JP2005084000A - トルク計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転板として機能するドライブプレート等の厚みを小さくしたとしても、トルク計測のための歪み発生方向以外の外力による影響を抑制して、計測精度の向上を図る。
【解決手段】ドライブプレートの外周部の開口部１０ａ，１０ｂ同士の間に形成される複数の起歪部１２を、円周方向に並設された三本のビーム１５，１５をもって形成する。中央のビーム１５における回転方向の前後の面に歪みセンサ１６を装着する。起歪部１２にトルク計測のための歪み発生方向以外の捻りが加わっても、捻りの中立位置にある中央のビーム１５は捻りの影響を受けず、本来のトルクのみを検出可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、入出力部材を主要素とする回転伝達系のトルクを計測する装置に関し、例えば自動車のエンジンからトランスミッションに伝達されるトルクを計測するのに好適なトルク計測装置に関するものである。

この種のトルク計測装置として特許文献１および特許文献２に記載のものが知られている。例えば特許文献２に記載の技術では、自動車のエンジンとトランスミッションとの間に介装されることになる円板状のドライブプレートについて、その中心部に入力部材としてエンジン側のクランクシャフトを、外周部に出力部材としてトランスミッションのトルクコンバータをそれぞれ連結し、上記ドライブプレートの外周側に、クランクシャフトからトルクコンバータへの回転（動力）伝達を行う際に歪みを発生させる複数のブリッジ状の起歪部を開口部で隔てながら周方向に所定間隔で設けるとともに、各起歪部の回転方向の前後の面にストレインゲージ等の歪みセンサを装着してある。そして、各歪みセンサを抵抗とするブリッジ回路を形成することで、上記トルクを電気信号として取り出すことになる。
特表２００３−５１８２４０号公報 （図１） 特開２００１−３０４９８５号公報 （図１）

上記のような従来の構造においては、エンジンとトランスミッションとの間隔がきわめて小さい故に、両者の間に介装されることになるドライブプレートはその厚みが極力小さいことが望ましい。その一方、ドライブプレートの厚みが小さくなると、トルクを負荷した場合にドライブプレートの外周部がトルクコンバータとの連結位置を中心として撓みを生じ、その影響で起歪部が微量ながら捻れることになる。この捻れはトルク計測のための歪み発生方向以外の歪みにほかならず、結果的にトルク計測精度が低下することとなって好ましくない。

また、トルク計測のための歪み発生方向以外にスラスト荷重や曲げモーメント等の負荷が単独もしくは複合的に加わった場合にも、同様に起歪部が微量ながら捻れを生じ、いわゆるクロストークと称されるトルクの干渉が発生し、上記と同様にトルク計測精度への影響が危惧される。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけ回転板として機能するドライブプレート等の厚みを小さくしたとしても、トルク計測のための歪み発生方向以外の外力による影響を抑制して、その計測精度の一層の向上を図ったトルク計測装置を提供するものである。

請求項１に記載の発明は、入力部材と出力部材との間に介在して中心部および外周部のうちいずれか一方を入力部材側に、他方を出力部材側にそれぞれ連結してなる回転板の外周側に、入力部材側から出力部材側への回転伝達を行う際に歪みを発生させる複数の起歪部を周方向に沿って所定間隔で設けるとともに、各起歪部に該当する起歪部の歪みを検出する歪みセンサを設けたトルク計測装置であることを前提としている。

その上で、各起歪部を周方向で互いに独立した三つ以上の奇数個の領域に細分割し、細分割した奇数個の領域のうち中央の領域に歪みセンサを設けたことを特徴とする。

具体的には、請求項２に記載のように、各起歪部に回転板の周方向に沿って複数の窓部を開口形成することで、その起歪部を三つ以上の奇数個の領域に細分割するものとし、望ましくは、請求項３に記載のように、回転板の周方向に所定間隔で複数の開口部を形成するとともに、隣接する開口部同士の間を起歪部とし、各起歪部を形成している奇数個の領域のうち中央の領域について、その回転方向の前後の面に歪みセンサを設けるものとする。より望ましくは、請求項４に記載のように、各起歪部を、回転板の周方向に沿って並設された放射状の三本のビームをもって形成する。

したがって、本発明では、各起歪部を周方向で互いに独立した三つ以上の奇数個の領域に細分割し、例えば請求項４に記載のように、各起歪部を回転板の周方向に沿って並設された放射状の三本のビームをもって形成したと仮定した場合、トルク計測のための歪み発生方向以外の外力を受けて起歪部が微量ながら捻れを生じたときには、その捻れは三本のビームを１セットとする捻れ現象にほかならず、三本のビームのうち中央のビームは起歪部全体の捻れの中立点として機能する故に、その中央のビームの捻れ量は三本のビームのうちで最も小さいものとなる。その結果として、中央のビームに装着した歪みセンサをもってトルク計測を行えば、実質的にトルク計測のための歪み発生方向以外の外力によるトルク計測精度への影響を排除できることになる。

請求項１に記載の発明によれば、各起歪部を周方向で互いに独立した三つ以上の奇数個の領域に細分割し、細分割した奇数個の領域のうち中央の領域に歪みセンサを設けたため、トルク計測のための歪み発生方向以外の外力によるトルク計測精度への影響を回避でき、トルク計測精度が向上する。

図１〜４は本発明の好ましい実施の形態として自動車のエンジンとトランスミッションとの連結部に介装されるトルク計測装置の例を示している。

すなわち、図１，２はトルク計測装置の回転板として機能する円板状のドライブプレート１を示しており、このドライブプレート１は図示しないエンジンとトランスミッションのトルクコンバータ２との間に介装されるもので、その中心部には同一円周上に位置する複数（本実施の形態では８個）の取付穴３，３…とそれに挿入されるボルト４および連結部材５をもって、入力部材としてのエンジン側のクランクシャフト６の端部が連結される。他方、ドライブプレート１の外周部には同じく同一円周上に位置する複数（本実施の形態では４個）の取付穴７，７…とそれに挿入されるボルト８およびスペーサ９をもって出力部材としてのトルクコンバータ２が連結される。なお、スペーサ９は予めトルクコンバータ２側に固定されている。そして、クランクシャフト６から入力された回転（動力）がドライブプレート１を介してトランスミッション側に伝達される。

また、ドライブプレート１には、その軽量化を図るため、中心部側の取付穴３，３…の配置円と外周側の取付穴７，７…の配置円との間に位置するように、同一円周上に位置する合計８個の肉抜き穴１１，１１…を等間隔で形成してあるとともに、肉抜き穴１１，１１…の配置円の外周側には合計８個の開口部１０ａ，１０ｂを形成し、隣接する開口部１０ａ，１０ｂ同士の間に位置することになる８箇所のブリッジ部をドライブプレート１を媒体とする回転伝達（動力伝達）の際に積極的に歪みを発生させる起歪部１２，１２…としてある。なお、ドライブプレート１の最外周部には、図示しないセルモータとの間にベルト等の巻掛伝達手段を巻き掛けるための外歯１３を形成してある。

ここで、ドライブプレート１は、図２から明らかなように中心部側よりも外周部側の肉厚を相対的に大きく設定してあり、この外周部に先に説明した取付穴７，７…や開口部１０ａ，１０ｂおよび起歪部１２，１２…を形成してある。すなわち、トルクコンバータ２側への連結部となる複数の取付穴７，７…と開口部１０ａ，１０ｂおよび起歪部１２，１２…はほぼ同一円周上に位置するように設定してあり、その結果、開口部１０ａ，１０ｂの円周方向での配置としては、ドライブプレート１の半径方向にほぼ一定の開口幅を有する開口部１ａと、取付穴７と同等位置においてその取付穴７を避けるように屈曲した開口部１０ｂとを交互に配置したものとなっている。

隣接する開口部１０ａ，１０ｂ同士の間に位置することになる起歪部１２は、図３に拡大して示すように、隣接する開口部１０ａ，１０ｂ同士の間に残されたブリッジ状領域に一対の長円形の窓部１４，１４を開口形成することで円周方向で互いに独立した三つの領域に細分割したものであり、より具体的には、ドライブプレート１の円周方向に沿って並設されて且つドライブプレート１の中心に向かって収束する放射状の三本のビーム１５，１５を１セットして各起歪部１２を形成してある。なお、各起歪部１２を細分割したことによって形成されるビーム１５，１５は必ずしも三本である必要はなく、要は奇数本であればよい。

そして、各起歪部１２を形成している三本のビーム１５，１５のうちその中央部のビーム１５の回転方向における前後の面に、当該ビーム１５での歪みを検出する歪みセンサ１６を対で設けてある。これらの歪みセンサ１６は、例えば従来公知のストレインゲージであって、歪みが明確に現れる中央部のビーム１５の根元部に貼り付けられる。

このような歪みセンサ１６によるトルク計測に際しては、周知のように各歪みセンサ１６を抵抗とするブリッジ回路を形成し、入力電圧に対する出力電圧の差をトルクに換算した電気信号として取り出すものとする。この場合、各歪みセンサ１６のうち、起歪部１２における中央部のビーム１５の回転方向前面側に設けたもの同士をブリッジ回路の相対向する一方の二辺の抵抗とし、中央部のビーム１５の回転方向後面側に設けたもの同士をブリッジ回路の相対向する他方の二辺の抵抗としておけば、前後の面の歪みセンサ１６による検出精度が高められるだけでなく、軸方向の曲げモーメントが加わった場合でも、その曲げモーメントにより発生する歪みを１８０度異なる位置の歪みセンサ１６で互いに打ち消し合うかたちとなり、回転方向の歪みとしてその回転トルクを精度良く検出することができる。

より具体的には、各起歪部１２における中央部のビーム１５の前後の面に設けた歪みセンサ１６に付帯することになる配線は、図３に示すように該当するビーム１５の根元部付近に形成された浅い溝部１７を通してドライブプレート１の中心部側に引き回され、複数の歪みセンサ分の配線を集約してブリッジ回路を形成した上で、図１に示すようにアンプを兼ねた無線送信手段としてのテレメータ送信機１８に接続されている。テレメータ送信機１８は特定の１つの開口部１０ａに収容されていて、このテレメータ送信機１８には、それと対角線上に位置することになる開口部１０ａに収容した電池ケース１９内の電池から電力が供給される。

また、図４に示すように、無線送信手段であるテレメータ送信機１８と対をなすかたちで、別の固定部位例えばエンジン側のシリンダブロックの側面等には無線受信手段であるテレメータ受信機２０が設置される。そして、テレメータ受信機２０には例えばオシロスコープ２１やデータレコーダ２２が接続される。

したがって、本実施の形態によれば、エンジンを作動させ、ドライブプレート１を介してトルクコンバータ２を回転駆動させると、ドライブプレート１に生じた回転方向のせん断応力の大きさを歪みセンサ１６で検出することでエンジンがトランスミッション側に伝達するトルクが計測される。そして、その検出信号がテレメータ送信機１８からテレメータ受信機２０へと送信されてオシロスコープ２１やデータレコーダ２２に取り込まれ、例えばオシロスコープ２１に可視表示されるとともにデータレコーダ２２にて記録されることになる。なお、これらの計測結果は動力の伝達効率等の評価に用いられる。

ここで、図５に示す従来のいわゆる単一ブリッジ状の起歪部５２の場合には、例えばトルク計測のための歪み発生方向以外の外力を受けてその起歪部５２に捻りＦが加わったと仮定すると、その捻り中心は起歪部５２の幅方向中央部にあることから、歪みセンサ１６が装着された回転方向の前後の面ほど捻りの影響を大きく受け、起歪部５２の回転方向でのせん断応力に基づく本来のトルクを正確に検出できなくなる可能性がある。

これに対して、図３に拡大して示した本実施の形態の起歪部１２によれば、図５と同等の捻りＦが加わったとしても、その捻りＦの影響を大きく受けるのは三本のビーム１５，１５のうち両側のビームだけであり、捻り中心位置（中立位置）に相当する中央部のビーム１５はその捻りＦの影響を受けにくいものとなる。その結果として、起歪部１２の回転方向でのせん断応力に基づく本来のトルクをより正確に検出できることになる。

すなわち、本来の伝達トルク以外の例えばスラスト荷重や曲げモーメントが単独もしくは複合的に加わったとしても、本来の伝達トルク以外の外力による影響を排除でき、特にクロストークと称されるトルクへの干渉や、歪み−電位特性を直線性への影響を回避できて、その検出精度が一段と高いものとなる。

また、起歪部１２が三本のビーム１５，１５をもって形成されていることによって、ビーム１５一本当たりの負荷が相対的に小さくなって各ビーム１５を細くすることが可能であることから、ドライブプレート１の厚み寸法の縮小化ひいては軽量化にも寄与できるようになる。

本発明者が実験した結果では、先に述べた従来技術の場合には検出誤差が０．２％程度であるのに対して、本実施の形態の構造ではその検出誤差が０．１％程度まで減少することが判明した。

図６は本発明の第２の実施の形態を示し、図１，２の第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。

この第２の実施の形態では、図１，２と比較すると明らかなように、回転板として機能するドライブプレート３１に形成される開口部３０，３０の数を４箇所に減らした上で一つ一つの大きさを大きくする一方、起歪部３２，３２の数も４箇所に減らした上で、それぞれの起歪部３２，３２を形成することになる複数のビーム１５，１５間寸法の拡大化を図っている。そして、無線通信手段としてのテレメータ送信機１８と電池ケース１９のセットを２組搭載して、先に述べたトルクのセンシングデータの送信以外に、図示外のセンサにて検出したドライブプレート３１の温度データもしくはドライブプレート３１に加わるスラスト荷重のセンシングデータまでも送信できるようにしてある。

この第２の実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。

本発明の好ましい実施の形態を示す図で、自動車のエンジンとトランスミッション側のトルクコンバータとの間に介装されるドライブプレートの正面説明図。 図１のａ−ａ線に沿う断面説明図。 図１に示すドライブプレートの要部拡大図。 図１のドライブプレートに付帯するテレメータ送信機とテレメータ受信機との送受信系のブロック回路図。 従来の起歪部の拡大斜視図。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、（Ａ）はドライブプレートの正面説明図、（Ｂ）は同図（Ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面説明図。

符号の説明

１…ドライブプレート（回転板）
２…トルクコンバータ（出力部材）
６…クランクシャフト（入力部材）
１０ａ，１０ｂ…開口部
１２…起歪部
１４…窓部
１５…ビーム（細分割した領域）
１６…歪みセンサ
１８…テレメータ送信機（無線送信手段）
２０…テレメータ受信機（無線送信手段）
３１…ドライブプレート（回転板）
３２…起歪部

Claims (6)

1. 入力部材と出力部材との間に介在して中心部および外周部のうちいずれか一方を入力部材側に、他方を出力部材側にそれぞれ連結してなる回転板の外周側に、入力部材側から出力部材側への回転伝達を行う際に歪みを発生させる複数の起歪部を周方向に沿って所定間隔で設けるとともに、
   各起歪部に該当する起歪部の歪みを検出する歪みセンサを設けたトルク計測装置において、
   各起歪部を周方向で互いに独立した三つ以上の奇数個の領域に細分割し、
   細分割した奇数個の領域のうち中央の領域に歪みセンサを設けたことを特徴とするトルク計測装置。
2. 各起歪部に回転板の周方向に沿って複数の窓部を開口形成することで、その起歪部を三つ以上の奇数個の領域に細分割したことを特徴とする請求項１に記載のトルク計測装置。
3. 回転板の周方向に所定間隔で複数の開口部を形成するとともに、隣接する開口部同士の間を起歪部とし、
   各起歪部を形成している奇数個の領域のうち中央の領域について、その回転方向の前後の面に歪みセンサを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のトルク計測装置。
4. 各起歪部を、回転板の周方向に沿って並設された放射状の三本のビームをもって形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トルク計測装置。
5. 各歪みセンサの検出信号を送信する無線送信手段と、この無線送信手段からの信号を受信する無線受信手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のトルク計測装置。
6. 回転板が自動車のエンジンとトランスミッションとの間に介装されるドライブプレートであって、その中心部に入力部材としてエンジンのクランクシャフトが連結されるとともに、外周部に出力部材としてトランスミッションのトルクコンバータが連結されるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のトルク計測装置。

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