JP2014206406A - フェイススプラインの検査方法、検査装置および車輪用軸受装置並びに等速自在継手 - Google Patents

Abstract

【課題】 フェイススプラインの強度確保に必要な精度検査を短時間で実施可能とすることで、全数インラインで検査することを可能にするフェイススプラインの検査方法および検査装置を提供すること。【解決手段】 回転動力を伝達する機械要素の端面に形成されたフェイススプライン１８の検査方法であって、フェイススプライン１８に噛み合うフェイススプライン４７を形成したマスター４６を使用し、マスター４６と機械要素の少なくとも一方のフェイススプラインに塗料を塗布する塗布工程Ｓ１と、マスター４６を機械要素に押付ける押付工程Ｓ２と、スプライン歯面４９を撮影する撮影工程Ｓ３と、撮影データからスプライン１８の歯当たりの良否を判定する判定工程Ｓ４とを備え、押付工程Ｓ２における押付力を、対となる機械要素のフェイススプライン１８、４０の実使用条件における組付力を考慮して設定したことを特徴とする。【選択図】 図９

Description

この発明は、フェイススプラインの検査方法、検査装置および車輪用軸受装置並びに等速自在継手に関する。

例えば、自動車等のエンジン動力を車輪に伝達する動力伝達装置は、エンジンから車輪へ動力を伝達すると共に、走行時における車両のバウンドによる角度変位や軸方向変位に加えて、車両の旋回のための角度変位を許容する必要がある。そのため、一般的に、自動車等のドライブシャフトは、デフ側（インボード側）に角度変位と軸方向変位に対応できる摺動式等速自在継手を、駆動車輪側（アウトボード側）に大きな作動角が取れる固定式等速自在継手をそれぞれ装着し、両等速自在継手をシャフトで連結した構造を有する。そして、上記の固定式等速自在継手は、駆動車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置に連結される。

近年、自動車の燃費向上に対する要求が強く、自動車部品の１つである車輪用軸受装置の軽量化が強く望まれている。従来から軽量化を図った車輪用軸受装置に関する提案は種々のものがあるが、それと共に自動車の組立現場あるいは補修市場において、組立、分解作業を簡略化して低コスト化を図ることも重要な要因となっている。

図１に示す車輪用軸受装置は、このような要求を満たした代表的な例である。この車輪用軸受装置１は、等速自在継手３１と着脱自在にユニット化されるように構成されている。車輪用軸受装置１は、外方部材２、ハブ輪３、内輪４、転動体としてのボール５および保持器６を主な構成とする。外方部材２は、その内周に複列の外側軌道面７、７が形成され、外周には車体のナックル（図示省略）に取り付けるための車体取付フランジ２ａが一体に形成されている。ハブ輪３には、一端部に車輪（図示省略）を取り付けるための車輪取付フランジ８が一体に形成され、外周に外方部材２の複列の外側軌道面７、７の一方に対向する内側軌道面９と、この内側軌道面９から軸方向に延びる円筒状の小径段部１０が形成されている。この小径段部１０に内輪４が圧入され、内輪４の外周に外方部材２の複列の外側軌道面７、７の他方に対向する内側軌道面９が形成されている。そして、ハブ輪３と内輪４とにより内方部材１１が構成される。外方部材２の複列の外側軌道面７、７と内方部材１１の複列の内側軌道面９、９との間に複数のボール５、５が転動自在に組み込まれ、ボール５は保持器６に周方向所定間隔で収容されている。内輪４は、ハブ輪３の小径段部１０の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締め部１７によって軸方向に固定されている。そして、加締め部１７の端面にフェイススプライン１８が形成されている。

一方、等速自在継手３１は、ツェッパ型等速自在継手と称されるもので、外側継手部材３２、内側継手部材３３、保持器３４およびトルク伝達ボール３５を主な構成とする。外側継手部材３２は、カップ部３６と、このカップ部３６と一体に形成された底部３７とからなり、底部３７に雌ねじ４１が形成されている。底部３７の肩部４５にはフェイススプライン４０が形成され、ハブ輪３の加締め部１７の端面に形成されたフェイススプライン１８に噛み合い、シャフト（図示省略）からの回転トルクが等速自在継手３１およびハブ輪３を介して車輪取付フランジ８に伝達される。

等速自在継手３１の外側継手部材３２と車輪用軸受装置１のハブ輪３の対向する両フェイススプライン１８、４０を噛み合わせ、外側継手部材３２の底部３７の雌ねじ４１に締結ボルト４５を螺合させ、この締結ボルト４５によって、車輪用軸受装置１と等速自在継手３１とが締付け固定される。このような着脱自在なユニットの構成により、軽量・コンパクト化を図ることができると共に、分解、組立作業が簡素化される。

上記のように、フェイススプライン１８、４０は有用な連結要素であり、その歯当たりの良否を判定する検査方法が望まれるが、そのような提案はない。例えば、ギヤ部品においては、歯面に予め塗料を塗布した後、互いにギヤが噛み合った状態でギヤを回転させ、しかる後に歯面の塗料の状態を観察することで、歯面の精度を検査する方法がある（特許文献１）。

特開２００７−２４５９７号公報

しかしながら、フェイススプラインでは、互いに噛み合う歯面は、所定の力により押付けられ固定された状態で使用されるため、特許文献１に記載のギヤ部品のように相手部材との間に相対的な回転運動は発生しない。このため同様の方法でのフェイススプラインの検査は回転に要する時間がかかるだけでなく、実使用状態を模した条件での検査とならない。

また、フェイススプラインの各歯面の累積ピッチ誤差、形状誤差、精度を市販の試験機などで検査することは可能であるが、多大な検査時間を要するため、全数保証をインラインで実施することは事実上不可能であり、かつ精度測定結果と強度保証のための直接的な情報が得られないという問題がある。

上記のような問題に鑑み、本発明は、フェイススプラインの強度確保に必要な精度検査を短時間で実施可能とすることで、全数インラインで検査することを可能にするフェイススプラインの検査方法および検査装置を提供することを目的とする。

本発明者は、上記の目的を達成するために種々検討した結果、対となる機械要素のフェイススプラインを噛み合わせる方式ではなく、基準となるマスターを使用すると共に、歯面への塗料塗布後のマスターの押付力を、対となる機械要素のフェイススプラインの実使用条件における組付力を考慮するという新たな着想により、本発明に至った。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、回転動力を伝達する機械要素の端面に形成されたフェイススプラインの検査方法であって、前記フェイススプラインに噛み合うフェイススプラインを形成したマスターを使用し、該マスターと前記機械要素の少なくとも一方のフェイススプラインに塗料を塗布する塗布工程と、前記マスターを前記機械要素に押付ける押付工程と、スプライン歯面を撮影する撮影工程と、前記撮影データからスプラインの歯当たりの良否を判定する判定工程とを備え、前記押付工程における押付力を、対となる機械要素のフェイススプラインの実使用条件における組付力を考慮して設定したことを特徴とする。

また、検査装置としては、回転動力を伝達する機械要素の端面に形成されたフェイススプラインの検査装置であって、前記フェイススプラインに噛み合うフェイススプラインを形成したマスターを使用し、該マスターと前記機械要素の少なくとも一方のフェイススプラインに塗料を塗布する塗布手段と、前記マスターを前記機械要素に押付ける押付手段と、スプライン歯面を撮影する撮影手段と、前記撮影データからスプラインの歯当たりの良否を判定する判定手段とを備え、前記押付手段の押付力を、対となる機械要素のフェイススプラインの実使用条件における組付力を考慮して設定したことを特徴とする。

上記の構成により、フェイススプラインの強度確保に必要な精度検査を短時間で実施可能とすることで、全数インラインで検査することを可能にする。また、上記の押付力を、フェイススプラインの実使用条件における組付力と同等にした場合には、測定誤差を最小化することができ、インラインでの検査に好適である。しかしながら、これに限られることはなく、例えば、検査データを統計的に精査して、検査精度として許容範囲であれば、製造現場の実情や検査作業性などを考慮して、上記の押付力を実使用条件における組付力よりも適宜増減して設定してもよい。

ここで、本明細書および特許請求の範囲において、押付力をフェイススプラインの実使用条件における組付力を考慮して設定したという内容は、上述したように検査精度として許容範囲であれば、製造現場の実情や検査作業性などを考慮して、上記の押付力を実使用条件における組付力よりも適宜増減して設定できるものであり、要は、インラインでの検査を可能にする押付力の範囲を含む概念のものである。

上記マスターを機械要素に押付ける際、マスターと検査対象である機械要素との間が調心可能に構成されていることが好ましい。これにより、対となる機械要素のフェイススプラインの実使用条件に即することになるので、検査の精度を一層高めることができる。

具体的には、上記の撮影データに基づき、スプライン歯面の塗料が除去された範囲或いは塗料が付着した範囲について、その面積と、フェイススプラインの中心からの平均半径との積を歯面毎に算出し、時計周りの駆動力を伝達する歯面の全てについて積算した和および反時計回りの駆動力を伝達する歯面の全てについて積算した和により、スプラインの歯当たりの良否を判定することが好ましい。これにより、検査精度が高く、全数インラインで検査するのに好適なものとなる。

また、上記の機械要素に必要とされる捩り強度をＴ、前記機械要素を形成する材料の降伏応力σｙ、前記積算した和をΣＺとしたとき、ΣＺ≧Ｔ／σｙとなるΣＺをスプラインの歯当たりの良否を判定する閾値とすることが好ましい。この場合には、スプラインの強度保証を的確に実現することができる。

上記の機械要素を車輪用軸受装置やこれと対になる等速自在継手とすることができる。これにより、軽量化と共に厳しい強度条件が要求される駆動側の車輪用軸受装置のフェイススプラインの強度保証を確立することができる。

本発明によれば、フェイススプラインの強度確保に必要な精度検査を短時間で実施可能とすることで、全数インラインで検査することを可能にする。

本発明に係る検査方法および検査装置で検査する車輪用軸受装置および等速自在継手を示す縦断面図である。 上記の車輪用軸受装置を拡大して示す縦断面図である。 上記の車輪用軸受装置に成形されたフェイススプラインを示す図である。 上記の等速自在継手を拡大して示す縦断面図である。 上記の車輪用軸受装置の中間製品を示す縦断面図である。 上記の車輪用軸受装置のフェイススプラインの成形方法を示す縦断面図である。 上記の車輪用軸受装置のフェイススプラインの成形方法を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る検査方法および検査装置の工程の概要を示す図である。 上記の押付工程および押付手段を示す縦断面図である。 上記の押付工程および押付手段を示す縦断面図である。 上記の押付工程後の歯面の塗料の状態を示す拡大図である。 上記の歯面の画像処理を説明する模式図である。 上記の歯面の画像処理を説明する模式図である。 積算フローチャートを示す図である。 本発明に係る検査方法および検査装置で検査する車輪用軸受装置の別の実施形態を示す縦断面図である。 試験結果をグラフ化した図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明の実施形態に係る検査方法および検査装置で検査する車輪用軸受装置および等速自在継手を図１〜図７に基づいて説明する。図１は、車輪用軸受装置と等速自在継手を締結した状態を示す縦断面図である。車輪用軸受装置１は、等速自在継手３１と着脱自在にユニット化されるように構成されている。車輪用軸受装置１は、外方部材２、ハブ輪３、内輪４、転動体としてのボール５および保持器６を主な構成とし、所謂、第３世代と称される構成を備えている。以下の説明では、車両に組み付けた状態で車両の外側寄りとなる側をアウター側（図１の左側）、中央寄りとなる側をインナー側（図１の右側）という。

外方部材２は、内周に複列の外側軌道面７、７が一体に形成され、外周に車体のナックル（図示省略）に取り付けるための車体取付フランジ２ａが一体に形成されている。内方部材１１は、ハブ輪３と内輪４とから構成されている。ハブ輪３は、その外周に外方部材２の複列の外側軌道面７、７の一方（アウター側）に対向する内側軌道面９が直接形成され、アウター側の端部に車輪（図示省略）を取り付けるための車輪取付フランジ８が一体に形成されている。ハブ輪３の外周には内側軌道面９から軸方向にインナー側に延びる円筒状の小径段部１０が形成され、この小径段部１０に内輪４が所定の締め代で圧入されている。内輪４の外周には、外方部材２の複列の外側軌道面７、７の他方（インナー側）に対向する内側軌道面９が形成されている。外方部材２の外側軌道面７、７と内方部材１１の内側軌道面９、９との間に複数のボール５、５が組み込まれ、ボール５は保持器６に周方向所定間隔で収容されている。

外方部材２と内方部材１１との間に形成される環状空間の開口部にはシール１５、１６が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。

ハブ輪３の小径段部１０に圧入された内輪４は、小径段部１０の端部を径方向外方に塑性変形させて形成した加締め部１７により、所定の軸受予圧が付与された状態でハブ輪３に対して軸方向に固定されている。加締め部１７の端面にはフェイススプライン１８が塑性加工によって形成されている。

図１に示すように、等速自在継手３１は、外側継手部材３２、内側継手部材３３、保持器３４およびトルク伝達ボール３５を主な構成とするツェッパ型等速自在継手と称されるものである。外側継手部材３２は、カップ部３６と底部３７からなり、カップ部３６は、球状内周面３８に軸方向に沿って延びる複数のトラック溝３９が形成されている。内側継手部材３３は、球状外周面４２に軸方向に沿って延びる複数のトラック溝４３が形成されている。外側継手部材３２のトラック溝３９とこれに対向する内側継手部材３３のトラック溝４３との間にボール３５が組み込まれている。保持器３４は、外側継手部材３２の球状内周面３８と内側継手部材３３の球状外周面４２にそれぞれ嵌合する球状外周面５４および球状内周面４４を有し、ボール３５を収容している。

外側継手部材３２の底部３７の肩部４５には、車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８と噛み合うフェイススプライン４０が形成され、継手の軸心位置に雌ねじ４１が形成されている。車輪用軸受装置１のハブ輪３の内周孔に締結ボルト４５を挿入し、雌ねじ４１に螺合させ、両フェイススプライン１８、４０を噛み合わせた状態で締付け固定される。これにより、車輪用軸受装置１と等速自在継手３１が着脱可能なユニットとなる。

外側継手部材３２は、Ｓ５３Ｃ等の０．４０〜０．６０重量％の炭素を含む中炭素鋼からなり、図示は省略するが、トラック溝３９や球状内周面３８等に高周波焼入れによって表面硬さがＨＲＣ５８〜６２程度の所定の硬化層が形成されている。また、内側継手部材３３および保持器３４は、ＳＣＭ材、ＳＣｒ材などの浸炭用鋼で形成され、内側継手部材３３のトラック溝４３、球状外周面４２や保持器３４の表面は、浸炭焼入れによってＨＲＣ５８〜６２程度の硬さに硬化処理されている。

図２に車輪用軸受装置１を拡大した縦断面を示す。外方部材２およびハブ輪３は、いずれもＳ５３Ｃ等の０．４０〜０．６０重量％の炭素を含む中炭素鋼からなる。外方部材２の複列の外側軌道面７、７は、高周波焼入れによって表面硬さをＨＲＣ５８〜６２程度の所定の硬化層（クロスハッチングで図示）が形成されている。ハブ輪３は、アウター側のシール１５のシールランド部となる車輪取付フランジ８の基部１２から小径段部１０にわたる外周面に高周波焼入れによって表面硬さがＨＲＣ５８〜６２程度の硬化層（クロスハッチングで図示）が形成されている。これにより、ハブ輪３は、シールランド部の耐摩耗性が向上すると共に、車輪取付フランジ８に負荷される回転曲げ荷重に対して十分な機械的強度および耐久性を有する。加締め部１７は、硬化層は形成されてないが、成形時の加工硬化によりＨＲＣ１５〜２５程度の硬さである。

内輪４およびボール５は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部までＨＲＣ５８〜６２程度の硬さで硬化処理されている。

図３に車輪用軸受装置１に形成されるフェイススプライン１８の詳細を示す。等速自在継手３１に形成されるフェイススプライン４０も基本的に同じであるので、説明は省略する。フェイススプライン１８は、多数の歯１８ａが放射状に形成され、歯１８ａは山１８ｂと谷１８ｃを有する。歯１８ａの断面は半径方向の外方に行くにつれて大きくなる。フェイススプライン１８は中心Ｏｓを有する。４輪駆動車を含む乗用車に使用される車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８は、そのスプラインの外径Ｍ〔図２参照〕がφ４５〜７０ｍｍ程度で、歯１８ａのモジュールは１〜３ｍｍ程度、圧力角は２０〜３０°程度の範囲である。

図４に等速自在継手３１を拡大した縦断面を示す。前述したように、外側継手部材３２の底部３７の肩部４５には、車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８と噛み合うフェイススプライン４０が形成されている。フェイススプライン４０は塑性加工により形成される。ただし、塑性加工以外にもＮＣ制御による切削加工等、適宜の加工により形成することが可能である。

次に、車輪用軸受装置１の加締め部１７およびフェイススプライン１８の成形方法の一例を図５〜図７に基づいて説明する。図５は、ハブ輪３の小径段部１０の端部を加締める前の状態を示す縦断面図である。ハブ輪３の外側に外方部材２、ボール５、保持器６、内輪４およびシール１５、１６が組み込まれている。小径段部１０のインナー側端部２６は円筒状に形成され、端部には円弧状の面取り部２６ａ、２６ｂが形成されている。小径段部１０のインナー側端部２６には硬化層は形成されてなく、塑性加工前（加工硬化なし）のためＨＲＣ１３〜２０程度の硬さである。

図５の状態の車輪用軸受装置の中間製品１’をロータリーモードの揺動成形機によって、ハブ輪３の小径段部１０のインナー側端部２６の加締め部１７およびフェイススプライン１８を成形する。加締め部１７およびフェイススプライン１８の揺動成形を図６および図７に基づいて説明する。図６に示すように、ハブ輪３は、複数のノックピン１９が設けられた基台２０上に、車輪取付フランジ８のアウター側の側面８ａが当接した状態で縦型に載置され、車輪取付フランジ８に圧入されるハブボルトの挿入孔８ｂにノックピン１９が嵌挿されることにより回転不能に固定される。

揺動成形機の加締め工具２１は、一端面の中央部に凸部２２が突設され、この凸部２２の周縁から外周部にわたってフェイススプライン１８を塑性加工するための歯形２３が形成されたパンチ２４と、中心軸Ａがハブ輪３の軸心Ｌに対して所定の傾斜角γが付与された揺動軸２５とを備えている。揺動軸２５は、ハブ輪３の軸心Ｌのまわりを一定の傾斜角γのままで公転方向に揺動運動を行うが、フェイススプライン１８の成形時に位相がハブ輪３に対してずれないように回り止め（図示省略）が設けられている。また、パンチ２４も、その位相がハブ輪３に対してずれないように揺動軸２５に回転不能に固定されている。傾斜角γは４〜６°の範囲に設定されている。

パンチ２４の凸部２２は、小径段部１０のインナー側端部２６の円筒状内径２６ｃに対して所定の傾斜角θをもってインナー側端部２６に当接するように形成されている。傾斜角βは１５〜３５°の範囲に設定されている。

上記の構成において、ハブ輪３が支持固定された基台２０を上昇させることにより、加締め工具２１をハブ輪３のインナー側端部２６の円筒状内径２６ｃに進入させ、パンチ２４をインナー側端部２６に所定の加工力で押し当てると共に、ハブ輪３の軸心Ｌのまわりを一定の傾斜角γで公転方向に揺動運動する。この揺動運動により、図７に示すように、インナー側端部２６が半径方向外方に塑性変形されて加締め部１７が形成され、同時に加締め部１７の端面にフェイススプライン１８が形成される。また、加締め部１７の下側面が内輪４の端面４ａに当接することにより、内輪４が所定の軸受予圧が付与された状態でハブ輪３に対して軸方向に固定される。ロータリーモードの揺動成形とは、前述したように、ハブ輪３の軸心Ｌのまわりを一定の傾斜角γのままで公転方向に揺動運動して成形する方法である。ただし、フェイススプライン１８の成形方法は、上記のロータリーモードの揺動成形に限られず、他の揺動成形あるいは塑性加工等により成形することも可能である。

以上のようにして製作されたフェイススプラインの歯当たりの良否を判定するのが本発明に係る検査方法および検査装置である。本発明の実施形態に係る検査方法および検査装置を図８〜図１４に基づいて説明する。図８は、本実施形態に係る検査方法を検査装置の工程の概要を示す。この検査方法および検査装置では、検査される機械要素と組になる機械要素のフェイススプラインを模したマスターを事前に準備することを特徴の一つとしている。そして、検査方法は、塗料の塗布工程Ｓ１、マスターを押付ける押付工程Ｓ２、フェイススプライン歯面の撮影工程Ｓ３、良否の判定工程Ｓ４を主な工程とし、検査装置は、これらの各工程に対応した手段を構成としている（図８の括弧書き参照）。

検査される機械要素の具体例として、図９および図１０に示すように、車輪用軸受装置１と、これと組になる機械要素を等速自在継手３１（図１、図４参照）として説明する。したがって、車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８に噛み合うマスター４６のフェイススプライン４７は、等速自在継手３１のフェイススプライン４０を模したものである。ただし、これに限られず、検査される機械要素を等速自在継手３１とし、これと組になる機械要素を車輪用軸受装置１とすることは勿論のことである。また、検査される機械要素は、車輪用軸受装置や等速自在継手に限られず、フェイススプラインにより回転駆動力を伝達する他の機械部品にも適宜適用することができる。

まず、図８に示す塗布工程Ｓ１では、車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８とマスター４６のフェイススプライン４７の少なくとも一方に塗料を塗布する。全数インラインで検査する際、ラインの適宜の場所で順次塗布可能な車輪用軸受装置１側に塗料を塗布する方が作業上好ましい。塗料の一例としては、鉛丹を使用した光明丹を使用する。しかし、光明丹に限られることはなく、別の各種塗料、ベアリングブルーなどを適宜用いることができる。

塗料を塗布した後、押付工程Ｓ２に移る。図９に示すように、車輪用軸受装置１を検査装置（図示省略）の押圧手段４８の支持台５１にセットする。実使用条件に即するために、図９に示すように、マスター４６は、検査される車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８に倣って配置されるように、押圧部材５０に対して、回転方向Ｂ、径方向Ｃ、傾き方向Ｄに自由な取り付けとしておく。

その後、図１０に示すように、押付部材５０を白抜き矢印の方向に移動させ、マスター４６を実使用条件における組付力と同等の荷重でもって車輪用軸受装置１に押付ける。この押付力より、車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８とマスター４６のフェイススプライン４７との接触した部分の塗料が除去される。ここで、実使用条件における組付力とは、図１に示す締結ボルト４５の場合はその締付力を指す。ただし、締結ボルト以外の場合も含めて組付力と表現する。車輪用軸受装置１と等速自在継手３１との間で駆動力を伝達するとき、両者が軸方向（図１の左右方向）に離れないように締付力を付与する必要がある。実使用条件の組付力と同等の荷重で押付けることにより、スプラインの歯当たりによる塗料の除去範囲を実態に適合させて測定誤差を最小化することができ、全数インラインでの検査に好適である。しかしながら、これに限られることはなく、検査精度として許容範囲であれば、製造現場の実情や検査作業性などを考慮して、上記の押付力を実使用条件における組付力よりも適宜増減して設定してもよい。要するに、上記の押付力は、インラインでの検査を可能にする範囲のものであればよい。

その後、マスター４６を後退させると、図１１に示すように、フェイススプライン１８の歯面４９には、マスター４６のフェイススプライン４７の押付により塗料が除去された範囲が現れる。図１１は、図３のＥ−Ｆの扇形部分に該当し、フェイススプラインの歯一枚分を拡大したものである。図１１において、歯面４９のハッチングを施した範囲Ｈａ２、Ｈｂ２は塗料が残った部分であり、ハッチングを施していない範囲Ｈａ１、Ｈｂ１が塗料の除去された部分、すなわち、当たり面の部分である。この図において、フェイススプライン１８の山が１８ｂであり谷が１８ｃである。歯面４９ａは右回り（時計回り）の回転力を伝達し、歯面４９ｂは左回り（反時計回り）の回転力を伝達する。

次に、図８に示す撮影工程Ｓ３を説明する。この撮影工程Ｓ３では、図１１に示すフェイススプライン１８の歯面４９ａ、４９ｂを例えば、ＣＣＤカメラ（図示省略）で撮影する。この撮影においては、時計回りの駆動力を伝達する歯面４９ａの塗料が除去された範囲Ｈａ１を、全ての歯面４９ａについて撮影する。同様に、反時計回りの駆動力を伝達する歯面４９ｂの塗料が除去された範囲Ｈｂ１を、全ての歯面４９ｂについて撮影する。

最後に、図８に示す判定工程Ｓ４を説明する。ＣＣＤカメラの撮影データを画像処理装置に取り込む。画像処理装置により、塗料の除去された範囲Ｈａ１、Ｈｂ１の面積Ｓａ、Ｓｂおよびこの塗料の除去された範囲Ｈａ１、Ｈｂ１のスプライン中心Ｏｓからの平均半径ｒａ、ｒｂをデータ化する。

画像処理は一般的なものであるが、時計回りの駆動力を伝達する歯面４９ａを例にとって説明する。図１４に、塗料の除去された範囲Ｈａ１の面積Ｓａとこの塗料の除去された範囲Ｈａ１のスプライン中心Ｏｓからの平均半径ｒａの積Ｚａを求めるフローチャートを示す。

具体的には、まず、取り込んだ歯面４９ａ（歯数：１〜ｎ）の撮影画像を２値化処理する。図１２および図１３は、図１１における塗料が除去された範囲Ｈａ１の近辺の歯面４９ａ部分の画像を取り出して拡大した図である。図１２に示すように、２値化処理後の画像に対し、所定の画素数を単位とする矩形領域でグリット化する。塗料が除去され金属面が露出した部位が白画素、塗料が残留した部位が黒画素となるような条件で２値化画像を準備した場合、図１３に示すように、各グリットＧ（グリッド数：１〜ｍ）について、所定の画素数の半数を超える白画素が存在すれば、そのグリットＧは、塗料が除去された当たり面である部位（白）とし、そうでない場合は、そのグリッドＧは、塗料が残留するあたり面でない部位（黒、クロスハッチングで図示）として区分される。なお、２値化処理後の画像に存在するノイズ（例えば、微少画素数のピンポイントデータ）の影響を排除するために、フィルター処理や平均化処理を導入してもよい。また、グリッドＧ内の画素数の半数を閾値としてグリッドを区分するのではなく、グリッドＧ内の白画素数と黒画素数の比較結果でグリッドを区分しても良い。

そして、図１４に示すように、画像の各グリッドＧ（グリッド数：１〜ｍ）に対して次の処理を順次行う。すなわち、各グリッドＧの白黒により当たり判定を行い、当たり面（白）と判定された場合、そのグリッドＧの「面積×スプライン中心Ｏｓからの半径」を計算する。当たり面（白）と判定したグリッドＧの全ての面積とスプライン中心Ｏｓからの半径の積を加算して、一つの歯面４９ａにおける塗料が除去された範囲について、面積Ｓａと平均半径ｒａの積Ｚａを算出する。これを、時計回りの駆動力を伝達する各歯面４９ａ（歯数：１〜ｎ）に対して求めたＺａを加算して和ΣＺａを算出する。図１２および図１３では、理解しやすいように図示を簡素化し、グリッドＧの数ｍを周方向に６個、半径方向に２４個のものを例示したが、ハードウェアの能力や工程のサイクルタイム、必要とされる測定結果の精度等のバランスを考慮して合理的なグリッド数を設定することが可能である。

以上は、時計回りの駆動力を伝達する歯面４９ａを例に説明したが、同様にして、反時計回りの駆動力を伝達する歯面４９ｂ（歯数：１〜ｎ）についても同様に計算して和ΣＺｂを算出する。ここで、時計回りの駆動力を伝達する歯面４９ａの和ΣＺａと、反時計周りの駆動力を伝達する歯面４９ｂの和ΣＺｂの双方を総称して、本明細書および特許請求の範囲において和ΣＺという。また、時計回りの駆動力を伝達する歯面４９ａと反時計周りの駆動力を伝達する歯面４９ｂについて、その面積Ｓａ、Ｓｂ、平均半径ｒａ、ｒｂ、積Ｚａ、Ｚｂの双方をそれぞれ総称して、面積Ｓ、平均半径ｒ、積Ｚという。

上記で算出した和ΣＺは、ねじり強度とほぼ比例するから、これを閾値と比較することで、フェイススプライン１８の歯当たりの良否を判定する。したがって、本実施形態の検査方法および検査装置によって、車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８の歯面４９を全数インラインで検査し、算出された和ΣＺを閾値と比較して、短時間で良否を判定することができる。これにより、フェイススプライン１８、４０の疲労強度の推定および保証が可能となる。

比例係数は、概略として、その材料によって決まる降伏応力σｙとなる。したがって、必要とされるねじり強度をＴ、対象となる機械要素の材料の降伏応力をσｙとしたとき、上記の和ΣＺがＴ／σｙ以上となるΣＺの値をフェイススプライン１８の歯当たりの良否を判定する閾値することができる。これにより良品判定されたフェイススプライン１８は十分な強度を有することになる。

以上においては、車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８を検査する場合の検査方法および検査装置を説明したが、検査する機械要素が等速自在継手３１の場合も同様であるので重複説明を省略する。さらに、検査される機械要素は、車輪用軸受装置や等速自在継手に限られず、フェイススプラインにより回転駆動力を伝達する他の機械部品にも適宜適用することができる。

以上の検査方法および検査装置では、歯面の塗料が除去された範囲を撮影する例を示したが、塗料の種類等によっては、相手方に塗布した塗料が、歯面の押付により歯面に付着した範囲を撮影する場合も同様に実施することができる。

また、本発明に係るフェイススプラインの検査装置は、一台の設備が塗装手段、押付手段、撮影手段、判定手段の全てを備えている場合もあるが、これに限られることなく、これらの手段のうち、例えば、塗装手段は別の設備とし、複数の設備に分散して構成することも含む概念のものである。

次に、本発明の実施形態に係る検査方法および検査装置で検査する車輪用軸受装置の別の実施形態を図１５に基づいて説明する。図１５は、この車輪用軸受装置の縦断面図である。この車輪用軸受装置は前述した実施形態のものとは基本的には内方部材の構成が異なるだけであるので、同一の機能を有する部位には同一の符号を付して、要点のみを説明する。

この車輪用軸受装置１は、外方部材２、ハブ輪３’、一対の内輪４、４’、ボール５および保持器６を主な構成とし、所謂、第２世代と称される構成を備えている。外方部材２は、内周に複列の外側軌道面７、７が一体に形成され、外周に車体のナックル（図示省略）に取り付けるための車体取付フランジ２ａが一体に形成されている。内方部材１１は、ハブ輪３と一対の内輪４、４’とから構成されている。内輪４、４’の外周には、外方部材２の複列の外側軌道面７、７に対向する内側軌道面９、９が形成されている。ハブ輪３’は、アウター側の端部に車輪（図示省略）を取り付けるための車輪取付フランジ８が一体に形成され、この車輪取付フランジ８から肩部８ｃを介して軸方向に延びる円筒状の小径段部１０が形成されている。ハブ輪３’の小径段部１０に一対の内輪４、４’が所定の締め代を介して肩部８ｃに当接するまで圧入され、小径段部１０のインナー側端部２６を半径方向外方に塑性変形させて形成した加締め部１７によって、所定の軸方向予圧が付与された状態で軸方向に固定されている。加締め部１７の端面には、フェイススプライン１８が塑性加工により形成されている。外方部材２の外側軌道面７、７と内方部材１１の内側軌道面９、９との間に複数のボール５、５が組み込まれ、ボール５は保持器６に周方向所定間隔で収容されている。

外方部材２と内方部材１１との間に形成される環状空間の開口部にはシール１５、１６が装着され、軸受内部に封入された潤滑グリースの漏洩と、外部から軸受内部に雨水やダスト等が侵入するのを防止している。

図示は省略するが、この車輪用軸受装置１も等速自在継手と着脱自在にユニット化されるように構成されている。前述した車輪用軸受装置１と同様に、等速自在継手の外側継手部材の底部の肩部には、車輪用軸受装置１のフェイススプライン１８と噛み合うフェイススプラインが形成され、車輪用軸受装置１のハブ輪３’の内周孔に締結ボルトを挿入し、両フェイススプラインを噛み合わせた状態で締付け固定される。

外方部材２およびハブ輪３’は、いずれもＳ５３Ｃ等の０．４０〜０．６０重量％の炭素を含む中炭素鋼からなる。外方部材２の複列の外側軌道面７、７は、高周波焼入れによって表面硬さをＨＲＣ５８〜６２程度の所定の硬化層（クロスハッチングで図示）が形成されている。ハブ輪３’は、アウター側の車輪取付フランジ８の肩部８ｃから小径段部１０にわたる外周面に高周波焼入れによって表面硬さがＨＲＣ５８〜６２程度の硬化層（クロスハッチングで図示）が形成されている。これにより、車輪取付フランジ８に負荷される回転曲げ荷重に対して十分な機械的強度および耐久性を有する。加締部１７は、硬化層は形成されてないが、成形時の加工硬化によりＨＲＣ１５〜２５程度の硬さである。

内輪４、４’およびボール５は、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼で形成され、ズブ焼入れにより芯部までＨＲＣ５８〜６２程度の硬さで硬化処理されている。

本車輪用軸受装置１においても、フェイススプラインの検査方法および検査装置については前述した内容と同様であるので、重複説明を省略する。

実施例として、フェイススプラインにより駆動力を伝達する２つの円筒状部品を製作し、フェイススプラインの各歯面の塗料が除去された範囲の面積Ｓと平均半径ｒとの積を積算した和ΣＺとねじり強度の関係について試験した。その試験結果を表１に示す。表１に示す値は無次元化したもので、条件１を基準とする。試験に供したフェイススプラインの仕様は、フェイススプラインの外径Ｍをφ５５ｍｍ、フェイススプラインの内径をφ３０ｍｍ、フェイススプラインのピッチ円直径（ＰＣＤ）をφ５０ｍｍ、歯数を３３枚、歯高さを３ｍｍ、歯半値幅を２．３８とした。また、機械要素間の押付け力は８０ｋＮとした。

表１に示す試験結果を図１６にグラフ化した。図１６に示すように、和ΣＺが静ねじり強度とほぼ比例することを確認した。試験結果は静ねじり強度に関するものであるが、疲労強度においても同様の関係があることはいうまでもない。

各実施形態の車輪用軸受装置では、転動体にボールを使用した複列のアンギュラ玉軸受を例示したが、これに限らず、転動体に円すいころを使用した複列の円すいころ軸受であっても良い。

各実施形態の車輪用軸受装置は、エンジン動力を車輪に伝達する動力伝達装置を有する自動車等の車両に限らず、モーター動力、あるいはモーター動力とエンジン動力の両方を車輪に伝達する動力伝達装置を有する自動車等の車両、すなわち電気自動車やハイブリット車等にも使用できることはいうまでもない。

各実施形態の車輪用軸受装置は、外方部材、ハブ輪、一列の内輪、ボールおよび保持器を主な構成とした第３世代と、外方部材、ハブ輪、一対の内輪、ボールおよび保持器を主な構成とした第２世代のものを示したが、これに限られず、車体取付フランジを有しない第１世代の軸受とすることも可能である。

各実施形態の車輪用軸受装置と着脱自在にユニット化される等速自在継手として、ツェッパ型固定式等速自在継手を例示したが、これに限られず、アンダーカットフリー型固定式等速自在継手や、摺動式としてのダブルオフセット型等速自在継手、クロスグルーブ型等速自在継手、トリポード型等速自在継手等も適宜使用することができる。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、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、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 車輪用軸受装置
２ 外方部材
２ａ 車体取付フランジ
３ ハブ輪
４ 内輪
５ ボール
６ 保持器
７ 外側軌道面
８ 車輪取付フランジ
９ 内側軌道面
１０ 小径段部
１１ 内方部材
１７ 加締め部
１８ フェイススプライン
２６ インナー側端部
３１ 等速自在継手
３２ 外側継手部材
３３ 内側継手部材
３４ 保持器
３５ トルク伝達ボール
４０ フェイススプライン
４６ マスター
４７ フェイススプライン
４８ 押付部材
４９ａ 歯面
４９ｂ 歯面
５０ 押付手段
Ｈａ１ 塗料の除去された範囲
Ｈｂ１ 塗料の除去された範囲
Ｍ スプラインの外径
Ｏｓ スプラインの中心
Ｓ 面積
ｒ 平均半径

Claims (14)

1. 回転動力を伝達する機械要素の端面に形成されたフェイススプラインの検査方法であって、前記フェイススプラインに噛み合うフェイススプラインを形成したマスターを使用し、該マスターと前記機械要素の少なくとも一方のフェイススプラインに塗料を塗布する塗布工程と、前記マスターを前記機械要素に押付ける押付工程と、スプライン歯面を撮影する撮影工程と、前記撮影データからスプラインの歯当たりの良否を判定する判定工程を備え、前記押付工程における押付力を、対となる機械要素のフェイススプラインの実使用条件における組付力を考慮して設定したことを特徴とするフェイススプラインの検査方法。
2. 前記押付工程における押付力を、前記フェイススプラインの実使用条件における組付力と同等にしたことを特徴とする請求項１に記載のフェイススプラインの検査方法。
3. 前記押圧工程において、前記マスターと検査対象である前記機械要素との間が調心可能に構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフェイススプラインの検査方法。
4. 前記撮像工程のデータに基づき、前記判定工程において、スプライン歯面の塗料が除去された範囲或いは塗料が付着した範囲について、その面積と、フェイススプラインの中心からの平均半径との積を歯面毎に算出し、時計周りの駆動力を伝達する歯面の全てについて積算した和および反時計回りの駆動力を伝達する歯面の全てについて積算した和により、スプラインの歯当たりの良否を判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフェイススプラインの検査方法。
5. 前記機械要素に必要とされる捩り強度をＴ、前記機械要素を形成する材料の降伏応力σｙ、前記積算した和をΣＺとしたとき、ΣＺ≧Ｔ／σｙとなるΣＺを前記スプラインの歯当たりの良否を判定する閾値としたことを特徴とする請求項４に記載のフェイススプラインの検査方法。
6. 前記機械要素が車輪用軸受装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフェイススプラインの検査方法。
7. 前記機械要素が等速自在継手であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のフェイススプラインの検査方法。
8. 回転動力を伝達する機械要素の端面に形成されたフェイススプラインの検査装置であって、前記フェイススプラインに噛み合うフェイススプラインを形成したマスターを使用し、該マスターと前記機械要素の少なくとも一方のフェイススプラインに塗料を塗布する塗布手段と、前記マスターを前記機械要素に押付ける押付手段と、スプライン歯面を撮影する撮影手段と、前記撮影データからスプラインの歯当たりの良否を判定する判定手段を備え、前記押付手段の押付力を、対となる機械要素のフェイススプラインの実使用条件における組付力を考慮して設定したことを特徴とするフェイススプラインの検査装置。
9. 前記押付手段の押付力を、前記フェイススプラインの実使用条件における組付力と同等にしたことを特徴とする請求項８に記載のフェイススプラインの検査装置。
10. 前記押圧手段は、前記マスターと検査対象である前記機械要素との間が調心可能に構成されていることを特徴とする請求項８又は請求項９に記載のフェイススプラインの検査装置。
11. 前記撮像手段のデータに基づき、前記判定手段は、スプライン歯面の塗料が除去された範囲或いは塗料が付着した範囲について、その面積と、フェイススプラインの中心からの平均半径との積を歯面毎に算出し、時計周りの駆動力を伝達する歯面の全てについて積算した和および反時計回りの駆動力を伝達する歯面の全てについて積算した和により、スプラインの歯当たりの良否を判定することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載のフェイススプラインの検査装置。
12. 前記判定手段は、前記機械要素に必要とされる捩り強度をＴ、前記機械要素を形成する材料の降伏応力σｙ、前記積算した和をΣＺとしたとき、ΣＺ≧Ｔ／σｙとなるΣＺを前記スプラインの歯当たりの良否を判定する閾値としたことを特徴とする請求項１１に記載のフェイススプラインの検査装置。
13. 請求項１〜１２項のいずれか一項に記載の検査方法又は検査装置により検査された車輪用軸受装置。
14. 請求項１〜１２項のいずれか一項に記載の検査方法又は検査装置により検査された等速自在継手。

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