(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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・シャフト４を介して連結され、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トルク検出装置を有するトルク検出装置の取り付け構造において、トルク検出装置１２が、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。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記トルク検出装置が前記軸継手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。
【請求項２】
前記トルク検出装置と前記軸継手とを相対回転可能に連結するホルダーと、このホルダーと前記駆動部材を収納した収納部材との相対回転を防止する回り止め機構とが設けら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。
【請求項３】
前記ホルダーは、前記トルク検出装置と前記軸継手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請求項２に記載のトルク検出装置の取り付け構造。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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５のいずれかに記載のトルク検出装置の取り付け構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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、前記トルク検出装置が前記軸継手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。
【０００７】
さらに、請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記トルク検出装置と前記軸継手とを相対回転可能に連結するホルダーと、このホルダーと前記駆動部材を収納した収納部材との相対回転を防止する回り止め機構とが設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。
【０００８】
したがって、請求項１または２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。
【０００９】
また、請求項３の発明は、前記ホルダーは、前記トルク検出装置と前記軸継手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３の発明では、請求項２の作用に加えて、トルク検出装置と軸継手とが半径方向に相対移動することが規制される。
【００１１】
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。
【００１２】
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、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。
【００１３】
また、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５の発明では、請求項１ないし４のいずれかの作用に加えて、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６の発明では、請求項１ないし５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。
【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。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が弾性変形するとともに、トルク検出装置２とユニバーサルジョイント・シャフト４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、この発明の軸継手に相当し、センサハウジング１０および軸受１３が、この発明のホルダーに相当し、ユニバーサルジョイント・シャフト４が、ブラケット１６が、この発明の回り止め機構に相当する。また、トランスミッションケース１８およびダストカバー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または２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。
【００４０】
また、請求項３の発明では、請求項１または２の効果に加えて、トルク検出装置と軸継手とが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。
【００４１】
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、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。
【００４２】
また、請求項５の発明では、請求項１ないし４のいずれかの効果に加えて、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６の発明では、請求項１ないし５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。
【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。
【図１】
2004239822.tif 000003
【図２】
2004239822.tif 000004
【図３】
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