JPH0536188Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案はトルクセンサに関し、特に自動車のパ
ワーステアリング装置に適用するのに好適なトル
クセンサに関する。

〔従来技術〕

パワーステアリング装置は、自動車の操舵に要
する操作力を油圧力又は電動力により補助するも
のであり、操舵輪に加えられたトルクを検出し、
この検出トルクに応じて、舵取機構に設けた油圧
シリンダ又は電動機を動作させる構成となつてい
る。

ところで、前記トルクの検出手段としては、操
舵輪と舵取機構とを連結する軸に歪ゲージを貼着
し、前記トルクにより該軸に生じる歪を検出する
ものがあるが、これは周囲の温度の影響を受け易
く、また前記歪が微小であるため検出精度が悪い
という難点がある。

これらの難点を解消するものとして、実開昭61
−50238号に開示されているように、前記軸を操
舵輪に連なる入力軸と、舵取機構に連なる出力軸
とに分割すると共に、両軸間にトーシヨンバーを
介装し、操舵輪にトルクが加えられた場合に、こ
れによりトーシヨンバーが捩れ、入力軸と出力軸
とが円周方向に相対変位するように構成して、こ
の変位を、前記両軸の一方に設けた抵抗体と他方
に設けた検出子とからなるポテンシオメータの出
力電位として検出するトルクセンサが知られてい
る。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところが、このトルクセンサにおいては、前記
入力軸又は出力軸に曲げ力が加えられ、これに撓
みが生じた場合、入力軸と出力軸との間に半径方
向の相対変位及び軸心の傾きが生じ、ポテンシオ
メータを構成する抵抗体と検出子との相対的な位
置関係が変化し、このときのポテンシオメータの
出力電位と前記変位との間に厳密な比例関係が成
立せず、この検出結果に基づいて行われる舵取機
構の動作量が、操舵輪の実際の操作トルクと対応
しないことがあり、操舵感覚の悪化を招来すると
いう難点があつた。

本考案は斯かる事情に鑑みてなされたものであ
り、その検出値が入力軸又は出力軸に加えられる
曲げ力により影響されることがなく、常に、正確
なトルクが検出可能なトルクセンサを提供するこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案に係るトルクセンサは、トーシヨンバー
を介して連結された入力軸と出力軸との間にポテ
ンシオメータを設け、前記入力軸に加えられたト
ルクを、前記トーシヨンバーの捩れに伴う両軸間
の変位として検出するトルクセンサにおいて、前
記入力軸又は出力軸のいずれか一方の軸に遊嵌さ
れ、該軸と共に回動するポテンシオメータ保持ス
リーブと、該ポテンシオメータ保持スリーブに固
定され、その一部に前記ポテンシオメータの抵抗
体又は検出子を備えた部材と、前記ポテンシオメ
ータ保持スリーブに摺動自在に嵌合され、その一
部に前記抵抗体又は検出子と摺接する態様にて前
記ポテンシオメータの検出子又は抵抗体を備える
と共に、他方の軸と共に回動する部材とを具備す
ることを特徴とする。

〔作用〕

本考案においては、入力軸又は出力軸のいずれ
か一方に遊嵌してあるポテンシオメータ保持スリ
ーブ上に抵抗体及び検出子を配置してポテンシオ
メータを構成し、前記抵抗体又は検出子のいずれ
か一方を、入力軸又は出力軸のいずれか一方の軸
と共に回動させると共に、他方をポテンシオメー
タ保持スリーブ上において摺動させつつ、他方の
軸と共に回動させ、入力軸にトルクが加えられ、
前記トーシヨンバーに捩れを生じた場合に、この
トルクを、これに伴う入力軸と出力軸との間の円
周方向の相対変位として、前記抵抗体と検出子と
の摺接位置に対応する前記ポテンシオメータの出
力電位により検出する。

〔実施例〕

以下本考案をその実施例を示す図面に基づいて
詳述する。第１図は本考案に係るトルクセンサの
構造を示す断面図である。

図において、１は入力軸であり、図の右側の上
端部にこれと同軸的に図示しない操舵輪が連結さ
れており、該操舵輪の回転に応動して回転するよ
うになつている。また２は出力軸であり、図の左
側の下端部にこれと同軸的に図示しない舵取機構
中のピニオンが連結されており、該ピニオンを介
して舵取機構の動作に応じて回転するようになつ
ている。入力軸１の下端部には、外径が他部より
も大となるように加工された大径部１ａが形成さ
れており、入力軸１は、この大径部１ａを車体の
一部に固定された筒状の入力軸ケース３の内部に
軸受３ａにて支承させてある。また出力軸２の上
端部から軸長方向に適宜の長さの間には、外径が
他部よりも小となるように加工された小径部２ａ
が形成されており、出力軸２は、この小径部２ａ
よりも下側の部分を、前記入力軸ケース３に互い
の軸心を一致させて連設した筒状の出力軸ケース
４の内部に軸受４ａにて支承させてあると共に、
その上端部を入力軸１の下端部の軸心位置に形成
した孔の内部にメタルブツシユ１ｄにて支承させ
てあり、入力軸１と同軸上をなして保持されてい
る。

入力軸１の下端部には、前記孔に連なる態様に
てこれよりも小径の基部挿通孔１ｂが形成されて
いる。また、出力軸２の上端部の軸心位置には、
先端部近傍の孔径が前記基部挿通孔１ｂと同径で
あり、該先端部が前記小径部２ａの形成長さより
も深い位置にまで達する態様にて、基部挿通孔２
ｂが形成してある。図中５は、細径の一様な円形
断面を有するトーシヨンバーであり、その両端部
には、やや大径に加工されてなる基部５ａ，５ａ
が夫々形成してある。そして基部５ａ，５ａを前
記基部挿通孔１ｂ，２ｂに夫々挿通せしめ、該基
部５ａ，５ａの中途部を、これらを半径方向に貫
通するノツクピン１ｃ，２ｃにて入力軸１、出力
軸２に夫々係止することにより、前記トーシヨン
バー５は、入力軸１と出力軸２との間にこれらと
同軸的に介装されている。

さて出力軸２の前記小径部２ａの外側には、薄
肉円筒状をなすポテンシオメータ保持スリーブ６
が、両者間にわずかな嵌め合い隙間を有してすき
ま嵌めされている。該スリーブ６には、その円周
方向の一個所に、第２図にその平面形状を示す如
く、軸長方向を長手方向とし所定の幅寸法を有す
る切欠部６ａが一端部に開口を有して形成されて
おり、また、前記小径部２ａの外周面の一個所に
は、前記切欠部６ａの幅寸法と略等しい直径を有
するピン７が、一端部を外向きに適長突出させた
状態にて軸心に向かう方向に打設してある。そし
て、前記ポテンシオメータ保持スリーブ６は、切
欠部６ａ形成側の一端部を先として出力軸２の上
端部側から前記小径部２ａに挿入され、この切欠
部６ａを前記ピン７に係合せしめた状態に外嵌さ
せてあり、またその両端面を、入力軸１の大径部
１ａの下端縁及び小径部２ａ終端の段付部の側縁
は夫々適宜の間隙を介して対向させてある。而し
て該ポテンシオメータ保持スリーブ６は、出力軸
２に対する円周方向へのその相対移動が前記ピン
７と切欠部６ａとにより拘束され、該出力軸２の
回転に追随して回転するようになつていると共
に、出力軸２に対する軸長方向のその相対移動
が、前記間隙の範囲内で許容されており、更に、
出力軸２の撓みを両者間の嵌め合い隙間の範囲内
で許容し得るようになつている。

ポテンシオメータ保持スリーブ６の外側には、
短寸の厚肉円筒の一側をフランジ状に拡径させた
形状をなす抵抗体保持部材８が圧入固定されてい
る。該部材８には、前記フランジ状部分と逆側の
端部に、前記切欠部６ａと同一形状の切欠部８ａ
が形成されており、抵抗体保持部材８は、この切
欠部８ａを前記ピン７に係合せしめた状態でポテ
ンシオメータ保持スリーブ６に外嵌されており、
出力軸２及びポテンシオメータ保持スリーブ６に
対する円周方向のその相対移動を切欠部８ａとピ
ン７とにより拘束させる構成となつている。また
抵抗体保持部材８の前記フランジ側の端面には、
例えば、セラミツク基板上にカーボン層を形成し
てなる抵抗体９が、該部材８の軸心を中心とする
環状をなして固着されている。

前記抵抗体９と共にポテンシオメータを構成す
る検出子１０を保持する検出子保持部材１１は、
軸心位置に前記ポテンシオメータ保持スリーブ６
の外径と略同径の円孔を形成してなる厚肉の中抜
き円板の一側に、これと同心をなして、入力軸１
の前記大径部１ａの外径と略同一の内径を有する
短寸円筒を連設した形状をなしており、その前記
円板側の端面の一部に、前記検出子１０が先端を
軸長方向に突出させた態様にて固着されている。
この検出子保持部材１１は、ポテンシオメータ保
持スリーブ６の切欠部６ａ形成側と逆側の端部か
ら、これに前記円孔部を嵌合せしめることによ
り、その円板状部分を先として、円周方向への摺
動自在にポテンシオメータ保持スリーブ６に外嵌
されている。検出子保持部材１１の前記円孔の外
周囲には、軸長方向に前記円筒の連設方向と逆向
きに薄肉環状の突出部が設けてあり、この突出部
が抵抗体保持部材８のフランジ状の端面に当接さ
れる位置まで検出子保持部材１１を前述の如く外
嵌せしめることにより、前記抵抗体９と検出子１
０とが軸長方向に所定長だけ離隔され、検出子１
０の先端が抵抗体９に確実に摺接した状態になる
ようにしてある。

一方検出子保持部材１１の前記円筒状の部分
は、前記大径部１ａに、両者間に適宜の嵌め合い
隙間を有した状態にてすきま嵌めされている。こ
の円筒部分の端部には、その円周方向の一個所に
前記切欠部６ａと同様の形状をなす切欠部１１ａ
が形成されており、この切欠部１１ａの幅寸法と
略等しい直径を有するピン１２は、大径部１ａの
外周面の一個所に先端部を外向きに適長突出させ
た状態にて軸心に向かう方向に打設してある。ま
た、前記円筒部分の端面は、大径部１ａを支承す
る前記軸受３ａの一側面に当接させてある。而し
て該検出子保持部材１１は、入力軸１に対する円
周方向へのその相対移動が前記ピン１２と切欠部
１１ａとにより拘束され、入力軸１の回転に追随
して回転するようになつていると共に、入力軸１
とポテンシオメータ保持スリーブ６とが半径方向
に相対移動した場合には、両者に対する嵌め合い
状態の相違により、ポテンシオメータ保持スリー
ブ６側に追随するようになつている。

さて前記抵抗体保持部材８の円筒部分の外周に
は、軸長方向に互いに適長離隔した態様にて、複
数個（第１図においては３個）のスリツプリング
８ｂ，８ｂ…が装着してあり、また、前記入力軸
ケース３には、スリツプリング８ｂ，８ｂ…と各
別に摺接するブラシ１３，１３…を保持するブラ
シ保持部材１４が固着されている。そして前記抵
抗体９には、ブラシ１３とスリツプリング８ｂと
を介して、外部から所定の電圧が加えられてお
り、更に前記検出子１０からは、抵抗体９の周方
向の該検出子１０の摺接位置に対応する電圧が、
スリツプリング８ｂとブラシ１３とを介して、外
部に取出されるようになつている。

され以上の如く構成された本考案に係るトルク
センサの動作について説明する。

運転者が操舵輪を右又は左に回動操作すると、
該操舵輪に連結された入力軸１は同方向に回動す
る一方、出力軸２の下端部は操舵機構中のピニオ
ンに連結してあり、その回動は操舵機構により拘
束された状態にある。従つて、操舵輪に加えられ
た操作力は、入力軸１と出力軸２との間に介装し
た前記トーシヨンバー５に作用し、該トーシヨン
バー５には、操舵輪に加えられたトルクに対応す
る捩れが生じて、入力軸１と出力軸２とが、トー
シヨンバー５に生じる捩れ角に対応して円周方向
に相対的に変位する。これに伴つて、入力軸１に
ピン１２にて係止せしめてある前記検出子保持部
材１１と、出力軸２に同様にピン７にて係止せし
めてある前記抵抗体保持部材８との間に、円周方
向の相対変位が生じ、抵抗体９面における検出子
１０の摺接位置が変化し、この摺接位置に応じた
電位が、抵抗体９と検出子１０とから構成される
ポテンシオメータから出力される。このポテンシ
オメータは、操舵輪に操作力は加えられておらず
トーシヨンバー５に捩れが生じていない場合の検
出子１０の所定の摺接位置において、所定の基準
電位を出力するように予め初期調整されており、
検出子１０の摺接位置が、入力軸１と出力軸２と
の間の相対変位に応じて、入力軸１側からみて前
記所定の摺接位置に対して反時計方向（又は時計
方向）に相対的に変位した場合に、前記基準電位
よりも高い（又は低い）出力電位が得られるよう
に、前記抵抗体９へ加える電圧の方向が設定され
ている。従つて、このポテンシオメータの出力電
位が前記基準電位よりも高い場合に、左方向への
操舵が行われるように、また出力電位が基準電位
よりも低い場合に逆に右方向への操舵が行われる
ように、油圧シリンダ又は電動機等を用いてなる
操舵機構の駆動手段を動作せしめる構成とすれ
ば、操舵輪の回動操作方向に応じて駆動手段が動
作し、所要の方向への操舵が行われるパワーステ
アリング装置が構成できる。

さて、パワーステアリング装置においては、入
力軸１又は出力軸２にその軸長方向に直交する外
力、即ち曲げ力が加えられ、入力軸１又は出力軸
２に撓みを生じる場合があり、その結果、入力軸
１の軸心と出力軸２の軸心とが相対的に傾き、両
者の突き合わせ端部に半径方向の相対変位が生じ
ることがある。

本考案に係るトルクセンサにおいては、前述し
た如く検出子保持部材１１と入力軸１との間、及
びポテンシオメータ保持スリーブ６と出力軸２と
の間に夫々嵌め合い隙間が形成されており、入力
軸１と出力軸２との間に生じる半径方向の相対変
位は、これらの隙間の範囲内で吸収され、また、
検出子保持部材１１が入力軸１に対して、及びポ
テンシオメータ保持スリーブ６が出力軸２に対し
て、夫々前記隙間の範囲内において傾き得るか
ら、入力軸１の軸心と出力軸２の軸心との間に生
じる傾きは、入力軸１の軸心に対して検出子保持
部材１１の軸心が傾き、更に出力軸２の軸心に対
してポテンシオメータ保持スリーブ６の軸心が傾
くことにより吸収され、抵抗体保持部材８と検出
子保持部材１１との間に、軸長方向及び半径方向
の相対移動が生じることがなく、この相対移動に
伴うポテンシオメータの出力電位の変化がなく、
該ポテンシオメータの出力電位の変化は、トーシ
ヨンバー５の捩れに応じて生じる入力軸１と出力
軸２との間の円周方向の相対変位に厳密に対応し
たものとなり、換言すればトーシヨンバー５に作
用するトルクに厳密に対応する。

なお本実施例においては、ポテンシオメータを
その外側に保持するポテンシオメータ保持スリー
ブ６を出力軸２に外嵌してあるが、該スリーブ６
を入力軸１に外嵌してもよく、また本実施例にお
いては、検出子保持部材１１を入力軸１に係合さ
せ、抵抗体保持部材８を出力軸２に係合させてい
るが、これらの係合関係を逆にして、検出子保持
部材１１が出力軸２と共に回動し、抵抗体保持部
材８が入力軸１と共に回動するようにしてもよ
い。

更に本実施例においては、自動車のパワーステ
アリング装置に適用した場合について述べたが、
本考案に係るトルクセンサは、広く一般に使用で
きることは言うまでもない。

〔効果〕

以上詳述した如く本考案に係るトルクセンサに
おいては、入力軸又は出力軸に曲げ力が加えられ
てこれらに撓みが生じ、両者間に半径方向の相対
変位及び軸心の傾きが生じた場合においても、ポ
テンシオメータを構成する抵抗体と検出子との位
置関係が変化しないから、前記曲げ力がトルクの
検出結果に影響を与えることがなく、入力軸に加
えられたトルクを正確に検出することが可能であ
り、これをパワーステアリング装置に適用した場
合、操舵輪の操作角度と操舵量が確実に対応する
から、良好な操舵感覚が得られる等優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであり、第
１図は本考案に係るトルクセンサの構造を示す断
面図、第２図はポテンシオメータ保持スリーブの
係止構造を示す平面図である。 １……入力軸、２……出力軸、５……トーシヨ
ンバー、６……ポテンシオメータ保持スリーブ、
８……抵抗体保持部材、８ｂ……スリツプリン
グ、９……抵抗体、１０……検出子、１１……検
出子保持部材、１３……ブラシ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 トーシヨンバーを介して連結された入力軸と出
   力軸との間にポテンシオメータを設け、前記入力
   軸に加えられたトルクを、前記トーシヨンバーの
   捩れに伴う両軸間の変位として検出するトルクセ
   ンサにおいて、 前記入力軸又は出力軸のいずれか一方の軸に遊
   嵌され、該軸と共に回動するポテンシオメータ保
   持スリーブと、 該ポテンシオメータ保持スリーブに固定され、
   その一部に前記ポテンシオメータの抵抗体又は検
   出子を備えた部材と、 前記ポテンシオメータ保持スリーブに摺動自在
   に嵌合され、その一部に前記抵抗体又は検出子と
   摺接する態様にて前記ポテンシオメータの検出子
   又は抵抗体を備えると共に、他方の軸と共に回動
   する部材と を具備することを特徴とするトルクセンサ。