JP2016142692A - 嵌合状態検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】しまりばめの嵌合部における締め付け力を検知することが可能な嵌合状態検査装置を提供する。【解決手段】本発明の嵌合状態検査装置は、アウター部材の穴部内に軸部をしまりばめで嵌合した嵌合部における締め付け力を検知する嵌合状態検査装置であって、前記穴部の内周面と前記軸部の外周面との当接面に、前記アウター部材または前記軸部を透過して超音波を送受信し、受信した超音波の反射波の強度を検出する超音波探触子、および前記反射波の強度が所定の値よりも小さい場合に、前記締め付け力が所定の値より大きいと判定する制御部、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、しまりばめの嵌合部における結合状態の良否を検査する嵌合状態検査装置に関する。

複数の部材を結合する手段として、穴部内に軸部をしまりばめで嵌合する、いわゆる圧入による結合が知られている。例えば、特許第５２０６６５６号公報に開示の車両用差動歯車装置では、デフケースの外周面に円環状のリングギヤを嵌合し、さらにデフケースとリングギヤとを溶接により結合している。

従来では、しまりばめの嵌合による結合の良否の判定は、例えば特開２００６−３１５１１２号公報に開示されているように、圧入時の荷重とストロークの値を用いて行われる。

特許第５２０６６５６号公報 特開２００６−３１５１１２号公報

しかしながら、圧入時の荷重とストロークの値を用いてしまりばめの嵌合による結合の良否を判定する従来の技術では、嵌合部における締め付け力、すなわち結合力が適切なものであるか否かを検知することができない。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであって、しまりばめの嵌合部における締め付け力を検知することが可能な嵌合状態検査装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の嵌合状態検査装置は、アウター部材の穴部内に軸部をしまりばめで嵌合した嵌合部における締め付け力を検知する嵌合状態検査装置であって、前記穴部の内周面と前記軸部の外周面との当接面に、前記アウター部材または前記軸部を透過して超音波を送受信し、受信した超音波の反射波の強度を検出する超音波探触子、および前記反射波の強度が所定の値よりも小さい場合に、前記締め付け力が所定の値より大きいと判定する制御部、を含む。

本発明によれば、しまりばめの嵌合部における締め付け力を検知することが可能な嵌合状態検査装置を実現可能である。

第１の実施形態の嵌合状態検査装置の構成を説明する図である。 嵌合部の締め代と受信超音波強度との関係の概略を示すグラフである。 第１の実施形態の嵌合状態検査装置における嵌合状態検査のフローチャートである。 第１の実施形態の嵌合状態検査装置の変形例を説明する図である。 第２の実施形態の嵌合状態検査装置の構成を説明する図である。 第２の実施形態の嵌合状態検査装置における嵌合状態検査のフローチャートである。

以下に、本発明の好ましい形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、及び各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１に示す本実施形態の嵌合状態検査装置１は、アウター部材１１に形成された穴部１２内に軸部１３がしまりばめで嵌合した検査対象物１０の嵌合部における締め付け力が、所定の値よりも大きいか否かを検査する装置である。

まず、検査対象物１０について説明する。本実施形態では一例として、検査対象物１０の嵌合部を構成する穴部１２の内周面および軸部１３の外周面は、円筒形である。なお、嵌合部の形状は円筒形に限られるものではなく、例えば穴部１２が内周面の一部に平行な一対の平面を有し、この一対の平面の間に軸部１３が嵌合する形状であってもよい。

なお、本実施形態では、アウター部材１１は円筒形状であるが、アウター部材１１の形状は特に限定されるものではない。また、穴部１２は本実施形態のように貫通孔に限られるものではなく、有底であってもよい。また、本実施形態では軸部１３は円筒形状であるが、軸部１３は中実であってもよい。

穴部１２の内周面の内径をＤ１とし、軸部１３の外周面１３ａの外径をＤ２とした場合に、嵌合前における穴部１２の内径Ｄ１は、軸部の外径Ｄ２よりも小さい。締め代ΔＤは、ΔＤ＝Ｄ２−Ｄ１で表されるものとする。すなわち、締め代ΔＤの値が大きいほど、嵌合部において穴部１２が軸部１３を締め付ける力である締め付け力が大きくなる。

嵌合状態検査装置１は、制御部２、電源部３、超音波探触子４、駆動部５および出力部６を含む。

制御部２は、嵌合状態検査装置１の後述する各構成要素の動作を、所定のプログラムに基づいて制御する装置であり、例えば演算装置、記憶装置、補助記憶装置および入出力装置等を具備して構成されるコンピュータを含む。

電源部３は、制御部２やその他の嵌合状態検査装置１の構成要素に電力を供給する。電源部３は、商用電源等の外部から得た電力を各構成要素に供給する構成であってもよいし、一次電池、二次電池又は発電装置等の自らが電力を生じる構成であってもよい。

超音波探触子４は、超音波を発生して所定の方向に送信するとともに、前記超音波の反射波を受信する。本実施形態では一例として、超音波探触子４は、送受信面４ａに対して直交する方向に超音波を出射する。超音波探触子４の構成は周知であるため、詳細な説明は省略するが、超音波探触子４は、例えば圧電素子からなる超音波振動子を備える。

超音波探触子４は、駆動部５に電気的に接続されており、駆動部５から出力される電気信号に基づいて駆動し、所定の強度の超音波を送信する。また、超音波探触子４は受信した超音波の反射波を電気信号に変換し、駆動部５に出力する。駆動部５は、超音波探触子４から出力された電気信号に基づき、受信した超音波の反射波の強度を検出する。超音波探触子４において受信した超音波の反射波の強度情報は、制御部２に入力される。

制御部２には、超音波探触子４によって受信された超音波の反射波の強度Ｉe（以下では、受信超音波強度Ｉeと称する）と、所定の値である閾値Ｉthとを比較し、受信超音波強度Ｉeと閾値Ｉthとの大小関係を算出する比較部２ａが設けられている。制御部２は、比較部２ａによって算出された受信超音波強度Ｉeと閾値Ｉthとの大小関係に基づいて、穴部１２と軸部１３との嵌合部の締め付け力が所定の値よりも大きいか否かを判定する。

出力部６は、制御部２によってなされた前記判定結果の情報を外部に出力する。出力部６による情報の出力形態は特に限定されるものではない。例えば、出力部６は、他の装置に有線通信又は無線通信を介して電気信号として判定結果を出力する形態であってもよい。また例えば、出力部６は、嵌合状態検査装置１の使用者に対して視覚、触覚、聴覚により判定結果を伝達する形態であってもよい。

本実施形態では一例として、出力部６は、画像表示部６ａとスピーカ６ｂと備え、画像表示部６ａに表示する画像およびスピーカ６ｂから発する音によって、使用者に対して判定結果を出力する。

以上に説明した構成を有する嵌合状態検査装置１の、検査対象物１０の嵌合部における締め付け力を検査する嵌合状態検査の動作について、図３に示すフローチャートを用いて説明する。

嵌合状態検査では、まずステップＳ１０において、図１に示すように、超音波探触子４を、検査対象物１０に対して、穴部１２の内周面１２ａと軸部１３の外周面１３ａとの当接面１４に向かって超音波を送信するように配置する。

より具体的には、超音波探触子４の送受信面４ａを、アウター部材１１の外周面１１ａもしくは軸部１３の内周面１３ｂに当接または近接させる。ここで、超音波探触子４は、超音波を送信する軸上に空洞部が存在しない位置に配置する。これにより、超音波探触子４から送信された超音波は、アウター部材１１又は軸部１３の肉部を透過して当接面１４に到達する。なお、超音波探触子４の送受信面４ａと、検査対象物１０との間には、超音波を伝達する液体状やゲル状の超音波伝達媒体を介在させることが好ましい。

図１に示す本実施形態では一例として超音波探触子４を、送受信面４ａがアウター部材１１の外周面１１ａに当接し、送信される超音波が径方向内側に向かうように配置する。なお、図４に変形例として示すように、軸部１３が筒状の部材である場合には、ステップＳ１０において、超音波探触子４を軸部１３の内周面１３ｂに当接または近接させてもよい。

なお、ステップＳ１０における超音波探触子４の配置は、使用者の手によって行われてもよいし、アクチュエータによって自動で行われてもよい。

次に、ステップＳ２０において、超音波探触子４の駆動を開始し、超音波探触子４による超音波の送受信を開始する。なお、ステップＳ２０は、ステップＳ１０と同時またはステップＳ１０より前に実行されてもよい。

次に、ステップＳ３０において、超音波探触子４によって受信された超音波の反射波の強度Ｉeを検出する。そして、ステップＳ４０において、比較部２ａにより、受信超音波強度Ｉeと、予め定められた閾値Ｉthとの大小関係を算出する。

ここで、閾値Ｉthについて説明する。図２に、嵌合部の締め代ΔＤと受信超音波強度Ｉeとの関係について出願人が得た知見を、概略的なグラフとして示す。図２の結果は、図１に示すように検査対象物１０に対して超音波探触子４を配置して得たものである。

図２に示すように、穴部１２と軸部１３の嵌合部の締め代ΔＤが大きくなるほど、受信超音波強度Ｉeは小さくなる。すなわち、検査対象物１０における穴部１２が軸部１３を締め付ける力が強いほど、受信超音波強度Ｉeが小さくなる。これは、締め代ΔＤが大きくなるほど穴部１２と軸部１３とがより密着するため、穴部１２と軸部１３との界面である当接面１４における超音波の反射率が小さくなるからである。

事前の実験により、検査対象物１０の嵌合部に求める最低の締め付け力に応じた締め代ΔＤ1における、受信超音波強度Ｉe1を求め、このＩe1の値またはＩe1の値よりも所定の安全率だけ高い値を閾値Ｉthとする。

ステップＳ４０の比較の結果、受信超音波強度Ｉeが閾値Ｉthよりも小さい場合（ステップＳ５０のＹＥＳ）には、ステップＳ６０に移行する。この場合、図２に示す関係からわかるように、検査対象物１０の嵌合部における締め代ΔＤが所定の値よりも大きい。よって、ステップＳ６０では、検査対象物１０の嵌合部における締め付け力が、所定の値よりも大きいと判定した結果を、出力部６から出力する。前述のように、本実施形態では、画像表示部６ａに表示する画像およびスピーカ６ｂから発する音によって前記判定結果を出力する。

一方、ステップＳ４０の比較の結果、受信超音波強度Ｉeが閾値Ｉth以上である場合（ステップＳ５０のＮＯ）には、ステップＳ７０に移行する。この場合、図２に示す関係からわかるように、検査対象物１０の嵌合部における締め代ΔＤが所定の値以下である。よって、ステップＳ７０では、検査対象物１０の嵌合部における締め付け力が、所定の値以下であると判定した結果を、出力部６から出力する。前述のように、本実施形態では、画像表示部６ａに表示する画像およびスピーカ６ｂから発する音によって前記判定結果を出力する。

ステップＳ６０またはステップＳ７０の実行後、ステップＳ８０において超音波探触子４の駆動を停止する。

以上に説明したように、本実施形態の嵌合状態検査装置１は、しまりばめで嵌合したアウター部材１１の穴部１２の内周面１２ａと軸部１３の外周面１３ａとの当接面１４に、前記アウター部材１１または軸部１３を透過して超音波を送受信し、受信した超音波の反射波の強度を検出する超音波探触子４と、前記反射波の強度が所定の値よりも小さい場合に、前記締め付け力が所定の値より大きいと判定する制御部２と、を含む。本実施形態の嵌合状態検査装置１によれば、しまりばめの嵌合部における締め付け力を検知することが可能である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下では第１の実施形態との相違点のみを説明するものとし、第１の実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜に省略するものとする。

図５に示す本実施形態の嵌合状態検査装置１は、当接面１４に超音波を照射する位置を移動させることができる。すなわち、本実施形態の嵌合状態検査装置１は、検査対象物１０に対して、超音波探触子４を相対的に移動させる構成を有する。

本実施形態では一例として、検査対象物１０であるアウター部材１１および軸部１３の位置が固定されており、超音波探触子４の送受信面４ａが、軸部１３の内周面１３ｂに沿って周方向に移動する。超音波探触子４は、電動モータ等からなる回動駆動部７の回動軸７ａによって保持されており、回動軸７ａの回動に伴って、軸部１３の内周面１３ｂに沿って周方向に移動する。

回動軸７ａの回動角度θは、ロータリーエンコーダやポテンショメータ等からなる回動検出部８によって検出される。アクチュエータコントローラ９は、回動駆動部７および回動検出部８に電気的に接続されており、回動検出部８の検出結果に基づいて回動駆動部７の動作を制御する。

本実施形態の嵌合状態検査装置１は、軸部１３の内周面１３ｂに対して周方向（軸周り）に超音波探触子４を移動させながら、複数の検査点で受信超音波強度Ｉeを検出する。検査点は、例えば、周方向に等しい角度間隔で複数設定される。なお、回動駆動部７は、超音波探触子４を、アウター部材１１の外周面１１ａに沿って周方向に移動させる構成であってもよい。また、回動駆動部７は、固定された超音波探触子４に対して、検査対象物１０を回動させる構成であってもよい。

以上に説明した構成を有する嵌合状態検査装置１の、検査対象物１０の嵌合部における締め付け力を検査する嵌合状態検査の動作について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。

本実施形態の嵌合状態検査では、まずステップＳ１０において、超音波探触子４を、穴部１２の内周面１２ａの所定の位置に当接または近接して配置する。次にステップＳ２０において、超音波探触子４の駆動を開始し、超音波探触子４による超音波の送受信を開始する。そして、ステップＳ３０において、受信超音波強度Ｉeを検出し、この値を回動軸７ａの角度θの値とともに記憶する。ステップＳ３１において、超音波探触子４の駆動を停止する。

次に、ステップＳ３２において、周方向に等配された複数の検査点の全てで、受信超音波強度Ｉeの検出を行ったか否かを判定する。ステップＳ３２において、全ての検査点での受信超音波強度Ｉeの検出を終えていないと判定した場合には、ステップＳ１０に戻り、回動駆動部７を制御して超音波探触子４を次の検査点に移動させる。

ステップＳ３２において、全ての検査点での受信超音波強度Ｉeの検出を終えたと判定した場合には、ステップＳ４１に移行する。この場合、軸部１３の内周面１３ｂの周方向全体にわたって配置された複数の検査点において、受信超音波強度Ｉeの検出が終了している。

ステップＳ４１では、比較部２ａにより、全ての検査点における受信超音波強度Ｉeの値と、予め定められた閾値Ｉthとの大小関係を算出する。そして、ステップＳ５１において、受信超音波強度Ｉeの値が閾値Ｉthより小さい検査点の総数が、所定の数よりも多いか否かを判定する。

受信超音波強度Ｉeの値が閾値Ｉthより小さい検査点の総数が所定の数よりも多い場合、検査対象物１０の嵌合部における締め付け力の周方向についての偏りが小さく、かつ十分な結合の強度を有しているとみなすことができる。よって、ステップＳ５１において受信超音波強度Ｉeの値が閾値Ｉthより小さい検査点の総数が、所定の数よりも多いと判定した場合には、ステップＳ６０に移行し、検査対象物１０の嵌合部における締め付け力が、所定の値よりも大きいと判定した結果を、出力部６から出力する。前述のように、本実施形態では、画像表示部６ａに表示する画像およびスピーカ６ｂから発する音によって前記判定結果を出力する。

一方、受信超音波強度Ｉeの値が閾値Ｉthより小さい検査点の総数が所定の数以下である場合、検査対象物１０の嵌合部における締め付け力の周方向についての偏りが大きいため、結合部が十分な結合の強度を発揮しないことが懸念される。よって、ステップＳ５１において受信超音波強度Ｉeの値が閾値Ｉthより小さい検査点の総数が、所定の数以下であると判定した場合には、ステップＳ７０に移行し、検査対象物１０の嵌合部における締め付け力が、所定の値よりも小さいと判定した結果を、出力部６から出力する。前述のように、本実施形態では、画像表示部６ａに表示する画像およびスピーカ６ｂから発する音によって前記判定結果を出力する。

以上に説明したように、本実施形態の嵌合状態検査装置１は、検査対象物１０に対して超音波探触子４を相対的に周方向に移動させながら、複数の検査点において受信超音波強度Ｉeの値を測定する。そして、嵌合状態検査装置１は、複数の検査点において検出された受信超音波強度Ｉeの周方向の分布の状態に基づき、検査対象物１０の嵌合部における締め付けの良否を判定する。本実施形態の嵌合状態検査装置１によれば、しまりばめの嵌合部における締め付け力を検知することが可能であるとともに、穴部１２および軸部１３の真円度の狂い等に起因する締め付け力の偏りを検知することができる。

なお、本実施形態の嵌合状態検査装置１は、超音波探触子４を検査対象物１０に対して周方向に相対的に回動させる構成を有するが、さらに超音波探触子４を検査対象物１０に対して軸方向に相対的に進退移動させる構成を有し、円筒面上において軸方向および周方向に複数配列された検査点について受信超音波強度Ｉeを検出する構成であってもよい。この場合、穴部１２および軸部１３の円筒度の狂い等に起因する締め付け力の偏りを検知することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う嵌合状態検査装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ 嵌合状態検査装置、
２ 制御部、
２ａ 比較部、
３ 電源部、
４ 超音波探触子、
４ａ 送受信面、
５ 駆動部、
６ 出力部、
７ 回動駆動部、
７ａ 回動軸、
８ 回動検出部、
９ アクチュエータコントローラ、
１０ 検査対象物、
１１ アウター部材、
１２ 穴部、
１２ａ 内周面、
１３ 軸部、
１３ａ 外周面、
１３ｂ 内周面、
１４ 当接面。

Claims (2)

1. アウター部材の穴部内に軸部をしまりばめで嵌合した嵌合部における締め付け力を検知する嵌合状態検査装置であって、
   前記穴部の内周面と前記軸部の外周面との当接面に、前記アウター部材または前記軸部を透過して超音波を送受信し、受信した超音波の反射波の強度を検出する超音波探触子、および
   前記反射波の強度が所定の値よりも小さい場合に、前記締め付け力が所定の値より大きいと判定する制御部、
   を含むことを特徴とする嵌合状態検査装置。
2. 前記アウター部材の外周面または前記軸部の内周面に沿って、周方向に前記超音波探触子を相対的に移動させる回動駆動部を含み、
   前記超音波探触子は、前記周方向に沿って配置された複数の検査点において前記反射波の強度を検出し、
   前記制御部は、前記複数の検査点において検出された前記反射波の強度の、前記周方向の分布に基づいて、前記嵌合部における締め付けの良否を判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の嵌合状態検査装置。

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