JP2007205847A - 歯先隙間の測定方法、歯先間寸法検査方法、歯先間寸法検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば、内接歯車ポンプのアウターロータは、インナーロータとの間のチップクリアランスを高めることが要求され、歯数が偶数のロータについては、対角位置の歯先間寸法の良否検査を全歯について行っている。その検査を効率的かつ定量的に行えるようにすることを課題としている。
【解決手段】ワークＷをゲージ１の外側にセンタリングと周方向相対位置の位置決めを行ってセットした後、ワークＷの各歯ｃに対応させてゲージ１に設けたエアー孔１１にエアーを流して対角上の、出口が歯先中心に位置決めされた２箇所のエアー孔から流出するエアーの流量を計測し、予め求めたエアー流量と隙間の関係と照合してワークの対角位置に設けられた歯ｃの歯先間寸法の良否を判定するようにした。
【選択図】図３

Description

この発明は、ワークに設けられた内歯や外歯の歯先間寸法や歯先間寸法の良否を効率的に測定、検査するための測定方法及び検査方法と検査装置に関する。なお、ワークの内周や外周に設けられるキーやスプラインなどもこの発明では内歯、外歯と考える。

図８に示すように、外歯を有するインナーロータ３１と内歯を有するアウターロータ３２を偏心配置にして組み合わせた内接歯車ポンプのポンプロータ３０は、ポンプの吐出量を安定させるために、インナーロータ３１とアウターロータ３２間のチップクリアランスｇ（歯先間隙間）を規定範囲内に納めることが要求される。そのチップクリアランスｇは、アウターロータ３２の精度に左右されるところが大きい。アウターロータ３２はインナーロータ３１に比べると製造過程で変形し易く、その変形によってチップクリアランスｇが変動するからである。このため、歯数が偶数のアウターロータについては、全数の歯について対角位置にある歯の歯先間寸法（短径寸法）Ｄ_Ｓの良否を検査して管理することが行われている。

歯先間寸法Ｄ_Ｓの測定は、アウターロータを定盤上に横に倒して置き、作業者が対角位置の歯間に板ゲージを斜め上方から差し込んで通り抜けの可否を調べる方法でなされている。このとき、図９に示すように、板ゲージ３３をアウターロータ３２の対角位置の歯先中心を結ぶ線Ｃ_Ｓに対して垂直に差込み、その板ゲージ３３が対角位置の歯先間を通り抜けできずに歯先間で止れば正常、歯先間を通り抜ければ寸法過大と判定し、全箇所の歯先間寸法が正常と判定されたものを良品として出荷していた。

しかしながら、その方法は、例えば、歯数が１０枚のロータについては５箇所の対角位置でその測定を繰り返す必要があり、作業効率が悪くて検査に時間がかかる。

また、その方法は、作業者のスキルに依存した測定となるため定量的でなく、信頼性が低い。例えば、図９に一点鎖線で示すように、板ゲージ３３が傾いて差し込まれると歯先間寸法Ｄ_Ｓが基準値を上回っていてもその板ゲージ３３が対角位置の歯先に引っかかって通り抜けが阻止されて歯先間で止まることがあり、この場合には、精度が悪いのに正常と判定されてしまう。

ここで、下記特許文献１は、２つのエアーセンサを使用してカムシャフトなどの部品に設けられる溝の有無の判定を行う検出装置を開示している。その検出装置は、部品の溝形成部と溝無し部にそれぞれエアーセンサを対向させて各エアーセンサの計測流量を電気信号に変換して比較する方法で溝の有無を判定するが、上述した歯先間寸法の測定には使えない。

また、下記特許文献２は、測定子を対向配置したエアーマイクロメータを使用して円筒状物の内径や外径を測定する装置を開示している。この測定装置を利用すれば上述したアウターロータやインナーロータの対角位置の歯間隙間を測定することができるが、この装置では、例えば、１０枚歯のロータについては、ロータを３６°単位で回転させて対角位置の歯先間寸法を５回に分けて測定する必要があり、全歯の同時測定による効率的な測定が行えない。
特許第２５５７２８０号公報 特開昭６１−７６９０７号公報

量産品のポンプロータなどについては、膨大な数の検査を行う必要があるので、検査時間が長くなるのは好ましくない。また、検査精度の信頼性が作業者によってばらつくのも好ましくない。そこで、この発明は、ゲージと歯先間の隙間寸法の測定や対角位置の歯先間寸法の良否検査を効率的かつ定量的に行えるようにすることを課題としている。

上記の課題を解決するため、この発明においては、内歯を有するワークについてはそのワークを柱状ゲージの外側に、外歯を有するワークについてはそのワークを筒状ゲージの内側に、それぞれ、センタリングと周方向相対位置の位置決めを行ってセットしてワークの各歯に対応させて前記ゲージに設けたエアー孔の出口をワークの歯先中心に位置決めし
、その後、前記エアー孔にエアーを流して各エアー孔の流出するエアーの流量を計測し、予め求めたエアー流量と隙間の関係からワークの歯先とゲージとの間の隙間寸法を求めるようにした。

この測定方法の、ワークを位置決めするまでの過程をそのまま利用し、ワークを位置決めした後、前記エアー孔にエアーを流して対角上の２箇所のエアー孔から流出するエアーの流量を計測すると、計測値を予め求めたエアー流量と隙間の関係と照合してワークの対角位置に設けられた歯の歯先間寸法の良否を判定することができる。この検査方法は、ゲージに対するワークセット後に全箇所のエアー孔に同時にエアーを流して全ての歯の対角位置の歯先間寸法の良否を同時に判定することができる。

なお、前記ゲージに、ワークの歯先が適合して嵌る径方向位置決め面と、ワークの歯先と前記径方向位置決め面との間よりも広い隙間をワークの歯先との間に生じさせる逃げ部を周方向に交互に設け、ワークの歯が前記逃げ部に対応した位置で前記ゲージにワークを嵌めてゲージとワークを位置決め部材によって回転が規制されるところまで相対回転させてワークのセンタリングと周方向相対位置の位置決めを行うと好ましい。

この発明においては、以下の検査装置も併せて提供する。
（１）内歯が２箇所以上の対角位置に設けられたワークをセンタリングして外側に嵌める柱状のゲージと、前記ゲージに前記内歯の各々に対応させて設けたエアー孔の出口が前記内歯の歯先中心にくる位置にワークを位置決めする周方向相対位置の位置決め部材と、２箇所以上ある対角位置の各々において対角上の２箇所のエアー孔から流出するエアーの流量を計測する流量計と、この流量計で計測した流量を電気信号に変換し、変換された電気信号を予め求めたエアー流量と隙間の関係に基づいて設定された閾値と照合してワークの対角位置の歯先間寸法の良否を判定する判定装置を備えて構成される歯先間寸法検査装置。
（２）外歯が２箇所以上の対角位置に設けられたワークをセンタリングして内側に嵌める筒状のゲージと、前記ゲージに前記外歯の各々に対応させて設けたエアー孔の出口が前記外歯の歯先中心にくる位置にワークを位置決めする周方向相対位置の位置決め部材と、２箇所以上ある対角位置の各々において対角上の２箇所のエアー孔から流出するエアーの流量を計測する流量計と、この流量計で計測した流量を電気信号に変換し、変換された電気信号を予め求めたエアー流量と隙間の関係に基づいて設定された閾値と照合してワークの対角位置の歯先間隙間寸法の良否を判定する判定装置を備えて構成される歯先間寸法検査装置。

これらの検査装置は、ゲージに、ワークの歯先が適合して嵌る径方向位置決め面と、ワークの歯先と前記径方向位置決め面との間よりも広い隙間をワークの歯先との間に生じさせる逃げ部を周方向に交互に設け、さらに、前記径方向位置決め面に設けた前記エアー孔の出口が歯先中心にきた位置でゲージとワークの相対回転を規制する位置決め部材を設けると好ましい。

この発明の歯先隙間測定方法によれば、センタリングと周方向相対位置の位置決めを行ってゲージの内側又は外側にワークをセットし、この状態で、ゲージに設けたエアー孔にエアーを流し、エアー孔から流出するエアーの量を計測してゲージと歯先との間の隙間寸法を求めるので、検査の条件が安定し、個人差に影響されない定量的な測定が可能になって測定の信頼性が高まる。この発明の検査方法及び検査装置も
、対角上のエアー孔から流出するエアーの流量を上記の方法で測定して電気信号に変換し、それを閾値と照合して対角位置の歯の歯先間寸法の良否判定を行うので、測定方法と同様に検査の条件が安定して個人差に影響されない定量的な検査が可能になり、検査の信頼性が高まる。

また、この発明の方法によれば、全箇所のエアー孔に同時にエアーを流して全ての歯の歯先寸法の測定や対角位置の歯先間寸法の良否検査を同時に行うことができ、短時間での効率的な測定、検査が可能になる。

なお、全歯の同時検査を行うと検査の効率が特に高まるが、各対角上のエアー孔に時間差をもってエアーを供給して各対角位置の歯先間寸法の良否を順番に調べることも可能である。この方法は、エアー供給順位の切換えは必要であるが、ワークやゲージをセットし直す必要がなく、板ゲージを使用して検査を行う従来の方法に比べると作業効率が向上する。

また、対角上の２箇所のエアー孔から流出するエアーの流量を計測して歯先間寸法の良否を判定する方法では、対角上の２箇所の歯の歯先とゲージ間の隙間の合計量を計測することになるため、センタリングが悪くてワークが対角位置のどちらか一方の側に偏ってゲージにセットされたときにも検査精度が安定する。

このほか、ゲージに径方向位置決め面と逃げ部を周方向に交互配列にして設け、位置決め部材で前記径方向位置決め面に設けたエアー孔の出口が歯先中心にきた位置にワークを位置決めするものは、ワークのセットを安定して行える。ワークの中には内周縁や外周縁にバリを生じているものがあり、そのようなワークも、逃げ部の位置で歯をゲージに挿入することで支障なく正確にセットすることができ、検査の迅速化、確実化の効果がより顕著に引き出される。

以下、この発明の歯先間寸法検査方法と歯先間寸法検査装置の実施の形態を添付図面の図１〜図５に基づいて説明する。ここでのワークＷ（図３、図４参照）は、内接歯車ポンプ用の歯数が１０枚のアウターロータであり、そのロータの対角位置にある歯ｃ（内歯）の歯先間寸法の良否を検査する。

図１は、実施例の検査装置の全体の概要を表している。図中１は定盤２と組み合わせたゲージ、３はエアー流量調整器、４はエアー流量を計測する流量計、５は電源ランプ６、カウンター７、判別ランプ８、ブザー９等を設けた操作盤である。操作盤５を有する本体ボックス１０の内部には流量計４で計測した流量を電気信号に変換する回路や変換された電気信号を閾値に照らして前記ゲージとワークの各歯の歯先との間の隙間寸法の良否を判別する判定装置（判定回路、図示せず）が組み込まれている。その判定装置による判定結果が判別ランプ８によって表示され、また、不良品の判定がなされたときにはブザー９による報知もなされるようにしている。

ゲージ１は柱状をなす。そのゲージ１の内部には、図３、図４に示すように、ワークＷの各歯ｃに対応させたエアー孔１１が設けられている。そのエアー孔１１は、対角上に相反する方向に向けて設けられた２つの孔が対をなす。その対をなすエアー孔１１には、同一エアー供給路１２からエアーが供給される。エアー供給路１２は独立して５本設けてあり、各々が流量計４を備えるその５本のエアー供給路１２に、５組（５対）のエアー孔１１が別々につながれている。

ゲージ１の定盤２上に突出した部分の外周には、ワークＷの歯先が適合して嵌る径方向位置決め面１ａと、中央が広くて周方向端部に向かって狭くなる隙間をワークＷの歯先との間に生じさせる逃げ部１ｂを周方向に交互に各１０箇所設け、径方向位置決め面１ａの周方向中間点に各エアー孔１１の出口を設けている。また、ワークＷの歯先中心が各エアー孔１１の出口と対応する位置にあるときに、ワークＷの歯ｃに接してゲージ１とワークＷの一方向への周方向相対回転を規制する図３に示した位置決め部材（図のそれはピン）１３を定盤２上に設けている。逃げ部１ｂは、図のように、ゲージ１の外周に凹部を設けて作り出したものや、ゲージ１の外周を面取りして作り出したものなどが考えられる。

また、ゲージ１の外周の位置決め面１ａとワークＷの歯先との間の隙間の大きさと、その隙間（図４のｇ１、ｇ２）を通って対角位置の２箇所のエアー孔１１から流出するエアーの量の関係を予め求めている。具体的には、高精度に加工されたマスターロータを使用して対角位置の歯先間寸法が下限のときのエアー流出量と歯先間寸法が上限のときのエアー流出量を調べ、それをもとに判定の基準となる上限、下限の閾値を設定している。

このように構成した例示の検査装置は、ワークＷの歯ｃが逃げ部１ｂと対応するところでゲージ１の外周にワークＷを嵌め、その後、ワークＷを位置決め部材１３による回転規制を受けるところまで回転させる。その作業によって、ワークＷがゲージ１の中心にセンタリングされ、さらに、ワークの歯先中心がエアー孔１１の出口部に位置決めされ、検査の条件が安定して再現されるようになって検査の信頼性が高まる。また、ワークＷの歯ｃが逃げ部１ｂと対応する位置においてゲージ１にワークＷを嵌めるので、ワークの歯先にバリが生じていてもワークのセットが支障なく行われる。

この検査装置は、全部のエアー孔１１に同時にエアーを流して５箇所ある対角位置の歯先間寸法の良否検査を同時に行うようにしてあり、従来法に比べて検査の効率も良くなる。

なお、例示の検査装置は、５本のエアー供給路１２に時間差をつけてエアーを流して各対角位置の歯先間寸法の良否を順番に検査する方法を実施するときにも使用できる。

図６は、隙間の大きさとその隙間を通って流出するエアーの量の相関関係を調べるのに使用した測定治具を示している。この測定治具２０は、直角スケール２１上に相対位置の微調整が可能な２個のＶブロック２２、２３を対向させて配置し、下側のＶブロック２２のＶ溝にエアー孔２４を有する円柱状の模擬ゲージ２５をエアー孔２４が垂直上向きとなる姿勢にしてセットしている。この治具の模擬ゲージ２５と上側のＶブロックで支えた平板の板材２６との間の隙間Ｇの大きさを変化させてそのときのエアー孔２４から流出するエアー流量を測定した。隙間Ｇの大きさは隙間ゲージを使って調整した。

図７にその結果を示す。この図７のデータによれば、隙間Ｇの大きさが０．０６ｍｍになるまでは流量変化と隙間の大きさの変化がほぼ比例関係にあり、従って、ゲージに設けたエアー孔からのエアー流出量を測定することによって歯先とゲージ間の隙間寸法を求めることができ、また、その測定値が所定範囲内にあるか否かで歯先間寸法の良否を信頼性よく判別することができる。歯先とワークをセットしたゲージ間の隙間の大きさを測定するときには、予め求めた流量と隙間の関係を測定装置にインプットし、それと実際に測定して得られたエアー流量を照合することになるが、対角位置の歯先間寸法が規定範囲に収まっているか否かを検査するときには、エアー流量が上限と下限を超えたか否かを判定する閾値を設定してインプットしておけばよい。

なお、この発明の検査装置は、ポンプロータ用インナーロータの歯先間寸法の良否検査、動力伝達要素として使用される内歯歯車や外歯歯車の歯先間寸法の良否検査、内周や外周にトルク伝達用のキーやスプラインなどを有する回転体の対角位置の歯（キーやスプライン）の歯先間寸法の良否検査などにも利用できる。歯先間寸法の要求精度が高く、全歯の検査が必要となるワークの検査に利用すると多大の効果を期待できる。

外歯を有するワークの歯先間寸法の測定は、図５に示すようなゲージ、即ち、エアー孔１１の出口を内周の位置決め面１ａの位置に開放させた筒状ゲージ１Ａを使用し、その筒状ゲージ１Ａの内側にワークＷをセットしてゲージ１ＡとワークＷ間の隙間から流出するエアーの流量を測定して対角位置の歯先間寸法の良否判定を行う。

この発明の歯先間寸法検査装置の一例の概要を示す斜視図 図１の検査装置に採用したゲージの斜視図 図１の検査装置のゲージの使用状態を示す平面図 図３のＸ−Ｘ線に沿った位置の断面図 ゲージの他の例を示す平面図 隙間の大きさとエアー量の関係を調べるのに使用した測定治具の正面図 図６の測定治具による測定データを示す図表 検査を行うワークの一例（ポンプロータ）を示す平面図 従来の検査方法の一例を簡略化して示す図

符号の説明

１、１Ａ ゲージ
１ａ 径方向位置決め面
１ｂ 逃げ部
２ 定盤
３ エアー流量の調整器
４ 流量計
５ 操作盤
６ 電源ランプ
７ カウンター
８ 判別ランプ
９ ブザー
１０ 本体ボックス
１１ エアー孔
１２ エアー供給路
１３ 位置決め部材
２０ 測定治具
２１ 直角スケール
２２、２３ Ｖブロック
２４ エアー孔
２５ 模擬ゲージ
２６ 板材
３０ ポンプロータ
３１ インナーロータ
３２ アウターロータ
３３ 板ゲージ
ｇ チップクリアランス
Ｗ ワーク
ｃ 歯
Ｇ 歯先とゲージ間の隙間

Claims (7)

1. 内歯を有するワークについてはそのワークを柱状ゲージの外側に、外歯を有するワークについてはそのワークを筒状ゲージの内側に、それぞれ、センタリングと周方向相対位置の位置決めを行ってセットしてワークの各歯に対応させて前記ゲージに設けたエアー孔の出口をワークの歯先中心に位置決めし、その後、前記エアー孔にエアーを流して各エアー孔から流出するエアーの流量を計測し、予め求めたエアー流量と隙間の関係からワークの歯先とゲージとの間の隙間寸法を求める歯先隙間の測定方法。
2. ワークの内周又は外周の２箇所以上の対角位置に設けられた歯の歯先間寸法の良否を判断する検査方法であって、内歯を有するワークについてはそのワークを柱状ゲージの外側に、外歯を有するワークについてはそのワークを筒状ゲージの内側に、それぞれ、センタリングとゲージに対する周方向相対位置の位置決めを行ってセットしてワークの各歯に対応させて前記ゲージに設けたエアー孔の出口をワークの歯先中心に位置決めし、その後、前記エアー孔にエアーを流して対角上２箇所のエアー孔から流出するエアーの流量を計測し、予め求めたエアー流量と隙間の関係と照合して対角位置に設けられた歯の歯先間寸法の良否を判定する歯先間寸法検査方法。
3. ゲージへワークをセットした後に全箇所の前記エアー孔に同時にエアーを流して全ての歯の対角位置の歯先間寸法の良否判定を同時に行う請求項２に記載の歯先間寸法検査方法。
4. 前記ゲージに、ワークの歯先が適合して嵌る径方向位置決め面と、ワークの歯先と前記径方向位置決め面との間よりも広い隙間をワークの歯先との間に生じさせる逃げ部を周方向に交互に設け、ワークの歯が前記逃げ部に対応した位置で前記ゲージにワークを嵌めてゲージとワークを位置決め部材によって回転が阻止されるところまで相対回転させてワークのセンタリングと周方向相対位置の位置決めを行う請求項２又は３に記載の歯先間寸法検査方法。
5. 内歯が２箇所以上の対角位置に設けられたワークをセンタリングして外側に嵌める柱状のゲージと、前記内歯の各々に対応させて前記ゲージに設けたエアー孔の出口が前記内歯の歯先中心にくる位置にワークを位置決めする周方向相対位置の位置決め部材と、２箇所以上ある対角位置の各々において対角上の２箇所のエアー孔から流出するエアーの流量を計測する流量計と、この流量計で計測した流量を電気信号に変換し、変換された電気信号を閾値と照合してワークの対角位置の歯先間寸法の良否を判定する判定装置を備えて構成される歯先間寸法検査装置。
6. 外歯が２箇所以上の対角位置に設けられたワークをセンタリングして内側に嵌める筒状のゲージと、前記外歯の各々に対応させて前記ゲージに設けたエアー孔の出口が前記外歯の歯先中心にくる位置にワークを位置決めする周方向相対位置の位置決め部材と、２箇所以上ある対角位置の各々において対角上の２箇所のエアー孔から流出するエアーの流量を計測する流量計と、この流量計で計測した流量を電気信号に変換し、変換された電気信号を閾値と照合してワークの対角位置の歯先間寸法の良否を判定する判定装置を備えて構成される歯先間寸法検査装置。
7. 前記ゲージに、ワークの歯先が対面する径方向位置決め面と、ワークの歯先と前記径方向位置決め面との間よりも広い隙間をワークの歯先との間に生じさせる逃げ部を周方向に交互に設け、さらに、前記径方向位置決め面に設けた前記エアー孔の出口が歯先中心にきた位置でゲージとワークの相対回転を規制する位置決め部材を設けた請求項５又は６に記載の歯先間寸法検査装置。

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