JP2015075414A - トルク測定装置付回転伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トーションバー１５の塑性変形を防止しつつ、トルク測定の分解能を向上させることができる構造を実現する。
【解決手段】入力軸１３と入力歯車７ａとから成る入力側回転体５５ａの一部に、円周方向に関する凹凸形状（歯車状）の入力側ストッパ部６１を、出力軸１４ａと出力歯車８とから成る出力側回転体５６ａの一部に、円周方向に関する凹凸形状（歯車状）の出力側ストッパ部６３を、それぞれ設ける。そして、これら入力側ストッパ部６１と出力側ストッパ部６３とを、前記トーションバー１５の弾性範囲内での捩れ角が所定量に達した場合にのみ、トルク伝達可能に係合する様に組み合わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車用自動変速機に組み込んで、回転軸によりトルクを伝達すると共に、この回転軸が伝達するトルクを測定する為に利用する、トルク測定装置付回転伝達装置の改良に関する。

自動車用自動変速機を構成する回転軸の回転速度と、この回転軸により伝達しているトルクとを測定し、その測定結果を当該変速機の変速制御又はエンジンの出力制御を行う為の情報として利用する事が、従来から行われている。一方、前記トルクを測定する為に利用可能な装置として従来から、トルクを伝達している回転軸の弾性的な捩れ変形量を１対のセンサの出力信号の位相差に変換し、この位相差に基づいて前記トルクを測定する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この様な従来構造に就いて、図７を参照しつつ、以下に簡単に説明する。

この図７に示した従来構造の第１例の場合、対象となる回転軸１の軸方向２箇所位置に、１対のエンコーダ２、２を外嵌固定している。被検出部である、これら両エンコーダ２、２の外周面の磁気特性は、円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化している。又、これら両外周面の磁気特性が円周方向に関して変化するピッチは、これら両外周面同士で互いに等しくなっている。又、これら両外周面に、１対のセンサ３、３の検出部を対向させた状態で、これら両センサ３、３を、図示しないハウジングに支持している。これら両センサ３、３は、それぞれ自身の検出部を対向させた部分の磁気特性の変化に対応して、その出力信号を変化させるものである。

上述の様な前記両センサ３、３の出力信号は、前記回転軸１と共に前記両エンコーダ２、２が回転する事に伴い、それぞれ周期的に変化する。この変化の周波数（及び周期）は、前記回転軸１の回転速度に見合った値をとる。この為、この周波数（又は周期）に基づいて、前記回転速度を求められる。又、前記回転軸１によりトルクを伝達する事に伴って、この回転軸１が弾性的に捩れ変形すると、前記両エンコーダ２、２が回転方向に相対変位する。この結果、前記両センサ３、３の出力信号同士の間の位相差比（＝位相差／１周期）が変化する。又、この位相差比は、前記トルク（前記回転軸１の弾性的な捩れ変形量）に見合った値をとる。この為、この位相差比に基づいて、前記トルクを求められる。

ところが、上述した様な従来構造の第１例を、自動車用自動変速機に組み込んで使用する場合には、測定対象となる回転軸１の捩り剛性が高い為、この回転軸１の弾性的な捩り変形量を十分に確保する事が難しく、トルク測定の分解能が低くなると言う問題がある。又、軸方向に離隔して設置した２個のセンサ３、３を使用する為、これら両センサ３、３から引き出された２本のハーネス４、４の配設が困難になると言う問題がある。又、ハウジングには、前記両センサ３、３毎の支持固定部を、高精度な相対位置関係で設ける必要がある為、前記ハウジングの加工が困難になると言う問題がある。

一方、前記特許文献１には、図８に示す様に、回転軸１の軸方向２箇所位置に固定した１対のエンコーダ２ａ、２ａの被検出部を、軸方向中央部に向け延出させると共に、この軸方向中央部に配置した１個のセンサユニット５を構成する１対のセンサの検出部を、前記両エンコーダ２ａ、２ａの被検出部に対向させる構造が記載されている。但し、この従来構造の第２例の場合も、自動車用自動変速機に組み込んで使用する場合には、対象となる回転軸１の捩り剛性が高い為、この回転軸１の弾性的な捩り変形量を十分に確保する事が難しい。従って、上述した従来構造の第２例によっても、トルク測定の分解能が低くなると言った問題を解消できない。

又、特許文献２には、それぞれの外周面にエンコーダを固定した１対の回転軸を、同一直線上に配置すると共に、これら両回転軸の端部を、これら両回転軸よりも弾性的に捩り変形し易いトーションバーの両端部に連結した構造が記載されている。この特許文献２に記載された従来構造の第３例の場合には、トルクの伝達時に生じる前記トーションバーの弾性的な捩れ変形に基づいて、前記両エンコーダの回転方向の相対変位量を多くできる。この為、その分だけ、トルク測定の分解能を向上させる事ができる。但し、この様な従来構造の第３例を、自動車用自動変速機のカウンタ軸に適用する場合には、トルク測定の分解能を十分に向上させる事が難しい。即ち、このカウンタ軸の軸方向２箇所位置には、入力歯車と出力歯車とが固定されており、このカウンタ軸のうちで、トルクの伝達時に弾性的に捩れ変形する部分は、前記両歯車同士の間部分のみとなる。この為、この様なカウンタ軸に、上述の様な従来構造の第３例を適用する場合には、前記トーションバーを、前記両歯車同士の間に設置する必要がある。従って、このトーションバーの軸方向寸法は、前記両歯車同士の軸方向間隔以下となる。ところが、前記カウンタ軸の場合には、これら両歯車同士の軸方向間隔が狭い為、前記トーションバーの軸方向寸法を十分に長くできない。従って、トルクの伝達時に生じる、前記トーションバーの弾性的な捩れ変形量を十分に確保できない。この結果、トルク測定の分解能を十分に向上させる事が難しい。

［未公開である先発明の説明］
図９〜１７は、上述の様な事情に鑑みて先に考えた、トルク測定装置付回転伝達装置を示している（特願２０１３−１３２４９７）。この先発明に係るトルク測定装置付回転伝達装置は、前輪駆動車、又は、前輪駆動車と同様の原動機及び変速機配置を採用する四輪駆動車等、所謂横置きエンジン(トランスバースエンジン)を搭載した自動車用の自動変速機のカウンタ軸及びカウンタギヤ部分に組み込んで使用する。この様な先発明に係るトルク測定装置付回転伝達装置は、図示しないハウジング（ミッションケース）と、カウンタ軸として機能する回転軸ユニット６と、それぞれがカウンタギヤとして機能する、第一歯車である入力歯車７及び第二歯車である出力歯車８と、連結軸９と、第一エンコーダ１０と、第二エンコーダ１１と、１個のセンサユニット１２とを備える。

このうちの回転軸ユニット６は、中空状の第一回転軸である入力軸１３と、中空状の第二回転軸である出力軸１４と、中空状のトーションバー１５とを備える。このうちの入力軸１３及び出力軸１４は、それぞれ鋼により円筒状に造られたもので、互いに同心に配置されると共に、互いの一端部同士を相対回転可能に組み合わされている。尚、本明細書及び特許請求の範囲中、これら入力軸１３（第一回転軸）及び出力軸１４（第二回転軸）のそれぞれに関して、一端部とは、互いに近い側の端部を言い、他端部とは、互いに遠い側の端部を言う。

図示の構造の場合には、前記入力軸１３と前記出力軸１４との一端部同士を相対回転可能に組み合わせる為に、この入力軸１３の一端部に入力側組み合わせ用筒部１６を設けると共に、前記出力軸１４の一端部に、この入力側組み合わせ用筒部１６よりも大径の、出力側組み合わせ用筒部１７を設けている。そして、この出力側組み合わせ用筒部１７の内径側に、前記入力側組み合わせ用筒部１６を挿入している。又、この状態で、これら両組み合わせ用筒部１６、１７の互いに対向する円筒状の周面同士の間に、ラジアルニードル軸受１８を設置している。これと共に、前記入力側組み合わせ用筒部１６の外周面の基端部に設けた段差面１９と、この段差面１９と対向する前記出力側組み合わせ用筒部１７の先端面２０との間に、スラスト滑り軸受である、円輪状のスラストワッシャ２１を挟持している。そして、この様な構成を採用する事により、前記入力軸１３と前記出力軸１４との一端部同士を、相対回転可能に、且つ、軸方向に関して互いに近づき合う方向の変位を阻止した状態で組み合わせている。

又、前記スラストワッシャ２１は、図１６の（Ａ）に詳示する様に、円輪状の本体部分の円周方向等間隔の複数箇所に、径方向に長いスリット２２、２２を、前記本体部分の内周縁に開口する状態で形成している。これと共に、この本体部分の外周縁に、この外周縁から軸方向に直角に折れ曲がった補強用円筒部２３を、全周に亙り設けている。この様なスラストワッシャ２１は、この補強用円筒部２３の先端縁を前記入力軸１３の他端側に向けた状態で、前記入力側組み合わせ用筒部１６の基端部に、径方向に関する大きながたつきなく外嵌されている。これと共に、前記本体部分の径方向中間部を、前記段差面１９と前記先端面２０との間に挟持されている。又、この状態で、前記各スリット２２、２２は、前記段差面１９と前記先端面２０との間部分を径方向両側から挟む位置に存在する１対の空間同士を連通している。即ち、この様な連通状態を実現する為に、前記各スリット２２、２２の内接円の直径（前記本体部分の内径）を前記先端面２０の内周縁の直径よりも小さくすると共に、前記各スリット２２、２２の外接円の直径を、前記先端面２０の外周縁の直径よりも大きくしている。

又、前記トーションバー１５は、炭素鋼の如き合金鋼により円管状に造られたもので、前記入力軸１３及び出力軸１４の内径側に、これら入力軸１３及び出力軸１４と同心に配置されている。又、この状態で、前記トーションバー１５は、一端部（図１３〜１４の右端部）を前記入力軸１３に、他端部（図１３〜１４の左端部）を前記出力軸１４に、それぞれ相対回転不能に連結されている。この様な連結状態を実現する為に、図示の構造の場合には、前記トーションバー１５の外径寸法を、中間部に比べて両端部で少しだけ大きくすると共に、これら両端部の外周面を、それぞれ前記入力軸１３の内周面の他端寄り部分と、前記出力軸１４の内周面の他端寄り部分とに、相対回転不能に係合させている。具体的には、これら両係合部を、それぞれインボリュートスプライン係合部２４ａ、２４ｂ（雄、雌両インボリュートスプライン部同士を周方向のがたつきなく係合させて成る係合部）としている。つまり、前記トーションバー１５の一端部外周面に設けた第一雄インボリュートスプライン部５０を、前記入力軸１３の他半部内周面に設けた第一雌インボリュートスプライン部５１に、周方向のがたつきなく係合させる事で、前記インボリュートスプライン係合部２４ａを構成している。これと共に、前記トーションバー１５の他端部外周面に設けた第二雄インボリュートスプライン部５２を、前記出力軸１４の他端部内周面に設けた第二雌インボリュートスプライン部５３に、周方向のがたつきなく係合させる事で、前記インボリュートスプライン係合部２４ｂを構成している。尚、これら両係合部として、キー係合部等の、他の回転防止構造を持った係合部を採用する事もできる。又、この状態で、前記入力軸１３及び出力軸１４の内周面に係止した１対の止め輪２５ａ、２５ｂにより、前記トーションバー１５を軸方向両側から挟持する事で、このトーションバー１５の軸方向変位を阻止している。

又、図示の構造の場合、前記トーションバー１５の軸方向中間部で、トルクを伝達する際に弾性的に捩れ変形する部分である、前記両インボリュートスプライン係合部２４ａ、２４ｂ同士の間に挟まれた部分の軸方向寸法Ｌを、次述する入力歯車７と出力歯車８との軸方向間隔Ｗよりも大きく（Ｌ＞Ｗに）している。尚、図示の例では、ＬをＷの４倍強の大きさとしている。

又、前記入力歯車７は、炭素鋼の如き合金鋼製のはすば歯車であり、前記入力軸１３の中間部に外嵌固定されている。これら入力歯車７の内周面と入力軸１３の外周面との嵌合部は、同心性を確保する為の円筒面嵌合部２６ａ（外径側、内径側両円筒面同士を圧入嵌合させて成る嵌合部）と、相対回転を防止する為のインボリュートスプライン係合部２４ｃとを、軸方向に隣接配置する事により構成されている。又、前記入力軸１３に対する前記入力歯車７の軸方向の位置決めは、この入力軸１３の外周面の中間部一端寄り部分に形成した段差面２７に、前記入力歯車７の片側面（図９、１０、１３、１４の左側面）の内周寄り部分を当接させる事により図っている。又、この入力歯車７の片側面の内周寄り部分には、パーキングロック用歯車２８が一体に形成されている。パーキングロック時には、このパーキングロック用歯車２８の外周面の円周方向一部分に、図示しないロック部材の先端部を係合させる事で、前記回転軸ユニット６の回転を不能とする。又、前記出力歯車８は、炭素鋼の如き合金鋼製のはすば歯車であり、前記出力軸１４の外周面の中間部一端寄り部分に、この出力軸１４と一体に形成（固定）されている。この先発明に係る構造の場合、前記回転軸ユニット６の正回転時（自動車が前進している状態での回転時）に、前記入力歯車７から前記入力軸１３に入力されたトルクは、前記トーションバー１５を介して前記出力軸１４に伝達され、前記出力歯車８から出力される。この際に、前記トーションバー１５の軸方向中間部は、前記トルクの大きさに見合った量だけ、弾性的に捩れ変形する。

又、前記回転軸ユニット６は、互いの接触角を逆向きに配置された１対の円すいころ軸受２９ａ、２９ｂにより、前記ハウジングに対して回転自在に支持されている。図示の構造の場合には、これら両円すいころ軸受２９ａ、２９ｂを前記回転軸ユニット６に組み付ける為に、一方の円すいころ軸受２９ａを構成する内輪３０ａを、前記入力軸１３の他端寄り部分に外嵌している。これと共に、この内輪３０ａの大径側端面と、前記入力歯車７の他側面との間で、間座３１を挟持している。そして、この状態で、前記入力軸１３の外周面の他端部に螺合し更に締め付けたナット３２ａにより、前記内輪３０ａの小径側端面を押圧する事で、前記入力軸１３に対して前記内輪３０ａ及び前記入力歯車７を結合固定している。又、前記他方の円すいころ軸受２９ｂを構成する内輪３０ｂを、前記出力軸１４の他端寄り部分に外嵌すると共に、この内輪３０ｂの大径側端面を、前記出力軸１４の外周面の他端寄り部分に形成した段差面３３に当接させている。そして、この状態で、前記出力軸１４の外周面の他端部に螺合し更に締め付けたナット３２ｂにより、前記内輪３０ｂの小径側端面を押圧する事で、前記出力軸１４に前記内輪３０ｂを支持固定している。

又、図示の構造の場合、それぞれがはすば歯車である、前記入力歯車７と前記出力歯車８との歯の傾斜方向を、これら両歯車７、８の正回転時（前記回転軸ユニット６の正回転時）に、これら両歯車７、８に作用するアキシアル方向のギヤ反力が互いに向き合う（互いに押し付け合う）方向となる様に規制している。これにより、前記両歯車７、８の正回転時に、これら両歯車７、８に作用するアキシアル方向のギヤ反力の少なくとも一部を相殺できる様にしている。これにより、前記両歯車７、８の正回転時に、前記両円すいころ軸受２９ａ、２９ｂに負荷されるアキシアル荷重を抑えて、その分だけ、これら両軸受２９ａ、２９ｂの摩擦損失（動トルク）を抑えられる様にしている。

又、前記連結軸９は、前記トーションバー１５の内径側に、このトーションバー１５と同心に配置されている。これと共に、前記連結軸９は、一端部（図１４の右端部）を前記入力軸１３に相対回転不能に連結された状態で、他端部（図１４の左端部）を前記出力軸１４の他端開口から突出させている。図示の構造の場合には、この様に前記連結軸９の一端部を前記入力軸１３に相対回転不能に連結する為に、この連結軸９の一端部を前記トーションバー１５の一端開口から突出させると共に、この突出した部分の外周面に、外向フランジ状の鍔部３４を形成している。そして、この鍔部３４の外周面と、前記入力軸１３の内周面とを、相対回転不能に係合させている。具体的には、この係合部を、インボリュートスプライン係合部２４ｄとしている。尚、この係合部として、キー係合部等の、他の回転防止構造を持った係合部を採用する事もできる。又、この状態で、前記入力軸１３の内周面に係止した、前記止め輪２５ａと別の止め輪２５ｃとにより、前記鍔部３４を軸方向両側から挟持する事で、前記連結軸９の軸方向変位を阻止している。尚、前記トーションバー１５の一端部と、前記連結軸９の一端部とに存在する、前記両インボリュートスプライン係合部２４ａ、２４ｄは、それぞれを構成する雌インボリュートスプライン部として、前記第一雌インボリュートスプライン部５１を共用している。

又、前記第一エンコーダ１０は、前記連結軸９の他端部に、この連結軸９と同心に外嵌固定されている。言い換えれば、この第一エンコーダ１０は、この連結軸９を介して、前記入力軸１３に支持固定されている。この為、この第一エンコーダ１０は、この入力軸１３と共に（同期して）回転可能である。又、前記第二エンコーダ１１は、前記出力軸１４の他端部に、この出力軸１４と同心に外嵌固定されている。従って、この第二エンコーダ１１は、この出力軸１４と共に（同期して）回転可能である。

又、前記第一、第二両エンコーダ１０、１１は、それぞれ前記連結軸９の他端部又は前記出力軸１４の他端部に外嵌固定された、磁性金属製で円環状の芯金３５（３６）と、この芯金３５（３６）の外周部に存在する円筒部の外周面に固定された、円筒状の永久磁石３７（３８）とから成る。そして、前記第一エンコーダ１０を構成する永久磁石３７の外周面を、第一被検出部３９とし、又、前記第二エンコーダ１１を構成する永久磁石３８の外周面を、第二被検出部４０としている。これら第一、第二両被検出部３９、４０は、互いの直径が等しく、互いに同心に、且つ、軸方向に隣り合う状態で近接（例えば軸方向に１０mm以内、好ましくは５mm以内の間隔をあけて）配置されている。又、これら両被検出部３９、４０には、それぞれＳ極とＮ極とが、円周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置されている。これら両被検出部３９、４０の磁極（Ｓ極、Ｎ極）の総数は、互いに一致している。

尚、図示の構造の場合、前記第一エンコーダ１０を構成する芯金３５の内周面と、前記連結軸９の他端部外周面との嵌合部は、同心性を確保する為の円筒面嵌合部２６ｂと、相対回転を防止する為のインボリュートスプライン係合部２４ｅとを、軸方向に隣接配置する事により構成されている。又、前記芯金３５は、前記連結軸９の他端部外周面に係止した止め輪２５ｄにより、この連結軸９に対する抜け止めを図られている。又、前記第二エンコーダ１１を構成する芯金３６は、前記出力軸１４の他端部に締り嵌めで外嵌固定されている。

又、前記センサユニット１２は、合成樹脂製のホルダ４１と、このホルダ４１の先端部に包埋された、第一、第二両センサ４２ａ、４２ｂとを備える。これら両センサ４２ａ、４２ｂの検出部には、それぞれホール素子、ホールＩＣ、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検出素子が組み込まれている。この様なセンサユニット１２は、前記第一センサ４２ａの検出部を前記第一被検出部３９に、前記第二センサ４２ｂの検出部を前記第二被検出部４０に、それぞれ近接対向させた状態で、前記ハウジングに支持されている。

又、図示の構造の場合、前記連結軸９の径方向中心部に、この連結軸９の一端面にのみ開口する油導入路４３を設けている。そして、この油導入路４３の端部開口を通じて、この油導入路４３内に導入した潤滑油を、前記両円すいころ軸受２９ａ、２９ｂの内部に供給する様にしている。この為に、前記連結軸９と前記トーションバー１５と前記入力軸１３及び出力軸１４との両端寄り部分に、それぞれ油路４４ａ、４４ｂを設けている。そして、これら両油路４４ａ、４４ｂにより、前記油導入路４３の両端寄り部分と、前記両円すいころ軸受２９ａ、２９ｂの内輪３０ａ、３０ｂの小径側端部の内径側に存在する微小な環状空間４５ａ、４５ｂとを連通している。更に、前記両ナット３２ａ、３２ｂの先端面の円周方向１乃至複数箇所に、それぞれ径方向に亙る油溝４６ａ、４６ｂを形成している。これにより、前記油導入路４３の端部開口からこの油導入路４３内に導入した潤滑油を、前記両油路４４ａ、４４ｂと前記両環状空間４５ａ、４５ｂと前記各油溝４６ａ、４６ｂとを通じて、前記両円すいころ軸受２９ａ、２９ｂの内部に供給する様にしている。

更に、図示の構造の場合には、前記両油路４４ａ、４４ｂに送り込んだ潤滑油の一部を、これら両油路４４ａ、４４ｂの中間部から前記両インボリュートスプライン係合部２４ａ、２４ｂに存在する隙間を通じて、前記トーションバー１５の中間部外周面と、前記入力軸１３及び出力軸１４の中間部内周面との間に存在する、円筒状空間４７内に送り込む様にしている。そして、この円筒状空間４７内に送り込んだ潤滑油を、前記入力側組み合わせ用筒部１６の先端面４８と、前記出力側組み合わせ用筒部１７の内周面の基端部に存在する段差面４９との間に存在する隙間を通じて、前記ラジアルニードル軸受１８の設置部と、前記スラストワッシャ２１の挟持部とに供給し、これら設置部及び挟持部を潤滑する様にしている。この際に、この挟持部に到達した潤滑油は、この挟持部の潤滑に供されつつ、前記スラストワッシャ２１に設けた複数のスリット２２、２２を通じて、この挟持部を円滑に通過する。この結果、前記ラジアルニードル軸受１８の設置部及び前記スラストワッシャ２１の挟持部への潤滑油の供給が効率良く行われ、これら設置部及び挟持部の潤滑状態が良好になる。

尚、この先発明の構造を実施する場合には、図１６の（Ａ）に示した様なスラストワッシャ２１に代えて、同図の（Ｂ）に示す様な、外周部の補強用円筒部を省略したスラストワッシャ２１ａや、同図の（Ｃ）に示す様な、外周部の補強用円筒部と複数のスリットとを省略した、単なる円輪状のスラストワッシャ２１ｂを使用する事もできる。但し、上述した設置部及び挟持部の潤滑状態を良好にする観点からは、（Ａ）（Ｂ）に示したスリット２２、２２付のスラストワッシャ２１、２１ａを使用するのが好ましい。更に、外周部（特に前記各スリット２２、２２の基端部周辺）の強度を確保する観点からは、（Ａ）に示した補強用円筒部２３付のスラストワッシャ２１を使用するのが好ましい。

又、図示の構造の場合、前記両油路４４ａ、４４ｂに送り込んだ潤滑油は、これら両油路４４ａ、４４ｂの中間部から、前記トーションバー１５の内周面と前記連結軸９の外周面との間に存在する微小隙間（径方向厚さが０．２ｍｍ程度となる円筒状の隙間）内にも送り込まれる。特に、図示の構造の場合には、この様な微小隙間内への潤滑油の送り込みが円滑に行われる様にする為、前記連結軸９の外周面のうち、軸方向に関して前記両油路４４ａ、４４ｂと整合する部分に、全周に亙る凹溝５４ａ、５４ｂを設けている。運転時に、前記微小隙間に充満した潤滑油は、前記連結軸９の微小振動を減衰させる、フィルムダンパとしての機能を発揮する。

上述の様に構成する先発明に係るトルク測定装置付回転伝達装置の場合、前記センサユニット１２を構成する第一、第二両センサ４２ａ、４２ｂの出力信号は、前記回転軸ユニット６（前記入力軸１３及び出力軸１４）と共に前記第一、第二両エンコーダ１０、１１が回転する事に伴い、それぞれ周期的に変化する。ここで、この変化の周波数（及び周期）は、前記回転軸ユニット６の回転速度に見合った値をとる。従って、これら周波数（又は周期）と回転速度との関係を予め調べておけば、この周波数（又は周期）に基づいて、この回転速度を求められる。又、前記回転軸ユニット６により、前記入力歯車７と前記出力歯車８との間でトルクを伝達する際には、前記トーションバー１５の軸方向中間部が弾性的に捩れ変形する事に伴い、前記両歯車７、８同士（前記両軸１３、１４同士、前記両エンコーダ１０、１１同士）が回転方向に相対変位する。そして、この様に両エンコーダ１０、１１同士が回転方向に相対変位する結果、前記第一、第二両センサ４２ａ、４２ｂの出力信号同士の間の位相差比（＝位相差／１周期）が変化する。ここで、この位相差比は、前記トルクに見合った値をとる。従って、これら位相差比とトルクとの関係を予め調べておけば、この位相差比に基づいて、このトルクを求められる。

特に、この先発明に係る構造の場合には、前記トーションバー１５を前記入力軸１３及び出力軸１４の内径側に配置すると共に、このトーションバー１５の軸方向中間部の軸方向寸法Ｌを、前記両歯車７、８同士の軸方向間隔Ｗよりも大きく（Ｌ＞Ｗに）している。従って、トルクの伝達時に生じる、前記トーションバー１５の軸方向中間部の弾性的な捩り変形量を十分に確保できる。この結果、前記回転軸ユニット６を一体の回転軸とした構造と異なり、前記両歯車７、８同士の軸方向間隔Ｗの広狭に拘らず、前記トルクの伝達時に生じる、これら両歯車７、８同士の回転方向の相対変位量を十分に大きくできる。従って、トルク測定の分解能を十分に高める事ができる。又、この先発明に係る構造の場合には、設計の段階で、前記トーションバー１５の軸方向中間部の径方向寸法や軸方向寸法を調節する事により、この軸方向中間部の捩り剛性を容易に調節できる。この為、前記回転軸ユニット６を一体の回転軸とした構造に比べて、前記トルクと前記回転方向の相対変位量との関係（ゲイン）を、所望の値に設計し易くできる。

又、この先発明に係る構造の場合には、使用するセンサユニット１２が１個で済む為、このセンサユニット１２から引き出される図示しないハーネスの本数を１本にできて、このハーネスの配設を容易に行える。又、前記ハウジングに設ける前記センサユニット１２の支持固定部も１箇所で済む為、このハウジングの加工を容易にできる。

ところで、上述した先発明に係る構造の場合、前記入力軸１３と前記入力歯車７とから成る第一回転体である入力側回転体５５と、前記出力軸１４と前記出力歯車８とから成る第二回転体である出力側回転体５６との間で伝達されるトルクの測定の分解能は、前記トーションバー１５の捩り剛性を低くする程、即ち、このトーションバー１５の単位トルク当たりの弾性的な捩り変形量を多くする程、高くする事ができる。
ところが、上述した先発明に係る構造の場合には、前記入力側、出力側両回転体５５、５６同士の間でのトルク伝達を、このトルクの大小の如何に拘らず、常に（前記ラジアルニードル軸受１８及び前記スラストワッシャ２１の設置部で発生する摩擦力を無視すれば）、前記トーションバー１５のみによって行う構成を採用している。この為、このトーションバー１５には、前記入力側、出力側両回転体５５、５６同士の間で伝達されるトルクが最大になった場合でも、塑性変形が生じない程度の捩り剛性を持たせておく必要がある。
つまり、上述した先発明に係る構造の場合には、トルク測定の分解能を更に向上させたい場合でも、前記トーションバー１５の捩り剛性を、伝達される最大のトルクによっても塑性変形が生じない程度までしか低くできないと言った事情がある。

特開平１−２５４８２６号公報 実公平２−１７３１１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、トーションバーの塑性変形を防止しつつ、トルク測定の分解能を更に向上させる事ができるトルク測定装置付回転伝達装置の構造を実現すべく発明したものである。

本発明のトルク測定装置付回転伝達装置は、ハウジングと、回転軸ユニットと、第一歯車と、第二歯車と、連結軸と、第一エンコーダと、第二エンコーダと、１個のセンサユニットとを備える。
このうちの回転軸ユニットは、それぞれが中空状の第一、第二両回転軸と、中空状のトーションバーとを備える。このうちの第一、第二両回転軸は、互いに同心に配置されると共に、互いの一端部同士を相対回転可能に組み合わされた状態で、前記ハウジングに回転自在に支持されている。又、前記トーションバーは、前記第一、第二両回転軸の内径側に、これら第一、第二両回転軸と同心に配置されると共に、一端部をこの第一回転軸に、他端部をこの第二回転軸に、それぞれ相対回転不能に連結されている。
又、前記第一歯車は、前記第一回転軸の外周面の軸方向中間部に固定されている。
又、前記第二歯車は、前記第二回転軸の外周面の軸方向中間部に固定されている。
又、前記トーションバーの軸方向中間部で、トルクを伝達する際に弾性的に捩れ変形する部分（前記トーションバーのうち、前記第一、第二両回転軸に対し相対回転不能に連結した両端部同士の間に挟まれた部分）の軸方向寸法が、前記第一、第二両歯車同士の軸方向間隔よりも大きくなっている。
又、前記連結軸は、前記トーションバーの内径側に、このトーションバーと同心に配置されると共に、一端部を前記第一、第二両回転軸のうちの何れか一方の回転軸に相対回転不能に連結された状態で、他端部を他方の回転軸及び前記トーションバーの端部から軸方向に突出させている。
又、前記第一エンコーダは、前記連結軸の他端部に固定された状態で、この連結軸と同心で円環状の第一被検出部を有すると共に、この第一被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させている。
又、前記第二エンコーダは、前記他方の回転軸の他端部に固定された状態で、この他方の回転軸と同心で円環状の第二被検出部を有すると共に、この第二被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させている。
又、前記第一、第二両被検出部は、互いに近接配置（例えば１０mm以内、より好ましくは５mm以内の間隔をあけて配置）されている。
又、前記センサユニットは、その一部を前記第一、第二両被検出部に対向させた状態で、前記ハウジングに支持されており、且つ、前記第一、第二両被検出部のうちで自身が対向している部分の磁気特性変化に対応して出力信号を変化させる。この様なセンサユニットとしては、例えば、前記第一被検出部に対向させた第一センサと、前記第二被検出部に対向させた第二センサとを備え、これら第一、第二両センサが、それぞれ前記第一、第二両被検出部のうちで自身が対向している部分の磁気特性変化に対応して変化する出力信号を発生させるものを採用する事ができる。
特に、本発明のトルク測定装置付回転伝達装置の場合には、前記第一回転軸と前記第一歯車とから成る第一回転体の一部（この第一回転体と共に回転する部分を含む）に設けられた第一ストッパ部と、前記第二回転軸と前記第二歯車とから成る第二回転体の一部（この第二回転体と共に回転する部分を含む）に設けられた第二ストッパ部とを備えている。そして、これら第一ストッパ部と第二ストッパ部とを、前記トーションバーの捩れ角がこのトーションバーの弾性範囲内で所定量に達した場合にのみ、トルク伝達可能に係合させる。

上述の様に構成する本発明のトルク測定装置付回転伝達装置の場合、第一回転体と第二回転体との間で伝達されるトルクが増大し、トーションバーの弾性範囲内での捩れ角が所定量に達すると、第一ストッパ部と第二ストッパ部とが係合する。そして、前記トルクの一部が、これら第一、第二両ストッパ部同士の係合部を介して伝達されると共に、前記トルクの残部が、前記トーションバーを介して伝達される様になる。この様に第一、第二両ストッパ部同士が係合した状態では、それ以上、前記トーションバーの捩れ角が増大する事がなくなる。この為、前記トルクの大小の如何に拘らず、前記トーションバーが塑性変形する事を防止できる。従って、本発明の場合には、運転時に於ける前記トーションバーの塑性変形を考慮して、このトーションバーの捩り剛性を決定する必要はない。この為、このトーションバーの捩り剛性を小さくする事に基づいて、前記第一、第二両ストッパ部同士が係合するまでの間の（少なくとも低トルク領域での）トルク測定の分解能を、前述した先発明の構造の場合よりも向上させる事ができる。

又、本発明の場合も、前述した先発明の場合と同様、センサユニットの出力信号は、回転軸ユニット（第一、第二両回転軸）と共に第一、第二両エンコーダ（第一、第二両被検出部）が回転する事に基づいて、この回転速度に対応した変化をする。この為、必要とすれば、前記センサユニットの出力信号に基づいて、前記回転速度を測定できる。又、前記回転軸ユニットにより、第一、第二両歯車同士の間でトルクを伝達する際には、トーションバーの軸方向中間部に弾性的な捩れ変形が生じる事に伴い、前記第一、第二両歯車同士（前記第一、第二両回転軸同士、前記第一、第二両エンコーダ同士）が、回転方向に相対変位する。そして、この様に第一、第二両エンコーダ同士が回転方向に相対変位する結果、前記センサユニットの出力信号が、この相対変位量（前記トルクの大きさ）に見合った変化をする。従って、このセンサユニットの出力信号に基づいて、前記トルクを測定できる。

又、本発明の場合も、前述した先発明の場合と同様、前記トーションバーを、前記第一、第二両回転軸の内径側に配置すると共に、このトーションバーの軸方向中間部の軸方向寸法を、前記第一、第二両歯車同士の軸方向間隔よりも大きくしている。この為、トルクの伝達時に生じる、前記トーションバーの軸方向中間部の弾性的な捩り変形量を十分に確保できる。この結果、前記回転軸ユニットを一体の回転軸とした構造とは異なり、前記第一、第二両歯車同士の軸方向間隔の広狭に拘らず、前記トルクの伝達時に生じる、これら第一、第二両歯車同士の回転方向の相対変位量を十分に大きくできる。従って、トルク測定の分解能を十分に高める事ができる。

又、本発明の場合も、前述した先発明の場合と同様、設計の段階で、前記トーションバーの軸方向中間部の径寸法や軸方向寸法を調節する事により、この軸方向中間部の捩り剛性を容易に調節できる。この為、前記回転軸ユニットを一体の回転軸とした構造に比べて、前記トルクと前記第一、第二両エンコーダ同士の回転方向の相対変位量との関係（ゲイン）を、計画的に設計し易くできる。

又、本発明の場合も、前述した先発明の場合と同様、使用するセンサユニットを１個にできる為、このセンサユニットから引き出されるハーネスの本数を１本とする事ができ、このハーネスの配設を容易に行える。又、ハウジングに設けるセンサユニットの支持固定部も１箇所で済む為、このハウジングの加工を容易にできる。

本発明の実施の形態の１例を、ハウジング及びセンサを省略し、更に入力側ストッパ部と出力側ストッパ部とを係合させる前の状態で示す斜視図。 図１のａ部拡大図。 本発明の実施の形態の１例を、ハウジングを省略して示す断面図。 図３のｂ部拡大図。 本発明の実施の形態の別例を、ハウジング及びセンサを省略し、更に入力軸ストッパ部と出力軸ストッパ部とを係合させる前の状態で示す斜視図。 本発明の実施の形態の別例を、ハウジングを省略して示す断面図。 従来構造の第１例を示す略側面図。 同第２例を、一部を切断して示す略側面図。 先発明に係る構造を、ハウジング及びセンサを省略して示す斜視図。 同じく、ハウジングを省略して示す側面図。 センサユニットを省略して、図８の左方から見た図。 図１０の右方から見た図。 先発明に係る構造を、ハウジング及びセンサを省略して示す分解斜視図。 図１１のｃ−ｃ断面図。 図１４のｄ部拡大図。 先発明に係る構造に適用可能なスラストワッシャの３例を示す斜視図。 図１４の左端部拡大図。

図１〜４は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の特徴は、前述の図９〜１７
に示した先発明に係る構造に対して、トーションバーの塑性変形を防止しつつ、トルク測定の分解能を向上させる為の構成を付加した点にある。その他の部分の構造及び作用は、一部を除き、前述した先発明の構造の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は、できるだけ省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分、並びに、前述した先発明の構造と異なる部分を中心に説明する。

先ず、本例の場合には、回転軸ユニット６ａを構成する入力軸１３と出力軸１４ａとの一端部同士の組み合わせ部に設置されているラジアル軸受及びスラスト軸受が、前述した先発明の構造の場合と異なる。本発明を実施する場合、これらラジアル軸受及びスラスト軸受は、それぞれ転がり軸受であっても良いし、滑り軸受であっても良いが、本例の場合には、このうちのラジアル軸受を、ラジアル滑り軸受である円筒状のスリーブベアリング５７とすると共に、前記スラスト軸受を、スラスト滑り軸受である円輪状のスラストワッシャ２１ｃとしている。このうちのスラストワッシャ２１ｃは、入力側組み合わせ用筒部１６の基端部に径方向の大きながたつきなく外嵌される事で、径方向の位置決めを図られている。これと共に、前記スラストワッシャ２１ｃは、段差面１９に植設されたピン５８を、自身の一部に設けられた係合孔５９に係合させる事で、円周方向の位置決めを図られている。又、本例の場合には、前記入力側組み合わせ用筒部１６の基端部に径方向に貫通した油路６０を形成している。そして、この油路６０を通じて、円筒状空間４７から、前記スリーブベアリング５７を設置した空間と前記スラストワッシャ２１ｃを設置した空間との間部分に、潤滑油を供給できる様にしている。これにより、これら両空間内に於ける潤滑性を向上させている。

又、本例の場合、入力歯車７ａに対して一体に形成されたパーキングロック用歯車２８の内径側部分に、第一ストッパ部である、円周方向に関する凹凸形状（内歯歯車状）の入力側ストッパ部（雌側ストッパ部）６１が設けられている。この入力側ストッパ部６１は、それぞれが前記パーキングロック用歯車２８の一端面（図１、３の左端面）と内周面とに開口する複数の凹部６２、６２を、円周方向に関して等間隔に設ける事により構成されている。一方、前記出力軸１４ａの一端部（図１、３の右端部）の外径側部分には、第二ストッパ部である、円周方向に関する凹凸形状（歯車状）の出力側ストッパ部（雄側ストッパ部）６３が設けられている。この出力側ストッパ部６３は、それぞれが前記出力軸１４ａの一端面の外径側部分から軸方向に突出する複数（前記凹部６２、６２と同数）の凸部６４、６４を、円周方向に関して等間隔に設ける事により構成されている。

上述の様な入力側ストッパ部６１と出力側ストッパ部６３とは、所定角度範囲内（トーションバー１５が捩れ変形していない中立状態を基準として、正逆両方向に所定角度ずつの範囲内）での相対回転を可能に凹凸係合している。即ち、前記入力側ストッパ部６１を構成する各凹部６２、６２に、前記出力側ストッパ部６３を構成する各凸部６４、６４が、それぞれ円周方向の隙間を有する状態で緩く係合する事により、前記入力歯車７ａと前記入力軸１３とから成る入力側回転体５５ａと、前記出力軸１４ａと出力歯車８とから成る出力側回転体５６ａとの相対回転が、前記所定角度範囲内に規制されている。この所定角度範囲は、前記トーションバー１５の捩れ変形が弾性範囲内に収まる（塑性変形に至らない）範囲としている。

上述の様に構成する本例のトルク測定装置付回転伝達装置の場合、前記入力側回転体５５ａと前記出力側回転体５６ａとの間で伝達されるトルクが増大し、前記トーションバー１５の弾性範囲内での捩れ角が所定量（前記所定角度範囲の正回転側又は逆回転側の上限値に対応する量）に達すると、前記入力側ストッパ部６１の各凹部６２、６２と前記出力側ストッパ部６３の各凸部６４、６４とが周方向に噛み合う。言い換えれば、これら入力側、出力側両ストッパ部６１、６３同士の係合状態が、トルク伝達可能な係合状態となる。そして、前記トルクの一部が、これら入力側、出力側両ストッパ部６１、６３同士の係合部を介して伝達されると共に、前記トルクの残部が、前記トーションバー１５を介して伝達される様になる。この様に入力側、出力側両ストッパ部６１、６３同士がトルク伝達可能に係合した状態では、それ以上、前記トーションバー１５の捩れ角が増大する事がなくなる。この為、前記トルクの大小の如何に拘らず、前記トーションバー１５が塑性変形する事を防止できる。

従って、本例の場合には、運転時に於ける前記トーションバー１５の塑性変形を考慮して、このトーションバー１５の捩り剛性を決定する必要はない。つまり、所望とするトルク測定の分解能に合わせて、前記トーションバー１５の捩り剛性を決定する事ができる。そこで、本例の場合には、前記トーションバー１５の材質や軸方向中間部の径方向寸法及び軸方向寸法等を調節する事により、このトーションバー１５の捩り剛性を、前述した先発明の構造の場合よりも低くしている。具体的には、前記入力側回転体５５ａと前記出力側回転体５６ａとの間で伝達される最大トルクを、前記トーションバー１５のみを介して伝達する場合に、このトーションバー１５に塑性変形が生じない最低限度の捩り剛性よりも、更に小さい捩り剛性を、このトーションバー１５に設定している。これにより、前記入力側、出力側両ストッパ部６１、６３同士が係合するまでの間の（少なくとも低トルク領域での）トルク測定の分解能を、前述した先発明の構造の場合よりも向上させている。

尚、本発明を実施する場合には、上述した実施の形態の１例に於ける、第一、第二両エンコーダの被検出部と、センサユニットを構成する１対のセンサの検出部との対向方向を、径方向から軸方向に変更した構成を採用する事もできる。この場合には、第一、第二両エンコーダの被検出部を、互いの径寸法が異なる１対の円輪状の被検出部とすると共に、これら両被検出部を、軸方向に関して同方向に向けた状態で、互いに同心に（径方向に重畳させて）配置する。そして、これら両被検出部にセンサユニットを構成する１対のセンサの検出部を軸方向に対向させる。

又、上述した実施の形態の１例の場合には、第一、第二両エンコーダ１０、１１及びセンサユニット１２を、出力軸１４ａの他端部（図３の左端部）周辺に集中して配置する構成を採用したが、本発明を実施する場合には、これら第一、第二両エンコーダ１０、１１及びセンサユニット１２を、入力軸１３の他端部（図３の右端部）周辺に集中して配置する事もできる。この場合には、トーションバー１５の内径側に配置した連結軸９の一端部を出力軸１４ａの他端部に連結すると共に、この連結軸９の他端部を入力軸１３の他端開口から突出させる。そして、この連結軸９の他端部に第一エンコーダ１０を外嵌固定すると共に、入力軸１３の他端部に第二エンコーダ１１を外嵌固定する。更に、これら両エンコーダ１０、１１の被検出部に、前記センサユニット１２を構成する１対のセンサ４２ａ、４２ｂの検出部を対向させた状態で、このセンサユニット１２を図示しないハウジングに支持する。

本発明を実施する場合には、入力軸１３の端部に入力側ストッパ部６１を配置し、出力歯車８の内径に出力側ストッパ部６３を配置する事もできる。さらに、入力軸１３と出力軸の同心性を確保するために、入力軸１３の中央部に入力側組み合わせ用筒部１６を設けると共に、出力軸１４ａの一端部に、この入力側組み合わせ用筒部１６よりも大径の出力側組み合わせ用筒部１７を設けている。この場合、前記入力側ストッパ部６１および前記出力側ストッパ部１７の噛合い長さを長く設計することが可能となる。

本発明を組み込んで使用する変速機の形式は、カウンタ軸及びカウンタギヤを持つ構成であれば、特に限定されず、デュアルクラッチトランスミッション（ＤＣＴ）、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）、無段変速機（ＣＶＴ）、マニュアルトランスミッション（ＭＴ）等の各種形式を採用できる。又、測定した回転速度及びトルクは、変速制御やエンジンの出力制御以外の車両制御を行う為に利用しても良い。又、前記変速機の上流側に置かれる原動機は、必ずしもガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である必要はなく、例えばハイブリッド車や電気自動車に用いられる電動モータであっても良い。
更に、本発明を実施する場合に、トルクを測定する事は必須であるが、回転速度を測定する事は必須ではない。回転速度が必要であっても、別途簡易な構造により測定する事もできる。

１ 回転軸
２、２ａ エンコーダ
３ センサ
４ ハーネス
５ センサユニット
６、６ａ 回転軸ユニット
７、７ａ 入力歯車
８ 出力歯車
９ 連結軸
１０ 第一エンコーダ
１１ 第二エンコーダ
１２ センサユニット
１３ 入力軸
１４、１４ａ 出力軸
１５ トーションバー
１６ 入力側組み合わせ用筒部
１７ 出力側組み合わせ用筒部
１８ ラジアルニードル軸受
１９ 段差面
２０ 先端面
２１、２１ａ〜２１ｃ スラストワッシャ
２２ スリット
２３ 補強用円筒部
２４ａ〜２４ｅ インボリュートスプライン係合部
２５ａ〜２５ｄ 止め輪
２６ａ、２６ｂ 円筒面嵌合部
２７ 段差面
２８ パーキングロック用歯車
２９ａ、２９ｂ 円すいころ軸受
３０ａ、３０ｂ 内輪
３１ 間座
３２ａ、３２ｂ ナット
３３ 段差面
３４ 鍔部
３５ 芯金
３６ 芯金
３７ 永久磁石
３８ 永久磁石
３９ 第一被検出部
４０ 第二被検出部
４１ ホルダ
４２ａ、４２ｂ （第一、第二）センサ
４３ 油導入路
４４ａ、４４ｂ 油路
４５ａ、４５ｂ 環状空間
４６ａ、４６ｂ 油溝
４７ 円筒状空間
４８ 先端面
４９ 段差面
５０ 第一雄インボリュートスプライン部
５１ 第一雌インボリュートスプライン部
５２ 第二雄インボリュートスプライン部
５３ 第二雌インボリュートスプライン部
５４ａ、５４ｂ 凹溝
５５、５５ａ 入力側回転体
５６、５６ａ 出力側回転体
５７ スリーブベアリング
５８ ピン
５９ 係合孔
６０ 油路
６１ 入力側ストッパ部
６２ 凹部
６３ 出力側ストッパ部
６４ 凸部

Claims (1)

1. ハウジングと、回転軸ユニットと、第一歯車と、第二歯車と、連結軸と、第一エンコーダと、第二エンコーダと、１個のセンサユニットとを備え、
   このうちの回転軸ユニットは、それぞれが中空状の第一、第二両回転軸と、中空状のトーションバーとを備えたもので、このうちの第一、第二両回転軸は、互いに同心に配置されると共に、互いの一端部同士を相対回転可能に組み合わされた状態で、前記ハウジングに回転自在に支持されており、前記トーションバーは、前記第一、第二両回転軸の内径側に、これら第一、第二両回転軸と同心に配置されると共に、一端部をこの第一回転軸に、他端部をこの第二回転軸に、それぞれ相対回転不能に連結されており、
   前記第一歯車は、前記第一回転軸の外周面の軸方向中間部に固定されており、
   前記第二歯車は、前記第二回転軸の外周面の軸方向中間部に固定されており、
   前記トーションバーの軸方向中間部で、トルクを伝達する際に弾性的に捩れ変形する部分の軸方向寸法が、前記第一、第二両歯車同士の軸方向間隔よりも大きくなっており、
   前記連結軸は、前記トーションバーの内径側に、このトーションバーと同心に配置されると共に、一端部を前記第一、第二両回転軸のうちの何れか一方の回転軸に相対回転不能に連結された状態で、他端部を他方の回転軸及び前記トーションバーの端部から軸方向に突出させており、
   前記第一エンコーダは、前記連結軸の他端部に固定された状態で、この連結軸と同心で円環状の第一被検出部を有すると共に、この第一被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させており、
   前記第二エンコーダは、前記他方の回転軸の他端部に固定された状態で、この他方の回転軸と同心で円環状の第二被検出部を有すると共に、この第二被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させており、
   前記第一、第二両被検出部は、互いに近接配置されており、
   前記センサユニットは、その一部を前記第一、第二両被検出部に対向させた状態で、前記ハウジングに支持されており、且つ、前記第一、第二両被検出部のうちで自身が対向している部分の磁気特性変化に対応して出力信号を変化させるものである
   トルク測定装置付回転伝達装置であって、
   前記第一回転軸と前記第一歯車とから成る第一回転体の一部に設けられた第一ストッパ部と、前記第二回転軸と前記第二歯車とから成る第二回転体の一部に設けられた第二ストッパ部とを備えており、これら第一ストッパ部と第二ストッパ部とが、前記トーションバーの捩れ角がこのトーションバーの弾性範囲内で所定量に達した場合にのみ、トルク伝達可能に係合する事を特徴とするトルク測定装置付回転伝達装置。

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