(57)【要約】【課題】等速ジョイントの最適設計を図るために、等速ジョイントを実際の車両に搭載して、ジョイント角を正確に測定することができる等速ジョイントを提供する。【解決手段】等速ジョイント１００はジョイント角測定装置２００を備え、外側継手部材２０の外周面に固定された環状の接点部材７０と、一端に開口部を有する椀型状に形成され、底部がシャフト６０に固定され、開口部が外側継手部材２０の外側に配置されたハウジング８０を備え、ハウジング８０は、ジョイント中心Ｏを中心とした球面凹状の内周面８５に沿って角度の異なる径方向に複数配置され、軸方向に延びる帯状の可変抵抗部材９０を備え、可変抵抗部材９０と接点部材７０とが接触し、接触した位置に比例した出力をするように構成された電気回路と、出力に基づき、外側継手部材２０と内側継手部材３０とのジョイント角θを計算する演算装置を備える。【選択図】図１
2013242019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
椀型状に形成され、球面凹状の内周面に複数の第１ボール溝が軸線方向に延設された外側継手部材と、
環状に形成され、球面凸状の外周面に前記第１ボール溝と同数の第２ボール溝が軸線方向に延設され、前記外側継手部材の内側に配置される内側継手部材と、
それぞれの前記第１ボール溝およびそれぞれの前記第２ボール溝に対して周方向に係合し、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間でトルクを伝達する複数のボールと、
環状に形成され、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の開口窓部が形成された保持器と、
前記内側継手部材の内周側が連結されるシャフトと、
を備える等速ジョイントにおいて、
前記外側継手部材と前記内側継手部材とのジョイント角を測定するジョイント角測定装置を備えたことを特徴とする等速ジョイント。
【請求項２】
請求項１において、
前記ジョイント角測定装置は、
前記外側継手部材の外周面に固定された環状の接点部材と、
一端に開口部を有する椀型状に形成され、底部が前記シャフトに固定され、前記開口部が前記外側継手部材の外側に配置されたハウジングと、
を備え、
前記ハウジングは、
前記外側継手部材と前記内側継手部材とのジョイント中心を中心とした球面凹状の内周面と、
前記内周面に沿って角度の異なる径方向に複数配置され、軸方向に延びる帯状の可変抵抗部材と、
を備え、
前記可変抵抗部材と前記接点部材とが接触し、
前記可変抵抗部材と前記接点部材とが接触した位置に比例した出力をするように構成された電気回路と、
前記出力に基づき、前記外側継手部材と前記内側継手部材とのジョイント角を計算する演算装置とを備えることを特徴とする等速ジョイント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、等速ジョイント特にジョイント角測定装置を備えた等速ジョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
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であり、例えば、自動車のエンジンからの回転駆動力をタイヤへ伝えるドライブシャフトに用いられている。このドライブシャフトに用いられている等速ジョイントは、車両状態によりジョイント角が変化することが知られており、ステアリングホイールによるタイヤの操舵、タイヤのバウンドのよる上下動作、乗車人数による車高の変化等により、ジョイント角が変化する。このような等速ジョイントにおいては、走行性能向上のため、車両状態により変化するジョイント角に応じて、滑らかに回転駆動力を伝達することが重要である。
【０００３】
こうした等速ジョイントを最適設計するため、回転駆動力を伝達している実用状態において、ジョイント角の変化に応じた等速ジョイントの挙動を正確に把握することが求められている。そこで、等速ジョイントの挙動を試験する各種の試験装置が用いられている。例えば、特許文献１にはトルク付与機構を備え、等速ジョイントにトルクを付与してその捩り強度を測定する試験装置（図２）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３２８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来の試験装置においては、等速ジョイントが試験装置に固定された状態で試験がおこなわれており、実際の車両走行時の様々な車両状態における等速ジョイントの挙動を確認することが困難である。そのため、等速ジョイントを実際の車両に搭載して、車両状態により変化するジョイント角を正確に測定することができる等速ジョイントおよびジョイント角測定装置が求められていた。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、本発明が解決しようとする課題は、等速ジョイントの最適設計を図るために、等速ジョイントを実際の車両に搭載して、ジョイント角を正確に測定することができる等速ジョイントおよびジョイント角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】
【０００７】
請求項１に係わる発明は、椀型状に形成され、球面凹状の内周面に複数の第１ボール溝が軸線方向に延設された外側継手部材と、環状に形成され、球面凸状の外周面に前記第１ボール溝と同数の第２ボール溝が軸線方向に延設され、前記外側継手部材の内側に配置される内側継手部材と、それぞれの前記第１ボール溝およびそれぞれの前記第２ボール溝に対して周方向に係合し、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間でトルクを伝達する複数のボールと、環状に形成され、前記外側継手部材と前記内側継手部材との間に配置され、周方向に前記ボールをそれぞれ収容する複数の開口窓部が形成された保持器と、前記内側継手部材の内周側が連結されるシャフトと、を備える等速ジョイントにおいて、前記外側継手部材と前記内側継手部材とのジョイント角を測定するジョイント角測定装置を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記のように構成した請求項１の発明によれば、等速ジョイント自体にジョイント角測定装置を備えているので、実際の車両に搭載することができる。車両走行時の様々な車両状態における等速ジョイントの挙動をジョイント角とともに確認することで、等速ジョイントの最適設計をおこなうことができる。
【０００９】
請求項２に係わる発明は、請求項１において、前記ジョイント角測定装置は、前記外側継手部材の外周面に固定された環状の接点部材と、一端に開口部を有する椀型状に形成され、底部が前記シャフトに固定され、前記開口部が前記外側継手部材の外側に配置されたハウジングと、を備え、前記ハウジングは、前記外側継手部材と前記内側継手部材とのジョイント中心を中心とした球面凹状の内周面と、前記内周面に沿って角度の異なる径方向に複数配置され、軸方向に延びる帯状の可変抵抗部材と、を備え、前記可変抵抗部材と前記接点部材とが接触し、前記可変抵抗部材と前記接点部材とが接触した位置に比例した出力をするように構成された電気回路と、前記出力に基づき、前記外側継手部材と前記内側継手部材とのジョイント角を計算する演算装置と、を備える。
【００１０】
上記のように構成した請求項２の発明によれば、等速ジョイントの外側継手部材と内側継手部材との間にジョイント角が付加されると、ハウジングの内周面において、接点部材と複数の可変抵抗部材が、同時にそれぞれ異なる位置で接触する。この接点部材と可変抵抗部材とが接触した位置は、特定の電気回路により、この位置に比例した出力をおこなうことができる。さらに、演算装置により、この出力から可変抵抗部材と接点部材との接触位置を求めることができる。そして、それぞれの可変抵抗部材と接点部材との接触位置から、外側継手部材と内側継手部材とのジョイント角を計算して求めることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、等速ジョイントの最適設計を図るために、実際の車両に搭載して、ジョイント角を正確に測定することができる等速ジョイントおよびジョイント角測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る等速ジョイントおよびジョイント角測定装置を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るジョイント角測定装置の説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係るジョイント角測定装置の電気的な構成を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係るジョイント角測定装置の演算装置の構成図である。
【図６】ジョイント角の求め方を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る出力値と角度（距離）の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態の等速ジョイントおよびジョイント角測定装置を図面に従って説明する。
図１に示されるように、等速ジョイント１００は、固定式ボール形等速ジョイントであり、この等速ジョイント１００は、等速ジョイント１００に連結されたシャフト間にジョイント角θが付加された状態を示している。なお、以下の説明において、本実施形態のボール形等速ジョイント１００を、単に「等速ジョイント」と言う。また、外側継手部材２０の椀開口側とは、図１の右側を意味し、外側継手部材２０の椀底側とは、図１の左側を意味する。
【００１４】
この等速ジョイント１００は、外側継手部材２０と、内側継手部材３０と、複数のボール４０と、保持器５０と、シャフト６０と、接点部材７０とから構成される。また、ジョイント角測定装置２００は、ハウジング８０と、可変抵抗部材９０とから構成される。
【００１５】
外側継手部材２０は、軸線Ｘ１を回転軸とする外輪であり、椀型状に形成され、図１の右側に開口部を有している。図１の左側の外側継手部材２０の椀底部には、連結軸２１が軸線Ｘ１方向に延びるように一体に成形されている。この連結軸２１は、他の動力伝達軸と連結している。外側継手部材２０の内周面は、球面凹状に形成されている。この外側継手部材２０の球面凹状の内周面の最内周面２２は、軸方向断面が一様な円弧である凹状の部分球面状に形成されている。
【００１６】
外側継手部材２０の球面凹状の内周面には、複数の円弧凹状からなる第１ボール溝２３が、軸線Ｘ１方向に延設されている。これらの複数の第１ボール溝２３は、径方向に周方向に等間隔に形成されている。また、外側継手部材２０の開口部の端面の径方向内方の縁部には、面取部２４が形成されている。この外側継手部材２０の外周面には、環状の接点部材７０が固定されている。
【００１７】
内側継手部材３０は、軸線Ｘ２を回転軸とする内輪であり、環状に形成され、外側継手部材２０の内側に配置されている。内側継手部材３０の外周面は、球面凸状に形成されている。この内側継手部材３０の球面凸状の外周面の最外周面３１は、軸方向断面が一様な円弧である凸状の部分球面状に形成されている。この最外周面３１の部分球面の中心は、内側継手部材３０の軸方向中央よりも、外側継手部材２０の椀開口側に位置している。最外周面３１のうち外側継手部材２０の椀奥側の直径よりも、最外周面３１のうち外側継手部材２０の椀開口側の直径が大きく形成されている。
【００１８】
内側継手部材３０の球面凸状の外周面には、複数の円弧凹状からなる第２ボール溝３２が、軸線Ｘ２方向に延設されている。これら複数の第２ボール溝３２は、径方向に周方向に等間隔に形成されている。また、第２ボール溝３２は、第１ボール溝２３と同数形成されている。そして、それぞれの第２ボール溝３２が、それぞれの第１ボール溝２３に対向するように配置されている。
【００１９】
また、内側継手部材３０の内周面には、軸線Ｘ２方向に延びる内周スプライン３３が形成されている。この内周スプライン３３は、後述するシャフト６０の外周スプライン６１に嵌合している。また、内側継手部材３０の軸方向端面のうち外側継手部材２０の椀開口側の径方向外方の縁部には、面取部３４が形成されている。
【００２０】
複数のボール４０は、それぞれ外側継手部材２０の第１ボール溝２３および内側継手部材３０の第２ボール溝３２との間に配置されている。そして、それぞれのボール４０は、それぞれの第１ボール溝２３およびそれぞれの第２ボール溝３２に対して、転動自在で周方向に係合し、外側継手部材２０と内側継手部材３０との間で回転駆動力を伝達している。
【００２１】
保持器５０は、環状に形成され、軸方向長さは、内側継手部材３０の軸方向長さよりも僅かに大きく形成されている。保持器５０の外周面５１は、外側継手部材２０の最内周面２２に対応する部分球面状となっており、球面凸状に形成されている。一方、保持器５０の内周面５２は、内側継手部材３０の最外周面３１に対応する部分球面状となっており、球面凹状に形成されている。そして、保持器５０は、外側継手部材２０の最内周面２２と内側継手部材３０の最外周面３１との間に配置されている。そして、保持器５０と内側継手部材３０とを同軸上に配置した状態において、保持器５０のうち外側継手部材２０の椀開口端は、内側継手部材３０のうち外側継手部材２０の椀開口端よりも、外側継手部材２０の椀開口側に突出している。さらに、この保持器５０は、周方向に等間隔に、略矩形孔の開口窓部５３を複数形成している。この開口窓部５３は、ボール４０と同数形成され、それぞれの開口窓部５３にボール４０が収容されている。
【００２２】
第１ボール溝２３および第２ボール溝３２内でのボール４０の位置は、保持器５０によって同一平面状に整列するように規制され、外側継手部材２０と内側継手部材３０とのジョイント角によって一意的に定まる。具体的には、外側継手部材２０と内側継手部材３０との間にジョイント角が付加されたときに、外側継手部材２０の開口部側へ転動するボール４０によって、保持器５０が押されて回動し、各ボール４０がジョイント角の二等分面上に配列されることによって等速ジョイントの等速性が確保されている。
【００２３】
シャフト６０は、例えば、自動車のエンジンからの回転駆動力をタイヤへ伝達するドライブシャフトである。このシャフト６０の一端側の外周面には、外周スプライン６１が形成されている。この外周スプライン６１が内側継手部材３０の内周スプライン３３に嵌合されることにより、シャフト６０は内側継手部材３０に連結されている。このとき、シャフト６０の一端側のうち、外周スプライン６１よりも端側（図１の左側）は、外側継手部材２０の内側に挿入された状態となる。シャフト６０を内側継手部材３０に挿通して、内側継手部材３０から突出するシャフト６０の先端部には、環状溝６２が形成されている。この環状溝６２には、スナップリング６３が嵌着され、シャフト６０が内側継手部材３０から離脱することを防止している。なお、スナップリング６３は、環状溝６２内にスナップリング６３を縮径させて埋め込んだ状態でシャフト６０を内側継手部材３０の内周に挿入し、内側継手部材３０を通過した後に拡径することで所定の位置に組み付けられている。
【００２４】
ハウジング８０は、シャフト６０と同心に椀型状に形成され、図１の左側に開口部を有している。ハウジング８０の椀底部には、円筒部８２および挿通孔８１が形成されており、挿通孔８１には、シャフト６０を挿通して固定している。ハウジング８０とシャフト６０は連結され、シャフト６０と一体に回転する。
【００２５】
ハウジング８０の内周面８５は、球面凹状に形成されている。このハウジング８０の球面凹状の内周面８５は、軸方向断面が一様な円弧である凹状の部分球面状に形成されている。このハウジング８０の球面凹状の内周面８５には、帯状からなる可変抵抗部材９０および可変抵抗部材１９０が、内周面９５に沿って、軸線Ｘ２方向に延びるように配置されている。
【００２６】
可変抵抗部材９０および可変抵抗部材１９０は、図２および図３に示すように、それぞれ周方向に９０度異なる位置に配置されている。そして、環状の接点部材７０は、ハウジング８０の内周面８５に接触するとともに、内周面８５に配置された可変抵抗部材９０および可変抵抗部材１９０に接触している。可変抵抗部材９０および可変抵抗部材１９０は、電気抵抗材を帯状に形成したものであり、両端部に端子９１，９２および端子１９１，１９２を有している。
【００２７】
次に本実施形態の電気的な構成について説明する。
図３の可変抵抗部材９０の端子９１，９２と、接点部材７０には、図示しない配線が施されて電気回路を形成している。同様に、可変抵抗部材１９０の端子１９１，１９２と、接点部材７０にも、図示しない配線が施されて電気回路を形成している。なお、ハウジング８０の内周面８５に配置された可変抵抗部材９０と可変抵抗部材１９０は、互いに電気的に絶縁されている。可変抵抗部材９０および可変抵抗部材１９０は、接点部材７０と接触し、可変抵抗部材９０と接点部材７０との接触位置により、接点と端子９１，９２間の電気抵抗値が変化する。同様に、可変抵抗部材１９０と接点部材７０との接触位置により、接点と端子１９１，１９２間の電気抵抗値が変化する。
【００２８】
電気回路は、図４に示すように、可変抵抗部材９０の両端子９１，９２と、抵抗部材９３と抵抗部材９４を直列に接続した回路の両端をそれぞれ電気的に接続し、一方の端部に電源Ｖ０を供給し、他方の端部を接地している。そして、出力を端子Ｔ１と、抵抗部材９３と抵抗部材９４の間の端子Ｔ２から取り出すようにして、電気回路を構成している。この端子Ｔ１は、接点部材７０からなる可変抵抗部材９０の接点に相当している。端子Ｔ１は、接触位置により可変抵抗部材９０の電気抵抗値をＲ１、Ｒ２に分割している。ここで、可変抵抗部材９０の電気抵抗値はＲ１＋Ｒ２＝２Ｒであり、抵抗部材９３と抵抗部材９４の電気抵抗値は、それぞれ可変抵抗部材９０の中央値となるＲである。このようにしてブリッジ回路３００を構成し、端子Ｔ１、Ｔ２の各出力を差動増幅器Ｍの入力とすることにより、端子Ｔ１の位置に比例した出力を得ている。
【００２９】
同様に、接点部材７０と接触している可変抵抗部材１９０は、接点部材７０を接点としてブリッジ回路を構成している。そして、端子の各出力を差動増幅器の入力とすることにより、端子の位置に比例した出力を得ている。
【００３０】
演算装置４００は、図５に示すように、例えば、車載コンピュータ等からなり、中央処理装置（ＣＰＵ）４０１と、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）４０２と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４０３と、バックアップＲＡＭ４０４と、インタフェース４０５とが、双方向性バス４０７を介して相互に接続された構成になっている。
【００３１】
ＣＰＵ４０１は、ＲＯＭ４０２に記憶された計測プログラムに基づいて演算処理を実行する。ＲＯＭ４０２には、角度計算に関する計測プログラム等が記憶されている。ＲＡＭ４０３は、ＣＰＵ４０１での演算結果や、インタフェース４０５を介して入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ４０４は、演算結果を記憶する不揮発性のメモリである。なお、この演算装置４００は、ジョイント角以外の等速ジョイントの挙動に関するデータの計測および記憶もおこなっている。
【００３２】
次に、上記のように構成された、等速ジョイント１００およびジョイント角測定装置２００により、ジョイント角θを求める場合について説明する。
【００３３】
図３に示すように、等速ジョイント１００にジョイント角θが付加されている場合、接点部材７０が、可変抵抗部材９０の位置Ｐにて接触している。同時に接点部材７０は、可変抵抗部材１９０と位置Ｑにて接触している。すると、図４の可変抵抗部材９０を含むブリッジ回路３００から、端子９１，９２からの位置Ｐに比例した出力を得ることができる。
同様に、図３の可変抵抗部材１９０を含むブリッジ回路から、端子１９１，１９２からの位置Ｑに比例した出力を得ることができる。このようにして得られた出力は、図５のインタフェース４０５を介して、演算装置４００に入力される。
【００３４】
図５の演算装置４００は、入力されたデータから、計測プログラムにより、例えば図７に示すような較正曲線から角度（距離）を求めることができる。このようにして、図３の接点部材７０と可変抵抗部材９０とが接触した位置Ｐの角度α、および接点部材７０と可変抵抗部材１９０とが接触した位置Ｑの角度βを、それぞれ求めることができる。なお、この較正曲線は上記の測定に先だって、角度を種々変え、それぞれの角度における値を測定して得られた測定データに基づいて作成されるのが望ましい。
【００３５】
次に、角度αおよび角度βから、ジョイント角θを求める場合について説明する。
図６（ａ）に示すように、ジョイント角とは、内側継手部材３０の回転軸である軸線Ｘ１(直線ｏｅ)と、外側継手部材２０の回転軸である軸線Ｘ２(直線ｏｇ)とが、同一平面上でなす角度である。なお、図６（ａ）では、直線ｏｅに平行な軸をｙ軸とし、鉛直方向をｘ軸、手前方向をｚ軸としている。この直線ｏｇをｘｙ平面５０１に投影すると、直線ｏｉとなる。そして、直線ｏｅと直線ｏｉとの角度が、上記にて求められた角度αである。
【００３６】
図６（ｂ）は、図６（ａ）のＢ方向視図であり、直線ｏｅに平行な軸をｙ軸とし、鉛直方向をｚ軸、手前方向をｘ軸としている。直線ｏｇを、ｚｙ平面５０２に投影すると、直線ｏｊとなる。そして、直線ｏｅと直線ｏｊとの角度が、上記にて求められた角度βである。
【００３７】
以下、これらの角度αと角度βから、ジョイント角θを求めることができる。
図６（ａ）および図６（ｂ）から、式（１）なので、これをまとめて、式（２）を得ることができる。
【００３８】
【数１】
2013242019.tif 000003
【００３９】
【数２】
2013242019.tif 000004
【００４０】
そして、式（３）によりジョイント角θを求めることができる。計測プログラムは、上式に従って計算することによりジョイント角を求め、他の計測データとともに、バックアップＲＡＭ８４記憶している。
【００４１】
【数３】
2013242019.tif 000005
【００４２】
このように、ジョイント角測定装置２００を備えた等速ジョイント１００を実際の車両に搭載して、ジョイント角を測定することができる。車両走行時の様々な車両状態における等速ジョイントの挙動をジョイント角とともに確認することができるので、等速ジョイントの最適設計をおこなうことができる。
【００４３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で適宜変更することが可能である。例えば、図１に示すような固定式のものに限らず、摺動式の等速ジョイントであってもよく、自動車以外の各種産業機械の動力伝達用等速ジョイントに適用することも可能である。
【符号の説明】
【００４４】
２０：外側継手部材（外輪）、  ２１：連結軸、  ２２：最内周面、
２３：第１ボール溝、  ２４：面取部、  ３０：内側継手部材（内輪）、
３１：最外周面、  ３２：第２ボール溝、  ３３：内周スプライン、
３４：面取部、  ４０：ボール、  ５０：保持器、  ５１：外周面、
５２：内周面、  ５３：開口窓部、  ５４：環状溝、  ６０：シャフト、
６１：外周スプライン、  ６２：環状溝、  ６３：スナップリング、
７０：接点部材、  ８０：ハウジング、  ８１：挿通孔、  ８２：円筒部、
８５：内周面、  ９０，１９０：可変抵抗部材、  ９５：内周面、
１００：等速ジョイント（ボール形等速ジョイント）、
２００：ジョイント角測定装置、  ３００：ブリッジ回路、
４００：演算装置、  ４０１：中央処理装置（ＣＰＵ）、
４０２：読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、  ４０３：ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、
４０４：バックアップＲＡＭ、  ４０５：インタフェース、  ４０７：双方向性バス、
５０１：ｘｙ平面、  ５０２：ｚｙ平面、
Ｍ：差動増幅器、  Ｏ：ジョイント中心、
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ：電気抵抗値、  Ｔ１，Ｔ２：端子、  Ｖ０：電源、
θ：ジョイント角
【図１】
2013242019.tif 000006
【図２】
2013242019.tif 000007
【図３】
2013242019.tif 000008
【図４】
2013242019.tif 000009
【図５】
2013242019.tif 000010
【図６】
2013242019.tif 000011
【図７】
2013242019.tif 000012