JP2953765B2 - 螺旋状形状物の形状測定方法、螺旋状形状物の加工システム及びウォーム検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、歯直角断面が台形状をなすウォーム等の螺
旋状形状物の形状測定方法、加工システム及びウォーム
検査方法に関するものであり、特に、ウォームのリード
酔歩誤差及びピッチ円振れを別けて測定しうる検査方法
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、ウォームの歯形形状の誤差である、リード酔歩
誤差の検査手段として、第５図に示す、ウォーム歯の直
角断面に玉を挿入する方法や、第６図に示す、接触子に
よる歯面測定方法が公知である。

第４図には、歯面測定装置の概略が示され、検査され
るウォーム１が回転自在に支持され、ウォーム１のピッ
チ円２上にタッチセンサ３を当接させるように、タッチ
センサ３はｚ軸ステージ４とｘ軸ステージ５により支持
されている。

前者の玉の挿入による方法では、ウォームの歯形が理
論的な形状であるときに、ピッチ円２上の歯面６に玉７
が接触するように、玉径を予め設定しておき、この玉７
を歯面に押し当てながらウォームを回転させたときの、
ウォーム軸方向（ｘ方向）における玉の移動量をウォー
ムの回転角と対応させながら測定し、第７図に示すよう
に、前記移動量である実測値ｃと、理論つる巻線の直線
ｄとの差を算出し、測定範囲内でのその最大値と最小値
との絶対値をリード酔歩誤差ａとしている。ｂは単一ピ
ッチ誤差である。

この方法によれば、ピッチ円振れにより歯面が変化し
た量を、リード酔歩誤差の値から差し引いた値が測定で
きる利点があるとされていた。

しかしながら、被測定物であるウォームがウォームホ
イールと噛み合って使用する状態において、ウォームと
ウォームホイールとの間隔を一定に設置しているため、
玉がウォームの歯面上に接触している位置と、実際にウ
ォームホイールに対してウォームが接触している、ウォ
ームの歯面での位置とは、一致していない可能性を有し
ている。

更に、ウォームの歯直角断面での歯幅が等しくない場
合、すなわち、ウォームホイールと噛み合う側のウォー
ムの歯面の形状誤差と、実使用上必要のない相対する側
の歯面の形状誤差とから、両歯面間の距離が理論値を示
さない場合に、玉をウォームの歯面間に挿入した際、玉
７はピッチ円２上の歯面６に接触せず、ピッチ円振れに
よる歯面の変化量を除去することができなくなってしま
う欠点がある。

以上のことから、従来の方法で測定したリード酔歩誤
差の値は、実使用上ではウォームとウォームホイールの
回転に関係のない値であることを意味するものである。

次に、後者の接触子８による歯面測定方法において
は、接触子８をウォームの回転軸からウォームの半径方
向（Ｚ方向）の一定距離位置，通常は理論ピッチ円２上
の位置に固定し、ウォーム１を回転させた時、ウォーム
軸方向（Ｘ方向）への接触子８の移動量を、ウォームの
回転角と対応させて測定し、以後、前記玉挿入による方
法と同様に、リード酔歩誤差を求めている。

この方法によれば、ウォームの実使用上でのウォーム
とウォームホイールとが接触するウォーム歯面上の点に
おける、ウォーム軸方向の変化量を測定できるという利
点があった。

しかしながら、ウォーム１にピッチ円振れが発生して
いる場合、そのピッチ円振れの影響でウォームの歯面が
変化し、その変化量が純粋なリード酔歩誤差に加えられ
た状態において、測定値として得られている。この測定
値は、第８図のリード酔歩誤差ｅとピッチ円振れｆとか
らなる値として示されている。

ここで、ウォームの加工について考えてみると、歯形
形状誤差としての、リード酔歩誤差ｅとピッチ円振れｆ
が、同一の加工要因により発生している場合もあるが、
異なった加工要因により発生する場合が往々にしてあ
る。

この異なった加工要因により、二つの誤差が発生して
いるとき、ピッチ円振れの影響を含むリード酔歩誤差の
測定値を、フィードバックして加工条件を決定したとし
ても、充分な効果は得られず、高精度のウォームを製作
する場合の測定データとして不充分であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、
ウォームの実使用上で必要な理論ピッチ円上での歯面の
変化量を示すリード酔歩誤差と、ウォームの加工条件の
決定に必要な歯幅の不同による影響と、ピッチ円振れに
よる影響とを受けないリード酔歩誤差とが計測でき、更
に、歯幅の不同に影響を受けないピッチ円振れをも計測
することができ、ひいては、ウォームの性能検査、及び
ウォームの加工条件へのフィードバックを効率良く、高
精度に行うことができるウォーム検査方法、ウォーム等
の螺旋状形状物の形状測定方法及び加工システムを提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、請求項１の発明は、軸に
対する傾斜面を備える略山形形状をなして軸方向に沿っ
て螺旋状に連続形成された螺旋状形状物の形状測定方法
において、前記傾斜面上の２点における軸方向及び軸方
向に直交する方向の座標と、隣り合った前記略山形形状
間に位置する底面の軸方向に直交する方向の座標とを測
定し、前記傾斜面上の２点の座標から得られた傾斜面の
傾斜角度θと、前記底面の座標における特定の基準座標
からの変化量とに基づいて、 ピッチ円振れ量＝前記変化量 リード酔歩誤差＝（前記特定の基準座標の軸方向に直
交した座標）−（前記変化量）＊tanθ の演算によって、ピッチ円振れ量とリード酔歩誤差とを
算出することを特徴とする螺旋状形状物の形状測定方法
である。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の螺旋状形
状物の形状測定方法において、前記螺旋状形状物はウォ
ーム歯車であり、前記特定の基準座標は理論ウォーム軸
と理論ピッチ円とが交差する座標であることを特徴とし
ている。

また、請求項３の発明は、軸に対する傾斜面を備える
略山形形状をなして軸方向に沿って螺旋状に連続形成さ
れた螺旋状形状物の加工システムにおいて、前記傾斜面
上の２点における軸方向及び軸方向に直交する方向の座
標と、隣り合った前記略山形形状間に位置する底面の軸
方向に直交する方向の座標とを測定し、 前記傾斜面上の２点の座標から得られた傾斜面の傾斜
角度θと、前記底面の座標における特定の基準座標から
の変化量とに基づいて、 ピッチ円振れ量＝前記変化量 リード酔歩誤差＝（前記特定の基準座標の軸方向に直
交した座標）−（前記変化量）＊tanθ の演算によって、ピッチ円振れ量とリード酔歩誤差とを
算出し、算出されたピッチ円振れ量とリード酔歩誤差と
に基づいて加工条件を決めることを特徴とする螺旋状形
状物の加工システムである。

また、請求項４の発明は、ウォームの歯直角断面の歯
形として、理論ウォーム軸と平行な歯底面，歯先面の歯
形面と所定の圧力角を有する傾斜歯形面とを備えた台形
状のウォームのウォーム検査方法において、前記傾斜歯
形面と理論ピッチ円との交点位置ｕを検出し、且つ前記
傾斜歯形面上の任意の一点の位置ｔを検出し、前記の二
つの位置から圧力角を算出し、更に、前記理論ウォーム
軸と平行な歯底面の位置を検出することにより、理論ピ
ッチ円からの歯形面までの距離を測定して、ピッチ円振
れ量を算出し、検出した傾斜歯形面と理論ピッチ円との
交点位置ｕと、算出したピッチ円振れ量と圧力角とから
リード酔歩誤差の値を導くことを特徴とするものであ
る。

〔作 用〕

本発明の構成により、ウォームのリード酔歩誤差をピ
ッチ円振れと別個に求めることができ、理論ピッチ円上
での歯面の変化量を示すリード酔歩誤差と、ウォームの
加工条件の決定に必要な歯幅の不同による影響とピッチ
円振れによる影響とを受けないリード酔歩誤差とを計測
し、歯幅の不同による影響を受けないピッチ円振れを計
測し、圧力角，ピッチ円振れ，リード酔歩誤差を算出
し、よって、ウォームの性能検査として好適な測定方法
であり、また、フィードバックして加工するに適した測
定データを算出したことを可能としたことにより、ウォ
ームの高精度の加工を可能にする。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第８図において、Ａはウォームの歯直角断面の理論的
形状であり、２はその理論ピッチ円を示している。Ｂは
前記ウォームの歯直角断面の理論的形状Ａを前提として
加工している、リード酔歩誤差とピッチ円振れを含んだ
被測定対象となるウォームの歯直角断面の形状である。
歯直角断面の形状Ｂは、理論ウォーム軸と平行な歯底
面，歯先面の歯形面と、所定の圧力角を有する傾斜面で
ある傾斜歯形面とを備えている。

そして、C₁は前記ウォームの歯直角断面の理論的形状
Ａにおいて、リード酔歩誤差のみが発生しているウォー
ムの歯直角断面の形状、及び、C₂は前記ウォームの歯直
角断面の理論的形状Ａにおいて、ピッチ円振れのみが発
生しているウォームの歯直角断面の形状を夫々示してい
る。

この第８図において、線分▲▼は、純粋なリード
酔歩誤差とピッチ円振れによる歯面の変化量が含まれて
おり、歯面の変化量▲▼は次式で表すことができ
る。

▲▼＝ｅ＋ｆ ……（１） したがって、純粋なリード酔歩誤差は次式で表され
る。

ｅ＝▲▼−ｆ ……（２） ここで、線分▲▼と線分▲▼とのなす角，い
わゆる圧力角をθとすると、ピッチ円振れによる歯面の
変化量ｆは、 ｆ＝▲▼・tanθ ……（３） となり、式（２）に式（３）を代入すると、 ｅ＝▲▼−▲▼・tanθ ……（４） となり、純粋なリード酔歩誤差ｅは、前記▲▼，▲
▼，θの３っのパラメータを測定することにより、
求めることができる。

第９図には、理解し易いように、ウォームの歯直角断
面の理論的形状Ａと被測定対象となるウォームの歯直角
断面の形状Ｂとの関連を示している。ここで、理論ピッ
チ円２とウォームの歯直角断面の理論的形状Ａにおい
て、ウォームホィールと噛み合う側の歯面との交点をｗ
とし、このｗを原点として、ｍ−ｚ座標を設定する。

この第９図で、式（４）の▲▼は、原点ｗからｕ
点までの距離であり、ｕ点に接触子８を接触させること
により求めることができる。

また、式（４）のθは、被測定対象となるウォームの
歯直角断面の形状Ｂにおいて、その歯直角断面上にウォ
ームホィールが噛み合う側の歯面の圧力角であり、第９
図に示すように、任意の測定点であるｔ点と、ピッチ円
上の測定点であるｕ点とを通る直線が、ｚ軸となす角で
ある。ｔ点、ｕ点の座標を、各々（M,E）、（L,0）とす
ると、θは次式で表される。

θ＝tan^-1〔（Ｌ−Ｍ）/E〕 ……（５） θはｚ軸を０゜とし、反時計回りを正方向とすると、
負方向は存在しない。

式（４）の▲▼は、ピッチ円振れの値であり、ｄ
点の位置が特定できないから、直接測定することができ
ない。そこで、一例として、第10図に示すねじ研削盤に
より加工したウォームについて考察する。このねじ研削
盤では、先端断面は台形をした円盤状の砥石をウォーム
の進み角γ_ｂに傾け、回転させながら、歯面と歯底面を
同時に研削している。

このような加工方法によって製作されたウォームの直
角断面は、第11図（ａ）のように、ｚ軸方向における、
加工後の歯面の位置（点線で示した位置）と理想歯面の
位置（実線で示した位置）との差Ｋを有し、このｚ軸方
向の差Ｋはすべての位置において等しい。この値Ｋはピ
ッチ円振れ量と言えるものであり、歯底面について、ウ
ォームの歯直角断面の理論的形状による理論的位置と被
測定対象となるウォームの歯直角断面の形状による位置
との差を測定することにより、歯面間の歯幅の相違に影
響されることなく、ピッチ円振れ量を測定することがで
きる。

したがって、ピッチ円振れ量である、式（４）の▲
▼は、第９図における歯底面の理論的位置から点ｖま
でのｚ軸方向の変位量を測定すればよい。

よって、 ▲▼＝−（Ｐ−Ｓ） ……（６） となる。

第10図の加工法は一例であるが、他の加工法により製
作されたウォームの場合においても、リード酔歩誤差，
歯幅の不同に影響されないピッチ円振れの測定を行なえ
ば、▲▼は測定できることになる。

以上の説明から明らかなように、式（５）、式（６）
の各値を算出し、及び座標原点ｗからのｕ点までの距離
Ｌを測定算出して、式（４）に代入することにより、純
粋なリード酔歩誤差ｅは、次式のようになる。

ｅ＝Ｌ＋〔（Ｐ−Ｓ）・（Ｌ−Ｍ）/E〕 ……（７） また、リード酔歩誤差及び歯幅の不同の影響を受けな
いピッチ円振れは、式（６）により、−（Ｐ−Ｓ）で求
めることができる。

さらに、ウォームとウォームホィールと噛み合うウォ
ームの歯面側の圧力角θも、式（５）により求めること
が可能である。

本発明のウォーム検査方法は、以上のような原理に基
づいて、第１図に示すような検査装置である加工システ
ムを用いて実施することができる。

第１図において、ウォームはチャック10とチャック11
との間に固定される。一方のチャック10には、回転角度
検出用のエンコーダ12がエアベアリング13を介して連結
されている。又、他方のチャック11には、エアベアリン
グ14を介して回転駆動用のACサーボモータ15が連結され
ている。なお、ウォームのセット方向は回転軸とウォー
ム軸が平行になる方向である。

歯面位置測定用のタッチセンサ16は、ｘ軸に平行に配
置したスライド軸を有するエアスライダ17上に、ｚ軸ス
テージ18を介して設置されている。前記エアスライダ17
上には、タッチセンサ16のｚ軸方向の移動位置を検知し
うる検知用測長機19も設置されている。

更に、エアスライダ17をｘ軸方向に移動させるため
に、ACサーボモータ20により回転駆動されるボールネジ
21が定盤22上に設置されている。又、ｘ軸方向へのタッ
チセンサ16の移動位置の検知用として、レーザ測長機23
が設置されている。各構成要素は定盤22上に設けられ、
定盤22は除振台上に設置してある。

第２図には、第１図に示した検査装置における駆動及
び位置検出のための制御ユニットが示されている。

制御ユニットには、メイン制御用パソコン24の指令に
より、各ACサーボモータ15,20を制御する第一パルス発
振器25,第二パルス発振器26、ドライバ27,28を備え、タ
ッチセンサ16の接触検出器29は比較回路30に接続され、
タッチセンサ16の測定歯面への接触を検知している。

タッチセンサ16をｚ軸方向に移動させるｚ軸ステージ
18は、第二のコントローラ32にて制御されている。

また、ｚ軸ステージ18のｚ軸方向の移動量を検知する
測長機19、エアスライダ17のｘ軸方向の移動量をレーザ
測長機23は、夫々第一のコントローラ31、第三のコント
ローラ33に接続され、位置データの出力を行っている。

ウォーム回転角の検出用エンコーダ12の出力はカウン
タ34にてパルス数に変換される。

更に、各コントローラ31,32,33、カウンタ34、ドライ
バ27,28、パルス発振器25,26、比較回路30は、インター
フェースボード35,36,37,38を介して、メイン制御用パ
ソコン24に接続されており、メイン制御用パソコン24に
より集中制御が行われる。

以下、第３図に示すフローチャートにしたがって、本
発明の動作を説明する。

まず、被測定対象となるウォームのピッチ円半径P₀,
リードL₀と、測定する歯直角断面の数β、測定範囲ｈを
キーボードにより入力する。これらのデータは、被測定
対象物の理論つる巻線の算出及び測定ポイントの決定に
利用される。

次に、タッチセンサ16をウォーム歯面の最端面に接触
させ、歯面の位置をｘ−ｚ座標系上において認識する。
更に、先程のリードL₀の値より測定開始点を算出し、ウ
ォームを回転させ、タッチセンサ16をx,z方向に移動さ
せて、ピッチ円上の最初に測定するポイントと、相対す
る歯面との中間位置に位置させる。

次に、タッチセンサ16をｘ軸方向に微小送りし、歯面
上のｕ点に接触させる。この時のｕ点のｘ−ｚ座標を、
レーザ測長機23と測長機19とからの出力により求め、ｘ
座標上の値をＬとし、メイン制御用パソコン24に入力す
る。

そして、タッチセンサ16をｚ方向に予め設定してある
一定量移動させ、前記ｕ点の測定と同様に、ｔ点の座標
データを求め、その値として、（M,E）を得て、これを
メイン制御用パソコン24に入力する。

また、タッチセンサ16をｘ方向に予め設定してある一
定量移動させ、その位置から更にタッチセンサ16をｚ方
向に移動させ、ｖ点の座標データを求める。この時のｚ
座標における値Ｓを得て、これをメイン制御用パソコン
24に入力する。

以上のように、ｕ点,t点,v点の各座標データを基にし
て、メイン制御用パソコン24によって、圧力角θ，ピッ
チ円振れ▲▼，リード酔歩誤差ｅを算出する。

これら一連の動作を最初に設定した歯直角断面の数だ
け行い、最終的には、各々の歯直角断面からのリード酔
歩誤差ｅの最大値と最小値の差を、被測定対象となるウ
ォームのリード酔歩誤差とする。尚、ここで言う歯直角
断面は、実際にはｘ軸と平行をなしているのではなく、
ｘ軸から進み角分だけ傾斜している断面であるため、歯
直角断面上の測定ポイントは、ウォームを回転すること
により、ｘ軸上に位置させる動作を必要とする。

以上の動作終了後、データを出力し、検査は終了す
る。

本発明のウォーム検査方法は、以上の説明から明らか
なように、傾斜歯面が理論ピッチ円と交差する位置を測
定し、これを理論的歯形状と比較して、その変化量を求
め、（ｕ点からＬを求める）また、歯幅の不同及び歯面
のよろめきの影響を受けないピッチ円振れを求め（−
（Ｐ−Ｓ））、該ピッチ円振れによる歯面の変化量
（ｆ）を前記理論ピッチ円上の歯面の変化量から差し引
いた値をリード酔歩誤差とする（ｅ）。

歯幅の不同やピッチ円振れに影響を受けない純粋なリ
ード酔歩誤差を求めることができるので、ウォーム加工
時における加工条件を決めるに必要なデータを得ること
ができ、そのデータに基づき高精度なウォームを効率良
く作製することができる。

〔効 果〕

本発明の構成により、ウォームのリード酔歩誤差をピ
ッチ円振れと別個に求めることができ、ウォームの加工
条件に整合した状態でフィードバックすることが可能で
あり、ウォームを高精度に、且つ効率的に製作する利点
があり、また、理論ピッチ円上の歯面の理論歯形形状か
らの変化量をそのまま求めることができるので、ウォー
ムを実際にウォームホィールと噛み合わせて使用すると
き、ウォームホィールの回転むらに与える影響を検知す
ることができ、ウォームの性能検査に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するための検査装置の斜視
図、 第２図は検査装置における制御ユニット、 第３図は本発明の検査方法の作動を示すフローチャー
ト、 第４図はウォームの検査装置の概略説明図、 第５図は玉挿入による従来のウォームの検査法の概略
図、 第６図は接触子による従来のウォームの検査法の概略
図、 第７図は従来のリード酔歩誤差の算出を示すグラフ、 第８図は従来のウォームの検査法におけるリード酔歩誤
差とピッチ円振れとの関係を示す説明図、 第９図は本発明のウォームの検査法を説明するための図
面、 第10図はねじ研削盤にて加工時のウォームの概略図、 第11図（ａ），（ｂ）は第７図の加工法で製作されたウ
ォームの歯直角断面、及び他の加工法で製作されたウォ
ームの歯直角断面を示す概略図である。 ２……理論ピッチ円、10,11……チャック、12……エン
コーダ、13,14……エアベアリング、15……ACサーボモ
ータ、16……歯面位置測定用のタッチセンサ、17……エ
アスライダ、18……ｚ軸ステージ、19……ｚ軸方向検知
用測長機、20……ACサーボモータ、21……ボールネジ、
22……定盤、23……レーザ測長機、24……メイン制御用
パソコン、Ａ……ウォームの歯直角断面の理論的形状、
Ｂ……被測定対象となるウォームの歯直角断面の形状、
C₁……リード酔歩誤差のみが発生しているウォームの歯
直角断面の形状、C₂……ピッチ円振れのみが発生してい
るウォームの歯直角断面の形状、ｅ……純粋なリード酔
歩誤差、θ……圧力角。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸に対する傾斜面を備える略山形形状をな
   して軸方向に沿って螺旋状に連続形成された螺旋状形状
   物の形状測定方法において、 前記傾斜面上の２点における軸方向及び軸方向に直交す
   る方向の座標と、隣り合った前記略山形形状間に位置す
   る底面の軸方向に直交する方向の座標とを測定し、 前記傾斜面上の２点の座標から得られた角度θと、前記
   底面の座標における特定の基準座標からの変化量とに基
   づいて、 ピッチ円振れ量＝前記変化量 リード酔歩誤差＝（前記特定の基準座標の軸方向に直交
   した座標）−（前記変化量）＊tanθ の演算によって、ピッチ円振れ量を除去したリード酔歩
   誤差を算出することを特徴とする螺旋状形状物の形状測
   定方法。
2. 【請求項２】前記螺旋状形状物はウォーム歯車であり、 前記特定の基準座標は理論ウォーム軸と理論ピッチ円と
   が交差する座標であることを特徴とする請求項１に記載
   の螺旋状形状物の形状測定方法。
3. 【請求項３】軸に対する傾斜面を備える略山形形状をな
   して軸方向に沿って螺旋状に連続形成された螺旋状形状
   物の加工システムにおいて、 前記傾斜面上の２点における軸方向及び軸方向に直交す
   る方向の座標と、隣り合った前記略山形形状間に位置す
   る底面の軸方向に直交する方向の座標とを測定し、 前記傾斜面上の２点の座標から得られた角度θと、前記
   底面の座標における特定の基準座標からの変化量とに基
   づいて、 ピッチ円振れ量＝前記変化量 リード酔歩誤差＝（前記特定の基準座標の軸方向に直交
   した座標）−（前記変化量）＊tanθ の演算によって、ピッチ円振れ量とリード酔歩誤差とを
   算出し、算出されたピッチ円振れ量とリード酔歩誤差と
   に基づいて加工条件を決めることを特徴とする螺旋状形
   状物の加工システム。
4. 【請求項４】ウォームの歯直角断面の歯形として、理論
   ウォーム軸と平行な歯底面，歯先面の歯形面と所定の圧
   力角を有する傾斜歯形面とを備えた台形状のウォームの
   ウォーム検査方法において、前記傾斜歯形面と理論ピッ
   チ円との交点位置ｕを検出し、且つ前記傾斜歯形面上の
   任意の一点の位置ｔを検出し、前記の二つの位置から圧
   力角を算出し、更に、前記理論ウォーム軸と平行な歯底
   面の位置を検出することにより、理論ピッチ円からの歯
   形面までの距離を測定して、ピッチ円振れ量を算出し、
   検出した傾斜歯形面と理論ピッチ円との交点位置ｕと、
   算出したピッチ円振れ量と圧力角とからリード酔歩誤差
   の値を導くことを特徴とするウォーム検査方法。