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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2016-223977(P2016-223977A)
(43)【公開日】2016年12月28日
(54)【発明の名称】トルク測定装置付回転伝達装置
(51)【国際特許分類】
   G01L 3/10 20060101AFI20161205BHJP
【FI】
   G01L3/10 317
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
【全頁数】14
(21)【出願番号】特願2015-112353(P2015-112353)
(22)【出願日】2015年6月2日
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000811
【氏名又は名称】特許業務法人貴和特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】松田 靖之
(72)【発明者】
【氏名】植田 徹
(57)【要約】
【課題】コスト及び重量の低減を図ると共に、トルク測定の分解能の向上を図れる構造を実現する。
【解決手段】トルク伝達軸6の内径側に内軸10を配置し、この内軸10の軸方向一端部をこのトルク伝達軸6の軸方向一端部に相対回転不能に連結すると共に、軸方向他端部をこのトルク伝達軸6の軸方向他端開口から軸方向他側に突出させる。又、トルク伝達軸6の軸方向他端部に内輪10を介して第一エンコーダ11を固定する。又、この第一エンコーダ11に隣接する状態で、第二エンコーダ12を内軸10の軸方向他端部に、内軸10に対する相対回転を可能な状態で取り付ける。又、第一エンコーダ11と第二エンコーダ12との間に、内軸10の回転をこの第二エンコーダ12に伝達可能な状態で設けられており、前記トルク伝達軸6の捩れ変形量を増幅して第二エンコーダ12に伝達する事が可能な増幅リンク部材13を設ける。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
中空状であり、使用時にトルクを伝達するトルク伝達軸と、
このトルク伝達軸の内径側に、軸方向一端側部分をこのトルク伝達軸の軸方向一端側部分に直接又は間接的に、前記トルク伝達軸に対する相対回転不能に連結された状態で配置された内軸と、
前記トルク伝達軸の軸方向他端部に、中心軸が前記トルク伝達軸の中心軸と同軸上に位置する状態で直接又は間接的に固定されており、特性が円周方向に関して交互に変化している第一被検出部を有する第一特性変化部材と、
前記内軸の軸方向他端側部分のうち、前記トルク伝達軸の他端側開口部から軸方向他方側に突出した部分に、中心軸がこの内軸の中心軸と同軸上に位置すると共に、この内軸に対する相対回転を可能な状態で支持されており、特性が円周方向に関して交互に変化している第二被検出部を有する第二特性変化部材と、
前記内軸と前記第二特性変化部材との間に、この内軸の回転をこの第二特性変化部材に伝達可能な状態で設けられており、自身の揺動に基づいて、この第二特性変化部材を、この内軸が連結された位置での前記トルク伝達軸の捩れ角以上の角度で回転させる事ができる増幅リンク部材と、
前記第一、第二両被検出部にその検出部を対向させた状態で使用時にも回転しない部分に支持され、これら第一、第二両被検出部のうち、前記検出部を対向させた部分同士の円周方向の位相変化を検出可能なセンサ装置とを備えているトルク測定装置付回転伝達装置。
【請求項2】
前記増幅リンク部材が、前記内軸との係合部である力点部に入力されたこの内軸の変位に基づき、前記第一特性変化部材又はこの第一特性変化部材と同期して回転する部材との係合部である支点部を中心に揺動し、前記第二特性変化部材との係合部である作用点部を介して、この第二特性変化部材を、前記内軸の捩れ角以上の角度で回転させる、請求項1に記載したトルク測定装置付回転伝達装置。
【請求項3】
前記作用点部と前記力点部との距離が、前記支点部と前記力点部との距離よりも大きい、請求項2に記載したトルク測定装置付回転伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば自動車用自動変速機に組み込んで、トルクを伝達すると共に、伝達するトルクの大きさを測定する為に利用する、トルク測定装置付回転伝達装置の改良に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車用自動変速機を構成する軸の回転速度と、この軸により伝達しているトルクの大きさとを測定し、その測定結果を当該変速機の変速制御又はエンジンの出力制御を行う為の情報として利用する事が、従来から行われている。又、トルクの大きさを測定する為に利用可能な装置として従来から、軸の弾性的な捩れ変形量を1対のセンサの出力信号の位相差に変換し、この位相差に基づいてトルクの大きさを測定する装置が知られている(例えば特許文献1、2参照)。この様な従来構造に就いて、図6を参照しつつ説明する。
【0003】
図6に示した従来構造の場合、運転時にトルクを伝達するトルク伝達軸1の軸方向2箇所位置に、1対のエンコーダ2、2を外嵌固定している。被検出部である、これら両エンコーダ2、2の外周面である被検出面の磁気特性は、円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化している。又、これら両被検出面の磁気特性が円周方向に関して変化するピッチは、これら両被検出面同士で互いに等しくなっている。又、これら両被検出面に、1対のセンサ3、3の検出部を対向させた状態で、これら両センサ3、3を、図示しないハウジングに支持している。これら両センサ3、3は、それぞれ自身の検出部を対向させた部分の磁気特性の変化に対応して、その出力信号を変化させるものである。
【0004】
上述の様な前記両センサ3、3の出力信号は、前記トルク伝達軸1と共に前記両エンコーダ2、2が回転する事に伴い、それぞれ周期的に変化する。この変化の周波数(及び周期)は、前記トルク伝達軸1の回転速度に見合った値をとる。この為、この周波数(又は周期)に基づいて、この回転速度を求められる。又、前記トルク伝達軸1によりトルクを伝達する事に伴って、このトルク伝達軸1が弾性的に捩れ変形すると、前記両エンコーダ2、2が回転方向に相対変位する。この結果、前記両センサ3、3の出力信号同士の間の位相差比(=位相差/1周期)が変化する。又、この位相差比は、前記トルク(前記トルク伝達軸1の弾性的な捩れ変形量)に見合った値をとる。この為、この位相差比に基づいて、前記トルクを求められる。
【0005】
ところが、上述した様な従来構造のトルク測定装置付回転伝達装置の場合には、2個のセンサ3、3を、軸方向に離隔した状態で、それぞれ高精度な相対位置関係でハウジングに取り付ける必要がある。この為、これら両センサ3、3の取り付け作業が面倒になる。又、合計2本のハーネス4、4が必要になる為、これらハーネス4、4の配線作業が面倒になる(取り回し性が悪くなる)と共に、コスト及び重量の増大を招く。
又、前記トルク測定の分解能を高くする為には、前記両センサ3、3の出力信号同士の間の位相差比が大きい方が好ましく、この為に、前記トルク伝達軸1の弾性的な捩り変形量に基づく前記両エンコーダ2、2同士の回転方向の相対変位量を多く確保する事が求められている。
尚、本発明に関連するその他の先行技術文献としては、上述した特許文献1、2のほか、特許文献3〜5等に記載された発明がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平1−254826号公報
【特許文献2】特開昭63−82330号公報
【特許文献3】特開昭60−213569号公報
【特許文献4】特公平7−18767号公報
【特許文献5】特開2013−19828号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、センサの取り付け作業性を良好にできると共に、ハーネスの配線作業の簡略化を図る事により、コスト及び重量の低減を図る事ができ、更に、トルク測定の分解能の向上を図れる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のトルク測定装置付回転伝達装置は、トルク伝達軸と、内軸と、第一特性変化部材と、第二特性変化部材と、増幅リンク部材と、センサ装置とを備える。
このうちのトルク伝達軸は、使用時にトルクを伝達するものである。
前記内軸は、前記トルク伝達軸の内径側に、軸方向一端側部分をこのトルク伝達軸の軸方向一端側部分に直接又は間接的に、前記トルク伝達軸に対する相対回転不能に連結された状態で配置されている。
前記第一特性変化部材は、前記トルク伝達軸の軸方向他端部に、中心軸が前記トルク伝達軸の中心軸と同軸上に位置する状態で直接又は間接的に固定されている。この様な第一特性変化部材は、特性が円周方向に関して交互に変化している第一被検出部を有している。
前記第二特性変化部材は、前記内軸の軸方向他端側部分のうち、前記トルク伝達軸の他端側開口部から軸方向他方側に突出した部分に、中心軸がこの内軸の中心軸と同軸上に位置すると共に、この内軸に対する相対回転を可能な状態で支持されている。この様な第二特性変化部材は、特性が円周方向に関して交互に変化している第二被検出部とを有している。
前記増幅リンク部材は、前記内軸と前記第二特性変化部材との間に、この内軸の回転をこの第二特性変化部材に伝達可能な状態で設けられており、自身の揺動に基づいて、この第二特性変化部材を、この内軸が連結された位置での前記トルク伝達軸の捩れ角以上の角度で回転させる為のものである。
前記センサ装置は、前記第一、第二両被検出部にその検出部を対向させた状態で使用時にも回転しない部分に支持されている。この様なセンサ装置は、前記第一、第二両被検出部のうち、前記検出部を対向させた部分同士の円周方向の位相変化を検出する事ができる。
【0009】
上述の様な本例のトルク測定装置付回転伝達装置を実施する場合には、追加的に、請求項2に記載した発明の様に、前記増幅リンク部材が、前記内軸との係合部である力点部に入力されたこの内軸の変位に基づき、前記第一特性変化部材又はこの第一特性変化部材と同期して回転する部材との係合部である支点部を中心に揺動し、前記第二特性変化部材との係合部である作用点部を介して、この第二特性変化部材を、前記内軸の捩れ角以上の角度で回転させる様に構成する事ができる。
【0010】
上述の様な本例のトルク測定装置付回転伝達装置を実施する場合には、追加的に、請求項3に記載した発明の様に、前記作用点部と前記力点部との距離を、前記支点部と前記力点部との距離よりも大きくした構成を採用できる。
【発明の効果】
【0011】
上述の様に構成する本発明のトルク測定装置付回転伝達装置によれば、センサの取り付け作業性を良好にできると共に、ハーネスの配線作業の簡略化を図る事により、コスト及び重量の低減を図れる。
即ち、本発明の場合には、トルク伝達軸が伝達するトルクの大きさを検出する為に使用する第一、第二両特性変化部材をこのトルク伝達軸の軸方向他方側に配置する構成を採用している。この為、前記第二特性変化部材を前記トルク伝達軸の軸方向一端側に配置する構造と比べて、センサ装置の取り付け作業性を良好にできる。又、前記第一、第二両特性変化部材同士を近くに配置する事ができる為、ハーネスの配線作業を簡略化できると共に、コスト及び重量の低減を図れる。
【0012】
又、本発明のトルク測定装置付回転伝達装置によれば、トルク測定の分解能の向上を図れる。
即ち、本発明の場合、内軸と第二特性変化部材との間に、この内軸が連結された位置での前記トルク伝達軸の捩れ角(捩れ変形量)を増幅して前記第二特性変化部材に伝達する事ができる増幅リンク部材を設けている。この為、前記内軸から前記第二特性変化部材に伝わる、前記トルク伝達軸の弾性的な捩れ変形量を、このトルク伝達軸から前記第二特性変化部材に直接伝達する場合よりも大きくする事ができる。この結果、センサ装置が検出する前記第一、第二両特性変化部材同士の位相変化(位相差比)が大きくなり、トルク測定の分解能を向上させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の実施の形態の1例を示す、トルク測定装置付回転伝達装置の断面図。
図2】同じく、第二エンコーダを省略した状態で図1の左側から見た図であって、トルクを伝達していない状態(a)と、トルクを伝達している状態(b)。
図3】同じく、センサ装置を省略して示すトルク測定装置付回転伝達装置の分解斜視図。
図4】同じく、図3とは異なる角度から見たセンサ装置を省略したトルク測定装置付回転伝達装置の分解斜視図。
図5】同じく、増幅リンク部材のみを取り出して示す平面図。
図6】従来構造のトルク測定装置付回転伝達装置の1例を示す略側面図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
[実施の形態の1例]
本発明の実施の形態の1例に就いて、図1〜5を参照しつつ説明する。本例のトルク測定装置付回転伝達装置5は、例えば自動車用の自動変速機に組み込んで使用する。この様なトルク測定装置付回転伝達装置5は、図示しないハウジング(ミッションケース)と、ベルト式CVT等のインプットシャフト(又はカウンタシャフト)として機能する中空状(中空筒状)のトルク伝達軸6と、1対の転がり軸受7a、7bと、入力歯車8、出力歯車9と、内軸10と、第一エンコーダ11と、第二エンコーダ12と、増幅リンク部材13と、センサ装置14とを備える。
【0015】
前記トルク伝達軸6は、炭素鋼の如き合金鋼により中空円筒状に造られている。この様なトルク伝達軸6の外周面のうち、軸方向一端(図1の右端)寄り部分から軸方向一端縁に掛けての部分には、外径寸法が、当該部分の軸方向他方側に隣接する部分の外径寸法よりも小さい一端側小径円筒部15が形成されている。尚、本明細書及び特許請求の範囲全体で、軸方向、径方向及び円周方向とは、特に断らない限りトルク伝達軸の各方向を言う。
【0016】
又、前記トルク伝達軸6の外周面のうち、この一端側小径円筒部15の軸方向他方側に隣接した部分には、全周に亙り係止凹溝16が形成されている。又、前記トルク伝達軸6の外周面のうち、この係止凹溝16の軸方向他方側に隣接した部分には、トルクの入力部である雄スプライン部17が形成されている。尚、この雄スプライン部17には、後述する入力歯車8の雌スプライン部28がスプライン係合され、前記トルク伝達軸6とは同軸上に存在しない動力源の回転軸と接続されている。但し、この入力歯車8の代わりに、図示しないクラッチ、筒型軸継手、フランジ型軸継手、流体継手(トルクコンバータを含む)等の動力継手をスプライン係合して、前記トルク伝達軸6と同軸上に配置されたエンジンやモータ等の動力源の回転軸と接続する構成を採用する事もできる。
【0017】
又、前記トルク伝達軸6の外周面のうち、前記雄スプライン部17の軸方向他方側に隣接した位置には、全周に亙り径方向外方に突出した状態で、位置決め凸部18が形成されている。又、前記トルク伝達軸6の外周面のうち、軸方向他端(図1の左端)寄り部分から軸方向他端縁に掛けての部分には、外径寸法が、当該部分の軸方向一方側に隣接する部分の外径寸法よりも小さい他端側小径円筒部19が形成されている。又、前記トルク伝達軸6の内周面は、全長に亙り内径寸法が変わらない円筒面状に形成されている。この様なトルク伝達軸6は、前記ハウジングに対して、前記両転がり軸受7a、7bにより回転自在に支持されている。本例の場合には、このトルク伝達軸6に、焼き入れ、焼き戻し処理等の熱処理を行い、このトルク伝達軸6の表面硬さをHV400以上とすると共に、表面炭素濃度を0.2%以上としている。
【0018】
前記両転がり軸受7a、7bのうちの、一方(図1の右側)の転がり軸受7aは、円すいころ軸受であり、円環状の外輪20a及び内輪21aと、保持器22aと、複数個の転動体(円すいころ)23a、23aとから構成されている。このうちの外輪20aは、前記ハウジングに内嵌固定されており、前記内輪21aは、前記トルク伝達軸6の一端側小径円筒部15に外嵌固定されている。前記各転動体23a、23aは、前記外輪20aの内周面に形成された外輪軌道24aと、前記内輪21aの外周面に形成された内輪軌道25aとの間に、前記保持器22aにより保持された状態で、転動自在に設けられている。
【0019】
一方、前記両転がり軸受7a、7bのうちの、他方(図1の左側)の転がり軸受7bは、円すいころ軸受であり、円環状の外輪20b及び内輪21bと、保持器22bと、複数個の転動体(円すいころ)23b、23bとから構成されている。このうちの外輪20bは、前記ハウジングに内嵌固定されており、前記内輪21bは、前記トルク伝達軸6の他端側小径円筒部19に外嵌固定されている。前記各転動体23b、23bは、前記外輪20bの内周面に形成された外輪軌道24bと、前記内輪21bの外周面に形成された内輪軌道25bとの間に、前記保持器22bにより保持された状態で、転動自在に設けられている。
尚、前記両転がり軸受7a、7bとしては、上述の様な円すいころ軸受以外に、例えば深溝型、アンギュラ型等の玉軸受、円筒ころ軸受、ラジアルニードル軸受、自動調心ころ軸受等を採用する事もできる。
【0020】
前記入力歯車8は、炭素鋼の如き合金鋼製のはすば歯車又は平歯車であり、筒部26と、円輪状の歯車本体27とから成る。このうちの筒部26は、内周面に雌スプライン部28が形成されている。又、前記歯車本体27は、この筒部26の外周面のうち、軸方向中間部から軸方向他端縁に掛けての部分に、径方向外方に突出した状態で形成されている。この様な歯車本体27の外周面には、入力側歯部29が形成されている。この様な入力歯車8は、前記筒部26の雌スプライン部28を、前記トルク伝達軸6の雄スプライン部17にスプライン係合された状態で設けられている。又、この状態で、前記筒部26の軸方向一端面が、前記トルク伝達軸6の係止凹溝16に係止した止め輪30の軸方向他側面に当接しており、前記筒部26の軸方向他端面が前記トルク伝達軸6の位置決め凸部18の軸方向一側面に当接している。この様にして、前記入力歯車8は、前記トルク伝達軸6に対する軸方向に関する位置決めを図られている。尚、前記入力歯車8とこのトルク伝達軸6との同軸性を図りつつ、相対回転を防止する為の構造として、前記入力歯車8とこのトルク伝達軸6との嵌合部を、同軸性を確保する為の円筒面嵌合部と、相対回転を防止する為のインボリュートスプライン係合部とを、軸方向に隣接配置して構成する事もできる。
【0021】
前記出力歯車9は、素鋼の如き合金鋼製のはすば歯車又は平歯車であり、前記トルク伝達軸6の外周面の軸方向中間部のうちの軸方向他端寄り部分に一体に形成(固定)されている。尚、出力歯車を、トルク伝達軸とは別体として、このトルク伝達軸の軸方向中間部外周面に外嵌固定(スプライン係合)する事もできる。この場合には、この嵌合部を、同心性を確保する為の円筒面嵌合部と、相対回転を防止する為のインボリュートスプライン係合部とを、軸方向に隣接配置した構成を採用できる。
【0022】
前記内軸10は、炭素鋼の如き合金鋼又は合成樹脂により略円柱状(又は円管状)に造られている。この様な内軸10は、軸方向一端寄り部分から軸方向一端縁に掛けての部分に、外径寸法が、当該部分の軸方向他方側に隣接した部分(軸方向中間部)の外径寸法よりも大きい嵌合面部31が形成されている。又、前記内軸10の軸方向他端寄り部分には、外径寸法が、当該部分の軸方向一方側に隣接した部分(軸方向中間部)よりも大きく、前記嵌合面部31の外径寸法よりも僅かに小さい案内面部32が形成されている。又、前記内軸10の外周面のうち、この案内面部32の軸方向他方側に隣接した部分で、前記トルク伝達軸6の軸方向他端側開口から軸方向他方側に突出した部分には、別体に設けた円輪状の内軸側フランジ部33が外嵌固定されている。この様な内軸側フランジ部33の外径寸法は、前記トルク伝達軸6の内径寸法よりも大きく、このトルク伝達軸6の他端側小径円筒部19の外径寸法よりも小さい。又、前記内軸側フランジ部33の軸方向他側面の径方向外端寄り部分の円周方向1箇所位置には、軸方向他方側に突出した状態で、円柱状の力点用凸部34が形成されている。
又、前記内軸10の軸方向他端部(内軸側フランジ部33の軸方向他方側に隣接した部分)には、段付き軸部35が形成されている。具体的には、この段付き軸部35は、軸方向一方側半部に設けられた中径軸部36と、軸方向他方側半部に設けられた小径軸部37と、この中径軸部36とこの小径軸部37とを連続する段部38とから成る。このうちの小径軸部37の軸方向中間部外周面には、全周に亙り係止凹溝39が形成されている。
【0023】
この様な構成を有する内軸10は、前記トルク伝達軸6の内径側に、このトルク伝達軸6と同軸に配置されている。この状態で、前記内軸10の嵌合面部31が、前記トルク伝達軸6の軸方向一端部内周面に圧入により内嵌固定されている。この様にして、前記内軸10と前記トルク伝達軸6とは、一体的に回転可能な状態(相対回転不能な状態)に連結されている。又、前記内軸10の案内面部32は、前記トルク伝達軸6の軸方向他端部内周面と近接対向している。この為、トルク伝達時の、この内軸10の振れ(振動)を小さく抑えて、トルク検出精度の向上を図る事ができる。又、上述の様に配置された状態で、前記内軸10の内軸側フランジ部33の軸方向一側面は、前記トルク伝達軸6の軸方向他端面と近接対向している。従って、前記内軸10のうち、前記案内面部32よりも軸方向他方側部分(内側フランジ部33及び段付き軸部35)は、前記トルク伝達軸6の軸方向他端開口から軸方向他方側に突出している。
【0024】
尚、本例の構造の場合には、前記内軸10と前記トルク伝達軸6とを相対回転不能に連結する為に、この内軸10の嵌合面部31(軸方向一端部)と、前記トルク伝達軸6の軸方向一端部内周面とを締り嵌めにより嵌合固定している。この様な構造以外に、前記内軸10と前記トルク伝達軸6とを、相対回転不能に連結する構造として、例えばインボリュートスプラインやキーにより係合する構造を採用する事もできる。又、図示の構造の場合には、この内軸10の嵌合面部31(軸方向一端部)と、前記トルク伝達軸6の軸方向一端部内周面とを締り嵌めにより嵌合固定する際の組み付け工程上の理由から、別体に設けた内軸側フランジ部33を内軸10に外嵌固定する構成を採用している。但し、上述した様な、前記内軸10と前記トルク伝達軸6とを、相対回転不能に連結する構造として、例えばインボリュートスプラインやキーにより係合する構造を採用した場合には、内軸と内軸側フランジ部とを一体に形成する構成を採用する事も可能である。
【0025】
前記第一エンコーダ11は、第一嵌合筒部40と、第一エンコーダ本体41とを備えている。このうちの第一エンコーダ本体41は、円輪状であり、軸方向一側面の径方向内端部を、前記第一嵌合筒部40の軸方向他側面に連続した状態で設けられている。この様な第一エンコーダ本体41の外周面には、第一被検出部42が形成されている。この第一被検出部42は、S極とN極とが、円周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置されており、磁気特性が円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化している。又、前記第一エンコーダ本体41の軸方向他側面の径方向内端部の円周方向1箇所位置には、軸方向他方側に突出した状態で、円柱状の支点用凸部43が形成されている。
【0026】
以上の様な構成を有する第一エンコーダ11は、前記第一嵌合筒部40の内周面を前記トルク伝達軸6の他端側小径円筒部19のうち、前記他方の転がり軸受7bを構成する内輪21bが外嵌固定された部分よりも軸方向他方側に、前記トルク伝達軸6と同期した回転が可能な状態に外嵌固定されている。この様に固定された状態で、前記第一エンコーダ11の第一被検出部42の中心軸は、前記トルク伝達軸6及び前記内軸10の中心軸と同軸上に存在している。尚、第一エンコーダを、内輪に対して嵌合筒部により直接固定する構造だけでなく、例えば、支持環等を介して取り付ける構成を採用する事もできる。
【0027】
前記第二エンコーダ12は、円輪部44と、第二エンコーダ本体45とを備えている。
このうちの円輪部44の内径寸法は、前記トルク伝達軸6の小径軸部37の外径寸法よりも僅かに大きい。又、前記円輪部44の軸方向一側面の径方向外端寄り部分の円周方向1箇所位置に、軸方向一方側に突出した状態で、円柱状の作用点用凸部46が形成されている。
前記第二エンコーダ本体45は、円筒状であり、軸方向他端部内周面が、前記円輪部44の径方向外端縁に連続した状態で設けられている。又、前記第二エンコーダ本体45の外周面には、第二被検出部47が形成されている。この第二被検出部47は、S極とN極とが、円周方向に関して交互に且つ等ピッチで配置されており、磁気特性が円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化している。この様な第二被検出部47の磁気特性の変化のピッチ、及び外径寸法は、前記第一エンコーダ11の第一被検出部42と同様である。
【0028】
以上の様な構成を有する第二エンコーダ12は、前記円輪部44の内周面が、前記内軸10の小径軸部37の外周面に、この内軸10に対する相対回転が可能な状態で緩く外嵌されている。この状態で、前記第二エンコーダ12の第一被検出部47の中心軸は、前記トルク伝達軸6及び前記内軸10の中心軸と同軸上に存在している。又、前記円輪部44の軸方向一側面の径方向内端部が、前記内軸10の段付き軸部35を構成する段部38に当接しており、前記円輪部44の軸方向他側面の径方向内端部が、前記小径軸部37に形成された係止凹溝39に係止された止め輪48の軸方向一側面に当接している。この様にして、前記第二エンコーダ12は、前記内軸10に対する軸方向の位置決めを図られている。
又、上述の様に組み付けられた状態で、前記第一エンコーダ11の第一被検出部42と、前記第二エンコーダ12の第二被検出部47とは、軸方向に隣り合う状態で近接(例えば軸方向に10mm以内、好ましくは5mm以内の間隔をあけて)配置されている。
【0029】
前記増幅リンク部材13は、例えば、金属板に打ち抜き加工を施す事により造られたものであり、円輪部49と、第一突片50と、第二突片51とから成る。
このうちの円輪部49は、内径寸法が、前記内軸10の段付き軸部35を構成する中径軸部36の外径寸法よりも大きい。尚、前記円輪部49の内径寸法は、後述する様に、前記増幅リンク部材13が揺動した場合に、この円輪部49の内周面と、前記中径軸部36の外周面とが干渉する事がない大きさに規制している。
【0030】
前記第一突片50は、前記円輪部49の外周面の円周方向1箇所位置から径方向外方に突出した状態で形成されている。この様な第一突片50の径方向外端寄り部分には、この第一突片50を軸方向に貫通した状態で、円孔である支点用通孔52が形成されている。この様な支点用通孔52の内径寸法は、前記第一エンコーダ11の支点用凸部43の外径寸法よりも僅かに大きい。
又、前記第一突片50の径方向中間部から前記円輪部49の径方向外端部に掛けての部分に、これら第一突片50及び円輪部49を軸方向に貫通した状態で径方向に長い力点用長孔53が形成されている。
【0031】
又、前記第二突片51は、前記円輪部49の外周面のうち、この第一突片50と径方向に関して反対側部分から径方向外方に突出した状態で形成されている。この様な第二突片51の径方向外端部には、軸方向両端部及び径方向外端部が開口しており、軸方向から見た形状が、略半長円形状の作用点用切欠54が形成されている。尚、この作用点用切欠54は、例えば、長孔に形成する事もできる。
又、本例の場合、図5に示す様に、前記支点用通孔52の中心O52と、前記力点用長孔53の中心O53と、前記作用点用切欠54の中心O54(円周方向に関する中心位置)とが、前記円輪部49の中心を通る同一直線X上に位置している。又、この直線X上での、前記作用点用切欠54の中心O54と前記力点用長孔53の中心O53との距離Lは、前記支点用通孔52の中心O52と前記力点用長孔53の中心O53との距離Lの約7倍に設定されている。尚、前記距離Lとこの距離Lとの比は、適宜決定する事ができる。
【0032】
以上の様な構成を有する前記増幅リンク部材13は、前記円輪部49に、前記内軸10の段付き軸部35を構成する中径軸部36を緩く挿通した状態で、軸方向に関して前記第一エンコーダ11と前記第二エンコーダ12との間部分に配置されている。又、前記増幅リンク部材13の支点用通孔52の内側に、前記第一エンコーダ11の支点用凸部43ががたつきなく挿入されている(係合している)。この状態で、前記増幅リンク部材13は、前記第一エンコーダ11に対して、前記支点用通孔52(支点用凸部43)を中心とした揺動(回転)が可能となる。尚、前記増幅リンク部材13の支点用通孔52と、前記第一エンコーダ11の支点用凸部43との係合部が、特許請求の範囲に記載した支点部に相当する。
【0033】
又、前記増幅リンク部材13の力点用長孔53の内側に、この力点用長孔53の長軸方向の変位可能に前記内軸10の力点用凸部34が挿入されている(係合している)。この状態で、この内軸10の回転を前記増幅リンク部材13に伝達可能としている。尚、前記増幅リンク部材13の力点用長孔53と、前記内軸10の力点用凸部34との係合部が、特許請求の範囲に記載した力点部に相当する。
【0034】
更に、前記増幅リンク部材13の作用点用切欠54の内側に、前記第二エンコーダ12の作用点用凸部46が挿入されている(係合している)。この状態で、前記増幅リンク部材13の揺動(回転)を前記第二エンコーダ12に伝達可能としている。尚、前記増幅リンク部材13の作用点用切欠54と、前記第二エンコーダ12の作用点用凸部46との係合部が、特許請求の範囲に記載した作用点部に相当する。
【0035】
前記センサ装置14は、合成樹脂製のホルダ55と、このホルダ55の先端部に軸方向に隣接する状態で包埋(保持)された、第一、第二両センサ56、57と、1本のハーネス58とを備える。これら第一、第二両センサ56、57のそれぞれの検出部(第一検出部及び第二検出部)には、ホール素子、ホールIC、MR素子(GMR素子、TMR素子、AMR素子を含む)等の磁気検出素子が組み込まれており、前記ホルダ55を前記他方の転がり軸受7bを構成する外輪20bに支持固定した状態で、前記第一センサ56の第一検出部を、前記第一エンコーダ11の第一被検出部42に、前記第二センサ57の第二検出部を、前記第二エンコーダ12の第二被検出部47に、それぞれ近接対向させている。この為、前記第一センサ56は、前記第一被検出部42の磁気特性変化に対応して出力信号を変化させ、又、前記第二センサ57は、前記第二被検出部47の磁気特性変化に対応して出力信号を変化させる。本例の場合には、この様な前記第一、第二両センサ56、57の出力信号を、前記ハーネス58を通じて、図示しない演算器に送信する。
【0036】
以上の様な構成を有する本例のトルク測定装置付回転伝達装置5の場合、前記センサ装置14を構成する第一、第二両センサ56、57の出力信号は、前記トルク伝達軸6と共に前記第一、第二両エンコーダ11、12が回転する事に伴い、それぞれ周期的に変化する。本例の場合、前記第一エンコーダ11は、前記トルク伝達軸6の回転が直接伝わる事により回転する。一方、前記第二エンコーダ12は、このトルク伝達軸6の回転が、前記内軸10及び前記増幅リンク部材13を介して伝わる事により回転する。ここで、前記出力信号の変化の周波数(及び周期)は、前記トルク伝達軸6の回転速度に見合った値をとる。従って、これら周波数(又は周期)と回転速度との関係を予め調べておけば、この周波数(又は周期)に基づいて、この回転速度を求められる。
【0037】
特に本例のトルク測定装置付回転伝達装置5によれば、センサの取り付け作業性を良好にできると共に、ハーネスの配線作業の簡略化を図れ、コスト及び重量の低減を図れる。
即ち、本例の場合には、前記トルク伝達軸6の軸方向一端部の位相を、このトルク伝達軸6の内径側に配置され、その軸方向他端部がこのトルク伝達軸6の軸方向他端開口から突出した前記内軸10に伝達する事ができる。この為、このトルク伝達軸6の軸方向他端部の位相を検出する為の前記第一エンコーダ11と、このトルク伝達軸6の軸方向一端部の位相を検出する為の第二エンコーダ12とを、このトルク伝達軸6の軸方向に関して他端側部分に隣接配置する(まとめて配置する)事ができる。従って、本例の場合には、前記第一、第二両センサ56、57を前記ホルダ55に保持した1個のセンサ装置14を使用できる為、センサの取り付け作業性を良好にできる。具体的には、前記ホルダ55を、前記転がり軸受7bを構成する外輪20bに取り付ける作業を1回行うだけで、前記第一、第二両センサ56、57を高精度に位置決めする事ができる。又、ハーネスの本数を2本から1本に減らす事ができる為、ハーネスの配線作業の簡略化を図れる(取り回し性を良好にできる)と共に、コスト及び重量の低減を図れる。
【0038】
又、前記トルク伝達軸6によりトルクを伝達する際には、前記入力歯車8と前記出力歯車9との間部分が弾性的に捩れ変形する事に伴い、前記トルク伝達軸6の軸方向両端部同士(第一、第二両エンコーダ11、12同士)が回転方向に相対変位する。そして、この様に第一、第二両エンコーダ11、12同士が回転方向に相対変位する結果、前記第一、第二両センサ56、57の出力信号同士の間の位相差比(=位相差/1周期)が変化する。ここで、この位相差比は、前記トルクに見合った値をとる。従って、これら位相差比とトルクとの関係を予め調べておけば、この位相差比に基づいて、このトルクを求められる。
【0039】
更に、本例のトルク測定装置付回転伝達装置5によれば、上述の様なトルク測定の分解能の向上を図れる。
即ち、本例の場合、前記トルク伝達軸6が捩れ変形した際の、この捩れ変形に基づく、前記第二エンコーダ12の前記第一エンコーダ11に対する回転方向の相対変位量を、前記増幅リンク部材13を利用して増幅する事ができる。具体的には、前記トルク伝達軸6が捩れ変形すると、この捩れ変形が、前記内軸10の力点用凸部34と前記力点用長孔53との力点部から前記増幅リンク部材13に伝達される。すると、図2(b)に示す様に、この増幅リンク部材13が、この捩れ変形の方向に、前記支点用通孔52と第一エンコーダ11の支点用凸部43との係合部である支点部を中心に揺動する。そして、前記作用点用切欠54と前記作用点用凸部46との係合部である作用点部を介して、前記第二エンコーダ12が前記捩れの方向に回転させられる。ここで、前記増幅リンク部材13を設けていない構造の場合には、前記内軸10の力点用凸部34の回転方向の変位量そのものが、前記第二エンコーダ12に伝達される。一方、本例の様に前記増幅リンク部材13を設けた構造の場合には、前記内軸10の力点用凸部34の回転方向の変位量に対して、前記作用点用切欠54の中心O54と前記力点用長孔53の中心O53との距離Lと、前記第支点用通孔52の中心O52と前記力点用長孔53の中心O53との距離Lとの比率(L/L)分だけ増幅された(本例の場合、約7倍に増幅された)回転方向の変位量が、前記第二エンコーダ12に伝達される。この様に増幅された回転方向の変位量に基づいて、この第二エンコーダ12は、前記内軸10の捩れ角よりも、前記比率(L/L)の分だけ増幅された捩れ角で回転する。従って、本例の場合、前記トルク伝達軸6により伝達するトルクが小さい場合でも、前記トルク伝達軸6の弾性的な捩り変形量に基づく前記エンコーダ11、12の回転方向の相対変位量を多く確保する事ができる。この結果、トルク測定の分解能の向上を図れる。
【産業上の利用可能性】
【0040】
本発明のトルク測定装置付回転伝達装置を構成するトルク伝達軸は、自動車のパワートレインを構成する回転軸に限らず、例えば、風車の回転軸(主軸、増速器の回転軸)、圧延機のロールネック、鉄道車両の回転軸(車軸、減速機の回転軸)、工作機械の回転軸(主軸、送り系の回転軸)、建設機械・農業機械・家庭用電気器具・モータの回転軸等、各種機械装置の回転軸を対象にする事ができる。又、自動車のパワートレインを構成する場合には、例えば、トルクコンバータからトルクが入力されるインプットシャフト(タービンシャフト)や、カウンタシャフトを対象とする事ができる。又、本発明のトルク測定装置付回転伝達装置を組み込んで変速機を構成する場合の変速機の形式は、特に限定されず、オートマチックトランスミッション(AT)、ベルト式やトロイダル式等の各種無段変速機(CVT)、オートメーテッドマニュアルトランスミッション(AMT)、デュアルクラッチトランスミッション(DCT)、トランスファー等、車側の制御により変速を行う変速機を採用できる。又、変速機の設置位置と駆動輪との関係は特に限定されず、前置エンジン前輪駆動車(FF車)、前置エンジン後輪駆動車(FR車)、及び、四輪駆動車等が対象となる。又、測定した回転速度及びトルクは、変速制御やエンジンの出力制御以外の車両制御を行う為に利用しても良い。又、前記変速機の上流側に置かれる動力源は、必ずしもガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関である必要はなく、例えばハイブリッド車や電気自動車に用いられる電動モータであっても良い。又、本発明を実施する場合に、トルクを測定する事は必須であるが、回転速度を測定する事は必須ではない。回転速度が必要であっても、別途簡易な構造により測定する事もできる。
又、本発明を実施する場合に、増幅リンク部材の構成は、上述した実施の形態の1例の構造に限定されるものではない。
【符号の説明】
【0041】
1 回転軸
2 エンコーダ
3 センサ
4 ハーネス
5 トルク測定装置付回転伝達装置
6 トルク伝達軸
7a、7b 転がり軸受
8 入力歯車
9 出力歯車
10 内軸
11 第一エンコーダ
12 第二エンコーダ
13 増幅リンク部材
14 センサ装置
15 一端側小径円筒部
16 係止凹溝
17 雄スプライン部
18 位置決め凸部
19 他端側小径円筒部
20a、20b 外輪
21a、21b 内輪
22a、22b 保持器
23a、23b 転動体
24a、24b 外輪軌道
25a、25b 内輪軌道
26 筒部
27 歯車本体
28 雌スプライン部
29 入力側歯部
30 止め輪
31 嵌合面部
32 案内面部
33 内軸側フランジ部
34 力点用凸部
35 段付き軸部
36 中径軸部
37 小径軸部
38 段部
39 係止凹溝
40 第一嵌合筒部
41 第一エンコーダ本体
42 第一被検出部
43 支点用凸部
44 円輪部
45 第二エンコーダ本体
46 作用点用凸部
47 第二被検出部
48 止め輪
49 円輪部
50 第一突片
51 第二突片
52 支点用通孔
53 力点用長孔
54 作用点用切欠
55 ホルダ
56 第一センサ
57 第二センサ
58 ハーネス
図1
図2
図3
図4
図5
図6