(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な外輪と、
前記外輪の内側に配置される回転可能な内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間に配置され、前記外輪および前記内側部材の回転時に前記外輪に負荷変動を生じさせる中間部材と、
を備える回転装置の応力測定方法において、
前記外輪と前記内側部材との間で、前記中間部材を介して相互に所定周期で荷重を加え合う荷重付加工程と、
前記荷重付加工程において前記外輪の着目箇所における負荷の時間変化が極大値となる位相の表面を撮影して第１温度画像を得ると共に、前記着目箇所における負荷の時間変化が極小値となる位相の表面を撮影して第２温度画像を得る温度測定工程と、
前記第１温度画像と前記第２温度画像の差分をとり、前記着目箇所の温度変動画像を得る温度変動画像取得工程と、
前記温度変動画像取得工程で得られた前記温度変動画像に基づき、前記着目箇所の応力分布を算出する応力分布算出工程と、を備え、
前記温度測定工程は、ミラーを介することによって前記第２温度画像を前記第１温度画像と同時に撮影することを特徴とする回転装置の応力測定方法。
【請求項２】
請求項１において、
応力測定対象となる前記回転装置は、
一端が開口する筒状部を有し、前記筒状部の内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の溝が形成された前記外輪と、
シャフトに連結され前記外輪の内側に配置される前記内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間で回転駆動力を伝達可能な伝達部材と、
を備える等速ジョイントであることを特徴とする回転装置の応力測定方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記荷重付加工程は、前記等速ジョイントにジョイント角を付加した状態で、前記外輪の軸心および前記内側部材の軸心を位置決めし、前記外輪および前記内側部材の一方に回転力を付与することを特徴とする回転装置の応力測定方法。
【請求項４】
回転可能な外輪と、
前記外輪の内側に配置される回転可能な内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間に配置され、前記外輪および前記内側部材の回転時に前記外輪に負荷変動を生じさせる中間部材と、
を備える回転装置の応力測定方法において、
前記外輪と前記内側部材との間で、前記中間部材を介して相互に所定周期で荷重を加え合う荷重付加工程と、
前記荷重付加工程において前記外輪の着目箇所における負荷の時間変化が極大値となる位相の表面を撮影して第１温度画像を得ると共に、前記着目箇所における負荷の時間変化が極小値となる位相の表面を撮影して第２温度画像を得る温度測定工程と、
前記第１温度画像と前記第２温度画像の差分をとり、前記着目箇所の温度変動画像を得る温度変動画像取得工程と、
前記温度変動画像取得工程で得られた前記温度変動画像に基づき、前記着目箇所の応力分布を算出する応力分布算出工程と、を備え、
応力測定対象となる前記回転装置は、
一端が開口する筒状部を有し、前記筒状部の内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の溝が形成された前記外輪と、
シャフトに連結され前記外輪の内側に配置される前記内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間で回転駆動力を伝達可能な伝達部材と、
を備える等速ジョイントであり、
前記荷重付加工程は、前記等速ジョイントにジョイント角を付加した状態で、前記外輪の軸心および前記内側部材の軸心を位置決めし、前記外輪および前記内側部材の一方に回転力を付与することを特徴とする回転装置の応力測定方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項において、
前記温度測定工程は、前記着目箇所を前記溝の外輪開口側の端部としたときに、前記第２温度画像を、前記第１温度画像の撮影方向と位相が１８０°ずれた位置から撮影することを特徴とする回転装置の応力測定方法。
【請求項６】
回転可能な外輪と、
前記外輪の内側に配置される回転可能な内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間に配置され、前記外輪および前記内側部材の回転時に前記外輪に負荷変動を生じさせる中間部材と、
を備える回転装置の応力測定方法において、
前記外輪と前記内側部材との間で、前記中間部材を介して相互に所定周期で荷重を加え合う荷重付加工程と、
前記荷重付加工程において前記外輪の着目箇所における負荷の時間変化が極大値となる位相の表面を撮影して第１温度画像を得ると共に、前記着目箇所における負荷の時間変化が極小値となる位相の表面を撮影して第２温度画像を得る温度測定工程と、
前記第１温度画像と前記第２温度画像の差分をとり、前記着目箇所の温度変動画像を得る温度変動画像取得工程と、
前記温度変動画像取得工程で得られた前記温度変動画像に基づき、前記着目箇所の応力分布を算出する応力分布算出工程と、を備え、
応力測定対象となる前記回転装置は、
一端が開口する筒状部を有し、前記筒状部の内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の溝が形成された前記外輪と、
シャフトに連結され前記外輪の内側に配置される前記内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間で回転駆動力を伝達可能な伝達部材と、
を備える等速ジョイントであり、
前記温度測定工程は、前記着目箇所を前記溝の外輪開口側の端部としたときに、前記第２温度画像を、前記第１温度画像の撮影方向と位相が１８０°ずれた位置から撮影することを特徴とする回転装置の応力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば等速ジョイントや軸受などの回転装置の応力測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転装置の一種である等速ジョイントは、ジョイント角が付加されたシャフト間において等速に回転駆動力を伝達できるジョイントとして、車両や産業機械などの駆動系に用いられている。この等速ジョイントを最適設計するためには、回転駆動力を伝達している実用状態において、等速ジョイントを構成するどの部材にどの程度の応力が発生しているかを把握することが求められる。そこで、有限要素法（ＦＥＭ）や境界要素法（ＢＥＭ）などの数値解析により応力分布を求める方法が知られている。また、特開２００６−２００９５３号公報（特許文献１）には、歪みゲージを使用することで、シャフトに加わる応力を測定するものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２００９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、等速ジョイントは複雑な形状からなる複数の部材から構成され、実用状態では各部材の相互作用により回転駆動力を伝達している。そのため、ＦＥＭ解析などの数値解析において、適切な負荷条件や境界条件を設定することが非常に困難である。よって、数値解析によって求められた応力分布を正しく評価できない場合が多い。また、等速ジョイントは、強い回転駆動力を伝達することがあるために高剛性の部材から構成されていることが多い。そのため、歪みゲージを使用する場合に、測定対象とする部材が高剛性であると歪み量が小さく、十分な結果を得られないことがある。これらの問題は、軸受においても同様に生じる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、等速ジョイントや軸受などの回転装置の最適設計を図るために、当該回転装置の実用状態により近い状態で当該回転装置を駆動させながら、当該回転装置に実際に生じる応力を正確に測定することができる回転装置の応力測定方法を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る回転装置の応力測定方法の特徴は、
回転可能な外輪と、
前記外輪の内側に配置される回転可能な内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間に配置され、前記外輪および前記内側部材の回転時に前記外輪に負荷変動を生じさせる中間部材と、
を備える回転装置の応力測定方法において、
前記外輪と前記内側部材との間で、前記中間部材を介して相互に所定周期で荷重を加え合う荷重付加工程と、
前記荷重付加工程において前記外輪の着目箇所における負荷の時間変化が極大値となる位相の表面を撮影して第１温度画像を得ると共に、前記着目箇所における負荷の時間変化が極小値となる位相の表面を撮影して第２温度画像を得る温度測定工程と、
前記第１温度画像と前記第２温度画像の差分をとり、前記着目箇所の温度変動画像を得る温度変動画像取得工程と、
前記温度変動画像取得工程で得られた前記温度変動画像に基づき、前記着目箇所の応力分布を算出する応力分布算出工程と、を備え、
前記温度測定工程は、ミラーを介することによって前記第２温度画像を前記第１温度画像と同時に撮影することである。
【０００７】
請求項２に係る回転装置の応力測定方法の特徴は、請求項１において、
応力測定対象となる前記回転装置は、
一端が開口する筒状部を有し、前記筒状部の内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の溝が形成された前記外輪と、
シャフトに連結され前記外輪の内側に配置される前記内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間で回転駆動力を伝達可能な伝達部材と、
を備える等速ジョイントであることである。
【０００８】
請求項３に係る回転装置の応力測定方法の特徴は、請求項２において、
前記荷重付加工程は、前記等速ジョイントにジョイント角を付加した状態で、前記外輪の軸心および前記内側部材の軸心を位置決めし、前記外輪および前記内側部材の一方に回転力を付与することである。
【０００９】
請求項４に係る回転装置の応力測定方法の特徴は、
回転可能な外輪と、
前記外輪の内側に配置される回転可能な内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間に配置され、前記外輪および前記内側部材の回転時に前記外輪に負荷変動を生じさせる中間部材と、
を備える回転装置の応力測定方法において、
前記外輪と前記内側部材との間で、前記中間部材を介して相互に所定周期で荷重を加え合う荷重付加工程と、
前記荷重付加工程において前記外輪の着目箇所における負荷の時間変化が極大値となる位相の表面を撮影して第１温度画像を得ると共に、前記着目箇所における負荷の時間変化が極小値となる位相の表面を撮影して第２温度画像を得る温度測定工程と、
前記第１温度画像と前記第２温度画像の差分をとり、前記着目箇所の温度変動画像を得る温度変動画像取得工程と、
前記温度変動画像取得工程で得られた前記温度変動画像に基づき、前記着目箇所の応力分布を算出する応力分布算出工程と、を備え、
応力測定対象となる前記回転装置は、
一端が開口する筒状部を有し、前記筒状部の内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の溝が形成された前記外輪と、
シャフトに連結され前記外輪の内側に配置される前記内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間で回転駆動力を伝達可能な伝達部材と、
を備える等速ジョイントであり、
前記荷重付加工程は、前記等速ジョイントにジョイント角を付加した状態で、前記外輪の軸心および前記内側部材の軸心を位置決めし、前記外輪および前記内側部材の一方に回転力を付与することである。
【００１０】
請求項５に係る回転装置の応力測定方法の特徴は、請求項２〜４のいずれか一項において、
前記温度測定工程は、前記着目箇所を前記溝の外輪開口側の端部としたときに、前記第２温度画像を、前記第１温度画像の撮影方向と位相が１８０°ずれた位置から撮影することである。
請求項６に係る回転装置の応力測定方法の特徴は、
回転可能な外輪と、
前記外輪の内側に配置される回転可能な内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間に配置され、前記外輪および前記内側部材の回転時に前記外輪に負荷変動を生じさせる中間部材と、
を備える回転装置の応力測定方法において、
前記外輪と前記内側部材との間で、前記中間部材を介して相互に所定周期で荷重を加え合う荷重付加工程と、
前記荷重付加工程において前記外輪の着目箇所における負荷の時間変化が極大値となる位相の表面を撮影して第１温度画像を得ると共に、前記着目箇所における負荷の時間変化が極小値となる位相の表面を撮影して第２温度画像を得る温度測定工程と、
前記第１温度画像と前記第２温度画像の差分をとり、前記着目箇所の温度変動画像を得る温度変動画像取得工程と、
前記温度変動画像取得工程で得られた前記温度変動画像に基づき、前記着目箇所の応力分布を算出する応力分布算出工程と、を備え、
応力測定対象となる前記回転装置は、
一端が開口する筒状部を有し、前記筒状部の内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の溝が形成された前記外輪と、
シャフトに連結され前記外輪の内側に配置される前記内側部材と、
前記外輪と前記内側部材との間で回転駆動力を伝達可能な伝達部材と、
を備える等速ジョイントであり、
前記温度測定工程は、前記着目箇所を前記溝の外輪開口側の端部としたときに、前記第２温度画像を、前記第１温度画像の撮影方向と位相が１８０°ずれた位置から撮影することである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によると、応力測定方法は、例えば等速ジョイントや軸受などの回転装置の外輪を応力測定の対象とし、荷重付加工程と温度測定工程と温度変動画像取得工程と応力分布算出工程とを備える構成となっている。等速ジョイントは、外輪と内側部材との間において、伝達部材（中間部材）を介して回転駆動力を伝達可能であり、外輪および内側部材の回転時に外輪に負荷変動が生じる構成となっている。また、軸受は、外輪と内側部材が、それらの間に配置されたころやボール等の転動体（中間部材）を介して相対回転可能であり、外輪および内側部材の回転時に外輪にラジアル方向の負荷変動が生じる構成となっている。
【００１２】
荷重付加工程では、回転装置に所定周期で荷重を加えている。これにより、回転装置の外輪に熱弾性効果による温度変動が生じることになる。この熱弾性効果は、物体に断熱的に変形を加えた際に、物体の体積変化によって微小な温度変動が発生する現象である。
【００１３】
温度測定工程では、例えば赤外線カメラにより外輪の着目箇所の表面を撮影して第１温度画像と第２温度画像を得る。第１温度画像は、外輪の着目箇所における負荷の時間変化が極大値となる位相の表面を撮影して得られる。また、第２温度画像は、外輪の着目箇所における負荷の時間変化が極小値となる位相の表面を撮影して得られる。
【００１４】
ここで、本明細書において「位相」とは、外輪の回転軸回りにおける外輪の回転位相を意味する。また、極大値および極小値は、いずれも、負荷の時間微分値がゼロとなる点である。極大値は、負荷の時間微分値が正から負に変化する点であり、極小値は、負荷の時間微分値が負から正に変化する点である。
【００１５】
温度変動画像取得工程では、第１温度画像と第２温度画像の差分をとり、着目箇所の温度変動画像を得る。そして、次の応力分布算出工程では、温度変動画像取得工程で得られた温度変動画像に基づき、外輪の着目箇所の応力分布を算出している。
【００１６】
ここで、従来、板材などの単一形状からなる試験片の応力分布を、赤外線応力測定によって測定することは公知であった（例えば、特開２００６−２６７０８９号公報）。この測定方法は、試験片に対して直接繰り返し荷重を付加することで、試験片そのものの温度変動を測定するものである。
【００１７】
これに対して、本発明の回転装置の応力測定方法では、荷重付加工程において、応力分布を測定したい対象物である外輪に対して、直接繰り返し荷重をかけるのではなく、回転装置の構成部材が相互に荷重をかけ合うことを利用している。具体的には、荷重付加工程において、外輪と中間部材との間、および、内側部材と中間部材との間で、相互の所定周期で荷重を加え合うようにしている。
【００１８】
回転装置の部材間で相互に荷重をかけ合うことを利用することにより、回転装置に熱弾性効果を利用した応力測定を適用することができる。つまり、本発明は、これまで板材などの単一形状からなる試験片の応力分布を測定していた応力測定を初めて回転装置に適用できることを見出したという知見に基づくものである。これにより、複数の部材から構成される回転装置が回転している実用状態において、当該回転装置に実際に生じる応力分布を測定することができる。
【００１９】
特に、本発明は、温度測定工程において、外輪の着目箇所における「負荷の時間変化が極大値となる位相」の第１温度画像と、外輪の着目箇所における「負荷の時間変化が極小値となる位相」の第２温度画像とを得るようにしている。これにより、回転装置の実用状態により近い状態である、回転に伴う負荷変動時の応力分布を正確に測定することができる。
【００２０】
なお、温度変動画像取得工程において、第１温度画像と第２温度画像の差分をとることにより、応力変動値を測定することができる。ここで「負荷の時間変化が極小値となる位相」の最小負荷が無負荷であれば、「応力変動値」＝「応力絶対値」となる。しかし、例えば、測定対象となる着目箇所の「負荷の時間変化が極大値となる位相」と「負荷の時間変化が極小値となる位相」が比較的接近している場合には、必ずしも最小負荷が無負荷とはならないことがある。
【００２１】
よって、本発明の応力測定方法によれば、回転装置の実用状態における「応力変動値」を外輪の全範囲で測定することができ、回転装置の実用状態における「応力絶対値」を外輪の一部の範囲で測定することができる。即ち、本発明では、回転装置の実用状態における着目箇所の「応力変動値」分布を測定することができ、最小負荷が無負荷となる箇所については「応力絶対値」分布を測定することができる。
【００２２】
従って、本発明の応力測定方法により得られた応力分布に基づいて、回転装置の外輪に必要な強度を適切に求めることができるので、外輪の最適な形状や肉厚を設計することができる。また、外輪の応力分布からＦＥＭ解析などの数値解析を検証することにより、数値解析における負荷条件や境界条件を適切に設定することができる。
【００２３】
さらに、請求項１に係る発明によると、温度測定工程は、ミラーを介することによって第２温度画像を第１温度画像と同時に撮影するようにしている。これにより、第１温度画像と第２温度画像の両方の画像を、１台の赤外線カメラで同時に撮影することができる。よって、使用する赤外線カメラの台数を低減することができるので、測定装置の簡素化や低コスト化が可能となる。なお、通常の場合には、本発明のようにミラーを用いることなく、温度測定工程を行うことは勿論可能である。この場合には、第１温度画像と第２温度画像をそれぞれ単独に撮影する赤外線カメラが必要になるので、本発明の上記効果は得られない。
【００２４】
ミラーの設置方法としては、例えば、赤外線カメラにより第１温度画像を対象物の正面から撮影し、第２温度画像を位相が１８０°ずれた位置（背面）から撮影する場合には、背面側に２枚のミラーを開き角度が９０°となる状態に設置して、対象物の背面の映像が２枚のミラーを反射して赤外線カメラに到達するようにすればよい。また、例えば、赤外線カメラにより第１温度画像を対象物の正面から撮影し、第２温度画像を位相が９０°ずれた位置（側面）から撮影する場合には、側面側に１枚のミラーを４５°傾けた状態に設置して、対象物の側面の映像が１枚のミラーを反射して赤外線カメラに到達するようにすればよい。
【００２５】
請求項２に係る発明によると、応力測定対象は等速ジョイントとしている。等速ジョイントは、一端が開口する筒状部を有し、筒状部の内周面に外輪回転軸方向に延びる複数の溝が形成された外輪と、シャフトに連結され外輪の内側に配置される内側部材と、外輪と内側部材との間で回転駆動力を伝達可能な伝達部材とを備える。代表的な等速ジョイントとして、例えばボール型等速ジョイントやトリポード型等速ジョイント等が挙げられる。
【００２６】
請求項３に係る発明によると、荷重付加工程は、等速ジョイントにジョイント角を付加した状態で、外輪の軸心および内側部材の軸心を位置決めし、外輪および内側部材の一方に回転力を付与するようにしている。この荷重付加工程では、先ず、等速ジョイントにジョイント角を付加した状態で、外輪の軸心および内側部材の軸心を位置決めして、両部材の位置関係を設定する。そして、外輪および内側部材の一方に回転力を付与する構成としている。
【００２７】
例えば、ボール型等速ジョイントの場合には、ジョイント角を付加した等速ジョイントが回転駆動力を伝達している実用状態においては、ボールが外輪ボール溝または内輪ボール溝に対して溝延伸方向に往復運動する。この往復運動によって、ボールと外輪ボール溝、および、ボールと内輪ボール溝との間で、相互に所定周期で荷重を加え合うこととみなすことができる。また、トリポード型等速ジョイントの場合には、ジョイント角を付加した等速ジョイントが回転駆動力を伝達している実用状態においては、ローラが外輪溝に対して溝延伸方向に往復運動する。さらに、ローラがトリポード軸部に対してトリポード軸部の径方向に往復運動する。これらの往復運動によって、ローラと外輪溝、および、ローラとトリポード軸部との間で、相互に所定周期で荷重を加え合うこととみなすことができる。
【００２８】
つまり、実際に車両のドライブシャフトなどに等速ジョイントが適用されている状態の荷重を想定した応力測定を行うことができる。よって、この測定結果に基づくことで、等速ジョイントの外輪を最適設計することができる。
【００２９】
さらに、この荷重付加工程は、等速ジョイントを静止させた状態で行うため、省スペースでの応力測定を行うことができる。また、外輪および内側部材の軸心が位置決めされているため、外輪および内側部材の変位量が僅かである。よって、等速ジョイントにトルクをより高い周波数で付加することができる。熱弾性効果による温度変動は微小であるため、一般に繰り返し付加される荷重の周波数は高い方が各部位の温度変動の差を測定し易いとされる。従って、より簡易で高精度な等速ジョイントの応力分布を測定することができる。
【００３０】
請求項５に係る発明によると、温度測定工程は、着目箇所を溝の外輪開口側の端部としたときに、第２温度画像を、第１温度画像の撮影方向と位相が１８０°ずれた位置から撮影するようにしている。等速ジョイントの外輪は、その内周面に外輪回転軸方向に延びるように形成された溝の外輪開口側の端部が、強度的に最も弱い最弱部となることが多い。そこで、溝の外輪開口側の端部を着目箇所とした場合、「負荷の時間変化が極大値となる位相」の第１温度画像は、正面（０°）から撮影し、「負荷の時間変化が極小値となる位相」の第２温度画像は、第１温度画像の撮影方向と位相が１８０°ずれた位置（背面）から撮影する。これにより、外輪の最弱部となることが多い、溝の外輪開口側の端部の応力分布を、等速ジョイントの実用状態により近い状態で測定することができる。よって、得られた応力分布に基づいて、外輪に必要な強度を適切に求めることができるので、外輪の最適な形状や肉厚を設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】等速ジョイント１の軸方向断面図である。
【図２】等速ジョイント１の赤外線応力測定を示す模式図である。
【図３】第一実施形態における赤外線カメラとミラーの配置を示す模式図である。
【図４】第一実施形態における外輪の着目箇所を示す模式図である。
【図５】第一実施形態における外輪の着目箇所を示す説明図である。
【図６】第一実施形態の応力測定方法の工程を示す説明図である。
【図７】第一実施形態における着目箇所（Ａ領域）の荷重変動を示すグラフである。
【図８】第二実施形態における赤外線カメラとミラーの配置を示す模式図である。
【図９】第二実施形態における外輪の着目箇所を示す説明図である。
【図１０】第二実施形態における着目箇所（Ｂ領域）の荷重変動を示すグラフである。
【図１１】変形態様における着目箇所（Ｄ領域）の荷重変動を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の回転装置の応力測定方法を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
＜第一実施形態＞
第一実施形態の応力測定方法およびその応力測定に用いる応力測定装置について、図１〜図７を参照して説明する。図１は、第一実施形態の応力測定対象である回転装置としての等速ジョイント１の軸方向断面図である。図２は、等速ジョイント１の赤外線応力測定を示す模式図である。図３は、第一実施形態における赤外線カメラとミラーの配置を示す模式図である。図４は、第一実施形態における外輪の着目箇所を示す模式図である。図５は、第一実施形態における外輪の着目箇所を示す説明図である。
【００３３】
本実施形態の等速ジョイント１は、図１に示すように、固定式ボール型等速ジョイント（一般に「ツェッパ型等速ジョイント」とも称する）であり、外輪１０と、内輪２０（本発明の「内側部材」に相当する）と、ボール３０（本発明の「中間部材」に相当する）と、保持器４０と、シャフト５０とから構成される。
【００３４】
外輪１０は、カップ状（例えば、有底筒状）に形成されており、一端側が他の動力伝達軸（図示せず）に連結される。さらに、外輪１０の筒状部分の内周面には、外輪回転軸方向（図１の左右方向）に延びる外輪ボール溝１１が、外輪回転軸の周方向に等間隔に６本形成されている。各外輪ボール溝１１における外輪回転軸に直交する断面形状が、ほぼ円弧凹状をなしている。
【００３５】
内輪２０は、環状に形成され、外輪１０の内側に配置されている。この内輪２０の外周面には、内輪回転軸方向（図１の左右方向）に延びる内輪ボール溝２１が、内輪回転軸の周方向に等間隔に６本形成されている。各内輪ボール溝２１における内輪回転軸に直交する断面形状が、ほぼ円弧凹状をなしている。そして、内輪ボール溝２１は、外輪１０に形成される外輪ボール溝１１と同数形成されている。つまり、それぞれの内輪ボール溝２１が、外輪１０のそれぞれの外輪ボール溝１１に対向するように位置する。また、内輪２０の内周面には、内歯スプライン２２が形成されている。この内歯スプライン２２は、後述するシャフト５０の端部に形成された外歯スプライン５１に圧入嵌合される。
【００３６】
６個のボール３０は、それぞれ、外輪１０の外輪ボール溝１１および内輪２０の内輪ボール溝２１に配置されている。そして、それぞれのボール３０は、それぞれの外輪ボール溝１１およびそれぞれの内輪ボール溝２１に沿って転動自在であって、それぞれの外輪ボール溝１１およびそれぞれの内輪ボール溝２１に対して周方向（外輪回転軸回りまたは内輪回転軸回り）に係合している。従って、ボール３０は、外輪１０と内輪２０との間で回転駆動力を伝達する。
【００３７】
保持器４０は、環状に形成され、外輪１０の内周面と内輪２０の外周面との間に配置されている。保持器４０の内周面は、内輪２０の最外周面にほぼ対応する部分球面凹状に形成されている。また、保持器４０の外周面は、部分球面凸状に形成されている。そして、保持器４０の内周面の球面中心と外周面の球面中心は、ジョイント回転中心に対して、軸方向に等距離だけそれぞれ反対側にオフセットさせている。そして、保持器４０には、周方向に等間隔に６個の開口窓部４１が形成されている。この開口窓部４１は、外輪ボール溝１１および内輪ボール溝２１と同数形成されている。そして、それぞれの開口窓部４１には、ボール３０がそれぞれ挿通されている。つまり、保持器４０は、６個のボール３０を保持している。
【００３８】
シャフト５０は、軸状に形成され、一端部の外周面において軸方向に延びる外歯スプライン５１が形成されている。本実施形態において、内輪２０およびシャフト５０は、シャフト５０の軸方向に近接するように相対移動し、圧力を加えられて結合される。この時、外歯スプライン５１は、内輪２０に形成された内歯スプライン２２と圧入嵌合される。また、シャフト５０には、他端部において測定対象ではない補助等速ジョイント２が組み付けられている。この補助等速ジョイント２は、シャフト５０と後述する荷重付加部６２を連結し、荷重付加部６２による回転駆動力をシャフト５０へ伝達可能としている。
【００３９】
等速ジョイント１は、上述したような構成となっているが、応力測定を行う試験体の表面には黒色塗料が塗布されている。本実施形態では、外輪１０の表面に合成樹脂などからなる艶消し黒色の塗料が２０〜２５μｍ程度の厚さに塗布されている。これにより、試験体の表面の熱放射率は、約０．９４（黒体を１．００とした場合）となっている。このように熱放射率を高くすることで、熱放射によって放出する熱量を多くすることができるので、試験体の温度変動をより確実に検出することが可能となる。
【００４０】
次に、等速ジョイント１の外輪１０を測定対象とした応力測定装置６０について説明する。応力測定装置６０は、図２および図３に示すように、軸支台６１と、荷重付加部６２と、赤外線カメラ６３と、ロックインプロセッサ６４と、応力分布算出部６５と、表示部６６と、２枚のミラー６７、６８とを備える。
【００４１】
軸支台６１は、等速ジョイント１の一端である外輪１０を軸受を介して回転可能に支持している。荷重付加部６２は、軸支台６１の軸方向に対向して配置され、駆動モータ６２ａを介して等速ジョイント１の他端であるシャフト５０を保持している。また、荷重付加部６２は、等速ジョイント１に所定のジョイント角が付加された状態が維持されるように、外輪１０および内輪２０の軸心を位置決めしている。これにより、外輪１０と内輪２０の位置関係が設定されている。この荷重付加部６２は、軸支台６１に回転可能に支持された外輪１０に対して、駆動モータ６２ａにより内側部材である内輪２０から回転駆動力を付加可能となっている。
【００４２】
赤外線カメラ６３は、物体の表面から放出される赤外線を検出し、赤外線センサにより電気信号に変換し、画像信号として出力する。本実施形態では、図３に示すように、赤外線カメラ６３は、応力分布の測定対象である外輪１０の着目箇所に向けて設置されている。外輪１０の着目箇所は、図４および図５に示すように、外輪ボール溝１１の外輪開口側の端部（以下、「Ａ領域」という。）としている。このＡ領域は、等速ジョイント１がジョイント角を付加された状態で回転駆動力を伝達する際に、外輪ボール溝１１を転動するボール３０が到達乃至は最も接近する領域である。Ａ領域にボール３０が到達乃至は最も接近した時に、Ａ領域における負荷の時間変化が極大値となる。よって、ボール３０が到達乃至は最も接近した状態にある位相のＡ領域を、赤外線カメラ６３で正面から撮影して第１温度画像を得るようにしている。
【００４３】
また、外輪１０の第１温度画像の撮影方向の位相を０°とした時、外輪１０が半回転した１８０°の位相では、外輪ボール溝１１を転動するボール３０がＡ領域から最も遠ざかる状態となり、このとき、Ａ領域における負荷の時間変化が極小値となる。よって、第１温度画像の撮影方向と位相が１８０°ずれた位置（背面）のＡ領域を、赤外線カメラ６３で撮影して第２温度画像を得るようにしている。なお、１８０°の位相では、Ａ領域における最小負荷が無負荷となるので、本実施形態では、Ａ領域に発生する応力絶対値を測定することができる。
【００４４】
本実施形態では、第１温度画像と第２温度画像は、２枚のミラー６７、６８を利用して１台の赤外線カメラ６３で同時に撮影するようにしている。即ち、図３に示すように、外輪１０の０°の位相と対向するように赤外線カメラ６３が設置される。そして、外輪１０の背面側（位相１８０°側）には、２枚のミラー６７、６８が開き角度９０°となるようにして設置される。２枚のミラー６７、６８は、外輪１０の位相１８０°の面の映像が、２枚のミラー６７、６８を反射して赤外線カメラ６３に到達するように位置調整されている。これにより、１台の赤外線カメラ６３で、第１温度画像と第２温度画像を同時に撮影することができる。この場合、赤外線カメラ６３の画面には、第１温度画像が画面の半分に映し出され、第２温度画像が画面の残り半分に映し出されるように、赤外線カメラ６３とミラー６７、６８の位置が調整されている。
【００４５】
ロックインプロセッサ６４は、赤外線カメラ６３により出力された画像信号から、対象とする熱弾性効果による温度変動の波形をロックイン処理する。すなわち、赤外線カメラ６３により出力された画像信号から所定の周波数成分のみを抽出する。具体的には、荷重（応力）変動に同期する画像信号、または、荷重（応力）変動に同期する周波数を含む所定範囲の周波数帯の画像信号のみを抽出する。これにより、Ｓ／Ｎ比を向上させている。
【００４６】
また、本実施形態において、この荷重変動の周期については、荷重付加部６２による等速ジョイント１への歳差運動周期に伴う荷重変動周期を使用している。歳差運動周期とは、荷重付加部６２が等速ジョイント１に加える歳差運動の周期に相当する。また、荷重変動周期とは、等速ジョイント１の歳差運動に伴い、ボール３０が外輪ボール溝１１を溝延伸方向に往復運動することを周期的な荷重変動とし、この荷重変動の周期に相当するものである。この他に、等速ジョイント１へのトルク付加周期を使用しても良い。さらに、軸支台６１がチャックに連結されたロードセルを有する構成としても良い。ロードセルは、外輪１０を介して等速ジョイント１に加えられた荷重を検出し、検出結果を電気信号として出力する。そして、荷重変動の周期として、ロードセルにより出力される検出荷重の波形周期を使用しても良い。
【００４７】
応力分布算出部６５は、ロックインプロセッサ６４により出力される画像信号を受信する。そして、この画像信号から得られる等速ジョイント１の温度変動の分布に基づき、等速ジョイント１の応力分布を算出する。表示部６６は、この応力分布算出部６５による算出結果をモニタ上に表示する。
【００４８】
次に、本実施形態の応力測定方法について図６および図７を参照して説明する。図６は、本実施形態の応力測定方法の工程を示す説明図である。図７は、第一実施形態の着目箇所の荷重変動を示すグラフである。
【００４９】
まず、荷重付加工程１０１では、応力測定装置６０の荷重付加部６２の駆動モータ６２ａにより、内輪２０に回転力を付与する。そうすると、ボール３０を介して内輪２０から外輪１０へ回転駆動力（トルク）が付加される。この時、位置決めされた外輪１０の軸心および内輪２０の軸心は、ジョイント角が付加された状態を維持している。よって、等速ジョイント１は、実用状態と同様に作動することになる。この時、伝達部材であるボール３０は、等速ジョイントが１回転する間に、外輪１０の外輪ボール溝１１および内輪２０の内輪ボール溝２１を一往復する。つまり、ボール３０は、図１の左右方向に往復運動する。この往復運動の幅は、ジョイント角によって変化するものであり、ジョイント角が大きく付加されるほど大きくなる。
【００５０】
このように、荷重付加部６２によって等速ジョイント１に加えられた回転駆動力により、外輪１０とボール３０との間、および、内輪２０とボール３０との間で、相互に所定周期で荷重を加え合うことになる。このとき、外輪１０に生じる荷重変動は、図７に示すように、一定周期の波形となる。この場合、Ａ領域における負荷の時間変化が極大値となる位相（０°）の測定点が図７の波形の山部に表れ、Ａ領域における負荷の時間変化が極小値となる位相（１８０°）の測定点が図７の波形の谷部に表れる。つまり、外輪１０の荷重変動は、外輪１０に所定周期で繰り返し加えられる荷重となり、赤外線応力測定における熱弾性効果による温度変動を生じるようになる。
【００５１】
次の温度測定工程１０２では、赤外線カメラ６３が外輪１０の温度変動により表面から放出される赤外線を検出する。この温度測定工程１０２では、赤外線カメラ６３により、赤外線カメラ６３の正面にある、Ａ領域において負荷の時間変化が極大値となる位相（０°）の表面を撮影した第１温度画像と、外輪１０の背面側ある、Ａ領域において負荷の時間変化が極小値となる位相（１８０°）の表面をミラー６７、６８を介して撮影した第２温度画像を得る。第１温度画像と第２温度画像は、１台の赤外線カメラ６３で同時に撮影されており、一つの画面に並んだ状態に表示される。
【００５２】
次の温度変動画像取得工程１０３では、温度測定工程１０２で得られた第１温度画像と第２温度画像の同一箇所は、半回転ずれて表れるため、半回転分フレームをずらして組み合わせることにより、第１温度画像と第２温度画像の差分とり、Ａ領域の温度変動画像を得る。この温度変動画像は、赤外線センサにより電気信号に変換され、画像信号として出力される。この画像信号は、室温変化による試験体の温度変化やノイズが含まれるが、図７に示すＡ領域の荷重変動とおよそ同期した波形を呈する。そこで、ロックインプロセッサ６４により画像信号から熱弾性効果による温度変動の波形をロックイン処理する。ロックインプロセッサ６４は、画像信号のうち荷重変動の周期に同期する周波数帯（荷重変動周期の周波数帯）のみを抽出し、応力分布算出部６５に画像信号を出力する。
【００５３】
最後の応力分布算出工程１０４では、応力分布算出部６５が、ロックインプロセッサ６４により出力される画像信号を受信する。応力分布算出部６５は、この画像信号から得られるＡ領域の温度変動の分布に基づき、Ａ領域の応力分布を算出する。そして、この応力分布の算出結果は、表示部６６のモニタ上に表示される。即ち、表示部６６のモニタ上には、Ａ領域の応力分布測定結果が表示される。
【００５４】
以上のように、第一実施形態の応力測定方法によれば、荷重付加工程１０１と、温度測定工程１０２と、温度変動画像取得工程１０３と、応力分布算出工程１０４とを順次行うことによって、等速ジョイント１の実用状態により近い状態で等速ジョイント１を駆動させながら、Ａ領域の応力分布を測定するようにしているため、Ａ領域において実際に生じる応力分布を正確に測定することができる。これにより、外輪１０の最弱部位となり易い実用状態におけるＡ領域の応力分布を正確に把握し、外輪１０の十分な強度を確保しつつ薄肉化を図るなど、外輪１０の最適な形状や肉厚を設計することができる。
【００５５】
また、温度測定工程１０２では、２枚のミラー６７、６８を介することによって第２温度画像を第１温度画像と同時に撮影するようにしているので、第１温度画像と第２温度画像の両方の画像を、１台の赤外線カメラ６３で同時に撮影することができる。これにより、使用する赤外線カメラの台数を低減することができるので、測定装置の簡素化や低コスト化が可能となる。
【００５６】
＜第二実施形態＞
第二実施形態の応力測定方法について図８〜１０を参照しつつ説明する。第二実施形態は、応力分布の測定対象となる外輪１０の着目箇所が、第一実施形態では外輪ボール溝１１の外輪開口側の端部（Ａ領域）であったのに対し、外輪ボール溝１１の延伸方向の中央部（以下、「Ｂ領域」という。）である点で相違する。なお、その他の構成については、第一実施形態と同一であるため、詳細な説明を省略する。以下、相違点のみについて説明する。
【００５７】
第二実施形態では、図９に示すように、応力分布の測定対象となる外輪１０の着目箇所は、外輪ボール溝１１の延伸方向の中央部（Ｂ領域）としている。このＢ領域では、等速ジョイント１がジョイント角を付加された状態で回転駆動力を伝達する際に、外輪ボール溝１１を転動するボール３０がＢ領域を通過する時に負荷の時間変化が極大値となる。また、外輪ボール溝１１を転動するボール３０がＢ領域から最も遠ざかった位置、即ち、外輪ボール溝１１の両端部付近にある時に負荷の時間変化が極小値となる。よって、Ｂ領域において、負荷の時間変化が極大値となる位相は０°と１８０°の２箇所となり、負荷が最小となる位相は９０°と２７０°の２箇所となる。
【００５８】
そのため、第二実施形態では、図８に示すように、０°の位相の第１温度画像と９０°の位相の第２温度画像を、１枚のミラー６７介して１台の赤外線カメラ６３ａで同時に撮影し、１８０°の位相の第１温度画像と２７０°の位相の第２温度画像を、１枚のミラー６８介して１台の赤外線カメラ６３ｂで同時に撮影するようにしている。
【００５９】
一方のミラー６７は、外輪１０の９０°の位相の面に対して４５°傾いた状態に設置され、外輪１０の９０°の位相の映像が、ミラー６７を反射して赤外線カメラ６３ａに到達するように位置調整されている。また、他方のミラー６８は、外輪１０の２７０°の位相の面に対して４５°傾いた状態に設置され、外輪１０の２７０°の位相の映像が、ミラー６８を反射して赤外線カメラ６３ｂに到達するように位置調整されている。この場合、それぞれの赤外線カメラ６３ａ、６３ｂの画面には、第１温度画像が画面の半分に映し出され、第２温度画像が画面の残り半分に映し出されるように、赤外線カメラ６３ａ、６３ｂとミラー６７、６８の位置が調整されている。そして、それぞれの赤外線カメラ６３ａ、６３ｂにより撮影された第１温度画像および第２温度画像は、第一実施形態の場合と同様に、ロックインプロセッサ６４に画像信号として出力される。
【００６０】
次に、第二実施形態の応力測定方法について説明する。最初に、第一実施形態と同様に荷重付加工程１０１が行われる。この荷重付加工程１０１では、応力測定装置６０の荷重付加部６２の駆動モータ６２ａを作動させることにより、等速ジョイント１が実用状態と同様に作動すると、ボール３０は、等速ジョイントが１回転する間に、外輪１０の外輪ボール溝１１および内輪２０の内輪ボール溝２１を一往復する。
【００６１】
このとき、外輪１０とボール３０との間、および、内輪２０とボール３０との間で、相互に所定周期で荷重を加え合うことで、外輪１０には、図１０に示すように、一定周期の波形となった荷重変動が生じる。この場合、Ｂ領域における負荷の時間変化が極大値となる位相（０°および１８０°）の測定点が図１０の波形の山部に表れ、Ｂ領域における負荷の時間変化が極小値となる位相（９０°および２７０°）の測定点が図１０の波形の谷部に表れる。なお、この場合の周期は、図７に示す第一実施形態の場合の周期の１／２となっている。つまり、外輪１０の荷重変動は、外輪１０に所定周期で繰り返し加えられる荷重となり、赤外線応力測定における熱弾性効果による温度変動を生じるようになる。
【００６２】
そして、次の温度測定工程１０２では、上記のように設置された赤外線カメラ６３ａ、６３ｂおよびミラー６７、６８により第１温度画像と第２温度画像の撮影が行われる。即ち、温度測定工程１０２では、一方の赤外線カメラ６３ａにより、Ｂ領域において負荷の時間変化が極大値となる位相（０°）の表面を撮影した第１温度画像と、Ｂ領域において負荷の時間変化が極小値となる位相（９０°）の表面をミラー６７を介して撮影した第２温度画像を得る。そして、他方の赤外線カメラ６３ｂにより、Ｂ領域において負荷の時間変化が極大値となる位相（１８０°）の表面を撮影した第１温度画像と、Ｂ領域において負荷の時間変化が極小値となる位相（２７０°）の表面をミラー６７を介して撮影した第２温度画像を得る。
【００６３】
その後、第一実施形態の場合と同様に、温度変動画像取得工程１０３および応力分布算出工程１０４を経ることで、等速ジョイント１の実用状態により近い状態で外輪１０のＢ領域において実際に生じる応力分布を正確に測定することができる。
【００６４】
＜第一、第二実施形態の変形態様＞
応力測定対象となる外輪１０の着目箇所は、第一実施形態では、外輪ボール溝１１の外輪開口側の端部（Ａ領域）とし、第二実施形態では、外輪ボール溝１１の延伸方向の中央部（Ｂ領域）としたが、これら以外の部位を着目箇所にしてもよい。例えば、外輪ボール溝１１の反外輪開口側（奥側）の端部（Ｃ領域）や、外輪ボール溝１１のＡ領域とＢ領域の間の中間部位、Ｂ領域とＣ領域の間の中間部位である。
【００６５】
例えば、着目箇所をＡ領域とＢ領域の間の中間部位（以下、「Ｄ領域」という。）とした場合には、荷重付加工程１０１におけるＤ領域の荷重変動のグラフは図１１に示すようになる。この場合には、Ｄ領域における負荷の時間変化が極大値となる位相（０°および９０°）の測定点が図１０の波形の山部に表れ、Ｂ領域における負荷の時間変化が極小値となる位相（４５°および２２５°）の測定点が図１０の波形の谷部に表れる。
【００６６】
また、第一、第二実施形態において、等速ジョイント１は、ボール型等速ジョイントとした。これに対して、等速ジョイント１はトリポード型等速ジョイントとしてもよい。トリポード型等速ジョイントは、特許文献１の図１のインボード側の等速自在継手３で示されるように、外輪と、トリポードと、ローラと、シャフトとから構成される。各部材の詳細な説明は省略するが、トリポードがボール型等速ジョイントの内側部材である内輪２０に相当し、ローラがボール型等速ジョイントの伝達部材であるボール３０に相当する。このような構成からなるトリポード型等速ジョイントであっても本発明により赤外線応力測定を適用することができ、また同様の効果を得られる。
【００６７】
また、本発明の応力測定方法は、上記の等速ジョイントの他に、回転装置の一種である軸受の外輪を応力測定の対象にしてもよい。軸受の場合には、外輪および内側部材の回転時に外輪にラジアル方向の負荷変動が生じる構成となっているので、本発明の応力測定方法を適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１：等速ジョイント、  １０：外輪、  １１：外輪ボール溝、  ２０：内輪（内側部材）、  ２１：内輪ボール溝、  ３０：ボール（中間部材）、  ４０：保持器、  ４１：開口窓部、  ５０：シャフト、  ６０：応力測定装置、  ６１：軸支台、  ６２：荷重付加部、  ６２ａ：駆動モータ、  ６３、６３ａ、６３ｂ：赤外線カメラ、  ６４：ロックインプロセッサ、  ６５：応力分布算出部、  ６６：表示部、  ６７、６８：ミラー、  １０１：荷重付加工程、  １０２：温度測定工程、  １０３：温度変動画像取得工程、  １０４：応力分布算出工程。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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