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【発明の名称】 回転トルクを検出するための、回転角度制限器を有するセンサの製作法、及び該方法により製作されたセンサ
【発明者】 【氏名】ヌハド バッハナク
【要約】 【課題】測定値検出を既に小さな回転角度差において高い精度で行うことができるようにする。

【解決手段】最初に測定ボックス９とケーシング２とを１つの構造ユニットを形成するように結合し、次いで前記ケーシング２と測定ボックス９とを、予め規定された分割接合面５，６に沿って分離することにより回転角度制限器７を形成し、第１のケーシング部分３を測定ボックス９の第１の端部に、また第２のケーシング部分２を測定ボックス９の第２の端部に結合し続けて、前記ケーシング部分２，３と測定ボックス９との間で制限された回転角度差を可能にするようにした。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ケーシングと測定ボックスとを有する、回転トルクを検出するためのセンサの製作法であって、過負荷からセンサを保護するために、ケーシングと測定ボックスとの間に回転角度差を制限するための回転角度制限器を設ける形式のものにおいて、最初に測定ボックス（９）とケーシング（２）とを１つの構造ユニットを形成するように結合し、次いで前記ケーシング（２）と測定ボックス（９）とを、予め規定された分割接合面（５，６）に沿って分離することにより回転角度制限器（７）を形成し、第１のケーシング部分（区分３）を測定ボックス（９）の第１の端部に、また第２のケーシング部分（ケーシング２）を測定ボックス（９）の第２の端部に結合し続けて、前記ケーシング部分（２，３）と測定ボックス（９）との間で制限された回転角度差を可能にすることを特徴とする、回転トルクを検出するための、回転角度制限器を有するセンサの製作法。
【請求項２】 分割接合面（５，６）を、ケーシング部分（２，３）の形状接続的な結合部を形成するように構成する、請求項１記載の方法。
【請求項３】 分割接合面（５，６）を、ケーシング部分（２，３）の結合のために、つめ結合（１５，１７）の形式で構成する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】 測定ボックス（９）を、調整ピン（１１）によってケーシング（２）に結合する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】 測定ボックスとケーシングとを、１つの構造ユニットを形成するように互いに接着する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】 分割接合面（５，６）をケーシング（２，３）の外周面に設ける、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】 分割接合面をケーシングの端面に設ける、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】 測定ボックス（９）用の電気的なコンタクト手段を貫通案内することのできる開口（１４）をケーシング（２）に設ける、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】 測定ボックスとケーシングとを、軸方向の遊びを以て１つの構造ユニットを形成するように結合する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】 ケーシングを、互いに結合すべきステアリング区分（３，１２）によって成形する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】 分割接合面（５，６）を、ウォータージェット又はレーザカットによって製作する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】 回転トルクを検出するための測定ボックスとケーシングとを備えたセンサであって、過負荷から測定ボックスを保護するために、ケーシングと測定ボックスとの間に、回転角度差を制限するための回転角度制限器を有している形式のものにおいて、回転角度制限器（７）が、予め規定された幅の分割接合面（５，６）によって、１つの構造ユニットを形成するように測定ボックス（９）と結合されたケーシング（２）に形成されていることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法により製作されたセンサ。
【請求項１３】 ケーシング（２）がステアリングシャフト（４）の区分（３，１２）によって形成されている、請求項１２記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ケーシングと測定ボックスとを有する、回転トルク、特に自動車のステアリングシャフトに導入された回転トルクを検出するためのセンサの製作法であって、過負荷からセンサを保護するために、ケーシングと測定ボックスとの間に回転角度差を制限するための回転角度制限器を設ける形式のものに関する。
【０００２】更に本発明は、該方法によって製作されたセンサに関する。
【０００３】
【従来の技術】このような形式のセンサは、ステアリングに作用する力を測定するために、今日の自動車のパワーアシスト付きステアリングにおいて使用される。このようにして得られた測定値は次いで制御量として制御ユニットに供給され、この制御ユニットは前記制御量に基づき、有利には電気式の、又は電気液圧式のパワーアシスト付きステアリングのための信号を算出する。この場合、予め規定された回転トルクの下位に位置するステアリング操作力は、さしあたっては助成されないので、運転者はステアリング操作力を一人で供給しなければならず、従って運転者には、ステアリングに作用する力の応答が伝えられる。この境界の上位では、制御ユニットがサーボ助成のために、延いては一定のステアリング操作力のために働くので、運転者によって供給されるステアリング操作力は、常に快適な範囲内に留まっている。これにより、以前、パワーアシスト付きステアリングにおいて頻繁に批判された「スポンジ的な運転感覚」を防止することができる。
【０００４】回転力を検出するためには、センサはステアリングシャフトの一区分に挿入されるので、ステアリングシャフト内に導入された力は、測定ボックスを支持するトーションバーによって伝達される。従って、導入されたステアリング力はねじれを生ぜしめ、このねじれは測定ボックスにより検出され、且つ例えば伸張として、伸張測定ストリップにより測定される。安全上の理由から、このようなセンサの挿入に際しては、回転角度制限器を設けなければならない。この回転角度制限器は、センサによって接続された、ステアリングシャフトの２つの区分の間の回転角度差を制限するので、例えばトーションバーの過負荷や損傷による測定ボックスの障害が、ステアリングを完全に故障させることはない。付加的に、この回転角度制限器は、測定ボックスを塑性変形させ、延いては損傷させる恐れのある過大な変位から、測定ボックスを保護するために役立つ。このためには、大抵は連行子として構成されるこの回転角度制限器は、一般に約５°の、制限された回転角度差を可能にするに過ぎない。この最大回転角度差を超過すると直ちに、ステアリングシャフトに作用する力が、主として回転角度制限器を介して伝達される。
【０００５】この公知のセンサにおいては、回転角度差を比較的大きく選択しなければならないという欠点がもたらされる。なぜならば、さもなければ正確な測定値の検出は、センサの組込時の誤差に基づき不可能だからである。比較的小さな許容回転角度差においては、製作誤差値は不都合な場合には、回転運動が既に回転角度制限器により伝達された後で、初めて測定値検出を可能にする。比較的大きな前記最大回転角度差は、システム特性に不利に作用し、且つ運転者にとっては、場合によっては感知可能である。その結果特に、運転者の不安感を惹起する、時間的に遅延されたシステム特性が生ぜしめられる。これに対してとりわけ、専ら電気的に作動するパワーアシスト付きステアリングは、前記のように大きな許容回転角度差においては保証することのできない、迅速且つ正確な測定値を要求する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭で述べた形式のセンサの製作法を改良して、測定値検出を既に小さな回転角度差において高い精度で行うことができるようにすることである。その場合、同時に製作を簡略化し、組込み手間を低下させることが望ましい。更に、本発明による方法によって製作されたセンサを提供したい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この第１の課題を解決するために本発明では、最初に測定ボックスとケーシングとを１つの構造ユニットを形成するように結合し、次いで前記ケーシングと測定ボックスとを、予め規定された分割接合面に沿って分離することにより回転角度制限器を形成し、第１のケーシング部分を測定ボックスの第１の端部に、また第２のケーシング部分を測定ボックスの第２の端部に結合し続けて、前記ケーシング部分と測定ボックスとの間で制限された回転角度差を可能にするようにした。
【０００８】
【発明の効果】これにより、測定ボックスとケーシングとを、最初は比較的大きな製作誤差値を以て製作し、且つ互いに結合することができる。次いで、回転角度制限器によって許容される最大回転角度差が、専ら分割接合面を形成することにより、特に該分割接合面の幅により規定されるので、構成部材の寸法誤差は全く影響を及ぼさない。これにより、非常に小さな回転角度差が正確な測定のためには既に十分であるので、遅延された伝達特性を生ぜしめる恐れはない。同時に、比較的高い許容製作誤差値に基づき、組込みが著しく容易にされ得る。
【０００９】分割接合面は、最大回転角度差の超過に際して２つのケーシング部分の摩擦接続的な結合が得られるように、ケーシングに設けることができる。しかし、特に好適なのは本発明の実施形態であり、この実施形態では、分割接合面がケーシング部分の形状接続的な結合部を形成するように構成される。これにより、ケーシングと測定ボックスとの間の最大回転角度差が高い精度を以て、分割接合面の形成により予め規定され、しかも、特に摩耗による影響は僅かである。最大回転角度差は、製作プロセスにおいて、接合面の幅によって容易に調整され得る。これにより、種々異なる使用目的への適合が容易に可能である。
【００１０】このためには、本発明による方法の改良が特に良好に適しており、この方法では分割接合面を、ケーシング部分の結合のために、つめ結合の形式で構成する。この場合、少なくとも１つのつめが対応する切欠きに係合するので、少なくとも各１つの接触面が、最大回転角度差の超過に際してつめと切欠きとの間に一方向、及び該方向とは逆の方向で形成されている。このように構成されたつめの数は、基本的に任意であり、実際には例えば２つであってよい。
【００１１】本発明による方法の別の改良は、測定ボックスが調整ピンによってケーシングに結合されると、特に有利である。これにより、ケーシングと測定ボックスとから成る構造ユニットが、ほぼ緊張されずに製作され得る。従って、引き続くケーシングの分離が、構成部材相互の相対的な位置を変化させることはない。これにより、測定値検出時に起こり得るこの誤差源を確実に回避することができる。
【００１２】本発明による方法の更に別の特に有利な改良は、測定ボックスとケーシングとを、互いに１つの構造ユニットを形成するように接着した場合に生ぜしめられる。この方法は、センサの個々の構成部材の僅かな寸法精度を要求するに過ぎない。結合箇所は、それぞれ接着剤によって接合されるだけに過ぎず、しかも構成部材を、ほぼ緊張させずに保持することができる。
【００１３】本発明の構成では、分割接合面がケーシングの外周面に設けられると、特に有利である。これにより、センサのコンパクトな構成が得られ、しかもステアリングの外寸は変化しない。最大に伝達可能な力も、センサによっては僅かにしか変化しない。
【００１４】本発明による方法の更に別の特に有利な改良は、分割接合面をケーシングの端面に設けることによって生ぜしめられる。これにより、分離過程中の測定ボックスの損傷がほぼ排除されている。それというのも、分割接合面を設ける際の切断方向が、測定ボックスの方向に向いていないからである。これにより、誤ってケーシング内部に深く達した切断工具は、測定ボックスには当たらない。
【００１５】本発明の改良は、測定ボックス用の電気的なコンタクト手段を貫通案内することのできる開口がケーシングに設けられると、特に有利である。これにより、ケーシング内部におけるスムーズな敷設が行われ、しかも、後から測定ボックスの調整を容易に行うこともできる。
【００１６】本発明による方法の更に別の改良は、測定ボックスとケーシングとが、軸方向の遊びを以て１つの構造ユニットを形成するように結合されると、特に有利である。これにより、例えば熱膨張が、他の場合では測定ボックスの据込みにより生ぜしめられる恐れのある測定値の変化を惹起することはない。
【００１７】ケーシングを互いに結合すべきステアリング区分によって成形すると、本発明による方法の更に別の改良も特に簡単である。測定ボックスを取り囲む凹部をステアリングに設けることにより、別個の構成部材としてのケーシングを考慮する必要がなくなる。従って、測定ボックスを凹部に挿入して、ステアリングの両区分を互いに結合するだけで済み、このことは組込みの際の手間を減少させる。
【００１８】本発明による方法の実施形態は、分割接合面が、ウォータージェット又はレーザーカットによって製作されると、特に有利である。この場合、所望の分割接合面を、調整可能な切込み深さを以てケーシングに設けることができるので、該ケーシングの下位に位置する測定ボックスの損傷は排除されている。このためには、分割接合面の深さは十分な精度を以て調整され得るので、特に外周面に分割接合面を設けることも、著しく簡単になる。更に、このようにして、大きな精密さを備えた非常に狭い分割接合面が得られる。
【００１９】回転トルク、特に自動車のステアリングシャフトに導入された回転トルクを検出するための測定ボックスとケーシングとを備えて、過負荷から測定ボックスを保護するために、前記ケーシングと測定ボックスとの間の回転角度差を制限するための回転角度制限器を有するセンサを達成するための第２の課題は、本発明によれば、回転角度制限器が、予め規定された幅の分轄接合面によって、１つの構造ユニットを形成するように測定ボックスに結合されたケーシングに形成されていることによって解決される。即ち、分割接合面は、測定ボックスとケーシングとの組込み時に存在する製作誤差とは無関係である。幅によって同時に測定ボックスとケーシングとの間の最大回転角度差を規定する分割接合面は、このために、１つの構造ユニットを形成するように測定ボックスに結合されたケーシングに配置される。これにより、組込み誤差がほぼ排除され、このようにして検出された測定値の精度は、著しく改善されている。
【００２０】本発明の特に有利な構成は、ケーシングがステアリングシャフトの一区分によって形成されている場合に生ぜしめられる。これにより、センサは同時にスペース節約型に構成可能であり、且つ製作も簡単である。この場合、センサ無しの構成に比較した当該装置の負荷に対する耐久性は、ほぼ変わらない。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２２】図１には、センサ１の部分側方断面図が示されている。このセンサ１はケーシング２を有しており、このケーシング２は、最初にステアリングシャフト４の区分３に一体に結合されており、この区分３には、自動車のステアリングホイール（図示せず）が接続されている。図示の位置では、ケーシング２は既に、回転軸線に対して長手方向に延びる分割接合面５と、この分割接合面５に対して直交する横方向に延びる分割接合面６とに沿って、ステアリングシャフト４の区分３から分離されている。より良く理解するためには、まず図３に関連して、つめカップリングの形式で形成された、互いに直角に延びる分割接合面５，６の延在部が示されている。これによればケーシング２のつめ１７は、鏡像的に構成された、ステアリングシャフト４の区分３の凹部１６に、また、区分３のつめ１５はケーシング２の対応する凹部１６ａに、それぞれ係合している。従って、最大回転角度差は、互いに内外で係合するつめ１５，１７と、対応する凹部１６，１６ａとの遊び、つまり長手方向で延びる分割接合面５の幅により形成され、これによりこの幅は、回転角度制限器７として作用する。
【００２３】更なる説明のためには、再び図１に関連する。ステアリングシャフト４の区分３は収容部８を有しており、この収容部８には、測定ボックス９を支持するトーションバー１０が係合している。ケーシング２は、互いに向かい合って位置する２本の調整ピン１１によって、ステアリングシャフト４の別の区分１２に結合されており、この区分１２には、操舵可能な自動車の車輪が接続されている。この区分１２には形状接続的な収容部１３が装備されており、この収容部１３内では、トーションバー１０がほぼ緊張されずに位置固定されている。両区分３，１２は、トーションバー１０によって互いに接続されている。ケーシング２は、測定ボックス９に接続された電気的なコンタクト手段（図示せず）のための開口１４を有している。
【００２４】図２には、ＩＩ−ＩＩ線に沿ったセンサ１の断面図が示されている。ケーシング２から階段状に切り取られて断面図で示された２つのつめ１７と、対応してこれらのつめ１７の間に係合する、ステアリングシャフト４の区分３のつめ１５とが認識され得る。ケーシング２は、長手方向で延びる４つの平行な分割接合面５を有しており、これらの分割接合面５の幅は、ステアリングシャフト４の区分３に対するケーシング２の制限された回転運動性のために規定されている。更に、図平面において回転軸線に対して横方向で延びる分割接合面６が認識され得る。トーションバー１０は、区分３の収容部８に摩擦接続的に挿入されている。この収容部８は孔として構成されており、従ってトーションバー１０を緊張させずに、特にねじらずに、任意の回転角度で挿入することを可能にする。トーションバー１０は、次いで残りの空隙を接着材で埋めることにより位置固定され、その際、遊びのない結合部が得られる。
【００２５】図３には、９０°だけ回動された位置におけるセンサ１の部分断面図が示されている。互いに直角に、且つ階段状に延びる分割接合面５，６に沿って、ステアリングシャフト４の区分３から分離されたケーシング２が認識され得る。このケーシング２の他端部は、区分１２に被せ嵌められて、調整ピン１１によって位置固定されている。ケーシング２は、測定ボックス９を支持するトーションバー１０を取り囲んでおり、このトーションバー１０は、両区分３，１２を互いに接続している。長手方向で延びる分割接合面５は、回転力が大き過ぎる場合に回転角度制限器７として作用するので、該回転角度制限器７を越えていく力は、ケーシング２を介して、区分３から直接に区分１２へと伝達される。この場合、分割接合面５の幅は、最初に１つの構造ユニットを形成するように結合された測定ボックス９とケーシング２との間の最大回転角度差を規定する。これにより、個々の構成部材の製作誤差値は、最初に接続された分割接合面５にとっては重要ではなくなる。横方向で延びる分割接合面６は、回転数差には影響を及ぼさず、例えば既に前もって区分３に設けられてもよい。
【００２６】センサ１は、第１の製作ステップにおいて、トーションバー１０がステアリングシャフト４の区分３の収容部８にプレス嵌めされる形式で製作される。これにより、区分３とトーションバー１０とは、固定的なユニットを形成する。次いでトーションバー１０は、区分１２の収容部１３にプレス嵌めされる。この場合、区分３若しくはケーシング２、及び区分１２は、互いに内外で遊びを以て案内されて、さしあたり接着材によって互いに位置固定されている。その後で、調整ピン１１により、ケーシング２の区分１２とのピン結合が行われる。前記接着により、ピン結合に際して、例えば曲げ、又はねじれに基づく緊張がトーションバー１０に生じることが防止される。この状態においてケーシング２は、単一の構成部材を形成するように区分３に結合されており、構成部材である区分３、トーションバー１０、及び区分１２は、固定的なユニットを形成する。最終製作ステップにおいて、レーザービーム、又はウォータージェットによって、長手方向で延びる分割接合面５と横方向で延びる分割接合面６とが、（後者が既に前もって設けられていない場合は）区分３に設けられる。これによりケーシング２は、区分１２とトーションバー１０とを介して間接的にかろうじて区分３に接続されている。このようにして、あらゆる組立製作誤差の排除下で、分割接合面５のための、延いてはセンサ１の機械的な過負荷防止のための、極めて正確な寸法が調整され得る。
【出願人】 【識別番号】３９０００９４１６
【氏名又は名称】マンネスマン ファウ デー オー アクチエンゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】Ｍａｎｎｅｓｍａｎｎ ＶＤＯ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｋｒｕｐｐｓｔｒａｂｅ １０５，Ｆｒａｎｋｆｕｒｔ ａｍ Ｍａｉｎ，ＢＲＤ
【出願日】 平成１１年８月３日（１９９９．８．３）
【代理人】 【識別番号】１０００６１８１５
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄 （外３名）
【公開番号】 特開２０００−５５７５１（Ｐ２０００−５５７５１Ａ）
【公開日】 平成１２年２月２５日（２０００．２．２５）
【出願番号】 特願平１１−２２００９８