JPH021243B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、歯車の歯当り判別方法に関する。

一般に、歯車の製造工程は厳密に管理されてい
るが、焼入れ条件等の微妙な相異等々によつてロ
ツトごとバラツキがあり、製造された歯車は、ロ
ツドト単位で検査し、判別する必要がある。

とくに、高速駆動される歯車の噛合いでは、歯
当り面の管理が完全でないと、破損等を生ずるの
みならず、騒音が発生する問題がある。

従来、歯車の当り面は、ペンキ等を塗布した基
準歯車（ギヤテスタ）を検査すべき歯車に噛合
せ、ペンキ等の付着度合を目視することにより検
査する方法が一般に行なわれている。

しかしながら、この方法は、基準歯車の精度、
ペンキの濃淡等により歯当りが微妙に変化するた
め、充分正確な精度が得られない問題があつた。

本出願人は、かかる従来の問題を解決すべく、
「歯面上に規則的に多数の測定点を定めて理論歯
形に対する各測定点の高さを検出し、それら高さ
のうち、最高点を基準にして所定の高さの範囲に
入る測定点の数を計数し、全測定点数に対する上
記測定点数の割合が所定値以上であるか否かを判
別することを特徴とする歯車の歯当り判別方法。」
を既に提案し、歯車の歯当りのコンピユータによ
つて正確に判別する道をひらいた。

本発明は、かかる歯車の歯当り判別方法を応用
して、歯車の良否を、まず、理論歯形の歯面に対
する各測定点の相対高さが所定の範囲にある測定
点の全測定点に対する割合によつて一次的に判定
し、不合格の歯車については、不合格の歯車どう
しの組合わせを考え、実際に噛合わせるべき２つ
の歯車の歯面相互の歯合い状態を問題とし、噛合
わせるべき２つの歯車の各々の歯面形状を、歯面
が有すべき理論歯形と多数の測定点について比較
して理論歯形の歯面に対する相対高さとして求め
たうえで、相対応する測定点ごとに、互いに噛合
う歯面間の相対距離を求め、相対移動が予め設定
した距離範囲内にある測定点どうしの組合わせの
数を算出し、その組合わせの数が測定点どうしで
全ての組合わせ数に対してどの程度の割合にある
かを求め、その割合に基づいて噛合状態における
歯当りを判別し、割合が高ければ、噛合いが良好
である歯車の組合わせを判定し、かかる組合わせ
で使用するという意味で、２次的な合格品とする
ようにしたことを基本的な特徴とする歯車の歯当
り判別方法を提供することを目的としている。

即ち、本発明は、歯車の歯当り面の良否を、ま
ず一次的に判定したうえで、一次の判定で不合格
の歯車であつても二次的な良否判定に合格した歯
車は、噛合い状態の良好な相手歯車と組合わせて
使用するという条件で、これを合格品とし、歯車
の歩留りを大巾に向上させんとするものである。

本発明は係る第２の判別方法は、歯車相互の噛
合い性判断に先立つて、歯車の最も標準的な歯面
を選定すべく予備測定を行うものであつて、予備
測定によつて選定した歯面について、その良否並
びに相手歯車と噛合せの良否を判定するものであ
る。

かかる意味で、本願に係る第２の発明は、第１
の発明を要部とする発明である。

したがつて、第２の発明方法を用いれば、選定
した歯車について、その歯当り面の良否並びに相
手歯車との噛合い性の良否を判断できるので、多
数の歯車の断面をいちいち測定せずとも、必要な
判断精度を確保することができ、それだけ歯当り
面判別の簡略化、能率化を図ることができる。

上記本願発明は、とくに騒音が問題となる変速
機用歯車等の自動車用歯車に有利に適用すること
ができるが、これに限定されるものではない。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明をよ
り具体的に説明する。

第１図および第２図において、１は検査すべき
平歯車、２は平歯車１の半径方向内向きに伸びて
歯形に先端が接触する検出端子である。

上記平歯車１は、その内径部を貫通した軸３に
同軸に支持し、軸３は軸方向に対向した芯出軸
４，５間に芯出しして挾持し、一方の芯出軸５の
軸端に同軸に固定した駆動ギヤ６をパルスモータ
７でギヤ駆動することにより、平歯車１を一定の
微小ピツチで回転させることができるようにして
いる。平歯車１の回転角θは、芯出軸５の途中に
同軸に固定した基準円板８に対して設けたロータ
リエンコーダ９により、デイジタルパルスとして
検出する。

一方、上記検出端子２は、第１図に示すＸ方向
送り機構１０と、第２図に示すＹ方向送り機構２
０とを実際には組合わせて互いに相直交するＸ−
Ｙ両方向に検出端子２を一定の微小ピツチで夫々
変位させることができるＸ−Ｙ移動機構（具体的
には図示せず）にデテクタ３０を介して支持す
る。

Ｘ、Ｙ方向送り機構１０，２０は、互いに相直
交するねじ軸１１，２１を各々パルスモータ１
２，２２で駆動することにより、検出端子２の支
持体４０を夫々Ｘ方向、Ｙ方向に独立に移動させ
ることができるようにしたものである。

検出端子２のＸ方向の移動量ｘ、より具体的に
は、第１図に示すように、検出端子２の先端を基
礎円Op上に位置させた基準点Ｑにおいて基礎円
Opに対して引いた接線Ｔに平行な方向の移動量
ｘは、上記支持体４０に設けたＸ方向のロツド４
１に対して設けたリニアエンコーダ１３によりデ
イジタルパルスとして検出する。また、検出端子
２のＹ方向の移動量ｙ、換言すれば、平歯車１の
軸に平行な方向の移動量ｙは、第２図に示すよう
に、支持体４０に設けたＹ方向のロツド４３に対
して設けたリニアエンコーダ２３によりデイジタ
ルパルスとして検出する。

なお、上記デテクタ３０は、検出端子２の基部
を、検出端子２の先端が歯面に接触するように、
付勢して支持し、検出端子２の振れ量（振れ角）
をアナログ信号として出力し、これにより検出端
子２の先端の実位置を検出しうるようにしてい
る。

実際の測定に際しては、例えば軸直角歯形を測
定する場合、歯車回転用のパルスモータ７および
Ｘ方向送り用パルスモータ１２を制御装置５１に
より同期駆動し、平歯車１は第１図の時計廻りに
所定ピツチで駆動する一方、検出端子２をＸ方向
にピツチ駆動する。そして、平歯車１の回転角θ
はロータリエンコーダ９の出力をカウンタ５２で
計数することにより検出し、インターフエース６
０を介してコンピユータ６１に計数信号を入力す
る。また、Ｘ方向の移動量ｘは、リニアエンコー
ダ１３のデイジタルパルスをカウンタ５３で計数
することにより検出し、インターフエース６０を
介してコンピユータ６１に計数信号を入力する。
なお、理論歯形に対しては、Ｘ方向の移動量ｘ
と、回転角θとの関係は、基礎円Opの半径をＲ
として、ｘ＝Ｒ・θで与えられる。

一方、検出端子２の先端の実位置は、デテクタ
３０からのアナログ信号をＡ／Ｄコンバータ５４
でデイジタル信号に変換したうえで、インターフ
エース６０を介してコンピユータ６１に入力す
る。

なお、図中、５５はＹ方向のリニアエンコーダ
２３に対するカウンタ、６２，６３はコンピユー
タ６１の出力装置としてのプリンタ、XYプロツ
タである。

次に、上記歯形測定装置を用いた歯当り判別方
法について説明する。

() 測定歯面の選出（予備測定） (a) 歯車の抜取 まず、各ロツトの歯車から任意に１つの歯
車を抜取る。

(b) 歯の選出 抜取つた各ロツトの歯車は、例えば、第３
図に示すように、90゜毎に計４個の歯を選出
する。

(c) 予備測定 選出した歯の各々は、第４図に示すよう
に、歯車１の基礎円Opと歯面との交換Ａ上
に等間隔に設定した測定点a₁，…，a_nおよび
歯面の噛合い中中心線Ｂ上に等間隔に設定し
た測定点b₁，…，b_oについて、検出端子２の
先端位置を測定する。

これら各測定点の測定データは、コンピユ
ータ６１に入力され、各測定点における理論
歯形の歯面の高さを演算したうえで、各測定
点における理論歯形と比較し理論歯形の歯面
に対する各測定点における相対出入り高さｈ
（a₁），…，ｈ（a_n），ｈ（b₁），…ｈ（b_o）を算
出する。

このようにして得た各測定点の理論歯形の
歯面に対する相対出入り高さは、上記交線Ａ
上の測定点a₁，…，a_n、噛合い中心線Ｂ上の
測定点b₁，…，b_oごとにその平均高さを求め
る。

(d) 測定歯面の設定 上記(b)で選出した計４個の歯面について、
予備測定を行つて求めた平均高さに対し、最
も近似した測定点高さを有する歯面を、平均
自乗誤差等の適当な手法で求め、その歯面を
本測定用歯車として設定する。

() 第一次判定 (a) 測定点の設定 本測定に際しては、第５図に示すように、
歯面を、上記基礎円と歯面との交線Ａに平行
で等ピツチの直線群と、歯面の噛合い中心線
Ｂに等ピツチで平行な曲線群とで形成された
格子の各格子点Cij（ｉ＝１、…、ｍ；ｊ＝
１、…、ｎ）を測定点として設定し、計ｍ×
ｎ点の測定点Cijについて検出端子２をＸ方
向、Ｙ方向に規則的に移動させて、上記した
如く、測定を行う。

(b) 各測定点における相対高さの算定 Ｘ方向、Ｙ方向の直線変位により、各測定
点Cijの位置ごとについて得たデータは、前
述と同様コンピユータ６１により、各測定点
Cijにおける理論歯形と比較し、各測定点Cij
の実際の出入り高さと理論歯形の対応する高
さとの差即ち相対高さhijを、第６図ａに示
すように、算出する。

(c) 当り面の算定 第６図ｂに示すように、第６図ａで得た相
対高さhijは、そのうちの最高点hmaxを基準
として、最高点hmaxに対する高さ△hij＝
hmax−hijとして正規化する。

そのうえで、一定の基準値△ｈを設定し、
各測定点Cijの高さ△hijより△ｈより小さ
い、換言すれば、最高点の高さhmaxから△
ｈの範囲内にある測定点の数ｐを求める。こ
のようにして求めた測定点の数ｐと測定点の
総数Ｎ＝ｎ×ｍとの比ｒは、歯の当り面のう
ち、実際の噛合いにおいて実際に当る面積と
の歯の当り面の総面積との面積比に対応する
ものと考えられ、これを実際の当り面として
推定する。

(d) 歯面の良否の判定 上記(c)で求めた測定点数ｐ測定点の総数Ｎ
との比ｒ（（ｐ／Ｎ）×100％）に対しては、予
め設定した基準比r₀（例えば、60％）と比較
し、基準比r₀を越えていれば、合格品とし、
それ以下では一応不良品と判定する。なお、
上記測定した歯車と噛合う他歯車について
も、前記と同様の測定を行なう。

() 第二次判定（噛合い性判断） (a) 第二次判定の原理 第二次判定は、第一次判定に用いた測定点
ごとの出入り高さをすべて有する測定データ
を用い、第一次判定において不合格品とされ
た歯車について、同じく不合格品とされた噛
合いの相手歯車との噛合い性の良否を判定す
る。

いま、互いに噛合わせるべき一方の歯車を
Ｆ糸列の歯車、相手歯車をＧ系列の歯車とし
て、第７図に示すように、例えば、Ｆ系列の
歯車F₁、F₂の当り面f₁、f₂、Ｇ系列の歯車
G₁、G₂の当り面g₁、g₂が、第一次判定にお
いて不合格品として得られたとする。

そこで、これらＦ系列の歯車F₁、F₂とＧ
系列の歯車G₁、G₂の組合わせを考えると、
第７図右欄に示すように、計４組の組合わせ
（F₁、G₁）、（F₁、G₂）、（F₂、G₁）、（F₂、G₂）
について、噛合い面f₁・g₁、f₁・g₂、f₂・g₁、
f₂・g₂が夫々得られる。

すなわち、一次判定に用いた各歯車の当り
面の多数の測定点Cijは、噛合う歯車間で実
際には全体としてインボリユート歯形となつ
て噛合進行し相手歯車との間で対面位置関係
が定まることになる。

したがつて、噛合う対の歯車の歯面の全測
定点データをインボリユーム歯面（曲面）を
展開して対面させ、対応する測定点の出入り
高さを基に相対距離を演算して求めることが
でき、これら相対距離の全データのうち、最
短距離の値を基に所定の距離の範囲に入る測
定点どうしの組合せの数を計数し、測定点の
全組合わせに対する所定の距離に入る組合せ
の割合を求める（詳細は次項に後述する）。

このようにして得られた歯面の総面積に対
する面積の割が、所定値以上であるもの、第
７図においては、（F₁、G₁）、（F₂、G₂）の組
合わせを合格品とし、残りの組合わせ（F₁、
G₂）、（F₂、G₁）を不合格品とする。

なお、不合格になつたＦ系列の歯車群とＧ
系列の歯車群とをいろいろ組合わせた場合、
一般的には歯当り面の割合が増加する組合わ
せが多いといえるが、逆に減少する組合わせ
もある。また、いろいろの組合わせの中で
は、合格する組合わせが多く得られるよう
に、合格する組合わせに汎用性がないものか
ら選出することが好ましい。例えば、いま
G₁〜G₅の歯車に対して、Fm、Fnの歯車を
組合わせるとき、Fmは全ての組合わせが
OK、FnはG₁とのみOKのときは（Fn、G₁）
を組合わせ、汎用性のあるFmは、さらに組
合わせがクリテイカルなものが来ることを考
え適宜ストツクしておく。

(b) 噛合い性の良否の判断 噛合い性の良否の判断は、より具体的に
は、以下の通りに行う。

まず、第８図に示すように、Ｆ系列、Ｇ系
列の歯車どうし（例えばG₁とF₁）の歯面デ
ータを理論歯形の歯面を展開して平行に、か
つ、任意に定めた距離l₀をへだてて対面さ
せ、両歯面の測定点Cij，C′ijにおける出入り
高さhij，h′ijから対応する測定点どうしの全
ての組合わせについて相対距離δij（＝l₀−hij
−h′ij）を演算により求める。

そして、求めた全ての相対距離δigの中か
らその最小値即ち最短距離δを求める。

そのうえで、条件 δ≦δij≦δ＋△ を満足するδijの数ｋを求める。なお、△は
噛合当り面の範囲を決めるため、予め与えた
数であり、自動車用歯車の場合には、２（μ）
とするのが最適である。

上記条件を満たすδijの数ｋ、換言すれば、
相対応する測定点の組合わせCij，C′ijの数ｋ
は、これを相対応する測定点の全組合わせ数
Ｎ（Ｎ＝ｍ×ｎ）と比較し、その比ｑ（ｑ＝
ｋ／Ｎ）が予め設定した所定値αに等しい
か、それより大きい場合には、これを噛合い
“良好”とし、所定値αより小さい場合には、
これを噛合い“不良”と判定する。

なお、上記の判定基準としたΔ、αは、歯
車の材質、使用目的に応じて、種々に設定し
うるが、例えば、自動車用、とくに変速機に
使用する場合には、Δ＝2μ、α＝50％を基
準とすることが好ましい。

以上の実施例においては、平歯車について
その歯当り面の判別方法について説明した
が、本発明方法は平歯車に限られるものでは
なく、種々の歯車の歯当りの管理に適用しう
ることはいうまでもない。

また、上記実施例では、１本の検出端子を
用いた場合について説明したが、検出端子を
複数本として、一度に複数の測定点について
測定を行なえるようにしてもよい。

なお、測定点の密度は、密度を高めれば高
めるほど、より正しい歯当りの管理が行える
が、測定時間、測定精度等との相互関係で、
使用目的に応じて最適に設定することができ
る。

以上詳細に説明したことから明らかなように、
本発明は、歯車の歯面を基準歯形と比較して、歯
面の良否を、歯車それ自体について判定する第一
次判定と、第一次判定において不合格とされた歯
車および相手歯車を噛合せた場合の噛合い性の良
否を判定する第二次判定とを行うようにした歯車
の歯当り判別方法を提供するものである。

本発明に係る判別方法によれば、歯面の測定に
基づいた判別精度の向上は勿論のこと、歯車単体
だけを対象とした第１次判定により、その判定に
要する時間、労力等を大幅に削減し、作業効率を
実用上大きく向上させることができ、また、この
第１次判定により不合格となつた歯車のみを対象
に、同様に不合格となつた噛合うべき相手歯車と
の関係において第２次判定を行ない、歯面の素性
に応じて歯車相互の組合せでもつて良品として救
済し、歯車の歩留りを大幅に向上させることがで
き、結果として、作業効率の向上と歯車の歩留り
の向上とを両立させる優れた効果を得ることがで
きる。

なお、第２次判定においては、第１次判定に用
いた測定点データをそのまま利用することができ
ることになり、極て効率的である。

また、本願に係る第２の発明は、上記第１の発
明方法を実施するに先立つて、予備測定を行い、
予備測定で検査すべき歯面を設定し、その後に、
その歯面について、第１の発明方法を実施し、そ
の歯車、ひいてはロツトの良否を判定するように
したことを特徴とするものであつて、１つの歯車
の標準の歯面を設定するようにしているため、複
数の歯面について歯当りの測定を行うことなし
に、高い確率で歯車の歯当り判別を効率よく行う
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に用いる測定装置の軸方向
の正面概略説明図、第２図は上記測定装置の平面
概略説明図、第３図は歯車の選出歯面を示す正面
説明図、第４図は予備測定点を示す歯の斜視図、
第５図は本測定の測定点を示す歯の斜視図、第６
図ａ，ｂは、一つの直線上での理論歯形に対する
相対高さ、最高点に対する高さの分布を夫々示す
説明図、第７図は第二次判定における組合せの例
を示す説明図、第８図は第二次判定の原理を示す
説明図である。 １……歯車、２……検出端子、Cij，C′ij……歯
面上の測定点、hij，h′ij……理論歯形に対する測
定点の高さ、△ｈ……基準値、△……範囲の判定
についての基準値、α……割合の判定についての
基準値。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 噛合う歯車のそれぞれについて、歯面上に規
   則的に多数の測定点を定めて理論歯形の歯面に対
   する各測定点の出入り高さを検出するステツプ
   と、それら高さのうち、最高点を基準にして所定
   の高さの範囲に入る測定点の数を計数するステツ
   プと、全測定点数に対する上記測定点数の割合を
   求めるステツプとを順次行ない、その後、割合の
   低い噛合うべき歯車どうしを対象に、噛合う上で
   相対応する上記多数の測定点どうしの出入り高さ
   を基に相対距離を演算して求めるステツプと、該
   相対距離中の最短距離の値を基準にして所定の距
   離の範囲に入る測定点どうしの組合わせの数を計
   数するステツプと、測定点の全組合わせに対する
   上記組合わせの割合を求めるステツプとを順次行
   ない、上記割合に基づいて噛合状態における歯当
   りを判別することを特徴とする歯車の歯当り判別
   方法。 ２ 測定点を歯面の縦横方向において各々等間隔
   となるように設定したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の歯車の歯当り判別方法。 ３ 歯車を自動車用歯車とし、上記所定の高さお
   よび所定の距離を2μとしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の歯車の歯当り判別方
   法。 ４ 噛合う２つの歯車について、それぞれ、まず
   任意の複数の歯面を予備測定歯面として、各予備
   測定歯面について規則的に複数の測定点を定めて
   理論歯形の歯面に対する各測定点の出入り高さを
   検出するステツプと、これら測定点における平均
   高さを計算するステツプと、計算した平均高さに
   近似した高さを有する測定点が所定数以上である
   歯面を検出して測定歯面とするステツプと、該測
   定歯面上に規則的に多数の測定点を定めて理論歯
   形の歯面に対する各測定点の出入り高さを検出す
   るステツプと、それらの高さのうち、最高点を基
   準にして所定の高さの範囲に入る測定点の数を計
   数するステツプと、全測定点数に対する上記測定
   点数の割合を求めるステツプとを順次行ない、そ
   の後、割合の低い噛合うべき歯車を対象に、噛合
   う上で相対応する多数の測定点どうしの出入り高
   さを基に相対距離を演算して求めるステツプと、
   該相対距離中の最短距離の値を基準にして所定の
   距離の範囲に入る測定点どうしの組合わせの数を
   計数するステツプと、測定点の全組合わせに対す
   る上記組合わせの割合を求めるステツプとを順次
   行ない、上記割合に基づいて噛合状態における歯
   当りを判別することを特徴とする歯車の歯当り判
   別方法。 ５ 測定点を歯車の縦横方法において各々等間隔
   となるように設定したことを特徴とする特許請求
   の範囲第４項記載の歯車の歯当り判別方法。 ６ 歯車を自動車用歯車とし、上記所定の高さお
   よび所定の距離を2μとしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第５項記載の歯車の歯当り判別方
   法。