(57)【要約】【課題】  ＦＦ車や４ＷＤ車などにおける各車輪に作用するトルクを測定でき、その測定手段の設置場所の確保が容易なトルク検出機能付等速自在継手装置を提供する。【解決手段】  車輪用軸受３１に連結されるたアウトボード側の等速自在継手２と、差動機８側に固定されるインボード側の等速自在継手３と、両等速自在継手２，３の片方の継手部材９，１１に両端がそれぞれ連結された駆動軸４とを持つ。この駆動軸４に作用するトルクによる歪を検出する歪検出手段５を設ける。歪検出手段５は、磁歪材からなる被検出部６と、これに対向する検出部７とを備える。検出部７は、駆動軸４に内輪が取付けられる軸受１３における外輪に設置する。【選択図】      図１
2006194360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の車輪側に配置されるアウトボード側の等速自在継手と、差動機側に固定されるインボード側の等速自在継手と、前記アウトボード側等速自在継手の片方の継手部材およびインボード側等速自在継手の片方の継手部材に両端がそれぞれ連結された駆動軸とを持つ等速自在継手装置において、前記駆動軸に作用するトルクによる駆動軸の歪を検出する歪検出手段を設けたことを特徴とするトルク検出機能付等速自在継手装置。
【請求項２】
請求項１において、前記歪検出手段が、前記駆動軸に設けられた被検出部と、車体に固定された固定部に設けられて前記被検出部の変化を検出する検出部とでなるトルク検出機能付等速自在継手装置。
【請求項３】
請求項１において、駆動軸の一部にセレーション部を設け、このセレーション部に圧入嵌合するセレーション部を内径面に有する磁歪部からなる被検出部を設け、この被検出部と平行に、前記駆動軸に内輪が嵌合した軸受を配置し、軸受の外輪の内径部に前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部を設け、車体に固定された固定部に、前記軸受の外輪を、弾性体を介して固定して外輪の周り止めとし、前記歪検出手段が、前記セレーション部、前記被検出部、前記軸受、前記検出部、および前記弾性体により構成されるトルク検出機能付等速自在継手装置。
【請求項４】
請求項３において、軸受の外輪と駆動軸の間にシール部材を設けたトルク検出機能付等速自在継手装置。
【請求項５】
請求項２または請求項３において、前記検出部がコイルを巻いたものであるトルク検出機能付等速自在継手装置。
【請求項６】
請求項２または請求項３において、被検出部の外径に複数の溝を有し、この溝が軸心に対し傾斜しているトルク検出機能付等速自在継手装置。
【請求項７】
請求項３において、被検出部のセレーション部は、両端にセレーション部を残し、中央部を削除した構造としたトルク検出機能付等速自在継手装置。
【請求項８】
請求項２または請求項３において、被検出部は、金属母材にアルミニュウムを拡散させて表面に合金層を形成させた金属表面としたトルク検出機能付等速自在継手装置。
【請求項９】
請求項２または請求項３において、被検出部がＦｅ−Ａｌ合金のクラッド鋼を用いたトルク検出機能付等速自在継手装置。
【請求項１０】
請求項２または請求項３において、被検出部にバルク材からなる磁歪材を用いたトルク検出機能付等速自在継手装置。
【請求項１１】
請求項３において、外輪を支持する弾性体は、車両の前進方向または後退方向の車輪の上下運動に対し直角方向で支持したトルク検出機能付等速自在継手装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪の駆動軸にかかるトルクを検出する機能を有する等速自在継手装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の走行安定性確保対策の一環として、自動車の駆動系統で伝達される実際のトルクをトルク検出装置で検出するようにした技術が提案されている。その一例としてトランスミッションの出力軸から等速自在継手を介してプロペラシャフトに連結される駆動系統において、前記出力軸からプロペラシャフトに伝達されるトルクをトルク検出装置で検出するようにしたものがある（例えば特許文献１）。この場合のトルク検出装置は、トランスミッション出力軸に連結される等速自在継手の軸部外周面に固定された磁歪環と、この磁歪環の外周に対向して非接触に設けられた磁気センサとで構成される。磁気センサは、前記等速自在継手の軸部に軸受を介して設けられたセンサハウジングの内径面に設けられる。センサハウジングは、トランスミッションのケースに固定されたダストカバーで覆われ、ブラケットを介してダストカバーにセンサハウジングが連結される。
【特許文献１】特開２００４−２３９８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、近年の多くの乗用車型の自動車はＦＦ車（フロントエンジン・フロントドライブ）であり、特許文献１に開示されるようなプロペラシャフトを持たない。また、従来の一般的な自動車の走行安全性確保対策は、トランスミッションから出力される駆動トルクを検出するだけでは十分でなく、差動機から各車輪に出力する駆動トルクを検出することで、安全面での制御、例えば車体の姿勢制御を図ることが求められている。
さらに、ＦＦ車の差動機からの出力系統の構造の多くは、差動機のサイドギヤに等速自在継手のステム部を嵌合するものであり、このステム部に特許文献１に開示のトルク検出装置を取付けるスペースを得ることが困難である。
【０００４】
この発明の目的は、各車輪に作用するトルクを測定でき、かつトルクを検出する手段の設置場所の確保が容易なトルク検出機能付等速自在継手装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明のトルク検出機能付等速自在継手装置は、自動車の車輪側に配置されるアウトボード側の等速自在継手と、差動機側に固定されるインボード側の等速自在継手と、前記アウトボード側等速自在継手の片方の継手部材およびインボード側等速自在継手の片方の継手部材に両端がそれぞれ連結された駆動軸とを持つ等速自在継手装置において、前記駆動軸に作用するトルクによるこの駆動軸の歪を検出する歪検出手段を設けたことを特徴とする。
【０００６】
この構成によると、車輪に作用するトルクが、アウトボードおよびインボード側の等速自在継手間の駆動軸に作用する。この駆動軸に作用するトルクによる歪みが歪検出手段により検出される。したがって、各車輪に作用するトルクを測定することができる。個々の車輪に作用するトルクを検出するため、ＦＦ車のようなプロペラシャフトを有しない車両や、４ＷＤ車（４輪駆動車）等におけるトルク検出に適したものとなる。歪検出手段は、駆動軸に作用するトルクを検出するものであるため、駆動軸の周囲の広い空間に設置でき、設置場所が容易に得られる。駆動軸は、駆動伝達系の中で長尺の部品であるため、他の部品に比べてトルクによる歪みが大きく生じる。そのため、歪み検出によるトルク検出が比較的容易に精度良く行える。
【０００７】
前記歪検出手段は、例えば前記駆動軸に設けられた被検出部と、車体に固定された固定部に設けられて前記被検出部の変化を検出する検出部とでなるものであっても良い。この場合、検出部は固定部に設置されるため、検出信号を取り出す配線系が容易となる。
【０００８】
この発明において、駆動軸の一部にセレーション部を設け、このセレーション部に圧入嵌合するセレーション部を内径面に有する磁歪部からなる被検出部を設け、この被検出部と平行に、前記駆動軸に内輪が嵌合した軸受を配置し、この軸受の外輪の内径部に前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部を設け、車体に固定された固定部に、前記軸受の外輪を、弾性体を介して固定して外輪の周り止めとし、前記歪検出手段を、前記セレーション部、前記被検出部、前記軸受、前記検出部、および前記弾性体により構成しても良い。
歪検出手段の被検出部を磁歪部とすると、容易に精度良く歪みが検出できる。この場合に、駆動軸に直接に磁歪部を設けることも可能であるが、大きな部品である駆動軸に磁歪部を設けることは生産性が悪い。そこで、上記のように、駆動軸にはセレーション部のみを設け、このセレーション部に磁歪部からなる被検出部を設けており、被検出部を小部品からなるものとできて生産性が良い。検出部は、駆動軸に内輪を嵌合させた軸受の外輪に取付けているため、駆動輪に圧入嵌合させた被検出部の近くに検出部を安定して配置し、精度良く検出することができる。軸受の外輪は、弾性体を介して固定部に回り止め状態に固定しているため、外輪の回り止めを行いながら、かつ軸受に回転不良等が生じた場合に駆動軸に無理な荷重が作用することが、弾性体によって吸収される。
【０００９】
前記のように検出部を取付ける軸受を設けた場合に、この軸受の外輪と駆動軸の間にシール部材を設けても良い。このようにシール部材を取付けることにより、歪検出手段の構成部品である被検出部や検出部が配置される駆動軸と軸受外輪との間の空間内に、外部から異物が侵入することを防止できる。
【００１０】
この発明において、前記検出部はコイルを巻いたものであっても良い。コイルを巻いた検出部であると、検出精度に優れる。特に、被検出部が磁歪部である場合に、検出部がコイルであると、優れた検出機能が得られる。
【００１１】
また、被検出部は外径に複数の溝を有し、この溝が軸心に対し傾斜したものであっても良い。傾斜した溝を有する被検出部を設けた場合、検出感度を高くすることができる。特に、被検出部が磁歪材である場合、傾斜した溝を有する構成とすることで、被検出部の磁歪特性が向上し、検出感度が向上する。
【００１２】
前記のように被検出部にセレーション部を設ける場合に、この被検出部のセレーション部は、両端にセレーション部を残し、中央部を削除した構造としても良い。この構成の場合、被検出部を駆動軸へ安定良く結合させることができ、駆動軸に作用するトルクによる歪みを被検出部に確実に反映させることができる。
【００１３】
この発明において、前記被検出部は、金属母材にアルミニュウムを拡散させて表面に合金層を形成させる金属表面としても良い。この構成の場合、被検出部に優れた磁歪特性が得られ、また被検出部に十分な機械的強度を持たせることができると共に、量産に適した加工性も持たせることができる。
【００１４】
前記被検出部はＦｅ−Ａｌ合金のクラッド鋼を用いたものであっても良く、またバルク材を用いたものであっても良い。
Ｆｅ−Ａｌ合金は磁歪性に優れ、クラッド鋼であると、強度的にも強く、炭素鋼からなる母材との接合強度も強い。また、磁歪特性に優れるため、感度の向上が期待できる。
【００１５】
この発明において、外輪を支持する弾性体は、車両の前進方向または後退方向の車輪の上下運動に対し直角方向で支持するものとしても良い。この構成の場合、車輪の上下運動に伴う弾性体の伸縮ストロークを小さくでき、耐久性が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
この発明のトルク検出機能付等速自在継手装置は、自動車の車輪側に配置されるアウトボード側の等速自在継手と、差動機側に固定されるインボード側の等速自在継手と、前記アウトボード側等速自在継手の片方の継手部材およびインボード側等速自在継手の片方の継手部材に両端がそれぞれ連結された駆動軸とを持つ等速自在継手装置において、前記駆動軸に作用するトルクによる駆動軸の歪を検出する歪検出手段を設けたため、各車輪に作用するトルクを測定でき、かつトルクを検出する手段の設置場所の確保が容易という利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。このトルク検出機能付等速自在継手装置１は、ＦＦ車や４ＷＤ車などの自動車の車輪と差動機８との間に設けられるものである。図１に水平断面図で示すように、車輪用軸受３１側に配置されるアウトボード側の等速自在継手２と、差動機８側に固定されるインボード側の等速自在継手３と、これらの等速自在継手２，３に両端がそれぞれ連結された駆動軸４と、この駆動軸４に作用するトルクによる駆動軸４の歪を検出する歪検出手段５とを備える。駆動軸４の一端はアウトボード側等速自在継手２の片方の継手部材である継手内輪９に連結され、他端はインボード側等速自在継手３の片方の継手部材である継手内輪１１にそれぞれ連結される。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００１８】
アウトボード側等速自在継手２のもう片方の継手部材である継手外輪１０は、そのステム部１０ａで車輪用軸受３１の内方部材３３の構成部品であるハブ輪３５に連結されている。インボード側等速自在継手３のもう片方の継手部材である継手外輪１２は、そのステム部（図示せず）で差動機８のサイドギヤ（図示せず）に連結されている。
【００１９】
車輪用軸受３１は例えば第３世代型のものであって、内周に複列の軌道面を有する外方部材３２と、外方部材３２の各軌道面に対向する軌道面を有する内方部材３３と、これら外方部材３２および内方部材３３の両軌道面間に介在した複列の転動体３４とで構成される。外方部材３２の外周には、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックル等に取付けるフランジ３２ａが設けられている。内方部材３３は、アウトボード側端に車輪取付用フランジ３５ａを有するハブ輪３５と、このハブ輪３５のインボード側端の外周に嵌合した内輪３６とでなる。ハブ輪３５の中央孔３６に、前記アウトボード側等速自在継手２の継手外輪ステム部１０ａが挿通され、ステム部１０ａの先端の雄ねじ部にナット３７を締め付けることにより、アウトボード側等速自在継手２の継手外輪１０が内方部材３３に連結される。
【００２０】
図２に拡大して示すように、歪検出手段５は、駆動軸４の軸方向中間部の外周面に設けられた被検出部６と、この被検出部６の外周に対向して非接触に設けられ、被検出部６の変化を検出する検出部７とを備える。
被検出部６は、外径面を磁歪部６ａとし内径面をセレーション部６ｂとした金属環体からなる。この金属環体からなる被検出部６は、駆動軸４の軸方向中間部の外周面に形成されたセレーション部４ａに前記セレーション部６ｂを圧入嵌合させることで、駆動軸４の外周面に固定されている。被検出部６の外径面の磁歪部６ａは、円周方向に並ぶ複数の溝２５を有し、この溝２５の向きは軸心に対して所定角度だけ傾斜させてある。このように被検出部６の磁歪部６ａに円周方向に並ぶ複数の傾斜溝２５を設けることにより、被検出部６の磁歪特性を向上させ検出感度を高くすることができる。
【００２１】
被検出部６のセレーション部６ｂは、軸方向の中間部を削除して両端に分離配置した構造とされている。つまり被検出部６の内径面における軸方向の中間部分を両端よりも大径とし、両端部分にセレーション部６ｂを設けている。この分離配置とする代わりに、被検出部６の軸方向長さ全長にわたりセレーション部６ｂを設けた場合、セレーション部６ａがその全長にわたって駆動軸４のセレーション部４ａに確実に当たるとは限らず、場合によっては、図２における左端半部だけ、あるいは右端半部だけ、または中央部のみが当たることもあり得る。このように、被検出部６の駆動軸４への結合が不安定になると、被検出部６の磁歪特性のばらつきが大きくなり、信頼性を損なうことになる。このことから、上記したように被検出部６のセレーション部６ａを両端に分離配置した構造とすることにより、被検出部６を駆動軸４に安定良く結合させて、駆動軸４の歪みを被検出部６に確実に反映させることができる。
【００２２】
被検出部６の磁歪特性を大きくするために、ここでは被検出部６となる磁歪材として、炭素鋼やクロム−モリブデン鋼などの金属母材にアルミニュウムを拡散させたものが用られ、これにより金属表面が合金層からなるようにしている。
この場合の金属表層にアルミニュウムを拡散させる方法として、金属母材とアルミニュウム粉末を入れた密閉容器を９００℃前後に加熱することが行われる。アルミニュウムの拡散深さは、処理方法や処理時間によっても異なるが、ここでは数十μｍから１００μｍ程度の範囲となるように処理される。上記アルミニュウム拡散処理は、金属母材である構造用鋼に、次第に濃度が濃くなるように傾斜的にアルミニュウムを拡散分布させて行う。これにより、金属母材の機械的強度を低下させることなく、磁歪特性の高い磁歪拡散層のＦｅ−Ａｌ合金を得ることができる。
【００２３】
アルミニュウムを傾斜的な濃度となるように金属表面から分布させる場合に、アルミニュウムを高温雰囲気下で金属表面から拡散させることが好ましい。このようにしてアルミニュウムを拡散させることにより、母材である鋼材に、表面から中心方向へ緩やかなカーブの濃度曲線を描きながら、次第にアルミニュウムの濃度が濃くなる拡散層を形成することができる。この傾斜的濃度のアルミニュウムの拡散層は、肉盛溶射の場合のようなポアのない均一な合金層となり、疲労による早期亀裂の発生を大幅に抑制できる。また、熱処理時の割れも発生しない。
【００２４】
なお、被検出部６となる磁歪材として、Ｆｅ−Ａｌ合金のバルク材から作製されたものを用いても良いが、この場合には磁歪材が脆く加工性が低下することになる。これに対し、上記した拡散処理による磁歪材では、金属母材の機械加工終了後に、アルミニュウムの拡散処理を行うことで、通常の鋼材と同じ加工性を確保でき、生産性を著しく向上させることができる。その結果、コスト低減が可能となる。
【００２５】
被検出部６は、Ｆｅ−Ａｌクラッド鋼としても良い。このＦｅ−Ａｌクラッド鋼は、Ｆｅ−Ａｌバルクに比べて強度的にも強く、炭素鋼からなる母材との接合強度も強い。また磁歪特性に優れているので感度向上も期待できる。
【００２６】
駆動軸４における前記被検出部６に隣接したインボード側には、軸受１３の内輪１４が嵌合させてある。この軸受１３の外輪１５における、被検出部６の外周側に延びる張出端部１５ａの内径面に、前記検出部７が設けられている。
軸受１３は、例えば内外輪１４，１５間に転動体であるボール１６が介在した転がり軸受からなり、内外輪１４，１５間に形成される環状空間の両端は接触式のシール部材１７，１８で密封されている。
検出部７は、被検出部６の磁歪変化を被検出部６の全周にわたって検出するコイル巻線からなる。
【００２７】
軸受１３の外輪１５は、例えばコイルばねからなる弾性体１９を介して車体側の固定部２０に固定され、これにより軸受外輪１５の回り止めが図られている。具体的には、軸受外輪１５の張出端部１５ａから検出部７の一部に跨がって設けられた取付部材２１に、前記弾性体１９の一端が係止され、車体側の固定部であるエンジン２０に設けられた取付部材２２に、弾性体１９の他端が係止されている。この場合の弾性体１９は、図１に示すように、車輪の上下運動方向に対して直角となる車両の進退方向に向けて配置されている。
【００２８】
弾性体１９を介しての上記軸受１３の回り止め構造は、耐久性の観点から以下のように有効である。すなわち、車輪の運動、いわゆるステア角による車輪の前後運動や道路状況による車輪の上下運動により、等速自在継手１には作動角が付くことになる。特に車輪の上下運動は、ステア角による前後運動より大きくなるので、回り止め用の上記弾性体１９を例えば車両の上側で固定した場合、弾性体１９の伸縮ストロークが大きくなり耐久性の上で課題が残る。この実施形態では、軸受１３の外輪１５を支持する上記弾性体１９を、車輪の上下運動方向に対して直角となる車両の進退方向に向けて配置しているので、図３に側面図で示すように、車輪の上下運動に伴う弾性体１９の伸縮ストロークを小さくでき、耐久性が向上する。
【００２９】
軸受１３に隣接したアウトボード側には、軸受外輪１５の張出端部１５ａと駆動軸４との間を密封する接触式のシール部材２３が設けられる。これにより、駆動軸４と前記張出端部１５ａとの間に配置される歪検出手段５の被検出部６および検出部７が、外部と気密に隔離される。これにより、歪検出手段５の構成部品である被検出部６や検出部７が配置される駆動軸４と軸受外輪１５との間の空間内に、外部から異物が侵入することを防止できる。
また、このシール部材２３を介して、検出部７と車体側の信号処理部（図示せず）とを接続する信号コード２４が車体側に向けて配線されている。このように、上記駆動軸４のセレーション部４ａ、被検出部６、検出部７、軸受１３、弾性体１９により歪検出手段５が構成されている。
【００３０】
この構成のトルク検出機能付等速自在継手装置１によると、アウトボード側の等速自在継手２と、インボード側の等速自在継手３と、両等速自在継手２，３の片方の継手部材９，１１に両端がそれぞれ連結された駆動軸４とを持つ等速自在継手装置１において、駆動軸４に作用するトルクによる歪を検出する歪検出手段５を設けたため、各車輪に作用するトルクを測定することができる。個々の車輪に作用するトルクを検出するため、ＦＦ車のようなプロペラシャフトを有しない車両や、４ＷＤ車等におけるトルク検出に適したものとなる。歪検出手段５は、駆動軸４に作用するトルクを検出するものであるため、駆動軸４の周囲の広い空間に設置でき、設置場所が容易に得られる。駆動軸４は、駆動伝達系の中で長尺の部品であるため、他の部品に比べてトルクによる歪みが大きく生じる。そのため歪み検出によるトルク検出が比較的精度良く行える。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の一実施形態にかかるトルク検出機能付等速自在継手装置の水平断面図である。
【図２】同等速自在継手装置における歪検出手段の構成部を拡大して示す水平断面図である。
【図３】同等速自在継手装置における歪検出手段の車輪上下運動に伴う変動の説明図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…トルク検出機能付等速自在継手装置
２…アウトボード側の等速自在継手
３…インボード側の等速自在継手
４…駆動軸
４ａ…セレーション部
５…歪検出手段
６…被検出部
６ａ…磁歪部
６ｂ…セレーション部
７…検出部
８…差動機
９，１１…継手内輪
１３…軸受
１４…内輪
１５…外輪
１５ａ…張出端部
１９…弾性体
２０…車体側の固定部（エンジン）
２３…シール部材
２５…被検出部の溝
【図１】
2006194360.tif 000003
【図２】
2006194360.tif 000004
【図３】
2006194360.tif 000005