JP2007040927A

JP2007040927A - トルク検出装置

Info

Publication number: JP2007040927A
Application number: JP2005227843A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Isono; 宏磯野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: JP4720350B2

Abstract

【課題】トルク検出装置において、トルク伝達部に作用する周方向荷重の検出精度を向上させること。
【解決手段】トルク検出装置Ａ１では、ハブ側ハウジング（第１部材）１１とホイール側ハウジング（第２部材）１２が同軸的に配置されていて、第１部材１１と第２部材１２間にトルク伝達部Ｔ１〜Ｔ４が設けられている。各トルク伝達部Ｔ１〜Ｔ４は、第１部材１１と第２部材１２間にて所定の周方向間隔で配置された一対のボール１３，１３と、第１部材１１に一体的に形成されて一対のボール１３，１３間に介入する突起部１１ａと、第２部材１２に一体的に形成されて突起部１１ａとの間にて各ボール１３を介してトルク伝達可能な一対の保持壁１２ａ，１２ｂと、突起部１１ａの各ボール１３を周方向にて受承する部位にそれぞれ組付けられて各ボール１３から伝達される周方向の荷重を検出する一対の荷重センサＳ，Ｓを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１部材と第２部材間の伝達トルクを検出可能なトルク検出装置に関する。

この種のトルク検出装置の一つとして、第１部材と第２部材が同軸的に配置されていて、前記第１部材と前記第２部材間にトルク伝達部が設けられており、前記第１部材と前記第２部材の回転時に前記トルク伝達部に作用する周方向荷重に基づいて前記第１部材と前記第２部材間の伝達トルクを検出可能なものがあり、例えば、下記特許文献１に示されている。
特開２００３−１４５６３号公報

上記した特許文献１に記載されているトルク検出装置（タイヤ作用力検出装置）では、ホイール側運動部と保持体側運動部（第１部材と第２部材）が、これらの相対変位時に弾性変形可能な連結体を用いて、機械的に連結されている。また、上記した弾性変形可能な連結体には、保持体側運動部に対するホイール側運動部の中立状態から一方への相対変位に基づく前記連結体の一方への弾性変形により歪んで一方への伝達荷重を電気信号に変換して出力する一方の検出素子（歪みゲージ）と、保持体側運動部に対するホイール側運動部の中立状態から他方への相対変位に基づく前記連結体の他方への弾性変形により歪んで他方への伝達荷重を電気信号に変換して出力する他方の検出素子（歪みゲージ）がそれぞれ一体的に組付けられている。

ところで、上記した特許文献１の構成では、ホイール側運動部と保持体側運動部間にて連結体を介してトルクが伝達されるとき、連結体が周方向に弾性変形するとともに、径方向や軸方向にも弾性変形するおそれがあって、連結体を含むトルク伝達部に作用する周方向荷重を精度よく検出することが難しい。

本発明は、上記した問題に対処すべくなされたものであり、第１部材と第２部材が同軸的に配置されていて、前記第１部材と前記第２部材間にトルク伝達部が設けられており、前記第１部材と前記第２部材の回転時に前記トルク伝達部に作用する周方向荷重に基づいて前記第１部材と前記第２部材間の伝達トルクを検出可能なトルク検出装置において、前記トルク伝達部を、前記第１部材と前記第２部材間にて所定の周方向間隔で配置された一対のボールと、前記第１部材に一体的に形成されて前記一対のボール間に介入する突起部と、前記第２部材に一体的に形成されて前記突起部との間にて前記各ボールを介してトルク伝達可能な一対の保持壁を備えるとともに、前記突起部または前記各保持壁の前記各ボールを周方向にて受承する部位にそれぞれ組付けられて前記各ボールから伝達される周方向の荷重を検出する一対の荷重センサを備える構成としたことに特徴がある。

このトルク検出装置においては、各ボールから各荷重センサに伝達される周方向荷重が実質的に点接触で伝達されるようにできて、この周方向荷重の安定化を図ること（製作誤差等の影響を受け難くすること）が可能であり、トルク伝達部に作用する周方向荷重の検出精度を向上させることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記各ボールは前記第１部材および前記第２部材とによりラジアルボールベアリングを構成するものであることも可能である。この場合には、各ボールと第１部材および第２部材とによって構成されるラジアルボールベアリングにて、第１部材および第２部材の相対的な径方向移動を規制することが可能である。このため、荷重センサに径方向の荷重が作用し難くすることが可能であり、トルク伝達部に作用する周方向荷重の検出精度を向上させることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記各ボールは前記第１部材および前記第２部材とによりスラストボールベアリングを構成するものであることも可能である。この場合には、各ボールと第１部材および第２部材とによって構成されるスラストボールベアリングにて、第１部材および第２部材の相対的な軸方向移動を規制することが可能である。このため、荷重センサに軸方向の荷重が作用し難くすることが可能であり、トルク伝達部に作用する周方向荷重の検出精度を向上させることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記各ボールと軸方向にて係合する前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方の係合面に、前記各ボールの径方向移動を規制するガイド溝を設けることも可能である。この場合には、ガイド溝によって各ボールの径方向位置を安定させることが可能であり、荷重センサにて検出される周方向荷重の検出精度を高めて、この周方向荷重に基づいて検出される第１部材と第２部材間の伝達トルクの検出精度を向上させることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記スラストボールベアリングに対してラジアルベアリングまたはアンギュラベアリングを並列的に配置することも可能である。この場合には、スラストボールベアリングにて第１部材および第２部材の相対的な軸方向移動を規制することが可能であり、また、ラジアルベアリングまたはアンギュラベアリングにて第１部材および第２部材の相対的な径方向移動を規制することが可能である。このため、荷重センサに軸方向の荷重と径方向の荷重が共に作用し難くすることが可能であり、トルク伝達部に作用する周方向荷重の検出精度を向上させることが可能である。

以下に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１および図２は本発明の第１実施形態（車両の車輪支持部に実施した実施形態）を示していて、この第１実施形態のトルク検出装置Ａ１では、第１部材としてのハブ側ハウジング１１と第２部材としてのホイール側ハウジング１２が同軸的に配置されていて、ハブ側ハウジング１１とホイール側ハウジング１２間に４個のトルク伝達部Ｔ１〜Ｔ４が周方向にて等間隔（９０度の間隔）に設けられている。

各トルク伝達部Ｔ１〜Ｔ４は、ハブ側ハウジング１１とホイール側ハウジング１２間にて所定の周方向間隔で配置された一対のボール１３，１３と、ハブ側ハウジング１１に一体的に形成されて一対のボール１３，１３間に介入する突起部１１ａと、ホイール側ハウジング１２に一体的に形成されて突起部１１ａとの間にて各ボール１３を介してトルク伝達可能な一対の保持壁１２ａ，１２ｂを備えるとともに、突起部１１ａの各ボール受承部位（各ボール１３を周方向にて受承する部位）にそれぞれ組付けられて各ボール１３から伝達される周方向荷重を検出する一対の荷重センサＳ，Ｓを備えている。

ハブ側ハウジング１１は、周方向にて等間隔（９０度の間隔）に設けた４個のフランジ部１１ｂにて、アクスルハウジング２１内にて回転可能なアクスルハブ２２に一体的に組付けられるように構成されている。ホイール側ハウジング１２は、周方向にて等間隔（９０度の間隔）に設けた４個のフランジ部１２ｃに組付けたハブボルト１４にて、車輪（図示省略）を支持するように構成されている。

各ボール１３は、ハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２とによってスラストボールベアリングを構成するものであり、ハブ側ハウジング１１の一側（図２の左側で各ボール１３と軸方向にて係合する係合面）に回転中心から半径Ｒ１で設けた断面Ｖ字状のガイド溝１１ｃに転動可能に保持された状態（径方向移動を規制された状態）でホイール側ハウジング１２の他側面１２ｄに転動可能に係合している。

各荷重センサＳは、ハブ側ハウジング１１とホイール側ハウジング１２の回転時に、各ボール１３と各荷重センサＳの係合当接部に作用する周方向荷重（各ボール１３から各荷重センサＳに伝達される周方向荷重）を検出して電気的に出力する例えば圧電素子であり、これら各荷重センサＳからの出力に基づいてハブ側ハウジング１１とホイール側ハウジング１２間の伝達トルクが所定の演算により検出可能である。

また、この第１実施形態においては、ハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２に対して多数のボール１５と段付スリーブ１６とロックナット１７が組付けられていて、ホイール側ハウジング１２と段付スリーブ１６間にて、ハブ側ハウジング１１と各ボール１３〜１３，１５〜１５等が軸方向にて挟持されている。

各ボール１５は、段付スリーブ１６およびハブ側ハウジング１１とによってアンギュラボールベアリングを構成するものであり、ケージ（図示省略の保持器）によって周方向にて略等間隔に保持された状態にてハブ側ハウジング１１の内周部他側（図２の内周部右側）に設けた環状の外輪軌道面１１ｄに一点で転動可能に係合するとともに段付スリーブ１６の外周に設けた環状の内輪軌道面１６ａ，１６ｂに二点で転動可能に係合している。

段付スリーブ１６は、図２左端部外周に形成した雄ねじ部１６ｃにて、ホイール側ハウジング１２の内周に形成した雌ねじ部１２ｅに、軸方向にて螺合量調整可能にねじ結合されていて、雄ねじ部１６ｃに螺着したロックナット１７により固定保持されている。なお、段付スリーブ１６は、アクスルハブ２２の端面に対して僅かな軸方向隙間で対向していて、ホイール側ハウジング１２とのねじ結合部での結合が緩くなってもアクスルハブ２２の端面に当たって抜け止めされるように構成されている。

上記のように構成した第１実施形態のトルク検出装置Ａ１においては、ハブ側ハウジング１１とホイール側ハウジング１２の回転時に、各ボール１３から各荷重センサＳに伝達される周方向荷重が実質的に点接触で伝達されるようにできて、この周方向荷重の安定化を図ること（製作誤差等の影響を受け難くすること）が可能であり、各トルク伝達部Ｔ１〜Ｔ４に作用する周方向荷重の検出精度を向上させることが可能である。

また、このトルク検出装置Ａ１においては、各ボール１３がハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２とによりスラストボールベアリングを構成するものであり、このスラストボールベアリングにて、ハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２の相対的な軸方向移動を規制することが可能である。このため、各荷重センサＳに軸方向の荷重が作用し難くすることが可能であり、各トルク伝達部Ｔ１〜Ｔ４に作用する周方向荷重の検出精度を向上させることが可能である。

また、このトルク検出装置Ａ１においては、各ボール１３と軸方向にて係合するハブ側ハウジング１１の係合面に、各ボール１３の径方向移動を規制するガイド溝１１ｃが回転中心から半径Ｒ１で設けられている。このため、ガイド溝１１ｃによって各ボール１３の径方向位置を安定させることが可能であり、各荷重センサＳにて検出される周方向荷重の検出精度を高めて、この周方向荷重に基づいて検出されるハブ側ハウジング１１とホイール側ハウジング１２間の伝達トルクの検出精度を向上させることが可能である。

また、このトルク検出装置Ａ１においては、各ボール１３とハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２とにより構成されるスラストボールベアリングに対して、各ボール１５とハブ側ハウジング１１および段付スリーブ１６とにより構成されるアンギュラベアリングが並列的に配置されている。これにより、スラストボールベアリングにてハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２の相対的な軸方向移動を規制することが可能であり、また、アンギュラベアリングにてハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２の相対的な軸方向移動および径方向移動を規制することが可能である。このため、各荷重センサＳに軸方向の荷重と径方向の荷重が共に作用し難くすることが可能であり、各トルク伝達部Ｔ１〜Ｔ４に作用する周方向荷重の検出精度を向上させることが可能である。

また、このトルク検出装置Ａ１においては、ホイール側ハウジング１２と段付スリーブ１６間にて、ハブ側ハウジング１１と各ボール１３〜１３，１５〜１５等が軸方向にて挟持されている。このため、軸方向の寸法（幅）を小さくして扁平な形状を維持しながら、スラスト方向（軸方向）でのガタを抑制して、スラスト剛性を高めることが可能である。

また、このトルク検出装置Ａ１では、ホイール側ハウジング１２と段付スリーブ１６が、軸方向にて螺合量調整可能にねじ結合されている。このため、ホイール側ハウジング１２と段付スリーブ１６の螺合量を調整することにより、ホイール側ハウジング１２と段付スリーブ１６間でのスラスト方向荷重を調整することが可能であり、スラスト剛性を安定化させることが可能である。

上記した第１実施形態のトルク検出装置Ａ１においては、ハブ側ハウジング１１における突起部１１ａの各ボール１３を周方向にて受承する部位に各荷重センサＳをそれぞれ組付けて本発明を実施したが、ホイール側ハウジング１２における各保持壁１２ａ，１２ｂの各ボール１３を周方向にて受承する部位に各荷重センサＳをそれぞれ組付けて本発明を実施することも可能である。

また、上記した第１実施形態のトルク検出装置Ａ１においては、図１に示したように、各トルク伝達部Ｔ１〜Ｔ４において、各保持壁１２ａ，１２ｂと各荷重センサＳ，Ｓ間に各ボール１３，１３を単に介在させて実施したが、図３に示した第２実施形態のトルク検出装置Ａ２のように、各保持壁１２ｂに調整ねじ１８とロックナット１９を組付けて実施することも可能である。この場合には、保持壁１２ｂに対して調整ねじ１８を進退させることにより、一対のボール１３，１３と一対の荷重センサＳ，Ｓとの係合荷重を調整可能であり、また調整後の状態はロックナット１９により固定保持可能である。

また、上記した各実施形態においては、各ボール１３がハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２とによってスラストボールベアリングを構成する場合について説明したが、各ボール１３がハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２とによってラジアルボールベアリングを構成するようにして実施することも可能である。

また、上記した各実施形態においては、各ボール１５が段付スリーブ１６およびハブ側ハウジング１１とによってアンギュラボールベアリングを構成し、このアンギュラボールベアリングが各ボール１３、ハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２によって構成されるスラストボールベアリングに対して並列的に配置される場合について説明したが、各ボール１５が段付スリーブ１６およびハブ側ハウジング１１とによってラジアルボールベアリングを構成し、このラジアルボールベアリングが各ボール１３、ハブ側ハウジング１１およびホイール側ハウジング１２によって構成されるスラストボールベアリングに対して並列的に配置されるように構成して実施することも可能である。

また、上記した各実施形態においては、車両の車輪支持部に適用されるトルク検出装置に本発明を実施したが、他の回転支持部に適用されるトルク検出装置にも本発明は実施可能であり、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

本発明によるトルク検出装置の第１実施形態を概略的に示した縦断側面図である。図１に示したトルク検出装置の要部縦断正面図である。本発明によるトルク検出装置の第２実施形態を概略的に示した縦断側面図である。

符号の説明

１１…ハブ側ハウジング（第１部材）、１１ａ…突起部、１１ｃ…ガイド溝、１２…ホイール側ハウジング（第２部材）、１２ａ，１２ｂ…保持壁、１３…ボール、Ｓ…荷重センサ、Ｔ１〜Ｔ４…トルク伝達部、Ａ１…トルク検出装置

Claims

第１部材と第２部材が同軸的に配置されていて、前記第１部材と前記第２部材間にトルク伝達部が設けられており、前記第１部材と前記第２部材の回転時に前記トルク伝達部に作用する周方向荷重に基づいて前記第１部材と前記第２部材間の伝達トルクを検出可能なトルク検出装置において、
前記トルク伝達部を、前記第１部材と前記第２部材間にて所定の周方向間隔で配置された一対のボールと、前記第１部材に一体的に形成されて前記一対のボール間に介入する突起部と、前記第２部材に一体的に形成されて前記突起部との間にて前記各ボールを介してトルク伝達可能な一対の保持壁を備えるとともに、前記突起部または前記各保持壁の前記各ボールを周方向にて受承する部位にそれぞれ組付けられて前記各ボールから伝達される周方向の荷重を検出する一対の荷重センサを備える構成としたことを特徴とするトルク検出装置。
請求項１に記載のトルク検出装置において、前記各ボールは前記第１部材および前記第２部材とによりラジアルボールベアリングを構成するものであることを特徴とするトルク検出装置。
請求項１に記載のトルク検出装置において、前記各ボールは前記第１部材および前記第２部材とによりスラストボールベアリングを構成するものであることを特徴とするトルク検出装置。
請求項３に記載のトルク検出装置において、前記各ボールと軸方向にて係合する前記第１部材および前記第２部材の少なくとも一方の係合面に、前記各ボールの径方向移動を規制するガイド溝を設けたことを特徴とするトルク検出装置。
請求項３に記載のトルク検出装置において、前記スラストボールベアリングに対してラジアルベアリングまたはアンギュラベアリングを並列的に配置したことを特徴とするトルク検出装置。