JP5133221B2 - 等速自在継手の検査装置及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、等速自在継手の検査装置及び検査方法に関する。

等速自在継手の製造工程においては、一般的に、組立られた等速自在継手に対して曲げトルクおよび回転トルクの測定が行われ、これらの測定にもとづく良品・不良品の検査が行われる（例えば、特許文献１）。

この特許文献１では、折り曲げトルクを、回転トルクと折り曲げトルクとの関係に基づいて求めようにするものである。すなわち、回転トルクの上限値、下限値、変動幅を測定することにより折り曲げトルクに関する良品・不良品の判断を行うものである。このため、折り曲げトルクを直接的に検出するものではない。

特許文献１に記載の等速自在継手（等速ボールジョイント）の検査装置は、傾動されかつ所定の傾斜角度に保持されるインナーレース傾動アームを設け、インナーレース傾動アームによりインナーレースを傾動させて主軸（等速ボールジョイントのアウタレースを支持している軸）を回転したときの回転トルクを測定するものである。

また、回転トルクは、トルクメータで測定するものであり、その上限値、下限値、変動幅を測定するものである。そして、回転トルクに関する良品、不良品の判断は、予め良品の回転トルクを測定し、基準値を設定しておき、基準値と測定値とを比較するようにしている。
実開昭６２−２０１６３１号公報

すなわち、前記特許文献１の装置では、傾動シリンダ装置のロッドを伸長させて、インナーレース傾動駆動側プーリを回転させる。この回転により、インナーレース傾動アームが傾動し、アウタレース内のインナーレースが所定角度（例えば、４５°）で傾斜保持される。このため、傾斜開始から所定の角度に到達するまでの間のトルクを検出することになる。

このため、測定準備に時間がかかり、全体としての検査時間が大となっていた。しかも、折り曲げトルクを、回転トルクと折り曲げトルクとの関係に基づいて求めるようにするものであり、直接的に折り曲げトルクを測定するものではない。このため、この場合の折り曲げトルクに基づく良品と不良品の判断は信頼性にかけるものである。

また、前記特許文献１に記載のものでは、主軸を、上側の第１回転軸と下側の第２回転軸とに分け、この第１回転軸と第２回転軸との間にトルクメータを配置している。すなわち、回転駆動機構側にトルクメータを配置することになっている。このため、主軸としては、大型化及び重量化することになって、慣性力が大きくなって、正確な回転トルクを計測できないおそれがある。

ところで、トラック溝が８本である場合、通常は、原点位置、及び周方向に４５度に３回ずつ旋回させ、それぞれのポジション（４５度ずつ旋回させた位置）で、軸線に対して４５度と反対側に４５度傾けた状態で、それぞれ作動トルクを検出することになる。このため、特許文献１に記載の検査装置を用いれば、検査時間の増大を招いていた。

本発明は、上記課題に鑑みて、安定した作動角トルクを得ることができ、また、検査時間の短縮を図ることが可能な等速自在継手の検査装置及び検査方法を提供する。

本発明の等速自在継手の検査装置は、外側継手部材に内側継手部材を含む内部部品が内嵌された等速自在継手の検査装置であって、前記内部部品が内嵌された状態の外側継手部材を回転自在に支持する支持台と、この支持台に支持されている前記外側継手部材を回転駆動する駆動手段と、前記外側継手部材内の内部部品の内側継手部材に嵌入される軸部材と、この軸部材を前記外側継手部材の軸線に対して所定角度に傾斜させる角度調整手段と、前記軸線を外側継手部材を回転させたときの折り曲げトルクである作動角トルクを検出する作動角トルク検出手段とを備えたものである。

本発明の等速自在継手の検査装置によれば、外側継手部材を支持台に支持させた状態で、外側継手部材を回転駆動させ、この状態で、外側継手部材の軸線に対して所定角度に傾斜している軸部材の折り曲げトルクである作動角トルクを検出することができる。

前記作動角トルク検出手段を反駆動手段側に配置するのが好ましい。これによって、駆動側の慣性力を抑えることができる。

前記外側継手部材を回転させたときの前記軸部材への回転伝達力である回転トルクを検出する回転トルク検出手段を備えるようにできる。この際、折り曲げトルク検出手段と回転トルク検出手段とを一つのユニットとして構成するのが好ましい。ここでいうユニットとは一体として取り扱われる一単位のことをいい、ユニット化とは複数の部品により一つのユニットを構成することをいう。

例えば、作動角トルク検出手段はロードセルにて構成され、回転トルク検出手段はトルクメータにて構成される。

支持台は、外側継手部材の開口部が上方に開口するように、外側継手部材を回転自在に支持するのが好ましい。

本発明の等速自在継手の検査方法は、外側継手部材に内側継手部材を含む内部部品が内嵌された等速自在継手の検査方法であって、前記内部部品が内嵌された状態の外側継手部材に対してその内側継手部材に軸部材を嵌入して、この軸部材を外側継手部材の軸線に対して所定角度に傾斜させ、この状態で、折り曲げトルクである作動角トルクを検出するものである。

本発明の等速自在継手の検査方法によれば、外側継手部材の軸線に対して所定角度に傾斜している軸部材の折り曲げトルクである作動角トルクを検出することができる。

本発明では、折り曲げトルクである作動角トルクを安定して得ることができ、製品検査の信頼性の向上を図ることができる。

また、作動角トルク検出手段を反駆動手段側に配置することによって、駆動側の慣性力を抑えることができ、より高精度の作動角トルクの測定が可能となる。

回転トルクを検出するようにすれば、高品質の製品を安定して提供できるようになる。

作動角トルク検出手段と回転トルク検出手段とを一つのユニットとして構成することによって、装置全体のコンパクト化を図ることができる。また、折り曲げトルク検出手段による回転トルクの検出と回転トルク検出手段による回転トルクの検出とを一つのユニットとして検出するようにすれば、一つのユニットとして折り曲げトルクおよび回転トルク検出することによって、検査の作業時間の短縮を図ることができる。

また、作動角トルク検出手段はロードセルにて構成でき、回転トルク検出手段はトルクメータにて構成できる。このため、これらの検出手段を既存の検出器で構成でき、低コスト化を図ることがきる。

支持台は、外側継手部材の開口部が上方に開口するように、外側継手部材を回転自在に支持するようにすれば、外側継手部材の回転が安定して、作動角トルクや回転トルクの検出精度の向上を図ることができる。しかも、軸部材を所定の角度に傾斜させやすい利点もある。

角度調整手段にて軸部材を外側継手部材の軸線を含む平面におけるこの軸線に対する時計廻り方向および反時計廻り方向に所定角度だけ傾斜させ、支持台に支持されている外側継手部材を駆動手段にて順次その軸線廻りに所定角ずつ回動させることで、外側継手部材の位相の変更を可能とすることによって、各姿勢への変更を短時間で行うことができ、全体としての検査時間の短縮を図ることができる。

以下本発明の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。

本発明に係る等速自在継手の検査装置は、図１と図２に示すように、等速自在継手の回転トルクと折り曲げトルク（作動角トルク）を測定（検出）するものである。等速自在継手は、図３に示すように、内径面１に複数のトラック溝２が軸方向に沿って形成された外側継手部材としての外輪３と、外径面４に複数のトラック溝５が軸方向に沿って形成された内側継手部材としての内輪６とを備える。そして、外輪３のトラック溝２と内輪６のトラック溝５とが対をなし、トルクを伝達するボール７が外輪３のトラック溝２と内輪６のトラック溝５との間に介在する。外輪３の内径面１と内輪６の外径面４との間にケージ８が介在され、このケージ８の周方向に沿って所定ピッチで配設された複数の窓部（ポケット）８ａにボール７が保持される。

外輪３は、マウス部１０と、このマウス部１０の底部から突設される軸部１１とからなり、マウス部１０の内径面に前記トラック溝２が形成されている。また、外輪３のマウス部１０には、内側継手部材としての内輪６と、ボール７と、ケージ８とが組み付けられてなる内部部品１２が嵌入されている。

等速自在継手の検査装置は、外側継手部材である外輪３を回転自在に支持する支持台１５と、この支持台に支持されている外輪３を回転駆動する駆動手段（図示省略）と、前記外輪３内の内部部品１２の内輪６に嵌入される軸部材１６と、この軸部材１６を外輪３の軸線Ｌに対して所定角度に傾斜させる角度調整手段１７と、前記駆動手段の駆動によって外輪３を回転させたときの軸部材１６への回転伝達力である回転トルクを検出する回転トルク検出手段１８と、軸部材１６を外輪３の軸線Ｌに対して所定角度に傾斜させた状態での折り曲げトルクである作動角トルクを検出する作動角トルク検出手段５５とを備える。

マウス部１０の開口部が上方に向くようにその軸線が鉛直状に配置された状態で、軸部１１が嵌入されて、外輪３が支持機構（例えばチャック機構）を介して支持台１５に支持される。すなわち、マウス部１０の底面１０ａが、支持台１５のテーブル上面１５ａに載置される。この支持台１５内の駆動手段が内装されている。駆動手段としては、汎用モータ、サーボモータ、ステッピングモータ等の動力源と、この動力源を前記支持機構に伝達する伝動機構（例えば、ギア機構、ベルト機構等）を介して連結されている。このため、動力源の駆動によって、外輪３がその軸線廻りに回転する。

軸部材１６が、図３に示すように、内輪６の孔部に挿通される先端側の挿通部２０と、軸部材支持部２１に嵌入される基端部２２と、挿通部２０が挿通された際に内輪６の外輪開口側の端面に当接する外鍔部２３と、基端支持部２２と外鍔部２３との間の中間軸部２４とからなる。この場合、この挿通部２０が内輪６の孔部に挿通された際には、内輪６の回転にともなって一体に回転する。なお、挿通部２０には雄スプライン（図示省略）が形成されるとともに、内輪６の内径面には雌スプライン（図示省略）が形成されている。そして、挿通部２０が内輪６の孔部に挿通された際には、挿通部２０の雄スプラインが内輪６の孔部の雌スプラインに嵌合する。これによって、内輪６と軸部材１６とが一体に回転する。

角度調整手段１７は、シリンダ機構２５と、前記軸部材支持部２１を支持する支持機構２６とを備え、このシリンダ機構２５および支持機構２６は、高さ調整機構３０によって、上下動自在に支持されている。

すなわち、高さ調整機構３０は、載置面３１から立設される支柱３２と、この支柱３２に付設される上下動機構３３とを備える。上下動機構３３は、支柱３２の上端部に固定されるシリンダ本体３５と、支柱３２の上下方向略中間部の支持片３６から立設されているガイドロッド３７と、このガイドロッド３７に沿って上下動する移動ブロック３８とを備える。このため、シリンダ本体３５から移動ブロック３８に対して下降する方向への押圧力の作用によって、移動ブロック３８が下降し、逆にシリンダ本体３５から移動ブロック３８に対して上昇する方向への押圧力の作用によって、移動ブロック３８が上昇する。

そして、角度調整手段１７のシリンダ機構２５は、そのシリンダ本体４０が支持板４１に支持される。この支持板４１は、上下方向に延びる本体４１ａを備え、この本体４１ａに、倒立Ｌ字状の枠体４２が連結されている。そして、この枠体４２と本体４１ａの下部でもって、下方開口状の枠部４３が形成される。枠体４２は、上壁４２ａと、この上壁４２ａの一方の端部から垂下される垂下壁４２ｂとを備える。上壁４２ａの他方の端部は支持板４１の本体４１ａに固着される。

また、前記支持機構２６は、基板４６とこの基板４６の両端から垂下される脚部４７ａ，４７ｂとを有する支持体４５を備える。そして、一方の脚部４７ａが、枠体４２の垂下壁４２ｂに軸部５０を介して揺動自在に枢結され、他方の他方の脚部４７ｂが、支持板４１の本体４１ａの下部に軸部５１を介して揺動自在に枢結される。

軸部５１は、前記シリンダ機構２５のピストンロッド４０ｂに連結構造５３を介して連結されている。この連結構造５３はピストンロッド４０ｂの往復動によって、軸部５１をその軸心廻りに回動させ、これによって、支持体４５を軸線Ｌｌを中心に揺動させることになる。

また、シリンダ機構２５には、作動角トルク検出手段５５が設けられている。ここで、作動角トルクとは、前記軸部材１６を外輪３の軸線Ｌに対して所定角度θに傾斜させたときの折り曲げトルクである。この実施形態においては、作動角トルク検出手段５５にロードセル５６を用いている。ここで、ロードセルとは、一般に力（質量、トルク）を検出するセンサーであり、荷重（力）を電気信号に変換する荷重変換器である。なお、ロードセルには、磁歪式ロードセル、静電容量型ロードセル、ジャイロ式ロードセル、ひずみケージ式ロードセル等がある。ロードセルといえば通常ひずみゲージ式ロードセル（ストレーンゲージ式ロードセル）である。このため、ひずみゲージ式ロードセルの基本原理を説明すると、ひずみゲージを接着した鋼材などの起歪体に荷重がかかると起歪体に変形が生じ、貼り付けられたひずみゲージは変形により抵抗値が変化する。これを電気信号として取り出して荷重の大きさを求める。

また、下方開口状の枠部４３の上部には、回転トルク検出手段１８としてのトルクメータ６１が配置されている。ところで、トルクメータ６１すなわちトルクセンサは、例えば、励磁コイルと検出コイルとを備える。この場合、励磁コイルには交流電流を通電し、交流磁界を発生させ、トルク伝達軸表面を円周方向に交流磁化させる。そして、検出コイルは、励磁コイルと直交する方向、つまりトルク伝達軸表面の軸方向の交流磁化成分を検出する。トルク伝達軸にトルクが印加されると軸方向に対して４５°方向に引張り応力＋σ、及び圧縮応力−σが発生する。励磁コイルにより発生させられた円周方向の磁化ベクトルが、磁歪効果により応力発生方向である４５°方向に回転させられ、磁化ベクトルの軸方向成分が生じる。この磁化ベクトルの軸方向成分は印加トルクの増加にともなって大きくなる。したがって、磁化ベクトルの軸方向成分を検出する検出コイルからの誘起電圧が、軸に加わるトルクに対応することになる。

この場合、このトルクメータ６１は、前記移動ブロック３８に固定される取付板６２に保持される。すなわち、取付板６２は、移動ブロック３８の前面にねじ部材からなる固着具６３を介して固定される鉛直壁６４と、この鉛直壁６４の上部に固着具６３を介して固定される連結枠６５とを備える。連結枠６５は、鉛直片６５ａと、この鉛直片６５ａの上端縁に連結される水平片６５ｂとを備え、この水平片６５ｂにトルクメータ６１が垂下されている。

このため、移動ブロック３８が上下動することによって、検査ユニット７０が上下動する。ここで、検査ユニット７０とは、角度調整手段１７と、この角度調整手段１７に連設された作動角トルク検出手段５５と、軸部材１６と、軸部材１６を支持する軸部材支持部２１と、軸部材支持部２１を保持する支持体４５等で構成される。

次に、前記のように構成された等速自在継手の検査装置を用いて、等速自在継手の検査方法を説明する。まず、図１に示すように、支持台１５に、内部部品が内装された外輪３を、その開口部が上方を向くように配置する。この際、外輪３の軸線Ｌと、軸部材１６の軸線Ｌ２とを一致させる。

この状態で、移動ブロック３８を下降させて、検査ユニット７０の軸部材１６を下降させる。これによって軸部材１６を継手の内部部品の内輪６の孔部に嵌入して、軸部材１６と内輪６とを一体化する。その後、角度調整機構１７にて軸部材１６を、外輪３の軸線に対して所定角度（この場合、４０度）に傾斜させる。すなわち、角度調整手段１７のシリンダ機構２５のピストンロッド４０ｂを延ばして、支持体４５を軸心Ｌ１廻りに回動させる。

このように、軸部材１６を折り曲げた時に、折り曲げトルク（作動角トルク）を作動角トルク検出手段５５にて検出（測定）する。そして、支持台１５内の駆動手段を駆動して外輪３をその軸線廻りに回転させる。このときの回転伝達力（回転トルク）を検出（測定）する。傾いたシャフト間にトルクを伝達するとき、ここで生じる摩擦に因って、シャフトが同軸の場合と比べて、出力側のシャフトで必要とされる負荷よりも大きいトルクを入力側のシャフトに与えなければならない。このトルク増加分が曲げトルクと言われる。

このため、図４に示すように、作動角トルク及び回転トルクを得ることができる。図４において、上側のグラフが作動角トルクの検出波形を示し、下側のグラフが回転トルクの検出波形を示している。

ところで、トラック溝が８本である場合、通常は、原点位置、及び周方向に４５度に３回づつ旋回させ、それぞれのポジション（４５度づつ旋回させた位置）で、軸線Ｌに対して軸部材１６の軸心Ｌ２を４０度、さらに反対側に４０度傾けた状態で、それぞれ作動角トルクを検出する。

そこで、本発明では、軸部材１６を外側継手部材の軸線Ｌを含む平面におけるこの軸線Ｌに対する時計廻り方向および反時計廻り方向に所定角度θ（例えば４０度）だけ傾斜させ、順次支持台１５上の外輪３をその軸線Ｌ廻りに所定角ずつ回動させて、それぞれの位置で、作動角トルクと、回転トルクとを検出することになる。

本発明では、外輪３を支持台に支持させた状態で、外輪３の軸線Ｌに対して軸部材１６の軸心Ｌ２を所定角度θで傾斜させて折り曲げトルクである作動角トルクを検出することができる。

前記検査装置では、作動角トルク検出手段５５は、支持台１５側に設けずに、反駆動手段側に配置することになっている。このため、駆動側の慣性力が大きくなるのを抑えることができ、作動角トルク検出の精度の向上を図ることができる。

前記検査装置では、外輪３を回転させたときの軸部材１６への回転伝達力である回転トルクを検出する回転トルク検出手段１８を備えているので、検査における良品・不良品の判定精度の向上を図ることができる。しかも、折り曲げトルク検出手段５５と回転トルク検出手段１８とを一つのユニットとして構成している。このため、装置全体のコンパクト化を図ることができる。また、折り曲げトルク検出手段５５による回転トルクの検出と回転トルク検出手段１８による回転トルクの検出とを一つのユニットとして検出することができる。一つのユニットとして検出することによって、検査の作業時間の短縮を図ることができる。

回転トルク検出手段１８はトルクメータにて構成でき、作動角トルク検出手段５５はロードセルにて構成できる。このため、これらの検出手段を既存の検出器で構成でき、低コスト化を図ることがきる。

支持台１５は、外輪３の開口部が上方に開口するように、外輪３を回転自在に支持するようにすれば、外輪３の回転が安定して、作動角トルクや回転トルクの検出精度の向上を図ることができる。しかも、軸部材１６を所定の角度に傾斜させやすい利点もある。

角度調整手段１７にて軸部材を外輪３の軸線Ｌを含む平面におけるこの軸線に対する時計廻り方向および反時計廻り方向に所定角度だけ傾斜させ、支持台１５に支持されている外輪３を駆動手段にて順次その軸線廻りに所定角ずつ回動させることで、外輪３の位相の変更を可能とすることによって、各姿勢への変更を短時間で行うことができ、全体としての検査時間の短縮を図ることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、等速自在継手として、バーフィールド型（ＢＪ）やアンダーカットフリー型（ＵＪ）等の固定式等速自在継手であっても、ダブルオフセット型やクロスグルーブ型の摺動式等速自在継手であってもよい。

また、トラック溝の数も８本のものにかぎらず、種々のものに対応でき、溝の数に対応した検査を行うことができる。軸部材１６の傾斜角度としても４０度に限るものではなく、外輪３の軸線Ｌと軸部材１６の軸線Ｌ２とを一致させた状態での回転トルクの検出を行ってもよい。

本発明の実施形態を示す等速自在継手の検査装置の正面図である。 前記検査装置の側面図である。 前記検査装置の要部拡大断面図である。 検出した回転トルクと折り曲げトルクのグラフ図である。

符号の説明

１２ 内部部品
１５ 支持台
１６ 軸部材
１７ 角度調整手段
１８ 回転トルク検出手段
５５ 作動角トルク検出手段
５６ ロードセル
６１ トルクメータ

Claims (9)

1. 外側継手部材に内側継手部材を含む内部部品が内嵌された等速自在継手の検査装置であって、
   前記内部部品が内嵌された状態の外側継手部材を回転自在に支持する支持台と、この支持台に支持されている前記外側継手部材を回転駆動する駆動手段と、前記外側継手部材内の内部部品の内側継手部材に嵌入される軸部材と、この軸部材を前記外側継手部材の軸線に対して所定角度に傾斜させる角度調整手段と、前記軸線を外側継手部材の軸線に対して所定角度へ傾斜させたときの折り曲げトルクである作動角トルクを検出する作動角トルク検出手段とを備えたことを特徴とする等速自在継手の検査装置。
2. 前記作動角トルク検出手段を反駆動手段側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手の検査装置。
3. 前記外側継手部材を回転させたときの前記軸部材への回転伝達力である回転トルクを検出する回転トルク検出手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の等速自在継手の検査装置。
4. 折り曲げトルク検出手段と回転トルク検出手段とを一つのユニットとして構成することを特徴とする請求項３に記載の等速自在継手の検査装置。
5. 前記作動角トルク検出手段のロードセルにて構成され、回転トルク検出手段はトルクメータにて構成されることを特徴とする請求項３に記載の等速自在継手の検査装置。
6. 支持台は、外側継手部材の開口部が上方に開口するように、外側継手部材を回転自在に支持することを特徴とする請求項３に記載の等速自在継手の検査装置。
7. 角度調整手段にて軸部材を外側継手部材の軸線を含む平面におけるこの軸線に対する時計廻り方向および反時計廻り方向に所定角度だけ傾斜させ、支持台に支持されている外側継手部材を駆動手段にて順次その軸線廻りに所定角ずつ回動させることで、外側継手部材の位相の変更を可能としたことを特徴とする請求項３に記載の等速自在継手の検査装置。
8. 外側継手部材に内側継手部材を含む内部部品が内嵌された等速自在継手の検査方法であって、
   前記内部部品が内嵌された状態の外側継手部材に対してその内側継手部材に軸部材を嵌入して、この軸部材を外側継手部材の軸線に対して所定角度に傾斜させ、この状態で、折り曲げトルクである作動角トルクを検出することを特徴とする等速自在継手の検査方法。
9. 折り曲げトルクである作動角トルクの検出に加えて、軸部材への回転伝達力である回転トルクを検出することを特徴とする請求項８に記載の等速自在継手の検査方法。

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