歯車の歯面形状の測定装置、測定方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体
【課題】歯車のかみ合い進行方向に沿う歯面形状を高精度に測定できる測定方法を提供する。
【解決手段】歯車のかみ合い進行方向に沿って歯面形状を測定する方法であって、かみ合い進行方向に沿って歯面形状の実測値を測定する工程（Ｓ６０）と、実測値に以下の式で求められる補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて歯面形状を算出する工程（Ｓ７０）とを備える。
ただし、ＣＣＶは歯形方向の機械精度誤差に対する補正値、ＣＬＤは歯すじ方向の機械精度誤差に対する補正値、αは歯形方向とかみ合い進行方向とによって形成される角度、βは歯車の基礎円筒上ねじれ角を表す。
【解決手段】歯車のかみ合い進行方向に沿って歯面形状を測定する方法であって、かみ合い進行方向に沿って歯面形状の実測値を測定する工程（Ｓ６０）と、実測値に以下の式で求められる補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて歯面形状を算出する工程（Ｓ７０）とを備える。
ただし、ＣＣＶは歯形方向の機械精度誤差に対する補正値、ＣＬＤは歯すじ方向の機械精度誤差に対する補正値、αは歯形方向とかみ合い進行方向とによって形成される角度、βは歯車の基礎円筒上ねじれ角を表す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の歯面形状の測定装置、測定方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体に関し、特に、はすば歯車の歯面形状の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用の動力伝達装置は変速機を備えており、変速機に入力された回転速度が所定の回転速度に変換されて出力される。この変速機には歯車式の変速機構が多用されており、歯車同士の噛み合いにより生じたギヤノイズや振動が、空気伝播あるいは固体伝播により重畳されて騒音を引き起こす可能性がある。このようなギヤノイズや振動が発生する原因としては、歯車の精度による影響が大きいことが確認されている。
【０００３】
ギヤノイズや振動を低減させるための方法としては、歯車の歯面形状を正確に測定し、この測定結果に基づいて各歯の歯面形状を管理・評価することが挙げられる。従来の歯車の歯面形状の測定に関し、歯面の同時接触線方向あるいはかみ合い進行方向に沿った歯形形状の誤差を検出する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、検定用マスタの形状偏差の影響を受けない歯形測定器の検定法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５００９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
歯車のかみ合い性能と対応のとれる歯車断面形状として、かみ合い進行方向断面形状が上げられる。歯車のギヤノイズ性能を保証するためには、歯車のかみ合い進行方向断面の測定を高精度に行なう必要がある。
【０００６】
特許文献１に、歯形方向および歯すじ方向の検出結果からかみ合い進行方向の歯形を理論的に求めることの記載はあるが、歯形方向および歯すじ方向の検出結果を用いて機械精度誤差に対する補正量を求めることについての開示はされていない。
【０００７】
本発明は上記の問題に鑑みてなされてものであり、その主たる目的は、歯車のかみ合い進行方向に沿う歯面形状を高精度に測定できる測定装置、測定方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の局面に係る歯車の歯面形状の測定装置は、歯車のかみ合い進行方向に沿って歯面形状を測定する装置であって、歯面形状を測定する測定部と、測定部の動作を制御する制御部とを備える。制御部は、測定部により測定されたかみ合い進行方向に沿う歯面形状の実測値に、以下の式で求められる補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて歯面形状を算出する。
【０００９】
【数１】
【００１０】
ただし、ＣＣＶは歯形方向の機械精度誤差に対する補正値、ＣＬＤは歯すじ方向の機械精度誤差に対する補正値、αは歯形方向とかみ合い進行方向とによって形成される角度、βは歯車の基礎円筒上ねじれ角を表す。
【００１１】
本発明の他の局面に係る歯車の歯面形状の測定方法は、歯車のかみ合い進行方向に沿って歯面形状を測定する方法であって、かみ合い進行方向に沿って歯面形状の実測値を測定する工程と、実測値に以下の式で求められる補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて歯面形状を算出する工程とを備える。
【００１２】
【数２】
【００１３】
ただし、ＣＣＶは歯形方向の機械精度誤差に対する補正値、ＣＬＤは歯すじ方向の機械精度誤差に対する補正値、αは歯形方向とかみ合い進行方向とによって形成される角度、βは歯車の基礎円筒上ねじれ角を表す。
【００１４】
本発明のさらに他の局面に係るプログラムは、上記の歯車の歯面形状の測定方法をコンピュータに実現させる。
【００１５】
本発明のさらに他の局面に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記の歯車の歯面形状の測定方法をコンピュータに実現させるプログラムを記録する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の測定方法によると、歯車の各歯毎のかみ合い進行方向に沿う歯面形状を正確に管理・評価することができ、各歯の歯面形状の精度の向上に寄与できる。したがって、歯車同士の噛み合いによるギヤノイズや振動が低減されて騒音を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態の歯車の歯面形状の測定装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す測定装置の制御系統を説明するためのブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る測定装置および測定方法により歯面形状を測定されるはすば歯車の一部を拡大して示す第一の斜視図である。
【図４】本実施の形態に係る測定装置および測定方法により歯面形状を測定されるはすば歯車の一部を拡大して示す第二の斜視図である。
【図５】図４に示すはすば歯車の歯面形状の測定方法を示す流れ図である。
【図６】かみ合い進行方向における機差補正値Ｃｃｏｍｐの導出方法を示す模式図である。
【図７】かみ合い進行方向に沿う歯面の形状の実測値と補正後の値との差を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１９】
なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。
【００２０】
図１は、本実施の形態の歯車の歯面形状の測定装置６０を示す斜視図である。図１に示すように、この測定装置６０では、歯車を装着するための回転軸３０がベッド３１上に上下方向に向けて設けられており、歯車の他方の軸端を支えるピン３２が、回転軸３０の上方に回転軸３０と対向して配置されている。
【００２１】
またベッド３１上にコラム３３が、回転軸３０に接近・離隔する方向（Ｘ方向）に往復動可能に配置されている。このコラム３３の回転軸３０側の正面には、回転軸３０の中心軸線と平行な方向すなわち上下方向（Ｚ方向）に往復動するＺ軸ヘッド３４が取付けられている。さらにこのＺ軸ヘッド３４の正面には、回転軸３０に対して左右方向（Ｙ方向）に往復動するＹ軸ヘッド３５が取付けられている。このＹ軸ヘッド３５の回転軸３０側の正面に、触針３６がその変位を検出する検出器３７を介して取付けられている。触針３６は、歯車の歯面と接触しながら歯面形状を測定する。
【００２２】
上記の回転軸３０およびコラム３３ならびに各軸のヘッド３４，３５は、数値制御（ＮＣ；Numerical Control）されて、回転および駆動されるようになっている。図２は、図１に示す測定装置６０の制御系統を説明するためのブロック図である。図２に示すように、回転軸３０を駆動するサーボモータ３８は、回転コントローラ３９によって制御される。サーボモータ３８の回転量を検出するロータリエンコーダ４０が、フィードバック信号を回転コントローラ３９に入力するよう接続されている。
【００２３】
Ｙ軸ヘッド３５を左右方向に駆動するサーボモータ４１は、Ｙ軸コントローラ４２によって制御される。Ｙ軸ヘッド３５のＸ方向の移動量を検出するリニアエンコーダ４３が、フィードバック信号をＹ軸コントローラ４２に入力するよう接続されている。
【００２４】
Ｚ軸ヘッド３４を上下方向に直線的に移動させるサーボモータ４４は、Ｚ軸コントローラ４５によって制御される。Ｚ軸ヘッド３４の移動量を検出するリニアエンコーダ４６が、フィードバック信号をＺ軸コントローラ４５に入力するように接続されている。
【００２５】
コラム３３を直線的に往復動させるサーボモータ４７は、Ｘ軸コントローラ４８によって制御される。コラム３３の移動量を検出するリニアエンコーダ４９が、フィードバック信号をＸ軸コントローラ４８に入力するよう接続されている。
【００２６】
これらのコントローラ３９，４２，４５，４８に制御信号を出力する制御部５０が設けられている。この制御部５０には、検出器３７が接続される一方、制御内容あるいは検出結果を出力する出力装置５１が接続されている。制御部５０は、コントローラ３９，４２，４５，４８を介して、触針３６の動作を制御する。ロータリエンコーダ４０およびリニアエンコーダ４３，４６，４９のフィードバック信号は、制御部５０にも取り込まれて、制御指令を作成するとともに誤差演算に用いられる。なお、回転軸３０の回転および触針３６の移動方向は、図１に＋，−の符号で示すように設定されている。歯車の歯面形状を測定する測定部としての触針３６が、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に同時に移動することができるように、測定装置６０は構成されている。
【００２７】
図３および図４は、本実施の形態に係る測定装置および測定方法により歯面形状を測定されるはすば歯車の一部を拡大して示す斜視図である。図中には、左ねじれのはすば歯車１の、一つの歯１０が示されている。図３および図４に示すように、はすば歯車１は、歯１０の歯先１４側に形成された歯先面１１と、歯先１４と歯元１５とを結ぶように形成された歯面１２とを有する。歯面１２は、矢印４に示す歯形方向に延びる端辺１８および１９と、歯先１４側および歯元１５側のそれぞれで、矢印６に示す歯すじ方向に延びる端辺１６および１７とに囲まれた、略矩形形状に形成されている。端辺１８と端辺１９とは、歯すじ方向に向い合って互いに平行に延びている。端辺１６と端辺１７とは、歯形方向に向い合って互いに平行に延びている。
【００２８】
図４において歯面１２には、矢印８に示すかみ合い進行方向が示されている。はすば歯車１と図示しない相手歯車との間では、各瞬間ごとに所定の接触幅（これを同時接触線と称する）によってかみ合いが生じる。かみ合い進行方向とは、はすば歯車１の歯面１２における同時接触線が、はすば歯車１の回転に伴って移動する方向を示している。かみ合い進行方向は、歯すじ方向および歯形方向の双方に対して斜めに延びている。かみ合い進行方向を示す矢印８の延びる方向は、歯面１２における各同時接触線上において、歯面１２が最も高くなる位置を結んで得られる。なお、歯面１２の高さとは、はすば歯車１の設計基準歯面、たとえば、インボリュート歯形の基準歯面から歯面１２までの距離を指す。
【００２９】
以下、本実施の形態に係るはすば歯車１の歯面１２の形状を測定する方法について説明する。図５は、図４に示すはすば歯車１の歯面形状の測定方法を示す流れ図である。なお、本実施の形態に係るはすば歯車１の歯面１２の形状の測定方法は、図５に示す各工程を順次実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、たとえば、ハードディスクやＲＯＭ（Read-Only Memory）を有するコンピュータにより自動的に行なわれる。ここでいう「コンピュータ」とは、本実施の形態に係る制御部５０を構成するものをいう。
【００３０】
本実施の形態のはすば歯車１の歯面１２の測定方法では、図５に示すように、まず工程（Ｓ１０）において、歯形方向における機械精度誤差に対する補正値ＣＣＶを決定する。具体的には、図１に示す測定装置６０を用いて、マスターギヤの歯形方向に沿う歯面形状を測定し、測定された実測値に補正値ＣＣＶを乗じることで実測値をマスターギヤの所定の精度に合わせられるように、補正値ＣＣＶを決定する。
【００３１】
次に工程（Ｓ２０）において、歯すじ方向における機械精度誤差に対する補正値ＣＬＤを決定する。具体的には、図１に示す測定装置６０を用いて、マスターギヤの歯すじ方向に沿う歯面形状を測定し、測定された実測値に補正値ＣＬＤを乗じることで実測値をマスターギヤの所定の精度に合わせられるように、補正値ＣＬＤを決定する。
【００３２】
次に工程（Ｓ３０）において、はすば歯車１のモジュールや、基礎円筒上ねじれ角βなどの歯車諸元を、キーボードなどの入力装置を用いてコンピュータに入力する。なお、インボリュート歯形（歯面）が作られる基礎となる円筒を基礎円筒という。つまり、基礎円筒に巻きつけた糸を緊張した状態で巻き戻したときに、その先端が描く曲線が、インボリュート歯車の歯形を形成する。また、基礎円筒上ねじれ角βとは、基礎円筒の軸方向に対し歯１０の歯すじ方向が傾斜する角度を示す。
【００３３】
次に工程（Ｓ４０）において、かみ合い進行方向を設定する。具体的には、工程（Ｓ３０）において入力された情報に基づいて、歯面１２上に複数の同時接触線を設定し、これら複数の同時接触線に交差する方向にかみ合い進行方向を設定する。たとえば、特開平１１−１１８４０７号公報に記載されている手法を用いてかみ合い進行方向を設定することができる。
【００３４】
次に工程（Ｓ５０）において、かみ合い進行方向における機械精度誤差に対する補正値Ｃｃｏｍｐを決定する。図６は、かみ合い進行方向における機差補正値Ｃｃｏｍｐの導出方法を示す模式図である。図６（ａ）は、図３および図４に示す歯１０の歯面１２を平面展開した作用面１３を示す。作用面１３は、その四辺が歯１０の端辺１６，１７，１８，１９により構成される矩形で表される。図６（ｂ）は、はすば歯車１の外周面における歯１０および歯１０に隣接する他の歯２０の配置を示す図である。図６（ｂ）にはまた、測定子としての触針３６がかみ合い進行方向に沿った歯面１２の形状を測定するときの、歯すじ方向に展開した触針３６の動きが模式的に図示されている。図６（ｃ）は、触針３６がかみ合い進行方向に沿った歯面１２の形状を測定するときの、歯面法線方向に展開した触針３６の動きを模式的に示す図である。
【００３５】
図６（ａ）に示す作用面１３上において、矢印４に示す歯形方向と、矢印８に示すかみ合い進行方向とは、角度αを形成するように交差している。作用面１３において、かみ合い進行方向は、歯形方向に対し角度α分傾斜している。作用面１３が形成する矩形の、歯形方向に延びる端辺１８，１９の寸法は、図６（ａ）に示すｌ０で示される。ｌ０は、はすば歯車１の歯１０の歯面１２の形状をかみ合い進行方向に沿って測定するときに、かみ合い進行方向に沿う歯面１２形状の歯形方向成分を測るために必要となるはすば歯車１の回転量を示す。換言すると、はすば歯車１を停止させた状態において、かみ合い進行方向に沿う歯面１２形状の歯形方向成分を図るために必要な、はすば歯車１に対する触針３６の歯面法線方向の相対的な移動量が、寸法ｌ０である。
【００３６】
一方、はすば歯車１の歯１０の歯面１２の形状をかみ合い進行方向に沿って測定するときに、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の歯すじ方向成分を測るために必要となるはすば歯車１の回転量は、図６（ｃ）に示す寸法ｌＴＡで表される。はすば歯車１には、基礎円筒上ねじれ角βを有するように歯１０が形成されているために、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の歯すじ方向成分を測定するためには、歯すじ方向だけでなく歯面法線方向への移動も複合して考慮する必要がある。つまり、はすば歯車１の歯１０に対して、歯すじ方向に加えて歯面法線方向にも触針３６を相対的に移動させ、歯面１２および触針３６を同期させる必要がある。その場合の触針３６の、停止させた状態のはすば歯車１に対する歯面法線方向の相対的な移動量が、寸法ｌＴＡである。
【００３７】
つまり、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状を測定するときに必要とされる、はすば歯車１の回転量（または、停止状態のはすば歯車１に対する触針３６の歯面法線方向の移動量）ｌは、以下の式で表すことができる。
【００３８】
【数３】
【００３９】
上述したように、ｌＴＡは、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の歯すじ方向成分を測るために必要となる、停止させた状態のはすば歯車１に対する歯面法線方向の相対的な移動量である。図６（ｂ）に示す、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の歯すじ方向成分を測る場合の触針３６の歯すじ方向の移動量ｌＡＸを用いて、ｌＴＡは、以下のように表される。
【００４０】
【数４】
【００４１】
ここで図６（ａ）を参照して、ｌ０、ｌＡＸおよび角度αの関係は、
【００４２】
【数５】
【００４３】
のように表すことができるので、結局ｌＴＡは、寸法ｌ０を用いて以下のように表される。
【００４４】
【数６】
【００４５】
したがって、触針３６の歯形方向および歯すじ方向における移動量への寄与率を考慮すると、歯形方向には１倍の補正、歯すじ方向にはtanαtanβ倍の補正をする必要があることになる。そのため、かみ合い進行方向における機械精度誤差に対する補正値Ｃｃｏｍｐは、次式で表されることになる。
【００４６】
【数７】
【００４７】
このようにして、工程（Ｓ１０）において決定した歯形方向における機械精度誤差に対する補正値ＣＣＶ、および、工程（Ｓ２０）において決定した歯すじ方向における機械精度誤差に対する補正値ＣＬＤを用い、ＣＣＶおよびＣＬＤを変換して、かみ合い進行方向における機械精度誤差に対する補正値Ｃｃｏｍｐを決定することができる。
【００４８】
図５に戻って、次に工程（Ｓ６０）において、触針３６を歯面１２に接触させ、かみ合い進行方向に沿って歯面１２を走査するように移動させることにより、歯１０のかみ合い進行方向に沿った歯面１２の形状の測定を行なう。続いて工程（Ｓ７０）において、工程（Ｓ５０）で求めたかみ合い進行方向の機差補正値Ｃｃｏｍｐを用いて、かみ合い進行方向に沿った歯面１２の形状を補正する。具体的には、工程（Ｓ６０）で測定された歯面１２の形状の実測値に、補正値Ｃｃｏｍｐを乗じることにより、補正後の歯面１２の形状を算出する。
【００４９】
図７は、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の実測値と補正後の値との差を模式的に示すグラフである。図７中に破線で示す実測値に対し、上述した補正値Ｃｃｏｍｐを用いて実測値に対して掛ける値（倍率）を決定することにより、図７中に実線で示す補正後の歯面１２の形状が求められる。この補正後の歯面１２の形状が、はすば歯車１について許容できる精度誤差の範囲にあることを確認して、歯面１２を測定した各はすば歯車１が製品に適用可能であるか否かを判断する。
【００５０】
はすば歯車１の歯面１２の形状を測定する測定装置６０には、たとえば温度環境の変動に伴って発生する材料の膨張または収縮などを原因として、歯車を装着する回転軸３０の中心のずれ、コラム３３の鉛直方向に対する傾斜など、機械精度の誤差が発生する場合がある。このような誤差の発生に対して、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の実測値に対する補正値とし補正値Ｃｃｏｍｐを用いることにより、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状をより精度よく求めることができる。
【００５１】
補正後、すなわち機械精度誤差を除いた状態において、歯面１２の形状が許容できる誤差範囲を外れている場合、このような歯面１２を有するはすば歯車１を製品に使用して回転させるとギヤノイズが発生する。このような場合には、許容誤差範囲を外れた歯面１２の形状を有するはすば歯車１を製造ラインから除き、一方、歯面１２のマスタ精度に対する精度のずれを、はすば歯車１の製造工程にフィードバックすることができる。その結果、各はすば歯車１の歯面１２の形状を調整でき、歯面１２の精度のずれを低減することができるので、ギヤノイズを低減することができる。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態のはすば歯車１の歯面１２の形状の測定方法では、はすば歯車１のかみ合い進行方向に沿って歯面１２の形状の実測値を測定する工程（Ｓ６０）と、当該実測値に上記のかみ合い進行方向の機械精度誤差の補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて歯面１２の形状を算出する工程（Ｓ７０）とを備える。
【００５３】
このようにすれば、歯面１２をかみ合い進行方向に沿って測定する測定装置６０（図１参照）の機械精度誤差を、的確に補正することができる。すなわち、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の実測値に対し、的確な補正値Ｃｃｏｍｐを算出することができる。そのため、はすば歯車１の各歯１０のかみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の測定精度を向上することができるので、各歯１０毎のかみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状を正確に管理・評価することができる。したがって、はすば歯車１同士の噛み合いによるギヤノイズや振動が低減されて、騒音を抑制することが可能になる。
【００５４】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５５】
１ はすば歯車、１０，２０ 歯、１２ 歯面、１３ 作用面、１４ 歯先、１５ 歯元、１６，１７，１８，１９ 端辺、３６ 触針、５０ 制御部、６０ 測定装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の歯面形状の測定装置、測定方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体に関し、特に、はすば歯車の歯面形状の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両用の動力伝達装置は変速機を備えており、変速機に入力された回転速度が所定の回転速度に変換されて出力される。この変速機には歯車式の変速機構が多用されており、歯車同士の噛み合いにより生じたギヤノイズや振動が、空気伝播あるいは固体伝播により重畳されて騒音を引き起こす可能性がある。このようなギヤノイズや振動が発生する原因としては、歯車の精度による影響が大きいことが確認されている。
【０００３】
ギヤノイズや振動を低減させるための方法としては、歯車の歯面形状を正確に測定し、この測定結果に基づいて各歯の歯面形状を管理・評価することが挙げられる。従来の歯車の歯面形状の測定に関し、歯面の同時接触線方向あるいはかみ合い進行方向に沿った歯形形状の誤差を検出する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、検定用マスタの形状偏差の影響を受けない歯形測定器の検定法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５００９号公報
【特許文献２】特開２００４−１０１２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
歯車のかみ合い性能と対応のとれる歯車断面形状として、かみ合い進行方向断面形状が上げられる。歯車のギヤノイズ性能を保証するためには、歯車のかみ合い進行方向断面の測定を高精度に行なう必要がある。
【０００６】
特許文献１に、歯形方向および歯すじ方向の検出結果からかみ合い進行方向の歯形を理論的に求めることの記載はあるが、歯形方向および歯すじ方向の検出結果を用いて機械精度誤差に対する補正量を求めることについての開示はされていない。
【０００７】
本発明は上記の問題に鑑みてなされてものであり、その主たる目的は、歯車のかみ合い進行方向に沿う歯面形状を高精度に測定できる測定装置、測定方法、その方法を実現させるプログラムおよびそのプログラムを記録した記録媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の局面に係る歯車の歯面形状の測定装置は、歯車のかみ合い進行方向に沿って歯面形状を測定する装置であって、歯面形状を測定する測定部と、測定部の動作を制御する制御部とを備える。制御部は、測定部により測定されたかみ合い進行方向に沿う歯面形状の実測値に、以下の式で求められる補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて歯面形状を算出する。
【０００９】
【数１】
【００１０】
ただし、ＣＣＶは歯形方向の機械精度誤差に対する補正値、ＣＬＤは歯すじ方向の機械精度誤差に対する補正値、αは歯形方向とかみ合い進行方向とによって形成される角度、βは歯車の基礎円筒上ねじれ角を表す。
【００１１】
本発明の他の局面に係る歯車の歯面形状の測定方法は、歯車のかみ合い進行方向に沿って歯面形状を測定する方法であって、かみ合い進行方向に沿って歯面形状の実測値を測定する工程と、実測値に以下の式で求められる補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて歯面形状を算出する工程とを備える。
【００１２】
【数２】
【００１３】
ただし、ＣＣＶは歯形方向の機械精度誤差に対する補正値、ＣＬＤは歯すじ方向の機械精度誤差に対する補正値、αは歯形方向とかみ合い進行方向とによって形成される角度、βは歯車の基礎円筒上ねじれ角を表す。
【００１４】
本発明のさらに他の局面に係るプログラムは、上記の歯車の歯面形状の測定方法をコンピュータに実現させる。
【００１５】
本発明のさらに他の局面に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記の歯車の歯面形状の測定方法をコンピュータに実現させるプログラムを記録する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の測定方法によると、歯車の各歯毎のかみ合い進行方向に沿う歯面形状を正確に管理・評価することができ、各歯の歯面形状の精度の向上に寄与できる。したがって、歯車同士の噛み合いによるギヤノイズや振動が低減されて騒音を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態の歯車の歯面形状の測定装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す測定装置の制御系統を説明するためのブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る測定装置および測定方法により歯面形状を測定されるはすば歯車の一部を拡大して示す第一の斜視図である。
【図４】本実施の形態に係る測定装置および測定方法により歯面形状を測定されるはすば歯車の一部を拡大して示す第二の斜視図である。
【図５】図４に示すはすば歯車の歯面形状の測定方法を示す流れ図である。
【図６】かみ合い進行方向における機差補正値Ｃｃｏｍｐの導出方法を示す模式図である。
【図７】かみ合い進行方向に沿う歯面の形状の実測値と補正後の値との差を模式的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１９】
なお、以下に説明する実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下の実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、上記個数などは例示であり、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。
【００２０】
図１は、本実施の形態の歯車の歯面形状の測定装置６０を示す斜視図である。図１に示すように、この測定装置６０では、歯車を装着するための回転軸３０がベッド３１上に上下方向に向けて設けられており、歯車の他方の軸端を支えるピン３２が、回転軸３０の上方に回転軸３０と対向して配置されている。
【００２１】
またベッド３１上にコラム３３が、回転軸３０に接近・離隔する方向（Ｘ方向）に往復動可能に配置されている。このコラム３３の回転軸３０側の正面には、回転軸３０の中心軸線と平行な方向すなわち上下方向（Ｚ方向）に往復動するＺ軸ヘッド３４が取付けられている。さらにこのＺ軸ヘッド３４の正面には、回転軸３０に対して左右方向（Ｙ方向）に往復動するＹ軸ヘッド３５が取付けられている。このＹ軸ヘッド３５の回転軸３０側の正面に、触針３６がその変位を検出する検出器３７を介して取付けられている。触針３６は、歯車の歯面と接触しながら歯面形状を測定する。
【００２２】
上記の回転軸３０およびコラム３３ならびに各軸のヘッド３４，３５は、数値制御（ＮＣ；Numerical Control）されて、回転および駆動されるようになっている。図２は、図１に示す測定装置６０の制御系統を説明するためのブロック図である。図２に示すように、回転軸３０を駆動するサーボモータ３８は、回転コントローラ３９によって制御される。サーボモータ３８の回転量を検出するロータリエンコーダ４０が、フィードバック信号を回転コントローラ３９に入力するよう接続されている。
【００２３】
Ｙ軸ヘッド３５を左右方向に駆動するサーボモータ４１は、Ｙ軸コントローラ４２によって制御される。Ｙ軸ヘッド３５のＸ方向の移動量を検出するリニアエンコーダ４３が、フィードバック信号をＹ軸コントローラ４２に入力するよう接続されている。
【００２４】
Ｚ軸ヘッド３４を上下方向に直線的に移動させるサーボモータ４４は、Ｚ軸コントローラ４５によって制御される。Ｚ軸ヘッド３４の移動量を検出するリニアエンコーダ４６が、フィードバック信号をＺ軸コントローラ４５に入力するように接続されている。
【００２５】
コラム３３を直線的に往復動させるサーボモータ４７は、Ｘ軸コントローラ４８によって制御される。コラム３３の移動量を検出するリニアエンコーダ４９が、フィードバック信号をＸ軸コントローラ４８に入力するよう接続されている。
【００２６】
これらのコントローラ３９，４２，４５，４８に制御信号を出力する制御部５０が設けられている。この制御部５０には、検出器３７が接続される一方、制御内容あるいは検出結果を出力する出力装置５１が接続されている。制御部５０は、コントローラ３９，４２，４５，４８を介して、触針３６の動作を制御する。ロータリエンコーダ４０およびリニアエンコーダ４３，４６，４９のフィードバック信号は、制御部５０にも取り込まれて、制御指令を作成するとともに誤差演算に用いられる。なお、回転軸３０の回転および触針３６の移動方向は、図１に＋，−の符号で示すように設定されている。歯車の歯面形状を測定する測定部としての触針３６が、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向に同時に移動することができるように、測定装置６０は構成されている。
【００２７】
図３および図４は、本実施の形態に係る測定装置および測定方法により歯面形状を測定されるはすば歯車の一部を拡大して示す斜視図である。図中には、左ねじれのはすば歯車１の、一つの歯１０が示されている。図３および図４に示すように、はすば歯車１は、歯１０の歯先１４側に形成された歯先面１１と、歯先１４と歯元１５とを結ぶように形成された歯面１２とを有する。歯面１２は、矢印４に示す歯形方向に延びる端辺１８および１９と、歯先１４側および歯元１５側のそれぞれで、矢印６に示す歯すじ方向に延びる端辺１６および１７とに囲まれた、略矩形形状に形成されている。端辺１８と端辺１９とは、歯すじ方向に向い合って互いに平行に延びている。端辺１６と端辺１７とは、歯形方向に向い合って互いに平行に延びている。
【００２８】
図４において歯面１２には、矢印８に示すかみ合い進行方向が示されている。はすば歯車１と図示しない相手歯車との間では、各瞬間ごとに所定の接触幅（これを同時接触線と称する）によってかみ合いが生じる。かみ合い進行方向とは、はすば歯車１の歯面１２における同時接触線が、はすば歯車１の回転に伴って移動する方向を示している。かみ合い進行方向は、歯すじ方向および歯形方向の双方に対して斜めに延びている。かみ合い進行方向を示す矢印８の延びる方向は、歯面１２における各同時接触線上において、歯面１２が最も高くなる位置を結んで得られる。なお、歯面１２の高さとは、はすば歯車１の設計基準歯面、たとえば、インボリュート歯形の基準歯面から歯面１２までの距離を指す。
【００２９】
以下、本実施の形態に係るはすば歯車１の歯面１２の形状を測定する方法について説明する。図５は、図４に示すはすば歯車１の歯面形状の測定方法を示す流れ図である。なお、本実施の形態に係るはすば歯車１の歯面１２の形状の測定方法は、図５に示す各工程を順次実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、たとえば、ハードディスクやＲＯＭ（Read-Only Memory）を有するコンピュータにより自動的に行なわれる。ここでいう「コンピュータ」とは、本実施の形態に係る制御部５０を構成するものをいう。
【００３０】
本実施の形態のはすば歯車１の歯面１２の測定方法では、図５に示すように、まず工程（Ｓ１０）において、歯形方向における機械精度誤差に対する補正値ＣＣＶを決定する。具体的には、図１に示す測定装置６０を用いて、マスターギヤの歯形方向に沿う歯面形状を測定し、測定された実測値に補正値ＣＣＶを乗じることで実測値をマスターギヤの所定の精度に合わせられるように、補正値ＣＣＶを決定する。
【００３１】
次に工程（Ｓ２０）において、歯すじ方向における機械精度誤差に対する補正値ＣＬＤを決定する。具体的には、図１に示す測定装置６０を用いて、マスターギヤの歯すじ方向に沿う歯面形状を測定し、測定された実測値に補正値ＣＬＤを乗じることで実測値をマスターギヤの所定の精度に合わせられるように、補正値ＣＬＤを決定する。
【００３２】
次に工程（Ｓ３０）において、はすば歯車１のモジュールや、基礎円筒上ねじれ角βなどの歯車諸元を、キーボードなどの入力装置を用いてコンピュータに入力する。なお、インボリュート歯形（歯面）が作られる基礎となる円筒を基礎円筒という。つまり、基礎円筒に巻きつけた糸を緊張した状態で巻き戻したときに、その先端が描く曲線が、インボリュート歯車の歯形を形成する。また、基礎円筒上ねじれ角βとは、基礎円筒の軸方向に対し歯１０の歯すじ方向が傾斜する角度を示す。
【００３３】
次に工程（Ｓ４０）において、かみ合い進行方向を設定する。具体的には、工程（Ｓ３０）において入力された情報に基づいて、歯面１２上に複数の同時接触線を設定し、これら複数の同時接触線に交差する方向にかみ合い進行方向を設定する。たとえば、特開平１１−１１８４０７号公報に記載されている手法を用いてかみ合い進行方向を設定することができる。
【００３４】
次に工程（Ｓ５０）において、かみ合い進行方向における機械精度誤差に対する補正値Ｃｃｏｍｐを決定する。図６は、かみ合い進行方向における機差補正値Ｃｃｏｍｐの導出方法を示す模式図である。図６（ａ）は、図３および図４に示す歯１０の歯面１２を平面展開した作用面１３を示す。作用面１３は、その四辺が歯１０の端辺１６，１７，１８，１９により構成される矩形で表される。図６（ｂ）は、はすば歯車１の外周面における歯１０および歯１０に隣接する他の歯２０の配置を示す図である。図６（ｂ）にはまた、測定子としての触針３６がかみ合い進行方向に沿った歯面１２の形状を測定するときの、歯すじ方向に展開した触針３６の動きが模式的に図示されている。図６（ｃ）は、触針３６がかみ合い進行方向に沿った歯面１２の形状を測定するときの、歯面法線方向に展開した触針３６の動きを模式的に示す図である。
【００３５】
図６（ａ）に示す作用面１３上において、矢印４に示す歯形方向と、矢印８に示すかみ合い進行方向とは、角度αを形成するように交差している。作用面１３において、かみ合い進行方向は、歯形方向に対し角度α分傾斜している。作用面１３が形成する矩形の、歯形方向に延びる端辺１８，１９の寸法は、図６（ａ）に示すｌ０で示される。ｌ０は、はすば歯車１の歯１０の歯面１２の形状をかみ合い進行方向に沿って測定するときに、かみ合い進行方向に沿う歯面１２形状の歯形方向成分を測るために必要となるはすば歯車１の回転量を示す。換言すると、はすば歯車１を停止させた状態において、かみ合い進行方向に沿う歯面１２形状の歯形方向成分を図るために必要な、はすば歯車１に対する触針３６の歯面法線方向の相対的な移動量が、寸法ｌ０である。
【００３６】
一方、はすば歯車１の歯１０の歯面１２の形状をかみ合い進行方向に沿って測定するときに、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の歯すじ方向成分を測るために必要となるはすば歯車１の回転量は、図６（ｃ）に示す寸法ｌＴＡで表される。はすば歯車１には、基礎円筒上ねじれ角βを有するように歯１０が形成されているために、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の歯すじ方向成分を測定するためには、歯すじ方向だけでなく歯面法線方向への移動も複合して考慮する必要がある。つまり、はすば歯車１の歯１０に対して、歯すじ方向に加えて歯面法線方向にも触針３６を相対的に移動させ、歯面１２および触針３６を同期させる必要がある。その場合の触針３６の、停止させた状態のはすば歯車１に対する歯面法線方向の相対的な移動量が、寸法ｌＴＡである。
【００３７】
つまり、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状を測定するときに必要とされる、はすば歯車１の回転量（または、停止状態のはすば歯車１に対する触針３６の歯面法線方向の移動量）ｌは、以下の式で表すことができる。
【００３８】
【数３】
【００３９】
上述したように、ｌＴＡは、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の歯すじ方向成分を測るために必要となる、停止させた状態のはすば歯車１に対する歯面法線方向の相対的な移動量である。図６（ｂ）に示す、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の歯すじ方向成分を測る場合の触針３６の歯すじ方向の移動量ｌＡＸを用いて、ｌＴＡは、以下のように表される。
【００４０】
【数４】
【００４１】
ここで図６（ａ）を参照して、ｌ０、ｌＡＸおよび角度αの関係は、
【００４２】
【数５】
【００４３】
のように表すことができるので、結局ｌＴＡは、寸法ｌ０を用いて以下のように表される。
【００４４】
【数６】
【００４５】
したがって、触針３６の歯形方向および歯すじ方向における移動量への寄与率を考慮すると、歯形方向には１倍の補正、歯すじ方向にはtanαtanβ倍の補正をする必要があることになる。そのため、かみ合い進行方向における機械精度誤差に対する補正値Ｃｃｏｍｐは、次式で表されることになる。
【００４６】
【数７】
【００４７】
このようにして、工程（Ｓ１０）において決定した歯形方向における機械精度誤差に対する補正値ＣＣＶ、および、工程（Ｓ２０）において決定した歯すじ方向における機械精度誤差に対する補正値ＣＬＤを用い、ＣＣＶおよびＣＬＤを変換して、かみ合い進行方向における機械精度誤差に対する補正値Ｃｃｏｍｐを決定することができる。
【００４８】
図５に戻って、次に工程（Ｓ６０）において、触針３６を歯面１２に接触させ、かみ合い進行方向に沿って歯面１２を走査するように移動させることにより、歯１０のかみ合い進行方向に沿った歯面１２の形状の測定を行なう。続いて工程（Ｓ７０）において、工程（Ｓ５０）で求めたかみ合い進行方向の機差補正値Ｃｃｏｍｐを用いて、かみ合い進行方向に沿った歯面１２の形状を補正する。具体的には、工程（Ｓ６０）で測定された歯面１２の形状の実測値に、補正値Ｃｃｏｍｐを乗じることにより、補正後の歯面１２の形状を算出する。
【００４９】
図７は、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の実測値と補正後の値との差を模式的に示すグラフである。図７中に破線で示す実測値に対し、上述した補正値Ｃｃｏｍｐを用いて実測値に対して掛ける値（倍率）を決定することにより、図７中に実線で示す補正後の歯面１２の形状が求められる。この補正後の歯面１２の形状が、はすば歯車１について許容できる精度誤差の範囲にあることを確認して、歯面１２を測定した各はすば歯車１が製品に適用可能であるか否かを判断する。
【００５０】
はすば歯車１の歯面１２の形状を測定する測定装置６０には、たとえば温度環境の変動に伴って発生する材料の膨張または収縮などを原因として、歯車を装着する回転軸３０の中心のずれ、コラム３３の鉛直方向に対する傾斜など、機械精度の誤差が発生する場合がある。このような誤差の発生に対して、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の実測値に対する補正値とし補正値Ｃｃｏｍｐを用いることにより、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状をより精度よく求めることができる。
【００５１】
補正後、すなわち機械精度誤差を除いた状態において、歯面１２の形状が許容できる誤差範囲を外れている場合、このような歯面１２を有するはすば歯車１を製品に使用して回転させるとギヤノイズが発生する。このような場合には、許容誤差範囲を外れた歯面１２の形状を有するはすば歯車１を製造ラインから除き、一方、歯面１２のマスタ精度に対する精度のずれを、はすば歯車１の製造工程にフィードバックすることができる。その結果、各はすば歯車１の歯面１２の形状を調整でき、歯面１２の精度のずれを低減することができるので、ギヤノイズを低減することができる。
【００５２】
以上説明したように、本実施の形態のはすば歯車１の歯面１２の形状の測定方法では、はすば歯車１のかみ合い進行方向に沿って歯面１２の形状の実測値を測定する工程（Ｓ６０）と、当該実測値に上記のかみ合い進行方向の機械精度誤差の補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて歯面１２の形状を算出する工程（Ｓ７０）とを備える。
【００５３】
このようにすれば、歯面１２をかみ合い進行方向に沿って測定する測定装置６０（図１参照）の機械精度誤差を、的確に補正することができる。すなわち、かみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の実測値に対し、的確な補正値Ｃｃｏｍｐを算出することができる。そのため、はすば歯車１の各歯１０のかみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状の測定精度を向上することができるので、各歯１０毎のかみ合い進行方向に沿う歯面１２の形状を正確に管理・評価することができる。したがって、はすば歯車１同士の噛み合いによるギヤノイズや振動が低減されて、騒音を抑制することが可能になる。
【００５４】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５５】
１ はすば歯車、１０，２０ 歯、１２ 歯面、１３ 作用面、１４ 歯先、１５ 歯元、１６，１７，１８，１９ 端辺、３６ 触針、５０ 制御部、６０ 測定装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車のかみ合い進行方向に沿って歯面形状を測定する、歯車の歯面形状の測定装置であって、
前記歯面形状を測定する測定部と、
前記測定部の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記測定部により測定された前記かみ合い進行方向に沿う前記歯面形状の実測値に、以下の式で求められる補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて前記歯面形状を算出する、歯車の歯面形状の測定装置。
【数８】
ただし、ＣＣＶは歯形方向の機械精度誤差に対する補正値、ＣＬＤは歯すじ方向の機械精度誤差に対する補正値、αは前記歯形方向と前記かみ合い進行方向とによって形成される角度、βは前記歯車の基礎円筒上ねじれ角を表す。
【請求項２】
歯車のかみ合い進行方向に沿って歯面形状を測定する、歯車の歯面形状の測定方法であって、
前記かみ合い進行方向に沿って前記歯面形状の実測値を測定する工程と、
前記実測値に以下の式で求められる補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて前記歯面形状を算出する工程とを備える、歯車の歯面形状の測定方法。
【数９】
ただし、ＣＣＶは歯形方向の機械精度誤差に対する補正値、ＣＬＤは歯すじ方向の機械精度誤差に対する補正値、αは前記歯形方向と前記かみ合い進行方向とによって形成される角度、βは前記歯車の基礎円筒上ねじれ角を表す。
【請求項３】
請求項２に記載の歯車の歯面形状の測定方法をコンピュータに実現させるプログラム。
【請求項４】
請求項２に記載の歯車の歯面形状の測定方法をコンピュータに実現させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１】
歯車のかみ合い進行方向に沿って歯面形状を測定する、歯車の歯面形状の測定装置であって、
前記歯面形状を測定する測定部と、
前記測定部の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記測定部により測定された前記かみ合い進行方向に沿う前記歯面形状の実測値に、以下の式で求められる補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて前記歯面形状を算出する、歯車の歯面形状の測定装置。
【数８】
ただし、ＣＣＶは歯形方向の機械精度誤差に対する補正値、ＣＬＤは歯すじ方向の機械精度誤差に対する補正値、αは前記歯形方向と前記かみ合い進行方向とによって形成される角度、βは前記歯車の基礎円筒上ねじれ角を表す。
【請求項２】
歯車のかみ合い進行方向に沿って歯面形状を測定する、歯車の歯面形状の測定方法であって、
前記かみ合い進行方向に沿って前記歯面形状の実測値を測定する工程と、
前記実測値に以下の式で求められる補正値Ｃｃｏｍｐを乗じて前記歯面形状を算出する工程とを備える、歯車の歯面形状の測定方法。
【数９】
ただし、ＣＣＶは歯形方向の機械精度誤差に対する補正値、ＣＬＤは歯すじ方向の機械精度誤差に対する補正値、αは前記歯形方向と前記かみ合い進行方向とによって形成される角度、βは前記歯車の基礎円筒上ねじれ角を表す。
【請求項３】
請求項２に記載の歯車の歯面形状の測定方法をコンピュータに実現させるプログラム。
【請求項４】
請求項２に記載の歯車の歯面形状の測定方法をコンピュータに実現させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１６００７２（Ｐ２０１０−１６００７２Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８３３（Ｐ２００９−２８３３）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２０５５６８）大阪精密機械株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２０５５６８）大阪精密機械株式会社 (1)
【Ｆターム（参考）】
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