歯車形状測定装置
【課題】歯車の全体に亘り、歯車形状の測定を容易に行なえる歯車形状測定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】第１回転軸芯Ｘ１の周りに被検査歯車１を回転駆動可能に支持する支持台３と、被検査歯車１に係合しつつ第２回転軸芯Ｘ２の周りで回転可能なゲージ歯車２と、第１回転軸芯Ｘ１に対する第２回転軸芯Ｘ２の相対傾斜角度を調節設定し、且つ、第１回転軸芯Ｘ１に対する第２回転軸芯Ｘ２の距離を変更可能な軸間角度設定部９と、被検査歯車１に対してゲージ歯車２を付勢する付勢部材１５と、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２との距離を測定する軸間距離測定部１７と、測定したデータを演算処理する計測データ処理部１９とを備えた。
【解決手段】第１回転軸芯Ｘ１の周りに被検査歯車１を回転駆動可能に支持する支持台３と、被検査歯車１に係合しつつ第２回転軸芯Ｘ２の周りで回転可能なゲージ歯車２と、第１回転軸芯Ｘ１に対する第２回転軸芯Ｘ２の相対傾斜角度を調節設定し、且つ、第１回転軸芯Ｘ１に対する第２回転軸芯Ｘ２の距離を変更可能な軸間角度設定部９と、被検査歯車１に対してゲージ歯車２を付勢する付勢部材１５と、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２との距離を測定する軸間距離測定部１７と、測定したデータを演算処理する計測データ処理部１９とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造が終了した被検査歯車に検査用の基準歯車を当接させ、両歯車を回転させることにより、被検査歯車の仕上がり精度を測定する歯車形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、各種の歯車は、ホブ盤を用いて歯車材料から各歯を削り出す切削加工や、丸ダイスや平ダイスを歯車材料に押し当て歯形を形成する転造加工等により作製される。
このような加工の際には、加工工具の形状誤差や工作機械の動作誤差、歯車材料の保持位置の誤差、あるいは、加工環境の変化などにより、仕上げ後の歯車の形状に誤差が生じる場合がある。その場合には、歯厚誤差が生じたり、歯溝の振れが生じることとなり、歯車対でバックラッシュが生じたり、伝達効率が低下し、さらには歯車寿命が短くなるなどの不都合が生じる。よって、特に、要求精度の厳しい歯車については、仕上げ加工後に歯車形状の検査を行なうことが重要となる。
【０００３】
従来の検査技術としては例えば以下に示すようなものがある（特許文献１）。
ここには、歯車の諸元が異なる種々の歯車を同一の計測装置で測定できるよう、一対の測定子を開閉自在に設け、複数の歯を一度に挟み込んで歯厚の測定を行なう技術が示されている。具体的には、稜線状に平行に形成された一対の測定子を、駆動装置によって互いに近接・離間可能に構成し、これら測定子を複数の歯を一度に挟むようにして歯に当接させる。これら測定子間の距離を測ることで、歯車の軸直角またぎ歯厚の測定値を得る。当該装置であれば、マスタギヤ等を準備せずとも多くの歯車形状の測定が可能であり、マスタギヤの段取替えの時間も不要となるなど、測定効率が高まるとされる（明細書中第２３〜２５段落、図１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５-２０９７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の技術では、マスタギア等を用いることなく各種歯車の計測が可能ではあるが、測定子を当接させるのは、その歯車のうちの特定の二つの歯である。歯車に生じる歯厚などの誤差は、全周に亘って同一ではない。よって、特定の一箇所のみの形状を測定したとしても全体の仕上がり状態を判断することはできない。ただし、当該計測装置を用いて全ての歯の形状を確認するには、多くの測定が必要となって計測作業が極めて煩雑なものとなる。
また、当該装置では、２枚の歯の距離を測定して大よその歯厚の確認はできるものの、歯車の全体形状が所期の形状に仕上げられているかを測定することはできない。歯車が、モジュールの小さい歯車であったり、圧力角の小さい歯車等、歯数が多くなるものである場合には、上記測定は更に困難になる。
このように、上記従来の歯車形状測定装置では、歯車全体の形状を把握するには測定作業が非常に煩雑となるものであり、未だ改善の余地があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、歯車の全体に亘り、歯車形状の測定を容易に行なえる歯車形状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】
（特徴構成１）
本発明に係る歯車形状測定装置の特徴構成は、第１回転軸芯の周りに被検査歯車を回転駆動可能に支持する支持台と、前記被検査歯車に係合しつつ第２回転軸芯の周りで回転可能なゲージ歯車と、前記第１回転軸芯に対する前記第２回転軸芯の相対傾斜角度を調節設定し、且つ、前記第１回転軸芯に対する前記第２回転軸芯の距離を変更可能な軸間角度設定部と、前記被検査歯車に対して前記ゲージ歯車を付勢する付勢部材と、前記第１回転軸芯と前記第２回転軸芯との距離を測定する軸間距離測定部と、測定したデータを演算処理する計測データ処理部とを備えた点にある。
【０００８】
（効果）
本構成の装置では、被検査歯車の測定に際して、被検査歯車の第１回転軸芯とゲージ歯車の第２回転軸芯とを平行な状態とする。双方の軸芯間距離は、例えばゲージ歯車の一つの歯の両面が被検査歯車の隣接する二つの歯に当接した状態で規定される。このとき、ゲージ歯車の当該接触している歯の両面と被検査歯車とは線接触する。双方の歯車の基本的な緒元は既知であるから、被検査歯車の歯厚のみを未知数として計算すれば歯厚を求めることができる。歯厚の測定は被検査歯車およびゲージ歯車の双方を停止させた状態でも測定可能である。しかしながら、被検査歯車の支持台への取付誤差などを考慮すると、被検査歯車を少なくとも一回転させて測定し、全周の平均値を取るのが望ましい。
【０００９】
本構成の測定装置では、被検査歯車の歯厚をより正確に測定することができる。つまり、被検査歯車の第１回転軸芯と基準歯車の第２回転軸芯との傾斜角度を調整可能にすることで、第１回転軸芯に対する第２回転軸芯の距離を変更して双方の歯車のかみ合い深さを調整する。例えば、互いの軸芯の傾斜角度を通常の軸間角度に対して傾斜させることで、被検査歯車とゲージ歯車とが干渉し始め、双方の歯車のかみ合い程度が浅くなる。この干渉を解消するためには、双方の歯車の軸芯間距離が必然的に大きくなるからである。
この軸芯どうしの傾斜角度に応じた軸芯間距離の広がりは歯の形状に影響される。例えば、歯元から歯先までの厚み変化が少ない歯車は、同厚み変化が大きい歯車に比べて、軸芯間距離の広がり程度が大きくなる。つまり、被検査歯車の隣接する歯どうしの間隔をみたとき、歯元側から歯先側にかけて歯の間隔の広がり程度が小さい場合には、ゲージ歯車をある角度だけ傾斜させようとすると、より多く被検査歯車から遠ざける必要がある。
【００１０】
また、軸芯どうしの傾斜角度に応じた軸芯間距離の広がり程度は、歯幅中央の歯厚と歯幅両端部の歯厚とが異なる歯車の場合には別の特徴を示す。仮に、中央部の歯厚が大きい被検査歯車とゲージ歯車とを用いた場合、双方の回転軸芯が平行なとき、双方の歯車は互いの歯幅中央で点接触する。この状態で、ひとまず回転軸芯間距離が定まる。今、ゲージ歯車の一つの歯の両面において歯底から同じ高さの位置で被検査歯車に当接しているとする。この状態からゲージ歯車を傾斜させていくと、ゲージ歯車の一方の面の当接点は、歯幅方向の一方側に移動し、他方の面の当接点は、歯幅方向の反対側に移動する。ただし、このような当接点の移動は、ゲージ歯車が被検査歯車から遠ざかることで実現する。被検査歯車の隣接する二つの歯の間でゲージ歯車をこじるのであるから、ゲージ歯車は必然的に被検査歯車から遠ざかることになるからである。
このように、双方の歯の回転軸芯どうしの角度を変更することで、双方の歯車の当接する歯の高さ位置が変更される。
【００１１】
ただし、そのような位置変更は何れの形状の歯車を使用しても実現できるものではない。あくまでも、双方の歯車の軸を傾斜させたとき、被検査歯車とゲージ歯車との噛み合い状態が維持される範囲に限られる。さらに、双方の歯の形状によっては、互いの回転が円滑でなくなる場合もあり得る。しかし、上記のごとく、ゲージ歯車の回転軸芯を傾斜させた状態で、その回転が被検査歯車に伝達されるものであり、双方の回転軸芯間距離が少しでも変更されるものであれば、被検査歯車の歯厚を測定することが可能である。
以上のごとく、本発明の装置であれば、回転軸芯の傾斜角度とそのときの軸芯間距離とを合わせて評価することで、歯元から歯先に至る歯形を把握することができ、歯丈の各部における歯厚を測定することができる。
【００１２】
（特徴構成２）
本発明に係る歯車形状測定装置の特徴構成は、前記軸間角度設定部が、前記ゲージ歯車を保持する歯車軸支部と、当該歯車軸支部を装置本体に回転自在に保持する基端側軸支部とを備え、当該基端側軸支部の回転軸芯が、前記第２回転軸芯のうち前記ゲージ歯車の歯幅中央位置における位置、および、前記第１回転軸芯と交差するように構成した点にある。
【００１３】
（効果）
本構成のごとくゲージ歯車を装置本体に回転可能に支持することで、基端側軸支部の回転軸芯が、常に、第１回転軸芯と第２回転軸芯とに対して直角姿勢を保つことができる。よって、ゲージ歯車の傾斜角度を変更した場合に、被検査歯車とゲージ歯車との当接位置が変化せず、両歯車間の角度変化を最も円滑に行なうことができる。さらに、軸間角度設定部が被検査歯車に対して近接離間するとき、その近接方向が第１回転軸芯と第２回転軸芯とに対して直角であるから、軸間距離測定部による測定結果がそのまま両回転軸芯間の距離となり、その後の演算が非常に簡便なものとなる。
【００１４】
（特徴構成３）
本発明に係る歯車形状測定装置の特徴構成は、計測データ処理部が、被検査歯車の目標形状を有するマスター歯車に対し、予めゲージ歯車を用いて測定して得た基準データを備えており、当該基準データと測定データとの偏差を求めるように構成した点にある。
【００１５】
（効果）
本装置に備えるゲージ歯車は、モジュール等が同じであれば、ある程度形状の異なる歯車の検査に用いることができる。ただし、被検査歯車の緒元等に基づいて被検査歯車の形状を算出していたのでは、検査工程が煩雑なものとなる。そこで、被検査歯車として基準となるマスター歯車を用いて予め検査測定を実施しておき、取得したデータを代表データとして記憶しておく。その後、実際の被検査歯車を測定し、前記代表データを比較することで、歯形形状を間単に検査することができる。
【００１６】
（特徴構成４）
本発明に係る歯車形状測定装置の特徴構成は、前記被検査歯車および前記ゲージ歯車の温度を測定する温度計測部を備えると共に、当該温度計測部からの出力に基づいて前記軸間距離測定部による測定距離を補正するように構成した点にある。
【００１７】
（効果）
環境温度が変化し、双方の歯車の温度が変化すれば、夫々の歯車の直径が増減する。よって、本構成のごとく温度を測定することで、軸間距離測定部による測定距離を補正することができ、双方の歯車の歯厚測定精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る歯車形状測定装置の構成を示す概略図
【図２】被検査歯車とゲージ歯車との噛み合いを示す説明図
【図３】歯車形状測定の手順を示すフローチャート
【図４】取得データの一例を示すグラフ
【図５】取得データの処理手法の一例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（概要）
完成した歯車には、仕上げ加工が施されているとはいえ各種の形状誤差が含まれる。当該誤差には、例えば、工具であるカッターの歯厚誤差に基づくものや、カッターの磨耗、カッターヘッドとワークテーブルとの熱変位、加工時の負荷による工具・治具などの各部の撓み、被加工歯車の加工時の温度上昇による膨張、多口カッターで加工したことによる歯厚の周期的誤差に基づく誤差等が含まれる。特に精度を求められる歯車については、正確な加工が求められるうえ製作後の検査が重要である。本発明は、被検査歯車１を簡単且つ正確に検査できる歯車形状測定装置に関するものである。以下、本発明の装置を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１に本装置の構成を示す。仕上げ加工が終了した被検査歯車１は検査を行うための支持台３に固定される。支持台３は、計測装置の基台４の一方側に設けてあり、垂直方向の支持軸５とその基端部にボス部６を備えている。このボス部６は、取り付ける被検査歯車１の形状によって取り替えるものであっても良いし、拡張可能なマンドレル等を用いて構成することもできる。被検査歯車１は、支持軸５に挿通しつつボス部６に載置し、支持軸５のもう一方の端部にナット７を螺合して固定する。ボス部６の上面およびナットの下面にはテーパー部を備えてある。これにより、ナットを締め付けた状態で、被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１が支持軸５の回転軸芯に一致するように構成してある。支持軸５の基端側には駆動用のモータＭを設けてある。当該モータＭには回転角度を正確に測定できるようポテンショメータ等の計測具８を備えている。
【００２１】
被検査歯車１に係合させるゲージ歯車２は計測装置の基台４の他方側に設けてある。ゲージ歯車２は被検査歯車１に対する係合姿勢を変更できるよう構成してある。つまり、ゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２を、被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１に対して平行な状態や傾斜させた状態に調節することができる。当該傾斜は、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２とが平行な状態を基本姿勢とし、両回転軸芯が含まれる平面に対して何れかの軸芯を垂直方向に回転させて形成する。
【００２２】
ゲージ歯車２は軸間角度設定部９に支持されている。当該軸間角度設定部９は前記がゲージ歯車２を保持する歯車軸支部９ａを備えている。この歯車軸支部９ａは、例えば、フォーク状の部材の一方の端部に備えてある。ゲージ歯車２の種類は、特に限定されるものではないが、測定する被検査歯車１の歯形に合わせるのが好ましい。つまり、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２とを平行な状態から所定の角度まで傾斜させた場合に、双方の歯車が噛み合い、被検査歯車１の回転がゲージ歯車２に伝達されてゲージ歯車が確実に回転できるものでなければならない。
【００２３】
前記フォーク状部材の他方の端部には基端側軸支部９ｂを備えており、この基端側軸支部９ｂは、計測装置の基台４に対して相対移動するスライド部１０に回転可能に取り付けてある。基端側軸支部９ｂには角度調整用の大径歯車１１を設けてある。一方、スライド部１０には、この大径歯車１１を回転させる小径歯車１２を備えた調節用ダイアル１３が設けてある。大径歯車１１の歯数は小径歯車１２の歯数に比べて多く、調節用ダイアル１３の回転によってゲージ歯車２を微少角度毎に傾斜させることができる。スライド部１０には、この調節用ダイアル１３あるいは基端側軸支部９ｂの回転角度を計測するポテンショメータ等の計測装置１４を設けておく。図１では、軸間角度設定部９の各部を模式的に図示している。ただし、極めて精密で細かな歯形の被検査歯車１を測定するには、傾斜角度の設定ピッチは例えば１００分の１度程度であるのが好ましい。ここでの検出値は、後述する歯形の計測作業に用いる。
【００２４】
基端側軸支部９ｂの回転軸芯は、第２回転軸芯Ｘ２のうちゲージ歯車２の歯幅中央位置における位置、および、第１回転軸芯Ｘ１と交差するように構成してある。
本構成であれは、基端側軸支部９ｂの回転軸芯が、常に、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２とに対して直角姿勢を保つことができる。よって、ゲージ歯車２の傾斜角度を変更した場合に、被検査歯車１とゲージ歯車２との当接位置が変化せず、両歯車間の角度変化を最も円滑に行なうことができる。さらに、軸間角度設定部９が被検査歯車１に対して近接離間するとき、その近接方向が第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２とに対して直角であるから、軸間距離測定部１７による測定結果がそのまま両回転軸芯間の距離となり、その後の演算が非常に簡便なものとなる。
【００２５】
スライド部１０は、計測装置の基台４との間に各別に設けたスライドローラ１０ａによって移動可能である。スライド部１０の移動方向は、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２とが近接離間する方向である。両歯車の回転軸芯間距離の僅かな変動をも捉えるようこれらスライド部１０は極めて円滑に動作可能に構成してある。尚、この部材も精密移動し得る機能が求められる。よって、例えば、各種精密リニアガイド等を用いるとよい。
【００２６】
被検査歯車１の計測に際しては、ゲージ歯車２を被検査歯車１に押し付ける付勢部材１５を備えている。当該付勢部材１５は、例えば、計測装置の基台４とスライド部１０との間にコイルバネを設けて構成する。この付勢部材１５には付勢力調節機構１６を備えてある。例えば、コイルバネの取付座のうち計測装置のスライド部１０の側の部材を取り付けねじに対して回転させて付勢部材１５の弾性力を調節するものである。これにより、被検査歯車１の外径や歯丈寸法の変更に応じて被検査歯車１に対するゲージ歯車２の押し付け力を最適に設定することができる。
尚、検査する被検査歯車１の歯形によっては、当該押し付け力は極めて微力に設定する場合もある。よって、上記コイルバネの他、板バネ、磁力による吸引・反発を用いるものなど、各種の付勢手段を用いることができる。
【００２７】
スライド部１０には、スライド部１０の移動に応じて変化する第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２との距離を測定する軸間距離測定部１７を備えている。例えば、図１に示すごとく、スライド部１０の側に設けたラックギア１７ａと、これにギア係合して回転する指示針１７ｂとを備えたダイアルゲージ等の機構で構成する。指示針１７ｂの回転軸部にもポテンショメータのような回転角度を計測できる部材を設けておく。これにより、歯形の検査に際して指示針１７ｂによって被検査歯車１の形状を視覚的に確認できる上、後述するデータ処理を効率的に行なうことができる。
尚、この部位の測定値は極めて微小であるため、この他に、接触式リニアゲージや、後述する光を用いた非接触式の距離測定手段を用いるものであっても良い。
【００２８】
被検査歯車１およびゲージ歯車２の近傍には温度計測部１８が備えてある。これにより、温度による両歯車の変形量を補正することができる。温度計測部１８のデータは信号取出し可能に構成してある。
【００２９】
上記モータＭ、および、軸間距離測定部１７、軸間角度設定部９、温度計測部１８は計測データ処理部１９に接続してある。これにより、モータＭの回転角度、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２との軸間距離および相対傾斜角度、周囲の温度の計測値を計測データ処理部１９にて自動的に記憶し、歯形形状を演算処理することができる。
【００３０】
ゲージ歯車２の形状は、被検査歯車１形状に応じて様々なものを用いることができる。例えば、被検査歯車１とモジュールや歯丈等の基本的な緒元が同じものを用いることができる。要するに、両歯車１，２が確実に噛み合うことができ、噛合回転できるものでなければならない。
【００３１】
（ゲージ歯車の一例）
ゲージ歯車２の一つずつの歯の形状は、例えば、周方向に沿う円筒面で一つの歯を切断したとき、断面が矩形状になるものを用いることができる。この場合、当該ゲージ歯車２を、同様の断面形状を有する被検査歯車１に対して傾斜させつつ当接させると、傾斜角度の変化に対して双方の軸芯間距離を大きく変動させることができる。その結果、計測精度が高上する。被検査歯車１とゲージ歯車２とは、両回転軸芯Ｘ１，Ｘ２が互いに平行なときに最も接近することができる。しかし、回転軸芯どうしを傾斜させると、両歯車の歯は深く噛合することができず、回転軸芯間距離が長くなる。この状態は、例えば図２に示すごとく、ゲージ歯車２の一つの歯が、その表面と裏面とにおいて対向する被検査歯車１の二つの歯に夫々当接した状態である。ゲージ歯車２上の点の一つは、ゲージ歯車２の回転方向前面の歯底近傍の一点Ｐ１であって、幅方向の一端側にある点である。この箇所は、被検査歯車１の一つの歯の歯先近傍の一点と当接する。ゲージ歯車２上の他のもう一点Ｐ２は、ゲージ歯車２の回転方向後面の歯先近傍の一点である。この位置は、幅方向において前記一端側とは反対側の端にある。この点が、被検査歯車１の対向する歯面のうち歯底近傍の一点に当接する。
【００３２】
一つのゲージ歯車２で複数形状の被検査歯車１を測定しようとすると、双方の歯車の厚みが常に同じになることはない。何れかの厚みが薄くなるが、装置のコンパクト化等を考慮するとゲージ歯車２の厚みを薄く構成しておくのが好ましい。ゲージ歯車２の歯幅が被検査歯車１の歯幅よりも薄いと、ゲージ歯車２を傾斜させたとき、ゲージ歯車２においては歯幅方向の端部が被検査歯車１に当接する。この当接は、ゲージ歯車２の回転軸芯を傾斜させたことによって被検査歯車１との干渉が直ちに生じるのが好ましい。この干渉が早く生じる程、両軸芯間の距離の変動を測定し易くなるからである。よって、ゲージ歯車２の形状としては、例えば、上記の断面形状が矩形の所謂通常の平歯車等を用いることができる。
ただし、この場合、双方の歯車どうしの当接は円滑なものとはならない。双方の歯どうしが断続的に当接するため、計測に際しては回転軸芯間距離の計測値は細かく増減を伴ったものになる可能性がある。
【００３３】
（ゲージ歯車の他の例）
双方の歯を円滑に当接させるには、例えば、ゲージ歯車として「はすば歯車」を用いると良い。この歯車は、歯の方向が円周方向に対して傾斜している。よって、各歯の先端部の形状は螺旋状であり、歯車の外周面上に沿って湾曲している。このような歯車をゲージ歯車２として用い、単純な平歯車形状を有する被検査歯車１に使用すると、被検査歯車１の二枚の隣接する歯に対して、その歯幅中央位置においてはゲージ歯車２の歯は十分に係合し、被検査歯車１の歯幅両端部においては、ゲージ歯車２は浅く係合する。尚、はすば歯車を用いる場合、双方の歯車の歯溝方向を合わせるため、ゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２は当初より大きく傾斜させておく。
この場合には、ゲージ歯車２の歯は被検査歯車１の歯に対して大きく摺動しながら歯溝方向に移動する。この結果、両歯車の回転は非常に滑らかなものとなり、双方の歯の噛み合い率も高めることができる。そのため、波動歯車に多く用いられるインボリュート歯形部分が少ない歯車に対しても、傾斜角度の調整と適切なゲージ歯車の選択とにより噛合い率を高めることができ、計測が可能となる。
【００３４】
（計測）
本装置を用いた計測の手順を図３乃至図５に基づいて説明する。
図３は、計測の手順を示すフローチャートである。図４は、本装置を用いて被検査歯車１の形状を測定した場合の取得データの一例である。図５は、図４で得たデータを処理した後の処理後データの一例である。
【００３５】
検査に際しては、まず被検査歯車１に応じて用いるゲージ歯車２を選択し、計測装置に装着する（♯０１）。次に、被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１とゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２とを平行な状態に配置する（♯０２）。モータＭを動作させ、被検査歯車１を少なくとも一周回転させる（♯０３）。モータＭの総回転数は、モータＭに併設したポテンショメータ等の計測具８で計測する。計測後、一回転分を一単位として演算処理する。複数回転分のデータを演算処理する場合には、各種平均値を採るなど、通常の演算手法に従って最も確からしい測定結果を得るものとする。被検査歯車１の回転に伴い、被検査歯車１の総回転数と、当該回転位相に応じて表れたゲージ歯車２の距離の変動値、そのときの周囲温度に係るデータを計測データ処理部１９に蓄積する（♯０４）。これらの計測およびデータ蓄積を、被検査歯車１とゲージ歯車２との角度を適宜変更して繰り返し行なう（♯０５）。ゲージ歯車２の傾斜角度は例えば、−１．０度、−０．５度、０度、＋０．５度、＋１．０度等に設定する。因みに＋記号あるいは−記号は、調節用ダイアル１３を左右何れかの方向に回転させることを意味し、同じ符号のものは同方向に角度を変更して計測する趣旨である。これら測定傾斜角度は被検査歯車１とゲージ歯車２との組み合わせに応じ、傾斜角度に応じて測定結果が明確に変化するように適宜設定する。
【００３６】
図４に、被検査歯車１を一回転させて得たデータの一例を示す。横軸が被検査歯車１の回転角度であり、縦軸が回転軸芯間距離である。計測データには各種の誤差が含まれる。よって、順にそれらの誤差を除去する操作を行なう。図４に示すごとく、得られた実線Ｌには、細かな振動が見られる。これは、被検査歯車１とゲージ歯車２との噛み合いの度に生じる微振動による誤差に基づく。特に、傾斜角度を持たせるほど双方の歯車の当たりが滑らかさを欠くようになるから、このような微振動が出易くなる。まず、この振動をフィルタ処理により除去し、第１平滑化曲線Ｌ１（滑らかな実線）を得る（図３、♯０６）。
この第１平滑化曲線Ｌ１は回転角度にして数十度周期のうねりを伴いながら全体としては正弦波に類似した形を有する。そこで、さらに第１平滑化曲線Ｌ１をより正弦波に近付けるべく２回目のフィルタ処理を行なう。これにより第２平滑化曲線Ｌ２（図４中の破線）が得られる。
【００３７】
この第２平滑化曲線Ｌ２の曲がりは、被検査歯車１が支持台３に対して偏芯して取り付けられたため、一回転する間に双方の軸芯間距離の変動が一周期として現れたものである。よって、再度、この正弦波成分をなくすため第２平滑化曲線Ｌ２の全体平均をとった補正後第２平滑化曲線Ｌ２’（図５中の直線状の破線）を求める。つまり、この曲線Ｌ２’のもつ値が被検査歯車１とゲージ歯車２との間に形成された正味の軸芯間距離である。正弦波類似の成分が除去されたことで、被検査歯車１の支持台３への取り付け誤差が除去される（図３、♯０７）。つまり、被検査歯車１の軸芯振れがなければ、通常はこのようなグラフが得られる。
曲線Ｌ２’の作成に伴い、第１平滑化曲線Ｌ１を曲線Ｌ２’に倣わせて補正後第１平滑化曲線Ｌ１’（図５中の波状の実線）を得る。当該曲線Ｌ１’と曲線Ｌ２’との縦軸に沿った差は、図４における曲線Ｌ１と曲線Ｌ２との差と同じである。図５に、このような曲線Ｌ１’およびＬ２’を上記三種類の各傾斜角度について求めたものを重ねて記載する。
【００３８】
（歯厚の評価）
被検査歯車の歯形形状を評価するには、一枚毎の歯の厚みや、隣接する歯どうしの歯厚のバラつき等、各種の要素につき行なう必要がある。
歯厚評価（図３、♯０８）は、被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１とゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２との軸芯間距離が、マスター歯車を用いて予め計測し記憶している既知のデータに対してどれだけの偏差を有するか否か等に注目して行なう。
上記軸芯間距離は、例えばゲージ歯車２の一つの歯の両面が被検査歯車１の隣接する二つの歯に当接した状態で規定される。このとき、ゲージ歯車２の当該接触している歯の両面と被検査歯車１とが線接触する。双方の歯車の基本的な緒元は既知であるから、被検査歯車１の歯厚のみを未知数として計算すれば歯厚が求められる。
歯厚の測定は被検査歯車１およびゲージ歯車２の双方を停止させた状態でも測定可能である。しかしながら、支持台３への被検査歯車１の取付誤差などを考慮すると、被検査歯車１を少なくとも一回転させて測定し、全周の平均値を取るのが望ましい。
【００３９】
図５に示すグラフのうち、まず、最下段に記載した歯車どうしの傾斜角度が０度のグラフに注目する。ここでは、予めマスター歯車を用いて記憶してある基準となる回転軸芯間距離Ｌｓと補正後第２ｓ平滑化曲線Ｌ２’との差Ｄ１を評価する。今、曲線Ｌ２’の方が曲線Ｌｓよりも上方にある。これは、被検査歯車１の歯厚が厚くなっていたために、ゲージ歯車２との軸芯間距離がやや大きくなっていることを意味する。ただし、差Ｄ１が存在していても、許容範囲内にあれば問題はない。本装置では、許容長さを示す第１閾値を予め記憶しており、差Ｄ１の適否を判断することができる。
【００４０】
さらに、曲線Ｌ２’と補正後第１平滑化曲線Ｌ１’との差Ｄ２について評価する。曲線Ｌ１’は、現実に夫々の歯に生じている形状誤差に基づくものである。曲線Ｌ１’には、一定周期の変動が伺える（各グラフの実線）。これは、例えば被検査歯車１の形状誤差に基づくものである。被検査歯車１の回転角度にして数度毎或いは数十度毎の誤差は、多くは工具の不良による誤差である。例えば、ラック工具やピニオンカッタで歯を切削した場合のラック工具の送り誤差や、ピニオンカッタの回転振れ等が考えられる。また、ホブ盤を用いて加工を行なった場合の被加工材料の送り回転の誤差等も考えられる。
よって、Ｄ２の値が、予め記憶している第２閾値を超えているか否かによって歯厚のバラつきを評価する。このような評価を傾斜角度＋０.５度、＋１.０度のものにつき行う。
【００４１】
次に、傾斜角度０度のグラフと＋０．５度のグラフとの間隔Ｄ３に基づいて評価する。この間隔Ｄ３は、実際に被検査歯車１を計測し、ゲージ歯車２を０.５度だけ傾斜させた場合の軸芯間距離の変化幅である。例えば、インボリュート歯形を持つ歯車においては圧力角の大小によって上記二つの間隔の現れ方が異なる。圧力角が小さいと歯の角度が歯先まで立った歯厚変化の少ないものとなり、逆に圧力角が大きいと、歯の角度が歯先に行くほど寝た歯厚変化の大きなものとなる。よって、被検査歯車１に対するゲージ歯車２の傾斜角度を一定角度だけ変化させた場合、歯厚変化の小さい歯ほど被検査歯車１とゲージ歯車２との距離が離れることとなる。圧力角の小さい歯車では、歯と歯との間にはいわば深い谷が形成されているため、ゲージ歯車２を少し傾斜させるだけで、被検査歯車１の隣接する二つの歯の間でゲージ歯車２が干渉する。これを解消するためにはゲージ歯車２が被検査歯車１から遠去かる必要があるからである。
仮に、被検査歯車がマスター歯車どおりの形状に仕上げられていれば、当該変化幅の基準値Ｄｓに比べてＤ３はそれほど差がないはずである。このＤｓについても許容範囲を規定した第３閾値を有している。
尚、上記Ｄ１の評価で、各傾斜角度における歯厚検査は実質的に終了している。よって、当該Ｄｓに係る評価は補助的に行なうものであっても良い。この評価を行なう場合には、傾斜角度＋０．５度のグラフと＋１．０度のグラフとの間隔についても評価するのが好ましい。
【００４２】
本装置を用いることで、隣接する歯の厚みのバラつき等を評価することもできる。
例えば、図５の傾斜角度０度のグラフに着目する。曲線Ｌ１’は、回転角度が０度から３６０度に移行するに連れて増減を繰り返している。これは、ある回転角度では歯厚が厚くなり、他の回転角度では歯厚が薄くなっていることを意味する。つまり、歯車の周方向に沿って歯厚のバラつきが存在することがわかる。歯厚のバラつきは、例えば、使用する切削機械やカッター等の特性を反映するものである。よって、このようなバラつきの周期等を検証することで歯厚誤差の発生原因を特定し易くなる。
以上のごとく、本構成の歯車形状測定装置を用いることで、被検査歯車の形状を効率的且つ正確に評価することができる。
【００４３】
（別実施形態）
（１）被検査歯車１とゲージ歯車２とを押圧するには、上記付勢部材１５の使用に代えて重力式の構成を採用することもできる。
例えば、被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１とゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２とを、ゲージ歯車２が上方に位置する状態に傾斜させて設けてもよい。これにより、ゲージ歯車２を被検査歯車１の側に押し付けることができる。尚、押付力は、装置の傾斜角度を変更することで調節できる。
また、別の構成として、第１回転軸芯Ｘ１および第２回転軸芯Ｘ２を共に水平方向に延出させ、被検査歯車１に対してゲージ歯車２を上方から載置する構成としても良い。被検査歯車１に対してゲージ歯車２の位置を適宜公転移動させることで、両歯車どうしの押付け力を調節することができる。
【００４４】
（２）被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１とゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２との距離を測定するには、上記ダイヤルゲージ方式のものに代えて、光学式の機構を採用するものでも良い。例えば測定部の側に投光機構を備えておき、支持台３の側に反射板を備えておく。ダイヤルゲージ式のものでは、装置を構成するギア部分にバックラッシュ等が生じる可能性もあるが、光学式のものではそのような機械的誤差の発生を低減することができる。
【００４５】
（３）被検査歯車１として、例えば、リング状の内歯歯車の歯厚等を測定することも可能である。その場合には、ゲージ歯車２を支持するフォーク状部材を内歯歯車の軸芯方向から内歯歯車の内部に挿入できるようフォークの形状を屈曲するなどの変更を加えればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の歯車形状測定装置は、切削歯車、転造歯車等各種の歯車の歯厚の検査を行なうものであり、非常に多くの機械分野において有用である。また、当該装置は、検査対象の歯車を個々に装着して測定するものであっても良いし、ホブ盤等の加工機の内部に当該計測装置を予め設置しておき、対象ワークに加工を施しながら、歯厚を測定できるように構成することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 被検査歯車
２ ゲージ歯車
３ 支持台
９ 軸間角度設定部
９ａ 歯車軸支部
９ｂ 基端側軸支部
１５ 付勢部材
１７ 軸間距離測定部
１８ 温度計測部
１９ 計測データ処理部
Ｘ１ 第１回転軸芯
Ｘ２ 第２回転軸芯
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造が終了した被検査歯車に検査用の基準歯車を当接させ、両歯車を回転させることにより、被検査歯車の仕上がり精度を測定する歯車形状測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、各種の歯車は、ホブ盤を用いて歯車材料から各歯を削り出す切削加工や、丸ダイスや平ダイスを歯車材料に押し当て歯形を形成する転造加工等により作製される。
このような加工の際には、加工工具の形状誤差や工作機械の動作誤差、歯車材料の保持位置の誤差、あるいは、加工環境の変化などにより、仕上げ後の歯車の形状に誤差が生じる場合がある。その場合には、歯厚誤差が生じたり、歯溝の振れが生じることとなり、歯車対でバックラッシュが生じたり、伝達効率が低下し、さらには歯車寿命が短くなるなどの不都合が生じる。よって、特に、要求精度の厳しい歯車については、仕上げ加工後に歯車形状の検査を行なうことが重要となる。
【０００３】
従来の検査技術としては例えば以下に示すようなものがある（特許文献１）。
ここには、歯車の諸元が異なる種々の歯車を同一の計測装置で測定できるよう、一対の測定子を開閉自在に設け、複数の歯を一度に挟み込んで歯厚の測定を行なう技術が示されている。具体的には、稜線状に平行に形成された一対の測定子を、駆動装置によって互いに近接・離間可能に構成し、これら測定子を複数の歯を一度に挟むようにして歯に当接させる。これら測定子間の距離を測ることで、歯車の軸直角またぎ歯厚の測定値を得る。当該装置であれば、マスタギヤ等を準備せずとも多くの歯車形状の測定が可能であり、マスタギヤの段取替えの時間も不要となるなど、測定効率が高まるとされる（明細書中第２３〜２５段落、図１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５-２０９７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の技術では、マスタギア等を用いることなく各種歯車の計測が可能ではあるが、測定子を当接させるのは、その歯車のうちの特定の二つの歯である。歯車に生じる歯厚などの誤差は、全周に亘って同一ではない。よって、特定の一箇所のみの形状を測定したとしても全体の仕上がり状態を判断することはできない。ただし、当該計測装置を用いて全ての歯の形状を確認するには、多くの測定が必要となって計測作業が極めて煩雑なものとなる。
また、当該装置では、２枚の歯の距離を測定して大よその歯厚の確認はできるものの、歯車の全体形状が所期の形状に仕上げられているかを測定することはできない。歯車が、モジュールの小さい歯車であったり、圧力角の小さい歯車等、歯数が多くなるものである場合には、上記測定は更に困難になる。
このように、上記従来の歯車形状測定装置では、歯車全体の形状を把握するには測定作業が非常に煩雑となるものであり、未だ改善の余地があった。
【０００６】
そこで本発明の目的は、歯車の全体に亘り、歯車形状の測定を容易に行なえる歯車形状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】
（特徴構成１）
本発明に係る歯車形状測定装置の特徴構成は、第１回転軸芯の周りに被検査歯車を回転駆動可能に支持する支持台と、前記被検査歯車に係合しつつ第２回転軸芯の周りで回転可能なゲージ歯車と、前記第１回転軸芯に対する前記第２回転軸芯の相対傾斜角度を調節設定し、且つ、前記第１回転軸芯に対する前記第２回転軸芯の距離を変更可能な軸間角度設定部と、前記被検査歯車に対して前記ゲージ歯車を付勢する付勢部材と、前記第１回転軸芯と前記第２回転軸芯との距離を測定する軸間距離測定部と、測定したデータを演算処理する計測データ処理部とを備えた点にある。
【０００８】
（効果）
本構成の装置では、被検査歯車の測定に際して、被検査歯車の第１回転軸芯とゲージ歯車の第２回転軸芯とを平行な状態とする。双方の軸芯間距離は、例えばゲージ歯車の一つの歯の両面が被検査歯車の隣接する二つの歯に当接した状態で規定される。このとき、ゲージ歯車の当該接触している歯の両面と被検査歯車とは線接触する。双方の歯車の基本的な緒元は既知であるから、被検査歯車の歯厚のみを未知数として計算すれば歯厚を求めることができる。歯厚の測定は被検査歯車およびゲージ歯車の双方を停止させた状態でも測定可能である。しかしながら、被検査歯車の支持台への取付誤差などを考慮すると、被検査歯車を少なくとも一回転させて測定し、全周の平均値を取るのが望ましい。
【０００９】
本構成の測定装置では、被検査歯車の歯厚をより正確に測定することができる。つまり、被検査歯車の第１回転軸芯と基準歯車の第２回転軸芯との傾斜角度を調整可能にすることで、第１回転軸芯に対する第２回転軸芯の距離を変更して双方の歯車のかみ合い深さを調整する。例えば、互いの軸芯の傾斜角度を通常の軸間角度に対して傾斜させることで、被検査歯車とゲージ歯車とが干渉し始め、双方の歯車のかみ合い程度が浅くなる。この干渉を解消するためには、双方の歯車の軸芯間距離が必然的に大きくなるからである。
この軸芯どうしの傾斜角度に応じた軸芯間距離の広がりは歯の形状に影響される。例えば、歯元から歯先までの厚み変化が少ない歯車は、同厚み変化が大きい歯車に比べて、軸芯間距離の広がり程度が大きくなる。つまり、被検査歯車の隣接する歯どうしの間隔をみたとき、歯元側から歯先側にかけて歯の間隔の広がり程度が小さい場合には、ゲージ歯車をある角度だけ傾斜させようとすると、より多く被検査歯車から遠ざける必要がある。
【００１０】
また、軸芯どうしの傾斜角度に応じた軸芯間距離の広がり程度は、歯幅中央の歯厚と歯幅両端部の歯厚とが異なる歯車の場合には別の特徴を示す。仮に、中央部の歯厚が大きい被検査歯車とゲージ歯車とを用いた場合、双方の回転軸芯が平行なとき、双方の歯車は互いの歯幅中央で点接触する。この状態で、ひとまず回転軸芯間距離が定まる。今、ゲージ歯車の一つの歯の両面において歯底から同じ高さの位置で被検査歯車に当接しているとする。この状態からゲージ歯車を傾斜させていくと、ゲージ歯車の一方の面の当接点は、歯幅方向の一方側に移動し、他方の面の当接点は、歯幅方向の反対側に移動する。ただし、このような当接点の移動は、ゲージ歯車が被検査歯車から遠ざかることで実現する。被検査歯車の隣接する二つの歯の間でゲージ歯車をこじるのであるから、ゲージ歯車は必然的に被検査歯車から遠ざかることになるからである。
このように、双方の歯の回転軸芯どうしの角度を変更することで、双方の歯車の当接する歯の高さ位置が変更される。
【００１１】
ただし、そのような位置変更は何れの形状の歯車を使用しても実現できるものではない。あくまでも、双方の歯車の軸を傾斜させたとき、被検査歯車とゲージ歯車との噛み合い状態が維持される範囲に限られる。さらに、双方の歯の形状によっては、互いの回転が円滑でなくなる場合もあり得る。しかし、上記のごとく、ゲージ歯車の回転軸芯を傾斜させた状態で、その回転が被検査歯車に伝達されるものであり、双方の回転軸芯間距離が少しでも変更されるものであれば、被検査歯車の歯厚を測定することが可能である。
以上のごとく、本発明の装置であれば、回転軸芯の傾斜角度とそのときの軸芯間距離とを合わせて評価することで、歯元から歯先に至る歯形を把握することができ、歯丈の各部における歯厚を測定することができる。
【００１２】
（特徴構成２）
本発明に係る歯車形状測定装置の特徴構成は、前記軸間角度設定部が、前記ゲージ歯車を保持する歯車軸支部と、当該歯車軸支部を装置本体に回転自在に保持する基端側軸支部とを備え、当該基端側軸支部の回転軸芯が、前記第２回転軸芯のうち前記ゲージ歯車の歯幅中央位置における位置、および、前記第１回転軸芯と交差するように構成した点にある。
【００１３】
（効果）
本構成のごとくゲージ歯車を装置本体に回転可能に支持することで、基端側軸支部の回転軸芯が、常に、第１回転軸芯と第２回転軸芯とに対して直角姿勢を保つことができる。よって、ゲージ歯車の傾斜角度を変更した場合に、被検査歯車とゲージ歯車との当接位置が変化せず、両歯車間の角度変化を最も円滑に行なうことができる。さらに、軸間角度設定部が被検査歯車に対して近接離間するとき、その近接方向が第１回転軸芯と第２回転軸芯とに対して直角であるから、軸間距離測定部による測定結果がそのまま両回転軸芯間の距離となり、その後の演算が非常に簡便なものとなる。
【００１４】
（特徴構成３）
本発明に係る歯車形状測定装置の特徴構成は、計測データ処理部が、被検査歯車の目標形状を有するマスター歯車に対し、予めゲージ歯車を用いて測定して得た基準データを備えており、当該基準データと測定データとの偏差を求めるように構成した点にある。
【００１５】
（効果）
本装置に備えるゲージ歯車は、モジュール等が同じであれば、ある程度形状の異なる歯車の検査に用いることができる。ただし、被検査歯車の緒元等に基づいて被検査歯車の形状を算出していたのでは、検査工程が煩雑なものとなる。そこで、被検査歯車として基準となるマスター歯車を用いて予め検査測定を実施しておき、取得したデータを代表データとして記憶しておく。その後、実際の被検査歯車を測定し、前記代表データを比較することで、歯形形状を間単に検査することができる。
【００１６】
（特徴構成４）
本発明に係る歯車形状測定装置の特徴構成は、前記被検査歯車および前記ゲージ歯車の温度を測定する温度計測部を備えると共に、当該温度計測部からの出力に基づいて前記軸間距離測定部による測定距離を補正するように構成した点にある。
【００１７】
（効果）
環境温度が変化し、双方の歯車の温度が変化すれば、夫々の歯車の直径が増減する。よって、本構成のごとく温度を測定することで、軸間距離測定部による測定距離を補正することができ、双方の歯車の歯厚測定精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る歯車形状測定装置の構成を示す概略図
【図２】被検査歯車とゲージ歯車との噛み合いを示す説明図
【図３】歯車形状測定の手順を示すフローチャート
【図４】取得データの一例を示すグラフ
【図５】取得データの処理手法の一例を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（概要）
完成した歯車には、仕上げ加工が施されているとはいえ各種の形状誤差が含まれる。当該誤差には、例えば、工具であるカッターの歯厚誤差に基づくものや、カッターの磨耗、カッターヘッドとワークテーブルとの熱変位、加工時の負荷による工具・治具などの各部の撓み、被加工歯車の加工時の温度上昇による膨張、多口カッターで加工したことによる歯厚の周期的誤差に基づく誤差等が含まれる。特に精度を求められる歯車については、正確な加工が求められるうえ製作後の検査が重要である。本発明は、被検査歯車１を簡単且つ正確に検査できる歯車形状測定装置に関するものである。以下、本発明の装置を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１に本装置の構成を示す。仕上げ加工が終了した被検査歯車１は検査を行うための支持台３に固定される。支持台３は、計測装置の基台４の一方側に設けてあり、垂直方向の支持軸５とその基端部にボス部６を備えている。このボス部６は、取り付ける被検査歯車１の形状によって取り替えるものであっても良いし、拡張可能なマンドレル等を用いて構成することもできる。被検査歯車１は、支持軸５に挿通しつつボス部６に載置し、支持軸５のもう一方の端部にナット７を螺合して固定する。ボス部６の上面およびナットの下面にはテーパー部を備えてある。これにより、ナットを締め付けた状態で、被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１が支持軸５の回転軸芯に一致するように構成してある。支持軸５の基端側には駆動用のモータＭを設けてある。当該モータＭには回転角度を正確に測定できるようポテンショメータ等の計測具８を備えている。
【００２１】
被検査歯車１に係合させるゲージ歯車２は計測装置の基台４の他方側に設けてある。ゲージ歯車２は被検査歯車１に対する係合姿勢を変更できるよう構成してある。つまり、ゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２を、被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１に対して平行な状態や傾斜させた状態に調節することができる。当該傾斜は、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２とが平行な状態を基本姿勢とし、両回転軸芯が含まれる平面に対して何れかの軸芯を垂直方向に回転させて形成する。
【００２２】
ゲージ歯車２は軸間角度設定部９に支持されている。当該軸間角度設定部９は前記がゲージ歯車２を保持する歯車軸支部９ａを備えている。この歯車軸支部９ａは、例えば、フォーク状の部材の一方の端部に備えてある。ゲージ歯車２の種類は、特に限定されるものではないが、測定する被検査歯車１の歯形に合わせるのが好ましい。つまり、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２とを平行な状態から所定の角度まで傾斜させた場合に、双方の歯車が噛み合い、被検査歯車１の回転がゲージ歯車２に伝達されてゲージ歯車が確実に回転できるものでなければならない。
【００２３】
前記フォーク状部材の他方の端部には基端側軸支部９ｂを備えており、この基端側軸支部９ｂは、計測装置の基台４に対して相対移動するスライド部１０に回転可能に取り付けてある。基端側軸支部９ｂには角度調整用の大径歯車１１を設けてある。一方、スライド部１０には、この大径歯車１１を回転させる小径歯車１２を備えた調節用ダイアル１３が設けてある。大径歯車１１の歯数は小径歯車１２の歯数に比べて多く、調節用ダイアル１３の回転によってゲージ歯車２を微少角度毎に傾斜させることができる。スライド部１０には、この調節用ダイアル１３あるいは基端側軸支部９ｂの回転角度を計測するポテンショメータ等の計測装置１４を設けておく。図１では、軸間角度設定部９の各部を模式的に図示している。ただし、極めて精密で細かな歯形の被検査歯車１を測定するには、傾斜角度の設定ピッチは例えば１００分の１度程度であるのが好ましい。ここでの検出値は、後述する歯形の計測作業に用いる。
【００２４】
基端側軸支部９ｂの回転軸芯は、第２回転軸芯Ｘ２のうちゲージ歯車２の歯幅中央位置における位置、および、第１回転軸芯Ｘ１と交差するように構成してある。
本構成であれは、基端側軸支部９ｂの回転軸芯が、常に、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２とに対して直角姿勢を保つことができる。よって、ゲージ歯車２の傾斜角度を変更した場合に、被検査歯車１とゲージ歯車２との当接位置が変化せず、両歯車間の角度変化を最も円滑に行なうことができる。さらに、軸間角度設定部９が被検査歯車１に対して近接離間するとき、その近接方向が第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２とに対して直角であるから、軸間距離測定部１７による測定結果がそのまま両回転軸芯間の距離となり、その後の演算が非常に簡便なものとなる。
【００２５】
スライド部１０は、計測装置の基台４との間に各別に設けたスライドローラ１０ａによって移動可能である。スライド部１０の移動方向は、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２とが近接離間する方向である。両歯車の回転軸芯間距離の僅かな変動をも捉えるようこれらスライド部１０は極めて円滑に動作可能に構成してある。尚、この部材も精密移動し得る機能が求められる。よって、例えば、各種精密リニアガイド等を用いるとよい。
【００２６】
被検査歯車１の計測に際しては、ゲージ歯車２を被検査歯車１に押し付ける付勢部材１５を備えている。当該付勢部材１５は、例えば、計測装置の基台４とスライド部１０との間にコイルバネを設けて構成する。この付勢部材１５には付勢力調節機構１６を備えてある。例えば、コイルバネの取付座のうち計測装置のスライド部１０の側の部材を取り付けねじに対して回転させて付勢部材１５の弾性力を調節するものである。これにより、被検査歯車１の外径や歯丈寸法の変更に応じて被検査歯車１に対するゲージ歯車２の押し付け力を最適に設定することができる。
尚、検査する被検査歯車１の歯形によっては、当該押し付け力は極めて微力に設定する場合もある。よって、上記コイルバネの他、板バネ、磁力による吸引・反発を用いるものなど、各種の付勢手段を用いることができる。
【００２７】
スライド部１０には、スライド部１０の移動に応じて変化する第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２との距離を測定する軸間距離測定部１７を備えている。例えば、図１に示すごとく、スライド部１０の側に設けたラックギア１７ａと、これにギア係合して回転する指示針１７ｂとを備えたダイアルゲージ等の機構で構成する。指示針１７ｂの回転軸部にもポテンショメータのような回転角度を計測できる部材を設けておく。これにより、歯形の検査に際して指示針１７ｂによって被検査歯車１の形状を視覚的に確認できる上、後述するデータ処理を効率的に行なうことができる。
尚、この部位の測定値は極めて微小であるため、この他に、接触式リニアゲージや、後述する光を用いた非接触式の距離測定手段を用いるものであっても良い。
【００２８】
被検査歯車１およびゲージ歯車２の近傍には温度計測部１８が備えてある。これにより、温度による両歯車の変形量を補正することができる。温度計測部１８のデータは信号取出し可能に構成してある。
【００２９】
上記モータＭ、および、軸間距離測定部１７、軸間角度設定部９、温度計測部１８は計測データ処理部１９に接続してある。これにより、モータＭの回転角度、第１回転軸芯Ｘ１と第２回転軸芯Ｘ２との軸間距離および相対傾斜角度、周囲の温度の計測値を計測データ処理部１９にて自動的に記憶し、歯形形状を演算処理することができる。
【００３０】
ゲージ歯車２の形状は、被検査歯車１形状に応じて様々なものを用いることができる。例えば、被検査歯車１とモジュールや歯丈等の基本的な緒元が同じものを用いることができる。要するに、両歯車１，２が確実に噛み合うことができ、噛合回転できるものでなければならない。
【００３１】
（ゲージ歯車の一例）
ゲージ歯車２の一つずつの歯の形状は、例えば、周方向に沿う円筒面で一つの歯を切断したとき、断面が矩形状になるものを用いることができる。この場合、当該ゲージ歯車２を、同様の断面形状を有する被検査歯車１に対して傾斜させつつ当接させると、傾斜角度の変化に対して双方の軸芯間距離を大きく変動させることができる。その結果、計測精度が高上する。被検査歯車１とゲージ歯車２とは、両回転軸芯Ｘ１，Ｘ２が互いに平行なときに最も接近することができる。しかし、回転軸芯どうしを傾斜させると、両歯車の歯は深く噛合することができず、回転軸芯間距離が長くなる。この状態は、例えば図２に示すごとく、ゲージ歯車２の一つの歯が、その表面と裏面とにおいて対向する被検査歯車１の二つの歯に夫々当接した状態である。ゲージ歯車２上の点の一つは、ゲージ歯車２の回転方向前面の歯底近傍の一点Ｐ１であって、幅方向の一端側にある点である。この箇所は、被検査歯車１の一つの歯の歯先近傍の一点と当接する。ゲージ歯車２上の他のもう一点Ｐ２は、ゲージ歯車２の回転方向後面の歯先近傍の一点である。この位置は、幅方向において前記一端側とは反対側の端にある。この点が、被検査歯車１の対向する歯面のうち歯底近傍の一点に当接する。
【００３２】
一つのゲージ歯車２で複数形状の被検査歯車１を測定しようとすると、双方の歯車の厚みが常に同じになることはない。何れかの厚みが薄くなるが、装置のコンパクト化等を考慮するとゲージ歯車２の厚みを薄く構成しておくのが好ましい。ゲージ歯車２の歯幅が被検査歯車１の歯幅よりも薄いと、ゲージ歯車２を傾斜させたとき、ゲージ歯車２においては歯幅方向の端部が被検査歯車１に当接する。この当接は、ゲージ歯車２の回転軸芯を傾斜させたことによって被検査歯車１との干渉が直ちに生じるのが好ましい。この干渉が早く生じる程、両軸芯間の距離の変動を測定し易くなるからである。よって、ゲージ歯車２の形状としては、例えば、上記の断面形状が矩形の所謂通常の平歯車等を用いることができる。
ただし、この場合、双方の歯車どうしの当接は円滑なものとはならない。双方の歯どうしが断続的に当接するため、計測に際しては回転軸芯間距離の計測値は細かく増減を伴ったものになる可能性がある。
【００３３】
（ゲージ歯車の他の例）
双方の歯を円滑に当接させるには、例えば、ゲージ歯車として「はすば歯車」を用いると良い。この歯車は、歯の方向が円周方向に対して傾斜している。よって、各歯の先端部の形状は螺旋状であり、歯車の外周面上に沿って湾曲している。このような歯車をゲージ歯車２として用い、単純な平歯車形状を有する被検査歯車１に使用すると、被検査歯車１の二枚の隣接する歯に対して、その歯幅中央位置においてはゲージ歯車２の歯は十分に係合し、被検査歯車１の歯幅両端部においては、ゲージ歯車２は浅く係合する。尚、はすば歯車を用いる場合、双方の歯車の歯溝方向を合わせるため、ゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２は当初より大きく傾斜させておく。
この場合には、ゲージ歯車２の歯は被検査歯車１の歯に対して大きく摺動しながら歯溝方向に移動する。この結果、両歯車の回転は非常に滑らかなものとなり、双方の歯の噛み合い率も高めることができる。そのため、波動歯車に多く用いられるインボリュート歯形部分が少ない歯車に対しても、傾斜角度の調整と適切なゲージ歯車の選択とにより噛合い率を高めることができ、計測が可能となる。
【００３４】
（計測）
本装置を用いた計測の手順を図３乃至図５に基づいて説明する。
図３は、計測の手順を示すフローチャートである。図４は、本装置を用いて被検査歯車１の形状を測定した場合の取得データの一例である。図５は、図４で得たデータを処理した後の処理後データの一例である。
【００３５】
検査に際しては、まず被検査歯車１に応じて用いるゲージ歯車２を選択し、計測装置に装着する（♯０１）。次に、被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１とゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２とを平行な状態に配置する（♯０２）。モータＭを動作させ、被検査歯車１を少なくとも一周回転させる（♯０３）。モータＭの総回転数は、モータＭに併設したポテンショメータ等の計測具８で計測する。計測後、一回転分を一単位として演算処理する。複数回転分のデータを演算処理する場合には、各種平均値を採るなど、通常の演算手法に従って最も確からしい測定結果を得るものとする。被検査歯車１の回転に伴い、被検査歯車１の総回転数と、当該回転位相に応じて表れたゲージ歯車２の距離の変動値、そのときの周囲温度に係るデータを計測データ処理部１９に蓄積する（♯０４）。これらの計測およびデータ蓄積を、被検査歯車１とゲージ歯車２との角度を適宜変更して繰り返し行なう（♯０５）。ゲージ歯車２の傾斜角度は例えば、−１．０度、−０．５度、０度、＋０．５度、＋１．０度等に設定する。因みに＋記号あるいは−記号は、調節用ダイアル１３を左右何れかの方向に回転させることを意味し、同じ符号のものは同方向に角度を変更して計測する趣旨である。これら測定傾斜角度は被検査歯車１とゲージ歯車２との組み合わせに応じ、傾斜角度に応じて測定結果が明確に変化するように適宜設定する。
【００３６】
図４に、被検査歯車１を一回転させて得たデータの一例を示す。横軸が被検査歯車１の回転角度であり、縦軸が回転軸芯間距離である。計測データには各種の誤差が含まれる。よって、順にそれらの誤差を除去する操作を行なう。図４に示すごとく、得られた実線Ｌには、細かな振動が見られる。これは、被検査歯車１とゲージ歯車２との噛み合いの度に生じる微振動による誤差に基づく。特に、傾斜角度を持たせるほど双方の歯車の当たりが滑らかさを欠くようになるから、このような微振動が出易くなる。まず、この振動をフィルタ処理により除去し、第１平滑化曲線Ｌ１（滑らかな実線）を得る（図３、♯０６）。
この第１平滑化曲線Ｌ１は回転角度にして数十度周期のうねりを伴いながら全体としては正弦波に類似した形を有する。そこで、さらに第１平滑化曲線Ｌ１をより正弦波に近付けるべく２回目のフィルタ処理を行なう。これにより第２平滑化曲線Ｌ２（図４中の破線）が得られる。
【００３７】
この第２平滑化曲線Ｌ２の曲がりは、被検査歯車１が支持台３に対して偏芯して取り付けられたため、一回転する間に双方の軸芯間距離の変動が一周期として現れたものである。よって、再度、この正弦波成分をなくすため第２平滑化曲線Ｌ２の全体平均をとった補正後第２平滑化曲線Ｌ２’（図５中の直線状の破線）を求める。つまり、この曲線Ｌ２’のもつ値が被検査歯車１とゲージ歯車２との間に形成された正味の軸芯間距離である。正弦波類似の成分が除去されたことで、被検査歯車１の支持台３への取り付け誤差が除去される（図３、♯０７）。つまり、被検査歯車１の軸芯振れがなければ、通常はこのようなグラフが得られる。
曲線Ｌ２’の作成に伴い、第１平滑化曲線Ｌ１を曲線Ｌ２’に倣わせて補正後第１平滑化曲線Ｌ１’（図５中の波状の実線）を得る。当該曲線Ｌ１’と曲線Ｌ２’との縦軸に沿った差は、図４における曲線Ｌ１と曲線Ｌ２との差と同じである。図５に、このような曲線Ｌ１’およびＬ２’を上記三種類の各傾斜角度について求めたものを重ねて記載する。
【００３８】
（歯厚の評価）
被検査歯車の歯形形状を評価するには、一枚毎の歯の厚みや、隣接する歯どうしの歯厚のバラつき等、各種の要素につき行なう必要がある。
歯厚評価（図３、♯０８）は、被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１とゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２との軸芯間距離が、マスター歯車を用いて予め計測し記憶している既知のデータに対してどれだけの偏差を有するか否か等に注目して行なう。
上記軸芯間距離は、例えばゲージ歯車２の一つの歯の両面が被検査歯車１の隣接する二つの歯に当接した状態で規定される。このとき、ゲージ歯車２の当該接触している歯の両面と被検査歯車１とが線接触する。双方の歯車の基本的な緒元は既知であるから、被検査歯車１の歯厚のみを未知数として計算すれば歯厚が求められる。
歯厚の測定は被検査歯車１およびゲージ歯車２の双方を停止させた状態でも測定可能である。しかしながら、支持台３への被検査歯車１の取付誤差などを考慮すると、被検査歯車１を少なくとも一回転させて測定し、全周の平均値を取るのが望ましい。
【００３９】
図５に示すグラフのうち、まず、最下段に記載した歯車どうしの傾斜角度が０度のグラフに注目する。ここでは、予めマスター歯車を用いて記憶してある基準となる回転軸芯間距離Ｌｓと補正後第２ｓ平滑化曲線Ｌ２’との差Ｄ１を評価する。今、曲線Ｌ２’の方が曲線Ｌｓよりも上方にある。これは、被検査歯車１の歯厚が厚くなっていたために、ゲージ歯車２との軸芯間距離がやや大きくなっていることを意味する。ただし、差Ｄ１が存在していても、許容範囲内にあれば問題はない。本装置では、許容長さを示す第１閾値を予め記憶しており、差Ｄ１の適否を判断することができる。
【００４０】
さらに、曲線Ｌ２’と補正後第１平滑化曲線Ｌ１’との差Ｄ２について評価する。曲線Ｌ１’は、現実に夫々の歯に生じている形状誤差に基づくものである。曲線Ｌ１’には、一定周期の変動が伺える（各グラフの実線）。これは、例えば被検査歯車１の形状誤差に基づくものである。被検査歯車１の回転角度にして数度毎或いは数十度毎の誤差は、多くは工具の不良による誤差である。例えば、ラック工具やピニオンカッタで歯を切削した場合のラック工具の送り誤差や、ピニオンカッタの回転振れ等が考えられる。また、ホブ盤を用いて加工を行なった場合の被加工材料の送り回転の誤差等も考えられる。
よって、Ｄ２の値が、予め記憶している第２閾値を超えているか否かによって歯厚のバラつきを評価する。このような評価を傾斜角度＋０.５度、＋１.０度のものにつき行う。
【００４１】
次に、傾斜角度０度のグラフと＋０．５度のグラフとの間隔Ｄ３に基づいて評価する。この間隔Ｄ３は、実際に被検査歯車１を計測し、ゲージ歯車２を０.５度だけ傾斜させた場合の軸芯間距離の変化幅である。例えば、インボリュート歯形を持つ歯車においては圧力角の大小によって上記二つの間隔の現れ方が異なる。圧力角が小さいと歯の角度が歯先まで立った歯厚変化の少ないものとなり、逆に圧力角が大きいと、歯の角度が歯先に行くほど寝た歯厚変化の大きなものとなる。よって、被検査歯車１に対するゲージ歯車２の傾斜角度を一定角度だけ変化させた場合、歯厚変化の小さい歯ほど被検査歯車１とゲージ歯車２との距離が離れることとなる。圧力角の小さい歯車では、歯と歯との間にはいわば深い谷が形成されているため、ゲージ歯車２を少し傾斜させるだけで、被検査歯車１の隣接する二つの歯の間でゲージ歯車２が干渉する。これを解消するためにはゲージ歯車２が被検査歯車１から遠去かる必要があるからである。
仮に、被検査歯車がマスター歯車どおりの形状に仕上げられていれば、当該変化幅の基準値Ｄｓに比べてＤ３はそれほど差がないはずである。このＤｓについても許容範囲を規定した第３閾値を有している。
尚、上記Ｄ１の評価で、各傾斜角度における歯厚検査は実質的に終了している。よって、当該Ｄｓに係る評価は補助的に行なうものであっても良い。この評価を行なう場合には、傾斜角度＋０．５度のグラフと＋１．０度のグラフとの間隔についても評価するのが好ましい。
【００４２】
本装置を用いることで、隣接する歯の厚みのバラつき等を評価することもできる。
例えば、図５の傾斜角度０度のグラフに着目する。曲線Ｌ１’は、回転角度が０度から３６０度に移行するに連れて増減を繰り返している。これは、ある回転角度では歯厚が厚くなり、他の回転角度では歯厚が薄くなっていることを意味する。つまり、歯車の周方向に沿って歯厚のバラつきが存在することがわかる。歯厚のバラつきは、例えば、使用する切削機械やカッター等の特性を反映するものである。よって、このようなバラつきの周期等を検証することで歯厚誤差の発生原因を特定し易くなる。
以上のごとく、本構成の歯車形状測定装置を用いることで、被検査歯車の形状を効率的且つ正確に評価することができる。
【００４３】
（別実施形態）
（１）被検査歯車１とゲージ歯車２とを押圧するには、上記付勢部材１５の使用に代えて重力式の構成を採用することもできる。
例えば、被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１とゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２とを、ゲージ歯車２が上方に位置する状態に傾斜させて設けてもよい。これにより、ゲージ歯車２を被検査歯車１の側に押し付けることができる。尚、押付力は、装置の傾斜角度を変更することで調節できる。
また、別の構成として、第１回転軸芯Ｘ１および第２回転軸芯Ｘ２を共に水平方向に延出させ、被検査歯車１に対してゲージ歯車２を上方から載置する構成としても良い。被検査歯車１に対してゲージ歯車２の位置を適宜公転移動させることで、両歯車どうしの押付け力を調節することができる。
【００４４】
（２）被検査歯車１の第１回転軸芯Ｘ１とゲージ歯車２の第２回転軸芯Ｘ２との距離を測定するには、上記ダイヤルゲージ方式のものに代えて、光学式の機構を採用するものでも良い。例えば測定部の側に投光機構を備えておき、支持台３の側に反射板を備えておく。ダイヤルゲージ式のものでは、装置を構成するギア部分にバックラッシュ等が生じる可能性もあるが、光学式のものではそのような機械的誤差の発生を低減することができる。
【００４５】
（３）被検査歯車１として、例えば、リング状の内歯歯車の歯厚等を測定することも可能である。その場合には、ゲージ歯車２を支持するフォーク状部材を内歯歯車の軸芯方向から内歯歯車の内部に挿入できるようフォークの形状を屈曲するなどの変更を加えればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の歯車形状測定装置は、切削歯車、転造歯車等各種の歯車の歯厚の検査を行なうものであり、非常に多くの機械分野において有用である。また、当該装置は、検査対象の歯車を個々に装着して測定するものであっても良いし、ホブ盤等の加工機の内部に当該計測装置を予め設置しておき、対象ワークに加工を施しながら、歯厚を測定できるように構成することもできる。
【符号の説明】
【００４７】
１ 被検査歯車
２ ゲージ歯車
３ 支持台
９ 軸間角度設定部
９ａ 歯車軸支部
９ｂ 基端側軸支部
１５ 付勢部材
１７ 軸間距離測定部
１８ 温度計測部
１９ 計測データ処理部
Ｘ１ 第１回転軸芯
Ｘ２ 第２回転軸芯
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１回転軸芯の周りに被検査歯車を回転駆動可能に支持する支持台と、
前記被検査歯車に係合しつつ第２回転軸芯の周りで回転可能なゲージ歯車と、
前記第１回転軸芯に対する前記第２回転軸芯の相対傾斜角度を調節設定し、且つ、前記第１回転軸芯に対する前記第２回転軸芯の距離を変更可能な軸間角度設定部と、
前記被検査歯車に対して前記ゲージ歯車を付勢する付勢部材と、
前記第１回転軸芯と前記第２回転軸芯との距離を測定する軸間距離測定部と、
測定したデータを演算処理する計測データ処理部とを備えた歯車形状測定装置。
【請求項２】
前記軸間角度設定部が、前記ゲージ歯車を保持する歯車軸支部と、当該歯車軸支部を装置本体に回転自在に保持する基端側軸支部とを備え、当該基端側軸支部の回転軸芯が、前記第２回転軸芯のうち前記ゲージ歯車の歯幅中央位置における位置、および、前記第１回転軸芯と交差する請求項１に記載の歯車形状測定装置。
【請求項３】
前記計測データ処理部は、前記被検査歯車の目標形状を有するマスター歯車に対して予めゲージ歯車を用いて測定して得た基準データを備えており、当該基準データと測定データとの偏差を求めるように構成してある請求項１または２に記載の歯車形状測定装置。
【請求項４】
前記被検査歯車および前記ゲージ歯車の温度を測定する温度計測部を備えると共に、当該温度計測部からの出力に基づいて前記軸間距離測定部による測定距離を補正するように構成してある請求項１から３の何れか一項に記載の歯車形状測定装置。
【請求項１】
第１回転軸芯の周りに被検査歯車を回転駆動可能に支持する支持台と、
前記被検査歯車に係合しつつ第２回転軸芯の周りで回転可能なゲージ歯車と、
前記第１回転軸芯に対する前記第２回転軸芯の相対傾斜角度を調節設定し、且つ、前記第１回転軸芯に対する前記第２回転軸芯の距離を変更可能な軸間角度設定部と、
前記被検査歯車に対して前記ゲージ歯車を付勢する付勢部材と、
前記第１回転軸芯と前記第２回転軸芯との距離を測定する軸間距離測定部と、
測定したデータを演算処理する計測データ処理部とを備えた歯車形状測定装置。
【請求項２】
前記軸間角度設定部が、前記ゲージ歯車を保持する歯車軸支部と、当該歯車軸支部を装置本体に回転自在に保持する基端側軸支部とを備え、当該基端側軸支部の回転軸芯が、前記第２回転軸芯のうち前記ゲージ歯車の歯幅中央位置における位置、および、前記第１回転軸芯と交差する請求項１に記載の歯車形状測定装置。
【請求項３】
前記計測データ処理部は、前記被検査歯車の目標形状を有するマスター歯車に対して予めゲージ歯車を用いて測定して得た基準データを備えており、当該基準データと測定データとの偏差を求めるように構成してある請求項１または２に記載の歯車形状測定装置。
【請求項４】
前記被検査歯車および前記ゲージ歯車の温度を測定する温度計測部を備えると共に、当該温度計測部からの出力に基づいて前記軸間距離測定部による測定距離を補正するように構成してある請求項１から３の何れか一項に記載の歯車形状測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２０９０６３（Ｐ２０１１−２０９０６３Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７６２３４（Ｐ２０１０−７６２３４）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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