歯車の噛合状態評価方法および装置
【課題】実際に歯車を噛合して回転駆動した場合の騒音との相関が高く、定量的な評価が可能な歯車の噛合状態評価方法、および歯車の噛合状態評価装置を提供する。
【解決手段】歯車の噛合状態評価方法は、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測工程Ｓ１００と、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することによりパワースペクトルを作成するパワースペクトル作成工程Ｓ２００と、駆動歯車１１および被駆動歯車１２のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００と、差分パワースペクトルに基づいて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を判定する噛合状態判定工程Ｓ４００と、を具備する。
【解決手段】歯車の噛合状態評価方法は、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測工程Ｓ１００と、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することによりパワースペクトルを作成するパワースペクトル作成工程Ｓ２００と、駆動歯車１１および被駆動歯車１２のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００と、差分パワースペクトルに基づいて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を判定する噛合状態判定工程Ｓ４００と、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の噛合状態を評価する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歯車の噛合状態は当該歯車が噛合しつつ回転する際に発生する騒音や振動と密接な関係を有することが知られており、歯車を具備する装置等の駆動時の騒音や振動を低減する目的で歯車の噛合状態を評価する方法が検討されている。
【０００３】
このような評価方法としては、実際に歯車を噛合して回転駆動し、歯車から発生する騒音や振動、その他の情報に基づいて歯車の噛合状態を評価する方法が行われている。
例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００４】
特許文献１に記載の方法は、入力軸に嵌設された歯車および出力軸に嵌設された歯車を噛合して実際に回転駆動しつつ入力軸および出力軸に設けられたロータリーエンコーダで伝達誤差信号を検出し、当該検出された伝達誤差信号をフーリエ変換することにより伝達誤差信号から雑音成分を除去して歯車の噛合状態を評価するものである。
【０００５】
しかし、この方法は通常、実際に専用の装置に一対の歯車を相互に噛合した状態で回転可能にセットし、これらを回転駆動しなければならないために作業性が悪く、多数の歯車を高速かつ精度良く評価する用途には適さないという問題がある。
【０００６】
上記方法とは別の方法として、歯車の歯面の形状を接触式または非接触式の形状測定装置により計測し、計測結果を基準となる歯面の形状と比較することにより歯車の噛合状態を評価する方法が検討されている。非接触式の形状測定装置により計測する方法としては特許文献２に記載の方法が挙げられる。
このような方法の最も簡便な例としては歯車の歯面の特定部分をプローブまたはレーザ光で一回走査して形状を計測する方法があるが、この場合、一回走査しただけの計測結果が歯車の歯面の全体形状を反映しているとは言い難く、当該計測結果と実際に歯車を回転駆動したときの騒音や振動との相関も高くない。
【０００７】
そこで、プローブまたはレーザ光を用いて歯車の歯面を歯丈方向に走査する作業を歯方向に少しづつずらして複数回行うことにより、歯車の歯面全体の立体形状を計測し、当該歯車の歯面全体の立体形状と基準となる歯面の立体形状と比較することにより歯車の噛合状態を評価する方法が検討されている。
【０００８】
しかし、この方法で良品であると判定される歯車は、当該基準となる歯面との間では誤差が所定の範囲にあるが、これらの歯車同士が噛合したときの相対的な形状の誤差は組み合わせによっては大きくなる場合がある。そして、このような場合には歯車の噛合状態の評価結果と実際に歯車を噛合したときの騒音や振動の測定結果との間の相関が低く、結果的に歯車の噛合状態の評価結果の信頼性が高くないという問題がある。
【特許文献１】特開平１−１９９１３２号公報
【特許文献２】特開平７−７１９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明は以上の如き状況に鑑み、実際に歯車を噛合して回転駆動した場合の騒音や振動との相関が高く、定量的な評価が可能な歯車の噛合状態評価方法、および歯車の噛合状態評価装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、
一対の歯車の歯面の立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測工程と、
前記歯面形状計測工程において計測された一対の歯車の歯面の立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することによりパワースペクトルを作成するパワースペクトル作成工程と、
前記パワースペクトル作成工程において作成された一対の歯車のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成工程と、
前記差分パワースペクトル作成工程において作成された差分パワースペクトルに基づいて前記一対の歯車の噛合状態を判定する噛合状態判定工程と、
を具備するものである。
【００１２】
請求項２においては、
前記噛合状態判定工程において、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定するものである。
【００１３】
請求項３においては、
一対の歯車の歯面の立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測手段と、
前記歯面形状計測手段により計測された一対の歯車の歯面の立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することにより、パワースペクトルを作成するパワースペクトル作成手段と、
前記パワースペクトル作成手段により作成された一対の歯車のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成手段と、
前記差分パワースペクトル作成手段により作成された差分パワースペクトルに基づいて前記一対の歯車の噛合状態を判定する噛合状態判定手段と、
を具備するものである。
【００１４】
請求項４においては、
前記噛合状態判定手段は、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１６】
請求項１においては、一対の歯車の噛合状態を定量的に評価することが可能である。
【００１７】
請求項２においては、一対の歯車の噛合状態を定量的に評価することが可能である。
【００１８】
請求項３においては、一対の歯車の噛合状態を定量的に評価することが可能である。
【００１９】
請求項４においては、一対の歯車の噛合状態を定量的に評価することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下では図１を用いて本発明に係る歯車の噛合状態評価装置の実施の一形態である評価装置１について説明する。
評価装置１は一対の歯車である駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を評価するための装置であり、主として形状計測装置２０、制御装置３０等を具備する。
【００２１】
駆動歯車１１および被駆動歯車１２は本発明に係る一対の歯車の実施の一形態であり、互いに噛合可能な一対のハスバ歯車である。
なお、本発明に係る歯車は本実施例の駆動歯車１１および被駆動歯車１２の如きハスバ歯車に限定されず、平歯車、内歯歯車、ラック、直歯傘歯車、ハスバ傘歯車、冠歯車、フェース歯車、ゼロールベベルギア、スパイラルベベルギア、ハイポイドギア、ネジ歯車、ウォーム歯車等の種々の歯車に適用可能である。
【００２２】
形状計測装置２０は本発明に係る歯面形状計測手段の実施の一形態であり、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の立体形状、より厳密には駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測するものである。
形状計測装置２０は接触式の形状計測装置であり、プローブ２１を具備する。
形状計測装置２０は、プローブ２１を駆動歯車１１の歯面１１ａおよび被駆動歯車１２の歯面１２ａに接触させつつ走査することにより、歯面１１ａおよび歯面１２ａの凹凸、すなわち歯面１１ａおよび歯面１２ａの歯面形状のプロファイルを取得する。
このとき、図２の（ａ）に示す如く形状計測装置２０はプローブ２１を歯丈方向（歯車の歯の高さ方向）に走査する作業を歯幅方向（歯車の歯の幅方向）に少しづつずらして複数回行い、図２の（ｂ）に示す如く歯幅方向の座標が異なる複数の歯面形状のプロファイルを取得する。
このようにして、形状計測装置２０は、歯幅方向の座標が異なる複数の歯面形状のプロファイルを取得するという形で歯面１１ａおよび歯面１２ａの立体形状を計測する。
【００２３】
なお、本実施例の形状計測装置２０は接触式の形状計測装置であり、歯幅方向の座標が異なる複数の歯面形状のプロファイルを取得するという形で歯面１１ａおよび歯面１２ａの立体形状を計測する構成であるが、本発明に係る歯面形状計測手段はこれに限定されず、歯車の歯面の立体形状を計測可能であれば他の構成でも良い。
本発明に係る歯面形状計測手段の他の構成としては、非接触式の三次元形状測定装置、例えばレーザ光を照射する等の光学的手法を用いるもの、あるいは歯面に格子模様等を投影してカメラ等の撮像手段により撮像した画像を処理することにより歯面の三次元形状を計測するもの等が挙げられる。
【００２４】
制御装置３０は評価装置１の種々の動作を制御するための装置である。制御装置３０は制御部３１、入力部３２、表示部３３等を具備する。
【００２５】
制御部３１は、実体的には、評価装置１の動作を行うためのプログラム（動作制御プログラム）、後述する歯面１１ａおよび歯面１２ａのパワースペクトルの作成に係るプログラム（パワースペクトル作成プログラム）、後述する差分パワースペクトルの作成に係るプログラム（差分パワースペクトル作成プログラム）、後述する歯面１１ａおよび歯面１２ａの噛合状態の判定に係るプログラム（噛合状態判定プログラム）等を格納する格納手段、これらのプログラム等を展開する展開手段、これらのプログラム等に従って所定の演算を行う演算手段、パワースペクトルや評価結果等を記憶する記憶手段等を具備する。制御部３１は、より具体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
また、制御部３１は専用品でも良いが、市販のパソコンやワークステーション等を用いて達成することも可能である。
【００２６】
制御部３１は形状計測装置２０に接続され、形状計測装置２０を動作するための信号を送信することが可能であるとともに、形状計測装置２０により計測された歯面１１ａおよび歯面１２ａの立体形状に係る情報を取得することが可能である。
制御部３１の詳細については後述する。
【００２７】
入力部３２は、作業者等が評価装置１の動作や評価結果に係るデータ等を制御部３１に入力するものである。
入力部３２は専用品でも良いが、市販のキーボードやタッチパネル等を用いて達成することも可能である。
【００２８】
表示部３３は、入力部３２により入力されたデータや評価結果等を表示するものである。
表示部３３は専用品でも良いが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いて達成することも可能である。
【００２９】
以下では、制御部３１の詳細について説明する。
制御部３１は、記憶部３１ａ、動作制御部３１ｂ、パワースペクトル作成部３１ｃ、差分パワースペクトル作成部３１ｄ、噛合状態判定部３１ｅを具備する。
【００３０】
記憶部３１ａは駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態の評価結果等の種々のデータを記憶するものである。
本実施例では、制御部３１の記憶手段（ＨＤＤ等）に上記種々のデータが記憶されることにより、記憶部３１ａとしての機能を果たす。
【００３１】
動作制御部３１ｂは評価装置１の動作を制御するものである。
本実施例では、制御部３１の格納手段に格納された評価装置１の動作を行うためのプログラム（動作制御プログラム）が実行されることにより、動作制御部３１ｂとしての機能を果たす。
【００３２】
パワースペクトル作成部３１ｃは本発明に係るパワースペクトル作成手段の実施の一形態であり、形状計測装置２０により計測された駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換し、図３および図４に示す如き歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルを作成するものである。
本実施例では、制御部３１の格納手段に格納された歯面１１ａおよび歯面１２ａのパワースペクトルの作成に係るプログラム（パワースペクトル作成プログラム）が実行されることにより、パワースペクトル作成部３１ｃとしての機能を果たす。
【００３３】
パワースペクトル作成部３１ｃは、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状に係る情報、すなわち歯面１１ａの歯面形状のプロファイルの集合体を二次元フーリエ変換し、図３に示す駆動歯車１１の歯面１１ａについてのパワースペクトルを作成する。
【００３４】
ここで、「二次元フーリエ変換」は、画像処理等の分野で用いられる情報処理方法の一つであり、一般的には互いに直交する三つの軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が設定された三次元座標系において、Ｚ軸方向に振動しつつＸＹ平面上を進む三次元波の周波数特性を、当該三次元波をＸＺ平面に投影した二次元波の周波数特性および当該三次元波をＹＺ平面に投影した二次元波の周波数特性を合成したものとして求めるものである。
なお、二次元フーリエ変換の手法についてはＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等、既知の手法を採用することが可能である。
「周波数特性」は、ある周波数を有する正弦波と対象となる波との一致度合い（強度）を表すものである。
また、「パワースペクトル」は、二次元フーリエ変換の振動方向（Ｚ軸方向）に垂直な二つの方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の周波数をそれぞれ縦軸および横軸とする平面上に、Ｘ軸方向の周波数およびＹ軸方向の周波数の組み合わせと三次元波との一致度合い（強度）との関係を表したものである。
【００３５】
本実施例の場合、パワースペクトル作成部３１ｃは、図２に示す如く、歯丈方向をＸ軸方向、歯幅方向をＹ軸方向、歯面方向をＺ軸方向とし、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状を三次元波として捉え、歯面１１ａの立体形状の周波数特性を求める。
次に、歯面１１ａの立体形状の周波数特性に基づいて、図３に示す如き駆動歯車１１の歯面１１ａについてのパワースペクトルを作成する。
図３に示す如く、本実施例の駆動歯車１１の場合、歯丈方向、歯幅方向とも低周波数成分の強度がやや大きいことが分かる。
【００３６】
同様にして、パワースペクトル作成部３１ｃは、被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状を三次元波として捉え、歯面１２ａの立体形状の周波数特性を求める。
次に、歯面１２ａの立体形状の周波数特性に基づいて、図４に示す如き被駆動歯車１２の歯面１２ａについてのパワースペクトルを作成する。
図４に示す如く、本実施例の被駆動歯車１２の場合、歯丈方向、歯幅方向とも低周波数成分の強度がやや大きいが、先の駆動歯車１１の低周波数成分の強度と比べると小さいことが分かる。
【００３７】
差分パワースペクトル作成部３１ｄは本発明に係る差分パワースペクトル作成手段の実施の一形態であり、パワースペクトル作成部３１ｃにより作成された駆動歯車１１の歯面１１ａおよび被駆動歯車１２の歯面１２ａのそれぞれについての歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルの差分を算出することにより図５に示す如き差分パワースペクトルを作成するものである。
本実施例では、制御部３１の格納手段に格納された差分パワースペクトルの作成に係るプログラム（差分パワースペクトル作成プログラム）が実行されることにより、差分パワースペクトル作成部３１ｄとしての機能を果たす。
【００３８】
差分パワースペクトル作成部３１ｄは、駆動歯車１１の歯面１１ａについての歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルから被駆動歯車１２の歯面１２ａについての歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルを引く、すなわち、対応する周波数の組み合わせについてそれぞれ一致度合いの値の差を算出する。
次に、差分パワースペクトル作成部３１ｄは、当該算出された一致度合いの差を、歯丈方向の周波数を縦軸、歯幅方向の周波数を横軸とする平面上に表すことにより、図５に示す差分パワースペクトルを作成する。
図５に示す如く、本実施例の駆動歯車１１および被駆動歯車１２の組み合わせの場合、歯丈方向、歯幅方向とも低周波数成分の強度が大きく、特に歯丈方向の低周波数成分の強度が大きいことが分かる。
【００３９】
噛合状態判定部３１ｅは本発明に係る噛合状態判定手段の実施の一形態であり、差分パワースペクトル作成部３１ｄにより作成された差分パワースペクトルに基づいて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を判定するものである。
本実施例では、制御部３１の格納手段に格納された歯面１１ａおよび歯面１２ａの噛合状態の判定に係るプログラム（噛合状態判定プログラム）が実行されることにより、噛合状態判定部３１ｅしての機能を果たす。
噛合状態判定部３１ｅは、より具体的には、差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分、特に差分パワースペクトルの歯丈方向の低周波数成分が所定の強度以上となった場合に駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態が悪いと判定し、差分パワースペクトルの歯丈方向の低周波数成分が所定の強度未満となった場合に駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態が良いと判定する。
【００４０】
以下では図６乃至図８を用いて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の差分パワースペクトルと噛合状態との関係について説明する。
【００４１】
まず、四個の駆動歯車１１・１１・１１・１１および一個の被駆動歯車１２を用意する。このとき、四個の駆動歯車１１・１１・１１・１１については、歯面１１ａの立体形状がそれぞれ異なるものが予め用意される。以下、四個の駆動歯車１１・１１・１１・１１をそれぞれ駆動歯車Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄとする。また、一個の被駆動歯車１２を被駆動歯車Ｅとする。
【００４２】
次に、駆動歯車Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄおよび被駆動歯車Ｅについて評価装置１を用いて歯面１１ａ（１２ａ）の立体形状を計測し、それぞれについてのパワースペクトルを作成する。
続いて、評価装置１を用いて駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｂと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｃと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、および駆動歯車Ｄと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、についての差分パワースペクトルをそれぞれ作成する。
最後に、駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｂと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｃと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、および駆動歯車Ｄと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、についてそれぞれ実際に噛合させつつ回転駆動したときに発生する音を計測する。
【００４３】
図６はこれらの差分パワースペクトルのうち、歯幅方向の周波数が最も低い部分における歯丈方向の周波数成分（図５に示す差分パワースペクトルの上下略中央部における左右方向のラインの一致度合い）を示す。
【００４４】
図６より、駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせは、特に低周波数成分（図６において楕円で囲んだ部分）の強度が他の組み合わせよりも大きい。
【００４５】
図７はこれらの差分パワースペクトルのうち、歯丈方向の周波数が最も低い部分における歯幅方向の周波数成分（図５に示す差分パワースペクトルの左右略中央部における上下方向のラインの一致度合い）を示す。
【００４６】
図７より、駆動歯車Ｄと被駆動歯車Ｅの組み合わせは低周波数成分から高周波数成分にわたって強度が大きく、駆動歯車Ｂと被駆動歯車Ｅの組み合わせは低周波数成分から高周波数成分にわたって強度が小さい。
また、駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、および駆動歯車Ｃと被駆動歯車Ｅの組み合わせは、低周波数成分において強度が高いが高周波成分において強度が低くなる。
【００４７】
図８は駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｂと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｃと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、および駆動歯車Ｄと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、についてそれぞれ実際に噛合させつつ回転駆動したときに発生する音の計測結果を示す。
図８より、駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせが実際に噛合させつつ回転駆動したときに発生する音（音圧）が広い周波数にわたって他の組み合わせよりも大きい。
また、図６、図７および図８より、実際に噛合させつつ回転駆動したときに発生する音の大きさ（図８）は、歯丈方向の差分スペクトルのうち、歯丈方向の周波数成分、特に低周波成分の強度（図６中の楕円で囲まれた部分）と強い相関があることが分かる。
【００４８】
図６乃至図８より、差分パワースペクトルのうち歯丈方向の周波数成分、特に低周波数成分の強度（一致度合い）が所定の強度以上となるか否か（所定の閾値を超えているか否か）を判定することにより、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態の評価、すなわち、駆動歯車１１および被駆動歯車１２を実際に噛合して回転駆動した場合に騒音が大きいか否かの判定、を精度良く行うことが可能である。
上記「所定の強度（所定の閾値）」は、評価装置１により作成された駆動歯車１１および被駆動歯車１２の差分パワースペクトルと、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の実際の回転駆動時の音圧と、を比較する実験を繰り返し行うことにより、予め求められる。
【００４９】
なお、本実施例では差分パワースペクトルのうち、歯丈方向の周波数成分を用いて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態の評価を行う構成としたが、本発明に係る歯車の噛合状態評価装置はこれに限定されず、歯車の形状や種類に応じて差分パワースペクトルの他の要素を用いて評価することも可能である。
例えば、歯幅方向の周波数成分を用いて、あるいは歯丈方向の周波数成分および歯幅方向の周波数成分を総合的に判断することによって、一対の歯車の噛合状態の評価を行うことが可能である。
また、本実施例ではパワースペクトルの周波数特性を見る方向を歯丈方向と歯幅方向の二方向としたが、本発明に係る歯車の噛合状態評価装置はこれに限定されず、歯車の形状や種類等に応じてパワースペクトルの周波数特性を見る方向を変えても良い。
例えば、パワースペクトルの周波数特性を見る方向の一つに歯車の噛み合い進行方向（一対の歯車が噛合しつつ回転駆動されるときに当該一対の歯車の歯面同士の接触部位の移動する方向）を含む構成としても良い。
【００５０】
本実施例の評価装置１はパワースペクトル作成部３１ｃ、差分パワースペクトル作成部３１ｄおよび噛合状態判定部３１ｅを一体とする構成としたが、本発明に係る歯車の噛合状態評価装置はこれに限定されず、パワースペクトル作成部３１ｃ、差分パワースペクトル作成部３１ｄおよび噛合状態判定部３１ｅをそれぞれ別体としても良い。
【００５１】
以下では、図９を用いて本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態について説明する。
【００５２】
本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態は評価装置１を用いて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を評価する方法であり、主として歯面形状計測工程Ｓ１００、パワースペクトル作成工程Ｓ２００、差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００、噛合状態判定工程Ｓ４００を具備する。
【００５３】
歯面形状計測工程Ｓ１００は駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測する工程である。
歯面形状計測工程Ｓ１００において、形状計測装置２０はプローブ２１を駆動歯車１１の歯面１１ａおよび被駆動歯車１２の歯面１２ａに接触させつつ、歯丈方向に走査する作業を歯幅方向に少しづつずらして複数回行い、歯幅方向の座標が異なる複数の歯面形状のプロファイルを取得することにより、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測する。
歯面形状計測工程Ｓ１００が終了したらパワースペクトル作成工程Ｓ２００に移行する。
【００５４】
パワースペクトル作成工程Ｓ２００は歯面形状計測工程Ｓ１００において計測された駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換し、歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルを作成する工程である。
パワースペクトル作成工程Ｓ２００において、パワースペクトル作成部３１ｃは歯丈方向をＸ軸方向、歯幅方向をＹ軸方向、歯面方向をＺ軸方向とし、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状を三次元波として捉え、歯面１１ａの立体形状の周波数特性を求める。
次に、パワースペクトル作成部３１ｃは歯面１１ａの立体形状の周波数特性に基づいて、駆動歯車１１の歯面１１ａについてのパワースペクトルを作成する。
同様に、パワースペクトル作成部３１ｃは、被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状を三次元波として捉え、歯面１２ａの立体形状の周波数特性を求める。
次に、パワースペクトル作成部３１ｃは歯面１２ａの立体形状の周波数特性に基づいて、被駆動歯車１２の歯面１２ａについてのパワースペクトルを作成する。
パワースペクトル作成工程Ｓ２００が終了したら差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００に移行する。
【００５５】
差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００はパワースペクトル作成工程Ｓ２００において作成された駆動歯車１１および被駆動歯車１２のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する工程である。
差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００において、差分パワースペクトル作成部３１ｄは、駆動歯車１１の歯面１１ａについての歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルから被駆動歯車１２の歯面１２ａについての歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルを引く、すなわち、対応する周波数の組み合わせについてそれぞれ一致度合いの値の差を算出し、当該算出された一致度合いの差を、歯丈方向の周波数を縦軸、歯幅方向の周波数を横軸とする平面上に表すことにより差分パワースペクトルを作成する。
差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００が終了したら噛合状態判定工程Ｓ４００に移行する。
【００５６】
噛合状態判定工程Ｓ４００は差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００において作成された差分パワースペクトルに基づいて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を判定する工程である。
噛合状態判定工程Ｓ４００において、噛合状態判定部３１ｅは、差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分、特に差分パワースペクトルの歯丈方向の低周波数成分が所定の強度以上となった場合に駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態が悪いと判定し、差分パワースペクトルの歯丈方向の低周波数成分が所定の強度未満となった場合に駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態が良いと判定する。
噛合状態判定工程Ｓ４００が終了したら、本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態が終了する。
【００５７】
以上の如く、本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態は、
駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測工程Ｓ１００と、
歯面形状計測工程Ｓ１００において計測された駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することによりパワースペクトルを作成するパワースペクトル作成工程Ｓ２００と、
パワースペクトル作成工程Ｓ２００において作成された駆動歯車１１および被駆動歯車１２のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００と、
差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００において作成された差分パワースペクトルに基づいて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を判定する噛合状態判定工程Ｓ４００と、
を具備するものである。
このように構成することにより、実際に駆動歯車１１および被駆動歯車１２を噛合させて回転駆動しなくても、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を定量的に評価することが可能である。言い換えると、実際に駆動歯車１１および被駆動歯車１２を噛合させて回転駆動した場合に騒音が大きいか否かを精度良く判定することが可能である。
特に、従来の評価方法の如く、基準となる歯車と比較すると許容範囲内にあると判定された歯車同士を実際に噛合して回転駆動した場合に大きな騒音や振動が発生するという事態を効果的に防止することが可能である。
【００５８】
また、本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態は、
噛合状態判定工程Ｓ４００において、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定するものである。
このように構成することにより、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を容易かつ精度良く評価することが可能である。
【００５９】
また、本発明に係る歯車の噛合状態評価装置の実施の一形態である評価装置１は、
駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測する形状計測装置２０と、
形状計測装置２０により計測された駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することにより、パワースペクトルを作成するパワースペクトル作成部３１ｃと、
パワースペクトル作成部３１ｃにより作成された駆動歯車１１および被駆動歯車１２のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成部３１ｄと、
差分パワースペクトル作成部３１ｄにより作成された差分パワースペクトルに基づいて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を判定する噛合状態判定部３１ｅと、
を具備するものである。
このように構成することにより、実際に駆動歯車１１および被駆動歯車１２を噛合させて回転駆動しなくても、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を定量的に評価することが可能である。言い換えると、実際に駆動歯車１１および被駆動歯車１２を噛合させて回転駆動した場合に騒音が大きいか否かを精度良く判定することが可能である。
特に、従来の評価方法の如く、基準となる歯車と比較すると許容範囲内にあると判定された歯車同士を実際に噛合して回転駆動した場合に大きな騒音や振動が発生するという事態を効果的に防止することが可能である。
【００６０】
また、評価装置１の噛合状態判定部３１ｅは、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定するものである。
このように構成することにより、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を容易かつ精度良く評価することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る歯車の噛合状態評価装置の実施の一形態を示す図。
【図２】歯車の歯面形状のプロファイルを示す図。
【図３】一方の歯車の歯面のパワースペクトルを示す図。
【図４】他方の歯車の歯面のパワースペクトルを示す図。
【図５】差分パワースペクトルを示す図。
【図６】差分パワースペクトルにおける歯丈方向の周波数成分と強度との関係を示す図。
【図７】差分パワースペクトルにおける歯幅方向の周波数成分と強度との関係を示す図。
【図８】一対の歯車の組み合わせと回転駆動時の音圧との関係を示す図。
【図９】本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態を示すフロー図。
【符号の説明】
【００６２】
１ 評価装置（歯車の噛合状態評価装置）
１１ 駆動歯車（歯車）
１１ａ 歯面
１２ 被駆動歯車（歯車）
１２ａ 歯面
２０ 形状計測装置（歯面形状計測手段）
３１ｃ パワースペクトル作成部（パワースペクトル作成手段）
３１ｄ 差分パワースペクトル作成部（差分パワースペクトル作成手段）
３１ｅ 噛合状態判定部（噛合状態判定手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の噛合状態を評価する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歯車の噛合状態は当該歯車が噛合しつつ回転する際に発生する騒音や振動と密接な関係を有することが知られており、歯車を具備する装置等の駆動時の騒音や振動を低減する目的で歯車の噛合状態を評価する方法が検討されている。
【０００３】
このような評価方法としては、実際に歯車を噛合して回転駆動し、歯車から発生する騒音や振動、その他の情報に基づいて歯車の噛合状態を評価する方法が行われている。
例えば、特許文献１に記載の如くである。
【０００４】
特許文献１に記載の方法は、入力軸に嵌設された歯車および出力軸に嵌設された歯車を噛合して実際に回転駆動しつつ入力軸および出力軸に設けられたロータリーエンコーダで伝達誤差信号を検出し、当該検出された伝達誤差信号をフーリエ変換することにより伝達誤差信号から雑音成分を除去して歯車の噛合状態を評価するものである。
【０００５】
しかし、この方法は通常、実際に専用の装置に一対の歯車を相互に噛合した状態で回転可能にセットし、これらを回転駆動しなければならないために作業性が悪く、多数の歯車を高速かつ精度良く評価する用途には適さないという問題がある。
【０００６】
上記方法とは別の方法として、歯車の歯面の形状を接触式または非接触式の形状測定装置により計測し、計測結果を基準となる歯面の形状と比較することにより歯車の噛合状態を評価する方法が検討されている。非接触式の形状測定装置により計測する方法としては特許文献２に記載の方法が挙げられる。
このような方法の最も簡便な例としては歯車の歯面の特定部分をプローブまたはレーザ光で一回走査して形状を計測する方法があるが、この場合、一回走査しただけの計測結果が歯車の歯面の全体形状を反映しているとは言い難く、当該計測結果と実際に歯車を回転駆動したときの騒音や振動との相関も高くない。
【０００７】
そこで、プローブまたはレーザ光を用いて歯車の歯面を歯丈方向に走査する作業を歯方向に少しづつずらして複数回行うことにより、歯車の歯面全体の立体形状を計測し、当該歯車の歯面全体の立体形状と基準となる歯面の立体形状と比較することにより歯車の噛合状態を評価する方法が検討されている。
【０００８】
しかし、この方法で良品であると判定される歯車は、当該基準となる歯面との間では誤差が所定の範囲にあるが、これらの歯車同士が噛合したときの相対的な形状の誤差は組み合わせによっては大きくなる場合がある。そして、このような場合には歯車の噛合状態の評価結果と実際に歯車を噛合したときの騒音や振動の測定結果との間の相関が低く、結果的に歯車の噛合状態の評価結果の信頼性が高くないという問題がある。
【特許文献１】特開平１−１９９１３２号公報
【特許文献２】特開平７−７１９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本願発明は以上の如き状況に鑑み、実際に歯車を噛合して回転駆動した場合の騒音や振動との相関が高く、定量的な評価が可能な歯車の噛合状態評価方法、および歯車の噛合状態評価装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、
一対の歯車の歯面の立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測工程と、
前記歯面形状計測工程において計測された一対の歯車の歯面の立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することによりパワースペクトルを作成するパワースペクトル作成工程と、
前記パワースペクトル作成工程において作成された一対の歯車のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成工程と、
前記差分パワースペクトル作成工程において作成された差分パワースペクトルに基づいて前記一対の歯車の噛合状態を判定する噛合状態判定工程と、
を具備するものである。
【００１２】
請求項２においては、
前記噛合状態判定工程において、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定するものである。
【００１３】
請求項３においては、
一対の歯車の歯面の立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測手段と、
前記歯面形状計測手段により計測された一対の歯車の歯面の立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することにより、パワースペクトルを作成するパワースペクトル作成手段と、
前記パワースペクトル作成手段により作成された一対の歯車のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成手段と、
前記差分パワースペクトル作成手段により作成された差分パワースペクトルに基づいて前記一対の歯車の噛合状態を判定する噛合状態判定手段と、
を具備するものである。
【００１４】
請求項４においては、
前記噛合状態判定手段は、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１６】
請求項１においては、一対の歯車の噛合状態を定量的に評価することが可能である。
【００１７】
請求項２においては、一対の歯車の噛合状態を定量的に評価することが可能である。
【００１８】
請求項３においては、一対の歯車の噛合状態を定量的に評価することが可能である。
【００１９】
請求項４においては、一対の歯車の噛合状態を定量的に評価することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下では図１を用いて本発明に係る歯車の噛合状態評価装置の実施の一形態である評価装置１について説明する。
評価装置１は一対の歯車である駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を評価するための装置であり、主として形状計測装置２０、制御装置３０等を具備する。
【００２１】
駆動歯車１１および被駆動歯車１２は本発明に係る一対の歯車の実施の一形態であり、互いに噛合可能な一対のハスバ歯車である。
なお、本発明に係る歯車は本実施例の駆動歯車１１および被駆動歯車１２の如きハスバ歯車に限定されず、平歯車、内歯歯車、ラック、直歯傘歯車、ハスバ傘歯車、冠歯車、フェース歯車、ゼロールベベルギア、スパイラルベベルギア、ハイポイドギア、ネジ歯車、ウォーム歯車等の種々の歯車に適用可能である。
【００２２】
形状計測装置２０は本発明に係る歯面形状計測手段の実施の一形態であり、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の立体形状、より厳密には駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測するものである。
形状計測装置２０は接触式の形状計測装置であり、プローブ２１を具備する。
形状計測装置２０は、プローブ２１を駆動歯車１１の歯面１１ａおよび被駆動歯車１２の歯面１２ａに接触させつつ走査することにより、歯面１１ａおよび歯面１２ａの凹凸、すなわち歯面１１ａおよび歯面１２ａの歯面形状のプロファイルを取得する。
このとき、図２の（ａ）に示す如く形状計測装置２０はプローブ２１を歯丈方向（歯車の歯の高さ方向）に走査する作業を歯幅方向（歯車の歯の幅方向）に少しづつずらして複数回行い、図２の（ｂ）に示す如く歯幅方向の座標が異なる複数の歯面形状のプロファイルを取得する。
このようにして、形状計測装置２０は、歯幅方向の座標が異なる複数の歯面形状のプロファイルを取得するという形で歯面１１ａおよび歯面１２ａの立体形状を計測する。
【００２３】
なお、本実施例の形状計測装置２０は接触式の形状計測装置であり、歯幅方向の座標が異なる複数の歯面形状のプロファイルを取得するという形で歯面１１ａおよび歯面１２ａの立体形状を計測する構成であるが、本発明に係る歯面形状計測手段はこれに限定されず、歯車の歯面の立体形状を計測可能であれば他の構成でも良い。
本発明に係る歯面形状計測手段の他の構成としては、非接触式の三次元形状測定装置、例えばレーザ光を照射する等の光学的手法を用いるもの、あるいは歯面に格子模様等を投影してカメラ等の撮像手段により撮像した画像を処理することにより歯面の三次元形状を計測するもの等が挙げられる。
【００２４】
制御装置３０は評価装置１の種々の動作を制御するための装置である。制御装置３０は制御部３１、入力部３２、表示部３３等を具備する。
【００２５】
制御部３１は、実体的には、評価装置１の動作を行うためのプログラム（動作制御プログラム）、後述する歯面１１ａおよび歯面１２ａのパワースペクトルの作成に係るプログラム（パワースペクトル作成プログラム）、後述する差分パワースペクトルの作成に係るプログラム（差分パワースペクトル作成プログラム）、後述する歯面１１ａおよび歯面１２ａの噛合状態の判定に係るプログラム（噛合状態判定プログラム）等を格納する格納手段、これらのプログラム等を展開する展開手段、これらのプログラム等に従って所定の演算を行う演算手段、パワースペクトルや評価結果等を記憶する記憶手段等を具備する。制御部３１は、より具体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
また、制御部３１は専用品でも良いが、市販のパソコンやワークステーション等を用いて達成することも可能である。
【００２６】
制御部３１は形状計測装置２０に接続され、形状計測装置２０を動作するための信号を送信することが可能であるとともに、形状計測装置２０により計測された歯面１１ａおよび歯面１２ａの立体形状に係る情報を取得することが可能である。
制御部３１の詳細については後述する。
【００２７】
入力部３２は、作業者等が評価装置１の動作や評価結果に係るデータ等を制御部３１に入力するものである。
入力部３２は専用品でも良いが、市販のキーボードやタッチパネル等を用いて達成することも可能である。
【００２８】
表示部３３は、入力部３２により入力されたデータや評価結果等を表示するものである。
表示部３３は専用品でも良いが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いて達成することも可能である。
【００２９】
以下では、制御部３１の詳細について説明する。
制御部３１は、記憶部３１ａ、動作制御部３１ｂ、パワースペクトル作成部３１ｃ、差分パワースペクトル作成部３１ｄ、噛合状態判定部３１ｅを具備する。
【００３０】
記憶部３１ａは駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態の評価結果等の種々のデータを記憶するものである。
本実施例では、制御部３１の記憶手段（ＨＤＤ等）に上記種々のデータが記憶されることにより、記憶部３１ａとしての機能を果たす。
【００３１】
動作制御部３１ｂは評価装置１の動作を制御するものである。
本実施例では、制御部３１の格納手段に格納された評価装置１の動作を行うためのプログラム（動作制御プログラム）が実行されることにより、動作制御部３１ｂとしての機能を果たす。
【００３２】
パワースペクトル作成部３１ｃは本発明に係るパワースペクトル作成手段の実施の一形態であり、形状計測装置２０により計測された駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換し、図３および図４に示す如き歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルを作成するものである。
本実施例では、制御部３１の格納手段に格納された歯面１１ａおよび歯面１２ａのパワースペクトルの作成に係るプログラム（パワースペクトル作成プログラム）が実行されることにより、パワースペクトル作成部３１ｃとしての機能を果たす。
【００３３】
パワースペクトル作成部３１ｃは、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状に係る情報、すなわち歯面１１ａの歯面形状のプロファイルの集合体を二次元フーリエ変換し、図３に示す駆動歯車１１の歯面１１ａについてのパワースペクトルを作成する。
【００３４】
ここで、「二次元フーリエ変換」は、画像処理等の分野で用いられる情報処理方法の一つであり、一般的には互いに直交する三つの軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が設定された三次元座標系において、Ｚ軸方向に振動しつつＸＹ平面上を進む三次元波の周波数特性を、当該三次元波をＸＺ平面に投影した二次元波の周波数特性および当該三次元波をＹＺ平面に投影した二次元波の周波数特性を合成したものとして求めるものである。
なお、二次元フーリエ変換の手法についてはＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等、既知の手法を採用することが可能である。
「周波数特性」は、ある周波数を有する正弦波と対象となる波との一致度合い（強度）を表すものである。
また、「パワースペクトル」は、二次元フーリエ変換の振動方向（Ｚ軸方向）に垂直な二つの方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の周波数をそれぞれ縦軸および横軸とする平面上に、Ｘ軸方向の周波数およびＹ軸方向の周波数の組み合わせと三次元波との一致度合い（強度）との関係を表したものである。
【００３５】
本実施例の場合、パワースペクトル作成部３１ｃは、図２に示す如く、歯丈方向をＸ軸方向、歯幅方向をＹ軸方向、歯面方向をＺ軸方向とし、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状を三次元波として捉え、歯面１１ａの立体形状の周波数特性を求める。
次に、歯面１１ａの立体形状の周波数特性に基づいて、図３に示す如き駆動歯車１１の歯面１１ａについてのパワースペクトルを作成する。
図３に示す如く、本実施例の駆動歯車１１の場合、歯丈方向、歯幅方向とも低周波数成分の強度がやや大きいことが分かる。
【００３６】
同様にして、パワースペクトル作成部３１ｃは、被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状を三次元波として捉え、歯面１２ａの立体形状の周波数特性を求める。
次に、歯面１２ａの立体形状の周波数特性に基づいて、図４に示す如き被駆動歯車１２の歯面１２ａについてのパワースペクトルを作成する。
図４に示す如く、本実施例の被駆動歯車１２の場合、歯丈方向、歯幅方向とも低周波数成分の強度がやや大きいが、先の駆動歯車１１の低周波数成分の強度と比べると小さいことが分かる。
【００３７】
差分パワースペクトル作成部３１ｄは本発明に係る差分パワースペクトル作成手段の実施の一形態であり、パワースペクトル作成部３１ｃにより作成された駆動歯車１１の歯面１１ａおよび被駆動歯車１２の歯面１２ａのそれぞれについての歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルの差分を算出することにより図５に示す如き差分パワースペクトルを作成するものである。
本実施例では、制御部３１の格納手段に格納された差分パワースペクトルの作成に係るプログラム（差分パワースペクトル作成プログラム）が実行されることにより、差分パワースペクトル作成部３１ｄとしての機能を果たす。
【００３８】
差分パワースペクトル作成部３１ｄは、駆動歯車１１の歯面１１ａについての歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルから被駆動歯車１２の歯面１２ａについての歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルを引く、すなわち、対応する周波数の組み合わせについてそれぞれ一致度合いの値の差を算出する。
次に、差分パワースペクトル作成部３１ｄは、当該算出された一致度合いの差を、歯丈方向の周波数を縦軸、歯幅方向の周波数を横軸とする平面上に表すことにより、図５に示す差分パワースペクトルを作成する。
図５に示す如く、本実施例の駆動歯車１１および被駆動歯車１２の組み合わせの場合、歯丈方向、歯幅方向とも低周波数成分の強度が大きく、特に歯丈方向の低周波数成分の強度が大きいことが分かる。
【００３９】
噛合状態判定部３１ｅは本発明に係る噛合状態判定手段の実施の一形態であり、差分パワースペクトル作成部３１ｄにより作成された差分パワースペクトルに基づいて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を判定するものである。
本実施例では、制御部３１の格納手段に格納された歯面１１ａおよび歯面１２ａの噛合状態の判定に係るプログラム（噛合状態判定プログラム）が実行されることにより、噛合状態判定部３１ｅしての機能を果たす。
噛合状態判定部３１ｅは、より具体的には、差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分、特に差分パワースペクトルの歯丈方向の低周波数成分が所定の強度以上となった場合に駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態が悪いと判定し、差分パワースペクトルの歯丈方向の低周波数成分が所定の強度未満となった場合に駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態が良いと判定する。
【００４０】
以下では図６乃至図８を用いて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の差分パワースペクトルと噛合状態との関係について説明する。
【００４１】
まず、四個の駆動歯車１１・１１・１１・１１および一個の被駆動歯車１２を用意する。このとき、四個の駆動歯車１１・１１・１１・１１については、歯面１１ａの立体形状がそれぞれ異なるものが予め用意される。以下、四個の駆動歯車１１・１１・１１・１１をそれぞれ駆動歯車Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄとする。また、一個の被駆動歯車１２を被駆動歯車Ｅとする。
【００４２】
次に、駆動歯車Ａ・Ｂ・Ｃ・Ｄおよび被駆動歯車Ｅについて評価装置１を用いて歯面１１ａ（１２ａ）の立体形状を計測し、それぞれについてのパワースペクトルを作成する。
続いて、評価装置１を用いて駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｂと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｃと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、および駆動歯車Ｄと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、についての差分パワースペクトルをそれぞれ作成する。
最後に、駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｂと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｃと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、および駆動歯車Ｄと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、についてそれぞれ実際に噛合させつつ回転駆動したときに発生する音を計測する。
【００４３】
図６はこれらの差分パワースペクトルのうち、歯幅方向の周波数が最も低い部分における歯丈方向の周波数成分（図５に示す差分パワースペクトルの上下略中央部における左右方向のラインの一致度合い）を示す。
【００４４】
図６より、駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせは、特に低周波数成分（図６において楕円で囲んだ部分）の強度が他の組み合わせよりも大きい。
【００４５】
図７はこれらの差分パワースペクトルのうち、歯丈方向の周波数が最も低い部分における歯幅方向の周波数成分（図５に示す差分パワースペクトルの左右略中央部における上下方向のラインの一致度合い）を示す。
【００４６】
図７より、駆動歯車Ｄと被駆動歯車Ｅの組み合わせは低周波数成分から高周波数成分にわたって強度が大きく、駆動歯車Ｂと被駆動歯車Ｅの組み合わせは低周波数成分から高周波数成分にわたって強度が小さい。
また、駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、および駆動歯車Ｃと被駆動歯車Ｅの組み合わせは、低周波数成分において強度が高いが高周波成分において強度が低くなる。
【００４７】
図８は駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｂと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、駆動歯車Ｃと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、および駆動歯車Ｄと被駆動歯車Ｅの組み合わせ、についてそれぞれ実際に噛合させつつ回転駆動したときに発生する音の計測結果を示す。
図８より、駆動歯車Ａと被駆動歯車Ｅの組み合わせが実際に噛合させつつ回転駆動したときに発生する音（音圧）が広い周波数にわたって他の組み合わせよりも大きい。
また、図６、図７および図８より、実際に噛合させつつ回転駆動したときに発生する音の大きさ（図８）は、歯丈方向の差分スペクトルのうち、歯丈方向の周波数成分、特に低周波成分の強度（図６中の楕円で囲まれた部分）と強い相関があることが分かる。
【００４８】
図６乃至図８より、差分パワースペクトルのうち歯丈方向の周波数成分、特に低周波数成分の強度（一致度合い）が所定の強度以上となるか否か（所定の閾値を超えているか否か）を判定することにより、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態の評価、すなわち、駆動歯車１１および被駆動歯車１２を実際に噛合して回転駆動した場合に騒音が大きいか否かの判定、を精度良く行うことが可能である。
上記「所定の強度（所定の閾値）」は、評価装置１により作成された駆動歯車１１および被駆動歯車１２の差分パワースペクトルと、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の実際の回転駆動時の音圧と、を比較する実験を繰り返し行うことにより、予め求められる。
【００４９】
なお、本実施例では差分パワースペクトルのうち、歯丈方向の周波数成分を用いて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態の評価を行う構成としたが、本発明に係る歯車の噛合状態評価装置はこれに限定されず、歯車の形状や種類に応じて差分パワースペクトルの他の要素を用いて評価することも可能である。
例えば、歯幅方向の周波数成分を用いて、あるいは歯丈方向の周波数成分および歯幅方向の周波数成分を総合的に判断することによって、一対の歯車の噛合状態の評価を行うことが可能である。
また、本実施例ではパワースペクトルの周波数特性を見る方向を歯丈方向と歯幅方向の二方向としたが、本発明に係る歯車の噛合状態評価装置はこれに限定されず、歯車の形状や種類等に応じてパワースペクトルの周波数特性を見る方向を変えても良い。
例えば、パワースペクトルの周波数特性を見る方向の一つに歯車の噛み合い進行方向（一対の歯車が噛合しつつ回転駆動されるときに当該一対の歯車の歯面同士の接触部位の移動する方向）を含む構成としても良い。
【００５０】
本実施例の評価装置１はパワースペクトル作成部３１ｃ、差分パワースペクトル作成部３１ｄおよび噛合状態判定部３１ｅを一体とする構成としたが、本発明に係る歯車の噛合状態評価装置はこれに限定されず、パワースペクトル作成部３１ｃ、差分パワースペクトル作成部３１ｄおよび噛合状態判定部３１ｅをそれぞれ別体としても良い。
【００５１】
以下では、図９を用いて本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態について説明する。
【００５２】
本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態は評価装置１を用いて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を評価する方法であり、主として歯面形状計測工程Ｓ１００、パワースペクトル作成工程Ｓ２００、差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００、噛合状態判定工程Ｓ４００を具備する。
【００５３】
歯面形状計測工程Ｓ１００は駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測する工程である。
歯面形状計測工程Ｓ１００において、形状計測装置２０はプローブ２１を駆動歯車１１の歯面１１ａおよび被駆動歯車１２の歯面１２ａに接触させつつ、歯丈方向に走査する作業を歯幅方向に少しづつずらして複数回行い、歯幅方向の座標が異なる複数の歯面形状のプロファイルを取得することにより、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測する。
歯面形状計測工程Ｓ１００が終了したらパワースペクトル作成工程Ｓ２００に移行する。
【００５４】
パワースペクトル作成工程Ｓ２００は歯面形状計測工程Ｓ１００において計測された駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換し、歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルを作成する工程である。
パワースペクトル作成工程Ｓ２００において、パワースペクトル作成部３１ｃは歯丈方向をＸ軸方向、歯幅方向をＹ軸方向、歯面方向をＺ軸方向とし、駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状を三次元波として捉え、歯面１１ａの立体形状の周波数特性を求める。
次に、パワースペクトル作成部３１ｃは歯面１１ａの立体形状の周波数特性に基づいて、駆動歯車１１の歯面１１ａについてのパワースペクトルを作成する。
同様に、パワースペクトル作成部３１ｃは、被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状を三次元波として捉え、歯面１２ａの立体形状の周波数特性を求める。
次に、パワースペクトル作成部３１ｃは歯面１２ａの立体形状の周波数特性に基づいて、被駆動歯車１２の歯面１２ａについてのパワースペクトルを作成する。
パワースペクトル作成工程Ｓ２００が終了したら差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００に移行する。
【００５５】
差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００はパワースペクトル作成工程Ｓ２００において作成された駆動歯車１１および被駆動歯車１２のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する工程である。
差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００において、差分パワースペクトル作成部３１ｄは、駆動歯車１１の歯面１１ａについての歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルから被駆動歯車１２の歯面１２ａについての歯丈方向および歯幅方向のパワースペクトルを引く、すなわち、対応する周波数の組み合わせについてそれぞれ一致度合いの値の差を算出し、当該算出された一致度合いの差を、歯丈方向の周波数を縦軸、歯幅方向の周波数を横軸とする平面上に表すことにより差分パワースペクトルを作成する。
差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００が終了したら噛合状態判定工程Ｓ４００に移行する。
【００５６】
噛合状態判定工程Ｓ４００は差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００において作成された差分パワースペクトルに基づいて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を判定する工程である。
噛合状態判定工程Ｓ４００において、噛合状態判定部３１ｅは、差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分、特に差分パワースペクトルの歯丈方向の低周波数成分が所定の強度以上となった場合に駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態が悪いと判定し、差分パワースペクトルの歯丈方向の低周波数成分が所定の強度未満となった場合に駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態が良いと判定する。
噛合状態判定工程Ｓ４００が終了したら、本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態が終了する。
【００５７】
以上の如く、本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態は、
駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測工程Ｓ１００と、
歯面形状計測工程Ｓ１００において計測された駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することによりパワースペクトルを作成するパワースペクトル作成工程Ｓ２００と、
パワースペクトル作成工程Ｓ２００において作成された駆動歯車１１および被駆動歯車１２のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００と、
差分パワースペクトル作成工程Ｓ３００において作成された差分パワースペクトルに基づいて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を判定する噛合状態判定工程Ｓ４００と、
を具備するものである。
このように構成することにより、実際に駆動歯車１１および被駆動歯車１２を噛合させて回転駆動しなくても、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を定量的に評価することが可能である。言い換えると、実際に駆動歯車１１および被駆動歯車１２を噛合させて回転駆動した場合に騒音が大きいか否かを精度良く判定することが可能である。
特に、従来の評価方法の如く、基準となる歯車と比較すると許容範囲内にあると判定された歯車同士を実際に噛合して回転駆動した場合に大きな騒音や振動が発生するという事態を効果的に防止することが可能である。
【００５８】
また、本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態は、
噛合状態判定工程Ｓ４００において、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定するものである。
このように構成することにより、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を容易かつ精度良く評価することが可能である。
【００５９】
また、本発明に係る歯車の噛合状態評価装置の実施の一形態である評価装置１は、
駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状をそれぞれ計測する形状計測装置２０と、
形状計測装置２０により計測された駆動歯車１１の歯面１１ａの立体形状および被駆動歯車１２の歯面１２ａの立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することにより、パワースペクトルを作成するパワースペクトル作成部３１ｃと、
パワースペクトル作成部３１ｃにより作成された駆動歯車１１および被駆動歯車１２のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成部３１ｄと、
差分パワースペクトル作成部３１ｄにより作成された差分パワースペクトルに基づいて駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を判定する噛合状態判定部３１ｅと、
を具備するものである。
このように構成することにより、実際に駆動歯車１１および被駆動歯車１２を噛合させて回転駆動しなくても、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を定量的に評価することが可能である。言い換えると、実際に駆動歯車１１および被駆動歯車１２を噛合させて回転駆動した場合に騒音が大きいか否かを精度良く判定することが可能である。
特に、従来の評価方法の如く、基準となる歯車と比較すると許容範囲内にあると判定された歯車同士を実際に噛合して回転駆動した場合に大きな騒音や振動が発生するという事態を効果的に防止することが可能である。
【００６０】
また、評価装置１の噛合状態判定部３１ｅは、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定するものである。
このように構成することにより、駆動歯車１１および被駆動歯車１２の噛合状態を容易かつ精度良く評価することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る歯車の噛合状態評価装置の実施の一形態を示す図。
【図２】歯車の歯面形状のプロファイルを示す図。
【図３】一方の歯車の歯面のパワースペクトルを示す図。
【図４】他方の歯車の歯面のパワースペクトルを示す図。
【図５】差分パワースペクトルを示す図。
【図６】差分パワースペクトルにおける歯丈方向の周波数成分と強度との関係を示す図。
【図７】差分パワースペクトルにおける歯幅方向の周波数成分と強度との関係を示す図。
【図８】一対の歯車の組み合わせと回転駆動時の音圧との関係を示す図。
【図９】本発明に係る歯車の噛合状態評価方法の実施の一形態を示すフロー図。
【符号の説明】
【００６２】
１ 評価装置（歯車の噛合状態評価装置）
１１ 駆動歯車（歯車）
１１ａ 歯面
１２ 被駆動歯車（歯車）
１２ａ 歯面
２０ 形状計測装置（歯面形状計測手段）
３１ｃ パワースペクトル作成部（パワースペクトル作成手段）
３１ｄ 差分パワースペクトル作成部（差分パワースペクトル作成手段）
３１ｅ 噛合状態判定部（噛合状態判定手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の歯車の歯面の立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測工程と、
前記歯面形状計測工程において計測された一対の歯車の歯面の立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することによりパワースペクトルを作成するパワースペクトル作成工程と、
前記パワースペクトル作成工程において作成された一対の歯車のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成工程と、
前記差分パワースペクトル作成工程において作成された差分パワースペクトルに基づいて前記一対の歯車の噛合状態を判定する噛合状態判定工程と、
を具備することを特徴とする歯車の噛合状態評価方法。
【請求項２】
前記噛合状態判定工程において、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定することを特徴とする請求項１に記載の歯車の噛合状態評価方法。
【請求項３】
一対の歯車の歯面の立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測手段と、
前記歯面形状計測手段により計測された一対の歯車の歯面の立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することにより、パワースペクトルを作成するパワースペクトル作成手段と、
前記パワースペクトル作成手段により作成された一対の歯車のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成手段と、
前記差分パワースペクトル作成手段により作成された差分パワースペクトルに基づいて前記一対の歯車の噛合状態を判定する噛合状態判定手段と、
を具備することを特徴とする歯車の噛合状態評価装置。
【請求項４】
前記噛合状態判定手段は、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定することを特徴とする請求項３に記載の歯車の噛合状態評価装置。
【請求項１】
一対の歯車の歯面の立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測工程と、
前記歯面形状計測工程において計測された一対の歯車の歯面の立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することによりパワースペクトルを作成するパワースペクトル作成工程と、
前記パワースペクトル作成工程において作成された一対の歯車のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成工程と、
前記差分パワースペクトル作成工程において作成された差分パワースペクトルに基づいて前記一対の歯車の噛合状態を判定する噛合状態判定工程と、
を具備することを特徴とする歯車の噛合状態評価方法。
【請求項２】
前記噛合状態判定工程において、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定することを特徴とする請求項１に記載の歯車の噛合状態評価方法。
【請求項３】
一対の歯車の歯面の立体形状をそれぞれ計測する歯面形状計測手段と、
前記歯面形状計測手段により計測された一対の歯車の歯面の立体形状についてそれぞれ二次元フーリエ変換することにより、パワースペクトルを作成するパワースペクトル作成手段と、
前記パワースペクトル作成手段により作成された一対の歯車のそれぞれについてのパワースペクトルの差分を算出することにより差分パワースペクトルを作成する差分パワースペクトル作成手段と、
前記差分パワースペクトル作成手段により作成された差分パワースペクトルに基づいて前記一対の歯車の噛合状態を判定する噛合状態判定手段と、
を具備することを特徴とする歯車の噛合状態評価装置。
【請求項４】
前記噛合状態判定手段は、
差分パワースペクトルの歯丈方向の周波数成分が所定の強度以上となった場合に噛合状態が悪いと判定することを特徴とする請求項３に記載の歯車の噛合状態評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−２８６０１７（Ｐ２００７−２８６０１７Ａ）
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１６８９４（Ｐ２００６−１１６８９４）
【出願日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月１日（２００７．１１．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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