JP3489516B2 - ボール溝の溝形状測定装置および溝形状測定方法 - Google Patents

Description

【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Ｃ
ＶＴ（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
２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
出し、該円弧形状からボール溝の両側の円弧形状の中心
位置を求め、該中心位置から該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ボール中心位置を求
め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。そのうえ、ボール溝に嵌まるボー
ルとの組み合わせ具合の測定が行える。

【００１２】

【００１３】

【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２
１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２
９（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２
３ａ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２
３ａ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２
８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、φ
２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２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。そのうえ、ボール溝に嵌まるボールとの組み
合わせ具合が測定できる。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】

【００５６】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係るボール溝の溝形
状測定装置の構成を示す正面図。

【図２】固定側シーブにあるボール溝を、小径な測定子
と一緒に示す図１中のＡ〜Ａに沿う平断面。

【図３】測定器内部の検出器構造を説明するための図。

【図４】同ボール溝の溝形状を測定する測定方法を説明
するためのフローチャート。

【図５】同測定するときの小径な測定子の動きを説明す
るための斜視図。

【図６】同じく平断面図。

【図７】ボール溝と組み合うボールの中心位置の求め方
を説明するための図。

【図８】ベルト式ＣＶＴのプーリー構造を説明するため
の断面図。

【図９】（ａ）は図８中のＢ〜Ｂ線に沿う平断面図。
（ｂ）は同ボールスプラインを拡大して示す断面図。

【符号の説明】

１…固定側シーブ（ワーク） ４…ボール溝 １０ａ…移動テーブル（挿入手段） ２０ａ…スライド装置（移動手段） ２２…センサー脱着部 ２３ａ…φ２のボール（測定子） ２７，２８…ラジアル方向検出器，スラスト方向検出器
（検出器） ３０…コントローラ（演算部）。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【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付けるように配置された、
   前記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とともに該円弧形
   状から前記ボール溝の両側の円弧形状の中心位置を求
   め、該中心位置から該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ボール中心位置を求める演算
   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。
2. 【請求項２】 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
   状を算出し、該円弧形状から前記ボール溝の両側の円弧
   形状の中心位置を求め、該中心位置から該ボール溝に組
   み合うボールが嵌まったときに相当する状態のボール中
   心位置を求めることを特徴とするボール溝の溝形状測定
   方法。