JP3815960B2 - Torque sensor and steering device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸体に加わる回転トルクを、簡素な構成により高精度に検出するトルクセンサに関し、更に.このトルクセンサを操舵トルクの検出手段として備える車両の舵取装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
舵取りのために舵輪(ステアリングホイール)に加えられる操舵トルクの検出結果に基づいて操舵補助用のモータを駆動し、該モータの回転力を舵取機構に伝えて操舵を補助する構成とした電動式の動力舵取装置が実用化されている。この種の動力舵取装置においては、前記操舵トルクの検出のために、舵輪と舵取機構とを連絡する操舵軸を、舵輪側の入力軸(第1軸)と舵取機構側の出力軸(第2軸)とを細径のトーションバーを介して連結して構成し、これらの第1,第2軸の間に前記トーションバーの捩れを伴って生じる相対角変位の検出結果に基づいて前記操舵トルク(回転トルク)を求めるようにしたトルクセンサが広く用いられている。
【0003】
このような操舵トルクの検出結果は、電動式の動力舵取装置において操舵補助用のモータの駆動制御に用いられると共に、エンジンの出力制御、トラクション制御、ABS制御等、車両の各部の制御において、舵取装置の操舵状態を示す情報として利用されることがあり、前記操舵トルクを高精度に検出し得る簡素な構成のトルクセンサの実現が切望されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
この種のトルクセンサにおいては、第1軸と第2軸との間に発生する相対角変位を高精度に検出する必要がある。この検出のための一般的な構成は、第1軸及び第2軸の回転角度を各別の回転角センサにより検出し、これらの検出角度の差により前記相対角変位を求めるようにしたものである。
【0005】
ところがこの構成においては、第1,第2軸用の2つの回転角センサの出力特性の相違により前記相対角変位の算出結果に誤差が発生する虞れがあり、高精度の検出を可能とするためには、組立て時に2つの回転角センサの出力調整が必要であり、この調整作業に多大の手間を要するという問題がある上、この調整が正しくなされたとしても、両回転角センサの経時的な特性変化に起因する検出精度の低下が避けられない。
【0006】
また前記相対角変位を検出するための他の構成として、第1軸及び第2軸の連結部近傍に互いに対向する円板を夫々取り付け、これらの円板の一方に周設された抵抗部に他方に突設された接触子を摺接させてポテンシオメータを構成し、第1軸と第2軸との相対角変位を前記ポテンシオメータの出力変化を媒介として検出するようにしたものがある。
【0007】
この構成においては、前記ポテンシオメータの出力が、前記第1,第2軸の相対角変位に直接的に対応することから、組立て時における調整が容易であり、高精度での検出が可能となるが、抵抗部と接触子との摺接部の摩耗が避けられず、耐久性に劣るという問題があった。
【0008】
前記相対角変位を検出する更に他の構成として、第1軸及び第2軸の連結部近傍に夫々嵌着された筒体の対向面に複数の歯を並設する一方、これらの外側に検出コイルを配してなり、該検出コイルの励磁に応じて前記筒体内に形成される磁気回路のインピーダンスが、前記対向面に並設された歯の対向状態に応じて変化することを利用して第1軸と第2軸との相対角変位を検出するようにしたものがある。
【0009】
この構成においては、前記磁気回路のインピーダンス変化が、第1,第2軸の相対角変位に直接的に対応することから、組立て時における調整が容易であり、高精度での検出が可能となる上、摺接部分が存在せず、耐久性に優れているが、前記検出コイル及びインピーダンス変化の検出手段を含めた各部の構成が複雑となるという問題があった。
【0010】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、トーションバーを介して連結された第1,第2軸の相対角変位を煩雑な調整作業を強いることなく直接的に検出することができ、第1軸及び第2軸に加わる回転トルクを、経時的な精度変化を生じることなく高精度に検出することが可能な簡素な構成のトルクセンサ、及びこのトルクセンサを操舵トルクの検出手段として備える車両の舵取装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1発明に係るトルクセンサは、トーションバーを介して同軸上に連結された第1軸及び第2軸に加わる回転トルクを、これら両軸間に前記トーションバーの捩れを伴って生じる相対角変位に基づいて検出するトルクセンサにおいて、前記第1軸及び第2軸の一方に回転を拘束され、軸方向への移動可能に他方に外嵌された保持筒と、前記第1軸及び第2軸の他方の外周面に軸方向に対して所定の傾斜を有して形成された係合溝と、前記保持筒の内部に偏心保持され、その内周面に周設された係合突起を、周方向の一か所において前記係合溝に係合させてある送りベアリングと、該送りベアリングの前記係合溝に沿った転動に伴って、該係合溝の傾斜の作用により前記送りベアリングと共に生じる前記保持筒の軸方向変位を検出する検出手段とを備えることを特徴とする。
【0012】
本発明においては、トーションバーを介して連結された第1,第2軸に回転トルクが加わり、両軸間に相対角変位が生じたとき、一方の軸に回転を拘束された保持筒に偏心保持された送りベアリングが他方の軸の外周面に形成された係合溝に沿って転動し、前記保持筒は、この転動に伴う反力の作用により前記係合溝の傾斜に沿って軸方向に滑らかに変位する。この軸方向変位の向き及び大きさは、第1,第2軸間の相対角変位の向き及び大きさに対応するため、この変位を媒介として第1,第2軸に加わる回転トルクを高精度に知ることができる。
【0013】
また本発明の第2発明に係るトルクセンサは、第1発明の検出手段が、前記保持筒の外面に周設された環状溝に先端を係合させ、前記第1,第2軸の軸方向と略平行をなす面内にて揺動する検出アームと、該検出アームの基部を支持し、その揺動角度を検出する手段とを備えることを特徴とする。
【0014】
この発明においては、保持筒の外面に周設された環状溝に先端を係合させた検出アームを保持筒の軸方向移動に伴って軸方向と略平行な面内にて揺動させ、この揺動の角度を検出アームの基部を支持する検出手段により検出して、この検出結果を用いて第1軸及び第2軸に加わる回転トルクを求める。前記検出手段は、例えば、検出アームの基部を入力端に連結してなるロータリ形のポテンシオメータとすることができ、保持筒の軸方向移動による前記検出アームの揺動を前記ポテンシオメータの出力変化として取り出す構成により実現できる。
【0015】
また本発明の第3発明に係る舵取装置は、車両の舵取りのために舵輪に加えられる操舵トルクを検出すべく、該舵輪に連結された入力軸を前記第1軸とし、舵取機構に連結された出力軸を前記第2軸として構成された第1又は第2発明に係るトルクセンサを備えることを特徴とする。
【0016】
本発明においては、簡素な構成でありながら高精度に回転トルクを検出し得る第1又は第2発明のトルクセンサを車両の舵取装置に適用し、操舵軸に加えられる回転トルク(操舵トルク)の正確な検出値を得て、この結果を、操舵補助用のモータの駆動制御等、各種の制御に利用する。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図1は、本発明に係るトルクセンサを操舵トルクの検出手段として備えるラックピニオン式の舵取装置の要部の構成を示す縦断面図である。本図に示す如く、舵取り操作用の舵輪(図示せず)に連結された入力軸(第1軸)1と、下部に一体形成されたピニオン20をラック軸21に噛合させた出力軸(第2軸)2とをトーションバー3を介して同軸上に連結し、これらを、図中に一部を示す円筒形のハウジングHの内部に、一対の軸受B1 ,B2 により軸回りの回動自在に支持して、ラックピニオン式の舵取装置が構成されている。
【0018】
中空軸である入力軸1の下端部(図の左端部)は、出力軸2の上部を大径化して設けられた円筒部22内に挿入され、両者間に介装された短寸の支持ブッシュ23により同軸上に支持されている。前記トーションバー3は、両端に大径の連結部3a,3bを備え、入力軸1の中空部内に挿通された細径の丸棒であり、一方の連結部3aを入力軸1の上端(図の右端)近傍に連結ピン30により連結すると共に、他方の連結部3bを出力軸2の上端面に形成された装着孔にスプライン結合して、入力軸1と出力軸2とを同軸上に連結している。
【0019】
而して、舵取りのために舵輪が操作された場合、該舵輪に連結された入力軸1が軸回りに回動し、この回動が、トーションバー3を介して連結された出力軸2に伝わり、該出力軸2の回動が前記ピニオン20に噛合するラック軸21の軸長方向の移動に変換されて舵取りがなされる。このとき前記トーションバー3には、舵輪を介して入力軸1に加わる操舵トルクの作用により捩れが生じ、入力軸1と出力軸2との間には、トーションバー3の捩れに応じた相対角変位が生じる。
【0020】
本発明に係るトルクセンサは、以上の如き相対角変位を媒介として前記操舵トルクを検出すべく、入力軸1と出力軸2との連結部近傍に構成されており、薄肉の支持ブッシュ40を介して入力軸1に外嵌支持された保持筒4と、該保持筒4に内嵌保持された送りベアリング5と、前記保持筒4の外側に臨ませてハウジングHに固定された変位センサ6とを備えている。
【0021】
図示の如く保持筒4は、厚肉円筒形の保持部41と、これの一側に一体に連設された薄肉円筒形の連結部42とを備えている。出力軸2の側に向けた前記連結部42には、周方向の一か所を適幅に切欠いてなる係合溝43が、端面に開口を有して形成され、該係合溝43には、出力軸2上端の前記円筒部22の端面に軸方向に打設されたダウエルピン44が密に係合させてあり、この係合により前記連結部42を備える保持筒4は、出力軸2と一体回転すると共に、軸方向への移動可能となっている。
【0022】
一方前記保持部41には、連結部42と逆側の端面に開口する保持孔45が、軸心に対して一側に所定長偏心して形成されており、該保持孔45には、送りベアリング5が内嵌保持させてある。該送りベアリング5は、内輪と外輪との間に多数のボールを介在させてなる玉軸受であり、内輪の内周面には、図示の如く、半円形断面を有する係合突起50が周設されている。
【0023】
このような保持部41の内側に位置する入力軸1の外周面には、前記係合突起50に対応する半円形の断面形状を有する係合溝10が、軸方向に対して所定角度傾斜する螺旋形をなして形成されており、該係合溝10には、前記送りベアリング5の内周に周設された係合突起50が、前記保持筒4に対する偏心により入力軸1に近づいた周方向位置において係合させてある。
【0024】
図2は、保持筒4の動作説明図であり、図1と直交する方向の断面が示されている。前述の如く保持筒4は、連結部42に設けた係合溝43を出力軸2の端部に打設されたダウエルピン44に係合させ、前記出力軸2に対し、これと一体回転すると共に、軸方向への移動が可能とされている。一方保持筒4は、保持部41に内嵌保持された送りベアリング5の内周の係合突起50を入力軸1外周の係合溝10に、図中のA点において係合させてあり、該入力軸1に対する軸方向位置が定められている。
【0025】
ここで、入力軸1に操舵トルクが加わり、該操舵トルクの作用によるトーションバー3の捩れを伴って出力軸2との間に相対角変位が生じた場合、出力軸2と一体回転する保持筒4に内嵌保持された送りベアリング5は、前記出力軸2に対し、図中に矢符により示す如く生じる入力軸1の相対回転に応じて、該入力軸1外周の係合溝10に沿って転動し、該保持筒4は、前記係合溝10の傾斜に沿った前記係合点Aの位置変化に応じて軸方向に押され、図中に白抜矢符にて示す如く軸方向に変位する。この軸方向変位の向き及び大きさは、入力軸1と出力軸2との間の相対角変位の向き及び大きさに対応するから、保持筒4の軸方向変位を検出することにより入力軸1に加わる操舵トルクを高精度に知ることができる。
【0026】
保持筒4は、前記保持部41の外周面の一か所に環状溝46が周設されており、この環状溝46の外側を臨むハウジングHの周上には、変位センサ6が固定支持されている。該変位センサ6は、ハウジングHの内部にこれの軸心と直交する向きに突設された入力端の回転角度に応じて出力変化するロータリ形のポテンシオメータである。前記入力端には、検出アーム60の基部が固定されており、概ね保持筒4の周方向に延びる該検出アーム60の先端は、係合突起61を介して前記環状溝46に係合させてある。
【0027】
このような変位センサ6の出力は、演算処理部7に与えられており、該演算処理部7においては、前記変位センサ6の出力を用いた所定の演算により、前記入力軸1に加わる操舵トルクが算出される。
【0028】
図3は、変位センサ6の動作説明図である。前述の如く、変位センサ6の出力端に取り付けた検出アーム60は、保持筒4の周方向に延長され、該保持筒4外周の環状溝46に係合させてあり、前記変位センサ6の出力端を軸とし、前記保持筒4の軸方向、即ち、前記入力軸1及び出力軸2の軸方向と略平行をなす面内にて揺動可能である。
【0029】
従って、図3(a),(b)に示す如く、保持筒4が軸方向の両側に向けて移動した場合、検出アーム60は、図中に矢符にて示す向きに夫々揺動し、この揺動により変位センサ6の出力端が回転することとなり、この回転に応じて変化する前記変位センサ6の出力により、前記保持筒4の軸方向変位を、その向きを含めて知ることができる。
【0030】
なお、検出アーム60の揺動角度は、これの長さが長く、揺動半径が十分に大である場合、前記保持筒4の軸方向変位に比例的に対応することとなり、変位センサ6の出力を用いた保持筒4の軸方向変位の算出、即ち、操舵トルクの算出が容易となる。しかしながら、このようにした場合、入力軸1と出力軸2との相対角変位に対する検出アーム60の揺動角度の絶対的な変化量が小さく、前記相対角変位自体が小さい(±5°程度)ことから、高精度での検出は難しい。
【0031】
そこで、実際には、図示の如く比較的短寸の検出アーム60を用い、該検出アーム60の揺動角度と保持筒4の軸方向変位との対応関係、即ち、変位センサ6の出力と検出対象となる操舵トルクの対応関係を示すテーブルを予め用意しておき、前記演算処理部7においては、逐次取り込まれる変位センサ6の出力を前記テーブルに適用して操舵トルクを算出する構成とするのが望ましい。
【0032】
以上の如く本発明に係るトルクセンサにおいては、出力軸2に回転を拘束された保持筒4に内嵌保持させた送りベアリング5内周の係合突起50を入力軸1の外周に形成された係合溝10に係合させ、入力軸1と出力軸2との間にトーションバー3の捩れを伴って生じる相対角変位を前記保持筒4の軸方向変位に変換して前記入力軸1に加わる操舵トルクを検出する構成としてある。
【0033】
このとき保持筒4の軸方向変位は、前記係合溝10の傾斜に沿って玉軸受を用いてなる送りベアリング5が転動することにより生じ、この転動は、内輪と外輪間での多数のボールの転がり抵抗下にて滑らかに行われるから、入力軸1と出力軸2との間の相対角変位は、保持筒4の軸方向変位に抵抗なく変換され、この軸方向変位の検出結果に基づいて高精度でのトルク検出が可能となる。
【0034】
なお、図1に示す実施の形態と逆に、送りベアリング5の保持筒4を出力軸1に連結し、出力軸2の外周に係合溝10を形成して、該係合溝10に前記送りベアリング5を係合せしめた構成としてもよいことは言うまでもない。また、保持筒4の内部に複数の送りベアリング5を備え、これらを、共通の係合溝又は各別の係合溝に係合せしめた構成としてもよい。
【0035】
また、保持筒4の軸方向変位は、該保持筒4外周の環状溝46に係合する検出アーム60の揺動に変換し、ロータリ形のポテンシオメータ等の既存の変位センサ6を用いて検出することができ、簡素な構成により高精度でのトルク検出が可能となる。
【0036】
なお、前記変位センサ6としては、ロータリエンコーダ等の角度検出用ノ他のセンサを用いることができ、更には、保持筒4の外面に固着した磁石を磁気センサ(MRセンサ)により検出する構成、保持筒4の外面に設けた標識をリニアスケールにより検出する構成等、前記軸方向変位を直接的に検出する構成としてもよい。
【0037】
また以上の実施の形態においては、ラックピニオン式の舵取装置における操舵トルクの検出手段としての使用例について述べたが、本発明に係るトルクセンサは、他の形式の舵取装置においても操舵トルクの検出手段として好便に使用することができ、更には、回転トルクの検出を必要とする種々の産業分野への広範な採用が可能であることは言うまでもない。
【0038】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明の第1発明に係るトルクセンサにおいては、トーションバーを介して同軸上に連結された第1軸及び第2軸の一方に回転を拘束された保持筒内に偏心保持させた送りベアリングを、他方の外周に形成された螺旋状の係合溝に係合せしめた簡素な構成により、第1,第2軸間の相対角変位を保持筒の軸方向変位に変換し、この軸方向変位を検出する構成としたから、前記第1,第2軸に加わる回転トルクを高精度に検出することが可能となる。
【0039】
また本発明の第2発明に係るトルクセンサにおいては、前記保持筒の軸方向変位を、該保持筒の外面に周設された環状溝に先端を係合させた揺動アームの揺動角度を媒介として検出する構成としたから、ロータリ形のポテンシオメータ等、角度検出のために広く使用されている安価な検出手段を用い、高精度のトルク検出が可能となる。
【0040】
また本発明の第3発明に係る舵取装置においては、舵輪と舵取機構とを連絡する操舵軸に加えられる操舵トルクを第1発明又は第2発明のトルクセンサにより高精度に検出するから、この検出結果に基づいて行われる操舵補助用のモータの駆動制御等の各種の制御を、高い信頼性の下にて行わせることが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るトルクセンサを操舵トルクの検出手段として備えるラックピニオン式の舵取装置の要部の構成を示す縦断面図である。
【図2】保持筒の動作説明図である。
【図3】変位センサの動作説明図である。
【符号の説明】
1 入力軸(第1軸)
2 出力軸(第2軸)
3 トーションバー
4 保持筒
5 送りベアリング
6 変位センサ
7 演算処理部
10 係合溝
46 環状溝
50 係合突起
60 検出アーム[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a torque sensor for accurately detecting rotational torque applied to a shaft body with a simple configuration. The present invention relates to a steering apparatus for a vehicle provided with this torque sensor as a means for detecting steering torque.
[0002]
[Prior art]
Electric type configured to drive a steering assist motor based on a detection result of a steering torque applied to a steered wheel (steering wheel) for steering and transmit the rotational force of the motor to a steering mechanism to assist steering The power steering device has been put into practical use. In this type of power steering apparatus, in order to detect the steering torque, a steering shaft that communicates between the steering wheel and the steering mechanism is used as an input shaft (first axis) on the steering wheel side and an output shaft on the steering mechanism side. (Second axis) is connected via a small-diameter torsion bar, and based on the detection result of the relative angular displacement caused by twisting of the torsion bar between the first and second axes. A torque sensor that obtains the steering torque (rotational torque) is widely used.
[0003]
Such a steering torque detection result is used for driving control of a motor for assisting steering in an electric power steering apparatus, and in control of each part of the vehicle such as engine output control, traction control, ABS control, etc. There is a need to realize a torque sensor having a simple configuration that can be used as information indicating the steering state of the steering device and can detect the steering torque with high accuracy.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In this type of torque sensor, it is necessary to detect the relative angular displacement generated between the first axis and the second axis with high accuracy. A general configuration for this detection is to detect the rotation angle of the first axis and the second axis by different rotation angle sensors, and obtain the relative angular displacement by the difference between these detection angles. is there.
[0005]
However, in this configuration, there is a possibility that an error may occur in the calculation result of the relative angular displacement due to the difference in the output characteristics of the two rotation angle sensors for the first and second axes, thereby enabling highly accurate detection. Therefore, it is necessary to adjust the outputs of the two rotation angle sensors at the time of assembling, and there is a problem that this adjustment work requires a lot of labor. The detection accuracy is inevitably lowered due to various characteristic changes.
[0006]
Further, as another configuration for detecting the relative angular displacement, discs opposite to each other are attached in the vicinity of the connecting portion of the first shaft and the second shaft, and a resistance portion provided around one of these discs is attached. A potentiometer is configured by slidingly contacting a contact projecting on the other side, and a relative angular displacement between a first axis and a second axis is detected using an output change of the potentiometer as a medium.
[0007]
In this configuration, since the output of the potentiometer directly corresponds to the relative angular displacement of the first and second shafts, adjustment during assembly is easy and detection with high accuracy is possible. However, there is a problem that wear of the sliding contact portion between the resistance portion and the contact is inevitable and the durability is inferior.
[0008]
As yet another configuration for detecting the relative angular displacement, a plurality of teeth are juxtaposed on the opposing surfaces of the cylinders fitted in the vicinity of the connecting portions of the first shaft and the second shaft, and detected on the outside thereof. A coil is arranged, and the impedance of the magnetic circuit formed in the cylindrical body according to the excitation of the detection coil is changed depending on the facing state of teeth arranged in parallel on the facing surface. Some of them detect a relative angular displacement between the first axis and the second axis.
[0009]
In this configuration, since the change in impedance of the magnetic circuit directly corresponds to the relative angular displacement of the first and second axes, adjustment during assembly is easy and detection with high accuracy is possible. In addition, although there is no sliding contact portion and the durability is excellent, there is a problem that the configuration of each part including the detection coil and the impedance change detection means becomes complicated.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and can directly detect the relative angular displacement of the first and second shafts connected via the torsion bar without forcing a complicated adjustment operation. The torque sensor having a simple configuration capable of detecting the rotational torque applied to the first shaft and the second shaft with high accuracy without causing a change in accuracy over time, and the torque sensor as a steering torque detection means An object of the present invention is to provide a steering apparatus for a vehicle.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A torque sensor according to a first aspect of the present invention generates rotational torque applied to a first shaft and a second shaft that are coaxially connected via a torsion bar, with the torsion bar being twisted between the two shafts. in a torque sensor for detecting based on the relative angular displacement, said first constrained axially and one to the rotation of the second shaft, movable and fitted on the holding cylinder on the other, before Symbol first shaft in the axial direction And an engagement groove formed on the other outer peripheral surface of the second shaft with a predetermined inclination with respect to the axial direction, and an engagement that is eccentrically held inside the holding cylinder and is provided around the inner peripheral surface thereof. A feed bearing in which the mating protrusion is engaged with the engagement groove at one place in the circumferential direction, and the action of the inclination of the engagement groove with rolling of the feed bearing along the engagement groove detecting the axial displacement of the holding cylinder occurs with the feed bearing by Characterized in that it comprises left and means.
[0012]
In the present invention, when a rotational torque is applied to the first and second shafts connected via the torsion bar and a relative angular displacement occurs between the two shafts, the holding cylinder whose rotation is constrained to one shaft is eccentric. The held feed bearing rolls along an engagement groove formed on the outer peripheral surface of the other shaft, and the holding cylinder moves along the inclination of the engagement groove by the action of a reaction force accompanying the rolling. Displaces smoothly in the axial direction. Since the direction and magnitude of this axial displacement corresponds to the direction and magnitude of the relative angular displacement between the first and second axes, the rotational torque applied to the first and second axes via this displacement is highly accurate. Can know.
[0013]
In the torque sensor according to the second invention of the present invention, the detecting means of the first invention engages the tip with an annular groove provided on the outer surface of the holding cylinder, and the axial direction of the first and second shafts And a means for supporting a base portion of the detection arm and detecting the swing angle thereof.
[0014]
In the present invention, the detection arm having its tip engaged with an annular groove provided on the outer surface of the holding cylinder is swung in a plane substantially parallel to the axial direction as the holding cylinder moves in the axial direction. The swing angle is detected by a detection means that supports the base of the detection arm, and the rotation torque applied to the first shaft and the second shaft is obtained using the detection result. The detection means may be, for example, a rotary potentiometer in which a base portion of a detection arm is connected to an input end, and the output of the potentiometer is changed by swinging the detection arm due to the axial movement of a holding cylinder. It is realizable by the structure taken out as.
[0015]
The steering device according to the third aspect of the present invention is configured so that an input shaft connected to the steering wheel is the first shaft to detect a steering torque applied to the steering wheel for steering the vehicle. A torque sensor according to the first or second invention is provided, wherein the connected output shaft is used as the second shaft.
[0016]
In the present invention, the torque sensor according to the first or second invention that can detect the rotational torque with high accuracy while having a simple configuration is applied to the steering device of the vehicle, and the rotational torque (steering torque) applied to the steering shaft. This accurate detection value is obtained, and this result is used for various controls such as drive control of a steering assist motor.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a main part of a rack and pinion type steering apparatus provided with a torque sensor according to the present invention as a means for detecting steering torque. As shown in the figure, an input shaft (first shaft) 1 connected to a steering wheel (not shown) for steering operation and an output shaft (first shaft) in which a
[0018]
The lower end portion (left end portion in the figure) of the input shaft 1 which is a hollow shaft is inserted into a
[0019]
Thus, when the steering wheel is operated for steering, the input shaft 1 connected to the steering wheel rotates about the axis, and this rotation is applied to the
[0020]
The torque sensor according to the present invention is configured in the vicinity of the connecting portion between the input shaft 1 and the
[0021]
As shown in the drawing, the holding
[0022]
On the other hand, the holding
[0023]
An
[0024]
FIG. 2 is an operation explanatory view of the holding
[0025]
Here, when a steering torque is applied to the input shaft 1 and relative angular displacement occurs between the
[0026]
In the holding
[0027]
The output of the
[0028]
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of the
[0029]
Therefore, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), when the holding
[0030]
The swing angle of the
[0031]
Therefore, in practice, a relatively
[0032]
As described above, in the torque sensor according to the present invention, the
[0033]
At this time, the axial displacement of the holding
[0034]
In contrast to the embodiment shown in FIG. 1, the holding
[0035]
Further, the axial displacement of the holding
[0036]
As the
[0037]
In the above embodiment, the use example as the steering torque detecting means in the rack and pinion type steering device has been described. However, the torque sensor according to the present invention can be used in other types of steering devices. As a matter of course, it can be used conveniently as a detection means for the above-mentioned, and further, it can be widely adopted in various industrial fields that require detection of rotational torque.
[0038]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the torque sensor according to the first aspect of the present invention, the torque sensor is held eccentrically in a holding cylinder whose rotation is constrained to one of the first shaft and the second shaft that are coaxially connected via a torsion bar. The relative angular displacement between the first and second shafts is converted to the axial displacement of the holding cylinder by a simple configuration in which the feed bearing is engaged with a helical engagement groove formed on the other outer periphery. Since the axial displacement is detected, the rotational torque applied to the first and second shafts can be detected with high accuracy.
[0039]
Further, in the torque sensor according to the second aspect of the present invention, the axial displacement of the holding cylinder is determined based on the swing angle of the swing arm whose tip is engaged with an annular groove provided on the outer surface of the holding cylinder. Since the detection is performed as an intermediary, high-precision torque detection is possible using inexpensive detection means widely used for angle detection, such as a rotary potentiometer.
[0040]
In the steering apparatus according to the third aspect of the present invention, the steering torque applied to the steering shaft that connects the steering wheel and the steering mechanism is detected with high accuracy by the torque sensor of the first aspect or the second aspect. The present invention has an excellent effect such that various controls such as drive control of a steering assist motor performed based on the detection result can be performed with high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a main part of a rack and pinion type steering apparatus provided with a torque sensor according to the present invention as a steering torque detection means.
FIG. 2 is an operation explanatory view of a holding cylinder.
FIG. 3 is an operation explanatory diagram of a displacement sensor.
[Explanation of symbols]
1 Input shaft (first axis)
2 Output shaft (second shaft)
3
10 Engaging groove
46 annular groove
50 engaging protrusion
60 detection arm
Claims (3)
前記第1軸及び第2軸の一方に回転を拘束され、軸方向への移動可能に他方に外嵌された保持筒と、
前記第1軸及び第2軸の他方の外周面に軸方向に対して所定の傾斜を有して形成された係合溝と、
前記保持筒の内部に偏心保持され、その内周面に周設された係合突起を、周方向の一か所において前記係合溝に係合させてある送りベアリングと、
該送りベアリングの前記係合溝に沿った転動に伴って、該係合溝の傾斜の作用により前記送りベアリングと共に生じる前記保持筒の軸方向変位を検出する検出手段と
を備えることを特徴とするトルクセンサ。In a torque sensor that detects rotational torque applied to a first shaft and a second shaft that are coaxially connected via a torsion bar based on a relative angular displacement caused by twisting of the torsion bar between these two shafts,
A holding cylinder that is constrained to rotate by one of the first shaft and the second shaft and is externally fitted to the other so as to be movable in the axial direction;
An engagement groove formed on the other outer peripheral surface of the first shaft and the second shaft with a predetermined inclination with respect to the axial direction;
A feed bearing which is eccentrically held inside the holding cylinder and has an engaging protrusion provided on its inner peripheral surface engaged with the engaging groove at one circumferential position;
Detecting means for detecting an axial displacement of the holding cylinder that occurs together with the feed bearing due to an inclination of the engagement groove as the feed bearing rolls along the engagement groove. Torque sensor.
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