JP2005098752A - ブローチの形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブローチの形状及び位置精度を定量的に測定する。
【解決手段】形状測定装置１は、ブローチ１０を軸周りに回転自在に保持してブローチセンタを検出した後、制御盤６によりスライドテーブル４、測定ポスト５、検出ヘッド９等を移動制御して、測定ポスト５の検出ヘッド９が有する測定子９ａ先端をブローチ１０の被測定部位に接触させて倣い計測を行い、切刃１８のエッジ部２１の形状（刃先形状）、同軸度、振れ、分割角度、転動角、切り込み量、逃げ角等を絶対空間座標で測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブローチの形状を測定可能なブローチの形状測定装置に関する。

例えば、自動車のベルト式無段変速機内に組み込まれるＣＶＴ用プーリは、シャフトプーリとシーブプーリとの間にボールスプライン機構が設けられ、シーブプーリをシャフトプーリと一体に回転可能でかつシャフトプーリに対して軸方向に移動可能に支持するように構成されている。シーブプーリは、シャフトプーリのシャフト部が嵌挿される円筒部を有しており、その円筒部の内径穴には、ボール溝が周方向に所定間隔をおいて軸方向に向かって延在するように設けられている。

このように、シーブプーリの内径穴にボール溝を設ける等、ワークに設けられた貫通孔を所望の形状に加工する方法の一つとしてブローチ加工方法がある。ブローチ加工は、細長い棒にその一端から他端に向かって漸次大きくなる多数の切刃を並べて付けたブローチと呼ぶ工具を貫通孔に通して軸方向に移動させることによって切削し、しだいに所望の形状に仕上げる加工方法である。

例えば、シーブプーリの内径穴にボール溝を形成するスプラインブローチは、切刃がＲ形状を有しており、この切刃によってボール溝のＲ形状が形成される。ボール溝のＲ形状は、ボールスプライン機構の動作に影響を及ぼす重要な要素であり、高精度が要求される。

従来は、測定すべきブローチによって実際にワークや試験片を加工し、ワークや試験片における加工後の加工部分の形状を測定して間接的にブローチの形状が適切なものかを判断していた。尚、ワークに形成された加工部分であるボール溝の溝径等を測定する装置は、従来より種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ブローチにおいて各切刃の切り込み量は重要な要素であり、例えば、前方の切刃との差が設定値以下の場合には、その切刃においては切り込みが発生しないおそれがあり、また、差が設定値を超過する過大な値である場合には、刃先の折損を生ずるおそれがある。よって、ブローチの新品時または刃研時における切り込み量の精度を管理する必要があり、その切り込み量は設定値で８μｍ〜１２μｍと、非常に高精度を必要とする。従来の切り込み量測定方法は、ブローチを水平に計測台等に装着し、ゲージの測定子を切刃に接触させた状態でブローチとゲージの一方をブローチの軸方向に沿って移動させ、前刃の変位量を測定していた。

特開２００２−９８５１７号公報

しかしながら、従来の測定方法では、切刃の形状を求める場合、ワークに形成された加工部分の形状から間接的に求めるため、ブローチのみから直接にブローチの形状がワークに正確に投影されるかを判断することはできない。また、実際にワークを加工することによって最終的な加工形状は認識できるが、ブローチの各切刃の形状を正確に把握することはできない。

また、スプラインブローチは、製作上の制約により、切刃の切り込み量が刃先から刃元に移行するにしたがって変化し、また、すくい面を刃研していく毎にその刃形そのものが変化するため、指定位置における切り込み量の測定が必要であるが、従来の切り込み量の測定方法では、ブローチの切刃の位置が任意であることから指定位置での正確な切り込み量を正確に測定することが困難であり、また、周方向位置での絶対値（座標位置）が特定できないので、ワークとの関係を正確に評価することができない。

更に、周方向に離間した切刃間の関係は、２つの切刃の直線距離を計測する、いわゆる「またぎ計測」によっては、隣接ピッチのみしか計測することができず、切刃間の位置関係を特定することができない。また、従来の測定方法では、複数の指定基準円の中心とブローチの軸中心とを結ぶ直線群によって分割される分割角度や、ブローチの中心に対する各切刃の配置位置を示す同軸度、切刃によって形成されたボール溝にボールが当接した場合にそのボールの中心と接触点とを結ぶ直線がブローチの中心とボールの中心を結ぶ直線との間に形成する転動角等を測定することはできない。このため、ブローチの使用により、刃先の欠けや異常摩耗等の様々な問題が発生した場合に、何が原因しているのか等を解明することができない。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブローチの形状及び位置精度の正確な測定を可能とし、ブローチ形状の問題点の早期発見や、ブローチ加工品の品質維持、改良に寄与することのできるブローチの形状測定装置を提供することにある。

上記課題を解決する請求項１に記載の発明によるブローチの形状測定装置は、ブローチを軸周りに回転自在に保持する保持手段と、保持手段に対して接近及び離間するラジアル軸方向に摺動自在に移動可能なスライドテーブルと、スライドテーブル上で、ラジアル軸方向に直交するタンジェント軸方向に摺動自在に立設される測定ポストと、測定ポストにラジアル軸とタンジェント軸とで形成する平面に直交するアキシャル軸方向に摺動自在に取り付けられ、先端に測定子を有する検出ヘッドと、スライドテーブル及び測定ポストを移動制御して測定子をブローチの被測定部位に接触させ、検出ヘッドにより検出した変位データに基づいて被測定部位の形状及び位置精度を絶対空間座標で測定する制御演算部とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、保持手段に保持したブローチの被測定部位に、スライドテーブル上の測定ポストに取り付けられた検出ヘッドの測定子先端を接触させ、検出ヘッドにより検出した変位データに基づいて被測定部位の形状及び位置精度を絶対空間座標で測定することができる。したがって、ブローチの形状及び位置精度を正確に測定することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブローチの形状測定装置において、 ブローチが円柱状の胴体部から突出してボールスプライン機構のボール溝を形成する複数列の切刃を有したスプラインブローチである場合に、制御演算部は、スライドテーブル、測定ポスト、検出ヘッドを同時制御して測定子をブローチの胴体部に接触させながら移動させてブローチの軸中心の位置を測定し、スライドテーブル、測定ポスト、検出ヘッドを同時制御して測定子を切刃のすくい面に接触させながら移動させてすくい面のすくい角と切刃のエッジ部の位置を測定し、スライドテーブル、測定ポスト、検出ヘッドを同時制御して測定子を切刃の逃げ面に接触させながら移動させて逃げ面のＲ形状を測定し、スライドテーブル、測定ポスト、検出ヘッドを同時制御して測定子を切刃の逃げ面に接触させながら移動させて逃げ面のリリーフ角を測定し、すくい面のすくい角、エッジ部の位置、逃げ面のリリーフ角に基づいて逃げ面のＲ形状を切刃の刃先形状に置換することによって切刃の刃先形状を求めることを特徴とする。

この発明によると、測定子を直接接触させて測定させることができない切刃の刃先形状を容易に求めることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のブローチの形状測定装置において、制御演算部は、スライドテーブル、測定ポスト、検出ヘッドを同時制御して測定子を切刃の逃げ面に接触させながら移動させて多数点のサンプリング測定を行い、この多数点のサンプリング測定において検出ヘッドにより検出したサンプリングデータを楕円近似し、近似した楕円を測定子先端が移動すべき測定移動基準線として決定し、この測定移動基準線に沿って測定子先端を移動させることによって切刃の逃げ面のＲ形状を測定することを特徴とする。

この発明によると、予め測定移動基準線を決定し、その測定移動基準線に沿って測定子先端を移動させることによって切刃の逃げ面のＲ形状を測定するので、逃げ面のＲ形状を切刃の刃先形状に置換する作業を容易に行うことができる。また、測定によって得られる測定データを検出ヘッドの測定範囲内に納めることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のブローチの形状測定装置において、制御演算部は、切刃によってワークに形成されると想定されるボール溝の溝径、そのボール溝に規定径の指定基準円を２点で接触させたときにその接触点と指定基準円の中心とを結ぶ直線が指定基準円の中心とブローチセンタとを結ぶ直線に対してなす転動角、複数の指定基準円の中心とブローチセンタとを結ぶ直線群によって分割される分割角度、複数の指定基準円の中心を結ぶ円の中心とブローチセンタとのズレである同軸度、複数の指定基準円の中心を結ぶ円の中心と各指定基準円の中心との距離の差である振れ、軸方向刃列の指定箇所における切り込み量、各切刃の逃げ角のうち、少なくとも一項目以上を算出することを特徴とする。

この発明によると、ブローチによって形成されるボール溝の溝径、転動角、分割角度、同軸度、振れ、刃列方向の切り込み量、各切刃の逃げ角の少なくとも一項目以上を算出するので、これらのデータに基づいて、ブローチ形状の問題点の早期発見や、ブローチ加工品の品質維持、改良を行うことができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のブローチの形状測定装置において、制御演算部は、測定部位の多数点の倣い計測を行い、この多数点の倣い計測において検出ヘッドにより検出したラジアル軸方向の変位データとタンジェント軸方向の変位データとを用いて、ラジアル軸方向とタンジェント軸方向によって形成されるＸ−Ｙ平面上に投影して円近似し、近似した円の径を前記ボール溝の溝径として求めることを特徴とする。

この発明は、上述の請求項４に記載した発明の具体的な一例を示したものであり、これによれば、測定対象であるブローチによってワークに形成されるボール溝の溝径を容易に求めることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載のブローチの形状測定装置において、制御演算部は、多数点の倣い計測での変位データを処理してボール溝を近似した円の中心と接触点とを通過する直線上に、指定基準円の中心があるものとして指定基準円の中心位置を求め、この中心位置に基づいて転動角を求めることを特徴とする。

この発明は、上述の請求項４又は５に記載した発明の具体的な一例を示したものであり、これによれば、測定対象であるブローチによりワークに形成されるボール溝の転動角を容易に求めることができる。

本発明に係るブローチの形状測定装置によれば、ブローチの形状及び位置精度を定量的に正確に測定することができる。したがって、ブローチの製作時や再刃研時におけるブローチ形状の管理及び評価を的確且つ容易に行うことができて、ブローチ形状の問題点の早期発見や、ブローチ加工品の品質維持、改良に寄与することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図２０は、本発明の実施の一形態に係わり、図１は、測定装置の全体図、図２は、スライドテーブルの説明図、図３は、ブローチの全体説明図、図４は、図３のＡ−Ａ線断面図、図５は、ブローチの斜視図、図６は、図５のＢ部を拡大して示す説明図、図７は、切刃の形状を概略的に示す説明図、図８は、基本測定処理のフローチャート、図９は、マスタによる原点確認の説明図、図１０は、ワークセンタの測定方法を説明する図、図１１は、形状測定処理を説明するフローチャート、図１２は、切刃の形状測定方法を説明する図、図１３は、逃げ面のサンプリングポイントを示す説明図、図１４は、切刃の測定個所を説明する図、図１５は、ボール溝の形状を説明する図、図１６は、ボール溝と指定基準円との関係を示す説明図、図１７は、指定基準円の中心座標の説明図、図１８は、転動角を求める三角法の説明図、図１９は、仕上げ刃の測定箇所の説明図、図２０は、切刃の逃げ角の説明図である。

図１において、測定装置（形状測定装置）１は、ブローチ１０を４軸で測定可能な装置であり、ブローチ１０をセットして測定を行うための測定台２と、この測定台２を制御すると共にデータの収集・演算を行う制御演算部としての制御盤６とを備えている。測定台２には、ブローチ１０を保持して軸周りに回転させるための保持ポスト（保持手段）３と、スライドテーブル４上に摺動自在に立設される測定ポスト５とが備えられ、また、制御盤６には、測定制御及びデータ処理を行うコンピュータ７と、保持ポスト３及び測定ポスト５の作動を制御するための駆動制御部８とが備えられている。

保持ポスト３は、ブローチ１０を挟持する上部センタ３ａと下部センタ３ｂとを有し、上部センタ３ａと下部センタ３ｂとによる主軸を中心としてブローチ１０が回転される。また、図２に示すように、スライドテーブル４は、ブローチ１０に対して接近・離間する方向で摺動自在に移動され、このスライドテーブル４上でラジアル軸に直交する方向（タンジェント軸）に測定ポスト５が摺動自在に立設されている。

更に、測定ポスト５には、先端にルビー球等の指定径の球状体をセットした測定子９ａを連設する検出ヘッド９がラジアル軸とタンジェント軸とで形成する平面に直交するアキシャル軸に沿って摺動自在に取り付けられている。検出ヘッド９は、タンジェント軸をＸ軸、ラジアル軸をＹ軸、アキシャル軸をＺとして、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向の変位を測定可能である。

本実施の形態における測定対象のブローチ１０は、丸穴にボールスプライン溝を形成するためのスプラインブローチであり、例えば、自動車のベルト式無段変速機に使用されるＣＶＴ用プーリのシーブプーリＷ（図１５参照）に３本のボール溝３０を形成するためのものである。

ブローチ１０は、図３に示すように、その一端にブローチ１０を切削加工方向Ｆに引くための前掴み部１１が設けられ、他端にはブローチ１０を引き戻すための後掴み部１２が設けられており、前掴み部１１と後掴み部１２の間には切削刃部１３が設けられている。切削刃部１３は、荒削刃群１４と仕上げ刃群１５とで構成され、仕上げ刃群１５の後部には特に精度よく仕上げ加工を行う最終仕上げ刃群１６が設けられている。

切削刃部１３の荒削刃群１４及び仕上げ刃群１５は、図４に示すように、円柱状の胴体部１７に複数列の切刃１８が突出して周方向に１２０゜の間隔をおいて軸方向に配列されている。胴体部１７の外径は、シーブプーリＷの内径穴Ｗａ（図１５参照）に挿通されその内径穴Ｗａの内周面によって軸方向に案内される大きさに設定されている。

切刃１８は、図５に示すように、径方向に突出して軸方向に延在する略かまぼこ形状を有しており、軸方向前側にすくい面１９が形成され、湾曲した側面に逃げ面２０が形成されて、すくい面１９と逃げ面２０との稜線部分によってエッジ部（刃先）２１が形成されている。

すくい面１９は、図６に示すように、胴体部１７の外周面から胴体部１７の径方向外側に向かって移行するにしたがって漸次軸方向後側に移行するように、ブローチ１０の軸直角方向よりもすくい角αだけ傾斜した円錐面（図示せず）上に形成されている。

逃げ面２０は、左右一対のＲ壁部２０Ｌ、２０Ｒを有している。逃げ面２０のＲ壁部２０Ｌ、２０Ｒは、各々一定の曲率半径を有して凸状に湾曲したＲ形状を有しており、任意の径の２つの円を重ね合わせて形成されるゴシックアーチ（図７（ａ）参照）を形成している。そして、軸方向に延在すると共に軸方向前方から後方に向かって移行するにしたがって漸次互いに接近しかつブローチ１０の軸心側に移行するように傾斜形成されている。尚、図７（ａ）は切刃を軸方向から示した図、図７（ｂ）は切刃を軸直角方向から示した図であり、図７（ａ）で実線はエッジ部２１の形状を示し、二点鎖線は切刃１８の後端部の形状を示している。

以上の測定装置１によるブローチ１０の測定は、図８の基本測定処理のフローチャートに従って行われ、切刃１８のエッジ部２１の形状及び位置精度を測定する。

この基本測定処理においては、まず、ステップＳ１でマスタ検定を行って原点を確認する。すなわち、図９（ａ）に示すように、設定された径で高精度に仕上げたマスタ２２を保持ポスト３にセットし、図９（ｂ）に示すように、マスタ２２の外周面に測定子９ａ先端の球状体を接触させて位置を記録することにより、原点を確認する。

次に、ステップＳ２に進み、ブローチ１０を装置１にセットし、ボール溝３０の溝径や転動角などの諸元（測定対象項目）を選択する。そして、ステップＳ３へ進んで測定を開始し、測定が終了するとステップＳ４で誤差を計算し、ステップＳ５でデータの作図を行って処理を終了する。

ステップＳ２におけるブローチ１０のセットでは、切刃１８のすくい面１９が上方に向かって配置されるようにブローチ１０を主軸方向にセットする。そして、ステップＳ３の測定では、まず最初に測定基準中心となるブローチセンタＯを求める。このため、図１０（ａ）に示すように、胴体部１７の外周に測定子９ａを接触させて倣い計測を行い、主軸回転０．５゜おきにデータをサンプリングする。各ポイントのデータｍは、図１０（ｂ）に示すように、測定子９ａで検出されるＸ軸（タンジェント軸）及びＹ軸（ラジアル軸）の変位（Ａｄｘ、Ａｄｙ）、主軸（回転軸）の回転角θの機械的絶対値として、ｍ（Ｘ＋Ａｄｘ、Ｙ＋Ａｄｘ、θ）として表され、以下の（１）式により絶対空間座標に変換することができる。この空間座標への変換を全測定ポイントのデータｍについて行い、最小二乗法を用いて円近似して最適な円を求める。そして、求めた円から中心位置を導いて測定の基準となるブローチセンタＯとする。

次に、図１１の測定フローチャートに従って、 ＜１＞切刃１８のエッジ部２１の形状（刃先形状）、 ＜２＞ボール溝の溝径、 ＜３＞同軸度、 ＜４＞振れ、 ＜５＞分割角度、 ＜６＞転動角、 ＜７＞切り込み量、 ＜８＞逃げ角を測定する。

＜１＞エッジ部２１の形状測定
まず、ステップＳ１１で測定子９ａにより逃げ面２０のＲ形状を計測する処理を行い、次いでステップＳ１２で、その計測結果に基づいてエッジ部２１の形状を算出する処理を行う。

ステップＳ１１では、スライドテーブル４と検出ヘッド９を同時制御して、図１２（ａ）に示すように、測定子９ａを測定すべき切刃１８のすくい面１９に接触させながらラジアル軸（Ｙ軸）方向及びアキシャル軸（Ｚ軸）方向に移動させて、その切刃１８のすくい角αとエッジ部２１の位置のサンプリングを行う。そのとき、サンプリングしたエッジ部２１の空間座標位置をＬ（ｘｌ、ｙｌ、ｚｌ）とする。

そして、サンプリングしたすくい角αとエッジ部２１の空間座標位置Ｌ（ｘｌ、ｙｌ、ｚｌ）に基づいて、逃げ面２０上で測定子９ａ先端が移動すべき測定移動基準線Ｊを決定する。測定移動基準線Ｊは、図６に示すように、ブローチセンタＯから指定距離Ｌｏ分だけＺ軸方向にシフトした点Ｏ′（０，０，Ｌｏ）を頂点とした角度αで中心軸Ｚの円錐面（図示せず）と切刃１８との交点によって形成される曲線（二点鎖線で示される）とする。

ここでは、測定データを検出ヘッド９の測定範囲内に収めるべく、図１３に示すように、逃げ面２０のＲ壁部２０Ｌ、２０Ｒにおいてそれぞれ数ポイント（例えばＲ壁部２０ＬでＬ１〜Ｌ４、Ｒ壁部２０ＲでＲ１〜Ｒ４の各４ポイント）ずつデータをサンプリングし、そのサンプリングしたデータを空間座標に変換して最小二乗法により楕円近似を行い、その楕円を測定移動基準線Ｊとして決定する。

そして、スライドテーブル４、測定ポスト５及び検出ヘッド９を介してＹ軸（ラジアル軸）、Ｘ軸（タンジェント軸）及びＺ軸（アキシャル軸）を同時制御し、図１２（ｂ）に示すように、測定移動基準線Ｊに沿って測定子９ａを移動させて倣い計測を行い、逃げ面２０のＲ壁部２０ＬとＲ壁部２０Ｒについてそれぞれ検査範囲内で多数ポイントの詳細なデータをサンプリングする。

このデータのサンプリング数は、例えば、２００ポイント／４ｍｍであり、既存の汎用三次元測定機等の約１０倍のサンプリング数で非常に高精度な測定が可能である。尚、この場合、測定子９ａ先端の球状体は、必ず測定移動基準線Ｊにおける法線方向に接触しているものとする。これにより、逃げ面２０のＲ壁部２０ＬとＲ壁部２０ＲのＲ形状を測定する。

それから、図１４に示すように、サンプリングしたデータをＸ軸とＹ軸とで形成されるＸ−Ｙ平面座標上に投影し、最小二乗法により円近似を行い、Ｒ壁部２０ＬとＲ壁部２０Ｒの円中心Ｏ_ＬＲ、Ｏ_ＲＲと半径Ｒ_ＬＲ、Ｒ_ＲＲを求める。そして、これらのＲ壁部２０Ｌ及びＲ壁部２０Ｒから形成されるゴシックアーチに２点で接触するように規定径の指定基準円Ｇ_Ｒを配置し、その指定基準円Ｇ_Ｒの中心Ｑ_Ｒ（Ｘｑ_Ｒ、Ｙｑ_Ｒ）とブローチセンタＯとを通過する直線と、指定基準円Ｇ_Ｒの中心Ｑ_Ｒ（Ｘｑ_Ｒ、Ｙｑ_Ｒ）から予め設定されたリリーフ角方向角βをなす直線とＲ壁部２０Ｒとが交差する点Ｐ（Ｘｐ_Ｒ、Ｙｐ_Ｒ）を求める。この点Ｐ（Ｘｐ_Ｒ、Ｙｐ_Ｒ）の位置を基準として、図１２（ｃ）に示すように、軸方向に測定子９ａを移動させて倣い計測を行い、データをサンプリングして実リリーフ角γを求める。

ステップＳ１２では、ステップＳ１で測定移動基準線Ｊに沿って測定した逃げ面２０のＲ壁部２０Ｒ、２０Ｌの形状をエッジ部２１の形状に置換する処理を行う。測定移動基準線Ｊ上の任意のポイントＳ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）をエッジ部２１に対応させた空間座標位置は、以下の式（２）、式（３）、式（４）で表すことができる。尚、式中、「＾」はべき乗を表すものとする（以下、同様）。

この測定方法によって周方向に存在する３個の切刃１８が有する各エッジ部２１の空間座標形状をそれぞれ測定できる。また、リード方向については、各刃列＃１、＃２、＃３ごとに測定できる。

＜２＞ボール溝の溝径Ｒ_ＬＨ、Ｒ_ＲＨの算出
次に、ステップＳ１３〜ステップＳ１６では、切刃１８によってシーブプーリＷの内径穴Ｗａに形成されると想定されるボール溝３０の溝径Ｒ_ＬＨ、Ｒ_ＲＨを算出する処理を行う。先ず、ステップＳ１３で、図１５に示すように、切刃１８のエッジ部２１の空間座標形状をＸ−Ｙ平面座標に投影し、ステップＳ１４で、測定値を角度分だけ座標変換して、円周上刃数分に角度分を座標変換する処理を行う。

そして、ステップＳ１５では、座標変換したデータを最小二乗法により円近似を行う処理を複数回繰り返し、中央値数点を平均化して収束させる等の処理を行い、各ボール溝３０の左右のボール溝径Ｒ_ＬＨ、Ｒ_ＲＨを確定する。

次に、ステップＳ１６では、各ボール溝３０の左右のＬＨ溝３１、ＲＨ溝３２の中心座標位置Ａ１、Ａ２を求める。ここでは、まずＬＨ溝３１及びＲＨ溝３２の両方に接する規定径の指定基準円Ｇ_Ｈの中心座標位置Ａ３（ａ３、ｂ３）を求める。図１６に示すように、既に得られたデータからＬＨ溝３１を形成するＬＨ円の中心座標位置Ａ１（ａ１、ｂ１）及び半径ｒ１（＝Ｒ_ＬＨ）、ＲＨ溝３２を形成するＲＨ円の中心座標位置Ａ２（ａ２、ｂ２）及び半径ｒ２（＝Ｒ_ＲＨ）が既知となるため、ＬＨ円、ＲＨ円は、それぞれ、以下の式（５）、式（６）によって表すことができる。また、指定基準円Ｇ_Ｈは半径ｒ３が既知であるため、以下の式（７）によって表すことができる。

ここで、ＬＨ円、ＲＨ円、指定基準円Ｇ_Ｈの各中心間距離を求める。ＬＨ円の中心Ａ１とＲＨ円の中心Ａ２との距離Ａ１Ａ２は、以下の式（８）によって表すことができる。また、指定基準円Ｇ_Ｈの接触ポイントと指定基準円Ｇ_Ｈの中心Ａ３とを結ぶ直線は、ＬＨ円の中心Ａ１或いはＲＨ円の中心Ａ２を必ず通ることから（図１８参照）、ＬＨ円の中心Ａ１と指定基準円Ｇ_Ｈの中心Ａ３との距離Ａ１Ａ３、ＲＨ円の中心Ａ２と指定基準円Ｇ_Ｈの中心Ａ３との距離Ａ２Ａ３は、それぞれ、以下の式（９）、式（１０）によって表すことができる。

そして、図１７に示すように、線分Ａ１Ａ２の傾きをδとし、指定基準円Ｇ_Ｈの中心座標位置Ａ３（ａ３、ｂ３）を求めると、以下の式（１１）、式（１２）に示す２点の座標が得られる。

式（１１）、式（１２）の２点の座標のうち、指定基準円Ｇ_Ｈの中心座標位置Ａ３は、Ｙ座標の値が座標原点に近い方を選択して式（６）に代入することにより式（６）が既知となり、指定基準円Ｇ_Ｈの中心座標位置Ａ３（ａ３、ｂ３）を求めることができる。

次に、ステップＳ１７では、上述のステップで求めた各ボール溝３０のＬＨ溝３１、ＲＨ溝３２の中心座標位置Ａ１、Ａ２、及び指定基準円Ｇ_Ｈの中心座標位置Ａ３に基づいて ＜３＞転動角、 ＜４＞分割角度、 ＜５＞同軸度、 ＜６＞振れを求める。

＜３＞転動角θＬＨ、θＲＨの算出
まず、ＬＨ溝３１側の転動角θＬＨ＝∠Ｂ１Ａ３Ｏを求める。図１６に示すように、θＬＨにおいて２円（ＬＨ円、指定基準円Ｇ_Ｈ）が接触するポイントＢ１（ａｂ１、ｂｂ１）は、式（１）と式（６）の連立方程式の解として求めることができる。したがって、図１８に示すように、３辺が既知の三角形を得ることができ、三角形△Ｂ１Ａ３Ｏに余弦定理を適用して、以下の式（１３）に示すように、転動角θＬＨを求めることができる。

但し、ａ、ｂ、ｃは、それぞれ三角形△Ｂ１Ａ３Ｏの各辺の長さで、以下に示される値である。

この場合、実際には、円を近似によって求めているため、式（１）と、式（６）との連立方程式が重解を持たない場合が発生する可能性がある。したがって、中心座標及び半径が共に既知である指定基準円とＬＨ円とが接触する（重解をもつ）ものとみなし、図１８において、同様に三辺が既知である三角形△Ａ３Ａ１Ｏに余弦定理を適用し、以下の式（１３）′に示すように、転動角θＬＨを求めてもよい。ＲＨ溝３２側の転動角θＲＨ＝∠Ｂ２Ａ３Ｏも同様に求めることができる。

但し、ｂ′、ｃ′は、三角形△Ａ３Ａ１Ｏの辺ｂを挟む２辺の長さで、以下示される値である。

＜４＞分割角度θ_Vの算出
図１５（ａ）に示すように、円周方向に存在する各指定基準円Ｇ_Ｈの中心座標位置Ａ３とブローチセンタＯとを結ぶ直線群によって分割される角度によって分割角度θ_Vを求めることができる。

＜５＞同軸度ｅの算出
円周方向に存在する各指定基準円Ｇ_Ｈの中心によって形成される円（図示せず）の中心をＯ_Ｐ（Ｘｐ_Ｈ、Ｙｐ_Ｈ）とすると、以下の式（１４）に示すように、中心位置Ｏ_Ｐ（Ｘｐ_Ｈ、Ｙｐ_Ｈ）とブローチセンタＯ（Ｘｏ、Ｙｏ）との離間距離の２倍の値として求めることができる。

尚、３つの指定基準円Ｇ_Ｈの中心を通過する円は、円の一般式を式（１５）で表すと、以下の式（１６）を解くことによって求めることができる。

すなわち、式（１６）を解いて係数ｆ、ｇ、ｈに対応する値を求め、式（１５）に代入すると、３点を通る円は、以下の（１７）式によって表すことができる。

＜６＞振れＬ１、Ｌ２、Ｌ３の算出
振れは、図１５（ａ）に示すように、ブローチセンタＯ（Ｘｏ、Ｙｏ）と各指定基準円Ｇ_Ｈの中心座標位置Ａ３との距離の差Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３として求めることができる。

上記のステップＳ１１〜ステップＳ１７によって、 ＜１＞切刃１８のエッジ部２１の形状、 ＜２＞ボール溝３０の溝径Ｒ_ＬＨ、Ｒ_ＲＨ、 ＜３＞転動角θＬＨ、θＲＨ、 ＜４＞分割角度θ_V、 ＜５＞同軸度ｅ、 ＜６＞振れＬ１、Ｌ２、Ｌ３を求めると、次に、ステップＳ１８に移行して各値と、各値に基づき作図したデータを出力する。

次に、ステップＳ１９及びステップＳ２０では、ブローチ１０の軸方向刃列の指定箇所における切り込み量Ｃｔと、各切刃１８の逃げ角ψを算出する処理を行う。

＜７＞切り込み量Ｃｔの算出
最終的にボール溝３０の形状を決定するのは、ブローチ１０の最終仕上げ刃群１６である。したがって、最終仕上げ刃群１６を構成する切刃１８を測定基準とする。まず、上述のステップＳ１１〜ステップＳ１２により当該切刃１８のエッジ部２１の形状を測定して、Ｘ−Ｙ平面上に展開する。

次に、切り込み測定位置の選定を行う。図１９に示すように、逃げ面２０のＲ壁部２０Ｌの４箇所を計測可能とし、指定基準円Ｇ_Ｈの中心Ａ３を原点として任意に指定した角度方向θ１，θ２、θ３，θ４の仕上げ刃形状部点１，２，３，４の位置を求める。そして、これらの仕上げ刃形状部点１〜４を基準とし、軸方向に測定子９ａを移動させて、すくい面１９とのエッジポイント１′〜４′（図示せず）を測定し、Ｘ−Ｙ平面上に展開する。

指定角度θでの測定子９ａの接触位置のベクトルＡ（Ｎｘ、Ｎｙ）は、以下の式（１８）によって表すことができる。

このベクトルに従って、測定子９ａの接触位置とベクトル方向を規定し、複数の多段刃（軸方向刃列）を測定する。ｎ番目の切刃１８のエッジ位置Ｅｒｎは、以下の式（１９）によって表すことができる。

したがって、任意の指定角度θでの切り込み量Ｃｔは、以下の式（２０）によって表すことができる。

＜８＞逃げ角ψの算出
逃げ角ψは、図２０に示すように、上述のエッジポイント１′〜４′と指定基準円の中心とをそれぞれ結ぶ径方向線Ｏ１′、Ｏ２′、Ｏ３′、・・・の断面において、ブローチセンタＯに対する逃げ面２０とのなす角ψをいう。逃げ角ψは、切り込み量Ｃｔを測定する際の測定子９ａの変位に基づいて以下の式（２１）によって求めることができる。

尚、上記式（２１）で、Ernoは逃げ面２０の軸方向後端部と径方向線との交点位置を示し、kは、逃げ面２０の軸方向長さを示す。

上記ステップＳ１９及びステップＳ２０により、ブローチ１０の軸方向刃列の指定箇所における切り込み量Ｃｔと、各切刃１８の逃げ角ψを測定できる。

上述のブローチ１０の形状測定装置１によれば、ブローチ１０の新品時における各切刃１８の切り込み量Ｃｔを正確に測定することができる。また、刃研により大きさが変化する切刃１８のエッジ部２１の形状を正確に測定することができる。このため、ブローチ１０の制作時や、再刃研時にブローチ形状の管理及び評価を容易に行うことができ、ブローチ１０の形状を最適なものにすることによって、工具寿命の延長化、加工精度の維持安定化を図ることができる。

尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施の形態では、ブローチ１０の一例として、自動車用ＣＶＴプーリのシーブプーリにボール溝３０を形成するためのスプラインブローチを用いて説明したが、丸穴にキー溝を形成するキーブローチや、丸穴に数条のねじれ溝を形成するスパイラルブローチ等、他のブローチの形状測定にも用いることができる。

測定装置の全体図である。 スライドテーブルの説明図である。 ブローチの全体説明図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 ブローチの斜視図である。 図５の要部を拡大して示す説明図である。 切刃の形状を概略的に示す説明図である。 基本測定処理を説明するフローチャートである。 マスタによる原点確認の説明図である。 ワークセンタの測定方法を説明する図である。 形状測定処理を説明するフローチャートである。 切刃の形状測定方法を説明する図である。 逃げ面のサンプリングポイントを示す説明図である。 切刃の測定個所を説明する図である。 ボール溝の形状を説明する図である。 ボール溝と指定基準円との関係を示す説明図である。 指定基準円の中心座標の説明図である。 転動角を求める三角法の説明図である。 仕上げ刃の測定箇所の説明図である。 刃部の逃げ角の説明図である。

符号の説明

１ 測定装置
３ 保持ポスト（保持手段）
４ スライドテーブル
５ 測定ポスト
６ 制御盤（制御演算部）
９ 検出ヘッド
９ａ 測定子
１０ ブローチ

Claims (6)

1. ブローチを軸周りに回転自在に保持する保持手段と、
   該保持手段に対して接近及び離間するラジアル軸方向に摺動自在に移動可能なスライドテーブルと、
   該スライドテーブル上で、前記ラジアル軸方向に直交するタンジェント軸方向に摺動自在に立設される測定ポストと、
   該測定ポストに、前記ラジアル軸と前記タンジェント軸とで形成する平面に直交するアキシャル軸方向に摺動自在に取り付けられ、先端に測定子を有する検出ヘッドと、
   前記スライドテーブル及び前記測定ポストを移動制御して前記測定子を前記ブローチの被測定部位に接触させ、前記検出ヘッドにより検出した変位データに基づいて被測定部位の形状及び位置精度を絶対空間座標で測定する制御演算部とを備えたことを特徴とするブローチの形状測定装置。
2. 前記ブローチが円柱状の胴体部から突出してボールスプライン機構のボール溝を形成する複数列の切刃を有したスプラインブローチである場合に、
   前記制御演算部は、
   前記スライドテーブル、前記測定ポスト、前記検出ヘッドを同時制御して前記測定子を前記ブローチの胴体部に接触させながら移動させて前記ブローチの軸中心の位置を測定し、
   前記スライドテーブル、前記測定ポスト、前記検出ヘッドを同時制御して前記測定子を前記切刃のすくい面に接触させながら移動させて前記すくい面のすくい角と前記切刃のエッジ部の位置を測定し、
   前記スライドテーブル、前記測定ポスト、前記検出ヘッドを同時制御して前記測定子を前記切刃の逃げ面に接触させながら移動させて前記逃げ面のＲ形状を測定し、
   前記スライドテーブル、前記測定ポスト、前記検出ヘッドを同時制御して前記測定子を前記切刃の逃げ面に接触させながら移動させて前記逃げ面のリリーフ角を測定し、
   前記すくい面のすくい角、エッジ部の位置、逃げ面のリリーフ角に基づいて前記逃げ面のＲ形状を前記切刃の刃先形状に置換することによって前記切刃の刃先形状を求めることを特徴とする請求項１に記載のブローチの形状測定装置。
3. 前記制御演算部は、
   前記スライドテーブル、前記測定ポスト、前記検出ヘッドを同時制御して前記測定子を前記切刃の逃げ面に接触させながら移動させて多数点のサンプリング測定を行い、この多数点のサンプリング測定において前記検出ヘッドにより検出したサンプリングデータを楕円近似し、近似した楕円を前記測定子先端が移動すべき測定移動基準線として決定し、この測定移動基準線に沿って前記測定子先端を移動させることによって前記切刃の逃げ面のＲ形状を測定することを特徴とする請求項２に記載のブローチの形状測定装置。
4. 前記制御演算部は、
   前記切刃によってワークに形成されると想定されるボール溝の溝径、該ボール溝に規定径の指定基準円を２点で接触させたときにその接触点と前記指定基準円の中心とを結ぶ直線が前記指定基準円の中心と前記ブローチセンタとを結ぶ直線に対してなす転動角、複数の指定基準円の中心と前記ブローチセンタとを結ぶ直線群によって分割される分割角度、複数の指定基準円の中心を結ぶ円の中心と前記ブローチセンタとのズレである同軸度、複数の指定基準円の中心を結ぶ円の中心と前記各指定基準円の中心との距離の差である振れ、軸方向刃列の指定箇所における切り込み量、各切刃の逃げ角のうち、少なくとも一項目以上を算出することを特徴とする請求項２または３に記載のブローチの形状測定装置。
5. 前記制御演算部は、
   測定部位の多数点の倣い計測を行い、この多数点の倣い計測において前記検出ヘッドにより検出した前記ラジアル軸方向の変位データと前記タンジェント軸方向の変位データとを用いて、前記ラジアル軸方向と前記タンジェント軸方向によって形成されるＸ−Ｙ平面上に投影して円近似し、近似した円の径を前記ボール溝の溝径として求めることを特徴とする請求項４に記載のブローチの形状測定装置。
6. 前記制御演算部は、
   多数点の倣い計測での変位データを処理して前記ボール溝を近似した円の中心と前記接触点とを通過する直線上に、前記指定基準円の中心があるものとして前記指定基準円の中心位置を求め、この中心位置に基づいて前記転動角を求めることを特徴とする請求項４または５に記載のブローチの形状測定装置。
   

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