(57)【要約】軸によって伝達されるトルクを検出する装置１０は、捩り要素１１、捩りを受けている弾性捩り要素の両端へ角度方向に接続された二つのエンコーダ２９，３０、センサ組立体、そして、軸に作用するトルクを表わす一つの信号を発生するセンサ組立体を支持する電子回路基板１４を有する。【選択図】図１
2010509604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−入力部（１６ａ，１６ｂ）と出力部（１７）とを備える捩り要素（１１）と、
−入力部と角度方向で接続された第一のエンコーダと、捩り要素の出力部に接続された    第二のエンコーダを有する二つのエンコーダ（２９，３０）と、
−エンコーダと協働して、捩り要素の入力部の回転の第一パラメータを表わす第一信号    と捩り要素の出力部の回転の第二パラメータを表わす第二信号とを伝達するように形    成されたセンサ組立体（３８，３９）を有し、センサ組立体（３８，３９）はエンコ    ーダ（２９，３０）同士間に取り付けられた要素上に配され、且つ第一エンコーダ      （２９）に向く第一側部と第二エンコーダに向く第二側部とを有し、
−さらに、センサ組立体からの出力信号を受けて、捩りを受けている弾性捩り要素に作    用しているトルクを表わす信号を発するように形成されている処理手段（１４ａ）を    備える装置において、
−装置は、ケーシング（１５）内に配された二つのころがり軸受（１２，１３）をさら    に備え、取付要素（１４）が両ころがり軸受間でケーシングに取り付けられ、エンコ    ーダ（２９，３０）が二つのころがり軸受（１２，１３）のそれぞれにより支持され    ている、
ことを特徴とする、軸によって伝達されるトルクの検出装置。
【請求項２】
センサ組立体（３８，３９）とエンコーダ（２９，３０）は、半径方向で、ころがり軸受（１２，１３）の内輪（１９，２０）と外輪（２１，２２）の間に配設されていることとする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ころがり軸受（１２，１３）は、捩り要素（１１）と、該捩り要素に関して同心位置に配されたエンコーダ（２９，３０）とを支持していることとする請求項１又は請求項２に記載の装置。
【請求項４】
取付要素はセンサ組立体を支持する電子回路基板（１４）であることとする請求項１ないし請求項３のうちの一つに記載の装置。
【請求項５】
電子回路基板は、センサ組立体のセンサ要素から送られる信号を処理する手段をも有していることとする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
処理手段（１４ａ）は二つのエンコーダの少なくとも一方のエンコーダの角度位置を表わす出力信号を発するように形成されていることとする請求項１ないし請求項５のうちの一つに記載の装置。
【請求項７】
ころがり軸受は捩り要素の入力部に向く第一軌道輪と出力部に向く第二軌道輪とを有し、第一エンコーダが回転方向で第一軌道輪に接続され、第二エンコーダが回転方向で第二軌道輪に接続されていることとする請求項１ないし請求項６のうちの一つに記載の装置。
【請求項８】
第一軌道輪が捩り要素の入力部に配されていること、第二軌道輪が出力部に配されていることの少なくとも一方の条件を具備していることとする請求項６に記載の装置。
【請求項９】
第一軌道輪が捩り要素（１１）の入力部に配された第一内輪（１９）であること、第二軌道輪が出力部に配された第二内輪であることの少なくとも一方の条件を具備していることとする請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
ころがり軸受が二つの軌道面が形成された外輪を有し、電子回路基板が該外輪に関して固定位置に留まるように、装置内に組み込まれていることとする請求項１ないし請求項９のうちの一つに記載の装置。
【請求項１１】
第一軸受（１２）が第一内輪と第一外輪を有し、第二軸受（１３）が第二内輪と第二外輪とを有し、電子回路基板が上記両外輪に関して固定位置にあるように装置内に組み込まれていることとする請求項１ないし請求項１０のうちの一つに記載の装置。
【請求項１２】
センサ組立体は、第一信号を発するように電子回路基板の一方の面に配された第一センサ（３８）と、第二信号を発するように電子回路基板の他方の面に配された第二センサ（３９）とを有することとする請求項１ないし請求項１１のうちの一つに記載の装置。
【請求項１３】
装置はシャフトの回転数を表わす信号を供することのできる回転カウンタを有していることとする請求項１ないし請求項１２のうちの一つに記載の装置。
【請求項１４】
電子回路基板（１４）がエンコーダ（２９，３０）同士間に配されていることとする請求項１ないし請求項１３のうちの一つの記載の装置。
【請求項１５】
第一センサと第二センサの少なくとも一方が三つの検出要素を有していることとする請求項１ないし請求項１４のうちの一つに記載の装置。
【請求項１６】
電子回路基板は、少なくとも一方のエンコーダの絶対角度位置を表わす出力信号を供するように形成されていることとする請求項１ないし請求項１５のうちの一つに記載の装置。
【請求項１７】
電子回路基板（１４）は、少なくとも一方のエンコーダの相対多角度位置を表わす出力信号と、他方のエンコーダの絶対角度位置を表わす出力信号とを供するように形成されていることとする請求項１ないし請求項１６のうちの一つに記載の装置。
【請求項１８】
入力部に接続された第一部と出力部に接続された第二部とを有することとする、請求項１ないし請求項１７のうちの一つに記載の装置を有するステアリングコラム装置。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の軸、特にステアリングコラムの軸におけるトルクを検出そして推測する分野、例えばアシスタンスモータを制御することを目的とする分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気的なアシストステアリングシステムにおいて、自動車の走行中に、運転者によりもたらされるステアリングホイールトルクは、専用トルクセンサによって測定される。かくして得られた情報は、引き続き、アシスタンスモータがステアリングコラムに与えなければならないトルクの設定値を決めるためにコンピュータにより処理される。トルクセンサは、通常、きわめて使用そして較正しずらい上に、複雑で大型である。
【０００３】
特許文献１は、自動車のステアリングコラムに与えられるべき設定値を決める方法を開示しており、そこでは、ステアリングホイールのトルクについての情報が、ステアリングホイールそしてアシスタンスモータにて、ステアリングコラムの角度を測定することによって得られ、次いで、ステアリングコラムの剛性を考慮した上で、二つの角度測定位置の間における角度測定値を比較している。
【０００４】
したがって、互いに離れた場所に設けられる二つの角度センサが必要であり、また、ワイヤによってそれらのセンサをコンピュータに接続する必要があり、したがって、構成が複雑になると共に比較的コスト高となる。
【０００５】
特許文献２は、捩り変形可能な被測定体、二つのパルス発生手段、直角位相差でアナログ信号を発する二つのアナログ磁気センサ、該二つのセンサの四つの信号にもとづいて一つの出力信号を生成する電子処理装置とを有し、出力信号が軸に作用するトルクの関数となっているトルク測定のためのアナログ装置を開示している。磁気パルス発生手段が製作コストを高くしてしまうような数多くの極を有するリングとして作られている。
【０００６】
また、特許文献３では、歯車が組み込まれているハウジングから、該歯車に取り付けられたエンコーダから、そして該エンコーダに対して軸方向で面しているセンサから、捩り軸に伝達されているトルクを検出するシステムが知られている。この文献では、捩り軸とエンコーダの間での伝達は歯車によって行われており、これは測定精度が低下する。さらには、このシステムは半径方向で煩雑なものとなっている。
【０００７】
さらには、特許文献４にて、捩り要素、管状サポートを介して捩り要素に取り付けられたエンコーダ、そしてエンコーダに関し若干の半径方向エアギャップをもって配されたセンサを有している、軸へ伝えられたトルクの検出のためのシステムが知られている。エンコーダは管状サポートの端部位置と、シャフトへ上記サポートを取り付けるための点から軸方向に離れた位置とに設けられている。このような構成では、エンコーダの誤った回転、そしてセンサとエンコーダの間のエアギャップの好ましくない変動が生じてしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＦＲ−Ａ−２８４８１７３
【特許文献２】ＦＲ−Ａ−２８２１９３１
【特許文献３】ＥＰ−Ａ１−１５４１９８３
【特許文献４】ＥＰ−Ａ１−１３８２５１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような欠点を解消することを目的としている。
【００１０】
本発明は、特にコンパクトで、経済的で、堅牢かつ正確なトルク測定のための装置を提供する。
【００１１】
さらには、ステアリングコラムに組込み容易なサブアセンブリの形態でのトルク検出のための装置を得ることを可能とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の軸によって伝達されるトルクの検出装置は、
−入力部と出力部とを備える捩り要素と、
−入力部と角度方向に接続された第一のエンコーダと、捩り要素の出力部に接続された第二のエンコーダを有する二つのエンコーダと、
−エンコーダと協働して、捩り要素の入力部の回転の第一パラメータを表わす第一信号と捩り要素の出力部の回転の第二パラメータを表わす第二信号とを伝達するように形成されたセンサ組立体と、
−センサ組立体からの出力信号を受けて、捩りを受けている弾性捩り要素に作用しているトルクを表わす信号を発するように形成されている処理手段と、
を有している。
【００１３】
上記センサ組立体はエンコーダ同士間に配され、且つ第一エンコーダに向く第一側部と第二エンコーダに向く第二側部とを有していて、該センサ組立体は固定要素に配される。
【００１４】
上記装置は、ケーシング内に配された二つのころがり軸受をさらに備え、取付要素が両ころがり軸受間でケーシングに取り付けられ、エンコーダが二つのころがり軸受のそれぞれにより支持されている。
【００１５】
この装置のケーシングと軸との間に軸受を用いることにより、特に、摩擦を低減させると共に、軸受によって支持されたセンサとエンコーダとの間のエアギャップを高精度に得ることを可能とする。これは、終始、伝達信号の安定性そして信頼性に貢献する。
【００１６】
エンコーダはケーシング内に配置されたそれぞれの軸受に取り付けられており、センサ組立体を支持する固定要素が上記ケーシングに取り付けられている。したがって、これはエンコーダ要素とセンサの相対位置を正確とする。これは、エンコーダの回転の精度を高め、したがって、センサとエンコーダとの間のエアギャップの大きさの設定を正確にする。
【００１７】
好ましくは、センサ組立体とエンコーダは、半径方向で、ころがり軸受の内輪と外輪の間に配設されている。
【００１８】
一つの形態では、ころがり軸受は、捩り要素と、該捩り要素に関して同心位置に配されたエンコーダとを支持している。
【００１９】
これは、装置の半径方向での小型化をさらに促進する。特にその半径方向での大きさはころがり軸受と同じ位とする。
【００２０】
取付要素はセンサ組立体を支持する電子回路基板とすることができる。電子回路基板は、センサ組立体のセンサ要素から送られる信号を処理する手段をも有しているようにすることもできる。
【００２１】
処理手段は二つのエンコーダの少なくとも一方のエンコーダの角度位置を表わす出力信号を発するように形成されているようにすることができる。
【００２２】
ころがり軸受は捩り要素の入力部に向く第一軌道輪と出力部に向く第二軌道輪とを有し、第一エンコーダが回転方向で第一軌道輪に接続され、第二エンコーダが回転方向で第二軌道輪に接続されている。
【００２３】
第一軌道輪が捩り要素の入力部に配されていること、第二軌道輪が出力部に配されていることの少なくとも一方の条件を具備しているようにすることができる。
【００２４】
第一軌道輪が捩り要素の入力部に配された第一内輪であること、第二軌道輪が出力部に配された第二内輪であることの少なくとも一方の条件を具備しているようにすることもできる。
【００２５】
ころがり軸受が二つの軌道面が形成された外輪を有し、電子回路基板が該外輪に関して固定位置に留まるように、装置内に組み込まれているようにすることができる。
【００２６】
第一軸受が第一内輪と第一外輪を有し、第二軸受が第二内輪と第二外輪とを有し、電子回路基板が上記両外輪に関して固定位置にあるように装置内に組み込まれている。
【００２７】
センサ組立体は、第一信号を発するように電子回路基板の一方の面に配された第一センサと、第二信号を発するように電子回路基板の他方の面に配された第二センサとを有するようにすることができる。
【００２８】
回転カウンタは、シャフトの回転数を表わす信号を供することができる。
【００２９】
電子回路基板がエンコーダ同士間に配されているようにすることができる。
【００３０】
第一センサと第二センサの少なくとも一方が三つの検出要素を有しているようにすることができる。
【００３１】
電子回路基板は、少なくとも一方のエンコーダの絶対角度位置を表わす出力信号を供するように形成されているようにすることができる。
【００３２】
電子回路基板は、少なくとも一方のエンコーダの相対角度位置を表わす出力信号と、他方のエンコーダの絶対角度位置を表わす出力信号とを供するように形成されているようにすることができる。
【００３３】
検出要素は、磁気検出型、例えばホール効果によるものでもよい。電子回路基板に、概ね環状の基板でよく、一方のラジアル面に一つのセンサを支持し、他方のラジアル面に他方のセンサを支持するようにすることができる。処理手段はプロセッサを有するようにすることができる。
【００３４】
少なくとも一つのエンコーダは両極リングを有するようにしてもよい。各極は１８０°の角度セクタを占めるようにすることができる。両極リングエンコーダと協働する三つの検出要素を備えたセンサは、精度がエンコーダの分解能に依存しないので、絶対角度位置を検出できる。
【００３５】
電子回路はトルクを表わす一つの信号と、複数のエンコーダのうちの一つの角度位置を表わす一つの信号とを出力でき、その結果、一つの角度位置センサが、角度位置信号を維持しながら、ステアリングコラム上のどこかに移すことができる。これは、角度位置信号を発するトルクセンサに優位性をもたらす。装置は、トルクの検出と角度位置の検出との二つの機能を有する。電子回路は、複数のエンコーダのうちの少なくとも一方のエンコーダの絶対角度位置を表わす出力信号を発生するように形成されているようにできる。
【００３６】
回転カウンタは電力割込み許容供給型、すなわち、電力供給時に、基準に関する軸の回転数をも出力する形式とすることができる。回転カウンタは、軸に対して回転可能に取り付けられた第二の歯車と協働する第一の歯車を有することができる。第一の歯車は、一方の側から他方の側までの軸の可能性ある回転数、あるいは該軸の可能性ある回転数の二倍の回転数に等しい数の歯を備えているようにすることができる。第一の歯車は磁気的に両極をもつようにすることができる。回転カウンタは、第一の歯車に最も近い部分の極を検出することのできる二つの磁気センサを有するようにすることができる。軸が一回転中に角度位置が９０°移動する第一の歯車を用いることで、回転数の形で、軸の位置を決めることが可能となる。
【００３７】
一つの形態において、装置はステアリングコラム支持装置に組み込まれることができる。ステアリングコラムは入力部に接続された第一部と出力部に接続された第二部とを有する。
【００３８】
他の形態では、装置はステアリングラックブロックに組み込まれる。
【００３９】
他の形態では、装置はステアリングアシスタンスブロックに組み込まれる。
【００４０】
本発明は、添付図面で示された非限定的例としてのいくつかの実施形態を詳細に検討することで、より良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ステアリングコラムの構成図である。
【図２】トルク検出装置の軸方向断面図である。
【図３】他のトルク検出装置の軸方向断面図である。
【図４】図３の分解図である。
【図５】回転カウンタの概要図である。
【図６】さらに他のトルク検出装置の軸方向断面図である。
【図７】図６の分解図である。
【図８】詳細分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
図１に示されるように、自動車のための電動式ステアリング装置は、自動車の運転者によって回転されるステアリングホイール２を、上端で支持するステアリングコラム１と、該ステアリングコラム１の下端に作用する機械式ステアリング装置３と、アシスタンスモータ４、例えば、電動モータとを備えており、該アシスタンスモータ４には減速装置５が連結されている。機械式ステアリング装置３は、ステアリングボックス６を有し、該ステアリングボックス６内には、軸方向に可動に、ラックと右側そして左側のセンタリンク７，８の一端部とを収容しており、各センタリンク７，は上記一端部でラックと係合し、他端部で組立体の前輪のステアリング装置と係合している。ラックは、ステアリングコラム１の下端に回転可能に取り付けられたピニオンによって、軸方向に移動される。ステアリングホイール２は、回転方向にて、ステアリングコラム１の上端にしっかりと取り付けられているので、ステアリングホイール２を回転することでセンタリンク７，８に軸方向移動を生じさせる。ステアリングコラム１は、ステアリングホイールとステアリングアシスタンスモータとの間に位置するコラムの一位置に配された、軸により伝達されるトルクを検出するための装置１０を備えていて、自動車の運転者によりステアリングホイールに加えられたトルクが可及的に正確に検出される。
【００４３】
図２に見られるように、トルク検出のための装置１０はカートリッジを有し、このカートリッジ内には連動する種々の要素が配されている。トルク検出のための装置１０は捩り弾性特性をもつ要素１１、二つのころがり軸受１２，１３、電子回路基板１４そしてカートリッジケーシング１５あるいはカートリッジハウジングを有している。捩り弾性をもつ要素１１は軸の形状をした入力部材１６を有し、該入力部材１６は第一部１６ａと、中央の大径部１６ｂそして小径部１６ｃを有しており、第一部１６ａはケーシング１５から軸方向に突出してその自由端で図示しないステアリングコラムの軸部と連結されるようになっており、小径部１６ｃより大径の中央部１６ｂにはころがり軸受１３がスリーブ嵌合しており、小径部１６ｃは捩りに対して或る程度の弾性を有しており、この弾性は、小径部１６ｃの直径、長さそして材料、例えばグレードの選択された軽合金あるいは鋼によって定まる。
【００４４】
また、捩り弾性を有している要素１１は、入力部材１６の小径部１６ｃ上に配され該小径部１６ｃとほぼ同じ長さの中空軸状のスリーブ１７をも有しており、該スリーブ１７は小径部１６ｃの自由端近傍で、該スリーブ１７と小径部１６ｃとを貫通する孔に配されたピン１８によって回転方向にて小径部１６ｃと結合されている。勿論、小径部１６ｃの自由端とスリーブ１７の自由端の間の結合方法は、例えば、溶接とすることもできる。ころがり軸受１２は、ピン１８の位置とは反対側の位置で、スリーブ１７の円筒外周面の上にスリーブ嵌合されている。ステアリングコラムの軸の他端は、図示しない方法で、小径部１６ｃあるいはスリーブ１７の自由端と結合している。
【００４５】
図示の形態では、スリーブ１７は、軸方向にてころがり軸受１２の位置で肉厚でピン１８の位置で肉薄となる段状の外周面を有している。スリーブ１７は比較的高い捩り剛性を有していて、捩り弾性の殆どは入力部材１６の小径部１６ｃによってもたらされる。小径部１６ｃは、該小径部１６ｃが捩りを受けたときに該小径部１６ｃとスリーブ１７との相対角変位を許容するように調整されており、この相対角変位はピン１８が位置する領域でのゼロ値からスリーブ１７の固定端の領域での最大値に向け変化する。入力部材１６の一端と他端の間でトルクが作用すると、スリーブ１７と入力部材１６の大径部１６ｂとの間の角度差が作用する上記トルクの関数となる。
【００４６】
二つのころがり軸受１２，１３は同一構造を有していてもよい。ころがり軸受１２，１３は、それぞれ、内輪１９，２０、外輪２１，２２、ボールとして図示される一列の転動体２３，２４、転動体２３，２４を周方向に等間隔に配する保持器２５，２６、そして外輪２１，２２の内径に形成された溝に取り付けられ内輪１９，２０の内筒外面との間に狭い隙間を形成するシールフランジ２７，２８を有している。シールフランジ２７，２８は軸方向で互いに反対側に配されている。軸方向中央部でトロイダル形をなす軌道面が内輪１９，２０の外周面そして外輪２１，２２の内周面に形成されている。
【００４７】
ころがり軸受１２，１３はそれぞれエンコーダ２９，３０を有している。各エンコーダ２９，３０は支持部３１，３２と能動部３３，３４を有している。支持部３１，３２は、軸方向でフランジ２７，２８とは反対側で、それぞれ内輪１９，２０の外周面にスリーブ嵌合された部分を有している。換言すると、エンコーダ２９，３０は、軸方向で、互いに対面する位置に設けられている。支持部３１，３２は、内輪１９，２０の側端面の位置を越えて延びる軸方向延出部を有し、この軸方向延出部が能動部３３，３４の少なくとも一部に及んでいる。支持部３１は、ころがり軸受のシールを向上させるために外輪２１の半径方向に延びる側端面との間に狭い隙間を形成するように半径方向外方へ延びるラジアルカラーを有していてもよい。能動部３３，３４は両極をもつ磁気リングの形態をなしているようにでき、各極は１８０°の角度セクタを占める。能動部は矩形断面の「プラスト」あるいは磁化エラストフェライト要素を有するようにできる。エンコーダ２９，３０は半径方向で内輪１９，２０と外輪２１，２２との間に配されている。さらに正確に言うと、エンコーダ２９，３０は内輪１９，２０の内径と外輪２１，２２の内径の間に配されている。両エンコーダ２９，３０は捩り要素１１から半径方向で同じ距離の位置にある。換言すると、両エンコーダ２９，３０は捩り要素１１に対し同心に位置している。
【００４８】
ケーシング１５は、この図示の例では、互いに嵌合する二つの部分３５，３６を有し、両部分はスリーブ嵌合、接着、機械的固定手段によって一つに結合している。ケーシング１５の各部分３５，３６は、Ｌ字状断面をもつカップ状をなし、ころがり軸受１２の外輪２１そしてころがり軸受１３の外輪２２がそれぞれスリーブ嵌合される大径アキシャル部と、半径内方に延びて外輪２１と２２がそれぞれ当接する短ラジアル縁部を備えている。半径方向にて、一方側をなす入力部材１６の大径部１６ｂの外周面と及びスリーブ１７の外周面と、他方側でケーシング１５の内径との間、そして軸方向にて、ころがり軸受１２，１３の側端面同士間に形成された空間には、ころがり軸受１２，１３の軌道輪の上記側端面に対し少なくとも部分的に突出するエンコーダ２９そして３０と、例えば、ケーシング１５の部分３６の内径に取り付けられ該部分３６で支持されている電子回路基板１４が配置されている。
【００４９】
電子回路基板１４は、これが取り付けられるケーシング１５から半径方向内方に延びる環状板３７と、ころがり軸受１２の側方に配されて若干の半径方向隙間をもってエンコーダ２９の能動部３３の周囲に配置された複数のセンサ要素３８とを有している。電子回路基板１４とこれが支持するセンサ３８及び３９は、したがって、ケーシング１５そしてころがり軸受１２，１３の外輪２１，２２に対して位置が固定されている。センサ要素３８はホール効果型でよく、例えば、三個が周方向に均等に配置され、これによって、絶対角度位置の一つのセンサを形成する。したがって、エンコーダ２９の能動部３３としての両極をもつリングにより生じた磁界を検出する三個のセンサ要素３８は、三つの信号を発し、これらが組み合わせられそして処理されて二種の信号を生じ、これらの差を測定することで、最も正確なレベルで、エンコーダ２９の絶対角度位置を決定し、したがって、内輪１９そしてスリーブ１７の電子回路基板１４そして固定基準位置に対する絶対角度位置を得る。かかる検出システムはＦＲ０６００１２０の特許出願に開示されている。
【００５０】
ころがり軸受１３の側方では、電子回路基板１４が上記センサ要素３８と同タイプの複数のセンサ要素３９を有し、エンコーダ３０の能動部３４の周囲に配されており、最も正確なレベルで、エンコーダ３０の角度位置を絶対的に決定でき、したがって、ころがり軸受１３の内輪２０そして入力部材１６の大径部１６ｂの角度位置を得る。センサ要素３８，３９は、半径方向で、ころがり軸受１２，１３の内輪１９，２０と外輪２１，２２との間に配されている。さらに正確には、センサ３８，３９は内輪１９，２０の内径と外輪２１，２２の内径との間に配されている。また、これらは、捩り要素１１に対して同心に位置している。
【００５１】
電子回路基板１４はプロセス手段１４ａ、例えば、六つのセンサ要素からの出力信号を処理できるプロセッサの形態をとり、アナログあるいはデジタルで、増幅器によって、例えば二つづつでの差分により処理を行う。このプロセス手段は、信号同士間の差分の平方の合計についての平方根を算出して、エンコーダ２９，３０の間の角度差を表わす値を、したがって、捩りを受けている弾性捩り要素１１すなわちステアリングコラムに作用しているトルクを表わす値を得る。
【００５２】
この実施形態では、電子回路基板の採用によって簡単かつ経済的にトルク測定を行うことを可能とする。ステアリングホイールに向いて位置しているコラムの側に配されたセンサ要素がステアリングホイールの角度位置を精度よく表わす角度位置信号を提供する程度に、トルクを表わす信号そしてステアリングホイールの角度位置を表わす信号を出力信号として発することができる。
【００５３】
図３そして４に示される実施形態は、図２に示されたものに比較的似ているが、多回転計測手段を有している。特に、ステアリングホイールは、自動車の運転者によっては、初端から終端まで、すなわち、自動車のステアリングホイールの最も左への回転位置から反対側の最も右への回転位置までの回転が、数回転、しばしば四回転ということもある。特定の分野では、数回転でステアリングホイールの角度位置を知りたいという要望もある。例えば＋５０°の値でのみ示される角度位置が、ステアリングホイールの中立位置に対して＋５０°、＋１回転に対して＋５０°、−１回転に対して＋５０°、あるいは、−２回転に対して＋５０°ともなる。
【００５４】
同一部位に同一符号が付されている図３そして図４に示されているように、ケーシング１５は、ほぼ円筒状をなしている形状に加え、半径方向外方に延び内部空間４１を拡大する突出部４０を有しており、上記ケーシング１５内に追加部材を収容することを可能としている。該内部空間４１は、ころがり軸受の軌道輪の側端面同士間で、半径方向で、捩り弾性要素１１の外周円筒面まわりに形成された前出の空間と連通している。突出部４０はケーシング１５の両部分３５と３６に分かれて設けられ、二つの部分３５，３６が組まれる前に、ケーシング１５内に諸部材が容易に配置されるようになっている。電子回路基板１４は上記内部空間４１に位置するように半径方向外方へ突出したラグ４２を有していて、このラグ４２がケーシング１５の部分３６のラジアル部４３と当接している。ラグ４２は、一方では、ケーシング１５内での電子回路基板１４の角度位置を容易に定め、他方では、二つの磁気検出センサ４４，４５の支持を可能としている。磁気検出センサ４４，４５は、ケーシング１５のラジアル部４３とは反対側のラグ４２の面に配されている。
【００５５】
ケーシング１５の部分３５は、部分３６のラジアル部４３と同様な形のラジアル部４６と、ラジアル部４６からラジアル部４３に向って延びるアキシャルフィンガ４７をも有しており、該部分３５の端部に関して凹部を残している。アキシャルフィンガ４７は、半径方向で、ころがり軸受１２の外輪２１の外周面の近くに位置している。アキシャルフィンガ４７には、例えば合成樹脂製で図５に見られるような外歯４９が設けられた歯車４８が回転自在に取り付けられている。
【００５６】
図５に見られる実施形態では、歯車４８は八つの歯を有し、八つの尖端をもつ星型をなしている。
【００５７】
図３そして図４の実施形態では、歯車は１２の歯を有していた。歯車４８は、両極を有するリングを形成する磁化帯５０を有し、各極は１８０°の角度セクタを占めている。両極リング５０は、軸方向エアギャップをもって、センサ４４，４５と対面するように配置されている。エンコーダ２９の支持部３１は外方に延びる短いラジアルカラー５１を備え、軸方向で能動部３３と内輪１９の側端面との間に配される。ラジアルカラー５１は歯車４８の歯４９と噛合する歯が設けられている。ラジアルカラー５１の歯は、例えば、二つの歯５２，５４がすぐ隣りに歯溝５３を形成するようになっていてもよい。したがって、ステアリングホイールの一度の回転における一回転にほぼ対応するエンコーダ２９の一度の回転における一回転は、歯５２と５４を対応する数だけの歯、すなわち二つの歯４９と噛み合い、これによって、歯の数によって割ったものの二つ分、例えば、図５に図示された例では八つ、すなわち四分の一回転だけ歯車４８を円弧上で旋回させる。
【００５８】
特に、図５に示された例では、磁気センサ４４は歯車４９のＮ極に対面している一方で、磁気センサ４５はＳ極に対面している。時計廻り方向での歯車４８の旋回が四分の一回転の場合、二つの磁気センサ４４そして４５はＮ極に対面するように位置する。歯車４８の旋回が半回転の場合、磁気センサ４４がＳ極と対面し、磁気センサ４５がＮ極と対面し、さらには、反時計廻り方向での歯車４８の旋回が四分の一回転の場合、磁気センサ４４と４５の両方がＳ極と対面するようになる。
【００５９】
磁気センサ４４と４５は、出力として、一方の極に対応してゼロ値、そして他方の極に対応して１の値とする二進信号を発するようにしてもよい。その結果、ステアリングコラムシャフトの四つの可能性ある回転に対応してセンサ４４と４５から出力信号の四つの可能性ある組み合わせを得る。したがって、作動中、磁気センサ４４と４５からの出力信号はステアリングコラムシャフトの位置を回転数で示し、これは中立位置に対する回転数として、−２，−１，＋１，＋２で表わされ、あるいは１から４の形での回転数で表わされる。電子回路基板１４のプロセス手段は、上述のように形成された回転カウンタからの出力信号とセンサ組立体のうちの一つのセンサからの出力信号を組み合わせるようになっており、例えば、測定の精度を向上させるために、ステアリングコラムの上方側に、すなわちステアリングホイールに設けられたエンコーダに面するように配されたセンサ要素により形成される。
【００６０】
一つの実施形態では、歯車４８と歯付きカラー５１との間の減速比は、ステアリングホイールの一方の側の回転端と他方の側の回転端の間での回転数に等しい。
【００６１】
図６そして７における実施形態では、前出の部位と同一部位には同一符号を付してある。中央部１６ｂは第一部１６ａの直径と小径部１６ｃの直径の間の直径を有している。ころがり軸受１３の内輪２０は中央部１６ｂの外周面にスリーブ嵌合され、第一部１６ａと中央部１６ｂとの境界となる位置の肩部に当接している。
【００６２】
スリーブ１７も段状の外周面を有していて、ころがり軸受１２の内輪１９が異なる直径の二つの部分の境界となる位置の肩部に当接している。ケーシング１５は、ころがり軸受１２そして１３のシールフランジ２７そして２８の近傍に形成されたフランジによって半径方向内方に延びており、一方ではスリーブ１７と、そして他方では第一部１６ａとの間に狭い隙間を形成して保護を向上している。また、ケーシング１５は内方に向くアキシャルエッジ３５ａ，３６ａを有し、それらの内部にころがり軸受１２そして１３の外輪２１そして２２がそれぞれスリーブ嵌合されている。
【００６３】
ころがり軸受１３の外輪２２にはスリーブ５５がスリーブ嵌合されており、その一端がケーシング１５の部分３６のアキシャルエッジ３６ａに近接している。スリーブ５５は半径方向内方に向くラジアル突部をも有しており、対応する外輪２２のラジアル側端面と接触して軸方向位置を定めると共に、外輪２２とは反対側でスリーブ５５に対してスリーブ嵌合されているバンド５６、例えば、合成樹脂で作られていて電子回路基板１４に取りつけられているバンド５６を支持している。
【００６４】
同様にして、スリーブ５７が軸受１２の外輪２１にスリーブ嵌合されて、該スリーブ５７内へスリーブ嵌合されているオープンバンド５８を支持しており、該オープンバンド５８は電子回路基板１４に取り付けられている。スリーブ５７は周方向で部分的に設けられた突出部５９を有し、該突出部５９には孔が形成されていて、歯車４８を支持する軸６０を収めることを可能としている。歯車４８はその中心にエンコーダ５０、例えば、電子回路基板１４に取り付けられた磁気センサ４４に面するように従来のごとく配された一つの矩形のマグネットあるいは複数のマグネットを備えている。
【００６５】
さらには、ケーシング１５は、部分３５そして３６の間に結合部材６１を備え、ケーブル出力部６２が設けられている。
【００６６】
電子回路基板１４は、したがって、信号の優れた安定性を確保するエンコーダ２９とエンコーダ３０の両方に対し、完全な状態で位置付けられる。
【００６７】
図８に見られるように、バンド５６は環状の電子回路基板１４に接触する三つの脚部６５を有している。該脚部６５は、バンド５６の本体部から軸方向に突出していて、センサ要素３９の固定部６６を固定するための孔が形成された薄い部分を形成している。周方向の一部に開放部が形成された開放型環状のバンド５８も周方向に等間隔に分布された三つの脚部６５を有し、電子回路基板１４の反対側の面に接触しており、これらの脚部６５はバンド５８の上記開放部から離れて位置している。また、装置は、開放型環状のバンド５８、電子回路基板１４、そしてバンド５６に形成されたそれぞれの孔を貫通する二つの貫通ピン６４をも有している。貫通ピン６４は、例えば接着により、これらの三つの部材を一緒に保持することを可能とする。貫通ピン６４は、脚部６５から離れた位置で、直径方向で対向する位置に配されており、センサ要素３８と３９の固定には何の支障にもならない。
【００６８】
結果として、使用者は、角度位置信号の発生をも可能とするトルク検出装置から利点を得、また、採用された装備に依存して、シャフトの絶対多回転角度位置を決定するための回転カウンタをも形成可能な入力部あるいは出力部によって利点を得る。
【００６９】
本発明の装置は、数多くのセンサと、電子回路基板と、そして完全な信号を供給するための比較的長いケーブルとを備えたことを基本とする従来の装置よりも、きわめて簡単でコンパクトとなる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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