JPH1123389A

JPH1123389A - トルク検出装置

Info

Publication number: JPH1123389A
Application number: JP18284397A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shimizu; 康夫清水; Shigeru Yamawaki; 茂山脇
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】高価格化を招かずに、２つの軸間の相対ねじ
れ方向にかかわらず、相対ねじれ角に応じて正確なトル
クを検出できること。【解決手段】トルク検出装置は、ポテンショメータ形
式のトルク検出器を検出本体部及び作動子２２とで構成
し、検出本体部を、トーションバーで連結した２つの軸
の一方に取付け、作動子を、２つの軸の他方に形成した
係合溝１５ｂに掛けることで、両軸間の相対ねじれ方向
及び相対ねじれ角に応じて作動子が移動し、この移動量
に応じて変化したトルク検出器の電気抵抗値により、ト
ルクを検出するようにした装置であり、係合溝を、底１
５ｄが狭い台形断面溝にしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトルク検出装置の改
良技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】トーションバー等の弾性部材で連結した
２つの軸間のトルクを検出するには、両軸間の相対ねじ
れ角を検出し、この相対ねじれ角からトルクを知る方法
が多用されてきた。この方法で使用する検出手段には、
ポテンショメータを使用したトルク検出装置があり、こ
の種のトルク検出装置として、例えば、特開平８−１４
２８８２号「電動パワーステアリング装置」の技術があ
る。

【０００３】この技術は、その公報の図８〜図１０によ
れば、弾性部材３４（番号は公報に記載されたものを引
用した。以下同じ。）で入力軸３２と出力軸３３との間
を連結し、これら入・出力軸３２，３３間のトルクをト
ルク検出手段３５で検出するようにしたものである。ト
ルク検出手段３５は入力軸３２に取付けるものであり、
出力軸３３の凹部３９に掛ける回動部材３８を備える。
回動部材３８は、スプリング４０にて回転方向への遊び
を抑制された構成である。なお、凹部３９は係合溝に相
当し、トルク検出手段３５はポテンショメータ形式のト
ルク検出器に相当し、回動部材３８はトルク検出器の作
動子に相当する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
技術のような凹部３９は矩形断面溝であり、入・出力軸
３２，３３間の相対ねじれ角が変位した場合に、出力軸
３３の凹部３９と回動部材３８との掛り具合は、一般に
次の図１５のように変化する。

【０００５】図１５（ａ）〜（ｃ）は従来のトルク検出
装置の作用図であり、出力軸１０１の係合溝１０２にト
ルク検出器の作動子１０３を掛けた部分の断面を示す。
係合溝１０２は矩形断面溝である。（ａ）は図示せぬ入
力軸と出力軸１０１との間の相対ねじれ角が零である、
中立時の状態を示す。この状態では、係合溝１０２の右
の壁１０２ａに作動子１０３の側面をばね１０４で押し
付けた状態である。このときの作動子１０３の中心はＰ
_ooである。

【０００６】（ｂ）は図示せぬ入力軸に対する出力軸１
０１の相対ねじれ方向を、図の右方向Ｘ_Rとした場合を
示す。この状態では、係合溝１０２は右方向Ｘ_Rに角度
変位する。作動子１０３はばね１０４で押し付けられて
いるので、先端の角が係合溝１０２の右の壁１０２ａに
当る。このときの当接点はＱ_roであり、作動子１０３の
中心はＰ_roである。作動子１０３の移動量Ｓ_roは、上記
中立時の中心Ｐ_ooから移動後の中心Ｐ_roまでの距離であ
る。

【０００７】（ｃ）は図示せぬ入力軸に対する出力軸１
０１の相対ねじれ方向を、図の左方向Ｘ_Lとした場合を
示し、このときの相対ねじれ角は上記（ｂ）と同一であ
る。この状態では、係合溝１０２は左方向Ｘ_Lに角度変
位する。作動子１０３はばね１０４で押し付けられてい
るので、側面が右の壁１０２ａの開口端に当る。このと
きの当接点はＱ_loであり、作動子１０３の中心はＰ_loで
ある。作動子１０３の移動量Ｓ_loは、上記中立時の中心
Ｐ_ooから移動後の中心Ｐ_loまでの距離である。

【０００８】以上の説明から明らかなように、右方向Ｘ
_Rでは、作動子１０３の先端の角が、右の壁１０２ａに
当る（当接点Ｑ_ro）。左方向Ｘ_Lでは、作動子１０３の
側面が、右の壁１０２ａの開口端に当る（当接点
Ｑ_lo）。当接点Ｑ_roの位置と当接点Ｑ_loの位置とは、大
きくずれる。このため、右方向Ｘ_Rと左方向Ｘ_Lとで、入
力軸に対する出力軸１０１の相対ねじれ角が同一であっ
ても、作動子１０３の右の移動量Ｓ_roと左の移動量Ｓ_lo
とは異なる。この結果、作動子１０３の移動量に応じて
変化するトルク検出器の電気抵抗値が左右異なることに
なり、これに伴い、検出されるトルクも左右異なる。

【０００９】このように、入力軸に対する出力軸１０１
の相対ねじれ方向によって、トルク検出器で検出するト
ルクが変わるのでは、トルク検出装置として使いにく
い。例えば、トルク検出装置を上記公報に示す電動パワ
ーステアリング装置に装着した場合に、検出された操舵
トルクが入・出力軸３２，３３間の相対ねじれ方向（操
舵方向）によって変わるのでは、操舵トルクに応じて電
動機３６から発生する補助トルクが左右で変化してしま
う。これでは、良好な操舵感覚を得ることは容易でな
い。トルクが変わらないように電気的に補正することも
考えられるが、コストがかかる。

【００１０】そこで本発明の目的は、高価格化を招かず
に、２つの軸間の相対ねじれ方向にかかわらず、相対ね
じれ角に応じて正確なトルクを検出することができる技
術を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、ポテンショメータ形式のト
ルク検出器を検出本体部及び作動子とで構成し、検出本
体部を、トーションバーで連結した２つの軸の一方に取
付け、作動子を、２つの軸の他方に形成した係合溝に掛
けることで、両軸間の相対ねじれ方向及び相対ねじれ角
に応じて作動子が移動し、この移動量に応じて変化した
トルク検出器の電気抵抗値により、トルクを検出するよ
うにしたトルク検出装置において、係合溝を、底が狭い
台形断面溝にしたことを特徴とする。

【００１２】係合溝を、底が狭い台形断面溝にしたの
で、両軸間の相対ねじれ方向にかかわらず、作動子の先
端は常に係合溝の壁に当る。このため、相対ねじれ角が
左右同一であれば、作動子の右の移動量と左の移動量と
は概ね同一であり、この結果、作動子の移動量に応じて
変化するトルク検出器の電気抵抗値は概ね左右同一であ
り、これに伴い、検出されるトルクも概ね左右同一にな
る。このように、２つの軸間の相対ねじれ方向にかかわ
らず、相対ねじれ角に応じて正確なトルクを検出するこ
とができる。しかも、係合溝を、底が狭い台形断面溝に
しただけであり、コストが増大することはない。

【００１３】請求項２記載の発明は、作動子の先端を球
体にするとともに、係合溝の壁を凹面とし、この凹面の
曲率半径を球体の曲率半径よりも大きく設定したことを
特徴とする。

【００１４】作動子の先端と係合溝の壁との接触面積が
増すので、接触応力は低下する。応力が下がるので、摩
耗に対する耐久性は高まる。しかも、接触応力が下がる
ので、接触抵抗は下がる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面に
基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見
るものとする。図１は本発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の全体構成図であり、電動パワーステアリング
装置１は、ステアリングハンドル２で発生したステアリ
ング系の操舵トルクを検出するトルク検出器３と、この
トルク検出器３の検出信号に基づいて制御信号を発生す
る制御手段４と、この制御手段４の制御信号に基づいて
操舵トルクに応じた補助トルクを発生する電動機５と、
この電動機５の補助トルクをステアリング系に伝達する
トルク伝達手段６並びに機械式クラッチ４０とからな
り、ラックアンドピニオン機構（ピニオン７及びラック
８ａからなる。）を介して操舵車輪９，９を操舵するも
のである。

【００１６】図２は本発明に係る電動パワーステアリン
グ装置の要部拡大断面図であり、電動パワーステアリン
グ装置１は、上記ステアリングハンドル２（図１参照）
に連結した管状の入力軸１１と、この入力軸１１内に挿
通し且つ入力軸１１に上部をピン１２で結合したトーシ
ョンバー（弾性部材）１３と、このトーションバー１３
の下部にピン１４で結合し下部に上記ピニオン７を刻設
した出力軸１５とで、主たるステアリング系を構成した
ものである。すなわち、２つの軸（入・出力軸１１，１
５）は機械構造用炭素鋼等の鋼材からなり、トーション
バー１３で連結した構成である。

【００１７】トーションバー１３は、文字通りトルクに
対して正確にねじれ角が発生するメンバーであって、入
力軸１１と出力軸１５との間での相対ねじり変位を発生
する。なお、トーションバー１３は、これと同等の機能
を有する部材（コイルばね等）と置換してもよく、これ
らの部材とトーションバー１３とを包含して、弾性部材
１３と称する。

【００１８】トルク検出器３は、入・出力軸１１，１５
間の相対ねじれ角を検出することにより、ステアリング
系の操舵トルクを検出する検出器である。このトルク検
出器３は、フレキシブルケーブルからなる電気ケーブル
１６を接続したものであり、この電気ケーブル１６は、
入力軸１１側のケーブルリール１７に複数巻回した（例
えば、３巻き程度）後、ハウジング１８側のカプラ１９
に接続したものである。すなわち、電気ケーブル１６の
一端をトルク検出器３の検出本体部２１に接続し、電気
ケーブル１６の他端をカプラ１９の端子１９ａに接続す
ることにより、トルク検出器３の検出信号をカプラ１９
を介してハウジング１８外へ取り出すようにした。

【００１９】後述するトルク伝達手段６のホイール３２
は、出力軸１５の上部に直接に回転自在に支持した厚肉
の円筒部材であり、この円筒部材に、ギヤ部３２ａと入
力部材３２ｂとを軸方向に下から順に形成したものであ
る。ホイール３２は、例えば、焼結含油合金材料等の自
己潤滑性を有する材料からなる。機械式クラッチ４０
は、入力部材３２ｂの内部に配置したものであり、その
断面構成は図７にて詳述する。なお、ラック８ａは、こ
の図の表裏方向に延びたラック軸８に刻設したものであ
る。また、入力軸１１とトーションバー１３と出力軸１
５とは同軸上にある。

【００２０】ところで、電動パワーステアリング装置１
は、トルク検出器３、トルク伝達手段６、入力軸１１の
一部、トーションバー１３、出力軸１５、電気ケーブル
１６、ケーブルリール１７及び機械式クラッチ４０をハ
ウジング１８に収納し、このハウジング１８上端の開口
をリッド７１で塞いだものである。詳しくは、ハウジン
グ１８の上端に環状の上部フランジ１８ａを形成し、こ
の上部フランジ１８ａにリッド７１を被せてボルト７２
で固定し、しかも、上部フランジ１８ａとリッド７１と
の間をＯリング７３でシール（上部フランジ１８ａの溝
部１８ｂにＯリング７３を嵌めてシール）したものであ
る。リッド７１は側方を向いた上記カプラ１９を一体的
に形成したものであり、これらリッド７１及びカプラ１
９は電気絶縁性樹脂材料からなる成型品である。そし
て、上記カプラの端子１９ａは、リッド７１並びにカプ
ラ１９と共に一体的に成形したものである。

【００２１】リッド７１は中央の膨出した軸受部７１ａ
に、入力軸１１を回転自在に支持するための軸受７４を
取付けたものであって、この軸受７４は、少なくとも上
部が防水シール（片シール又は両シール）構造であり、
例えば、ゴムシールが内輪に摺接する接触ゴムシール形
軸受である。また、軸受７４は補強部材としてのアルミ
ニウム合金製芯金７１ｂを介して、軸受部７１ａに取付
けられているが、軸受部７１ａに直接嵌合した構成でも
よい。軸受部７１ａと芯金７１ｂと軸受７４とは、一体
的にモールド成形することができる。

【００２２】入力軸１１はゴム製カバー７５を嵌めたも
のであって、このカバー７５は、リッド７１の軸受部７
１ａを覆い、しかも、カバー７５の内周面に設けた防水
リップ７５ａ…にて、軸受部７１ａとの間をシールする
ものである。上述のように、入力軸１１は軸受７４を介
して、また、出力軸１５は軸受７６，７７を介して、リ
ッド７１の付いたハウジング１８内に回転自在に支持さ
れることになる。なお、軸受７４，７７は外輪をしまり
ばめとし、内輪をすきまばめとした嵌合になりまた、軸
受７６は外輪をすきまばめとし、内輪をしまりばめとし
た嵌合になる。図中、６６は出力軸１５に圧入した平ワ
ッシャ、７８はナット、７９はハウジング１８下端の開
口を塞ぐプラグである。

【００２３】図３（ａ），（ｂ）は本発明に係るトルク
検出装置の構成図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正
面図である。トルク検出器３は検出本体部２１と、丸棒
状の作動子（レバー）２２と、この作動子２２を回転方
向の一方に弾発するねじりばね２３とからなる。トルク
検出器３は、入力軸１１（２つの軸の一方）の下部外周
面に、検出本体部２１をボルト止めし、出力軸１５（２
つの軸の他方）の上部外周面に形成した右上がりの係合
溝（傾斜溝）１５ｂに、側面視略逆Ｌ字形である作動子
２２の先端を掛けて使用することで、入・出力軸１１，
１５間の相対ねじれ角を検出するものである。作動子２
２は先端を、ねじりばね２３にて係合溝１５ｂの一方の
壁（右の壁）１５ｄに常に押し付けられるので、回転方
向への遊びがない。

【００２４】図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るトルク
検出装置の断面図であり、（ａ）は係合溝１５ｂと作動
子２２の先端との掛り具合を示す平面断面図、（ｂ）は
それの要部拡大図である。係合溝１５ｂと作動子２２の
先端との掛り具合を詳述すると、（ａ）に示すように、
出力軸１５は上部外周面に平面部１５ａを形成し、この
平面部１５ａに係合溝（傾斜溝）１５ｂを形成したもの
である。係合溝１５ｂは（ｂ）に示すように、底１５ｃ
が狭い台形断面溝であり、このため、右の壁１５ｄ及び
左の壁１５ｅは傾斜面である。作動子２２は先端２２ａ
の角部を右の壁１５ｄに当て、さらに、図３に示すねじ
りばね２３によって、押し付けられた構成である。な
お、平面部１５ａの有無は任意である。

【００２５】図５は本発明に係るトルク検出器の内部構
成図である。トルク検出器３はポテンショメータからな
り、このポテンショメータの検出本体部２１は抵抗基板
２４、この抵抗基板２４に接するスライダ２５及びこの
スライダ２５を支える回転軸２６を収納した構成であ
り、この回転軸２６に側面視Ｌ字状の作動子２２を取付
けたものである。このため、作動子２２とスライダ２５
と回転軸２６とは一体的に結合したことになる。そし
て、トルク検出器３は、入・出力軸１１，１５間の相対
ねじれ角に応じて作動子２２が左右に回転し、この作動
子２２の回転に伴いスライダ２５が抵抗基板２４上をス
ライドし、スライド位置に応じて変化した電気抵抗値に
より、ステアリング系の操舵トルクを検出するようにし
た検出器である。

【００２６】抵抗基板２４は回転軸２６を中心とした円
弧状基板であり、基板面に電気抵抗パターン２４ａと導
電パターン２４ｂとを形成したものである。スライダ２
５は、回転軸２６から径方向へ延びるアーム部２５ａ
と、このアーム部２５ａからアーム部２５ａの回転方向
へ延びるブラシ部２５ｂとからなり、このブラシ部２５
ｂは、先端部が抵抗基板２４上をスライドして電気抵抗
パターン２４ａと導電パターン２４ｂとの間を導通させ
るものである。なお、抵抗基板２４の電気抵抗・導電パ
ターン２４ａ，２４ｂの形状、数量及びブラシ部２５ｂ
の形状、数量については、トルク検出器３から出力する
電気信号の形態や出力端子の数を勘案して、決定するこ
とになる。

【００２７】図６は図２の６−６線断面図であり、トル
ク伝達手段６の断面構造を示す。トルク伝達手段６は、
電動機５の出力軸５ａに結合したウォーム３１と、出力
軸１５に回転自在に支持したホイール３２とからなるウ
ォームギヤ機構である。なお、電動機５はハウジング１
８にボルト止めしたものである。従って、図２において
ステアリング系（入力軸１１→トーションバー１３→出
力軸１５）の操舵トルクに、電動機５からの補助トルク
を付加した複合トルクで、ピニオン７を介してラック８
ａを駆動する。

【００２８】図７は本発明に係る電動パワーステアリン
グ装置の要部分解斜視図である。入力軸１１は下端に、
機械式クラッチ４０の一構成部品である環状の位置制御
手段６３をセレーション嵌合し、この位置制御手段６３
は、下方に延びる３つの位置制御部材６４…を一体に形
成したものである。このため、位置制御部材６４…は入
力軸１１を介して、図１に示すステアリングハンドル２
に連結したことになる。出力軸１５は基部上端に出力部
材３４を連結したものであり、この出力部材３４は入力
部材３２ｂに対して同軸上に配列した部材である。

【００２９】図８は図２の８−８線断面図であり、機械
式クラッチ４０の断面構成を示す。なお、ハウジング１
８は省略した。機械式クラッチ４０は、上記電動機５
（図２参照）の補助トルクの作用方向がステアリング系
の操舵方向と一致した場合のみ、電動機５の補助トルク
をステアリング系に伝達する複数組の摩擦係合式クラッ
チ機構の集合体である。詳しくは、機械式クラッチ４０
は、入力部材３２ｂの矢印Ｘ方向（図反時計回り方向）
に係合する３組の第１クラッチ機構４１…と、逆廻り方
向に係合する３組の第２クラッチ機構５１…とを、同一
円上に交互に並べたものであり、これら第１・第２クラ
ッチ機構４１…，５１…は摩擦係合式クラッチ機構から
なるワンウエイクラッチである。

【００３０】更に詳しくは、第１・第２クラッチ機構４
１…，５１…は、上記入力・出力部材３２ｂ，３４間に
形成したテーパ状空間部６１…と、これらテーパ状空間
部６１…に介在して入力部材３２ｂと出力部材３４とを
係合する円柱状の係合部材６２…と、これら係合部材６
２…の位置決めをなすための位置制御部材６４…と、こ
れら位置制御部材６４…に向って係合部材６２…を弾発
する（テーパ状空間部６１…のテーパ方向に係合部材６
２…を弾発する）弾発部材としての圧縮ばね６５…とか
らなる。

【００３１】出力部材３４は、概ねおむすび形断面形状
（角部を切り落とした２等辺三角形断面の３つの辺を円
弧状とした形状）を呈する。テーパ状空間部６１…は、
入力部材３２ｂの円形内周面と出力部材３４の多角形外
周面との間に形成した、周方向端部がテーパ形状を呈す
る空間部である。位置制御部材６４…は、互いに離間し
つつ、入力部材３２ｂと出力部材３４との間の同一円上
に等ピッチで、回転可能に配置された部材である。この
ような構成の機械式クラッチ４０は、位置制御部材６４
…の移動（回転）に伴って、テーパ状空間部６１…の摩
擦係合面にくさび作用により係合又は非係合する係合部
材６２…で、入力部材３２ｂと出力部材３４とを係合・
非係合に選択的に切換えて、電動機５からの補助トルク
を出力軸１５に伝達するものである。

【００３２】ところで、第１・第２クラッチ機構４１
…，５１…のうち、特定の各１組（以下、「特定第１・
第２クラッチ機構４１Ａ，５１Ａ」と称する。）は、他
の組よりも早いタイミングで非係合状態になるものであ
る。具体的には、特定第１・第２クラッチ機構４１Ａ，
５１Ａの係合部材６２…の位置決めをなす位置制御部材
６４（以下、「特定位置制御部材６４Ａ」と称する。）
の円弧長Ｌ₁が、他の位置制御部材６４…の円弧長Ｌ₂よ
りも大きい。そして、断面略２等辺三角形である出力部
材３４において、１つの角部に特定位置制御部材６４Ａ
を配置し、互いに等角度の２つの角部に他の位置制御部
材６４…を配置したものである。

【００３３】また、上記出力部材３４は、出力軸１５に
径方向移動可能に取付けたものである。具体的には、出
力部材３４を、特定位置制御部材６４Ａの幅中心方向に
向って移動可能とした。詳しくは、出力部材３４に長円
若しくは楕円の貫通孔３４ａを開け、この貫通孔３４ａ
に円形の出力軸１５を嵌合し、且つ、貫通孔３４ａの長
手軸上にピン１４を通し、このピン１４に弾発部材とし
ての皿ばね３５を介設して、この皿ばね３５で出力部材
３４の貫通孔３４ａを出力軸１５に相対的に押圧する構
成にした。すなわち、出力軸１５の外周面と貫通孔３４
ａの長手軸方向の面との間に皿ばね３５を介在し、この
皿ばね３５の弾発方向を出力部材３４の移動方向（貫通
孔３４ａの長手軸方向）に合致させ、出力部材３４を出
力軸１５へ押圧する構成にした。これにより、出力軸１
５に対して出力部材３４に移動方向への予圧を付与する
ことができる。

【００３４】さらに、１組のクラッチ機構（特定第１ク
ラッチ機構４１Ａ又は特定第２クラッチ機構５１Ａ）の
み解除した際に、出力部材３４を径方向移動自在となす
べく、他のクラッチ機構４１…，５１…の係合部材６２
…と係合する出力部材３４の係合面を抜け勾配とした。
すなわち、出力部材３４が径方向へ移動するときに、こ
れの多角形外周面が係合部材６２…から離れ易い形状と
した。このため、１組を解除した場合に、出力部材３４
は何等規制されることなく径方向に移動できる。従っ
て、１組のクラッチ機構を解除するだけで、他のクラッ
チ機構をも確実に解除できる。

【００３５】次に、上記構成の機械式クラッチ４０の作
用を、図１、図８、及び図９に基づき説明する。図９は
本発明に係る機械式クラッチの作用図である。図１にお
いて、ステアリングハンドル２を操舵しない場合、トル
ク検出器３の信号が無いので、制御装置４は制御信号
（アシスト命令信号）を出力しない。このため、電動機
５は補助トルクを発生しない状態であり、図８に示すよ
うに各第１・第２クラッチ機構４１…、５１…は、全て
解除状態（中立状態）にある。

【００３６】次に、ステアリングハンドル２の操舵トル
クが小さく、電動機５が補助トルクを発生しない場合、
入力軸１１（図２参照）に連結した位置制御部材６４…
と出力部材３４との間の位相は、ほとんど変化しない。
この場合には、各位置制御部材６４…が、例えば、この
図の反時計回り方向に若干移動するものの、第１クラッ
チ機構４１…は係合するには至らない。このため、出力
部材３４は、電動機５のフリクションやイナーシャの影
響を受けず、図２に示すステアリング系（入力軸１１→
トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トルクで回転
し、出力軸１５を駆動する。

【００３７】一方、ステアリングハンドル２の操舵トル
クが大きく、電動機５が補助トルクを発生している場
合、入力軸１１に連結した位置制御部材６４…（特定位
置制御部材６４Ａを含む）と出力部材３４との間の位相
が大きく変化する。例えば図７に示すように、位置制御
部材６４…が矢印Ｘ方向に大きく移動すると、全ての第
１クラッチ機構４１…の係合部材６２…は、圧縮ばね６
５…の弾発力で、テーパ状空間部６１…の周方向端部に
移動し、摩擦力にて入力・出力部材３２ｂ，３４間を係
合状態に切換える。その結果、全ての第１クラッチ機構
４１…は係合状態になる。電動機５が回転することで、
入力部材３２ｂは矢印Ｘ方向に回転し、第１クラッチ機
構４１…を介して出力部材３４に補助トルクを伝達す
る。このため、出力部材３４は、ステアリング系（入力
軸１１→トーションバー１３→出力軸１５）の操舵トル
クに、電動機５が発生した補助トルクを付加した複合ト
ルクで矢印Ｘ方向に回転し、出力軸１５を駆動する。

【００３８】その後、何等かの理由で電動機５による補
助トルクの伝達が継続している場合に、第１クラッチ機
構４１…は次のようにして解除される。ステアリングハ
ンドル２を逆方向に操舵すると、図９で全ての位置制御
部材６４…は入力部材３２ｂの回転方向と反対方向に回
る。そして、特定位置制御部材６４Ａは、他の位置制御
部材６４…よりも先に、右隣の係合部材６２（便宜的に
「係合部材６２Ａ」と称する。）に当接し、摩擦力及び
弾発力に抗して押出す。

【００３９】このため、係合部材６２Ａは特定第１クラ
ッチ機構４１Ａの係合を解除する。この時点で、他の位
置制御部材６４…は係合部材６２…と当接していない。
従って、他の係合部材６２…から出力部材３４に継続し
て、図中の矢印Ｚ₁，Ｚ₂で示すベクトルが作用してお
り、これらのベクトルの合力に基づき、出力部材３４に
図中の矢印Ｚ₃で示す偏荷重が作用する。その結果、出
力部材３４は皿ばね３５の弾発力に抗し、ピン１４を案
内として特定位置制御部材６４Ａ側に僅かに移動する。
従って、他の係合部材６２…の係合力が弱まる。

【００４０】その直後に、他の位置制御部材６４…も係
合部材６２…と当接して、元の中立位置に戻す。その結
果、他の第１クラッチ機構４１…も解除される。出力部
材３４は皿ばね３５の弾発力により、中立位置に自動復
帰する。

【００４１】なお、第２クラッチ機構５１…は、上記第
１クラッチ機構４１…と逆作動をするものであり、ステ
アリングハンドル２を逆方向に操舵した場合に、上記図
８、図９にて説明した作用と同様の操作で、係合・非係
合に切換えることができる。

【００４２】次に、２つの軸間に取付けたトルク検出器
３の、中立位置調整原理を図１０に基づき説明する。図
１０（ａ）〜（ｃ）は本発明に係るトルク検出器の中立
位置調整原理図である。（ａ）において、トルク検出器
３は、検出本体部２１を入力軸１１に取付け、作動子２
２の先端部を係合溝１５ｂに係合した状態にある。
（ｂ）のように、入力軸１１を上方に移動すると、作動
子２２は右上がりの係合溝１５ｂに案内されて、図反時
計回りに回る。（ｃ）のように、入力軸１１を下方に移
動すると、作動子２２は係合溝１５ｂに案内されて、図
時計回りに回る。このように、入力軸１１を軸方向に移
動することにより作動子２２が回るので、トルク検出器
３の中立位置を容易に且つ正確に調整できる。

【００４３】次に、上記構成のトルク検出装置の作用を
図１１に基づき説明する。図１１（ａ）〜（ｃ）は本発
明に係るトルク検出装置の作用図であり、出力軸１５の
係合溝１５ｂにトルク検出器の作動子２２を掛けた部分
の断面を示す。なお、この図における「ねじりばね２
３」については、理解を容易にするために便宜的に圧縮
コイルばねで表した。

【００４４】（ａ）は入力軸１１（図３参照）と出力軸
１５との間の相対ねじれ角が零である、中立状態を示
す。この状態は、係合溝１５ｂの右の壁１５ｄに、作動
子２２の先端２２ａの角部を当て、しかも、ねじりばね
２３で押し付けた状態である。右の壁１５ｄに先端２２
ａの角部が当った当接点はＱ_oであり、このときの作動
子２２の中心はＰ_oである。

【００４５】（ｂ）は入力軸１１に対する出力軸１５の
相対ねじれ方向を、図の右方向Ｘ_Rとした状態を示す。
このとき、係合溝１５ｂは入力軸１１に対して、右方向
Ｘ_Rに相対的に角度変位することになる。上述のよう
に、係合溝１５ｂは底が狭い台形断面溝であり、このた
め、右の壁１５ｄは傾斜面である。従って、係合溝１５
ｂが右方向Ｘ_Rに角度変位しても、作動子２２は先端２
２ａの角部だけが右の壁１５ｄに当る。作動子２２は右
の壁１５ｄに、ねじりばね２３で押し付けられているの
で、先端２２ａの角部が右の壁１５ｄに当った状態を維
持する。このときの当接点はＱ_rであり、作動子２２の
中心はＰ_rである。作動子２２の移動量Ｓ_rは、上記中立
時の中心Ｐ_oから移動後の中心Ｐ_rまでの距離である。

【００４６】（ｃ）は入力軸１１に対する出力軸１５の
相対ねじれ方向を、図の左方向Ｘ_Lとした状態を示す。
このとき、係合溝１５ｂは入力軸１１に対して、左方向
Ｘ_Lに相対的に角度変位することになる。出力軸１５の
相対ねじれ角は、上記（ｂ）と同一である。右の壁１５
ｄが傾斜面なので、係合溝１５ｂが左方向Ｘ_Lに角度変
位しても、上記（ｂ）と同様に、作動子２２は先端２２
ａの角部だけが右の壁１５ｄに当る。作動子２２は右の
壁１５ｄに、ねじりばね２３で押し付けられているの
で、先端２２ａの角部が右の壁１５ｄに当った状態を維
持する。このときの当接点はＱ_lであり、作動子２２の
中心はＰ_lである。作動子２２の移動量Ｓ_lは、上記中立
時の中心Ｐ_oから移動後の中心Ｐ_lまでの距離である。

【００４７】以上の説明から明らかなように、入力軸１
１に対する出力軸１５の相対ねじれ方向が、右方向Ｘ_R
と左方向Ｘ_Lのどちらであっても、作動子２２は先端２
２ａの角部だけが右の壁１５ｄ、すなわち、壁面に当
る。このため、右方向Ｘ_Rと左方向Ｘ_Lとで、入力軸１１
に対する出力軸１５の相対ねじれ角が同一であれば、作
動子２２の右の移動量Ｓ_rと左の移動量Ｓ_lとは概ね同一
である。この結果、作動子２２の移動量に応じて変化す
るトルク検出器の電気抵抗値は概ね左右同一であり、こ
れに伴い、検出されるトルクも概ね左右同一になる。こ
のように、２つの軸間の相対ねじれ方向にかかわらず、
相対ねじれ角に対応したトルクを検出することができ
る。

【００４８】このようなトルク検出装置を、図１に示す
電動パワーステアリング装置１に搭載したので、ステア
リングハンドル２の左操舵時と右操舵時とで操舵トルク
が同一であれば、トルク検出器３から出力される検出信
号は、左右でずれることがない。このため、トルク検出
器３の検出信号に基づいて電動機５から補助トルクを発
生し、この補助トルクでステアリングハンドル２の操舵
力を軽減する際に、左操舵時と右操舵時とで同等の補助
トルクを付加されることになる。従って、ステアリング
ハンドル２の操舵力を左右均等に軽減することができる
ので、、快適な操舵感を得ることができる。

【００４９】入力軸１１に対する出力軸１５の許容相対
ねじれ角は、次の範囲である。右方向Ｘ_Rには、作動子２２の先端２２ａの角部が、
右の壁１５ｄから外れない範囲。左方向Ｘ_Lには、作動子２２の先端２２ａの角部だけ
が、右の壁１５ｄに当る範囲。ところで、入力軸１１に対する出力軸１５の相対ねじれ
角が左右同一であっても、作動子２２の右の移動量Ｓ_r
と左の移動量Ｓ_lとは、完全には一致しない。右の当接
点Ｑ_rの変位量と左の当接点Ｑ_lの変位量とが、完全に一
致しないからである。しかしこれは、入力軸１１に対す
る出力軸１５の相対ねじれ角を比較的小さい範囲内に抑
えれば、実用上無視できる範囲の誤差である。また、右
の壁１５ｄの傾斜角を適宜設定することにより、左右の
移動量Ｓ_l，Ｓ_rの差を、より一層小さくできる。また、
作動子２２の長さ（図５に示す回転軸２６の中心Ｏから
先端２２ａまでの長さ）は、入力軸１１に対する出力軸
１５の相対ねじれ角をトルク検出器３で検出するのに、
実用上差し支えない程度の十分な長さである。

【００５０】なお、この作用図においては理解を容易に
するために、入力軸１１に対して出力軸１５が相対的に
ねじれ変位した場合を説明したが、これは、一方の軸に
対して他方の軸が相対的にねじれ変位する点において、
入力軸１１がねじれ変位しても、同様の作用をなすもの
である。

【００５１】次に、トルク検出装置の変形例を図１２〜
図１４に基づき説明する。なお、上記図４の構成と同様
の構成については同一符号を付し、その説明を省略す
る。

【００５２】図１２は本発明に係るトルク検出装置の第
１変形例図であり、第１変形例のトルク検出装置は、作
動子２２の先端２２ａを球体にしたことを示す。

【００５３】図１３は本発明に係るトルク検出装置の第
２変形例図であり、第２変形例のトルク検出装置は、作
動子２２の先端２２ａを球体にするとともに、係合溝１
５ｂの左右の壁１５ｄ，１５ｅを凹面（曲面）とし、こ
の凹面の曲率半径Ｒ₁を先端２２ａ（球体）の曲率半径
Ｒ₂よりも大きく設定したことを示す。第２変形例によ
れば、作動子２２の先端２２ａと係合溝１５ｂの左右の
壁１５ｄ，１５ｅとの接触面積が増すので、接触応力は
低下する。応力が下がるので、摩耗に対する耐久性は高
まる。しかも、接触応力が下がるので、接触抵抗は下が
る。

【００５４】図１４は本発明に係るトルク検出装置（第
２変形例）の接触応力の比率を示すグラフであり、横軸
を作動子２２の先端２２ａと左右の壁１５ｄ，１５ｅと
の曲率半径比（Ｒ₁／Ｒ₂）とし、縦軸を平面に対する接
触応力の比率（α）としたものである。一般に、左右の
壁１５ｄ，１５ｅを平面で構成した場合に対して、凹面
（曲面）で構成した場合の接触応力の比率αは、次の
（１）式にて求められる。この（１）式は、２曲面の接
触面の接触応力に関する基礎式であるところの、周知の
ヘルツ（Hertz）の式に基づく。但し、図１３で説明し
たように、Ｒ₁は係合溝１５ｂの左右の壁１５ｄ，１５
ｅ（凹面）の曲率半径、Ｒ₂は作動子２２の先端２２ａ
（球体）の曲率半径である。

【００５５】

【数１】

【００５６】図１４のグラフは上記（１）式を表したも
のであり、平面に対する接触応力の比率αは、左右の壁
１５ｄ，１５ｅを平面で構成した場合に「１」である。
グラフから明らかなように、曲率半径比（Ｒ₁／Ｒ₂）が
小さいほど、接触応力の比率αは小さい。接触応力の比
率αが小さいと、摩耗に対する耐久性は高まる。しか
も、比率αが小さいので、接触抵抗は小さい。

【００５７】なお、上記実施の形態において、トルク検
出器３は、トーションバー等の弾性部材１３で連結した
２つの軸（例えば、入・出力軸１１，１５）間の相対ね
じれ角を検出することにより、トルクを検出するもので
あればよい。そして、検出本体部２１を２つの軸の一方
に取付け、作動子２２の先端２２ａを２つの軸の他方に
形成した係合溝１５ｂに掛けることを特徴とする。

【００５８】また、係合溝１５ｂは底１５ｃが狭い台形
断面溝であることを特徴とし、右の壁１５ｄの傾斜角と
左の壁１５ｅの傾斜角とを一致させる必要はない。すな
わち、係合溝１５ｂは作動子２２の先端２２ａが当る、
いずれか一方の壁１５ｄ又は１５ｅだけを傾斜面とした
構成であればよい。しかも、作動子２２の先端２２ａが
当る、いずれか一方の壁１５ｄ又は１５ｅは、傾斜面で
あることを特徴とし、上記図１３に示すように傾斜した
凹面（曲面）の構成を包含するものである。

【００５９】さらに、係合溝１５ｂは上記図３（ａ）に
示す右上がりの傾斜溝の形状に限定するものではなく、
例えば、上下に延びる縦溝の形状や螺旋溝の形状であっ
てもよい。さらにまた、作動子２２の先端を係合溝１５
ｂの右の壁１５ｄに押し付けるばねは、ねじりばね２３
に限定するものではなく、例えば、コイルばねでもよ
い。

【００６０】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１記載の発明は、係合溝を、底が狭い台形
断面溝にしたので、両軸間の相対ねじれ方向にかかわら
ず、作動子の先端は常に係合溝の壁に当る。このため、
相対ねじれ角が左右同一であれば、作動子の右の移動量
と左の移動量とは概ね同一であり、この結果、作動子の
移動量に応じて変化するトルク検出器の電気抵抗値は概
ね左右同一であり、これに伴い、検出されるトルクも概
ね左右同一になる。このように、２つの軸間の相対ねじ
れ方向にかかわらず、相対ねじれ角に応じて正確なトル
クを検出することができる。しかも、係合溝を、底が狭
い台形断面溝にしただけであり、コストが増大すること
はない。

【００６１】請求項２記載の発明は、作動子の先端を球
体にするとともに、係合溝の壁を凹面とし、この凹面の
曲率半径を球体の曲率半径よりも大きく設定したことに
より、作動子の先端と係合溝の壁との接触面積が増すの
で、接触応力は低下する。応力が下がるので、摩耗に対
する耐久性は高まる。しかも、接触応力が下がるので、
接触抵抗は下がる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電動パワーステアリング装置の全
体構成図

【図２】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要
部拡大断面図

【図３】本発明に係るトルク検出装置の構成図

【図４】本発明に係るトルク検出装置の断面図

【図５】本発明に係るトルク検出器の内部構成図

【図６】図２の６−６線断面図

【図７】本発明に係る電動パワーステアリング装置の要
部分解斜視図

【図８】図２の８−８線断面図

【図９】本発明に係る機械式クラッチの作用図

【図１０】本発明に係るトルク検出器の中立位置調整原
理図

【図１１】本発明に係るトルク検出装置の作用図

【図１２】本発明に係るトルク検出装置の第１変形例図

【図１３】本発明に係るトルク検出装置の第２変形例図

【図１４】本発明に係るトルク検出装置（第２変形例）
の接触応力の比率を示すグラフ

【図１５】従来のトルク検出装置の作用図

【符号の説明】

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングハ
ンドル、３…トルク検出器（ポテンショメータ）、１１
…入力軸、１３…トーションバー（弾性部材）、１５…
出力軸、１５ｂ…係合溝、１５ｃ…底、１５ｄ…右の
壁、１５ｅ…左の壁、２１…検出本体部、２２…作動
子、２２ａ…先端、２３…ばね（ねじりばね）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポテンショメータ形式のトルク検出器を
検出本体部及び作動子とで構成し、前記検出本体部を、
トーションバーで連結した２つの軸の一方に取付け、前
記作動子を、２つの軸の他方に形成した係合溝に掛ける
ことで、両軸間の相対ねじれ方向及び相対ねじれ角に応
じて前記作動子が移動し、この移動量に応じて変化した
前記トルク検出器の電気抵抗値により、トルクを検出す
るようにしたトルク検出装置において、前記係合溝は、
底が狭い台形断面溝であることを特徴とするトルク検出
装置。
【請求項２】前記作動子の先端を球体にするととも
に、前記係合溝の壁を凹面とし、この凹面の曲率半径を
前記球体の曲率半径よりも大きく設定したことを特徴と
する請求項１記載のトルク検出装置。