(57)【要約】【課題】固定式等速自在継手の内部力を正確に測定し得る内部力測定装置を提供する。【解決手段】内部力測定装置１は、外輪２、内輪５、ボール６、およびケージ７からなる等速自在継手の作動時に、ボール６から外輪２のトラック溝に作用するトラック荷重の測定を、ボール６のトルク伝達方向に変位可能に設けられた測定部３ａの変位量を検出することにより行うセンサー３を備えている。このセンサー３の測定部３ａは、変位時に、外輪２の内部に設けられた案内部２ａに沿って案内される２つの側壁面３ａ１，３ａ２を有しており、このうち、少なくともケージ７の外球面７ａに接近した側の側壁面３ａ１は、ボール６のトルク伝達方向に延びる軸線９と平行に形成されている。【選択図】図１
2008019964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を開口させ、内径面にトラック溝を有する外側継手部材と、外径面に前記外側継手部材のトラック溝と対をなすトラック溝を有する内側継手部材と、前記外側継手部材と前記内側継手部材の両トラック溝が協働して形成するトラックに配された複数のボールと、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配設され、前記ボールを保持するケージとを備える等速自在継手の作動状態で、前記等速自在継手の内部に作用する内部力のうち、前記ボールから前記外側継手部材のトラック溝に作用するトラック荷重の測定を、前記ボールのトルク伝達方向に変位可能に設けられた測定部の変位量を検出することにより行うセンサーを備えた等速自在継手用内部力測定装置において、
前記測定部は、前記外側継手部材の内部に設けられた案内部に沿って案内される対向する２つの側壁面を有し、該２つの側壁面のうち、前記ケージの外径面に接近した側の側壁面を、前記ボールのトルク伝達方向に延びる軸線と平行に形成したことを特徴とする等速自在継手用内部力測定装置。
【請求項２】
前記等速自在継手の作動状態で、前記等速自在継手の内部に作用する内部力のうち、前記ケージから前記外側継手部材に作用する外側継手部材内径面荷重を測定するセンサーを備えることを特徴とする請求項１に記載の等速自在継手用内部力測定装置。
【請求項３】
前記等速自在継手は、外側継手部材の内径面と、前記内側継手部材の外径面とが球状面で構成されているものであることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の等速自在継手用内部力測定装置。
【請求項４】
前記等速自在継手は、外側継手部材のトラック溝が、その外側継手部材の開口側に向けて軸線と平行な直線部分を有し、前記内側継手部材のトラック溝が、前記外側継手部材の反開口側に向けて軸線と平行な直線部分を有するものであることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の等速自在継手用内部力測定装置。
【請求項５】
前記等速自在継手は、前記ボールが、円周方向の８箇所に等配されているものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の等速自在継手用内部力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速自在継手の作動時に、等速自在継手の内部に作用する内部力の測定に用いられる等速自在継手用内部力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
等速自在継手は、例えば自動車や各種産業機械の動力伝達機構に組み込んで用いられるもので、互いの交差角度が変化可能に設けられた入力軸と出力軸を、入力軸からの回転トルクを出力軸へ等速で伝達できるように連結するものである。この等速自在継手は、入力軸と出力軸の二軸間における作動角度変位のみを許容する、いわゆる固定式等速自在継手と、作動角度変位に加え軸方向変位をも許容する、いわゆる摺動式等速自在継手とに大別される。
【０００３】
ところで、上記の等速自在継手は、主要な構成部材として、例えば、トラック溝を有する外側継手部材としての外輪と、外輪のトラック溝と対をなすトラック溝を有する内側継手部材としての内輪と、外輪と内輪の両トラック溝が協働して形成するトラックに配された複数のボールと、ボールを保持するケージとを備えるものである。この等速自在継手の設計段階では、作動時に継手内部に作用する力（いわゆる、内部力）を数値解析等することにより導き出し、次いで数値解析等で得られたデータの妥当性検証を目的として、実際の作動状態を想定した実験が行われるのが通例である。解析・検証すべき内部力としては、例えば、ボールから外輪のトラック溝に作用するトラック荷重や、ケージから外輪の内径面に作用する外輪内径面荷重が挙げられ、これらの測定を行うべく提案された、以下示す構成からなる内部力測定装置が知られている。
【０００４】
図３は、公知の内部力測定装置の概要を示すもので、摺動式等速自在継手、より厳密には、アンギュラコンタクトタイプのダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）の内部力測定に用いられる内部力測定装置の概要を示すものである。同図に示す内部力測定装置１００は、主に、外輪１１１と、外輪１１１の内径側に配設された継手内部部品とからなる等速自在継手と、外輪１１１の周方向二箇所を切り欠いて設けられたセンサー取り付け部に配設された第１および第２のセンサー１３０，１４０とで構成される。各センサー１３０，１４０にはそれぞれ、プロッター等からなるデータ処理システム（図示せず）が接続されている。なお、上記の継手内部部品は、内輪１１２、ボール１１３およびケージ１１４からなり、内輪１１２の内径面にはトルク伝達手段を介してシャフト１１５が連結されている。
【０００５】
第１のセンサー１３０はトラック荷重の測定に用いられるものであり、その先端部には、トラック荷重の作用に伴って、ボール１１３のトルク伝達方向に変位可能な測定部１３０ａが設けられている。測定部１３０ａは、外輪１１１に設けられたセンサー取り付け部のうち、ボール１１３に隣接した箇所に設けられた案内部に沿って変位する。そしてこの第１のセンサー１３０は、その測定部１３０ａの一端面がトラック荷重の作用時にボール１１３と接触するようにして、あるいは、その測定部１３０ａの一端面を予めボール１１３に接触させた状態で配設されている。
【０００６】
一方、第２のセンサー１４０は外輪内径面荷重の測定に用いられるものであり、その先端部には、外輪内径面荷重の作用に伴って、シャフト１１５の軸線と直交する方向に変位可能な測定部が設けられている。第２のセンサー１４０の測定部は、上記同様外輪１１１に設けられたセンサー取り付け部のうち、ケージ１１４に隣接した箇所に設けられた案内部に沿って変位する。そしてこの第２のセンサー１４０は、その測定部の一端面が外輪内径面荷重の作用時にケージ１１４と接触するようにして、あるいは、その測定部の一端面を予めケージ１１４に接触させた状態で配設されている。
【０００７】
内部力測定装置１００は概ね以上の構成からなり、等速自在継手を作動（シャフト１１５を回転）させると、ボール１１３から外輪１１１のトラック溝にトラック荷重が作用する。トラック荷重が作用すると（ボール１１３が外径側に変位すると）、第１のセンサー１３０の測定部１３０ａがボール１１３によって押圧され、当該測定部１３０ａがボール１１３のトルク伝達方向に変位する。これと同時に、ケージ１１４から外輪１１１の内径面に外輪内径面荷重が作用すると（ケージ１１４が外径側に変位すると）、第２のセンサー１４０の測定部がケージ１１４によって押圧され、当該測定部がシャフト１１５の軸線と直交する方向に変位する。そして、各センサー１３０，１４０の測定部の変位量を検出することにより導き出された各荷重が、データ処理システムによって記録される（以上、非特許文献１参照）。
【０００８】
また、上記の内部力測定装置の一部を変更してなる、アンギュラコンタクトタイプのトリポード型等速自在継手用の内部力測定装置も公知である（非特許文献２参照）。
【非特許文献１】日本機械学会論文集（Ｃ編）６９巻６７８号（２００３）  ｐ４８７−４９５
【非特許文献２】日本機械学会２００３年度年次大会講演論文集４  ｐ１５５−１５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上に示すように、公知の内部力測定装置は、何れもアンギュラコンタクトタイプの摺動式等速自在継手用の内部力測定装置である。設計段階における内部力の測定は、摺動式等速自在継手のみならず、固定式等速自在継手においても行うのが望ましいが、固定式等速自在継手用の内部力測定装置は未だ提案されるに至っていない。そこで、本願発明者は、固定式等速自在継手の内部力を測定するため、上述した内部力測定装置１００を、そのままの状態で固定式等速自在継手の内部力測定装置として用いることとした。その場合の構成例を図４に示す。なお、同図では、ボール１１３と外輪１１１のトラック溝の二つの接触点（トルク伝達点）におけるトラック荷重を測定するため、第１のセンサー１３０は周方向の２箇所に設けられている。
【００１０】
図示例からも明らかなように、従来用いられていたトラック荷重測定用の第１のセンサー１３０は、その測定部１３０ａの外壁面のうち、ケージ１１４の外径面に接近した側の外壁面１３０ａ１はテーパ状を呈している。そのため、該第１のセンサー１３０の測定部外壁面１３０ａ１と、隣接するケージ１１４の外径面１１４ａとの間には、角度αの鋭角部が形成される。固定式等速自在継手では、外輪１１１のトラック溝に、内部力が作用するケージ１１４の外径面（外球面）が隣接しているため、このような鋭角部が形成されると、第１のセンサー１３０の測定部１３０ａには、隣接するケージ１１４からの応力も作用する。そのため、第１のセンサー１３０の測定部１３０ａに本来以上の変形（弾性変形）が生じ、その結果、測定部１３０ａに本来作用すべきトラック荷重が逃げて（小さくなって）しまう。以上のことから、摺動式等速自在継手用の内部力測定装置１００の構成をそのまま固定式等速自在継手の内部力測定装置１１０として用いても、測定すべきトラック荷重を正確に測定することができないことが判明した。
【００１１】
本発明の目的は、等速自在継手、特に固定式等速自在継手の作動状態で、継手内部に生じる内部力の測定を正確に行い得る内部力測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するため、本発明では、一端を開口させ、内径面にトラック溝を有する外側継手部材と、外径面に外側継手部材のトラック溝と対をなすトラック溝を有する内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材の両トラック溝が協働して形成するトラックに配された複数のボールと、外側継手部材と内側継手部材との間に配設され、ボールを保持するケージとを備える等速自在継手の作動状態で、等速自在継手の内部に作用する内部力のうち、ボールから外側継手部材のトラック溝に作用するトラック荷重の測定を、ボールのトルク伝達方向に変位可能に設けられた測定部の変位量を検出することにより行うセンサーを備えた等速自在継手用内部力測定装置において、測定部は、外側継手部材の内部に設けられた案内部に沿って案内される対向する２つの側壁面を有し、該２つの側壁面のうち、ケージの外径面に接近した側の側壁面を、ボールのトルク伝達方向に延びる軸線と平行に形成したことを特徴とする等速自在継手用内部力測定装置を提供する。なお、上記でいう「平行」は、若干平行でない場合も含む意である。
【００１３】
上述のように、本発明にかかる等速自在継手用内部力測定装置は、センサーに設けられる測定部が、外側継手部材の内部に設けられた案内部に沿って案内される対向する２つの側壁面を有し、該２つの側面のうち、ケージの外径面に接近した側の側壁面を、ボールのトルク伝達方向に延びる軸線と平行に形成したことを特徴とするものである。かかる構成によれば、測定部の側壁面とケージの外径面との間の角度を従来構成に比べて大きくすることができる。そのため、センサーの測定部には隣接するケージからの応力が作用しにくくなり、その結果、センサーの測定部はトラック荷重にのみ反応してボールのトルク伝達方向に正確に変位可能となる。従って、上記構成であれば、図４に示す従来構成に比べ、トラック荷重の測定を正確に行うことが可能となる。また、従来構成では、測定部にケージからの応力が作用する分、新たな応力集中部が生じ、センサー、特にその測定部の耐久寿命の低下等を招く恐れがある。これに対し、上記本発明の構成であれば、かかる新たな応力集中部の発生を防止し、耐久寿命の予期せぬ低下等を回避することができる。
【００１４】
上記の等速自在継手用内部力測定装置には、さらに、等速自在継手の作動状態でその内部に作用する内部力のうち、ケージから外側継手部材に作用する荷重（外側継手部材内径面荷重）を測定するセンサーを設けることができる。
【００１５】
上記構成の内部力測定装置は上述した理由から、例えば、外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面とが球状面で構成された、いわゆるツェッパ型の固定式等速自在継手の内部力測定に好適に用いることができる。また、上記構成の内部力測定装置は、例えば、外側継手部材のトラック溝が、その外側継手部材の開口側に向けて軸線と平行な直線部分を有し、内側継手部材のトラック溝が、外側継手部材の反開口側に向けて軸線と平行な直線部分を有する、いわゆるアンダーカットフリー型の固定式等速自在継手の内部力測定に好適に用いることができる。
【００１６】
また、本発明にかかる内部力測定装置は、ボールが円周方向の６箇所に等配されたタイプの等速自在継手の他、ボールが円周方向の８箇所に等配されたタイプの等速自在継手の内部力測定にも好適に用いることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、等速自在継手の内部力、特に固定式等速自在継手の内部力の測定を正確に行い得る内部力測定装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る内部力測定装置を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る内部力測定装置１を示すもので、固定式等速自在継手、より厳密には、いわゆるアンギュラコンタクトタイプのツェッパ型等速自在継手の内部力測定に用いられるものである。同図に示す内部力測定装置１は、内球面に複数のトラック溝を有する外側継手部材としての外輪２と、外輪２の内径側に配設された継手内部部品と、外輪２の周方向３箇所を切り欠いて設けられたセンサー取り付け部に配設された第１のセンサー３，３および第２のセンサー４とで構成される。第１のセンサー３，３および第２のセンサー４には、プロッター等からなるデータ処理システム（図示せず）が接続されている。上記の継手内部部品は、外球面に外輪２のトラック溝と対をなす複数のトラック溝を有する内側継手部材としての内輪５と、外輪２のトラック溝と内輪５のトラック溝とで協働して形成されるボールトラックに配される複数（図示例では６個）のボール６と、外輪２と内輪５との間に配設され、ボール６を収容するためのボールポケットを有するケージ７とで構成され、内輪５の内周にはセレーションやスプライン等のトルク伝達手段を介してシャフト８が連結されている。
【００２０】
第１のセンサー３，３は、継手の作動状態で、ボール６から外輪２のトラック溝に作用するトラック荷重を測定するためのもので、それぞれ異なるボール６の外径側に配設され、例えばそのベース部に設けられたねじ穴で外輪２にねじ止め固定される。図中左側に配設された第１のセンサー３は、ボール６と外輪２のトラック溝との２つの接触点（トルク伝達点）のうち、一方側の接触点におけるトラック荷重を測定するためのものであり、また、図中右側に配設された第１のセンサー３は、ボール６と外輪２のトラック溝との２つの接触点のうち、他方側の接触点におけるトラック荷重を測定するためのものである。
【００２１】
第１のセンサー３，３の先端部には、トラック荷重の作用に伴ってボール６が外径側に変位すると、その変位に追従する形で当該ボール６のトルク伝達方向に変位可能な測定部３ａが設けられている。この測定部３ａは、センサー３のベース部側（外径側）に設けられたピエゾ圧電素子に連結されている。ピエゾ圧電素子は、検出された変位量を電気信号に変換可能とするものである。この第１のセンサー３は、測定部３ａの端面がトラック荷重の作用時にボール６と接触するようにして、あるいは、その測定部３ａの端面を予めボール６に接触させた状態で配設されている。
【００２２】
測定部３ａは、図１および図２に示すように、外輪２のセンサー取り付け部のうちボール６に隣接する領域に設けられた案内部２ａに沿って案内される対向する２つの側壁面３ａ１，３ａ２を有している。２つの側壁面３ａ１，３ａ２のうち、ケージ７の外球面７ａに接近した側の側壁面３ａ１は、ボール６のトルク伝達方向に延びる軸線９と平行に形成されている。ところで、測定部３ａの変位方向は、トラック荷重を正確に測定する上で非常に重要になる。そのため、第１のセンサー３は、測定部３ａのボール６との接触側の端面の変位方向が、ボール６のトルク伝達方向に延びる軸線９に対して垂直になるように配設するのが望ましい。
【００２３】
第２のセンサー４は、継手の作動状態で、ケージ７の外球面７ａから外輪２の内球面に作用する外輪内球面荷重を測定するためのものであり、ケージ７の外径側に配設され、例えばそのベース部に設けられたねじ穴で外輪２にねじ止め固定される。この第２のセンサー４は、その測定部の変位方向が、ケージ７の外球面７ａと外輪２の内球面の接触角方向に延びる軸線と一致するようにして配設されている。なお第２のセンサー４の測定部も、上記第１のセンサー３の測定部３ａと同様に、センサー４のベース部側（外径側）に設けられたピエゾ圧電素子に連結されている。そしてこの第２のセンサー４は、その測定部の端面が外輪内径面荷重の作用時にケージ７と接触するようにして、あるいは、その測定部の端面を予めケージ７に接触させた状態で配設されている。
【００２４】
以上の構成からなる内部力測定装置１において、継手を作動状態にすると（シャフト８を回転させると）、それに伴ってボール６から外輪２のトラック溝にトラック荷重が作用し、ボール６が外径側に変位すると、これに追従する形で第１のセンサー３の測定部側壁面が外輪２の案内部２ａに案内されるようにしてトルク伝達軸線９方向に変位する。これと同時に、ケージ７から外輪２の内球面に外輪内径面荷重が作用し、ケージ７の外球面７ａが外径側に変位すると、第２のセンサー４の測定部が外径側に変位する。そして、各センサー３，４の測定部の変位量を検出することにより導き出されたトラック荷重および外輪内球面荷重が、データ処理システムによって記録される。
【００２５】
本発明では、第１のセンサー３に設けられた測定部３ａの側壁面のうち、ケージ７の外球面７ａに接近した側の側壁面３ａ１が、それぞれボール６のトルク伝達方向に延びる軸線９と平行に形成されていることから、第１のセンサー３の測定部側壁面３ａ１と、当該第１のセンサー３に隣接するケージ７の外球面７ａとの間の角度βは従来構成に比べ大きくなる。そのため、第１のセンサー３の測定部３ａには、隣接するケージ７からの応力が作用しにくくなり、第１のセンサー３の測定部３ａには測定すべきトラック荷重のみが作用する。その結果、第１のセンサー３の測定部３ａはトラック荷重のみに反応して変位するので、トラック荷重の測定を正確に行うことが可能となる。また、従来構成では、測定部３ａにケージ７からの応力が作用する分、新たな応力集中部が生じ、センサー３（測定部３ａ）の耐久寿命の低下等を招く恐れがある。これに対し、上記本発明の構成であれば、かかる新たな応力集中部の発生を防止し、耐久寿命の予期せぬ低下等を回避することができる。
【００２６】
なお、図示例では、第１のセンサー３に設けられた測定部３ａの側壁面のうち、ケージ７の外球面７ａに接近した側の側壁面３ａ１を、ボール６のトルク伝達方向に延びる軸線９と平行に形成しているが、トラック荷重の測定を正確に行うことができるのであれば完全に平行である必要はなく、ケージ７の外球面７ａに接近した側の側壁面３ａ１は、軸線９に対して若干傾斜していても良い。
【００２７】
以上では、外輪２の内径面と内輪５の外径面とが球状面で構成された、いわゆるツェッパ型等速自在継手の内部力測定に用いられる内部力測定装置１について説明を行ったが、本発明にかかる内部力測定装置１は、外輪２のトラック溝が、その開口側に向けて軸線と平行な直線部分を有し、内輪５のトラック溝が、外輪２の反開口側に向けて軸線と平行な直線部分を有する、いわゆるアンダーカットフリー型等速自在継手の内部力測定にも好適に用いることができる。
【００２８】
また、以上では、ボール６が円周方向の６箇所に等配された等速自在継手の内部力測定に用いられる内部力測定装置について説明を行ったが、本発明にかかる内部力測定装置１は、ボール６が円周方向の８箇所に等配された等速自在継手の内部力測定にも好適に用いることができる。
【００２９】
以上、本発明について説明を行ったが、本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことである。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る等速自在継手用内部力測定装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す第１のセンサーの斜視図である。
【図３】ダブルオフセット型等速自在継手の内部力測定に用いられる内部力測定装置を示す断面図である。
【図４】図３に示す内部力測定装置の構成を、固定式等速自在継手の内部力測定装置として用いた断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    等速自在継手
２    外輪
３    第１のセンサー
３ａ  測定部
３ａ１  側壁面
４    第２のセンサー
５    内輪
６    ボール
７    ケージ
９    ボールのトルク伝達方向に延びる軸線
【図１】
2008019964.tif 000003
【図２】
2008019964.tif 000004
【図３】
2008019964.tif 000005
【図４】
2008019964.tif 000006