(57)【要約】【課題】  歯車の歯面を高精度に測定できる歯車測定機を提供する。【解決手段】  測定子７を被測定歯車Ｇの歯面Ｇａに当接させつつ、歯面Ｇａの創成母線に沿って直線移動させるξ軸移動手段を設け、各歯面の創成母線に沿った測定子７の直線移動によって歯面Ｇａを測定可能とする。歯面測定時における駆動部分の制御をξ軸移動手段の１軸として制御誤差の発生源を最少限とする。ξ軸移動手段により測定子７を創成母線に沿って直線移動させる際に、その測定子７の歯面Ｇａへの当接圧力を一定に保持させる一定圧保持手段を設け、測定子７及び歯面Ｇａ両者の接触部における弾性接近量の変動をなくし、この点からも測定誤差をなくす構成とした。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定子を被測定歯車の歯面に当接させつつ、その歯面上の創成母線に沿って直線移動させる移動手段と、
この移動手段によって前記測定子を前記創成母線に沿って直線移動させる際に、その測定子の前記歯面への当接圧力を一定に保持させる一定圧保持手段と、
前記移動手段及び一定圧保持手段により、前記測定子を、前記創成母線に沿ってかつ前記被測定歯車の歯面に一定の圧力で当接させつつ、直線移動させたときのその創成母線について、前記歯面に垂直な方向の変位量を連続的又は間欠的に測定する変位量測定手段とを備え、
前記被測定歯車の特定の歯面上の複数の創成母線の各々について、前記変位量測定手段により測定された前記特定の歯面に垂直な方向の変位量の集合に基づいてその特定の歯面の形状を測定することを特徴とする歯車測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インボリュート歯形をもつ歯車の歯面を高精度に測定する歯車測定機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の歯車測定機は、次のように構成されている。
すなわち、回転する被測定歯車の回転角を角度検出手段により検出する。また、被測定歯車の歯面に対する測定子の接触状態を保つように移動体により被測定歯車の回転に応じて測定子を直線移動し、測定子の移動位置を定位置の位置検出手段で直接検出する。また、移動体と測定子との間に弾力性部材を設け、被測定歯車の歯面に測定子を接触させた状態を保つと共に移動体から測定子に伝わる振動を吸収する。位置検出手段は、測定子の本体部に反射鏡を設け、この反射鏡に対向してレーザ測長器を設ける、というように構成されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１０７１４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来技術は、回転と直線移動の同時２軸制御により歯面をトレースする、角度検出と直線位置検出の組合せ技術であり、それら両者の位置検出が必要となるため誤差が重畳し、測定精度が低下する。
また、測定子と被測定歯車との間に発生する荷重が大きくなるため、弾力性部材の可動範囲を広範囲に設定しなければならない。したがって、測定子及び被測定歯車歯面両者の接触部における弾性接近量の変動が大きく、測定誤差が大きくなり、上記測定精度の低下と相俟って精度の高い歯面測定が望み得ないという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点を解消するためになされたもので、歯車の歯面を高精度に測定できる歯車測定機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】
【０００６】
上記目的を達成するために、特許請求の範囲の請求項１に記載の歯車測定機は、測定子を被測定歯車の歯面に当接させつつ、その歯面上の創成母線に沿って直線移動させる移動手段と、この移動手段によって前記測定子を前記創成母線に沿って直線移動させる際に、その測定子の前記歯面への当接圧力を一定に保持させる一定圧保持手段と、前記移動手段及び一定圧保持手段により、前記測定子を、前記創成母線に沿ってかつ前記被測定歯車の歯面に一定の圧力で当接させつつ、直線移動させたときのその創成母線について、前記歯面に垂直な方向の変位量を連続的又は間欠的に測定する変位量測定手段とを備え、前記被測定歯車の特定の歯面上の複数の創成母線の各々について、前記変位量測定手段により測定された前記特定の歯面に垂直な方向の変位量の集合に基づいてその特定の歯面の形状を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
特許請求の範囲の請求項１に記載の歯車測定機では、歯面測定時においては直線移動（移動手段）１軸の制御であり、同時２軸制御の従来技術の場合に比べて、測定精度は大幅に向上する。また、測定子及び被測定歯車歯面両者の接触部における弾性接近量の変動は殆どなくなるので、この点からも測定誤差は極めて小さくなり、上記測定精度の大幅な向上と相俟って極めて精度の高い歯面測定が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明による歯車測定機の一実施形態を概略的に示す斜視図である。
この図において、ほぼ水平に置かれた平板状のベッド１上には、インボリュート歯形をもつ被測定歯車Ｇを保持するための回転軸２が上方にほぼ垂直に向けて設けられている。この回転軸２は軸回り方向（θ１方向）に回転可能である。
またベッド１上の、回転軸２とは反対側の位置にはＹ軸コラム３が配置されている。このＹ軸コラム３は、回転軸２に接近・離隔してほぼ水平方向に直線移動可能に構成されている。
Ｙ軸コラム３上には、このＹ軸コラム３の直線移動方向（Ｙ軸方向）と直交する方向（Ｘ軸方向）に直線移動可能なＸ軸コラム４が取り付けられている。
【０００９】
Ｘ軸コラム４の回転軸２側（正面側）には、回転台５が取り付けられている。この回転台５は、ほぼ円板状に形成され、中心軸が上記回転軸２側に、この回転軸２の軸方向（Ｚ軸方向）と直交する方向に向けられ、同中心軸の軸回り方向（θ２方向）に回転可能である。この回転台５は、θ２方向の回転機能により、Ｚ軸方向に対して所望角度傾斜した（被測定歯車Ｇの基礎円ねじれ角の分だけ傾けた）後述ξ軸の設定が可能となっている。
この回転台５の回転軸２と対向する面には、ξ軸コラム６が取り付けられ、このξ軸コラム６の回転軸２側（正面側）には、測定子７が検出台８を介して取り付けられている。
測定子７は、ξ軸コラム６上（Ｘ−Ｚ平面上）を直線移動可能であり、回転台５のθ２方向の回転角度設定により設定されたξ軸に沿って直線移動可能である。
【００１０】
測定子７及び検出台８は、測定子７の変位を検出するために、例えば図２に示すように構成されている。すなわち測定子７は、長さ方向のほぼ中央部に断面Ｖ字状の溝７ａが左右一対形成され、この溝７ａ，７ａ部分を支点として、ほぼ球状の先端部７ｂが少なくとも図中左右方向に首振り移動（変位）可能な棒状体によって構成されている。
この測定子７には、先端部７ｂが図中左右方向に変位したときに、元の位置（図示基準位置）に戻ろうとする偏倚力が働くように板ばね１１が付設されている。すなわち、図３（ａ），（ｂ）に要部を取り出して示すように、測定子７の後端部には、上記板ばね１１の後端部が連結片１２を介して連結され、また板ばね１１の先端部は、測定子７と平行にこの測定子７先端方向に延出して上記検出台８の天井板８ａに支持片１３を介して支持固定されている。なお、図３（ａ）は平面図、同（ｂ）は（ａ）図を右方向から示した図であり、（ａ）図中のＰ０は測定子７の基準位置、Ｐ１は変位後の測定子７の位置、Δｘは測定子７の変位量を示す。
測定子７には、その後端部の図中右側面にミラー１４が取り付けられている（図２、図３参照）。このミラー１４は、図中右側方に開口する断面Ｖ字状に形成されており、測定子７の先端部が溝７ａ，７ａを支点として変位しても、図４に取り出し、拡大して示すように、入射光及び反射光の両光路２１，２２が常に平行に保持されるように形成されている。すなわち、ミラー１４の開口範囲内に入射した光は、必ずその入射光に平行な光となって反射され、ミラー１４に向けて出射した光の光源近傍に戻るようになされている。
【００１１】
測定子７の図２、図３中の左右方向（ｘ軸方向；ξ軸方向に直交する方向）の変位は、ｘ軸測長用レーザ光Ｌｘを用いて図５に示すように測定される。すなわちｘ軸測長用レーザ光Ｌｘは、ξ軸コラム６の定位置に固定されたｘ軸レーザ測長器３１のレーザ光出射部からミラー１４に向けて出射される。ｘ軸測長用レーザ光Ｌｘはハーフミラー３２を透過した後、ミラー１４に達して反射され、このミラー１４からの反射レーザ光をｘ軸レーザ測長器３１のレーザ光入射部で受けると、ｘ軸レーザ測長器３１からの信号は後述演算装置に与えられる。これにより同演算装置は、測定子７の図３中、左右方向の変位（変位量Δｘ）を測定する。
ここで測定子７は、被測定歯車Ｇの歯面Ｇａの測定に当たってその先端部７ｂを歯面Ｇａに常に一定の圧力で当接させるが、これはフォーカスサーボ用レーザ光Ｌｆを用いて以下のように行われる。すなわちフォーカスサーボ用レーザ光Ｌｆは、検出台８の定位置に固定されたフォーカスサーボ用レーザ測長器３３のレーザ光出射部からミラー１４に向けて出射される。フォーカスサーボ用レーザ光Ｌｆはハーフミラー３２で光路を転換された後、ミラー１４に達して反射され、このミラー１４からの反射レーザ光をフォーカスサーボ用レーザ測長器３３のレーザ光入射部で受けると、フォーカスサーボ用レーザ測長器３３からの信号は後述演算装置に与えられる。これにより同演算装置は、測定子７の図中左右方向の変位（変位量Δｘ）を測定する。測定された変位量Δｘは、検出台８の後述ｘ軸方向微動手段に与えられ、同ｘ軸方向微動手段は、検出台８をｘ軸方向（図５中、左右方向）に、上記変位量Δｘだけ戻すように移動させる。
【００１２】
図６（ａ）〜（ｃ）は、この様子を測定子７に着目して示す図で、測定前の何もしない（ａ）図の状態では、測定子７は基準位置Ｐ０において例えば図中上下方向に真っ直ぐに立っている。
被測定歯車Ｇの歯面Ｇａの測定に当たってその先端部７ｂが歯面Ｇａに当接し、例えば図中左方向に押圧されると、（ｂ）図に示すように、測定子７は溝７ａ，７ａを支点に時計方向に僅かに回転、すなわち右方向（＋ｘ方向）に僅かに変位する。するとこの変位（変位量＋Δｘ1’）は、測定子７のレバー比ｌ2／ｌ1により拡大されて、ミラー１４ではΔｘ2’変位し上記フォーカスサーボ用レーザ測長器３３、後述演算装置によって測定される。
後述ｘ軸方向微動手段は、検出台８を、予め設定された変位量Δｘ1に戻すように移動（復帰移動）させる。
（ｃ）図は、復帰移動後の状態を示す図で、測定中の測定子７は（ａ）図に対し常にやや傾いた状態になっているが、その位置Ｐ１は、ξ軸コラム６上のｘ軸レーザ測長器３１から見れば、変位量Δｘ1’−Δｘ1だけ移動しているので、ｘ軸レーザ測長器３１による測定位置（絶対位置）は＋ｘ方向への変位量Δｘ1’−Δｘ1が測定される。
つまり、フォーカスサーボ用レーザ測長器３３による測長と、後述ｘ軸方向微動手段による検出台８の移動（一定圧保持手段）によれば、測定子７を被測定歯車Ｇの歯面Ｇａに常に一定の圧力で当接させることができる。また、ｘ軸レーザ測長器３１（変位量測定手段）による測長によれば、上記一定圧保持手段により被測定歯車Ｇの歯面Ｇａに一定の圧力で当接された測定子７の正確な変位量Δｘ1’−Δｘ1を測定できる。
このような変位量Δｘ1’−Δｘ1の測定を、被測定歯車Ｇの歯面Ｇａにおける創成母線に沿った測定子７の移動中に、連続的又は間欠的に行えば、創成母線についてその形状の設計値（理想値）と実測値との差異（誤差）を正確に測定できる。更に、この測定を、被測定歯車Ｇの特定の歯面Ｇａにおける多数の創成母線について行えば、その特定の歯面Ｇａの形状についての誤差を正確に測定できるようになる。
【００１３】
ここで、インボリュート歯形の特徴は、図７に示すように、基礎円４１から巻き出されたインボリュート曲線４２から歯面Ｇａが形成されることにあり、図８に示すように、創成母線４３は理論上、直線として与えられる。
そこで、図１に示す回転軸２に保持された被測定歯車Ｇの歯面Ｇａにおける上記創成母線４３をなす直線がＺ軸方向に対してなす傾斜角度を回転台５に与え、回転台５のθ２方向の回転角度を調整してξ軸を設定すれば、検出台８は、ξ軸コラム６上をξ軸に沿った方向に直線移動可能となる。また測定子７は、被測定歯車Ｇの歯面Ｇａに当接しつつ、その歯面Ｇａ上の創成母線４３に沿って直線移動可能となる。したがってこの測定子７を、各創成母線４３に沿ってξ軸コラム６上を直線移動（１軸移動）させることにより、被測定歯車Ｇの歯面Ｇａに直角に当接する同測定子７によって同歯面Ｇａの形状誤差が測定できるようになる。
被測定歯車Ｇの特定の歯面Ｇａにおける各創成母線４３に沿う測定子７の当接移動は、被測定歯車Ｇの既知のデータ、すなわち歯車諸元、左右歯面の別、創成母線４３の設計位置等に基づいて、上記回転軸２、コラム３，４、台５，８を位置設定し、駆動制御することにより行われる。
【００１４】
上記回転軸２、コラム３，４、台５，８は、数値制御（ＮＣ）により、回転あるいは直線移動可能になっている。図９は、これら回転軸２、コラム３，４、台５，８の制御系統を模式的に示すブロック図である。
すなわち、回転軸２を回転駆動するサーボモータ５１は、回転コントローラ５２によって制御される。また、サーボモータ５１の回転量を検出するロータリエンコーダ５３と、回転コントローラ５２とが接続され、ロータリエンコーダ５３のフィードバック信号を回転コントローラ５２に入力するように構成されている。
また、Ｙ軸コラム３を直線移動させるサーボモータ５４は、Ｙ軸コントローラ５５によって制御される。そして、Ｙ軸コラム３の移動量を検出するリニアエンコーダ５６と、Ｙ軸コントローラ５５とが接続され、リニアエンコーダ５６のフィードバック信号をＹ軸コントローラ５５に入力するように構成されている。
更に、Ｘ軸コラム４を水平方向に直線的に移動させるサーボモータ５７は、Ｘ軸コントローラ５８によって制御される。そして、Ｘ軸コラム４のＸ軸方向の移動量を検出するリニアエンコーダ５９と、Ｘ軸コントローラ５８とが接続され、リニアエンコーダ５９のフィードバック信号をＸ軸コントローラ５８に入力するように構成されている。
【００１５】
加えて、回転台５を回転駆動するサーボモータ６０は、回転コントローラ６１によって制御される。そして、回転台５の回転量を検出するロータリエンコーダ６２と、回転コントローラ６１とが接続され、ロータリエンコーダ６２のフィードバック信号を回転コントローラ６１に入力するように構成されている。
また検出台８を、ξ軸コラム６上でその上下方向（ξ軸方向）に直線的に移動させるサーボモータ６３は、ξ軸コントローラ６４によって制御される。そして、検出台８のξ軸コラム６上の移動量を検出するリニアエンコーダ６５と、ξ軸コントローラ６４とが接続され、リニアエンコーダ６５のフィードバック信号をξ軸コントローラ６４に入力するように構成されている。このサーボモータ６３、ξ軸コントローラ６４及びリニアエンコーダ６５は、測定子７を図１に示す被測定歯車Ｇの歯面Ｇａに当接させつつ、その歯面Ｇａ上の創成母線４３（図８参照）に沿って直線移動させる移動手段（ξ軸移動手段）の主構成をなす。
更に、検出台８をほぼ水平方向（ｘ軸方向）に直線的に移動させるサーボモータ６６は、ｘ軸コントローラ６７によって制御される。そして、検出台８のｘ軸方向の移動量を検出するリニアエンコーダ６８と、ｘ軸コントローラ６７とが接続され、リニアエンコーダ６８のフィードバック信号をｘ軸コントローラ６７に入力するように構成されている。このサーボモータ６６、ｘ軸コントローラ６７及びリニアエンコーダ６８は、ｘ軸方向微動手段６９を構成する。
【００１６】
制御装置７０は、上記コントローラ５２，５５，５８，６１，６４，６７に制御信号を出力するＮＣ制御装置であり、記憶装置（ＲＡＭ，ＲＯＭ）、演算装置（ＣＰＵ又はＭＰＵ）及び入出力インターフェース等を備えて以下のように構成されている。
まず制御装置７０（演算装置）には、図２、図５に示すｘ軸レーザ測長器３１及びフォーカスサーボ用レーザ測長器３３が接続されており、測定子７をξ軸（創成母線４３）に沿って直線移動させた場合に、その測定子７の変位量が測定、蓄積されるように構成されている。
また制御装置７０には、プリンタ等の出力装置７１が接続されており、コントローラ５２，５５，５８，６１，６４，６７に対する制御内容、あるいは測定された歯面形状のデータが、出力装置７１から出力されるように構成されている。
更に制御装置７０には、被測定歯車Ｇについて、設計上決定されている基準歯面形状のデータ（設計値）が記憶されている。具体的には、図８に示す創成母線４３方向の基準歯面形状（創成母線４３の形状）のデータが記憶されている。この創成母線４３の形状、より詳しくは創成母線４３の法線方向の形状は、各歯のねじれ角等の歯車諸元に基づいて固定的に設定されるもので、設計上は各歯面Ｇａに共通である。
また、制御装置７０は、コントローラ５２，５５，５８，６１，６４，６７を選択制御することにより、被測定歯車Ｇの回転位相（特定の歯及びその左右何れかの歯面）の各々に対応する複数の創成母線４３方向（ξ軸方向）毎に測定子７を移動させる機能を備えている。
【００１７】
このような歯車測定機における歯面Ｇａの測定手順を、主に図１、図８及び図９を参照して説明する。
まず、図１に示すように、被測定歯車Ｇを、その回転軸心を回転軸３０と一致させて同回転軸３０に保持する。この状態から、図９に示す制御装置７０が、コントローラ５２，５５，５８，６１，６４，６７を選択制御して、測定子７の先端部７ａを上記被測定歯車Ｇにおけるいずれかの歯の一方の歯面Ｇａに当接させる。
この際、制御装置７０には、被測定歯車Ｇの図８に示す各創成母線４３方向の基準歯面形状（創成母線４３の形状）、各創成母線４３毎の移動量及びξ軸コラム６のＺ軸に対する傾き（ξ軸）が設定されている。
測定子７を、歯面Ｇａに当接させたままξ軸に沿って直線移動、すなわち創成母線４３に沿って移動（図１０参照）させると、その摺動過程での歯面Ｇａの形状に従い測定子７が歯面Ｇａに垂直な方向（法線方向）に変位し、これがｘ軸レーザ測長器３１によって測定されて制御装置７０に入力される。このとき、制御装置７０はフォーカスサーボ用レーザ測長器３３及びｘ軸方向微動手段６９によって、測定子７を被測定歯車Ｇの歯面Ｇａに常に一定の圧力で当接させているので、ｘ軸レーザ測長器３１による測長と相俟って、測定子７の変位量Δｘは高精度に測定される。
【００１８】
このように実測して得られた測定データ、つまり変位量Δｘの集合は、各々歯面Ｇａ上の座標（ξ，η）（ηはξ軸と直交するη軸上の座標）と共に歯面Ｇａの形状の法線方向の誤差量として制御装置７０中の記憶装置に記憶する。
このような測定を、被測定歯車Ｇの特定の歯面Ｇａにおける多数の創成母線４３について行い、各創成母線４３について上記と同様の測定データ（変位量Δｘの集合）を得て同様に記憶し、各々設計値との差異を演算すれば、その特定の歯面Ｇａの形状についての誤差を正確に測定できる。
またこのような測定を、被測定歯車Ｇの特定の歯面Ｇａのみならず、全ての歯面Ｇａ（全ての歯についての両側の歯面）における多数の創成母線４３について行い、各創成母線４３について上記と同様の測定データ（変位量Δｘの集合）を得て同様に記憶し、演算すれば、その被測定歯車Ｇの形状についての誤差を正確に測定できる。
被測定歯車Ｇの歯を創成しつつ、創成を終えた歯面については上記のような測定を行い、その測定データに基づいて現に行われている、あるいはこれから行われる創成動作についてフィードバック制御すれば、精度の高い歯面形状を有する歯車が得られ、例えばギヤノイズの低減に大いに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による歯車測定機の一実施形態を概略的に示す斜視図である。
【図２】図１中の測定子及び検出台部分の構成説明図である。
【図３】図２中の測定子部分の構成説明図である。
【図４】図３中の測定子に固定されたミラーの説明図である。
【図５】図２中の測定子の変位量測定及び同測定子の被測定歯車の歯面への当接圧力の定圧化を説明するための図である。
【図６】図２中の測定子の変位量測定の様子を測定子に着目して示す図である。
【図７】インボリュート歯形をもつ歯車の説明図である。
【図８】同上歯車の創成母線の説明図である。
【図９】図１中の回転軸、各コラム、各台の制御系統を模式的に示すブロック図である。
【図１０】図１中の測定子が被測定歯車の歯面に当接されたままその創成母線に沿って移動する様子を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
１：ベッド、２：回転軸、３：Ｙ軸コラム、４：Ｘ軸コラム、５：回転台、６：ξ軸コラム、７：測定子、７ａ：先端部、８：検出台、Ｇ：被測定歯車、Ｇａ：歯面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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