(57)【要約】【課題】  ドライブシャフトの伝達する軸トルクを正確に検出することができる等速自在継手・ドライブシャフト計測システムを提供する。【解決手段】  この等速自在継手・ドライブシャフト計測システムは、等速自在継手からドライブシャフトに伝達される軸トルクを計測するものである。ドライブシャフト４に、トルク検出手段として用いられる歪みゲージ１２，１３を取付ける。歪みゲージ１２，１３は、ドライブシャフト４が継手内輪に接続された等速自在継手の継手外輪に取付けても良い。【選択図】      図２
2006200953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドライブシャフト、またはこのドライブシャフトが継手内輪に接続された等速自在継手の継手外輪に、トルク検出手段として歪みゲージを取付けた等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項２】
請求項１において、前記歪みゲージを複数設けた等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、歪みゲージへの電圧印加、および歪みゲージの出力電圧の取り出しを、スリップリングを介して行うものとした等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項４】
請求項３において、前記スリップリングは軸端型のものである等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項５】
請求項３において、前記スリップリングは中間型のものである等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記歪みゲージによりブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路への印加電圧を乾電池または蓄電池で与えるものとした等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項７】
請求項１または請求項２において、前記歪みゲージによりブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路への印加電圧を無線で給電する無線給電手段を設けた等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項８】
請求項１または請求項２において、前記歪みゲージによりブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路への印加電圧を、前記ドライブシャフトの回転で発電を行う発電装置で行うものとした等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、歪みゲージが構成するブリッジ回路からの出力電圧を無線で通信する信号送受手段を設けた等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項１０】
請求項１または請求項２において、前記歪みゲージによりブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路への印加電圧を無線で給電する無線給電手段を設け、かつ歪みゲージが構成するブリッジ回路からの出力電圧を無線で通信する信号送受手段を設け、これら無線給電手段における車体側の印加電圧発信器と、信号送受手段における車体側の出力電圧受信器が互いに一体化された印加電圧発信・出力電圧受信手段を設けた等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項１１】
請求項１または請求項２において、前記歪みゲージによりブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路への印加電圧を無線で給電する無線給電手段を設け、かつ歪みゲージが構成するブリッジ回路からの出力電圧を無線で通信する信号送受手段を設け、これら無線給電手段におけるドライブシャフト側の印加電圧受信器と、信号送受手段におけるドライブシャフト側の出力電圧発信器が互いに一体化された印加電圧受信・出力電圧発信手段を設けた等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【請求項１２】
請求項１０において、無線給電手段におけるドライブシャフト側の印加電圧受信器と、信号送受手段におけるドライブシャフト側の出力電圧発信器が互いに一体化された印加電圧受信・出力電圧発信手段を設けた等速自在継手・ドライブシャフト計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車や鉄道車両、産業機械等の駆動系等に用いられる等速自在継手・ドライブシャフト計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な自動車の走行安定性確保対策は、各部の車輪の回転速度を検出することで行われているが、車輪の回転速度だけでは十分でなく、その他のセンサ信号を用いて車両の挙動を監視し、さらに安全面での制御を可能とすることが求められている。そこで、車両走行時に各車輪に作用するトルクから姿勢制御を図ることも考えられる。その一例として、両端が等速自在継手を介して自動車の駆動系に接続されるドライブシャフトにおいて、前記両等速自在継手の外輪にパルサリングをそれぞれ取付けたものがある。両パルサリングから発生する回転信号を検出し、ドライブシャフトのねじれに対応する前記両パルサリングの回転信号の位相差を演算することにより、ドライブシャフトに加わる軸トルクを測定する（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−６３６２８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、上記した軸トルクの測定方法では、トルク測定の分解能がパルサリングによって決まり、高精度のトルク検出を期待できない。また、車両のインボード側の継手外輪の回転とアウトボード側の継手外輪の回転の位相差から、ドライブシャフトに加わる軸トルクを測定する上記測定方法では、継手外輪と継手内輪の間に介在する隙間のために、正確なトルクを検出できない。
【０００４】
この発明の目的は、ドライブシャフトが伝達する軸トルクを正確に検出することができる等速自在継手・ドライブシャフト計測システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の等速自在継手・ドライブシャフト計測システムは、ドライブシャフト、またはこのドライブシャフトが継手内輪に接続された等速自在継手の継手外輪に、トルク検出手段として歪みゲージを取付けたものである。歪みゲージは複数設けても良い。
この構成によると、ドライブシャフトに軸トルクが加わると、その軸トルクに比例した電圧が歪みゲージからトルク検出信号として出力される。そのため、等速自在継手からドライブシャフトに伝達される軸トルクを正確に検出することができる。
【０００６】
この発明において、歪みゲージへの電圧印加、および歪みゲージの出力電圧の取り出しを、スリップリングを介して行うものとしても良い。スリップリングは、中間型のものであっても、軸端型のものであっても良い。
スリップリングを設けると、回転するドライブシャフト上または等速自在継手の継手外輪上に取付けられた歪みゲージへの電圧印加、および歪みゲージからの出力電圧の取出しを、ドライブシャフトや等速自在継手の回転を妨げることなく簡易な構成で行うことができる。
【０００７】
この発明において、前記歪みゲージによりブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路への印加電圧を乾電池で与えるものとしても良い。
歪みゲージによりブリッジ回路を構成した場合、差動的に電圧を取り出すことなどで、検出信号の増幅効果が得られ、また歪みゲージの温度による影響や他の外乱要因が緩和される。また、印加電圧を乾電池で与えるものとすると、ブリッジ回路へ印加電圧を供給するための煩雑な配線が省略できる。自動車の蓄電池より、スリップリングを介して、印加電圧を供給することも可能である。
【０００８】
この発明において、前記歪みゲージによりブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路への印加電圧を無線で給電する無線給電手段を設けても良い。
無線給電手段を設けると、ブリッジ回路への印加電圧の給電をスリップリングを介さずに行うことができ、システムの配線が簡単になる。
【０００９】
この発明において、前記歪みゲージによりブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路への印加電圧を、前記ドライブシャフトの回転で発電を行う発電装置で行うものとしても良い。
ドライブシャフトの回転で発電を行う発電装置を用いると、ブリッジ回路へ印加電圧を給電するための配線処理が不要となり、また外部に電源回路が不要になる。
【００１０】
この発明において、歪みゲージが構成するブリッジ回路からの出力電圧を無線で通信する信号送受手段を設けても良い。
無線による信号送受手段を設けると、ブリッジ回路からの出力電圧の取出しをスリップリングを介さずに行うことができ、システムの配線が簡単になる。
【００１１】
この発明において、前記歪みゲージがブリッジ回路により構成され、このブリッジ回路への印加電圧を無線で給電する無線給電手段を設け、かつ歪みゲージが構成するブリッジ回路からの出力電圧を無線で通信する信号送受手段を設け、これら無線給電手段における車体側の印加電圧発信器と、信号送受手段における車体側の出力電圧受信器が互いに一体化された印加電圧発信・出力電圧受信手段を設けても良い。
この構成の場合、車体側から歪みゲージによるブリッジ回路への印加電圧の供給、およびブリッジ回路からの出力電圧の車体側への取出しを無線で行うことができるので、ブリッジ回路と車体側との間をスリップリングの介在する配線で接続する必要がなく、システムを簡単に構成できる。また、車体側の印加電圧発信器と出力電圧受信受信器が互いに一体化されて、印加電圧発信・出力電圧受信手段とされているので、車体側の送受信装置をコンパクトに構成でき、設置性，取扱性にも優れる。
【００１２】
この発明において、前記歪みゲージがブリッジ回路により構成され、このブリッジ回路への印加電圧を無線で給電する無線給電手段を設け、かつ歪みゲージが構成するブリッジ回路からの出力電圧を無線で通信する信号送受手段を設け、これら無線給電手段におけるドライブシャフト側の印加電圧受信器と、信号送受手段におけるドライブシャフト側の出力電圧発信器が互いに一体化された印加電圧受信・出力電圧発信手段を設けても良い。
この構成の場合、車体側から歪みゲージによるブリッジ回路への印加電圧の供給、およびブリッジ回路からの出力電圧の車体側への取出しを無線で行うことができるので、ブリッジ回路と車体側との間をスリップリングの介在する配線で接続する必要がなく、システムを簡単に構成できる。また、ドライブシャフト側の印加電圧受信器と出力電圧発信器とが互いに一体化されて、印加電圧受信・出力電圧発信手段とされているので、ドライブシャフト側の送受信装置をコンパクトに構成でき、かつ設置性，取扱性にも優れる。
【００１３】
車体側における前記のように一体化された印加電圧発信・出力電圧受信手段、およびドライブシャフト側における前記のように一体化された印加電圧受信・出力電圧発信手段との両方を設けても良い。
この構成の場合、車体側の送受信装置とドライブシャフト側の送受信装置とを、共にコンパクトに構成でき、設置性，取扱性にも優れる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の等速自在継手・ドライブシャフト計測システムは、ドライブシャフト、またはこのドライブシャフトが継手内輪に接続された等速自在継手の継手外輪に、トルク検出手段として歪みゲージを取付けたため、ドライブシャフトが伝達する軸トルクを正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の第１の実施形態を図１ないし図５と共に説明する。この等速自在継手・ドライブシャフト計測システムは、例えば自動車の駆動系統に設けられる図１のような等速自在継手・ドライブシャフト装置１に適用されるものである。
この等速自在継手・ドライブシャフト装置１は、自動車の車輪用軸受と車体側の差動機（いずれも図示せず）との間に設けられる。この等速自在継手・ドライブシャフト装置１は、車輪用軸受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ドライブシャフト４とを備える。ドライブシャフト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６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６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。
【００１６】
アウトボード側の等速自在継手２のもう片方の継手部材である継手外輪５は、そのステム部５ｂで車輪用軸受（図示せず）の内輪に連結される。アウトボード側の等速自在継手２は固定式のものであり、継手外輪５、継手内輪６、トルク伝達用の転動体であるボール７、保持器８、および封入潤滑剤を保持するブーツ９により構成される。継手外輪５は、カップ部５ａとステム部５ｂとで構成され、カップ部５ａの内周面に複数の案内溝１０が軸方向に形成されている。継手内輪６は、外周面に複数の案内溝１１を軸方向に形成した部材である。上記複数のボール７は、継手外輪５と継手内輪６の案内溝１０，１１により形成される各ボールトラックにそれぞれ介在している。案内溝１０，１１は、軸方向に沿う断面形状が円弧状とされている。保持器８は、各ボール７を同一平面内に保持する部材であり、周方向の複数箇所に設けられたポケット内にボール７を保持している。継手内輪６は、内周にセレーションまたはスプライン等の凹凸部を有する中央孔を備え、ドライブシャフト４の一端が、トルク伝達可能に嵌合している。
【００１７】
インボード側の等速自在継手３は、スライド式のものであり、トルク伝達用の転動体としてローラ８を有している。継手内輪６はトラニオン状の３本の軸が外周に突設され、各軸に上記ローラ８が回転自在に設置されている。これらの３つのローラ８は、継手外輪１０の内径面に軸方向に沿って設けられた案内溝１０内を転動自在である。その本体の構成は、固定式の等速自在継手２と同様であるので、対応する箇所に同一符号を付してその説明を省略する。なお、インボード側の等速自在継手３は、トルク伝達用の転動体としてボールを用いたものであっても良い。
【００１８】
この実施形態の等速自在継手・ドライブシャフト計測システムは、図２のように、前記等速自在継手・ドライブシャフト装置１におけるドライブシャフト４の外周面に接着固定された２つの歪みゲージ１２，１３を備える。これらの歪みゲージ１２，１３は、図３に拡大平面図で示すように、直列に接続された２つのゲージ部１２ａ（１３ａ），１２ｂ（１３ｂ）を有する２ゲージ式のものである。両歪みゲージ１２，１３は、ドライブイシャフト４の外周面上で、周方向に１８０°隔てて対向する位置に配置され、図４に示すホイーストンブリッジ回路を構成するように接続される。
【００１９】
このブリッジ回路において、上記各ゲージ部１２ａ〜１３ｂはそれぞれ抵抗素子で表すことができ、一方向の軸トルクに対して一方のゲージ部１２ａ（１３ａ）の抵抗値が増加すると、他方のゲージ部１２ｂ（１３ｂ）の抵抗値が減少するように作用し、逆方向の軸トルクに対しては抵抗値の増減が逆に作用する。このブリッジ回路には、ゲージ部１２ａ，１３ｂの接続点ａとゲージ部１２ｂ，１３ａの接続点ｂとの間に所定の電圧が印加され、ゲージ部１３ａ，１３ｂの接続点ｃとゲージ部１２ａ，１２ｂの接続点ｄとの間から歪みゲージ１２，１３の出力電圧が取り出される。これにより、歪みゲージ１２，１３の出力として、ドライブシャフト４の曲げなどの外乱成分が除かれて軸トルクに比例した電圧が取り出される。
【００２０】
歪みゲージ１２，１３への電圧印加、および歪みゲージ１２，１３の出力電圧の取出しは、ここでは図４のように中間型のスリップリング１４を介して行われる。このスリップリング１４は、ドライブシャフト４の中間部に相対回転自在に外嵌するように車体側に配置されるものであって、その内径面には図５（Ｂ）に断面図で示すようにリング状帯体からなる４本の接続端子１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが設けられている。これらの接続端子１６ａ〜１６ｄは、図５（Ａ）のように前記ブリッジ回路の各接続点ａ〜ｄに接続された接続端子１５ａ〜１５ｄに１対１に対応して摺接する。図４のように、スリップリング１４の接続端子１６ａ〜１６ｄは車体側に設けられたストレインアンプ１７に接続され、歪みゲージ１２，１３によるブリッジ回路の出力電圧がスリップリング１４を介してストレインアンプ１７に入力され増幅される。また、ストレインアンプ１７から出力される電圧が、印加電圧として前記ブリッジ回路に与えられる。
【００２１】
この構成の等速自在継手・ドライブシャフト計測システムによると、等速自在継手・ドライブシャフト装置１のドライブシャフト４に軸トルクが加わると、その軸トルクに比例した電圧が歪みゲージ１２，１３によるブリッジ回路からトルク検出信号として出力される。その出力電圧がスリップリング１４を介して外部に取り出され、ストレインアンプ１７で増幅される。これにより、等速自在継手２，３からドライブシャフト４に伝達される軸トルクを正確に検出することができる。
このようにトルク検出が行われるため、２ＷＤ（２輪駆動）の場合は２つの、４ＷＤ（４輪駆動）の場合は４つのドライブシャフトのトルクが正確にわかる。そのため、トルク配分をＥＣＵ（電気制御ユニット）によって制御することで、車両の挙動を自在に制御することができる。
【００２２】
この実施形態では、回転するドライブシャフト４上に設けられた歪みゲージ１２，１３によるブリッジ回路への電圧印加、およびブリッジ回路からの出力電圧の取り出しを、スリップリング１４を介して行っているので、ドライブシャフト４の回転を妨げることなく出力電圧の取出しおよび印加電圧の供給を容易に行うことができる。
【００２３】
なお、上記実施形態では、ブリッジ回路への印加電圧をスリップリング１４を介して車体側から供給するようにしたが、ドライブシャフト４上に設けた乾電池（図示せず）により供給するようにしても良い。この場合には、印加電圧の供給のための煩雑な配線を省略することができる。
【００２４】
図６および図７は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、図１〜図５に示した等速自在継手・ドライブシャフト計測システムにおいて、ブリッジ回路への印加電圧を無線で供給する無線給電手段１８と、ブリッジ回路からの出力電圧を無線で車体側に通信する信号送受手段１９を設けたものである。前記実施形態におけるスリップリング１４は省略されている。その他の構成は図１〜図５の実施形態の場合と同じである。
【００２５】
無線給電手段１８は、車体側に設けられブリッジ回路への印加電圧を無線で送信する印加電圧発信器１８ａと、ドライブシャフト４に設けられ印加電圧発信器１８ａからの印加電圧を受信する印加電圧受信器１８ｂとでなる。信号送受手段１９は、ドライブシャフト４に設けられブリッジ回路からの出力電圧を無線で送信する出力電圧発信器１９ａと、車体側に設けられ出力電圧発信器１９ａからの信号を受信する出力電圧受信器１９ｂとでなる。ここでは、車体側の印加電圧発信器１８ａと出力電圧受信受信器１９ｂとは互いに一体化されて、印加電圧発信・出力電圧受信手段２０とされている。この一体化は、印加電圧発信器１８ａと出力電圧受信受信器１９ｂとを同じ筐体内に設置するか、または同じ回路基板や電子回路チップに設けることで行われている。これにより、車体側の送受信装置をコンパクトに構成でき、設置性や取扱性にも優れたものとできる。
【００２６】
また、ドライブシャフト４側の印加電圧受信器１８ｂと出力電圧発信器１９ａとは上記と同様に互いに一体化されて、印加電圧受信・出力電圧発信手段２１とされている。これにより、ドライブシャフト４側の送受信装置をコンパクトに構成でき、設置性や取扱性にも優れたものとできる。
【００２７】
この実施形態の場合、車体側から歪みゲージ１２，１３によるブリッジ回路への印加電圧の供給、およびブリッジ回路からの出力電圧の車体側への取出しを無線で行うことができるので、ブリッジ回路と車体側との間をスリップリング１４の介在する配線で接続する必要がなく、システムを簡単に構成できる。
【００２８】
図８は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図６および図７に示した等速自在継手・ドライブシャフト計測システムにおいて、無線給電手段１８に代えて、ドライブシャフト４の回転で発電を行う発電装置２２を設けたものである。発電装置２２は、ドライブシャフト４側に設けられたコイル２２ａと、このコイル２２ａに対向して車体側に設けられた磁石２２ｂとでなる。その他の構成は、図６および図７に示した実施形態の場合と同じである。
【００２９】
この実施形態の場合、ブリッジ回路へ印加電圧を給電するための配線処理が不要であるばかりか、車体側に電源回路が不要になる。なお、上記発電装置２２は、図１〜図５の実施形態においても用いることができる。
【００３０】
図９および図１０は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図１〜図５に示した等速自在継手・ドライブシャフト計測システムにおいて、歪みゲージ１２，１３を等速自在継手・ドライブシャフト装置１における例えば等速自在継手２の継手外輪５に接着固定すると共に、中間型のスリップリング１４に代えて軸端型のスリップリング１４Ａを用いたものである。軸端型のスリップリング１４Ａは、図９のように継手外輪５におけるステム部５ｂの端面に摺接するように車体側に固定される。歪みゲージ１２，１３によるブリッジ回路の各接続点ａ〜ｄに接続される接続端子１５ａ〜１５ｄは継手外輪ステム部５ｂの端面に、径方向位置が互いに異なるように配置される。また、スリップリング１４Ａの継手外輪ステム部５ｂの端面に対向する端面には、前記各接続端子１５ａ〜１５ｄに１対１に対応して摺接する複数のリング状接続端子１６ａ〜１６ｄが同心状に配置される。その他の構成は、図１〜図５に示した実施形態の場合と同じである。
【００３１】
この実施形態の場合も、等速自在継手・ドライブシャフト装置１のドライブシャフト４に軸トルクが加わると、その軸トルクに比例した電圧が歪みゲージ１２，１３によるブリッジ回路からトルク検出信号として出力され、その出力電圧がスリップリング１４Ａを介して車体側に取り出され、ストレインアンプ１７で増幅される。これにより、等速自在継手２，３からドライブシャフト４に伝達される軸トルクを正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる等速自在継手・ドライブシャフト計測システムが適用される等速継手装置の断面図である。
【図２】（Ａ）は同等速継手装置のドライブシャフトに等速自在継手・ドライブシャフト計測システムの歪みゲージを取付けた状態の平面図、（Ｂ）は同正面図、（Ｃ）は同側面図である。
【図３】歪みゲージの拡大平面図である。
【図４】この実施形態の等速自在継手・ドライブシャフト計測システムの概略構成を示す模式図である。
【図５】（Ａ）はドライブシャフト上に設けられた接続端子の説明図、（Ｂ）は同接続端子に摺接する中間型スリップリングの断面図である。
【図６】この発明の他の実施形態にかかる等速自在継手・ドライブシャフト計測システムの概略構成を示す正面図である。
【図７】同等速自在継手・ドライブシャフト計測システムの概略構成を示す模式図である。
【図８】この発明の他の実施形態にかかる等速自在継手・ドライブシャフト計測システムの概略構成を示す正面図である。
【図９】この発明のさらに他の実施形態にかかる等速自在継手・ドライブシャフト計測システムの概略構成を示す断面図である。
【図１０】（Ａ）は同計測システムにおけるドライブシャフト側の概略構成を示す模式図、（Ｂ）は軸端型スリップリング側の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３３】
２…等速自在継手
４…ドライブシャフト
５…継手外輪
６…継手内輪
１２，１３…歪みゲージ
１４，１４Ａ…スリップリング
１８…無線給電手段
１８ａ…印加電圧発信器
１８ｂ…印加電圧受信器
１９…信号送受手段
１９ａ…出力電圧発信器
１９ｂ…出力電圧受信器
２０…印加電圧発信・出力電圧受信手段
２１…印加電圧受信・出力電圧発信手段
２２…発電装置
【図１】
2006200953.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006200953.tif 000011
【図１０】
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