JP4083591B2 - トルク検出装置の取り付け構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、駆動部材と従動部材とが軸継手を介して連結され、その駆動部材から従動部材に伝達されるトルクを検出するトルク検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、車両の動力伝達装置で伝達される実際のトルクを検出するためにトルク検出装置を設けることが知られている。そのトルク検出装置の一例が、特許文献1に記載されている。この特許文献1に記載された発明では、トランスミッションの駆動軸にプロペラシャフトが連結され、プロペラシャフトの長手方向の中間外周面にトルクセンサが設けられている。このように、プロペラシャフトの外周面にトルクセンサを取り付けるため、簡単にトルク検出装置を取り付けることができるとされている。
【0003】
【特許文献1】
実開平6−37731号公報(実用新案登録請求の範囲、第2頁、図4)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特許文献1に記載されたトルク検出装置では、プロペラシャフトの長手方向の中間にトルクセンサが設けられている。このため、トランスミッションからプロペラシャフトに動力が伝達された場合に、動力の一部がプロペラシャフト自体のねじれで吸収されて、トルクの伝達時間の遅れが生じ、トルク検出精度が低下する問題があった。また、プロペラシャフトの長手方向の中間が軸受で保持され、かつ、トルクセンサが、前記プロペラシャフトの動力伝達方向で、軸受よりも下流にある場合、トルクセンサに伝達されるトルクは、トランスミッションからプロペラシャフトに伝達されるトルクよりも低い可能性があり、トルク検出精度が低下する問題があった。
【0005】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、駆動部材から従動部材に伝達されるトルクを検出する場合に、トルク検出精度の低下を抑制することのできるトルク検出装置の取り付け構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、駆動部材と従動部材とが軸継手を介して連結され、前記駆動部材から従動部材に伝達されるトルクを検出するトルク検出装置を備えた、トルク検出装置の取り付け構造において、前記軸継手と相対回転可能に設けられ、かつ、前記軸継手により支持されたホルダーと、このホルダーを収納した円筒形状の収納部材と、この収納部材と前記ホルダーとの相対回転を防止する回り止め機構とが設けられており、この回り止め機構は、前記ホルダーと前記収納部材とが前記軸継手の半径方向に相対移動可能となるように弾性変形する構成を有しており、前記駆動部材の軸線方向で、前記収納部材の内部に前記トルク検出装置が配置されているとともに、前記トルク検出装置は、前記軸継手に取り付けられた第1の構成部と、前記ホルダーに保持された第2の構成部とを有することを特徴とするものである。
【0008】
したがって、請求項1の発明では、駆動部材の端部と従動部材の端部との連結部分である軸継手にトルク検出装置が設けられているため、駆動部材から従動部材に伝達されるトルクが、トルクの伝達方向において、従動部材がねじれる部分よりも上流で検出される。また、請求項1の発明では、収納部材の外部に存在する異物がトルク検出装置に付着することが抑制される。
【0009】
また、請求項2の発明は、前記軸継手に対して前記ホルダーが軸受を介在させて取り付けられて、前記第1の構成部と前記第2の構成部とが前記軸継手の半径方向に相対移動することが規制されていることを特徴とする請求項2に記載のトルク検出装置の取り付け構造である。
【0010】
したがって、請求項2の発明では、請求項1の作用に加えて、第1の構成部と第2の構成部とが軸継手の半径方向に相対移動することが規制される。
【0013】
また、請求項3の発明は、請求項1または2の構成に加えて、前記軸継手の軸線方向の長さが、前記従動部材の軸線方向の長さよりも短いことを特徴とするトルク検出装置の取り付け構造である。
【0014】
したがって、請求項3の発明では、請求項1または2の作用に加えて、前記軸継手の軸線方向の長さが、前記従動部材の軸線方向の長さよりも短いので、前記軸継手がねじれ難くなる。
【0015】
また、請求項4の発明は、請求項1ないし3のいずれかの構成に加えて、前記トルク検出装置が、トルクが伝達される経路上で、前記従動部材よりも、前記駆動部材と前記軸継手との連結部分に近い位置に取り付けられていることを特徴とするトルク検出装置の取り付け構造である。
【0016】
したがって、請求項4の発明では、請求項1ないし3のいずれかの作用に加えて、トルクの伝達される経路上において、従動部材がねじれる部分よりも上流で、トルクが検出される。
請求項5の発明は、請求項1ないし4のいずれかの構成に加えて、前記駆動部材はトランスミッションの出力軸であり、前記従動部材はプロペラシャフトであり、このプロペラシャフトが車両の車輪に動力伝達可能に接続されており、前記トランスミッションはトランスミッションケースを有しており、このトランスミッションケースの開口端部に前記収納部材が固定されており、この収納部材はダストカバーであることを特徴とするものである。請求項5の発明によれば、請求項1ないし4のいずれかの発明と同様の作用が生じる。
請求項6の発明は、請求項1ないし5のいずれかの構成に加えて、前記第1の構成部は磁界を形成する磁歪環であり、前記第2の構成部は、前記磁界の変位量に基づいて前記駆動部材から前記従動部材に伝達されるトルクを検出する磁気センサであることを特徴とするものである。請求項6の発明によれば、請求項1ないし5のいずれかの発明と同様の作用が生じる。
【0017】
【発明の実施の形態】
つぎにこの発明を具体例に基づいて説明する。図1は、この発明で対象とされるトルク検出装置の取り付け構造を示す断面図である。図1には、車両のドライブトレーン、具体的には、トランスミッション1の出力軸9と、プロペラシャフト7との連結部分が示されている。トランスミッション1は、トランスミッションケース18と、トランスミッションケース18の内部に設けられた出力軸9と、トランスミッションケース18の開口端部に固定されたダストカバー17とを有する。このダストカバー17は円筒形状に構成され、トランスミッションケース18に対して回転不可能に固定されている。
【0018】
上記トランスミッション1の出力軸9と、プロペラシャフト7とが、ユニバーサルジョイント50により連結されている。このユニバーサルジョイント50は、図1の例では、フック式のユニバーサルジョイントが示されている。すなわち、ユニバーサルジョイント50は、ユニバーサルジョイント・シャフト4と、ユニバーサルジョイント・シャフト4の軸方向の端部に連続された連結部6とを有する。そして、ユニバーサルジョイント・シャフト4と出力軸9とがスプライン嵌合され、連結部6とプロペラシャフト7とが連結されている。このように、出力軸9とユニバーサルジョイント・シャフト4とが、同一の軸線(回転中心線)D1上に配置されている。また、ユニバーサルジョイント・シャフト4の軸線方向の長さは、出力軸9の長さよりも短くなっている。
【0019】
そして、ユニバーサルジョイント・シャフト4にトルク検出装置2が取り付けられている。トルク検出装置2は、図1の例では、ユニバーサルジョイント・シャフト4の軸線方向において、ダストカバー17の内部に配置されている。このトルク検出装置2は、磁歪環3および磁気センサ12を有し、この磁歪環3が、ユニバーサルジョイント・シャフト4の外周に固定、具体的には圧入されている。図2に示すように、この磁歪環3は、ユニバーサルジョイント・シャフト4の軸線方向において、2つの領域3A,3Bに区分されており、領域3Aと領域3Bは周方向に、互いに磁化方向が逆向きになるように周回着磁されている。つまり、領域3Aと領域3Bの隣接部分は、共にS極に着磁され、領域3Aであって領域3Bとは反対側の部分はN極に着磁され、領域3Bであって領域3Aとは反対側の部分はN極に着磁されている。N極およびS極は、共に、領域3A,3Bの円周方向に着磁されている。そして、領域3Aと領域3Bとでは、磁歪環3の円周方向における着磁の向きが逆になって(異なって)いる。言い換えれば、図2の左側から見て、領域3Aは、ユニバーサルジョイント・シャフト4の軸の周方向を反時計回りに磁化が向くように周回着磁されている。また領域3Bは、前記軸の周方向に時計回りに磁化が向くように周回着磁されている。なお、磁気センサ12としては、例えば、MI素子(磁気インピーダンス素子)を用いることができる。このMI素子は、磁界の強度に応じてインピーダンスが変化する特性を有している。
【0020】
また、ユニバーサルジョイント・シャフト4であって、軸線方向における磁歪環3の両側には、2個のCリング(スナップリング)8が固定されている。そして、ユニバーサルジョイント・シャフト4の外周であって、2個のCリング8同士の間には、2個の軸受13が設けられている。一方のCリング8により、一方の軸受13が軸線方向に位置決めされ、他方のCリング8により、他方の軸受13が軸線方向に位置決めされている。2個の軸受13の内輪(図示せず)は、共にユニバーサルジョイント・シャフト4の外周に嵌合され、1個の軸受13の外輪にはセンサハウジング10が取り付けられている。
【0021】
センサハウジング10は環状に構成されており、センサハウジング10の内周には、ユニバーサルジョイント・シャフト4の軸線方向において異なる位置に、ストッパ51,52が設けられている。各ストッパ51,52は、2個の軸受13の外輪同士の対向する端面に接触される。このように、各ストッパ51,52が、2つの軸受13により軸線方向で挟持され、かつ、2個の軸受13がCリング8により軸線方向で挟持されることにより、ユニバーサルジョイント・シャフト4とセンサハウジング10とが、ユニバーサルジョイント・シャフト4の軸線方向において、相対移動することが防止されている。なお、センサハウジング10であって、軸線方向においてストッパ52側の端部には、環状のセンサカバー14が、ビス15により固定されている。このセンサカバー14は、他方の軸受13の外輪に嵌合されている。
【0022】
前記センサハウジング10の内周には、ベース53を介してプリント基板11が取り付けられている。このプリント基板11には、円周方向に複数の磁気センサ12が取り付けられている。各磁気センサ12は磁歪環3の外側を円周方向に取り囲んでいる。複数の磁気センサ12は、ユニバーサルジョイント・シャフト4の軸線方向の異なる位置、具体的には領域3A,3Bに対応する位置に配置されている。各磁気センサ12は、磁歪環3の円周方向に所定の角度毎に配置されている。この例では、所定の角度が90度あるいは180度に設定されている。
【0023】
また、センサハウジング10の外周には、ビス54によりブラケット16が取り付けられており、このブラケット16はダストカバー17にビス55を介して固定されている。このブラケット16としてこの実施例では、板バネが用いられている。したがって、ブラケット16が弾性変形することにより、ユニバーサルジョイント・シャフト4と、トランスミッションケース18およびダストカバー17とは、ユニバーサルジョイント・シャフト4の半径方向に相対移動可能である。さらに、センサハウジング10とダストカバー17とが、ブラケット16により連結されており、センサハウジング10および磁気センサ12と、ダストカバー17とが、磁歪環3の円周方向に相対移動することが規制される。上記の磁歪環3および磁気センサ12によりトルク検出装置2が構成されている。
【0024】
さらにまた、ユニバーサルジョイント・シャフト4であって、センサーカバー14と連結部6との間にはダストカバー19が嵌合固定されている。ダストカバー19は環状に構成されている。このようにして、ユニバーサルジョイント・シャフト4は、トランスミッションケース18の内部、ダストカバー17,19の内部に亘り配置されている。
【0025】
ここで、トランスミッション1の出力軸9とプロペラシャフト7とを連結する工程を説明する。まず、ユニバーサルジョイント・シャフト4と出力軸9とが連結される前に、ユニバーサルジョイント・シャフト4に、磁歪環3、軸受13、センサハウジング10、ブラケット16、磁気センサ12などが取り付けられる。ついで、ユニバーサルジョイント・シャフト4と出力軸9とをスプライン嵌合するとともに、ブラケット16とダストカバー17とを連結固定する。
【0026】
つぎにトルク検出原理を説明する。図2に示すように、磁歪環3の領域3A,3Bに対応してそれぞれ磁界C1が形成され、各磁界C1の強度が磁気センサ12により検出されるとともに、その磁界C1の強度に基づいて磁界C1の位置が算出される。また、出力軸9からユニバーサルジョイント・シャフト4にトルクが伝達されていない場合は、各領域3A,3Bの着磁方向は、軸線D1に略直交する平面内で着磁方向A1となっている。
【0027】
これに対して、出力軸9からユニバーサルジョイント・シャフト4にトルクが伝達された場合は、車両の走行抵抗が、領域3B側に負荷となって作用するため、磁歪環3の所定の位置、例えば、軸線方向における磁歪環3の中心E1の両側に、円周方向で逆向きのトルクN1,N2が発生する。すると、領域3Aにおいては、中心E1に近づく向きの圧縮応力B2と、中心E1から離れる向きの引っ張り応力B1とが働く。また、領域3Bにおいては、中心E1に近づく向きの圧縮応力B2と、中心E1から離れる向きの引っ張り応力B1とが働く。
【0028】
すると、磁歪環3は圧縮応力B2が働いている部分では透磁率μが低下し、引っ張り応力B1が働いている部分では透磁率μが上昇する。その結果、磁歪環3の着磁方向が、着磁方向A1から、引っ張り応力B1に対応するより着磁方向A2に傾く。この着磁方向A2は、磁歪環3に対して螺旋方向である。このような原理により磁界C1が変位し、磁界C1の変位量に基づいて、出力軸9からユニバーサルジョイント・シャフト4に伝達されるトルクが算出される。
【0029】
また、この実施例では、トルク検出装置2は、出力軸9とプロペラシャフト7との連結部分であるユニバーサルジョイント・シャフト4に取り付けられている。言い換えれば、トルクの伝達方向において、ねじれが発生するプロペラシャフト7よりも上流にトルク検出装置2が配置されている。したがって、出力軸9からプロペラシャフト7に伝達されるトルクにより、プロペラシャフト7にねじれが生じた場合でも、出力軸9からプロペラシャフト7に伝達されるトルクの検出精度が、プロペラシャフト7のねじれにより低下することを抑制できる。また、ユニバーサルジョイント・シャフト4の軸方向の長さが、出力軸9よりも短いのでねじれ難い。その結果、トルク検出装置2のトルクの検出精度をより向上することができる。
【0030】
また、上記のトルクの伝達方向において、プロペラシャフト7の長手方向に図示しない中央軸受(センターベアリング)が設けられた形式のプロペラシャフトが使用された場合に、この中央軸受よりも上流にトルク検出装置2が配置されていれば、出力軸9からプロペラシャフト7に伝達されるトルクにより中央軸受に摩擦が生じても、出力軸9からプロペラシャフト7に伝達されるトルクの検出精度が、中央軸受に生じた摩擦により低下することを抑制できる。
【0031】
また、磁界C1は地磁気の影響を受ける可能性がある。そこで、この実施例では、領域3A,3Bにより、逆向きの磁界C1を発生させている。この結果、地磁気の影響により、一方の領域に対応する磁気センサで検出される磁界の強度が高まっても、他方の領域に対応する磁気センサで検出される磁界の強度が弱まるることにより、各磁気センサで検出される磁界の強度の差を平均化し、トルク検出精度に対する地磁気の影響をキャンセルできる。したがって、トルクの検出精度の低下を一層抑制できる。
【0032】
ところで、ユニバーサルジョイント・シャフト4、磁気センサ12、磁歪環3などの部品の製造上の公差により、磁歪環3と磁気センサ12とのギャップが、磁歪環3の円周方向で異なり、円周方向における磁気センサ12の配置位置により、磁気センサ12の出力信号のずれ(ドリフト)が発生する可能性がある。磁気センサ12の出力信号のずれとは、具体的には、磁歪環3と磁気センサ12とギャップが円周方向で変化して、磁気センサ12の出力電圧が変化することである。これに対して、この実施例では、ユニバーサルジョイント・シャフト4の円周方向に、所定角度毎に複数の磁気センサ12が設けられているので、各磁気センサ12の出力値の平均値に基づいて、出力軸9からプロペラシャフト7に伝達されるトルクを検出することができる。したがって、トルクの検出精度の低下を一層抑制できる。
【0033】
また、車両が凹凸路や段差などを走行して、車輪の振動がプロペラシャフト7を経由してユニバーサルジョイント・シャフト4に伝達された場合は、トルク検出装置2を構成する磁歪環3と、磁気センサ12との間のギャップが変化して、トルク検出精度が低下する可能性がある。しかしながら、この実施例では、センサハウジング10とユニバーサルジョイント・シャフト4とが軸受13により連結されているとともに、センサハウジング10とダストカバー17とがブラケット16により連結されている。また、センサハウジング10にプリント基板11が取り付けられており、このプリント基板11に前記磁気センサ12が取り付けられている。このため、ユニバーサルジョイント・シャフト4が振動した場合は、ブラケット16が弾性変形することで、磁気センサ12と磁歪環3とが半径方向に相対移動することを規制することができる。したがって、トルク検出精度を低下を抑制できる。
【0034】
また、ダストカバー17内にトルク検出装置2が配置されているので、ダストカバー17の外部の異物が、トルク検出装置2付近に付着することを防止できる。したがって、トルク検出装置2のトルク検出精度の低下を一層抑制できる。さらに、トルク検出装置2はユニバーサルジョイント・シャフト4に取り付けられる構成であるため、トランスミッション1の種類、仕様、形状などに合わせて、トルク検出装置2を設計変更せずに済む。したがって、トランスミッション1の種類、仕様、形状などが異なる場合でも、トルク検出装置2の設計工数を省略して、トルク検出装置2を共用化することができる。
【0035】
ここで、上記の具体例とこの発明との関係を簡単に説明すると、出力軸9が、この発明の駆動部材に相当し、プロペラシャフト7が、この発明の従動部材に相当し、ユニバーサルジョイント50が、この発明の軸継手に相当し、センサハウジング10が、この発明のホルダーに相当し、磁歪環3が、この発明の第1の構成部に相当し、磁気センサ12が、この発明の第2の構成部に相当し、ブラケット16が、この発明の回り止め機構に相当し、ダストカバー17が、この発明の収納部材に相当する。
【0036】
なお、上記の説明では、トルク検出装置により、トランスミッションの出力軸とプロペラシャフトとの間で伝達されるトルクを検出する構成となっているが、この発明は上記の具体例に限定されないのであって、例えば、トランスファの出力軸からプロペラシャフトに伝達されるトルクを、この発明のトルク検出装置で検出することもできる。この場合、トランスファの出力軸が、この発明の駆動部材に相当し、プロペラシャフトが、この発明の従動部材に相当する。なお、トランスファは、四輪駆動車において、駆動力源のトルクを前輪および後輪に分配する装置である。
【0037】
さらに、この実施例では、軸継手の一例として、フック式のユニバーサルジョイント挙げているが、軸継手として他の形式のユニバーサルジョイント、例えば、ツェッパ型ユニバーサルジョイント、バーフィールド型ユニバーサルジョイント、トリポード型ユニバーサルジョイントなどを用いたドライブトレーンに対しても、この実施例のトルク検出装置を取り付けることができる。具体的には、これらのユニバーサルジョイントのいずれかを、車両のデファレンシャルとドライブシャフトとの連結部分に配置することが可能である。この場合は、デファレンシャルの出力軸が、この発明の駆動部材に相当し、ドライブシャフトが。この発明の従動部材に相当する。また、これらのユニバーサルジョイントのいずれかを、アクスルシャフトとドライブシャフトとの連結部分に配置することも可能である。この場合は、ドライブシャフトが、この発明の駆動部材に相当し、アクスルシャフトが、この発明の従動部材に相当する。さらに、特許請求の範囲に記載された駆動部材を、駆動軸と読み替え、従動部材を従動軸と読み替えることもできる。
【0038】
上記の実施例に記載された特徴的な構成を記載すれば以下のとおりである。すなわち、駆動部材と従動部材とが軸継手を介して連結され、前記駆動部材から従動部材に伝達されるトルクを検出するトルク検出装置の取り付け構造において、前記トルク検出装置が前記軸継手に取り付けられているとともに、このトルク検出装置は、前記軸継手に取り付けられた第1の構成部(磁歪環)と、軸継手と相対回転可能なホルダーにより保持された第2の構成部(磁気センサ)とを有し、前記ホルダーは、前記第1の構成部と前記第2の構成部とが半径方向に相対移動することを規制する機能を有していることを特徴とする。
【0039】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明では、駆動部材と従動部材との連結部分である軸継手にトルク検出装置が設けられているため、駆動部材から従動部材に伝達されるトルクを、従動部材のねじれに影響されることなく検出することができる。その結果、トルクの検出精度の低下を抑制できる。また、請求項1の発明によれば、回り止め機構が弾性変形するため、第1の構成部と第2の構成部とが半径方向に相対移動することを規制でき、トルク検出精度の低下を抑制できる。さらに、収納部材の外部に存在する異物が、トルク検出装置に付着することを防止できる。したがって、トルクの検出精度の低下を、一層確実に抑制することができる。
【0040】
また、請求項2の発明では、請求項1の効果に加えて、第1の構成部と第2の構成部とが、軸継手の半径方向に相対移動することを規制できる。その結果、トルクの検出精度の低下を、一層確実に抑制することができる。
【0042】
また、請求項3の発明では、請求項1または2の発明の効果に加えて、前記軸継手の軸線方向の長さが、前記従動部材の軸線方向の長さよりも短いことによって、前記軸継手をねじれ難くすることができる。
【0043】
また、請求項4の発明では、請求項1ないし3のいずれかの効果に加えて、ねじれが発生する前のトルクを検出することができる。その結果、トルクの検出精度の低下を抑制できる。さらに、請求項5の発明によれば、請求項1ないし4のいずれかの発明と同様の効果を得られる。さらにまた、請求項6の発明によれば、請求項1ないし5のいずれかの発明と同様の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明に係るトルク検出装置の取り付け構造を、車両のドライブトレーンに用いた場合の断面図である。
【図2】 図1のトルク検出装置におけるトルク検出原理を模式的に示す図である。
【図3】 図1のトルク検出装置に作用する力を模式的に示す図である。
【符号の説明】
2…トルク検出装置、 3…磁歪環、 4…ユニバーサルジョイント・シャフト、 7…プロペラシャフト、 9…出力軸、 10…センサハウジング、 12…磁気センサ、 13…軸受、 16…ブラケット、 17…ダストカバー、18…トランスミッションケース、 D1…軸線。
Claims (6)
- 駆動部材と従動部材とが軸継手を介して連結され、前記駆動部材から従動部材に伝達されるトルクを検出するトルク検出装置を備えた、トルク検出装置の取り付け構造において、
前記軸継手と相対回転可能に設けられ、かつ、前記軸継手により支持されたホルダーと、このホルダーを収納した円筒形状の収納部材と、この収納部材と前記ホルダーとの相対回転を防止する回り止め機構とが設けられており、この回り止め機構は、前記ホルダーと前記収納部材とが前記軸継手の半径方向に相対移動可能となるように弾性変形する構成を有しており、前記駆動部材の軸線方向で、前記収納部材の内部に前記トルク検出装置が配置されているとともに、
前記トルク検出装置は、前記軸継手に取り付けられた第1の構成部と、前記ホルダーに保持された第2の構成部とを有することを特徴とするトルク検出装置の取り付け構造。 - 前記軸継手に対して前記ホルダーが軸受を介在させて取り付けられて、前記第1の構成部と前記第2の構成部とが前記軸継手の半径方向に相対移動することが規制されていることを特徴とする請求項1に記載のトルク検出装置の取り付け構造。
- 前記軸継手の軸線方向の長さが、前記従動部材の軸線方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項1または2に記載のトルク検出装置の取り付け構造。
- 前記トルク検出装置が、トルクが伝達される経路上で、前記従動部材よりも、前記駆動部材と前記軸継手との連結部分に近い位置に取り付けられていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のトルク検出装置の取り付け構造。
- 前記駆動部材はトランスミッションの出力軸であり、前記従動部材はプロペラシャフトであり、このプロペラシャフトが車両の車輪に動力伝達可能に接続されており、前記トランスミッションはトランスミッションケースを有しており、このトランスミッションケースの開口端部に前記収納部材が固定されており、この収納部材はダストカバーであることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のトルク検出装置の取り付け構造。
- 前記第1の構成部は磁界を形成する磁歪環であり、前記第2の構成部は、前記磁界の変位量に基づいて前記駆動部材から前記従動部材に伝達されるトルクを検出する磁気センサであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載のトルク検出装置の取り付け構造。
Priority Applications (1)
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