JP2008020199A - 捩り強度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸部と中空部を有するワーク、例えば、等速ジョイントのアウタ部材の軸部の捩れ強度を、効率よく且つ低コストで測定する。
【解決手段】捩り強度測定装置３０の保持機構本体６に取り付けられた保持治具３２は、第１治具３４と、該第１治具３４に設けられた収容用凹部３８に一端部が収容されて他端部が突出する第２治具３６とを有する。第２治具３６に設けられた挟持用突出部５８ａ〜５８ｃがアウタ部材３の案内溝２０ａ〜２０ｃに係合するとともに、該挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの頂面と第１治具３４の挿入用凹部５０の側壁とで、アウタ部材３の中空部２の先端が挟持される。この状態で、トルク付加機構本体１１を構成するトルク付加用治具１２の歯部１４が軸部１の歯部１０に噛合される。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸部と中空部を有するワークの前記中空部を保持しつつ前記軸部に回転トルクを付与して該軸部の捩り強度を測定する捩り強度測定装置に関する。

自動車の走行機関に組み込まれる等速ジョイントは、図１０に示すように、軸部１と、該軸部１の一端部に設けられた有底円筒形状（ないし有底椀形状）の中空部２とを有するアウタ部材３を具備する。なお、この中の中空部２は、前記軸部１に比して大径に設けられる。この種のアウタ部材３は、例えば、鋼材からなるビレットに対して複数回の鍛造成形加工が施されることで作製される。

ここで、等速ジョイントは、内燃機関等のエンジンからの回転駆動力をタイヤに伝達するための軸部材同士の間に連結されている。すなわち、例えば、一方の軸部材が軸部１に連結されるとともに、他方の軸部材が、該軸部材に嵌着されたインナ部材を介して前記アウタ部材３に摺動自在に連結される。そして、一方の軸部材が回転付勢されることに追従してアウタ部材３が回転動作し、その結果、他方の軸部材が回転動作する。

この際、アウタ部材３の中空部２には、比較的大きな力が加わる。インナ部材や軸部材の重量に抗して該軸部材を回転させる必要があるからである。

このため、該中空部２の一端面から突出した軸部１には、所定のトルクが付加されることになる。軸部１の捩れ強度が過度に小さいものであると、軸部１が中空部２との境界から離脱してしまうことが懸念される。そこで、同一ロットのアウタ部材３から試験試料をランダムに抜き取り、軸部１の捩れ強度が必要十分な程度であるか否かを検査することが行われている。

この種の捩り強度測定装置としては、特許文献１記載の装置が例示される。ここで、該特許文献１記載の装置では、長尺なワークの両端部を把持することで該ワークを保持するようにしているが、アウタ部材３の軸部１の捩れ強度を測定する場合、図１０に示すように、保持治具４を介して捩り強度測定装置５の保持機構本体６に取り付けることが一般的である。

すなわち、先ず、保持治具４の一端面に設けられた円盤状突出部７の外周壁に対し、アウタ部材３の開口内接円の直径に対応する直径となるまでテープ状紙片８を巻回する。以下、この作業を「芯出し作業」という。

その後、円盤状突出部７をテープ状紙片８ごとアウタ部材３の中空部２における開口に挿入し、さらに、溶接によって中空部２と保持治具４とを互いに接合する。そして、ボルト９を介して保持治具４を捩り強度測定装置５の保持機構本体６に取り付けることで、アウタ部材３を捩り強度測定装置５に装着する。

さらに、軸部１の歯部１０に、トルク付加機構本体１１に保持されたトルク付加用治具１２を取り付ける。このトルク付加用治具１２には貫通孔１３が設けられており、該貫通孔１３の内周壁には、軸部１の歯部１０に噛合する歯部１４が形成されている。

すなわち、トルク付加用治具１２の歯部１４が軸部１の歯部１０に噛合され、この状態で、トルク付加機構の作用下に、トルク付加用治具１２を回転させるような駆動力が付加される。そして、駆動力が軸部１の捩れ強度を上回ると、軸部１が中空部２との境界から離脱するに至る。

特開平５−５６８７号公報

上記したようにアウタ部材を保持治具に溶接することで接合する場合、溶接が完了するまでにおよそ２日間、次の試験試料を溶接するべく捩れ強度測定が終了したアウタ部材を離脱させるにもおよそ２日間を要する。さらに、芯出し作業にも時間を要する上、テープ状紙片を中空部の内壁形状に対応する形状としなければならず、煩雑である。

すなわち、従来技術に係る捩り強度測定装置には、測定効率が低く、保持治具へのワークの溶接ないし該保持治具からのワークの離脱を行うために測定コストも高騰するという不都合が顕在化している。

溶接部位を切断することで、アウタ部材を保持治具から離脱させることも想起される。しかしながら、この場合、大規模な切断機構を設ける必要があるため、設備投資が高騰するとともに捩り強度測定装置の構成が複雑化するという不具合を招く。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、ワークの着脱が著しく容易であり、このために捩り強度測定に要するコストを低廉化することが可能な捩り強度測定装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、中空部と軸部とを有するワークの前記中空部を保持治具で保持しながら前記軸部にトルクを付加することで該軸部の捩り強度を測定する捩り強度測定装置であって、
前記保持治具が、前記中空部が挿入される挿入用凹部が一端面に陥没形成されるとともに該挿入用凹部の底面に収容用凹部が陥没形成された第１治具と、前記中空部の内壁形状に対応する形状の側壁を有するとともに一端部が前記収容用凹部に挿入されて他端部が該収容用凹部から突出した第２治具とを具備し、
前記第１治具の前記収容用凹部から突出した前記第２治具の側壁が前記中空部の内壁に嵌合することで、前記中空部の先端を保持することを特徴とする。

このような構成としたことにより該ワークの中空部の内壁に対し、第１治具の収容用凹部突出した第２治具の側壁を嵌合するという極めて簡便な作業を行うのみで、ワークを保持することが可能となる。一方、測定終了後は、中空部の内壁から第２治具を離脱させることでワークを離脱させることができる。

すなわち、本発明によれば、ワークの捩れ強度を測定するに際しての芯出し作業や溶接（接合）を行うことが不要となるのみならず、測定終了後に接合部位を溶解ないし切断することも不要となる。必然的に、これらの作業に要していた時間が短縮される。従って、測定効率が向上するとともに、コストの低廉化を図ることもできる。

また、溶接機構、溶解機構ないし切断機構を設ける必要がないので、設備投資が高騰することが回避される。その上、捩り強度測定装置の構成も簡素化する。

さらに、第１治具と第２治具とを別部材としたので、ワークの軸部にトルクが付加された際、第２治具の一端面と第１治具の収容用凹部３８の底面との間の摩擦抵抗が剪断応力を緩和する。このため、第２治具に突出部がある場合、該突出部に作用する応力が緩和されるので、該突出部が破断し難い。

第１治具には、第２治具が回転することを抑制するための堰止部を設けることが好ましい。この場合、ワークの軸部へのトルク付加に伴って第２治具が第１治具に対して回転することが抑制されるので、第２治具にいわゆるガタツキが生じることを回避することができるからである。

堰止部を設ける場合、該堰止部と、第２治具の側壁中の前記堰止部に臨む部位とのクリアランスは、０．４ｍｍ以下に設定することが好ましい。これにより、ガタツキが発生することが著しく抑制される。

いずれの場合においても、ワークの好適な例としては、トリポート型等速ジョイントのアウタ部材を挙げることができる。

本発明によれば、ワークを保持する際には該ワークの中空部の内壁に第２治具の側壁を嵌合し、一方、ワークを離脱する際には中空部から第２治具を離脱させるようにしているので、ワークの装着・離脱作業が極めて簡便に、しかも、短時間で終了する。すなわち、ワークの捩れ強度を効率よく低コストで測定することができるという効果が得られる。

さらに、第１治具と第２治具の別部材で保持治具を構成するようにしているので、ワークの軸部にトルクを付加した際、第１治具と第２治具との間の摩擦抵抗によって剪断応力が緩和されるので、第２治具に破損が生じ難くなる。

以下、本発明に係る捩り強度測定装置につき、トリポート型等速ジョイントのアウタ部材をワークとする場合を例示して好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、図１０に示す構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。

図１は、トリポート型等速ジョイントを構成するアウタ部材３の概略全体斜視図である。このアウタ部材３は、軸部１と、有底円筒体形状である中空部２とを有する。この中、中空部２には、該中空部２の開口から底面に向かって延在し、且つ軸心の回りに互いに１２０°で離間した３本の案内溝２０ａ〜２０ｃが形成される。各案内溝２０ａ〜２０ｃは、断面が曲線状に形成された天井部２２と、該天井部２２の両端から立ち上がって相互に対向し、且つ断面円弧状に形成された摺動部２４とから構成される。

一方、軸部１の先端には、該軸部１の長手方向に沿って延在する歯部１０が形成されている。

図２は、本実施の形態に係る捩り強度測定装置３０の要部拡大斜視図である。この図２に示されるように、アウタ部材３は、捩り強度測定装置３０を構成する保持治具３２を介して該捩り強度測定装置３０に装着される。

ここで、保持治具３２は、図２及び図３に示すように第１治具３４と第２治具３６を有し、第２治具３６は、その一端部が第１治具３４に埋没するように該第１治具３４に収容されている。すなわち、図３及び図４に示すように、第１治具３４には、第２治具３６を収容するための収容用凹部３８が設けられている。

この第１治具３４につき説明すると、図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である図５に示すように、第１治具３４は、大径円盤部４０と、該大径円盤部４０の一端面に突出形成され且つ大径円盤部４０に比して小径に設定された円柱状の嵌合凸部４２とを有する。図６に示すように、この嵌合凸部４２が、捩り強度測定装置３０の保持機構本体６に設けられた円柱状凹部４４に嵌合される。

一方、大径円盤部４０の直径方向端部近傍には、複数個のボルト挿通孔４６が周回するようにして設けられている（図４参照）。各ボルト挿通孔４６に通されたボルト４８（図６参照）が保持機構本体６に設けられたボルト穴４９に螺合され、且つボルト４８の頭部底面が第１治具３４を堰止することに伴い、第１治具３４が保持機構本体６に保持される。

図３〜図５に示すように、大径円盤部４０には、その一端面が円形状に切り欠かれたような形態の挿入用凹部５０が陥没形成されている。挿入用凹部５０の直径は、アウタ部材３（図６参照）の中空部２の外径に比して若干大径である。

さらに、挿入用凹部５０の底面には、該底面が切り欠かれたような形態で前記収容用凹部３８（図３〜図５参照）が陥没形成されている。この収容用凹部３８は、正六角形に対し、軸心の回りに互いに１２０°で離間した台形状凸部５２ａ〜５２ｃが設けられたような形状をなす（図３参照）。すなわち、台形状凸部５２ａ〜５２ｃは、正六角形の互いに隣接する頂点を起点として隆起している。このため、収容用凹部３８には、軸心の回りに互いに１２０°で離間した３個の突出部挿入用凹部５４ａ〜５４ｃが存在する。また、突出部挿入用凹部５４ａ〜５４ｃの近傍には、それぞれ、ボルト穴５６が穿設されている。突出部挿入用凹部５４ａ〜５４ｃの各々には、第２治具３６に設けられた後述の挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの各々が挿入される。

図７に示すように、第２治具３６の側壁は、収容用凹部３８の形状に略対応する形状をなす。すなわち、該第２治具３６の側壁には、正六角形に対し、軸心の回りに互いに１２０°で離間した台形形状の第１陥没部６０を切り欠き、さらに、該第１陥没部６０の台形頂面から長方形をなす第２陥没部６２を切り欠いたような形状の陥没凹部６４ａ〜６４ｃが存在する。このため、第２治具３６の側壁は、略長方形状の挟持用突出部５８ａ〜５８ｃが軸心の回りに互いに１２０°で離間して設けられた形状となっている。このように形成された側壁の形状は、アウタ部材３の中空部２の内壁形状（図１参照）に略対応する。すなわち、挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの形状は、案内溝２０ａ〜２０ｃの形状に略一致する。

なお、第２陥没部６２の隅部６３（図７参照）は湾曲形成されており、その曲率半径は、最大で３ｍｍに設定される。また、第２治具３６には、第１治具３４に設けられたボルト穴５６の各々に対応する位置に、貫通孔６６が形成されている。

第２治具３６は、図８に示すように、第１治具３４の収容用凹部３８に収容される。この際、挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの各々が、第１治具３４の突出部挿入用凹部５４ａ〜５４ｃの各々に挿入される。なお、挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの頂面と突出部挿入用凹部５４ａ〜５４ｃとの間、及び第２陥没部６２の頂面と台形状凸部５２ａ〜５２ｃの頂面との間には、若干のクリアランスが形成される。

その一方で、図９に示すように、第２治具３６の挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの側面と、第１治具３４の台形状凸部５２ａ〜５２ｃのテーパ状側面との間にもクリアランスＬが形成される。このクリアランスＬは、０．４ｍｍ以下に設定される。なお、テーパ状側面は、後述するように、第２治具３６が回転することを抑制するための堰止部として機能する。

第２治具３６の厚みは、第１治具３４における大径円盤部４０の端面から収容用凹部３８の底面に至るまでの距離に比して大きい。このため、収容用凹部３８に収容された第２治具３６の一部は、第１治具３４から突出する（図８参照）。従って、第２治具３６の挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの頂面において露呈した部位は、第１治具３４の挿入用凹部５０の側壁に臨む。

この状態で、第２治具３６の貫通孔６６に通されたボルト６８が第１治具３４のボルト穴５６に螺合され、これにより、第１治具３４と第２治具３６とが互いに連結される。この際、該ボルト６８の頭部底面は、貫通孔６６内に設けられた段部の上端面に当接することで第２治具３６を堰止する。

さらに、上記したように、大径円盤部４０に設けられたボルト挿通孔４６に通されたボルト４８が捩り強度測定装置３０の保持機構本体６のボルト穴４９に螺合される一方、該ボルト４８の頭部底面が大径円盤部４０に堰止される。これに伴い、該ボルト４８を介して保持治具３２が保持機構本体６に保持されて捩り強度測定装置３０が構成される。

捩り強度測定装置３０は、さらに、図２及び図６に示すトルク付加機構本体１１を有する。このトルク付加機構本体１１は、トルク付加用治具１２を介して、軸部１に対しトルクを付加する。すなわち、トルク付加用治具１２に設けられた貫通孔１３の内周壁に存在する歯部１４が軸部１の歯部１０に噛合し、この状態で、トルク付加用治具１２が回転方向に進行するような駆動力が付加される。

本実施の形態に係る捩り強度測定装置は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

先ず、アウタ部材３の中空部２に形成された案内溝２０ａ〜２０ｃの位相と、第２治具３６の挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの位相とを合わせる。この位相合わせを行った後、第１治具３４の挿入用凹部５０の側壁と、第２治具３６の挟持用突出部５８ａ〜５８ｃとの間に、中空部２の先端を挿入する。その結果、中空部２に設けられた案内溝２０ａ〜２０ｃの天井部２２に挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの頂面が摺接するとともに、摺動部２４に挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの側面が摺接して、最終的には、案内溝２０ａ〜２０ｃに挟持用突出部５８ａ〜５８ｃが嵌合する。この嵌合により、図６に示すように、アウタ部材３が保持治具３２、ひいては捩り強度測定装置３０に保持されるに至る。

このように、本実施の形態によれば、アウタ部材３の中空部２の案内溝２０ａ〜２０ｃと第２治具３６の挟持用突出部５８ａ〜５８ｃとの位相合わせを行った後、中空部２の先端を第１治具３４の挿入用凹部５０に挿入して第２治具３６を中空部２に嵌合するという極めて簡便な作業を行うのみで、アウタ部材３を捩り強度測定装置３０に保持することが可能である。従って、上記の芯出し作業及び溶接という煩雑な作業を行う必要がなく、これらの作業に要する時間も短縮される。

次に、トルク付加用治具１２が予め取り付けられたトルク付加機構本体１１をアウタ部材３に指向して接近させ、アウタ部材３の軸部１をトルク付加用治具１２の貫通孔１３に通す。この際、軸部１の歯部１０とトルク付加用治具１２の歯部１４とが互いに噛合する。

そして、トルク付加機構の作用下に、トルク付加用治具１２を回転させるような駆動力が付加される。最終的に、この駆動力が軸部１の捩れ限界を超えると軸部１が中空部２との境界から離脱する。このときの駆動力と軸部１の直径とに基づき、軸部１の捩れ強度を求めることができる。

ここで、第１治具３４と第２治具３６とが同一部材として一体化した保持治具３２を使用すると、軸部１にトルクが付加した際、第２治具３６における挟持用突出部５８ａ〜５８ｃに相当する部位は、剪断応力が作用した結果、破断に至ることが懸念される。これに対し、本実施の形態においては、第１治具３４と第２治具３６とを別部材としているため、軸部１にトルクが付加されると、第２治具３６の一端面と第１治具３４の収容用凹部３８の底面との間に摩擦が生じる。この摩擦に伴う抵抗によって剪断応力が緩和され、その結果、第２治具３６における挟持用突出部５８ａ〜５８ｃが破断することが回避される。

しかも、陥没凹部６４ａ〜６４ｃにおいて、第２陥没部６２の隅部が湾曲形成されているため、該隅部に作用する応力が緩和される。すなわち、該隅部に応力集中が起こり難くなり、このため、第２陥没部６２を起点として亀裂が発生することが回避される。

また、挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの側面と、第１治具３４の台形状凸部５２ａ〜５２ｃのテーパ状側面との間のクリアランスＬが０．４ｍｍ以下であるので、軸部１へのトルク付加に伴って第２治具３６が第１治具３４に対して回転することが著しく抑制される。換言すれば、テーパ状側面が堰止部として機能することで、第２治具３６にいわゆるガタツキが生じることを回避することができる。

捩れ強度の測定が終了した後は、中空部２を第１治具３４と第２治具３６との間から引き抜くことで案内溝２０ａ〜２０ｃから挟持用突出部５８ａ〜５８ｃを離脱させれば、アウタ部材３を捩り強度測定装置３０から離脱させることができる。すなわち、本実施の形態においては、接合部位を溶解ないし切断することなく、アウタ部材３を捩り強度測定装置３０から離脱させることが可能である。このため、溶解ないし切断に要する時間が短縮される。

このように、本実施の形態によれば、アウタ部材３を捩り強度測定装置３０に装着する際に芯出し作業及び溶接を行う必要がなく、捩り強度測定装置３０から離脱させる際に接合部位を溶解ないし切断する必要もない。このため、捩り強度測定装置３０に対するアウタ部材３の装着・離脱に要する時間が大幅に短縮され、測定効率が著しく上昇する。当然に、溶接・離脱に要していたコストが不要となるので、測定コストが大きく低減する。

しかも、溶解機構ないし切断機構を設ける必要がないので、設備投資が高騰することが回避されるとともに、捩り強度測定装置３０の構成が簡素化するという利点もある。

さらに、第２治具３６における挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの寸法、及び第２陥没部６２の寸法は、挟持用突出部５８ａ〜５８ｃの頂面と突出部挿入用凹部５４ａ〜５４ｃとの間、及び第２陥没部６２の頂面と台形状凸部５２ａ〜５２ｃの頂面との間のクリアランスが０．２ｍｍ程度となるまで適宜設定することが可能である。このように寸法が異なる第２治具３６に交換すれば、中空部２の内径寸法が異なるアウタ部材３の捩れ強度を測定することもできる。この場合、第１治具３４を交換する必要は特にない。

すなわち、第１治具３４の収容用凹部３８の寸法を適宜設定することで第２治具３６が交換可能、ひいては各種のアウタ部材３の捩れ強度の測定が可能となり、このため、測定コストの一層の低廉化を図ることができる。

なお、上記した実施の形態においては、捩れ強度を測定するワークとしてトリポート型等速ジョイントのアウタ部材３を例示して説明したが、バーフィールド型等速ジョイントアウタ部材であってもよいし、勿論、それ以外のワークであってもよい。他のワークの捩れ強度を測定する場合、第２治具３６の側壁の形状を各ワークの中空部２の内壁形状に対応させればよい。

トリポート型等速ジョイントを構成するアウタ部材（ワーク）の概略全体斜視図である。 本実施の形態に係る捩り強度測定装置の要部拡大斜視図である。 図２の捩り強度測定装置を構成する保持治具の斜視説明図である。 図３の保持治具を構成する第１治具の概略全体平面図である。 図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である 保持治具に保持されたアウタ部材の軸部の歯部を、トルク付加機構を構成するトルク付加用治具の歯部に噛合させた状態を示す一部断面側面図である。 図３の保持治具を構成する第２治具の概略全体平面図である。 第２治具を第１治具の収容用凹部に挿入した状態の保持治具を示す斜視説明図である。 図８の要部拡大平面図である。 従来技術に係る捩り強度測定装置を構成する保持治具に保持されたアウタ部材の軸部の歯部を、トルク付加機構を構成するトルク付加用治具の歯部に噛合させた状態を示す一部断面側面図である。

符号の説明

１…軸部 ２…中空部
３…アウタ部材 １０、１４…歯部
１１…トルク付加機構本体 １２…トルク付加用治具
２０ａ〜２０ｃ…案内溝 ２２…天井部
２４…摺動部 ３０…捩り強度測定装置
３２…保持治具 ３４…第１治具
３６…第２治具 ３８…収容用凹部
５０…挿入用凹部 ５２ａ〜５２ｃ…台形状凸部
５４ａ〜５４ｃ…突出部挿入用凹部 ５８ａ〜５８ｃ…挟持用突出部
６０…第１陥没部 ６２…第２陥没部
６４ａ〜６４ｃ…陥没凹部 Ｌ…クリアランス

Claims (4)

1. 中空部と軸部とを有するワークの前記中空部を保持治具で保持しながら前記軸部にトルクを付加することで該軸部の捩り強度を測定する捩り強度測定装置であって、
   前記保持治具が、前記中空部が挿入される挿入用凹部が一端面に陥没形成されるとともに該挿入用凹部の底面に収容用凹部が陥没形成された第１治具と、前記中空部の内壁形状に対応する形状の側壁を有するとともに一端部が前記収容用凹部に挿入されて他端部が該収容用凹部から突出した第２治具とを具備し、
   前記第１治具の前記収容用凹部から突出した前記第２治具の側壁が前記中空部の内壁に嵌合することで、前記中空部の先端を保持することを特徴とする捩り強度測定装置。
2. 請求項１記載の装置において、前記第１治具に、前記第２治具が回転することを抑制するための堰止部を設けたことを特徴とする捩り強度測定装置。
3. 請求項２記載の装置において、前記堰止部と、前記第２治具の側壁中の前記堰止部に臨む部位とのクリアランスが０．４ｍｍ以下であることを特徴とする捩り強度測定装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置において、前記ワークがトリポート型等速ジョイントのアウタ部材であることを特徴とする捩り強度測定装置。

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