JPH0989692A - Steering torque sensor - Google Patents

Steering torque sensor

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Publication number
JPH0989692A
JPH0989692A JP24614295A JP24614295A JPH0989692A JP H0989692 A JPH0989692 A JP H0989692A JP 24614295 A JP24614295 A JP 24614295A JP 24614295 A JP24614295 A JP 24614295A JP H0989692 A JPH0989692 A JP H0989692A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
torsion bar
steering torque
thin film
strain gauge
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP24614295A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kobayashi
博 小林
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Publication of JPH0989692A publication Critical patent/JPH0989692A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a cost by improving mass productivity of a steering torque sensor. SOLUTION: A lower end face of front and rear legs 21a, 21b of a sensor module 21 is made to be a recessed face having a curvature equal to that of an outer peripheral face of a torsion bar 7, the lower end face of the legs 21a, 21b is integrally fixed to the front and the rear in an axial direction of the torsion bar, and thin film strain gage elements 25a, 25b, 25c, 25d are formed respectively four positions which are line-symmetrical and also point-symmetrical with respect to a symmetry axis parallel to the axial direction of the torsion bar on a surface of a body 21e coupling between the front and rear legs 21a, 21b of the sensor module 21. A wheatstone bridge circuit is assembled so that each of the four thin film strain gage elements 25a to 25d provides a resistor on each side, thereby forming a steering torque sensor.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は自動車のステアリン
グコラムのステアリングトルクを計測するために用いら
れるステアリングトルクセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a steering torque sensor used for measuring a steering torque of a steering column of an automobile.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車のステアリングコラムにかかるト
ルクを計測する手段として、従来、ステアリングコラム
のロワーシャフトとアッパーシャフトとの間を接合する
トーションバーの表面適所に箔歪ゲージを接着し、これ
らの箔歪ゲージが各辺の抵抗素子を成すようにホイート
ストンブリッジ回路を組み、箔歪ゲージの抵抗変化から
ステアリングトルクを求める方式のステアリングトルク
センサが知られている。
2. Description of the Related Art As a means for measuring the torque applied to a steering column of an automobile, a foil strain gauge is conventionally adhered to a surface of a torsion bar that joins a lower shaft and an upper shaft of the steering column. A steering torque sensor is known in which a Wheatstone bridge circuit is assembled so that the strain gauge forms a resistance element on each side, and the steering torque is obtained from the resistance change of the foil strain gauge.

【0003】しかしながら、このような箔歪ゲージを用
いるステアリングトルクセンサでは、歪ゲージ箔の素材
に実際の電気抵抗素子を構成する無機物と共に合成樹脂
フィルムを使用しているために、トーションバーに印加
されるトルクによって生じる抵抗変化が小さく、高い精
度のトルク検出が難しい問題点があった。
However, in a steering torque sensor using such a foil strain gauge, since a synthetic resin film is used as the material of the strain gauge foil together with an inorganic substance which constitutes an actual electric resistance element, it is applied to the torsion bar. The resistance change caused by the torque is small, and it is difficult to detect the torque with high accuracy.

【0004】かかる箔歪ゲージ素子を用いたステアリン
グトルクセンサの問題点を解決して高い精度のトルク検
出ができるステアリングトルクセンサとして、トーショ
ンバーに薄膜歪ゲージ素子を直接形成し、その薄膜歪ゲ
ージ素子の抵抗変化からステアリングトルクを求めるス
テアリングトルクセンサが、例えば特開昭63−823
31号公報に開示されている。
A thin film strain gauge element is directly formed on a torsion bar as a steering torque sensor which can solve the problems of the steering torque sensor using the foil strain gauge element and can detect the torque with high accuracy, and the thin film strain gauge element is formed. A steering torque sensor that obtains a steering torque from the change in resistance is disclosed in, for example, JP-A-63-823.
No. 31 is disclosed.

【0005】この従来のステアリングトルクセンサは、
トーションバーに直接、無機物の薄膜歪ゲージ素子を形
成し、それらが各辺の抵抗素子を成すようにホイートス
トンブリッジ回路を組み、トーションバーに加わるトル
クを検出する構成である。
This conventional steering torque sensor is
The thin film strain gauge element made of an inorganic material is formed directly on the torsion bar, and a Wheatstone bridge circuit is assembled so that they form resistance elements on each side, and the torque applied to the torsion bar is detected.

【0006】しかしながら、このような従来のステアリ
ングトルクセンサでは、トーションバーの表面の所定箇
所に真空蒸着法によって薄膜歪ゲージ素子を直接形成し
たものであるので、その製作に当たっては、トーション
バーを真空にした蒸着釜に配置して所定箇所に薄膜歪ゲ
ージ素子を形成しなければならず、限定された容積の蒸
着釜にトーションバーを収容するためにその数が制約を
受け、一回の蒸着で得られる数が少なく、製造コストが
かさむ問題点があった。
However, in such a conventional steering torque sensor, a thin film strain gauge element is directly formed at a predetermined position on the surface of the torsion bar by a vacuum vapor deposition method. Therefore, in manufacturing the same, the torsion bar is evacuated. The thin film strain gauge element has to be formed in a predetermined location by placing it in a vapor deposition kettle, and the number is limited because the torsion bar is accommodated in the vapor deposition kettle of a limited volume. However, there is a problem that the manufacturing cost is high because the number of products is small.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような従
来の問題点に鑑みてなされたもので、薄膜歪ゲージ素子
を採用することによって精度の高いトルク検出ができ、
しかも製造コストを低廉化できるステアリングトルクセ
ンサを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such conventional problems, and by using a thin film strain gauge element, highly accurate torque detection can be achieved.
Moreover, it is an object of the present invention to provide a steering torque sensor that can reduce the manufacturing cost.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、ステ
アリングコラムシャフトのロワーシャフトとアッパーシ
ャフトとを接合するトーションバーの周面にセンサモジ
ュールを一体的に取付け、このトーションバーにかかる
トルクを検出するステアリングトルクセンサであって、
前記センサモジュールの前後の脚部の下端面を前記トー
ションバーの外周面の曲率と同じ曲率を有する凹面と
し、これらの脚部の下端面を前記トーションバーの軸方
向の前後に一体的に固定し、前記センサモジュールの前
記前後の脚部間を連結する胴部の表面で、前記トーショ
ンバーの軸方向に平行な対称軸に対して線対称で、かつ
点対称な位置関係にある4カ所の位置それぞれに薄膜歪
ゲージ素子を形成し、前記4カ所の薄膜歪ゲージ素子各
々を各辺の抵抗と成すようにホイートストンブリッジ回
路を組んだものである。
According to a first aspect of the present invention, a sensor module is integrally attached to a circumferential surface of a torsion bar that joins a lower shaft and an upper shaft of a steering column shaft, and a torque applied to the torsion bar is applied. A steering torque sensor for detecting,
The lower end surfaces of the front and rear legs of the sensor module are concave surfaces having the same curvature as the curvature of the outer peripheral surface of the torsion bar, and the lower end surfaces of these legs are integrally fixed to the front and rear in the axial direction of the torsion bar. , Four positions that are line-symmetrical and point-symmetrical with respect to the axis of symmetry parallel to the axial direction of the torsion bar on the surface of the body that connects the front and rear legs of the sensor module. A thin film strain gauge element is formed on each of them, and a Wheatstone bridge circuit is assembled so that each of the four thin film strain gauge elements constitutes a resistance on each side.

【0009】これにより、ステアリングトルクセンサの
製作に当たっては、センサモジュールをトーションバー
と別個に製作し、そのセンサモジュールの胴部の表面に
適宜の方法で薄膜歪ゲージ素子を形成し、これをトーシ
ョンバーに一体化させる製作手順をとることができ、ト
ーションバーに比べてサイズが小さいセンサモジュール
上に薄膜歪ゲージ素子を形成するので、同じ製造スペー
スで同時に多くのモジュールに対して薄膜歪ゲージ素子
を形成する作業を行うことができ、製作コストを低廉化
することができる。
Thus, in manufacturing the steering torque sensor, the sensor module is manufactured separately from the torsion bar, and the thin film strain gauge element is formed on the surface of the body of the sensor module by an appropriate method. Since the thin film strain gauge element is formed on the sensor module that is smaller in size than the torsion bar, the thin film strain gauge element can be formed on many modules at the same time in the same manufacturing space. The work can be performed, and the manufacturing cost can be reduced.

【0010】請求項2の発明は、請求項1のステアリン
グトルクセンサにおいて、前記センサモジュールの胴部
の表面を前記トーションバーの軸線に平行な平坦面とし
たものであり、これにより、特に薄膜歪ゲージ素子の形
成が容易となる。
According to a second aspect of the present invention, in the steering torque sensor according to the first aspect, the surface of the body of the sensor module is a flat surface parallel to the axis of the torsion bar. The gauge element can be easily formed.

【0011】請求項3の発明は、請求項1のステアリン
グトルクセンサにおいて、前記センサモジュールの前後
の脚部の下端面を前記トーションバーの周面に電子ビー
ム溶接法により溶着して一体化したものであり、これに
よりトーションバー側に応力集中が起こるようなくぼみ
部分を形成せずにステアリングトルクセンサを取り付け
ることができ、ステアリングコラムの機械的な強度を損
なうことなく、それに印加されるステアリングトルクの
検出が行える。
According to a third aspect of the present invention, in the steering torque sensor according to the first aspect, the lower end surfaces of the front and rear legs of the sensor module are welded to the peripheral surface of the torsion bar by an electron beam welding method to be integrated. As a result, the steering torque sensor can be attached without forming a recess so that stress concentration occurs on the torsion bar side, and the steering torque applied to it can be maintained without compromising the mechanical strength of the steering column. Can detect.

【0012】請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれ
かのステアリングトルクセンサにおいて、前記薄膜歪ゲ
ージ素子をプラズマ化学気相成長法によって形成された
多結晶シリコン材より成る抵抗素子で構成したものであ
る。
According to a fourth aspect of the present invention, in the steering torque sensor according to any of the first to third aspects, the thin film strain gauge element is composed of a resistance element made of a polycrystalline silicon material formed by a plasma chemical vapor deposition method. It was done.

【0013】これにより、トーションバーに直接薄膜歪
ゲージ素子を形成する場合よりも、同じ設備容積におい
てより多くの数の資料を一度に製造することができ、製
造コストを低廉化することができる。
As a result, a larger number of materials can be manufactured at a time in the same equipment volume as compared with the case where the thin film strain gauge element is directly formed on the torsion bar, and the manufacturing cost can be reduced.

【0014】請求項5の発明は、請求項1〜3のいずれ
かのステアリングトルクセンサにおいて、前記薄膜歪ゲ
ージ素子をスパッタリング法によって形成されたニッケ
ルクロム材より成る抵抗素子で構成したものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the steering torque sensor according to any of the first to third aspects, the thin film strain gauge element is composed of a resistance element made of a nickel chrome material formed by a sputtering method.

【0015】これにより、トーションバーに直接薄膜歪
ゲージ素子を形成する場合よりも、同じ設備容積におい
てより多くの数の資料を一度に製造することができ、製
造コストを低廉化することができる。
As a result, a larger number of materials can be manufactured at a time in the same equipment volume as compared with the case where the thin film strain gauge element is directly formed on the torsion bar, and the manufacturing cost can be reduced.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて詳説する。図1は自動車のステアリングコラム
シャフトアセンブリ1の構造を示しており、本発明のス
テアリングトルクセンサ2はこのステアリングコラムシ
ャフトアセンブリ1のコンビネーションスイッチ3の下
側でコラムカバー4a,4bの内側に内蔵される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows the structure of a steering column shaft assembly 1 of an automobile. The steering torque sensor 2 of the present invention is built inside column covers 4a and 4b below a combination switch 3 of the steering column shaft assembly 1. .

【0017】図2に示すように、ステアリングコラムシ
ャフトアセンブリ1のロワーシャフト5とアッパーシャ
フト6との間にトーションバー7がそれらを連結するよ
うに配置され、このトーションバー7上にステアリング
トルクセンサ2が取り付けられている。そして全体はジ
ャケットチューブ8で覆われる構造である。
As shown in FIG. 2, a torsion bar 7 is arranged between the lower shaft 5 and the upper shaft 6 of the steering column shaft assembly 1 so as to connect them, and the steering torque sensor 2 is arranged on the torsion bar 7. Is attached. The entire structure is covered with the jacket tube 8.

【0018】図3に示すように、ステアリングトルクセ
ンサ2は、円柱状のトーションバー7の周面に一体的に
取り付けられたセンサモジュール21と、このセンサモ
ジュール21に所定の電圧を印加し、またセンサモジュ
ール21の出力する信号を増幅し、トルク検出を行うセ
ンサ回路22と、このセンサ回路22に接続されたワイ
ヤハーネス23と、センサ部品を覆うセンサカバー24
とから構成されている。
As shown in FIG. 3, the steering torque sensor 2 includes a sensor module 21 integrally attached to the circumferential surface of a cylindrical torsion bar 7, and a predetermined voltage applied to the sensor module 21. A sensor circuit 22 that amplifies a signal output from the sensor module 21 to detect torque, a wire harness 23 connected to the sensor circuit 22, and a sensor cover 24 that covers sensor components.
It is composed of

【0019】次にステアリングトルクセンサ2のセンサ
モジュール21のトーションバー7に対する取付構造に
ついて、図4〜図6に基づいて説明する。センサモジュ
ール21はステンレス鋼材の冷間鍛造、粉末焼結、ある
いは切削により製作されたもので、トーションバー7の
軸7cの方向の前後両側の脚部21a,21bそれぞれ
の下端面がトーションバー7の周面と同じ曲率の凹面と
なり、トーションバー7の周面にぴったりと密着させ
て、例えば電子ビーム溶接法のような溶接法によって一
体化してある。この一体化の方法は、トーションバー7
側には応力集中が発生するような溝、凹みを設けない
で、センサモジュール21の脚部21a,21bの下端
部21c,21dそれぞれをトーションバー7の周面に
溶着させる方法である。
Next, the mounting structure of the sensor module 21 of the steering torque sensor 2 to the torsion bar 7 will be described with reference to FIGS. The sensor module 21 is manufactured by cold forging, powder sintering, or cutting of a stainless steel material, and the lower end faces of the leg portions 21a and 21b on both front and rear sides of the torsion bar 7 in the direction of the axis 7c are the torsion bar 7. It becomes a concave surface having the same curvature as the peripheral surface, and is closely adhered to the peripheral surface of the torsion bar 7 and is integrated by a welding method such as an electron beam welding method. This integration method is the torsion bar 7
This is a method in which the lower end portions 21c and 21d of the leg portions 21a and 21b of the sensor module 21 are welded to the circumferential surface of the torsion bar 7 without providing grooves or depressions on the side where stress concentration occurs.

【0020】センサモジュール21の前後の脚部21
a,21b間を連結する胴部21eはトーションバー7
の軸線7cに対して平行な平板状を成し、その表面の4
カ所に薄膜歪ゲージ素子25a,25b,25c,25
dが形成されている。図5及び図6に示すように、この
4つの薄膜歪ゲージ素子25a,25b,25c,25
dはホイートストンブリッジ回路26の各辺の抵抗素子
R1,R2,R3,R4それぞれを成すように、相等し
い抵抗値を有し、トーションバー7の軸線7cに平行な
対称軸Aを有し、かつこの対称軸A上の1点Bに対して
点対称な位置に位置するように設定されている。
The front and rear legs 21 of the sensor module 21
The body 21e for connecting between a and 21b is a torsion bar 7
It has a flat plate shape parallel to the axis 7c of
Thin film strain gauge elements 25a, 25b, 25c, 25 at the locations
d is formed. As shown in FIGS. 5 and 6, the four thin film strain gauge elements 25a, 25b, 25c, 25
d has the same resistance value so as to form the resistance elements R1, R2, R3, R4 on each side of the Wheatstone bridge circuit 26, and has a symmetry axis A parallel to the axis line 7c of the torsion bar 7, and It is set so as to be located at a point-symmetrical position with respect to one point B on the axis of symmetry A.

【0021】なお、実際のセンサモジュール21の胴部
21e上では、図6に示す一点鎖線28で囲った内部の
配線パターンが形成されており、一点鎖線28の外部の
配線パターンはセンサ回路22側で接続され、センサモ
ジュール21とセンサ回路22との両方の回路要素によ
ってホイートストンブリッジ回路26が形成されること
になる。また図6に示す薄膜抵抗素子Riと、抵抗素子
Ra,Rbは回路バランス調整のために後付けされるも
のであり、製作誤差がまったくなければ不要なものであ
る。
On the body 21e of the actual sensor module 21, an internal wiring pattern surrounded by the alternate long and short dash line 28 shown in FIG. 6 is formed, and the external wiring pattern of the alternate long and short dash line 28 is on the sensor circuit 22 side. And the circuit elements of both the sensor module 21 and the sensor circuit 22 form a Wheatstone bridge circuit 26. Further, the thin film resistance element Ri and the resistance elements Ra and Rb shown in FIG. 6 are to be attached later for circuit balance adjustment, and are unnecessary if there is no manufacturing error.

【0022】いま、図4〜図6において、紙面の右側を
前、左側を後とし、さらにトーションバー7の前方側を
固定側とし、後部を捩り側とし、捩り側から見て反時計
回りにトルクをかけると、図5に示すように薄膜歪ゲー
ジ素子25a,25c間を結ぶ方向に引張応力が発生
し、逆に薄膜歪ゲージ素子25b,25d間を結ぶ方向
には圧縮応力が発生する。逆に捩り側に時計回りにトル
クをかけると、薄膜歪ゲージ素子25a,25c間を結
ぶ方向に圧縮応力が発生し、薄膜歪ゲージ素子25b,
25d間を結ぶ方向に引張応力が発生する。
4 to 6, the right side of the paper surface is the front side, the left side is the rear side, the front side of the torsion bar 7 is the fixed side, and the rear side is the twisting side, which is counterclockwise when viewed from the twisting side. When a torque is applied, a tensile stress is generated in the direction connecting the thin film strain gauge elements 25a and 25c, and a compressive stress is generated in the direction connecting the thin film strain gauge elements 25b and 25d, as shown in FIG. Conversely, when a torque is applied clockwise to the twisting side, a compressive stress is generated in the direction connecting the thin film strain gauge elements 25a and 25c, and the thin film strain gauge elements 25b and 25b
Tensile stress is generated in the direction connecting the 25d.

【0023】また抵抗素子R1,R2,R3,R4それ
ぞれを成す薄膜歪ゲージ素子25a,25b,25c,
25dそれぞれは、引張応力によってその抵抗値が増加
し、圧縮応力によって抵抗値が減少する抵抗値変化特性
を示す。そこで、トーションバー7の捩り側に反時計回
りのトルクをかけた時には、図6のホイートストンブリ
ッジ回路26に示したように、あるトルクに対して同じ
方向に抵抗値変化を示す抵抗素子R1,R3の組と抵抗
素子R2,R4の組とを向かい合う2辺に接続すること
により、トルクの作用に伴う抵抗素子R1,R2,R
3,R4各々の抵抗値の変化ΔRによってブリッジ回路
26がアンバランスになり、次の式1に示す出力電圧Δ
Vout が発生する。
The thin film strain gauge elements 25a, 25b, 25c, which form the resistance elements R1, R2, R3, R4, respectively.
Each of 25d shows resistance value change characteristics in which the resistance value increases due to tensile stress and the resistance value decreases due to compressive stress. Therefore, when a counterclockwise torque is applied to the torsion side of the torsion bar 7, as shown in the Wheatstone bridge circuit 26 of FIG. 6, the resistance elements R1 and R3 exhibiting resistance value changes in the same direction with respect to a certain torque. Of the resistance elements R1, R2 and R4 associated with the action of torque by connecting the pair of resistance elements R2 and R4 to the two opposite sides.
The bridge circuit 26 becomes unbalanced due to the change ΔR in the resistance value of each of R3 and R4, and the output voltage Δ
Vout is generated.

【0024】[0024]

【数1】 センサ回路22はこの出力電圧を検出してワイヤハーネ
ス23を通じて外部に出力する。トルクの方向はこの出
力電圧ΔVout の正負によって判定することになる。
[Equation 1] The sensor circuit 22 detects this output voltage and outputs it to the outside through the wire harness 23. The direction of the torque is determined by the positive / negative of this output voltage ΔVout.

【0025】次に、ステアリングトルクセンサ2として
多結晶シリコン歪ゲージ式トルクセンサの製造手順につ
いて、図7及び図8に基づいて説明する。センサモジュ
ール21はステンレス鋼材の冷間鍛造、粉末焼結、ある
いは切削によって図4に示したような所定の形状に製作
し、表面研磨する(ステップS1,S2)。
Next, a manufacturing procedure of a polycrystalline silicon strain gauge type torque sensor as the steering torque sensor 2 will be described with reference to FIGS. 7 and 8. The sensor module 21 is manufactured into a predetermined shape as shown in FIG. 4 by cold forging of stainless steel, powder sintering, or cutting, and the surface is polished (steps S1 and S2).

【0026】次に、このセンサモジュール21の胴部2
1eの表面にプラズマ化学気相成長法(P−CVD)に
よってSiO2 の絶縁膜を形成する(ステップS3)。
続いてP−CVDによって多結晶シリコンのゲージ膜を
形成し、フォトリソグラフィにより所定の4カ所にゲー
ジ素子25a,25b,25c,25dが残るようにゲ
ージパターンを形成する(ステップS4,S5)。続い
て電子ビームPVDによってAu電極パターンを形成
し、さらにP−CVDによってSi−Nxの保護膜を形
成する(ステップS6,S7)。
Next, the body portion 2 of the sensor module 21.
An insulating film of SiO2 is formed on the surface of 1e by plasma enhanced chemical vapor deposition (P-CVD) (step S3).
Subsequently, a gauge film of polycrystalline silicon is formed by P-CVD, and a gauge pattern is formed by photolithography so that the gauge elements 25a, 25b, 25c, 25d remain at predetermined four places (steps S4 and S5). Subsequently, an Au electrode pattern is formed by electron beam PVD, and a Si-Nx protective film is further formed by P-CVD (steps S6 and S7).

【0027】こうしてセンサモジュール21の胴部21
eの表面の所定の位置4カ所に多結晶シリコンの薄膜歪
ゲージ素子25a,25b,25c,25dが形成さ
れ、電極パターンも形成されると、次に、このセンサモ
ジュール21内でのゼロ点調整を実行し、ブリッジ回路
上に薄膜補正抵抗素子Riを追加することによって無負
荷時の温度特性を補正する(ステップS8)。
Thus, the body portion 21 of the sensor module 21
When the thin film strain gauge elements 25a, 25b, 25c, 25d of polycrystalline silicon are formed at four predetermined positions on the surface of e and the electrode patterns are also formed, next, zero point adjustment in the sensor module 21 is performed. Is performed, and the thin-film correction resistance element Ri is added on the bridge circuit to correct the temperature characteristic under no load (step S8).

【0028】続いてセンサモジュール21の脚部21
a,21bをトーションバー7の周面に載せ、電子ビー
ム溶接法によって溶着してトーションバー7と一体化さ
せる(ステップS9)。この後、溶接時に生じたかもし
れない残留歪を除去するために、過大トルクをトーショ
ンバー7に印加してその残留歪を除去する(ステップS
10)。この電子ビーム溶接法によれば、脚部21a,
21bそれぞれの下端部21c,21dそれぞれに電子
ビームを照射し、短時間に局部的に接合部を溶かしてト
ーションバー7の表面に接合する。したがって、接合部
には接合時に加わる応力が残留しやすく、これを除去す
るためにトーションバー7にセンサモジュール21を溶
接した後、トーションバー7に過大トルクを印加して強
制的に接合部の残留応力を除去するのである。
Subsequently, the leg portion 21 of the sensor module 21
The a and 21b are placed on the circumferential surface of the torsion bar 7 and welded by the electron beam welding method to be integrated with the torsion bar 7 (step S9). Then, in order to remove the residual strain that may have occurred during welding, an excessive torque is applied to the torsion bar 7 to remove the residual strain (step S).
10). According to this electron beam welding method, the legs 21a,
The lower ends 21c and 21d of the respective 21b are irradiated with an electron beam to locally melt the bonding portion in a short time and bond the surface to the torsion bar 7. Therefore, the stress applied at the time of joining tends to remain in the joint portion, and after removing the stress, the sensor module 21 is welded to the torsion bar 7 and then excessive torque is applied to the torsion bar 7 to force the joint portion to remain. The stress is removed.

【0029】この後、センサモジュール21をセンサ回
路22に接続し、感度の温度特性を補正するために実際
にトーションバー7に所定のトルクを印加して感度調整
を行い、センサ回路22側において必要な補正抵抗素子
Ra,Rbをホイートストンブリッジ回路26に追加接
続する(ステップS11,S12)。こうして調整が完
了すれば、センサカバー24を組み付けてステアリング
トルクセンサ2が完成する(ステップS13,S1
4)。
After that, the sensor module 21 is connected to the sensor circuit 22, and a predetermined torque is actually applied to the torsion bar 7 in order to correct the temperature characteristic of sensitivity, and the sensitivity is adjusted. The correction resistance elements Ra and Rb are additionally connected to the Wheatstone bridge circuit 26 (steps S11 and S12). When the adjustment is completed in this way, the sensor cover 24 is assembled and the steering torque sensor 2 is completed (steps S13 and S1).
4).

【0030】次に、ステアリングトルクセンサ2として
金属薄膜歪ゲージ式トルクセンサの製作手順を図9及び
図8に基づいて説明する。センサモジュール21はステ
ンレス鋼材の冷間鍛造、粉末焼結、あるいは切削によっ
て図4に示したような所定の形状に製作し、表面研磨す
る(ステップS21,S22)。
Next, a procedure for manufacturing a metal thin film strain gauge type torque sensor as the steering torque sensor 2 will be described with reference to FIGS. 9 and 8. The sensor module 21 is manufactured into a predetermined shape as shown in FIG. 4 by cold forging of stainless steel, powder sintering, or cutting, and the surface is polished (steps S21 and S22).

【0031】次に、このセンサモジュール21の胴部2
1eの表面にスパッタリング法によってSiO2 の絶縁
膜を形成する(ステップS23)。続いてスパッタリン
グ法によってNi−Crのゲージ膜を形成し、フォトリ
ソグラフィにより所定の4カ所にゲージ素子25a,2
5b,25c,25dが残るようにゲージパターンを形
成する(ステップS24,S25)。続いて真空蒸着法
によってAu電極膜を形成し、さらにフォトリソグラフ
ィにより電極パターンを形成する(ステップS26,S
27)。この後、スパッタリング法によってSi−Nx
の保護膜を形成する(ステップS28)。
Next, the body portion 2 of the sensor module 21.
An insulating film of SiO2 is formed on the surface of 1e by the sputtering method (step S23). Then, a Ni-Cr gauge film is formed by a sputtering method, and the gauge elements 25a, 2 are formed at predetermined four locations by photolithography.
A gauge pattern is formed so that 5b, 25c, and 25d remain (steps S24 and S25). Then, an Au electrode film is formed by a vacuum evaporation method, and an electrode pattern is further formed by photolithography (steps S26, S).
27). After that, Si-Nx is formed by a sputtering method.
Forming a protective film (step S28).

【0032】こうしてセンサモジュール21の胴部21
eの表面の所定の位置4カ所にNi−Cr金属の薄膜歪
ゲージ素子25a,25b,25c,25dが形成さ
れ、電極パターンも形成されると、以下、多結晶シリコ
ン薄膜歪ゲージ式トルクセンサの製作手順と同じく図8
に示した手順に従い、最終的に多結晶シリコン薄膜歪ゲ
ージ式トルクセンサを用いたステアリングトルクセンサ
2を得る。
Thus, the body portion 21 of the sensor module 21
When the thin film strain gauge elements 25a, 25b, 25c, 25d of Ni-Cr metal are formed at four predetermined positions on the surface of e and the electrode pattern is also formed, the polycrystalline silicon thin film strain gauge type torque sensor will be described below. Same as the manufacturing procedure
Finally, the steering torque sensor 2 using the polycrystalline silicon thin film strain gauge type torque sensor is obtained according to the procedure shown in FIG.

【0033】こうしてこの実施の形態によれば、センサ
モジュール21の平坦な胴部21eの表面に薄膜歪ゲー
ジ素子25a,25b,25c,25dを形成し、この
センサモジュール21の脚部21a,21bをトーショ
ンバー7の周面に溶接して一体化してステアリングトル
クセンサを構成しているので、その製作に際しては、従
来のようにトーションバー7の表面に直接、薄膜歪ゲー
ジ素子を真空蒸着法によって形成するのではなく、トー
ションバー7よりもサイズが小さいセンサモジュール2
1の所定の箇所にプラズマ化学気相成長法あるいはスパ
ッタリング法によって薄膜歪ゲージ素子を形成し、これ
をトーションバー7の所定の箇所に溶接すればよいた
め、一度の薄膜歪ゲージ素子の形成工程において多数の
資料を同時に製作することができ、製造コストの低廉化
が図れる。
Thus, according to this embodiment, the thin film strain gauge elements 25a, 25b, 25c and 25d are formed on the surface of the flat body portion 21e of the sensor module 21, and the leg portions 21a and 21b of the sensor module 21 are formed. Since the steering torque sensor is constructed by welding and integrally forming it on the circumferential surface of the torsion bar 7, the thin film strain gauge element is directly formed on the surface of the torsion bar 7 by the vacuum deposition method in the conventional manufacturing process. Sensor module 2 which is smaller in size than the torsion bar 7
Since a thin film strain gauge element may be formed at a predetermined position of No. 1 by a plasma chemical vapor deposition method or a sputtering method, and this may be welded to a predetermined position of the torsion bar 7, a thin film strain gauge element may be formed once. A large number of materials can be manufactured at the same time, and the manufacturing cost can be reduced.

【0034】またこの実施の形態ではセンサモジュール
21の前後の脚部21a,21bを凹面にしてトーショ
ンバー7の周面に一致させ、電子ビーム溶接法によって
溶着させる方法をとっているので、トーションバー7の
周面に応力集中による金属疲労を発生させるような溝、
切欠、凹みなどがなく、強度を損なうことがない。
In this embodiment, the front and rear legs 21a and 21b of the sensor module 21 are made concave so as to be aligned with the peripheral surface of the torsion bar 7 and welded by the electron beam welding method. Groove that causes metal fatigue due to stress concentration on the peripheral surface of 7.
There are no notches or dents, and the strength is not impaired.

【0035】さらにこの実施の形態によれば、トーショ
ンバー7と別体のセンサモジュール21を一体化して構
成しているので、トーションバー7に働くトルクに対し
てセンサモジュール21の胴部21eの表面でどれくら
いの歪が発生するかをその肉厚や切欠形状を変えること
によって調整することができ、同一のトルクに対して大
きな歪量を得ることができ、センサ感度を向上させるこ
とができる。
Furthermore, according to this embodiment, since the torsion bar 7 and the sensor module 21 which is a separate body are integrated, the surface of the body portion 21e of the sensor module 21 against the torque acting on the torsion bar 7 is integrated. The amount of strain generated can be adjusted by changing the wall thickness and the notch shape, and a large strain amount can be obtained for the same torque, and the sensor sensitivity can be improved.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上のように請求項1の発明によれば、
その製作に当たって、センサモジュールをトーションバ
ーと別個に製作し、そのセンサモジュールの胴部の表面
に適宜の方法で薄膜歪ゲージ素子を形成し、これをトー
ションバーに一体化させる製作手順をとることができ、
トーションバーに比べてサイズが小さいセンサモジュー
ル上に薄膜歪ゲージ素子を形成するので、同じ製造スペ
ースで同時に多くのモジュールに対して薄膜歪ゲージ素
子を形成する作業を行うことができ、製作コストを低廉
化することができる。
As described above, according to the invention of claim 1,
In manufacturing the sensor module, the sensor module may be manufactured separately from the torsion bar, the thin film strain gauge element may be formed on the surface of the body of the sensor module by an appropriate method, and the sensor bar may be integrated with the torsion bar. You can
Since the thin film strain gauge element is formed on the sensor module that is smaller in size than the torsion bar, it is possible to perform the work of forming the thin film strain gauge element for many modules at the same time in the same manufacturing space, and the manufacturing cost is low. Can be converted.

【0037】またセンサモジュールの形状、肉厚などの
調整によってトーションバーに働くトルクに対する薄膜
歪ゲージ素子の感度を調整することができ、用途に応じ
て適宜の感度のトルクセンサを容易に製作することがで
きる。
Further, the sensitivity of the thin film strain gauge element with respect to the torque acting on the torsion bar can be adjusted by adjusting the shape and thickness of the sensor module, and a torque sensor having appropriate sensitivity can be easily manufactured according to the application. You can

【0038】請求項2の発明によれば、センサモジュー
ルの胴部の表面を前記トーションバーの軸線に平行な平
坦面としたものであり、これにより、特に薄膜歪ゲージ
素子の形成が容易である。
According to the second aspect of the invention, the surface of the body of the sensor module is a flat surface parallel to the axis of the torsion bar, which facilitates formation of a thin film strain gauge element. .

【0039】請求項3の発明によれば、センサモジュー
ルの前記前後の脚部の下端面を前記トーションバーの周
面に電子ビーム溶接法により溶着して一体化しているの
で、トーションバー側に応力集中が起こるような溝、切
欠、凹みなどの応力集中を起こさせる部分を形成せずに
ステアリングトルクセンサを取り付けることができ、ス
テアリングコラムの機械的な強度を損なうことなく、そ
れに印加されるステアリングトルクの検出が行える。
According to the invention of claim 3, since the lower end surfaces of the front and rear legs of the sensor module are welded to the circumferential surface of the torsion bar by an electron beam welding method to be integrated, stress is applied to the torsion bar side. The steering torque sensor can be mounted without forming a stress concentration portion such as a groove, notch, or dent that causes concentration, and the steering torque applied to the steering torque sensor without impairing the mechanical strength of the steering column. Can be detected.

【0040】請求項4の発明によれば、薄膜歪ゲージ素
子をプラズマ化学気相成長法によって形成された多結晶
シリコン材より成る抵抗素子で構成したので、トーショ
ンバーに薄膜歪ゲージ素子を直接形成する場合よりも、
同じ設備容積においてより多くの数の資料を一度に製造
することができ、製造コストを低廉化することができ
る。
According to the invention of claim 4, since the thin film strain gauge element is constituted by the resistance element made of the polycrystalline silicon material formed by the plasma chemical vapor deposition method, the thin film strain gauge element is directly formed on the torsion bar. Than if you
A larger number of materials can be manufactured at the same time in the same equipment volume, and the manufacturing cost can be reduced.

【0041】請求項5の発明によれば、薄膜歪ゲージ素
子をスパッタリング法によって形成されたニッケルクロ
ム材より成る抵抗素子で構成したので、トーションバー
に薄膜歪ゲージ素子を直接形成する場合よりも、同じ設
備容積においてより多くの数の資料を一度に製造するこ
とができ、製造コストを低廉化することができる。
According to the invention of claim 5, since the thin film strain gauge element is constituted by the resistance element made of the nickel chrome material formed by the sputtering method, it is possible to form the thin film strain gauge element directly on the torsion bar. A larger number of materials can be manufactured at the same time in the same equipment volume, and the manufacturing cost can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態のステアリングトルクセ
ンサが取り付けられたステアリングコラムシャフトの分
解斜視図。
FIG. 1 is an exploded perspective view of a steering column shaft to which a steering torque sensor according to an embodiment of the present invention is attached.

【図2】上記実施の形態の取付状態を示す一部切欠正面
図。
FIG. 2 is a partially cutaway front view showing a mounting state of the above embodiment.

【図3】上記実施の形態の断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the above embodiment.

【図4】上記実施の形態の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of the above embodiment.

【図5】上記実施の形態のセンサモジュールの平面図。FIG. 5 is a plan view of the sensor module according to the above embodiment.

【図6】上記実施の形態により組み立てられたホイート
ストンブリッジ回路の回路図。
FIG. 6 is a circuit diagram of a Wheatstone bridge circuit assembled according to the above embodiment.

【図7】上記実施の形態の製造方法の一例の前半を示す
フローチャート。
FIG. 7 is a flowchart showing the first half of an example of the manufacturing method according to the embodiment.

【図8】上記実施の形態の製造方法の一例の後半を示す
フローチャート。
FIG. 8 is a flowchart showing the latter half of an example of the manufacturing method according to the above embodiment.

【図9】上記実施の形態の製造方法の他例の前半を示す
フローチャート。
FIG. 9 is a flowchart showing the first half of another example of the manufacturing method according to the embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステアリングコラムシャフトアセンブリ 2 ステアリングトルクセンサ 5 ロワーシャフト 6 アッパーシャフト 7 トーションバー 21 センサモジュール 21a,21b 脚部 21c,21d 下端部 21e 胴部 22 センサ回路 23 ワイヤハーネス 24 センサカバー 25a,25b,25c,25d 薄膜歪ゲージ素子 R1,R2,R3,R4 抵抗素子 Ri 補正薄膜抵抗素子 Ra,Rb 補正抵抗素子 1 Steering Column Shaft Assembly 2 Steering Torque Sensor 5 Lower Shaft 6 Upper Shaft 7 Torsion Bar 21 Sensor Module 21a, 21b Leg 21c, 21d Lower End 21e Body 22 Sensor Circuit 23 Wire Harness 24 Sensor Cover 25a, 25b, 25c, 25d Thin film strain gauge element R1, R2, R3, R4 resistance element Ri correction thin film resistance element Ra, Rb correction resistance element

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ステアリングコラムシャフトのロワーシ
ャフトとアッパーシャフトとを接合するトーションバー
の周面にセンサモジュールを一体的に取付け、このトー
ションバーにかかるトルクを検出するステアリングトル
クセンサであって、 前記センサモジュールの前後の脚部の下端面を前記トー
ションバーの外周面の曲率と同じ曲率を有する凹面と
し、これらの脚部の下端面を前記トーションバーの軸方
向の前後に一体的に固定し、 前記センサモジュールの前記前後の脚部間を連結する胴
部の表面で、前記トーションバーの軸方向に平行な対称
軸に対して線対称で、かつ点対称な位置関係にある4カ
所の位置それぞれに薄膜歪ゲージ素子を形成し、 前記4カ所の薄膜歪ゲージ素子各々を各辺の抵抗と成す
ようにホイートストンブリッジ回路を組んで成るステア
リングトルクセンサ。
1. A steering torque sensor for integrally mounting a sensor module on a peripheral surface of a torsion bar that joins a lower shaft and an upper shaft of a steering column shaft, and detecting a torque applied to the torsion bar. The lower end surfaces of the front and rear legs of the module are concave surfaces having the same curvature as the curvature of the outer peripheral surface of the torsion bar, and the lower end surfaces of these legs are integrally fixed to the front and rear in the axial direction of the torsion bar, On the surface of the body that connects the front and rear legs of the sensor module, at each of four positions that are line-symmetrical and point-symmetrical with respect to the axis of symmetry parallel to the axial direction of the torsion bar. A thin film strain gauge element is formed, and a Wheatstone bridge circuit is formed so that each of the four thin film strain gauge elements constitutes a resistance on each side. A steering torque sensor made up of roads.
【請求項2】 前記センサモジュールの胴部の表面を前
記トーションバーの軸線に平行な平坦面としたことを特
徴とする請求項1記載のステアリングトルクセンサ。
2. The steering torque sensor according to claim 1, wherein the surface of the body of the sensor module is a flat surface parallel to the axis of the torsion bar.
【請求項3】 前記センサモジュールの前記前後の脚部
の下端面を前記トーションバーの周面に電子ビーム溶接
法により溶着して一体化したことを特徴とする請求項1
記載のステアリングトルクセンサ。
3. The lower end surfaces of the front and rear legs of the sensor module are welded and integrated with the peripheral surface of the torsion bar by an electron beam welding method.
The steering torque sensor described.
【請求項4】 前記薄膜歪ゲージ素子をプラズマ化学気
相成長法によって形成された多結晶シリコン材より成る
抵抗素子で構成したことを特徴とする請求項1〜3のい
ずれかに記載のステアリングトルクセンサ。
4. The steering torque according to claim 1, wherein the thin film strain gauge element is composed of a resistance element made of a polycrystalline silicon material formed by a plasma chemical vapor deposition method. Sensor.
【請求項5】 前記薄膜歪ゲージ素子をスパッタリング
法によって形成されたニッケルクロム材より成る抵抗素
子で構成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか
に記載のステアリングトルクセンサ。
5. The steering torque sensor according to claim 1, wherein the thin film strain gauge element is composed of a resistance element made of a nickel chrome material formed by a sputtering method.
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