JP4048090B2 - 歯車加工シミュレーション方法、歯車加工シミュレーションプログラム及び歯車加工シミュレーション装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータによるシミュレーション方法に関し、特に歯車についてのコンピュータによるシミュレーション方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から歯車の加工状態や噛合状態を解析し、実際の歯車の加工作業や設計作業の負荷を軽減させることを目的とする手法は多数存在する。例えば、設計した歯車の基本諸元から加工状態をシミュレーションすることによって工具と歯車、及び噛合関係にある歯車同士の干渉を確認する方法（特開平９−２１２２２２号公報）、設計した歯車の条件値からシミュレーションによって歯車の噛合状態を求める方法（特開平６−１０９５９３号公報）等があり、コンピュータを用いた３次元仮想空間上において歯車の加工状態や噛合状態を解析することができる。また、歯車がハイポイドギアの場合には、その歯形の特殊性からシミュレーションが困難とされており、前記と同様に歯車の設計値からシミュレーションによって歯車の噛合状態を求める手段としては、グリーソン社のシステムが広く利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した手法では満足な解析結果が得られなかった場合に、実際の使用に耐えうる歯車を作成するためには加工条件や歯車の諸元値等をどのように変更すれば良いのかが分からないという問題がある。グリーソン社のシステムにおいては、前述のパラメータを変更するための指針が示されるが、実際にその指針に従ってパラメータを変更してもなかなか適正な歯当たり状態を得ることができず、結局のところは現場の作業者の経験によるところが大きかった。
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、現実に加工された歯車と同様の形状を有する歯車の３次元モデルによって、歯車に関するシミュレーションを実行することができる歯車加工シミュレーション方法、歯車加工シミュレーションプログラム及び歯車加工シミュレーション装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するため、本発明は、ブランクモデルと、カッターモデルと、前記ブランクモデルと前記カッターモデルとの相対的位置関係を規定する歯切り盤モデルとに基づいて、歯切りのシミュレーションにより、前記ブランクモデルから歯車モデルを生成する歯車モデル生成手順を有することを特徴とする。
【０００６】
このような歯車加工シミュレーション方法では、現実の歯車の加工において歯切り盤上にブランク素材とカッターを配置して歯切りを実行する手順と同様の手順を３次元モデルによって実行するため、現実に加工された歯車と同様の形状を有する歯車の３次元モデル（歯車モデル）を生成することができ、歯車に関するシミュレーションを実行することができる。
【０００７】
また、本発明は、前記歯車モデル生成手順は、前記ブランクモデルと前記カッターモデルとのブーリアン演算を用いることを特徴とする。
【０００８】
このような歯車加工シミュレーション方法では、ブランクモデルとカッターモデルとのブーリアン演算により歯車モデルを生成するため、ブランク素材をカッターで削ることにより加工された現実の歯車と同様の形状を有する歯車モデルを生成することができる。
【０００９】
また、本発明は、前記歯車生成手順は、一対の前記歯車モデルを生成し、前記歯車モデル生成手順において生成された一対の前記歯車モデルを組み立て状態で回転させるシミュレーションにより、歯当たり状態を特定するデータを出力する歯当たり状態出力手順を更に有することを特徴とする。
【００１０】
このような歯車加工シミュレーション方法では、現実の加工方法と同様の手順によるシミュレーションを経て生成された一対の歯車モデル用いて歯当たり状態を解析するため、現実の歯当たり状態と同様の歯当たり状態を得ることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記歯当たり状態出力手順において出力された歯当たり状態を特定するデータと、所定の基準値とを比較して、前記歯車モデルの是非を判断する歯車モデル是非判断手順を更に有することを特徴とする。
【００１２】
このような歯車加工シミュレーション方法では、シミュレーションによって得た歯当たり状態の是非を判断することができるため、適正な歯当たり状態が得られたか否かを容易に確認することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が非の場合は、前記カッターモデルと、前記ブランクモデルと前記カッターモデルとの相対的位置関係を設定する前記歯切り盤モデルとのマシンセッティングの少なくともいずれか一方を変更し、前記変更された前記カッターモデル又は前記マシンセッティングに基づいて、前記歯車モデル生成手順を実行することを特徴とする。
【００１４】
このような歯車加工シミュレーション方法では、適正な歯当たり状態が得られなかった場合には、加工条件を自動的に変更することにより、再度歯切りのシミュレーション以降の処理を再度実行するため、最終的に満足な歯当たり状態が得られる加工条件を容易に得ることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が是の場合は、前記歯車モデルに対する熱処理のシミュレーションにより、歯車熱処理モデルを生成する熱処理手順を更に有し、前記熱処理手順により生成された歯車熱処理モデルを前記歯車モデルとして、前記歯当たり状態出力手順を実行することを特徴とする。
【００１６】
このような歯車加工シミュレーション方法では、熱処理のシミュレーションを施した歯車モデルによって歯当たり状態の解析を実行するため、熱処理による歯車の形状への影響を考慮した歯当たり状態を得ることができる。
【００１７】
また、本発明は、前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が是の場合は、前記歯車モデルに対する表面加工のシミュレーションにより、歯車表面加工モデルを生成する表面加工手順を更に有し、前記表面加工手順により生成された歯車表面加工モデルを前記歯車モデルとして、前記歯当たり状態出力手順を実行することを特徴とする。
【００１８】
このような歯車加工シミュレーション方法では、表面加工のシミュレーションを施した歯車モデルによって歯当たり状態の解析を実行するため、表面加工による歯車の形状への影響を考慮した歯当たり状態を得ることができる。
【００１９】
また上記課題を解決するための手段として、本発明は、上記歯車加工シミュレーション方法での処理を実現する装置、その方法をコンピュータに行なわせるためのプログラム、又はそのプログラムを記録した記憶媒体とすることもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態においては、ハイポイドギアセットの加工等のシミュレーションを例として説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態における歯車加工シミュレーション装置１０のハードウェア構成を示す図である。図１の歯車加工シミュレーション装置１０は、それぞれバスBで相互に接続されているドライブ装置１００と、記憶媒体１０１と、補助記憶装置１０２と、メモリ装置１０３と、演算処理装置１０４と、表示装置１０５と、入力装置１０６とを有するように構成される。
【００２２】
歯車加工シミュレーション装置１０が利用する歯車加工シミュレーションプログラムは、CD―ROM等の記憶媒体１０１によって提供される。歯車加工シミュレーションプログラムを記録した記録媒体１０１は、ドライブ装置１００にセットされ、歯車加工シミュレーションプログラムが記録媒体１０１からドライブ装置１００を介して補助記憶装置１０２にインストールされる。
【００２３】
補助記憶装置１０２は、インストールされた歯車加工シミュレーションプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。例えば補助記憶装置１０２は、歯車加工シミュレーションプログラムの処理に必要な、後述する各種テーブルを格納している。メモリ装置１０３は、歯車加工シミュレーション装置１０の起動時等、歯車加工シミュレーションプログラムの起動指示があった場合に補助記憶装置１０２から歯車加工シミュレーションプログラムを読み出して格納する。演算処理装置１０４は、メモリ装置１０３に格納された歯車加工シミュレーションプログラムに従って歯車加工シミュレーション装置１０に係る機能を実行する。
【００２４】
表示装置１０５は、歯車加工シミュレーションプログラムによるシミュレーションの様子を表示し、入力装置１０６はキーボード及びマウス等で構成され、様々な操作指示を入力するために用いられる。
【００２５】
次に、歯車加工シミュレーション装置１０の機能構成例について説明する。図２は、歯車加工シミュレーション装置の機能構成例を示す図である。
【００２６】
図２において、歯車加工シミュレーション装置１０は、概略諸元計算手段１２と、ブランクモデル生成手段１３と、カッター仕様計算手段１４と、マシンセッティング計算手段１５と、性能・強度計算手段１６と、性能強度判定手段１７と、カッターモデル生成手段１８と、歯切りシミュレート手段１９と、歯当たりシミュレート手段２０と、判定手段２１と、熱処理シミュレート手段２２と、ラップ処理シミュレート手段２３と、補正歯当たり状態計算手段２４と、パラメータ修整手段２５と、修整パラメータ判断テーブル３０とを有する。
【００２７】
概略諸元計算手段１２は、利用者によって入力された歯車の設計値５０に基づいて、歯車の諸元の概略値（理論値）を計算し、概略諸元値５１として出力する。
【００２８】
ブランクモデル生成手段１３は、設計値５０と概略諸元値５１に基づいて、歯切り前のピニオンとギアのブランク素材の３次元形状データとして図示しないピニオンブランク５４ａと、ギアブランクモデル５４ｂとを生成する。なお、図中のブランクモデル５４はこれらをまとめて表現している。
【００２９】
カッター仕様計算手段１４は、設計値５０と、概略諸元値５１と、利用者によって予め設定された歯当たり状態の目標値である目標値５３とに基づいて、歯切りカッターの形状の諸元値としてのカッター仕様５５を計算する。
【００３０】
マシンセッティング計算手段１５は、概略諸元値５１と、カッター仕様５５と、目標値５３とに基づいて、歯切り盤のマシンセッティングを計算し、その結果をマシンセッティング５７として出力する。更に、マシンセッティング計算手段１５は、予め生成されている歯切り盤の３次元形状データである歯切り盤モデル５８にマシンセッティング５７を設定する。
【００３１】
性能・強度計算手段１６は、設計値５０と、概略諸元値５１と、カッター仕様５５と、マシンセッティング５７に基づいて、シミュレーションの対象となる歯車の性能及び強度を計算し、性能・強度情報５２を出力する。
【００３２】
性能・強度判定手段１７は、性能・強度情報５２に基づいて、シミュレーション対象となる歯車の性能及び強度が適正であるか否かを判断する。
【００３３】
カッターモデル生成手段１８は、カッター仕様５５に基づいて、歯切りカッターの３次元形状データであるカッターモデル５６を生成する。
【００３４】
歯切りシミュレート手段１９は、カッターモデル５６を設置した歯切り盤モデル５８にブランクモデル５４を配置し、歯切りのシミュレーションを実行する。歯切りシミュレート手段１９は、歯切りのシミュレーションの結果として、歯切りされたピニオンとギアの３次元形状データである図示しないピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂを生成する。なお、図中の歯車モデル５９はこれらをまとめて表現している。
【００３５】
歯当たりシミュレート手段２０は、ピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂを組み立て状態にして回転させ、歯当たり状態を解析するシミュレーションを実行する。歯当たりシミュレート手段２０は、歯当たり状態のシミュレーションの結果として、歯当たり状態６０を出力する。
【００３６】
判定手段２１は、歯当たり状態６０が目標値５３を満たしているか等を判定する。
【００３７】
熱処理シミュレート手段２２は、歯車モデル５９に対して熱処理のシミュレーションを実行し、熱処理によって変形したピニオンとギアの３次元形状データとして、図示しないピニオン熱処理モデル６１ａとギア熱処理モデル６１ｂを生成する。なお、図中の熱処理モデル６１はこれらをまとめて表現している。
【００３８】
表面加工処理シミュレート手段２３は、熱処理モデル６１に対して、例えばラップ処理のシミュレーションを実行し、ラップ処理によって変形したピニオンとギアの３次元形状データとして、図示しないピニオンラップ処理モデル６２ａとギアラップ処理モデル６２ｂを生成する。図中のラップ処理モデル６２はこれらをまとめて表現している。なお、生成されたラップ処理モデル６２は、歯当たりシミュレート手段２０によって、歯当たり状態が解析される。
【００３９】
補正歯当たり状態計算手段２４は、ラップ処理モデル６２について歯当たりシミュレート手段１９によって解析された歯当たり状態６０が、目標値５３を満たしていない場合、ラップ処理後の歯当たり状態６０が目標値５３を満たすようにするためには、ラップ処理及び熱処理を施す前の歯当たり状態はどうあるべきかを計算する。更に、その歯当たり状態を得るためのマシンセッティング５７を計算し、歯切り盤モデル５８に設定する。なお、補正歯当たり状態計算手段２４によって修整されたマシンセッティング５７に基づいて、再度歯切りのシミュレーションが実行され、更に歯当たり状態の解析が実行される。
【００４０】
パラメータ修整手段２５は、歯車モデル５９について歯当たりシミュレート手段１９によって解析された歯当たり状態６０が、目標値５３を満たしていない場合、修整パラメータ判断テーブル３０を参照することにより、カッター仕様５５とマシンセッティング５７のどちらを修整すれば、目標値５３を満たし得る歯当たり状態６０が得られる歯車モデル５９を生成することができるかを判断する。更に、パラメータ修整手段２５は、カッター仕様５５又はマシンセッティング５７の修整値を修整パラメータ判断テーブル３０より検索し、その修整値に基づいてカッターモデル５６又は歯切り盤モデル５８を修整する。なお、パラメータ修整手段２５によって修整されたカッターモデル５６又は歯切り盤モデル５８に基づいて、再度歯切りのシミュレーションが実行され、更に歯当たり状態の解析が実行される。
【００４１】
以下、図２の歯車加工シミュレーション装置１０の処理手順について説明していく。なお、本実施例においては一対のピニオンとギアの加工等のシミュレーションについて説明する。
【００４２】
図３は、歯車加工シミュレーション装置の処理概要を説明するフローチャートを示す。
【００４３】
ステップＳ１０において歯車加工シミュレーション装置１０は、歯車の設計値等、後述する入力値に基づいて、ブランクモデル５４とカッターモデル５６を生成し、歯切り盤モデル５８のマシンセッティングを計算する。更に、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯切り盤モデル５８にカッターモデル５６を設置すると共にブランクモデル５４を配置し、歯切りのシミュレーションを実行する。歯車加工シミュレーション装置１０は、歯切りのシミュレーションの結果として歯車モデル５９、即ち一対のピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂを生成する。
【００４４】
ステップＳ１０に続いてステップＳ２０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、ステップＳ１０にて生成したピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂを組み立て状態に配置し、歯当たり状態等の解析を行う。
【００４５】
ステップＳ２０に続いてステップＳ３０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯当たり状態の解析結果の判定を行う。判定の結果、適正な歯当たり状態が得られた場合（以下「採用可の場合」という）は、歯車加工シミュレーション装置１０は歯車の諸元値及び加工条件を出力し処理を終了する。この場合、利用者は出力された諸元値及び加工条件に基づいて歯車を作成すればよい。
【００４６】
判定の結果、適正な歯当たり状態が得られなかった場合はステップＳ４０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、カッター仕様５５、マシンセッティング５７等の加工条件を修整し、再びステップＳ１０の歯切りシミュレート処理からやり直す。従って、歯車加工シミュレーション装置１０は、設計値５０で与えられた条件内で適正な歯当たり状態が得られる歯車の諸元値及び加工条件を見つけ出すまで、ステップＳ１０からステップＳ４０の処理を繰り返す
次に、図３で説明した歯車加工シミュレーション装置１０の処理概要の各ステップについて、より詳細に説明する。
【００４７】
先ず、図３のステップＳ１０における歯切りシミュレート処理１０の詳細について説明する。図４は、歯切りシミュレート処理を説明するためのフローチャートを示す。
【００４８】
ステップＳ１００において、歯車加工シミュレーション装置１０は、利用者によって設定された歯当たり状態の目標値５３を取り込む。ここで取り込んだ目標値５３は、図３のステップのＳ３０において説明した歯当たり状態の解析結果の判定処理において、歯車の採用の可否の判断の基準値として利用される。
【００４９】
ここで、目標値５３のパラメータを理解する上で必要となるパラメータについて説明する。図５は、歯当たり状態を判定するためのパラメータを説明するための図である。図５（Ａ）において１５０で示される長方形は、歯車の一枚の歯面を表す。また、アルファベットで示される部分については、図５（Ｂ）にあるように、Ａは「有効歯すじ長さ」、Ｂは「歯すじ方向の歯当たり長さ」、Ｃは「歯すじ方向の有効歯面の中心から歯当たり中心までの長さ」、Ｄは「有効歯丈長さ」、Ｅは「歯丈方向の歯当たり長さ」、Ｆは「歯丈方向の有効歯面の中心から歯当たり中心までの長さ」、Ｇは「瞬時の接触点（歯当たり中心）の位置」、Ｈは「瞬時の歯当たり面積」、Ｉは「総歯当たり面積」、Ｊは「バイアス角」、Ｋは「有効歯面の中心」を表す。
【００５０】
上記をふまえた上で、目標値５３を構成するパラメータについて説明する。図６は、歯当たり状態の判定値の例を示す図である。図６に示されるように目標値５３は、７つのパラメータで構成され、それぞれについて判定基準と、判定許容範囲が設定される。判定基準はもっとも望ましい値であり、解析結果である歯当たり状態６０とのずれを計算するために使われる。また判定許容範囲は、歯当たり状態６０が採用可であるか、採用不可であるかの判定をするために使用される。即ち、歯当たり状態６０が判定許容範囲内であれば、「採用可」と判定され、範囲外であれば「採用不可」と判定される。
【００５１】
続いて７つのパラメータについて図５を参照しつつ説明する。「歯面の面積に対する歯当たり面積の割合」は、図５（Ａ）で示されるパラメータを使うと、
（Ｉ／（Ａ×Ｄ））×１００
で求めることができる。図６では、判定基準が２５％、判定許容範囲が２０〜３０％に設定されている。
【００５２】
「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」は、同じく
（Ｂ／Ａ）×１００
で求めることができる。図６では、判定基準が５０％、判定許容範囲が４０〜６０％に設定されている。
【００５３】
「有効歯丈長さに対する歯丈方向歯当たり長さの割合」は、同じく
（Ｅ／Ｄ）×１００
で求めることができる。図６では、判定基準が６０％、判定許容範囲が５０〜７０％に設定されている。
【００５４】
「歯すじ方向歯当たり中心偏り」は、有効歯すじ長さに対する歯すじ方向の有効歯面の中心から歯当たり中心までの長さの割合を意味し、同じく
（Ｃ／Ａ）×１００
で求めることができる。図６では、判定基準が２０％、判定許容範囲が１５〜２５％に設定されている。
【００５５】
「歯丈方向歯当たり中心偏り」は、有効歯丈長さに対する歯丈方向の有効歯面の中心からの歯当たり中心までの長さの割合を意味し、同じく
（Ｆ／Ｄ）×１００
で求めることができる。図６では、判定基準が１０％、判定許容範囲が５〜１５％に設定されている。
【００５６】
「バイアス角」は、図５（Ａ）において、Ｊで示される。図６では、３０度が設定されている。
【００５７】
上記６つのパラメータにより歯当たりの位置を特定することができる。
【００５８】
更に「隣り合う伝達曲線が１点のみで交差する」とは、ピニオンとギアの噛合がスムーズであることを意味する。図７は隣り合う伝達曲線が一点のみで交差する状態示す図である。図中のグラフにおいて、縦軸は伝達誤差を、横軸は歯車の回転角を示し、３つの曲線はそれぞれ一枚の歯に対する伝達曲線を示す。図７では、隣り合う伝達曲線３０１と伝達曲線３０２が交点３０４のみで交差し、伝達曲線３０２と伝達曲線３０３が交点３０５でのみ交差しており、この判定基準を満たしている。例えば、隣り合う伝達曲線が全く交差しない場合は、前歯対の噛合が終わっても、後歯対の噛み合いがまだ始まらないので伝達衝撃が生ずることを示し、二回以上交差する場合は、前後歯対が繰り返し交互に噛み合い、その歯当たりは中断し、伝達の騒音を生ずることを示す。
【００５９】
図４のステップＳ１００に続いてステップＳ１１０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯車とカッターの仕様の最低限の条件値としての設計値５０を取り込む。
【００６０】
図８は設計値を構成するパラメータを示す図である。設計値５０は、ピニオンの歯数、ギアの歯数、ギアの歯幅、ピニオンオフセット、ギアのピッチ径、カッター径、平均圧力角、歯丈係数、ギア歯先係数、バックラッシ（Ｂｍｉｎ）、バックラッシ（Ｂｍａｘ）及びサマリーＮｏから構成され、例えば図８に示されるような表形式のファイルに格納されている。利用者は、最低限の条件として設計値５０の各パラメータを予め設計しておく。なお、サマリーＮｏは、設計値５０を識別するためのものである。
【００６１】
ステップＳ１１０に続いてステップＳ１２０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の概略諸元計算手段１２は、歯車とカッターの理論値としての諸元を計算し、概略諸元値５１を出力する。概略諸元値５１は、ブランク形状全体に関する情報と、一つの歯に関する情報について出力される。
【００６２】
図９は、概略諸元計算にて出力されるブランク形状の概略諸元値を示す図である。図９に示されるパラメータは、概略諸元値５１のうちブランク形状全体に関するものであり、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして歯数、ピッチ径、歯先の丈、歯元の丈、外径、交点からピッチ円錐角の頂点の距離、交点から歯先円錐角の頂点の距離、交点から歯元円錐角の頂点の距離、交点からかさ歯車の端面までの距離、交点からかさ歯車の先端までの距離、ピッチ円錐角、歯先円錐角、歯元円錐角及びねじれ角と、ピニオンについてのみのパラメータとしてピニオンオフセットと、ギアについてのみのパラメータとして外径基準モジュール及び歯幅と、ピニオンとギアについて同一の値となるパラメータとして平均圧力角、カッター径及び歯丈とから構成され、例えば図９に示されるような表形式のファイルに出力される。
【００６３】
また、図１０は、概略諸元計算にて出力される一つの歯に関する概略諸元値を示す図である。図１０に示されるパラメータは、概略諸元値５１のうち一つの歯に関するものであり、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして平均ピッチ半径、平均円錐距離、平均歯先の丈、平均歯元の丈、平均歯厚、平均歯先幅及び歯元角と、ピニオンとギアについて同一の値となるパラメータとして平均歯直角モジュール、クリアランス、平均歯丈及び限界圧力角とから構成され、例えば図１０に示されるような表形式のファイルに出力される。
【００６４】
ステップＳ１２０に続いてステップＳ１３０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０のカッター仕様計算手段１４は、設計値５０及び概略諸元値５１に基づいて、カッターの仕様を計算する。更に、歯車加工シミュレーション装置１０のマシンセッティング計算手段１５は、概略諸元値５１と、目標値５３と、カッター仕様５５に基づいて、歯切り盤モデル５８のマシンセッティングを計算し、マシンセッティング５７として出力すると共に、マシンセッティング５７を歯切り盤モデル５８に設定する。
【００６５】
図１１はカッター仕様を説明するための図である。カッター仕様５５は、カッター径、外側のブレード角、内側のブレード角および歯先幅から構成され、例えば図１１に示されるような表形式のファイルに出力される。なお、カッター径は、ピニオンとギアで同一の値が、それ以外のパラメータについてはピニオンとギアについて異なる値が出力される。
【００６６】
また、図１２は歯切り盤のマシンセッティングを説明するための図である。マシンセッティング５７は、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして、マシンルートアングル（Machine Root Angle）、マシンセンタートゥバック（Machine Center To Back）、エキセントリックアングル（Eccentric Angle）及びクレードルアングル（Cradle Angle）と、ピニオンのみのパラメータとしてスライディングベース（Sliding Base）、ブランクオフセット（Blank Offset）、スイベルアングル（Swivel Angle）、スピンドルローテーションアングル（Spindle Rotation Angle）、スタートロールアングル（Start Roll Angle：クレードル角のスタート位置を決めるもの）、エンドロールアングル（End Roll Angle：クレードル角の終了位置を決めるもの）及びデシマルレシオ（Decimal Ratio）とから構成され、例えば図１２に示されるような表形式のファイルに出力される。
【００６７】
図４のステップＳ１３０に続いてステップＳ１４０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の性能・強度計算手段１６は、設計値５０と、概略諸元値５１と、カッター仕様５５と、マシンセッティング５７とに基づいて生成される歯車の性能及び強度計算を実行する。性能及び強度計算は、形状に係わる計算と負荷条件に係わる計算の二つの段階から成る。
【００６８】
形状に係わる計算は、概略諸元値５１等の形状情報のみから求められる係数を計算する。負荷条件に係わる計算は、上記の係数を用いて任意の入力容量と入力回転スピードを与えた場合の強度を計算する。
【００６９】
性能・強度計算手段は１６は、準備計算段階の入力パラメータとして概略諸元値５１、カッター仕様５５及びマシンセッティング５７の中から必要なパラメータを抜き出し、あるいは計算を行い図１３に示すようなパラメータを出力する。
【００７０】
図１３は，性能及び強度計算の準備計算の入力パラメータを示す図である。形状に係わる計算の入力パラメータは、設計値５０、概略諸元値５１、カッター仕様５５及びマシンセッティング５７に基づいており、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして歯数、ピッチ径、ねじれ角、ピッチ角、平均ピッチ半径と、ピニオンについてのみのパラメータとしてピニオンオフセット、ピニオン平均円錐距離、ピニオンの交点からかさ歯車の端面までの距離、ピニオンの交点からかさ歯車の先端までの距離、カッター歯先幅と、ギアについてのみのパラメータとして歯幅と、ピニオンとギアについて同一の値となるパラメータとして平均圧力角、歯丈係数、ギア歯先係数、サマリーＮｏとから構成され、例えば図１３に示されるような表形式のファイルに出力される。
【００７１】
性能・強度計算手段１６は、図１３のパラメータに基づいて性能及び強度計算の形状に係わる計算を実行し、計算結果として図１４に示すパラメータを出力する。
【００７２】
図１４は、性能及び強度計算の形状に係わる計算の出力結果を示す図である。形状に係わる計算の出力結果は、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして歯数、平均ピッチ半径、平均円錐距離、平均歯丈、平均歯厚、平均歯先幅、ピッチ径、カッターエッジ半径、幾何係数−Ｊ（曲げ応力を決定するためのファクター）と、ギアのみについてのパラメータとして平均歯直角モジュールと、ピニオンとギアについて同一の値となるパラメータとして外径基準モジュール、相対曲率半径、荷重分配率、接触長さ、幾何係数−Ｉ（面圧を決定するためのファクター）、噛合率（正面、重なり、合成）とから構成され、例えば図１４に示されるような表形式のファイルに出力される。
【００７３】
更に性能・強度計算手段１６は、図１４の性能及び強度計算の形状に係わる計算の出力結果に基づいて図１５に示される入力パラメータに対する性能及び強度計算を実行する。
【００７４】
図１５は、性能及び強度計算のための入力パラメータを示す図である。解析段階の入力パラメータとしては、入力容量と入力回転スピードとがあり、図１５に示すような表形式のファイルに解析したい入力容量と入力回転スピードの値を入力しておくと、性能・強度計算手段１６は入力された入力容量と入力回転スピードに対するピニオンとギアの性能及び強度を計算し、計算結果を図１６に示すような表形式のファイルに出力する。
【００７５】
図１６は、性能及び強度計算の出力結果を示す図である。性能及び強度計算の出力結果は、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして曲げ応力と、ピニオンとギアについて同一の値となるパラメータとして面圧、すべり速度、許容伝達容量、効率とから構成される。
【００７６】
図４のステップＳ１４０に続いてステップＳ１５０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の性能・強度判定手段１７は、図１４と図１６に示されるパラメータからなる性能・強度情報５２が、所定の基準を満たしているか否かを判断する。
【００７７】
強度が基準を満たしていない場合には、図４のステップＳ１１０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、別の設計値５０により改めてシミュレーションを再実行する。強度の基準を満たしている場合は、ステップＳ１６０に進む。
【００７８】
ステップＳ１６０において、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯車（ピニオン、ギア）のブランク素材の３次元形状モデルとして、設計値５０及び概略諸元値５１に基づいてブランクモデル５４（ピニオンブランクモデル５４ａ、ギアブランクモデル５４ｂ）を生成し、更にカッターの３次元形状モデルとして、カッター仕様５５に基づいてカッターモデル５６（ピニオン用カッターモデル５６ａ、ギア用カッターモデル５６ｂ）を生成する。
【００７９】
ステップＳ１６０に続いてステップＳ１７０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の歯切りシミュレート手段１９は、歯切り盤モデル５８にカッターモデル５６を設置すると共に、ブランクモデル５４を配置する。
【００８０】
図１７は、ピニオンブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。図１７のＣＡＤ画面２００は、歯車加工シミュレーション装置１０が表示装置１０５に表示させている画面である。ＣＡＤ画面２００は、４つのウィンドウ２０１、２０２、２０３、２０４と、メニュー２０５と、メッセージ領域２０６、２０７を有する。
【００８１】
ウィンドウ２０１、２０２、２０３、２０４は、歯切り盤モデル５８上に、ピニオン用カッターモデル５６ａとピニオンブランクモデル５４ａとが配置されている様子をそれぞれ異なる方向から表示している。
【００８２】
メニュー２０５は、歯車加工シミュレーション装置１０の利用者が入力を行うためのものである。利用者はメニュー２０５を通して、歯車加工シミュレーション装置１０の操作を行うことができる。
【００８３】
メッセージ領域２０６、２０７は、シミュレーションに異常が発生した場合の通知や、利用者に入力を促す入力促進メッセージ、処理結果等が表示される領域である。なお、以降の説明における画面例については画面２００が遷移したものである。
【００８４】
図１７においては便宜上歯切り盤モデル５８のアーバ（Ａｒｂｏｒ）や、ワークヘッド（Ｗｏｒｋｈｅａｄ）がＣＡＤ画面２００に表示されていないが、図１８に示すようにアーバやワークヘッドを表示させても良い。
【００８５】
図１８は、ピニオンブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図（その２）である。ＣＡＤ画面２５０に示すように、アーバ５８１を表示させることにより、アーバ５８１とカッタースピンドル（Cutter Spindle）５８２との干渉をチェックすることもできる。
【００８６】
なお、ＣＡＤ画面２５０においては図１７のＣＡＤ画面２００に表示されていたメニュー２０５、メッセージ領域２０６及び２０７は、便宜上図示していないが、ＣＡＤ画面２５０においても同様に表示される。以降の説明においても、メニュー２０５、メッセージ領域２０６及び２０７については便宜上図示しないこととする。
【００８７】
また、図１９は、ギアブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。図１９の画面３００のウィンドウ３０１、３０２、３０３、３０４は、歯切り盤モデル５８上に、ギア用カッターモデル５６ｂとギアブランクモデル５４ｂが配置されている様子をそれぞれ異なる方向から表示している。
【００８８】
更に、図２０は、ピニオンブランクモデルを異なるマシンセッティングの歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。図２０の歯切り盤モデル５８は、図１７の歯切り盤モデル５８と比べて傾いていることが分かる。このように、歯切り盤モデル５８のマシンセッティング５７を変更することで、ブランクモデル５４とカッターモデル５６の相対位置を変更することができ、ひいては生成される歯車モデル５９の形状を変更することができる。
【００８９】
図４のステップＳ１７０に続いてステップＳ１８０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の歯切りシミュレート手段１９は、歯切り盤モデル５８上に配置されたブランクモデル５４をカッターモデル５６で歯切りするシミュレーションを実行し、歯車モデル５９を生成する。
【００９０】
ここで、ステップＳ１８０の歯切りのシミュレーション処理について更に詳細に説明する。図２１は、歯切りのシミュレート処理の詳細を説明するためのフローチャートを示す。
【００９１】
ステップＳ１８１において、歯車加工シミュレーション装置１０の歯切りシミュレート手段１９は、ブランクモデル５４とカッターモデル５６とのブーリアン演算、即ちブランクモデル５４からカッターモデル５６と重なった部分を取り除く処理を実行する。
【００９２】
ステップＳ１８１に続いてステップＳ１８２に進み、歯切りシミュレート手段１９は、後述する歯当たり状態解析処理を実行するのに十分な歯数の歯切りを実行したか否かを判断する。既に十分な歯数の歯切りが完了していれば、歯切りシミュレート手段１９は処理を終了し、未完成の場合はステップＳ１８３に進む。
【００９３】
ステップＳ１８３において、歯切りシミュレート手段１９は、ブランクモデル５４がピニオンブランクモデル５４ａの場合は創成歯切り法によるため、ブランクモデル５４とカッターモデル５６とをそれぞれの回転軸で回転させる。なお、回転角度は細かければ細かい程現実により近い歯形を得ることができる。ブランクモデル５４がギアブランクモデル５４ｂの場合は成形歯切り法によるため、ブランクモデル５４のみをその回転軸で回転させる。
【００９４】
ステップＳ１８３に続いてステップＳ１８１に進み、歯切りシミュレート手段１９は、ブランクモデル５４等の回転によるブランクモデル５４とカッターモデル５６の新たな相対位置により、ステップＳ１８１以降の処理を繰り返す。
【００９５】
図２２は、ピニオンブランクモデルの歯切りをシミュレートしている画面例を示す図である。図２２においては、ピニオンブランクモデル５４ａがピニオン用カッターモデル５６ａによって歯切りされ、ピニオンモデル５９ａが生成されているのが分かる。
【００９６】
更に図２３は、ギアブランクモデルの歯切りをシミュレートしている画面例を示す図である。図２３においては、ギアブランクモデル５４ｂがギア用カッターモデル５６ｂによって歯切りされ、ギアモデル５９ｂが生成されているのが分かる。
【００９７】
次に、生成されたピニオンモデル５９ａ及びギアモデル５９ｂを利用した、図３のステップＳ２０及びＳ３０における歯当たり状態解析及び判定処理の詳細について説明する。図２４は、歯当たり状態解析及び判定処理を説明するためのフローチャートを示す。
【００９８】
ステップＳ１９０において、歯車加工シミュレーション装置１０の歯当たりシミュレート手段２０は、後述する熱処理や表面加工処理のシミュレーションが実行される前の状態、即ち歯切りシミュレート手段１９によって生成されたままの状態における歯車モデル５９が、後述する処理により既に歯当たり状態の目標値５３を満たしていると判定されたものか否かを判断する。最初は、まだ歯当たり状態の解析は実行されていないため、歯当たり状態の目標値５３は満たしておらず、ステップＳ２００に進む。
【００９９】
ステップＳ２００において、歯当たりシミュレート手段２０は、歯切りシミュレート手段１９によって生成されたピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂとを実際の利用状態である組み立て状態に配置する。
【０１００】
図２５は、ピニオンモデルとギアモデルとを組み立て状態に配置した画面例を示す図である。図２５において、ピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂとが、組み立て状態に配置されているのが分かる。
【０１０１】
ステップＳ２００に続いてステップＳ２１０に進み、歯当たりシミュレート手段２０は、図２５に示した組み立て状態において、ピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂとを回転させるシミュレーションにより歯当たり状態６０を計算し、歯当たり状態６０を図６で示される目標値５３のパラメータと同じパラメータで出力する。
【０１０２】
なお、歯当たり状態６０は画面上でも確認することができる。図２６は、歯当たり状態を表示する画面例を示す図である。図２６において、５９１で示す部分はギアモデル５９ｂの一枚の歯を示しており、５９２で示す楕円部分は、瞬時の歯当たり面積を示している。
【０１０３】
ステップＳ２１０に続いてステップＳ２２０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の判定手段２１は、ステップＳ２１０で得られた歯当たり状態６０が、図６で示される目標値５３の判定許容範囲内であるか否かを判断すると共に、歯当たり状態６０が異常歯当たり状態か否かも判断する。ここで異常歯当たり状態とは、歯当たり状態６０が目標値５３から大きくかけ離れており、設計値５０等の入力ミス等の疑いがある状態をいう。
【０１０４】
図２７は、異常歯当たりを判定するための閾値を示す図である。図２７においては、図６における判定用のパラメータと同じパラメータ毎に異常歯当たりの閾値が示されており、いずれかのパラメータが異常と判定されると異常歯当たり状態と判断される。例えば、「歯面の面積に対する歯当たり面積の割合」については２．５％より小さいと異常と判定される。「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」については５％より小さい場合、「有効歯丈長さに対する歯丈方向歯当たり長さの割合」については６％より小さい場合、「歯すじ方向歯当たり中心偏り」については４５％より大きい場合、「歯丈方向歯当たり中心偏り」については４５％より大きい場合にそれぞれ異常と判定される。
【０１０５】
図２４のステップＳ２２０において、判定手段２１が異常歯当たりと判定するとステップＳ２３０に進む。ここで、利用者はマシンセッティング５７、ステップＳ２００におけるピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂとの組み立て位置、又は概略諸元値５１等に異常がないか確認する。また、後述する熱処理やラップ処理のシミュレーションによる歯車モデル５９の変形量が過大でないかについても確認する。異常がある場合は再計算することにより、新たな設計値５０を入力して、図４のステップＳ１１０からの処理を再実行する。
【０１０６】
ステップＳ２２０において、歯当たり状態６０が異常歯当たりではないが適正な歯当たり状態ではない、即ち目標値５３の判定許容範囲内にない場合は、判定手段２１は生成された歯車モデル５９は採用不可と判定する。この場合、歯車加工シミュレーション装置１０は、後述するパラメータ修整処理を実行し、新たな加工条件により歯切りのシミュレート処理（ステップＳ１７０）以降を再実行する。
【０１０７】
ステップＳ２２０において、歯当たり状態６０が適正な歯当たり状態、即ち目標値５３の判定許容範囲内の場合は、判定手段２１は生成された歯車モデル５９は採用可と判定し、ステップＳ２２０に続いてステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０において、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯車モデル５９が熱処理及びラップ処理のシミュレーションがされたものであるか否かを判断する。熱処理及びラップ処理のシミュレーションがされていない場合は、ステップＳ２７０に進む。
【０１０８】
ステップＳ２７０において、歯車加工シミュレーション装置１０の熱処理シミュレート手段２２は、歯車モデル５９に対し熱処理のシミュレーションを実行する。この熱処理のシミュレーションの結果として、熱処理により変形した歯車モデル５９である熱処理モデル６１（ピニオン熱処理モデル６１ａ、ギア熱処理モデル６１ｂ）が生成される。なお、熱処理のシミュレーションについては、公知であるためここでは詳述しない。
【０１０９】
ステップＳ２７０に続いてステップＳ２８０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０のラップ処理シミュレート手段２３は、熱処理モデル６１に対しラップ処理のシミュレーションを実行する。このラップ処理のシミュレーションの結果として、ラップ処理により変形した熱処理モデル６１であるラップ処理モデル６２（ピニオンラップ処理モデル６２ａ、ギアラップ処理モデル６２ｂ）が生成される。
【０１１０】
ここでラップ処理のシミュレーションは、図４のステップＳ１７０及びＳ１８０と同様の処理を行えばよい。即ち、図２８に示すラップ盤の３次元モデル上に熱処理モデル６１を配置し、ピニオン熱処理モデル６１ａとギア熱処理モデル６１ｂとのブーリアン演算を実行する。
【０１１１】
図２８は、ラップ処理のシミュレーションの様子を示す図である。図２８において、ラップ盤４００にピニオン熱処理モデル６１ａとギア熱処理モデル６１ｂが噛合状態で設置されている。ラップ処理シミュレート手段２３は、この状態でピニオン熱処理モデル６１ａとギア熱処理モデル６１ｂを回転させ、更にピニオンの軸方向、ギアの軸方向及びオフセット方向の３方向に動がしながら、ピニオン熱処理モデル６１ａとギア熱処理モデル６１ｂとのブーリアン演算を実行する。
【０１１２】
ステップＳ２８０に続いてステップＳ２００に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、ラップ処理モデル６２によって、ステップＳ２００以降の歯当たり状態の解析処理を再実行する。但し、熱処理及びラップ処理による変形も考慮した歯当たり状態の解析となるため、ステップＳ２２０における判定結果は、熱処理及びラップ処理のシミュレーションを実行する前の判定と異なる場合がある。
【０１１３】
ステップＳ２２０において、判定手段２１がラップ処理モデル６２での歯当たり状態が良好であり、ラップ処理モデル６２を採用可と判定すると、ステップＳ２４０を経てステップＳ２５０に進む。
【０１１４】
ステップＳ２５０において、歯車モデル加工シミュレーション装置１０は、歯車諸元値、歯切り盤のマシンセッティング及びカッター仕様を出力する。出力結果は、図９及び図１０で示される概略諸元値５１、図１１で示されるカッター仕様５５、及び図１２で示されるマシンセッティング５７と同様のパラメータで構成される。従って、歯車の製造担当者は、この出力結果に従って歯車を製作すれば、適正な歯当たり状態が得られるピニオンとギアを製作することができる。
【０１１５】
ステップＳ２５０に続いてステップＳ２６０に進み、歯車モデル加工シミュレーション装置１０は、後述するシミュレーション結果の妥当性を確認するために、ラップ処理モデル６２の歯面の３次元座標データを出力し、処理を終了する。
【０１１６】
次に、図３のステップＳ４０におけるパラメータ修整処理の詳細について説明する。図２９はパラメータ修整処理を説明するためのフローチャートを示す。
【０１１７】
図２４のステップＳ２２０において、歯車モデル５９又はラップ処理モデル６２が採用不可と判定された場合は、ステップＳ３００に進む。
【０１１８】
ステップＳ３００において、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯車モデル５９が熱処理及びラップ処理のシミュレーション済みであるかどうか、即ちラップ処理モデル６２であるかどうかを判断する。熱処理等のシミュレーションがされていないと判断した場合は、ステップＳ３１０に進む。
【０１１９】
ステップＳ３１０において、歯車加工シミュレーション装置１０の補正歯当たり状態計算手段２４は、ラップ処理モデル６２による歯当たり状態が適正となるには、熱処理及びラップ処理のシミュレーション前の歯車モデル５９における歯当たり状態（以下「補正歯当たり状態」という。）はどうあるべきかを歯当たり状態６０と目標値５３とを比較することにより計算する。なお補正歯当たり状態は、図６の判定用のパラメータと同様のパラメータで出力される。
【０１２０】
ステップＳ３１０に続いてステップＳ３６０に進み、補正歯当たり状態計算手段２４は、補正歯当たり状態が得られる歯切り盤のマシンセッティング５７を計算し、歯切り盤モデル５８に設定する。
【０１２１】
ステップＳ３００において、熱処理等のシミュレーションが既に実行されていると判断された場合は、ステップＳ３２０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯切り盤モデル５８のマシンセッティング５７の変更回数が、所定の閾値を超えていないかどうか判断する。これは、本フローチャートにおける処理により、マシンセッティング５７が修整され、再度歯切り及び、歯当たり状態のシミュレーションを実行し、採用不可の場合には再びマシンセッティング５７を修整するという処理が繰り返される場合に、無限ループとならないようにするためである。従って、マシンセッティング５７の変更回数が所定の閾値を超えている場合には、図４のステップＳ１１０に進み、新たな設計値５０の入力処理から再度実行する。
【０１２２】
ステップＳ３２０に続いてステップＳ３３０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０のパラメータ修整手段２５は、適正な歯当たりを得るためには、カッターの諸元としてのカッター仕様５５、又はマシンセッティング５７のいずれを修整すべきかを修整パラメータ判断テーブル３０を参照することにより判断する。
【０１２３】
図３０は、修整パラメータ判断テーブルを示す図である。図３０の修整パラメータ判断テーブル３０は、歯当たり状態６０の状態毎の歯当たり評価値と、適正な歯当たりを得るための加工条件の修整値（現在の値との差）を管理するテーブルである。即ち、修整パラメータ判断テーブル３０は、列（横）方向に歯当たり状態６０の種類として、数十種類の項目を有し、行（縦）方向に歯当たりの状態を楕円形で図示した「歯当たり」と、「歯当たり状態の評価値」と、適正な歯当たりを得るための加工条件の修整値としての「加工条件の修整値」との項目を有している。「歯当たり状態の評価値」は、目標値５３と同様のパラメータで構成され、目標値５３に対する解析結果である歯当たり状態６０の割合により示される。即ち、
歯当たり状態の評価値 ＝ 歯当たり状態６０／目標値５３
として求める。従って、「歯当たり状態の評価値」の任意のパラメータ、例えば「バイアス角」が１ということは、歯当たり状態６０のバイアス角が目標値５３のバイアス角に等しいということを意味する。「加工条件の修整値」は、カッター仕様５５の一パラメータであるカッター径の修整値としての「カッター径修整値」と、マシンセッティング５７の修整値としての「マシンセッティング修整値」とにより構成される。
【０１２４】
状態１は、全てのパラメータが１、即ち歯当たり状態６０が目標値５３に一致するケースを表す。このケースは、適正な歯当たり状態が得られたことになり、カッター径及びマシンセッティング５７を修整する必要はない。
【０１２５】
状態２は、「歯面の面積に対する歯当たり面積の割合」の評価値が１．５より大きいケース、即ち歯当たり状態６０における値が目標値５３における値の１．５倍より大きいであるケースを表す。このケースでは、修整パラメータ判断テーブル３０より、カッター径の修整の必要はないがマシンセッティング５７の修整の必要があることが分かる（図中は、「＊＊＊」により修整値を表現している）。
【０１２６】
状態３についても状態２と同様に、カッター径の修整は必要ないが、マシンセッティング５７の修整の必要があることが分かる。
【０１２７】
状態４は、「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」の評価値が１．５であるケースを表す。このケースでは、修整パラメータ判断テーブル３０より、マシンセッティング５７の修整の必要は無いが、カッター径を変更する必要があることが分かる。
【０１２８】
なお、状態毎の加工条件の修整値は、過去のデータを蓄積することによって生成すればよい。従って、状態の種類については便宜上４種類しか図示していないが、実際には数十種類のデータを有していてデータが増えれば状態の種類も増加し、状態の種類が多い程カッター径及びマシンセッティング５７の修整の精度を上げることができる。
図２９０のステップＳ３３０において、パラメータ修整手段２５が、修整パラメータは設計値５０に含まれるカッター径であると判断した場合は、以下のように処理が進む。
【０１２９】
修整パラメータ判断テーブル３０の「歯当たり状態評価値」のうち、「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」のみが１でない場合は、ステップＳ３５０に進む。ステップＳ３５０において、パラメータ修整手段２５は、カッター径を修整し、新たなカッターモデル５６を生成する。
【０１３０】
上記以外の場合、即ち「歯当たり状態評価値」のうち「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」が１の場合、又は「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」以外に１でないパラメータがある場合は、図４のステップＳ１１０に進み、修整パラメータ判断テーブル３０から取得したカッター径の修整値に基づいてステップＳ１１０以降の処理を実行する。
【０１３１】
また、ステップＳ３３０において、パラメータ修整手段２５が修整パラメータはマシンセッティング５７であると判断した場合は、ステップＳ３４０に進む。ステップＳ３４０において、パラメータ修整手段２５は、修整パラメータ判断テーブル３０から取得したマシンセッティング５７の修整値を歯切り盤モデル５８に設定する。
【０１３２】
ステップＳ３４０、ステップＳ３５０又はステップＳ３６０において、歯車加工シミュレーション装置１０がカッターモデル５６又は歯切り盤モデル５８を修整すると、図４のステップＳ１７０に進み、ステップＳ１７０以降の処理、即ち歯切りのシミュレーション、歯当たり状態の解析等を再実行する。
【０１３３】
上述したように、本実施の形態においては、現実の歯車の加工と同様の手順による歯切りのシミュレーションを実行するため、現実の歯車と同様の形状を有する歯車モデル５９を得ることができる。また、現実の形状と同様の形状を有する歯車モデル５９を用いて歯当たり状態の解析を行うため、現実の歯当たり状態と同様の歯当たり状態を得ることができる。更に、歯当たり状態が良好でない場合は、加工条件の補正及び歯切り等のシミュレーションを適正な歯当たりが得られるまで繰り返すため、適正な歯当たりを得るための歯車の諸元値、加工条件等を容易に得ることができる。
なお、歯車加工シミュレーション装置１０より得た歯車の諸元値、加工条件等の妥当性の確認方法について以下に説明する。
【０１３４】
図３１は、シミュレーション結果の妥当性の確認方法を説明するためのフローチャートを示す。
【０１３５】
ステップＳ４００において、歯車加工シミュレーション装置１０より得た歯車の諸元値、加工条件等に基づいて実際の歯車を製作する。
【０１３６】
ステップＳ４００に続いてステップＳ４１０に進み、製作した歯車の形状を三次元測定機又は形状測定機等により測定する。
【０１３７】
ステップＳ４１０に続いてステップＳ４２０に進み、三次元測定機等により測定した歯車形状の座標データを出力する。
【０１３８】
ステップＳ４２０に続いてステップＳ４３０に進み、歯車形状の座標データから、歯車の３次元モデル（以降「歯車リアルモデル」という。）を生成する。歯車リアルモデルは歯車モデル５９と同様のデータ形式により生成すればよい。
【０１３９】
ステップＳ４３０に続いてステップＳ４４０に進み、歯車モデル５９と歯車リアルモデルとの形状を比較する。形状が同一、又は差異が許容範囲内の場合には妥当性が確認されたこととなる。形状が無視できないほど異なる場合には、ステップＳ４５０に進む。
【０１４０】
ステップＳ４５０において、歯形形状を修整するためのマシンセッティング５７及びカッター仕様５５を計算し、歯切り盤モデル５８及びカッターモデル５６を修整する。更に修整した歯切り盤モデル５８およびカッターモデル５６に基づいて、図４のステップＳ１７０以降の処理を実行すればよい。
【０１４１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態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本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１４２】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、現実の歯車の加工において歯切り盤上にブランク素材とカッターを配置して歯切りを実行する手順と同様の手順を３次元モデルによって実行するため、現実に加工された歯車と同様の形状を有する歯車の３次元モデル（歯車モデル）を生成することができ、歯車に関するシミュレーションを実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における歯車加工シミュレーション装置のハードウェア構成を示す図である。
【図２】歯車加工シミュレーション装置の機能構成例を示す図である。
【図３】歯車加工シミュレーション装置の処理概要を説明するためのフローチャートである。
【図４】歯切りシミュレート処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】歯当たり状態を判定するためのパラメータを説明するための図である。
【図６】歯当たり状態を判定するためのパラメータの例を示す図である。
【図７】隣合う伝達曲線が一点のみで交差する状態を示す図である。
【図８】設計値を構成するパラメータを示す図である。
【図９】概略諸元計算にて出力されるブランク形状の概略諸元値を示す図である。
【図１０】概略諸元計算にて出力される一つの歯に関する概略諸元値を示す図である。
【図１１】カッター仕様を説明するための図である。
【図１２】歯切り盤のマシンセッティングを説明するための図である。
【図１３】性能及び強度計算の形状に係わる計算の入力パラメータを示す図である。
【図１４】性能及び強度計算の形状に係わる計算の出力結果を示す図である。
【図１５】性能及び強度計算の入力パラメータを示す図である。
【図１６】性能及び強度計算の出力結果を示す図である。
【図１７】ピニオンブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。
【図１８】ピニオンブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図（その２）である。
【図１９】ギアブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。
【図２０】ピニオンブランクモデルを異なるマシンセッティングの歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。
【図２１】歯切りのシミュレート処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図２２】ピニオンブランクモデルの歯切りをシミュレートしている画面例を示す図である。
【図２３】ギアブランクモデルの歯切りをシミュレートしている画面例を示す図である。
【図２４】歯当たり状態解析及び判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図２５】ピニオンモデルとギアモデルとを組み立て状態に配置した画面例を示す図である。
【図２６】ギアモデルの歯当たり状態を表示する画面例を示す図である。
【図２７】異常歯当たりを判定するための閾値を示す図である。
【図２８】ラップ処理のシミュレーションの様子を示す図である。
【図２９】パラメータ修整処理を説明するためのフローチャートである。
【図３０】修整パラメータの判断用デーブルを示す図である。
【図３１】シミュレーション結果の妥当性の確認方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１２ 概略諸元計算手段
１３ ブランクモデル生成手段
１４ カッター仕様計算手段
１５ マシンセッティング計算手段
１６ 性能・強度計算手段
１７ 性能強度判定手段
１８ カッターモデル生成手段
１９ 歯切りシミュレート手段
２０ 歯当たりシミュレート手段
２１ 判定手段
２２ 熱処理シミュレート手段
２３ 表面加工処理シミュレート手段
２４ 補正歯当たり情報計算手段
２５ パラメータ修整手段
３０ 修整パラメータ判断テーブル
１００ ドライブ装置
１０１ 記憶媒体
１０２ 補助記憶装置
１０３ メモリ装置
１０４ 演算処理装置
１０５ 表示装置
１０６ 入力装置
Ｂ バス
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンピュータによるシミュレーション方法に関し、特に歯車についてのコンピュータによるシミュレーション方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から歯車の加工状態や噛合状態を解析し、実際の歯車の加工作業や設計作業の負荷を軽減させることを目的とする手法は多数存在する。例えば、設計した歯車の基本諸元から加工状態をシミュレーションすることによって工具と歯車、及び噛合関係にある歯車同士の干渉を確認する方法（特開平９−２１２２２２号公報）、設計した歯車の条件値からシミュレーションによって歯車の噛合状態を求める方法（特開平６−１０９５９３号公報）等があり、コンピュータを用いた３次元仮想空間上において歯車の加工状態や噛合状態を解析することができる。また、歯車がハイポイドギアの場合には、その歯形の特殊性からシミュレーションが困難とされており、前記と同様に歯車の設計値からシミュレーションによって歯車の噛合状態を求める手段としては、グリーソン社のシステムが広く利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した手法では満足な解析結果が得られなかった場合に、実際の使用に耐えうる歯車を作成するためには加工条件や歯車の諸元値等をどのように変更すれば良いのかが分からないという問題がある。グリーソン社のシステムにおいては、前述のパラメータを変更するための指針が示されるが、実際にその指針に従ってパラメータを変更してもなかなか適正な歯当たり状態を得ることができず、結局のところは現場の作業者の経験によるところが大きかった。
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、現実に加工された歯車と同様の形状を有する歯車の３次元モデルによって、歯車に関するシミュレーションを実行することができる歯車加工シミュレーション方法、歯車加工シミュレーションプログラム及び歯車加工シミュレーション装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで上記課題を解決するため、本発明は、ブランクモデルと、カッターモデルと、前記ブランクモデルと前記カッターモデルとの相対的位置関係を規定する歯切り盤モデルとに基づいて、歯切りのシミュレーションにより、前記ブランクモデルから歯車モデルを生成する歯車モデル生成手順を有することを特徴とする。
【０００６】
このような歯車加工シミュレーション方法では、現実の歯車の加工において歯切り盤上にブランク素材とカッターを配置して歯切りを実行する手順と同様の手順を３次元モデルによって実行するため、現実に加工された歯車と同様の形状を有する歯車の３次元モデル（歯車モデル）を生成することができ、歯車に関するシミュレーションを実行することができる。
【０００７】
また、本発明は、前記歯車モデル生成手順は、前記ブランクモデルと前記カッターモデルとのブーリアン演算を用いることを特徴とする。
【０００８】
このような歯車加工シミュレーション方法では、ブランクモデルとカッターモデルとのブーリアン演算により歯車モデルを生成するため、ブランク素材をカッターで削ることにより加工された現実の歯車と同様の形状を有する歯車モデルを生成することができる。
【０００９】
また、本発明は、前記歯車生成手順は、一対の前記歯車モデルを生成し、前記歯車モデル生成手順において生成された一対の前記歯車モデルを組み立て状態で回転させるシミュレーションにより、歯当たり状態を特定するデータを出力する歯当たり状態出力手順を更に有することを特徴とする。
【００１０】
このような歯車加工シミュレーション方法では、現実の加工方法と同様の手順によるシミュレーションを経て生成された一対の歯車モデル用いて歯当たり状態を解析するため、現実の歯当たり状態と同様の歯当たり状態を得ることができる。
【００１１】
また、本発明は、前記歯当たり状態出力手順において出力された歯当たり状態を特定するデータと、所定の基準値とを比較して、前記歯車モデルの是非を判断する歯車モデル是非判断手順を更に有することを特徴とする。
【００１２】
このような歯車加工シミュレーション方法では、シミュレーションによって得た歯当たり状態の是非を判断することができるため、適正な歯当たり状態が得られたか否かを容易に確認することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が非の場合は、前記カッターモデルと、前記ブランクモデルと前記カッターモデルとの相対的位置関係を設定する前記歯切り盤モデルとのマシンセッティングの少なくともいずれか一方を変更し、前記変更された前記カッターモデル又は前記マシンセッティングに基づいて、前記歯車モデル生成手順を実行することを特徴とする。
【００１４】
このような歯車加工シミュレーション方法では、適正な歯当たり状態が得られなかった場合には、加工条件を自動的に変更することにより、再度歯切りのシミュレーション以降の処理を再度実行するため、最終的に満足な歯当たり状態が得られる加工条件を容易に得ることができる。
【００１５】
また、本発明は、前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が是の場合は、前記歯車モデルに対する熱処理のシミュレーションにより、歯車熱処理モデルを生成する熱処理手順を更に有し、前記熱処理手順により生成された歯車熱処理モデルを前記歯車モデルとして、前記歯当たり状態出力手順を実行することを特徴とする。
【００１６】
このような歯車加工シミュレーション方法では、熱処理のシミュレーションを施した歯車モデルによって歯当たり状態の解析を実行するため、熱処理による歯車の形状への影響を考慮した歯当たり状態を得ることができる。
【００１７】
また、本発明は、前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が是の場合は、前記歯車モデルに対する表面加工のシミュレーションにより、歯車表面加工モデルを生成する表面加工手順を更に有し、前記表面加工手順により生成された歯車表面加工モデルを前記歯車モデルとして、前記歯当たり状態出力手順を実行することを特徴とする。
【００１８】
このような歯車加工シミュレーション方法では、表面加工のシミュレーションを施した歯車モデルによって歯当たり状態の解析を実行するため、表面加工による歯車の形状への影響を考慮した歯当たり状態を得ることができる。
【００１９】
また上記課題を解決するための手段として、本発明は、上記歯車加工シミュレーション方法での処理を実現する装置、その方法をコンピュータに行なわせるためのプログラム、又はそのプログラムを記録した記憶媒体とすることもできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態においては、ハイポイドギアセットの加工等のシミュレーションを例として説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態における歯車加工シミュレーション装置１０のハードウェア構成を示す図である。図１の歯車加工シミュレーション装置１０は、それぞれバスBで相互に接続されているドライブ装置１００と、記憶媒体１０１と、補助記憶装置１０２と、メモリ装置１０３と、演算処理装置１０４と、表示装置１０５と、入力装置１０６とを有するように構成される。
【００２２】
歯車加工シミュレーション装置１０が利用する歯車加工シミュレーションプログラムは、CD―ROM等の記憶媒体１０１によって提供される。歯車加工シミュレーションプログラムを記録した記録媒体１０１は、ドライブ装置１００にセットされ、歯車加工シミュレーションプログラムが記録媒体１０１からドライブ装置１００を介して補助記憶装置１０２にインストールされる。
【００２３】
補助記憶装置１０２は、インストールされた歯車加工シミュレーションプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。例えば補助記憶装置１０２は、歯車加工シミュレーションプログラムの処理に必要な、後述する各種テーブルを格納している。メモリ装置１０３は、歯車加工シミュレーション装置１０の起動時等、歯車加工シミュレーションプログラムの起動指示があった場合に補助記憶装置１０２から歯車加工シミュレーションプログラムを読み出して格納する。演算処理装置１０４は、メモリ装置１０３に格納された歯車加工シミュレーションプログラムに従って歯車加工シミュレーション装置１０に係る機能を実行する。
【００２４】
表示装置１０５は、歯車加工シミュレーションプログラムによるシミュレーションの様子を表示し、入力装置１０６はキーボード及びマウス等で構成され、様々な操作指示を入力するために用いられる。
【００２５】
次に、歯車加工シミュレーション装置１０の機能構成例について説明する。図２は、歯車加工シミュレーション装置の機能構成例を示す図である。
【００２６】
図２において、歯車加工シミュレーション装置１０は、概略諸元計算手段１２と、ブランクモデル生成手段１３と、カッター仕様計算手段１４と、マシンセッティング計算手段１５と、性能・強度計算手段１６と、性能強度判定手段１７と、カッターモデル生成手段１８と、歯切りシミュレート手段１９と、歯当たりシミュレート手段２０と、判定手段２１と、熱処理シミュレート手段２２と、ラップ処理シミュレート手段２３と、補正歯当たり状態計算手段２４と、パラメータ修整手段２５と、修整パラメータ判断テーブル３０とを有する。
【００２７】
概略諸元計算手段１２は、利用者によって入力された歯車の設計値５０に基づいて、歯車の諸元の概略値（理論値）を計算し、概略諸元値５１として出力する。
【００２８】
ブランクモデル生成手段１３は、設計値５０と概略諸元値５１に基づいて、歯切り前のピニオンとギアのブランク素材の３次元形状データとして図示しないピニオンブランク５４ａと、ギアブランクモデル５４ｂとを生成する。なお、図中のブランクモデル５４はこれらをまとめて表現している。
【００２９】
カッター仕様計算手段１４は、設計値５０と、概略諸元値５１と、利用者によって予め設定された歯当たり状態の目標値である目標値５３とに基づいて、歯切りカッターの形状の諸元値としてのカッター仕様５５を計算する。
【００３０】
マシンセッティング計算手段１５は、概略諸元値５１と、カッター仕様５５と、目標値５３とに基づいて、歯切り盤のマシンセッティングを計算し、その結果をマシンセッティング５７として出力する。更に、マシンセッティング計算手段１５は、予め生成されている歯切り盤の３次元形状データである歯切り盤モデル５８にマシンセッティング５７を設定する。
【００３１】
性能・強度計算手段１６は、設計値５０と、概略諸元値５１と、カッター仕様５５と、マシンセッティング５７に基づいて、シミュレーションの対象となる歯車の性能及び強度を計算し、性能・強度情報５２を出力する。
【００３２】
性能・強度判定手段１７は、性能・強度情報５２に基づいて、シミュレーション対象となる歯車の性能及び強度が適正であるか否かを判断する。
【００３３】
カッターモデル生成手段１８は、カッター仕様５５に基づいて、歯切りカッターの３次元形状データであるカッターモデル５６を生成する。
【００３４】
歯切りシミュレート手段１９は、カッターモデル５６を設置した歯切り盤モデル５８にブランクモデル５４を配置し、歯切りのシミュレーションを実行する。歯切りシミュレート手段１９は、歯切りのシミュレーションの結果として、歯切りされたピニオンとギアの３次元形状データである図示しないピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂを生成する。なお、図中の歯車モデル５９はこれらをまとめて表現している。
【００３５】
歯当たりシミュレート手段２０は、ピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂを組み立て状態にして回転させ、歯当たり状態を解析するシミュレーションを実行する。歯当たりシミュレート手段２０は、歯当たり状態のシミュレーションの結果として、歯当たり状態６０を出力する。
【００３６】
判定手段２１は、歯当たり状態６０が目標値５３を満たしているか等を判定する。
【００３７】
熱処理シミュレート手段２２は、歯車モデル５９に対して熱処理のシミュレーションを実行し、熱処理によって変形したピニオンとギアの３次元形状データとして、図示しないピニオン熱処理モデル６１ａとギア熱処理モデル６１ｂを生成する。なお、図中の熱処理モデル６１はこれらをまとめて表現している。
【００３８】
表面加工処理シミュレート手段２３は、熱処理モデル６１に対して、例えばラップ処理のシミュレーションを実行し、ラップ処理によって変形したピニオンとギアの３次元形状データとして、図示しないピニオンラップ処理モデル６２ａとギアラップ処理モデル６２ｂを生成する。図中のラップ処理モデル６２はこれらをまとめて表現している。なお、生成されたラップ処理モデル６２は、歯当たりシミュレート手段２０によって、歯当たり状態が解析される。
【００３９】
補正歯当たり状態計算手段２４は、ラップ処理モデル６２について歯当たりシミュレート手段１９によって解析された歯当たり状態６０が、目標値５３を満たしていない場合、ラップ処理後の歯当たり状態６０が目標値５３を満たすようにするためには、ラップ処理及び熱処理を施す前の歯当たり状態はどうあるべきかを計算する。更に、その歯当たり状態を得るためのマシンセッティング５７を計算し、歯切り盤モデル５８に設定する。なお、補正歯当たり状態計算手段２４によって修整されたマシンセッティング５７に基づいて、再度歯切りのシミュレーションが実行され、更に歯当たり状態の解析が実行される。
【００４０】
パラメータ修整手段２５は、歯車モデル５９について歯当たりシミュレート手段１９によって解析された歯当たり状態６０が、目標値５３を満たしていない場合、修整パラメータ判断テーブル３０を参照することにより、カッター仕様５５とマシンセッティング５７のどちらを修整すれば、目標値５３を満たし得る歯当たり状態６０が得られる歯車モデル５９を生成することができるかを判断する。更に、パラメータ修整手段２５は、カッター仕様５５又はマシンセッティング５７の修整値を修整パラメータ判断テーブル３０より検索し、その修整値に基づいてカッターモデル５６又は歯切り盤モデル５８を修整する。なお、パラメータ修整手段２５によって修整されたカッターモデル５６又は歯切り盤モデル５８に基づいて、再度歯切りのシミュレーションが実行され、更に歯当たり状態の解析が実行される。
【００４１】
以下、図２の歯車加工シミュレーション装置１０の処理手順について説明していく。なお、本実施例においては一対のピニオンとギアの加工等のシミュレーションについて説明する。
【００４２】
図３は、歯車加工シミュレーション装置の処理概要を説明するフローチャートを示す。
【００４３】
ステップＳ１０において歯車加工シミュレーション装置１０は、歯車の設計値等、後述する入力値に基づいて、ブランクモデル５４とカッターモデル５６を生成し、歯切り盤モデル５８のマシンセッティングを計算する。更に、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯切り盤モデル５８にカッターモデル５６を設置すると共にブランクモデル５４を配置し、歯切りのシミュレーションを実行する。歯車加工シミュレーション装置１０は、歯切りのシミュレーションの結果として歯車モデル５９、即ち一対のピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂを生成する。
【００４４】
ステップＳ１０に続いてステップＳ２０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、ステップＳ１０にて生成したピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂを組み立て状態に配置し、歯当たり状態等の解析を行う。
【００４５】
ステップＳ２０に続いてステップＳ３０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯当たり状態の解析結果の判定を行う。判定の結果、適正な歯当たり状態が得られた場合（以下「採用可の場合」という）は、歯車加工シミュレーション装置１０は歯車の諸元値及び加工条件を出力し処理を終了する。この場合、利用者は出力された諸元値及び加工条件に基づいて歯車を作成すればよい。
【００４６】
判定の結果、適正な歯当たり状態が得られなかった場合はステップＳ４０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、カッター仕様５５、マシンセッティング５７等の加工条件を修整し、再びステップＳ１０の歯切りシミュレート処理からやり直す。従って、歯車加工シミュレーション装置１０は、設計値５０で与えられた条件内で適正な歯当たり状態が得られる歯車の諸元値及び加工条件を見つけ出すまで、ステップＳ１０からステップＳ４０の処理を繰り返す
次に、図３で説明した歯車加工シミュレーション装置１０の処理概要の各ステップについて、より詳細に説明する。
【００４７】
先ず、図３のステップＳ１０における歯切りシミュレート処理１０の詳細について説明する。図４は、歯切りシミュレート処理を説明するためのフローチャートを示す。
【００４８】
ステップＳ１００において、歯車加工シミュレーション装置１０は、利用者によって設定された歯当たり状態の目標値５３を取り込む。ここで取り込んだ目標値５３は、図３のステップのＳ３０において説明した歯当たり状態の解析結果の判定処理において、歯車の採用の可否の判断の基準値として利用される。
【００４９】
ここで、目標値５３のパラメータを理解する上で必要となるパラメータについて説明する。図５は、歯当たり状態を判定するためのパラメータを説明するための図である。図５（Ａ）において１５０で示される長方形は、歯車の一枚の歯面を表す。また、アルファベットで示される部分については、図５（Ｂ）にあるように、Ａは「有効歯すじ長さ」、Ｂは「歯すじ方向の歯当たり長さ」、Ｃは「歯すじ方向の有効歯面の中心から歯当たり中心までの長さ」、Ｄは「有効歯丈長さ」、Ｅは「歯丈方向の歯当たり長さ」、Ｆは「歯丈方向の有効歯面の中心から歯当たり中心までの長さ」、Ｇは「瞬時の接触点（歯当たり中心）の位置」、Ｈは「瞬時の歯当たり面積」、Ｉは「総歯当たり面積」、Ｊは「バイアス角」、Ｋは「有効歯面の中心」を表す。
【００５０】
上記をふまえた上で、目標値５３を構成するパラメータについて説明する。図６は、歯当たり状態の判定値の例を示す図である。図６に示されるように目標値５３は、７つのパラメータで構成され、それぞれについて判定基準と、判定許容範囲が設定される。判定基準はもっとも望ましい値であり、解析結果である歯当たり状態６０とのずれを計算するために使われる。また判定許容範囲は、歯当たり状態６０が採用可であるか、採用不可であるかの判定をするために使用される。即ち、歯当たり状態６０が判定許容範囲内であれば、「採用可」と判定され、範囲外であれば「採用不可」と判定される。
【００５１】
続いて７つのパラメータについて図５を参照しつつ説明する。「歯面の面積に対する歯当たり面積の割合」は、図５（Ａ）で示されるパラメータを使うと、
（Ｉ／（Ａ×Ｄ））×１００
で求めることができる。図６では、判定基準が２５％、判定許容範囲が２０〜３０％に設定されている。
【００５２】
「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」は、同じく
（Ｂ／Ａ）×１００
で求めることができる。図６では、判定基準が５０％、判定許容範囲が４０〜６０％に設定されている。
【００５３】
「有効歯丈長さに対する歯丈方向歯当たり長さの割合」は、同じく
（Ｅ／Ｄ）×１００
で求めることができる。図６では、判定基準が６０％、判定許容範囲が５０〜７０％に設定されている。
【００５４】
「歯すじ方向歯当たり中心偏り」は、有効歯すじ長さに対する歯すじ方向の有効歯面の中心から歯当たり中心までの長さの割合を意味し、同じく
（Ｃ／Ａ）×１００
で求めることができる。図６では、判定基準が２０％、判定許容範囲が１５〜２５％に設定されている。
【００５５】
「歯丈方向歯当たり中心偏り」は、有効歯丈長さに対する歯丈方向の有効歯面の中心からの歯当たり中心までの長さの割合を意味し、同じく
（Ｆ／Ｄ）×１００
で求めることができる。図６では、判定基準が１０％、判定許容範囲が５〜１５％に設定されている。
【００５６】
「バイアス角」は、図５（Ａ）において、Ｊで示される。図６では、３０度が設定されている。
【００５７】
上記６つのパラメータにより歯当たりの位置を特定することができる。
【００５８】
更に「隣り合う伝達曲線が１点のみで交差する」とは、ピニオンとギアの噛合がスムーズであることを意味する。図７は隣り合う伝達曲線が一点のみで交差する状態示す図である。図中のグラフにおいて、縦軸は伝達誤差を、横軸は歯車の回転角を示し、３つの曲線はそれぞれ一枚の歯に対する伝達曲線を示す。図７では、隣り合う伝達曲線３０１と伝達曲線３０２が交点３０４のみで交差し、伝達曲線３０２と伝達曲線３０３が交点３０５でのみ交差しており、この判定基準を満たしている。例えば、隣り合う伝達曲線が全く交差しない場合は、前歯対の噛合が終わっても、後歯対の噛み合いがまだ始まらないので伝達衝撃が生ずることを示し、二回以上交差する場合は、前後歯対が繰り返し交互に噛み合い、その歯当たりは中断し、伝達の騒音を生ずることを示す。
【００５９】
図４のステップＳ１００に続いてステップＳ１１０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯車とカッターの仕様の最低限の条件値としての設計値５０を取り込む。
【００６０】
図８は設計値を構成するパラメータを示す図である。設計値５０は、ピニオンの歯数、ギアの歯数、ギアの歯幅、ピニオンオフセット、ギアのピッチ径、カッター径、平均圧力角、歯丈係数、ギア歯先係数、バックラッシ（Ｂｍｉｎ）、バックラッシ（Ｂｍａｘ）及びサマリーＮｏから構成され、例えば図８に示されるような表形式のファイルに格納されている。利用者は、最低限の条件として設計値５０の各パラメータを予め設計しておく。なお、サマリーＮｏは、設計値５０を識別するためのものである。
【００６１】
ステップＳ１１０に続いてステップＳ１２０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の概略諸元計算手段１２は、歯車とカッターの理論値としての諸元を計算し、概略諸元値５１を出力する。概略諸元値５１は、ブランク形状全体に関する情報と、一つの歯に関する情報について出力される。
【００６２】
図９は、概略諸元計算にて出力されるブランク形状の概略諸元値を示す図である。図９に示されるパラメータは、概略諸元値５１のうちブランク形状全体に関するものであり、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして歯数、ピッチ径、歯先の丈、歯元の丈、外径、交点からピッチ円錐角の頂点の距離、交点から歯先円錐角の頂点の距離、交点から歯元円錐角の頂点の距離、交点からかさ歯車の端面までの距離、交点からかさ歯車の先端までの距離、ピッチ円錐角、歯先円錐角、歯元円錐角及びねじれ角と、ピニオンについてのみのパラメータとしてピニオンオフセットと、ギアについてのみのパラメータとして外径基準モジュール及び歯幅と、ピニオンとギアについて同一の値となるパラメータとして平均圧力角、カッター径及び歯丈とから構成され、例えば図９に示されるような表形式のファイルに出力される。
【００６３】
また、図１０は、概略諸元計算にて出力される一つの歯に関する概略諸元値を示す図である。図１０に示されるパラメータは、概略諸元値５１のうち一つの歯に関するものであり、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして平均ピッチ半径、平均円錐距離、平均歯先の丈、平均歯元の丈、平均歯厚、平均歯先幅及び歯元角と、ピニオンとギアについて同一の値となるパラメータとして平均歯直角モジュール、クリアランス、平均歯丈及び限界圧力角とから構成され、例えば図１０に示されるような表形式のファイルに出力される。
【００６４】
ステップＳ１２０に続いてステップＳ１３０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０のカッター仕様計算手段１４は、設計値５０及び概略諸元値５１に基づいて、カッターの仕様を計算する。更に、歯車加工シミュレーション装置１０のマシンセッティング計算手段１５は、概略諸元値５１と、目標値５３と、カッター仕様５５に基づいて、歯切り盤モデル５８のマシンセッティングを計算し、マシンセッティング５７として出力すると共に、マシンセッティング５７を歯切り盤モデル５８に設定する。
【００６５】
図１１はカッター仕様を説明するための図である。カッター仕様５５は、カッター径、外側のブレード角、内側のブレード角および歯先幅から構成され、例えば図１１に示されるような表形式のファイルに出力される。なお、カッター径は、ピニオンとギアで同一の値が、それ以外のパラメータについてはピニオンとギアについて異なる値が出力される。
【００６６】
また、図１２は歯切り盤のマシンセッティングを説明するための図である。マシンセッティング５７は、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして、マシンルートアングル（Machine Root Angle）、マシンセンタートゥバック（Machine Center To Back）、エキセントリックアングル（Eccentric Angle）及びクレードルアングル（Cradle Angle）と、ピニオンのみのパラメータとしてスライディングベース（Sliding Base）、ブランクオフセット（Blank Offset）、スイベルアングル（Swivel Angle）、スピンドルローテーションアングル（Spindle Rotation Angle）、スタートロールアングル（Start Roll Angle：クレードル角のスタート位置を決めるもの）、エンドロールアングル（End Roll Angle：クレードル角の終了位置を決めるもの）及びデシマルレシオ（Decimal Ratio）とから構成され、例えば図１２に示されるような表形式のファイルに出力される。
【００６７】
図４のステップＳ１３０に続いてステップＳ１４０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の性能・強度計算手段１６は、設計値５０と、概略諸元値５１と、カッター仕様５５と、マシンセッティング５７とに基づいて生成される歯車の性能及び強度計算を実行する。性能及び強度計算は、形状に係わる計算と負荷条件に係わる計算の二つの段階から成る。
【００６８】
形状に係わる計算は、概略諸元値５１等の形状情報のみから求められる係数を計算する。負荷条件に係わる計算は、上記の係数を用いて任意の入力容量と入力回転スピードを与えた場合の強度を計算する。
【００６９】
性能・強度計算手段は１６は、準備計算段階の入力パラメータとして概略諸元値５１、カッター仕様５５及びマシンセッティング５７の中から必要なパラメータを抜き出し、あるいは計算を行い図１３に示すようなパラメータを出力する。
【００７０】
図１３は，性能及び強度計算の準備計算の入力パラメータを示す図である。形状に係わる計算の入力パラメータは、設計値５０、概略諸元値５１、カッター仕様５５及びマシンセッティング５７に基づいており、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして歯数、ピッチ径、ねじれ角、ピッチ角、平均ピッチ半径と、ピニオンについてのみのパラメータとしてピニオンオフセット、ピニオン平均円錐距離、ピニオンの交点からかさ歯車の端面までの距離、ピニオンの交点からかさ歯車の先端までの距離、カッター歯先幅と、ギアについてのみのパラメータとして歯幅と、ピニオンとギアについて同一の値となるパラメータとして平均圧力角、歯丈係数、ギア歯先係数、サマリーＮｏとから構成され、例えば図１３に示されるような表形式のファイルに出力される。
【００７１】
性能・強度計算手段１６は、図１３のパラメータに基づいて性能及び強度計算の形状に係わる計算を実行し、計算結果として図１４に示すパラメータを出力する。
【００７２】
図１４は、性能及び強度計算の形状に係わる計算の出力結果を示す図である。形状に係わる計算の出力結果は、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして歯数、平均ピッチ半径、平均円錐距離、平均歯丈、平均歯厚、平均歯先幅、ピッチ径、カッターエッジ半径、幾何係数−Ｊ（曲げ応力を決定するためのファクター）と、ギアのみについてのパラメータとして平均歯直角モジュールと、ピニオンとギアについて同一の値となるパラメータとして外径基準モジュール、相対曲率半径、荷重分配率、接触長さ、幾何係数−Ｉ（面圧を決定するためのファクター）、噛合率（正面、重なり、合成）とから構成され、例えば図１４に示されるような表形式のファイルに出力される。
【００７３】
更に性能・強度計算手段１６は、図１４の性能及び強度計算の形状に係わる計算の出力結果に基づいて図１５に示される入力パラメータに対する性能及び強度計算を実行する。
【００７４】
図１５は、性能及び強度計算のための入力パラメータを示す図である。解析段階の入力パラメータとしては、入力容量と入力回転スピードとがあり、図１５に示すような表形式のファイルに解析したい入力容量と入力回転スピードの値を入力しておくと、性能・強度計算手段１６は入力された入力容量と入力回転スピードに対するピニオンとギアの性能及び強度を計算し、計算結果を図１６に示すような表形式のファイルに出力する。
【００７５】
図１６は、性能及び強度計算の出力結果を示す図である。性能及び強度計算の出力結果は、ピニオンとギアについて値の異なるパラメータとして曲げ応力と、ピニオンとギアについて同一の値となるパラメータとして面圧、すべり速度、許容伝達容量、効率とから構成される。
【００７６】
図４のステップＳ１４０に続いてステップＳ１５０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の性能・強度判定手段１７は、図１４と図１６に示されるパラメータからなる性能・強度情報５２が、所定の基準を満たしているか否かを判断する。
【００７７】
強度が基準を満たしていない場合には、図４のステップＳ１１０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、別の設計値５０により改めてシミュレーションを再実行する。強度の基準を満たしている場合は、ステップＳ１６０に進む。
【００７８】
ステップＳ１６０において、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯車（ピニオン、ギア）のブランク素材の３次元形状モデルとして、設計値５０及び概略諸元値５１に基づいてブランクモデル５４（ピニオンブランクモデル５４ａ、ギアブランクモデル５４ｂ）を生成し、更にカッターの３次元形状モデルとして、カッター仕様５５に基づいてカッターモデル５６（ピニオン用カッターモデル５６ａ、ギア用カッターモデル５６ｂ）を生成する。
【００７９】
ステップＳ１６０に続いてステップＳ１７０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の歯切りシミュレート手段１９は、歯切り盤モデル５８にカッターモデル５６を設置すると共に、ブランクモデル５４を配置する。
【００８０】
図１７は、ピニオンブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。図１７のＣＡＤ画面２００は、歯車加工シミュレーション装置１０が表示装置１０５に表示させている画面である。ＣＡＤ画面２００は、４つのウィンドウ２０１、２０２、２０３、２０４と、メニュー２０５と、メッセージ領域２０６、２０７を有する。
【００８１】
ウィンドウ２０１、２０２、２０３、２０４は、歯切り盤モデル５８上に、ピニオン用カッターモデル５６ａとピニオンブランクモデル５４ａとが配置されている様子をそれぞれ異なる方向から表示している。
【００８２】
メニュー２０５は、歯車加工シミュレーション装置１０の利用者が入力を行うためのものである。利用者はメニュー２０５を通して、歯車加工シミュレーション装置１０の操作を行うことができる。
【００８３】
メッセージ領域２０６、２０７は、シミュレーションに異常が発生した場合の通知や、利用者に入力を促す入力促進メッセージ、処理結果等が表示される領域である。なお、以降の説明における画面例については画面２００が遷移したものである。
【００８４】
図１７においては便宜上歯切り盤モデル５８のアーバ（Ａｒｂｏｒ）や、ワークヘッド（Ｗｏｒｋｈｅａｄ）がＣＡＤ画面２００に表示されていないが、図１８に示すようにアーバやワークヘッドを表示させても良い。
【００８５】
図１８は、ピニオンブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図（その２）である。ＣＡＤ画面２５０に示すように、アーバ５８１を表示させることにより、アーバ５８１とカッタースピンドル（Cutter Spindle）５８２との干渉をチェックすることもできる。
【００８６】
なお、ＣＡＤ画面２５０においては図１７のＣＡＤ画面２００に表示されていたメニュー２０５、メッセージ領域２０６及び２０７は、便宜上図示していないが、ＣＡＤ画面２５０においても同様に表示される。以降の説明においても、メニュー２０５、メッセージ領域２０６及び２０７については便宜上図示しないこととする。
【００８７】
また、図１９は、ギアブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。図１９の画面３００のウィンドウ３０１、３０２、３０３、３０４は、歯切り盤モデル５８上に、ギア用カッターモデル５６ｂとギアブランクモデル５４ｂが配置されている様子をそれぞれ異なる方向から表示している。
【００８８】
更に、図２０は、ピニオンブランクモデルを異なるマシンセッティングの歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。図２０の歯切り盤モデル５８は、図１７の歯切り盤モデル５８と比べて傾いていることが分かる。このように、歯切り盤モデル５８のマシンセッティング５７を変更することで、ブランクモデル５４とカッターモデル５６の相対位置を変更することができ、ひいては生成される歯車モデル５９の形状を変更することができる。
【００８９】
図４のステップＳ１７０に続いてステップＳ１８０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の歯切りシミュレート手段１９は、歯切り盤モデル５８上に配置されたブランクモデル５４をカッターモデル５６で歯切りするシミュレーションを実行し、歯車モデル５９を生成する。
【００９０】
ここで、ステップＳ１８０の歯切りのシミュレーション処理について更に詳細に説明する。図２１は、歯切りのシミュレート処理の詳細を説明するためのフローチャートを示す。
【００９１】
ステップＳ１８１において、歯車加工シミュレーション装置１０の歯切りシミュレート手段１９は、ブランクモデル５４とカッターモデル５６とのブーリアン演算、即ちブランクモデル５４からカッターモデル５６と重なった部分を取り除く処理を実行する。
【００９２】
ステップＳ１８１に続いてステップＳ１８２に進み、歯切りシミュレート手段１９は、後述する歯当たり状態解析処理を実行するのに十分な歯数の歯切りを実行したか否かを判断する。既に十分な歯数の歯切りが完了していれば、歯切りシミュレート手段１９は処理を終了し、未完成の場合はステップＳ１８３に進む。
【００９３】
ステップＳ１８３において、歯切りシミュレート手段１９は、ブランクモデル５４がピニオンブランクモデル５４ａの場合は創成歯切り法によるため、ブランクモデル５４とカッターモデル５６とをそれぞれの回転軸で回転させる。なお、回転角度は細かければ細かい程現実により近い歯形を得ることができる。ブランクモデル５４がギアブランクモデル５４ｂの場合は成形歯切り法によるため、ブランクモデル５４のみをその回転軸で回転させる。
【００９４】
ステップＳ１８３に続いてステップＳ１８１に進み、歯切りシミュレート手段１９は、ブランクモデル５４等の回転によるブランクモデル５４とカッターモデル５６の新たな相対位置により、ステップＳ１８１以降の処理を繰り返す。
【００９５】
図２２は、ピニオンブランクモデルの歯切りをシミュレートしている画面例を示す図である。図２２においては、ピニオンブランクモデル５４ａがピニオン用カッターモデル５６ａによって歯切りされ、ピニオンモデル５９ａが生成されているのが分かる。
【００９６】
更に図２３は、ギアブランクモデルの歯切りをシミュレートしている画面例を示す図である。図２３においては、ギアブランクモデル５４ｂがギア用カッターモデル５６ｂによって歯切りされ、ギアモデル５９ｂが生成されているのが分かる。
【００９７】
次に、生成されたピニオンモデル５９ａ及びギアモデル５９ｂを利用した、図３のステップＳ２０及びＳ３０における歯当たり状態解析及び判定処理の詳細について説明する。図２４は、歯当たり状態解析及び判定処理を説明するためのフローチャートを示す。
【００９８】
ステップＳ１９０において、歯車加工シミュレーション装置１０の歯当たりシミュレート手段２０は、後述する熱処理や表面加工処理のシミュレーションが実行される前の状態、即ち歯切りシミュレート手段１９によって生成されたままの状態における歯車モデル５９が、後述する処理により既に歯当たり状態の目標値５３を満たしていると判定されたものか否かを判断する。最初は、まだ歯当たり状態の解析は実行されていないため、歯当たり状態の目標値５３は満たしておらず、ステップＳ２００に進む。
【００９９】
ステップＳ２００において、歯当たりシミュレート手段２０は、歯切りシミュレート手段１９によって生成されたピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂとを実際の利用状態である組み立て状態に配置する。
【０１００】
図２５は、ピニオンモデルとギアモデルとを組み立て状態に配置した画面例を示す図である。図２５において、ピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂとが、組み立て状態に配置されているのが分かる。
【０１０１】
ステップＳ２００に続いてステップＳ２１０に進み、歯当たりシミュレート手段２０は、図２５に示した組み立て状態において、ピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂとを回転させるシミュレーションにより歯当たり状態６０を計算し、歯当たり状態６０を図６で示される目標値５３のパラメータと同じパラメータで出力する。
【０１０２】
なお、歯当たり状態６０は画面上でも確認することができる。図２６は、歯当たり状態を表示する画面例を示す図である。図２６において、５９１で示す部分はギアモデル５９ｂの一枚の歯を示しており、５９２で示す楕円部分は、瞬時の歯当たり面積を示している。
【０１０３】
ステップＳ２１０に続いてステップＳ２２０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０の判定手段２１は、ステップＳ２１０で得られた歯当たり状態６０が、図６で示される目標値５３の判定許容範囲内であるか否かを判断すると共に、歯当たり状態６０が異常歯当たり状態か否かも判断する。ここで異常歯当たり状態とは、歯当たり状態６０が目標値５３から大きくかけ離れており、設計値５０等の入力ミス等の疑いがある状態をいう。
【０１０４】
図２７は、異常歯当たりを判定するための閾値を示す図である。図２７においては、図６における判定用のパラメータと同じパラメータ毎に異常歯当たりの閾値が示されており、いずれかのパラメータが異常と判定されると異常歯当たり状態と判断される。例えば、「歯面の面積に対する歯当たり面積の割合」については２．５％より小さいと異常と判定される。「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」については５％より小さい場合、「有効歯丈長さに対する歯丈方向歯当たり長さの割合」については６％より小さい場合、「歯すじ方向歯当たり中心偏り」については４５％より大きい場合、「歯丈方向歯当たり中心偏り」については４５％より大きい場合にそれぞれ異常と判定される。
【０１０５】
図２４のステップＳ２２０において、判定手段２１が異常歯当たりと判定するとステップＳ２３０に進む。ここで、利用者はマシンセッティング５７、ステップＳ２００におけるピニオンモデル５９ａとギアモデル５９ｂとの組み立て位置、又は概略諸元値５１等に異常がないか確認する。また、後述する熱処理やラップ処理のシミュレーションによる歯車モデル５９の変形量が過大でないかについても確認する。異常がある場合は再計算することにより、新たな設計値５０を入力して、図４のステップＳ１１０からの処理を再実行する。
【０１０６】
ステップＳ２２０において、歯当たり状態６０が異常歯当たりではないが適正な歯当たり状態ではない、即ち目標値５３の判定許容範囲内にない場合は、判定手段２１は生成された歯車モデル５９は採用不可と判定する。この場合、歯車加工シミュレーション装置１０は、後述するパラメータ修整処理を実行し、新たな加工条件により歯切りのシミュレート処理（ステップＳ１７０）以降を再実行する。
【０１０７】
ステップＳ２２０において、歯当たり状態６０が適正な歯当たり状態、即ち目標値５３の判定許容範囲内の場合は、判定手段２１は生成された歯車モデル５９は採用可と判定し、ステップＳ２２０に続いてステップＳ２４０に進む。ステップＳ２４０において、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯車モデル５９が熱処理及びラップ処理のシミュレーションがされたものであるか否かを判断する。熱処理及びラップ処理のシミュレーションがされていない場合は、ステップＳ２７０に進む。
【０１０８】
ステップＳ２７０において、歯車加工シミュレーション装置１０の熱処理シミュレート手段２２は、歯車モデル５９に対し熱処理のシミュレーションを実行する。この熱処理のシミュレーションの結果として、熱処理により変形した歯車モデル５９である熱処理モデル６１（ピニオン熱処理モデル６１ａ、ギア熱処理モデル６１ｂ）が生成される。なお、熱処理のシミュレーションについては、公知であるためここでは詳述しない。
【０１０９】
ステップＳ２７０に続いてステップＳ２８０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０のラップ処理シミュレート手段２３は、熱処理モデル６１に対しラップ処理のシミュレーションを実行する。このラップ処理のシミュレーションの結果として、ラップ処理により変形した熱処理モデル６１であるラップ処理モデル６２（ピニオンラップ処理モデル６２ａ、ギアラップ処理モデル６２ｂ）が生成される。
【０１１０】
ここでラップ処理のシミュレーションは、図４のステップＳ１７０及びＳ１８０と同様の処理を行えばよい。即ち、図２８に示すラップ盤の３次元モデル上に熱処理モデル６１を配置し、ピニオン熱処理モデル６１ａとギア熱処理モデル６１ｂとのブーリアン演算を実行する。
【０１１１】
図２８は、ラップ処理のシミュレーションの様子を示す図である。図２８において、ラップ盤４００にピニオン熱処理モデル６１ａとギア熱処理モデル６１ｂが噛合状態で設置されている。ラップ処理シミュレート手段２３は、この状態でピニオン熱処理モデル６１ａとギア熱処理モデル６１ｂを回転させ、更にピニオンの軸方向、ギアの軸方向及びオフセット方向の３方向に動がしながら、ピニオン熱処理モデル６１ａとギア熱処理モデル６１ｂとのブーリアン演算を実行する。
【０１１２】
ステップＳ２８０に続いてステップＳ２００に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、ラップ処理モデル６２によって、ステップＳ２００以降の歯当たり状態の解析処理を再実行する。但し、熱処理及びラップ処理による変形も考慮した歯当たり状態の解析となるため、ステップＳ２２０における判定結果は、熱処理及びラップ処理のシミュレーションを実行する前の判定と異なる場合がある。
【０１１３】
ステップＳ２２０において、判定手段２１がラップ処理モデル６２での歯当たり状態が良好であり、ラップ処理モデル６２を採用可と判定すると、ステップＳ２４０を経てステップＳ２５０に進む。
【０１１４】
ステップＳ２５０において、歯車モデル加工シミュレーション装置１０は、歯車諸元値、歯切り盤のマシンセッティング及びカッター仕様を出力する。出力結果は、図９及び図１０で示される概略諸元値５１、図１１で示されるカッター仕様５５、及び図１２で示されるマシンセッティング５７と同様のパラメータで構成される。従って、歯車の製造担当者は、この出力結果に従って歯車を製作すれば、適正な歯当たり状態が得られるピニオンとギアを製作することができる。
【０１１５】
ステップＳ２５０に続いてステップＳ２６０に進み、歯車モデル加工シミュレーション装置１０は、後述するシミュレーション結果の妥当性を確認するために、ラップ処理モデル６２の歯面の３次元座標データを出力し、処理を終了する。
【０１１６】
次に、図３のステップＳ４０におけるパラメータ修整処理の詳細について説明する。図２９はパラメータ修整処理を説明するためのフローチャートを示す。
【０１１７】
図２４のステップＳ２２０において、歯車モデル５９又はラップ処理モデル６２が採用不可と判定された場合は、ステップＳ３００に進む。
【０１１８】
ステップＳ３００において、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯車モデル５９が熱処理及びラップ処理のシミュレーション済みであるかどうか、即ちラップ処理モデル６２であるかどうかを判断する。熱処理等のシミュレーションがされていないと判断した場合は、ステップＳ３１０に進む。
【０１１９】
ステップＳ３１０において、歯車加工シミュレーション装置１０の補正歯当たり状態計算手段２４は、ラップ処理モデル６２による歯当たり状態が適正となるには、熱処理及びラップ処理のシミュレーション前の歯車モデル５９における歯当たり状態（以下「補正歯当たり状態」という。）はどうあるべきかを歯当たり状態６０と目標値５３とを比較することにより計算する。なお補正歯当たり状態は、図６の判定用のパラメータと同様のパラメータで出力される。
【０１２０】
ステップＳ３１０に続いてステップＳ３６０に進み、補正歯当たり状態計算手段２４は、補正歯当たり状態が得られる歯切り盤のマシンセッティング５７を計算し、歯切り盤モデル５８に設定する。
【０１２１】
ステップＳ３００において、熱処理等のシミュレーションが既に実行されていると判断された場合は、ステップＳ３２０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０は、歯切り盤モデル５８のマシンセッティング５７の変更回数が、所定の閾値を超えていないかどうか判断する。これは、本フローチャートにおける処理により、マシンセッティング５７が修整され、再度歯切り及び、歯当たり状態のシミュレーションを実行し、採用不可の場合には再びマシンセッティング５７を修整するという処理が繰り返される場合に、無限ループとならないようにするためである。従って、マシンセッティング５７の変更回数が所定の閾値を超えている場合には、図４のステップＳ１１０に進み、新たな設計値５０の入力処理から再度実行する。
【０１２２】
ステップＳ３２０に続いてステップＳ３３０に進み、歯車加工シミュレーション装置１０のパラメータ修整手段２５は、適正な歯当たりを得るためには、カッターの諸元としてのカッター仕様５５、又はマシンセッティング５７のいずれを修整すべきかを修整パラメータ判断テーブル３０を参照することにより判断する。
【０１２３】
図３０は、修整パラメータ判断テーブルを示す図である。図３０の修整パラメータ判断テーブル３０は、歯当たり状態６０の状態毎の歯当たり評価値と、適正な歯当たりを得るための加工条件の修整値（現在の値との差）を管理するテーブルである。即ち、修整パラメータ判断テーブル３０は、列（横）方向に歯当たり状態６０の種類として、数十種類の項目を有し、行（縦）方向に歯当たりの状態を楕円形で図示した「歯当たり」と、「歯当たり状態の評価値」と、適正な歯当たりを得るための加工条件の修整値としての「加工条件の修整値」との項目を有している。「歯当たり状態の評価値」は、目標値５３と同様のパラメータで構成され、目標値５３に対する解析結果である歯当たり状態６０の割合により示される。即ち、
歯当たり状態の評価値 ＝ 歯当たり状態６０／目標値５３
として求める。従って、「歯当たり状態の評価値」の任意のパラメータ、例えば「バイアス角」が１ということは、歯当たり状態６０のバイアス角が目標値５３のバイアス角に等しいということを意味する。「加工条件の修整値」は、カッター仕様５５の一パラメータであるカッター径の修整値としての「カッター径修整値」と、マシンセッティング５７の修整値としての「マシンセッティング修整値」とにより構成される。
【０１２４】
状態１は、全てのパラメータが１、即ち歯当たり状態６０が目標値５３に一致するケースを表す。このケースは、適正な歯当たり状態が得られたことになり、カッター径及びマシンセッティング５７を修整する必要はない。
【０１２５】
状態２は、「歯面の面積に対する歯当たり面積の割合」の評価値が１．５より大きいケース、即ち歯当たり状態６０における値が目標値５３における値の１．５倍より大きいであるケースを表す。このケースでは、修整パラメータ判断テーブル３０より、カッター径の修整の必要はないがマシンセッティング５７の修整の必要があることが分かる（図中は、「＊＊＊」により修整値を表現している）。
【０１２６】
状態３についても状態２と同様に、カッター径の修整は必要ないが、マシンセッティング５７の修整の必要があることが分かる。
【０１２７】
状態４は、「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」の評価値が１．５であるケースを表す。このケースでは、修整パラメータ判断テーブル３０より、マシンセッティング５７の修整の必要は無いが、カッター径を変更する必要があることが分かる。
【０１２８】
なお、状態毎の加工条件の修整値は、過去のデータを蓄積することによって生成すればよい。従って、状態の種類については便宜上４種類しか図示していないが、実際には数十種類のデータを有していてデータが増えれば状態の種類も増加し、状態の種類が多い程カッター径及びマシンセッティング５７の修整の精度を上げることができる。
図２９０のステップＳ３３０において、パラメータ修整手段２５が、修整パラメータは設計値５０に含まれるカッター径であると判断した場合は、以下のように処理が進む。
【０１２９】
修整パラメータ判断テーブル３０の「歯当たり状態評価値」のうち、「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」のみが１でない場合は、ステップＳ３５０に進む。ステップＳ３５０において、パラメータ修整手段２５は、カッター径を修整し、新たなカッターモデル５６を生成する。
【０１３０】
上記以外の場合、即ち「歯当たり状態評価値」のうち「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」が１の場合、又は「有効歯すじ長さに対する歯すじ方向歯当たり長さの割合」以外に１でないパラメータがある場合は、図４のステップＳ１１０に進み、修整パラメータ判断テーブル３０から取得したカッター径の修整値に基づいてステップＳ１１０以降の処理を実行する。
【０１３１】
また、ステップＳ３３０において、パラメータ修整手段２５が修整パラメータはマシンセッティング５７であると判断した場合は、ステップＳ３４０に進む。ステップＳ３４０において、パラメータ修整手段２５は、修整パラメータ判断テーブル３０から取得したマシンセッティング５７の修整値を歯切り盤モデル５８に設定する。
【０１３２】
ステップＳ３４０、ステップＳ３５０又はステップＳ３６０において、歯車加工シミュレーション装置１０がカッターモデル５６又は歯切り盤モデル５８を修整すると、図４のステップＳ１７０に進み、ステップＳ１７０以降の処理、即ち歯切りのシミュレーション、歯当たり状態の解析等を再実行する。
【０１３３】
上述したように、本実施の形態においては、現実の歯車の加工と同様の手順による歯切りのシミュレーションを実行するため、現実の歯車と同様の形状を有する歯車モデル５９を得ることができる。また、現実の形状と同様の形状を有する歯車モデル５９を用いて歯当たり状態の解析を行うため、現実の歯当たり状態と同様の歯当たり状態を得ることができる。更に、歯当たり状態が良好でない場合は、加工条件の補正及び歯切り等のシミュレーションを適正な歯当たりが得られるまで繰り返すため、適正な歯当たりを得るための歯車の諸元値、加工条件等を容易に得ることができる。
なお、歯車加工シミュレーション装置１０より得た歯車の諸元値、加工条件等の妥当性の確認方法について以下に説明する。
【０１３４】
図３１は、シミュレーション結果の妥当性の確認方法を説明するためのフローチャートを示す。
【０１３５】
ステップＳ４００において、歯車加工シミュレーション装置１０より得た歯車の諸元値、加工条件等に基づいて実際の歯車を製作する。
【０１３６】
ステップＳ４００に続いてステップＳ４１０に進み、製作した歯車の形状を三次元測定機又は形状測定機等により測定する。
【０１３７】
ステップＳ４１０に続いてステップＳ４２０に進み、三次元測定機等により測定した歯車形状の座標データを出力する。
【０１３８】
ステップＳ４２０に続いてステップＳ４３０に進み、歯車形状の座標データから、歯車の３次元モデル（以降「歯車リアルモデル」という。）を生成する。歯車リアルモデルは歯車モデル５９と同様のデータ形式により生成すればよい。
【０１３９】
ステップＳ４３０に続いてステップＳ４４０に進み、歯車モデル５９と歯車リアルモデルとの形状を比較する。形状が同一、又は差異が許容範囲内の場合には妥当性が確認されたこととなる。形状が無視できないほど異なる場合には、ステップＳ４５０に進む。
【０１４０】
ステップＳ４５０において、歯形形状を修整するためのマシンセッティング５７及びカッター仕様５５を計算し、歯切り盤モデル５８及びカッターモデル５６を修整する。更に修整した歯切り盤モデル５８およびカッターモデル５６に基づいて、図４のステップＳ１７０以降の処理を実行すればよい。
【０１４１】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態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本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【０１４２】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、現実の歯車の加工において歯切り盤上にブランク素材とカッターを配置して歯切りを実行する手順と同様の手順を３次元モデルによって実行するため、現実に加工された歯車と同様の形状を有する歯車の３次元モデル（歯車モデル）を生成することができ、歯車に関するシミュレーションを実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における歯車加工シミュレーション装置のハードウェア構成を示す図である。
【図２】歯車加工シミュレーション装置の機能構成例を示す図である。
【図３】歯車加工シミュレーション装置の処理概要を説明するためのフローチャートである。
【図４】歯切りシミュレート処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】歯当たり状態を判定するためのパラメータを説明するための図である。
【図６】歯当たり状態を判定するためのパラメータの例を示す図である。
【図７】隣合う伝達曲線が一点のみで交差する状態を示す図である。
【図８】設計値を構成するパラメータを示す図である。
【図９】概略諸元計算にて出力されるブランク形状の概略諸元値を示す図である。
【図１０】概略諸元計算にて出力される一つの歯に関する概略諸元値を示す図である。
【図１１】カッター仕様を説明するための図である。
【図１２】歯切り盤のマシンセッティングを説明するための図である。
【図１３】性能及び強度計算の形状に係わる計算の入力パラメータを示す図である。
【図１４】性能及び強度計算の形状に係わる計算の出力結果を示す図である。
【図１５】性能及び強度計算の入力パラメータを示す図である。
【図１６】性能及び強度計算の出力結果を示す図である。
【図１７】ピニオンブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。
【図１８】ピニオンブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図（その２）である。
【図１９】ギアブランクモデルを歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。
【図２０】ピニオンブランクモデルを異なるマシンセッティングの歯切り盤モデルに配置した画面例を示す図である。
【図２１】歯切りのシミュレート処理の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図２２】ピニオンブランクモデルの歯切りをシミュレートしている画面例を示す図である。
【図２３】ギアブランクモデルの歯切りをシミュレートしている画面例を示す図である。
【図２４】歯当たり状態解析及び判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図２５】ピニオンモデルとギアモデルとを組み立て状態に配置した画面例を示す図である。
【図２６】ギアモデルの歯当たり状態を表示する画面例を示す図である。
【図２７】異常歯当たりを判定するための閾値を示す図である。
【図２８】ラップ処理のシミュレーションの様子を示す図である。
【図２９】パラメータ修整処理を説明するためのフローチャートである。
【図３０】修整パラメータの判断用デーブルを示す図である。
【図３１】シミュレーション結果の妥当性の確認方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１２ 概略諸元計算手段
１３ ブランクモデル生成手段
１４ カッター仕様計算手段
１５ マシンセッティング計算手段
１６ 性能・強度計算手段
１７ 性能強度判定手段
１８ カッターモデル生成手段
１９ 歯切りシミュレート手段
２０ 歯当たりシミュレート手段
２１ 判定手段
２２ 熱処理シミュレート手段
２３ 表面加工処理シミュレート手段
２４ 補正歯当たり情報計算手段
２５ パラメータ修整手段
３０ 修整パラメータ判断テーブル
１００ ドライブ装置
１０１ 記憶媒体
１０２ 補助記憶装置
１０３ メモリ装置
１０４ 演算処理装置
１０５ 表示装置
１０６ 入力装置
Ｂ バス
Claims (9)
- ブランクモデルと、カッターモデルと、前記ブランクモデルと前記カッターモデルとの相対的位置関係を規定する歯切り盤モデルとに基づいて、歯切りのシミュレーションにより、前記ブランクモデルから一対の歯車モデルを生成する歯車モデル生成手順と、
前記歯車モデル生成手順において生成された一対の前記歯車モデルを実際の利用状態である組み立て状態で回転させるシミュレーションにより、歯当たりの位置及び範囲を示すデータを出力する歯当たり状態出力手順と、
前記歯当たり状態出力手順において出力された前記データと、前記歯当たり位置及び範囲の許容値とを比較して、前記歯車モデルの是非を判断する歯車モデル是非判断手順とを有し、
前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が非の場合は、前記許容値に含まれる前記歯当たり位置及び範囲を得るための前記カッターモデル及び前記歯切り盤モデルのマシンセッティングの少なくともいずれか一方についての修整値が前記歯当たりの位置及び範囲ごとに設定された修整情報に基づいて、前記カッターモデル及び前記マシンセッティングの少なくともいずれかを修整し、
前記修整された前記カッターモデル又は前記マシンセッティングに基づいて、前記歯車モデル生成手順、前記歯当たり状態出力手順、及び前記歯車モデル是非判断手順を実行することを特徴とする歯車加工シミュレーション方法。 - 前記修整情報には、前記カッターモデルと、前記マシンセッティングとの少なくともいずれか一方について、前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が非と判断された前記カッターモデル又は前記マシンセッティングと、前記許容値に含まれる前記歯当たり位置及び範囲を得るための前記カッターモデル又は前記歯切り盤モデルのマシンセッティングとの差分が前記歯当たりの位置及び範囲ごとに設定されていることを特徴とする請求項１記載の歯車加工シミュレーション方法。
- 前記歯車モデル生成手順は、前記ブランクモデルと前記カッターモデルとのブーリアン演算を用いることを特徴とする請求項１又は２記載の歯車加工シミュレーション方法。
- 前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が是の場合は、
前記歯車モデルに対する熱処理のシミュレーションにより、前記歯車モデルが変形された歯車熱処理モデルを生成する熱処理手順を更に有し、
前記熱処理手順により生成された歯車熱処理モデルを前記歯車モデルとして、前記歯当たり状態出力手順を再度実行することを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項記載の歯車加工シミュレーション方法。 - 前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が是の場合は、
前記歯車熱処理モデルに対する、歯切りの後に行われる表面加工のシミュレーションにより、前記歯車熱処理モデルが変形された歯車表面加工モデルを生成する表面加工手順を更に有し、
前記表面加工手順により生成された歯車表面加工モデルを前記歯車モデルとして、前記歯当たり状態出力手順を再度実行することを特徴とする請求項４記載の歯車加工シミュレーション方法。 - ブランクモデルと、カッターモデルと、前記ブランクモデルと前記カッターモデルとの相対的位置関係を規定する歯切り盤モデルとに基づいて、歯切りのシミュレーションにより、前記ブランクモデルから一対の歯車モデルを生成する歯車モデル生成手順と、
前記歯車モデル生成手順において生成された一対の前記歯車モデルを実際の利用状態である組み立て状態で回転させるシミュレーションにより、歯当たりの位置及び範囲を示すデータを出力する歯当たり状態出力手順と、
前記歯当たり状態出力手順において出力された前記データと、前記歯当たり位置及び範囲の許容値とを比較して、前記歯車モデルの是非を判断する歯車モデル是非判断手順とを有し、
前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が非の場合は、前記許容値に含まれる前記歯当たり位置及び範囲を得るための前記カッターモデル及び前記歯切り盤モデルのマシンセッティングの少なくともいずれか一方についての修整値が前記歯当たりの位置及び範囲ごとに設定された修整情報に基づいて、前記カッターモデル及び前記マシンセッティングの少なくともいずれかを修整し、
前記修整された前記カッターモデル又は前記マシンセッティングに基づいて、前記歯車モデル生成手順、前記歯当たり状態出力手順、及び前記歯車モデル是非判断手順をコンピュータに実行させるための歯車加工シミュレーションプログラム。 - 前記修整情報には、前記カッターモデルと、前記マシンセッティングとの少なくともいずれか一方について、前記歯車モデル是非判断手順における判断結果が非と判断された前記カッターモデル又は前記マシンセッティングと、前記許容値に含まれる前記歯当たり位置及び範囲を得るための前記カッターモデル又は前記歯切り盤モデルのマシンセッティングとの差分が前記歯当たりの位置及び範囲ごとに設定されていることを特徴とする請求項６記載の歯車加工シミュレーションプログラム。
- ブランクモデルと、カッターモデルと、前記ブランクモデルと前記カッターモデルとの相対的位置関係を規定する歯切り盤モデルとに基づいて、歯切りのシミュレーションにより、前記ブランクモデルから一対の歯車モデルを生成する歯車モデル生成手段と、
前記歯車モデル生成手段によって生成された一対の前記歯車モデルを実際の利用状態である組み立て状態で回転させるシミュレーションにより、歯当たりの位置及び範囲を示すデータを出力する歯当たり状態出力手段と、
前記歯当たり状態出力手段によって出力された前記データと、前記歯当たり位置及び範囲の許容値とを比較して、前記歯車モデルの是非を判断する歯車モデル是非判断手段とを有し、
前記歯車モデル是非判断手段による判断結果が非の場合は、前記許容値に含まれる前記歯当たり位置及び範囲を得るための前記カッターモデル及び前記歯切り盤モデルのマシンセッティングの少なくともいずれか一方についての修整値が前記歯当たりの位置及び範囲ごとに設定された修整情報に基づいて、前記カッターモデル及び前記マシンセッティングの少なくともいずれかを修整し、
前記修整された前記カッターモデル又は前記マシンセッティングに基づいて、前記歯車モデル生成手段、前記歯当たり状態出力手段、及び歯車モデル是非判断手段の機能を実行することを特徴とする歯車加工シミュレーション装置。 - 前記修整情報には、前記カッターモデルと、前記マシンセッティングとの少なくともいずれか一方について、前記歯車モデル是非判断手段における判断結果が非と判断された前記カッターモデル又は前記マシンセッティングと、前記許容値に含まれる前記歯当たり位置及び範囲を得るための前記カッターモデル又は前記歯切り盤モデルのマシンセッティングとの差分が前記歯当たりの位置及び範囲ごとに設定されていることを特徴とする請求項８記載の歯車加工シミュレーション装置。
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