(57)【要約】【課題】取り付けの制約が少なく正確に測定可能な自在継手１４のジョイント角測定装置１０を提供する。【解決手段】スパイダ５２の第１軸部４８の一方の軸端５４とその軸端５４に相対回動可能に連結されたアーム部２２とに設けられてそれらの間の第１軸部４８の軸心Ｃ３まわりの相対的な周方向変位Ｌを検出する可変抵抗器７０と、上記周方向変位Ｌとその検出点Ａの軸心Ｃ３からの距離ｒとに基づいてジョイント角θを算出して出力するジョイント角算出装置７２とを備えていることから、上記相対的な周方向変位Ｌは小型の可変抵抗器７０で検出可能となるので、外周側に突き出す部品のための空間が不要となって取り付けの制約が殆ど解消されるとともに、重心の偏心も大幅に小さくなって高速回転となっても誤差が小さく、正確にジョイント角θを測定できる。【選択図】図３
2009236682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する状態で中央部が結合された第１軸部および第２軸部から成る十字軸と、前記第１軸部の一対の軸端にそれぞれ相対回動可能に連結された一対のアーム部を有して第１回転軸に固定された第１ヨークと、前記第２軸部の一対の軸端にそれぞれ相対回動可能に連結された一対のアーム部を有して第２回転軸に固定された第２ヨークとを備えた自在継手において、該第１回転軸と第２回転軸との相互の回転軸心の交差角であるジョイント角を検出する自在継手のジョイント角検出装置であって、
前記第１軸部の一対の軸端と該第１軸部の軸端に相対回動可能に連結された前記一対のアーム部とに設けられてそれらの間の該第１軸部の軸心まわりの相対的な周方向変位を検出する変位検出装置と、
該変位検出装置により検出された周方向変位と該変位検出装置の検出点の前記第１軸部の軸心からの距離とに基づいて前記ジョイント角を算出して出力するジョイント角算出装置と
を、含むことを特徴とする自在継手のジョイント角検出装置。
【請求項２】
前記変位検出装置は、前記第１軸部の軸端および前記一対のアーム部の一方及び他方に固設された、固定抵抗体を有する抵抗体側素子と、該抵抗体側素子の固定抵抗体に摺動可能に接触する接触子を有する接触子側素子とを備え、前記相対的な周方向変位に応じて抵抗値を変化させる可変抵抗器を構成するものである請求項１の自在継手のジョイント角検出装置。
【請求項３】
前記変位検出装置は、前記第１軸部の軸端に固設され、多数の磁極が該第１軸部の軸心を中心とする周方向に連ねて配設された磁性素子と、前記一対のアーム部において該磁性素子の磁極の接近した位置に配置され、該磁極の通過を検出可能な磁気センサ素子とを備え、前記相対的な周方向変位に応じて前記磁極の通過数に対応する数のパルスを出力するものである請求項１の自在継手のジョイント角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自在継手のジョイント角を検出する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、ＦＲ車両，４輪駆動車両、ＲＦ車両などにおいて、変速機から差動歯車装置へ動力を伝達するために、変速機出力軸と推進軸との間、分割推進軸の間、推進軸と差動歯車装置との間などにおいて、相互の回転軸心の交差に拘わらず動力伝達可能に連結する自在継手が知られている。このような自在継手は、互いに直交する状態で中央部が結合された第１軸部および第２軸部から成る十字軸と、上記第１軸部の一対の軸端にそれぞれ相対回動可能に連結された一対のアーム部を有して第１回転軸に固定された第１ヨークと、上記第２軸部の一対の軸端にそれぞれ相対回動可能に連結された一対のアーム部を有して第２回転軸に固定された第２ヨークとを備えて構成され、ユニバーサルジョイントとも称される。そして、このような自在継手におけるジョイント角は、車両の急加速時の振動やこもり音等の車両の性能に影響することから、品質管理などのために測定されている。
【０００３】
上記自在継手のジョイント角は車両の急加速時の振動やこもり音等の車両の性能に影響することから、品質管理などのために、そのジョイント角の測定装置が提案されている。たとえば特許文献１に記載されたものがそれである。
【特許文献１】特開平０９−１４５３５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来のジョイント角測定装置は、自在継手が連結する一対の軸部材の側面の２点間に設けられて、それら２点間の距離の変化を測定する変位センサから構成される。この変位センサは、一方の軸部材に支持ベースを介して固定された検出器とその検出器から突き出すスピンドルの先端の接触子を接触させるために他方の軸部材に固定されたアタッチメントとから構成されている。このため、外周側に突き出す部品のための空間が必要であるために取り付けが困難な場合があった。また、それらの部品から構成される変位センサによって重心が偏心するため、高速回転となるほど誤差が大きくなって正確にジョイント角が測定できない場合があった。
【０００５】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、取り付けの制約が少なく正確に測定可能な自在継手のジョイント角測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、自在継手において、十字軸を構成する第１軸部の一対の軸端とその第１軸部の軸端に相対回動可能に連結された前記一対のアーム部との相対的な回動角、すなわち、それら第１軸部とそれに相対回動可能に連結されたアーム部との間の周方向変位が、自在継手のジョイント角に対応しており、その周方向変位は、十分に小型の変位検出装置で検出可能であることを見いだした。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【０００７】
すなわち、請求項１にかかる発明の要旨とするところは、互いに直交する状態で中央部が結合された第１軸部および第２軸部から成る十字軸と、前記第１軸部の一対の軸端にそれぞれ相対回動可能に連結された一対のアーム部を有して第１回転軸に固定された第１ヨークと、前記第２軸部の一対の軸端にそれぞれ相対回動可能に連結された一対のアーム部を有して第２回転軸に固定された第２ヨークとを備えた自在継手において、その第１回転軸と第２回転軸との相互の回転軸心の交差角であるジョイント角を検出する自在継手のジョイント角検出装置であって、（ａ）前記第１軸部の一対の軸端とその第１軸部の軸端に相対回動可能に連結された前記一対のアーム部とに設けられてそれらの間の上記第１軸部の軸心まわりの相対的な周方向変位を検出する変位検出装置と、（ｂ）その変位検出装置により検出された周方向変位とその変位検出装置の検出点の前記第１軸部の軸心からの距離とに基づいて前記ジョイント角を算出して出力するジョイント角算出装置とを、含むことにある。
【０００８】
また、請求項２にかかる発明の要旨とするところは、請求項１にかかる発明において、前記変位検出装置は、前記第１軸部の軸端および前記一対のアーム部の一方及び他方に固設された、固定抵抗体を有する抵抗体側素子と、その抵抗体側素子の固定抵抗体に摺動可能に接触する接触子を有する接触子側素子とを備え、前記相対的な周方向変位に応じて抵抗値を変化させる可変抵抗器を構成するものであることにある。
【０００９】
また、請求項３にかかる発明の要旨とするところは、請求項１にかかる発明において、前記変位検出装置は、前記第１軸部の軸端に固設され、多数の磁極がその第１軸部の軸心を中心とする周方向に連ねて配設された磁性素子と、前記一対のアーム部においてその磁性素子の磁極の接近した位置に配置され、その磁極の通過を検出可能な磁気センサ素子とを備え、前記相対的な周方向変位に応じて上記磁極の通過数に対応する数のパルスを出力するものであることにある。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１にかかる発明の自在継手のジョイント角検出装置によれば、前記第１軸部の一対の軸端とその第１軸部の軸端に相対回動可能に連結された前記一対のアーム部とに設けられてそれらの間の第１軸部の軸心まわりの相対的な周方向変位を検出する変位検出装置と、その変位検出装置により検出された周方向変位とその変位検出装置の検出点の前記第１軸部の軸心からの距離とに基づいて前記ジョイント角を算出して出力するジョイント角算出装置とを備えていることから、それら第１軸部の軸端とその第１軸部の軸端に相対回動可能に連結されたアーム部との間の第１軸部の軸心まわりの相対的な周方向変位は小型の変位検出装置で検出可能となるので、外周側に突き出す部品のための空間が不要となって取り付けの制約が殆ど解消されるとともに、重心の偏心も大幅に小さくなって高速回転となっても誤差が小さく、正確にジョイント角を測定できる。
【００１１】
また、請求項２にかかる発明の自在継手のジョイント角測定装置によれば、前記変位検出装置は、前記第１軸部の軸端および前記一対のアーム部の一方及び他方に固設された、固定抵抗体を有する抵抗体側素子と、その抵抗体側素子の固定抵抗体に摺動可能に接触する接触子を有する接触子側素子とを備え、前記相対的な周方向変位に応じて抵抗値を変化させる可変抵抗器を構成するものであることから、外周側に突き出す部品のための空間が不要となって取り付けの制約が殆ど解消されるとともに、重心の偏心も大幅に小さくなって高速回転となっても誤差が小さく、正確にジョイント角を測定できる。
【００１２】
また、請求項３にかかる発明の自在継手のジョイント角測定装置によれば、前記変位検出装置は、前記第１軸部の軸端に固設され、多数の磁極がその第１軸部の軸心を中心とする周方向に連ねて配設された磁性素子と、前記一対のアーム部において該磁性素子の磁極の接近した位置に配置され、その磁極の通過を検出可能な磁気センサ素子とを備え、前記相対的な周方向変位に応じて上記磁極の通過数に対応する数のパルスを出力するものであることから、外周側に突き出す部品のための空間が不要となって取り付けの制約が殆ど解消されるとともに、重心の偏心も大幅に小さくなって高速回転となっても誤差が小さく、正確にジョイント角を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例のジョイント角検出装置１０を示すブロック図と、ジョイント角検出装置１０が好適に適用される車両用の推進軸８の一部とを示している。ここでは、先ず、上記車両用の推進軸８に関して説明する。
【００１５】
図１において、たとえばＦＲ車両において図示しない変速機から差動歯車装置へ動力を伝達するための車両用の推進軸８は、たとえば、上記変速機の出力軸に一端が連結された第１分割推進軸１２と、その第１分割推進軸１２の他端に一端が自在継手（ユニバーサルジョイント）１４を介して連結され、上記差動歯車装置の入力軸に他端が連結された第２分割推進軸１６とを備えている。自在継手１４は、第１分割推進軸１２と第２分割推進軸１６との間で、それらの回転軸心Ｃ１、Ｃ２の交差角であるジョイント角θ[rad]が所定の大きさを有していても回転（トルク）を伝達するシェルカップ型の継手であるフック式自在継手である。
【００１６】
第１分割推進軸１２は、その第１分割推進軸１２と共通する回転軸心Ｃ１を有する円管状の溶接管から成る第１回転軸１８と、その第１回転軸１８の一端が一面側に接合されている円盤状の基部２０、およびその基部２０の他面側のうち回転軸心Ｃ１に対して相互に反対側に位置する外周部から回転軸心Ｃ１と平行な方向へそれぞれ突き出す一対のアーム部２２を有する第１ヨーク２４とを、備えている。
【００１７】
第２分割推進軸１６は、その第２分割推進軸１６と共通する回転軸心Ｃ２を有する円管状の溶接管から成る第２回転軸２６と、その第２回転軸２６の一端が一面側に接合されている円盤状の基部２８、およびその基部２８の他面側のうち回転軸心Ｃ２に対して相互に反対側に位置する外周部から回転軸心Ｃ２と平行な方向へそれぞれ突き出す一対のアーム部３０を有する第２ヨーク３２とを、備えている。
【００１８】
図２は、図１の推進軸８の自在継手１４を拡大して一部を切り欠いて断面で示す、図１のII矢視部拡大図である。図２において、自在継手１４は、第１分割推進軸１２と第２分割推進軸１６との相互の回転軸心Ｃ１、Ｃ２の交差点を通り且つ回転軸心Ｃ１に略直交する軸心Ｃ３を有する第１軸部４８、および上記交差点を通り且つ回転軸心Ｃ２に略直交する軸心Ｃ４を有する第２軸部５０を含み、その第１軸部４８および第２軸部５０の中央部が互いに直交する状態で結合されて成るスパイダ（十字軸）５２と、複数本の針状円柱状のニードルローラ５６および有底円筒状のカップ５８を介して第１軸部４８の一対の軸端５４に軸心Ｃ３まわりにそれぞれ相対回動可能に連結された前記一対のアーム部２２を有して、第１回転軸１８に固定された前記第１ヨーク２４と、複数本の針状円柱状のニードルローラ５６および有底円筒状のカップ５８を介して第２軸部５０の一対の軸端６０に軸心Ｃ４まわりにそれぞれ相対回動可能に連結された前記一対のアーム部３０を有して、第２回転軸２６に固定された前記第２ヨーク３２とを、備えている。
【００１９】
上記一対のアーム部２２に固定された２個のカップ５８は、その一対のアーム部２２の先端にそれぞれ軸心Ｃ３方向に形成された一対の貫通穴６２に、相互に開口部が対向するようにそれぞれ嵌め入れられており、また、上記一対のアーム部３０に固定された２個のカップ５８は、その一対のアーム部３０の先端にそれぞれ軸心Ｃ４方向に形成された一対の貫通穴６４に、相互に開口部が対向するようにそれぞれ嵌め入れられている。本実施例では、上記一対のアーム部２２に固定された２個のカップ５８は、それらのカップ５８の外周面に形成された円環状のスナップ溝にそれぞれ嵌め入れられたスナップリング６６が各アーム部２２の相対向する内側の面に当接するまでそれぞれ圧入されて、各アーム部２２に対して軸心Ｃ３まわりに相対回転不能に固定されており、また、上記一対のアーム部３０に固定された２個のカップ５８は、それらのカップ５８の外周面に形成された円環状のスナップ溝にそれぞれ嵌め入れられたスナップリング６６が各アーム部３０の相対向する内側の面に当接するまでそれぞれ圧入されて、各アーム部３０に対して軸心Ｃ４まわりに相対回転不能に固定されている。
【００２０】
また、各カップ５８の内周面には、スパイダ５２の各軸端５４、６０のうちいずれか１がそれぞれ嵌め入れられており、上記複数個のニードルローラ５６は、各軸端５４、６０の外周面とそれらの各軸端５４、６０に連結された各カップ５８の内周面との間に形成された円環状の間隙にそれぞれ総コロ状態で配置された状態で、各軸端５４、６０に嵌め入れられた円環状のワッシャ６８によりその間隙から抜け出ることが阻止されている。
【００２１】
以上のように構成される推進軸８は、車両の駆動に際して、図示しないエンジンで発生させられて変速機を介して推進軸８に入力された動力を図示しない差動歯車装置等を介して駆動輪に伝達する。その動力伝達経路の途中に位置する自在継手１４は、第１ヨーク２４に入力された動力すなわち回転軸心Ｃ１まわりのトルクを、その第１ヨーク２４の一対のアーム部２２、およびその一対のアーム部２２に固定された一対のカップ５８、およびそれら一対カップ５８の内周面にそれぞれ配置させられた複数本のニードルローラ５６、およびスパイダ５２、およびそのスパイダ５２の一対の軸端６０の外周面にそれぞれ配置させられた複数本のニードルローラ５６、および一対のアーム部３０に固定された一対のカップ５８を順に介して、第２ヨーク３２（一対のアーム部３０）に伝達するようになっている。
【００２２】
そのトルク伝達の際には、第１回転軸１８と第２回転軸２６との相互の交差角であるジョイント角θに応じて、スパイダ５２の各軸端５４、６０がそれらの各軸端５４、６０に連結されたカップ５８（各アーム部２２、３０）に対して軸心Ｃ３または軸心Ｃ４まわりに相対回動しつつ、スパイダ５２が回転軸心Ｃ１および回転軸心Ｃ２まわりに回転する。そのときの各軸端５４、６０とそれらの各軸端５４、６０に相対回動可能に連結されたカップ５８（各アーム部２２、３０）との相対的な回動角α[rad]は、ジョイント角θが常に一定であった場合、ジョイント角θに比例する２倍となり、式(１)が成り立つ。
【００２３】
α ＝ ２θ  ・・・式(１)
【００２４】
ここで、たとえば一対のアーム部２２を基準にして、第１軸部４８の軸心Ｃ３からその軸心Ｃ３に直交する方向の所定距離ｒ[m]に位置する点（後述の検出点Ａに相当）が軸心Ｃ３まわりに回動角αだけ移動する場合、その点の軸心Ｃ３まわりの相対的な周方向変位Ｌ[m]は、式(２)で示されるようになる。
【００２５】
Ｌ ＝ ｒ＊α  ・・・式(２)
【００２６】
したがって、式(１)および式(２)から式(３)が成り立つ。すなわち、ジョイント角θは、第１軸部４８の軸心Ｃ３に直交する方向に位置する点の軸心Ｃ３まわりの周方向変位Ｌと、その点の軸心Ｃ３からの所定距離ｒ[m]とから算出される。
【００２７】
θ ＝ Ｌ／２ｒ  ・・・式(３)
【００２８】
本実施例のジョイント角検出装置１０は、式(３)に基づいて、第１回転軸１８と第２回転軸２６との相互の回転軸心Ｃ１、Ｃ２の交差角であるジョイント角θを検出するものである。
【００２９】
続いて、ジョイント角検出装置１０に関して説明する。図１に戻って、ジョイント角検出装置１０は、第１軸部４８の一方の軸端５４とその一方の軸端５４に相対回動可能に連結されたアーム部２２とに設けられて、それらの間の第１軸部４８の軸心Ｃ３まわりの相対的な周方向変位Ｌを検出する変位検出装置としての可変抵抗器７０と、その可変抵抗器７０により検出された周方向変位Ｌ、および可変抵抗器７０における検出点Ａの回転半径すなわち軸心Ｃ３からの所定距離（距離）ｒに基づいてジョイント角θを算出して出力するジョイント角算出装置７２とを、備えている。
【００３０】
ジョイント角算出装置７２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、および入出力インターフェイス等を備えた所謂マイクロコンピュータを含み、予め記憶されたプログラムに従って上記入出力インターフェイスを介して入力された入力信号を処理する電子制御装置７４と、光磁気ディスクやハードディスクあるいは半導体メモリ等の記憶媒体を含む外部的な記憶装置７６と、二次元平面において文字、記号、および画像などを表示可能な画像表示装置７８と、キーボードやマウス等を含む入力操作装置８０とを、備えている。電子制御装置７４には、可変抵抗器７０、記憶装置７６、画像表示装置７８、および入力操作装置８０が上記インターフェイスを介して電気的に接続されている。
【００３１】
図３は、図２の可変抵抗器７０を含む第１軸部４８の軸心Ｃ３に直交する断面を示す、図２のIII−III視断面図である。図２または図３において、可変抵抗器７０は、第１軸部４８の一方の軸端５４に固設された、固定抵抗体としての抵抗膜８２を有する抵抗体側素子８４と、上記一方の軸端５４に連結されたアーム部２２のカップ５８に固設された、上記抵抗体側素子８４の抵抗膜８２に摺動可能に接触する接触子８６を有する接触子側素子８８とを、備えている。
【００３２】
図４は、抵抗体側素子８４を示す斜視図である。図２乃至図４に示すように、抵抗体側素子８４は、軸心Ｃ３を中心とする部分円筒状の基部９０、およびその基部９０の内周面のうち回転軸心Ｃ１寄りの部位から軸心Ｃ３に向かって延出する扇形状の取付部９２を有して成形された金属製または樹脂製の基板９４と、その基板９４の基部９０の内周面のうち取付部９２が設けられていない面に膜状に設けられた絶縁材料から成る絶縁基板９６と、その絶縁基板９６の内周面のうち取付部９２寄りの面に、軸心Ｃ３を中心とする周方向の膜状に設けられた例えば導電性プラスチックや複合導電性プラスチックの抵抗体あるいはサーメット抵抗から成る前記抵抗膜８２と、絶縁基板９６の内周面のうち抵抗膜８２の取付部９２に対する反対側の面に、軸心Ｃ３を中心とする周方向の膜状に抵抗膜８２と離間して設けられた例えば銅や銀等を含む導体から成る導体膜９８と、抵抗膜８２および導体膜９８の一端同士を電気的に導通させるように連結する例えば銅や銀等を含む導体から成る膜状の連結膜１００とを、備えている。上記抵抗膜８２の内周面は、図３に示すように、軸心Ｃ３を中心とする曲率半径が所定距離ｒの円筒内周面である。この抵抗体側素子８４は、取付部９２における軸心Ｃ３を中心とする径方向の軸心Ｃ３寄りの端面である取付面１０２が前記第１軸部４８の一方の軸端５４の外周面に接着等されることにより固定されている。
【００３３】
ここで、上記複合導電性プラスチックの抵抗体とは、カーボンあるいは金属（金、銀、銅、アルミニウム、鉄、ステンレス、ニッケルなど）の粉末や繊維が分散して複合された導電性を有するプラスチックであり、特にカーボンを含むものをカーボン抵抗と称する。
【００３４】
抵抗膜８２が上記カーボン抵抗から成る場合は、その抵抗膜８２は、たとえば、黒鉛（グラファイト）やカーボンブラックなどのカーボン微粉末がエポキシ樹脂またはフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂と混合され、これがスクリーン印刷などの方法によって絶縁基板９６上に形成されて硬化させられたものである。
【００３５】
また、抵抗膜８２が前記サーメット抵抗から成る場合は、その抵抗膜８２は、たとえば、ルテニウム化合物やAg−Pdなどの貴金属の微粉末が低融点ガラス粉と混合され、これがスクリーン印刷などの方法によって絶縁基板９６に形成されて700〜850℃で焼結された抵抗体である。このときの焼成温度は高温であるため、絶縁基板９６には例えばアルミナ基板等が用いられる。
【００３６】
図５は、接触子側素子８８を示す斜視図である。図２、図３または図５に示すように、接触子側素子８８は、抵抗体側素子８４の抵抗膜８２および導体膜９８の各内周面に対向する外周面を有して、軸心Ｃ３を中心とする部分円筒状に成形された金属製または樹脂製の基板１０４と、その基板１０４の外周面に膜状に設けられた絶縁材料から成る絶縁基板１０６と、その絶縁基板１０６の外周面のうち抵抗膜８２および導体膜９８にそれぞれ相対向した各部位にそれぞれ固設された端子１０８、およびそれらの端子１０８から軸心Ｃ３まわりの周方向へそれぞれ延び出して抵抗膜８２および導体膜９８の各内周面に対してそれぞれ付勢する状態で接触している接触端部１０９をそれぞれ有する、バネ性の導電性材料から成る一対の接触子８６とを、備えている。本実施例における一対の接触子８６は、それぞれの接触端部１０９が軸心Ｃ３を中心とする径方向外側に向かって湾曲しており、抵抗膜８２および導体膜９８の各内周面に対して線接触するようになっている。本実施例では、一方の接触子８６と抵抗膜８２との接触部位が検出点Ａである。また、接触子側素子８８は、基板１０４における軸心Ｃ３を中心とする径方向の軸心Ｃ３寄りの端面である取付面１１０がカップ５８の外周面に接着等されることにより固定されている。
【００３７】
可変抵抗器７０は、前述のように、電子制御装置７４に対して前記電子制御装置７４のインターフェイスを介して電気的に接続されているが、具体的には、可変抵抗器７０は、一対の接触子８６のそれぞれの端子１０８間の電気的な抵抗値Ｒ[Ω]が検出できるように、第１回転軸１８に対して絶縁された状態でその第１回転軸１８に設けられた一対のスリップリング１１１およびそれらの各スリップリング１１１に対してそれぞれ付勢させられつつ当接させられた一対のブラシ１１２を介して接続されている。その検出される抵抗値Ｒは、接触子８６と抵抗膜８２との摺動接点としての検出点Ａの抵抗膜８２に対する軸心Ｃ３まわりの相対的な周方向変位Ｌによって変化する。すなわち、検出点Ａが連結膜１００に近いほど抵抗値Ｒは小さくなり、検出点Ａが連結膜１００から遠いほど抵抗値Ｒは大きくなる。可変抵抗器７０は、接触子８６のスライド量（摺動量）によって抵抗値Ｒを変化させるスライド式可変抵抗器として機能する。
【００３８】
本実施例のジョイント角検出装置１０においては、検出点Ａの軸心Ｃ３まわりの相対的な周方向変位Ｌとその周方向変位Ｌに伴って変化する抵抗値Ｒの最大値および最小値の差（振幅）である抵抗値差△Ｒとの関係は比例関係になり、次式(４)が成り立つ。式(４)において、Ｋ１は比例定数である。
【００３９】
Ｌ ＝ Ｋ１＊△Ｒ  ・・・式(４)
【００４０】
したがって、式(３)および式(４)から、次式(５)が成り立つ。
【００４１】
θ ＝ Ｋ１＊△Ｒ／２ｒ  ・・・式(５)
【００４２】
前記電子制御装置７４のＲＯＭには、予め実験等により算出された比例定数Ｋ１と共に、上記式(５)にて示されるジョイント角θと抵抗値差△Ｒとの関係が予め記憶されている。なお、本実施例のジョイント角検出装置１０においては、上記関係は式(４)に示す比例関係となっているが、これに限らない。また、上記関係は、上記のように演算式の形式で記憶されているが、これに限らず、例えばマップ形式により記憶されてもよい。
【００４３】
以上のように構成される自在継手８のジョイント角検出装置１０は、推進軸８がトルク伝達を行う際にスパイダ５２の軸端５４がその軸端５４に連結されたカップ５８（アーム部２２）に対して軸心Ｃ３まわりに相対回動することに伴って、上記軸端５４に固設された接触子側素子８８が上記カップ５８に固設された抵抗体側素子８４に対して軸心Ｃ３まわりに相対回動するようになっている。これにより、接触子８６の先端端部１０９が抵抗膜８２に対して摺動しつつ軸心Ｃ３まわりの周方向に変位する。
【００４４】
図６は、上記トルク伝達を行う際に検出された抵抗値Ｒの時系列変化の一例を示す図である。この一例はジョイント角θが一定であった場合であるため、抵抗値Ｒは一定の正弦曲線を示している。図６において、抵抗値Ｒの最大値および最小値の差（振幅）が抵抗値差△Ｒである。
【００４５】
ここで、ジョイント角θが算出される際の電子制御装置７４の制御作動を説明する。先ず、可変抵抗器７０により検出されて入力された抵抗値Ｒを示す電気的入力信号に基づいて、抵抗値差△Ｒが算出される。具体的には、たとえば数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃの所定の周期ごとに電子制御装置７４に入力された抵抗値Ｒのうち、最大値と最小値とが算出されてその差が求められる。次いで、予め記憶された式(５)に示す関係から上記算出された抵抗値差△Ｒに基づいてジョイント角θが算出される。次いで、適宜、その算出されたジョイント角θ等が、画像表示装置７８に数値やグラフにて表示され、記憶装置７６に記憶されるようになっている。
【００４６】
上述のように、本実施例の自在継手８のジョイント角検出装置１０によれば、第１軸部４８の一対の軸端５４とその第１軸部４８の軸端５４に相対回動可能に連結された一対のアーム部２２とに設けられてそれらの間の第１軸部４８の軸心Ｃ３まわりの相対的な周方向変位Ｌを検出する変位検出装置としての可変抵抗器７０と、その可変抵抗器７０により検出された周方向変位Ｌとその可変抵抗器７０の検出点Ａの第１軸部４８の軸心Ｃ３からの距離ｒとに基づいてジョイント角θを算出して出力するジョイント角算出装置７２とを備えていることから、それら第１軸部４８の軸端５４とその第１軸部４８の軸端５４に相対回動可能に連結されたアーム部２２との間の第１軸部４８の軸心Ｃ３まわりの相対的な周方向変位Ｌは小型の可変抵抗器７０で検出可能となるので、外周側に突き出す部品のための空間が不要となって取り付けの制約が殆ど解消されるとともに、重心の偏心も大幅に小さくなって高速回転となっても誤差が小さく、正確にジョイント角θを測定できる。
【００４７】
また、本実施例の自在継手８のジョイント角検出装置１０によれば、可変抵抗器７０は、第１軸部４８の一方の軸端５４に固設された固定抵抗体としての抵抗膜８２を有する抵抗体側素子８４と、その一方の軸端５４に対応するアーム部２２に固定されたカップ５８に固設されて抵抗体側素子８４の抵抗膜８２に摺動可能に接触する接触子８６を有する接触子側素子８８とを備え、前記相対的な周方向変位Ｌに応じて一対の接触子８６間の抵抗値Ｒを変化させるスライド式可変抵抗器を構成するものであることから、外周側に突き出す部品のための空間が不要となって取り付けの制約が殆ど解消されるとともに、重心の偏心も大幅に小さくなって高速回転となっても誤差が小さく、正確にジョイント角θを測定できる。
【実施例２】
【００４８】
次に、本発明の他の実施例について説明する。なお、以下の実施例の説明において、前述の実施例と重複する部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
図７は、本発明が適用された他の実施例のジョイント角検出装置１１３の変位検出装置としての磁気センサ１１４を示す、前述の実施例における図３に相当する図である。図７において、磁気センサ１１４は磁性素子１１６と、磁気センサ素子１１８とを備えている。
【００５０】
図８は、磁性素子１１６を示す斜視図であり、図９は、磁気センサ素子１１８を示す斜視図である。図７および図８において、磁性素子１１６は、前記第１軸部４８の一方の軸端５４に固設された基板９４と、その基板９４の基部９０の内周面において、多数の磁極すなわちＮ極ｎおよびＳ極ｓがその第１軸部４８の軸心Ｃ３を中心とする周方向に順に連ねて着磁すなわち配設された部分円筒状の磁性体１２０とを、備えている。図７または図８においては、便宜上、Ｎ極ｎおよびＳ極ｓの間隔が実際よりも大きくなるように図示してある。なお、上記Ｎ極ｎおよびＳ極ｓの間隔は全ての磁極間で略一定である。
【００５１】
また、図７および図９において、磁気センサ素子１１８は、磁性素子１１６が固設された上記一方の軸端５４に連結されたアーム部２２において、そのアーム部２２に固定されたカップ５８の外周面に固設された基板１０４と、その基板１０４の円筒面状の外周面に固設された絶縁基板１０６と、その絶縁基板１０６の円筒面状の外周面上であって磁性素子１１６の磁極の接近した位置に配置され、上記Ｎ極ｎおよびＳ極ｓ等の磁極の通過を検出可能なホール素子１２２とを、備えている。上記ホール素子１２２は、所謂ホール効果を用いて磁界の強さおよび向きを電気信号として検出するものである。上記ホール効果とは、磁界中にある半導体にその磁界と垂直向きの電流が流れた際、その半導体の垂直方向に上記磁界の強さおよび向きに応じた起電力Ｅ[V]が生ずる現象である。
【００５２】
磁気センサ１１４は、電子制御装置７４に対して前記電子制御装置７４のインターフェイスを介して電気的に接続されるが、具体的には、上記ホール効果によりホール素子１２２に生じた上記起電力Ｅが検出できるように、スリップリング１１１およびブラシ１１２を介して接続されている。その検出される起電力Ｅは、磁性体１２０に対向する磁気センサ１２２の表面の略中央に位置する検出点Ａの磁性体１２０に対する軸心Ｃ３まわりの相対的な周方向位置によって変化する。すなわち、本実施例の磁気センサ１１４においては、上記起電力Ｅは、検出点Ａが磁性体１２０のうちＮ極ｎに相対向したときに最大値（正の値のうち絶対値の最大値）になり、検出点Ａが磁性体１２０のうちＳ極ｓに相対向したときに最小値（負の値のうち絶対値の最大値）になり、軸心Ｃまわりの周方向におけるＮ極ｎとＳ極ｓとの間の中央に位置するときに０（零）になる。磁気センサ１１４は、検出点Ａの軸心Ｃ３まわりの周方向変位Ｌに応じてＮ極ｎあるいはＳ極ｓ（磁極）の通過数に対応する数のパルスを出力するものである。なお、磁極の数を変更するすなわち正極Ｎおよび負極Ｓの配置ピッチを狭くすることにより、周方向の単位変位あたりの出力パルス数が変更可能であり、それのより周方向変位Ｌ検出の分解能を向上させることができる。
【００５３】
本実施例のジョイント角検出装置１１３においては、検出点Ａの軸心Ｃ３まわりの相対的な周方向変位Ｌと、その周方向変位Ｌの間に磁気センサ１１４から出力されるパルスの数であるパルス数Ｐとの関係は、Ｎ極ｎおよびＳ極ｓの間隔が全ての磁極間で一定であるため比例関係になり、次式(６)が成り立つ。式(６)において、Ｋ２は比例定数である。
【００５４】
Ｌ ＝ Ｋ２＊Ｐ  ・・・式(６)
【００５５】
したがって、式(３)および式(６)から、次式(７)が成り立つ。
【００５６】
θ ＝ Ｋ２＊Ｐ／２ｒ  ・・・式(７)
【００５７】
前記電子制御装置７４のＲＯＭには、予め実験等により算出された比例定数Ｋ２と共に、上記式(７)にて示されるジョイント角θとパルス数Ｐとの関係が予め記憶されている。本実施例のジョイント角検出装置１１３においては、上記関係は演算式の形式で記憶されているが、これに限らず、例えばマップ形式により記憶されてもよい。
【００５８】
以上のように構成される自在継手８のジョイント角検出装置１１３は、推進軸８がトルク伝達を行う際にスパイダ５２の軸端５４がその軸端５４に連結されたカップ５８（アーム部２２）に対して軸心Ｃ３まわりに相対回動することに伴って、上記軸端５４に固設された磁性素子１１６が上記カップ５８に固設された磁気センサ素子１１８に対して軸心Ｃ３まわりに相対回動するようになっている。これにより、検出点Ａが軸心Ｃ３まわりの周方向に相対的に変位する。
【００５９】
ここで、ジョイント角θが算出される際の電子制御装置７４の制御作動を説明する。先ず、磁気センサ１１４により検出されてたとえば数ｍｓｅｃ〜数十ｍｓｅｃの所定の周期ごとに電子制御装置７４に入力された起電力Ｅを示すパルス状の電気的入力信号に基づいて、そのパルス数Ｐが算出される。次いで、予め記憶された式(７)に示す関係から上記算出されたパルス数Ｐに基づいてジョイント角θが算出される。次いで、適宜、その算出されたジョイント角θ等が、画像表示装置７８に数値やグラフにて表示されて、記憶装置７６に記憶されるようになっている。
【００６０】
上述のように、本実施例の自在継手８のジョイント角検出装置１０によれば、変位検出装置としての磁気センサ１１４は、第１軸部４８の一方の軸端５４に固設され、多数の磁極すなわちＮ極ｎおよびＳ極ｓがその第１軸部４８の軸心Ｃ３を中心とする周方向に連ねて順に配設された磁性体１２０を有する磁性素子１１６と、上記一方の軸端５４に対応する一方のアーム部２２において、その磁性素子１１６の磁極の接近した位置に配置され、その磁極の通過を検出可能な磁気センサ素子１１８とを備え、前記相対的な周方向変位Ｌに応じて上記磁極の通過数に対応するパルス数Ｐを出力するものであることから、外周側に突き出す部品のための空間が不要となって取り付けの制約が殆ど解消されるとともに、重心の偏心も大幅に小さくなって高速回転となっても誤差が小さく、正確にジョイント角θを測定できる。
【００６１】
以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。
【００６２】
たとえば、前述の実施例において、抵抗体側素子８４および磁性素子１１６は、第１軸部４８の一方の軸端５４に設けられ、接触子側素子８８および磁気センサ素子１１８は、上記一方の軸端５４に連結されたカップ５８に設けられていたが、これに限られない。たとえば、抵抗体側素子８４および磁性素子１１６は、第１軸部４８の他方の軸端５４または第２軸部５０の一方あるいは他方の軸端６０に設けられ、接触子側素子８８および磁気センサ素子１１８は、上記抵抗体側素子８４または磁性素子１１６が設けられた軸端５４、６０に連結されたカップ５８に設けられてもよい。
【００６３】
また、前述の実施例において、磁性素子１１６の磁性体１２０には、Ｎ極ｎおよびＳ極ｓが軸心Ｃ３まわりの周方向に順に着磁されていたが、Ｎ極ｎあるいはＳ極ｓのうちいずれかが一定間隔を隔てて配置されてもよい。
【００６４】
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施例のジョイント角検出装置を示すブロック図と、そのジョイント角検出装置が好適に適用される車両用の推進軸の一部とを示している。
【図２】図１の推進軸の自在継手を拡大して一部を切り欠いて断面で示す、図１のII矢視部拡大図である。
【図３】図２の可変抵抗器を含む第１軸部の軸心に直交する断面を示す、図２のIII−III視断面図である。
【図４】図２の抵抗体側素子を示す斜視図である。
【図５】図２の接触子側素子を示す斜視図である。
【図６】図１の推進軸によりトルク伝達を行う際に検出された抵抗値の時系列変化の一例を示す図である。
【図７】本発明が適用された他の実施例のジョイント角検出装置の変位検出装置としての磁気センサを示す、前述の実施例における図３に相当する図である。
【図８】図７の磁性素子を示す斜視図である。
【図９】図７の磁気センサ素子を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６６】
８：推進軸
１０：ジョイント角検出装置
１２：第１分割推進軸
１４：自在継手（ユニバーサルジョイント）
１６：第２分割推進軸
１８：第１回転軸
２２：アーム部
２４：第１ヨーク
２６：第２回転軸
３０：アーム部
３２：第２ヨーク
４８：第１軸部
５０：第２軸部
５２：スパイダ（十字軸）
５４：軸端
６０：軸端
７０：可変抵抗器（変位検出装置）
７２：ジョイント角算出装置
８２：抵抗膜（固定抵抗体）
８４：抵抗体側素子
８６：接触子
８８：接触子側素子
１１３：ジョイント角検出装置
１１４：磁気センサ
１１６：磁性素子
１１８：磁気センサ素子
Ａ：検出点
Ｃ１、Ｃ２：回転軸心
Ｃ３、Ｃ４：軸心
Ｌ：周方向変位
Ｒ：抵抗値
ｎ：Ｎ極（磁極）
ｒ：所定距離（距離、回転半径）
ｓ：Ｓ極（磁極）
α：回動角
θ：ジョイント角（交差角）
【図１】
2009236682.tif 000003
【図２】
2009236682.tif 000004
【図３】
2009236682.tif 000005
【図４】
2009236682.tif 000006
【図５】
2009236682.tif 000007
【図６】
2009236682.tif 000008
【図７】
2009236682.tif 000009
【図８】
2009236682.tif 000010
【図９】
2009236682.tif 000011