(57)【要約】【課題】センサーターゲットやセンサ等を必要とすることなく、簡易にトルク測定が可能な負荷力履歴確認方法を提供する。【解決手段】棒状体Ｓに過大に入力された負荷力を求める負荷力履歴確認方法である。弾性限度を超える負荷力が入力された製品としての棒状体Ｓにおける荷重と変位との関係と、未使用の製品としての棒状体Ｓにおける荷重と変位との関係を比較する。これによって、過大に入力された負荷力を求める。【選択図】図１
2015072206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状体に過大に入力された負荷力を求める負荷力履歴確認方法であって、
弾性限度を超える負荷力が入力された製品としての棒状体における荷重と変位との関係と、未使用の製品としての棒状体における荷重と変位との関係を比較することによって、過大に入力された負荷力を求めることを特徴とする負荷力履歴確認方法。
【請求項２】
入力される負荷力は、少なくとも、捩り力、引張力、圧縮力、及び曲げ力のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の負荷力履歴確認方法。
【請求項３】
負荷力が静捩り試験機を用いて入力される捩り力であり、荷重が負荷トルクであり、変位が捩れ角度であることを特徴とする請求項１に記載の負荷力履歴確認方法。
【請求項４】
棒状体は、等速自在継手に連結される中実シャフトであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の負負荷力履歴確認方法。
【請求項５】
棒状体は、等速自在継手に連結される中空シャフトであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の負荷力履歴確認方法。
【請求項６】
棒状体は、等速自在継手のロングステムであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の負荷力履歴確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒状体であるシャフト、例えば等速自在継手用シャフトの過大入力トルク履歴の確認を可能とする負荷力履歴確認方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンの動力を車輪に伝達するための駆動輪車軸としてのドライブシャフトは、中間シャフトと、この中間シャフトの両軸方向端部に配設される等速自在継手とで構成される。そして、ドライブシャフトは、一方の等速自在継手がディファレンシャルと連結され、他方の等速自在継手が車軸（アスクル）と連結される。すなわち、ドライブシャフトは、エンジンの動力を車輪まで伝える駆動系統に組み込まれ、エンジンの動力が最終的にドライブシャフトによって車輪に伝えられる。
【０００３】
このように、自動車に使用されるドライブシャフトの等速自在継手は、自動車の急発進や急加速時等の過大トルクが発生してもこれに十分耐えられる強度が要求される。このため、従来においては、ドライブシャフトに作用する軸トルクを測定する測定方法および測定装置がある（特許文献１）。
【０００４】
この特許文献１に記載の測定装置は、等速自在継手の外側継手部材（外輪）に、磁極等の磁気的の検出可能な印（マーク）を付して、各等速自在継手の外側継手部材に対応する位置に、それぞれセンサを配置する。そして、各センサによって、それぞれに対応する印（マーク）を検出する。すなわち、一方（アウトボード側）のセンサの検出パルスと他方（インボード側）のセンサの検出パルス間における回転パルス信号のパルス数をカウントすることで、ドライブシャフトに生じたねじれ角を測定し、このねじれ角を演算して軸トルクを求めるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−９３４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１に記載の測定装置では、各等速自在継手の外側継手部材（外輪）に、センサーターゲットとしての印を付設するとともに、このセンサーターゲットから発せられる回転パルス信号を受信するセンサの配置する必要がある、
【０００７】
このため、前記特許文献１に記載のものでは、部品点数が多く、コスト高となるとともに、組み立て作業時間が大となっていた。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みて、センサーターゲットやセンサ等を必要とすることなく、簡易に弾性限度以上の過大に入力されたトルク測定が可能な負荷力履歴確認方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の負荷力履歴確認方法は、棒状体に過大に入力された負荷力を求める負荷力履歴確認方法であって、弾性限度を超える負荷力が入力された製品としての棒状体における荷重と変位との関係と、未使用の製品としての棒状体における荷重と変位との関係を比較することによって、過大に入力された負荷力を求めるものである。
【００１０】
本発明の負荷力履歴確認方法によれば、製品としての棒状体に対して弾性限度を超える負荷力を入力（負荷）する。一般的に、材料に対して、弾性限度を超える力、つまり塑性域の力（塑性変形する力）を負荷すると、材料の弾性限度は向上する。すなわち、塑性変形に伴い転位が増殖され、それが不均一な分布となり、互いにもつれ合うことで運動する転位に対する障害となり、それ以上の転位の運動が抑制されるために変形抵抗が増す。したがって、一度、塑性変形を受けてきた材料はその応力範囲で弾性挙動を示し、もとの材料より降伏点(塑性変形開始点)は高まって，塑性変形を起こしにくくなるとともに破断伸びが小さくなって，いわゆるかたい性質を呈する。ここで、降伏点とは、物体に力を加えていったとき、物体の変形が急激に増加し、もとに戻らなくなるときの力の大きさである。
【００１１】
このため、弾性限度を超える負荷力が入力された製品としての棒状体における荷重と変位との関係と、未使用の製品としての棒状体における荷重と変位との関係を比較することによって、過大入力トルク（弾性限界を超えた製品へ入力トルク）の履歴の確認が可能となる。
【００１２】
入力される負荷力は、少なくとも、捩り力、引張力、圧縮力、及び曲げ力のいずれかとすることができる。また、負荷力が静捩り試験機を用いて入力される捩り力であり、荷重が負荷トルクであり、変位が捩れ角度であるものであってもよい。
【００１３】
棒状体は、等速自在継手に連結される中実シャフトであったり、等速自在継手に連結される中空シャフトであったり、等速自在継手のロングステムであったりする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の負荷力履歴確認方法によれば、例えば、ドライブシャフトについて確認する場合、実車試験品や市場走行品して使用したシャフトを外し、このシャフト（棒状体）に対して、負荷力を入力すれば、過大力の入力履歴を確認できる。すなわち、センサーターゲットやセンサ等を用いることなく、過大に入力された力を簡易に求めることができる。  
【００１５】
棒状体（軸部材）に加わる荷重として、曲げ力、ねじり力、及び軸方向力と、これらの組み合わせがある。このため、この負荷力履歴確認方法では、入力される負荷力は、捩り力、引張力、圧縮力、及び曲げ力のいずれかであればよいので、棒状体（軸部材）に加わる荷重（負荷力）の種類に応じて、過大に負荷された力を求めることができる。
【００１６】
棒状体は、中実シャフトであったり、中空シャフトであったり、ロングステムであったりでき、適用範囲が広く、この負荷力履歴確認方法は汎用性にすぐれる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の工程簡略ブロック図である。
【図２】ドライブシャフトの断面図である。
【図３】前記図２のドライブシャフトの中間シャフトの平面図である。
【図４】静捩り試験機の簡略図である。
【図５】捩れ角と負荷トルクとの関係を示すグラフ図である。
【図６】引張圧縮試験機の簡略図である。
【図７】荷重とひずみとの関係を示し、（ａ）は新品のグラフ図であり、（ｂ）除荷点を示すグラフ図であり、（ｃ）は再負荷した際のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。この負荷力履歴確認方法は、棒状体Ｓであるシャフト、例えば等速自在継手用シャフト６５（図２及び図３参照）の過大入力トルク履歴の確認するものであり、弾性限度を超える負荷力が入力された製品としての棒状体Ｓにおける荷重と変位との関係と、未使用の製品としての棒状体Ｓにおける荷重と変位との関係を比較することになる。
【００１９】
ところで、棒状体Ｓに引張力等の外力を負荷すれば、図７（ａ）に示すような応力（σ）とひずみ（ε）との関係になる。すなわち、Ｙ１点（降伏点）までが弾性変形を示し、このＹ１点を超えると塑性変形域となる。このような棒状体Ｓに対して、図７（ｂ）に示すように、Ｙ１点を超えてＹ２点まで負荷してから、除荷した場合において、この除荷した点をＣとする。そして、再度このＣ点から引張力等の外力を、Ｙ１点を超えて、Ｙ２点まで負荷すれば、この棒状体Ｓは、図７（ｃ）に示すように、降伏点がＹ２点となっている。すなわち、材料に塑性域の力を負荷すると、材料の弾性限度（降伏点）は向上する。本発明は、この原理を利用するものである。
【００２０】
外力を負荷するもの装置としては、図４に示す静捩り試験機１を用いる。すなわち、ここの場合の負荷力として捩り力とする。静捩り試験機１は、基台２と、基台２上に配置される一対の駆動体３，４とを備えたものである。各駆動体３，４は、駆動源としてロータリーアクチュエータ５，６と、このロータリーアクチュエータ５，６の駆動軸に連動連結されるチャック部材７，８とを有する。なお、駆動体４は、試験時の設定により駆動させることも、固定することもできる。
【００２１】
また、基台２上にガイドレール９，１０が設けられ、駆動体３，４はガイドレール９，１０に沿って、相互に接近・離間することができる。そして、駆動体３には、トルクメータ１１が付設されている。
【００２２】
ところで、ドライブシャフトは、図２に示すように、アウトボード側の固定式等速自在継手Ｔ１と、インボード側の摺動式等速自在継手Ｔ２と、これら等速自在継手Ｔ１、Ｔ２に連結されるシャフト（等速自在継手用シャフト）６５とを備える。自動車等の車両に組付けた状態で車両の外側となる方をアウトボード側（図面左側）、自動車等の車両に組付けた状態で車両の内側となる方をインボード側（図面右側）という。
【００２３】
固定式等速自在継手Ｔ１は、内球面５１に複数のトラック溝５２が形成された外方部材（外側継手部材）としての外輪５３と、外球面５４に外輪５３のトラック溝５２と対をなす複数のトラック溝５５が形成された内方部材（内側継手部材）としての内輪５６と、外輪５３のトラック溝５２と内輪５６のトラック溝５５との間に介在してトルクを伝達する複数のボール５７と、外輪５３の内球面５１と内輪５６の外球面５４との間に介在してボール５７を保持するケージ５８とを備えている。
【００２４】
内輪５６はその孔部内径５６ａとシャフト６５の一方の端部の雄スプライン６５ａが、スプライン嵌合により結合されることで、シャフト６５とトルク伝達が可能になる。また、シャフト６５の雄スプライン６５ａには抜け止め用の止め輪６０が装着されている。  
【００２５】
外輪５３は、マウス部５３ａとステム部（軸部）５３ｂとからなり、マウス部５３ａは一端にて開口した椀状で、その内球面５１に、軸方向に延びた複数のトラック溝５２が円周方向等間隔に形成されている。
【００２６】
マウス部５３ａの開口部はブーツ７０にて覆われている。ブーツ７０は、大径部７０ａと、小径部７０ｂと、大径部７０ａと小径部７０ｂとを連結する蛇腹部７０ｃとからなる。大径部７０ａがマウス部５３ａの開口部に外嵌され、この状態でバンド１１１が締結され、小径部７０ｂがシャフト６５のブーツ装着部６５ｂに外嵌され、この状態でバンド１１１が締結されている。
【００２７】
摺動型等速自在継手Ｔ２は、円筒状の内径面８３ａに複数の直線状のトラック溝８２を軸方向に形成した外側継手部材としての外輪８３と、球面状の外径面８６ａに複数の直線状のトラック溝８５を軸方向に形成した内側継手部材としての内輪８６と、外輪８３のトラック溝８２と内輪８６のトラック溝８５との間に介在してトルクを伝達するボール８７と、外輪８３の内径面と内輪８６の外径面との間に介在してボール８７を保持するケージ８８とを備える。
【００２８】
外輪８３は、内径面８３ａに前記トラック溝８２が形成されたカップ部９０と、このカップ部９０の底壁から突設されるステム部９１とを備える。内輪８６はその孔部内径８６ｂとシャフト６５の他の端部の雄スプライン６５ｃがスプライン嵌合により結合されることで、シャフト６５とトルク伝達が可能になる。シャフト６５の雄スプライン６５ｄには抜け止め用の止め輪６１が装着されている。
【００２９】
また、カップ部９０の開口部はブーツ１００にて覆われている。ブーツ１００は、大径部１００ａと、小径部１００ｂと、大径部１００ａと小径部１００ｂとを連結する蛇腹部１００ｃとからなる。大径部１００ａがカップ部９０の開口部に外嵌され、この状態でバンド１１１が締結され、小径部１００ｂがシャフト６５のブーツ装着部６５ｄに外嵌され、この状態でバンド１１１が締結されている。
【００３０】
シャフト６５は中実体であって、図３に示すように、シャフト本体９２と、このシャフト本体９２の両端部に設けられる前記雄スプライン６５ａ、６５ｃとを備える。なお、雄スプライン６５ａ、６５ｃは、本体側から端部側へ向かって拡大するテーパ部９３ａ，９３ｃを介してシャフト本体９２に連設される端部大径部に形成される。
【００３１】
また、シャフト本体９２には、ブーツ装着部６５ｂ、６５ｄが形成されるが、この場合、シャフト本体９２の雄スプライン６５ｃ側に大径部９４ｂを形成し、この大径部９４ｂに周方向溝９５ｂを設けることによって、ブーツ装着部６５ｂを構成している。また、シャフト本体９２の雄スプライン６５ｃ側に大径部９４ｄを形成し、この大径部９４ｄに周方向溝９５ｄを設けることによって、ブーツ装着部６５ｄを構成している。なお、大径部９４ｂ、９４ｄの両端部にはテーパ９６ｂ、９７ｂ、９６ｄ、９７ｄが設けられている。雄スプライン６５ａ、６５ｃにはそれぞれ、止め輪６０，６１が装着される周方向溝９８，９９が形成されている。
【００３２】
次に、本発明の負荷力履歴確認方法を図１を用いて説明する。使用品（実車試験品や市場走行品等）のシャフト６５を、静捩り試験機１（図４参照）に装着して、このシャフト６５に捩り力を付与する（ステップＳ１）。そして、荷重（負荷）と変位との関係を算出する（ステップＳ２）。この場合、図５の一点鎖線で示すような波形となる。荷重としては負荷トルク（ｋＮ・ｍ）であり、トルクメータで算出でき、変位としては捩れ角であり、ロータリーアクチュエータで算出できる。
【００３３】
また、未使用（新品）のシャフト６５に対しても、静捩り試験機１に装着して、このシャフト６５に捩り力を付与して、荷重（負荷）と変位との関係を算出しておく。この場合、図５の実線で示す波形となる。そして、この未使用のシャフト６５における荷重と変位と、使用品であるシャフト６５における荷重と変位と、関係を比較する（ステップＳ３）。
【００３４】
図５において、一点鎖線で示される使用品(過大トルク入力品)は捩れ角が１５°付近から立ち上がっている。これはグラフ作成時の処理による。同一製品、同一剛性を有するシャフト６５であれば、弾性限度トルク内で使用されている限り、新品も中古も同じような負荷トルク線図となり、両者はほぼ一致する。しかし、いったん弾性限度以上のトルクが負荷されてしまうと、降伏により弾性限度が向上し、新品（未使用品）と中古（使用品）の弾性限度は一致せず、両者の負荷トルク線図はずれる。そのため、新品の負荷トルク線図(実線)に合わせるように過大入力トルク品(一点鎖線)を平行移動することで、過大入力トルクを推定することができる。（一点鎖線で示される使用品の負荷トルク線図を１５°平行移動させることで、実線で示す新品と一致させることができる。）つまり、過大入力トルク品は新品と比べて、１５°捩れており塑性変形しているということが推測できる。また、弾制限度を大きく超えるトルクが負荷された場合、新品と重ね合わさなくても過大入力トルクを推定することができる。この場合、直線域と曲線域の変曲点が過大入力トルクとなる。
【００３５】
このため、この図５からわかるように、未使用品（初めて捩り力が負荷されたもの）では、弾性限度（降伏点）がＸｋＮ・ｍであるの対して、使用品では、弾性限度（降伏点）がＹｋＮ・ｍである。このため、使用品には、ＹｋＮ・ｍの過大入力トルクが入力されていたことがわかる。すなわち、ＹｋＮ・ｍの入力履歴があったことがわかる。なお、使用品の弾性限度がＸｋＮ・ｍであれば、塑性変形域の捩り力が負荷されていなかったことになる。
【００３６】
ところで、シャフト６５への負荷力は、捩り力に限るものではなく、図６に示す引張圧縮試験機を用いた引張力であっても、圧縮力であってもよい。図６に示す引張圧縮試験機は、クロスヘッド（図示省略の枠体に水平方向に沿って配設された上下動部材）の上部に荷重検出器３０（ロードセル）を付設し、この荷重検出器３０にシャフト６５の上部を把持する上部チャック部材３１を連設して、このクロスヘッドから上部チャック部材３１を垂下する。また、前記図示省略の枠体を立設した基台（図示省略）上に、シャフトの下部を把持する下部チャック部材３２を立設する。
【００３７】
クロスヘッドは、例えば、前記枠体に配置されたねじ軸を図示省略のモータで駆動させることによって上下動する。この場合、クロスヘッドが上昇すれば、シャフト６５に対して引張力が付与され、クロスヘッドが下降すれば、シャフト６５に対して圧縮力が付与される。
【００３８】
そして、シャフト６５に直接的に取付られた変位計３３によって、変位量が検出され、ロードセル３０によって荷重が検出される。なお、変位量としては、クロスヘッドの上下動量によって検出するものであってもよい。このため、負荷力が引張力であれば、未使用のシャフトにおける荷重（引張荷重）と変位と、使用品であるシャフト６５における荷重（引張荷重）と変位との関係を比較することによって、過大引張力の入力履歴を確認できる。また、負荷力が圧縮力であれば、未使用のシャフト６５における荷重（圧縮荷重）と変位と、使用品であるシャフト６５における荷重（圧縮荷重）と変位との関係を比較することによって、過大圧縮力の入力履歴を確認できる。
【００３９】
シャフト６５への負荷力として、捩り力、引張力、及び圧縮力以外に曲げ力の場合もある。この曲げ力の場合、曲げ試験機を用いることができる。曲げ試験とは、曲げ荷重を受ける材料の挙動を測定する試験であり、試験片を2本の支持棒で支え、中央に荷重をかけるものであり、応力−ひずみ線図を形成することができる。
【００４０】
このため、使用のシャフトにおける荷重（曲げ荷重）と変位と、使用品であるシャフトにおける荷重（曲げ荷重）と変位との関係を比較することによって、過大曲げ荷重力の入力履歴を確認できる。
【００４１】
ところで、この実施形態ではシャフト６５として、中実シャフトであったが、中空シャフトであってもよい。
【００４２】
また、等速自在継手の外側継手部材として、長寸の軸部（ロングステム）を有するものを用いる場合がある。左右のドライブシャフトの長さを等しくするために、片側のドライブシャフトのインボード側外側継手部材をロングステムにし、このロングステムが転がり軸受によって回転支持される。ロングステムの長さは、車種により異なるが、概ね３００〜４００ｍｍ程度である。そこで、このロングステムを、本願発明の棒状体（シャフト）とし、このロングステムの負荷力履歴確認するものであってもよい。
【００４３】
本発明の負荷力履歴確認方法では、例えば、ドライブシャフトについて確認する場合、実車試験品や市場走行品して使用したシャフトを外し、このシャフト（棒状体）に対して、負荷力を入力すれば、過大力の入力履歴を確認できる。すなわち、センサーターゲットやセンサ等を用いることなく、過大に入力された力を簡易に求めることができる。
【００４４】
棒状体（軸部材）に加わる荷重として、曲げ力、ねじり力、及び軸方向力と、これらの組み合わせである。このため、この負荷力履歴確認方法では、入力される負荷力は、捩り力、引張力、圧縮力、及び曲げ力のいずれかであればよいので、棒状体（軸部材）に加わる荷重（負荷力）の種類に応じて、過大に負荷された力を求めることができる。
【００４５】
棒状体Ｓは、中実シャフトであったり、中空シャフトであったり、ロングステムであったりでき、適用範囲が広く、この負荷力履歴確認方法は汎用性にすぐれる。
【００４６】
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、この負荷力履歴確認方法を用いる製品（棒状体）として、ドライブシャフトの中間シャフトや、等速自在継手のロングステム等に限るものではなく、種々の装置や機構に使用されるシャフトに用いることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１     試験機
６５   等速自在継手用シャフト
Ｓ     棒状体
Ｔ１   等速自在継手
Ｔ２   等速自在継手
【図１】
2015072206.tif 000003
【図２】
2015072206.tif 000004
【図３】
2015072206.tif 000005
【図４】
2015072206.tif 000006
【図５】
2015072206.tif 000007
【図６】
2015072206.tif 000008
【図７】
2015072206.tif 000009