JP2010053942A

JP2010053942A - 等速自在継手用作動角センサ

Info

Publication number: JP2010053942A
Application number: JP2008218993A
Authority: JP
Inventors: Koichi Okada; 浩一岡田; Masazumi Kobayashi; 正純小林; Noboru Ninomiya; 昇二宮
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2008-08-28
Filing date: 2008-08-28
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2028-08-28
Also published as: JP4980318B2

Abstract

【課題】等速自在継手側に励磁回路を設けることなく、少ない消費電力で動作中の等速自在継手の作動角を検出できる等速自在継手用作動角センサを提供する。
【解決手段】内輪３と外輪２間の作動角の変化による磁気抵抗変化を、凹球面円環部１３の内径側の空間に収められた半導体磁気センサ１５の出力で検出することにより上記作動角を求める。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車や産業機械等における等速自在継手に装備されて等速自在継手の作動角を検出する等速自在継手用作動角センサに関する。

自動車や産業機械などにおいて、駆動装置と被駆動部とを結合する装置の一つとして等速自在継手が用いられる。このような等速自在継手において、耐久性向上を図った各種構造のものが提案されている（例えば特許文献１）。
特開平９−１７７８１４号公報

しかし、等速自在継手では、その作動角が大きくなるとボールが外輪肉厚の薄い部分を用いて駆動力を伝達することとなり、外輪の材料疲労を促進させてしまう。また、許容作動角を超えると、内輪軸と外輪の接触やボールの脱落が発生する可能性がある。
動作中の等速自在継手の作動角を常にモニタすることを考えた。この作動角が常に検出できれば、作動角が許容上限値に至る前に装置を停止させるなどして、内輪軸と外輪の接触、ボールの脱落、破損による事故を未然に防ぐことができる。
しかし、等速自在継手はその全体が回転し、内輪と外輪とが作動角を生じるため、動作中に作動角を検出することが難しく、このような動作中に作動角を検出可能なセンサは、従来に例がない。

そこで、本発明者等は、このような作動角センサとして、図９に示すような等速自在継手用作動角センサを開発した。この等速自在継手用作動角センサ４１は、等速自在継手の内輪軸３４の端面に、等速自在継手の外輪３２に対する回動中心Ｏと同心の凸球面部４２を設けると共に、この凸球面部４２に隙間を介して対面する凹球面部４３を等速自在継手の外輪３２の内面に設けたものである。この凹球面部４３に外輪３２の軸心Ｏ１と同心の円周溝４４を設け、この円周溝４４にセンサ素子として磁気発生用コイル４５を設け、等速自在継手の外部に検出回路４６を設ける。検出回路４６は、交流成分を持つ電流で前記磁気発生用コイル４５を駆動し、この電流と電圧の関係より磁気発生用コイル４５のインダクタンスの変化を検出して、内輪３４と外輪３２間の作動角を求める。駆動される磁気発生用コイル４５により発生する磁界は、前記凹球面部４３の中心部と周辺部を磁極とし、凸球面部４２を経由することで閉じた磁界となる。対面する凸球面部４２と凹球面部４３の間では対向する部分の面積が作動角に応じて変化するため、これに伴い磁界の磁路断面積が変化し、磁気発生用コイル４５のインダクタンス変化として現れる。これにより、検出回路４６は前記インダクタンス変化から等速自在継手の作動角を検出する。

この構成の場合、回転体である等速自在継手の外部に設けられた検出回路４６から、等速自在継手に設けられた磁気発生用コイル４５に駆動電力を供給し、また磁気発生用コイル４５による検出信号（インダクタンス変化）を電気信号として検出回路４６に送信する送受信機構が必要である。この送受信機構として、図９の構成では、外輪３２のカップ部３２ａの外面に、磁気発生用コイル４５を直接駆動する機能とコイル４５の出力信号を処理する機能とを持つ電子回路４７を設けると共に、外輪カップ部３２ａの外面に巻回された回転側コイル４８ａと、このコイル４８ａの外周側に設置された固定側コイル４８ｂとでなる非接触電磁カップリング４８を設け、検出回路４６から前記電子回路４７への電力供給および電子回路４７から検出回路４６への検出信号送信を前記非接触電磁カップリング４８で中継して行っている。

しかし、上記構成の場合、作動角センサ４１のセンサ素子として磁気発生用コイル４５を用いるため、等速自在継手側に励磁回路が必要で、消費電力も大きくなるなどの課題がある。

この発明の目的は、等速自在継手側に励磁回路を設けることなく、少ない消費電力で動作中の等速自在継手の作動角を検出できる等速自在継手用作動角センサを提供することである。

この発明の第１の発明に係る等速自在継手用作動角センサは、外輪の球形内面と内輪の球形外面とにそれぞれトラック溝を形成し、外輪トラック溝と内輪トラック溝との間にボールを組み込み、上記ボールを保持するケージを設け、上記内輪が外周に取付けられまたは上記内輪と一体に形成された内輪軸を有する等速自在継手に装備される作動角センサであって、
前記内輪軸の端面に設けられこの内輪軸の外輪に対する回動中心と同心の凸球面部と、前記外輪の内面に環状に突出して設けられ先端面が前記凸球面部に隙間を介して沿う凹球面とされた凹球面円環部と、この凹球面円環部の内径側の空間にそれぞれ収められた励磁用の永久磁石およびこの永久磁石の磁界の変化を検出する半導体磁気センサとを備え、内輪と外輪間の作動角の変化による磁気抵抗変化を前記半導体磁気センサの出力で検出することにより上記作動角を求めることを特徴とする。
永久磁石より発生する磁界は、半導体磁気センサ、凸球面部、凹球面円環部を経由する閉じた磁界となる。凹球面円環部の凹球面と凸球面部との対向面積は、作動角に応じて変化する。すなわち、凹球面円環部の凹球面と凸球面部とは、作動角が零度のとき対向面積が最大となり、作動角が増加するにつれて対向面積が減少することから、作動角の変化が磁気抵抗の変化、つまり磁気強度変化となって半導体磁気センサにより検出される。その結果、等速自在継手側に励磁回路を設けることなく、少ない消費電力で動作中の等速自在継手の作動角を検出することができる。
このように、この等速自在継手用作動角センサによると、動作中の等速自在継手の作動角を常にモニターできるので、駆動力や稼働時間と共に作動角を監視することにより、等速自在継手の寿命を類推することが可能となり、破損による事故を未然に防ぐことができる。また、検出した作動角が許容上限値に至る前に警報を発し、等速自在継手を使用した装置を停止することにより、内輪軸と外輪の接触やボールの脱落を未然に防ぐことができる。

この発明において、前記内輪軸および外輪における、前記永久磁石および半導体磁気センサの磁気回路を構成する部分は、前記内輪軸および外輪の他の箇所とは異なる高透磁率軟磁性材で構成しても良い。
作動角センサの感度は、磁気回路を構成する隙間と磁性体部分（凸球面部，凹球面円環部など）の透磁率の比によって大きく変化するため、前記内輪軸および外輪における、前記永久磁石および半導体磁気センサの磁気回路を構成する部分（凸球面部、凹球面円環部など）を、内輪軸および外輪の他の箇所とは異なる高透磁率軟磁性材（フェライト、ＰＢパーマロイなど）とすると、センサ感度を向上させることができる。

この発明において、前記外輪と前記内輪とが最大の作動角をとった状態で、前記凸球面部と前記凹球面円環部は、少なくとも一部が対面する構成にしても良い。内外輪が最大の作動角をとった場合であっても、磁気抵抗の変化により作動角を確実に検出することが可能となる。したがって、動作中の等速自在継手の作動角をモニターできる範囲を大きくし、等速自在継手の寿命をより正確に類推することができる。

この発明において、前記内輪軸の端部に軸頭部を設け、この軸頭部に、前記内輪軸の前記凸球面部を設けても良い。この発明において、前記軸頭部は、前記内輪軸よりも大径の拡径軸頭部であっても良い。この場合、内外輪が最大の作動角をとった状態であっても、拡径軸頭部における凸球面部の外周部分と、前記凹球面円環部とが対面可能となる。したがって、内外輪が最大の作動角をとった場合であっても、磁気抵抗の変化により作動角を確実に検出することが可能となる。
前記外輪の内面に設けられた前記凹球面円環部の外径を、前記内輪軸の外径よりも大径としても良い。この場合、内輪と外輪間の作動角の許容上限値を高くすることができる。つまり、動作中の等速自在継手の作動角をモニターできる範囲を大きくし、等速自在継手の寿命をより正確に類推することができる。

この発明の第２の発明に係る等速自在継手用作動角センサは、外輪の球形内面と内輪の球形外面とにそれぞれトラック溝を形成し、外輪トラック溝と内輪トラック溝との間にボールを組み込み、上記ボールを保持するケージを設け、上記内輪が外周に取付けられまたは上記内輪と一体に形成された内輪軸を有する等速自在継手に装備される作動角センサであって、前記ケージの端部に設けられこのケージの外輪に対する回動中心と同心の凸球面部と、前記外輪の内面に環状に突出して設けられ先端面が前記凸球面部に隙間を介して沿う凹球面とされた凹球面円環部と、この凹球面円環部の内径側の空間にそれぞれ収められた励磁用の永久磁石およびこの永久磁石の磁界の変化を検出する半導体磁気センサとを備え、内輪と外輪間の作動角の変化による磁気抵抗変化を前記半導体磁気センサの出力で検出することにより上記作動角を求めることを特徴とする。

前記ケージの端部に凸球面部を設けたため、既存の内輪軸を適用することができるうえ、外輪と内輪とが最大の作動角をとった状態で、前記凸球面部と凹球面円環部とを対面させることができる。したがって、動作中の等速自在継手の作動角をモニターできる範囲を大きくすることが可能となる。また、前記凸球面部を成す部材をプレス加工等により簡単に成形することができ、内輪軸の端面に凸球面部を球面加工する場合に比べて、製造コストの低減を図ることが可能となる。その他、第１の発明と同様の作用効果を奏する。

この発明において、前記外輪の外径部に設けられたリング状の回転側コイル、およびこの回転側コイルと同心のリング状に設けられた静止側コイルからなる非接触電磁カップリングを設け、前記回転側コイルおよび静止側コイルにそれぞれ接続された回転側電子回路および静止側電子回路を設け、前記静止側電子回路は、前記静止側コイルを交流励磁して電磁結合作用で回転側へ電力を供給し、かつ前記静止側コイルに誘導されたセンサ信号を復調するものであり、前記回転側電子回路は前記静止側コイルから供給された電力で前記半導体磁気センサを駆動し、かつ前記電力供給に用いる周波数とは異なる周波数の搬送波を前記半導体磁気センサのセンサ信号によって変調してこの変調信号により前記回転側コイルを励磁するものであっても良い。
この構成の場合、外部から回転体である等速自在継手側への電力供給と、等速自在継手に搭載された半導体磁気センサのセンサ信号の外部への送信とを容易に行うことができる。

この発明の第１の発明に係る等速自在継手用作動角センサは、外輪の球形内面と内輪の球形外面とにそれぞれトラック溝を形成し、外輪トラック溝と内輪トラック溝との間にボールを組み込み、上記ボールを保持するケージを設け、上記内輪が外周に取付けられまたは上記内輪と一体に形成された内輪軸を有する等速自在継手に装備される作動角センサであって、前記内輪軸の端面に設けられこの内輪軸の外輪に対する回動中心と同心の凸球面部と、前記外輪の内面に環状に突出して設けられ先端面が前記凸球面部に隙間を介して沿う凹球面とされた凹球面円環部と、この凹球面円環部の内径側の空間にそれぞれ収められた励磁用の永久磁石およびこの永久磁石の磁界の変化を検出する半導体磁気センサとを備え、内輪と外輪間の作動角の変化による磁気抵抗変化を前記半導体磁気センサの出力で検出することにより上記作動角を求めるものとしたため、等速自在継手側に励磁回路を設けることなく、少ない消費電力で動作中の等速自在継手の作動角を検出することができる。

この発明の第２の発明に係る等速自在継手用作動角センサは、外輪の球形内面と内輪の球形外面とにそれぞれトラック溝を形成し、外輪トラック溝と内輪トラック溝との間にボールを組み込み、上記ボールを保持するケージを設け、上記内輪が外周に取付けられまたは上記内輪と一体に形成された内輪軸を有する等速自在継手に装備される作動角センサであって、前記ケージの端部に設けられこのケージの外輪に対する回動中心と同心の凸球面部と、前記外輪の内面に環状に突出して設けられ先端面が前記凸球面部に隙間を介して沿う凹球面とされた凹球面円環部と、この凹球面円環部の内径側の空間にそれぞれ収められた励磁用の永久磁石およびこの永久磁石の磁界の変化を検出する半導体磁気センサと、
を備え、内輪と外輪間の作動角の変化による磁気抵抗変化を前記半導体磁気センサの出力で検出することにより上記作動角を求める。
このため、等速自在継手側に励磁回路を設けることなく、少ない消費電力で動作中の等速自在継手の作動角を検出することができる。

この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。図１（Ａ）は、この実施形態の作動角センサ１１が装備された等速自在継手１の一部を破断して示す正面図である。この等速自在継手１は固定式のものであり、外輪２、内輪３、内輪軸４、トルク伝達用の転動体であるボール５、およびボール５を保持するケージ６からなる。
外輪２は、カップ部２ａとステム部２ｂとを有する。外輪２のカップ部２ａの内面は、開口側部分内面部分および底面側内面部分に分けたうち、開口側内面部分が球形とされている。その球形内面２ａａに、６つ（または８つ）のトラック溝７が軸方向に沿って形成されている。内輪３の外面は球形とされ、その球形外面にも６つ（または８つ）のトラック溝８が、軸方向に沿って形成されている。これら各外輪トラック溝７と内輪トラック溝８とは互いに対向し、その対向する各外輪トラック溝７，８間にボール５が１個ずつ組み込まれる。ケージ６は、各ボール５を同一平面内に保持する部材であり、周方向の複数箇所に設けられたポケット６ａ内にボール５が保持される。
内輪３は内周にセレーションまたはスプライン等の凹凸部を有する中央孔９を備え、この中央孔９に内輪軸４の一端部がトルク伝達可能に嵌合している。なお、内輪軸４は内輪３と一体に形成されたものであっても良い。
外輪２、内輪３、および内輪軸４は、いずれも鋼材などからなり、従って強磁性体とされている。

内輪軸４における、外輪カップ部２ａの内面に対向する端面は、この内輪軸４の外輪カップ部２ａに対する回動中心Ｏと同心の凸球面となる凸球面部１２が設けられている。また、外輪カップ部２ａの内面における底側内面部分の中心に、環状に突出して凹球面円環部１３が設けられている。凹球面円環部１３は、先端面が前記内輪軸４の凸球面部１２に隙間を介して沿う凹球面１３ａとされている。
前記凸球面部１２と凹球面円環部１３とは、図１（Ａ）に示す作動角が零の状態で、凹球面１３ａの全てが凸球面部１２に対向し合い、図２に示すように作動角が発生した状態では凹球面１３ａの一部に凸球面部１２と対向し合わない部分が生じるように設けられる。具体的には、凹球面円環部１３は、その円環軸心が外輪２の軸心Ｏ１に一致する位置に設けられる。

図１（Ａ）の一部を拡大して図１（Ｂ）に示す。同図のように、前記凹球面円環部１３の内径側の空間の円環軸心位置には、励磁用の永久磁石１４と、この永久磁石１４の磁界の変化を検出する半導体磁気センサ１５とが軸方向に並べて収められ、固定されている。この場合、永久磁石１４の磁極Ｎ，Ｓは軸方向に揃えられる。例えば、永久磁石１４を、そのＮ磁極が凸球面部１２に対向する向きに配置した場合、永久磁石１４により発生する磁界は、永久磁石１４から出た磁力線が、半導体磁気センサ１５を通過し、凸球面部１２の中心部から周辺部、および凹球面円環部１３を経由して永久磁石１４の裏面に帰る閉じた磁界となる。
ここでは、凸球面部１２および凹球面円環部１３が、鋼材からなる内輪軸４および外輪２と一体に形成されているが、前記永久磁石１４および半導体磁気センサ１５の磁気回路を構成する前記凸球面部１２や凹球面円環部１３などの部分を、内輪軸４や外輪２と別体に形成して、内輪軸４や外輪２に螺着や締付けにより一体に固定しても良い。その場合には、これらの磁気回路構成部材の素材として、内輪軸４や外輪２の他の箇所とは異なる高透磁率軟磁性材（例えばフェライト、ＰＢパーマロイなど）を用いるのがセンサ感度向上の観点から好ましい。

等速自在継手１の外部には、等速自在継手１から離れて静止側電子回路１６が設けられる。等速自在継手１の外輪２のカップ部２ａの外径面には回転側電子回路１７が設けられる。回転側電子回路１７は、前記半導体磁気センサ１５を駆動し、かつ半導体磁気センサ１５の出力であるセンサ信号に対して送信のための処理をする機能を持つ。静止側電子回路１６は、回転側電子回路１７に電力を供給し、かつ回転側電子回路１７から送信されたセンサ信号を受信して、そのセンサ信号から作動角を検出する機能を持つ。
静止側電子回路１６と回転側電子回路１７との間の中継は、外輪２の軸心Ｏ１と同心に外輪カップ部２ａの外径部に巻回されたリング状の回転側コイル１８ａと、このコイル１８ａと同心にこのコイル１８ａの外周に設置された静止側コイル１８ｂとでなる非接触電磁カップリング１８により行われる。前記静止側電子回路１６は前記静止側コイル１８ｂに接続され、静止側コイル１８ｂを交流励磁して電磁結合作用で回転側コイル１８ａを経て回転側電子回路１７に電力を供給し、かつ静止側コイル１８ｂに誘導されたセンサ信号を復調する。前記回転側電子回路１７は前記回転側コイル１８ａに接続され、前記静止側コイル１８ｂから供給された電力で半導体磁気センサ１５を駆動し、かつ前記電力供給に用いる周波数とは異なる周波数の搬送波を前記半導体磁気センサ１５のセンサ信号によって変調して、この変調信号により前記回転側コイル１８ａを励磁する。

次に、上記等速自在継手用作動角センサ１１の動作を説明する。静止側電子回路１６は、静止側コイル１８ｂを交流励磁して電磁結合作用で回転側コイル１８ａに電力を供給する。この電力を回転側コイル１８ａから受けて、回転側電子回路１７は半導体磁気センサ１５を駆動する。永久磁石１４より発生する磁界は、上記したように半導体磁気センサ１５、凸球面部１２、凹球面円環部１３を経由する閉じた磁界となる。凹球面円環部１３の凹球面１３ａと凸球面部１２との対向面積は、作動角に応じて変化する。すなわち、凹球面円環部１３の凹球面１３ａと凸球面部１２とは、作動角が零度のとき対向面積が最大となり、作動角が増加するにつれて対向面積が減少する。これにより、作動角の変化が磁気抵抗の変化、つまり磁気強度変化となって半導体磁気センサ１５により検出される。
回転側電子回路１７では、電力供給に用いる周波数とは異なる周波数の搬送波を半導体磁気センサ１５のセンサ信号によって変調し、この変調信号により回転側コイル１８ａを励磁し、電磁結合作用で静止側コイル１８ｂに誘導する。静止側電子回路１６では、静止側コイル１８ｂに誘導されたセンサ信号を復調して、そのセンサ信号つまり検出された磁気強度の変化から等速自在継手１の作動角を検出する。

このように、この等速自在継手用作動角センサ１１によると、内輪軸４の端面に設けられた凸球面部１２と、外輪カップ部２ａの内面に突出して設けられ先端面が前記凸球面部１２に隙間を介して沿う凹球面１３ａとされた凹球面円環部１３と、この凹球面円環部１３の内径側の空間にそれぞれ収められた励磁用の永久磁石１４と、この永久磁石１４の磁界の変化を検出する半導体磁気センサ１５とで磁気回路を構成し、内輪３と外輪２間の作動角の変化による前記磁気回路の磁気抵抗変化を前記半導体磁気センサ１５の出力で検出するようにしているので、回転体である等速自在継手１側に検出用の励磁回路を設けることなく、少ない消費電力で動作中の等速自在継手１の作動角を検出することができる。

また、この等速自在継手用作動角センサ１１によると、動作中の等速自在継手１の作動角を常にモニターできるので、駆動力や稼働時間と共に作動角を監視することにより、等速自在継手１の寿命を類推することが可能となり、破損による事故を未然に防ぐことができる。また、検出した作動角が許容上限値に至る前に警報を発し、等速自在継手１を使用した装置を停止することにより、内輪軸４と外輪２の接触やボール５の脱落を未然に防ぐことができる。

また、作動角センサ１１の感度は、前記磁気回路を構成する隙間と磁性体部分の透磁率の比によって大きく変化するため、この実施形態において、前記内輪軸４および外輪２における、前記永久磁石１４および半導体磁気センサ１５の磁気回路を構成する部分（凸球面部１２、凹球面円環部１３など）を、上記したように内輪軸４および外輪２の他の箇所とは異なる高透磁率軟磁性材（フェライト、ＰＢパーマロイなど）とした場合には、センサ感度を向上させることができる。

また、この実施形態では、外輪カップ部２ａの外径部に取付けた回転側コイル１８ａを有する非接触電磁カップリング１８を設け、電磁結合作用で回転側へ電力を供給すると共に、電力供給に用いる周波数とは異なる周波数で半導体磁気センサ１５のセンサ信号を固定側へ送信するようにしたため、外部から回転体である等速自在継手１側への電力供給と、等速自在継手１に搭載された半導体磁気センサ１５のセンサ信号の外部への送信とを容易に行うことができる。

次に、この発明の他の実施形態を図３と共に説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

この実施形態では、内輪軸４の一端部に軸頭部ＪＴを設け、この軸頭部ＪＴの表面に、凸球面部１２を形成している。この軸頭部ＪＴは、凸球面部１２と、この凸球面部１２の外周縁部に付設された係合部１２ｂとを有する。この係合部１２ｂは、内輪軸４の軸心に平行に所定小距離突出し、内輪軸４の一端部に形成された環状溝である被係合部４ａに係合されている。

また、軸頭部ＪＴは、例えば、薄板状でありプレス加工等により、凸球面部１２および係合部１２ｂを一体形成し得る。ただし、プレス加工だけに限定されるものではない。円周方向に沿って形成される係合部１２ｂを、半径方向外方に弾性変形等により一時的に拡径させ、内輪軸４の被係合部４ａに係合可能になっている。なお、内輪軸４への軸頭部ＪＴへの固定方法は、ボルト等の固定具を用いても良い。このような軸頭部ＪＴによると、内輪軸４の端面に凸球面部を球面加工する場合に比べて、製造コストの低減を図ることが可能となる。また、既存の内輪軸４を適用できるため、その分、量産効果を高めることができる。その他、図１の実施形態と同様の構成となっており、同実施形態と同様の作用、効果を奏する。

次に、この発明のさらに他の実施形態を図４と共に説明する。
この実施形態では、外輪２の内面に設けられた凹球面円環部１３の外径Ｄａを、内輪軸４の外径Ｄｂよりも大径としている。この場合、凸球面部１２と凹球面円環部１３とは、同図に示す作動角が零の状態で、凹球面１３ａの外周縁部１３ａａが露出する。つまり、凹球面１３ａのうちこの外周縁部１３ａａを除く残余の部分と凸球面部１２の外周縁部１２ａが対向し合う。また、最大の作動角をとった状態で、凸球面部１２と凹球面円環部１３とは、少なくとも一部が対面する。なお、図示しないが、作動角の許容上限値において、凹球面円環部１３とケージ６とが干渉しないように、凹球面円環部１３の外径Ｄａが定められる。その他、図３の実施形態と同様の構成となっている。

この実施形態では、凹球面円環部１３の外径Ｄａを、内輪軸４の外径Ｄｂよりも大径としたため、内輪３と外輪２間の作動角の許容上限値を高くすることができる。その他、図３の実施形態と同様の作用、効果を奏する。

この発明のさらに他の実施形態について図５と共に説明する。
この実施形態では、内輪軸４の一端部に、この内輪軸４よりも大径の拡径軸頭部ＫＪを設けている。この拡径軸頭部ＫＪの端面に凸球面部ＫＪａを設け、この凸球面部ＫＪａは、内輪軸４の外輪２に対する回動中心Ｏと同心に形成されている。
また、外輪２の外輪カップ部２ａの内面において、凹球面円環部１３の外径Ｄａを、前記凸球面部ＫＪａの外径Ｄｃと同一径としている。凹球面円環部１３の内径面に嵌合可能な内筒部材１３ｎを介して、永久磁石１４および半導体磁気センサ１５が軸方向に並べて収められて固着されている。前記内筒部材１３ｎは有底円筒形状であり、この内筒部材１３ｎの底部に、永久磁石１４および半導体磁気センサ１５を円環軸心位置に位置決めする嵌合孔１３ｎａが形成されている。また、内筒部材１３ｎを凹球面円環部１３の内径面に嵌合した状態において、凹球面円環部１３の先端面および内筒部材１３ｎの先端面は連なりかつ、前記凸球面部ＫＪａに隙間を介して沿う凹球面１３ａとされている。

本実施形態では、これら凹球面円環部１３および内筒部材１３ｎを、外輪カップ部２ａとは別体に形成し、この外輪カップ部２ａの内面に固着している。ただし、外輪カップ部２ａの内面に、凹球面円環部１３等を鍛造により一体に形成しても良い。また、凹球面円環部１３に、内筒部材１３ｎを設けることなく、永久磁石１４および半導体磁気センサ１５を円環軸心位置に設けることも可能である。

凸球面部ＫＪａと凹球面１３ａとは、図５（Ｂ）に示す作動角が零の状態で、凹球面１３ａの全てが凸球面部ＫＪａに対向し合う。図５（Ａ）に示すように、最大の作動角をとった状態で、凸球面部ＫＪａと凹球面１３ａは、少なくとも一部が対面する。また、作動角が許容上限値において、凸球面部ＫＪａとケージ６とが干渉しないように、凸球面部ＫＪａの外径Ｄｃが定められている。さらに、いかなる作動角をとった状態においても、凸球面部ＫＪａが外輪カップ部２ａの内面に干渉しないように、凸球面部ＫＪａの軸方向突出量δＪおよび外径Ｄｃが規定されている。その他図１の実施形態と同様の構成となっている。

以上説明した図５に示す実施形態によると、内輪軸４の一端部に、この内輪軸４よりも大径の拡径軸頭部ＫＪを設けたため、内外輪が最大の作動角をとった状態であっても、軸径軸頭部ＫＪにおける凸球面部ＫＪａの外周部分と、凹球面１３ａとが対面可能となる。したがって、磁気抵抗の変化により作動角を確実に検出し得る。このように動作中の等速自在継手の作動角をモニターできる範囲を大きくし、等速自在継手の寿命をより正確に類推することが可能となる。

凹球面円環部１３の内径面に嵌合可能な内筒部材１３ｎを介して、永久磁石１４および半導体磁気センサ１５が軸方向に並べて収められて固着されているため、永久磁石１４および半導体磁気センサ１５を円環軸心位置に容易にかつ正確に位置決めすることができる。前記凹球面円環部１３および内筒部材１３ｎを、外輪カップ部２ａとは別体に形成した場合、前記内筒部材１３ｎの底部に、永久磁石１４および半導体磁気センサ１５を設け、さらにこの内筒部材１３ｎを凹球面円環部１３に嵌合した組立品を、外輪カップ部２ａの内面に容易に固着することができる。この場合、外輪カップ部２ａの内面において、永久磁石１４および半導体磁気センサ１５等を固着させる場合よりも組立を簡単化し、作業工数の低減を図ることが可能となる。外輪カップ部２ａの内面に、凹球面円環部１３等を鍛造により一体に形成した場合、全体の部品点数の低減を図り、構造を簡単化することができる。その他、図１の実施形態と同様の効果を奏する。

この発明のさらに他の実施形態について図６および図７と共に説明する。
この実施形態では、ケージ６の一端部に、内輪軸４よりも大径の拡径軸頭部材ＫＢを設け、この拡径軸頭部材ＫＢの一表面を、このケージ６の外輪２に対する回動中心と略同心の凸球面１２ＫＢに形成している。この拡径軸頭部材ＫＢは、凸球面１２ＫＢを成す球面本体１２Ａと、球面本体１２Ａの外周縁部に付設された係合部１２Ｂとを有する。この係合部１２Ｂは、ケージ６の半径方向外方に向かって所定小距離突出し、同ケージ６の一端部の内周に形成された環状の段部６ｂに形成されている。

また、拡径軸頭部材ＫＢは、例えば、薄板状でありプレス加工等により、球面本体１２Ａおよび係合部１２Ｂを一体成形し得る。ただしプレス加工だけに限定されるものではない。前記球面本体１２Ａのうちの頂部１２Ａａは、作動角零の状態で凹球面１３ａに対面する。球面本体１２Ａのうち頂部１２Ａａを除く外周部１２Ａｂには、周方向一定間隔おきに複数の貫通孔１２Ａｈが形成されている。よって、球面本体１２Ａのうちこれら貫通孔１２Ａｈを除く残余の頂部１２Ａａと、凹球面１３ａとが対面する対向面積に応じた磁気抵抗の変化に基づいて、図１の実施形態と同様にこの等速自在継手１の作動角を検出し得る。

図６（Ａ）に示すように、最大の作動角をとった状態で、前記球面本体１２Ａの頂部１２Ａａと凹球面１３ａは、少なくとも一部が対面する。また、いかなる作動角をとった状態においても、拡径軸頭部材ＫＢと外輪カップ部２ａの内面とが干渉しないように、球面本体１２Ａの寸法または外輪カップ部２ａの内面寸法が規定されている。さらに、いかなる作動角をとった状態においても、拡径軸頭部材ＫＢと、内輪３または内輪軸４とが干渉しないようにこれらの寸法が規定されている。その他図１の実施形態と同様の構成となっている。

以上説明した実施形態によると、内輪軸の端面に凸球面部を設ける代わりに、ケージ６に拡径軸頭部材ＫＢを設けこの拡径軸頭部材ＫＢの一表面を凸球面１２ＫＢとしたものである。この場合、拡径軸頭部材ＫＢを例えばプレス加工等により簡単に製造することができるため、内輪軸の端面を球面加工するよりも製造コストの低減を図ることができる。

特に、内輪軸４よりも大径のケージ６に拡径軸頭部材ＫＢを設けたため、最大の作動角をとった状態であっても、前記拡径軸頭部材ＫＢの凸球面１２ＫＢの一部つまり頂部１２Ａａと、凹球面１３ａとが対面可能となる。したがって、動作中の等速自在継手の作動角をモニターできる範囲を大きくすることが可能となる。また、球面本体１２Ａの外周部１２Ａｂに、複数の貫通孔１２Ａｈを形成したため、拡径軸頭部材ＫＢの軽量化を図り、等速自在継手１の軽量化を実現することができる。その他、図１の実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、球面本体１２Ａの外周部１２Ａｂに、複数の貫通孔１２Ａｈが形成されているが、各貫通孔の代わりに非磁性材料から成る部位を外周部１２Ａｂに設けても良い。この場合、拡径軸頭部材ＫＢの剛性を高めることが可能となる。

この発明のさらに他の実施形態について図８と共に説明する。
この実施形態では、ケージ６の一端部に凸球面部１２を設けている。この凸球面部１２は、外輪カップ部２ａに対する回動中心Ｏと同心の凸球面となる球面本体１２Ａ、この球面本体１２Ａの外周縁部に連なり内輪軸軸方向に所定小距離突出する突出部１２Ｂ、この突出部１２Ｂの先端部分から半径方向外方に凸球面状に拡径する拡径部１２Ｃ、およびこの拡径部１２Ｃの外周縁部に付設された係合部１２Ｄとを有する。

前記係合部１２Ｄは、ケージ６の半径方向外方に向かって所定小距離突出し、同ケージ６の一端部の内周に形成された環状の段部６ｂに係合されている。また、凸球面部１２は、例えば、薄板状でありプレス加工等により、球面本体１２Ａ、突出部１２Ｂ、拡径部１２Ｃ、および係合部１２Ｄを一体成形し得る。ただし、プレス加工だけに限定されるものではない。前記係合部１２Ｄを、半径方向内方に弾性変形等により一時的に縮径させ、ケージ６の段部６ｂに係合可能になっている。なお、ケージ６への凸球面部１２の固定方法は、ボルト等の固定具を用いても良い。このような凸球面部１２によると、内輪軸４の端面に凸球面部を球面加工する場合に比べて、製造コストの低減を図ることが可能となる。また、既存の内輪軸４を適用できるため、その分、量産効果を高めることができる。その他、図１、図３に示す実施形態と同様の構成となっており、これら実施形態と同様の作用効果を奏する。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかる作動角センサを装備した等速自在継手の一部破断正面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大断面図である。同等速自在継手が作動角を持つ状態を示す一部破断正面図である。（Ａ）はこの発明の他の実施形態にかかる作動角センサを装備した等速自在継手の一部破断正面図、（Ｂ）は同（Ａ）の部分拡大断面図である。この発明のさらに他の実施形態にかかる作動角センサの部分拡大断面図である。（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかる作動角センサを装備した等速自在継手が作動角を持つ状態を示す一部破断正面図、（Ｂ）は同等速自在継手が作動角零の状態を示す一部破断正面図である。（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかる作動角センサを装備した等速自在継手が作動角を持つ状態を示す一部破断正面図、（Ｂ）は同等速自在継手が作動角零の状態を示す一部破断正面図である。（Ａ）図６（Ａ）の要部を拡大して表す断面図、（Ｂ）図６（Ｂ）の要部を拡大して表す断面図である。（Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかる作動角センサを装備した等速自在継手の一部破断正面図、（Ｂ）は同等速自在継手が作動角を持つ状態を示す一部破断正面図である。提案例の一部破断正面図である。

符号の説明

１…等速自在継手
２…外輪
３…内輪
４…内輪軸
５…ボール
６…ケージ
７，８…トラック溝
１１…作動角センサ
１２…凸球面部
１３…凹球面円環部
１３ａ…凹球面
１４…永久磁石
１５…半導体磁気センサ
１６…静止側電子回路
１７…回転側電子回路
１８…非接触電磁カップリング
１８ａ…回転側コイル
１８ｂ…静止側コイル
ＪＴ…軸頭部
ＫＢ…拡径軸頭部材

Claims

外輪の球形内面と内輪の球形外面とにそれぞれトラック溝を形成し、外輪トラック溝と内輪トラック溝との間にボールを組み込み、上記ボールを保持するケージを設け、上記内輪が外周に取付けられまたは上記内輪と一体に形成された内輪軸を有する等速自在継手に装備される作動角センサであって、
前記内輪軸の端面に設けられこの内輪軸の外輪に対する回動中心と同心の凸球面部と、前記外輪の内面に環状に突出して設けられ先端面が前記凸球面部に隙間を介して沿う凹球面とされた凹球面円環部と、この凹球面円環部の内径側の空間にそれぞれ収められた励磁用の永久磁石およびこの永久磁石の磁界の変化を検出する半導体磁気センサとを備え、内輪と外輪間の作動角の変化による磁気抵抗変化を前記半導体磁気センサの出力で検出することにより上記作動角を求めることを特徴とする等速自在継手用作動角センサ。
請求項１において、前記内輪軸および外輪における、前記永久磁石および半導体磁気センサの磁気回路を構成する部分は、前記内輪軸および外輪の他の箇所とは異なる高透磁率軟磁性材で構成した等速自在継手用作動角センサ。
請求項１または請求項２において、前記外輪と前記内輪とが最大の作動角をとった状態で、前記凸球面部と前記凹球面円環部は、少なくとも一部が対面する等速自在継手用作動角センサ。
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記内輪軸の端部に軸頭部を設け、この軸頭部に、前記内輪軸の前記凸球面部を設けた等速自在継手用作動角センサ。
請求項４において、前記軸頭部は、前記内輪軸よりも大径の拡径軸頭部である等速自在継手用作動角センサ。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記外輪の内面に設けられた前記凹球面円環部の外径を、前記内輪軸の外径よりも大径とした等速自在継手用作動角センサ。
外輪の球形内面と内輪の球形外面とにそれぞれトラック溝を形成し、外輪トラック溝と内輪トラック溝との間にボールを組み込み、上記ボールを保持するケージを設け、上記内輪が外周に取付けられまたは上記内輪と一体に形成された内輪軸を有する等速自在継手に装備される作動角センサであって、
前記ケージの端部に設けられこのケージの外輪に対する回動中心と同心の凸球面部と、
前記外輪の内面に環状に突出して設けられ先端面が前記凸球面部に隙間を介して沿う凹球面とされた凹球面円環部と、
この凹球面円環部の内径側の空間にそれぞれ収められた励磁用の永久磁石およびこの永久磁石の磁界の変化を検出する半導体磁気センサと、
を備え、
内輪と外輪間の作動角の変化による磁気抵抗変化を前記半導体磁気センサの出力で検出することにより上記作動角を求めることを特徴とする等速自在継手用作動角センサ。
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記外輪の外径部に設けられたリング状の回転側コイル、およびこの回転側コイルと同心のリング状に設けられた静止側コイルからなる非接触電磁カップリングを設け、前記回転側コイルおよび静止側コイルにそれぞれ接続された回転側電子回路および静止側電子回路を設け、前記静止側電子回路は、前記静止側コイルを交流励磁して電磁結合作用で回転側へ電力を供給し、かつ前記静止側コイルに誘導されたセンサ信号を復調するものであり、前記回転側電子回路は前記静止側コイルから供給された電力で前記半導体磁気センサを駆動し、かつ前記電力供給に用いる周波数とは異なる周波数の搬送波を前記半導体磁気センサのセンサ信号によって変調してこの変調信号により前記回転側コイルを励磁するものである等速自在継手用作動角センサ。