JPS6382331A - 操舵装置のトルク検出装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は車両用操舵装置のトルク検出装置に関する。

Ｂ、従来の技術 この種のトルク検出装置の従来例として、特開昭５５−
４４０１３号公報に開示されているものが知られている
。これは、ステアリングホイールに連結された操舵入力
軸にストレインゲージを接着剤にて接着し、操舵トルク
による入力軸のねじれ角をストレインゲージの抵抗値変
化として電気的にとり出すものである。これをストレイ
ンゲージ式と呼ぶことにする。

また、他の従来例として特公昭８０−４７９８３号公報
に開示されているものがある。これは、トーションスプ
リングで連結され操舵トルクにより相対的に回転変位す
る一対の回転体を有するもので、−方の回転体の第１の
コイルにパルス電圧信号を印加し、この第１のコイルと
垂直に対向する第２のコイルを他方の回転体に設け、両
コイルをインダクタンス結合し、両回転体の相対変位を
第２のコイルからとり出されるパルス電圧信号の電圧お
よび位相の変化としてとり出すものである。これを捩れ
角式と呼ぶことにする。

また、その他のトルク検出装置として、トルクにより発
生するシャフト材の円周方向の磁化を検出コイルで測定
する磁歪式が知られている。

Ｃ０発明が解決しようとする問題点 ストレインゲージ式では、接着層の温度特性や応力伝達
の非直線性などから検出出力の温度特性や直線性が不安
定である。また、ねじれ力が繰り返し接着層に作用する
ため温度変化とあいまって接着層の経時的変化をきたす
。更に、接着層の厚みの不均一性によって個々のトルク
検出装置の特性にばらつきが発生する。

捩れ角式では、トーションスプリングに一定の剛性が必
要で、入力トルクに対する捩れ角が極めて微小であり、
例えば１ｋｇｆ−ｍのトルクに対して約３度程度の捩れ
角が得られるにすぎない。

従って、微小変位を高精度に計測するため、部品の加工
精度９組付精度を２０〜３０ＩＬｍのオーダ程度にしな
くてはならず、組付後の調整も必要となり、結果として
極めて高価となってしまう。特に、上記公報に開示され
ているものでは、その信号処理回路も複雑である。

磁歪式では、シャフト材の磁気特性が不均一であり、人
力トルクによる磁化の回転が不均一に発生し、検出コイ
ルとシャフト材との位誼関係がずれると出力信号が変動
してしまう、このため入力トルクと出力信号とのリニア
リティが確保できない、また、磁気特性が温度に依存す
るという闇題もある。

本発明の目的は、トーションバのねじれをストレインゲ
ージの抵抗値変化として検出し、かつ出力特性等のすぐ
れた操舵装置のトルク検出装置を提供することにある。

Ｄ０問題点を解決するための手段 本発明は、ステアリングシャフトの一部を構成するトー
ションバに真空薄膜形成法によりストレインゲージを形
成し、そのストレインゲージの抵抗値の変化から操舵ト
ルクを検出するように構成される。

８０作用 ステアリングホイールを回転してステアリングシャフト
を介して車輪を転舵すると、操舵トルクに応じてトーシ
ョンバが捩れる。その捩れによりストレインゲージが歪
みその抵抗値が変化するから、この抵抗値変化を電気信
号の変化として取り出せば操舵トルクが検出できる。ス
トレインゲージはスパッタリング等の真空薄膜形成法に
よりトーションバの表面に極めて強固な結合力で形成さ
れているから、その特性が安定し、また経時的特性、耐
久性に優れる。

Ｆ、実施例 一部１の実施例− 第１図〜第５図に本発明の一実施例を示す。

第１図において、ハウジングカバー１のベアリング１ａ
に軸支されるアッパシャフト（スタブシャフト）２の中
央部にはトーションバ３が挿通している。トーションバ
３の上端はノックビン４によりアッパシャフト２と連結
され、下端はノックビン５によりロアシャフト（ビニオ
ンギア）６と連結され、これら３要素によりステアリン
グシャフトが構成される。ロアシャフト６はハウジング
７のベアリング７ａに軸支される。そして、アッパシャ
フト２の下端がニードルハウジング８によりロアシャフ
ト６に軸支されている。図示していないが、トーション
バ３のねじれ角が所定のストッパ機構によって規制され
ている。

トーションバ３は例えば第２図に示す形状とされ、その
略中央部に４つの歪抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４から成るストレ
インゲージ９が設けられている。

すなわち、トーションバ３の略中央部に一対の平坦面を
対向して形成し、２つの平坦面に４つの歪抵抗素子Ｒ，
−Ｒ４を第３図の展開図に示す如くスパッタリングにて
対称に形成する。ここで、各歪抵抗素子Ｒ，−Ｒ４は軸
方向に対して略４５度の角度で形成され、歪抵抗素子Ｒ
１とＲ２、Ｒ３とＲ４とは略９０度で直交するように形
成される。なお、スパッタリング以外、蒸着等その他の
真空薄膜形成法を用いてもよい。

ここで、歪抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４は第４図のようにホイー
トスｉ・ンブリッジとして結線され、入力端子１１．１
２間には入力電圧Ｖｉｎが印加され、出力端子１３．１
４間から出力電圧ＶＯｕｔが取り出される。

第１図に示すようにアッパシャフト２と一体に回転する
ようじ設けられた回路ケース１５には、信号処理回路１
６が設けられ、ストレインゲージ９の各端子１１〜１４
が４本のリード線１７を介して、アッパシャフト２に穿
設した引出し孔２ａを通って信号処理回路１６に接続さ
れている。信号処理回路１６は１回路ケース１５と一体
のブラシ１８にリード線１９で接続され、ハウジング７
に例えばスプラインにより回転が規制された固定リング
２０上をブラシ１８が摺動するよう構成されている。こ
こで、ブラシ１８と固定リング２０とによりスリップリ
ングが構成され、固定リング２０に接続されたリード線
２１を経てハウジング７の外部に検出信号がとり出され
る。なお、第１図において、１０はラックギヤを示す。

このように構成されたトルク検出装置の動作を説明する
。

運転者がステアリングを回転させるとトーションバ３が
ねじれストレインゲージ９の各抵抗値が変化する。この
抵抗値変化を第４図に示したホイートストンブリッジに
より検出して信号処理回路１６で増幅すると、信号処理
回路１６から第５図に示すように、操舵トルクに比例し
た出力電圧が得られる。

ここで、第５図の計測範囲−丁１〜＋Ｔ。

ｋｇｆ会ｍではトーションバ３によってのみ入力トルク
がロアシャフト６に伝達され検出系の感度が確保される
。計測範囲を越えるとストッパ機構が働き、入力トルク
はストッパ機構を介してもロアシャフト６に伝達される
ため、トーションバ３のねじれ角がある値で制限される
。その結果、計測範囲を越えるような大きなトルクによ
ってストレインゲージ９が破損することがない、また。

ニードルベアリング８によりアッパシャフト２とロアシ
ャフト６との摩擦力が低減され、更にアッパシャフト２
に曲げ荷重が作用してもニードルベアリング８により曲
げ応力がほとんど発生せず、第５図に示す計測範囲内の
直線性が確保される。

また、第３図のようにストレインゲージ９を構成したの
で他軸感度を低減できる。

次に、スパッタリングによってストレインゲージを形成
した場合の利点について述べる。

■スパッタリングによると、歪抵抗素子の微粒子をトー
ションバ３に打ち込むため結合力が極めて強く、１０７
回程口の繰り返しトルクに対して歪抵抗素子の抵抗値変
化はほとんどなく、従って、経時変化は極微小である。

また、過大なトルクに対しても歪抵抗素子の結合状態の
変化がなく特性の変化がない、更に、車両固有の振動に
も極めて強い。

（カスバッタリング条件を設定することにより均一な特
性のストレインゲージが得られ、製品間のばらつきも少
ない。

■歪抵抗素子の結合にはすべて無機物を使用するため、
油脂などが付着しても高温下で反応せず特性が変化しな
い、また、鉄粉等が付着して歪抵抗素子の抵抗変化がな
い。

■接着層がなく、トーションバ３とストレインゲージ９
の双方の温度特性がホイートストンブリッジの平衡をと
ることにより補償される。

−第２の実施例− この実施例は、第１の実施例に示したようなトーション
バに形成したストレインゲージからのリード線を切損す
ることなく組立できるように改善を図ったものである。

第１図に示した構造の操舵装置では、アッパシャフト２
に穿設した孔２ａからリード線１７を引き出すようにし
ている。このため、組立に際しては、第１３図に示すよ
うにリード＠１７を予めアッパシャフト２の中央貫通孔
２ｂおよび引出し孔２ａを通して引き回しておき、アッ
パシャフト２をトーションバ３に嵌めるか、あるいは、
第１４図に示すように、リード線１７をトーシゴンバ３
に巻回しておき、アッパシャフト２をトーションバ３に
嵌めた後で引出し孔２ａからリード線１７を引き出すこ
とが考えられる。

しかし、前者の手順では嵌め合せ時にリード線１７が切
断してしまう、また、後者では、作業性が悪く、工数の
増加によるコストアップという問題がある。

そこで、この実施例では、アッパシャフトを２分割構成
として組立性の改善を図る。

第６図はこの第２の実施例の全体構成を示し、第１図と
同様な箇所には同一の符号を付してその説明を省略する
。

第７図および第８図の分解図も参照して説明する。アッ
パシャフト３０は、第１のシャフト３１と第２のシャフ
ト３２とから構成される。第２のシャフト３２の結合部
には、内周面にスプライン３２ａが外周面には雄ねじ３
２ｂが刻設され、第１のシャフト３１の結合部には、外
周面にスプライン３１ａが刻設されている。第２のシャ
フト３２の結合部には軸方向にリード線１７の引き出し
溝３２ｃが設けられている。従って、第７図に示すよう
に、トーションバ３と第２のシャフト３２とをロアシャ
フト６に連結した状態でリード線１７を溝３２ｃから容
易に引き出せる。

その後で、第７図に示す如く第１のシャフト３１を第２
のシャフト３２にスプライン結合し、更に、第２のシャ
フト３２の雄ねじ３２ｂにナツト３３を螺合し第６図に
示すようにする。このナツト３３は、溝３２ｃの刻設に
よる第２のシャフト３２の強度低下を補償するものであ
る。なお、第６図に示すとおり、第１のシャフト３１の
下面と第２のシャフト３２との間にはリード線１７が通
過するだけの隙間があくように構成されている。

この実施例におけるストレインゲージ９によるトルク検
出は第１の実施例と同じである。

以上説明した実施例によれば、ストレインゲージ９から
のリード線１７を切断することなく、かつ効率よく組立
ることができる。

なお、ロアシャフト６を２分割としてもよい。

一部３の実施例− この実施例も第２の実施例と同様に組立性の改善を図っ
たものである。

この実施例は、第９図に示すとおり、アッパシャフト４
１とロアシャフト４２とによりステアリングシャフトを
構成し、第１１図に示すような中空トーションパ４３を
両シャツ）４１．４２に外挿して両者を連結したもので
ある。すなわちアッパシャフト４１と中空トーションバ
４３とがノックビン４４により、ロアシャフト４２と中
空トーションバ４３とがノックピン４５により連結され
ている。アッパシャフト４１の下端（第９図では左端）
には有底穴４１ａが穿設され、その穴４１ａの底部近傍
にはニードルベアリング４６が嵌合され、入口近傍には
、第１０図に示すようなストッパ面４１ｂ、４１ｃが形
成されている。−方、ロアシャフト４２の上端（第９図
では右端）には、その先端に軸支部４２ａが、その下方
には、第１０図のように７ツバシャフトストッパ面４１
　ｂ　、４１ｃと協働するストッパ面４２ｂ。

４２ｃがそれぞれ形成されている。なお、角度αｌ、α
２は等しくされている。

また、中空ストッパ４３はその両端に連結部４３ａが大
径に形成され、両者に連設する細径部４３ｂの略中央部
にはスパッタリングあるいは蒸着によりストレインゲー
ジ９が形成されている。

このストレインゲージ９は第１図〜！＠３図と同様に４
つの歪抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４から成り、第４図の如くホイ
ートストンブリッジに結線されている。

従って、この実施例におけるストレインゲージ９による
トルク検出は＄１の実施例と同じである。

以上のように構成された検出装置では、トーションバ４
３が７ツパシヤフト４１．ロアシャフト４２の外側に位
置するためストレインゲージ９からのリード線１７の引
き回しが極めて容易となり、！ｌ立性の向上につながる
。

なお、ノックピン打込み箇所であるトーションバ連結部
４３ａを大径にしたので、ノックピン打込み時の初期応
力が中央部４３ｂには伝わらず。

精度の安定化が図られる。

一部４の実施例− この実施例は油圧パワーステアリング装置に本発明を適
用したものである。

アッパシャフト（バルブシャツ））５１とロアシャフト
５２とはハウジング５４内で軸支され。

ノックビン７１．７２によってトーションバ５３にて互
いに連結されている。アッパシャフト５１にはバルブ部
５１ａが形成され、トーションバ５３のねじれ角に応じ
、そのバルブ部５１ａがバルブボディ５５内を回転摺動
して油圧が制御される。また、トーションバ５３のねじ
れ角は不図示のストッパ機構により規制されている。な
お、５６は７ツパシヤフト５１とロアシャフト５２との
間の摩擦力を低減するニードルベアリング、５７はラッ
クギアである。

以上の構成は周知の油圧パワーステアリング装置と全く
同一である。

ここで、トーションバ５３の略中央部は、第１図〜第３
図で説明したと同様にして４つの歪抵抗素子Ｒ１〜Ｒ４
から成るストレインゲージ９がスパッタリングあるいは
蒸着等の真空薄膜形成法にて形成されている。

また、ハウジング５４の上部には、アッパシャフト５１
と一体に回転する回路ケース５８が設けられている。回
路ケース５８内にはストレインゲージ９からの出力電圧
を処理する信号処理回路１６が設けられ、その信号処理
回路１６は回路ケース５８と一体のブラシ５９と電気的
に接続されている。一方、ハウジング５４に固定された
７ランジ６０にはリング６１が固定され、ブラシ５９と
リング６１とによりスリップリングが構成される。リン
グ６１からリード線６２を経て外部に検出信号がとり出
せる。

ここで、トーションバ５３の大径部５３ａには縦溝５３
ｂが刻設され、ストレインゲージ９に接続されたリード
線１７がこの縦溝５３ｂに配索される。アッパシャフト
５１には引出し孔５１ａが穿設され、縦溝５３ｂを引回
されたリード線１７が引出し孔５１ａから回路ケース５
８内に引き出されて信号処理回路１６に接続される。な
お、６３は樹脂充填材であり、油圧コントロールバルブ
の内部を外気と遮断するものであり、６４はシール材で
スリップリングに異物が混入するのを防止している。

この実施例におけるストレインゲージ９については、上
述した例と全く同一であり、従って、上述したようにト
ーションバ５３のねじれからトルクを検出できる。

また、この実施例では、既存の油圧パワーステアリング
装置を僅かに変更するだけでトルク検出装置を付加する
ことができ、実装コストが低減される。

Ｇ０発明の効果 本発明は、ステアリングシャフトを構成するトーション
バに真空薄膜形成法によりストレインゲージを形成し、
そのストレインゲージの抵抗値の変化から操舵トルクを
検出するようにしたので、特性が安定し、また経時的特
性、耐久性に優れた車両用操舵装置のトルク検出装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第５図は本発明の一実施例を示し、第１図
は縦断面図、第２図はトーションバの斜視図、第３図は
ストレインゲージの展開図、第４図はストレインゲージ
の結線図、第５図は操舵トルクと出力電圧の特性図であ
る。 第６図〜第８図は第２の実施例を示し、第６図は縦断面
図、第７図はその部分分解図、第８図は第７図の■−■
線に沿う部分断面図である。 第９図〜第１１図は第３の実施例を示し、第９図はその
断面図、第１０図は第９図のＸ−Ｘ線断面図、第１１図
はトーションバの斜視図である。 第１２図は第４の実施例を示す縦断面図である。 第１３図および第１４図は第１の実施例の組立手順例を
示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ステアリングホィールの回転力をステアリングシャフト
   を介して車輪に伝達する際に、そのステアリングシャフ
   トの一部を構成するトーションバが所定角度だけ捩れる
   車両用操舵装置のトルク検出装置において、前記トーシ
   ョンバに真空薄膜形成法によりストレインゲージを形成
   し、そのストレインゲージの抵抗値の変化から入力トル
   クを検出するようにしたことを特徴とする操舵装置のト
   ルク検出装置。