１とラック１４との噛合部においてラック１４には、ピニオン歯２１ａ，２１ａ…及びラック歯１４ａ，１４ａ…の歯面に直交する力Ｎが作用する。ピニオン２１には、作用反作用の関係により作用力Ｎの反力Ｎ’が作用する。ピニオン２１のピニオン歯２１ａ，２１ａ…及びラック１４のラック歯１４ａ，１４ａ…が、夫々はす歯に形成されているため、ピニオン２１に作用する反力Ｎ’は、径方向の分力Ｐｖと軸長方向の分力Ｐａとの合力となり、ラック１４に作用する力Ｎは、軸長方向の分力Ｎａと軸長方向及びサポートヨーク４の軸心の夫々に直交する方向（図において上下方向）の分力Ｎｖとの合力となる。

ピニオン軸２に加えられるトルクＴと、このトルクＴによりラック１４に作用する力Ｎの軸長方向の分力Ｎａとの関係は次式のように表される。
Ｔ＝Ｎａ・Ｓ／（２π） … （１）
ここで、Ｓはピニオン軸２が１回転する間にラック軸１０が移動する移動長さを表すラックストロークレシオである。

図７に示すように、はす歯として形成されたラック歯１４ａ，１４ａ…のねじれ角がθ°である場合、ラック１４に作用する力Ｎ及び軸長方向の分力Ｎaの関係は、次式により表される。
Ｎａ＝Ｎ・ｃｏｓθ … （２）
また、図７に示す面内において、ピニオン軸２がラック軸１０の軸長方向と直交する方向に対してなす角度がθｐ°である場合、作用反作用の関係からＮ’＝Ｎであるから、ラック１４に作用する力ＮとＰａとの関係は、次式により表される。
Ｎ＝Ｐａ／ｓｉｎ（θ＋θｐ） … （３）

（２）式及び（３）式を（１）式に代入して、次式が得られる。
Ｔ＝Ｓ・Ｐａ・ｃｏｓθ／（２π・ｓｉｎ（θ＋θｐ）） … （４）
以上より、ピニオン２１に作用する反力Ｎ’の軸長方向の分力Ｐａを検出して、検出したＰａの値を（４）式に適用してピニオン軸２に加えられるトルクＴを求めることができる。

ピニオン２１に作用する反力Ｎ’の軸長方向の分力Ｐａは、ピニオン２１の下側及び上側に夫々設けられたロードセル６，７により検出される力がＳｌ，Ｓｕであるとき、以下の式により表される。
Ｐａ＝Ｓｕ−Ｓｌ … （５）

以上の構成により、例えば、ステアリングホイール３０が左方向に回転操作される場合、この回転操作に伴う操舵トルクがステアリングホイール３０に加えられ、該操舵トルクに応じて生じるピニオン２１からラック１４への作用力の反作用により、ピニオン２１の軸長方向に下向きの力が作用する。この作用力により、下部のロードセル６が下蓋２４に押し付けられてロードセル６による検出値Ｓｌが増加する一方、上部のロードセル７へのホルダ２７の押し付け力が減少してロードセル７による検出値Ｓｕが減少し、ロードセル６，７により検出される力の差であるＰａの値は負となる。逆に、ステアリングホイール３０が右方向に回転操作される場合、ピニオン２１に上向きの力が作用し、ロードセル６，７により検出される力の差であるＰａの値は正となる。

なお、ロードセル６，７への予圧の大きさは、操舵時に想定されるピニオン２の軸長方向への作用力の最大値よりも大きい値になるように、下蓋２４及びホルダ２７のねじ込み量の増減により適正に調整されている。

ロードセル６，７による検出結果は、図１に示すようにアシスト制御部８へ夫々与えられる。アシスト制御部８は、ロードセル６，７により検出された力Ｓｌ，Ｓｕを（５）式に適用してピニオン２１に作用する反力Ｎ’の軸長方向の分力Ｐａを求め、求めたＰａを（４）式に適用してピニオン軸２に加えられるトルクＴを演算する。演算により得られたピニオン軸２に加えられるトルクＴは、ステアリングホイール３０に加わる操舵トルクＴｈと等しくなる。

アシスト制御部８は、このようにして求められた操舵トルクＴｈに基づいて操舵補助用のモータ５に制御指令を発し、該モータ５の駆動電流を増減制御するアシスト制御動作を行う。またアシスト制御部８には、操舵補助用のモータ５の電流を検出するモータ電流センサ５０による検出結果も与えられる。モータ電流センサ５０により検出された電流は、操舵補助用のモータ５を駆動制御するためのフィードバック信号として用いられている。

このように構成された本発明に係る操舵装置においては、ロードセル６，７により検出された力Ｓｌ，Ｓｕを用いてステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクＴｈを求めているから、ステアリング軸３を剛性の高い中空材又は中実材により構成することにより操舵感を向上することができる。またピニオン２１に軸長方向に作用する力Ｐａは、ロードセル６，７の受圧体６１，７１に夫々形成された突出部６１ｃ，６１ｃ…，７１ｂ，７１ｂ…に前述した如く直接的に集中して作用し、これら突出部６１ｃ，６１ｃ…，７１ｂ，７１ｂ…に対応する円筒部６１ａ，７１ａに装着された歪みゲージ６２，６２…，７２，７２…に効率的に伝達されるから、ピニオン２１に加わる力を高精度に検出することができ、操舵トルクＴｈを高精度に求めることができる。

図８は、本発明の他の実施の形態に係る操舵装置の要部の断面図である。本図には、ピニオン２１の下側に設けられたアンギュラ玉軸受周辺を示してある。図示のように、アンギュラ玉軸受２３の外側には、アンギュラ玉軸受２３の外輪を内輪として、該外輪よりも大きい内径を有する円筒部２８ａを外輪とする玉軸受２８が、アンギュラ玉軸受２３と同軸をなして一体化して設けてある。この一体化された軸受２３，２８は、円筒部２８ａの上面及び外周面をピニオンハウジング２０の内面に当接させてある。アンギュラ玉軸受２３の外輪の外周面及び円筒部２８ａの内周面には、環状の溝２８ｂ，２８ｂが夫々形成してある。これらの溝２８ｂ，２８ｂ間には、球状の複数の転動体２８ｃ，２８ｃ…が転動可能に保持してある。溝２８ｂ，２８ｂにより形成される軌道面と転動体２８ｃ，２８ｃ…との間には、上下方向に僅かなギャップが設けてある。

また、アンギュラ玉軸受２３の外輪の下面には、環状の荷重受座２５ａが当接させてあり、この荷重受座２５ａと下蓋２４との間には、ロードセル６が挟持してある。その他の構成は、図３に示す実施の形態と同様であるため、対応する構成部材に図３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。なおピニオン２１の上側に設けられたアンギュラ玉軸受２２周辺についても同様に構成してある。

このように構成された操舵装置においては、ステアリングホイール３０が回転操作され、ピニオン２１に軸長方向及び径方向の分力が作用するとき、転動体２８ｃ，２８ｃ…が溝２８ｂ，２８ｂにより形成される軌道面の上下方向のギャップの範囲内にて上下方向に変位することができる。このとき、アンギュラ玉軸受２２，２３の外輪の外周面と該外周面に接触する転動体２８ｃ，２８ｃ…との間の抵抗は小さいから、ピニオン２１に加わる力を安定して高精度に検出することができ、操舵トルクＴｈを高精度に求めることができる。

図９は、本発明の他の実施の形態に係る操舵装置の要部の断面図である。本図には、ピニオン２１の下側に設けられたアンギュラ玉軸受周辺を示してある。図示のように、ピニオンハウジング２０の下端の開口部を閉止する下蓋２４の上面とピニオン２１の下端との間には、アンギュラ玉軸受２３ａが介装してある。アンギュラ玉軸受２３ａの外輪には、下端面から周方向に等配をなして軸長方向に突出する複数の突出部６３，６３…が形成してあり、突出部６３，６３…の端部は、下蓋２４の上面に当接させてある。本実施の形態においては、アンギュラ玉軸受２３ａの外輪が受圧体の円筒部を兼ねており、外輪及び突出部６３，６３…により受圧体を構成している。一方、アンギュラ玉軸受２３ａの内輪上面は、ピニオン２１の下端に当接させてある。これら突出部６３，６３…の外面には、複数の歪みゲージ６４，６４…が貼着してあり、これらアンギュラ玉軸受２３ａの外輪、突出部６３，６３…及び歪みゲージ６４，６４…によりロードセル６ａを構成している。なおピニオン２１の上側に設けられたアンギュラ玉軸受２２についても同様に構成してある。

このように構成された操舵装置においては、アンギュラ玉軸受２３ａの外輪と受圧体が一体的に形成してあるから、アンギュラ玉軸受２３ａとロードセル６ａとを常に同軸上に位置させることができ、ピニオン２１に加わる力を安定して高精度に検出することができる。また、部品点数を削減することができ、操舵装置の組み付け工数を削減することができる。

図１０は、図９の変形例を示す操舵装置の要部の断面図である。図示のように、アンギュラ玉軸受２３ｂの外輪の下端面から軸長方向に延び、延長端から径方向及び軸長方向に屈曲させて略Ｓ字形をなし、屈曲端が下蓋２４の上面に当接するように突出部６５，６５…を形成し、突出部６５，６５の屈曲端側に歪みゲージ６６，６６…を貼着してある。なおピニオン２１の上側に設けられたアンギュラ玉軸受２２についても同様に構成してもよい。

この構成により、突出部６５，６５…の略Ｓ字形に屈曲された部分が、皿ばねと同様の機能を果たすから、ステアリングホイール３０の回転操作に伴いピニオン２１に力が加えられるとき、突出部６５，６５…の変形量を均一化することができ、ピニオン２１に加わる力を安定して高精度に検出することができる。

図１１は、本発明の他の実施の形態に係る操舵装置のピニオンハウジング２０及びラックハウジング１１の交叉部周辺を略示する縦断面図である。図に示すように、ピニオンハウジング２０の下端には開口部が設けてあり、この開口部は、ねじ込み式の下蓋２４ｃにより閉止してある。図１２は、ピニオンハウジング２０の下端部の部分拡大図である。図１２に示すように、下蓋２４ｃの上面とピニオン２１の下端との間には、環状の荷重受座２５を介してアンギュラ玉軸受２３が挟持してある。下蓋２４ｃの上部は、ピニオンハウジング２０の内部に延長されており、この延長端は荷重受座２５の下面に当接してある。

図１３は、図１２のXIII‐XIII線による断面図である。アンギュラ玉軸受２３の外輪及びピニオンハウジング２０間には、環状の受圧体６７が同軸をなして介装してある。受圧体６７は、周方向に等配をなして径方向内向きに突出する複数（図において、４つ）の突出部６７ａ，６７ａ…を備えており、これらの突出部６７ａ，６７ａ…がアンギュラ玉軸受２３の外面に当接させてある。

図１３に示すように、ピニオンハウジング２０の内面には、突出部６７ａ，６７ａ…に対応する周方向位置に複数（図において、４つ）の凹部が形成してあり、夫々の凹部には、検出体６８，６８…が収容してある。検出体６８，６８は、受圧部に加えられる荷重を検出するそれ自体公知の荷重検出器であり、受圧部の側を受圧体６７の外周面に当接させてある。その他の構成は、図２に示す実施の形態と同様であるため、対応する構成部材に図２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。なおピニオン２１の上側に設けられたアンギュラ玉軸受２２周辺についても同様に構成してある。

このように構成された操舵装置においては、ステアリングホイール３０が回転操作され、ピニオン２１に力が加えられるとき、該力の径方向の分力が、アンギュラ玉軸受２２，２３を介して突出部６７ａ，６７ａ…に直接的に集中して作用し、これら突出部６７ａ，６７ａ…に対応する周方向位置にて受圧体６７，６７…に当接する検出体６８，６８…に効率的に伝達されるから、ピニオン２１に加わる力を高精度に検出することができる。また、ピニオン軸２とラック１４に形成されたラック歯１４ａ，１４ａ…とのなす角度が０°である場合にもピニオン２１に加わる力を検出することができ、ラック歯１４ａ，１４ａ…の設計自由度を確保しつつ、ピニオン２１に加わる力を高精度に検出することができる。なお、この場合、ピニオン２１の上下に設けられた検出体６８，６８…による検出値Ｓｕ’，Ｓｌ’を加算することにより、ピニオン２１に加わる力の径方向の分力Ｐｖが求められ、ピニオン軸２に加えられるトルクＴ、即ち操舵トルクＴｈは、以下の式により求めることができる。
Ｔｈ＝（Ｓｕ’＋Ｓｌ’）・ｃｏｓ（θ＋θｐ） … （６）

図１４は、操舵トルクＴｈの別の算出方法の説明図である。なお、ピニオンハウジング２０及びラックハウジング１１の交叉部周辺の構成は、図１１に示す実施の形態と同様であるため、その構成及び動作の詳細な説明を省略する。参照符号は、説明の便宜上省略している。

ピニオン軸２に加えられるトルクＴと、ピニオン２１とラック１４との噛合部においてラック１４からピニオン２１に作用する押付力Ｆとの関係は次式のように表される。
Ｔ＝ｒ・Ｆ … （７）
ここで、ｒはピニオン２１のピニオン歯２１ａ，２１ａ…のピッチ円半径である。

ピニオン２１にラック１４から押付力Ｆが作用するとき、ピニオン軸２には、ピニオン軸２の上下に設けられたアンギュラ玉軸受２２，２３からの反力Ｆ１，Ｆ２が夫々作用する。アンギュラ玉軸受２２周りのモーメントの釣り合いの式を次に示す。
Ｆ・Ｌ１＝Ｆ２・Ｌ … （８）
ここで、Ｌ１は、ピニオン２１に作用するアンギュラ玉軸受２２からの反力Ｆ１の作用点とピニオン２１に作用する押付力Ｆの作用点との距離であり、Ｌは、ピニオン２１に作用するアンギュラ玉軸受２２からの反力Ｆ１の作用点とアンギュラ玉軸受２３からの反力Ｆ２の作用点との距離である。

（８）式を（７）式に代入して、次式が得られる。
Ｔ＝ｒ・Ｆ２・Ｌ／Ｌ１ … （９）
以上により、ピニオン２１に作用するアンギュラ玉軸受２３からの反力Ｆ２を検出して、検出したＦ２の値を（９）式に適用してピニオン軸２に加えられるトルクＴを求めることができる。

なお、以上の実施の形態においては、ピニオン２１に作用する力を検出する検出手段としてロードセルを用いているが、これに限定されず、ピニオン２１に作用する力を検出可能な検出手段であればよい。例えば、本願出願人による特開２００６−２５８７９３号公報に記載されたように超音波センサを検出手段として用いてもよい。

また、以上の実施の形態においては、ラックアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成された操舵装置を例にして説明したが、これに限定されず、ハウジング３１の外側に操舵補助用のモータを取付け、ステアリング軸３に伝動構成してなるコラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成された操舵装置においても、適用可能である。コラムアシスト型の電動パワーステアリング装置として構成された操舵装置において、ピニオン軸２に加えられるトルクＴから操舵補助用のモータによるアシストトルク分を減ずることによりステアリングホイール３０に加えられる操舵トルクＴｈを求めることができる。

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。

本発明に係る操舵装置の構成を示す模式図である。 ピニオンハウジング及びラックハウジングの交叉部周辺を略示する縦断面図である。 ピニオンハウジングの下端部の部分拡大図である。 ロードセルを略示する外観斜視図である。 ピニオンハウジングの上端部の部分拡大図である。 ロードセルを略示する外観斜視図である。 舵取機構に作用する力の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る操舵装置の要部の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る操舵装置の要部の断面図である。 図９の変形例を示す操舵装置の要部の断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る操舵装置のピニオンハウジング及びラックハウジングの交叉部周辺を略示する縦断面図である。 ピニオンハウジングの下端部の部分拡大図である。 図１２のXIII‐XIII線による断面図である。 操舵トルクの別の算出方法の説明図である。

符号の説明

１ 舵取機構、２ ピニオン軸、２１ ピニオン、３ ステアリング軸、４ サポートヨーク、６，６ａ，６ｂ ロードセル（トルク検出手段）、６１，６３，６５ 受圧体、６１ａ 円筒部、６１ｃ 突出部、６２，６４，６６ 歪みゲージ（検出体）、６８ 検出体、７ ロードセル（トルク検出手段）、７１ 受圧体、７１ａ 円筒部、７１ｂ 突出部、７２ 歪みゲージ（検出体）、８ アシスト制御部（算出手段）、１０ ラック軸、１４ ラック、３０ ステアリングホイール（操舵部材）

Claims (2)

1. 操舵部材に加えられる操舵トルクに応じて回転するピニオン軸と、該ピニオン軸に噛合し、前記ピニオン軸の回転を軸長方向の移動に変換するラック軸と、前記操舵トルクを検出するトルク検出手段とを備える操舵装置において、
   前記ピニオン軸及びラック軸は、はす歯に形成されたピニオン及びラックを夫々有しており、
   前記トルク検出手段は、
   円筒部と、該円筒部の一端に周方向の複数箇所から軸長方向に突出する突出部とを有しており、前記ピニオン軸を支持する軸受の軸長方向一側に前記突出部を当接させてある受圧体と、該受圧体の前記突出部に対応する周方向位置に装着された検出体と、
   該検出体の検出結果に基づいて前記操舵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操舵装置。
2. 操舵部材に加えられる操舵トルクに応じて回転するピニオン軸と、該ピニオン軸に噛合し、前記ピニオン軸の回転を軸長方向の移動に変換するラック軸と、前記操舵トルクを検出するトルク検出手段とを備える操舵装置において、
   前記トルク検出手段は、
   円筒部と、該円筒部の内面に周方向の複数箇所から径方向に突出する突出部とを有しており、前記ピニオン軸を支持する軸受の外面に前記突出部を当接させてある受圧体と、
   該受圧体の前記突出部に対応する周方向位置に装着された検出体と、
   該検出体の検出結果に基づいて前記操舵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操舵装置。

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