JPS62187215A - 回転角測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スリット板を用いて回転角を測定する装置に
係わり、特にセンターデフ機構を備えた４輪駆動車のト
ランスファ内に設けてトルク検出等を行うことのできる
回転角測定装置に関する。

〔従来の技術〕

−ａに、自動車走行においては、前輪駆動の方が後輪駆
動に比して直進安定性が良いが、コーナリング時には、
戻ろうとするタイヤにハンドルで力を加えなければなら
ないので、前輪駆動の場合的がりにくい傾向がある。そ
の点、後輪駆動の方が曲がり易いが、駆動力が強すぎる
と、回り過ぎてしまう欠点がある。そこで、前輪と後輪
半々位の力で駆動するのが自動車走行上理想的であり、
その点、４輪駆動車は極めて優れている。ところで、自
動車の左右の車輪は、コーナリングの際に旋回半径が異
なるので、この影響を吸収し、スムーズにコーナリング
を行うために、旋回半径の差に応じて左右の車輪の回転
数差を吸収する機構、すなわちデフ機構（フロントデフ
、リアデフ）を備えている。この旋回半径の差は、前輪
と後輪との１７１にも生じるので、４輪駆動車において
は、旋回半径の差に応じて前輪と後輪の回転数差を吸収
する機構、すなわちセンターデフ機＋１４を備えたもの
が提案されている。

しかしながら、このセンターデフ機構は、前輪と後輪の
トルクを均等な比率に分配する機能を有するため、駆動
力伝達限界は、前輪あるいは後輪のうちの駆動力の低い
方の値にバランスすることとなる０例えば、前輪の一方
が空転すると、駆動エネルギーはそこに逃げてしまい、
後輪の駆動力は極めて小さくなってしまう。このため、
センターデフ付４輪駆動車は、センターデフ無し４輪駆
動車に比べて、路面摩擦係数が低い時などに、伝達駆動
力が劣ることがある。このことは、例えば加速時のよう
に大きな駆動力を発生させた時に、駆動力を充分に路面
に伝達できず、前輪あるいは後輪のスリップ（空転）な
どの現象として現れる。

このような悪影響を防止するために、従来、前輪と後輪
間の動力伝達をセンターデフを介することなく直結させ
る口・７り機構を設け、加速時或いは悪路走行時のよう
な大きな駆動力を必要とする時は、センターデフ機構を
手動でロックさせ、大きな駆動力を必要としない通常走
行時には、手動でロックを解除していた。

しかしながら、コーナリング時、旋回半径が小さいと、
前輪側の回転数が後輪側の回転数よりも大きくならなけ
ればならないが、センターデフ機構をロックして走行し
ている場合、回転数差をもつことができず、前輪側に負
トルクが発生し、あたかも前輪側のみにブレーキがかか
るというタイトコーナブレーキング現象が生じる。この
ため、コーナリング時の走行安定性に悪影響を及ぼすと
いう問題を生じていた。また、手動でセンターデフ機構
のロックを解除するにしても、路面状態を正確に判断で
きないため、本質的な解決にはならない。

このように、センターデフ機構をロックして走行してい
る場合、タイトコーナブレーキング現象が生じるが、こ
れを確実に回避するためには、前輪のトルクを絶えず監
視し、例えば負トルクが発生した場合に、自動的にセン
ターデフ機構のロックを解除してやる必要がある。そこ
で、駆動輪のトルクを測定する必要が生しるが、駆動輪
のトルク測定には、駆動軸の捩じれ角を測定することが
考えられる。

ところで、軸等の捩じれ角のような回転角を測定するた
めに、従来、ロータリエンコーダが提案されており、こ
のロータリエンコーダには、アブソリュートタイプとイ
ンクリメントタイプの２種類がある。

第５図は、アブソリュートタイプのロークリエンコーダ
であり、図中、ｌは回転軸、２は、回転軸２に取りつけ
たスリット板、３は円の中心に向かって数段設けられた
スリット、４はスリット板２に対向したスリット板、５
はスリット３の各段に対応して設けられたスリット、６
１〜６４．７１〜７４は、それぞれスリット板２．４を
挟み、スリットの各段に対応して対向配置された発光素
子と受光素子である。

今、受光素子が受光する状態を「１」、受光しない状態
を「０」とすれば、回転軸１の回転によりスリット板２
が回転したとき、各受光素子７゜〜７４のうちどれが受
光したかにより、その出力の組み合わせから回転角をデ
ジタル量として検出することができる。

第６図はインクリメントタイプのロータリエンコーダで
、図中、１０は回転軸、１１は回転軸に取りつけたスリ
ット板、１２は円周方向に一列に並べて設けたスリット
、１３はスリット板２に対向したスリット板、１４．１
５はスリット１２に対して１／４ピツチずらして設けた
スリット、１６はゼロ信号用のスリット、１７．．１７
□と１８１．１８□はスリット板を挟んでそれぞれ対向
配置した発光素子と受光素子、１７．、ＩＬはスリット
板を挟み、ゼロ信号用スリットに対応して設けられたゼ
ロ信号用の発光素子と受光素子である。

第６図の構成において、スリット板１１が１ピンチ回転
する毎に、受光素子１８１．１８！の出力には、それぞ
れ１周期分が現れ、これをカウントすることにより回転
角が分かり、また受光素子１８、．１８□の出力は位相
が１ノ４周期ずれるので、いずれの出力の位相が進んで
いるか、遅れているかを検出することにより回転方向を
判別することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、かかる従来のロークリエンコーダは、ス
リットが細かく、その形状が複雑で、精度を上げるのが
容易ではなく、生産技術上も多大な困難を伴い、そのた
め高価格化してしまう欠点がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、製作や精度向上か容易で、出力特性を容易に変えるこ
とができ、自動車の駆動軸に作用するトルク測定にも適
用できる回転角測定装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明の回転角測定装置は、対向する２枚の
スリット板に、中心方向からみて互いに交叉する連続し
たスリットをそれぞれ設け、スリンｌを挾んで対向配置
した発光素子と受光素子を設けたこと、及び対向する２
枚のスリット板に、中心方向からみて互いに交叉する連
続したスリットをそれぞれ設け、スリット板を挟んで対
向配置した発光素子と受光素子を設け、前記スリット板
の一方を差動機構のサイドギヤにより駆動される車輪駆
動用の第１のシャフトで、他方を前記サイドギヤにより
駆動される第２のシャフトでそれぞれ駆動するようにし
たことを特徴とする。

〔作用および効果〕

本発明の回転角測定装置は、シャフトに取り付けた２枚
のスリット板に、中心方向から見て互いに交叉する連続
したスリットを設け、スリット板を挟んで対向配置した
発光素子と受光素子をスリット板の円周から中心に向か
って複数設けるようにしたので、受光素子にあたる光は
２枚のスリット板の相対回転角に対応した一点だけにな
り、この点の位置から２枚のスリット板の相対回転角を
得ることができシャフト等の捩じれ角測定が可能となる
。しかもスリットの形が簡単なためスリット板の製作が
容易で、スリットの交叉角度を変えることにより、容易
に精度を向上させることができると共に、スリットの形
や長さを変えることにより容易に、測定角範囲や出力特
性を変えることができる。また、この装置をトランスフ
ァ内に配置して、車輪駆動軸の捩じれ角、即ち駆動軸に
作用するトルクを正確に測定することができる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は本発明による回転角測定装置の一実施例を示し
、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は回転軸方向から見
た図である。図中、２０は回転軸、２１は回転軸２０に
取り付けられたスリット板、２２はスリット板の中心部
で、中心から外れた箇所から外周方向に向けて連続的に
刻まれたスリット、２３はスリット板’２１に対向した
スリット板、２４は回転軸方向から見た時、スリット２
２に対して交叉するように、スリット板２３の中心部で
、中心から外れた箇所から外周方向に向けて連続的に刻
まれたスリット、２５．〜２５６は発光素子、２６、〜
２６６は、発光素子２５１〜２５６にそれぞれ対応する
位置に配設された受光素子である。

第１図の装置において、スリット２２．２４の交差する
点Ｃは、両スリット仮２１．２３の相対回転角に応じて
変化する。この０点が発・受光素子列を横切ると、０点
に対応する位置の受光素子、例えば２６３が、発光素子
２５３からの光を受光することとなる。この受光位置は
両スリット仮２１．２３の相対回転角に対応しているの
で、どの受光素子が受光したかにより回転角が測定でき
る。

第２図は、第１図の回転角測定装置をシャフトの捩じれ
角測定に適用した実施例を示し、第１図と同一番号は同
一内容を示している。

第２図の装置においては、スリット板２１．２３が同一
シャフト２７に取り付けられており、シャフト２７が捩
じれて、スリット板２１．２３に相対回転が生じた時に
、その相対回転に応じて両スリットの交点が移動し、交
点に位置する受光素子の出力によりシャフトの捩じれ角
を測定することができる。

なお、第１図、第２図の実施例においては、スリットの
交点が発・受光素子列を横切ったときに検出信号が得ら
れるが、発光素子、受光素子をそれぞれスリット２２．
２４に固定的に設ければ、常時相対回転角検出信号が得
られる。

第３図は本発明の捩じれ角測定装置を適用したセンター
デフ付４輪駆動車の動力伝達系を示す図で、第４図は捩
じれ角測定装置部分の拡大図である０図中、３０はトラ
ンスファ、Ａはセンターデフ機構、Ｂはフロントデフ機
構、３１はリングギヤ、３２はフロントデフケース、３
３はセンターデフ用クラッチ、３４は円錐コロ軸受、３
５は第一中空シャフト、３６はデフキャリヤ、３７はデ
フピニオン、３８．３９はサイドギヤ、４０は第２中空
シヤフト、４１はデフキャリヤ、４２はデフピニオン、
４３．４４はサイドギヤ、４５は左前輪駆動軸、４６は
第３中空シヤフト、４７は第４中空シヤフト、４８はシ
ャフト、４９は右前輪駆動軸、５０はセンターデフケー
ス、５１は後輪駆動用リングギヤ（第２リングギヤ）、
５２はギヤ、５３はドライブピニオンシャフト、５４は
細長いロッド、５５はロッドの先端に設けられたロッド
、５６は第４中空シヤフトに設けられた窓、５７は円筒
体、５日は円筒体に設けられたスリット板、５９は第４
中空シヤフト４７に固着されたスリット板、６０は回転
角ピックアップ機構、６１１〜６１６は発光素子、６２
１〜６２．は受光素子を示す。

一般に、センターデフ付４輪駆動車において、エンジン
をフロント側に載置した場合には、第３図に示すような
駆動力伝達機構となる。即ち、エンジンの回転は、自動
変速機構（図示せず）を介して適宜変速され、トランス
ファ３０内に配置されたリングギヤ３１を介してフロン
トデフケース３２に伝達される。そして、通常の走行時
においてはセンターデフ用クラッチ３３は解離状態にあ
り、この状態ではフロントデフケース３２の回転は第一
中空シャフト３５を介してセンターデフ機構Ａのデフキ
ャリヤ３６に伝達され、更にデフピニオン３７から左右
のサイドギヤ３８．３９に伝達される。そして、左サイ
ドギヤ３８の回転は第２中空シヤフト４０を介してフロ
ントデフ機構Ｂのデフキャリヤ４１に伝達され、更にデ
フピニオン４２から左右のサイドギヤ４３．４４に伝達
される。

そして、左サイドギヤ４３から左前輪駆動軸４５へ伝達
され、右サイドギヤ４４からは、第３中空シヤフト４６
、該シャフトとスプライン結合している第４中空シヤフ
ト、第４中空シヤフトとスプライン結合しているシャフ
ト４８を介して右前輪駆動軸４９へ伝達される。一方、
右サイドギヤ３９の回転は該ギヤとスプライン結合して
いるセンターデフケース５０に伝達され、更に、後輪駆
動用リングギヤ５１及びギヤ５２を介してドライブピニ
オンシャフト５３に伝達され、そして図示しないプロペ
ラシャフト及びリヤデフ装置を介して左右の後輪駆動軸
に伝達される。

また、雪路、砂道等で大きな駆動力を必要とする場合、
また車輪がスリップを生じる戊れがある場合には、セン
ターデフ用クラッチ３３を結合させ、センターデフ機構
Ａをロックさせる。この状態ではフロントデフケース３
２の回転はセンターデフ用クラッチ３３を介して直接、
フロントデフ機構Ｂのデフキャリヤ４１に伝達され、更
にデフビニオン４２から左右のサイドギヤ４３．４４に
伝達されてそれぞれ左右の前輪駆動軸４４．４９に伝達
される。これと同時に、フロントデフケース３２及びデ
フキャリヤ４１とそれぞれ中空シャフト３５．４０を介
して一体となっているセンターデフ装置Ａのデフキャリ
ヤ３６及び左サイドギヤ３８が差動運動することなく一
体に回転され、更にこの回転はセンターデフケース５０
に伝達される。これにより、前輪駆動用のデフキャリヤ
４１と同速度の回転が後輪駆動用リングギヤ５１に伝達
されて、左右の後輪駆動軸が駆動される。

次に、前輪駆動軸のトルク測定、即ち、駆動軸のねじれ
角測定について説明すると、右サイドギヤ４４の回転は
、第３中空シヤフト４６に伝達され、同時に、第３中空
シヤフトに根本部で圧入されているロッド５４に伝達さ
れる。第３中空シヤフト４６は、スリット板５９が固着
された第４中空シ中フト４７、シャフト４８を介して右
前輪駆動軸４９を駆動しており、一方、ロッド５４はロ
ッド５５１円筒体５７を介してスリット板５日を駆動し
ているのみで、無負荷状態で自由回転しており、これら
のスリット板には、第１図、第２図に示したスリットが
刻まれている。

従って、右前輪を浮かしたような無負荷状態であれば、
スリット板５８．５９は同期して回転するが、右前輪に
負荷がかかると、第３中空シヤフト４６が捩じれ、その
結果スリット板５９は、スリット板５８に対して回転位
相が遅れ、両者間には相対回転が生ずる。スリット板５
８．５９には、前述したように中心軸方向から見て互い
に交差するスリットが設けられており、相対回転に応じ
て両スリットの交点の位置が変化する。そして２枚のス
リット板５８．５９を挟むように、発光素子６１１〜６
１６、発光素子６ｔ、〜６１．にそれぞれ対応する位置
に受光素子６２１〜６２ｂが設けられており、スリット
板が回転し、両スリットの交点が発・受光素子列を横切
るときに受光素子６２、〜６２．のどれが受光したかに
より相対回転角を検出することができる。また受光素子
からの検出信号はスリット板の一回転に一回得られるの
でこの検出信号から回転数の検出もできる。なお検出に
当たっては、ピックアップ機構６０により、受光素子が
周囲光を検出しないように、完全に周囲を遮光するよう
に構成する。こうして受光素子から得られた出力により
両回転円板の正確な相対回転角測定が行われ、第３中空
シヤフト、第４中空シヤフト等の捩しれ角即ち右前軸駆
動軸の負荷トルクが測定される。

なお上記実施例では、第３中空シヤフトを前輪駆動用と
したが、逆にロッド５４を前輪駆動用とし、第３中空シ
ヤフトで回転円板５８を回転させるように構成してもよ
い。

以上のように本発明によれば、シャフトに取り付けた２
枚のスリット板に互いに交叉するスリットを設け、２枚
のスリット板を挟むように複数の発光素子と複数の受光
素子を設けるようにしだので、製作が容易であると共に
、スリットの角度を変えることにより測定精度を上げる
ことが容易になり、また、スリットの形や長さを変える
ことにより測定角度範囲や出力特性を容易に変えること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回転角測定装置の一実施例を示し
、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は回転軸方向から見
た図、第２図は、第１図の回転角／１ｊｌＩ定装置をシ
ャフトの捩じれ角測定に適用した実施例を示す図、第３
図は本発明の捩しれ角測定装置を通用したセンターデフ
付４輪駆動車の動力伝達系を示す図、第４図は捩しれ角
測定装置部分の拡大図、第５図、第６図は従来のローク
リエンコーダを示す図である。 ２０・・・回転軸、２１・・・スリット板、２２・・・
スリット、２３・・・スリット板、２４−・・スリット
、２５１〜２５．・・・発光素子、２６．〜２６．・・
・受光素子、３０・・・トランスファ、Ａ・・・センタ
ーデフケース、Ｂ・・・フロントデフ機構、３Ｉ・・・
リングギヤ、３２・・・フロントデフケース、３３・・
・センターデフ用クラッチ、３４・・・円錐コロ軸受、
３５・・・第一中空シャフト、３６．４１・・・デフキ
ャリヤ、３７．４２・・・デフビニオン、３８．３９．
４３．４４・・・サイドギヤ、４０・・・第２中空シヤ
フト、４４．４９・・・前輪駆動軸、４６・・・第３中
空シヤフト、４７・・・第４中空シヤフト、４８・・・
シャフト、５０・・・センターデフケース、５１・・・
第２リングギヤ、５２・・・ギヤ、５３・・・ドライブ
ピニオンシャフト、５４・・・ロッド、５５・・・ロッ
ド、５６・・・窓、５７・・・円筒体、５８．５９・・
・スリット板、６０・・・回転角ピフクアノプ機構、６
１＋〜６１６・・・発光素子、６２．〜６２、・・・受
光素子 出　願　人　　アイシン・ワーナー株式会社代理人弁理
士　蛭　川　呂　信（外２名）第牛図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）対向する２枚のスリット板に、中心方向からみて
   互いに交叉する連続したスリットをそれぞれ設け、２枚
   のスリット板を挟んで対向配置した発光素子と受光素子
   を設けたことを特徴とする回転角測定装置。
2. （２）前記２枚のスリット板が、同一シャフトに取り付
   けられている特許請求の範囲第１項記載の回転角測定装
   置。
3. （３）対向する２枚のスリット板に、中心方向からみて
   互いに交叉する連続したスリットをそれぞれ設け、２枚
   のスリット板を挾んで対向配置した発光素子と受光素子
   を設け、前記スリット板の一方を差動機構のサイドギヤ
   により駆動される車輪駆動用の第１のシャフトで、他方
   を前記サイドギヤにより駆動される第２のシャフトでそ
   れぞれ駆動するようにしたことを特徴とする回転角測定
   装置。
4. （４）前記第１のシャフトが中空円筒状体であり、前記
   第２のシャフトが、前記第１のシャフト内を貫通して延
   びるロッドである特許請求の範囲第３項記載の回転角測
   定装置。
5. （５）前記ロッドは、前記第１のシャフトの中空部の一
   部に圧入されている特許請求の範囲第４項記載の回転角
   測定装置。
6. （６）前記第２のシャフトにより駆動されるスリット板
   は、該シャフトに嵌合し、前記第１のシャフトに結合し
   た中空シャフト側壁部に設けた窓を通して延びるロッド
   を介して駆動される特許請求の範囲第４項又は第５項記
   載の回転角測定装置。（７）前記第２のシャフトが中空
   円筒状体であり、前記第１のシャフトが、前記第２のシ
   ャフト内を貫通して延びている特許請求の範囲第３項記
   載の回転角測定装置。