JP2015087154A - Rotation transmission device with torque measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、自動車用自動変速機に組み込んで、回転軸によりトルクを伝達すると共に、この回転軸が伝達するトルク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。 The present invention relates to an improvement in a rotation transmission device with a torque measuring device that is incorporated in, for example, an automatic transmission for automobiles, transmits torque by a rotating shaft, and is used for measuring torque transmitted by the rotating shaft.
自動車用自動変速機を構成する回転軸の回転速度と、この回転軸により伝達しているトルクとを測定し、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。一方、前記トルクを測定する為に利用可能な装置として従来から、トルクを伝達している回転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前記トルクを測定する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この様な従来構造に就いて、図３を参照しつつ、以下に簡単に説明する。 The rotational speed of the rotary shaft constituting the automatic transmission for automobiles and the torque transmitted by the rotary shaft are measured, and the measurement results are used as information for performing shift control of the transmission or engine output control. It has been used for a long time. On the other hand, as a device that can be used for measuring the torque, the amount of elastic torsional deformation of the rotating shaft transmitting torque is converted into a phase difference between the output signals of a pair of sensors. An apparatus for measuring the torque based on the above is known (for example, see Patent Document 1). Such a conventional structure will be briefly described below with reference to FIG.
この図３に示した従来構造の第１例の場合、対象となる回転軸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、これら両外周面の磁気特性が円周方向に関して変化するピッチは、これら両外周面同士で互いに等しくなっている。又、これら両外周面に、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。
In the case of the first example of the conventional structure shown in FIG. 3, a pair of
上述の様な前記両センサ３、３の出力信号は、前記回転軸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、前記回転軸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、前記回転軸１によりトルクを伝達する事に伴って、この回転軸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（前記回転軸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。
The output signals of the
ところが、上述した様な従来構造の第１例を、自動車用自動変速機に組み込んで使用する場合には、測定対象となる回転軸１の捩れ剛性が高い為、この回転軸１の弾性的な捩れ変形量を十分に確保する事が難しく、トルク測定の分解能が低くなると言う問題がある。又、軸方向に離隔して設置した２個のセンサ３、３を使用する為、これら両センサ３、３から引き出された２本のハーネス４、４の配設が難しくなると言う問題がある。又、ハウジングには、前記両センサ３、３毎の支持固定部を、高精度な相対位置関係で設ける必要がある為、前記ハウジングの加工が難しくなると言う問題がある。
However, when the first example of the conventional structure as described above is incorporated and used in an automatic transmission for automobiles, the torsional rigidity of the rotating
一方、前記特許文献１には、図４に示す様に、回転軸１の軸方向２箇所位置に固定した１対のエンコーダ２ａ、２ａの被検出部を、軸方向中央部に向け延出させると共に、この軸方向中央部に配置した１個のセンサユニット５を構成する１対のセンサの検出部を、前記両エンコーダ２ａ、２ａの被検出部に対向させる構造が記載されている。但し、この従来構造の第２例の場合も、自動車用自動変速機に組み込んで使用する場合には、対象となる回転軸１の捩れ剛性が高い為、この回転軸１の弾性的な捩れ変形量を十分に確保する事が難しい。従って、上述した従来構造の第２例によっても、トルク測定の分解能が低くなると言った問題を解消できない。
On the other hand, in
又、特許文献２には、それぞれの外周面にエンコーダを固定した１対の回転軸を、同一直線上に配置すると共に、これら両回転軸の端部を、これら両回転軸よりも弾性的に捩れ変形し易いトーションバーの両端部に連結した構造が記載されている。この特許文献２に記載された従来構造の第３例の場合には、トルクの伝達時に生じる前記トーションバーの弾性的な捩れ変形に基づいて、前記両エンコーダの回転方向の相対変位量を多くできる。この為、その分だけ、トルク測定の分解能を向上させる事ができる。但し、この様な従来構造の第３例を、自動車用自動変速機のカウンタ軸に適用する場合には、トルク測定の分解能を十分に向上させる事が難しい。即ち、このカウンタ軸の軸方向２箇所位置には、入力歯車と出力歯車とが固定されており、このカウンタ軸のうちで、トルクの伝達時に弾性的に捩れ変形する部分は、前記両歯車同士の間部分のみとなる。この為、この様なカウンタ軸に、上述の様な従来構造の第３例を適用する場合には、前記トーションバーを、前記両歯車同士の間に設置する必要がある。従って、このトーションバーの軸方向寸法は、前記両歯車同士の軸方向間隔以下となる。ところが、前記カウンタ軸の場合には、これら両歯車同士の軸方向間隔が狭い為、前記トーションバーの軸方向寸法を十分に長くできない。従って、トルクの伝達時に生じる、前記トーションバーの弾性的な捩れ変形量を十分に確保できない。この結果、トルク測定の分解能を十分に向上させる事が難しい。
In
［未公開の先発明に係る構造の第１例］
図５〜１４は、上述の様な事情に鑑みて先に考えた、トルク測定装置付回転伝達装置の第１例（特願２０１３−１３２４９７、特願２０１３−１８３０７２）を示している。この先発明に係るトルク測定装置付回転伝達装置は、前輪駆動車、又は、前輪駆動車と同様の原動機及び変速機配置を採用する四輪駆動車等、所謂横置きエンジン（トランスバースエンジン）を搭載した自動車用の自動変速機のカウンタ軸及びカウンタギヤ部分に組み込んで使用する。この様な先発明に係るトルク測定装置付回転伝達装置の第１例は、図示しないハウジング（ミッションケース）と、カウンタ軸として機能する回転軸ユニット６と、それぞれがカウンタギヤとして機能する、第一歯車である入力歯車７及び第二歯車である出力歯車８と、連結軸９と、第一エンコーダ１０と、第二エンコーダ１１と、１個のセンサユニット１２とを備える。尚、図１１は、図１０の簡略図である為、一部の部品及び部位の図示や符号の記入を省略している。
[First example of structure according to undisclosed prior invention]
5-14 has shown the 1st example (Japanese Patent Application No. 2013-132497, Japanese Patent Application No. 2013-183072) of the rotation transmission apparatus with a torque measuring device considered previously in view of the above situations. The rotation transmission device with a torque measuring device according to the present invention is equipped with a so-called transverse engine (transverse engine) such as a front-wheel drive vehicle or a four-wheel drive vehicle employing a prime mover and a transmission arrangement similar to the front-wheel drive vehicle. Incorporated into the counter shaft and counter gear portion of the automatic transmission for automobiles. A first example of such a rotation transmission device with a torque measuring device according to the prior invention includes a housing (mission case) not shown, a
前記回転軸ユニット６は、中空状の第一回転軸である入力軸１３と、中空状の第二回転軸である出力軸１４と、中空状のトーションバー１５とを備える。このうちの入力軸１３及び出力軸１４は、それぞれ炭素鋼の如き合金鋼により円筒状に造られたもので、互いに同心に配置されると共に、互いの一端部同士を相対回転可能に組み合わされている。尚、本明細書及び特許請求の範囲中、これら入力軸１３（第一回転軸）及び出力軸１４（第二回転軸）のそれぞれに関して、一端部とは、互いに近い側の端部を言い、他端部とは、互いに遠い側の端部を言う。
The rotating
図示の構造の場合には、前記入力軸１３と前記出力軸１４との一端部同士を相対回転可能に組み合わせる為に、この入力軸１３の一端部に入力側組み合わせ用筒部１６を設けると共に、前記出力軸１４の一端部に、この入力側組み合わせ用筒部１６よりも大径の、出力側組み合わせ用筒部１７を設けている。そして、この出力側組み合わせ用筒部１７の内径側に、前記入力側組み合わせ用筒部１６を挿入している。又、この状態で、これら両組み合わせ用筒部１６、１７の互いに対向する円筒状の周面同士の間に、ラジアルニードル軸受１８を設置している。これと共に、前記入力側組み合わせ用筒部１６の外周面の基端部に設けた段差面１９と、この段差面１９と対向する前記出力側組み合わせ用筒部１７の先端面２０との間に、スラスト滑り軸受である、円輪状のスラストワッシャ２１を挟持している。そして、この様な構成を採用する事により、前記入力軸１３と前記出力軸１４との一端部同士を、相対回転可能に、且つ、軸方向に関して互いに近づき合う方向の変位を阻止した状態で組み合わせている。
In the case of the illustrated structure, in order to combine the one end portions of the
又、前記スラストワッシャ２１は、図１３の（Ａ）に詳示する様に、円輪状の本体部分の円周方向等間隔の複数箇所に、径方向に長いスリット２２、２２を、前記本体部分の内周縁に開口する状態で形成している。これと共に、この本体部分の外周縁に、この外周縁から軸方向に直角に折れ曲がった補強用円筒部２３を、全周に亙り設けている。この様なスラストワッシャ２１の補強用円筒部２３は、この補強用円筒部２３の先端縁を前記入力軸１３の他端側に向けた状態で、前記入力側組み合わせ用筒部１６の基端部に、径方向に関する大きながたつきなく外嵌されている。これと共に、前記スラストワッシャ２１の本体部分の径方向中間部は、前記段差面１９と前記先端面２０との間に挟持されている。又、この状態で、前記各スリット２２、２２は、前記段差面１９と前記先端面２０との間部分を径方向両側から挟む位置に存在する１対の空間である、前記ラジアルニードル軸受１８を設置した環状空間と、前記出力側組合せ用筒部１７の外径側に存在する空間とを連通している。即ち、この様な連通状態を実現する為に、前記各スリット２２、２２の内接円の直径（前記本体部分の内径）を前記先端面２０の内周縁の直径よりも小さくすると共に、前記各スリット２２、２２の外接円の直径を、前記先端面２０の外周縁の直径よりも大きくしている。
Further, as shown in detail in FIG. 13 (A), the
又、前記トーションバー１５は、十分なばね性を有する鋼材により、中空状である円管状に造られたもので、前記入力軸１３及び出力軸１４の内径側に、これら入力軸１３及び出力軸１４と同心に配置されている。又、この状態で、前記トーションバー１５は、一端部（図９〜１１の右端部）を前記入力軸１３に、他端部（図９〜１１の左端部）を前記出力軸１４に、それぞれ相対回転不能に連結されている。この様な連結状態を実現する為に、図示の構造の場合には、前記トーションバー１５の外径寸法を、中間部に比べて両端部で少しだけ大きくすると共に、これら両端部の外周面を、それぞれ前記入力軸１３の内周面の他端寄り部分と、前記出力軸１４の内周面の他端寄り部分とに、相対回転不能に係合させている。具体的には、これら両係合部を、それぞれインボリュートスプライン係合部２４ａ、２４ｂ（雄、雌両インボリュートスプライン部同士を周方向のがたつきなく係合させて成る係合部）としている。つまり、前記トーションバー１５の一端部外周面に設けた第一雄インボリュートスプライン部５０を、前記入力軸１３の他半部内周面に設けた第一雌インボリュートスプライン部５１に、周方向のがたつきなく係合させる事で、前記インボリュートスプライン係合部２４ａを構成している。これと共に、前記トーションバー１５の他端部外周面に設けた第二雄インボリュートスプライン部５２を、前記出力軸１４の他端部内周面に設けた第二雌インボリュートスプライン部５３に、周方向のがたつきなく係合させる事で、前記インボリュートスプライン係合部２４ｂを構成している。尚、これら両係合部として、キー係合部等の、他の回転防止構造を持った係合部を採用する事もできる。又、この状態で、前記入力軸１３及び出力軸１４の内周面に係止した１対の止め輪２５ａ、２５ｂにより、前記トーションバー１５を軸方向両側から挟持する事で、このトーションバー１５の、前記入力軸１３及び前記出力軸１４に対する軸方向変位を阻止している。
The
又、図示の構造の場合、前記トーションバー１５の軸方向中間部のうち、前記両インボリュートスプライン係合部２４ａ、２４ｂ同士の間に挟まれた部分を、トルクを伝達する際に弾性的に捩れ変形する、ばね部６５としている。そして、このばね部６５の軸方向寸法Ｌを、次述する入力歯車７と出力歯車８との軸方向間隔Ｗよりも大きく（Ｌ＞Ｗに）している。尚、図示の例では、ＬをＷの４倍強の大きさ（Ｌ＞４Ｗ）としている。
In the case of the structure shown in the figure, the portion sandwiched between the involute
又、前記入力歯車７は、炭素鋼の如き合金鋼製のはすば歯車であり、前記入力軸１３の中間部に外嵌固定されている。これら入力歯車７の内周面と入力軸１３の外周面との嵌合部は、同心性を確保する為の円筒面嵌合部２６ａ（外径側、内径側両円筒面同士を圧入嵌合させて成る嵌合部）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２４ｃとを、軸方向に隣接配置する事により構成されている。又、前記入力軸１３に対する前記入力歯車７の軸方向の位置決めは、この入力軸１３の外周面の中間部一端寄り部分に形成した段差面２７に、前記入力歯車７の片側面（図５、６、９、１０の左側面）の内周寄り部分を当接させる事により図っている。又、この入力歯車７の片側面の内周寄り部分には、パーキングロック用歯車２８が一体に形成されている。パーキングロック時には、このパーキングロック用歯車２８の外周面の円周方向一部分に、図示しないロック部材の先端部を係合させる事で、前記回転軸ユニット６の回転を不能とする。又、前記出力歯車８は、炭素鋼の如き合金鋼製のはすば歯車であり、前記出力軸１４の外周面の中間部一端寄り部分に、この出力軸１４と一体に形成（固定）されている。図示の構造の場合、前記回転軸ユニット６の正回転時（自動車が前進している状態での回転時）に、前記入力歯車７から前記入力軸１３に入力されたトルクは、前記トーションバー１５を介して前記出力軸１４に伝達され、前記出力歯車８から出力される。この際に、前記トーションバー１５のばね部６５は、前記トルクの大きさに見合った量だけ、弾性的に捩れ変形する。
The
又、前記回転軸ユニット６は、互いの接触角を逆向きに配置された１対の円すいころ軸受２９ａ、２９ｂにより、前記ハウジングに対して回転自在に支持されている。図示の構造の場合には、これら両円すいころ軸受２９ａ、２９ｂを前記回転軸ユニット６に組み付ける為に、一方の円すいころ軸受２９ａを構成する内輪３０ａを、前記入力軸１３の他端寄り部分に外嵌している。これと共に、この内輪３０ａの大径側端面と、前記入力歯車７の他側面との間で、間座３１を挟持している。そして、この状態で、前記入力軸１３の外周面の他端部に螺合し更に締め付けたナット３２ａにより、前記内輪３０ａの小径側端面を押圧する事で、前記入力軸１３に対して前記内輪３０ａ及び前記入力歯車７を結合固定している。又、前記他方の円すいころ軸受２９ｂを構成する内輪３０ｂを、前記出力軸１４の他端寄り部分に外嵌すると共に、この内輪３０ｂの大径側端面を、前記出力軸１４の外周面の他端寄り部分に形成した段差面３３に当接させている。そして、この状態で、前記出力軸１４の外周面の他端部に螺合し更に締め付けたナット３２ｂにより、前記内輪３０ｂの小径側端面を押圧する事で、前記出力軸１４に前記内輪３０ｂを支持固定している。
The
又、図示の構造の場合、それぞれがはすば歯車である、前記入力歯車７と前記出力歯車８との歯の傾斜方向を、これら両歯車７、８の正回転時（前記回転軸ユニット６の正回転時）に、これら両歯車７、８に作用するアキシアル方向のギヤ反力が互いに向き合う（互いに押し付け合う）方向となる様に規制している。これにより、前記両歯車７、８の正回転時に、これら両歯車７、８に作用するアキシアル方向のギヤ反力の少なくとも一部を相殺できる様にしている。これにより、前記両歯車７、８の正回転時に、前記両円すいころ軸受２９ａ、２９ｂに負荷されるアキシアル荷重を抑えて、その分だけ、これら両軸受２９ａ、２９ｂの摩擦損失（動トルク）を抑えられる様にしている。
Further, in the case of the structure shown in the drawing, the inclination directions of the teeth of the
又、前記連結軸９は、前記トーションバー１５の内径側に、このトーションバー１５と同心に配置されている。これと共に、前記連結軸９は、一端部（図１０、１１の右端部）を前記入力軸１３に相対回転不能に連結された状態で、他端部（図１０、１１の左端部）を前記トーションバー１５及び前記出力軸１４の他端開口から突出させている。図示の構造の場合には、この様に前記連結軸９の一端部を前記入力軸１３に相対回転不能に連結する為に、この連結軸９の一端部を前記トーションバー１５の一端開口から突出させると共に、この突出した部分の外周面に、外向フランジ状の鍔部３４を形成している。そして、この鍔部３４の外周面と、前記入力軸１３の他端部内周面とを、相対回転不能に係合させている。具体的には、この係合部を、インボリュートスプライン係合部２４ｄとしている。尚、この係合部として、キー係合部等の、他の回転防止構造を持った係合部を採用する事もできる。又、この状態で、前記入力軸１３の内周面に係止した、前記止め輪２５ａと別の止め輪２５ｃとにより、前記鍔部３４を軸方向両側から挟持する事で、前記連結軸９の軸方向変位を阻止している。尚、前記トーションバー１５の一端部と、前記連結軸９の一端部とに存在する、前記両インボリュートスプライン係合部２４ａ、２４ｄは、それぞれの雌インボリュートスプライン部として、前記第一雌インボリュートスプライン部５１を共用している。
The connecting
又、前記第一エンコーダ１０は、前記連結軸９の他端部に、この連結軸９と同心に外嵌固定されている。言い換えれば、この第一エンコーダ１０は、この連結軸９を介して、前記入力軸１３に支持固定されている。この為、この第一エンコーダ１０は、この入力軸１３と共に（同期して）回転可能である。又、前記第二エンコーダ１１は、前記出力軸１４の他端部に、この出力軸１４と同心に外嵌固定されている。従って、この第二エンコーダ１１は、この出力軸１４と共に（同期して）回転可能である。
The
又、前記第一、第二両エンコーダ１０、１１は、それぞれ前記連結軸９の他端部又は前記出力軸１４の他端部に外嵌固定された、磁性金属製で円環状の芯金３５（３６）と、この芯金３５（３６）の外周部に存在する円筒部の外周面に固定された、円筒状の永久磁石３７（３８）とから成る。そして、前記第一エンコーダ１０を構成する永久磁石３７の外周面を、第一被検出部３９とし、又、前記第二エンコーダ１１を構成する永久磁石３８の外周面を、第二被検出部４０としている。これら第一、第二両被検出部３９、４０は、互いの直径が等しく、互いに同心に、且つ、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。又、前記両被検出部３９、４０には、それぞれ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いる。これら両被検出部３９、４０の磁極（Ｓ極、Ｎ極）の総数は、互いに一致している。
Further, the first and
尚、図示の構造の場合、前記第一エンコーダ１０を構成する芯金３５の内周面と、前記連結軸９の他端部外周面との嵌合部は、同心性を確保する為の円筒面嵌合部２６ｂ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２４ｅとを、軸方向に隣接配置する事により構成されている。又、前記芯金３５は、前記連結軸９の他端部外周面に係止した止め輪２５ｄにより、この連結軸９に対する抜け止めを図られている。又、前記第二エンコーダ１１を構成する芯金３６は、前記出力軸１４の他端部に締り嵌めで外嵌固定されている。
In the case of the structure shown in the figure, the fitting portion between the inner peripheral surface of the
又、前記センサユニット１２は、合成樹脂製のホルダ４１と、このホルダ４１の先端部に包埋された、第一、第二両センサ４２ａ、４２ｂとを備える。これら両センサ４２ａ、４２ｂの検出部には、それぞれホール素子、ホールＩＣ、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検出素子が組み込まれている。この様なセンサユニット１２は、前記第一センサ４２ａの検出部を前記第一被検出部３９に、前記第二センサ４２ｂの検出部を前記第二被検出部４０に、それぞれ近接対向させた状態で、前記ハウジングに支持されている。
The
又、図示の構造の場合、前記連結軸９の径方向中心部に、この連結軸９の一端面にのみ開口する油導入路４３を設けている。そして、この油導入路４３の端部開口を通じて、この油導入路４３内に導入した潤滑油を、前記両円すいころ軸受２９ａ、２９ｂの内部に供給する様にしている。この為に、前記連結軸９と前記トーションバー１５と前記入力軸１３及び出力軸１４との両端寄り部分に、それぞれ油路４４ａ、４４ｂを設けている。そして、これら両油路４４ａ、４４ｂにより、前記油導入路４３の両端寄り部分と、前記両円すいころ軸受２９ａ、２９ｂの内輪３０ａ、３０ｂの小径側端部の内径側に存在する微小な環状空間４５ａ、４５ｂとを連通している。更に、前記両ナット３２ａ、３２ｂの先端面の円周方向１乃至複数箇所に、それぞれ径方向に亙る油溝４６ａ、４６ｂを形成している。これにより、前記油導入路４３の端部開口からこの油導入路４３内に導入した潤滑油を、前記両油路４４ａ、４４ｂと前記両環状空間４５ａ、４５ｂと前記各油溝４６ａ、４６ｂとを通じて、前記両円すいころ軸受２９ａ、２９ｂの内部に供給する様にしている。
In the case of the illustrated structure, an
更に、図示の構造の場合には、前記両油路４４ａ、４４ｂに送り込んだ潤滑油の一部を、これら両油路４４ａ、４４ｂの中間部から前記両インボリュートスプライン係合部２４ａ、２４ｂに存在する隙間を通じて、前記トーションバー１５のばね部６５の外周面と、前記入力軸１３及び出力軸１４の中間部内周面との間に存在する、円筒状空間４７内に送り込む様にしている。そして、この円筒状空間４７内に送り込んだ潤滑油を、前記入力側組み合わせ用筒部１６の先端面４８と、前記出力側組み合わせ用筒部１７の内周面の基端部に存在する段差面４９との間に存在する隙間を通じて、前記ラジアルニードル軸受１８の設置部と、前記スラストワッシャ２１の挟持部とに供給し、これら設置部及び挟持部を潤滑する様にしている。この際に、この挟持部に到達した潤滑油は、この挟持部の潤滑に供されつつ、前記スラストワッシャ２１に設けた複数のスリット２２、２２を通じて、この挟持部を円滑に通過する。この結果、前記ラジアルニードル軸受１８の設置部及び前記スラストワッシャ２１の挟持部への潤滑油の給排が効率良く行われ、これら設置部及び挟持部の潤滑状態が良好になる。
Further, in the case of the structure shown in the figure, a part of the lubricating oil fed into the both
尚、この先発明に係る構造の第１例を実施する場合には、図１３の（Ａ）に示した様なスラストワッシャ２１に代えて、同図の（Ｂ）に示す様な、外周部の補強用円筒部を省略したスラストワッシャ２１ａや、同図の（Ｃ）に示す様な、外周部の補強用円筒部と複数のスリットとを省略した、単なる円輪状のスラストワッシャ２１ｂを使用する事もできる。但し、上述した設置部及び挟持部の潤滑状態を良好にする観点からは、（Ａ）（Ｂ）に示したスリット２２、２２付のスラストワッシャ２１、２１ａを使用するのが好ましい。更に、外周部（特に前記各スリット２２、２２の基端部周辺）の強度を確保する観点からは、（Ａ）に示した補強用円筒部２３付のスラストワッシャ２１を使用するのが好ましい。
In the case of implementing the first example of the structure according to the present invention, instead of the
又、図示の構造の場合、前記両油路４４ａ、４４ｂに送り込んだ潤滑油は、これら両油路４４ａ、４４ｂの中間部から、前記トーションバー１５の内周面と前記連結軸９の外周面との間に存在する微小隙間（径方向厚さが０．２ｍｍ程度となる円筒状の隙間）内にも送り込まれる。特に、図示の構造の場合には、この様な微小隙間内への潤滑油の送り込みが円滑に行われる様にする為、前記連結軸９の外周面のうち、軸方向に関して前記両油路４４ａ、４４ｂと整合する部分に、全周に亙る凹溝５４ａ、５４ｂを設けている。運転時に、前記微小隙間に充満した潤滑油は、前記連結軸９の微小振動を減衰させる、フィルムダンパとしての機能を発揮する。
Further, in the case of the structure shown in the drawing, the lubricating oil fed into the both
上述の様に構成する先発明に係るトルク測定装置付回転伝達装置の第１例の場合、前記センサユニット１２を構成する第一、第二両センサ４２ａ、４２ｂの出力信号は、前記回転軸ユニット６（前記入力軸１３及び出力軸１４）と共に前記第一、第二両エンコーダ１０、１１が回転する事に伴い、それぞれ周期的に変化する。ここで、この変化の周波数（及び周期）は、前記回転軸ユニット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。又、前記回転軸ユニット６により、前記入力歯車７と前記出力歯車８との間でトルクを伝達する際には、前記トーションバー１５のばね部６５が弾性的に捩れ変形する事に伴い、前記両歯車７、８同士（前記両軸１３、１４同士、前記両エンコーダ１０、１１同士）が回転方向に相対変位する。そして、この様に両エンコーダ１０、１１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４２ａ、４２ｂ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。
In the case of the first example of the rotation transmission device with a torque measuring device according to the previous invention configured as described above, the output signals of the first and
特に、この先発明に係る構造の第１例の場合には、前記トーションバー１５を前記入力軸１３及び出力軸１４の内径側に配置すると共に、このトーションバー１５のばね部６５の軸方向寸法Ｌを、前記両歯車７、８同士の軸方向間隔Ｗよりも大きく（Ｌ＞Ｗに）している。従って、トルクの伝達時に生じる、前記ばね部６５の弾性的な捩れ変形量を十分に確保できる。この結果、前記回転軸ユニット６を一体の回転軸とした構造と異なり、前記両歯車７、８同士の軸方向間隔Ｗの広狭に拘らず、前記トルクの伝達時に生じる、これら両歯車７、８同士の回転方向の相対変位量を十分に大きくできる。従って、トルク測定の分解能を十分に高める事ができる。又、この先発明に係る構造の第１例の場合には、設計の段階で、トーションバー１５の材質や、前記ばね部６５の軸方向寸法、外径寸法、径方向の肉厚等を調節する事により、このばね部６５の捩れ剛性を容易に調節できる。この為、前記回転軸ユニット６を一体の回転軸とした構造に比べて、前記トルクと前記回転方向の相対変位量との関係（ゲイン）を、所望の値に設計し易くできる。
In particular, in the case of the first example of the structure according to the present invention, the
又、この先発明に係る構造の第１例の場合には、使用するセンサユニット１２が１個で済む為、このセンサユニット１２から引き出される図示しないハーネスの本数を１本にできて、このハーネスの配設を容易に行える。又、前記ハウジングに設ける前記センサユニット１２の支持固定部も１箇所で済む為、このハウジングの加工を容易にできる。
Further, in the case of the first example of the structure according to the previous invention, since only one
図１５は、上述した先発明に係る構造の第１例の変形例を示している。上述した先発明に係る構造の第１例の場合が、第一、第二両エンコーダ１０、１１及びセンサユニット１２を、出力軸１４の他端部周辺に集中して配置していたのに対し、本変形例の場合には、これら第一、第二両エンコーダ１０、１１及びセンサユニット１２を、入力軸１３の他端部周辺に集中して配置している。この為に、本変形例の場合、トーションバー１５の内径側に配置した連結軸９の一端部（図１５の左端部）外周面を、出力軸１４の他端部内周面に、インボリュートスプライン係合、キー係合等により、相対回転不能に連結している。これと共に、図示しない止め輪等を使用して、前記出力軸１４に対する、前記連結軸９の軸方向変位を阻止している。そして、この状態で、この連結軸９の他端部（図１５の右端部）を、前記入力軸１３の他端開口から突出させている。そして、この連結軸９の他端部に前記第一エンコーダ１０を外嵌固定すると共に、前記入力軸１３の他端部に前記第二エンコーダ１１を外嵌固定している。更に、これら第一、第二両エンコーダ１０、１１の被検出部に、前記センサユニット１２を構成する１対のセンサの検出部を対向させた状態で、このセンサユニット１２を図示しないハウジングに支持している。
尚、図１５は、図１１と同様の簡略図である為、一部の部品及び部位の図示や符号の記入を省略しているが、その他の構成及び作用は、上述した先発明に係る構造の第１例の場合と同様である。
FIG. 15 shows a modification of the first example of the structure according to the above-described invention. In the case of the first example of the structure according to the above-described invention, the first and
Since FIG. 15 is a simplified diagram similar to FIG. 11, illustration of some parts and parts and entry of reference numerals are omitted, but other configurations and operations are the structures according to the above-described prior invention. This is the same as the case of the first example.
尚、上述した先発明に係る構造の第１例（及びその変形例）の場合には、前記入力軸１３と前記入力歯車７とから成る第一回転体である入力側回転体５５と、前記出力軸１４と前記出力歯車８とから成る第二回転体である出力側回転体５６との間でのトルク伝達を、このトルクの大小の如何に関わらず常に、前記トーションバー１５のみを介して行う構成を採用している。この為、このトーションバー１５のばね部６５には、前記入力側、出力側両回転体５５、５６同士の間で伝達されるトルクが最大になった場合でも、塑性変形が生じない程度の捩れ剛性を持たせておく必要がある。
In the case of the first example (and its modification) of the structure according to the above-described invention, the input
一方、上述した先発明に係る構造の第１例（及びその変形例）の場合には、前記トーションバー１５のばね部６５の捩れ剛性を低くする程、即ち、このばね部６５の弾性的な捩れ変形量を多くする程、トルク測定の分解能を高くする事ができる。但し、上述した様に、先発明に係る構造の第１例（及びその変形例）の場合には、最大トルクの伝達時に前記ばね部６５が塑性変形しない程度までしか、このばね部６５の剛性を低くできない（トルク測定の分解能を高くできない）。
On the other hand, in the case of the first example (and its modification) of the structure according to the above-described invention, the lower the torsional rigidity of the
［未公開の先発明に係る構造の第２例］
図１６〜１９は、上述の様な事情に鑑みて先に考えた、先発明に係るトルク測定装置付回転伝達装置の第２例（特願２０１３−１８３０７２）を示している。尚、この先発明に係る構造の第２例の特徴は、前述の図５〜１４に示した先発明に係る構造の第１例に対して、トルク測定の分解能をより向上させる為の構造を付加した点にある。その他の部分の構造及び作用は、一部を除き、前述した先発明に係る構造の第１例の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、先発明に係る構造の第２例の特徴部分、並びに、前述した先発明に係る構造の第１例と異なる部分を中心に説明する。
[Second example of structure according to undisclosed prior invention]
16-19 has shown the 2nd example (Japanese Patent Application No. 2013-183072) of the rotation transmission apparatus with a torque measuring device which considered previously in view of the above situations. The feature of the second example of the structure according to the prior invention is that a structure for further improving the resolution of torque measurement is added to the first example of the structure according to the previous invention shown in FIGS. It is in the point. The structure and operation of the other parts are the same as in the case of the first example of the structure according to the previous invention, except for a part. Therefore, overlapping illustrations and explanations are omitted or simplified. The description will focus on the characteristic part of the second example of the structure and the part different from the first example of the structure according to the above-described invention.
先ず、前記先発明に係る構造の第２例の場合には、回転軸ユニット６ａを構成する入力軸１３と出力軸１４ａとの一端部同士の組み合わせ部に設置されているラジアル軸受及びスラスト軸受が、前述した先発明に係る構造の第１例の場合と異なる。即ち、前記先発明に係る構造の第２例の場合には、前記ラジアル軸受を、ラジアル滑り軸受である円筒状のスリーブベアリング５７とすると共に、前記スラスト軸受を、スラスト滑り軸受である円輪状のスラストワッシャ２１ｃとしている。このうちのスラストワッシャ２１ｃは、入力側組み合わせ用筒部１６の基端部に径方向の大きながたつきなく外嵌される事で、径方向の位置決めを図られている。これと共に、前記スラストワッシャ２１ｃは、段差面１９に植設されたピン５８を、自身の一部に設けられた係合孔５９に係合させる事で、円周方向の位置決めを図られている。又、この先発明に係る構造の第２例の場合には、前記入力側組み合わせ用筒部１６の基端部に径方向に貫通した油路６０を形成している。そして、この油路６０を通じて、円筒状空間４７から、前記スリーブベアリング５７を設置した空間と前記スラストワッシャ２１ｃを設置した空間との間部分に、潤滑油を供給できる様にしている。これにより、これら両空間内に於ける潤滑性を向上させている。尚、先発明に係る各構造に関して、前記入力軸１３と前記出力軸１４（１４ａ）との一端部同士の組み合せ部に設置するラジアル軸受及びスラスト軸受は、それぞれ滑り軸受と転がり軸受とのうちの何れを選択しても良い。
First, in the case of the second example of the structure according to the previous invention, a radial bearing and a thrust bearing installed at a combination portion of one end portions of the
又、前記先発明に係る構造の第２例の場合、入力歯車７ａに対して一体に形成されたパーキングロック用歯車２８の内径側部分に、第一ストッパ部である、円周方向に関する凹凸形状（内歯歯車状）の入力側ストッパ部（雌側ストッパ部）６１を設けている。この入力側ストッパ部６１は、それぞれが前記パーキングロック用歯車２８の一端面（図１６、１８の左端面）と内周面とに開口する複数の凹部６２、６２を、円周方向に関して等間隔に設けて成る。又、前記出力軸１４ａの一端部（図１６、１８の右端部）の外径側部分に、第二ストッパ部である、円周方向に関する凹凸形状（歯車状）の出力側ストッパ部（雄側ストッパ部）６３を設けている。この出力側ストッパ部６３は、それぞれが前記出力軸１４ａの一端面の外径側部分から軸方向に突出する複数（前記凹部６２、６２と同数）の凸部６４、６４を、円周方向に関して等間隔に設けて成る。
Further, in the case of the second example of the structure according to the above-described invention, an uneven shape in the circumferential direction, which is a first stopper portion, is formed on the inner diameter side portion of the
そして、前記入力側ストッパ部６１と前記出力側ストッパ部６３とを、所定角度範囲内での相対回転のみを可能に凹凸係合させている。この所定角度範囲は、トーションバー１５が捩れ変形していない中立状態を基準として、正逆両方向に所定角度ずつの範囲である。即ち、前記入力側ストッパ部６１を構成する各凹部６２、６２の円周方向幅を、前記出力側ストッパ部６３を構成する各凸部６４、６４の円周方向幅よりも大きくし、且つ、中立状態でのこれら各凹部６２、６２とこれら各凸部６４、６４との円周方向に関する位相を互いに一致させた状態で、これら各凹部６２、６２の内側にこれら各凸部６４、６４を挿入している。つまり、これら各凹部６２、６２の内側にこれら各凸部６４、６４を、それぞれ円周方向両側に隙間を有する状態で緩く係合させている。これにより、前記入力側ストッパ部６１と前記出力側ストッパ部６３との相対回転が、前記所定角度範囲の正回転側又は逆回転側の上限値に達した場合に、前記各凹部６２、６２と前記各凸部６４、６４とがトルク伝達可能に係合する（これら各凹部６２、６２とこれら凸部６４、６４との円周方向側面同士が当接する）様にしている。又、これによって、前記入力歯車７ａと前記入力軸１３とから成る入力側回転体５５ａと、前記出力軸１４ａと出力歯車８とから成る出力側回転体５６ａとの相対回転を、前記所定角度範囲内に規制している。この所定角度範囲は、前記トーションバー１５の軸方向中間部に設けたばね部６５の捩れ変形が塑性変形に至らない範囲としている。
The input-
上述の様に構成する先発明に係るトルク測定装置付回転伝達装置の第２例の場合、前記入力側、出力側両回転体５５ａ、５６ａ同士の間で伝達されるトルクが比較的小さく、前記トーションバー１５のばね部６５の捩れ変形量（捩れ角）が比較的小さい状態、即ち、この捩れ変形量がこのばね部６５の弾性範囲内で所定量（前記所定角度範囲の正回転側又は逆回転側の上限値に相当する量）に達しない状態では、前記各凹部６２、６２と前記各凸部６４、６４とがトルク伝達可能に係合しない（これら各凹部６２、６２とこれら凸部６４、６４との円周方向側面同士が当接しない）。従って、この状態では、前記入力側、出力側両回転体５５ａ、５６ａ同士の間でのトルク伝達が、前記トーションバー１５のみを介して行われる事となる。
In the case of the second example of the rotation transmission device with a torque measuring device according to the previous invention configured as described above, the torque transmitted between the input side and output
一方、前記トルクが大きくなり、前記ばね部６５の捩れ変形量が、このばね部６５の弾性範囲内で前記所定量に達すると、前記各凹部６２、６２と前記各凸部６４、６４とがトルク伝達可能に係合する（これら各凹部６２、６２とこれら各凸部６４、６４との円周方向側面同士が当接する）。この状態では、前記入力側、出力側両回転体５５ａ、５６ａ同士の間でのトルク伝達が、前記トーションバー１５を介して行われるだけでなく、前記各凹部６２、６２と前記各凸部６４、６４との係合部を介しても行われる様になる。又、この様に各凹部６２、６２と各凸部６４、６４とがトルク伝達可能に係合した状態では、それ以上、前記ばね部６５の捩れ変形量が大きくなる事を阻止される。この為、大きいトルクを伝達する場合でも、このばね部６５が塑性変形する事を防止できる。
On the other hand, when the torque increases and the amount of torsional deformation of the
即ち、この先発明に係る構造の第２例の場合には、前記入力側、出力側両ストッパ部６１、６３同士の係合に基づいて、前記入力側、出力側両回転体５５ａ、５６ａ同士の相対回転可能範囲を、前記ばね部６５に塑性変形が生じない範囲としている為、このばね部６５の捩れ剛性を、所望とするトルク測定の分解能に合わせた大きさに設定できる。従って、例えば、前記入力側、出力側両回転体５５ａ、５６ａ同士の間で伝達される最大トルクを、前記トーションバー１５のみを介して伝達する場合に、前記ばね部６５に塑性変形が生じない最低限度の捩れ剛性よりも、更に小さい捩れ剛性を、このばね部６５に設定する事ができる。そして、この様な設定を行う事により、前記入力側、出力側両ストッパ部６１、６３同士がトルク伝達可能に係合するまでの間の（少なくとも低トルク領域での）トルク測定の分解能を、前述した先発明に係る構造の第１例の場合よりも高くする事ができる。
That is, in the case of the second example of the structure according to the present invention, based on the engagement between the input side and
尚、図示は省略するが、上述した先発明に係る構造の第２例の場合も、前述した先発明に係る構造の第１例の場合と同様、その変形例として、第一、第二両エンコーダ１０、１１及びセンサユニット１２を、入力軸１３の他端部周辺に集中して配置する構成（図１５に示した様な構成）を採用する事ができる。
Although not shown, in the case of the second example of the structure according to the above-described prior invention, as in the case of the first example of the structure according to the above-described prior invention, the first and second modifications A configuration in which the
又、先発明を実施する場合には、上述した先発明に係る構造の第１〜２例（及びこれらの変形例）に於ける、第一、第二両エンコーダの被検出部と、センサユニットを構成する１対のセンサの検出部との対向方向を、径方向から軸方向に変更した構成を採用する事もできる。この様な変形例を実施する場合には、第一、第二両エンコーダの被検出部を、互いの径寸法が異なる１対の円輪状の被検出部とすると共に、これら両被検出部を、軸方向に関して同方向に向けた状態で、互いに同心に（径方向に重畳させて）配置する。そして、これら両被検出部にセンサユニットを構成する１対のセンサの検出部を軸方向に対向させる。 When the prior invention is carried out, the detected portions of the first and second encoders and the sensor unit in the first and second examples (and their modifications) of the structure according to the above-described previous invention It is also possible to adopt a configuration in which the facing direction of the pair of sensors constituting the pair is changed from the radial direction to the axial direction. When implementing such a modified example, the detected parts of both the first and second encoders are a pair of annular-shaped detected parts having different radial dimensions, and both the detected parts are They are arranged concentrically (superimposed in the radial direction) in the same direction with respect to the axial direction. And the detection part of a pair of sensor which comprises a sensor unit is made to oppose these both to-be-detected parts to an axial direction.
ところで、上述した様な先発明に係る各構造の場合、前記トーションバー１５のばね部６５に関しては、繰り返しのトルク伝達によっても疲労破壊（破断）しない事が重要であり、又、トルク測定の精度や分解能を十分に確保する為に、単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量を十分に確保できる事も重要である。
尚、本発明に関連する他の先行技術文献として特許文献３がある。この特許文献３には、大きな応力負荷に対応可能な高疲労強度を有するトーションバー及びその製造方法が記載されている。
By the way, in the case of each structure according to the prior invention as described above, it is important that the
In addition, there exists
本発明は、上述の様な事情に鑑み、トルク測定の分解能を高くできるトルク測定装置付回転伝達装置の構造に於いて、トーションバーに関し、少なくとも繰り返しのトルク伝達による疲労破壊を防止する為に必要な耐久性を確保できる構造を実現すべく発明したものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention relates to a torsion bar in a structure of a rotation transmission device with a torque measurement device that can increase the resolution of torque measurement, and is necessary for preventing fatigue failure due to at least repeated torque transmission. It was invented to realize a structure capable of ensuring a sufficient durability.
本発明のトルク測定装置付回転伝達装置は何れも、ハウジングと、回転軸ユニットと、第一歯車と、第二歯車と、連結軸と、第一エンコーダと、第二エンコーダと、１個のセンサユニットとを備える。
このうちの回転軸ユニットは、それぞれが中空状の第一、第二両回転軸と、中空状のトーションバーとを備える。このうちの第一、第二両回転軸は、互いに同心に配置されると共に、互いの一端部同士を相対回転可能に組み合わされた状態で、前記ハウジングに対して回転自在に支持されている。又、前記トーションバーは、前記第一、第二両回転軸の内径側に、これら第一、第二両回転軸と同心に配置されると共に、一端部をこの第一回転軸に、他端部をこの第二回転軸に、それぞれ相対回転不能に連結されている。
又、前記第一歯車は、前記第一回転軸の外周面の軸方向中間部に固定されている。
又、前記第二歯車は、前記第二回転軸の外周面の軸方向中間部に固定されている。
又、前記トーションバーの軸方向中間部のうち、トルクを伝達する際に弾性的に捩れ変形する部分（このトーションバーのうち、前記第一、第二両回転軸に対し相対回転不能に連結した両端部同士の間に挟まれた部分）である、ばね部の軸方向寸法が、前記第一、第二両歯車同士の軸方向間隔よりも大きくなっている。
又、前記連結軸は、前記トーションバーの内径側に、このトーションバーと同心に配置されると共に、一端部を前記第一、第二両回転軸のうちの何れか一方の回転軸に対して相対回転不能に連結された状態で、他端部を前記トーションバーの端部から軸方向に突出させている。
又、前記第一エンコーダは、前記連結軸の他端部に対して固定された状態で、この連結軸と同心で円環状の第一被検出部を有すると共に、この第一被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させている。
又、前記第二エンコーダは、前記他方の回転軸の他端側部分に対して固定された状態で、この他方の回転軸と同心で円環状の第二被検出部を有すると共に、この第二被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させている。
又、前記第一、第二両被検出部は、互いに近接配置（例えば１０mm以内、より好ましくは５mm以内の間隔をあけて配置）されている。
又、前記センサユニットは、その一部を前記第一、第二両被検出部に対向させた状態で、前記ハウジングに対して支持されており、且つ、これら第一、第二両被検出部のうちで自身が対向している部分の磁気特性変化に対応して出力信号を変化させる。この様なセンサユニットとしては、例えば、前記第一被検出部に対向させた第一センサと、前記第二被検出部に対向させた第二センサとを備え、これら第一、第二両センサが、それぞれ前記第一、第二両被検出部のうちで自身が対向している部分の磁気特性の変化に対応して出力信号を変化させる構成を有するものを採用できる。
Each of the rotation transmission devices with a torque measuring device of the present invention includes a housing, a rotary shaft unit, a first gear, a second gear, a connecting shaft, a first encoder, a second encoder, and one sensor. A unit.
Of these, the rotating shaft unit includes both hollow first and second rotating shafts and a hollow torsion bar. Of these, the first and second rotating shafts are arranged concentrically with each other, and are rotatably supported with respect to the housing in a state where their one end portions are combined so as to be relatively rotatable. The torsion bar is disposed on the inner diameter side of the first and second rotary shafts, concentrically with the first and second rotary shafts, and has one end at the first rotary shaft and the other end. The parts are connected to the second rotating shaft so as not to rotate relative to each other.
The first gear is fixed to an intermediate portion in the axial direction of the outer peripheral surface of the first rotating shaft.
The second gear is fixed to an intermediate portion in the axial direction of the outer peripheral surface of the second rotating shaft.
Of the axially intermediate portion of the torsion bar, a portion that elastically twists and deforms when transmitting torque (the torsion bar is connected to the first and second rotating shafts so as not to rotate relative to each other). The axial dimension of the spring portion, which is a portion sandwiched between both ends, is larger than the axial interval between the first and second gears.
Further, the connecting shaft is disposed concentrically with the torsion bar on the inner diameter side of the torsion bar, and has one end portion with respect to any one of the first and second rotating shafts. The other end portion is projected in the axial direction from the end portion of the torsion bar in a state where the relative rotation is impossible.
The first encoder has an annular first detected portion concentric with the connecting shaft in a state of being fixed with respect to the other end portion of the connecting shaft, and a magnetic field of the first detected portion. The characteristics are changed alternately and at equal pitches in the circumferential direction.
The second encoder has an annular second detected portion concentric with the other rotating shaft in a state fixed to the other end portion of the other rotating shaft. The magnetic characteristics of the detected part are changed alternately and at equal pitches in the circumferential direction.
The first and second detected parts are arranged close to each other (for example, arranged with an interval of within 10 mm, more preferably within 5 mm).
The sensor unit is supported with respect to the housing in a state where a part of the sensor unit is opposed to the first and second detected parts, and the first and second detected parts. Among them, the output signal is changed in response to the change in the magnetic characteristic of the part facing itself. As such a sensor unit, for example, a first sensor opposed to the first detected portion and a second sensor opposed to the second detected portion are provided. However, it is possible to employ one having a configuration in which the output signal is changed in response to the change in the magnetic characteristics of the portion of the first and second detected parts facing each other.
特に、請求項１に記載したトルク測定装置付回転伝達装置の場合には、前記トーションバーのばね部は、軸方向両端縁部分を除いた軸方向中間部に、これら軸方向両端縁部分よりも径方向の肉厚が小さく、且つ、内周面と外周面とを互いに同心の単一円筒面とした、円管部を備えている。そして、この円管部の内径寸法ｄiと外径寸法ｄoとの比ｄi／ｄoを、０．５≦ｄi／ｄo≦０．８の範囲に収めている。
In particular, in the case of the rotation transmission device with the torque measuring device according to
これに対し、請求項２に記載したトルク測定装置付回転伝達装置の場合には、前記トーションバーのばね部は、軸方向両端縁部分を除いた軸方向中間部に、これら軸方向両端縁部分よりも径方向の肉厚が小さく、且つ、内周面と外周面とを互いに同心の単一円筒面とした、円管部を備えている。そして、この円管部の外周面の十点平均粗さＲｚを、Ｒｚ≦２２μｍの範囲に収めている。
On the other hand, in the case of the rotation transmission device with a torque measuring device according to
又、本発明のトルク測定装置付回転伝達装置を実施する場合には、例えば請求項３に記載した発明の様に、前記第一回転軸と前記第一歯車とから成る第一回転体の一部に設けられた第一ストッパ部と、前記第二回転軸と前記第二歯車とから成る第二回転体の一部に設けられた第二ストッパ部とを備えた構成とする。そして、これら第一ストッパ部と第二ストッパ部とを、前記トーションバーのばね部の捩れ変形量（捩れ角）がこのばね部の弾性範囲内で所定量に達した場合にのみ、トルク伝達可能に係合する様にする。
Further, when the rotation transmission device with a torque measuring device of the present invention is implemented, for example, as in the invention described in
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の場合には、前述した先発明に係る各構造の場合と同様に、トルク測定の分解能を高くする事できる。即ち、トーションバーのばね部の軸方向寸法を、第一、第二両歯車同士の軸方向間隔よりも大きくしている為、この軸方向間隔の広狭に拘らず、トルクの伝達時に生じる、前記第一、第二両歯車同士の回転方向の相対変位に基づく前記ばね部の捩れ変形量を大きくできる。従って、トルク測定の分解能を高くする事ができる。又、第一、第二両エンコーダを構成する第一、第二両被検出部を近接配置して、これら第一、第二両被検出部に対向させるセンサユニットを１個にしている為、このセンサユニットから引き出されるハーネスの本数を１本とする事ができ、このハーネスの配設を容易に行える。又、ハウジングに対するこのセンサユニットの支持固定部が１箇所で済む為、このハウジングの加工を容易にできる。 In the case of the rotation transmission device with a torque measuring device of the present invention configured as described above, the resolution of torque measurement can be increased as in the case of each structure according to the previous invention. That is, since the axial dimension of the spring portion of the torsion bar is larger than the axial distance between the first and second gears, the torque is generated when torque is transmitted regardless of the width of the axial distance. The amount of torsional deformation of the spring portion based on the relative displacement in the rotational direction between the first and second gears can be increased. Therefore, the resolution of torque measurement can be increased. In addition, since the first and second detected parts constituting both the first and second encoders are arranged close to each other, the sensor unit facing the first and second detected parts is made one, The number of harnesses drawn from the sensor unit can be reduced to one, and the harness can be easily arranged. Further, since the sensor unit has only one supporting and fixing portion with respect to the housing, the processing of the housing can be facilitated.
又、請求項１に記載したトルク測定装置付回転伝達装置によれば、トーションバーのばね部に関して、繰り返しのトルク伝達による疲労破壊を防止する為に必要な耐久性の確保と、トルク測定の精度や分解能を高める為に必要な単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量の確保とを、高レベルで両立させる事ができる。
又、請求項２に記載したトルク測定装置付回転伝達装置によれば、トーションバーのばね部に関して、繰り返しのトルク伝達による疲労破壊を防止する為に必要な耐久性を十分に確保できる。
Further, according to the rotation transmission device with a torque measuring device according to the first aspect, regarding the spring portion of the torsion bar, ensuring the durability necessary for preventing fatigue failure due to repeated torque transmission and the accuracy of torque measurement. In addition, it is possible to achieve a high level of ensuring the amount of elastic torsional deformation per unit torque necessary for increasing the resolution.
Further, according to the rotation transmission device with a torque measuring device according to the second aspect, the durability necessary for preventing fatigue failure due to repeated torque transmission can be sufficiently secured for the spring portion of the torsion bar.
更に、請求項３に記載した発明の場合には、前述した先発明に係る構造の第２例（及びその変形例）の場合と同様、トルク測定の分解能を所望の大きさに設定できると共に、第一、第二両歯車同士の間で伝達されるトルクの大小の如何に拘らず、トーションバーが塑性変形する事を防止できる。
Furthermore, in the case of the invention described in
図１は、請求項１、２に対応する、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の特徴は、トーションバー１５ａのばね部６５ａに関して、繰り返しのトルク伝達による疲労破壊を防止する為に必要な耐久性の確保と、トルク測定の精度や分解能を高める為に必要な単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量（捩れ角）の確保とを、高レベルで両立させる為に、このトーションバー１５ａの構成を工夫した点にある。このトーションバー１５ａを含んで構成されるトルク測定装置付回転伝達装置の基本構造及び作用に就いては、前述の図５〜１４に示した先発明に係る構造の第１例の場合と同様である為、重複する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention corresponding to
本例の場合、前記トーションバー１５ａのばね部６５ａは、軸方向両端縁部分を除いた軸方向中間部に、これら軸方向両端縁部分よりも径方向の肉厚が小さく、且つ、内周面と外周面とを互いに同心の単一円筒面とした、円管部６６を備えている。即ち、本例の場合、前記トーションバー１５ａの中心孔の内周面は、前記ばね部６５ａの内周面となる軸方向中間部を含めて、全長に亙り、単一円筒面になっている。一方、前記ばね部６５ａのうち、前記円管部６６の外周面は、前記中心孔の内周面と同心の単一円筒面になっている。従って、この円管部６６の径方向の肉厚は、全体的に均一になっている。これに対して、前記ばね部６５ａの軸方向両端縁部分の外周面は、このばね部６５ａの軸方向両端側に向かう程直径寸法が大きくなる方向に傾斜した、１対の傾斜面部６７、６７になっている。そして、前記円管部６６の外周面と、前記トーションバー１５ａの外周面の軸方向両端部の１対の雄インボリュートスプライン部５０、５２とが、それぞれ前記両傾斜面部６７、６７を介して連続した状態に設けられている。従って、この様な両傾斜面部６７、６７が設けられた、前記ばね部６５ａの軸方向両端縁部分は、前記円管部６６よりも、径方向の肉厚が大きくなっている。言い換えれば、前記ばね部６５ａの径方向の肉厚は、前記円管部６６で最小になっている。尚、この円管部６６の軸方向寸法ｓは、入力歯車７と出力歯車８との軸方向間隔Ｗ（図１０参照）よりも大きい（ｓ＞Ｗ）。
In the case of this example, the
上述の様に前記ばね部６５ａの径方向の肉厚は、前記円管部６６で最小になっている為、このばね部６５ａの単位長さ当たりの捩れ剛性も、この円管部６６で最小になっている。従って、トルク伝達時に前記ばね部６５ａで生じる単位長さ当たりの弾性的な捩れ変形量は、前記円管部６６で最大となる。しかも、前記ばね部６５ａは、軸方向両端縁部分を除く大部分が、この円管部６６になっている。この為、トルク伝達時にこのばね部６５ａで生じる弾性的な捩れ変形量は、その殆どが、この円管部６６で生じたものとなる。従って、前記ばね部６５ａに関して耐久性の確保と単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量の確保とを高レベルで両立させる為の工夫は、特に、前記円管部６６の構成に着目して行う必要がある。この様な事情に鑑みて、本例の場合には、この円管部６６の内径寸法ｄiと外径寸法ｄoとの比ｄi／ｄoを調節する事により、この比ｄi／ｄoを、０．５≦ｄi／ｄo≦０．８の範囲に収めている。これと共に、前記円管部６６の外周面に表面粗さを改善する為の研磨加工を施す事により、この円管部６６の外周面の十点平均粗さＲｚを、Ｒｚ≦２２μｍの範囲に収めている。更には、前記トーションバー１５ａの表面のうち、少なくとも前記ばね部６５ａの外周面の硬さを４５０Ｈｖ（好ましくは５００Ｈｖ以上）としている。
As described above, since the radial thickness of the
尚、各種機械装置に組み込んで使用される一般的なトーションバーの材料としては、通常、ばね鋼鋼材（ＪＩＳ Ｇ ４８０１）が用いられる。このばね鋼鋼材には、シリコンマンガン鋼鋼材（ＳＵＰ６、ＳＵＰ７）、マンガンクロム鋼鋼材（ＳＵＰ９、ＳＵＰ９Ａ）、クロムバナジウム鋼鋼材（ＳＵＰ１０）、マンガンクロムボロン鋼鋼材（ＳＵＰ１１Ａ）、シリコンクロム鋼鋼材（ＳＵＰ１２）、クロムモリブデン鋼鋼材（ＳＵＰ１３）があり、これらの機械的性質は、降伏応力（０．２％耐力）：１０００〜１１００ＭＰａ、硬さ：３５０Ｈｖ〜４５０Ｈｖとなっている。 In addition, as a general torsion bar material incorporated and used in various mechanical devices, a spring steel material (JIS G 4801) is usually used. The spring steel materials include silicon manganese steel materials (SUP6, SUP7), manganese chrome steel materials (SUP9, SUP9A), chrome vanadium steel materials (SUP10), manganese chrome boron steel materials (SUP11A), silicon chrome steel materials (SUP12). ), Chromium molybdenum steel (SUP13), and these mechanical properties are yield stress (0.2% yield strength): 1000 to 1100 MPa, hardness: 350 Hv to 450 Hv.
一方、本例のトルク測定装置付回転伝達装置を構成するトーションバー１５ａのばね部６５ａに関して、耐久性の確保と単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量の確保とを高レベルで両立させる為には、このトーションバー１５ａの材料として、降伏応力σyと疲労強度σwとが高い材料を用いるのが効果的であり、具体的には、降伏応力σyが１１００ＭＰａ以上（好ましくは１２００ＭＰａ以上）で、疲労強度σwが５００ＭＰａ以上（好ましくは６００ＭＰａ以上）の材料を用いるのが効果的である。又、これら降伏応力σy及び疲労強度σwと硬さとの間には相関関係がある為、硬さは硬い方が好ましい。具体的には、本例の様に、前記トーションバー１５ａの表面のうち、少なくとも前記ばね部６５ａの外周面の硬さを、４５０Ｈｖ（上述した一般的なトーションバーの材料として使用されるばね鋼鋼材の硬さの上限値）以上（好ましくは５００Ｈｖ以上）とするのが効果的である。但し、当該硬さを高くし過ぎると、材料が脆化し、衝撃強度が過度に低下する。この為、この様な不都合を防止すべく、当該硬さは、８５０Ｈｖ以下（好ましくは８００Ｈｖ以下）とする。
On the other hand, with respect to the
前記トーションバー１５ａの表面のうち、少なくとも前記ばね部６５ａの外周面の硬さを４５０Ｈｖ以上とする為に、例えば前記トーションバー１５ａを構成する金属材料として、一般的にトーションバーの材料として用いられるばね鋼鋼材（ＪＩＳ Ｇ ４８０１、炭素濃度０．４５〜０．６５％）よりも炭素濃度が高いものを使用する。即ち、前記トーションバー１５ａを構成する金属材料の炭素濃度を、０．６５％以上（好ましくは０．７％以上）とする。これにより、前記トーションバー１５ａを構成する金属材料に焼き入れ・焼き戻し処理を施して、マルテンサイトを生成させた場合に、硬さを向上できる。但し、当該炭素濃度を高くし過ぎると、巨大な炭化物が生成され、加工性が過度に悪化したり、靱性が過度に低下したりする。この為、この様な不都合を防止すべく、当該炭素濃度は、１．５％以下（好ましくは１．２５％以下、より好ましくは１．２％以下）とする。具体的には、前記トーションバー１５ａを構成する金属材料として、高炭素クロム軸受鋼（炭素濃度：０．９〜１．１％）又は炭素工具鋼（炭素濃度：０．６〜１．５％）を使用し、８００〜８６０℃で焼入れを行った後、１５０〜５００℃で焼戻しを行う。
Of the surface of the
或いは、前記トーションバー１５ａを、このトーションバー１５ａを構成する金属材料に、一般的にトーションバーの材料として用いられるばね鋼鋼材の焼き戻し温度（４５０〜５７０℃）よりも低い温度（４５０℃以下、好ましくは４００℃）で焼き戻し処理を施す事で造る。具体的には、前記トーションバー１５ａを、ばね鋼鋼材に、８００〜８８０℃で焼き入れ処理を施した後、１５０〜４５０℃で焼き戻し処理を施す事で造る。
Alternatively, the temperature of the
或いは、前記トーションバー１５ａの表面に、浸炭処理又は浸炭窒化処理を施しても良い。即ち、前述した特許文献３には、トーションバーを構成する金属材料に高周波焼き入れ処理を施す方法が記載されているが、本例の様に、浸炭処理又は浸炭窒化処理を施す事で、このトーションバー１５ａの表面に多くの炭化物や窒化物を析出させる事ができる。具体的には、このトーションバー１５ａを、機械構造炭素鋼（ＪＩＳ Ｇ ４０５２）或いは機械構造用合金｛ＪＩＳ Ｇ ４０５３（ニッケル・クロム鋼、ニッケル・クロム・モリブデン鋼、クロム鋼、クロム・モリブデン鋼、又はマンガン鋼若しくはマンガンクロム鋼）｝に、７００℃〜９００℃のプロパン、メタン、ブタン等の浸炭性ガス雰囲気中で浸炭処理を施すか、或いは、浸炭性ガス＋アンモニアガス雰囲気中で浸炭窒化処理を施した後、１５０℃〜５００℃で焼き戻し処理を施す事で造る。これにより、前記トーションバー１５ａの両端部外周面に設けた、出力軸１３又は出力軸１４（１４ａ）（例えば図１０、１８参照）との連結部（スプライン部５０、５２又はキー部）の耐摩耗性を十分に確保できる。
Alternatively, carburizing or carbonitriding may be performed on the surface of the
或いは、前記トーションバー１５ａの外周面にショットピーニング加工を施しても良い。具体的には、このトーションバー１５ａを、ばね鋼鋼材に、８３０℃〜８７０℃で焼き入れ処理を施した後、４６０℃〜５７０℃で焼き戻し処理を行い、更に必要に応じて研磨加工を施した後、ショットピーニング加工を施す。このショットピーニング加工には、鋼、ガラス、セラミックス等の材料製で直径が０．１〜１ｍｍ程度の投射球を用いる。この様なショットピーニング加工を施す事で、前記トーションバー１５ａの硬さが向上するだけでなく、圧縮残留応力を発生させて疲労強度を向上できる。圧縮残留応力は、前記トーションバー１５ａの表層部で、２００ＭＰａ以上とする事が望ましい。尚、上述の様なショットピーニング加工は、前記トーションバー１５ａの外周面に加え、内周面に施す事もできる。
Alternatively, shot peening may be performed on the outer peripheral surface of the
上述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の場合、前記円管部６６の内径寸法ｄiと外径寸法ｄoとの比ｄi／ｄoと、この円管部６６の外周面の十点平均粗さＲｚとを、それぞれ前述した様な範囲（０．５≦ｄi／ｄo≦０．８、Ｒｚ≦２２μｍ）に収めている為、前記円管部６６を主要部とする、前記ばね部６５ａに関して、耐久性の確保と単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量の確保とを高レベルで両立させる事ができる。
In the case of the rotation transmission device with a torque measuring device of this example having the above-described configuration, the ratio d i / d o between the inner diameter dimension d i and the outer diameter dimension d o of the
即ち、本例の場合には、前記円管部６６の内径寸法ｄiと外径寸法ｄoとの比ｄi／ｄoを０．８以下（ｄi／ｄo≦０．８）としている為、この円管部６６の外周面に作用する最大剪断応力を低く抑えられる。これと共に、この円管部６６の外周面の十点平均粗さＲｚを２２μｍ以下（Ｒｚ≦２２μｍ）としている為、この外周面に前記最大剪断応力が繰り返し負荷された場合でも、この外周面に疲労破壊の起点となる亀裂を生じにくくできる。従って、前記ばね部６５ａの耐久性を十分に確保できる。
又、本例の場合には、前記比ｄi／ｄoを０．５以上（０．５≦ｄi／ｄo）としている為、前記円管部６６の径方向の肉厚（捩れ剛性）が過大になる事を防止して、前記ばね部６５ａに関する単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量を十分に確保できる。
更に、本例の場合には、前記トーションバー１５ａの表面のうち、少なくとも前記ばね部６５ａの外周面の硬さを４５０Ｈｖ（好ましくは５００Ｈｖ以上）としている。この為、前記トーションバー１５ａのばね部６５ａの耐久性を、より確保し易くできる。
That is, in this example, the ratio d i / d o between the inner diameter dimension d i and the outer diameter dimension d o of the
In this example, since the ratio d i / d o is 0.5 or more (0.5 ≦ d i / d o ), the radial thickness (torsional rigidity) of the circular pipe portion 66 ) Can be prevented, and the amount of elastic torsional deformation per unit torque related to the
Furthermore, in the case of this example, the hardness of at least the outer peripheral surface of the
尚、上述した実施の形態では、前述の図５〜１４に示した先発明の構造の第１例に対して本発明を適用した例を示したが、本発明は、これに限らず、この先発明の構造の第１例の変形例（例えば図１５）や、前述の図１６〜１９に示した先発明に係る構造の第２例（又はその変形例）に適用する事もできる。尚、本発明を、この先発明に係る構造の第２例（又はその変形例）に適用する場合、前記円管部６６の内径寸法ｄiと外径寸法ｄoとの比ｄi／ｄoを、必ずしも上述した範囲（０．５≦ｄi／ｄo≦０．８）に収める必要はない。即ち、この比ｄi／ｄoを０．８より大きく（０．８＜ｄi／ｄoと）すれば、（低トルク領域での）トルク測定の分解能をより高くできる。
In the above-described embodiment, the example in which the present invention is applied to the first example of the structure of the prior invention shown in FIGS. 5 to 14 described above is shown. The present invention can also be applied to a modification of the first example of the structure of the invention (for example, FIG. 15) and the second example of the structure according to the previous invention shown in FIGS. When the present invention is applied to the second example (or a modification thereof) of the structure according to the previous invention, the ratio d i / d o between the inner diameter dimension d i and the outer diameter dimension d o of the
上述した様に、本発明のトルク測定装置付回転伝達装置を構成するトーションバー１５ａのばね部６５ａに関しては、繰り返しのトルク伝達による疲労破壊を防止する為に必要な耐久性の確保と、トルク測定の精度や分解能を高める為に必要な単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量の確保とを、高レベルで両立させる事が重要である。
前記トーションバー１５ａを構成するばね部６５ａの主要部である円管部６６（外径寸法ｄo、内径寸法ｄi、軸方向寸法ｓ、横弾性係数Ｇ）にトルクＴが加わる場合に、この円管部６６に作用する最大剪断応力τmaxは、次の（１）式で表される。尚、この最大剪断応力τmaxは、前記円管部６６の外周面に作用する。
一方、（２）式の関係から分かる様に、外径寸法ｄoに対して、内径寸法ｄiを大きくすると、その分、捩れ角φが大きくなる。即ち、前記円管部６６の弾性的な捩れ変形量が大きくなる。従って、前記円管部６６を主要部とする前記ばね部６５ａの単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量は、外径寸法ｄoに対して、内径寸法ｄiを大きくする程大きくなる。
以上の事から、前記ばね部６５ａに関して耐久性の確保と単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量の確保とを高レベルで両立させる為には、前記円管部６６の内径寸法ｄiと外径寸法ｄoとの比ｄi／ｄoを、所定範囲に収める必要がある事が分かる。
As described above, with respect to the
When torque T is applied to the circular pipe portion 66 (outer diameter dimension d o , inner diameter dimension d i , axial dimension s, lateral elastic modulus G) which is the main part of the
On the other hand, as can be seen from the relationship of the expression (2), when the inner diameter dimension d i is increased with respect to the outer diameter dimension d o , the twist angle φ is correspondingly increased. That is, the elastic torsional deformation amount of the
From the above, in order to achieve both a high level of durability with respect to the
以下、本発明の効果を確認する為に行った試験に就いて説明する。
本試験では、前記円管部６６の内径寸法ｄiと外径寸法ｄoとの比ｄi／ｄoが、前記ばね部６５ａの耐久性と単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量｛トルク測定の精度（分解能）｝とに及ぼす影響に就いて調べた。
Hereinafter, a test conducted for confirming the effect of the present invention will be described.
In this test, the ratio d i / d o between the inner diameter dimension d i and the outer diameter dimension d o of the
この為に、試験用の試料として、前記比ｄi／ｄoが互いに異なる複数のトーションバー１５ａを用意し、これら各試料に就いて、ばね部６５ａにトルクを負荷する試験を行った。この試験を行う為に具体的には、図２に略示する様な試験装置を使用した。即ち、試料となるトーションバー１５ａのうち、ばね部６５ａから外れた一端部（図２の左端部）と、当該トーションバー１５ａの中心孔に挿通した連結軸９の一端部（図２の左端部）とを、不動の第一固定具６８に内嵌固定すると共に、当該トーションバー１５ａのうち、前記ばね部６５ａから外れた他端部（図２の右端部）に、回動可能な第二固定具６９を外嵌固定した。又、前記連結軸９の他端部（図２の右端部）に第一エンコーダ１０を外嵌固定すると共に、前記第二固定具６９に第二エンコーダ１１を外嵌固定した。更に、これら第一、第二両エンコーダ１０、１１の被検出部に、センサユニット１２を構成する１対のセンサの検出部を対向させた状態で、このセンサユニット１２を、図示しない不動の支持具に支持固定した。そして、この状態で、図示しない油圧装置により、前記第二固定具６９を回動させる事に基づいて、当該トーションバー１５ａのばね部６５ａにトルクを負荷した。
For this purpose, a plurality of
その他の試験条件は、以下の通りである。
＜トーションバー１５ａに就いて＞
材質 ： ＳＵＰ９Ａ（マンガンクロム鋼）
円管部６６の外径寸法ｄo ： ３０ｍｍ
円管部６６の内径寸法ｄi ： 各試料で異なる
円管部６６の軸方向寸法ｓ ： ８０ｍｍ
円管部６６の外周面の十点平均粗さＲｚ ： ６０μｍ程度
＜耐久性の評価試験に就いて＞
上述した試験装置を使用して、試料となるトーションバー１５ａのばね部６５ａに、５００〜２０００Ｎｍの範囲から選択される一定のトルクＴを、周波数２０Ｈｚで繰り返し負荷する。そして、負荷総数１．０×１０7回でも円管部６６に疲労破壊が生じない限界のトルクＴである、疲労限トルクＴｗの大きさを調べた。
＜トルク測定の精度（分解能）の評価試験に就いて＞
上述した試験装置を使用して、試料となるトーションバー１５ａのばね部６５ａに、５００ＮｍのトルクＴを繰り返し負荷する。そして、この際に前記両センサの出力信号同士の位相差比に基づいて求められるトルク測定値のばらつき幅を求め、更にこのばらつき幅を負荷トルクＴ（５００Ｎｍ）で割った値を、トルクの測定誤差として求めた。
Other test conditions are as follows.
<On the
Material: SUP9A (manganese chrome steel)
Outer diameter dimension d o of the circular pipe portion 66: 30 mm
Inner diameter dimension d i of the circular pipe part 66: Axial dimension s of the
Ten-point average roughness Rz of the outer peripheral surface of the circular pipe portion 66: about 60 μm <On durability evaluation test>
Using the test apparatus described above, a constant torque T selected from a range of 500 to 2000 Nm is repeatedly applied to the
<On evaluation test of accuracy (resolution) of torque measurement>
Using the test apparatus described above, a torque T of 500 Nm is repeatedly applied to the
上述した各評価試験の結果（疲労限トルクＴｗ、トルクの測定誤差）を、それぞれ下記の表１に示す。
本発明のトルク測定装置付回転伝達装置を自動車の変速機に組み込んで使用する場合、前記トーションバー１５ａのばね部６５ａには、１０００Ｎｍ以下のトルクＴが繰り返し負荷されても疲労破壊を起こさない事、即ち、１０００Ｎｍよりも大きい疲労限トルクＴｗを有している事が要求される。従って、表１の試験結果から明らかな様に、当該要求に応えて、前記ばね部６５ａの耐久性を十分に確保する為には、前記比ｄi／ｄoを０．８以下（ｄi／ｄo≦０．８）とする必要がある。
一方、トルク測定の精度（分解能）に関しては、表１の試験結果から明らかな様に、前記比ｄi／ｄoが０．５以上（０．５≦ｄi／ｄo）になると、トルクの測定誤差が急激に小さく（６％以下に）なる。従って、トルク測定の精度（分解能）を十分に確保する為には、前記比ｄi／ｄoを０．５以上（０．５≦ｄi／ｄo）とすれば良い。
つまり、上述した各評価試験の結果から、前記トーションバー１５ａのばね部６５ａに関して、耐久性の確保と単位トルク当たりの弾性的な捩れ変形量｛トルク測定の精度（分解能）｝の確保とを高レベルで両立させる為には、前記比ｄi／ｄoを０．５≦ｄi／ｄo≦０．８の範囲に収めれば良い事が分かった。
When the rotation transmission device with a torque measuring device according to the present invention is incorporated in an automobile transmission and used, the
On the other hand, regarding the accuracy (resolution) of the torque measurement, as is clear from the test results in Table 1, when the ratio d i / d o is 0.5 or more (0.5 ≦ d i / d o ), the torque The measurement error is drastically reduced (below 6%). Accordingly, in order to sufficiently ensure the accuracy (resolution) of torque measurement, the ratio d i / d o may be set to 0.5 or more (0.5 ≦ d i / d o ).
In other words, from the results of the evaluation tests described above, it is possible to increase the durability and the amount of elastic torsional deformation per unit torque {accuracy (resolution) of torque measurement} for the
ところで、前述した様に、前記トーションバー１５ａのばね部６５ａにトルクが負荷される場合、前記最大剪断応力τmax｛前記（１）式｝は、前記円管部６６の外周面に作用する。この為、この円管部６６が疲労により破断する場合には、先ず、外周面に亀裂が発生し、この亀裂が内部に進展して破断に至る。この場合、この外周面の表面粗さが大きいと、この外周面に存在する微細な凹凸が応力集中源となり、前記亀裂が発生し易くなる為、その分、疲労強度が低くなる。
By the way, as described above, when a torque is applied to the
そこで、本発明者は、前記円管部６６の外周面の表面粗さが疲労強度に及ぼす影響を調べる為に、追加の評価試験を行った。即ち、先の評価試験（表１にその結果を示した評価試験）では、試料となる複数のトーションバー１５ａとして、各種機械装置に組み込んで使用される一般的なトーションバーと同様、何れも、ばね部６５ａに熱処理を施したままのもの（円管部６６の外周面の十点平均粗さＲｚが６０μｍ程度のもの）を使用した。これに対して、当該追加の評価試験では、試験用の試料として、円管部６６の内径寸法ｄiと外径寸法ｄoとの比ｄi／ｄoが何れも０．６であり、且つ、この円管部６６の外周面の十点平均粗さＲｚが互いに異なる、複数のトーションバー１５ａを用意した。尚、この十点平均粗さＲｚは、ばね部６５ａに熱処理を施した後、円管部６６の外周面に研磨加工を施す事によって調整した。そして、これら各試料に就いて、先の評価試験と同様の条件で、円管部６６の疲労限トルクＴｗの大きさを調べた。この追加の評価試験の結果（疲労限トルクＴｗ）を、下記の表２に示す。
この表２の試験結果から明らかな様に、前記十点平均粗さＲｚが２２μｍ以下（Ｒｚ≦２２μｍ）になると、疲労限トルクＴｗが十分に大きく且つ一定の大きさ（１６００Ｎｍ）となる。この事から、前記円管部６６の外周面の十点平均粗さＲｚを２２μｍ以下（Ｒｚ≦２２μｍ）にすれば、この円管部６６の外周面に存在する微細な凹凸が応力集中源となる事を防止でき、前記ばね部６５ａの耐久性を十分に確保する上で有利になる事が分かった。
As apparent from the test results in Table 2, when the ten-point average roughness Rz is 22 μm or less (Rz ≦ 22 μm), the fatigue limit torque Tw is sufficiently large and has a constant magnitude (1600 Nm). Therefore, if the ten-point average roughness Rz of the outer peripheral surface of the
本発明を組み込んで使用する変速機の形式は、カウンタ軸及びカウンタギヤを持つ構成であれば、特に限定されず、デュアルクラッチトランスミッション（ＤＣＴ）、オートマチックトランスミッション（ＡＴ）、無段変速機（ＣＶＴ）、マニュアルトランスミッション（ＭＴ）等の各種形式を採用できる。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原動機は、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。
更に、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。
The type of transmission to be used by incorporating the present invention is not particularly limited as long as it has a counter shaft and a counter gear. Dual clutch transmission (DCT), automatic transmission (AT), continuously variable transmission (CVT) Various types such as manual transmission (MT) can be adopted. Further, the measured rotational speed and torque may be used for vehicle control other than shift control and engine output control. Further, the prime mover placed on the upstream side of the transmission does not necessarily need to be an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine, and may be an electric motor used in a hybrid vehicle or an electric vehicle, for example.
Furthermore, when implementing the present invention, it is essential to measure the torque, but it is not essential to measure the rotational speed. Even if rotation speed is required, it can be measured by a separate simple structure.
１ 回転軸
２、２ａ エンコーダ
３ センサ
４ ハーネス
５ センサユニット
６、６ａ 回転軸ユニット
７、７ａ 入力歯車
８ 出力歯車
９ 連結軸
１０ 第一エンコーダ
１１ 第二エンコーダ
１２ センサユニット
１３ 入力軸
１４、１４ａ 出力軸
１５、１５ａ トーションバー
１６ 入力側組み合わせ用筒部
１７ 出力側組み合わせ用筒部
１８ ラジアルニードル軸受
１９ 段差面
２０ 先端面
２１、２１ａ〜２１ｃ スラストワッシャ
２２ スリット
２３ 補強用円筒部
２４ａ〜２４ｅ インボリュートスプライン係合部
２５ａ〜２５ｄ 止め輪
２６ａ、２６ｂ 円筒面嵌合部
２７ 段差面
２８ パーキングロック用歯車
２９ａ、２９ｂ 円すいころ軸受
３０ａ、３０ｂ 内輪
３１ 間座
３２ａ、３２ｂ ナット
３３ 段差面
３４ 鍔部
３５ 芯金
３６ 芯金
３７ 永久磁石
３８ 永久磁石
３９ 第一被検出部
４０ 第二被検出部
４１ ホルダ
４２ａ、４２ｂ （第一、第二）センサ
４３ 油導入路
４４ａ、４４ｂ 油路
４５ａ、４５ｂ 環状空間
４６ａ、４６ｂ 油溝
４７ 円筒状空間
４８ 先端面
４９ 段差面
５０ 第一雄インボリュートスプライン部
５１ 第一雌インボリュートスプライン部
５２ 第二雄インボリュートスプライン部
５３ 第二雌インボリュートスプライン部
５４ａ、５４ｂ 凹溝
５５、５５ａ 入力側回転体
５６、５６ａ 出力側回転体
５７ スリーブベアリング
５８ ピン
５９ 係合孔
６０ 油路
６１ 入力側ストッパ部
６２ 凹部
６３ 出力側ストッパ部
６４ 凸部
６５、６５ａ ばね部
６６ 円管部
６７ 傾斜面部
６８ 第一固定具
６９ 第二固定具
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating shaft 2, 2a Encoder 3 Sensor 4 Harness 5 Sensor unit 6, 6a Rotating shaft unit 7, 7a Input gear 8 Output gear 9 Connection shaft 10 First encoder 11 Second encoder 12 Sensor unit 13 Input shaft 14, 14a Output shaft DESCRIPTION OF SYMBOLS 15, 15a Torsion bar 16 Input side combination cylinder part 17 Output side combination cylinder part 18 Radial needle bearing 19 Step surface 20 Tip surface 21, 21a-21c Thrust washer 22 Slit 23 Reinforcement cylindrical part 24a-24e Involute spline engagement Portions 25a to 25d Retaining rings 26a, 26b Cylindrical surface fitting portions 27 Stepped surfaces 28 Parking lock gears 29a, 29b Tapered roller bearings 30a, 30b Inner rings 31 Spacers 32a, 32b Nut 33 Stepped surfaces 34 Gutter 35 Core 35 36 cores Money 7 Permanent magnet 38 Permanent magnet 39 First detected part 40 Second detected part 41 Holder 42a, 42b (first, second) sensor 43 Oil introduction path 44a, 44b Oil path 45a, 45b Annular space 46a, 46b Oil groove 47 Cylindrical space 48 Tip surface 49 Step surface 50 First male involute spline part 51 First female involute spline part 52 Second male involute spline part 53 Second female involute spline part 54a, 54b Groove 55, 55a Input side rotating body 56, 56a Output-side rotator 57 Sleeve bearing 58 Pin 59 Engagement hole 60 Oil passage 61 Input-side stopper portion 62 Concavity 63 Output-side stopper portion 64 Convex portion 65, 65a Spring portion 66 Circular pipe portion 67 Inclined surface portion 68 First fixed 69 Second fixture
Claims (3)
このうちの回転軸ユニットは、それぞれが中空状の第一、第二両回転軸と、中空状のトーションバーとを備えたもので、このうちの第一、第二両回転軸は、互いに同心に配置されると共に、互いの一端部同士を相対回転可能に組み合わされた状態で、前記ハウジングに対して回転自在に支持されており、前記トーションバーは、前記第一、第二両回転軸の内径側に、これら第一、第二両回転軸と同心に配置されると共に、一端部をこの第一回転軸に、他端部をこの第二回転軸に、それぞれ相対回転不能に連結されており、
前記第一歯車は、前記第一回転軸の外周面の軸方向中間部に固定されており、
前記第二歯車は、前記第二回転軸の外周面の軸方向中間部に固定されており、
前記トーションバーの軸方向中間部のうち、トルクを伝達する際に弾性的に捩れ変形する部分である、ばね部の軸方向寸法が、前記第一、第二両歯車同士の軸方向間隔よりも大きくなっており、
前記連結軸は、前記トーションバーの内径側に、このトーションバーと同心に配置されると共に、一端部を前記第一、第二両回転軸のうちの何れか一方の回転軸に対して相対回転不能に連結された状態で、他端部を前記トーションバーの端部から軸方向に突出させており、
前記第一エンコーダは、前記連結軸の他端部に対して固定された状態で、この連結軸と同心で円環状の第一被検出部を有すると共に、この第一被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させており、
前記第二エンコーダは、前記他方の回転軸の他端側部分に対して固定された状態で、この他方の回転軸と同心で円環状の第二被検出部を有すると共に、この第二被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させており、
前記第一、第二両被検出部は、互いに近接配置されており、
前記センサユニットは、その一部を前記第一、第二両被検出部に対向させた状態で、前記ハウジングに対して支持されており、且つ、前記第一、第二両被検出部のうちで自身が対向している部分の磁気特性変化に対応して出力信号を変化させるものである
トルク測定装置付回転伝達装置であって、
前記トーションバーのばね部は、軸方向両端縁部分を除いた軸方向中間部に、これら軸方向両端縁部分よりも径方向の肉厚が小さく、且つ、内周面と外周面とを互いに同心の単一円筒面とした、円管部を備えており、この円管部の内径寸法ｄiと外径寸法ｄoとの比ｄi／ｄoが、０．５≦ｄi／ｄo≦０．８の範囲に収まっている事を特徴とするトルク測定装置付回転伝達装置。 A housing, a rotary shaft unit, a first gear, a second gear, a connecting shaft, a first encoder, a second encoder, and one sensor unit;
Among these, the rotary shaft unit includes both hollow first and second rotary shafts and a hollow torsion bar, and the first and second rotary shafts are concentric with each other. And is rotatably supported with respect to the housing in a state where the one end portions of the first and second rotation shafts are combined so as to be relatively rotatable. The first and second rotary shafts are concentrically arranged on the inner diameter side, and one end is connected to the first rotary shaft and the other end is connected to the second rotary shaft so as not to be relatively rotatable. And
The first gear is fixed to an axially intermediate portion of the outer peripheral surface of the first rotating shaft,
The second gear is fixed to an axially intermediate portion of the outer peripheral surface of the second rotating shaft,
Of the axially intermediate portion of the torsion bar, the axial dimension of the spring portion, which is a portion that elastically twists and deforms when transmitting torque, is greater than the axial spacing between the first and second gears. It ’s getting bigger,
The connecting shaft is disposed concentrically with the torsion bar on the inner diameter side of the torsion bar, and has one end portion relatively rotated with respect to one of the first and second rotating shafts. The other end is protruded in the axial direction from the end of the torsion bar in the state of being impossiblely connected,
The first encoder has an annular first detected portion concentric with the connecting shaft in a state of being fixed with respect to the other end portion of the connecting shaft, and has magnetic characteristics of the first detected portion. It is changed alternately and at equal pitches in the circumferential direction.
The second encoder has an annular second detected portion concentric with the other rotating shaft in a state of being fixed with respect to the other end portion of the other rotating shaft. The magnetic properties of the parts are changed alternately and at equal pitches in the circumferential direction,
The first and second detected parts are arranged close to each other,
The sensor unit is supported with respect to the housing in a state where a part of the sensor unit is opposed to the first and second detected parts, and among the first and second detected parts, A rotation transmission device with a torque measuring device that changes an output signal in response to a change in magnetic characteristics of a portion facing itself,
The spring portion of the torsion bar has a radial thickness smaller than the axial end portions at the axial intermediate portion excluding the axial end portions, and the inner peripheral surface and the outer peripheral surface are concentric with each other. And a ratio d i / d o between the inner diameter dimension d i and the outer diameter dimension d o of the circular pipe section is 0.5 ≦ d i / d o. A rotation transmission device with a torque measuring device, which is within a range of ≦ 0.8.
このうちの回転軸ユニットは、それぞれが中空状の第一、第二両回転軸と、中空状のトーションバーとを備えたもので、このうちの第一、第二両回転軸は、互いに同心に配置されると共に、互いの一端部同士を相対回転可能に組み合わされた状態で、前記ハウジングに対して回転自在に支持されており、前記トーションバーは、前記第一、第二両回転軸の内径側に、これら第一、第二両回転軸と同心に配置されると共に、一端部をこの第一回転軸に、他端部をこの第二回転軸に、それぞれ相対回転不能に連結されており、
前記第一歯車は、前記第一回転軸の外周面の軸方向中間部に固定されており、
前記第二歯車は、前記第二回転軸の外周面の軸方向中間部に固定されており、
前記トーションバーの軸方向中間部のうち、トルクを伝達する際に弾性的に捩れ変形する部分である、ばね部の軸方向寸法が、前記第一、第二両歯車同士の軸方向間隔よりも大きくなっており、
前記連結軸は、前記トーションバーの内径側に、このトーションバーと同心に配置されると共に、一端部を前記第一、第二両回転軸のうちの何れか一方の回転軸に対して相対回転不能に連結された状態で、他端部を前記トーションバーの端部から軸方向に突出させており、
前記第一エンコーダは、前記連結軸の他端部に対して固定された状態で、この連結軸と同心で円環状の第一被検出部を有すると共に、この第一被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させており、
前記第二エンコーダは、前記他方の回転軸の他端側部分に対して固定された状態で、この他方の回転軸と同心で円環状の第二被検出部を有すると共に、この第二被検出部の磁気特性を円周方向に関して交互に且つ等ピッチで変化させており、
前記第一、第二両被検出部は、互いに近接配置されており、
前記センサユニットは、その一部を前記第一、第二両被検出部に対向させた状態で、前記ハウジングに対して支持されており、且つ、前記第一、第二両被検出部のうちで自身が対向している部分の磁気特性変化に対応して出力信号を変化させるものである
トルク測定装置付回転伝達装置であって、
前記トーションバーのばね部は、軸方向両端縁部分を除いた軸方向中間部に、これら軸方向両端縁部分よりも径方向の肉厚が小さく、且つ、内周面と外周面とを互いに同心の単一円筒面とした、円管部を備えており、この円管部の十点平均粗さＲｚが、Ｒｚ≦２２μｍの範囲に収まっている事を特徴とするトルク測定装置付回転伝達装置。 A housing, a rotary shaft unit, a first gear, a second gear, a connecting shaft, a first encoder, a second encoder, and one sensor unit;
Among these, the rotary shaft unit includes both hollow first and second rotary shafts and a hollow torsion bar, and the first and second rotary shafts are concentric with each other. And is rotatably supported with respect to the housing in a state where the one end portions of the first and second rotation shafts are combined so as to be relatively rotatable. The first and second rotary shafts are concentrically arranged on the inner diameter side, and one end is connected to the first rotary shaft and the other end is connected to the second rotary shaft so as not to be relatively rotatable. And
The first gear is fixed to an axially intermediate portion of the outer peripheral surface of the first rotating shaft,
The second gear is fixed to an axially intermediate portion of the outer peripheral surface of the second rotating shaft,
Of the axially intermediate portion of the torsion bar, the axial dimension of the spring portion, which is a portion that elastically twists and deforms when transmitting torque, is greater than the axial spacing between the first and second gears. It ’s getting bigger,
The connecting shaft is disposed concentrically with the torsion bar on the inner diameter side of the torsion bar, and has one end portion relatively rotated with respect to one of the first and second rotating shafts. The other end is protruded in the axial direction from the end of the torsion bar in the state of being impossiblely connected,
The first encoder has an annular first detected portion concentric with the connecting shaft in a state of being fixed with respect to the other end portion of the connecting shaft, and has magnetic characteristics of the first detected portion. It is changed alternately and at equal pitches in the circumferential direction.
The second encoder has an annular second detected portion concentric with the other rotating shaft in a state of being fixed with respect to the other end portion of the other rotating shaft. The magnetic properties of the parts are changed alternately and at equal pitches in the circumferential direction,
The first and second detected parts are arranged close to each other,
The sensor unit is supported with respect to the housing in a state where a part of the sensor unit is opposed to the first and second detected parts, and among the first and second detected parts, A rotation transmission device with a torque measuring device that changes an output signal in response to a change in magnetic characteristics of a portion facing itself,
The spring portion of the torsion bar has a radial thickness smaller than the axial end portions at the axial intermediate portion excluding the axial end portions, and the inner peripheral surface and the outer peripheral surface are concentric with each other. A rotation transmission device with a torque measuring device, characterized in that it has a circular tube portion and a ten-point average roughness Rz of the circular tube portion is within a range of Rz ≦ 22 μm. .
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013224156A JP2015087154A (en) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Rotation transmission device with torque measuring device |
| EP13887625.5A EP3015836A4 (en) | 2013-06-25 | 2013-11-08 | Rotation transmission device |
| US14/901,063 US20160195183A1 (en) | 2013-06-25 | 2013-11-08 | Rotation transmission device |
| EP17204705.2A EP3309419B1 (en) | 2013-06-25 | 2013-11-08 | Rotation transmission device |
| PCT/JP2013/080358 WO2014207953A1 (en) | 2013-06-25 | 2013-11-08 | Rotation transmission device |
| US15/436,996 US10480635B2 (en) | 2013-06-25 | 2017-02-20 | Rotation transmission device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013224156A JP2015087154A (en) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Rotation transmission device with torque measuring device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015087154A true JP2015087154A (en) | 2015-05-07 |
Family
ID=53050104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013224156A Pending JP2015087154A (en) | 2013-06-25 | 2013-10-29 | Rotation transmission device with torque measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2015087154A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114235371A (en) * | 2021-12-18 | 2022-03-25 | 中国兵器工业第五九研究所 | Empennage spring storage life evaluation test device |
-
2013
- 2013-10-29 JP JP2013224156A patent/JP2015087154A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114235371A (en) * | 2021-12-18 | 2022-03-25 | 中国兵器工业第五九研究所 | Empennage spring storage life evaluation test device |
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