JP2009236698A - 揺動トルク測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動トルクを正確に測定できる揺動トルク測定方法及び装置を提供する。
【解決手段】相手部材３に対して嵌合部材２を揺動させる揺動トルクＴを測定する揺動トルク測定方法であって、相手部材３に対して嵌合部材２を揺動中心点Ｏｘを中心として揺動し、嵌合部材２に対して検出長さＬを半径とする経路円弧Ｓの接線方向にかかる荷重Ｂを検出し、Ｚ軸（垂直線）に対する嵌合部材２の揺動角度θを検出し、この揺動角度θに基づいて嵌合部材２にかかる重力Ｍａｓの経路円弧Ｓの接線方向に作用する成分を重力誤差分Ａとして算出し、検出される荷重Ｂから算出される重力誤差分Ａを差し引いた値を補正後の荷重Ｃとして求め、揺動トルクＴを補正後の荷重Ｃと検出長さＬとの積として算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、嵌合部材に対して相手部材を揺動させる揺動トルクを測定する揺動トルク測定方法及び装置に関するものである。

例えばボールジョイントは、互い摺動可能に嵌合する嵌合部材（ボール）と相手部材（ケージ）とを備え、嵌合部材（ボール）が相手部材（ケージ）に対してボール軸部及びボール頭部の軸まわりに回動する動作と、ボール軸部に直交するボール頭部の軸まわりに揺動する動作を行う。

特許文献１には、ボール軸部及びボール頭部の軸上に回転アクチュエータと回転トルクセンサをそれぞれ設け、これらを介してボール軸部の軸まわりに回動する回動トルクを測定する方法が開示されている。
特開２００３−０１３９４１号公報

しかしながら、このような従来の揺動トルク測定方法にあっては、回転トルクセンサがボール軸部の軸まわりに回動する回動トルクを測定することはできるが、ボール軸部に直交するボール頭部の軸まわりに揺動する揺動トルクを測定することができない。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、揺動トルクを正確に測定できる揺動トルク測定方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、相手部材に対して嵌合部材を揺動させる揺動トルクＴを測定する揺動トルク測定方法であって、相手部材に対して嵌合部材を揺動中心点Ｏｘを中心として揺動し、嵌合部材に対して検出長さＬを半径とする経路円弧Ｓの接線方向にかかる荷重Ｂを検出し、垂直線に対する嵌合部材の揺動角度θを検出し、この揺動角度θに基づいて嵌合部材にかかる重力Ｍａｓの経路円弧Ｓの接線方向に作用する成分を重力誤差分Ａとして算出し、検出される荷重Ｂから算出される重力誤差分Ａを差し引いた値を補正後の荷重Ｃとして求め、揺動トルクＴを補正後の荷重Ｃと検出長さＬとの積として算出することを特徴とする。

また、本発明は、相手部材に対して嵌合部材を揺動させる揺動トルクＴを測定する揺動トルク測定装置であって、相手部材に対して嵌合部材を揺動中心点Ｏｘを中心として揺動させるアクチュエータと、嵌合部材に対して検出長さＬを半径とする経路円弧Ｓの接線方向にかかる荷重Ｂを検出する荷重センサと、垂直線に対する嵌合部材の揺動角度θを検出する角度センサとを備え、アクチュエータが相手部材に対して嵌合部材を揺動中心点Ｏｘを中心として揺動し、嵌合部材に対して検出長さＬを半径とする経路円弧Ｓの接線方向にかかる荷重Ｂを検出し、垂直線に対する嵌合部材の揺動角度θを検出し、この揺動角度θに基づいて嵌合部材にかかる重力Ｍａｓの経路円弧Ｓの接線方向に作用する成分を重力誤差分Ａとして算出し、検出される荷重Ｂから算出される重力誤差分Ａを差し引いた値を補正後の荷重Ｃとして求め、揺動トルクＴを補正後の荷重Ｃと検出長さＬとの積として算出するコントローラを備えたことを特徴とする。

本発明の揺動トルク測定方法によると、嵌合部材にかかる重力Ｍａｓによって揺動トルクＴの測定精度が悪化することを回避し、揺動トルクＴを正確に測定することができる。

本発明の揺動トルク測定装置によると、例えばボールジョイントの場合、ボール軸部に直交するボール頭部の軸まわりに揺動する揺動トルクを測定することが可能となり、ボールジョイントの品質管理を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、ボールジョイント１の揺動トルクを測定する揺動トルク測定装置１０の概略構成を示す図である。

ボールジョイント１は、互いに回動可能に嵌合する嵌合部材（ボール）２と相手部材（ケージ）３とを備え、二つの部材を回動可能に連結する自在継ぎ手として機能する。

嵌合部材２は、球状のボール頭部２ｂと、このボール頭部２ｂから突出するボール軸部２ａとを有する。

相手部材３は、嵌合部材２のボール頭部２ｂに摺動可能に嵌合するケージ軸受部３ａと、このケージ軸受部３ａから突出するケージ軸部３ｂとを有する。

ボール頭部２ｂの外周面はケージ軸受部３ａに摺接し、嵌合部材２が相手部材３に対してボール軸部２ａ及びボール頭部２ｂの軸まわりに回動するとともに、ボール軸部２ａに直交するボール頭部２ｂの軸まわりに揺動するようになっている。

揺動トルク測定装置１０は、ボールジョイント１の揺動トルクＴを測定するものである。図１において、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、揺動トルク測定装置１０の構成を説明する。Ｘ軸は水平前後方向に延び、Ｙ軸は水平左右方向に延び、Ｚ軸は垂直方向に延びるものとする。

揺動トルク測定装置１０は、ケージ軸部３ｂを保持する第一保持具２１と、ボール軸部２ａを保持する第二保持具２２とを備え、両者の間にボールジョイント１が取り付けられる。第一保持具２１はケージ軸部３ｂをＺ軸方向に延びるように支持する。第二保持具２２は弾性部を介してボール軸部２ａをＺ軸方向に延びるように支持する。

揺動トルク測定装置１０は、第二保持具２２を介して嵌合部材２を揺動させるアクチュエータ２０と、このアクチュエータ２０から第二保持具２２を介して嵌合部材２にかかる荷重Ｂを検出する荷重センサ１３と、嵌合部材２の揺動角度θを検出する角度センサ１２とを備える。

アクチュエータ２０は、第二保持具２２をＸ軸方向に延びるケージ軸受部３ａの揺動中心点Ｏｘを中心とする経路円弧Ｓに沿って移動させる。

荷重センサ１３は、経路円弧Ｓの接線方向について嵌合部材２にかかる荷重Ｂを検出する。

角度センサ１２は、Ｚ軸（垂直線）に対する嵌合部材２の揺動角度θを検出する。

アクチュエータ２０の作動は、コントローラ１１によって制御される。コントローラ１１は予め設定されたマップに基づいて第二保持具２２を往復動させ、この間に入力される角度センサ１２と荷重センサ１３との検出信号に基づいて嵌合部材２にかかる揺動トルクＴを測定する。

アクチュエータ２０は、ケージ軸受部３ａの揺動中心点Ｏｘと交差するＺ軸（垂直線）を含む角度範囲にてＹ軸右方向に移動する押し行程を行った後、続けてＹ軸左方向に移動する引き行程を行い、この作動を数回繰り返す。

図２に示すように、荷重センサ１３にはアクチュエータ２０に付与される荷重と重力Ｍａｓとがかかる。

アクチュエータ２０に付与される荷重は、嵌合部材２と相手部材３との間に働く摩擦力に対抗する反力として生じ、アクチュエータ２０が移動する経路円弧Ｓの接線方向に作用する。

荷重センサ１３にかかる重力Ｍａｓは、嵌合部材２自体に働く重力と第二保持具２２に働く重力とアクチュエータ２０に働く重力とを加算して算出する。

重力ＭａｓはＺ軸方向（垂直方向）に作用し、嵌合部材２が角度θだけ揺動した状態では、重力Ｍａｓの成分Ａが重力誤差分としてアクチュエータ２０が移動する経路円弧Ｓの接線方向に作用する。この重力誤差分Ａは嵌合部材２の揺動角度θに応じて次式で計算される。
Ａ＝ｓｉｎθ×Ｍａｓ …（１）

図３のグラフは、横軸に時間、縦軸に嵌合部材２にかかる荷重をとっている。このグラフに実線で示す特性は実際に検出される荷重Ｂであり、２点鎖線で示す特性は補正後の荷重Ｃである。

荷重Ｂ、Ｃは、アクチュエータ２０が図１においてＹ軸右方向に移動する押し行程では正の値をとり、Ｙ軸左方向に移動する引き行程では負の値をとる。

図３のグラフに示すように、実際に検出される荷重Ｂは重力に関わる重力誤差分Ａを有し、押し行程の経路データと引き行程の経路データが、互いに反対方向について同一の勾配で傾斜している。

図４のグラフは、横軸に嵌合部材２の揺動角度θ、縦軸に嵌合部材２にかかる荷重をとっている。このグラフに実線で示す実際に検出される荷重Ｂのサイクルは、押し行程の経路データと引き行程の経路データが、互いに反対方向について同一の勾配で傾斜している。

コントローラ１１は、実際に検出される荷重Ｂに含まれる重力に関わる重力誤差分Ａを前記（１）式で算出し、補正後の荷重Ｃを次式で算出する。
Ｃ＝Ｂ−Ａ …（２）
コントローラ１１は、補正後の揺動トルクＴは次式で算出する。ただし、Ｌは検出長さであり、Ｘ軸方向に延びるケージ軸受部３ａの中心点Ｏｘと荷重センサ１３の計測点との距離とする。
Ｔ＝Ｃ×Ｌ …（３）
図４のグラフに実線で示すサイクルは補正後の荷重Ｃであり、押し行程の経路データと引き行程の経路データが、それぞれ一定の値となる。

最終的な揺動トルクＴとして、押し行程と引き行程に渡って所定の時間毎に求められる荷重Ｃが揺動トルクＴのグラフとなる。

こうして、求められる揺動トルクＴは重力に関わる重力誤差分Ａが補正されるため、その測定精度を十分に高められる。

本実施の形態では、相手部材３に対して嵌合部材２を揺動させる揺動トルクＴを測定する揺動トルク測定方法であって、相手部材３に対して嵌合部材２を揺動中心点Ｏｘを中心として揺動し、嵌合部材２に対して検出長さＬを半径とする経路円弧Ｓの接線方向にかかる荷重Ｂを検出し、Ｚ軸（垂直線）に対する嵌合部材２の揺動角度θを検出し、この揺動角度θに基づいて嵌合部材２にかかる重力Ｍａｓの経路円弧Ｓの接線方向に作用する成分を重力誤差分Ａとして算出し、検出される荷重Ｂから算出される重力誤差分Ａを差し引いた値を補正後の荷重Ｃとして求め、揺動トルクＴを補正後の荷重Ｃと検出長さＬとの積として算出するため、嵌合部材２にかかる重力Ｍａｓによって揺動トルクＴの測定精度が悪化することを回避し、揺動トルクＴを正確に測定することができる。

なお、本実施の形態では、コントローラ１１が揺動トルクＴの算出を自動的に行うが、これに限らず、揺動トルクＴの算出を手動で行っても良い。

本実施の形態では、揺動中心点Ｏｘと交差するＺ軸（垂直線）を含む角度範囲にて嵌合部材２を押す押し行程を行った後、嵌合部材２を引く引き行程を行い、押し行程と引き行程にて揺動トルクＴを測定するため、重力誤差分Ａが小さい角度範囲にて揺動トルクＴを正確に測定することができる。

本実施の形態では、相手部材３に対して嵌合部材２を揺動させる揺動トルクＴを測定する揺動トルク測定装置であって、相手部材３に対して嵌合部材２を揺動中心点Ｏｘを中心として揺動させるアクチュエータ２０と、嵌合部材２に対して検出長さＬを半径とする経路円弧Ｓの接線方向にかかる荷重Ｂを検出する荷重センサ１３と、Ｚ軸（垂直線）に対する嵌合部材２の揺動角度θを検出する角度センサ１２とを備え、アクチュエータ２０が相手部材３に対して嵌合部材２を揺動中心点Ｏｘを中心として揺動し、嵌合部材２に対して検出長さＬを半径とする経路円弧Ｓの接線方向にかかる荷重Ｂを検出し、Ｚ軸（垂直線）に対する嵌合部材２の揺動角度θを検出し、この揺動角度θに基づいて嵌合部材２にかかる重力Ｍａｓの経路円弧Ｓの接線方向に作用する成分を重力誤差分Ａとして算出し、検出される荷重Ｂから算出される重力誤差分Ａを差し引いた値を補正後の荷重Ｃとして求め、揺動トルクＴを補正後の荷重Ｃと検出長さＬとの積として算出するコントローラ１１を備えたため、ボール軸部２ａに直交するボール頭部２ｂの軸（揺動中心点Ｏｘ）まわりに揺動する揺動トルクＴを測定することが可能となり、ボールジョイント１の品質管理を行うことができる。

なお、嵌合部材２を駆動するアクチュエータ２０を廃止し、嵌合部材２を手動で動かす構成としても良い。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の揺動トルク測定方法及び装置は、ボールジョイントに限らず他の機械部品等に利用できる。

本発明の実施の形態を示す揺動トルク測定装置の構成図。 同じく嵌合部材に働く荷重を示す構成図。 同じく経過時間に対して嵌合部材にかかる荷重の測定データを表したグラフ。 同じく嵌合部材の揺動角度に対して嵌合部材にかかる荷重の測定データを表したグラフ。

符号の説明

１ ボールジョイント
２ 嵌合部材（ボール）
３ 相手部材（ケージ）
１０ 揺動トルク測定装置
１１ コントローラ
１２ 角度センサ
１３ 荷重センサ
１９ 架台
２０ アクチュエータ
２１ 第一保治具
２２ 第二保治具
Ａ 重力誤差分
Ｂ 荷重データ
Ｃ 荷重
Ｌ 検出長さ
Ｍａｓ 重力
Ｏｘ 揺動中心点
Ｔ 揺動トルク
Ｓ 経路円弧
θ 揺動角度

Claims (3)

1. 相手部材に対して嵌合部材を揺動させる揺動トルクＴを測定する揺動トルク測定方法であって、
   前記相手部材に対して前記嵌合部材を揺動中心点Ｏｘを中心として揺動し、
   前記嵌合部材に対して検出長さＬを半径とする経路円弧Ｓの接線方向にかかる荷重Ｂを検出し、
   垂直線に対する前記嵌合部材の揺動角度θを検出し、
   この揺動角度θに基づいて前記嵌合部材にかかる重力Ｍａｓの経路円弧Ｓの接線方向に作用する成分を重力誤差分Ａとして算出し、
   検出される荷重Ｂから算出される重力誤差分Ａを差し引いた値を補正後の荷重Ｃとして求め、
   揺動トルクＴを補正後の荷重Ｃと検出長さＬとの積として算出することを特徴とする揺動トルク測定方法。
2. 前記揺動中心点Ｏｘと交差する垂直線を含む角度範囲にて嵌合部材を押す押し行程を行った後、前記嵌合部材を引く引き行程を行い、前記押し行程と前記引き行程にて揺動トルクＴを測定することを特徴とする請求項１に記載の揺動トルク測定方法。
3. 相手部材に対して嵌合部材を揺動させる揺動トルクＴを測定する揺動トルク測定装置であって、
   前記相手部材に対して前記嵌合部材を揺動中心点Ｏｘを中心として揺動させるアクチュエータと、
   前記嵌合部材に対して検出長さＬを半径とする経路円弧Ｓの接線方向にかかる荷重Ｂを検出する荷重センサと、
   垂直線に対する前記嵌合部材の揺動角度θを検出する角度センサとを備え、
   アクチュエータが相手部材に対して嵌合部材を揺動中心点Ｏｘを中心として揺動し、
   前記嵌合部材に対して検出長さＬを半径とする経路円弧Ｓの接線方向にかかる荷重Ｂを検出し、
   垂直線に対する前記嵌合部材の揺動角度θを検出し、
   この揺動角度θに基づいて前記嵌合部材にかかる重力Ｍａｓの経路円弧Ｓの接線方向に作用する成分を重力誤差分Ａとして算出し、
   検出される荷重Ｂから算出される重力誤差分Ａを差し引いた値を補正後の荷重Ｃとして求め、
   揺動トルクＴを補正後の荷重Ｃと検出長さＬとの積として算出するコントローラを備えたことを特徴とする揺動トルク測定装置。

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