(57)【要約】      （修正有）【課題】歯車の噛み合わせや嵌め合わせの評価が可能な歯車の測定方法及び測定装置を提供すること。【解決手段】歯車９の測定方法は、歯車９の歯溝９１に沿ってボールを移動させたボールの実移動軌跡を、歯車９の形状評価指標として測定する測定工程と、を備える。ＶＧＲラックの場合、ラック歯９の歯面９２は曲面で構成されているので、ＯＰＤで用いる基準ピンを歯面９２に線接触で配置することができず、ラック歯９の測定ができないが、ボールであれば歯面９２に点接触で配置することができるので、ラック歯９の測定が可能となる。【選択図】図４
2017191087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車の歯溝に沿ってボールを移動させた前記ボールの実移動軌跡を、前記歯車の形状評価指標として測定する測定工程、
を備える、歯車の測定方法。
【請求項２】
前記測定工程では、前記ボールの中心点の実移動軌跡を測定する、請求項１に記載の歯車の測定方法。
【請求項３】
前記測定工程では、前記ボールのオーバーボール点の実移動軌跡を測定する、請求項１に記載の歯車の測定方法。
【請求項４】
前記歯車の測定方法は、
設計上の前記歯車の歯溝に沿って前記ボールを移動させた場合の前記ボールの移動軌跡である設計軌跡を取得する取得工程と、
前記測定工程にて測定した前記実移動軌跡と前記取得工程にて取得した前記設計軌跡との誤差を演算する演算工程と、
を備える、請求項１−３の何れか一項に記載の歯車の測定方法。
【請求項５】
前記歯車は、ラック軸に形成されたラック歯であり、
前記測定工程では、
各前記ラック歯の歯溝の裏側に位置する円弧外周面の測定に基づいて、各前記歯溝の基準点を決定し、
決定された各前記歯溝の基準点を原点とした場合に、各前記ラック歯についての前記ボールの実移動軌跡を測定する、請求項４に記載の歯車の測定方法。
【請求項６】
前記測定工程では、
前記ラック軸の軸線方向をＹ軸とした場合に、各前記ラック歯の歯先の測定に基づいて、各前記歯溝に対する前記Ｙ軸に直交する平面の２次元座標系を決定し、
決定された各前記歯溝に対する前記２次元座標系において、各前記ラック歯についての前記ボールの実移動軌跡を測定する、請求項５に記載の歯車の測定方法。
【請求項７】
前記歯車は、ラック軸に形成されたラック歯であり、
前記歯車の測定方法は、ギヤ比がラック軸の軸線方向に変化するラックに適用される、請求項１−６の何れか一項に記載の歯車の測定方法。
【請求項８】
前記歯車は、スプラインであり、
前記測定工程では、
各前記スプラインの歯先の測定に基づいて、各前記スプラインの歯溝に対する３次元座標系を決定し、
決定された前記３次元座標系において、各前記スプラインについての前記ボールの実移動軌跡を測定する、請求項４に記載の歯車の測定方法。
【請求項９】
歯車の歯溝の形状を測定する歯車の測定装置であって、
前記歯車の歯溝に沿ってボールを移動させたときに、移動させた前記ボールの実移動軌跡を前記歯車の形状評価指標として測定する測定部を備える、歯車の測定装置。
【請求項１０】
前記歯車の測定装置は、
設計上の前記歯車の歯溝に沿って前記ボールを移動させた場合の前記ボールの移動軌跡である設計軌跡を記憶する設計軌跡記憶部と、
前記測定部により測定した前記実移動軌跡と前記設計軌跡記憶部に記憶された前記設計軌跡との誤差を演算する演算部と、
を備える、請求項９に記載の歯車の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車の測定方法及び測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラックアンドピニオン式ステアリング装置は、ステアリングホイールの操舵力を転舵輪に伝達するために、ステアリングシャフトの回転運動を転舵輪が連結されるラック軸の軸線方向の直動運動に変換する装置として用いられる。ラックアンドピニオン機構においては、ラック軸に形成されるラック歯とピニオン軸に形成されるピニオン歯との噛み合い領域に一定のバックラッシを与えて噛み合いトルクを制御する性質上、ラック歯における噛み合わせの管理は非常に重要な要素である。
【０００３】
ラック歯における噛み合わせの評価は、オーバーピン高さ測定法（以下、ＯＰＤという）によるＯＰＤ変化カーブ管理が用いられている（特許文献１参照）。このＯＰＤは、ラック歯に適合した基準ピンを、ラック歯の歯溝において対向する歯面に線接触するように配置し、ラック軸の基準位置から基準ピンの測定位置までの高さを測定する処理を全歯溝に対し実行し、それらの値をグラフ化して設計値と評価する方法である。具体的には、例えば基準ピンの中心軸線とラック軸の中心軸線に直角な直線が、ラック軸の外周面と交わる点及び基準ピンの外周面と交わる点を求め、両交点間の距離を測定高さとして測定する。
【０００４】
ところで、近年のラックアンドピニオン式ステアリング装置には、操舵フィーリングの向上等を目的として、ラックアンドピニオン機構を構成するラック歯の諸元（ラック歯のモジュールや圧力角等）をラック軸の軸線方向位置によって異ならせることにより、ステアリングギヤ比を操舵角に応じて変化させるバリアブルギヤレシオのラック（以下、ＶＧＲラックという）が用いられる場合がある。すなわち、ステアリング装置には、ラック歯の歯面が平面のラック歯群及びラック歯の歯面が曲面のラック歯群を有するＶＧＲラックが用いられる場合がある。（特許文献２参照）。
【０００５】
また、ステアリングシャフトを内包するステアリングコラムには、車両の衝突時における衝撃吸収を目的とした収縮構造が用いられている。このステアリングコラムは、ステアリングホイール側から延びるアッパーシャフト、及びステアリングギヤボックス側から延びるローワーシャフトを備え、両シャフトがスプラインにより嵌合されている。よって、このスプラインにおける嵌め合いの管理は非常に重要な要素である。スプラインにおける嵌め合いの評価は、ピンを対向するスプラインの歯溝に置き、ピンの頂点に接触する最大内接円径（最大外接円径）を測定する方法（ヴィトインピン法（以下、ＢＰＤという））によるＢＰＤ変化カーブ管理が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２６４４５１号公報
【特許文献２】特開２０１４−２１０４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のＯＰＤは、ギヤ比が一定であるコンスタントギアレシオのラック（以下、ＣＧＲラックという）、すなわち全ラック歯の歯面が平面のラックには適用可能である。ところが、ＶＧＲラックは、ギヤ比の変化領域におけるラック歯の歯面が曲面で構成、すなわち３次元的にうねっているため、基準ピンをラック歯の歯溝において対向する歯面に線接触で配置することができず、ＯＰＤを用いることができないという問題がある。また、上述のＢＰＤは、あるスプラインの歯溝の位置の２点間距離測定であり、スプラインの嵌合長内で全周に亘る嵌合の評価ができていないという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、歯車の噛み合わせや嵌め合わせの評価が可能な歯車の測定方法及び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】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明の歯車の測定方法は、歯車の歯溝に沿ってボールを移動させた前記ボールの実移動軌跡を、前記歯車の形状評価指標として測定する測定工程、を備える。
【００１０】
これによれば、歯車の歯の向きの影響を受けないため、歯車の噛み合わせや嵌め合わせの評価が可能となる。例えば、ＶＧＲラックの場合、ラック歯の歯面は曲面で構成されているので、ＯＰＤで用いる基準ピンを歯面に線接触で配置することができず、ラック歯の測定ができないが、ボールであれば歯面に点接触で配置することができるので、ラック歯の測定が可能となる。また、スプラインの場合、全スプラインの歯溝に沿ってボールを転動することで、スプラインの嵌合長内で全周に亘る嵌合の評価ができる。
【００１１】
また、本発明の歯車の測定装置は、前記歯車の歯溝に沿ってボールを移動させたときに、移動させた前記ボールの実移動軌跡を前記歯車の形状評価指標として測定する測定部を備える。これにより、歯車の測定方法で得られる効果と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態の歯車の測定方法に適用可能なラック歯及びスプラインを備える自動車の操舵システム全体の概略図である。
【図２】図１のステアリングコラムのシャフト軸方向断面図である。
【図３】図１のラックアンドピニオン式ステアリング装置のピニオン軸方向断面図である。
【図４】図１のラックアンドピニオン式ステアリング装置のラックを示す平面図である。
【図５】本発明の実施形態における歯車の測定装置及びラック歯を示す図である。
【図６】歯車の測定装置でラック歯を測定するときの動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】歯車の測定装置の動作の続きを説明するためのフローチャートである。
【図８】ラック歯の歯溝におけるＹ軸方向の決定方法を説明するための斜視図である。
【図９】ラック歯の歯溝における原点の決定方法を説明するための斜視図である。
【図１０】ラック歯の歯溝におけるＸ軸、Ｚ軸方向の決定方法を説明するための斜視図である。
【図１１】ラック歯の歯溝における実移動軌跡と設計軌跡とのＺ軸方向の誤差の求め方を説明するための斜視図である。
【図１２】歯車の測定装置で不良品のラックを測定した結果であり、縦軸に実移動軌跡と設計軌跡の誤差、横軸にラック歯の軸方向位置を示す図である。
【図１３】縦軸に不良品のラックを有するラックアンドピニオン式ステアリング装置で発生するトルク、横軸にラック歯の軸方向位置を示す図である。
【図１４】歯車の測定装置で良品のラックを測定した結果であり、縦軸に実移動軌跡と設計軌跡の誤差、横軸にラック歯の軸方向位置を示す図である。
【図１５】縦軸に良品のラックを有するラックアンドピニオン式ステアリング装置で発生するトルク、横軸にラック歯の軸方向位置を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態における歯車の測定装置及び内径スプラインを示す図である。
【図１７】歯車の測定装置で内径スプラインを測定するときの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１８】内径スプラインの歯溝におけるＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＺ軸方向の決定方法を説明するためのアッパーシャフトのシャフト軸方向断面図である。
【図１９】図１８のアッパーシャフトをシャフト軸方向から見た図である。
【図２０】内径スプラインの歯溝における実移動軌跡と設計軌跡に基づく半径誤差の求め方を説明するためのアッパーシャフトのシャフト軸方向断面図である。
【図２１】内径スプラインの歯溝における実移動軌跡と設計軌跡に基づく位相誤差の求め方を説明するためのアッパーシャフトをシャフト軸方向から見た図である。
【図２２】歯車の測定装置で不良品のアッパーシャフトを測定した結果であり、縦軸に半径誤差、横軸にスプラインの軸方向位置を示す図である。
【図２３】歯車の測定装置で不良品のアッパーシャフトを測定した結果であり、縦軸に位相誤差、横軸にスプラインの軸方向位置を示す図である。
【図２４】歯車の測定装置で良品のアッパーシャフトを測定した結果であり、縦軸に半径誤差、横軸にスプラインの軸方向位置を示す図である。
【図２５】歯車の測定装置で不良品のアッパーシャフトを測定した結果であり、縦軸に位相誤差、横軸にスプラインの軸方向位置を示す図である。
【図２６】歯車の測定装置のボールのオーバーボール点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（１．自動車の操舵システムの構成）
本発明の実施の形態の歯車の測定方法に適用可能な歯車として、本実施形態ではラック軸のラック歯及びステアリングシャフトのスプラインを例に説明するが、ラック歯及びスプラインに限定されるものではない。ラック歯及びスプラインを備える自動車の操舵システムについて図を参照して説明する。
【００１４】
図１に示すように、自動車の操舵システムは、運転者が操作するステアリングホイール１、ステアリングホイール１に連結されたステアリングシャフト２、ステアリングシャフト２を内包するステアリングコラム１５、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１４、ステアリングシャフト２とラックアンドピニオン式ステアリング装置１４を繋ぐ中間軸３、及びラックアンドピニオン式ステアリング装置１４の先に連結された転舵輪７ａ，７ｂ等を備える。
【００１５】
ステアリングコラム１５は、ステアリングホイール１側から延びるアッパーシャフト１６、及びステアリングギヤボックスＧＢ側から延びるローワーシャフト１７を備える。そして、図２に示すように、アッパーシャフト１６とローワーシャフト１７は、アッパーシャフト１６に設けられる内径スプライン１８とローワーシャフト１７に設けられている外径スプライン１９により嵌合されている。これにより、アッパーシャフト１６とローワーシャフト１７は、収縮可能な構造となり、車両の衝突時における衝撃の吸収が可能となる。なお、図１では、ステアリングシャフト２を包囲する部品を省略している。
【００１６】
ラックアンドピニオン式ステアリング装置１４は、入力軸であるピニオン軸４、出力軸であるラック軸５、及びそれらを収容したラックハウジング１０等を備える。ラック軸５の両端には、インナーボールジョイント６ａ，６ｂが連結される。図３に示すように、ラック軸５には、ラック歯９が形成され、ピニオン軸４には、ラック歯９と噛み合うピニオン歯８が形成される。
【００１７】
ラック軸５は、上記ピニオン軸４と反対側のラックハウジング１０内に配置されるラックガイド１１、ばね１２及びガイドプラグ１３によりピニオン軸４と噛み合わされる。すなわち、ラックガイド１１は、ラック軸５の中心軸線Ｌｒ及びピニオン軸４の中心軸線Ｌｐと直角な方向に移動可能にラックハウジング１０に収容される。ラックガイド１１は、移動方向の一端側（図面上側）がピニオン軸４と反対側のラック軸５の周面（円弧外周面）に当接され、移動方向の他端側（図面下側）がラックハウジング１０に螺着されたガイドプラグ１３に隙間をおいて対向される。
【００１８】
そして、ばね１２は、ラックガイド１１とガイドプラグ１３の間に介挿される。これにより、ラック軸５は、ばね１１の弾性力でピニオン軸４に対して押圧される。この押圧により、ピニオン歯８とラック歯９とは隙間がない状態で噛み合わされ、操舵によりピニオン軸４が回転してもラック軸５がピニオン軸４から離間することはない。
【００１９】
ラック軸５は、ラックハウジング１０の一方端側に配置されるラック歯９とピニオン歯８との噛み合い部と、ラックハウジング１０の他方端側のラックハウジング内周面に配置される潤滑性を有する図略のラックブッシュとで支持される。これにより、ラック軸５は、ラックハウジング１０に直接接触せずに軸線方向に円滑に移動可能に構成される。
【００２０】
以上のような構成の自動車の操舵システムにおいては、ステアリングホイール１に加えられた運転者の操舵力は、ステアリングシャフト２から中間軸３を経由してピニオン軸４の回転力として伝達される。ピニオン軸４の回転力は、ラック軸５の軸方向力に変換され、ラック軸５の両端に連結されたインナーボールジョイント６ａ，６ｂから転舵輪７ａ，７ｂに伝達される。そして、操舵によりピニオン軸４が回転してもラック軸５がピニオン軸４から離間することはないので、剛性感の高い安定した操舵が可能となる。
【００２１】
ラックアンドピニオン式ステアリング装置１４には、ステアリングギヤ比を操舵角に応じて変化させるＶＧＲラック、すなわちラック歯９の諸元（ラック歯９のモジュールや圧力角等）がラック軸５の軸線方向位置によって異なるＶＧＲラックが用いられる。
【００２２】
図４に示すように、ＶＧＲラックのラック軸５の中央部（操舵中立位置付近）及び両端部は、歯面９２が平面の第１ラック歯群９Ｐａ，９Ｐｂ，９Ｐｃ、すなわちギヤ比が一定の領域として形成され、ラック軸５の中央部と両端部とにそれぞれ挟まれた部分は、歯面９２が曲面の第２ラック歯群９Ｃａ，９Ｃｂ、すなわちギヤ比が変化する領域として形成される。ＶＧＲラックは、ＣＧＲラックのように切削加工（ブローチ加工やホブ加工）では形成できず鍛造で形成されるので、ラック歯９の歯先９３には、クラウニングが形成される。なお、隣り合うラック歯９の対向する歯面９２,９２間が、歯溝９１となる。
【００２３】
（２．歯車の測定装置）
次に、本発明の実施の形態の歯車の測定装置について図を参照して説明する。図５に示すように、歯車の測定装置２０は、測定部２１と、設計軌跡取得部２２と、設計軌跡記憶部２３と、演算部２４とを備える。測定部２１は、先端にボール２５を有するプローブ２６と、プローブ２６を直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向に移動可能な移動装置２７等とを備え、本例では溝倣い機能を有する３次元測定機である。この歯車の測定装置２０は、ラック歯９及び内径スプライン１８の測定が可能であり、先ずラック歯９の測定について説明し、次に内径スプライン１８の測定について説明する。
【００２４】
（３．ラック歯の測定）
歯車の測定装置２０でラック歯９を測定する場合、ボール２５は、ラック歯９の歯溝９１を形成する対向する歯面９２に接触可能な直径に形成される。測定部２１は、測定対象のラック歯９の歯溝９１において対向する歯面９２に同時に点接触するようにボール２５を配置して歯溝９１に沿ってボール２５を移動させたときに、移動させたボール２５の中心点Ｂｃの移動軌跡（以下、「実移動軌跡」という）をラック歯９の形状評価指標として測定する。
【００２５】
ボール２５を用いた理由は、以下の通りである。ＯＰＤで用いる基準ピンをＣＧＲラックのラック歯の歯溝において対向する歯面に線接触するように配置したときの中心軸線は点の群体である。一方、ボール２５をＣＧＲラックのラック歯の歯溝において対向する歯面に点接触するように配置して歯溝に沿って移動させたときのボール２５の中心点Ｂｃの軌跡も点の群体である。そして、ＶＧＲラックの場合、ラック歯９の歯面９２は曲面で構成されているので、基準ピンを歯面９２に線接触で配置することができず、ラック歯９の測定ができないが、ボール２５であれば歯面９２に点接触で配置することができるので、ラック歯９の測定が可能となる。
【００２６】
設計軌跡取得部２２は、設計上のラック歯９の歯溝９１に関する設計データを取得する。設計軌跡取得部２２は、取得した設計データの歯溝９１に沿ってボール２５を移動させた場合のボール２５の中心点Ｂｃの移動軌跡（以下、「設計軌跡」という）を取得する。設計軌跡記憶部２３は、設計軌跡取得部２２で取得した設計軌跡を記憶する。演算部２４は、測定部２１により測定した実移動軌跡と設計軌跡記憶部２３に記憶された設計軌跡との誤差を演算する。
【００２７】
（４．ラック歯の測定動作）
次に、歯車の測定装置２０でラック歯９を測定する場合の動作について図を参照して説明する。この測定は、ラック軸５に形成される全てのラック歯９に対して個々に行う必要があるが、以下の説明では、図８に示すように、ピニオン歯８（図３参照）と有効に噛み合うラック歯９のうち、第２ラック歯群に属するラック歯９ａ，９ｂの歯面９２ａ，９２ｂ間の歯溝９１ａを測定する場合について説明する。なお、設計軌跡取得部２２は、設計上のラック歯９の歯溝９１に沿ってボール２５を移動させた場合のボール２５の中心点Ｂｃの移動軌跡である設計軌跡を既に取得して設計軌跡記憶部２３に記憶しているものとする。
【００２８】
先ず、測定部２１は、ラック軸５の後述する第一円柱部位の複数位相位置にボール２５を接触させて接触位置を測定し（図６のステップＳ１）、ラック軸５の後述する第二円柱部位の複数位相位置にボール２５を接触させて接触位置を測定する（図６のステップＳ２）。そして、測定した各接触位置に基づいて測定対象の歯溝９１ａのＹ軸方向を決定する（図６のステップＳ３）。
【００２９】
具体的には、図８に示すように、歯面９２ａを有するラック歯９ａを含むラック軸５の第一円柱部位Ｕ１の例えば３つの位相位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にボール２５を接触させて接触位置を測定する。同様に、歯面９２ｂを有するラック歯９ｂを含むラック軸５の第一円柱部位Ｕ２の例えば３つの位相位置Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６にボール２５を接触させて接触位置を測定する。そして、位相位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を通る円の中心点Ｔ１を求めるとともに、位相位置Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を通る円の中心点Ｔ２を求め、各中心点Ｔ１，Ｔ２を通る直線Ｌ１の方向を歯溝９１ａのＹ軸方向として決定する。
【００３０】
測定部２１は、歯溝９１ａの裏側に位置する円弧外周面の測定に基づいて、歯溝９１ａの後述する基準点を決定し、決定された歯溝９１ａの基準点を原点とする。すなわち、歯溝９１ａの歯すじ方向中央にボール２５を接触してＹ軸座標値を測定する（図６のステップＳ４）。そして、測定したＹ軸座標値において歯溝９１ａの裏面の複数箇所に、ボール２５を接触させて接触位置を測定し（図６のステップＳ５）、歯溝９１ａの原点を決定する（図６のステップＳ６）。
【００３１】
具体的には、図９に示すように、歯溝９１ａの歯すじ方向の中央位置ＰａのＹ軸座標値をボール２５で測定する。そして、測定した中央位置Ｐａを通り且つＹ軸方向と直角な平面Ｓｘｚで切断されるラック軸５の外周縁Ｑ上の３つの位置Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３をボール２５で測定し、測定位置Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３から基準点である外周縁Ｑの円弧中心Ｑｃを求め、求めた円弧中心Ｑｃを歯溝９１ａの原点として決定する。
【００３２】
測定部２１は、歯溝９１ａを挟む２か所の歯先９３ａ，９３ｂ（図１０参照）にボール２５を接触させて接触位置を測定し（図７のステップＳ７）、測定した各歯先位置に基づいて歯溝９１ａのＸ軸方向及びＺ軸方向（２次元座標系）を決定する（図７のステップＳ８）。
【００３３】
具体的には、図１０に示すように、歯溝９１ａを挟む２か所の歯先９３ａ，９３ｂの歯すじ方向の一端部側及び他端部側の２つの位置Ｐｂ，Ｐｃをボール２５で測定し、２つの位置Ｐｂ，Ｐｃを通る直線ＬｐをＹ軸と直角な平面Ｓに投影する。そして、投影した直線Ｌｐｐの方向を、歯溝９１ａのＸ軸方向として決定し、決定したＸ軸方向及びＹ軸方向に直角な方向をＺ軸方向として決定する。
【００３４】
測定部２１は、歯溝９１ａに沿ってボール２５を移動し（図７のステップＳ９）、歯溝９１ａの座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において歯溝９１ａでのボール２５の実移動軌跡を測定する（図７のステップＳ１０）。そして、演算部２４は、測定部２１で測定した実移動軌跡と設計軌跡記憶部２３に記憶した設計軌跡とのＺ軸方向の誤差を演算し（図７のステップＳ１１、本発明の「演算工程」に相当）、処理を終了する。
【００３５】
具体的には、図１１に示すように、測定部２１で測定した実移動軌跡Ｒｐは、図示実線で示す湾曲状になり、取得部２２にて取得した設計軌跡Ｒｄは、図示破線で示す湾曲状になるので、これらのＺ軸方向の誤差を求める。
【００３６】
図１２は、縦軸に実移動軌跡Ｒｐと設計軌跡Ｒｄの誤差、横軸にラック歯９の軸方向位置を示し、あるラック軸５をラック歯９の測定装置２０で測定した結果を示す。図１２から明らかなように、このラック軸５の実移動軌跡Ｒｐと設計軌跡Ｒｄの誤差は、第２ラック歯群９Ｃｂ付近（図示破線の円形で囲まれた部分Ｅ）において大きく変化している。
【００３７】
このようなラック軸５を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置１４の場合、図１３に示すように、第２ラック歯群９Ｃｂ付近（図示破線の円形で囲まれた部分Ｅ）においてトルクの跳ね上がり事象が発生した。このラック軸５は、不良品であることが判明した。なお、図１３は、ピニオン歯８をラック歯９の軸線方向に往復移動させたときを示す。
【００３８】
一方、図１４は、図１２に対応させて示す図であり、別のラック軸５をラック歯９の測定装置２０で測定した結果を示す。図１４から明らかなように、このラック軸５の実移動軌跡Ｒｐと設計軌跡Ｒｄの誤差は、大きく変化していない。このようなラック軸５を備えるラックアンドピニオン式ステアリング装置１４の場合、図１３に対応させた図１５に示すように、トルクの跳ね上がり事象は発生せず、ほぼ一定のトルクが得られた。このラック軸５は、良品であることが判明した。
【００３９】
以上のように、本実施形態のラック歯９の測定装置２０での測定結果（軌跡誤差）は、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１４でのギヤ性能（トルク波形）と相関関係にあることが判明した。よって、本実施形態のラック歯９の測定装置２０は、ＶＧＲラックの噛み合わせの評価が可能である。また、ラック歯９におけるクラウニングの位置及び量を数値化及び視覚化できるので、塑性加工を含む製造条件への反映が可能である。
【００４０】
（５．内径スプラインの測定）
図１６に示すように、歯車の測定装置２０で内径スプライン１８を測定する場合、ボール２５は、内径スプライン１８の歯溝８１を形成する対向する歯面８２に接触可能な直径に形成される。測定部２１は、測定対象の内径スプライン１８の歯溝８１において対向する歯面８２に同時に点接触するようにボール２５を配置して歯溝８１に沿ってボール２５を移動させたときに、移動させたボール２５の中心点Ｂｃの移動軌跡（以下、「実移動軌跡」という）を内径スプライン１８の形状評価指標として測定する。
【００４１】
設計軌跡取得部２２は、設計上の内径スプライン１８の歯溝８１に関する設計データを取得する。設計軌跡取得部２２は、取得した設計データの歯溝８１に沿ってボール２５を移動させた場合のボール２５の中心点Ｂｃの移動軌跡（以下、「設計軌跡」という）を取得する。設計軌跡記憶部２３は、設計軌跡取得部２２で取得した設計軌跡を記憶する。演算部２４は、測定部２１により測定した実移動軌跡と設計軌跡記憶部２３に記憶された設計軌跡とに基づいて、後述する半径誤差及び位相誤差を演算する。
【００４２】
（６．内径スプライン１８の測定動作）
次に、歯車の測定装置２０で内径スプライン１８を測定する場合の動作について図を参照して説明する。この測定は、アッパーシャフト１６に形成される全ての内径スプライン１８に対し、有効嵌合長内（図１８参照）、すなわち内径スプライン１８の始端Ｔｏから軸線方向に長さＴの嵌合が有効な範囲内で個々に行う必要がある。なお、設計軌跡取得部２２は、設計上の内径スプライン１８の全歯溝８１に沿って有効嵌合長Ｔ（図１８参照）内で、ボール２５を移動させた場合のボール２５の中心点Ｂｃの移動軌跡である設計軌跡を既に取得して設計軌跡記憶部２３に記憶しているものとする。
【００４３】
先ず、測定部２１は、アッパーシャフト１６の内周における所定の軸方向位置において、複数の内径スプライン１８の歯先８３（図１５参照）にボール２５を接触させて接触位置を測定する（図１７のステップＳ２１）。次に、アッパーシャフト１６の内周における先の軸方向位置と異なる軸方向位置において、複数の内径スプライン１８の歯先８３にボール２５を接触させて接触位置を測定する（図１７のステップＳ２２）。そして、各接触位置に基づいてＹ軸方向を決定し、さらにＸ，Ｚ軸方向（３次元座標系）を決定する（図１７のステップＳ２３）。
【００４４】
具体的には、図１８及び図１９に示すように、内径スプライン１８の有効嵌合長内の所定の軸方向位置Ｙ１において、例えば３つの位相位置Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の内径スプライン１８の歯先８３にボール２５を接触させて接触位置を測定する。同様に、内径スプライン１８の有効嵌合長内の所定の軸方向位置Ｙ２において、先と同様の３つの位相位置Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の内径スプライン１８の歯先８３にボール２５を接触させて接触位置を測定する。
【００４５】
そして、軸方向位置Ｙ１の位相位置Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を通る円Ｂ１の中心Ｃ１及び軸方向位置Ｙ２の位相位置Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を通る円Ｂ２の中心Ｃ２を求め、中心Ｃ１，Ｃ２を通る直線Ｌ１１の方向を内径スプライン１８の歯溝８１のＹ軸方向として決定する。そして、直線Ｌ１１と直角な平面Ｈ上において、水平方向に延びる直線Ｌ１２を歯溝８１のＸ軸方向として決定し、直線Ｌ１１及び直線Ｌ１２と直角な直線Ｌ１３を歯溝８１のＺ軸方向として決定する。
【００４６】
測定部２１は、内径スプライン１８の各歯溝８１に沿って有効嵌合長内でボール２５を移動し（図１７のステップＳ２４）、各歯溝８１の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）において各歯溝８１でのボール２５の実移動軌跡を測定する（図１７のステップＳ２５）。そして、演算部２４は、測定部２１で測定した実移動軌跡と設計軌跡記憶部２３に記憶した設計軌跡とに基づいて、半径誤差及び位相誤差を演算し（図１７のステップＳ２６、本発明の「演算工程」に相当）、処理を終了する。
【００４７】
具体的には、図２０に示すように、測定部２１で測定した実移動軌跡Ｗｐは、図示実線で示すようになり、取得部２２にて取得した設計軌跡Ｗｄは、図示破線で示すようになるので、実移動軌跡Ｗｐと直線Ｌ１１との距離と、設計軌跡Ｗｄと直線Ｌ１１との距離との誤差を半径誤差として求める。
【００４８】
また、図２１に示すように、内径スプライン１８の始端Ｔｏに位置する歯溝８１ａにおいて、実移動軌跡Ｗｐと直線Ｌ１１とを通る直線ｋ１の位相を０としたとき、反時計回りに隣接する歯溝８１ｂにおける実移動軌跡Ｗｐと直線Ｌ１１とを通る直線ｋ２の位相を直線ｋ１に対しθ１、さらに反時計回りに隣接する歯溝８１ｃにおける実移動軌跡Ｗｐと直線Ｌ１１とを通る直線ｋ３の位相を直線ｋ２に対しθ２というように、全ての歯溝８１ａ，８１ｂ，８１ｃ・・・の位相を有効嵌合長内で実位相として求める。一方、同様の手順で設計軌跡Ｗｄについても全ての歯溝８１ａ，８１ｂ，８１ｃ・・・の位相を有効嵌合長内で設計位相として求める。そして、実位相と設計位相との誤差を位相誤差として求める。
【００４９】
図２２は、縦軸に半径誤差、横軸に内径スプライン１８の歯溝８１の軸方向位置を示し、歯溝８１ａを歯車の測定装置２０で測定した結果を示す。図２２から明らかなように、内径スプライン１８の半径誤差は、内径スプライン１８の始端Ｔｏから軸線方向に長さＴ１進んだ位置から長さＴまでの範囲内（図示破線の円形で囲まれた部分Ｅ１）において許容値−Δｒを超えている。
【００５０】
また、図２３は、縦軸に位相誤差、横軸に内径スプライン１８の歯溝８１の軸方向位置を示し、歯溝８１ａを歯車の測定装置２０で測定した結果を示す。図２３から明らかなように、内径スプライン１８の位相誤差は、内径スプライン１８の始端Ｔｏから軸線方向に長さＴ２進んだ位置から長さＴまでの範囲内（図示破線の円形で囲まれた部分Ｅ２）において許容値−Δθを超えている。このような内径スプライン１８を備えるステアリングコラム１５の場合、収縮時の摺動抵抗が大きくなり、この内径スプライン１８は、不良品であることが判明した。
【００５１】
一方、図２４は、図２２に対応させて示す図であり、別の内径スプライン１８を歯車の測定装置２０で測定した結果を示す。図２４から明らかなように、この内径スプライン１８の半径誤差は、大きく変化していない。また、図２５は、図２３に対応させて示す図であり、別の内径スプライン１８を歯車の測定装置２０で測定した結果を示す。図２５から明らかなように、この内径スプライン１８の位相誤差は、大きく変化していない。このような内径スプライン１８を備えるステアリングコラム１５の場合、収縮時の摺動抵抗が大きくなることはなく、この内径スプライン１８は、良品であることが判明した。
【００５２】
（その他）
上述の実施形態では、測定部２１は、ボール２５の中心点Ｂｃの移動軌跡を測定する構成としたが、ボール２５のオーバーボール点の移動軌跡を測定する構成としてもよい。図２５に示すように、ボール２５のオーバーボール点Ｂｏとは、ラック軸５の中心軸線Ｌｒに直角な直線Ｌｚであって歯溝９１に位置するボール２５の中心点Ｂｃを通る直線Ｌｚが、ボール２５の歯溝９１と反対側の外周面と交わる点のことである。なお、内径スプライン１８の場合も同様に適用可能である。
【００５３】
また、測定工程（測定部２１）では、ラック歯９においては３次元座標系のうち直交２軸座標系（Ｘ，Ｚ）で測定したが、円座標系(極座標)で測定してもよい。また、内径スプライン１８においては３次元座標系のうち直交３軸座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で測定したが、円筒座標系(極座標系の一種)で測定してもよい。
【００５４】
また、測定部２１は、溝倣い機能を有する３次元測定機としたが、倣い測定した全ての点座標値を２方向以上で出力できる機能を有する形状測定機、光学測定機等としてもよい。また、ＶＧＲラックの測定について説明したが、ＣＧＲラックも同様に測定できる。また、内径スプライン１８の測定について説明したが、外径スプライン１９も同様に測定できる。また、ハスバ歯車やべベル歯車も同様に測定できる。
【００５５】
（実施形態の効果）
本実施形態の歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の測定方法は、歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の歯溝９１，８１に沿ってボール２５を移動させたボール２５の実移動軌跡Ｒｐ，Ｗｐを、歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の形状評価指標として測定する測定工程、を備える。
【００５６】
これによれば、歯車の歯の向きの影響を受けないため、歯車の噛み合わせや嵌め合わせの評価が可能となる。例えば、ＶＧＲラックの場合、ラック歯９の歯面９２は曲面で構成されているので、ＯＰＤで用いる基準ピンを歯面９２に線接触で配置することができず、ラック歯９の測定ができないが、ボール２５であれば歯面９２に点接触で配置することができるので、ラック歯９の測定が可能となる。また、内径スプライン１８の場合、全スプライン溝８１に沿ってボール２５を転動することで、内径スプライン１８の嵌合長Ｌ内で全周に亘る嵌合の評価ができる。
【００５７】
また、測定工程では、ボール２５の中心点Ｂｃの実移動軌跡を測定するので、ボール２５の移動状態を簡易に測定可能となる。
また、測定工程では、ボール２５のオーバーボール点Ｂｏの実移動軌跡を測定するので、基準ピンを用いたＯＰＤと同様の評価が可能となる。
【００５８】
また、歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の測定方法は、設計上の歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の歯溝９１，８１に沿ってボール２５を移動させた場合のボール２５の移動軌跡である設計軌跡Ｒｄ，Ｗｄを取得する取得工程と、測定工程にて測定した実移動軌跡Ｒｐ，Ｗｐと取得工程にて取得した設計軌跡Ｒｄ，Ｗｄとの誤差を演算する演算工程と、を備える。これにより、歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の良否判定が可能となる。
【００５９】
また、歯車がラック軸５に形成されたラック歯９の場合、測定工程では、各ラック歯９の歯溝９１の裏側に位置する円弧外周面Ｑの測定に基づいて、各歯溝９１の基準点Ｑｃを決定し、決定された各歯溝９１の基準点Ｑｃを原点とした場合に、各ラック歯９についてのボール２５の実移動軌跡Ｒｐを測定するので、ボール２５の実移動軌跡Ｒｐの測定精度を高められる。
【００６０】
また、測定工程では、ラック軸５の軸線方向をＹ軸とした場合に、各ラック歯９の歯先９３の測定に基づいて、各歯溝９１に対するＹ軸に直交する平面の２次元座標系を決定し、決定された各歯溝９１に対する２次元座標系において、各ラック歯９についてのボール２５の実移動軌跡Ｒｐを測定するので、ボール２５の実移動軌跡Ｒｐの測定精度をさらに高められる。
また、歯車がラック軸５に形成されたラック歯９の場合、歯車の測定方法は、ギヤ比がラック軸５の軸線方向に変化するラックに適用されるので、ラック歯９を直接評価でき、従来のラック測定方法と比較して測定精度の向上を図れる。
【００６１】
また、歯車が内径スプライン１８の場合、測定工程では、各内径スプライン１８の歯先８３の測定に基づいて、各内径スプライン１８の歯溝８１に対する３次元座標系を決定し、決定された３次元座標系において、各内径スプライン１８についてのボール２５の実移動軌跡Ｗｐを測定するので、ボール２５の実移動軌跡Ｗｐの測定精度をさらに高められる。
【００６２】
また、本実施形態の歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の歯溝９１，８１の形状を測定する歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の測定装置２０は、歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の歯溝９１，８１に沿ってボール２５を移動させたときに、移動させたボール２５の実移動軌跡を歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の形状評価指標として測定する測定部２１を備える。また、歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の測定装置２０は、設計上の歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の歯溝９１，８１に沿ってボール２５を移動させた場合のボール２５の移動軌跡である設計軌跡を記憶する記憶部２３と、測定部２１により測定した実移動軌跡と記憶部２３に記憶された設計軌跡との誤差を演算する演算部２４と、を備える。これにより、歯車（ラック歯９、内径スプライン１８）の測定方法で得られる効果と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６３】
５：ラック軸、  ９：ラック歯、  ９Ｐａ，９Ｐｂ，９Ｐｃ：第１ラック歯群、  ９Ｃａ，９Ｃｂ：第２ラック歯群、  １４：ラックアンドピニオン式ステアリング装置、  １５：ステアリングコラム、  １６：アッパーシャフト、  １７：ローワーシャフト、  １８：内径スプライン、  １９：外径スプライン、  ２０：歯車の測定装置、  ２１：測定部、  ２２：取得部、  ２３：記憶部、  ２４：演算部、  ２５：ボール、  ９１，８１：歯溝、  ９２，８２：歯面、  ９３，８３：歯先
【図１】
2017191087.tif 000003
【図２】
2017191087.tif 000004
【図３】
2017191087.tif 000005
【図４】
2017191087.tif 000006
【図５】
2017191087.tif 000007
【図６】
2017191087.tif 000008
【図７】
2017191087.tif 000009
【図８】
2017191087.tif 000010
【図９】
2017191087.tif 000011
【図１０】
2017191087.tif 000012
【図１１】
2017191087.tif 000013
【図１２】
2017191087.tif 000014
【図１３】
2017191087.tif 000015
【図１４】
2017191087.tif 000016
【図１５】
2017191087.tif 000017
【図１６】
2017191087.tif 000018
【図１７】
2017191087.tif 000019
【図１８】
2017191087.tif 000020
【図１９】
2017191087.tif 000021
【図２０】
2017191087.tif 000022
【図２１】
2017191087.tif 000023
【図２２】
2017191087.tif 000024
【図２３】
2017191087.tif 000025
【図２４】
2017191087.tif 000026
【図２５】
2017191087.tif 000027
【図２６】
2017191087.tif 000028