JPH03154835A - トルク検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、回転軸に生ずるトルクを検出するトルク検出
器に関し、特に車両用パワーステアリング装置に使用さ
れるトルク検出器の改良に関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）弾性体
によって連結された第１及び第２の軸を備えたトルク伝
達機構において、第１の軸に加えられるトルクを検出す
るトルク検出器として、第１の軸と第２の軸との回転方
向の相対的なずれを軸方向の変位に変換し、ポテンシオ
メータによって該変位量を検出するようにしたもの、あ
るいは前記軸力向の変位量を磁石とホール素子との組み
合わせで検出するようにしたものが従来より知られてい
る。

しかしながら、ポテンシオメータを使用したものは、そ
の可動部に接触部を有するため、故障し易く、信頼性が
低いという問題がある。また、ホール素子を使用したも
のは非接触タイプであるから、このような問題は生じな
いが、検出すべき磁束密度が小さく、従ってホール素子
の出力も小さいため、高い増幅率を有する後処理回路が
必要となり、回路が不安定になるという問題がある。

また、前記第１の軸と第２の軸との相対的なずれを検出
するために、第１の軸に固定された第１の電極と、第２
の軸に固定された第２の電極とを対向させ、これら２つ
の電極間の対向面積の変化による静電容量の変化を検出
するようにしたものが提案されている（特開昭６０−５
２７３２号公報）。

しかしながら、上記提案に係るトルク検出器は、前記２
軸の相対的なずれによって２つの電極の互いに対向する
部分の面積を変化させるようにしたものであり、しかも
２つの電極間に誘電率の小さい空気が介在するのみであ
るため、電極間の静電容量がもともと小さく、従ってト
ルクが加わったときの変化量も小さい。そのため、前記
ホール素子を用いたものと同様の欠点を有していた。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、可動
部分が非接触であって信頼性が高く、且つ安定性を向上
させたトルク検出器を提供することを目的とする。

（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、ハウジングに回転自
在に支持された第１及び第２の軸と、該第１及び第２の
軸を連結する弾性体とを備えたトルク伝達機構の、前記
第１の軸に加わるトルクを検出するトルク検出器におい
て、誘電体から成るリング板であって、前記第１及び第
２の軸に固定され、互いに対向する第１及び第２のリン
グ板と、該第１及び第２のリング板を挟み込むように対
向し、前記ハウジングに固定された第１及び第２の電極
と、該第１及び第２の電極間の静電容量を検出する静電
容量検出手段とを設けるようにしたものである。

（作用） 第１の軸にトルクが加えられると、第１及び第２の電極
間の静電容量が変化し、該静電容量の変化によってトル
クが検出される。

（実施例） 以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明に係るトルク検出器を適用した車両用
の電動式パワーステアリング装置の縦断面図である。

第１図において、ハウジングｌ内には、弾性体としての
トーションバー４を介して連結された入力軸２（第１の
軸）及び出力軸３（第２の軸）が、軸受５ａ、５ｂ及び
５ｃによって回動自在に支持されている。但し、入力軸
２．出力軸３及びトーションバー４は、同軸に配置され
ている。

入力軸２の図示しない第１図右端部には、゛ステアリン
グホイールが回動方向に一体に取り付けられている。

一力、出力軸３の第１図左端部には、例えば公知のラッ
クピニオン式ステアリング装置を構成するビニオン軸が
連結されている。

従って、操縦者がステアリングホイールを操舵すること
によって発生した操舵力は、入力軸２゜トーションバー
４．出力軸３及びラックピニオン式ステアリング装置を
介、して、図示しない転舵輪に伝達する。

入力軸２に固定された第１の円筒部材２ａ及び出力軸３
に固定された第２の円筒部材３ａには、それぞれ誘電体
で構成された第１及び第２のリング板１２ａ、１２ｂが
固定されており、これらのリング板１２ａ、１２ｂを挟
み込むように金属電極１１ａ、ｌｌｂが配されている。

金属電極１１ａ。

１１ｂは、ハウジングｌに取り付けられたセンサ本体ｌ
Ｏに固定されている。

第２図は、リング板１２ａ、１２ｂ及び金属電極１１ａ
、　　１．ｌｂとの位置関係を説明するために、第１図
の■で示す方向からこれらを見た図である。

同図から明らかなように、リング板１２ａ、ｊ２ｂはそ
れぞれ８つの突起部１２１を有し、該突起部１２１に対
応し、これらを挟み込むように電極ＩＬａ。

ｉｔｂの突起部ｉｌｌが設けられている。

同図（ａ）は、例えば入力軸２にトルクが印加されず、
２つのリング板１２ａ、１２ｂが全く重なり合っている
（位相差Ｏの）状態を示し、同図（ｂ）はトルクが印加
され、該トルクに比例して２つのリング板の位相差がα
となった状態を示している。なお、同図（ｂ）、では金
属？！極の図示を省略している。

上述した構成によれば、入力軸２にトルクが加わると、
リング板１２ａ、１２ｂの相対位置が第２図（ｂ）に示
すようにずれる（位相差をもつ）ため、電極１１ａ、ｌ
ｌｂ間の絶対誘電率εが減少し、以下に述べるように電
［１１１ａ、ｌｌｂ間の静電容量Ｃが減少する。

一般に２つの電極間の静電容量Ｃは、次式（１）によっ
て算出される。

Ｃ＝ε丁・・・・・・・・・・・・　（’ｌ　）ここに
εは電極間に介在する物質（若しくは空間）の絶対誘電
率、Ｓは電極の面積、ｄは電極間の距離である。なお、
本実施例のように電極間に複数の物質（Ｍ電体と空気）
が介在する場合には、全体の静電容量はそれぞれの誘電
率及び厚さに応じて式（１）によって算出される容量の
合成値となる。

本実施例においては、面積Ｓ及び距離ｄは一定であるか
ら、トルク入力によって絶対誘電率εが減少すれば、そ
れに比例して静電容量Ｃが減少するのである。従って、
この静電容量Ｃの変化を検出することにより、トルクの
大きさを検出することが可能となる。

第３図は前記センサ本体ｌＯの具体的構成例を示すブロ
ック図であり、同図においてマルチバイブレータ１０１
は、一定周波数の矩形波を発振し、アンプ１０２を介し
て積分回路１０３に入力する（第５図（ａ）の矩形波Ａ
）。積分回路１０３は例えば第４図に示すように演算増
幅器２０１を使用した周知の回路で構成される。同図中
のコンデンサＣが前記金属電極１１ａ、ｌｌｂの静電容
量Ｃに対応するものである。積分回路１０３の出力は、
静電容量Ｃが大きい場合には、第５図（ｂ）（１）に示
すように振幅が小さくなり、静電容量Ｃが小さい場合に
は同図（ｂ）（２）に示すように振幅が大きくなる。

積分回路１０３の出力は絶対値検出回路１０４に入力さ
れ、絶対値検出回路１０４は入力、信号Ｂｌ、Ｂ２の絶
対値信号ＣＩ、　Ｃ２（同図（Ｃ））を平滑回路１０５
に供給する。平滑回路１０５は、入力信号Ｃｓ、　Ｃ２
を平滑し、それぞれ電圧値ＶＯＵＴＩ、　ＶＯυτ２の
信号４゜ ＤＩ、　Ｄ２を出力する。

このように、第３図に示した構成によれば、トルク入力
に応じた静電容量Ｃの変化が、出力電圧値ＶＯＵＴの変
化として検出することができる。

しかも本実施例では、電極１１ａ、ｌｌｂ間に、空気の
みならず誘電体を介在させ、該誘電体と電極との相対位
置がトルク入力に応じて変化するようにしたので、電極
間の静電容量が大きくなり、外部ノイズの影響を受ける
ことなく安定した出力を得ることができる。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明のトルク検出器によれば、ト
ルク入力が比較的大きな静電容量の変化によって検出さ
れるので、可動部分が非接触で信頼性が高く、しかも外
部ノイズの影響を受けることなく安定した出力を得るこ
とができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るトルク検出器を適用した車両用電
動パワーステアリング装置の縦断面図、第２図は第１及
び第２のリング板、及びこれらと電極との位置関係を説
明するための図、第３図は静電容量を検出する回路のブ
ロック図、第４図は第３図の積分回路の具体的構成例を
示す図、第５図は第３図の各部の信号波形を示す図であ
る。 １・・・ハウジング、２・・・入力軸（第１の軸）、３
・・・出力軸（第２の軸）、ＩＯ・・・センサ本体、ｌ
ｌａ。 １１ｂ−・・金属型Ｊｆｌ（第１及び第２の電極）、１
２ａ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ハウジングに回転自在に支持された第１及び第２の
   軸と、該第１及び第２の軸を連結する弾性体とを備えた
   トルク伝達機構の、前記第１の軸に加わるトルクを検出
   するトルク検出器において、誘電体から成るリング板で
   あって、前記第１及び第２の軸に固定され、互いに対向
   する第１及び第２のリング板と、該第１及び第２のリン
   グ板を挟み込むように対向し、前記ハウジングに固定さ
   れた第１及び第２の電極と、該第１及び第２の電極間の
   静電容量を検出する静電容量検出手段とを設けたことを
   特徴とするトルク検出器。