JP4010566B2 - ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸 - Google Patents

Description

本発明は、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸に関する。
本発明は、特に、例えばフランス国特許公報FR-2692986に記載されているような、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸に関する。該ねじりモーメント測定装置は、第１の支持体に固定され、回転軸に垂直な面内にある２つの磁界発生器と、第２の支持体に固定され、上記回転軸に垂直な他の面内で不動の２つの磁界検出装置とを含んでいる。このような装置は、回転軸に直接取り付けることができ、角度方向変位の関数である装置の感度を考慮して前以て上記回転軸の剛性を局所的に低下させる必要はない。しかし、実際には、回転軸のねじり変形を軸方向の特定箇所に局所化するために、測定箇所の回転軸の直径を僅かに小さくする。この場合にも、回転軸はねじりに起因する変形を制限する付加的な手段を用いることなく、舵取装置の全モーメントに耐えることができる。
このようなねじりモーメント測定装置の幾つかの応用例においては、ねじりモーメント測定装置を設置するために回転軸上で利用可能な長さは制限されている。特に、自動車の舵取装置に適用する場合には、一端ではハンドル軸と係合するためのスプラインによって、また他端では舵取歯車の歯車と係合するためのピニオンによって限られた回転軸の長さの間に、ねじりモーメント測定装置とボール・ベアリングとを組み込まなければならないので、回転軸上での利用可能な長さは特に制限される。ねじりモーメント測定装置による測定精度は、二つのセンサの各支持体の回転軸上の取付位置が離れている程優れているから、上記設置長さの端にベアリングを取り付けるための場所を残して、上記二つの支持体をその設置可能な箇所の両端にできる限り離して取り付けることが望ましい。
そこで、この第１の解決方法は、一方の支持体を、回転軸に締結され、止め輪型の軸方向の固定装置によって回転軸に固定された、ベアリングのインナーレースを軸方向に延長して構成することからなる。ベアリングのアウターレースは、リジッドで回転に対して不動のフランジに嵌合して固定される。従って、この構造においては、軸方向の保持装置がいくらかの軸方向の長さを占めることのほかに、回転軸に加わる軸方向および半径方向の応力が、ベアリングを通して回転軸から固定ボックスに伝わる。負荷によっては、ベアリングのインナーレースに対する回転軸の固定が不充分である場合があるが、これは、締め付けが、製造時の許容範囲の最低値に偶然なっている場合に特に生じやすい。このため、回転軸に対して磁界発生器が動作中に相対的に変位し、このため、磁界発生器に対して磁界検出手段が動作中に相対的に変位することがある。この場合には、初期調整位置が変わり、ねじりモーメント検知器の調整がずれ、誤信号が供給される。
他の一つの解決方法はベアリングのインナーレースを、一方の支持体の回転軸上の支持の周囲に取り付けることにある。しかしながら、この場合には、ベアリングの外径が増加し、このため、ベアリングを取り付ける上記フランジ並に舵取装置全体の占有体積が増加し、不適当な外形寸法になる。
本発明のねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸は、モーメント測定装置を内蔵するための上記問題点の解決手段を提供する。このため、本発明は、回転軸の中心軸に関して対称に設けられ、上記回転軸の中心軸に直交し上記回転軸の中心軸上の第１の点を通る平面が上記回転軸の表面と交わる箇所に固定された第１の支持体に取り付けられた２つの磁界検出手段と、上記回転軸の中心軸に関して対称に設けられ、上記回転軸の中心軸に直交し上記回転軸の中心軸上の第２の点を通る平面に対して直角に固定された第２の支持体に取り付けられた２つの磁界発生器とからなる、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸に関し、上記第１の点と上記第２の点とは、軸方向に互いに離隔されている。上記回転軸には、第１のベアリングのインナーレースが、上記回転軸の中心軸に直交し上記二つの支持体に関する上記第１の点または上記第２の点のうちで主要な支持体と呼ばれる支持体に関する点を通る上記回転軸に直交する平面が上記回転軸の表面と交わる上記回転軸の円周上の周囲に、上記回転軸と一体に設けられ、上記インナーレースは上記回転軸上に設けられたつば状部の周囲に形成され、上記主要な支持体は、他方の支持体と対向して、上記つば状部の上記他方の支持体に対向する面に固定されていることを特徴とする。
このような配置によって、上記磁界検出手段の支持体に関する上記第１の点と、上記磁界発生器の支持体に関する上記第２の点とを、上記回転軸への各支持体の固定の質を損なうことなく、互いに最大限に離隔することが可能になる。
また、上記インナーレースへの上記主要な支持体の簡単で実際的な固定を可能にする。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記第１のベアリングのアウターレースは固定用のフランジを含んでなる。
この特徴は、優れた機械的特性を有する舵取歯車の外箱の助けなしに、上記回転軸を固定することを可能にする。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記回転軸は、上記各支持体に関する上記第１の点と上記第２の点との間に、直径を小さくした箇所を有する。
この特徴は、ねじり変形を軸方向に局所化することを可能にする。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記回転軸には、上記第１の支持体および上記第２の支持体のうち、上記主要な支持体側の外側に舵取歯車の歯車と係合するためのピニオンが設けられており、他の側にスプラインが設けられている。
本発明の他の一つの特徴によれば、舵取歯車の歯車と係合するための上記ピニオンの先端には、第２のベアリングのインナーレースを構成するように加工された細い軸が設けられている。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記第１のベアリングはボール・ベアリングであり、上記第２のベアリングはニードル・ベアリングである。
本発明の他の一つの特徴によれば、上記主要な支持体は上記第２の支持体からなる。
この特徴は、上記第２の支持体の取外しに対して上記第１の支持体の取外しを優先させる。上記第１の支持体によって支持される磁界検出手段は、一般に簡単な磁石である磁界発生器よりも損傷を受け易いからである。
その他の特徴および利点は、本発明のねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸の実施例の以下の記載を図面を参照して読むことにより明らかとなるであろう。図において、
−図１は、ねじりモーメント測定装置およびボール・ベアリングを備えた、本発明のねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸の半断面図、
−図２は、回転軸の部分断面図、
−図３は、ボール・ベアリングを備えた回転軸の斜視図、
である。
図１および図３に示された回転軸１は、本発明の１実施例において、舵取装置における舵取歯車とハンドル軸（共に図には示されていない）との間を連結する回転軸である。図に示す回転軸１の左端には、ハンドル軸との接続を可能にするスプライン２が設けられている。また、右端には舵取歯車の歯車と係合するためのピニオン３が設けられている。回転軸１のピニオン３の左側に近接して、つば状部４を構成する外径を大きくした部分が設けられており、その周囲には転がり物体、就中、第１のベアリング７を構成するアウターレース６の中に保持されたボール５用の、転がり軌道が設けられている。したがって、ベアリングのインナーレースはつば状部４によって構成される。舵取歯車の歯車と係合するためのピニオン３の右側には、第２のベアリングであるニードル・ベアリングのインナーレースを構成する、細い軸８が設けられている。
図１は、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸１を示し、その動作はフランス国特許公報FR-2692986に記載されている。
回転軸１には、円管状の第１の支持体９が設けられており、第１の支持体９には、半径方向に突出した環状部分１０が設けられいる。環状部分１０には、２つの磁界検出手段１１が、回転軸１の中心軸に関して対称に取り付けられている。図１の半断面図においては、一方の磁界検出手段１１のみが見えており、もう一方の磁界検出手段１１は隠れている。
また、回転軸１には、つば状部４の第１の支持体９側の側面に設けられた他方の支持体に対向する面４ａの上に、第１の支持体９の方に突出して固定された、円管状の第２の支持体１２が設けられいる。第２の支持体１２には、２つの磁界発生器１３が、回転軸１の軸に関して対称に、磁界検出手段１１と対向して取り付けられている。図１の半断面図においては、一方の磁界発生器１３のみが見えており、もう一方の磁界発生器１３は隠れている。第２の支持体１２は、公知の手段、例えば接着、または図に示されているように螺子留めによって、つば状部４の他方の支持体に対向する面４ａに固定することができる。このような措置により、図に示されているように、第１の支持体９の固定点を通り回転軸１の中心軸と直交する面が回転軸１の中心軸と交わる点Ａ（第１の点）と、第２の支持体１２が取り付けられるインナーレースの軸方向の中心点を通り回転軸１の中心軸に直交する面が回転軸１の中心軸と交わる点Ｂ（第２の点）とを、互いに最大限に遠去けることが可能になる。ねじりモーメントの測定精度を最良にするためには、これらの２つの点Ａと点Ｂとは、ハンドル軸と係合するスプライン２と舵取歯車の歯車と係合するピニオン３との間の箇所において互いに最大限に遠去けることが望ましい。また、同箇所において、第１のベアリング７のインナーレースは回転軸１に確実に固定されていることが必要である。以上記載された措置は、これらの２つの要求を満たすことが可能である。
さらに、第２の支持体１２を支持する第１のベアリング７のインナーレースはつば状部４からなり、回転軸１の一部をなすので、上記回転軸１に対して移動することはありえず、それ故、インナーレースが第２の支持体１２を支持している独立したベアリングの場合のような、測定の不正確さを惹き起こすことはありえない。実際、インナーレースが第２の支持体１２を支持している独立したベアリングの場合には、第１のベアリング７によって伝達される応力の影響が第２の支持体を介して伝わるが、本願発明のねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸１においてはそのようなことはない。
さらに、第２の支持体１２が上記第１のベアリング７のインナーレースを構成しているつば状部４の側面に固定されるので、第１のベアリング７の直径が増加することはない。要すれば、第１のベアリング７に、単数または複数のシール１４を設ける。
図３に示すように、第１のベアリング７のアウターレース６に、回転軸１を舵取歯車へ取り付けるための固定のフランジ１５を含んで形成してもよい。この場合、アウターレース６は、例えば、鍛造材で製造することが可能である。
回転軸１のねじり変形を、軸方向に第１の支持体９と第２の支持体１２との間に局所化するために、回転軸１の第１の支持体９と第２の支持体１２との間の直径を小さくする。
回転軸１の第１の支持体９と第２の支持体１２とを覆うキャップ１７を設け、その一端を第１のベアリング７のアウターレース６に固定することによって、内部に回転通路１６を形成することができる。キャップ１７の他端と第１の支持体９との接合箇所にジョイント１８を取り付けてシールすることができる。第１のベアリング７のアウターレース６の固定はフランジ１５によって行なわれので、キャップ１７にアウターレース６をフランジ１５に固定する機能を持たせる必要はなく、キャップ１７はプレス加工された薄板で製作することが可能である。
本発明は、以上記載され図示された実施の態様に限られることはなく、それらは例として示されているに過ぎないことはいうまでもない。また、本発明は、特に、ねじりモーメント測定装置およびベアリングを、回転軸の限られた長さの範囲内に内蔵することが必要な、あらゆる種類の回転軸に適用可能である。

Claims (7)

1. 回転軸（１）の中心軸に関して対称に設けられ、上記回転軸（１）の中心軸に直交し上記回転軸（１）の中心軸上の第１の点（Ａ）を通る平面が上記回転軸（１）の表面と交わる箇所に固定された第１の支持体（９）に取り付けられた２つの磁界検出手段（１１）と、上記回転軸（１）の中心軸に関して対称に設けられ、上記回転軸の中心軸に直交し上記回転軸の中心軸上の第２の点（Ｂ）を通る平面に対して直角に固定された第２の支持体（１２）に取り付けられた２つの磁界発生器（１３）とを含んでなり、上記第１の点（Ａ）と上記第２の点（Ｂ）とは、軸方向に互いに離隔されている、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸において、第１のベアリング（７）のインナーレースが、上記回転軸（１）の中心軸に直交し上記二つの支持体（９、１２）に関する上記第１の点（Ａ）または上記第２の点（Ｂ）のうちで主要な支持体と呼ばれる支持体に関する点（Ｂ）を通る上記回転軸（１）に直交する平面が上記回転軸（１）の表面と交わる上記回転軸（１）の円周上の周囲に、上記回転軸（１）と一体に設けられ、上記インナーレースは、上記回転軸（１）上に設けられたつば状部（４）の周囲に形成され、上記主要な支持体は、他方の支持体と対向して、上記つば状部（４）の上記他方の支持体に対向する面（４ａ）に固定されることを特徴とする、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸。
2. 上記第１のベアリング（７）のアウターレース（６）は固定用のフランジ（１５）を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸。
3. 上記回転軸（１）は、各上記支持体（９、１２）に関する上記第１の点（Ａ）と上記第２の点（Ｂ）との間に、直径を小さくした箇所を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸。
4. 上記回転軸（１）には、上記第１の支持体（９）および上記第２の支持体（１２）のうち、上記主要な支持体側の外側には舵取歯車の歯車と係合するためのピニオン（３）が設けられており、他の側にはスプライン（２）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸。
5. 舵取歯車の歯車と係合するための上記ピニオン（３）の先端には、第２のベアリングのインナーレースを構成するように加工された細い軸（８）が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸。
6. 上記第１のベアリング（７）はボール・ベアリングであり、上記第２のベアリングはニードル・ベアリングであることを特徴とする、請求項５に記載の、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸。
7. 上記主要な支持体は上記第２の支持体（１２）からなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の、ねじりモーメント測定装置を内蔵する回転軸。

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