JP2002502961A

JP2002502961A - トルクセンサおよびそれを備えるステアリングコラム

Info

Publication number: JP2002502961A
Application number: JP2000530767A
Authority: JP
Inventors: ニコ、クリストフ
Original assignee: Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
Current assignee: NTN SNR Roulements SA
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2002-01-29
Also published as: WO1999040402A1; FR2774470A1; EP1053456B1; FR2774470B1; EP1053456A1; DE69922168T2; US6427542B1; BR9909750A; DE69922168D1

Abstract

(57)【要約】本発明は、２つの外側リング（１４ａ，１４ｂ）と測定すべきトルクが与えられるコラム（２）に回転結合された１つの内側リング（１５）と含む組立体から成るトルクセンサに関し、弾性変形可能な手段が内側リング（１５）を外側リング（１４ｂ）に連結し、他方の外側リングは実質的に応力を受けず、センサは、少なくとも１つのホール効果センサ（９）などの微小移動を測定するための手段を含んでいる。本発明は、そのようなトルクセンサを備えた操舵装置、たとえばパワーステアリング装置にも関する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、たとえば車両内の動力援助式ステアリング装置において使用可能な
トルクセンサの技術分野に関する。

【０００２】そのようなサーボステアリングまたは動力援助式ステアリングは、使用される
エネルギーの種類に応じて、空気圧式、油圧式、水圧式または電気油圧式といっ
た従来の様々なタイプのものであり得る。

【０００３】サーボステアリング装置は従来より、車両の操舵装置に連結して取り付けられ
たトルクセンサまたはトルク計を含んでいる。このトルク計は、従来は車両用操舵装置上のステアリングホイールによって、
運転手によって与えられたステアリングトルクを示す信号を発生する。

【０００４】センサの出力信号は、従来はステアリング補助コンピュータに送られ、該コン
ピュータでは、電気サーボステアリングの場合にはたとえば電気モータを作動さ
せることにより、上記補助を開始させる。

【０００５】大多数のトルク計は、２本の半軸を連結するトーションバーを含んでいる。寄
生屈曲力を防ぐためのガイドが設けられている。ヤング率がＥ、ポアソン比がμである材料から製造された円形断面を有した中
実の円筒形バー上に印加された純粋なねじりトルクは、等方性線形弾性において
、下記の式に等しい。

【０００６】

【数１】ただし式中、ｄはバーの直径であり、Ｌはバーの長さであり、Ｏはねじり角であ
る。

【０００７】したがって、ステアリングコラム中に断面を縮小した領域を形成することによ
り、トルクの測定に用いられるこの領域においてねじりによる変形を集中させる
ことが可能になる。

【０００８】サーボステアリングのためのトーションバートルク計の例は、本出願人による
ＷＯ−９７０８５２７、ＥＰ−４５３３４４、ＥＰ−３２５５１７、Ｆ
Ｒ−２７３８３３９、ならびに、以下の番号で公開された日本国特許出願、
ＪＰ−５０７７７４３、ＪＰ−５７１９８１７１、ＪＰ−５９０７
５８６４、ＪＰ−５７０８７７６２、ＪＰ−５９１１８５７７
、ＪＰ−６１１４６７４、ＪＰ−６２１３４３７１、ＪＰ−６２０
９４４７０、ＪＰ−６３２９０３７、ＪＰ−６３０９３６７３、
ＪＰ−３０７９４７３、以下の番号で公開された欧州特許、ＥＰ−３６９
３１１、ＥＰ−３９６８９５、ＥＰ−４１８７６３、ＥＰ−５１５０５２
、ＥＰ−５５５９８７、ＥＰ−５６２４２６、ＥＰ−５６６１６８、ＥＰ
−５６６６１９、ＥＰ−６５２４２４、ＥＰ−６３８７９１、ＥＰ−６７
３８２８、ＥＰ−６８１９５５、ＥＰ−７２８６５３、ＥＰ−７３８６
４７、ＥＰ−７６５７９５、ＥＰ−７３８６４８、ＥＰ−７７０５３９、
ＥＰ−８０２１０７、以下の番号で公開されたＰＣＴ国際特許出願、ＷＯ−８
７／０２３１９、ＷＯ−９２／２０５６０、ＷＯ−９５／１９５５７、Ｗ
Ｏ−９６／０６３３０、フランス、英国および米国において以下の番号で公開
された特許出願、ＧＢ−２３０６６４１、ＦＲ−２７０５４５５、ＵＳ
−４８７４０５３、ＵＳ−４９０７６６８、ＵＳ−４９８４４７４
、ＵＳ−５１２３２７９、ＵＳ−５３９４７６０、ＵＳ−５５１５
７３６、ＵＳ−５５７８７６７、ＵＳ−５５８５５７３、ＵＳ−５６
１６８４９、ＵＳ−５６４１９１６に記載されている。

【０００９】回転軸上のトルクの主な測定方法は、トーションバーを含んでいるか否かに関
わらず、以下の通りである。すなわち、電磁的現象に基づく方法、光学的方法、
電気的方法。

【００１０】磁気的方法は、磁気ひずみおよびホール効果を利用する。磁気ひずみとは、強磁性固体の磁化の変化を伴う可逆性機械的変形を意味する
。この現象は可逆的である。すなわち、磁界中に配置された強磁性体に与えられ
る変形が、磁化の変化をもたらす（可逆的磁気ひずみ）。

【００１１】ホール効果とは、従来より電流密度ベクトルに垂直な磁気誘導場に配置された
導体または半導体内における、電流密度ベクトルに垂直な電界の発生を意味する
。

【００１２】磁気ひずみを利用するトルク計の例は、ＥＰ−６５１２３９、ＥＰ−５０２
７２２、ＥＰ−２８８０４９、ＵＳ−４７７４４６４、ＵＳ−５４５
０７６１、ＵＳ−４９３３５８０、ＵＳ−４９３９４３５、ＵＳ−３
５４８６４９、ＵＳ−３５８７３０５に記載されている。

【００１３】ホール効果を利用するセンサは、特にＦＲ−２７３７０１０およびＦＲ−
２６８９６３３の中に見ることができる。トルクの光学的測定方法は、干渉現象または光学密度の測定が必ず関係してい
る。たとえば以下の文献が参照される。ＥＰ−５５５９８７、ＵＳ−５４９
０４５０、ＵＳ−４６７６９２５、ＵＳ−４４３３５８５、ＵＳ−５
００１９３７、ＵＳ−４５２５０６８、ＵＳ−４９３９３６８、Ｕ
Ｓ−４４３２２３９、ＦＲ−２７３５２３２、ＦＲ−２７３５２３
３、ＷＯ−９５／１９５５７。

【００１４】トルクの電気的測定方法は、容量測定またはねじり軸の周囲に取り付けられた
２つの磁気コーダの位相差の測定に必ず関係している。文献ＦＲ−２７２４０１８は、伸びを測定するためのゲージを備えた装置
を有するトルクセンサに関するものである。このゲージ装置は、トルクの作用下
において機械的張力がかけられる測定体上に配設されている。

【００１５】文献ＥＰ４４２０９１は、機械の回転または固定要素の回転角またはトル
クを測定するための装置について記載しており、この装置は多数の測定要素に連
結されたスポークを有するホイールの形態のねじり要素を有し、このスポークホ
イールの少なくとも１つのスポークは、他のスポークが所定の屈曲量だけ変位す
る間に該スポークの一部が互いに圧接されるように切断されている。この測定要
素はうず電流を使用する。

【００１６】本発明は、たとえば車両動力援助式ステアリング装置内において使用可能であ
り、電磁的干渉および寄生力の影響を受けないトルクセンサまたはトルク計に関
し、センサは高い慣性を有してより剛直であり、単一部品から成り、コストが低
くかつ小さな寸法を有する。

【００１７】この目的のために、本発明は第１の態様に従えば、一定の剛性を有する組立体
から成るトルクセンサに関し、該トルクセンサは、第１の変形可能外側リングと
、変形可能外側リングと間隔をおいて配置される、実質的に応力を受けない第２
の外側リングと、測定すべきトルクが与えられるコラムに回転結合されている内
側リングとを含み、変形可能外側リングは測定すべきトルクをコラムに与える手
段に堅固に固定可能であり、変形可能外側リングは少なくとも１つの弾性変形可
能な手段によって内側リングに連結されており、実質的に応力を受けない外側リ
ングは、少なくとも１つの実質的に応力を受けない手段によって内側リングに連
結されており、センサは、コラムにトルクが与えられたときに、実質的に応力を
受けない外側リングに対する変形可能外側リングの微小相対移動を測定する手段
を含む。

【００１８】１実施形態において、第１の変形可能外側リングと内側リングとを連結する弾
性変形可能な手段は、内側リングから変形可能外側リングにかけて径方向に延び
るビームである。

【００１９】第２の実質的に応力を受けない外側リングと内側リングとを連結する、実質的
に応力を受けない手段は、内側リングから第２の実質的に応力を受けない外側リ
ングにかけて径方向に延びるビームである。

【００２０】別の実施形態において、変形可能外側リングを内側リングに連結する弾性変形
可能な手段は、ねじりによって変形可能なチューブである。特定の実施形態において、第１の変形可能外側リングと内側リングとを連結す
る弾性変形可能な手段は、少なくとも１つの屈曲部を含むコイルの形態をとる。

【００２１】第２の実質的に応力を受けない外側リングに対する第１の変形可能外側リング
の微小相対移動を測定する手段は、光学検出器、電磁検出器、容量式検出器およ
び均等物から成る群より選択される。

【００２２】第２の態様に従えば、本発明は上記のような少なくとも１つのトルクセンサま
たはトルク計を含む車両用操舵装置に関する。１実施形態において、センサはステアリングホイールに装着されたハブを形成
する。

【００２３】別の実施形態において、センサはステアリングホイール上にハブを形成し、後
者との一体物として製造される。本装置はステアリング動力援助手段を含み、前記手段の起動はセンサから送出
され電子回路によって処理される信号の値に相関している。

【００２４】１つの特徴によれば、操舵装置は電子回路をコンピュータに電気的に連結する
ための回転コネクタを有しており、前記電子回路はセンサの前面に固定されてお
り、その一体部分を構成している。

【００２５】本発明の他の目的および利点は、以下の実施形態の説明においてより詳細に記
載されるが、実施形態の説明は添付の図面を参照してなされる。まず図１を参照する。図１の拡大斜視図に概略的に描かれている操舵装置１は、車両、たとえば自動
車に実装することを想定したものである。

【００２６】この装置１はステアリングコラム２を含む。このコラム２は、必要であれば伸
縮式にすることもできるし、および／または車体および運転手に対して様々な角
度で傾斜させることもできる。

【００２７】ステアリングホイール下方の制御組立体３は、操舵装置１に連結されている。ステアリングホイール下方の制御組立体３は、貫通孔３ｂを有する中央ブロッ
ク３ａを含み、該貫通孔３ｂは組立体３がコラム２の伝導軸の端部２ａに嵌合さ
れ得るような直径を有している。

【００２８】図示した実施形態において、端部２ａは実質的に円形の横断面を有し、貫通孔
３ｂもまたその横断面、すなわち操舵装置１の主軸Ｄに垂直な断面が円形である
。

【００２９】操舵装置１は、２本のバー４ｂ，４ｃと中央貫通孔４ａとを備える回転コネク
タ４を含む。図示した実施形態において、バー４ｂ，４ｃは主軸Ｄに対してほぼ平行に配設
されており、平行六面体の形状を有している。

【００３０】バー４ｃはコネクタ４の後方横断面４ｄから突出しており、バー４ｂはコネク
タ４の前方横断面４ｅから突出している。バー４ｃは、ステアリングホイール下方の制御組立体３の中央ブロック３ａに
設けられた溝３ｃ内に保持されるように設計されている。

【００３１】操舵装置１はトルク計を含み、該トルク計の検知要素はステアリングホイール
５のハブ７に一体化されている。適用可能な場合には、図１に示されるように、ステアリングホイール５はその
中央部に充気可能なエアバッグボックス６を有する。

【００３２】この場合、回転コネクタ４は、充気可能なエアバックボックス６との間の連結
ならびにサーボステアリングトルク計の電子回路８と動力援助手段（電気モータ
、油圧式回路制御装置など）との間の連結の両方を行う。

【００３３】他の実施形態において、操舵装置１は充気可能なエアバッグボックスを有しな
い。ステアリングホイール５は、リム１３とフレーム１２とを有する。図示した実施形態において、フレーム１２は、４本の傾斜アーム１２ｃによっ
てリム１３に連結された横断アーチ１２ａの形態をとる。

【００３４】横断アーチ１２ａは貫通孔１２ｂを有し、図１に示した実施形態においては、
該貫通孔１２ｂにハブ７をステアリングホイール５上に固定するためのスクリュ
１１を通過させる。

【００３５】ここで図３以下を参照してハブ７について説明する。ハブ７の第１の実施形態について、図３〜９を参照してより詳細に説明する。第１の実施形態において、ハブ１０は屈曲検知要素を有している。ハブ７は、円筒形の内側リング１５と、屈曲によって変形可能な弾性ビーム１
８ａおよび非変形ビーム１９によって内側リング１５に連結された２つの外側リ
ング１４ａ，１４ｂとを有している。

【００３６】より精密には、貫通孔２１を通るスクリュ１１によってステアリングホイール
５のハブ７に固定された後方外側リング１４ａが、屈曲によって変形可能な弾性
ビーム１８ａによって内側リング１５に連結されている。

【００３７】外側リング１４ａ，１４ｂはほぼ同軸上にあり、同一の平均径を有する。図示した実施形態において、４本の変形可能ビーム１８ａが、主軸Ｄに対して
垂直に、かつ均等に配置されている。図示されていない他の実施形態において、これらのビームは２本、３本または
４本以上設けられる。

【００３８】前方外側リング１４ｂは、非変形ラジアルビーム１９によって内側リング１５
に連結されている。図示した実施形態において、屈曲によって弾性変形可能なビーム１８ａと同数
の非変形ビーム１９が設けられ、これらのビーム１８ａ、１９は主軸Ｄに垂直な
２つの放射平面上に実質的に配置されている。

【００３９】図示されていない他の実施形態において、ビーム１９は２本、３本または４本
より多い数にて設けられるが、ビーム１８ａの数は４である。図示されていないいくつかの実施形態においては、ビーム１８ａの数は４以外
でありかつ、ビーム１９の数とは異なる数である。

【００４０】図示されていない他の実施形態において、弾性変形可能なビーム１８ａは互い
に等間隔ではない。図示されていないいくつかの実施形態において、ビーム１９は実質的に応力を
受けず、互いに等間隔ではない。

【００４１】図示されていない他の実施形態において、ビーム１８ａの数がビーム１９の数
に等しく、その数は４以外である。ビーム１８ａおよび１９は、図示されるように、共通の放射平面上に、互いが
鉛直方向にほぼ一直線上に並ぶように配置されている。

【００４２】図示されていない他の実施形態において、ビーム１９はビーム１８ａの放射平
面に対してオフセットした放射平面上に配置される。さらに他の実施形態において、外側リング１４ｂは環状ウェブによって内側リ
ング１５に連結される。

【００４３】ハブ７の変形可能外側リング１４ａは、ステアリングホイール５のアーチ１２
ａに堅固に連結され、スクリュ１１は、外側リング１４ａの固定用突耳２５に設
けられた孔２１に達するように、アーチ内の孔１２ｂを通過する。

【００４４】変形として、図５に示されるように、検知要素７を有するハブは、ステアリン
グホイール５のアーチ１２ａとの一体物、たとえばアーチ１２ａとの一体物とし
て構成するか、あるいは任意の適切な手段によってアーチ１２ａに溶接すること
もできる。

【００４５】同時に、スクリュ１０は、ステアリングホイール下方の制御組立体３、回転コ
ネクタ４、ハブ７がステアリングホイール５のアーチ１２ａとステアリングコラ
ム２との間に、該コラム２の伝導軸の端部２ａと同一の長さに亘って介在された
状態で、ステアリングホイール５をコラム２に固定する。

【００４６】電子回路８は、たとえば接着剤によってビーム１９に接合するか、あるいは外
側リング１４ｂを内側リング１５に連結するウェブによって、ハブの前面に装着
される。

【００４７】運転手がステアリングホイール５のリム１３に力を加えると、ステアリングホ
イール５に固定された後方外側リング１４ａがビーム１８ａの屈曲変形を引き起
こし、この変形が大きいほど、コラム上への負荷モーメントは高くなる。

【００４８】前方外側リング１４ｂについては、実質的に応力を受けないままである。した
がって、その位置は後方外側リング１４ａの移動を測定するための参照基準の役
割を果たす。

【００４９】前方外側リング１４ｂは、数ミクロンから最大で数百ミクロンのオーダーで微
小移動を測定することのできるセンサ９を保持している。図示した実施形態においては、これらのセンサ９の数は２であり、前方リング
１４ａと同一線上に配される後方リング１４ｂ内に設けられたハウジング２０内
に配置されている。

【００５０】これらのセンサ９は、光学、容量、電磁、磁気抵抗などの任意の適切な方式の
センサとすることができる。１つの実施形態において、上記センサはホール効果センサである。他の実施形態において、これらのセンサは磁気抵抗（ＭＲ）または巨大磁気抵
抗（ＧＭＲ）プローブである。

【００５１】微小の変位を測定するためには単一のホール効果センサ９だけでも十分ではあ
るが、信頼性の観点から冗長度を生み出すために多数のプローブを測定空隙１７
内に設けることもできる。

【００５２】各ホール効果センサはそれぞれに付随する電子回路を有していてもよい。２個、３個または４個の異なるプローブから送られる信号を比較または組み合
わせることによって、どのプローブのどんなエラーも検出することができ、トル
ク計に優れた信頼性を与える。

【００５３】ここで図１０を参照してハブ７の第２の実施形態について説明する。図１０に示されたハブ７は、前述したように、変形可能外側リング１４ａと、
応力を受けない外側リング１４ｂと、内側リング１５と、リング１４ａを内側リ
ング１５に連結する変形可能なビーム１８ａと、リング１４ｂを内側リング１５
に連結する非変形ビーム１９とを有する。

【００５４】図１０に示した実施形態において、ハブは４つのビーム１８ｃを有し、該ビー
ム１８ｃの断面は該ビームの脚部３０から頭部３１にかけて変化する。他の実施形態において、検知要素は、脚部から頭部にかけて断面が変化する１
本、２本、３本または４本よりも多いビームを有している。

【００５５】この変化は規則的であってもなくてもよい。この変化は、ビームの幅の変化および／またはビームの厚みの変化に関係付け
ることができる。ビームの厚みｈは、装置の主軸Ｄを中心とする円に対して接線方向に測定され
る。

【００５６】図１０に示した実施形態において、この厚みｈはほぼ直線的に変化している。図示されていない他の実施形態において、この厚みｈは、装置の軸Ｄから遠ざ
けて外側リング１４ａの方に移動させる場合、連続的または非連続的に多項対数
様に変化する。

【００５７】方向Ｄにおいて測定したビーム１８ａの幅は、図１０において考慮した実施形
態においてはほぼ一定である。図示されていない他の実施形態において、幅ｂは直線的または多項的に変化し
、高さｈも可変である。

【００５８】ここで図１１を参照するが、図１１は当接ビーム２４が設けられた屈曲検知要
素を備えるハブ７の正面図である。図示した実施形態において、２つの当接ビーム２４は、内側リング１５から変
形可能外側リング１４ａにかけて横断方向Ｔに径方向に延びている。

【００５９】当接ビーム２４の長さＬは、変形可能なビーム１４ａの長さよりも短く、各当
接ビーム２４の端部は所定のすきまを空けて変形止め２３に係合されている。変形止め２３は外側リング１４ａから内側に向けて突出し、ビーム２４の幅Ｉ ₂₄ よりも大きい幅Ｉ₃₂を有する溝３２を有している。幅の差Ｉ₂₄−Ｉ₃₂に関連す
る止めとビーム２４との間に存在する遊びは、ビーム１８ａに対する最大許容変
形量に応じて決定することができる。

【００６０】これは、たとえばそれらのプラスチック変形を防止するためのものである。図１３〜図１５は、屈曲検知要素を備えるハブ７の他の実施形態を示している
。この実施形態において、変形可能ビーム１８ａの幅は該ビームの脚部３０から
頭部３１にかけて減少するように変化している。

【００６１】この減少は直線的であっても多項曲線的であってもよい。変形可能なビーム１８ａの数、その分配角度、ビームの厚みおよび高さ、なら
びに製造材料は、当業者によって明らかであるように、以下の特性の影響を受け
る。すなわち、慣性モジュール；所定の最大トルク、たとえば破断応力に対する
ビーム内の最大応力；及び所定の微小移動の測定技術（たとえばホールセンサ）
に対する、最小測定可能トルク値。

【００６２】検知要素は、鋼、鋳鉄、アルミニウム合金、マグネシウム合金から成る群より
選択される材料から製造することができる。たとえば、３５ＮＣＤ１６鋼、球状黒鉛鉄、または７０００系アルミニウムが
考えられる。

【００６３】検知要素は、当業者によって明らかなように、使用される材料、ブレースの形
状寸法および許容コストに応じて注型品または機械加工されたもののいずれであ
ってもよい。

【００６４】ここでねじり検知要素を備えるハブの１つの実施形態を示す図１６〜図２０を
参照する。ハブ７は、ほぼ円筒状の外周面を有する応力を受けない外側リング１４ｂを有
する。

【００６５】リング１４ｂには、径方向において対向して設けられた２つの凸部３３内に２
つのハウジング２０が設けられている。これらの凸部３３の間において、リング１４ｂの内面はほぼ円筒状である。リング１４ｂは、少なくとも１つのブレース１９、ウェブまたは他の実質的に
剛性の連結要素によって内側リング１５に連結される。

【００６６】図示した実施形態において、内側リング１５および応力を受けない外側リング
１４ｂと一体化して製造される２本のラジアルビーム１９が、これらの２つのリ
ング１５，１４ａを連結する。

【００６７】これらのビーム１９は、図示した実施形態においては、脚部３０から頭部３１
にかけて実質的に一定の正方形の断面を有し、かつほぼ一直線上に並んでいる。内側リング１５は、検知要素をステアリングコラム内に組み付けることを意図
する場合には、溝付連結片１６を規定する貫通孔と、その対向側にステアリング
コラム２の溝付伝導軸に対する当接面２２とを有している。

【００６８】捩れによって変形可能なチューブ１８ｂは、内側リング１５を変形可能外側リ
ング１４ａに連結する。１つの実施形態において、捩れによって変形可能なチューブに孔が空けられ、
長手方向に伸びるスロットは、捩れ屈曲によって変形するビームを分離する。

【００６９】変形可能外側リング１４ａは、コラム２にトルクを与える手段、すなわちステ
アリングホイール５と堅固に連結されている。スクリュ１１は、孔２１を介して、ステアリングホイールのフレーム１２の横
断中央板４０にハブ７を固定する。

【００７０】この板４０は、ハブ７内の孔２１に対応する孔１２ｂを有する。ステアリングホイールのフレーム１２は、図１、図５および図７ａ，７ｂに示
した実施形態におけるものと同様に、横断中央板４０をステアリングホイール５
のリム１３に連結するための多数の傾斜アーム１２ｃを有している。

【００７１】ハブ７が、図１９および図２０に示した方法によってステアリングホイール５
に取り付けられる場合、板４０ひいてはステアリングホイール５のリム１３に固
定された変形可能外側リング１４ａは、応力を受けない外側リング１４ｂに対し
て回転運動を行う。

【００７２】たとえばハウジング２０内に配置されたホールセンサ９および板４０に対向し
て固定された磁石９’によってこの微小運動を測定することにより、運転手によ
って与えられたトルクの測定が可能になるとともに、電子回路１２による信号処
理後に動力援助を制御することも可能になる。

【００７３】ここで、上述のハブに代わるハブ７の他の実施形態を示す図２８を参照する。本実施形態において、内側リング１５を変形可能外側リング１４ａに連結する
弾性変形可能な手段１８ａは、コイルの形態をとる。

【００７４】これらのコイルは、ほぼ同心状の弧５１の形態のセクタによって分割される幾
つかの屈曲部５０を形成する。これらのコイルは、伝導軸の軸Ｄに垂直な同一平面内にほぼ位置する。各コイルの厚さは、考慮した実施形態においては、基部５２から該コイルの頭
部５３に至るまでほぼ一定である。

【００７５】図示されていない他の実施形態において、コイルの数は２、３または４よりも
多い数である。少なくとも１つのコイルの厚みは、必要であればその頭部から脚部までの間で
変化させることもできる。

【００７６】図２９および３０は屈曲検知要素を備えるハブの前面図であり、図４に示した
タイプの４本よりも多い変形可能ビーム１８ａを含み、この場合軸Ｄの周囲に径
方向に均等に配された１２個のビームが含まれている。

【００７７】図２９に示される検知要素から始まって、機械加工または任意の同等の手段に
よって図３０に示される検知手段を得ることができる。図３０の検知手段は１０
本の変形可能ビーム１８ａを有し、その中の４本は、閾値を超えるトルクが付加
される場合に止めとして機能する。

【００７８】閾値に達すると直ちに当接ビーム２４の端部５３と非変形外側ビーム１４ｂか
ら内側に突出した凸部３３とが接触して、止めが得られる。当接ビーム２４を放射状に配列した場合には、時計回り方向Ｈに対して許され
る最大トルクは、半時計回り方向ＡＨにおける最大許容トルクよりも、大きいか
、等しいかあるいは小さい。

【００７９】上述のような屈曲によって変形可能なビームは、いくつかの実施形態において
切欠きを有する。トルクが与えられると、２部分に分断されていないビーム１８ａのみが力を伝
達し、切欠きビーム部分は付加されるトルクが閾値を越えたときのみ屈曲力を伝
達する。

【００８０】切欠きビームの２つの部分は、１実施形態においては、前記トルクに対する閾
値に応じた所定の長さだけ互いに離れている。ビーム内の切欠きは、１つの実施形態においては、当該ビームの径方向に対し
てほぼ４５°の角度で設けられている。

【００８１】少なくとも１つの変形可能ビーム１８ａ内に切欠きを設けることにより、全ビ
ームの数および配列に応じて、特に以下のことが可能になる。すなわち、可能な
両回転方向において、過負荷を防ぐか、あるいは、多数のビームに負荷がかかる
と直ちに剛性が増大する、幾つかのトルク測定範囲を有するトルク計を得ること
である。。

【００８２】ここで、１実施形態に基づくセンサ９の斜視図である図３１を参照する。このセンサ９は、強磁性材料から成る円筒体５４と、磁石９’などの磁界発生
要素と対向するように設計された磁気検出要素５５とを有する。センサ９は、磁気検出要素５５の反対側にハウジング２０内におけるセンサ９
の軸方向移動を制限する止め５６を構成する部材を有する。

【００８３】磁気検出要素５５は、センサ９の軸Ｏｚ周りの回転が感受性要素５７の軸Ｏｘ
周りの運動を生じるように、センサ９の円形断面に対して偏心させた感受性要素
５７を有している。

【００８４】センサ９が工場において組み立てられる場合は、作業者は適切な手段によって
２つのセンサ９によって供給される信号を測定することにより、組立体を完成さ
せる。

【００８５】この信号は、磁気遷移に関する感受性要素５７の位置に相関するので、作業者
はセンサ９を回転させることにより感受性要素５７を磁気発生要素の磁気遷移と
逆向きにして前記信号を相殺することができる。この調整を行った後、センサは
たとえば接着剤などによって固定される。

【００８６】上述の調整は、偏心による調整と表現される。各磁気検出要素５５によって与えられる信号の大きさは、検出要素５５とこれ
に対向する磁石９’との間の空隙が変化するように、ハウジング２０内へのセン
サ９の軸方向の進入量を変化させることによっても調整することができる。

【００８７】図３１に示されるセンサ９の実施形態において、空隙の最小値は、止め５６を
構成する部材であり、変形不能リング１４ｂ状の凸部３３の前面に圧接される部
材によって決定される。

【００８８】トルク計の較正は、たとえば検量された負荷を与え、信号増幅レベルを調節す
ることによって行われる。電子回路８は、１つの実施形態において、ホールセンサにエネルギーを供給す
る給電部と、バックグラウンドノイズを除去するために、センサから到来する信
号を濾波するための回路と、信号のアナログからデジタルへの変換を行うモジュ
ールと、センサによって発せられた信号のドリフトをモニタし、温度（たとえば
−４０℃〜＋８０℃の範囲）に従って補償するためのモジュールと、各センサが
正しく機能しているかを定期的にテストする安全モジュールとを含む。

【００８９】適用可能な場合には、電子回路８は、所定の値に対応するステアリング動力援
助の開始閾値を決定するためのモジュール、またはワイヤまたは接点を用いずに
信号を伝達するためのモジュールを有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態に従うトルクセンサが装着された車両用操舵装
置の拡大斜視概略図。

【図２】図１に対応する拡大概略側面図。

【図３】本発明の１実施形態に従う屈曲検知要素を備えるハブの斜視図。

【図４】図３に対応する前面図。

【図５】図１に対応する図であり、屈曲検知要素を備えるハブがステアリン
グホイールのアーチに装着されているのではなく、一体物として搭載されている
図。

【図６】図５に対応する拡大概略側面図。

【図７ａ】ステアリングホイールと、図１に示されるような屈曲検知要素を
備えるハブとから成る組立体の前面図。

【図７ｂ】ステアリングホイールと、図５に示されるような屈曲検知要素を
備えるハブとから成る組立体の前面図。

【図８ａ】図７ａの線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに対応する横断面図。

【図８ｂ】図７ｂの線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに対応する横断面図。

【図９】図５の詳細図。

【図１０】図１〜９に示された実施形態以外の実施形態に従い、図１〜９の
実施形態のものの代替となり得る、屈曲検知要素を備えるステアリングホイール
ハブの前面図。

【図１１】１つの実施形態に従う、当接ビームが設けられた屈曲検知要素を
備えるステアリングホイールハブの前面図。

【図１２】図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩに沿った断面図。

【図１３】図１〜１２に示された実施形態以外の実施形態に従い、図１〜１
２の実施形態のものの代替となり得る、屈曲検知要素を備えるステアリングホイ
ールハブの前面図。

【図１４】図１３の線ＸＩＶ−ＸＩＶに沿った断面図。

【図１５】図１３の線ＸＶ−ＸＶに沿った断面図。

【図１６】１つの実施形態に従う屈曲検知要素を備えるステアリングホイー
ルハブの斜視図であって、該ハブは図１〜１５に示された屈曲検知要素を備える
ハブの代替となり得る。

【図１７】図１６に対応する前面図。

【図１８】図１７の線ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩに沿った断面図。

【図１９】図１６〜１８に示されるねじり検知要素を備えるハブを含む操舵
装置の拡大概略斜視図。

【図２０】図１９に示される操舵装置の組立位置における斜視図であり、セ
ンサはハウジング外にある。

【図２１】図１，５および１９に対応する操舵装置の斜視図であり、充気可
能なエアバッグボックスがステアリングホイールの中央部に設けられている。

【図２２】図１に示された操舵装置の組立後の矢印Ａ方向から見た背面図。

【図２３】図２２に示された装置の側面図であり、図２４とは９０°ずれた
左側面図。

【図２４】図２２に示された装置の側面図であり、図２３とは９０°ずれた
平面図。

【図２５】ねじり検知要素を備えるハブを含む操舵装置の組立原理を示す拡
大側面図。

【図２６】図１６〜２０に示された操舵装置の横断面図。

【図２７】図１６〜２０に示された操舵装置の横断面図であり、図２６の詳
細図。

【図２８】図１〜１６に示されたハブと代替可能な、他の実施形態に従うハ
ブの前面図。

【図２９】他の実施形態に従う屈曲検知要素を備えるハブの前面図。

【図３０】他の実施形態に従う屈曲検知要素を備えるハブの前面図。

【図３１】１実施形態に従う、図１〜３０に示されたハブに組み込まれるよ
うに設計されたホール効果センサの概略斜視図。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１２月９日（１９９９．１２．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１７】この目的のために、本発明は第１の態様に従えば、一定の剛性を有する組立体
から成るトルクセンサに関し、該トルクセンサは、第１の可動外側リングと、可
動外側リングと間隔をおいて配置される、実質的に応力を受けない第２の外側リ
ングと、測定すべきトルクが与えられるコラムに回転結合されている内側リング
とを含み、可動外側リングは測定すべきトルクをコラムに与える手段に堅固に固
定可能であり、可動外側リングは少なくとも１つの弾性変形可能な手段によって
内側リングに連結されており、実質的に応力を受けない外側リングは、少なくと
も１つの実質的に応力を受けない手段によって内側リングに連結されており、セ
ンサは、コラムにトルクが与えられたときに、実質的に応力を受けない外側リン
グに対する可動外側リングの微小相対移動を測定する手段を含む。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】１実施形態において、第１の可動外側リングと内側リングとを連結する弾性変
形可能な手段は、内側リングから可動外側リングにかけて径方向に延びるビーム
である。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】別の実施形態において、可動外側リングを内側リングに連結する弾性変形可能
な手段は、ねじりによって変形可能なチューブである。特定の実施形態において、第１の可動外側リングと内側リングとを連結する弾
性変形可能な手段は、少なくとも１つの屈曲部を含むコイルの形態をとる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２１】第２の実質的に応力を受けない外側リングに対する第１の可動外側リングの微
小相対移動を測定する手段は、光学検出器、電磁検出器、容量式検出器および均
等物から成る群より選択される。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】ハブ７の可動外側リング１４ａは、ステアリングホイール５のアーチ１２ａに
堅固に連結され、スクリュ１１は、外側リング１４ａの固定用突耳２５に設けら
れた孔２１に達するように、アーチ内の孔１２ｂを通過する。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】ここで図１０を参照してハブ７の第２の実施形態について説明する。図１０に示されたハブ７は、前述したように、可動外側リング１４ａと、応力
を受けない外側リング１４ｂと、内側リング１５と、リング１４ａを内側リング
１５に連結する変形可能なビーム１８ａと、リング１４ｂを内側リング１５に連
結する非変形ビーム１９とを有する。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５８】ここで図１１を参照するが、図１１は当接ビーム２４が設けられた屈曲検知要
素を備えるハブ７の正面図である。図示した実施形態において、２つの当接ビーム２４は、内側リング１５から可
動外側リング１４ａにかけて横断方向Ｔに径方向に延びている。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６８】捩れによって変形可能なチューブ１８ｂは、内側リング１５を可動外側リング
１４ａに連結する。１つの実施形態において、捩れによって変形可能なチューブに孔が空けられ、
長手方向に伸びるスロットは、捩れ屈曲によって変形するビームを分離する。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６９】可動外側リング１４ａは、コラム２にトルクを与える手段、すなわちステアリ
ングホイール５と堅固に連結されている。スクリュ１１は、孔２１を介して、ステアリングホイールのフレーム１２の横
断中央板４０にハブ７を固定する。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７１】ハブ７が、図１９および図２０に示した方法によってステアリングホイール５
に取り付けられる場合、板４０ひいてはステアリングホイール５のリム１３に固
定された可動外側リング１４ａは、応力を受けない外側リング１４ｂに対して回
転運動を行う。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７３】ここで、上述のハブに代わるハブ７の他の実施形態を示す図２８を参照する。本実施形態において、内側リング１５を可動外側リング１４ａに連結する弾性
変形可能な手段１８ａは、コイルの形態をとる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の剛性を有する組立体によって形成されるトルクセンサ
であって、第１の変形可能外側リング（１４ａ）と、変形可能外側リング（１４ａ）から間隔をおいて配置される、実質的に応力を
受けない第２の外側リング（１４ｂ）と、測定すべきトルクが与えられるコラム（２）に回転に対して固定されている内
側リング（１５）とを含み、変形可能外側リング（１４ａ）は測定すべきトルク
をコラムに与える手段に堅固に固定可能であり、変形可能外側リング（１４ａ）
は少なくとも１つの弾性変形可能な手段（１８ａ，１８ｂ）によって内側リング
（１５）に連結されており、実質的に応力を受けない外側リング（１４ｂ）は、少なくとも１つの実質的に
応力を受けない手段によって内側リング（１５）に連結されており、前記手段によってトルクがコラム（２）に与えられたときに、実質的に応力を
受けない外側リング（１４ｂ）に対する変形可能外側リング（１４ａ）の微小相
対運動を測定する手段（９，９）をセンサは有するトルクセンサ。
【請求項２】第１の変形可能外側リング（１４ａ）と内側リング（１５）
とを連結する弾性変形可能な手段は、内側リング（１５）から変形可能外側リン
グ（１４ａ）にかけて径方向に延びるビーム（１８ａ）であることを特徴とする
請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項３】内側リング（１５）から変形可能外側リング（１４ａ）にか
けて径方向に延びる数個の弾性変形可能なビーム（１８ａ）を含むことを特徴と
する請求項２に記載のトルクセンサ。
【請求項４】ビーム（１８ａ）は互いに等間隔であることを特徴とする請
求項３に記載のトルクセンサ。
【請求項５】弾性変形可能なビーム（１８ａ）は、互いに等間隔ではない
ことを特徴とする請求項３に記載のトルクセンサ。
【請求項６】少なくとも１つの弾性変形可能なビーム（１８ａ）の高さは
、その脚部（３０）から頭部（３１）にかけて変化することを特徴とする請求項
２乃至５のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項７】少なくとも１つの弾性変形可能なビーム（１８ａ）の厚みは
、その脚部（３０）から頭部（３１）にかけて変化することを特徴とする請求項
２乃至５のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項８】全ての弾性変形可能なビーム（１８ａ）の高さが、その脚部
（３０）から頭部（３１）にかけて均一に変化し、前記ビーム（１８ａ）の厚み
が一定であることを特徴とする請求項６に記載のトルクセンサ。
【請求項９】全ての弾性変形可能なビーム（１８ａ）の厚みが、その脚部
（３０）から頭部（３１）にかけて均一に変化し、前記ビーム（１８ａ）の高さ
が一定であることを特徴とする請求項７に記載のトルクセンサ。
【請求項１０】弾性変形可能なビーム（１８ａ）の高さが、前記ビーム（１
８ａ）の脚部（３０）から頭部（３１）にかけて直線的に変化することを特徴と
する請求項６乃至９のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項１１】弾性変形可能なビーム（１８ａ）の高さが、前記ビーム（１
８ａ）の脚部（３０）から頭部（３１）にかけて多項曲線的に変化することを特
徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項１２】弾性変形可能なビーム（１８ａ）の厚みが、前記ビーム（１
８ａ）の脚部（３０）から頭部（３１）にかけて直線的に変化することを特徴と
する請求項７乃至９のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項１３】弾性変形可能なビーム（１８ａ）の厚みが、前記ビーム（１
８ａ）の脚部（３０）から頭部（３１）にかけて多項曲線的に変化することを特
徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項１４】第２の実質的に応力を受けない外側リング（１４ｂ）と内側
リング（１５）とを連結する実質的に応力を受けない手段は、内側リング（１５
）から第２の実質的に応力を受けない外側リング（１４ｂ）にかけて径方向に延
びるビーム（１９）であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に
記載のトルクセンサ。
【請求項１５】実質的に応力を受けず、内側リング（１５）から第２の実質
的に応力を受けない外側リング（１４ｂ）にかけて径方向に延び、これらのリン
グを連結する数個のビーム（１９）を含むことを特徴とする請求項１４に記載の
トルクセンサ。
【請求項１６】実質的に応力を受けないビーム（１９）は、互いに等間隔で
あることを特徴とする請求項１５に記載のトルクセンサ。
【請求項１７】実質的に応力を受けないビーム（１９）は、互いに等間隔で
ないことを特徴とする請求項１５に記載のトルクセンサ。
【請求項１８】実質的に応力を受けないビーム（１９）は、変形可能なビー
ム（１８ａ）と実質的に同一の放射平面に配設されることを特徴とする請求項１
６または１７に記載のトルクセンサ。
【請求項１９】実質的に応力を受けないビーム（１９）は、弾性変形可能な
ビーム（１８ａ）の外形寸法と実質的に同一の外形寸法を有することを特徴とす
る請求項１６または１７に記載のトルクセンサ。
【請求項２０】弾性変形可能なビーム（１８ａ）と実質的に応力を受けない
ビーム（１９）の数はそれぞれ４であることを特徴とする請求項１８または１９
に記載のトルクセンサ。
【請求項２１】変形可能外側リング（１４ａ）と内側リング（１５）とを連
結する弾性変形可能な手段は、ねじりによって変形可能なチューブ（１８ｂ）で
あることを特徴とする請求項１項に記載のトルクセンサ。
【請求項２２】第２の外側リング（１４ｂ）を内側リング（１５）に連結す
る実質的に応力を受けない手段は、内側リング（１５）から変形可能外側リング
（１４ｂ）に径方向に延びるビーム（１９）であることを特徴とする請求項２１
に記載のトルクセンサ。
【請求項２３】実質的に応力を受けない外側リング（１４ｂ）の直径上に配
設された２本のラジアルビーム（１９）は、該リングを内側リング（１５）に連
結することを特徴とする請求項２２に記載のトルクセンサ。
【請求項２４】変形可能リング（１４ａ）、実質的に応力を受けない外側リ
ング（１４ｂ）および内側リング（１５）は、それらの連結要素（１８ａ，１８
ｂ，１９）によって一体物に形成されていることを特徴とする請求項１乃至２３
のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項２５】第１の変形可能外側リング（１４ａ）と内側リング（１５）
とを連結する弾性変形可能な手段は、少なくとも１つの屈曲部（５０）を含むコ
イルの形態をとることを特徴とする請求項１に記載のトルクセンサ。
【請求項２６】内側リング（１５）から第１の変形可能外側リング（１４ａ
）にかけて径方向に延びる数個の弾性変形可能なコイル（１８’ａ）を含むこと
を特徴とする請求項２５に記載のトルクセンサ。
【請求項２７】第２の実質的に応力を受けない外側リング（１４ｂ）に対す
る第１の変形可能外側リング（１４ａ）の微小相対移動を測定する手段は、光学
検出器、電磁検出器、容量式検出器および均等物から成る群より選択されること
を特徴とする請求項１乃至２６のいずれか１項に記載のトルクセンサ。
【請求項２８】測定手段は、第２の実質的に応力を受けない外側リング（１
４ｂ）内のハウジング（２０）内に配置される少なくとも１つのホール効果セン
サ（９）を含むことを特徴とする請求項２７に記載のトルクセンサ。
【請求項２９】測定手段は、少なくとも１つの磁気抵抗（ＭＲ）または巨大
磁気抵抗（ＧＭＲ）センサを含むことを特徴とする請求項２７に記載のトルクセ
ンサ。
【請求項３０】請求項１乃至２９のいずれか１項に記載の少なくとも１つの
トルクセンサを有することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項３１】センサがステアリングホイール（５）に取り付けられたハブ
を構成することを特徴とする請求項３０に記載の車両用操舵装置。
【請求項３２】センサがステアリングホイール（５）上のハブを構成し、そ
の一体物として製造されることを特徴とする請求項３０に記載の車両用操舵装置
。
【請求項３３】センサに関連して、センサから発せられる信号を処理するた
めの電子回路（８）を有することを特徴とする請求項３０乃至３２のいずれか１
項に記載の車両用操舵装置。
【請求項３４】ステアリング動力援助手段を有し、前記手段の開始は、セン
サから発せられ電子回路（８）によって処理されるる信号の値に相関することを
特徴とする請求項３３に記載の車両用操舵装置。
【請求項３５】電子回路（８）をコンピュータに電気的に連結するための回
転コネクタ（４）を有し、前記電子回路（８）はセンサの前面に固定され、その
一体部分を構成することを特徴とする請求項３４に記載の車両用操舵装置。