(57)【要約】      （修正有）【課題】等速自在継手のボールの挙動を検出できて、ボールの剥離等による寿命を把握できる等速自在継手のボール挙動計測装置を提供する。【解決手段】ボールポケットを有するボール支持体６をケージ１６に周方向のスライドを可能として付設する。ボールのうちの一つを着磁ボール５ａとする。着磁ボール５ａをボールポケットに回転可能に支持させる。ボール支持体６に、着磁ボール５ａの中心が原点となる３次元座標系のＸ，Ｙ，Ｚ軸のうちのＸ、Ｙ軸方向のボール磁軸の変化を検出するＸ成分検出器５０及びＹ成分検出器５１を配置する。３次元座標系のＺ軸方向の磁路を有する磁気回路７５を構成して、ボール支持体６から離れた位置に、Ｚ軸方向のボール磁軸の変化を測定するＺ成分検出器５２を配置する。【選択図】図２
2008025995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた等速自在継手のボール挙動計測装置であって、
ボールポケットを有するボール支持体を前記ケージに周方向のスライドを可能として付設するとともに、前記ボールのうちの一つを着磁ボールとして、この着磁ボールをボールポケットに回転可能に支持させて、ボール支持体において、着磁ボールの中心が原点となる３次元座標系のＸ、Ｙ、Ｚ軸のうちのＸ、Ｙ軸上にＸ成分検出器及びＹ成分検出器を配置し、さらに、前記３次元座標系のＺ軸と平行な磁路を有する磁気回路を構成して、この磁気回路におけるボール支持体から離れた位置の前記磁路上に、Ｚ成分検出器を配置し、このＸ成分検出器とＹ成分検出器とＺ成分検出器にて、前記着磁ボールの磁軸の方向を３次元的に検出することを特徴とする等速自在継手のボール挙動計測装置。
【請求項２】
前記着磁ボールとボール支持体のポケットとが点接触することを特徴とする請求項１の等速自在継手のボール挙動計測装置。
【請求項３】
前記検出器を、ホール素子からなる磁気センサにて構成したことを特徴とする請求項１又は請求項２の等速自在継手のボール挙動計測装置。
【請求項４】
前記Ｘ成分検出器及びＹ成分検出器の配置位置を有限要素法にて設定したことを特徴とする請求項３の等速自在継手のボール挙動計測装置。
【請求項５】
前記Ｘ成分検出器及びＹ成分検出器との温度特性を同じとしたことを特徴とする請求項３又は請求項４の等速自在継手のボール挙動計測装置。
【請求項６】
前記磁気回路のＺ軸方向の磁路を複数本有するとともに、前記Ｚ成分検出器がこの磁路に対応して複数個有し、各Ｚ成分検出器の温度特性を前記Ｘ成分検出器及びＹ成分検出器の温度特性よりも小さくしたことを特徴とする請求項４の等速自在継手のボール挙動計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は等速自在継手のボール挙動計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
等速自在継手には、内径面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた固定式等速自在継手がある。
【０００３】
このため、トルク伝達用のボールの動きは等速自在継手の寿命に大きく影響を与える。しかしながら、この種の等速自在継手においては、ボールとトラック間の滑り量やスピン量などの基本的物理量の把握ができていないのが現状である。
【０００４】
ところで、トルク伝達用のボールを使用するものには玉軸受がある。この玉軸受に対しては、ボールの挙動を測定する方法が種々提案されている。この測定方法には、光学的計測方法と、磁気的測定方法(非特許文献１)とがある。
【０００５】
光学的計測方法としては、光ファイバ式変位計を使用してそのボールの挙動を測定するものがある。また、磁気的測定方法には、ボールを着磁し、その着磁ボールと、サーチコイルを用いた２次元挙動計測方法、さらには、非特許文献１のように、着磁ボールと磁気センサ（ホール素子）とを用いた３次元挙動測定方法がある。
【非特許文献１】第２５回通常総会予稿集Ａ・１９「日本潤滑学会  １９８１年」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
すなわち、前記磁気的測定方法のホール素子を用いる計測は、固定側に３次元座標軸上にそれぞれホール素子を配置し、着磁ボール（磁化玉）が１周する間の特定点で固定側に配置したホール素子により着磁ボールの磁軸の変位を測定する。これによって、着磁ボールの挙動を検出するようにしている。
【０００７】
ここで、ホール素子とはホール効果を利用した磁気センサである。このホール効果は、固体（半導体薄膜）に電流を流し、この固体に磁界を加えたとき、電流方向及び磁界方向それぞれに垂直な方向に電圧が発生するという原理に基づくものである。すなわち、図２５に示すように、入力端子に制御電流Ｉｃを流して、ホール素子１に磁界Ｂを加えると、入力端子の対角をなす出力端子からは、次の数１に示される式で表される電圧Ｖｈが誘起される。
【０００８】
【数１】
2008025995.tif 000003
【０００９】
ここで、Ｒｈはホール係数であり、１／ｅ・ｎで表される。ｅは電荷量であり、ｎはキャリア濃度である。
【００１０】
制御電流を一定とすると、磁束の方向がホール電圧によって決まる。このため、図２６に示すように、着磁ボール２の中心Ｏを原点とした３次元座標のＸ、Ｙ、Ｚの３軸上にそれぞれホール素子１を配置して、各ホール素子１に前記制御電流Iｃを流せば、磁束の座標軸方向成分に比例したホール電圧Ｖｈが得られる。このため、発生電圧から磁束の方向すなわち、ボール２の磁軸３の方向が３次元的に決定できる。このように、ボール２の磁軸３の方向が３次元的に決定できれば、ボール２の挙動を検出できる。
【００１１】
ところが、等速自在継手は、玉軸受と相違して、ボールがケージポケット内でスライドする。このため、ボールがケージポケット内でスライドしない玉軸受に対する測定方法（前記光学的測定方法及び磁気的測定方法）をそのまま等速自在継手に適用できない。しかも、玉軸受に比べて等速自在継手は大型であり、このようなものに対応できるようにするには困難が予想される。
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みて、等速自在継手のボールの挙動を検出できて、ボールの剥離等による寿命を把握できる等速自在継手のボール挙動計測装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の等速自在継手のボール挙動計測装置は、内径面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外径面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝との間に介在してトルクを伝達する複数のボールと、前記外側継手部材の内径面と内側継手部材の外径面との間に介在してボールを保持するケージとを備えた等速自在継手のボール挙動計測装置であって、ボールポケットを有するボール支持体を前記ケージに周方向のスライドを可能として付設するとともに、前記ボールのうちの一つを着磁ボールとして、この着磁ボールをボールポケットに回転可能に支持させて、ボール支持体において、着磁ボールの中心が原点となる３次元座標系のＸ、Ｙ、Ｚ軸のうちのＸ、Ｙ軸上にＸ成分検出器及びＹ成分検出器を配置し、さらに、前記３次元座標系のＺ軸と平行な磁路を有する磁気回路を構成して、この磁気回路におけるボール支持体から離れた位置の前記磁路上に、Ｚ成分検出器を配置し、このＸ成分検出器とＹ成分検出器とＺ成分検出器にて、前記着磁ボールの磁軸の方向を３次元的に検出するものである。
【００１４】
本発明の等速自在継手のボール挙動計測装置によれば、着磁ボールは、ケージに周方向のスライドを可能として付設されるボール支持体に配置されるので、ケージの周方向に移動できる。そして、Ｘ成分検出器にて、着磁ボールの中心が原点となる３次元座標系のＸ軸におけるボール磁軸の方向変化を検出することができ、Ｙ成分検出器にて、着磁ボールの中心が原点となる３次元座標系のＹ軸におけるボール磁軸の方向変化を検出することができる。また、３次元座標系のＺ軸おけるボール磁軸の方向変化をＺ成分検出器にて検出できる。
【００１５】
すなわち、ボール支持体に配置されるＸ成分検出器及びＹ成分検出器にて検出されるＸ、Ｙ成分はケージポケット内成分（径方向のポケット中心線が直交する面内の成分）である。このため、このＸ、Ｙ軸に直交するＺ軸方向のボール磁軸を測定するための検出器を、このボール支持体に配置することができない。そこで、３次元座標系のＺ軸方向の磁路を有する磁気回路を構成することによって、Ｚ軸におけるボール磁軸の方向変化を検出するようにしている。このため、発生電圧から磁束の方向すなわち着磁ボールの磁軸の方向を三次元的に決定でき、ボールの自転を検出できてボールの挙動を把握することができる。
【００１６】
前記着磁ボールとボール支持体のポケットとが点接触するようにできる。これにより、着磁ボールとボール支持体のポケットとの接触を、この種の等速自在継手のボールとケージポケットの接触に合わせることができる。
【００１７】
また、前記検出器を、ホール素子から構成することができる。ここで、ホール素子とは、ホール効果を利用した磁気センサである。
【００１８】
前記Ｘ成分検出器及びＹ成分検出器の配置位置を有限要素法にて設定することができる。有限要素法とは、数値解析法のひとつで、複雑な形状や性質を持つ物体を単純化するまで小さく分割し、それぞれの部分の計算結果を足し合わせることで全体の挙動を近似値として求めようとする手法である。このため、支持体での検出器の配置位置を、磁気の検出に最適な位置とするようにできる。
【００１９】
前記Ｘ成分検出器及びＹ成分検出器との温度特性を同じとすることができる。これによって、Ｘ成分検出器とＹ成分検出器との温度上昇による検出誤差の発生を防止できる。
【００２０】
前記磁気回路のＺ軸方向の磁路を複数本有するとともに、前記Ｚ成分検出器がこの磁路に対応して複数個有し、各Ｚ成分検出器の温度特性を前記Ｘ成分検出器及びＹ成分検出器の温度特性よりも小さくしてもよい。この場合、Ｚ軸方向の出力は各Ｚ成分検出器の合力であり、このため、各Ｚ成分検出器の温度特性が小さいことは、全体として温度の影響が小さくなる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の等速自在継手のボール挙動計測装置によれば、各検出器の発生電圧から磁束の方向すなわち着磁ボールの磁軸の方向を三次元的に決定でき、ボールの自転を検出できてボールの挙動を把握することができる。このため、ボールの挙動に基づいて、等速自在継手の長寿命化等の開発効率の向上を図ることができる。特に、ボールの円周方向の移動とともにＸ成分検出器とＹ成分検出器とは一体に移動でき、計測精度（検出精度）の向上を図ることができる。
【００２２】
着磁ボールとボール支持体のポケットとの接触を、この種の等速自在継手のボールとケージポケットの接触に合わせることができる。このため、計測できるボールの挙動の信頼性が一層向上する。
【００２３】
前記検出器を、ホール素子から構成することができるので、ボールの磁軸の変位検出が安定する。また、支持体での検出器の配置位置を、磁気の検出に最適な位置とするようにできるので、高精度にボールの磁軸の位置を検出することができる。
【００２４】
検出器にて検出されるボールの磁軸データが、温度変動による影響をあまり受けなくすることができ、計測精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る等速自在継手のボール挙動計測装置の実施形態を図１〜図２３に基づいて説明する。
【００２６】
図１と図２に示すボール挙動計測装置は、着磁ボール（磁化玉）５ａを支持したボール支持体６を備え、このボール支持体６は等速自在継手のケージ１６に付設されている。等速自在継手は図３に示すように、内径面１０にトラック溝１１が形成された外側継手部材１２と、外径面１３にトラック溝１４が形成された内側継手部材１５と、前記外側継手部材１２のトラック溝１１と内側継手部材１５のトラック溝１４との間に介在してトルクを伝達する複数のボール５と、外側継手部材１２の内径面１０と内側継手部材１５の外径面１３との間に介在してボール５を保持するケージ１６とを備える。
【００２７】
外側継手部材１２は、一方の開口部がエンドキャップ７にて塞がれ、他方の開口部が密着装置８にて塞がれている。この密封装置８はブーツ８ａと金属製のブーツアダプタ８ｂとからなる。そして、内側継手部材１５にはシャフト９の端部９ａが嵌入され、ブーツ１２の小端部がシャフト９にブーツバンドを介して取付けられ、ブーツ８ａの大端部が、外側継手部材１２に装着されるブーツアダプタ８ｂに加締めて保持されている。
【００２８】
ケージ１６は、図４と図５に示すように、その周壁１７には、１個の矩形孔１８及び複数個のポケット１９（この場合、５個）が形成されている。矩形孔１８には前記ボール支持体６が嵌着され、ポケット１９にはボール５（非磁化玉）が支持される。
【００２９】
矩形孔１８の軸方向端面２０、２１にはそれぞれＬ字状の溝２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄが設けられている。各溝２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄは、図７に示すように、ケージ外径面２３に開口する径方向部２４と、径方向部２４から延びる周方向部２５とからなる。周方向部２５は、その断面形状が図８と図９に示すように、半円形状とされる。また、溝２２ａ、２２ｂ間の周壁１７には、図４と図６に示すような一対の切欠溝２６ａ、２６ｂが形成されている。
【００３０】
また、ボール支持体６は、図１０に示すように円形貫孔２７を有する矩形状の本体枠２８と、この本体枠２８の貫孔２７に嵌合される第１リング体２９と、第１リング体２９に内嵌される第２リング体３０とを備える。
【００３１】
本体枠２８は、図１と図２に示すように、ケージ１６の矩形孔１８に嵌合し、この嵌合した状態で、その外面３１がケージ外径面２３と連続する凸曲面に形成され、その内面３２がケージ内径面３３と連続する凹曲面とされる。
【００３２】
ケージ１６の矩形孔１８の軸方向端面２０、２１に対応する端面３４、３５には、溝２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄに対応する溝３６ａ、３６ｂ、３６、３６ｄが形成されている。各溝３６ａ、３６ｂ、３６、３６ｄは、図１７と図１８と図２０とに示すように、外面３１に開口する径方向部３７と、この径方向部３７に連設される周方向部３８とからなる。
【００３３】
第１リング体２９は、図１１に示すように、その外面４０がケージ外径面２３及び本体枠２８の外面３１と連続する凸曲面に形成され、その内面４１がケージ内径面３３及び本体枠２８の内面３２と連続する凹曲面とされる。
【００３４】
また、第２リング体３０は、図２１と図２２に示すように、その内周面に相対面する平坦面４３、４４が設けられている。この平坦面４３、４４は、軸方向端面２０、２１に対応し、１８０度反対位置に配置されている。第２リング体３０は、その外面４５がケージ外径面２３、本体枠２８の外面３１、及び第１リング体２９の外面４０と連続する凸曲面に形成され、その内面４６がケージ内径面３３、本体枠２８の内面３２、及び第２リング体２９の内面４１と連続する凹曲面とされる。
【００３５】
本体枠２８と第１リング体２９と第２リング体３０とを組み合わせた状態でボール支持体６が構成され、図１と図２に示すように、このボール支持体６に検出器（Ｘ成分検出器）５０、５０及び検出器（Ｙ成分検出器）５１、５１が配置される。検出器５０、５１は、ホール素子にて構成される磁気センサが用いられる。すなわち、前記したように、ホール素子１は、その入力端子に制御電流Ｉｃを流して、ホール素子１に磁界Ｂを加えると、入力端子の対角をなす出力端子から電圧Ｖｈが誘起される。
【００３６】
Ｘ成分検出器５０、５０は、本体枠２８の端面（第１端面）３４とこれに隣合う第３端面５５とが成す角５７と、本体枠２８の端面（第２端面）３５とこれに隣合う第４端面５６とが成す角５８とを結ぶ対角線Ｌ１上に配置される。Ｙ成分検出器５１、５１は、本体枠２８の端面（第２端面）３５とこれに隣合う第３端面５５とが成す角５９と、本体枠２８の端面（第１端面）３４とこれに隣合う第４端面５６とが成す角６０とを結ぶ対角線Ｌ２上に配置される。
【００３７】
この場合、図１０に示すように、ボール支持体６には、検出器５０、５１及び各検出器５０、５１に接続される配線６１、６２が収納される収納用溝６３、６４が設けられている。第１収納用溝６３は、第１リング体２９と第２リング体３０に対応して形成され、その直線状先端部６３ａが対角線Ｌ１に対応し、その基端部６３ｂがケージ１６の第１切欠溝２６ａに対応する。また、先端部６３ａは、図１２に示すように、ほぼ第２リング体３０に形成され、図１４に示すように、その底面６５がほぼ第２リング体３０の内面４６に達する程度の深さとされ、この先端部６３ａにＸ成分検出器５０（５０ａ）が収容される。先端部６３ａと基端部６３ｂとの間の中間部６３ｃは、第１リング体２９に沿った円弧状とされる。
【００３８】
また、基端部６３ｂの底面６６は、図１３と図１５に示すように、外方(ケージ１６の矩形孔１８の軸方向端面２０側)に向かって順次深くなるテーパ面とされている。さらに、中間部６３ｃにおける基端部６３ｂ側には図１３に示すように、幅広部６８が形成されている。幅広部６８は、中間部６３ｃから連続する第１部６８ａと、第１部６８ａの内径側に配設される第２部６８ｂとからなる。なお、基端部６３ｂ以外、つまり先端部６３ａの底面６５と、先端部６３ａと基端部６３ｂとの間の中間部６３ｃの底面６７とが同一深さとされている。
【００３９】
このため、図１に示すように、Ｘ成分検出器５０ａが第１収納溝６３の先端部６３ａに収納されて、この配線６１が、先端部６３ａ，中間部６３ｃ，基端部６３ｂ、及び切欠溝２６ａを介して、外部へ引き出される。また、Ｙ成分検出器５１ａが第１収納溝６３の幅広部６８の第２部６８ｂに収容されて、この配線６２が、基端部６３ｂ及び切欠溝２６ａを介して、外部へ引き出される。
【００４０】
また、第２収納溝６４も、直線状先端部６４ａと、ケージ１６の第２切欠溝２６ｂに対向する基端部６４ｂと、第１リング体２９に沿って配設される円弧状の中間部６４ｃとからなる。この場合も、基端部６４ｂは、外方(ケージ１６の矩形孔１８の軸方向内端面２０側)に向かって順次深くなるテーパ面とされている。さらに、中間部６４ｃにおける基端部６４ｂ側には、第１部６８ａと第２部６８ｂとからなる幅広部６８が形成されている。
【００４１】
Ｙ成分検出器５１ｂが第２収納溝６４の先端部６４ａに収納されて、この配線６２が、先端部６４ａ，中間部６４ｃ，基端部６４ｂ、及び切欠溝２６ｂを介して、外部へ引き出される。また、Ｘ成分検出器５０ｂが第２収納溝６４の幅広部６８の第２部６８ｂに収容されて、この配線６１が、基端部６４ｂ及び切欠溝２６ｂを介して、外部へ引き出される。
【００４２】
ところで、図１に示すように、ボール支持体６が矩形孔１８に嵌合された際には、ケージ１６の溝２２ａに支持体６の溝３６ａが対応し、ケージ１６の溝２２ｂに支持体６の溝３６ｂが対応し、ケージ１６の溝２２ｃに支持体６の溝３６ｃが対応し、ケージ１６の溝２２ｃに支持体６の溝３６ｃが対応し、ケージ１６の溝２２ｄに支持体６の溝３６ｄが対応する。
【００４３】
このため、溝２２ａ、３６ａにてボール嵌合用孔部７０ａが構成され、溝２２ｂ、３６ｂにてボール嵌合用孔部７０ｂが構成され、溝２２ｃ、３６ｃにてボール嵌合用孔部７０ｃが構成され、溝２２ｄ、３６ｄにてボール嵌合用孔部７０ｄが構成される。そして、各ボール嵌合用孔部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄにスライド用ボール７１が嵌合されている。
【００４４】
また、ケージ１６の矩形孔１８の第１・第２端面間寸法Ｍ１をボール支持体６の第１・第２端面間寸法ｍ１と略同一とし、ケージ１６の矩形孔１８の第３・第４端面間寸法Ｍ２をボール支持体６の第３・第４端面間寸法ｍ２よりも大きく設定した。
【００４５】
このため、ボール嵌合用孔部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄに嵌合しているスライド用ボール７１を介して、ボール支持体６は矩形孔１８内での図２に示すように、矢印Ｎ１、Ｎ２の周方向のスライドが可能となる。
【００４６】
このボール支持体６には、第２リング体３０の孔部４２にて構成されるボールポケット７２が構成され、このボールポケット７２に着磁したボール（磁化玉）５ａが嵌合される。この際、前記第２リング体３０の内周面４２の平坦面４３、４４に対して点接触して接触する。なお、平坦面４３、４４の長さの範囲Ｒ分、点接触することになる。
【００４７】
従って、この装置では、着磁ボール５ａをボールポケット７２に回転可能に支持させて、着磁ボール５ａの中心Ｏが原点となる３次元座標系のＸ，Ｙ，Ｚ軸のうちのＸ軸上に一対のＸ成分検出器５０ａ、５０ｂを配置し、Ｙ軸上にＹ成分検出器５１ａ、５１ｂを配置することになる。なお、このボール支持体６には、肉抜き孔９８が設けられている。
【００４８】
すなわち、各検出器５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂに前記制御電流を流せば、磁束の座標軸方向成分に比例したホール電圧が得られるので、ボール磁軸のＸ軸方向の変化及びＹ軸方向の変化を検出することができる。このため、Ｘ−Ｙ平面（ポケット中心線が直交する面）上のボール磁軸の位置変化を検出できる。
【００４９】
ところで、検出器５０、５１を構成するホール素子においては、磁気検出に最適な配置を行う必要がある。そこで、本発明では、図２３の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）のボール支持体６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄを製作して、有限要素法による磁場解析を実施し、磁場によるボール５ａの回転運動への影響を調査した。
【００５０】
６Ａのタイプは、磁性材からなるケージ１００に、磁性材からなる第１枠体１０１を嵌合させ、この第１枠体１０１内に非磁性材からなる矩形枠の第２枠体１０２を嵌合させて、この第２枠体１０２に磁化玉１０３を収容したものである。そして、第２枠体１０２の各辺の外面側にホール素子１０５を配置している。
【００５１】
６Ｂのタイプは、磁性材からなるケージ１００に、非磁性材からなる第１枠体１０６を嵌合させ、この第１枠体１０６内に磁性材からなる円形リング状の第２枠体１０７を嵌合させて、さらにこの第２枠体１０７に非磁性材からなる円形リング状の第２枠体１０８を嵌合させて、この第３枠体１０８に磁化玉１０３を収容したものである。そして、第３枠体１０８の外周面にホール素子１０５を配置している。
【００５２】
６Ｃのタイプは、磁性材からなるケージ１００に、非磁性材からなる第１枠体１０６を嵌合させ、第１枠体１０６内に磁性材からなる円形リング状の第２枠体１０７を嵌合させて、さらに第２枠体１０７内に非磁性材からなる円形リング状の第３枠体１０８を嵌合させ、この第３枠体１０８に磁化玉１０３を配置している。そして、第２枠体１０７の内周面にホール素子１０５を配置している。
【００５３】
６Ｄのタイプは、６Ｃのタイプにおいて、ホール素子１０５と第２枠体１０７の内周面との間に隙間を設けている。
【００５４】
解析の結果、磁化玉１０５に誘起される力が６Ｄのタイプが一番小さいことがわかった。そこで、本発明では、この６Ｄのタイプのような構成とした。このため、本体枠２８と第２リング体３０とを非磁性材にて構成し、第１リング体２９を磁性材にて構成した。すなわち、本体枠２８が第１枠体１０６に対応し、第１リング体２９が第２枠体１０７に対応し、第２リング体３０が第３枠体１０８に対応する。
【００５５】
また、検出器５０、５１に用いられるホール素子は、等速自在継手による温度の影響を受けることから、各検出器５０、５１の温度特性が同じものを使用するのが好ましい。
【００５６】
ところで、前記ボール支持体６では、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のうちＸ、Ｙ方向の２軸成分しか計測できない。このため、本発明では、図３に示すような磁気回路７５を構成できるようにして、これによって、Ｚ方向のボール磁軸の方向変化を計測できるようにした。
【００５７】
この場合、支持構造体７６にて等速自在継手を支持することになる。支持構造体７６は、等速自在継手の外側継手部材１２を支持する第１部材７７と、この等速自在継手の内側継手部材１５に嵌入されたシャフト９を支持する第２部材７８と、第１部材７７と第２部材７８とを連結する連結部材７９とを備える。
【００５８】
第１部材７７は、外側継手部材１２のフランジ８０を介して連結される回転体８１と、この回転体８１に軸受８２を介して外嵌される固定体８３とを備える。回転体８１は、磁性材からなるリング状体８１ａと、このリング状体８１ａの開口部を塞ぐ非磁性材からなる円盤状体８１ｂとを有し、リング状体８１ａが外側継手部材１２のフランジ８０に取付けられる。
【００５９】
固定体８３は、連結部材７９に固定される本体部８４と、本体部８４に嵌合される嵌合部８５とを有する。本体部８４は、大径部８６と中径部８７と小径部８８とを有する孔部８４ａを備え、大径部８６に嵌合部８５が嵌合されている。
【００６０】
また、連結部材７９は、第１部材７７側および第２部材７８側の端面７９ａ、７９ｂがそれぞれテーパ面とされ、また、端面７９ａには、第１部材７７が嵌合する凹部８９ａが設けられ、端面７９ｂには、第２部材７８が嵌合する凹部８９ｂが設けられている。
【００６１】
第１部材７８は、シャフト９が挿通される円筒体９０と、連結部材７９の凹部８９ｂに嵌合する本体部９１と、この本体部９１に嵌合する第１嵌合部９２と、第１嵌合部９２に嵌合する第２嵌合部９３とを有する。すなわち、本体部９１は嵌合凹所９１ａを有し、この嵌合凹所９１ａに第１嵌合部９２が嵌合し、第１嵌合部９２は嵌合凹所９２ａを有し、この嵌合凹所９２ａに第２嵌合部９３が嵌合している。また、第２嵌合部９３は嵌合凹所９３ａを有し、この嵌合凹所９３ａに軸受９４が嵌合している。さらに、本体部９１と第１嵌合部９２には、カバー部材９５が装着されている。
【００６２】
そして、リング状体８１ａ、嵌合部８５、本体部８４、連結部材７９、本体部９１、カバー部材９５、円筒体９０、及び軸受８２、９４（内輪、外輪、及びボール）が磁性材にて構成されている。これに対して、円盤状体８１ｂ及び第１嵌合部９２が非磁性材からなる。また、シャフト９は、円筒体９０に挿通される部位より等速自在継手側は、磁性材にて構成され、この円筒体９０対応部よりも反等速自在継手側の所定範囲Ｗは非磁性材から構成されている。なお、所定範囲Ｗの介装軸部９６は、その軸方向端面が摩擦接合等にて接合されている。
【００６３】
また、第２嵌合部９３の外径側に、図２４に示すように、３個の第４嵌合部９７を配置し、この第４嵌合部９７のすきまに検出器（Ｚ成分検出器）５２を配置している。この検出器５２も、前記Ｘ成分検出器５０及びＹ成分検出器５１と同様ホール素子にて構成される。
【００６４】
このように、支持構造体７６にて支持されている等速自在継手によれば、図３の矢印のように、磁化玉５ａから第１部材７７、連結部材７９、第２部材７８、シャフト９、及び内側継手部材１５を通り、磁化玉５ａに戻る磁気回路７５が形成される。すなわち、第４嵌合部９７のすきまの通路を設けることによって、円周方向に３箇所等配の磁気回路路７５が設けられ、前記通路にＺ成分検出器５２ａ、５２ｂ、５２ｃが配置されることになる。
【００６５】
Ｚ成分検出器５２ａ、５２ｂ、５２ｃにて、前記Ｘ、Ｙ方向と直交するＺ方向のボール５ａの方向変化を検出することができる。これによって、前記Ｘ成分検出器５０とＹ成分検出器５１と合わせて、相互に直交する３軸方向のボール磁軸の方向変化を検出することができる。すなわち、各検出器５０、５１、５２の発生電圧から磁束の方向すなわち着磁ボール５ａの磁軸の方向を三次元的に決定できる。
【００６６】
なお、支持構造体７６の各部材はボルト部材(図示省略)を介して連結される。この場合、連結するどちらか一方が非磁性材であれば、使用するボルト部材には非磁性材を使用する。また、どちらも非磁性材であれば、ボルト部材には非磁性材を使用し、どちらも磁性材であれば、ボルト部材には磁性材を使用する。
【００６７】
ところで、Ｚ軸方向のボール５ａの変化は、３個のＺ成分検出器５２ａ、５２ｂ、５２ｃの出力を合わせることになるので、各Ｚ成分検出器５２の温度特性は小さいもの（Ｘ成分検出器５０及びＹ成分検出器５１）を選択するのが好ましい。
【００６８】
本発明では、各検出器５０、５１、５２の発生電圧から磁束の方向すなわち着磁ボール５ａの磁軸の方向を三次元的に決定でき、ボールａの自転を検出できてボール５ａの挙動を把握することができる。このため、ボール５ａの挙動に基づいて、等速自在継手の長寿命化等の開発効率の向上を図ることができる。特に、ボール５あの円周方向の移動とともにＸ成分検出器５０とＹ成分検出器５１とは一体に移動でき、計測精度（検出精度）の向上を図ることができる。
【００６９】
着磁ボール５とボール支持体６のポケット７２との接触を、この種の等速自在継手のボール５とケージポケット１９の接触に合わせることができる。このため、計測できるボール５ａの挙動の信頼性が向上する。
【００７０】
前記検出器５０、５１、５２を、ホール素子から構成することができるので、ボール５ａの磁軸の変位検出が安定する。また、支持体６での検出器５０、５１の配置位置を、磁気の検出に最適な位置とするようにできるので、高精度にボール５ａの磁軸の位置を検出することができる。
【００７１】
前記Ｘ成分検出器５０及びＹ成分検出器５１との温度特性を同じとすることができる。これによって、Ｘ成分検出器５０とＹ成分検出器５１との温度上昇による検出誤差の発生を防止でき、高精度の検出が可能である。また、各Ｚ成分検出器５２の温度特性が小さいものとすれば、全体として温度の影響が小さくなる。このように、本発明では、各検出器５０、５１、５２の温度特性を考慮することによって、温度の影響を受けない精度のよい検出を行うことができる。
【００７２】
前記実施形態では、対角線Ｌ１、Ｌ２上に検出器５０、５１を配置することによって、配置ボール５ａからポケット７２に作用する荷重で検出器５０、５１が破損しないようにしている。また、Ｘ軸方向成分及びＹ軸方向成分検出に検出器５０、５１を２個一組としたことによって、ボール移動による発生電圧の増減を相殺して精度の向上を図ることができる。
【００７３】
ところで、ボール５ａの自転軸（磁軸）の方向と自転量は次の計算方法で算出することができる。図２７に示すように、任意の二つの座標系をとり、その基底ベクトルをそれぞれ（ａ１，ａ２，ａ３）（ｂ１，ｂ２，ｂ３）とする。ここで、（ｂ１，ｂ２，ｂ３）は（ａ１，ａ２，ａ３）のある単位ベクトルｃ廻りに回転させたものとみなす。
【００７４】
従って、ａ１−ｂ１とａ２−ｂ２はベクトルｃに垂直である。すなわち、ベクトルｃはａ１−ｂ１とａ２−ｂ２の外積により作られるベクトルと同じ向きになる。これを単位ベクトル化すれば、ｃは次式（数２）で表される。
【００７５】
【数２】
2008025995.tif 000004
【００７６】
継手回転位相角０°と３６０°のときの、ボール５ａに固定した座標系をそれそれ（ａ１，ａ２，ａ３）（ｂ１，ｂ２，ｂ３）とすれば、ベクトルｃはボールの自転軸の方向を表しており、回転量Ψは次式（数３）で表される。
【００７７】
【数３】
2008025995.tif 000005
【００７８】
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、前記実施形態では、等速自在継手としてツェッパ型等速自在継手（ＢＪ）を採用したが、他のアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）等を採用したりできる。すなわち、等速自在継手として、トルク伝達用の転動体にボールが使用されるものであればよい。また、検出器５０、５１が対角線Ｌ１、Ｌ２上に配置しないものであっても、各成分検出に１個の検出器を使用してもよい。Ｚ軸方向成分の検出の検出器５２としても、数の増減は任意である。
【００７９】
検出器５０、５１、５２としては、ホール素子に限らず、電気抵抗素子、接合型素子等の他の磁気センサにても構成することができる。また、図３においては、第１部材７７と第２部材７８とは転結部材７９を介して所定角度を成すように設定し、これによって、等速自在継手が作動角をとった状態としているが、第１部材７７と第２部材７８とを連結部材７９を介して平行に配置し、等速自在継手が作動角をとらない状態でボール５ａの磁軸の変化を検出するようにしてもよい。
【００８０】
ボール挙動計測装置において、非磁性材に使用する材質としては、種々のものを使用することができる。例えば、ボール支持体６の本体枠等に、例えば非磁性高硬度形用鋼（日立金属株式会社製のＨＰＭ７５）を使用し、７００℃で５時間の時効処理をするようにできる。これによって、浸炭焼入れを行った通常のケージ１６の硬度には及ばないが、これに近い所期の硬度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態を示す等速自在継手のボール挙動計測装置の要部拡大図である。
【図２】前記等速自在継手のケージとボール挙動計測装置の関係を示す断面図である。
【図３】前記等速自在継手が支持構造にて支持されている状態の断面図である。
【図４】前記等速自在継手のケージの縦断面図である。
【図５】前記等速自在継手のケージの横断面図である。
【図６】前記図５のＡ１矢視図である。
【図７】前記図５のＡ２矢視図である。
【図８】前記図５のＣ−Ｃ線拡大断面図である。
【図９】前記図５のＤ−Ｄ線拡大断面図である。
【図１０】前記ボール挙動計測装置のボール支持体の平面図である。
【図１１】前記図１０のＥ−Ｏ−Ｆ−Ｇ線断面図である。
【図１２】前記図１０のＨ部の拡大図である。
【図１３】前記図１０のＩ部の拡大図である。
【図１４】前記図１２のＪ−Ｊ線拡大断面図である
【図１５】前記図１３のＩ１部の断面図である。
【図１６】前記ボール支持体の本体枠の平面図である。
【図１７】前記ボール支持体の本体枠の側面図である。
【図１８】前記ボール支持体の本体枠の正面図である。
【図１９】前記ボール支持体の本体枠の断面図である。
【図２０】前記図１６のＫ−Ｋ線拡大断面図である。
【図２１】前記ボール支持体の第２リング体の平面図である。
【図２２】前記ボール支持体の第２リング体の断面図である。
【図２３】検出器のレイアウトを設定する際に使用するボール保持体の簡略図である。
【図２４】前記支持構造体の背面図である。
【図２５】ホール素子の原理説明図である。
【図２６】ホール素子を使用した磁化玉の磁軸の計測方法の説明図である。
【図２７】ボール自転軸方向と自転量の計算方法を説明する座標系の図である。
【符号の説明】
【００８２】
５    ボール
５ａ  着磁ボール
６    支持体
１０  内径面
１１  トラック溝
１２  外側継手部材
１３  外径面
１４  トラック溝
１５  内側継手部材
１６  ケージ
５０  Ｘ成分検出器
５１  Ｙ成分検出器
５２  Ｚ成分検出器
７２  ボールポケット
７５  磁気回路
【図１】
2008025995.tif 000006
【図２】
2008025995.tif 000007
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2008025995.tif 000025
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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