JPS6375631A - 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〕 この発明は、自動車等の車両に用いられるトルク検出器
に関する。

〔従来の技術〕

従来のトルク検出器としては、例えば実開昭５９−１０
６０３２号公報に記載されているようなものがある。

そのものは、ハンドルに連結されたステアリング軸を操
作軸と作動軸とに分割し、これらの操作軸と作動軸とを
弾性体を介して連結し、これら操作軸と作動軸とのずれ
量に基づいてハンドルの操作トルクを検出する操作トル
ク検出装置において、前記操作軸と作動軸のいずれか一
方の軸に磁石を固定するとともに該磁石からの磁束を検
出するホール素子を他方の軸に取付け、前記ずれ量に応
じて発生するホール素子出力に基づいて電気的信号とし
ての操作トルク信号を発生することを特徴としており、
トルク検出部分を無接点構造として摺動接触部分を無く
し、トルク検出部分に摺動摩擦抵抗が生じないようにし
て検出精度と部品の耐久性とを向上させるようにしてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来のトルク検出器にあって
は、操作軸及び作動軸の一方の軸に設けた磁石と他方の
軸に設けたホール素子とのずれ量によって操作トルクを
検出しているが、磁石及びホール素子からなるトルク検
出部分をステアリングシャフトのステアリングホイール
側に設ける構造となっていたため、トルクの検出精度が
あまり良くない等の問題点があった。

すなわち、例えばラックアンドピニオン式ステアリング
ギヤを用いたステアリング装置の場合、一般に、ステア
リングシャフトの下端部にステアリングギヤのビニオン
シャフトを連結し、該ステアリングシャフトのビニオン
シャフトとステアリングホイールとの間を複数の軸受で
車体側に回転可能に支持する構造となっていて、車輪側
からの反力がランク軸を介して入力されるピニオンギヤ
と、その反力の作用によってずれ量が生起されるトルク
検出部分とが大きく離されていると共に、反力の作用部
分とトルク検出部分との間に１個以上の軸受が設けられ
ていたため、その軸受部分における摺動摩擦抵抗が検出
１−ルク値に加えられることになり、そのため、伝達ト
ルクの検出精度が良くなかった。

また、操作軸の下部に作動軸の上部を所定の隙間を設け
て外嵌し、その隙間に弾性体を介在させる構成となって
いたため１．ステアリングシャフト自体が太くなり、し
かも、その部分が車室内に露出していることから運転者
の足元付近が狭くなる・という問題点もあった。さらに
、トルク検出器を必要としない車両の場合には上記のよ
うな分割された複雑な構成を採る必要がないため、これ
とは別構成のステアリングシャフトを備える必要が生じ
、ステアリングシャフトの種類が増えて製造コストや管
理費が高くなる等の問題点もある。

この発明は、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、磁石と磁気検出素子と信号処理回路とス
リップリングとを備えたトルク検出器をステアリングギ
ヤに内蔵し、車輪側から入力される反力の作用点に近い
ところでトルクを検出すると共に、ステアリングシャフ
トから遠ざかる側から磁石、磁気検出素子、信号処理回
路及びスリップリングの順序で配置することにより、装
置全体を小型化しつつ、前記問題点を解決することを目
的としている。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するため、この発明では、ステアリン
グシャフト側の第１の部材と車輪側の第２の部材とをス
テアリングギヤ内でバネ部材を介して連結し、前記第１
の部材及び第２の部材の一方には磁石を且つ他方には磁
気検出素子を互いに対向するように設けると共に、該磁
石と磁気検出素子との間の相対変位による磁気変化に応
じた信号を出力する信号処理回路、及び当該信号処理回
路からの出力を外部に伝達するスリップリングを前記ス
テアリングギヤ内にそれぞれ設け、前記磁石、磁気検出
素子、信号処理回路及びスリップリングは、前記ステア
リングシャフトから遠ざかる側から磁石、磁気検出素子
、信号処理回路及びスリップリングの順序で配置したこ
とを特徴とじている。

〔作用〕

而して、この発明では、トルク検出器の主要構成部品で
ある磁石と磁気検出素子と信号処理回路とスリップリン
グとを全てステアリングギヤに内蔵し、車輪側からの反
力の作用部分の近傍でバネ部材の捩れによる磁石と磁気
検出素子との相対変位を検出し、その相対変位に基づき
信号処理回路で演算処理してトルク検出値を算出し、そ
のトルク検出値に応じた出力をスリップリングを介して
外部へ出力することにより、ステアリングシャフトを支
持する軸受の摩擦抵抗力等によるトルク検出値への影響
をなくし、トルク検出精度を向上させると共に、磁石、
［気検出素子、信号処理回路及びスリップリングの配置
を、ステアリングシャフトより遠ざかる側から磁石、磁
気検出素子、信号処理回路及びスリップリングの順序で
設けることにより、装置全体の小型化とコスト低減等を
図る。

〔実施例〕

以下、この発明を図示実施例に基づいて説明する。

第１図及び第２図は、この発明の一実施例を示す図であ
る。

まず、構成を説明すると、第１図に示す１がステアリン
グシャフトであり、その上端にはステアリングホイール
２が取付けられていると共に、その下端には、第２図に
拡大して断面して示すように、ステアリングシャフト１
の一部を構成する第１の部材であるスタブシャフト１ａ
がスプライン結合されていて、このスタブシャフト１ａ
の下部が、ラックアンドビニオン式ステアリングギヤ３
のギヤボックス４内に挿入されている。

上記スタブシャフト１ａは、ギヤボックス４のステアリ
ングホイール２側の開口４ａを閉じるリング状をなす軸
受ホルダ５の穴を貫通しており、その穴に嵌合された軸
受６を介して当該軸受ホルダ５に回転自在に支持されて
いる。そして、軸受ホルダ５は、ボルト７によってギヤ
ボックス４に位置決め固定されていると共に、スタブシ
ャフト１ａとの間をオイルシール８によりシールしてい
る。

また、ギヤボックス４内には、ピニオンギヤ９ａを一体
に設けた第２の部材であるビニオンシャフト９がスタブ
シャフト１ａの下方に同軸上に配置されていて、そのピ
ニオンギヤ９ａの両外側に外嵌された２個の軸受１０，
１１を介して、ピニオンシャフト９がギヤボックス４に
回転自在に支持されている。ピニオンギヤ９ａは、ギヤ
ボックス４内でラック軸１２のラック１２ａと噛合して
いると共に、ラック軸１２の両端にはタイロッド１３．
１３がそれぞれ揺動可能に連結されていて、各タイロッ
ド１３．１３の外側に、車輪１４．１４を回転自在に支
持するナックル１５．１５が揺動可能に連結されている
。

１６は、ラック１２ａとビニオン９ａとの噛み合いを確
保するためのラックリテーナであり、スプリング１７に
よりラック軸１２側に付勢されていると共に、ギヤボッ
クス４にネジ止めされたりテーナカバ−１８の中央部を
螺合貫通するアジャストボルト１９によってラック軸１
２から遠ざかる方向への移動が制限されている。なお、
２０は、ピニオンシャフト９に外嵌された２個の前記軸
受１０．１１に予圧を付与するためのナツト、２１は、
ナツト２０を着脱するためギヤボックス４に設けたネジ
穴に螺合するキャップである。

また、前記スタブシャフト１ａはパイプ状をなしていて
、その穴にはトーションバー２２が挿通され、スタブシ
ャフト１ａ及びトーションバー２２の各ステアリングホ
イール２側の端部をピン２３で締結することにより両部
材１ａ、２２を回転方向へ一体に構成している。上記ト
ーションバー２２の、ステアリングホイール２側とは反
対側の端部は、ピニオンシャフト９のスタブシャフトｌ
ａ側の端面に開口するように設けた軸方向孔９ｂ内に挿
入されていて、ピニオンシャフト９とトーションバー２
２の端部とをビン２４で締結することにより両部材９．
２２を回転方向へ一体に構成している。

さらに、ピニオンシャフト９のスタブシャフトＩａ側の
端部には、当該スタブシャフトｌａ側に突出するハブ９
ｃと半径方向の外側に突出するフランジ９ｄとが形成さ
れていて、ハブ９ｃ内にはスタブシャフトｌａの下端部
が挿入されていると共に、その下端部とハブ９ｃとの間
には針状コロ軸受２５を介在させている。上記ハブ９ｃ
には切欠き９ｅを設ける一方、この切欠き９ｅ内に挿入
される凸部１ｂをスタブシャフト１ａの下端部に設け、
この凸部１ｂと切欠き９ｅとでストッパを構成し、この
ストッパにより両シャフト１ａ、９間の所定以上の相対
回転変位（例えば５度程度）を防止している。さらに、
ハブ９ｃの外側にはウオームホイール２６を外嵌してお
り、フランジ９ｄを貫通してウオームホイール２６に螺
合するネジ２７により、ウオームホイール２６とピニオ
ンシャフト９とを回転方向へ一体に構成している。

上記ウオームホイール２６には、ギヤボックス４に回転
自在に支持されたウオーム２８が噛合しており、このウ
オーム２８の軸部にモータ２９の回転軸が連結されてい
る。モータ２９には制御装置３０が接続されていて、こ
の制御装置３０から出力される制御信号によって当該モ
ータ２９が駆動制御される。

また、スタブシャフト１ａには、前記ウオームホイール
２６のステアリングホイール２側の端面に対向するよう
外向きのフランジ１ｃを設けると共に、このフランジｌ
ｃの端面には磁気検出素子の一具体例を示すホール素子
３１を接着保持している一方、このホール素子３１と対
面して同心上りこ重なり合うようビニオンシャフト９の
フランジ９ｄ端面には磁石３２を接着保持している。

磁石３２としては各種形状のものを採用することができ
るが、円板、円柱、半球又は球体という縦断面形状が円
形をなすものが好ましい。その理由は、磁石が円形であ
れば、その周縁部における磁界強度が等しいからである
。その結果、磁石３２の継断面形状を円形としつつ当該
磁石３２に対してホール素子３１を水平対向させて設け
ることにより、組付時に多少の寸法誤差が生じた場合に
も、磁石３２及びホール素子３１間の相対回転変位量と
、これによりホール素子３１が受ける磁界強度とのある
対応関係を一定に確保することができる。

而して、ボール素子３１と磁石３２とは、トーションバ
ー２２に加えられる捩りトルクに応じて回転方向へ相対
変位し、それに応じてホール素子３１が磁石３２から受
ける磁界の強さが変化するため、その変化の中間点を操
舵の中立位置とすることにより、磁界の強さを見ること
で操舵トルクの大きさとその方向とを同時に検出するこ
とができる。

上記スタブシャフトｌａのフランジＩＣの内側にはリン
グ状の空隙が形成されていて、その空隙内には、同様に
リング状の空隙を有する回路ケース３３が挿入されてい
る。この回路ケース３３内には、リング状をなす基板に
ホール素子の出力電圧を増幅、制御するための回路を形
成した磁界−電気変換機能を有する信号処理回路３４を
配置し、これを回路ケース３３と共にスタブシャフト１
ａヘネジ３５によって締付固定している。

上記信号処理回路３４は、例えば、ホール素子３１から
の出力に基づいて操舵トルクとその方向に対応する出力
を増幅する増幅回路から構成され、操舵トルクに応じて
捩られるトーションバー２２の捩れ量を磁束密度の変化
量として検出したホール素子３１の出力に基づいて操舵
力とその操舵方向とを検出し、それを増幅して操舵トル
ク検出信号として出力する。

また、信号処理回路３４の周囲には絶縁材３６が充填さ
れていると共に、回路ケース３３の開口側には仕切板３
７が圧入されていて、これにより信号処理回路３４への
ノイズの侵入等を防止している。さらに、回路ケース３
３の開口側には、絶縁材によって形成されたリングベー
ス３８が回転方向へ一体に取付けられていて、その軸受
ホルダ５側の端面には、スリップリング４０の一方を構
成する複数本のリングブレー）４１を接着固定している
。スリップリング４０は、上記リングプレート４１と、
それと同数のブラシ４２とからなり、これらブラシ４２
は、外周縁をギヤボックス４にスプライン結合されたブ
ラシホルダ４３に取付けられている。

上記ブラシ４２に接続されたリード線４４は、ギヤボッ
クス３に設けた切欠きから外部に取り出され、ギヤボッ
クス４の外部で制御装置Ｚ　３０に接続されている。こ
の制御装置３０は、操舵トルクの大きさと操舵方向とに
対応した制御信号を出ノｊしてモータ２９を回転駆動し
、これにより、ウオーム２８及びウオームホイール２６
の作動を介してビニオンシャフト９に、操舵トルクの大
きさと操舵方向とに対応した操舵補助力を付与する。４
５は、バッテリー等からなる電源である。

次に、作用について説明する。

運転者がステアリングホイール２を所望の方向に回して
ステアリングシャフト１を回転させると、このステアリ
ングシャフト１にトーションバー２２を介して連結され
たビニオンシャフト９は車輪側からの反力が作用するた
め、トーションバー２２にはステアリングホイール２に
入力された操舵トルクに応じた捩れが発生し、これによ
り、スタブシャフト１ａとビニオンシャフト９との間に
、操舵トルク及び操舵方向に対応した相対的な回転変位
が発生する。

このように、スタブシャフトｌａ及びビニオンシャフト
９間に相対回転変位が生じると、スタブシャフト１ａの
フランジＩＣに取付けたホール素子３１とビニオンシャ
フト９と一体のウオームホイール２６に取付けた磁石３
２とが同様に相対回転変位し、これにより、ホール素子
３１に作用している磁石３２の磁界の強さが変化するた
め、そのホール素子３１から出力される電気信号として
の電圧が変化する。このとき、操舵の中立位置における
電圧を基準値として、例えば中立位置から右側へ操舵し
たときには正の電圧が、また左側へ変位したときには負
の電圧が得られるようホール素子３１の出力を設定する
ことにより、当該ホール素子３１の出力の大きさを見る
ことによって操舵トルクの大きさと操舵方向とを同時に
検出することができる。

上記ホール素子３１の出力は、スタブシャフト１ａに固
定された信号処理回路３４に入力され、その信号処理回
路３４で増幅されて出力され、この出力信号が、スタブ
シャフト１ａと一体のリングベース３８に固定されたリ
ングプレート４１からブラシ４２を介してブラシホルダ
４３側に伝達され、それがリード線４４によって外部に
取り出されて制御装置３０に供給される。これにより、
制御装置３０が操舵トルク検出値に応じた制御信号と操
舵方向に対応した回転方向信号とをモータ２９に出力す
る。

その結果、モータ２９が操舵方向に対応した方向に回転
し、ウオーム２８及びウオームホイール２６の作動を介
してビニオンシャフト９に、操舵力に応じた操舵補助ト
ルクが付与される。

この場合、トルクの検出部分である磁石３２及びホール
素子３１と、ホール素子３１の検出信号を処理する信号
処理回路３４と、この信号処理回路３４の出力を外部へ
取り出すスリップリング４０とがギヤ、ボックス４に内
蔵されていて、車輪側からの反力の作用点に近い部分で
変位量を測定しているため、ホール素子３１から出力さ
れた状態のままの混じり気のない安定した出力に基づい
て信号処理回路３４でトルクを検出することができ、従
って、従来例のようにステアリングシャフト１の軸受に
おける摺動摩擦抵抗等によってトルク検出値が影響を受
けることがなく、トルクの検出精度を向上させることが
できる。

しかも、磁石３２の縦断面形状を円形としつつ当該磁石
３２とホール素子３１とを水平方向に対向させるように
したため、構成部品の寸法誤差によってホール素子３１
と磁石３２との相対位置にバラツキが生じたような場合
にも、相対変位量に対するホール素子３１出力の関係を
一定に確保することができるため、該ホール素子３１の
増幅度合を変えることによって簡単に対処することがで
き、これによってもトルク検出精度の向上に寄与するこ
とができる。

また、構成部品の配置を、ステアリングシャフト１から
遠ざかる側から磁石３２、ホール素子３１、信号処理回
路３４、スリップリング４０の順となるようにしたため
、ホール素子３１と磁石３２とを水平対向させたことと
相まって組付工程を簡単なものとすることができると共
に、装置の小型化とコストダウンとを図ることができる
。しかも、ステアリングシャフト１の車室内に露出する
部分には、トルク検出器がなく、トルク検出器を必要と
しない従来のステアリングシャフトを用いることができ
るため、予め形状等の異なるステアリングシャフトを複
数種類用意しておく必要がなく、コスト管理費の上昇を
招くことがないと共に、当該ステアリングシャフト１が
必要以上に太くなることがないから、運転者の足元付近
のスペースを広く確保することができる。

さらに、トルク検出器の全体がギヤボックス４に内蔵さ
れ、かつ、スリップリング４０が最端部に配置している
ため、車体にギヤボックス４を組付ける前の単体の状態
でスリップリング装着前に外部から容易に信号処理回路
３４の増幅度を調整し、トルク検出器の出力調整を行う
ことができる。

なお、上記実施例においては、ラックアンドピニオン型
ステアリングギヤに適用した例について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、ウオーム・セクタ型やボ
ール・ナツト型等他の形式のステアリングギヤに適用で
きることは勿論である。また、磁気検出素子として、ホ
ール素子を用いたが、これに限定されるものでもなく、
磁気抵抗素子等の他の磁気検出素子を用いることもでき
る。

さらに、信号処理回路として、この実施例では比較回路
、減算回路等からなる電子回路構成としたが、マイクロ
コンピュータを用いることによっても前記実施例と同様
の効果を得ることができる。

さらにまた、バネ部材として、この実施例ではトーショ
ンバーを用いたが、これに限定されるものではなく、捩
り力に応じて一定の捩れ変位が得られるものであれば、
スプリング等の他のバネ部材を用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、ステアリ
ングギヤ内で第１の部材と第２の部材とをバネ部材を介
して連結すると共に、当該ステアリングギヤ内に、ステ
アリングシャフトから遠ざかる側から磁石、磁気検出素
子、信号処理回路及びスリップリングの順序で配置し、
付与されるトルクをバネ部材の捩れ変位として磁石と磁
気検出素子との相対回転変位量で検出し、その検出トル
クを信号処理回路及びスリップリングを介して外部に取
り出す構成としたため、装置全体を小型化できてコスト
ダウンを図ることができると共に、付与されるトルク以
外の力がトルク検出値に加えられるのを防ぐことができ
、トルクの検出精度を向上させることができるという効
果が得られる。

しかも、ステアリングギヤは車室外に配設されるため、
従来例のように車室内に突出するステアリングシャフト
の径を太くする必要がないから、運転者の足元付近のス
ペースを広く確保することができる。さらに、ステアリ
ングギヤの車体への取付以前に装置単体として出力調整
することができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す概略説明図、第２図
は第１図のｎ−ｎ線部分の拡大断面図である。 ｌ・・・・・・ステアリングシャフト、１ａ・・・・・
・スタブシャフト（第１の部材）、３・・・・・・ステ
アリングギヤ、４・・・・・・ギヤボックス、９・・・
・・・ビニ第５ンシヤフト（第２の部材）、２２・・・
・・・トーションバー、２６・・・・・・ウオームホイ
ール、２９・・・・・・モータ、３０・・・・・・制御
装置、３１・・・・・・ホール素子（磁気検出素子）、
３２・・・・・・磁石、３４・・・・・・信号処理回路
、４０・・・・・・スリップリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステアリングシャフト側の第１の部材と車輪側の第２の
   部材とをステアリングギヤ内でバネ部材を介して連結し
   、前記第１の部材及び第２の部材の一方には磁石を且つ
   他方には磁気検出素子を互いに対向するように設けると
   共に、該磁石と磁気検出素子との間の相対変位による磁
   気変化に応じた信号を出力する信号処理回路、及び当該
   信号処理回路からの出力を外部に伝達するスリップリン
   グを前記ステアリングギヤ内にそれぞれ設け、前記磁石
   、磁気検出素子、信号処理回路及びスリップリングは、
   前記ステアリングシャフトから遠ざかる側から磁石、磁
   気検出素子、信号処理回路及びスリップリングの順序で
   配置したことを特徴とするトルク検出器。