JPH081466Y2

JPH081466Y2 - トルクセンサ

Info

Publication number: JPH081466Y2
Application number: JP8029090U
Authority: JP
Inventors: 宣雄中谷
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1990-07-27
Filing date: 1990-07-27
Publication date: 1996-01-17
Anticipated expiration: 2005-07-27
Also published as: JPH0443236U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は、入力軸から出力軸に伝達されるトルクを検
知するためのセンサに関する。

（従来の技術）例えば、車両のパワーステアリング装置においては、
ハンドルの回転を入力軸から出力軸を介して操向輪に伝
達する際、入力軸から出力軸に伝達されるトルクの大き
さをトルクセンサにより検知し、このトルクの大きさに
応じて操向操作の補助力を付与するようにしたものがあ
る。

そのようなトルクセンサとしては、例えば特開平1-24
4322号公報に開示されたものがある。

これは、第16図に示すように、入力軸101と、この入
力軸101にトーションバー102を介し連結される出力軸10
3と、検出コイル104と、入力軸101と出力軸103の各外周
に取付けられる一対の磁性体製検出リング105,106とを
備えている。その検出コイル104は発振器に接続されて
両検出リング105,106を通過する磁束を発生するものと
されている。

また、各検出リング105,106の対向端には、周方向に
沿ってそれぞれ複数の歯107,108が形成され、検出リン
グ105,106の相対回転によって、一方の歯107と他方の歯
108の対向部の面積が変化するものとされている。

そして、入力軸101から出力軸103にトルクが伝達され
ると、そのトルクの大きさに応じてトーションバー102
がねじれ、一方の検出リング105の歯107と他方の検出リ
ング106の歯108との対向部分の面積が変化し、この面積
変化に応じてインピーダンスが変化して検出コイル104
に誘起される出力電圧が変化し、この出力電圧によって
入力軸101から出力軸103に伝達されるトルクが検知され
る。

また、出力軸103の内周と、入力軸101の外周とにはそ
れぞれ係合部109,110が形成され、入力軸101と出力軸10
3とはその係合部109,110を介して嵌合されることで、両
軸の相対回転角度が一定範囲内に規制され、トーション
バー102の破損が防止されている。

（考案が解決しようとする課題）従来のトルクセンサにあっては、前記内周係合部109
が形成されている出力軸103の検出リング106に対して、
両係合部109,110の係合位置が径方向に関し重合した位
置とされていた。

そのため、入力軸101から出力軸103に大きなトルクが
作用すると、両係合部109,110が係合することで出力軸1
03が大きく変形し、この変形により検出リング106が塑
性変形してしまうことがあった。

そうすると、その変形の前後において、一方の検出リ
ング106の歯108と他方の検出リング105の歯107との対向
部の面積が変動し、センサ出力の中心値が大きくずれて
しまい、検出トルクと実際の伝達トルクとの差が許容範
囲を超えてしまうといった問題があった。

（課題を解決するための手段）本件考案は、上記従来技術の問題点を解決できるトル
クセンサを提供することを目的とする。

本件第１考案の特徴とするところは、入力軸と、この
入力軸にトーションバーを介し連結される出力軸と、入
力軸と出力軸の各外周に設けられる少なくとも一対の磁
性体製検出リングと、両検出リングを通過する磁束を発
生する検出コイルとを備え、両検出リングの相対回転に
応じた検出コイルからの出力変化によって、入力軸から
出力軸に伝達されるトルクが検知され、入力軸と出力軸
とが、一方の内周と他方の外周とに形成される係合部を
介して嵌合されることで、両軸の相対回転が一定範囲内
に規制されるトルクセンサにおいて、前記内周係合部が
形成されている一方の軸の検出リングに対し、両係合部
の係合位置が径方向に関し重合しないようにされている
点にある。

本件第２考案の特徴とするところは、入力軸と、この
入力軸にトーションバーを介し連結される出力軸と、入
力軸と出力軸の各外周に設けられる少なくとも一対の磁
性体製検出リングと、両検出リングを通過する磁束を発
生する検出コイルとを備え、両検出リングの相対回転に
応じた検出コイルからの出力変化によって、入力軸から
出力軸に伝達されるトルクが検知され、入力軸と出力軸
とが、一方の内周と他方の外周とに形成される係合部を
介して嵌合されることで、両軸の相対回転が一定範囲内
に規制されるトルクセンサにおいて、前記内周係合部が
形成されている一方の軸の外周と、この外周に取付けら
れる検出リングの内周との少なくとも一方に、その一方
の軸の変形による検出リングの変形を小さくできるよう
に、切欠が形成されている点にある。

（作用）本件第１考案の構成によれば、入力軸と出力軸との各
係合部を介する係合により、内周係合部の形成されてい
る一方の軸が変形しても、その一方の軸の検出リングに
対し両係合部の係合位置は軸方向に離間しているため、
従来のように検出リングと係合位置とが径方向に関し重
合するものに比べ、その一方の軸の変形による検出リン
グの変形は小さくなる。

本件第２考案の構成によれば、その一方の軸と検出リ
ングとの内外周間に形成される切欠により、その一方の
軸の変形による検出リングの変形は小さくなる。

（実施例）以下、図面を参照して本考案の実施例を説明する。

第１図に示すトルクセンサ１は、パワーステアリング
装置に用いられるものであって、図外ハンドルに伝動軸
２を介して連結される入力軸３と、この入力軸３にトー
ションンバー４を介し連結される出力軸５とを備えてい
る。

そのトーションバー４は、ピン６を介し伝動軸２と入
力軸３とに連結され、また、ピン７を介し出力軸５に連
結されている。

その入力軸３は軸受８を介しハウジング９に支持さ
れ、その出力軸５は軸受10,11を介しハウジング９に支
持されている。また、その出力軸５は図外操向輪に連動
連結されると共に、その外周に嵌合されるギヤ12と、こ
のギヤ12に噛合するギヤ12aを介して操向補助用の図外
モータに連動連結されている。なお、ハウジング９は車
体に固定される。

また、出力軸５の外周には第１検出リング13が嵌合さ
れ、入力軸３の外周には第２検出リング14と第３検出リ
ング15とが外嵌されている。

その第１検出リング13と第２検出リング14との各対向
端部には、それぞれ周方向に沿って複数の歯16,17が形
成され、第１・第２検出リング13,14の相対回転によ
り、一方の歯16と他方の歯17との対向部の面積が変化す
るものとされている。

なお、第２検出リング14と第３検出リング15との対向
端部において、第３検出リング15側には、第１検出リン
グ13と同形状の歯が形成されており、第２検出リング14
側には歯が形成されず、対向部の面積は一定とされてい
る。

また、第１検出リング13と第２検出リング14との対向
端部を覆うように検出コイル18がハウジング９に固定さ
れ、第２検出リング14と第３検出リング15との対向端部
を覆うように温度補償コイル19がハウジング９に固定さ
れている。

その検出コイル18と温度補償コイル19とが、第14図に
示すように発振器20に接続され、各一端が接地され、他
端は演算増幅器21の反転入力端子と非反転入力端子とに
接続され、この演算増幅器21の出力に応じて前記操向補
助用のモータが駆動され、操向操作の補助力が付与され
る。

そして、検出コイル18が発生する磁束が第１検出リン
グ13と第２検出リング14とを通過する状態で、入力軸３
から出力軸５へのトルク伝達により第１検出リング13と
第２検出リング14とが相対回転すると、その相対回転角
度に応じて歯16と歯17との対向部の面積が変化してイン
ピーダンスが変化し、その変化に応じて検出コイル18に
誘起される出力電圧が変化する。

この出力電圧が演算増幅器21に反転入力端子から入力
されて増幅され、前記操向補助用モータの駆動回路に入
力される。

また、第１検出リング13と第２検出リング14との間の
温度変化によるインピーダンスの変化によって検出コイ
ル18の出力電圧が変動すると、第２検出リング14と第３
検出リング15との間の温度変化によるインピーダンスの
変化によって温度補償コイル19の出力電圧が変化し、こ
の温度補償コイル19の出力が演算増幅器21に非反転入力
端子から入力されることにより、温度変化による出力電
圧の変動が防止される。

なお、検出コイル18からの出力電圧が一定値以下の場
合は、伝達トルクが小さく操向補助力を必要としないた
め、操向補助用モータの駆動がなされない不感帯とされ
ている。

そして、入力軸３と出力軸５とは、出力軸５の内周に
形成される係合部22と入力軸３の外周に形成される係合
部23とを介して嵌合されることにより、両軸3,5の相対
回転角度が一定値以内に規制されている。

すなわち、第３図、第４図に示すように、出力軸５に
はトーションバー４の挿入用貫通孔24が形成され、この
貫通孔24の径は下方に向かうに従い段階的に小さくなる
ものとされ、その上端の大径部25の下方に係合部22が形
成されている。この係合部22は、内周面が大径部25の内
周面と同一曲率の一対の対向する曲面部26と、この曲面
部26に連なる平面部27と、この平面部に連なると共に曲
面部26よりも曲率の大きい一対の対向する曲面部28とで
形成されている。また、曲面部28の曲率は、係合部22の
下方の小径部33の内周面の曲率よりも小さくされ、曲面
部26,28は出力軸５の同芯円上にあるものとされてい
る。

また、第５図乃至第７図に示すように、入力軸３の下
端は小径部29とされ、この小径部29の上方に係合部23が
形成されている。この係合部23は、一対の対向する曲面
部30と、この曲面部30に連なる平面部31で形成されてい
る。

そして、曲面部30の曲率は、曲面部26の曲率よりも大
きく曲面部28の曲率よりも小さくされている。また、平
面部31の間隔D1は平行に対向する平面部27の間隔D2より
も小さくされている。また、小径部29の径は小径部33の
径よりも小さくされている。また、曲面部30は入力軸３
の同芯円上にあるものとされている。

よって、入力軸３と出力軸５とを嵌合させると、第２
図に示すように、係合部22の平面部27と係合部23の平面
部31とが当接することにより、入力軸３と出力軸５との
相対回転角度が一定範囲内とされる。

そして、第１検出リング13は、出力軸５の大径部25の径
外位置において、出力軸５の外周に嵌合されている。

これにより、第１検出リング13に対し、両係合部22,2
3の係合位置は、出力軸５の軸方向内方とされ、径方向
に関し重合しないものとされている。

また、出力軸５の径方向の肉厚は、第１検出リング13
が嵌合される部分に比べ、両係合部22,23の係合位置に
おける方が大きくされている。

上記実施例の構成によれば、入力軸３から出力軸５に
トルクが伝達され、両係合部22,23が係合することによ
り出力軸５に変形しても、第１検出リング13は、両係合
部22,23の係合位置と径方向に関し重合しないため、第
１検出リング13の塑性変形量を従来のものより小さくで
きる。これにより、歯16と歯17との対向部の面積の変形
前後の変動による検出コイル18の出力電圧の変動を小さ
くでき、その出力電圧の中心値のずれを小さくし、伝達
トルクに対する検出トルクの差が許容範囲を超えるのを
防止できる。

本考案は上記実施例に限定されず、例えば以下に示す
実施例とすることもできる。

なお、以下の実施例の説明においては、上記実施例と
の相違点を説明し、同一部分は同一符号で示して説明は
省略する。

第８図及び第９図に示す実施例にあっては、第１検出
リング13が嵌合されている出力軸５の外周に、複数の切
欠34が形成されている。この切欠34は、両係合部22,23
の係合による出力軸５の変形量の最も大きくなる部分、
すなわち係合部22の平面部27の径外方位置４箇所に形成
されている。この切欠34により、出力軸５の変形により
第１検出リング13に生じる内部応力が小さくされ、第１
検出リング13の変形が小さくされる。

第10図及び第11図に示す実施例は、出力軸５に嵌合さ
れている第１検出リング13の内周に、複数の切欠35が形
成されている。この切欠35の位置や作用は第８図、第９
図の実施例と同様である。

第12図の実施例は、第10図、第11図の実施例と同様に
第１検出リング13の内周に切欠35を形成したものである
が、両係合部22,23の係合位置は、従来と同様に検出リ
ング13と径方向に関し重合する位置としている。

なお、第８図乃至第12図の実施例において、出力軸５
の外周と第１検出リング14の内周の双方に切欠を設ける
ようにしてもよい。

第13図に示す実施例では、第１検出リング13の軸方向
長さを長くすると共に第２検出リング14の軸方向長さを
短かくし、第１検出リング13と第２検出リング14との対
向端部を前記実施例に比べ出力軸５の軸方向外方に移動
させ、この移動に伴なって検出コイル18も軸方向移動さ
せたものである。

これにより、検出コイル18の出力変動に最も影響する
第１検出リング13と第２検出リング14との対向端部の位
置が、出力軸５から軸方向に離間し、出力軸５の変形に
よる第１検出リング13の変形の影響を小さくして検出コ
イル18の出力変動を小さくできる。

また、上記実施例では出力軸５に内周係合部を形成し
たが、入力軸３に内周係合部を形成し、出力軸５に外周
係合部を形成するようにしてもよい。

その他、各実施例を組み合わせることもできる。

第15図は比較例に係り、第16図の従来例との相違は、
第13図の実施例と同様に、検出リング106と検出リング1
05との対向端部を第16図のものよりも出力軸103から軸
方向に離間させた点にある。

以下の第１表に、本発明の実施例、比較例、従来例の
トルクセンサにおいて、静的ねじり試験を行なった場合
の比較結果を示す。

トルクの負荷は、まず入力軸を一方向に回転させて4k
gf.mを負荷し、次に他方向に回転させて4kgf.mを負荷
し、次に一方向に回転させて8kgf.mを負荷し、次に他方
向に回転させて8kgf.mを負荷し、同様にして4kgf.mずつ
負荷トルクを増加させて16kgf.mまで負荷し、しかる後
に負荷を解除する。

そして、トルクの負荷前に対する、トルクを負荷して
解除した後の、検出コイルの出力電圧の変化量Ｖ（％）
と、インピーダンスの変化量|Z|（％）とを測定した。
試料のうち最大変化したＡ−１−Ｌの変化量を100％と
し各試料の変化量を相対的に示した。

なお、第１表において、試料Ａは第16図構造の従来例
を、試料Ｂは第15図構造の比較例を、試料Ｃは第２図の
構造の実施例を、試料Ｄは第12図構造の実施例を示す。
また、Ｒは入力軸を右方に回転させてトルク負荷を開始
した場合の結果を、Ｌは入力軸を左方に回転させてトル
ク負荷を開始した場合の結果を示す。

上記試験結果から、従来例Ａに比べ、本実施例B,C,D
においては、両検出リングの歯の対向端部の面積変動を
表わすインピーダンスの変動が小さくなることから、出
力軸の変形による検出リングの変形が小さく、検出コイ
ルからの出力変動を小さくできることがわかる。

前記実施例では検出リングが一対の場合について説明
したが、本考案は複数対の検出リングを備えたトルクセ
ンサに適用できることは言うまでもない。

（考案の効果）本考案によるトルクセンサによれば、入力軸と出力軸
との各係合部を介する相対回転の規制により、内周係合
部の形成された一方の軸が変形しても、その軸に設けら
れる検出リングの変形を従来よりも小さくでき、その変
形による一対の検出リングの相対変位を小さくでき、セ
ンサ出力の中心値のずれが大きくなるのを防止でき、伝
達トルクと検出トルクの差が許容範囲を超えるといった
問題が生じるのを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第14図は本考案の実施例に係り、第１図はト
ルクセンサの断面図、第２図は要部の構造説明用断面
図、第３図は出力軸の平面図、第４図は出力軸の縦断面
図、第５図は入力軸の下端の正面図、第６図は入力軸の
底面図、第７図は入力軸の側面図、第８図は異なった実
施例に係る出力軸と検出リングの平面図、第９図は第８
図の出力軸に入力軸を嵌合させた状態での縦断面図、第
10図は異なった実施例に係る出力軸と検出リングの平断
面図、第11図は第10図の出力軸に入力軸を嵌合させた状
態での縦断面図、第12図及び第13図はそれぞれ異なった
実施例に係る出力軸と検出リングの縦断面図、第14図は
電気回路図、第15図は比較例に係るトルクセンサの部分
縦断面図、第16図は従来例に係るトルクセンサの部分縦
断面図である。３……入力軸、４……トーションバー、５……出力軸、
13……第１検出リング、14……第２検出リング、18……
検出コイル、22……内周係合部、23……外周係合部、3
4,35……切欠。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】入力軸と、この入力軸にトーションバーを
介し連結される出力軸と、入力軸と出力軸の各外周に設
けられる少なくとも一対の磁性体製検出リングと、両検
出リングを通過する磁束を発生する検出コイルとを備
え、両検出リングの相対回転に応じた検出コイルからの
出力変化によって、入力軸から出力軸に伝達されるトル
クが検知され、入力軸と出力軸とが、一方の内周と他方
の外周とに形成される係合部を介して嵌合されること
で、両軸の相対回転が一定範囲内に規制されるトルクセ
ンサにおいて、前記内周係合部が形成されている一方の
軸の検出リングに対し、両係合部の係合位置が径方向に
関し重合しないようにされていることを特徴とするトル
クセンサ。
【請求項２】入力軸と、この入力軸にトーションバーを
介し連結される出力軸と、入力軸と出力軸の各外周に設
けられる少なくとも一対の磁性体製検出リングと、両検
出リングを通過する磁束を発生する検出コイルとを備
え、両検出リングの相対回転に応じた検出コイルからの
出力変化によって、入力軸から出力軸に伝達されるトル
クが検知され、入力軸と出力軸とが、一方の内周と他方
の外周とに形成される係合部を介して嵌合されること
で、両軸の相対回転が一定範囲内に規制されるトルクセ
ンサにおいて、前記内周係合部が形成されている一方の
軸の外周と、この外周に取付けられる検出リングの内周
との少なくとも一方に、その一方の軸の変形による検出
リングの変形を小さくできるように、切欠が形成されて
いることを特徴とするトルクセンサ。