JPS61171665A - ラツクピニオン式ステアリングのトルク検出装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はラツクピニオン式ステアリングとそのトルク検
出装置に関し、より詳細に１両のラツクピニオン式ステ
アリングを電動あるいは油圧式の動力補助装置によりハ
ンドル操舵力を軽減するよう圧したパワーステアリング
システムにおいて、ハンドルに入力されたトルクを検出
して電気信号を発生して、動力補助装置制御のための情
報を提供するトルク検出装置の改良に関する。

（従来の技術） ハンドルの入力トルク検出手段としては入力軸に接着さ
れ友ストレインゲージエリスリップリングを介して電気
信号を取り出す方式やトーションバーのねじれ変位を検
知する方式等各種の方式が知られている。

上記従来のトルク検出手段の各種問題点を解決したトル
ク検出装置として、ラツクとピニオンの噛み会い部に隣
接するピニオン軸上、１７、−ｔ＊ＭＩ、ア１．オ、エ
ヶ、イ　　］ｉう揺動レバーの揺動変位をホール効果素
子や磁気抵抗素子によ２て電気信号変位を取り出す方法
が提案されている（実願昭５９−４６７００号）。その
揺動しバーは、一端においてラツクピニオン部を被うハ
ウジング内に挿入されて支点を形成し又その他端はラツ
クとピニオンの噛み合い方向へとピニオン軸に石って延
びた後、噛み合い部付近で両側よりコイルばね付勢され
て中立位置へ保持されている。前記支点と反対方向に向
う揺動レバー上にはハウジング上のホール効果素子部材
に対向するように磁石が固定されている。

以上の構成によって、上記トルク検出装置はピニオン軸
の変位による揺動レバーの揺動変位をホール効果素子部
材中に発生する電圧変化として出力することが出来る。

（発明が解決しようとする問題点） この工うな揺動レバーの揺動変位をホール効果素子部材
中に電圧変化として得る方式のトルク検出装置において
、解決が望まれる問題点として以下のものがある。

１）構造が複雑 即ち揺動レバーの一端をコイルバネで付勢する構成はコ
イルバネを作用させるための構造が複雑で部品点数が多
く、寸法、重量、コスト面で不利である ２）トルク検出精度が悪い （ａ）　　構造が複雑で多くの部品の組合せのため、ガ
タがでやすく、コイルバネのセットには調整が必要であ
り調整は困難な作業となっている （ｂ）　　マサツ摺動部が多く、マサツ損失に工り、ト
ルク検出特性上でヒステリシス損失が大きい （Ｃ）　　揺動レバーの各支点が一直線上にない定めピ
ニオン軸が変位するとき揺動レバーに回転モーメントが
発生して揺動レバーがこぢれ磁石の変位がコイルバネの
之わみ（入力トルクに比例）に比例しない。

本発明は上述したごとき問題点を解決したトルク検出装
置を提供することを目的としている。即ち、本発明は従
来のトルク検出器に対してより安価で構造が簡略であり
々からより高精度のトルク検出を可能にしたトルク検出
装置を提供することを目的としている。

Ｃ問題点を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するためラツクピニオン装置
を以下のような構成としている。

即ち、車両の操舵入力を受入れるピニオン軸と噛合う噛
合部によって交差して延びるラツク軸と： 該ラツク軸を軸方向に変位可能に支持し、ピニオン軸を
回動自在に、かつ軸に直角方向に所定量変位可能に支持
するハウジングと；ピニオン軸の噛合部をはさんだ一方
の側の軸部に相対回動自在に装着され、少なく共一端部
がハウジングに係合保持されて、ピニオン軸の直角方向
への変位時に弾性的に曲がり変形して、変位に対応する
力をピニオン軸とその噛合部を介してラツク軸に付与す
る変位部材と； 少なく共一端部がハウジングに係合保持され、他端部又
は一部がピニオン軸の噛合部の他方の側の軸部に係合し
て、ピニオン軸の直角方向への変位時に弾性的に曲がり
変形して、変位に対応する力をピニオン軸のその噛合部
を介して前記変位部材と共にラツク軸に付与するバラン
ス部材と； 前記変位部材に載置され、変位部材の変位と共に変位す
るトルク検出部と； 該トルク検出部に対向して、ハウジングに固設され変位
するトルク検出部との相対的な変位を対応する電気信号
に変換して出力するトルク信号出力部と； を含む構成である。

（作動） 以上の構成のラツクピニオン装置において、ピニオン軸
に回転トルクが入力されると、そｎＫやい１．オ、、ゆ
７、つ、ツケ、□ッ、１・位する。この時、変位手段は
たわみ変形し磁石部材を変位させるのでその磁場が変位
し、トルク信号出力部内圧変位に応じた電気的信号が得
られる。

（実施例） 以下、添付の図面に従い、本発明の実施例について説明
する。

第１図乃至第３図は本発明の第１実施例を示している。

ピニオン軸１ｔｊ一部外周回りにピニオンギヤ１ａ’ｔ
−有し、その一端（第１図右端）は図示なきユニバーサ
ルジヨイント及びハンドル軸を経てハンドルに連結され
ている。ピニオン軸１はハウジング３内に延び入り、ピ
ニオンギヤ１ａの両側で玉軸受９及び１（ｌ介してハウ
ジング３に回動自在に支承されている。

玉軸受９，１０は第２図に示すように、ハウジング３内
に設けられ定長孔内で、左右に隙ｃｌもって配置されて
いる。従ってピニオン軸１は玉軸受９，１０とともにハ
ウジング３の長孔内で左右に変位できる。玉軸受１ｏの
外側はシール１１で密封される一方玉軸受９の外側はナ
ツト８により固定されている。ピニオン軸１の先端はハ
ウジング３にナツト７により固定されるカバー６により
被われている。

一方、ピニオン軸ＩＫ交差して延びるラツク軸２は、ピ
ニオンギヤ１ａＫ対応してラツクギヤ２ａをその一部に
有して、ピニオンギヤ１ａと噛合っている。ラツク軸２
の両端はハウジング３工り延び出して、それぞれ図示な
きボールジヨイント、ナックルアーム等を介して操向車
輪に連結されている。ピニオンギヤ１ａとラツクギヤ２
ａとの噛合いは、この噛合い部をラツク背面より支持す
るプレッシャーパッド１２によって保持されている。

プレッシャーパッド１２はハウジング３内に位置調整可
能に螺合する蓋部材１４との間に配設されるコイルばね
１３に工り付勢されているので、ピニオンギヤ１ａとラ
ツクギヤ２ａの噛合いに対し適当な噛合い予圧を与えて
いる。蓋部材１４はロックナツト２１によりハウジング
３に固定されている。

ハウジング３に内設されるピニオン軸１の玉軸受１０と
ピニオンギヤ１ａとの間において、ばね部材１８がスＩ
Ｊ−ブ１９ｔ−介してピニオン軸１上に嵌着されている
。第１図及び第３図に示される工うに、ばね部材１８は
ピニオン軸１を被う嵌着部エリー直線上に雨林側へと延
び出しその両端はピボット支点部１８ａ、１８ｂで終っ
ている。ピボット支点部ｌＢａ１１８ｔ）は１１ウジン
グ３又はｌＸウジング３にボルト５によって取り付けら
れているカバー４に設けられた受は部１６内に挿入され
ている。両ピボ゛ノド支点部ＩＢａ、１８ｔ）はハウジ
ングに保持されている定めピニオン軸１が第３図上左右
へ変位する時、ばね部材１８は両ピボット支点部１８ａ
ｓ１８ｂ間で変形する。

ばね部材１Ｂ上にはピニオンギヤ１ａ方向へと延び出す
磁石ホＪレダｚＯカ；ボルト２９によって固定されてお
り、磁石ホルダ２０の縦壁土に２つの磁石２１カニ保持
されている。磁石２１の背面には温度補償用のホール効
果素子部材２２が固定されている。一方、磁石２１を保
持する磁石ホルダ２０の縦壁に対面して取付板２３がハ
ウジング内面３ａにボルト１７によって固定されている
。取付板２３には４つのスペーサ２４を介して回路基盤
２５がボルト３０により取り付けられている。

回路基盤２５上には回路構成部品２６の外圧磁石２１に
対向してホール効果素子部材２７が固定されている。

ホール効果素子部材２７を含む回路は、車両の他の部位
に設けられている動力補助手段制御回路に接続されてい
る。

ピニオンギヤ１ａと玉軸受９との間にはバランス部材２
８がスリーブ１９を介してピニオン軸１上に嵌着されて
いる。バランス部材２８ｔ−１ｔイゎお□１８□６カ、
。−うよアあ　　　（す、ピボット支点部２８ａ及びｚ
ｓｂｔ−一直線上忙有している。ピボット支点部２８ａ
及び２８ｂはハウジング３及びカバー４に設けられた受
は部１６内に挿入されて揺動支点となる。

ピニオンギヤ１ａｔ挾んで両側にばね部材１８とバラン
ス部材２８とを対称に配置する構成としているので、ピ
ニオン軸１がラツク軸ｚ上をラツク軸に石って正しく転
がり変位することが可能となっている。即ち、ばね部材
１８のたわみ時に発生するモーメントをバランス部材２
８のたわみによるモーメントによって補償しているので
、ピニオンギヤ１ａとラツクギヤ２ａの噛合部がこじら
れることがない。

以上の構成を有する第１実施例のトルク検出器付ラツク
ピニオン式ステアリングの作動について説明する。

運転者がハンドルを任意の方向へ回動すると、これに連
動してピニオン軸１も回動して、噛み合っているラツク
軸２を直線変位させる。

この時、操向車輪に負荷がなければピニオン軸１はハウ
ジング３内の長孔の中心部（即ち中立位置）で回動する
のみでラツク軸２に沿って変位することはない。操向車
輪に負荷がある場合には、先ず、ピニオン軸ＩＦｉラツ
ク軸２に沿って操舵方向に変位する。ピニオン軸１の変
位に応じて、ばね部材１８及びバランス部材２８とは両
端のピボット支点部を支点としてたわんで、ピニオン軸
１の変位に対し抵抗を与える。

この時のばね部材１Ｂの定わみによる変位は、ばね部材
１８のほぼ中間位置に設置されている磁石２１を共に変
位させるので、対向してハウジング３上に固定されてい
るホール効果素子部材２７に適当な電圧を付与しておけ
ば磁石の変位量に応じｔ１即ち入力トルクに対応した出
力電圧を得ることができる。

ばね部材１８及びバランス部材２８のたわみによってピ
ニオン軸１に付与される抵抗はラツク軸２に付与される
。この力がラツク軸２上の負荷に打ち勝つと、ラツク軸
２ｔ／ｉピニオン軸１０転がり方向とは逆に変位し始め
る。

各力のバランスが得られると、ピニオン軸１はそれ以上
変位せず、ばね部材１８、バランス部材２８もそれ以上
変位しない。従って、ばね部材１Ｂ及びバランス部材２
８のたわみ変位は、ラツク軸２の負荷に対抗して付与さ
れるピニオン軸１への入力トルクに対応したものである
。

こうして得られｔ入力トルクに応じた電圧変位は、例え
ばラツク軸２の一部に係合している動力補助装置（電動
式又は油圧式のいずれでも良い）を制御する制御回路へ
と伝えられる。制御回路は他の情報を加味して入力トル
クに応じてラツク軸２を動力補助するよう動力補助装置
を駆動させる。

ピニオン軸１に過大な力が付与され定場合、ピニオン軸
１はハウジング３の長孔端部に当接して、それ以上の変
位は阻げられるので、ばね部材１８やバランス部材２８
等の部材に過大な負荷がかかることはない。

次に第４図に示される本発明の第２実施例について説明
する。同様の部品には同一の符号を付して説明を省略し
、相違点についてのみ詳述する。

第２実施例の第１実施例との相違点は、バランス部材４
０のみであり、その他の構成は同一である。バランス部
材４０はピニオン軸１の先端に穿けられた開口内に挿入
され、挿入端を圧入してピニオン軸１と一体的に保持さ
れている。バランス部材４０の他端はピニオン軸１の開
口より延び出しており、その先端はピボット支点部４０
ａｌ構成してカバー６に設けられ友受は部６ａ内に保持
されている。第１実施例の場合と同様にバランス部材４
Ｇもま之、ピニオン軸１の変位に対したわみ変形して、
抵抗を与えるとともに、ばね部材１８のたわみ罠バラン
スを与える作用を果す。その他の構成及びその作動につ
いては第　　　　　　１１実施例と同様なので省略する
。

第５図及び第６図は本発明の第３実施例を示している。

第３実施例は第２実施例のばね部材に修正を加えたもの
で、それに伴い、変位検出部の位置も変更されている。

相違点についてのみ詳述する。

ばね部材はピニオン軸１に嵌着される変位部６４とハウ
ジング３に固定されるばね部６５により構成されている
。

変位部６４は、その一端がピニオン軸１への嵌着部より
下方へ延び出し先端にピボット支点６４ｂｔ−有してハ
ウジング３の受は部１６に挿入され、一方、他端は嵌着
部エリ上方へと延び出して縦壁を形成している。この変
位部６４の縦壁へ向けてハウジング３の縦壁に植設固定
されたばね部６５が延び、その先端のピボット支点部６
５ａが縦壁に設けられた孔内に挿入されている。従って
、ピニオン軸１がハウジング３の長孔内を変位する時変
位部６４はピボット支点部６４ａｌ支点として揺動でき
一方、ばね部６５は変位部６４の変位に従いピボット支
点部６５ａ’を支点として揺動できる。このように変位
部６４とばね部６５を組み合わせた構造のばね部材に工
っでも、前述のばね部材と同様にピニオン軸１の変位に
応答し九たわみ変位を得ることが可能である。

複合型のばね部材の変位を電気信号として得るｔめ、以
下のように検知部を構成している。

まず、磁石ホルダ６６を変位部６４の縦壁に直角に延び
るようにボルト６９に工り縦壁上に固定する。磁石ホル
ダ６６には第５図にて上向きに磁石６７が固定され、そ
の背部に温度補償用ホール効果素子部材６８が固定され
ている。磁石ホルダ６６に対向して回路基盤７０がハウ
ジング３上にボルト７３ＫＪ：ｐ固定されており、この
回路基盤上に磁石に対向してホール効果素子部材７２が
固定されて、ばね部材の変位即ち磁石６７の変位を電圧
変位として検知する。これらの検知部を被ってカバー７
４がハウジング３にボルト７５によって固定されている
。

その他の構造や作動については前述の実施例と同様なの
で省略する。

容易に判るように、第１実施例のバランス部材２８を第
３実施例に示す複合型のばね部材と同様の構成とするこ
とも可能である。

以上に述べた実施例においては、磁石に対向してホール
効果素子部材を配置して電圧変位を得友が、同様の効果
が得られる磁気抵抗素子部材等を対向配置しても良い。

又、ピニオン軸のハウジングに対するピニオン軸に直角
方向への変位を許容し又過大入力を阻止するｔめのハウ
ジング内の長孔はだ円、長円、矩形、その他任意の開口
形状で良い。

（発明の効果） 以上述べた本発明によるトルク検出装置はトルクに対応
して変位する変位部材と、該変位部材に対応してラツク
軸に変位に対応する力を付与するバランス部材と金、そ
れぞれピニオン軸の噛合部の両側に配設し、ピニオン軸
を軸に直角方向へ変位可能に保持するハウジングと、ピ
ニオン軸の回動時にトルクに対応して弾性的に曲り変形
する変位部材にトルク検出部を載置し、トルク検出部と
相対変位するハウジングに固定されｔトルク信号出力部
とを設ける構成とし、ピニオン軸の回動トルクに対応す
るトルクを電気信号として出力し得るように形成し友の
で、構造が比較的簡素であり組合せる部品数が少ないの
で各部のガタによる誤差要素が少なく確実に作動する効
果があり、安価であり調整も楽に出来る。

又構成に摩擦摺動部が少ないのでトルク検出の特性上ヒ
ステリシス損失が少なくなり、正確なトルク測定が可能
であり、変位部材、バランス部材の各支点が同一直線上
にあるのでモーメントをうけることなく、こじれ作動に
よる不正確な測定を行うことなく信頼度が高“°　　　
　　　　　　　　　　　　　１

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図は第１図
及び第４図のＡ−Ａ線に沿う断面図、第３図は第１図及
び第４図のＢ−Ｂ線に沿う断面図、第４図は本発明の第
２実施例の断面図、第５図は本発明の第３実施例の断面
図、第６図は第５図のＣ−Ｃ線に石う断面図である。 （主要部分の符号の説明） ピニオン軸・・・１ ラツク軸・・・２ ばね部材・・・１８ バランス部材・・・２８ 磁石・・・２１ ホール効果素子部材・・・２７ ハウジング・・・３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　車両の操舵入力を受入れるピニオン軸と噛合う噛合
   部によつて交差して延びるラツ ク軸と； 該ラツク軸を軸方向に変位可能に支持し、 ピニオン軸を回動自在に、かつ軸に直角方 向に所定量変位可能に支持するハウジング と； ピニオン軸の噛合部をはさんだ一方の側 の軸部に相対回動自在に装着され、少なく 共一端部がハウジングに係合保持されて、 ピニオン軸の直角方向への変位時に弾性的 に曲がり変形して、変位に対応する力をピ ニオン軸とその噛合部を介して、ラツク軸 に付与する変位部材と； 少なく共一端部がハウジングに係合保持 され、他端部又は一部がピニオン軸の噛合 部の他方の側の軸部に係合して、ピニオン 軸の直角方向への変位時に弾性的に曲がり 変形して、変位に対応する力をピニオン軸 の前記噛合部を介して前記変位部材と共に ラツク軸に付与するバランス部材と； 前記変位部材に載置され、変位部材の変 位と共に変位するトルク検出部と； 該トルク検出部に対向して、ハウジング に固設され変位するトルク検出部との相対 的な変位を対応する電気信号に変換して出 力するトルク信号出力部と； を有して成るラツクピニオン式ステアリン グのトルク検出装置。 ２　変位部材およびバランス部材が、それぞれ、両端部
   をハウジング内にピボツト支持 されピニオンをはさんで装着されたばね部 材であり、いずれか一方の部材にトルク検 出部が載置されて変位部材を形成し、他方 がバランス部材を形成した特許請求の範囲 第１項記載のラツクピニオン式ステアリン クのトルク検出装置。 ３　バランス部材は、一端部がハウジングに固定された
   蓋部材にピボツト支持され、他 端部がピニオン軸の端面に設けた円筒孔の 奥の一部に嵌着されている特許請求の範囲 第１項記載のラツクピニオン式ステアリン グのトルク検出装置。 ４　変位部材の他端部に、一端がハウジングに固定され
   た弾性部材の他端がピボツト支 持されており、前記弾性部材にトルク検出 部が載置された特許請求の範囲第３項記載 のラツクピニオン式ステアリングのトルク 検出装置。 ５　トルク検出部が磁石であり、トルク信号出力部がホ
   ール素子又は磁気抵抗素子であ る特許請求の範囲第１項記載のラツクピニ オン式ステアリングのトルク検出装置。