(57)【要約】      （修正有）【課題】ベアリングの状態を判断することができる、歯車加工装置を提供する。【解決手段】本発明に係る歯車加工装置は、歯車加工装置被加工歯車を回転自在に支持するワーク支持ユニットと、前記被加工歯車と噛み合う内歯車状の工具を、ベアリングを介して回転自在に支持する工具ハウジングと、前記工具ハウジングに設けられ、前記ベアリングに生じる振動を計測する振動計測手段と、前記振動計測手段により計測された振動計測データを取得し、振動の基準となる振動基準データと前記振動計測データとの比較に基づいて、前記ベアリングの状態を算出する制御部と、を備えている。【選択図】図７
2020163515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工歯車を回転自在に支持するワーク支持ユニットと、
前記被加工歯車と噛み合う内歯車状の工具を、ベアリングを介して回転自在に支持する工具ハウジングと、
前記工具ハウジングに設けられ、前記ベアリングに生じる振動を計測する振動計測手段と、
前記振動計測手段により計測された振動計測データを取得し、振動の基準となる振動基準データと前記振動計測データとの比較に基づいて、前記ベアリングの状態を算出する制御部と、
を備えている、歯車加工装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記振動計測データが前記振動基準データとの比較において、所定の条件を充足した場合に、前記ベアリングに異常が発生したとの判断を出力するように構成されている、請求項１に記載の歯車加工装置。
【請求項３】
前記工具ハウジングに設けられ、前記ベアリングの温度を計測する温度計測手段をさらに備え、
前記制御部は、温度計測手段により計測された温度計測データを取得し、温度の基準となる温度基準データと前記温度計測データとの比較に基づいて、前記ベアリングの状態を算出するように構成されている、請求項１または２に記載の歯車加工装置。
【請求項４】
外気温度を計測する外気温度計測手段をさらに備え、
前記制御部は、前記外気温度を参照することで、前記ベアリングの状態を算出するように構成されている、請求項３に記載の歯車加工装置。
【請求項５】
前記ベアリングは、外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪の間に配置される複数の転動体と、を備え、
前記内輪に、前記内歯車状の工具が固定され、
前記振動計測手段は、前記外輪に接するように前記工具ハウジングに取り付けられている、請求項１から４のいずれかに記載の歯車加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、歯車に対する仕上げ加工として、例えばホーニング加工が知られている。これらの加工においては、加工対象となる被加工歯車と砥石用歯車とを互いにかみ合わせた状態で、回転させて仕上げ加工を行っている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ホーニング加工を行う歯車加工装置が記載されている。この装置では、被加工歯車であるワークを、主軸台と心押し台からなるワーク支持ユニットにより軸方向の両端から挟むことで支持し、両固定具の間に配置された、内歯車状の工具を有する環状の工具支持ユニットをワークに噛合させている。そして、この状態で工具支持ユニットの工具を回転させることにより、ワークと工具とを連れ周りさせ、ワークの加工を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８８０４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記歯車加工装置の工具支持ユニットでは、ベアリングを介して内歯車状の工具が取り付けられているが、ベアリングは、例えば、潤滑油の不足や異常荷重によって故障することがある。ベアリングが故障すると、その修理には長時間を要するため、その間加工が停止し、生産スケジュールに支障を来すおそれがある。また、故障が突然発生すると、その対応のための人員の確保が難しく、それによって加工の停止期間がさらに延びることになる。したがって、ベアリングの故障を予め予測することが要望されるが、そのような歯車加工装置は未だ提案されていない。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ベアリングの状態を判断することができる、歯車加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る歯車加工装置は、歯車加工装置被加工歯車を回転自在に支持するワーク支持ユニットと、前記被加工歯車と噛み合う内歯車状の工具を、ベアリングを介して回転自在に支持する工具ハウジングと、前記工具ハウジングに設けられ、前記ベアリングに生じる振動を計測する振動計測手段と、前記振動計測手段により計測された振動計測データを取得し、振動の基準となる振動基準データと前記振動計測データとの比較に基づいて、前記ベアリングの状態を算出する制御部と、を備えている。
【０００８】
上記歯車加工装置において、前記制御部は、前記振動計測データが前記振動基準データとの比較において、所定の条件を充足した場合に、前記ベアリングに異常が発生したとの判断を出力するように構成することができる。
【０００９】
上記歯車加工装置において、前記工具ハウジングに設けられ、前記ベアリングの温度を計測する温度計測手段をさらに備えることができ、前記制御部は、温度計測手段により計測された温度計測データを取得し、温度の基準となる温度基準データと前記温度計測データとの比較に基づいて、前記ベアリングの状態を算出するように構成することができる。
【００１０】
上記歯車加工装置においては、外気温度を計測する外気温度計測手段をさらに備えることができ、前記制御部は、前記外気温度を参照することで、前記ベアリングの状態を算出するように構成することができる。
【００１１】
上記歯車加工装置において、前記ベアリングは、外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪の間に配置される複数の転動体と、を備えることができ、前記内輪に、前記内歯車状の工具が固定され、前記振動計測手段は、前記外輪に接するように前記工具ハウジングに取り付けることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る歯車加工装置によれば、ベアリングの状態を判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る歯車加工装置の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図３の拡大断面図である。
【図５】図５は図３の拡大図である。
【図６】ベアリングの振動のレベルを示す時系列データである。
【図７】ベアリングの異常の判断のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る歯車加工装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１はこの歯車加工装置の正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線矢視図、図４は図３の拡大断面図である。なお、以下の説明では、図１の左右方向をＸ軸方向、図１の上下方向をＺ軸方向、図２の左右方向をＹ軸方向と称する。そして、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の標記とともに示されている向きの表示（上下前後左右）を基準に説明をしていく。但し、これらの向きは、本発明の一態様におけるものであり、他の配置も可能であるため、これらの向きに限定されない。
【００１５】
＜１．歯車加工装置の概要＞
図１〜図３に示すように、本実施形態に係る歯車加工装置は、基台１と、その上に配置された工具支持ユニット２及びワーク支持ユニット３と、装置の駆動等を制御する制御部４と、を備えている。工具支持ユニット２は、支持体２１と、この支持部の前方に連結され、内歯車状の工具（砥石）２３６が取付けられた工具ハウジング２２とを有しており、工具の軸方向が、概ねＸ軸方向に向くように配置されている。これにより、工具２３６がワークＷである被加工歯車と噛合するようになっている。
【００１６】
一方、ワーク支持ユニット３は、ワークＷを挟持する主軸台３１と心押し台３２とで構成されており、これらは、工具支持ユニット２を挟んで、基台１の両側に配置されている。以下、各ユニット２，３について、詳細に説明する。
【００１７】
＜２．工具支持ユニット＞
まず、工具支持ユニット２について、詳細に説明する。図２に示すように、上述した支持体２１には、Ｙ軸方向に延びる軸部材２１１が設けられており、この軸部材２１１の前側に工具ハウジング２２が取り付けられている。軸部材２１１は、Ｙ軸周りに回転可能に支持されているため、軸部材２１１が回転すると工具ハウジング２２がＹ軸周りに回転するようになっている。これによりワークＷに交差角を付与することができる。
【００１８】
また、図示を省略するが、支持体２１は、基台１上でＹ軸方向に往復動可能となっており、これによって、ワークＷに対し工具２２２が切り込みを施すことができるようになっている。支持体２１を移動させる手段は特には限定されないが、例えば、支持体２１を基台１に配置されたＹ軸方向に延びるレール上に移動可能に支持し、ボールネジ、ナット、及びモータなどの公知の手段でレールに沿って移動させることができる。
【００１９】
次に、工具ハウジング２２について、図４も参照しつつ説明する。図２及び図３に示すように、工具ハウジング２２は、上述した軸部材２１１に連結される環状の支持部２２１を備えており、この支持部２２１は、その軸方向が、概ねＸ軸方向に向くように配置されている。また、支持部２２１の内周面には、ベアリング２３を介して、環状の内歯車状の工具２２２が回転自在に取付けられている。そして、この工具２２２に内側からワークＷが噛み合い、連れ回りしながら、ワークＷが加工される。図４に示すように、工具２２２の外周面には駆動用歯車２２３が取付けられており、この駆動用歯車２２３は、支持部２２１の上部に固定されたモータ２２４によって回転する。すなわち、モータ２２４と駆動用歯車２２３との間に減速機（図示省略）が設けられており、これによって、モータ２２４が駆動すると、所定の減速比によって、駆動用歯車２２３が工具２２２とともに回転する。また、このモータ２２４は、制御部４に電気的に接続されており、モータ２２４の駆動が行われるようになっている。また、加工中のモータ２２４の回転数、温度、トルク指令値、負荷値、電圧、電流等を示す信号が制御部４に送信されるようになっている。
【００２０】
また、工具２２２の外周面には、軸方向に駆動用歯車２２３を挟むように、上述した一対のベアリング２３が取り付けられている。各ベアリング２３は、公知のものであり、内輪２３１、保持器（図示省略）、複数の転動体２３２、及び外輪２３３を備えており、内輪２３１が工具２２２の外周面に固定されている。そして、ベアリング２３の外輪２３３が支持部２２１の内周面に固定されている。
【００２１】
また、図４に示すように、支持部２２１には、各ベアリング２３の振動を計測する公知の振動計測センサ５が設けられており、この振動計測センサ５は、制御部４に電気的に接続されている。より詳細説明すると、支持部２２１には、各ベアリング２３と対応する位置に、径方向に延びる一対の第１貫通孔２２６が形成されており、各第１貫通孔２２６に振動計測センサ５が挿入されている。各振動計測センサ５には、振動感知子５１が設けられており、この振動感知子５１がベアリング２３の外輪２３３に接するように配置されている。なお、ベアリング２３の振動を正確に計測するためには、振動感知子５１がベアリング２３の回転中心、つまり工具２２２の軸芯を向くように配置する必要がある。したがって、第１貫通孔２２６は、工具２２２の軸芯を向くように、工具２２２の径方向に沿って形成されている。これにより、各振動計測センサ５は、加工時にベアリング２３に生じる振動を計測し、これを制御部４に送信するようになっている。
【００２２】
また、図１に示すように、支持部２２１には、各ベアリング２３の温度を計測する公知の温度計測センサ６が設けられており、この温度計測センサ６は、制御部４に電気的に接続されている。より詳細説明すると、支持部２２１には、各ベアリング２３と対応する位置に、径方向に延びる一対の第２貫通孔（図示省略）が形成されており、各第２貫通孔に温度計測センサ６が挿入されている。そして、各温度計測センサ６は、ベアリング２３の外輪２３３に接するように配置されている。なお、第２貫通孔は、第１貫通孔２２６とは、支持部２２１の周方向において離れた位置に形成されている。これにより、各温度計測センサ６は、加工時のベアリング２３の温度を計測し、これを制御部４に送信するようになっている。
【００２３】
＜３．ワーク支持ユニット＞
次に、ワーク支持ユニット３について説明する。図１及び図３に示すように、ワーク支持ユニット３は、上述した主軸台３１と、心押し台３２とで構成されており、工具ハウジング２２を挟んで、Ｘ軸方向の左側に主軸台３１が配置され、右側に心押し台３２が配置されている。そして、これら主軸台３１と心押し台３２は、Ｘ軸方向に互いに近接離間し、ワークＷを回転自在に挟持するようになっている。主軸台３１は、ワークに係合し、Ｘ軸方向に延びる第１軸部材３１１が設けられており、この第１軸部材３１１は、主軸台３１に内蔵されたモータ３１２によってＸ軸周りに回転するようになっている。
【００２４】
また、主軸台３１は、基台１上に配置されＸ軸方向に延びる第１ガイドレール１５上に配置されており、この第１ガイドレール１５に沿って移動する。主軸台３１の下部にはナット（図示省略）が固定されており、このナットにボールネジ（図示省略）が螺合している。ボールネジは、Ｘ軸方向に延びており、基台１に固定されたモータ（図示省略）に連結されている。したがって、モータが駆動することで、ボールネジが回転し、これに伴って、主軸台３１がＸ軸方向に移動するようになっている。
【００２５】
心押し台３２も、主軸台３１と同様に構成されている。すなわち、心押し台３２は、主軸台３１の第１軸部材３１１と係合し、Ｘ方向に延びる第２軸部材３２１が設けられており、この第２軸部材３２１は、Ｘ軸周りに回転自在に支持されている。心押し台３２は、基台１上に配置されＸ軸方向に延びる第２ガイドレール１６上に配置されており、この第２ガイドレール１６に沿って移動する。心押し台３２も、主軸台３１と同様に、図示を省略するナット、ボールネジ、及びモータにより駆動し、Ｘ軸方向に移動するようになっている。
【００２６】
そして、ワークＷは、図３に示すように、主軸台３１と心押し台３２によって支持され、主軸台３１と心押し台３２が同期してＸ軸方向に移動することで、ワークＷもＸ軸方向に移動するようになっている。
【００２７】
＜４．制御部＞
続いて、制御部４について、図５を参照しつつ説明する。図５に示すように、制御部４は、ＣＰＵ４１，ＲＡＭ（図示省略），及び記憶部４２を有するＰＬＣや汎用のコンピュータによって構成することができ、歯車加工装置の各種の駆動を制御するようになっている。また、この制御部４には、装置外部の外気の温度を計測する外気温度センサ７が電気的に接続されており、外気温を取得できるようになっている。
【００２８】
特に、この制御部４では、上述したモータ２２４，振動計測センサ５、温度計測センサ６、及び外気温度センサ７において計測された各種のデータに係る信号を受信するようになっており、これによって、ベアリング２３の異常を判定するようになっている。以下、この点について詳細に説明する。
【００２９】
図５に示すように、制御部４の記憶部４２には、異常の発生を判定する異常判定プログラム４２１が記憶されており、このプログラム４２１をＣＰＵ４１によって実行する。その他、記憶部４２には、モータ２２４の回転数、トルクなどを記憶するモータ用データ４２２、振動計測センサ５によって計測される振動計測データ４２３、温度計測センサ６によって計測される温度計測データ４２４、及び外気温度センサによって計測される外気温データ４２５が記憶される。さらに、この記憶部４２には、正常なベアリング２３から加工中に生じる振動に係るデータを、予め振動計測センサ５によって計測し、振動基準データ４２６として記憶している。同様に、正常なベアリング２３の加工中の温度に係るデータを、予め温度計測センサによって計測し、温度基準データ４２７として記憶している。
【００３０】
制御部４は、加工中に、振動計測データ４２３及び温度計測データ４２４を取得し、これを振動基準データ４２６及び温度基準データ４２７と比較し、ベアリング２３に異常が生じていないかを判定する。上記のように、ベアリング２３は、主として、内輪２３１、保持器、転動体２３２、及び外輪２３４によって構成されているが、このうちのいずれかが損傷すると、ベアリング２３が故障するおそれがある。例えば、潤滑油の不足、異常荷重がベアリング２３に発生すると、上記部材のいずれかに摩耗が生じ、なめらかに回転できなくなる。その結果、ベアリング２３には、特定周期成分の振動が発生する。
【００３１】
例えば、図６は、ある特定周波数における時系列の振動計測データを示しており、これに振動基準データを重ねている。なお、ベアリングに異常が発生したときの特定周波数は、工具２２２の回転数により変化するため、ここでは、上述したように、モータ２２４から得られる回転数に基づいて工具２２２の回転数を算出しておき、その回転数に応じた特定周波数を解析する。図６の横軸は時間であり、縦軸は、振動を示す値である（以下、振動値と称する）。振動値は、正常なベアリングに生ずる特定周波数を１として算出したものである。つまり、このグラフでは、振動基準データの振動値を概ね１として算出し、これに対応するように、振動計測データ４２３から算出された振動値を示している。このグラフによると、振動計測データ４２３が１以上の振動値を示しており、振動基準データ４２６との間に乖離がある。異常の発生を判定するための閾値は、ワークの種類、加工の種類などで適宜決定することができる。なお、図６では、説明の便宜上、時系列で計測した振動基準データ４２６を重ねているため、図６における振動基準データ４２６は１から多少変動している。また、振動基準データ４２６は、一点の振動値ではなく、所定の範囲の振動値に変換することもできる。
【００３２】
例えば、振動計測データ４２３の振動値が３以上であれば、ベアリング２３の交換までは必要ないが、異常の傾向が少し見られるので注意が必要であると判断し、４以上であれば、異常の傾向が増加しているのでベアリング２３の交換がそろそろ必要であると判断し、５以上であれば、ワークＷの加工精度に影響を与えるのでベアリング２３の早急な交換が必要であると判断する、などの基準を設けることができる。このような基準を設けることで、ベアリング２３の異常の発生を予測することができる。
【００３３】
以上は、ベアリング２３の振動に関する取り扱いであるが、温度についても同様に設定することができる。例えば、ベアリング２３を構成する部品が損傷すると、金属同士の接触が過度になり温度が上昇する可能性がある。したがって、ベアリング２３の温度を計測し、これを基準となる温度基準データ４２７と比較することで、ベアリング２３の故障を判定することができる。異常の発生を判断するための閾値は、上述した振動と同様に、ワークの種類などに応じて適宜設定することができる。なお、ベアリング２３の温度は、外気にも影響を受け、例えば、季節によって変わる可能性がある。したがって、制御部４は、外気温データ４２５も参酌しながら、閾値を適宜変更することができる。
【００３４】
なお、ベアリング２３の異常の発生は、振動による判断を主とし、これに温度による判断を付加することができる。例えば、振動においては異常が見られない場合にのみ、温度による判断を行うことができ、温度において異常が見られる場合には、ベアリング２３に異常が発生したと判断することができる。その他、モータ２２４から得られるトルク指令値、負荷値、電圧、電流等の変化を、ベアリング２３の異常の判定基準として補助的に利用することができる。但し、異常の判定は、種々の設定が可能であり、これに限定されない。
【００３５】
＜５．歯車加工装置の動作＞
次に、上記のように構成された歯車加工装置の動作について、図７も参照しつつ説明する。はじめに、主軸台３１の第１軸部材３１１の先端部にワークＷを取り付ける。次に、ワークＷに所定の交差角を形成するために、工具支持ユニット２の工具ハウジング２２をＹ軸周りに回転させ、位置決めする。続いて、主軸台３１及び心押し台３２を互いに近接させ、ワークＷを固定する。この状態で、主軸台３１の第１軸部材３１１をワークＷとともに回転させる。これと並行して、各モータ２２４，３１２を駆動し工具支持ユニット２の工具２３６をワークＷと同期するように、回転させる。これに続いて、支持体２１をＹ軸方向に移動させ、工具２３６をワークＷに近接させる。そして、ワークＷと工具２３６とを噛み合わせ、連れ廻りさせることで、ワークＷの加工を行う。
【００３６】
ところで、本実施形態においては、図７に示すように、加工の初期に、上述したベアリング２３の異常の判定を行うことができる。例えば、加工の開始とともに、異常判定プログラム４２１を実行することで、加工が始まって所定時間経過後、１分程度の間に振動計測データ４２３、温度計測データ４２４、及び外気温データ４２５を取得する（ステップＳ１）。次に、これらの計測データ４２３〜４２５と基準データ４２６，４２７とを比較し（ステップＳ２）、異常の判定を行う（ステップＳ３）。異常が見られないと判断した場合には（ステップＳ３のＮＯ）、そのまま加工を続ける（ステップＳ４）。異常の発生が予測される場合には（ステップＳ３のＹＥＳ）、加工は続けつつ、ベアリングの交換の準備を行う（ステップＳ５）。なお、異常の程度が大きい場合には、加工を停止することもできる。
【００３７】
＜６．特徴＞
本実施形態によれば、ベアリング２３の振動や温度を計測し、これを正常なときのデータと比較することで、ベアリング２３の異常を判定することができる。例えば、異常の程度が低い場合には、異常の予測を行うことができ、これによって、ベアリング２３の修理や交換の準備を行うことができる。ベアリング２３の修理や交換には時間を要するため、急に修理等が必要になった場合には、長時間に亘って加工を行うことができないおそれがある。したがって、本実施形態のように、ベアリングの状態の予測ができれば、ベアリング２３の修理や交換が必要なほどに故障する前に、修理や交換の準備しておき、故障が生じたときには即座に対応することができる。そのため、装置の停止時間を短縮することができる。
【００３８】
＜７．変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、以下の変形例は、適宜組み合わせることができる。
【００３９】
上記実施形態では、ワーク支持ユニット３においては、主軸台３１と心押し台３２とでワークＷを狭持しているが、主軸台３１のみでワークＷを支持するような形態であってもよい。
【００４０】
例えば、工具支持ユニット２の支持体２１または工具支持ユニットの少なくとも一方をＺ軸周りに回転するように構成すれば、ワークに対してクラウニング加工を行うことができる。また、上記実施形態では、工具支持ユニットをＹ軸方向に移動させているが、ワーク支持ユニットをＹ軸方向に移動させてもよい。また、工具ハウジング２２がＹ軸周りに回転可能にしているが、これを固定して所定の交差角のみ形成できるようにしておき、回転ができないように構成することもできる。
【００４１】
上記実施形態では、工具ハウジング２２に振動計測センサ５と温度計測センサ６を一対ずつ配置しているが、これらの数及び位置は特には限定されない。例えば、各ベアリング２３において、ベアリング２３の周方向に沿って１２０度ずつ３個の振動計測センサ５を設けることができる。また、上記実施形態では、ベアリング２３の外輪２３３の振動及び温度を計測しているが、ベアリング２３の振動及び温度を計測できるのであれば、計測の位置は限定されない。但し、温度計測センサ６は、例えば、加工時の切削油等の温度変化の外的要因を受けない位置に設置する必要がある。また、少なくとも振動が計測できればよく、温度計測センサ６や外気温度センサ７は、付加的に設けることができる。また、振動や温度が計測できればよいため、各種のセンサなど、種々の手段を用いることができる。
【符号の説明】
【００４２】
２  工具支持ユニット
２２  工具ハウジング
３  ワーク支持ユニット
４  制御部
５  振動計測センサ（振動計測センサ）
６  温度計測センサ（温度計測センサ）
７  外気温度センサ（外気温度計測センサ）
Ｗ  ワーク
【図１】
2020163515.tif 000003
【図２】
2020163515.tif 000004
【図３】
2020163515.tif 000005
【図４】
2020163515.tif 000006
【図５】
2020163515.tif 000007
【図６】
2020163515.tif 000008
【図７】
2020163515.tif 000009