(57)【要約】【課題】  クラッチ自体で微小から巨大なトルクまでを高精度で入力トルクが検知できて摩耗変形でゼロ点がずれても自動的且つ瞬時にリセットされ、柔らかなクッションで衝撃を緩和し、オンオフが可能で且つ摩耗が少なく高速空転も可能なワンウエイクラッチ機能を備えたトルク、センシング、クラッチを得る。【解決手段】  回転軸に対して傾斜（スキュウ）したローラー係合子を内外輪の円すい軌道面に介装した摩耗の少ないころがり接触のワンウエイクラッチを用いてトルク負荷で生ずる内外輪の軸方向弾性相対変位をセンサーで測定してこれからトルク値を知る。軸に回動固定の中間部材にセンサーを固定して置き、トルクゼロのときの位置を変位の始点としてセットして置く。トルクを除くとスプリングバックで自動的にゼロ点まで戻るのでトルクゼロの信号でもってセンサーをリセットする。検知した電気信号でクラッチを断続、制御することが出来る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸（１）の外径に設けた円すい面（３０）と同じ軸で回動する外輪（２）の内径面に設けた円すい面（３１）との間に保持器手段（４）で回転軸に対して傾斜した係合子のローラー（３）を複数個配置して、トルクを負荷すると係合子（３）が転がって軌道輪間に食い込むと同時に軸（１）と外輪（２）が軸方向に弾性で相対変位するローラークラッチの構成において、
軸（１）と外輪（２）の間に軸（１）または外輪（２）の何れかに、軸方向に位置決めされて回動する基準中間部材（２１）を介装して、若しくは、軸（１）と外輪（２）の両者に一対の軸方向に位置決めされて回動するとともに軸方向相対変位を回転位相に変換する中間部材（２１ａ）（２２ａ）を介装して、前記の軸方向の相対弾性変位若しくは回転位相を計測する手段でトルク値を検出するトルクセンシングクラッチ。
【請求項２】
請求項１のトルクセンシンググラッチに置いて、トルクが消滅、若しくは逆転を示す信号で変位センサーがゼロにリセットされることを特徴としたトルクセンシングクラッチ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  駆動軸のトルク検出装置
【背景技術】
【０００２】  従来動力伝達系の軸トルクを直接読み取る好適な手段がない、例えばエンジンの出力トルクを知るにはスロットル開度、燃料噴射量などから間接的に推定している。そのため変速後の油圧多板クラッチを狙い通りに立ち上がらせることができず１０〜２０％％強めに押し付けるので変速ショックを伴うしネルギロスも生ずる。軸トルクをクラッチ自体が検出すれば誤差が減り燃費改善と変速ショックを抑制できる。  軸トルクのセンサーの試みは、軸の歪により誘起される磁気特性の変化を検出する磁気歪方式とエンコーダ方式がある。磁気歪方式は特許文献１で開示される、駆動軸または駆動軸と一体的に回転する部材の外周にひずみゲージ（通常４個）を取り付け、これら４個のひずみゲージで検出回路（ホイーストンブリッジ回路）を形成し、駆動軸に生じた捩れトルクでひずみゲージの抵抗の値が変化するので、この変化を電圧値として取り出すことでトルク値を検出している。【０００３】エンコーダ方式は特許文献２に開示されるように、トーションバーの両端に設けられた一対のロータリーエンコーダの出力の位相差から捩れの角度を検出する方式である。【０００４】また歪ゲージを用いないメカクラッチ形がある。これは、駆動軸の回転力を軸方向力に変換しこれでコイルスプリングを圧縮して、圧縮量が一定値になるとスイッチが作動して回転を停止する方法が良く知られている。
【特許文献１】特開平１１−２８５９３３号公報
【特許文献２】特開２００２−２２８５２６号公報何れもノイズ、異物の介在による誤動作、収納スペース、弾性変位の場合は部材の捩じれ疲労強度、測定範囲の制約などの課題がある。
【先行技術文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２８５９３３号公報
【特許文献２】特開２００２−２２８５２６号公報
【特許文献３】特開２００８−１９０８９０号公報  図１
【特許文献４】特許５３５２７６９（当出願人と同一人）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  トルク伝達制御媒体のローラークラッチの係合子の弾性変位量で、微小なトルクから巨大トルクまでの広範囲なトルクを正確に検知出来て小形で堅牢で生産性に優れた安価なトルク検知形クラッチが求められる。特に万一摩耗などで原点に誤差が生じてもゼロ、リセット（初期化）が容易で信頼性の高い手段が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  請求項１の手段を述べる。軸トルクを弾性変位量に変換して電気信号化する場合の弾性変位発生に、特許３５２７６９号（本出願人による）で開示の好適な手段を用いれ。つまり図１の軸（符号１）の外径に設けた円すい面（３０）とその外側を該軸（１）を中心に回転する外輪（２）の内径面（３１）に設けた円すい面との間に保持器手段（４）で軸に対して傾斜（スキュウ角β）して保持した複数個の係合子の円柱ローラー（３）を円すいの周上に等間隔で配置した構成を用いる。一方向にトルクを負荷すると、ローラーは、円すい斜面の径の大きい側にトラクションで転がって外輪を弾性で押し広げつつ、同時に軸を弾性で圧縮し、更にローラー係合子は軌道面とヘルツ応力で弾性接近して両円すい面間に強固に高圧固化油膜の粘着力（せん断抵抗）で食い込む。このときトルクに比例して生ずる各部位の弾性変形量の総和が、ローラーの傾斜（スキュウ）角によって軸と外輪の軸方向の相対変位距離、図２、の矢印（６３）に変換される。この弾性相対変位は各部位が塑性変形しない限り、たとえ各部が摩耗したりスリップしても、正確に反復して反映されその実測結果は図３、の横軸のトルク（２７）に対して縦軸２６〈図３、の変位矢印６３）の軸方向の弾性変位曲線２８、のように略二次曲線を描く。【０００８】  トルクを完全に除くと弾性反力でスプリングバックして一瞬に軸方向に変位の始点に戻る、逆に回すとローラーは転走面上をスキュウによる差動すべりの摩擦抵抗を伴って空転する、その空転の摩擦抵抗の軸方向成分（軌道から抜け出そうとする推力）と皿バネ（６）付勢とが釣り合う。この釣り合いは動的で始点位置が不安定になる恐れがある。そのため空転時の摩擦抵抗の切線方向の力を外輪２の外周に設けた図４のスプラインの捩じれ角（スパイラル角）２５、でもって皿バネの付勢力に加担する力に変換してローラーを軌道に押し付けて安定且つ確実にする。そこでスプライン歯面の摩擦抵抗を減らすため低μの表面処理ＤＬＣ，フッ素樹脂コート、油溜りのディンプルを施し起動摩擦抵抗（μ０）を減す。（図省略）。【０００９】弾性変位曲線図３、の実験結果では、図２の外輪２の外径がΦ６０ｍｍで３６ｋｇ−ｍのトルクを安全に繰り返し伝達することができて、その時のローラーの面圧は３．０ＧＰａ、（計算値）で軸１、と外輪２、の軸方向の相対変位距離は実測値で約４ｍｍ、である。外輪の肉厚剛性で変形量が増減するため感度は調節できる。【００１０】従って負荷トルクの大きさは、図３の軸方向の弾性変位距離を変位センサーで測定した電気信号の値で知ることができる。その方法は、図２に示す軸１、若しくは外輪２の何れかに、軸方向には高い精度で位置決めされて回動する基準になる、例えば内部スキマがゼロで回転可能な４点接触の玉軸受（４３）で支持された測定の変位開始の始点になる基準中間部材（２１）を設けて、この基準中間部材（２１）にセンサー（２０）を固定して軸と外輪の軸方向の相対変位をセンサーのロッド（１９）の端子先端を外輪（２）の計測用側面（３５）に当接または近接させて変位（矢印６３）を検知する。
支点の中間部材２１、は延長した部材４１で周囲の静止フレームに固定する。
つまり発明は、軸１と外輪２の間に支点２１、と固定部材３８、と測定点３５の三要素を構成する手段である。【００１１】請求項２の発明は、万一軌道面若しくはローラーに摩耗、塑性変形て変位の測定開始位置がズレたとしても当該ワンウエイクラッチの構成ではローラーは油膜に浮上しているので入力停止、若しくは逆回転したときスプリングバックで変位はゼロ位置に戻る。
例えばモーターであれば電源ＯＮ−ＯＦＦの信号、自動車であればパーキングブレーキの操作信号、スロットル開度のゼロの時、若しくはブレーキの操作、エンジンブレーキ時、エネルギー回生時の信号、またはそれらの複合の電気的信号でもって確実に変位の始点をゼロにリセットできる。【００１２】  当該ローラークラッチは、使用する材料、加工精度、部品が量産中のＩＳＯのころがり軸受と同じであることから、信頼性は、近時の転がり軸受用の鋼の清浄度の改良で例えばころがり接触面圧が２．５ＧＰａ以下では疲労剥離には至らないとする根拠に基づく。
【発明の効果】
【００１３】微小トルクから巨大トルクまで広範囲のトルク計測出来る耐久強度に優れた堅牢で小型のトルクセンシング、クラッチを得ることで、変速ショックを緩和し無駄なトルク消費を減らすことが出来る。更にワンウエイクラッチとしての機能を有しころがり接触特有の高速空転が可能で仮に摩耗してもバネで自動補正され、且つセンサーは逆転で自動的にゼロ復帰リセットされる。しかも電磁力、空圧などを要しない自己保持形締結であって構造が簡単で、材料、部品、製造設備すべてがＩＳＯ規格の円すいころ軸受と全く共通で安価で省エネ。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】は従来技術の特開２００８−１０８９０、ボールに圧電素子の実施例
【図２】は、請求項１、の実施例を示す断面略視図。
【図３】はトルクと軸方向弾性変位の関係の実測曲線。
【図４】外輪外周を傾斜スプラインの実施形態の略視図
【図５】はリニアポテンショメータの構造模式図。
【図６】はロータリエンコーダでのトルク検出の実施の模式図。
【図７】外輪側面に渦電流の発生とコイルのインピーダンス変化でトルクを検出する模式図。
【図８】複列にしたクラッチでのトルク検出の実施例。
【図９】はローラー積層形のクラッチに於けるトルク検出制御の実施例。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  発明を実施するための形態を以下に説明する。
図２、の軸１、と外輪２、ローラー３４、は軸受鋼ＳＵＪ−２で硬さＨＲＣ６２〜３に焼き入れ硬化し研削加工する。円すいの角度は、約１０°で、ローラーのスキュウ角度は、使用油剤と用途に合わせて８〜１０°の範囲で保持器のポケット穴の角度で与える。保持器の材料は、鉄または、強化樹脂、又はＰＥＥＫ材を用いる。以上は転がり軸受部品に準ずる。入力軸１の外径に、軸心に対して５°傾斜し一葉回転双曲面で成る円すい面を設けて、その周上に保持器４、を被せて保持器のポケット穴を軸心に対して８〜１５°傾斜させて、その穴にローラー３、を挿入し、ローラの外周に円すいの内径面の外輪２、を被せる。ローラーは、円すいころでも中空でも球面ころでも、更にはコイルバネのタワミころでも良い。
【実施例１】
【００１６】実施例１を図２に示す。トルクを検出する場合、軸周辺の捩じれ変形、ギヤーボックスの変形が混入しないため図２、の軸１と外輪２、との中間に軸方向の弾性相対変位の始点の基準点になる中間部材（２１）を介装してこれに変位計測装置の代表例１のリニアポテンショメーター本体２０、を固定して外輪２、の側面にポテンショメーター（可変抵抗器）の測定端子１９、を当接する。ゼロ、リセットするためにはアナログ信号をデジタル化してゼロ点復帰信号でゼロ、リセットした後に計測信号のパルスをカウントを開始する。または、測定精度を高くする場合は図６、のセンサーのロッド上に一定ピッチでＮＳ信号を着磁して、磁束応答型のマルチギャップヘッドによって磁束を検出して移動量をパルスに変換する（図省略）。測定トルクをより高精度にするには外輪の肉厚を薄くして弾性変位量を増やせば良い（図省略）
【実施例２】
【００１７】  また、実施例２を図７に示す。図７、のセンサヘッドのコイル３３、の内部に設けたコイルに高周波電流を３６、に印加して高周波磁界３４、を発生させる。その磁界に近接の磁性体である外輪２、の側面が近づくと外輪２、の表面に渦電流３５、が発生してセンサコイル３６、のインピーダンスが変化する。これを高周波検波して外輪２と中間部材２１、との寸法距離ｘに比例して生ずる電圧の変化でもってクラッチに作用する激しい変動トルクによる変位を検知できる。感度を確実にするため外輪２、の側面の平面部（図７の附合３５）の幅をコイルの直径の３．５倍以上にして、且つ面の精度を軸心に直角の回転平面で振れ精度を０．００５ｍｍ以下にする。
【実施例３】
【００１８】ロータリエンコーダ式のセンサーを用いる場合について説明する。
図６、の軸１と外輪２、の間に軸１に回動可能に固定した相対変位の始点となる第一中間基準部材２１ａ、と外輪２に同じく回動可能に固定した変位の始点となる第二中間基準部材２２ａ、の一対を装設して、前記２１ａ、の外径と２２ａ、の内径に図６の１４、に示す４５°のスパイラルスプラインで螺合する。トルクが作用すると軸１と外輪２が軸方向に相対変位するので２１ａ、２２ａは螺合で円周方向に相対揺動変位する。そこで２１ａ、と２２ａ、の重なる部位にＮ極とＳ極を交互に同じ間隔で着磁して磁気エンコーダ（回転側）を構成し揺動変位角による磁極変化をパルス信号で取り出す。また上記円盤の固定側を発光部、回転側を受光部にして円盤上に設けたスリットで位相を読み取る光ロータリエンコーダの場合、分解能を高めれば繊細な信号が得られる。何れも円盤は薄板で軽量のため螺合部の摺接抵抗並びに揺動時の慣性抗力は小さく潤滑油があり摩耗ガタの発生はほとんど生じない。
これらセンサーの取り付け部材の、第１中間静止部材２１、と外輪２に同軸で回動可能な第二中間固定部材２２、は、中間バネ１５でスラスト軸受１０、１６、の隙間がゼロで摺接する。
【実施例４】  図６の１４、に示す４５°のスパイラルスプラインで螺合して軸方向変位を回転運動に変換して図３、のリニアポテンショメーターを回転式のロータリポテンショメータに置き換えると、軸方向の変位量を径の大きな円周上に拡大されるので感度を大幅に上げることができる。（図省略）【００１９】  ロータリエンコーダの場合は逆転時の信号でもってゼロリセットする。逆転の信号は、変位側（図６では１２、１３の何れか片方）スリッドに対して固定側１２、（図６では１２、１３のもう一方）のスリッド板を二枚にして９０°位相させる、すると受光部では回転方向によってずれ方が異なるので正逆の回転方向の判別信号が得られる。（周知技術のため詳細記載省略）。
【実施例５】
【００２０】  上記の実施例に対してスライド摺接のスプライン嵌合が不要でトルクの変動衝撃の吸収能力が倍増する複列式の実施形態を図８、に示す。
入力するトルクが軸１、からスキュウローラー４６、を経て外輪２の遊動輪を駆動し、逆向きにスキュウしたローラー４７を経て内輪４４、に伝わり出力する外輪２、の側面３５、の保持器抑え板の平面部にセンサーのロッド（測定端子１９、）が当接し変位を計測する。センサーは軸に内部スキマがゼロに調節された４点接触形玉軸受４３、で位置が固定された中間基準部材２０、に固定されて中間部材２０、は薄板鋼板のブラケット４１、で軸箱３８、に固定する。
【実施例６】
【００２１】  上記の実施の形態４と同じ機能でローラーの積層形の実施形態を図９に示す。トルクを軸１に入力するとスキュウしたローラー３６ｂ、が軌道間にトラクションで食い込みインタミディエイトリング５５、にトルクが伝わる、するとその外側に設けた逆にスキュウしたローラー３ａ、もトルクで食い込み出力軸２にトルクが伝わる。この場合インタミディエイトリング５５、が軸１に対して軸方向（図９では右方向に）に弾性で相対変位する。この５５、の変位量をその側面３５、に接するポテンショメーター１９、の渦電流発生のコイル先端を非接触で検出する。インタミディエイトリング５５、は皿ばね６、で常時付勢して逆転でもって自動的にゼロ点がリセットされる。センサーコイル３３、を固定の第二基準中間部材２０、は、内部スキマがゼロに調節された４点接触玉軸受でラジアル、スラスト共に隙間がゼロで軸と回動する。【００２２】  図９、では、検出した変位量の信号をコントローラー５９、に入力させてステッピングモーター５８（または制御用のサーボモーター）を回す。モーター５８、の軸の先端に偏心カム６０、が装設されておりカム６０、の回転で外径に当接するスライド部材５７、が図９では左方向に押される。この５７に一体化されているインタミティエイトリング５５、は噛み合ったローラー３ｂ、３ａから引き抜かれてトルク伝達が適度にスリップして減るか遮断される。するとトルクセンサーが減ったトルクを検知してモーターにフィードバックされて過不足の指令を出す。要求する伝達トルクは、モーター５８がセンサー１９が検知するトルク信号によって任意の値に制御される。
【実施例７】
【００２３】以上述べた何れの実施形態も、変位の測定面が全周平面上の一点のみで計測できるので一個のクラッチ内に異種のセンサーを複数個併設することができる。一個内に二系統三系統の独立した回路を設けると信頼性が向上する。〈図省略）【００２４】以上図１〜７の実施例に述べた当該スキュウドローラー形のクラッチでは、入力軸と出力軸の弾性相対変位量を変位センサーで検知して、その信号を基に前述の制御モーターと偏心カムに限らず、油圧、空圧、電磁ソレノイド手段による外力でもって逆にクラッチの相対変位量を強制的に変えてクラッチ自体でトルク伝達量を増減することができることは言うまでもない。〈図省略）
【産業上の利用可能性】
【００２５】  当該トルクセンシングクラッチは、これまで不可能とされた高速オーバラニングが可能で摩耗が無いワンウエイクラッチ、トルクリミッター、トーショナルダンパー、更には衝撃吸収付きのクッションクラッチ機能を有ししかも油圧空圧、電磁力不要の省エネ自己保持形の断続クラッチである。また潤滑剤を選択することで、速度可変の粘性流体継手にもなり動力をマネジメントに好適なトルクセンシングクラッチである。
【符号の説明】
【００２６】１・・・入力軸
２・・・外輪、またはインタミディエイトリング
３、３ａ、３ｂ、４４、４６、４７・・・ローラー係合子
４・・・保持器
５、４９・・・保持器センタリングばね
６、１５、４８、５１・・予圧ばね
７、９、５２・・・出力軸
８・・・スプライン
１２・・・発光側部材
１３・・・受光側円盤部材
１４・・・回転位相に変換の４５°螺合スプライン
１０、１６、１８・・・軸受
１９・・・センサー測定端子
２０・・・リニアポテンショメータ
２１、２１ａ・・・第一原点基準中間部材
２２ａ・・・第二原点基準中間部材
２４、２５・・・傾斜スプラインの歯筋
２６・・・負荷トルク
２７・・軸方向弾性変位
２８・・弾性変位曲線
２９・・弾性変位の最終点
３０・・軸の円スイ面
３１・・外輪の円すい軌道面
１７、３２、４２・・ロックナット
３３・・コイル
３４・・磁束
３７・・渦電流
３６・・給電
３５・・渦電流発生磁性体平面
３８・・ギヤボックス、フレーム
４１・・・静止固定ブラケット
４３・・内部隙間がゼロの４点接触玉軸受
５０・・・平行スプライン
５５・・・出力軸
５７・・・カム操作の作用面
５８・・・サーボモータまたはステッピングモーター
５９・・・コントローラー
６０・・・偏心カム
６２・・・保持器抑え
６３・・・トルク入力による弾性変位の方向
６８・・・保持器抑え兼外輪センタリング部材
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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