(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車において、エンジンからトランスミッションおよびディファレンシャルギヤを介して伝達された回転力を車輪に伝えるドライブシャフトのトルクを検出する装置であって、
トランスミッションとドライブシャフトとの間に配された軸を回転自在に支持する円すいころ軸受の外輪が固定部材に固定され、前記外輪の外周面に、前記外輪の軸方向に伸びる横断面略Ｕ字状の凹所が形成され、ラジアル方向に広がりを持つ面となっている前記凹所のいずれか一方の側面に、トルク検出用の歪みゲージが、その長手方向が前記凹所の長手方向を向くように接着されており、前記歪みゲージが前記外輪のラジアル方向の転動歪みを電圧として出力し、予め求められていた前記歪みゲージの出力電圧の振幅と軸受荷重との関係、および軸受荷重とドライブシャフトのトルクとの関係に基づいて、ドライブシャフトのトルクが検出されるようになされているドライブシャフトのトルク検出装置。
【請求項２】
自動車において、エンジンからトランスミッションおよびディファレンシャルギヤを介して伝達された回転力を車輪に伝えるドライブシャフトのトルクを検出する装置であって、
トランスミッションとドライブシャフトとの間に配された軸を回転自在に支持する円すいころ軸受の外輪が固定部材に固定され、前記固定部材における前記外輪が固定される部分の内周面に、前記外輪の軸方向に伸びる横断面略Ｕ字状の凹所が形成され、前記凹所内に、トルク検出用の歪みゲージが、その長手方向が前記凹所の長手方向を向くように配され、前記歪みゲージが、前記凹所のいずれか一方の側面に接着されており、前記歪みゲージが前記外輪のラジアル方向の転動歪みを電圧として出力し、予め求められていた前記歪みゲージの出力電圧の振幅と軸受荷重との関係、および軸受荷重とドライブシャフトのトルクとの関係に基づいて、ドライブシャフトのトルクが検出されるようになされているドライブシャフトのトルク検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車において、エンジンからトランスミッションおよびディファレンシャルギヤを介して伝達された回転力を車輪に伝えるドライブシャフトのトルクを検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のトラクションコントロールシステム、オートクラッチコントロールシステム、アンチロックブレーキシステムなどにおいては、ドライブシャフトのトルクをコントローラにフィードバックすることが望まれている。
【０００３】
ドライブシャフトのトルクを検出する装置としては、ドライブシャフトをディファレンシャルギヤの出力軸に連結するジョイントのステム部に設けられたトルク検出部を備えており、トルク検出部が、軸状のステム部外周面に周方向に間隔をおいて形成された複数条の磁歪膜と、ステム部の周囲に磁歪膜の列を囲繞するように配されたコイルよりなるトルク検知器とを備えたものが知られている（特開２００１−６５５３７号公報参照）。ここで、磁歪膜は、ステム部の外周面に溝を形成し、ここに磁歪材を溶射する方法、またはアモルファス合金のような磁性薄帯に磁歪材を溶射して磁歪膜を形成して後、磁性薄帯をステム部外周面に接着することにより形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したトルク検出装置では、磁歪膜の形成作業が面倒であるとともに、コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、上記問題を解決し、製造が簡単でかつコストが安いドライブシャフトのトルク検出装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段と発明の効果】
本発明者は、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、エンジンからトランスミッションおよびディファレンシャルギヤを介して伝達された回転力をドライブシャフトに伝える場合、ドライブシャフトの駆動トルクに応じた荷重が、トランスミッションとドライブシャフトとの間に配された軸を回転自在に支持する転がり軸受に負荷されてその固定輪、および固定輪が固定される固定部材の固定輪近傍に周期的な転動歪みが発生し、この転動歪みに基づいてドライブシャフトのトルクを検出しうることを見出した。この発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【０００７】
請求項１の発明によるドライブシャフトのトルク検出装置は、
自動車において、エンジンからトランスミッションおよびディファレンシャルギヤを介して伝達された回転力を車輪に伝えるドライブシャフトのトルクを検出する装置であって、
トランスミッションとドライブシャフトとの間に配された軸を回転自在に支持する円すいころ軸受の外輪が固定部材に固定され、前記外輪の外周面に、前記外輪の軸方向に伸びる横断面略Ｕ字状の凹所が形成され、ラジアル方向に広がりを持つ面となっている前記凹所のいずれか一方の側面に、トルク検出用の歪みゲージが、その長手方向が前記凹所の長手方向を向くように接着されており、前記歪みゲージが前記外輪のラジアル方向の転動歪みを電圧として出力し、予め求められていた前記歪みゲージの出力電圧の振幅と軸受荷重との関係、および軸受荷重とドライブシャフトのトルクとの関係に基づいて、ドライブシャフトのトルクが検出されるようになされているものである。
【０００８】
請求項１の発明のトルク検出装置によれば、エンジンからトランスミッションおよびディファレンシャルギヤを介して伝達された回転力をドライブシャフトに伝える場合に、ドライブシャフトの駆動トルクに応じた荷重が、トランスミッションとドライブシャフトとの間に配された軸を回転自在に支持する円すいころ軸受に負荷され、この円すいころ軸受の固定輪である外輪に周期的な転動歪みが発生して歪みゲージの抵抗が変化する。歪みゲージは、その抵抗の変化を電気信号として出力し、トルク検出部は、この出力信号の振幅に基づいてドライブシャフトのトルクを検出する。
【０００９】
そして、円すいころ軸受の外輪に歪みゲージを接着するだけであるので、その製造が簡単になるとともに、コストが安くなる。
【００１０】
また、円すいころ軸受の固定輪である外輪の場合、荷重を受けると、そのラジアル方向に比較的大きな歪みが発生する。したがって、ラジアル方向に広がりを持つ面となっている前記凹所のいずれか一方の側面に、トルク検出用の歪みゲージが、その長手方向が前記凹所の長手方向を向くように接着されていると、歪みゲージからの出力信号の精度が向上し、ドライブシャフトのトルクをより正確に検出することができる。
【００１１】
さらに、請求項１の発明のトルク検出装置のように、外輪の外周面に、外輪の軸方向に伸びる横断面略Ｕ字状の凹所が形成され、凹所のいずれか一方の側面に、トルク検出用の歪みゲージが、その長手方向が凹所の長手方向を向くように接着されている場合、歪みゲージが、外輪が固定されている固定部材に干渉することがなくなる。
【００１２】
請求項２の発明によるドライブシャフトのトルク検出装置は、
自動車において、エンジンからトランスミッションおよびディファレンシャルギヤを介して伝達された回転力を車輪に伝えるドライブシャフトのトルクを検出する装置であって、
トランスミッションとドライブシャフトとの間に配された軸を回転自在に支持する円すいころ軸受の外輪が固定部材に固定され、前記固定部材における前記外輪が固定される部分の内周面に、前記外輪の軸方向に伸びる横断面略Ｕ字状の凹所が形成され、前記凹所内に、トルク検出用の歪みゲージが、その長手方向が前記凹所の長手方向を向くように配され、前記歪みゲージが、前記凹所のいずれか一方の側面に接着されており、前記歪みゲージが前記外輪のラジアル方向の転動歪みを電圧として出力し、予め求められていた前記歪みゲージの出力電圧の振幅と軸受荷重との関係、および軸受荷重とドライブシャフトのトルクとの関係に基づいて、ドライブシャフトのトルクが検出されるようになされているものである。この場合、外輪に凹所を形成する場合に比べて、外輪の強度低下を防止することができる。
【００１３】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１４】
図１はこの発明によるトルク検出装置を備えたＦＲ自動車におけるディファレンシャルギヤ装置の構成を示し、図２および図３はその要部の構成を示し、図４はこの発明によるトルク検出装置の電気的構成を示す。なお、図１に関する説明において、図面の右側を前、左側を後といい、同じく上下を左右というものとする。
【００１５】
図１において、ディファレンシャルギヤ装置は、ハウジング(1)と、エンジンからトランスミッションおよびプロペラシャフト（いずれも図示略）を介して伝達された回転力により回転させられるディファレンシャルドライブピニオン(2)と、ハウジング(1)内に配されかつ１対のサイドギヤおよび１対のディファレンシャルピニオンギヤを収容したディファレンシャルケース(3)と、ディファレンシャルケース(3)に固定されかつディファレンシャルドライブピニオン(2)と噛み合うリングギヤ(4)と、左右１対のドライブシャフト(5)とを備えている。なお、ディファレンシャルケース(3)内の構造の図示は省略する。各ドライブシャフト(5)に、ディファレンシャルケース(3)内において、各サイドギヤが回転はしないが軸方向に移動しうるように取り付けられている。
【００１６】
ディファレンシャルドライブピニオン(2)は、図示しないプロペラシャフトに連結された入力軸(6)の後端部に固定状に設けられている。入力軸(6)は、前後２つの円すいころ軸受(8)(7)によりハウジング(1)（固定部材）に対して回転自在に支持されている。各ドライブシャフト(5)のディファレンシャルケース(3)側の端部は、円すいころ軸受(9)(10)によりハウジング(1)に対して回転自在に支持されている。ディファレンシャルギヤ装置のここまでの構成は公知である。
【００１７】
図２および図３に示すように、ディファレンシャルドライブピニオン(2)が固定状に設けられた入力軸(6)を支持する後側の円すいころ軸受(7)における固定輪である外輪(7a)の外周面に、前端から後端寄りの部分まで伸びる横断面略Ｕ字状の凹所(11)が形成されている。凹所(11)の両側面および後端面は、それぞれ外輪(7a)のラジアル方向に広がりを持っている。凹所(11)の一方の側面に、トルク検出用の歪みゲージ(12)が接着されており、トルク検出装置は、歪みゲージ(12)の出力信号の振幅に基づいて、ドライブシャフト(5)のトルクを検出するようになっている。
【００１８】
円すいころ軸受(7)が荷重を受けた場合、外輪(7a)のラジアル方向に比較的大きな歪みが発生するので、凹所(11)におけるラジアル方向に広がりを持つ面である側面に歪みゲージ(12)を接着した場合、歪みゲージ(12)からの出力信号の精度が向上するので好ましく、特に凹所(11)の側面の場合は、外輪(7a)の軸方向に十分な長さを確保できるので、より好ましい。
【００１９】
図４に示すように、トルク検出装置は、歪みゲージ(12)の他に、歪みゲージ(12)からの出力信号を増幅する増幅器(13)と、増幅器(13)で増幅された歪みゲージ(12)の出力電圧に基づいてドライブシャフト(5)のトルクを検出するトルク検出部(14)とを備えている。
【００２０】
上述したようなディファレンシャルギヤ装置を備えたＦＲ自動車において、エンジンからトランスミッションおよびディファレンシャルギヤ装置を介して伝達された回転力をドライブシャフト(5)に伝える場合、ドライブシャフト(5)の駆動トルクに応じた荷重が円すいころ軸受(7)に負荷されるため、外輪(7a)には、円すいころ(7b)が１個通過する毎に周期的に変化するラジアル方向の転動歪みが発生する。このような転動歪みが発生すると歪みゲージ(12)の抵抗が周期的に変化し、歪みゲージ(12)は抵抗の変化を電圧として出力する。増幅器(13)は、歪みゲージ(12)からの出力電圧を、たとえば図５に示すように増幅する。トルク検出部(14)には、予め求めておいた歪みゲージ(12)の出力電圧の振幅と軸受荷重との関係（図６参照）、および軸受荷重とドライブシャフト(5)の駆動トルクとの関係（図７参照）が設定されている。トルク検出部(14)は、増幅器(13)からの出力に基づき、上記関係を利用してドライブシャフト(5)の駆動トルクを求め、これをトラクションコントロールシステム、オートクラッチコントロールシステム、アンチロックブレーキシステムなどのコントローラに出力する。
【００２１】
上記実施形態においては、入力軸(6)の後端部を支持する円すいころ軸受(7)の外輪(7a)に歪みゲージ(12)が接着されているが、ドライブシャフトの駆動トルクに応じたラジアル荷重は、他の円すいころ軸受(8)(9)(10)にも負荷され、これらの円すいころ軸受の外輪にも上述したような転動歪みが発生する。したがって、円すいころ軸受(7)の外輪(7a)に代えて、他のいずれかの円すいころ軸受(8)〜(10)の外輪に歪みゲージ(12)を接着してもよい。特に、トラクションコントロールシステム、オートクラッチコントロールシステム、アンチロックブレーキシステムなどにおいては、前進時のドライブシャフトのトルクをコントローラにフィードバックする必要があるので、前進時に荷重が負荷される円すいころ軸受の外輪に、歪みゲージ(12)を接着しておくのがよい。
【００２２】
上記実施形態は、この発明によるトルク検出装置をＦＲ自動車に適用した場合を示したが、マニュアルトランスミッションを備えたＦＦ自動車やオートマチックトランスミッションを備えたＦＦ自動車にも適用可能である。
【００２３】
このようなＦＦ自動車において、歪みゲージが接着される固定輪を有する転がり軸受の配置個所を、図８および図９を参照して説明する。なお、図８および図９に関する説明において、図面の左右を左右というものとする。
【００２４】
図８はＦＦ自動車のマニュアルトランスアクスルの構成を示す。
【００２５】
図８において、マニュアルトランスアクスルは、既に知られているように、トランスミッション部分(20)とディファレンシャル部分(21)とよりなり、トランスミッション部分(20)においてハウジング(22)に対して回転自在に支持されたカウンタシャフト(23)の右端部に歯車(24)が固定状に設けられている。また、ディファレンシャル部分(21)において、１対のサイドギヤおよび１対のディファレンシャルピニオンギヤを収容したディファレンシャルケース(25)がハウジング(22)内に配され、ディファレンシャルケース(25)にカウンタシャフト(23)の歯車(24)と噛み合うリングギヤ(26)が固定されている。ディファレンシャルケース(25)内のサイドギヤは、左右１対のドライブシャフト(27)に、回転はしないが軸方向に移動しうるように取り付けられている。各ドライブシャフト(27)のディファレンシャルケース(25)側の端部は、円すいころ軸受(28)(29)によりハウジング(22)に対して回転自在に支持されている。なお、ディファレンシャルケース(25)内の構造の図示は省略する。
【００２６】
そして、ハウジング(22)に対してドライブシャフト(27)を回転自在に支持するいずれかの円すいころ軸受、好ましくは前進時に荷重を受ける円すいころ軸受の固定輪である外輪に、図２および図３と同様な凹所が形成され、凹所の側面に、トルク検出用の歪みゲージが接着されるようになっている。
【００２７】
図９はＦＦ自動車のオートマチックトランスアクスルの構成を示す。
【００２８】
図９において、オートマチックトランスアクスルは、既に知られているように、トランスミッション部分(30)とディファレンシャル部分(31)とよりなり、右端部に歯車(32)が固定状に設けられたカウンタシャフト(33)が、トランスミッション部分(30)においてハウジング(34)内に配されている。カウンタシャフト(33)の左右両端部が円すいころ軸受(35)(36)によって、同じく長さ方向の中間部が円筒ころ軸受(37)によって、それぞれハウジング(34)に対して回転自在に支持されている。また、ディファレンシャル部分において、１対のサイドギヤおよび１対のディファレンシャルピニオンギヤを収容したディファレンシャルケース(38)がハウジング(34)内に配され、ディファレンシャルケース(38)にカウンタシャフト(33)の歯車(32)と噛み合うリングギヤ(39)が固定されている。ディファレンシャルケース(38)内のサイドギヤは、左右１対のドライブシャフト(40)に、回転はしないが軸方向に移動しうるように取り付けられている。各ドライブシャフト(40)のディファレンシャルケース(38)側の端部は、円すいころ軸受(41)(42)によりハウジング(34)に対して回転自在に支持されている。なお、ディファレンシャルケース(38)内の構造の図示は省略する。
【００２９】
そして、ハウジング(34)に対してカウンタシャフト(33)を回転自在に支持する円すいころ軸受(35)(36)および円筒ころ軸受(37)、ならびにハウジング(34)に対してドライブシャフト(40)を回転自在に支持する円すいころ軸受(41)(42)のうちのいずれかの軸受、好ましくは前進時に荷重を受ける軸受の固定輪である外輪に、図２および図３と同様な凹所が形成され、凹所の側面に、トルク検出用の歪みゲージが接着されるようになっている。
【００３０】
図１０よび図１１は、この発明によるトルク検出装置の他の実施形態を示す。なお、図１０および図１１において、図２および図３に示すものと同一物および同一部分にはそれぞれ同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３１】
図１０および図１１において、ハウジング(1)における円すいころ軸受(7)の外輪(7a)が固定されている部分の内周面に、外輪(7a)の軸方向に伸びる横断面略Ｕ字状の凹所(50)が形成されている。そして、歪みゲージ(12)は凹所(50)内において、外輪(7a)の外周面に接着されている。その他の構成は、図１〜図４に示す実施形態と同一である。
【００３２】
なお、図１０および図１１において、歪みゲージ(12)は、外輪(7a)外周面に代えて、凹所(50)の側面に接着されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明によるトルク検出装置を備えたＦＲ自動車におけるディファレンシャルギヤ装置の構成を示す水平断面図である。
【図２】  図１の一部拡大図である。
【図３】  図２のIII−III線断面図である。
【図４】  この発明によるトルク検出装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】  増幅器により増幅された歪みゲージの出力電圧を示す図である。
【図６】  歪みゲージの出力電圧の振幅と軸受荷重との関係を示すグラフである。
【図７】  軸受荷重とドライブシャフトの駆動トルクとの関係を示すグラフである。
【図８】      ＦＦ自動車のマニュアルトランスアクスルの構成を示す一部切り欠き正面図である。
【図９】  ＦＦ自動車のオートマチックトランスアクスルの構成を示す一部切り欠き正面図である。
【図１０】  この発明によるトルク検出装置の他の実施形態を示す図２相当の断面図である。
【図１１】  図１０のXI−XI線断面図である。
【符号の説明】
(5)(27)(40)：ドライブシャフト
(6)：入力軸
(7)：円すいころ軸受
(7a)：外輪
(8)(9)(10)：円すいころ軸受
(11)(50)：凹所
(12)：歪みゲージ
(33)：カウンタシャフト
(35)(36)：円すいころ軸受
(37)：円筒ころ軸受
(41)(42)：円すいころ軸受
【図１】
0004352162.tif 000002
【図２】
0004352162.tif 000003
【図３】
0004352162.tif 000004
【図４】
0004352162.tif 000005
【図５】
0004352162.tif 000006
【図６】
0004352162.tif 000007
【図７】
0004352162.tif 000008
【図８】
0004352162.tif 000009
【図９】
0004352162.tif 000010
【図１０】
0004352162.tif 000011
【図１１】
0004352162.tif 000012