JPS587923B2 - ハグルマケンサホウホウトソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は歯車の性能、すなわちその歯車がマスター歯車
と噛み合ったときの回転の伝達精度と歯当りの大きさお
よび形状とを測定検査する方法と装置に関する。

従来、歯車精度は歯車のピッチ、歯形、歯すじ等歯車の
個別誤差を測定する方法が採用されて来た。

この方法に依れば例えばピッチの測定器はピッチだけを
測定すればよいが、得られた測定数値によって歯車の性
能を評価することは極めて困難であり、すなわち個別の
誤差がそれぞれ専用の測定器で測定されるがそれらの間
の関連が求めにくい不都合がある。

例えば測定された歯車曲線上のどの点でピッチが測られ
たかは明らかではなく、また一般には９０°おきの４個
所の歯形のみしか測定されていないので、その歯車の回
転伝達誤差を求めることは極めて困難である。

また隣接している歯形の相対的関係が求められていない
ので、例えば２対かみあい範囲において、２対の歯が正
しくかみあいに参加しているか否か、すなわち歯の当り
を検討することがむずかしい。

そこで、本発明の目的は歯車の性能が端的に求められる
ような新規な歯車の検査方法を提案すると共にそのよう
な検査を実施する歯車検査装置を提供することにある。

しかもこの本発明による歯車検査装置においては、ホプ
切りされた歯車の場合にも１つの歯だけが特に大きな誤
差をもつ場合もあり得るので被測定歯車の全歯を全自動
的に測定して測定時間の短縮と測定者の介入による誤差
を回避することができるのである。

以下、本発明を添付図面に基いて詳細に説明する。

先ずインボリュート歯形曲線を有した円筒歯車の軸直角
断面の歯車誤差について考察すると、第１図に示すよう
に基礎円Ｄｇ上から正しいピッチで基準インボリュート
曲線歯形を考えれば歯車Ｇの誤差はこの基準歯形からの
偏差、すなわち第１図に黒く示した部分としてあらわれ
る。

従って全ての歯のこの黒色部分を測定すれば歯車の誤差
が求められることになる。

いま歯形誤差のある歯形上の一点をＱとずれば、この点
はＱから基礎円Ｄｇにひいた接線の長さρと、原線ｏＸ
からこの接線の接点Ｒまでの角ξによってあらわすこと
ができる。

ＱＲと基準インボリュート歯形との交点をＱｏとしＱ。

Ｒ＝ρ。とすればＮ番目の歯の誤差ｆは次式で求められ
る。

ただしｒｇは基礎円半径、ｔｅは差線ピツチ、ξは原線
ｏＸよりｏＲまでの中心角である。

また第１図の下部に示すように誤差ｆの図示は起点Ｓが
らξまたはξ・ｒｇの距離の垂直線上に示すとすれば、
全部の歯の誤差が基準インボリュート歯形からの偏差と
して表現されており、このような表現法によれば全歯の
歯形誤差を一直線上に表示することができ、従って表示
された誤差曲線群の最も飛び出た線をむすんだものがこ
の歯車の噛合誤差をあらわすことになる。

また第１図の左方部分に示すように、この歯車の２対か
みあいの範囲では１つのξ′に対してｔｌ，ｄ’の２つ
の値が得られる。

ρ′−ρ“＞ｔｅであればρ′の歯のみがかみあいρ′
−ρ′＝ｔｅならば２対の歯が同時にかみあい、ρ′−
ｄ”＜ｔｅのときはρ′の歯がかみあいρ’の歯は当ら
ない。

このようにこの表現法によれば歯の当りの状態をも検討
することができる。

上記のような表現法による歯車の検査結果を得るための
本発明による歯車の検査装置とシステムとを以下に説明
する。

第２図より第４図に示す本発明による歯車の検査装置に
おいて、被測定歯車Ｇは両センタ１１，１３にて支持さ
れる。

この下方のセンタ１３を有した回転主軸１５は精密すべ
り軸受１７，１９により回転可能に保持され、その振れ
は１〔μｍ〕以内の微小量におさめられている。

回転主軸１５の下部にはウオームホイール２１が取り付
けられており、このウオームホイール２１は研削盤にて
精密に研削され、インボリュートウオーム２３と噛み合
いその回転伝達精度は数秒の高精度に維持されている。

さらにウオーム軸２３ａは１対のねじ歯車２５，２７（
歯数比：Ｚ１／Ｚ２）によって減速されてパルスモータ
２９によって回転されるので、パルスモータ２９に１パ
ルスが入力されると回転主軸１５は一定角度数秒の微小
角だけ回転する。

また回転主軸１５には磁気スケールを刻設した精密磁気
円板３１（例えば精度２”）が取付けられ、１回転に例
えば２１６０パルス分の磁気目盛があるので回転主軸１
５の回転によって回転角１０分毎に磁気ヘッド３２が磁
気目盛を読んで１パルスの電気的信号を発する。

この磁気円板３１からは腕３３が突出し、この腕３３は
被測定歯車Ｇのマンドレル３７に取付けられたドグ３５
と結合され、被測定歯車Ｇは回転主軸１５および磁気円
板３１と一体に正・逆回転が可能である。

すなわち、パルスモータ２９による正方向または逆方向
の駆動に応じて被測定歯車Ｇは回転主軸１５と一体に正
または逆方向に回転する。

さて、被測定歯車Ｇが回転すると、その回転する歯車に
接触してこれによって進められる測定子３９が測定台４
１上に滑動可能に載っている。

この測定子３９には直線磁気スケール４３が取り付けら
れ、その磁気スケール４３には例えばピッチ０．２（ｍ
ｍ）の磁気目盛が刻まれており、磁気ヘッド４５によつ
て検出される。

測定子３９が取り付けられている測定台座３９ａは図示
のようにＶ溝とベアリングボールとによって円滑にかつ
精度よく直線運動し、測定子３９と被測定歯車Ｇの歯車
とが接触するための測定圧力は測定子３９に掛る軽い重
錘（図示せず）の重量によって与えられている。

従って測定時には一つの歯の測定が歯元から歯先に至っ
て終了すると測定子は自動的に次の歯みぞに落ち込む。

また測定子３９が歯のピッチ点と接触する時の測定台座
３９ａの位置を求めるために測定台座３９ａには磁体４
７が固定されており、また測定台４１にマグネセンサ４
９が設置されている。

このマグネセンサ４９は測定台４１上で移動可能になっ
ている。

なお５０はウオーム軸２３ａの速度検出器である。

次に上述の構造を具えた本発明による歯車検査装置の全
体システムを第５図に基づき説明する。

被測定歯車Ｇの検査時には回転主軸１５０回転と測定子
３９の移動によって磁気円板３１と磁気スケール４３か
ら生ずるパルスはそれぞれデイテクタ５１，５２を経て
歯形誤差演算部５７に導かれる。

この歯形誤差演算部５７では被測定歯車Ｇ、すなわち主
軸１５が一定の角度（１０分）だけ回転する毎に測定子
３９が実際に移動した距離を計数し、予じめ、そのプリ
セットダイヤル（図示なし）に設定された正しいインボ
リュート歯形の場合の理論値との偏差を計算して歯形誤
差を求める。

従ってこの歯形誤差演算部５７は公知の演算回路等を用
いて形成できる。

この様な歯形誤差の測定を被測定歯車Ｇの全ての歯につ
いて順次自動的に行なうためにパルス発振器６５と接続
した主軸回転制御部６７において、回転主軸が所定の正
転（歯形測定時）・逆転（次に測定すべき隣りの歯面を
測定開始位置にもどす）を繰返すために必要な数のパル
スを作り出してパルスモータ駆動回路６９に供給する。

一つの歯形を測定するのに要する主軸の回転角（正転）
θｐは被測定歯車Ｇによって異なり、次式のようになる
。

θｐ＝ｃｏｓ−１（Ｚｃｏｓα０／Ｚ＋２）但しＺ、α
。

は被測定歯車Ｇの歯数と圧力角である。

しかし、前述したように一歯の測定終了後に測定子３９
が自動的に次の歯溝に入るためには実際の回転主軸１５
の正転角ψｐは上記のθｐより少し大きくとる必要があ
る。

また主軸回転制御部６７の制御回路を簡単にすることも
考慮して正転角ψｐの設定値として次の近代式を用いる
のが実際的である。

ψｐ＝２０°＋｛３６０°／（Ｚ＋Ｓ））一方、被測定
歯車ＧにおけるＮ歯面の歯の測定開始位置φＮはψＮ＝
（３６０°／Ｚ）ｘＮであるから回転主軸１５０回転運
動は第６図のようになる。

ここで特に考慮すべきこととして、主軸の停止位置（正
→逆あるいは逆→正に移る時）が、かならず、磁気円板
３１のパルスの生じる位置から、一定の角度（６４秒）
だけ離れた位置となるようにし、主軸回転のスタート時
、ストップ時に不安定な磁気スケールパルスを生じない
ようにしている。

したがって、実際の主軸１５の回転は上式の値より若干
オーバーランすることになるが、その値は小さく、何ら
さしつかえない。

以上の回転制御は、磁気円板３１からのパルスを主軸回
転制御部６７にフィードバックした閉ループ制御とパル
スモータのみを用いる閉ループ制御の混合方式で行なわ
れている。

さらに、本検査装置は上記のような歯形測定を行なうと
同時に被測定歯車Ｇのピッチ誤差をも測定している。

まず、割出しパルス発生部６１では回転主軸１５の磁気
円板３１から生じる正転および逆転パルスを可逆カウン
タ（図示なし）で計数して、ピッチ原点（被測定歯車Ｇ
のＯ番目の歯の歯形測定時に、測定子３９がピッチ点付
近に達して、マグネセンサ４９からピッチ点パルスが発
生した時の回転主軸１５の位置）から正確にＨＮ＝（３
６０°／Ｚ）・Ｎなる位置においてパルスを発生する。

この割り出しパルスとマグネセンサ４９によるピッチ点
パルスの相対偏倚がピッチ誤差によるものである。

第７図はこれらの関係を示したもので、相対偏倚量を基
礎円接線上の変位で表わすために、磁気スケール４３の
デテクタ５３からの出力ハルス（１μ／１パルス）ヲピ
ッチ誤差演算部５９で計数している。

さて、第１図に基いて既述した歯車の精度表現法による
誤差曲線を得るために、上述の被測定歯車Ｇに関する歯
形誤差とピッチ誤差のデータは連続誤差曲線合成部６３
で処理される。

第８図はこの連続誤差曲線合成部６３のブロック図であ
る。

いま、Ｎ番目の歯形測定が開始されると、その歯形誤差
データ（２進７ビット＋符号ビット）は二つのメモリー
の一方、例えばＲＡＭ−１に順次記憶される。

メモリーアドレスは、磁気円板３１のパルスをアドレス
カウンタ７３で計数して指定しマグネセンサ４９からピ
ッチ点パルスが生じた時点のアドレスｐをラッチ７４ａ
に記憶する。

歯形誤差終了後の逆転中にメモリＲＡＭ−１のアドレス
ｐのデータＸ■を読み出し、８ビツトＪｎ算ａ７６の入
力Ａとし、ピッチ誤差εＮを加算器７６の入力Ｂに入れ
て演算し、その結果Σ一ｘｐＮ−εＮをラッチ７４ｂに
記憶する。

更に被測定歯車Ｇの（Ｎ＋１）番目の歯の測定が開始さ
れると、そのデータはメモリＲＡＭ−２の方に記憶され
る。

同時にメモリＲＡＭ−１のデータは順次読出され、加算
器７６の入力Ａのデータとなる。

一方、入力Ｂはラッチ７４Ｂに接続されているので、演
算出力はΣびーｘｉ Ｎ− （ ｘｐＮ〜εＮ）となる
。

但し、ｉはメモリーアドレスを示す。

このようにして、Ｎ＋１番目の歯面の測定中にＮ番目の
歯のデータ処理の結果が、回転主軸１５の回転に同期し
てアウトプットされる。

これらの結果が全歯について得られた誤差曲線群は、Ｎ
＝０番目の歯のピッチ点を通る基準インボリュート歯形
からの偏差として表わされる。

出力はデイジタル量のままプリンタ７ｌｂでプリントア
ウトできる外、Ｄ−Ａ変換器７７を通して、主軸１５０
回転と同期して動くチャート７１ａ上にペン書きされる
。

次に本発明による歯車の検査装置を用いて測定を行った
測定結果の例を第９Ａ〜第９Ｊ図に示す。

第９Ａ、第９Ｂ図はホプ盤によって歯切加工された２つ
の被測定歯車の誤差を示しており、両図を比較するとほ
ぼ同様の傾向を示していることがわかる。

第９Ｃ図は第９Ａ図、第９Ｂ図に示す誤差曲線の最高点
を連らねて求めた歯車の回転伝達誤差を示す曲線である
。

第９Ｄ図、第９Ｅ図は他のホブ盤で歯切加工した被測定
歯車の例であり、第９Ｆ図、第９Ｇ図は更に別のホブ盤
で歯切加工した被測定歯車の測定例である。

第９Ｈ図は歯車形削盤で歯切加工した歯車の測定例、第
９１図、第９Ｊ図は歯車研削盤で加工した歯車の測定例
である。

これらの図を参照すると、第９Ａ、第９Ｂの測定結果は
ホブ切りの典型的歯形を示し、１回転について歯数に等
しい回転変動を生じている。

第９Ｄ図の歯車においては圧力角誤差（＋４’）があり
１５×歯数の変動を示している。

第９Ｆ図に示す歯車には大きな圧力角変動（−１４’）
があり、ホプ切りの凹凸が重畳している。

第９Ｈ図に示す歯車はピッチ誤差が大きく、１回転につ
いて歯数に等しい変動が認められる。

第９１図の歯車はラック形工具の歯車形削盤によるもの
であるが、極めて小さな圧力角誤差（＋３’）が認めら
れるのみで歯形は良好であり、回転の変動もすくない。

第９Ｊ図の歯車は他の歯車研削盤によるはすば歯車であ
りわずかな圧力角誤差があるだけで歯形もよい。

ただし振幅２０μｍの誤差がある。第１０図は本発明に
よる歯車の検査装置によって測定した隣接する２歯の歯
形誤差の測定例を示している。

第１０図を参照すると、Ａ，Ｂ，Ｆ，Ｇ歯車ではほぼ全
面的な歯当りが予想できるが、Ｃ歯車では歯末の面が遊
び、Ｄ，Ｅ歯車では逆に歯末の面の歯当りが強く表れ、
いずれも２対のかみあいが達せられないことがわかる。

以上の測定例からも了解できるように本発明によれば歯
車の検査の検査に当って測定結果のグラフまたはデータ
から被測定歯車Ｇの回転伝達誤差と歯の当りを容易に考
察できるのでその歯車の性能を容易に評価することがで
きる。

また、本発明によれば磁気円板や磁気スケールから発す
るパルス信号を処理することによって歯車の検査の全自
動化が可能になるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る歯車の精度表現法を解説する図、
第２図は本発明による歯車の検査装置の正面図、第３図
は第２図の■−■線に沿って見た平面図、第４Ａ、第４
Ｂ図は第２，３図に示した装置における測定子の動作に
関連する部分を取り出し図示した正面図と側面図、第５
図は本発明による歯車の検査装置のシステムを示すブロ
ック図第６図は回転主軸の回転制御を解説する図、第７
図はピッチ誤差検出のタイムチャート、第８図は第５図
のシステムにおける連続誤差曲線合成部の構成例を示す
ブロック図、第９Ａ〜第９Ｊ図は本発明による歯車の検
査装置によって測定した測定例を示すグラフ、第１０図
は同じく本発明による歯車の検査装置によって隣接する
２歯の歯形誤差を測定した測定例を示すグラフである。 尚、図中Ｇ……被測定歯車、１５……回転主軸、２１…
…ウオームホイール、２３……ウオーム、２９……パル
スモータ、３１……磁気円板、３３……磁気ヘッド、３
９……測定子、４３……直線磁気スケール、４５……磁
気ヘッド、４７……磁体、４９……磁気ヘッド、５７…
…歯形誤差演算部、５９……ピッチ誤差演算部、６１…
…割出しパルス発生部、６３……連続誤差曲線合成部、
６７……主軸回転制御部、６９……パルスモータ駆動回
路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 歯車の検査方法において、被測定歯車の各歯の歯形
   と基準歯形との歯形誤差を測定し、同時に上記被測定歯
   車のピッチ誤差をピッチ点において測定し、次いで各被
   測定歯の歯形面上の各点における歯形誤差値と該歯形面
   上のピッチ点における歯形誤差との偏差にピッチ誤差値
   を加算することによって所定の被測定歯のピッチ点を通
   る基準歯形に対する上記各被測定歯の歯形誤差を算出し
   、その算出結果を記録紙上に連続記録して歯車伝達誤差
   を読み取るようにしたことを特徴とする歯車の検査法。 ２ 精密磁気目盛を刻設した磁気円板が固定されている
   回転主軸上にこの回転主軸と共に回転するように被測定
   歯車を取付けることによって該被測定歯車の回転角を上
   記磁気円板からのパルス数によって取り出し、また上記
   被測定歯車の歯形面に接触し該被測定歯車の回転に応じ
   て測定台上を直線運動する測定子と該測定子に結合して
   一体に直線運動をしかつ精密磁気目盛が刻設された直線
   スケールとを設けて上記測定子の直線運動量を上記直線
   スケールからのパルス数によって取り出し、同時に上記
   被測定歯車の歯形面上のピッチ点に上記測定子が接触す
   るとき上記測定台における該測定子の通過位置を検知し
   てパルスを発生するピッチ点検知装置を設け、以って上
   記被測定歯車の各歯の歯形誤差とピッチ点におけるピッ
   チ誤差を同時に演算々出するように構成したことを特徴
   とする歯車検査装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の歯車検査装置において
   、上記回転主軸を可逆パルスモータ装置を用いて駆動す
   ることによって該回転主軸の正逆回転をパルス制御する
   ことを特徴とする歯車検査装置。