(57)【要約】【課題】自動車の動力伝達などに関わる接触部位を有する部品に接触疲労損傷が発生する瞬間に部品に対して起こる変化点、すなわち変化を表わす信号を検出するには時間を要するので、あらかじめ損傷を発生させた部品と損傷のない部品との出力する信号を比較したデータを接触疲労損傷が起こったことを示す指標として用いている。【解決手段】固定型等速自在継手を構成する一部の部品１（内輪、外輪、玉など）に水素をチャージした上で、実際の部品の使用条件と類似の条件で転動接触疲労試験を行ない、部品１から出る信号を継続的に検出する。このことにより、部品に水素をチャージしない場合よりも短時間で効率よく、接触疲労損傷が発生する瞬間に部品１に対して起こる変化点、すなわち変化を表わす信号を高精度に検出することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定型等速自在継手の台上試験において、接触疲労損傷を発生したときに起こる経時変化を検出する検出方法であり、
前記固定型等速自在継手に水素をチャージする工程と、
水素をチャージした前記固定型等速自在継手が、接触疲労損傷を発生する過程において出力される信号を検出する工程とを備える、検出方法。
【請求項２】
前記固定型等速自在継手に水素をチャージする工程においては、
希硫酸水溶液に、触媒毒としてのチオ尿素を添加した溶液中にて、電気分解を行なうことにより、前記固定型等速自在継手に水素をチャージする、請求項１に記載の検出方法。
【請求項３】
前記溶液における前記チオ尿素の濃度は、１．２ｇ／Ｌ以上１．４ｇ／Ｌ以下である、請求項２に記載の検出方法。
【請求項４】
前記固定型等速自在継手に水素をチャージする工程においては、
塩化ナトリウム水溶液に、触媒毒としてのチオシアン酸アンモニウムを添加した溶液中にて、電気分解を行なうことにより、前記固定型等速自在継手に水素をチャージする、請求項１に記載の検出方法。
【請求項５】
前記溶液における前記チオシアン酸アンモニウムの濃度は、２．５ｇ／Ｌ以上３ｇ／Ｌ以下である、請求項４に記載の検出方法。
【請求項６】
前記固定型等速自在継手に水素をチャージする工程においては、
水酸化ナトリウム水溶液に、触媒毒としての硫化ナトリウム九水和物を添加した溶液中にて、電気分解を行なうことにより、前記固定型等速自在継手に水素をチャージする、請求項１に記載の検出方法。
【請求項７】
前記溶液における前記硫化ナトリウム九水和物の濃度は、０．８ｇ／Ｌ以上１ｇ／Ｌ以下である、請求項６に記載の検出方法。
【請求項８】
前記固定型等速自在継手に水素をチャージする工程においては、
チオシアン酸アンモニウム水溶液中に浸漬することにより、前記固定型等速自在継手に水素をチャージする、請求項１に記載の検出方法。
【請求項９】
前記溶液における前記チオシアン酸アンモニウムの濃度は、５質量％以上２０質量％以下である、請求項８に記載の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定型等速自在継手における、接触疲労損傷が発生する状態を経時的に検出する検出方法に関するものであり、より特定的には、固定型等速自在継手において動力伝達などに関わる接触部位を有する部品で接触疲労損傷の発生に伴って起こる物理量の変化を表わす信号を高精度に検出する検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の動力伝達などに関わる接触部位を有する部品、たとえば固定型等速自在継手などの部品は、継続使用すると、自動車の走行や旋回などにより繰り返し接触を受ける。そのため、構成する一部の部品に接触疲労損傷が起きることがあり、それにより機能不全に陥ることがある。特に最近では、自動車の低燃費化の要求がますます強まっており、それに対応するため、固定型等速自在継手の小型軽量化が行なわれている。小型軽量化により、固定型等速自在継手の伝達するトルクが相対的に高まっているので、固定型等速自在継手に負荷される荷重が増大し、固定型等速自在継手はより過酷な条件で使用されるようになってきている。その結果、接触疲労損傷が起きる頻度が増す状況にある。したがって、接触疲労損傷を抑制するために耐性を向上させることが重要である。
【０００３】
接触疲労損傷を抑制するための耐性を向上させるためには、たとえば設計変更や材料変更などを行なう。そして、設計変更や材料変更を行なった結果の有効性を詳細に検証するためには、設計変更や材料変更を行なった固定型等速自在継手の試作品を実際の使用条件で継続的に使用し、接触疲労損傷を起こさせてその損傷が起こる瞬間に部品において起こる変化、すなわち物理量の変化を表わす信号を高精度に検出する必要がある。このようにして検出された、損傷が起こる瞬間の変化を表わす信号のデータには、たとえば損傷の起こり方や部品の寿命などに関連する、多くの有益な情報が含まれている。このため、この信号のデータは、以後の接触疲労損傷の試験を行なう際に、接触疲労損傷が起こったことを示す指標として用いることができる。
【０００４】
従来より、接触疲労損傷の診断方法については種々の方法が提案されている。たとえば特開２００７−２８５８７４号公報（特許文献１）には、あらかじめ複列円すいころ軸受の外輪軌道面に欠陥を施したものに対して、実際の使用条件で使用したときの音や振動などの信号を検出し、欠陥を有さない複列円すいころ軸受を実際の使用条件で使用したときの信号と比較することにより、欠陥の有無を検出するという方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−２８５８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の診断方法では、損傷が起こる瞬間の変化を表わす信号を検出しているわけではない。そのため、検出された信号に含まれる情報量などの有用性は、損傷が起こる瞬間の変化を表わす信号に比べて劣る。すなわち、あらかじめ欠陥を施した部品と、欠陥を有さない部品との振動の信号を比較する従来の検出方法では不十分であり、部品に損傷が起こる瞬間の変化を表わす信号を検出することが重要であると考えられる。しかし、実際の使用条件で使用した場合、接触疲労損傷を起こすのに長時間を要する。このため、接触疲労損傷が起こる瞬間の変化を表わす信号を検出するには長時間を要する。
【０００６】
本発明は、上述した問題に鑑みなされたものである。その目的は、実際の使用条件に近い条件の下で、動力伝達などに関わる接触部位を有する固定型等速自在継手を使用し、短時間で接触疲労損傷を起こさせることによって、当該接触疲労損傷が起こる瞬間に発生する、変化を表わす信号を高精度に検出する検出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明における検出方法は、固定型等速自在継手の台上試験において、接触疲労損傷を発生したときに起こる経時変化を検出する検出方法である。そしてその検出方法は、固定型等速自在継手に水素をチャージする工程と、水素をチャージした固定型等速自在継手が、接触疲労損傷を発生する過程において出力される信号を検出する工程とを備える。
【０００８】
具体的には、自動車の動力伝達などに関わる接触部位を有する部品である固定型等速自在継手を試験用部品として準備する。そしてこの試験用部品としての固定型等速自在継手のうち、接触疲労損傷を起こさせたい部品に水素を含有させる（水素をチャージする）。このようにすれば、水素の影響で部品の材料が劣化するため、台上試験において短時間で接触疲労損傷を発生させることができる。その上で、固定型等速自在継手を実際の使用条件で継続的に使用する。継続的に使用している際に、固定型等速自在継手から出力される、たとえば音や温度などの信号の経時変化を検出して記録する。すると、固定型等速自在継手が接触疲労損傷を発生する瞬間に部品において変化、すなわち物理量の変化を表わす信号が出力されるので、この変化を表わす信号を高精度に検出することができる。
【０００９】
本発明における検出方法では、固定型等速自在継手に水素をチャージする方法において、電気分解を行なうことができる。たとえば、希硫酸水溶液に、触媒毒としてのチオ尿素を添加した溶液中にて、電気分解を行なう方法がある。または、たとえば塩化ナトリウム水溶液に、触媒毒としてのチオシアン酸アンモニウムを添加した溶液中にて、電気分解を行なってもよい。水酸化ナトリウム水溶液に、触媒毒としての硫化ナトリウム九水和物を添加した溶液中にて、電気分解を行なってもよい。電気分解を行なうことにより、固定型等速自在継手に水素をチャージすることができる。
【００１０】
本発明における検出方法では、固定型等速自在継手に水素をチャージする工程において、電気分解の代わりに、たとえばチオシアン酸アンモニウム水溶液中に浸漬することにより、固定型等速自在継手に水素をチャージするという方法を用いてもよい。この方法を用いることにより、電気分解を行なう方法よりもさらに簡易に安価で、固定型等速自在継手に水素をチャージすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、固定型等速自在継手の一部の部品に対して短時間で接触疲労損傷を起こすことができるとともに、当該接触疲労損傷が起こる瞬間に発生する、変化を表わす信号を高精度に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態が説明される。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす部位には同一の参照符号が付されており、その説明は、特に必要がなければ、繰り返さない。
【００１３】
図１は、本発明の実施の形態における検出方法の工程の手順を示すフローチャートである。本発明は、自動車の動力伝達などに関わる接触部位を有する部品である固定型等速自在継手を継続使用したときに、繰り返し接触を受けることにより固定型等速自在継手の一部の部品に接触疲労損傷が起こる瞬間に発生する、変化を表わす信号（接触疲労損傷の発生状態の経時変化）を高精度に検出する方法を提供するものである。その工程について以下に概略を説明すると、図１に示すように、まず、水素をチャージする工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、試験用部品として準備された固定型等速自在継手において、短時間で接触疲労損傷を起こそうとしている部品であるたとえば内輪、外輪、あるいは玉に対して、たとえば電気分解を行なうことにより、水素をあらかじめチャージする工程である。
【００１４】
そして、継続使用する工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、上述した固定型等速自在継手が使用される条件とほぼ同一の条件にて、水素をチャージした試験用部品に対して継続的に負荷を与える工程である。この継続使用を行ないながら、信号を検出する工程（Ｓ２１）を実施することにより、継続的に使用している最中に、固定型等速自在継手の、特に水素をチャージした部品である内輪、外輪、あるいは玉から出力される、たとえば音や温度などの信号の経時変化を検出して記録する工程を実施する。すると、内輪、外輪、あるいは玉にチャージされた水素の影響で内輪、外輪、あるいは玉の材料が劣化しているために、通常よりも短時間で試験用部品において接触疲労損傷を起こすことができる。なお、水素をチャージすることにより、通常よりも短時間で接触疲労損傷を起こすことができるが、損傷の起こり方は通常の場合と変わらない。したがって、水素をチャージすることにより、通常よりも短時間で、固定型等速自在継手が接触疲労損傷を発生する瞬間に出力される、変化を表わす信号を正確に再現することができる。
【００１５】
なお、工程（Ｓ２０）と工程（Ｓ２１）とは同時に開始してもよいし、工程（Ｓ２０）を開始して一定の時間が経過した後に工程（Ｓ２１）を開始してもよい。または、検出方法によっては、工程（Ｓ２０）と工程（Ｓ２１）とを複数回繰り返してもよい。また、工程（Ｓ２０）を行ないながら工程（Ｓ２１）を行なうことにより、水素をチャージした部品が接触疲労損傷を発生する瞬間に出力される、変化を表わす信号を高精度に検出することができる。以下、以上に述べた各工程について、より詳細に説明する。
【００１６】
図２は、固定型等速自在継手が使用される条件と同一の条件に設置した状態を示す概略図である。図２に示すように、自動車の動力伝達などに関わる接触部位を有する部品である固定型等速自在継手１００は、自動車のタイヤ側（図の左側すなわち車体の外側）に設置され、軸３６を介して図示しないハブ、サスペンションおよび車輪に接続されている。また、摺動型等速自在継手２００は、軸３７を介して図示しないエンジンまたはディファレンシャルギアに接続されている。固定型等速自在継手１００は、軸３５を介して、摺動型等速自在継手２００と接続されている。
【００１７】
図３は、固定型等速自在継手の構成を示す概略断面図である。図４は、図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。ここで、図４中の線分ＩＩＩ−ＩＩＩは、当該線分に沿う概略断面図が図３であることを示している。さらに図５は、図３の固定型等速自在継手が角度をなした状態を示す概略断面図である。図３に示すように、固定型等速自在継手１００は、軸３５に固定された内輪３１と、軸３６が一体成型された外輪３２との間に配置されたトルク伝達用の玉３３が、内輪３１の外周面に形成された内輪溝３１Ａと、外輪３２の内周面に形成された外輪溝３２Ａとの表面上を転がる。図３の断面図である図４が示すように、玉３３は脱落しないようにケージ３４によって保持されている。この固定型等速自在継手１００が、たとえば車体の走行時に外輪３２と一体の軸３６に接続された図示しない車輪が道路上の凸形状の隆起部分上に乗り上げた場合、図５に示すように、玉３３は内輪溝３１Ａと外輪溝３２Ａとの表面である、玉３３の転走面上を転がることにより、軸３６は軸３５に対して、角度θをなす状態となる。このように、車輪が道路上の様々な凹凸面上を走行するたびに角度θが変化し、玉３３が内輪溝３１Ａと外輪溝３２Ａとの表面である転走面上を転がりながら往復することにより、内輪３１、外輪３２、および玉３３の表面は、やがて接触疲労による損傷が起こる。これが先述した接触疲労損傷である。本発明は、この接触疲労損傷が起こる瞬間におけるたとえば信号の変化を捉える方法に関する発明であるため、内輪３１、外輪３２、あるいは玉３３に関して、接触疲労損傷が起こる瞬間を検出することが好ましい。したがって、工程（Ｓ１０）においては、内輪３１、外輪３２、あるいは玉３３に対して短時間で接触疲労損傷を起こすために、たとえば電気分解により、あらかじめ水素のチャージを行なう。
【００１８】
まず、水素をチャージする工程（Ｓ１０）を実施する。これは、内輪３１、外輪３２、あるいは玉３３に、たとえば電気分解を行なうことにより、水素をチャージする工程である。図６は、電気分解により、部品に水素をチャージする状態を示す概略図である。図６に示すように、たとえば理科実験用のビーカーなどの容器を溶液で満たし、その溶液の内部に陽極と陰極とを用意する。陽極にはたとえば白金電極を、そして陰極には水素をチャージさせたい部品１として、たとえば内輪３１、外輪３２、あるいは玉３３を接続する。上述したように、車輪が道路上の様々な凹凸面上を走行すれば、玉３３が転走面上を転がりながら往復することにより、内輪３１、外輪３２、および玉３３の表面に接触疲労損傷が起こるため、内輪３１、外輪３２、あるいは玉３３に水素をチャージすることが好ましい。ここで、内輪３１、外輪３２、および玉３３のすべてに水素をチャージしてもよいし、これらのうち一部の部品にのみ水素をチャージしてもよい。
【００１９】
図６の容器を満たす溶液５としては、たとえば、希硫酸水溶液に、チオ尿素を添加した溶液を用いる。この場合、希硫酸の濃度を０．０５ｍｏｌ／Ｌ程度の、より具体的には０．０４ｍｏｌ／Ｌ以上０．０６ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度に調整することが好ましい。このように酸性の水溶液を用いると、部品１に水素をチャージさせる効率がよくなる。チオ尿素は触媒毒であり、さらに水素チャージの効率を上げるために用いられるものである。水素チャージの効率を最大限に上げるためには、チオ尿素を添加する濃度は、１．２ｇ／Ｌ以上１．４ｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。なお、触媒毒とは、水素チャージの最中に、部品１を形成する鋼の表面に原子状水素が吸着して鋼の内部に侵入する過程における活性化エネルギーを下げる触媒作用を有する物質のことである。なお、チオ尿素の濃度範囲の下限を１．２ｇ／Ｌとしたのは、それよりも少ないと効率が低下するという理由による。また、チオ尿素の濃度範囲の上限を１．４ｇ／Ｌとしたのは、それより多くしても効率が上がらないという理由による。
【００２０】
ところで、上述したような酸性水溶液中で水素をチャージすると、部品１の表面が薄い腐食生成物により覆われるため、水素をチャージした後、部品１の表面に再ラッピングを施して面粗さを改善することが好ましい。
【００２１】
なお、電気分解を行なうために上述した酸性水溶液を用いる代わりに、たとえば塩化ナトリウム水溶液を用いてもよい。この場合、塩化ナトリウムの濃度を３質量％程度の、より具体的には２質量％以上４質量％以下の濃度に調整することが好ましい。塩化ナトリウム水溶液を用いる場合は、水素チャージの効率を上げるために用いる触媒毒として、たとえばチオシアン酸アンモニウムを用いることができる。水素チャージの効率を最大限に上げるためには、チオシアン酸アンモニウムを添加する濃度は、２．５ｇ／Ｌ以上３ｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。なお、チオシアン酸アンモニウムの濃度範囲の下限を２．５ｇ／Ｌとしたのは、それよりも少ないと効率が低下するという理由による。また、チオシアン酸アンモニウムの濃度範囲の上限を３ｇ／Ｌとしたのは、それより多くしても効率が上がらないという理由による。また、チオシアン酸アンモニウムの濃度範囲としては、より好ましくは２．８ｇ／Ｌ以上３．０ｇ／Ｌ以下とすることができる。このようにすれば、より安定した水素チャージができるという効果が得られる。
【００２２】
塩化ナトリウム水溶液中で水素をチャージすると、部品１の表面が薄い腐食生成物に覆われることがあるため、水素をチャージした後、部品１の表面に再ラッピングを施して面粗さを改善することがさらに好ましい。
【００２３】
また、電気分解にはアルカリ性水溶液、たとえば水酸化ナトリウム水溶液を用いることもできる。この場合は、水酸化ナトリウムの濃度を１ｍｏｌ／Ｌ程度の、より具体的には０．８ｍｏｌ／Ｌ以上１．２ｍｏｌ／Ｌ以下の濃度に調整することが好ましい。水酸化ナトリウム水溶液を用いる場合は、水素チャージの効率を上げるために用いる触媒毒として、たとえば硫化ナトリウム九水和物を用いることができる。水素チャージの効率を最大限に上げるためには、硫化ナトリウム九水和物を添加する濃度は、０．８ｇ／Ｌ以上１ｇ／Ｌ以下とすることが好ましい。なお、硫化ナトリウム九水和物の濃度範囲の下限を０．８ｇ／Ｌとしたのは、それよりも少ないと効率が低下するという理由による。また、硫化ナトリウム九水和物の濃度範囲の上限を１ｇ／Ｌとしたのは、それより多くしても効率が上がらないという理由による。なお、アルカリ性の水酸化ナトリウム水溶液を用いて電気分解を行なった場合には、水素をチャージした後、部品１の表面に腐食生成物は生成されない。
【００２４】
さらに、たとえば内輪３１、外輪３２、玉３３などの部品１に水素をチャージする方法としては、電気分解を用いない方法もある。図７は、水溶液中に浸漬することにより、部品に水素をチャージする状態を示す概略図である。図７に示すように、たとえば水溶液６中に部品１を浸漬するだけの方法もある。この水溶液６としては具体的には、チオシアン酸アンモニウム水溶液を用いる。このチオシアン酸アンモニウム水溶液中に部品１を浸漬することにより、部品１に水素をチャージするものである。そのときのチオシアン酸アンモニウム水溶液中におけるチオシアン酸アンモニウムの濃度は、５質量％以上２０質量％以下であることが好ましい。このように、電気分解を用いず、水溶液に浸漬するだけでも水素をチャージすることができる。この方法を用いることにより、電気分解を行なう方法よりもさらに簡易に安価で、部品１に水素をチャージすることができる。なお、チオシアン酸アンモニウムの濃度の下限を５質量％としたのは、それ以下にすると短時間で接触疲労損傷を起こすために必要な量の水素がチャージされないという理由による。また、チオシアン酸アンモニウムの濃度の上限を２０質量％としたのは、２０質量％において、チャージされる水素の濃度が飽和されるという理由による。
【００２５】
部品１に水素をチャージすることにより、部品１には水素が含まれている影響で材料が劣化しているために、水素をチャージしない通常の場合よりも短時間で部品１に接触疲労損傷を起こすことができる。チャージされた水素の影響で部品１の材料が劣化しているために、通常よりも短時間で接触疲労損傷を起こすことができる。なお、水素をチャージすることにより、通常よりも短時間で接触疲労損傷を起こすことができるが、損傷の起こり方は通常の場合と変わらない。したがって、水素をチャージすることにより、通常よりも短時間で、接触疲労損傷が起こる瞬間に発生する、変化を表わす信号を正確に再現することができる。
【００２６】
以上により、水素をチャージする工程（Ｓ１０）が終わったところで、継続使用する工程（Ｓ２０）を行なう。図８は、準備した固定型等速自在継手を実際に組み付けた状態を示す概略図である。図８に示すように各部品を準備し、部品１に水素をチャージした固定型等速自在継手１００および摺動型等速自在継手２００に、所定量のグリスを封入してブーツ１１０を取り付け、双方を軸３５で接続する。このブーツ１１０は、固定型等速自在継手１００と摺動型等速自在継手２００とを保護するカバーであり、グリスの飛散だけでなく、安全な動作を阻害するたとえば埃や塵などの混入を抑制するために設置されたものである。固定型等速自在継手１００の外輪３２と一体の軸３６の端部は図示しないサスペンション、ハブ、車輪に接続される。また、摺動型等速自在継手２００の外輪と一体の軸３７を介して、図示しないエンジンまたはディファレンシャルギアに接続される。
【００２７】
そして、先述した図６に示すように、軸３６と軸３５との間に一定の作動角θをとった状態で、軸３６、軸３５および軸３７に対して一定のトルクを与えることにより、実際に自動車の部品として取り付けられ、自動車が走行する場合と同様の条件で運転させる。このとき、θがほぼ一定の値をとるため、玉３３が内輪溝３１Ａと外輪溝３２Ａとの表面である転走面上を転がりながら往復するのではなく、玉３３は転走面上の同一の箇所と接触を続けることにより、接触疲労損傷が発生する。なお、この作動角θは、１度以上１５度以下の角度とすることが好ましいが、５度以上１０度以下の角度とすることがさらに好ましい。上述した範囲内の角度が、自動車の通常走行時にとりうる作動角θの値の範囲である。以上の状態を継続させることにより、継続的に部品１を他の部品と接触させる。
【００２８】
以上のように継続使用する工程（Ｓ２０）を行ないながら、信号を検出する工程（Ｓ２１）を行なう。具体的には、継続的に使用して接触を受けている最中に、固定型等速自在継手１００の、水素をチャージした部品１から出力される信号の経時変化を検出して記録する工程である。
【００２９】
経時変化を検出する信号としては、たとえば温度、音、伝達誤差を用いることができる。ここで、温度の信号とは、測定可能な外輪３２の表面の温度をモニターした信号である。また、音の信号とは、回転しながら継続的に接触を受けている部品１が発する音波の信号である。さらに、正常な状態では入力側の摺動型等速自在継手２００と出力側の固定型等速自在継手１００との回転の等速性が保たれているが、固定型等速自在継手１００の部品１に接触疲労損傷が起こると、等速性からのズレが生じる。伝達誤差とは、そのズレを示すパラメータのことである。
【００３０】
図９は、水素をチャージした部品の温度の信号を検出する状況を示す概略図である。固定型等速自在継手１００の外輪３２の表面の温度の信号を継続的に検出するためには、図９に示すように、たとえば放射温度計７を外輪３２の近傍に設置する。そして、継続使用する工程（Ｓ２０）にて部品１に継続的に接触を与えながら、放射温度計７にて外輪３２の表面の温度の信号を継続的に検出し記録する。このとき、放射温度計を用いる関係上、輻射率を高くするため、表面の温度を検出しようとする外輪３２の表面には黒色の塗料を塗布しておくことが好ましい。部品１の表面に接触疲労損傷が起こる際には、外輪３２の表面の温度に変化が発生するので、その変化点や変化温度から、接触疲労損傷が起こった瞬間、さらには接触疲労損傷の発生時点の前後における信号を高精度に検出することができる。また、水素をチャージする工程（Ｓ１０）により、部品１に水素がチャージ（含有）されており、部品の材料が劣化している影響で、水素をチャージしない通常の場合よりも短時間で部品１に接触疲労損傷を起こすことができる。そのため、試験開始から接触疲労損傷の発生までの時間全体について、出力される上述した温度などの信号の経時変化を継続的に検出・記録することを容易に行なうことができる。
【００３１】
図１０は、水素をチャージした部品の発生させる音の信号を検出する状況を示す概略図である。たとえば固定型等速自在継手１００の内輪３１が発生させる音の信号の経時変化を検出するためには、図１０に示すように、集音装置としての超音波マイクロフォン８を設置する。そして、継続使用する工程（Ｓ２０）にて内輪３１に継続的に接触を与えながら、超音波マイクロフォン８にて内輪３１の発生する音の信号の経時変化を検出し記録する。このとき、たとえば図示しない記録用のモニター（記憶装置）を超音波マイクロフォン８に接続することが好ましい。内輪３１の表面に接触疲労損傷が起こる際には、当該表面の発生させる音に変化が発生するので、その変化点や変化した音波の周波数や振幅など、接触疲労損傷が起こった瞬間の信号を高精度に検出することができる。またこの場合、内輪３１に水素がチャージ（含有）されており、部品の材料が劣化している影響で、通常よりも短時間で内輪３１には接触疲労損傷を起こすことができる。なお、内輪３１の材質や構成などにより、接触疲労損傷の発生時に検出される音の周波数が検出可能であれば、超音波マイクロフォン８よりも測定可能な上限周波数が低いマイクロフォンを用いてもよい。
【００３２】
図１１は、水素をチャージした部品の発生させる信号の伝達誤差を検出する状況を示す概略図である。たとえば固定型等速自在継手１００の玉３３に接触疲労損傷が発生した場合、等速性がどのように乱れるかについての解析を行ないたい場合には、図１１に示す装置を用いて行なうことが好ましい。図１１に示すように、摺動型等速自在継手２００（入力側）の軸３７と固定型等速自在継手１００（出力側）の軸３６とに同一のリング型のロータリーエンコーダ１２０を嵌合させる。そして、入力側と出力側とのエンコーダの出力差を演算器１３０にて演算して伝達誤差を測定した上で、図１１に示すＦＦＴ１４０によって入力側と出力側の伝達誤差の１次成分から５次成分など、フーリエ変換により算出される各成分を抽出することができる。
【００３３】
以上に述べた検出方法を用いることにより、水素をチャージしたことにより水素が含有された固定型等速自在継手１００の部品１に対して、転動接触疲労試験を行なえば、水素をチャージしない通常の部品を用いて転動接触疲労試験を行なった場合よりも短時間で、接触疲労損傷を起こすことができる。このため、転動接触疲労試験を行なっている間、音や温度や伝達誤差などの信号を継続的に検出することができるので、接触疲労損傷が起こる瞬間に部品に対して起こる変化点、すなわち変化を表わす信号を、接触疲労損傷が起こる瞬間の前後を含めて継続的かつ高精度に検出することができる。このことを以下の実施例１にて、具体的に説明する。
【実施例１】
【００３４】
上述した図１に示すフローチャートの手順に従い、実際に固定型等速自在継手の部品に接触疲労損傷を発生させる、転動接触疲労試験を実施した。まず、図３に示すような、実際の自動車の部品として用いられる固定型等速自在継手１００を準備した。ここで、軸３５の最小平滑部の半径は１９ｍｍのものを用いた。また、内輪３１はＪＩＳ−ＳＣｒ４２０製で浸炭焼入れしたもの、外輪３２はＪＩＳ−Ｓ５３Ｃ製で外輪溝３２Ａと一体の軸３６に高周波焼入れしたもの、玉３３は、ＪＩＳ−ＳＵＪ２製でずぶ焼入れしたものを用いた。
【００３５】
そして、工程（Ｓ１０）として、固定型等速自在継手１００の内輪３１を、図６に示す電気分解を行なう設備の陰極に設置した。そして、溶液５は０．０５ｍｏｌ／Ｌの硫酸水溶液に触媒毒としてのチオ尿素を１．４ｇ／Ｌ添加させたものを用いて、２０時間にわたって電流密度１ｍＡ／ｃｍ２にて電気分解を行なうことにより、内輪３１に水素を含有させた。ここで、内輪３１にのみ水素を含有させ、関連する外輪３２および玉３３には水素を含有させなかったのは、後述する５４０Ｎｍのトルクを与える高負荷条件では、内輪３１に接触疲労損傷がおきやすいという理由に基づく。そのあとすぐ、内輪３１にラッピング工程を施して表面の面粗度を小さくし、酸性水溶液中に長時間浸漬したことにより内輪３１の表面を覆う薄い腐食生成物を除去する処理を行なった。
【００３６】
その後、直ちに工程（Ｓ２０）としての、図９に示す転動接触疲労試験を行なった。具体的には、まず図３、図４に示すように、内輪３１に水素をチャージしたものおよび玉３３を外輪３２に組み込む。そして、玉３３が図３に示す内輪溝３１Ａと外輪溝３２Ａとの表面である転走面上を転がる潤滑性を良好にするために所定量のグリスを封入し、外輪３２の外径部分に黒色の塗料を塗布した後、図８に示すように固定型等速自在継手１００にブーツ１１０と軸３５とを組み付けた。これをさらに、図８に示すように、固定型等速自在継手１００の外輪３２と一体の軸３６は図示しない耐久試験機の一方のフランジに接続し、軸３５の、固定型等速自在継手１００に接続されない側の端部は摺動型等速自在継手２００に接続させ、摺動型等速自在継手２００にも、所定量のグリスを封入してブーツ１１０を組み付け、摺動型等速自在継手２００の外輪と一体の軸３７を、図示しない耐久試験機の他方のフランジに接続した。そして図８に示す固定型等速自在継手１００の外輪３２の近傍に図９に示すように、たとえば放射温度計７を設置した。
【００３７】
この状態で、固定型等速自在継手１００の外輪３２と一体の軸３６と軸３５とのなす作動角（図５参照）を６度に保ちながら、５４０Ｎｍの一定なトルクを与えて２７０ｒｐｍで回転させ、転動接触疲労試験を行なうための運転を行なった。この運転を行なった状態で、工程（Ｓ２１）としての、信号を検出する工程を行なった。具体的には本実施例１では、上述した黒色の塗料を塗布した外輪３２の表面の温度を２分おきに測定することによる、転動接触疲労試験を実施した。具体的には、図９に示す放射温度計７で外輪３２の表面の温度の信号を２分おきに検出して記録を行なった。なお、ここで、内輪３１に水素をチャージしているのに外輪３２の表面の温度を測定しているのは、内輪３１および玉３３は、外輪３２とブーツ１１０とで覆われており温度の測定ができないという理由による。
【００３８】
図１２は、外輪の表面の温度の経時変化を測定した結果を示すグラフである。図１２において、横軸は転動接触疲労試験を開始してから経過した時間（回転などの運転を開始してからの時間）を示し、縦軸は外輪３２の表面の温度から、試験を行なった室温を減じた温度を示す。なお、当該試験を行なった室温は約２５℃であった。
【００３９】
図１２に示すように、転動接触疲労試験を開始してから６時間を経過した頃に外輪３２の表面の温度の顕著な上昇が見られた。すなわち、この時点で、接触疲労損傷が発生したと見られる。図示しないが、水素をチャージさせることによる材料の劣化を行なわなかった通常の内輪を使用した場合には、少なくとも数百時間、条件によっては数千時間耐久する。このことから、内輪３１に水素をチャージすることにより、極めて短時間で固定型等速自在継手１００の部品に接触疲労損傷を発生させることができた。なお、上述した損傷の起こり方は通常の内輪を使用した場合と変わらなかった。
【実施例２】
【００４０】
本実施例２においては、図１１に示すように摺動型等速自在継手２００（入力側）の外輪と一体の軸３７と固定型等速自在継手１００（出力側）の外輪３２と一体の軸３６とに同一のリング型のロータリーエンコーダ１２０を接続して、入力側と出力側とのエンコーダの出力差を演算器１３０にて演算して伝達誤差を測定した上で、図１１に示すＦＦＴ１４０によって入力側と出力側の伝達誤差の２次成分から５次成分を抽出する方法を用いて、転動接触疲労試験を行なった。なお、ここでは９０００パルスのロータリーエンコーダ１２０を取り付け、入力側、出力側ともに１６逓倍して１４４０００パルスとした。このため、分解能は１パルスあたり９''である。
【００４１】
準備した固定型等速自在継手１００の材料や大きさなどは、先述した実施例１と同様の条件とした。そして、工程（Ｓ１０）として、固定型等速自在継手１００の玉３３を、図６に示す電気分解を行なう設備の陰極に設置した。そして、溶液５は０．０５ｍｏｌ／Ｌの硫酸水溶液に触媒毒としてのチオ尿素を１．４ｇ／Ｌ添加させたものを用いて、２０時間にわたって電流密度１ｍＡ／ｃｍ２にて電気分解を行なうことにより、玉３３に水素を含有させた。ここで、先述した実施例１においては内輪３１にのみ水素を含有させたのに対し、本実施例２においては玉３３に水素を含有させたのは、低負荷条件では玉３３に接触疲労損傷がおきやすいという理由に基づく。ただし、後述のように、ここでは低負荷条件ではなく、実施例１と同様に５４０Ｎｍのトルクを与える高負荷条件で試験を行なった。その理由は、なるべく早期に玉３３に接触疲労損傷を発生させるためである。そのあとすぐ、玉３３の表面にラッピング工程を施して表面の面粗度を小さくし、酸性水溶液中に長時間浸漬したことにより玉３３の表面を覆う薄い腐食生成物を除去する処理を行なった。
【００４２】
その後、直ちに工程（Ｓ２０）としての、図１１に示す転動接触疲労試験を行なった。具体的には、まず図３、図４に示すように、玉３３に水素をチャージしたものおよび内輪３１を外輪３２に組み込む。そして、玉３３が図３に示す内輪溝３１Ａと外輪溝３２Ａとの表面である転走面上を転がる潤滑性を良好にするために所定量のグリスを封入した後、図３に示すように固定型等速自在継手１００にブーツ１１０と軸３５とを組み付けた。これをさらに、図８に示すように、固定型等速自在継手１００の外輪３２と一体の軸３６は図示しない耐久試験機の一方のフランジに接続し、軸３５の、固定型等速自在継手１００に接続されない側の端部は摺動型等速自在継手２００に接続させた。そして摺動型等速自在継手２００にも、所定量のグリスを封入してブーツ１１０を組み付け、摺動型等速自在継手２００の外輪と一体の軸３７を、図示しない耐久試験機の他方のフランジに接続した。そして図１１に示すように、固定型等速自在継手１００の外輪３２と一体の軸３６と、摺動型等速自在継手２００の外輪と一体の軸３７とに、図１１に示すように同一のリング型のロータリーエンコーダ１２０を接続し、ロータリーエンコーダ１２０の本体には演算器１３０を接続し、さらにその先にＦＦＴ１４０を接続した。
【００４３】
この状態で、固定型等速自在継手１００の転動接触疲労試験を行なうための運転を行なった。本実施例２における転動接触疲労試験は、主に工程（Ｓ２０）としての運転段階と、主に工程（Ｓ２１）としての測定段階とから構成される。主に工程（Ｓ２０）としての運転段階においては、固定型等速自在継手１００の外輪３２と一体の軸３６と軸３５とのなす作動角（図５参照）を６度に保ちながら、５４０Ｎｍの一定なトルクを与えて２７０ｒｐｍで回転させ、転動接触疲労試験を行なうための運転を１時間行なった。そして、主に工程（Ｓ２１）としての測定段階においては、作動角を１５度に増加させ、固定型等速自在継手１００のトルクを３０Ｎｍ、回転数を７０ｒｐｍに減少させた状態で、入力側（摺動型等速自在継手２００側）と出力側（固定型等速自在継手１００側）との出力差をもとに、伝達誤差を２分間にわたって測定した。
【００４４】
上述した、運転段階を１時間、測定段階を２分間という周期を複数回繰り返し行ない、各測定段階において伝達誤差の回転２次成分から５次成分までの和の経時変化を測定した。図１３は、伝達誤差の経時変化を測定した結果を示すグラフである。図１３において、横軸は転動接触疲労試験を開始してから経過した時間（回転などの運転を開始してからの時間）を示し、縦軸はＦＦＴ１４０の検出した伝達誤差の回転２次成分から５次成分までの和を示す。図１３より、伝達誤差の回転２次成分から５次成分までの和の値は、転動接触疲労試験を開始してから１９時間後に大きくなっており、この時点で接触疲労損傷を起こしていることがわかる。先述したとおり、水素をチャージさせることによる材料の劣化を行なわなかった通常の内輪を使用した場合には、少なくとも数百時間、条件によっては数千時間耐久する。このことから、玉３３に水素をチャージすることにより、極めて短時間で固定型等速自在継手１００の部品に接触疲労損傷を発生させることができた。なお、上述した損傷の起こり方は通常の内輪を使用した場合と変わらなかった。
【００４５】
以上より、たとえば先述した図３や図４に示す、内輪溝３１Ａと外輪溝３２Ａとの表面である転走面上を転がりながら往復するために接触疲労損傷を起こす、内輪３１、外輪３２、および玉３３は、水素がチャージされている影響で、通常よりも短時間で、すなわち高効率に試験用部品に接触疲労損傷を起こすことができることがわかる。ここでの短時間とは、たとえば先述したように６時間、１９時間など、水素がチャージされていない通常の部品の場合（数百時間から数千時間）に比べてきわめて短い時間である。そして、このような短時間であれば上述した温度や音や伝達誤差の信号を試験時間全体を通して継続的に検出、記録することが容易である。そのため、接触疲労損傷が発生するまでの当該信号の変化や、当該損傷の発生時点での当該信号の変化などを詳細に記録することができる。また、水素をチャージさせて試験用部品の材料を劣化させることにより、通常よりも短時間で接触疲労損傷を起こすことができるが、損傷の起こり方は通常の場合と変わらない。したがって、水素をチャージすることにより、通常よりも短時間で、接触疲労損傷が起こる瞬間に発生する、変化を表わす信号を正確に再現することができる。したがって、本発明における検出方法を用いれば、信頼性の高い接触疲労損傷の検出方法を構築することが可能になる。
【００４６】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、固定型等速自在継手を継続使用したときに、繰り返し接触を受けることにより接触疲労損傷が起こる一部の部品に対して起こる変化点、すなわち変化を表わす信号を高精度に、かつ短時間で高効率に検出する技術として、特に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態における検出方法の工程の手順を示すフローチャートである。
【図２】固定型等速自在継手が使用される条件と同一の条件に設置した状態を示す概略図である。
【図３】固定型等速自在継手の構成を示す概略断面図である。
【図４】図３の線分ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。
【図５】図３の固定型等速自在継手が角度をなした状態を示す概略断面図である。
【図６】電気分解により、部品に水素をチャージする状態を示す概略図である。
【図７】水溶液中に浸漬することにより、部品に水素をチャージする状態を示す概略図である。
【図８】準備した固定型等速自在継手を実際に組み付けた状態を示す概略図である。
【図９】水素をチャージした部品の温度の信号を検出する状況を示す概略図である。
【図１０】水素をチャージした部品の発生させる音の信号を検出する状況を示す概略図である。
【図１１】水素をチャージした部品の発生させる信号の伝達誤差を検出する状況を示す概略図である。
【図１２】外輪の表面の温度の経時変化を測定した結果を示すグラフである。
【図１３】伝達誤差の経時変化を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１  部品、５  溶液、６  水溶液、７  放射温度計、８  超音波マイクロフォン、３１  内輪、３１Ａ  内輪溝、３２  外輪、３２Ａ  外輪溝、３３  玉、３４  ケージ、３５  軸、３６  軸、３７  軸、１００  固定型等速自在継手、１１０  ブーツ、１２０  ロータリーエンコーダ、１３０  演算器、１４０  ＦＦＴ、２００  摺動型等速自在継手。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010014474.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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