JPH09240496A - トルクセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トルクセンサの圧力検出素子に過大な荷重が
加わって破損するのを防止し、またトルクセンサの組立
を容易にする。 【解決手段】 第１及び第２回転部材２０，３０は弾性
部材４２，４２Ａを介して互いにトルクを伝達するよう
に連結すると共に、この両回転部材の一方と弾性部材と
の間に介装した圧力検出素子４０により伝達されるトル
クを検出し、更に両回転部材の間に所定量以上の相対回
転を阻止する規制手段を設ける。両回転部材の何れか一
方に設けた半径方向突起３２に、回転軸線と直交方向に
摺動自在にスタッド４５を支持し、半径方向突起の両側
面とそれから突出するスタッドの両端部との間に弾性部
材を初期荷重を与えて介装し、圧力検出素子はスタッド
の両端とこれと対向する他方の回転部材の間に介装する
ようにするのがよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つの回転部材の
間に圧力検出素子を設けて、この両回転部材の間で伝達
されるトルクを検出するトルクセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気式の動力舵取装置のハンドル軸等に
加わるトルクを検出するために使用されるこの種のトル
クセンサでは、例えば実開昭６１−１０７６８３号公報
に開示されているように、ハンドル軸を形成する第１軸
と第２軸を連結する連結筒と係合突起の間に、円周方向
に沿って圧力検出素子を設けてトルクを検出している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術のトルクセンサでは、ハンドル軸に加わる
トルクは常に圧力検出素子により伝達されるので、過大
なトルクが加わると圧力検出素子に過大な荷重が加わっ
て破損するおそれがある。

【０００４】本発明は圧力検出素子に加わる荷重の最大
値を制限してこのような問題を解決し、また組立て及び
両回転方向において圧力検出素子に加わる最大荷重を同
一とすることが容易なトルクセンサを提供することを目
的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によるトルクセン
サは、第１及び第２回転部材を弾性部材を介して互いに
トルクを伝達するように連結すると共に、この両回転部
材の一方と弾性部材との間に介装した圧力検出素子によ
りそれらの間の圧力を検出し、更に両回転部材の間に所
定量以上の相対回転を阻止する規制手段を設けたもので
ある。両回転部材の間で伝達されるトルクが増大してそ
れらの間の相対回転量が所定値以上となれば、それ以上
の相対回転は規制手段により阻止され、従って規制され
た時の相対回転角と弾性部材の特性により定まるトルク
に対応する以上の荷重が圧力検出素子に加わることは防
止される。

【０００６】また本発明によるトルクセンサは、両回転
部材の何れか一方に設けた半径方向突起にその回転軸線
と直交方向に摺動自在に支持されたスタッドを更に備
え、半径方向突起の両側面とそれから突出するスタッド
の両端部との間に弾性部材を介装し、圧力検出素子はス
タッドの両端とこれと対向する他方の回転部材の間に介
装するようにしてもよい。このようにすれば半径方向突
起を設けた方の回転部材とスタッドは弾性部材と共に一
体的にサブ組立されるため、弾性部材に初期荷重を与え
る場合に、弾性体を撓ませた状態でもトルクセンサの組
立を容易に行うことができる。また弾性部材及び規制手
段等の部品の精度がよければ、特別な調整を行わなくて
も両回転方向における圧力検出素子に加わる最大荷重は
同一となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】先ず図１及び図２に示す第１の実
施の形態の説明をする。このトルクセンサＡは入力軸１
２（または出力軸１３）の一端に固定された第１回転部
材２０と、出力軸１３（または入力軸１２）に固定され
た第２回転部材３０を備えている。第１回転部材２０の
本体であるフランジ部材２１は、入力軸１２（または出
力軸１３）と反対側の端面に、軸心に円形部を有する径
方向凹部２２が形成されている。フランジ部材２１には
また、その中心軸線に対し偏心して直交し、かつ径方向
凹部２２を直角に横切る１対の貫通孔２５，２５が形成
され、各貫通孔２５には径方向凹部２２の近傍を除き外
側から雌ねじ２６が形成されている。この雌ねじ２６に
は、後述する圧力検出素子４０を保持する押しねじ２７
が螺合される。

【０００８】第２回転部材３０は出力軸１３（または入
力軸１２）の先端部により構成されるボス部３１とこれ
に固定された半径方向突起３２よりなり、図に示すよう
に、フランジ部材２１の径方向凹部２２内に多少の隙間
をおいて挿入される。ボス部３１の先端に同軸的に一体
形成された突出軸部３３はフランジ部材２１の中心に形
成された中心孔２３に回転可能に嵌合され、これにより
入力軸１２と出力軸１３は同軸的に相対回転可能に連結
される。径方向凹部２２の内端面とボス部３１の端面と
の間にはスラストワッシャ３３ａが設けられている。

【０００９】圧電効果、ピエゾ抵抗効果等を有する素材
を利用した１対の圧力検出素子４０，４０は、各貫通孔
２５内に摺動可能に設けられ、雌ねじ２６に螺合した押
しねじ２７によりにより皿ばね（弾性部材）４２を介し
て半径方向突起３２の両側面に押圧される。この際に、
径方向凹部２２の両内側面先端の角部２２ａと半径方向
突起３２の両側面先端の角部３２ａとの隙間ａ１，ａ２
が同一となり、かつ各皿ばね４２には各圧力検出素子４
０に適度な予圧を与えるための初期荷重が与えられるよ
うに各押しねじ２７の押込み位置を調整する。この角部
２２ａ及び角部３２ａが、両回転部材２０，３０の間の
所定量以上の相対回転を規制する規制手段を形成し、両
回転部材２０，３０の間に大きいトルクが加わって何れ
かの両角部２２ａ，３２ａが当接した状態でも皿ばね４
２が全圧縮されることはないように各部の寸法を定める
ものとする。従って、この皿ばね（弾性部材）４２によ
って、両回転部材の角部２２ａ，３２ａの間に隙間を設
けた際でも、両回転部材間の相対回転による荷重（圧
力）を圧力検出素子へ伝達することができる。なお、各
圧力検出素子４０の配線は図示を省略した。

【００１０】図５はこのトルクセンサＡを電気式の動力
舵取装置に適用した場合の１例を示す。操舵ハンドル１
０の回転をピニオン１４ａとラック１４ｂからなる操舵
ギヤ１４に伝達して前輪を操舵するハンドル軸１１は入
力軸１２と出力軸１３とに分割され、この両軸１２，１
３の間にこのトルクセンサＡが設けられている。非操舵
状態では両回転部材２０，３０は図２に示す相対回転の
中立位置にあり、隙間ａ１，ａ２は同一であり、各皿ば
ね４２を介して各圧力検出素子４０，４０に加わる荷重
は同一である。操舵ハンドル１０により前輪を操舵すれ
ばハンドル軸１１に操舵トルクが生じ、このトルクによ
り各圧力検出素子４０，４０に加わる荷重は一方が増大
し、他方が減少して、操舵トルクが検出される。この実
施の形態では、互いに逆向きに荷重が増減する１対の圧
力検出素子４０，４０による二重系を用いているので、
各圧力検出素子４０の出力の差により検出値を求め、出
力の和が０とならないという条件で異常検出を行うこと
ができる。電子制御ユニット１７はこの検出された操舵
トルクに基づきモータ１５を作動させ、ウオーム１６ａ
及びウオームホイール１６ｂよりなる減速機１６を介し
て、所定の特性で操舵トルクを減少させるように出力軸
１３に操舵アシスト力を加える。

【００１１】何らかの原因により、図２において第１回
転部材２０に対し第２回転部材３０が時計回転方向に回
転するような操舵トルクが異常に増大した場合には、両
回転部材２０，３０の間の相対回転が増大するが、第１
回転部材２０の径方向凹部２２の右側の角部２２ａが第
２回転部材３０の対応する角部３２ａに当接して隙間ａ
１が０になればそれ以上の相対回転は阻止され、従って
荷重が増大する側（図において右側）の圧力検出素子４
０に、その時の中立位置からの相対回転角と皿ばね４２
のばね定数により定まるトルクに対応する最大荷重以上
の荷重が加わることは防止される。両回転部材２０，３
０の相対回転方向が逆向きの場合には左側の角部２２ａ
とこれに対応する角部３２ａが当接して隙間ａ２が０に
なればそれ以上の相対回転は阻止されるので、この場合
に荷重が増大する側（図において左側）の圧力検出素子
４０にも前述の最大荷重と同程度以上の荷重が加わるこ
とはない。従って各圧力検出素子４０に過大な荷重が加
わって破損することは防止される。

【００１２】次に図３及び図４に示す第２の実施の形態
の説明をする。第１の実施の形態の場合と同様、このト
ルクセンサＡも入力軸１２と出力軸１３に固定された第
１及び第２回転部材２０，３０を備えている。各回転部
材２０，３０と各軸１２，１３の組合せは前述のように
任意である。第１の実施の形態と同様、第１回転部材２
０の本体であるフランジ部材２１には径方向凹部２２が
形成されているが、その形状は異なっている。すなわち
径方向凹部２２のフランジ部材２１の軸心に相当する部
分は、図４に最もよく示すように、各内側面が軸心を対
称点とする４つの平面状の当接面２２ｂ１〜２２ｂ４よ
りなり、連続する各当接面２２ｂ１，２２ｂ２及び当接
面２２ｂ３，２２ｂ４は、それぞれその交線部分が内側
に多少突出するように大きな角度で交っており、当接面
２２ｂ１と当接面２２ｂ４及び当接面２２ｂ２と当接面
２２ｂ３の間隔は同一である。径方向凹部２２の解放側
（図示上側）は当接面２２ｂ１〜２２ｂ４の部分より多
少幅広で、この部分の片側にはフランジ部材２１の中心
軸線に対し偏心して直交し、かつ径方向凹部２２と直交
する貫通孔２５が形成され、また径方向凹部２２の反対
側内面には貫通孔２５と同軸的で同径の凹部２５Ｂが形
成されている。貫通孔２５には径方向凹部２２の近傍を
除き外側から、押しねじ２７が螺合される雌ねじ２６が
形成されている。

【００１３】第２回転部材３０は、第１の実施の形態と
同様、出力軸１３（または入力軸１２）の先端部に一体
的に形成されたボス部３１とこれに固定された半径方向
突起３２よりなり、図に示すように、フランジ部材２１
の径方向凹部２２内に挿入されているが、その形状は異
なっている。すなわち図４に最もよく示すように、ボス
部３１は両側面３１ａが互いに平行に２面取りされてお
り、その幅は、当接面２２ｂ１及び当接面２２ｂ２の交
線と当接面２２ｂ３及び当接面２２ｂ４の交線との間隔
と同一である。ボス部３１の先端に同軸的に一体形成さ
れた突出軸部３３はフランジ部材２１の中心に形成され
た中心孔２３に回転可能に嵌合されて入力軸１２と出力
軸１３は同軸的に相対回転可能に連結され、また径方向
凹部２２の内端面とボス部３１の端面との間にはスラス
トワッシャ３３ａが設けられている。

【００１４】図３及び図４に示すように、第２回転部材
３０の半径方向突起３２には、第２回転部材３０の回転
軸線と偏心してこれと直交する方向に貫通孔３２ｂが形
成されている。その偏心距離はフランジ部材２１の中心
軸線に対する貫通孔２５の偏心距離と同一であり、従っ
て図３に示す中立位置では貫通孔２５と貫通孔３２ｂの
中心軸線は一致している。本体部４６とこれにねじ込み
固定されたねじ部４７よりなるスタッド４５は、本体部
４６が貫通孔３２ｂに嵌合されて軸線方向摺動自在に支
持されている。この組付け状態では、本体部４６とねじ
部４７に形成した同一寸法形状のフランジ部４６ａ，４
７ａは、半径方向突起３２の両側面から突出するスタッ
ド４５の両端部に位置し、この各フランジ部４６ａ，４
７ａの内端面と半径方向突起３２の各側面の間には１対
の皿ばね４２が初期荷重を与えて介装されている。この
ようにすることにより、スタッド４５及び皿ばね４２は
第２回転部材３０に一体的にサブ組付され、皿ばね４２
の精度及び材質のばらつきが少なければ、各フランジ部
４６ａ，４７ａの内端面と半径方向突起３２の各側面と
の間の隙間ａ１，ａ２は実質的に同一となる。従って、
両皿ばね４２の初期荷重を等しくすることができる。

【００１５】図４に示すように、１対の圧力検出素子４
０，４０の一方を凹部２５Ｂ内に挿入した後に、本体部
４６と皿ばね４２をサブ組み付けた第２回転部材３０を
径方向凹部２２内に挿入し、他方の圧力検出素子４０を
貫通孔２５内に挿入し、雌ねじ２６に螺合した押しねじ
２７によりにより押圧してスタッド４５を１対の圧力検
出素子４０，４０の間に挟持させる。押しねじ２７のね
じ込み力を加減することにより、各圧力検出素子４０に
対する予圧は適当に調節される。この第２の実施の形態
では、フランジ部材２１の径方向凹部２２の当接面２２
ｂ１〜２２ｂ４とボス部３１の両側面３１ａが、両回転
部材２０，３０の間の所定量以上の相対回転を規制する
規制手段を形成し、両回転部材２０，３０の間にトルク
が加わって両側面３１ａが当接面２２ｂ１，２２ｂ４ま
たは当接面２２ｂ２，２２ｂ３に当接した状態でも皿ば
ね４２が全圧縮されることはないように各部の寸法を定
めるものとする。第１回転部材２０の径方向凹部２２と
第２回転部材３０の寸法精度のばらつきが少なければ、
図４の実線で示す中立位置における、両側面３１ａと当
接面２２ｂ１，２２ｂ４または当接面２２ｂ２，２２ｂ
３との間の角度θ１，θ２はほゞ同一となる。

【００１６】また、圧力検出素子４０に与える予荷重
も、スタッド４５等の寸法精度のみに依存し、皿ばね４
２の影響がないため、そのばらつきを最小限に抑えるこ
とが可能である。

【００１７】第１の実施の形態の場合と同様、この第２
の実施の形態のトルクセンサＡも、図５に示すような電
気式の動力舵取装置に適用される。何らかの原因によ
り、図４において第１回転部材２０に対し第２回転部材
３０が反時計回転方向に回転するような向きの操舵トル
クが異常に増大した場合には、両回転部材２０，３０の
間の相対回転が増大するが、この相対回転角がθ２とな
ってボス部３１の両側面３１ａがフランジ部材２１の径
方向凹部２２の当接面２２ｂ２，２２ｂ３に当接（二点
鎖線参照）すればそれ以上の相対回転は阻止され、従っ
てその時の中立位置からの相対回転角と皿ばね４２のば
ね定数により定まるトルクに対応する最大荷重以上の荷
重が凹部２５Ｂ内に設けた圧力検出素子４０に加わるこ
とは防止される。両回転部材２０，３０の相対回転方向
が逆向きの場合には、相対回転角がθ１（＝θ２）に達
すればボス部３１の両側面３１ａがフランジ部材２１の
径方向凹部２２の当接面２２ｂ１，２２ｂ４に当接して
それ以上の相対回転は阻止されるので、貫通孔２５側に
設けた圧力検出素子４０に前述の最大荷重と同程度以上
の荷重が加わることはない。従って各圧力検出素子４０
に過大な負荷が加わって破損することは防止される。

【００１８】この第２の実施の形態のスタッド４５は、
それぞれフランジ部４６ａ，４７ａを有する本体部４６
とねじ部４７をねじ込み固定したものとしたが、単純な
丸棒状のスタッドの半径方向突起から突出する両端部に
形成した環状溝にＥリング等の止め輪を嵌着したものと
し、この各止め輪の内端面と半径方向突起の各側面との
間に皿ばねのような弾性部材を介装してもよい。

【００１９】上述した各実施の形態では、第１回転部材
２０と第２回転部材３０は、どちらを入力軸１２側と
し、どちらを出力軸１３側とするかは任意である。ま
た、半径方向突起３２の各側面と圧力検出素子４０，４
０の間（第１の実施の形態）、または半径方向突起３２
の各側面と各フランジ部４６ａ，４７ａの間に介装する
のは皿ばねに限らず、適度な弾性を有するものならば波
形ワッシャ、ゴム板など任意の弾性部材を使用すること
ができる。

【００２０】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、圧力検
出素子に過大な荷重が加わることがないので、圧力検出
素子が破損するおそれがない。また半径方向突起に摺動
可能なスタッドを更に設けたものによれば、半径方向突
起を設けた回転部材とスタッドと弾性部材は一体的にサ
ブ組立されるので組立てが容易になり、弾性部材及び規
制手段等の部品の精度がよければ、特別な調整を行わな
くても両回転方向における圧力検出素子に加わる最大荷
重が同一となるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるトルクセンサの第１の実施の形
態の縦断面図である。

【図２】 図１の２−２断面図である。

【図３】 本発明によるトルクセンサの第２の実施の形
態の縦断面図である。

【図４】 図３の４−４断面図である。

【図５】 本発明によるトルクセンサが適用される電気
式の動力舵取装置の一例の概略構造を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２０…第１回転部材、３０…第２回転部材３０、３２…
半径方向突起、４０…圧力検出素子、４２…弾性部材
（皿ばね）、４５…スタッド、Ａ…トルクセンサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに相対回転可能に設けられ弾性部材
   を介して互いにトルクを伝達する第１及び第２回転部材
   と、この両回転部材の一方と前記弾性部材との間に介装
   されて前記一方と前記弾性部材との間の圧力を検出する
   圧力検出素子と、前記両回転部材の間の所定量以上の相
   対回転を規制する規制手段を備えたことを特徴とするト
   ルクセンサ。
2. 【請求項２】 前記両回転部材の何れか一方に設けた半
   径方向突起にこの両回転部材の回転軸線と偏心してこれ
   と直交する方向に摺動自在に支持されたスタッドを更に
   備え、前記弾性部材は前記半径方向突起の両側面とこれ
   から突出する前記スタッドの両端部との間にそれぞれ介
   装し、前記圧力検出素子は前記スタッドの両端とこれと
   対向する他方の前記回転部材の一部との間に介装したこ
   とを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。