ボール溝の溝形状測定装置および溝形状測定方法

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【発明の名称】	ボール溝の溝形状測定装置および溝形状測定方法
【発明者】	【氏名】榎浩之
【要約】	【課題】本発明は、高い精度で、ボールとの接触をなすボール溝の溝幅両側の円弧形状を測定することができるボール溝の溝形状測定装置を提供する。【解決手段】本発明のボール溝の溝形状測定装置は、ワークのボール溝内の所定位置に、ボール溝４の溝幅より小さな測定子２３ａを、ボール溝４の内面に付勢されるように配置し、ボール溝４を横切る方向に該測定子２３ａを移動させ、このときのボール溝４の円弧形状にならってボール溝内外方向へ変位する測定子２３ａの軌跡からボール溝４の内面の円弧形状を算出することにより、ボール６と接触をなす円弧の中心を得て、高い精度で、ボール溝４の溝形状の測定が行えるようにした。

【特許請求の範囲】
【請求項１】ワークの周面に形成されたボール溝の内面形状を測定するボール溝の溝形状測定装置であって、前記ワークの周面へ向かい押し付けるように配置された、該ボール溝の溝幅より小さな測定子と、前記ボール溝を横切る方向へ前記測定子を移動させる移動手段と、前記ボール溝を横切るときのボール溝内外方向への前記測定子の変位を検出する検出器と、この検出器で検出された測定子の変位にしたがって前記ボール溝の内面の円弧形状を算出する演算部と、を具備してなることを特徴とするボール溝の溝形状測定装置。
【請求項２】請求項１に記載のボール溝の溝形状測定装置において、前記測定子による円弧形状の算出は、前記ボール溝の長さ方向の複数個所で行なわれることを特徴とするボール溝の溝形状測定装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載のボール溝の溝形状測定装置において、前記演算部が、前記ボール溝に組み合うボールが嵌まったときに相当する状態の該ボール中心位置を求める機能を有することを特徴とするボール溝の溝形状測定装置。
【請求項４】周面にボール溝が形成されたワークの周面に、前記ボール溝の溝幅より小さな測定子を押し付けるように配置した後、前記ボール溝を横切る方向に沿って該測定子を移動させ、このときのボール溝内外方向への測定子の軌跡にしたがって前記ボール溝の内面の円弧形状を算出することを特徴とするボール溝の溝形状測定方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、周面にボール溝が形成されたワーク、例えばベルト式ＣＶＴを構成するシーブ部品のボール溝の形状を測定するときに用いられる溝形状測定装置および溝形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の変速機には、プーリー径が可変可能な一対のプーリー（プライマリ側、セカンダリ側）間に環状のベルトを掛け渡して、プーリー径の変化により、無段階に変速比が変えられるようにしたベルト式ＣＶＴ（無段変速機）がある。
【０００３】ＣＶＴに用いられる両プーリーは、図８および図９に示されるように前面側に軸部１ａをもつ固定側シーブ１と、背面側にボス部２ａをもつ筒状の可動側シーブ２とをボールスプライン３を介して摺動可能に組合わせて、Ｖ溝形を構成してなる。
【０００４】こうしたＣＶＴのプーリーは、変速比の指令に追従して、スムーズにプーリー径が変化することが求められる。これには、ボールスプラインを構成するボール溝が関与する。
【０００５】ところで、ボールスプラインを構成する固定側シーブ１の軸部１ａの外周面に形成されているボール溝４、同じく可動側シーブ２のボス部２ａの内周面に形成されているボール溝５は、いずれも所定の仕様にしたがって楕円の円弧状に加工してある［図９（ｂ）に図示：ボール６と点接触させるため］。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ボールスプラインの性能の良否を見るためには、周面に形成されたボール溝４，５の形状を見ることがある。
【０００７】ところが、ボール溝４，５の溝幅両側（左右）の円弧形状は、複雑な曲面であるので、ボール６と接触をなす形状を測定することは難しく、簡単には良否が判定できない。
【０００８】特にＣＶＴのボール溝に関しては、特開平９－２１０６０６号公報のようなボール溝が配置されている角度間隔を測定する装置は有るものの、ボール溝の形状、特に平面方向の細かな断面形状の状態を測定するようにした装置は見られない。通常の形状を測定する装置には、例えば光学式の形状測定装置などがあるが、溝の内面形状のような奥まった部分の形状の測定する場合、光学式だと、誤差が発生しやすいので、ボール溝内面の円弧形状の測定には不適である。しかも、複雑になりやすい。
【０００９】本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、簡単、かつ高い精度で、ボール溝の溝幅両側の円弧形状を測定することができるボール溝の溝形状測定装置および溝形状測定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために請求項１に記載のボール溝の溝形状測定装置、請求項４に記載のボール溝の溝形状測定方法は、ボール溝が有るワークの周面に対して、ボール溝の溝幅より小さな測定子を、前記周面に対して押し付けるように配置し、同ボール溝を横切る方向に該測定子を移動させ、このときのボール溝の円弧形状にならってボール溝内外方向へ変位する測定子の軌跡からボール溝の内面の円弧形状を算出するようにしたことにある。
【００１１】これにより、直接、測定子で、ボール溝の円弧各部を、逐次、連続的に測定子で検出するので、高い精度で、ボール溝の両側の円弧形状が測定される。しかも、簡単である。
【００１２】請求項２に記載のボール溝の溝形状測定装置は、上記目的に加え、さらにボール溝の全長方向の形状測定が行えるよう、測定子による円弧形状の算出を、ボール溝の長さ方向の複数個所で行うようにしたことにある。
【００１３】請求項３に記載のボール溝の溝形状測定装置は、上記目的に加え、さらにボール溝に嵌まるボールとの組み合せ具合の測定が行えるよう、さらに演算部に、ボール溝に組み合うボールが嵌まったときに相当する状態の該ボール中心位置を求める機能を有するようにしたことにある。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図１ないし図７に示す一実施形態にもとづいて説明する。
【００１５】図１は、ワークであるＣＶＴのシーブ部品、例えば図８および図９中に示してある固定側シーブ１の軸部１ａ外周に３条（複数）形成してあるボール溝４の溝形状を測定する溝形状測定装置を示し、図中１０は同装置のベースである。ベース１０は、平面方向に延びている。
【００１６】このベース１０の右側上面には、ワークセット部１１が据え付けられている。このワークセット部１１は、例えば先端を上向きにしてベース１０の上面に取付けた固定側スピンドル１２と、このスピンドル１２の上方に先端を下向きにして配置された可動側スピンドル１３とを有している。このうち可動側スピンドル１３は、昇降台１４ａを介して、ベース１０の上面に立設してあるガイドポスト１４に昇降可能に支持されている。そして、これら固定側スピンドル１２と可動側スピンドル１３との間において、加工を終えた固定側シーブ１が、例えばプーリー壁１ｂが下側へ、軸部１ａが上側へ向く立位の姿勢で回転可能にセット（保持）してある。また昇降台１４ａには、可動側スピンドル１３を介して、固定側シーブ１を軸心回りに回転変位させるための回転装置、例えばモーター１５が、ワークの回転変位を検出するエンコーダー１６と共に据え付けてある。
【００１７】一方、ベース１０の左側上面には、固定側／可動側スピンドル１２，１３が有る部位と隣接した地点に、例えばＸ－Ｙテーブルといった電動駆動式の移動テーブル１０ａ（挿入手段に相当）が設けてある。この移動テーブル１０ａ上には、ガイドポスト１７が立設してある。このガイドポスト１７には昇降方向に移動可能な昇降台１８が取付けられている。この昇降台１８は、例えばガイドポスト１７に組み込まれた駆動源、例えばモーター１８ａによって昇降駆動されるようにしてある。この昇降台１８の前部には、固定側／可動側スピンドル１２，１３間へ突き出るよう、測定器２０が据え付けてある。この測定器２０の概略構成が図３に示されている。
【００１８】測定器２０は、昇降台１８の前部に取付いた本体部２１と、同本体部２１から固定側／可動側スピンドル１２，１３間へ突き出るように配置されたセンサー脱着部２２とを有している。このセンサー脱着部２２に対して、ボール溝４の溝幅より小さな測定子、例えばφ２のボール２３ａを先端に有する杆状のセンサーホルダ２３、やボール溝４と組み合うボール６に相当する外形を有する第２測定子、例えばφ６のボール２４ａを先端に有する杆状のセンサーホルダ２４が選択的に装着されるようにしてある。図中にはセンサーホルダ２３を装着した状態が示してある。具体的には、センサー脱着部２２により、先端のボール２３ａが前方、つまり固定側シーブ１の軸部１ａの外周面へ向かって突き出すようにセンサーホルダ２３を保持させてある。
【００１９】センサー脱着部２２は、例えば図示しない支持機構により、軸部１ａのボール溝４の深さ方向となるスラスト方向（図面中の左右方向）とボール溝４の溝幅方向となるラジアル方向（図面中の奥行方向）との２方向に変位可能に支持されている。このセンサー脱着部２２には、中継部材２５ａ，２６ａを介して、本体部２１内のラジアル方向に沿って延びる２種類の杆状の押圧子２５，２６が連結してある。このうち検知面２５ｂが上側、すなわちボール溝４の長さ方向に向く押圧子２５の近くには、縦向きにラジアル方向検出器２７が設置してある。そして、ラジアル方向検出器２７の先端に形成されている入力部２７ａは、検知面２５ｂに密接させてあり、センサーホルダ２３のボール２３ａから入力されるラジアル方向の変位がラジアル方向検出器２７から検出されるようにしてある。また検知面２６ｂが横方向、すなわちボール溝４の深さ方向に向く押圧子２６の近くには、横向きにスラスト方向検出器２８が設置してある。そして、スラスト方向検出器２８の先端に形成されている入力部２８ａは、検知面２６ｂに密接させてあり、センサーホルダ２３のボール２３ａから入力されるスラスト方向の変位がスラスト方向検出器２８から検出されるようにしてある。なお、中継部材２５ａには、センサーホルダ２３を所定位置に保つためのスプリング２９（弾性部材）が取付けられている。そして、例えばこのスプリング２９の弾性力を利用し、例えば移動テーブル１０ａの動きを用いて、センサーホルダ２３の先端、すなわちφ２のボール２３ａが、所定に固定側シーブ１の軸部１ａの外周面，ボール溝４の内面に押し付けられるようにしてある。また中継部材２５ａ，２６ａは、例えば本体部２１内に収めてある移動手段、例えば電動式のスライド装置２０ａにより、ボール溝４と直交する方向に沿って移動されるようにしてある。このスライド装置２０ａにより、軸部１ａの周面に所定に押し付けられたままボール２３ａが、ボール溝４を横切る方向へ、所定状態、つまり固定側シーブ１の軸心と平行な状態を保ちながら移動されるようにしてある。これで、ボール２３ａがボール溝４を横切るように動くと、ボール２３ａがボール溝４内へ進入し、続いて該ボール２３ａがボール溝４の断面（円弧）形状にならってボール溝４の内外方向へ変位するようになる。そして、このときのボール２３ａの変位が各検出器２７，２８で検出されることによって、ボール溝４の溝形状の認識に必要なラジアル方向とスラスト方向の２方向といった座標的な位置情報が得られるようにしてある。
【００２０】他方、図１中の３０は、例えばマイクロコンピュータを有して構成された演算機能を有するコントローラー（演算部に相当）である。このコントローラー３０には、溝形状測定装置の各部、すなわち、スライド装置２０ａ、ワークセット部１１のモーター１５、エンコーダー１６、移動テーブル１０ａ、昇降用のモーター１８ａ、測定器２０の各検出器２７，２８と、測定データを出力する測定結果出力部３２とが接続されている。またこのコントローラー３０には、以下のような機能が設定されている。
【００２１】ａ．φ２のボール２３ａを所定に軸部１ａの外周面に当接させたまま１回転させる機能。
【００２２】ｂ．同回転中、測定器２０から出力されるラジアル方向、スラスト方向の検出信号から、各ボール溝４の位置を割り出す機能。
【００２３】ｃ．割り出したボール溝４のあらかじめ指定された溝高さ位置にφ２のボール２３ａを位置決め、ボール溝４を横切る方向へ移動させる機能。
【００２４】ｄ．同横切り中、測定器２０から出力される位置情報（ラジアル方向、スラスト方向の検出信号）からボール溝４の断面をなす円弧を測定する機能。
【００２５】ｅ．同求めた円弧の軌跡に最小二乗法の演算処理を施す機能。
【００２６】ｆ．演算処理を終えた円弧の中心位置を求める機能。
【００２７】ｇ．求めた中心位置の円弧から、ボール６がボール溝４に嵌まったときに相当する該ボール６のボール中心位置を求める機能。
【００２８】ｈ．得られた測定データを出力する機能。
【００２９】またコントローラー３０には、例えば第１の自動測定ボタン３０ａ、第２の自動測定ボタン３０ｂを有する操作部３１が接続されている。さらにコントローラー３０には、自動測定ボタン３０ａが操作されると、φ２の測定子で、上記ａ～ｈの機能を用いて、ボール溝４のあらかじめ指定された複数個所の溝（断面）形状の測定が行い、自動測定ボタン３０ｂが操作されると、φ6の測定子２４で上記機能の用いて、３つのボール溝４がなす中心位置と溝以外の研削面との中心のずれなどの測定を行う設定がなされている。
【００３０】図４に示すフローチャートにもとづき溝形状測定装置の作用、測定方法について説明すれば、今、スピンドル１２，１３間に中心部を保持させたシーブ部品、例えば固定側シーブ１のボール溝４の溝形状を測定しようとする。
【００３１】このときには、まず、図１および図２に示されるようにφ２の測定子２３ａをセンサー脱着部２２に装着してから、自動測定ボタン３０ａを押す。すると、図４に示すフローチャートが始まる。
【００３２】すなわち、まず、ステップＳ１のように各ボール溝４の位置を割り出す工程が始まる。
【００３３】同工程は、まず、センサーホルダ２３のボール２３ａが、例えば移動テーブル１０ａにより、固定側シーブ１の軸部１ａに外周、例えばあらかじめ設定されたボール溝４のある地点へ導き、同地点で、固定側シーブ１の軸心（スピンドル１２，１３を結ぶ延長線）と向き合うよう、ボール２３ａの先端を所定に押し付ける。ついで、モーター１５により、固定側シーブ１を軸心回りに１回転させることで行なわれる。
【００３４】このとき、ボール２３ａは、固定側シーブ１の１回転中、ボール溝４が有る軸部１ａの外周面部分では落ち込む挙動を示し、それ以外のボール溝４が無い外周面部分ではそうした挙動が生じない。
【００３５】したがって、測定器２０の検出信号、さらにはエンコーダー１６の信号から、軸部１ａの円周上のどの地点にボール溝４があるのかが割り出される。
【００３６】この工程を終えると、ステップＳ２へ進み、あらかじめ指定された溝高さにおいてボール溝４の平面形状を測定する工程が始まる。
【００３７】同工程は、まず、図５および図６中の符号Ａに示されるように軸部１ａの外周面に押し付けたままボール２３ａを、あらかじめ指定された１つのボール溝４のうち、指定された地点の溝部分を挟んだ一方の縁部近くの外周面部分にボール２３ａを待機させる。ついで、電動式のスライド装置２０ａが作動して、ボール２３ａを図６中の符号Ｂ～Ｆに示されるようにボール溝４を横切るように移動させる。
【００３８】ここで、ボール２３ａは、図１および図２に示されるようにφ２というように、かなり溝幅より小さな外形を有しているので、図６中のＢ～Ｆに示されるようにボール溝４内に次第に進入する。そして、ボール２３ａは、ボール溝４を形成している円弧面の形状にならってボール溝内外方向へ変位しながら、ボール溝４を横切る。
【００３９】このときのボール２３ａのラジアル方向（溝幅方向）、スラスト方向（溝深さ方向）の変位がそれぞれラジアル方向検出器２７、スラスト方向検出器２８で検出され、両検出信号からボール溝４の円弧状の平面形状が得られる。
【００４０】ここで、ボール２３ａで得たボール溝４の溝幅方向両側の各円弧軌跡は、誤差があり、このままでは円弧の中心が求まらない。
【００４１】そこで、つぎのステップＳ３において、溝幅方向片側の円弧づつ最小二乗法の演算処理を施す。これにより、誤差のない円弧が算出され、ボール６と接触するボール溝４の両側の円弧形状がそれぞれ得られる。と共に同円弧から、例えば図６に示されるようなボール溝４の両側における円弧形状の中心位置Ｒ1，Ｒ2が求まる。
【００４２】これにより、１つのボール溝４の１地点における溝形状が測定される。
【００４３】またステップＳ３では、この求めた各中心位置Ｒ1，Ｒ2に対し、ボール溝４と組み合うボール４（φ6のボール）が入る（嵌まる）とした際の状態を演算で実施し、図７に示されるようにボール溝４と組み合うボール６の中心位置を算出する（固定シーブ１の軸心Ｏとボール溝４の溝幅中心とをむすぶ線Ｘと、ボール溝４の左右の接触位置Ｙ1，Ｙ2がなす角度θ1，θ2の交点）。
【００４４】こうした測定が、同一のボール溝４の複数箇所で行なわれ、ボール溝４の全長方向の形状測定が行われる（ステップＳ４）。
【００４５】このボール溝４の測定が、残る２つのボール溝４でも同様に行なわれる（ステップＳ５）。
【００４６】そして、測定後、測定結果出力部３２から測定データが出力され（ステップＳ６）、固定側シーブ１の軸部１ａに有るボール溝４の溝形状測定を終える。
【００４７】また中心位置のずれを測定するときは、φ２のボール２３ａをもつセンサーホルダ２３から、φ６のボール２４ａをもつセンサーホルダ２４に付け替えてから、自動測定ボタン３０ｂを押す。
【００４８】すると、φ６のボール２４ａが、あらかじめ指定されているボール溝４の地点に挿入されるとともに、固定側シーブ１が軸心回りに１回転する。そして、このときの測定器２０の検出信号から、３つのボール溝４がなす中心位置と溝以外の研削面との中心のずれが測定され、φ２の測定子２３ａのときと同様、測定データが出力される。むろん、φ６のボール２４ａを用いて、他の部分を測定するようにして構わない。
【００４９】上記したようなボール溝４に対して小径なボール２３ａ（測定子）を横切るように移動させてボール溝４の溝形状を測定する構造、方法は、直接、ボール溝４の円弧各部を、逐次、連続的にボール２３ａで検出するので、高い精度で、ボール６と接触をなすボール溝４の両側の円弧形状を測定することができる。特にボール２３ａをボール溝４に横切る方向に移動させるので、構造的にも方法的にも簡単である。
【００５０】しかも、求めた円弧形状を用いて、ボール６の中心位置を測定するので、ボール溝４に嵌まるボール６の組み合わせ具合も測定できる。
【００５１】そのうえ、同測定をボール溝４の長さ方向の複数箇所で行うようにしたので、ボール溝４の全長方向の形状測定もできる。
【００５２】なお、本発明では、固定側シーブ１のボール溝４、すなわち軸部１ａの外周面に形成されているボール溝４の溝形状を測定したが、これに限らず、図８および図９に示されるような可動側シーブ２のボール溝５、すなわちボス部２ａの内周面に形成されているボール溝５の溝形状を測定するようにしてもよい。この場合、例えば測定子となるボール２３ａ，２４ａを筒内に挿入可能とした形状に形成してあるセンサーホルダを用いればよい。
【００５３】また一実施形態で述べた各部の機器は、本発明に限定されるものではなく、「特許請求の範囲」に記載された範囲内で、種々変形可能である。例えば一実施形態では、φ２のボールを測定子として用いたが、これに限らず、φ３のボールでも構わない。むろん、一実施形態は、ＣＶＴのシーブ部品に有るボール溝の形状を測定するようにしたが、これ以外の部品の周面に形成されているボール溝の形状を測定するようにしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発明、請求項４に記載の発明によれば、直接、ボール溝の円弧各部を、逐次、連続的に測定子で検出して、ボール溝の円弧形状を測定するので、高い精度で、ボールと接触をなすボール溝の溝幅両側の円弧形状を測定することができる。しかも、測定子をボール溝に対して横切るように移動させるだけなので、簡単である。
【００５５】請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加え、ボール溝の全長方向の形状測定を行うことができるといった効果を奏する。
【００５６】請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加え、ボール溝に嵌まるボールとの組み合せ具合が測定できるといった効果を奏する。

【出願人】	【識別番号】０００００６２８６【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社
【出願日】	平成１１年１２月２０日（１９９９．１２．２０）
【代理人】	【識別番号】１０００５８４７９【弁理士】【氏名又は名称】鈴江武彦（外３名）
【公開番号】	特開２００１－１７４２０３（Ｐ２００１－１７４２０３Ａ）
【公開日】	平成１３年６月２９日（２００１．６．２９）
【出願番号】	特願平１１－３６１１９５