JPH04290Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、トルクによつて軸に捩れを与え、
これに伴い変化する透磁率、起電力、位相角等を
見ることでトルクを検出するトルク検出器に関す
る。

〔従来技術〕

従来のトルク検出器としては、例えば、工業電
子計測便覧（発行所：日刊工業新聞社、昭和45年
３月発行）第25頁の図２，４２に示すようなもの
がある。そのトルク検出器は、１個の動力伝達軸
の外周に、周方向に所定間隔隔てて設けた一対の
励磁用コイルと、両励磁コイルを結んだ直線方向
と直交する方向である伝達軸の軸方向に所定間隔
隔てて設けた一対の出力信号用ピツクアツプコイ
ルとを有し、トルクによつて伝達軸に生じた捩れ
量に応じて該伝達軸の透磁率が場所的に変化する
ことを利用して、前記一対のピツクアツプコイル
から出力される捩れ量に応じた電圧の値に基づい
てトルクを検出するようにしている。

このようなトルク検出器は、例えば自動車用ス
テアリング装置に関連して配置される操舵トルク
検出器であつて、伝達軸が軸方向に２軸に分割さ
れているものにも採用されている。かかる操舵ト
ルク検出器では、第１の軸及び第２の軸が、各軸
に端部がそれぞれ固定された磁歪円筒体、及び所
定角度相対回転した後回転方向に一体となつてト
ルクを伝達するストツパ機構を介して連結されて
いて、ストツパ機構が作用するまでの低トルク領
域では全トルクを磁歪円筒体を介して伝達し、且
つ、ストツパ機構が作用した後の高トルク領域で
はストツパ機構及び磁歪円筒体を介して伝達する
ようにしている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

このような従来の操舵トルク検出器にあつて
は、一対の励磁用コイル及び出力信号用ピツクア
ツプコイルが、伝達軸に固定された突起にそれぞ
れ巻回されていた。トルクに応じた２軸の相対回
転変位量は微少量であるため、ストツパ機構の精
度が操舵トルクの検出精度にそのまま影響され、
従つて検出トルクの精度を高めるためには、スト
ツパ機構を構成する部分の加工精度や組立精度等
のストツパ機構の精度管理を厳重にする必要があ
るという問題点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案は、このような従来の問題点に着目し
てなされたものであり、同一軸心線上に配置した
第１の軸と第２の軸とを、所定角度相対回転した
後両軸を回転方向に一体とするストツパ機構と、
一端が第１の軸に固定され且つ他端が第２の軸に
固定され前記ストツパ機構の外周を覆つて筒状を
なす捩れ部材とを介して連結し、前記捩れ部材の
少なくとも一端を、ゴム状弾性体を介して前記第
１の軸又は第２の軸に固定するとともに、前記捩
れ部材の外周に捩れセンサを臨ませる構造とする
ことにより、ストツパ機構の精度がラフなもので
ありながら高精度なトルク検出を可能とすること
を目的としている。

〔作用〕

而して、この考案では、同一軸心線上に配置し
た第１の軸と第２の軸の間で伝達されるトルク
が、ストツパ機構によつて両軸が回転方向に一体
となるまでの低トルク領域においては、少なくと
も一端がゴム状弾性体で第１の軸又は第２の軸に
固定された捩れ部材を介して全てのトルクを一方
の軸から他方の軸に伝達することにより、低トル
クであつても両軸間に容易に相対回転変位が生じ
るようにしてトルクの検出精度を向上させ、もつ
て機械的強度を満足させつつストツパ機構の機構
精度や組立精度等の精度管理をラフなものとす
る。

また、第１及び第２の軸がストツパ機構によつ
て回転方向に一体となつてからの高トルク領域に
おいても、前記低トルク領域と同様に同じ捩れ部
材の捩れを同じ捩れセンサで検出する。

〔実施例〕

以下、この考案を図示実施例に基づいて説明す
る。

第１図及び第２図は、この考案の一実施例を示
すもので、自動車用ステアリング装置に関連して
設置される操舵トルク検出器の図である。

まず、構成を説明すると、図中１が、第１の軸
の一例を示すアツパシヤフト、２は、第２の軸の
一例を示すロアシヤフトであり、両シヤフト１，
２によつてステアリングシヤフトが構成される。
アツパシヤフト１の上端には図示しないステアリ
ングホイールが固定され、またロアシヤフト２の
下端には図示しないステアリングギヤが連結され
ていて、ステアリングホイールの回転により両シ
ヤフト１，２及びステアリングギヤ等の作動を介
して、操舵輪が操舵方向に対応した方向に転舵さ
れる。

アツパシヤフト１は、軸方向の下端に設けた径
方向に延びる径方向溝３と、この径方向溝３とは
反対側の外周に設けられたセレーシヨン４と、こ
のセレーシヨン４と前記径方向溝３との間に設け
られたフランジ５とを有し、また中心部には通孔
６が軸方向に貫通しており、その通孔６の一端が
径方向溝３の底面中央に開口している。かかるア
ツパシヤフト１のセレーシヨン４に、図示しない
ステアリングホイールがセレーシヨン結合され
る。

ロアシヤフト２は、軸方向の上端に設けた径方
向に延びる突起７と、この突起７の中央部から軸
方向に突出するよう設けられたセンタリング軸８
とを有し、組付時には、センタリング軸８がアツ
パシヤフト１の径方向溝３及び通孔６を貫通して
その先部がセレーシヨン４側の端面から外側に突
出すると共に、突起７が径方向溝３に所定の隙間
をもつて挿入される。そして、アツパシヤフト１
の外側で、センタリング軸８の先部に設けたリン
グ溝にスナツプリング９を係合することにより、
アツパシヤフト１からロアシヤフト２が脱落する
のを防止している。

前記径方向溝３と突起７とでストツパ機構が構
成され、このストツパ機構が、同一軸心線上に配
置したアツパシヤフト１及びロアシヤフト２の所
定角度以下の相対回転を許容し、且つ両シヤフト
１，２が所定角度相対回転した後両シヤフト１，
２を回転方向に一体とする。

１０はスペーサであり、アツパシヤフト１とロ
アシヤフト２との間に介在して両軸１，２間にお
ける軸方向の遊びを吸収する。なお、スペーサ１
０、センタリング軸８及び通孔６の表面は、テフ
ロン等の高分子材料等でコーテイング等すること
により、各表面の摩擦係数を小さくして滑り易い
状態に設定することが好ましい。

また、１１は、捩れ部材の一具体例を示す磁歪
円筒体であり、この磁歪円筒体１１はパーマロイ
材等の高磁歪材料で形成されていて、前記ストツ
パ機構の外側を覆うよう両シヤフト１，２の連結
部の外側に同心に配置している。そして、磁歪円
筒体１１の一端は、アツパシヤフト１のフランジ
５の外側に溶接等の接合手段によつて剛体的に連
結すると共に、その他端はロアシヤフト２に外嵌
されたゴム状弾性体１２に弾性的に連結する。

ゴム状弾性体１２の接合手段は、予め環状に形
成したゴムリングを磁歪円筒体１１及びロアシャ
フト２に接着剤で接合してもよく、また、磁歪円
筒体１１とロアシヤフト２との間にゴム材を充填
硬化させて加硫接着してもよい。これらの場合に
は、第１図に示すように、磁歪円筒体１１に半径
方向孔や溝等の凹凸を設けることにより、ゴム状
弾性体１２と磁歪円筒体１１及びロアシヤフト２
との結合力をより大きくすることができる。

さらに、ゴム状弾性体１２に第１図に示すよう
な軸方向孔や溝等を設けることにより、その弾性
係数を適宜に調整することができ、これによつて
両シヤフト１，２間の伝達トルクに対する相対的
捩れ角変位量を自由に調節することができる。

また、第２図に示す１３は、トルクに応じて相
対的に回転変位する磁歪円筒体１１に生じる磁気
的変化を検出する磁歪検出手段であり、その構成
は前記工業電子計測便覧等にて知られるように周
知であるためその詳細な説明は省略する。

なお、トルク検出方式はこの実施例に限定され
るものでなく、トルクによつて動力伝達軸に捩れ
を与え、これに伴い抵抗、起電力、位相角等の変
化を生ずる変換要素、又は変換要素を利用してト
ルクを検出することができるもの、例えば、トル
クに応じて伝達軸に生じる捩れによる角変位を光
量の変化に変換し、これを光電池やホトトランジ
スタを用いて光起電力や光電流の変化として検出
する方式等各種のトルク検出方式を採用すること
ができる。

次に、作用について説明する。

第３図は、アツパシヤフト１及びロアシヤフト
２間の伝達トルクと磁歪円筒体１１に作用するト
ルクとの関係を示すグラフであり、第４図は、両
シヤフト１，２間の伝達トルクと相対変位量との
関係を示すグラフである。

今、車両を操舵するために図示しないステアリ
ングホイールを回転させると、ステアリングホイ
ールと一体にアツパシヤフト１が回転する。する
と、アツパシヤフト１の径方向溝３とロアシヤフ
ト２の突起７とが噛み合わないストツパ機構の非
作用状態である低トルク領域（伝達トルクＴが所
定値Ts以下の状態）では、アツパシヤフト１に
伝達されたトルクは、全てフランジ５から磁歪円
筒体１１及びゴム状弾性体１２を介してロアシヤ
フト２に伝達される。

この場合、磁歪円筒体１１は、一端がフランジ
５を介してアツパシヤフト１に剛体的に固定され
ていて、他端はゴム状弾性体１２を介してロアシ
ヤフト２に弾性的に固定されているため、微小ト
ルクであつても、磁歪円筒体１１を容易にアツパ
シヤフト１と一体的に相対回転変位させることが
できる。

このとき、両シヤフト１，２間で伝達されるト
ルクと磁歪円筒体１１に作用するトルクとの関係
は、第３図に示すように、トルクが所定値Tsを
越えるまでは１対１の割合で比例して増加する。
また、両シヤフト１，２間の伝達トルクに対する
相対変位量は、第４図に実線ａで示すように、ゴ
ム状弾性体１２の弾性係数が鋼製シヤフトの弾性
係数の数百〜数万分の１であるため、伝達トルク
の増加に対して捩れ角の変位量を著しく増大させ
ることができる。第４図において、一点鎖線ｂ
は、両シヤフト１，２を１個の棒体とみなしたと
きの伝達トルク一捩れ角特性を示すグラフであ
り、破線ｃは、ゴム状弾性体１２のみで両シヤフ
ト１，２を連結したときの該ゴム状弾性体１２の
伝達トルクー捩れ角特性を示すグラフである。

上述したようにアツパシヤフト１とロアシヤフ
ト２が相対回転変位すると、磁歪円筒体１１の外
側に臨む磁歪検出手段１３が、第５図に示すよう
に、前記相対回転変位量に応じて出力電圧Ｖを出
力する。このように、伝達トルクＴの増加率に対
する両シヤフト１，２間の相対回転角度の変化率
を著しく増大させることにより、従来では数μm
程度にしか設定できなかつたシヤフト外周面にお
ける捩れ角変位を、ゴム状弾性体１２の硬度や構
造等を適宜に調節することによりmm単位のオーダ
にまで拡大することができる。

従つて、トルク検出器の検出精度を変えないも
のとすると、検出回転角度の増加分だけストツパ
機構の加工精度や組立精度等をμm単位のオーダ
からmm単位のオーダに変更することができる。そ
の結果、ステアリング機構の精度管理を大幅にラ
フなものとすることができ、トルク検出器の量産
性を大きく向上させることができる。

なお、上記低トルク領域は、ストツパ機構によ
り形成される回転方向への相対回転角度によつて
決定される。

次に、伝達トルクが増大して所定値Tsを越え
ると、径方向溝３と突起７とが噛み合つてストツ
パ機構が作用する。このストツパ機構が作用状態
にある高トルク領域では、アツパシヤフト１とロ
アシヤフト２が一本のシヤフトと同様になるた
め、アツパシヤフト１に加えられたトルクの大部
分は直接ロアシヤフト２に伝達され、トルクの一
部がフランジ５から磁歪円筒体１１及びゴム状弾
性体１２を介してロアシヤフト２に伝達される。
そのため、第３図から明らかなように、磁歪円筒
体１１に作用するトルクの増加率は、全体の伝達
トルク増加率に比して著しく小さくなり、また、
第４図から明らかなように、伝達トルクの増加に
対する両シヤフト１，２間の相対回転角度変位量
の増加率も大幅に小さくなる。

而して、上記構成において、例えばトルク測定
領域を最大２Kg程度とし、且つステアリングシヤ
フトの機械的強度を30Kg保証するものとした場合
に、ストツパ機構が作用する所定トルクTsを２
Kgに設定すると、両シヤフト１，２間の伝達トル
クＴが０〜２Kgのときにはその値がそのまま磁歪
円筒体１１に作用するが、伝達トルクＴが30Kgと
なつても磁歪円筒体１１には５〜６Kg程度のトル
クしか作用しない。そのため、磁歪円筒体１１に
過大な操舵トルクが作用するのを防止することが
でき、従つてトルク検出器の耐久性を大幅に向上
させることができる。

なお、ゴム状弾性体１２の弾性率が径年変化等
によつて変化した場合にも、ストツパ機構が作用
するまでの所定トルクTsの範囲内においては、
ゴム状弾性体１２の剛性いかんに係わりなく伝達
トルクがそのまま磁歪円筒体１１に作用するた
め、伝達トルクＴと出力電圧Ｖとの関係は変化す
ることがない。

さらに、この実施例では、磁歪円筒体１１とロ
アシヤフト２をゴム状弾性体１２で弾性的に連結
したが、磁歪円筒体１１とアツパシヤフト１をゴ
ム状弾性体で連結するようにしてもよく、さらに
両シヤフト１，２と磁歪円筒体を共にゴム状弾性
体１２で連結するようにしてもよく、このように
構成することによつても前記実施例と同様の効果
を得ることができる。また、本考案は、操舵トル
ク検出器以外の駆動軸のトルク検出器に用いるこ
とができることはもちろんである。

〔考案の効果〕

以上説明したように、この考案では、捩れ部材
と軸との間をゴム状弾性体を介して固定したた
め、伝達トルクの大きさに応じて変化する第１の
軸と第２の軸の相対回転変位を、捩れ部材の剛性
を低下させることなく従来のものよりも著しく増
大することができる。

従つて、捩れ部材の機械的強度を大きく保持し
つつトルク検出精度を十分に満足させることがで
き、ストツパ機構の加工精度及び組立精度の精度
管理をラフなものとすることができる。

また、この考案によれば、第１及び第２の軸に
固定される捩れ部材を筒状としたうえ、この筒状
の捩れ部材と、少なくとも一方の軸との間に、ゴ
ム状弾性体を介在させているため、ストツパ機構
が動作しない低トルク領域と、ストツパ機構が動
作した高トルク領域とのいずれにおいても、同一
の捩れ部材に基づき同一の捩れセンサによつてト
ルクを検出することができる。このため、トルク
検出器の構造を簡単にしてコストと故障を低減す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例を示す分解斜視
図、第２図は同じく組立状態を示す一部を断面し
た説明図、第３図はこの考案に係わるトルク検出
器の伝達トルクと磁歪検出部材に作用するトルク
との関係を示すグラフ、第４図は同じく伝達トル
クと２軸間の相対回転変位との関係を示すグラ
フ、第５図は同じく伝達トルクと出力電圧との関
係を示すグラフである。 １……アツパシヤフト（第１の軸）、２……ロ
アシヤフト（第２の軸）、３……径方向溝、５…
…フランジ、６……通孔、７……突起、８……セ
ンタリング軸、１１……磁歪円筒体（捩れ部材）、
１２……ゴム状弾性体、１３……磁歪検出手段。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 同一軸心線上に配置した第１の軸と第２の軸と
   を、所定角度相対回転した後両軸を回転方向に一
   体とするストツパ機構と、一端が第１の軸に固定
   され且つ他端が第２の軸に固定され前記ストツパ
   機構の外周を覆つて筒状をなす捩れ部材とを介し
   て連結し、前記捩れ部材の少なくとも一端を、ゴ
   ム状弾性体を介して前記第１の軸又は第２の軸に
   固定するとともに、前記捩れ部材の外周に捩れセ
   ンサを臨ませたことを特徴とするトルク検出器。