JP2019190845A

JP2019190845A - ギヤ間に生じるミスアライメントの温度変化を評価する評価方法

Info

Publication number: JP2019190845A
Application number: JP2018079981A
Authority: JP
Inventors: 善紀土屋; Yoshiaki Tsuchiya
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2019-10-31
Anticipated expiration: 2038-04-18
Also published as: JP6974242B2

Abstract

【課題】互いに噛合するギヤ間に生じるミスアライメントが温度変化に伴ってどのように変化するかを精度良く評価する評価方法を提供する。【解決手段】第１ギヤの素材よりも熱膨張率が小さい素材で形成された第１補助材が第１ギヤの回転軸に対して放射方向へ伸延するように装着された第１ギヤと、第２ギヤの素材よりも熱膨張率が小さい素材で形成された第２補助材が第２ギヤの回転軸に対して放射方向へ伸延するように装着された第２ギヤとを、互いに噛合したアライメント状態で恒温槽へ設置する設置して、第１の温度と第２の温度でそれぞれ、恒温槽の外部から恒温槽の計測窓を通じて第１補助材および第２補助材までの距離を計測し、それぞれの温度における計測結果を予め定められた評価式に代入して評価値を演算する。【選択図】図２

Description

本発明は、ギヤ間に生じるミスアライメントの温度変化を評価する評価方法に関する。

互いに組み合わされて噛合するギヤのミスアライメントを計測する計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−３３３４２１号公報

大量生産に先立つ試作段階においては、ミスアライメントを精度良く評価したい。しかも、使用温度が変化した場合にミスアライメントがどのように変化するかを評価したい。しかし、互いに組み合わされて噛合するギヤを恒温槽中で直接的に計測することは難しく、測定精度を上げることが困難であった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、互いに噛合するギヤ間に生じるミスアライメントが温度変化に伴ってどのように変化するかを精度良く評価する評価方法を提供するものである。

本発明の具体的態様における評価方法は、互いに噛合する第１ギヤと第２ギヤのミスアライメントの温度変化を評価する評価方法であって、第１ギヤの素材よりも熱膨張率が小さい素材で形成された第１補助材が第１ギヤの回転軸に対して放射方向へ伸延するように装着された第１ギヤと、第２ギヤの素材よりも熱膨張率が小さい素材で形成された第２補助材が第２ギヤの回転軸に対して放射方向へ伸延するように装着された第２ギヤとを、互いに噛合したアライメント状態で恒温槽へ設置する設置工程と、恒温槽を第１設定温度に設定し、恒温槽の外部から恒温槽の計測窓を通じて第１補助材および第２補助材までの距離を計測する第１計測工程と、恒温槽を第２設定温度に設定し、第１計測工程と同様に第１補助材および第２補助材までの距離を計測する第２計測工程と、第１計測工程の計測結果と第２計測工程の計測結果を予め定められた評価式に代入して評価値を演算する演算工程とを有する。

本発明により、互いに噛合するギヤ間に生じるミスアライメントが温度変化に伴ってどのように変化するかを精度良く評価することができる。

互いに噛合するハイポイドギヤの概略斜視図である。ハイポイドギヤに補助棒を装着する様子を示す図である。恒温槽に収容されたギヤボックスに対して行う計測の様子を示す図である。第１設定温度におけるハイポイドギヤの位置関係の例を示す図である。第２設定温度におけるハイポイドギヤの位置関係の例を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。

図１は、互いに噛合するハイポイドギヤ１０の概略斜視図である。以下の本実施形態においては、互いに噛合する第１ギヤと第２ギヤの組み合せとしてハイポイドギヤ１０を例に説明する。

ハイポイドギヤ１０は、リングギヤ１００とピニオンギヤ２００が組み合わされて構成される。リングギヤ１００は、出力軸としてのシャフト１００ａと駆動力伝達部としてのギヤ部１００ｇを有する。ピニオンギヤ２００は、入力軸としてのシャフト２００ａと駆動力伝達部としてのギヤ部２００ｇを有する。ギヤ部１００ｇとギヤ部２００ｇは、笠歯状の傾斜面で互いに傾斜面で噛合する。したがって、シャフト１００ａの出力回転軸Ａｒとシャフト２００ａの入力回転軸Ａｐは、互いに交叉することのないねじれ関係にある。なお、図１において、シャフト１００ａおよびシャフト２００ａは一部分を表しており、他要素とのカップリング部などを省略している。また、ギヤ部１００ｇおよびギヤ部２００ｇの歯面形状も省略している。

リングギヤ１００の基準点Ｃｒを、図示するようにリングギヤ１００の端面と出力回転軸Ａｒの交点に定める。また、ピニオンギヤ２００の基準点Ｃｐを、図示するようにピニオンギヤ２００の端面と入力回転軸Ａｐの交点に定める。また、図示するように、出力回転軸Ａｒに沿う方向をｘ軸、入力回転軸Ａｐに沿う方向をｙ軸、ｘ軸およびｙ軸に直交する方向をｚ軸と定める。

このように定義すると、リングギヤ１００とピニオンギヤ２００が互いに噛合したアライメント状態は、基準点Ｃｒと基準点Ｃｐのｘ軸方向の離間距離Ｇ、ｙ軸方向の離間距離Ｐ、ｚ軸方向の離間距離Ｅ、および入力回転軸Ａｐと出力回転軸Ａｒの成す角Ｒで表される。これら４つのアライメント値Ｇ，Ｐ，Ｅ，Ｒが設計値Ｇ_ｓ，Ｐ_ｓ，Ｅ_ｓ，Ｒ_ｓと一致する場合には、ミスアライメント量が０であると評価できる。

大量生産に先立つ試作段階においては、ミスアライメントを精度良く評価したい。しかも、使用温度が変化した場合にミスアライメントがどのように変化するかを評価したい。そこで、試作段階におけるリングギヤ１００とピニオンギヤ２００を互いに噛合させて、恒温槽中でミスアライメントを精度良く検出する手順について説明する。

図２は、ハイポイドギヤ１０に補助棒を装着する様子を示す図である。リングギヤ１００の外周側面１００ｓには、３つのリング補助棒１１０、１２０、１３０が、それぞれ出力回転軸Ａｒに対して放射方向へ伸延するように装着される。具体的には、リング補助棒１１０は、外周側面１００ｓからｚ軸＋方向へ伸延するように装着され、リング補助棒１２０は、外周側面１００ｓからｙ軸−方向へ伸延するように装着され、リング補助棒１３０は、外周側面１００ｓからｚ軸−方向へ伸延するように装着される。例えば図示するように、リング補助棒１２０は、外周側面１００ｓに設けられたネジ穴１００ｈに、リング補助棒１２０の先端部に設けられたネジ部１２０ｂを挿入、螺合させてリング補助棒１２０を立設、固定する。リング補助棒１１０、１３０も、リング補助棒１２０と同様に固定する。

ピニオンギヤ２００の外周側面２００ｓには、３つのピニオン補助棒２１０、２２０、２３０が、それぞれ入力回転軸Ａｐに対して放射方向へ伸延するように装着される。具体的には、ピニオン補助棒２１０は、外周側面２００ｓからｚ軸＋方向へ伸延するように装着され、ピニオン補助棒２２０は、外周側面２００ｓからｘ軸＋方向へ伸延するように装着され、ピニオン補助棒２３０は、外周側面２００ｓからｚ軸−方向へ伸延するように装着される。ピニオン補助棒２１０、２２０、２３０も、リング補助棒１２０と同様の構造により外周側面２００ｓに固定する。

リング補助棒１１０、１２０、１３０は、リングギヤ１００の素材よりも熱膨張率が小さい素材で形成されている。例えば、リングギヤ１００が鉄で形成されている場合に、リング補助棒１１０、１２０、１３０は、鉄とニッケルの合金、あるいは、鉄とニッケルとコバルトの合金で形成される。同様に、ピニオン補助棒２１０、２２０、２３０は、ピニオンギヤ２００の素材よりも熱膨張率が小さい素材で形成されている。例えば、ピニオンギヤ２００が鉄で形成されている場合に、ピニオン補助棒２１０、２２０、２３０は、鉄とニッケルの合金、あるいは、鉄とニッケルとコバルトの合金で形成される。特に、温度変化に対するそれぞれの補助棒の伸延方向の膨張長さが、ミスアライメントとして生じ得る想定誤差量の１割未満となる素材を選択すると良い。

図３は、恒温槽４００に収容されたギヤボックス３００に対して行う計測の様子を示す図である。ギヤボックス３００は、リングギヤ１００とピニオンギヤ２００を、互いに噛合したアライメント状態で支持して収容している。ギヤボックス３００の筐体表面には、リング補助棒１１０、１２０、１３０およびピニオン補助棒２１０、２２０、２３０のそれぞれの先端部を貫通させて外部へ露出させるボックス孔３１０が設けられている。

ボックス孔３１０から露出するリング補助棒１１０、１２０、１３０のそれぞれの先端部は、レーザ光を反射させるための反射ブロック１１０ａ、１２０ａ、１３０ａが形成されている。同様に、ボックス孔３１０から露出するピニオン補助棒２１０、２２０、２３０のそれぞれの先端部は、レーザ光を反射させるための反射ブロック２１０ａ、２２０ａ、２３０ａが形成されている。それぞれの反射ブロックは、レーザ光を正反射させるために平面加工が施されていることが好ましい。

恒温槽４００は、内部に設置されたヒータ４４０により、その内部を設定された温度に保つことができる。ギヤボックス３００は、ボックス孔３１０から露出する各反射ブロックも含めて全体が恒温槽４００の内部に設置される。

恒温槽４００には、それぞれの反射ブロックに対応するそれぞれの位置に計測窓としての槽窓４１０が設けられている。槽窓４１０は、レーザ光を透過する透明板で形成されている。恒温槽４００の外部には、それぞれの槽窓４１０に対応してレーザ距離計４３１〜４３９が設置されている。

レーザ距離計４３１は、反射ブロック１１０ａに向けてｘ軸＋方向へレーザ光Ｌａを投射し、その反射光を受光して距離信号を出力する。レーザ距離計４３２は、反射ブロック１２０ａに向けてｘ軸＋方向へレーザ光Ｌｂを投射し、その反射光を受光して距離信号を出力する。レーザ距離計４３３は、反射ブロック１３０ａに向けてｘ軸＋方向へレーザ光Ｌｄを投射し、その反射光を受光して距離信号を出力する。レーザ距離計４３４は、反射ブロック１１０ａに向けてｚ軸−方向へレーザ光Ｌｆを投射し、その反射光を受光して距離信号を出力する。レーザ距離計４３５は、反射ブロック２１０ａに向けてｙ軸＋方向へレーザ光Ｌｇを投射し、その反射光を受光して距離信号を出力する。レーザ距離計４３６は、反射ブロック２２０ａに向けてｙ軸＋方向へレーザ光Ｌｈを投射し、その反射光を受光して距離信号を出力する。レーザ距離計４３７は、反射ブロック２３０ａに向けてｙ軸＋方向へレーザ光Ｌｉを投射し、その反射光を受光して距離信号を出力する。レーザ距離計４３８は、反射ブロック２１０ａに向けてｚ軸−方向へレーザ光Ｌｊを投射し、その反射光を受光して距離信号を出力する。レーザ距離計４３９は、反射ブロック２２０ａに向けてｘ軸−方向へレーザ光Ｌｋを投射し、その反射光を受光して距離信号を出力する。

測定者は、恒温槽４００を第１設定温度に設定し、恒温槽４００が第１設定温度で安定したら、それぞれのレーザ距離計により対象となる反射ブロックまでの距離を計測する。次に、恒温槽４００を第２設定温度に設定し、恒温槽４００が第２設定温度で安定したら、それぞれのレーザ距離計により再び対象となる反射ブロックまでの距離を計測する。

図４は、第１設定温度におけるハイポイドギヤ１０の位置関係の例を示す図である。上図はｚ軸＋方向から、中図はｙ軸−方向から、下図はｘ軸＋方向からリングギヤ１００とピニオンギヤ２００を観察した様子を示す。

図示するように、第１設定温度において測定したｘ軸方向の離間距離Ｇ、ｙ軸方向の離間距離Ｐ、ｚ軸方向の離間距離Ｅのそれぞれの測定結果をＧ_１、Ｐ_１、Ｅ_１と表している。また、それぞれのレーザ距離計の設置位置は固定されているので、レーザ光Ｌａ、Ｌｄとレーザ光Ｌｂのｙ軸方向の離間距離Ｌ_１、レーザ光Ｌａとレーザ光Ｌｄのｚ軸方向の離間距離Ｌ_２、レーザ光Ｌｇ、Ｌｉとレーザ光Ｌｈのｘ軸方向の離間距離Ｄ_１、レーザ光Ｌｇとレーザ光Ｌｉのｚ軸方向の離間距離Ｄ_２は、既知である。これらの値とそれぞれの検出結果を用いることにより、第１設定温度における入力回転軸Ａｐと出力回転軸Ａｒの成す角Ｒ_１を算出することができる。

この場合、レーザ光を投射する反射ブロックが、それぞれのギヤに対して放射方向に伸延された位置に存在するので、放射方向から投射するレーザ光Ｌｆ、Ｌｊ、Ｌｋによる測定を除き、伸延された距離に応じてミスアライメントが増幅されて測定される。すなわち、ミスアライメントが微小であっても、Ｇ_１、Ｐ_１、Ｅ_１、Ｒ_１を精度良く検出することができる。

図５は、第２設定温度におけるハイポイドギヤ１０の位置関係の例を示す図である。図４と同様に、上図はｚ軸＋方向から、中図はｙ軸−方向から、下図はｘ軸＋方向からリングギヤ１００とピニオンギヤ２００を観察した様子を示す。

第２設定温度において測定したｘ軸方向の離間距離Ｇ、ｙ軸方向の離間距離Ｐ、ｚ軸方向の離間距離Ｅのそれぞれの測定結果をＧ_２、Ｐ_２、Ｅ_２とする。また、図４の場合と同様に、第２設定温度における入力回転軸Ａｐと出力回転軸Ａｒの成す角Ｒ_２を算出することができる。

第１設定温度におけるＧ_１、Ｐ_１、Ｅ_１、Ｒ_１と第２設定温度におけるＧ_２、Ｐ_２、Ｅ_２、Ｒ_２を検出できると、その温度変化に対するミスアライメントの変化を評価できる。具体的には、ｘ軸方向の離間距離Ｇ、ｙ軸方向の離間距離Ｐ、ｚ軸方向の離間距離Ｅ、入力回転軸Ａｐと出力回転軸Ａｒの成す角Ｒの変化量をそれぞれΔＧ、ΔＰ、ΔＥ、ΔＲとすると、ΔＧ＝Ｇ_２−Ｇ_１、ΔＰ＝Ｐ_２−Ｐ_１、ΔＥ＝Ｅ_２−Ｅ_１、ΔＲ＝Ｒ_２−Ｒ_１と表されるので、算出されたΔＧ、ΔＰ、ΔＥ、ΔＲを予め定められた評価式に代入して評価値を演算すれば良い。

以上、ハイポイドギヤ１０を例として実施形態を説明したが、ハイポイドギヤ以外のギヤであっても構わない。特に、歯面が形成されていない外周側面を有するギヤであると、補助棒を立設しやすい。また、補助棒の固定は、螺合に限らず、接着剤など他の手法を用いても良い。また、上記の実施形態においては、補助材として棒状である補助棒を利用したが、ミスアライメントを増幅させるためにギヤの回転軸に対して放射方向へ伸延させるものであれば、棒状でなくても良い。角柱形状であっても、平板状であっても構わない。

１０ハイポイドギヤ、１００リングギヤ、１００ａシャフト、１００ｇギヤ部、１００ｈネジ穴、１００ｓ外周側面、１１０、１２０、１３０リング補助棒、１１０ａ、１２０ａ、１３０ａ反射ブロック、１２０ｂネジ部、２００ピニオンギヤ、２００ａシャフト、２００ｇギヤ部、２００ｓ外周側面、２１０、２２０、２３０ピニオン補助棒、２１０ａ、２２０ａ、２３０ａ反射ブロック、３００ギヤボックス、３１０ボックス孔、４００恒温槽、４１０槽窓、４３１〜４３９レーザ距離計、４４０ヒータ

Claims

互いに噛合する第１ギヤと第２ギヤのミスアライメントの温度変化を評価する評価方法であって、
前記第１ギヤの素材よりも熱膨張率が小さい素材で形成された第１補助材が前記第１ギヤの回転軸に対して放射方向へ伸延するように装着された前記第１ギヤと、前記第２ギヤの素材よりも熱膨張率が小さい素材で形成された第２補助材が前記第２ギヤの回転軸に対して放射方向へ伸延するように装着された前記第２ギヤとを、互いに噛合したアライメント状態で恒温槽へ設置する設置工程と、
前記恒温槽を第１設定温度に設定し、前記恒温槽の外部から前記恒温槽の計測窓を通じて前記第１補助材および前記第２補助材までの距離を計測する第１計測工程と、
前記恒温槽を第２設定温度に設定し、前記第１計測工程と同様に前記第１補助材および前記第２補助材までの距離を計測する第２計測工程と、
前記第１計測工程の計測結果と前記第２計測工程の計測結果を予め定められた評価式に代入して評価値を演算する演算工程と
を有する評価方法。