JP2018128335A

JP2018128335A - 歯当たり評価方法

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Publication number: JP2018128335A
Application number: JP2017021111A
Authority: JP
Inventors: 光晴関山; Mitsuharu Sekiyama; 雅教石川; Masanori Ishikawa
Original assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2037-02-08
Also published as: JP6748001B2

Abstract

【課題】歯当たりの評価精度を改善することのできる歯当たり評価方法の提供。【解決手段】圧力実測ステップ（Ｓ１）では、測定対象歯車（１１）の回転角度に対する第１の感圧部（２ａ）の圧力の検出値と、第２の感圧部（２ｂ）の圧力の検出値とを測定する。通過速度算出ステップ（Ｓ２）では、第１の感圧部（２ａ）の長さ（Ｌ１）及び測定対象歯車（１０）の回転角度に基づいて、別の歯車が第１の感圧部（２ａ）を通過した通過速度（Ｖ）を算出する。同時接触線導出ステップ（Ｓ３）では、第２の感圧部（２ｂ）が圧力を検知し始めた検知開始時点における接触点の位置（Ａ３）を、通過速度（Ｖ）に基づいて算出することによって、同時接触線（ＴＢ１）を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は歯当たり評価方法に関する。

特許文献１には、歯車の歯当たりを評価する方法が開示されている。この方法では、まず、一対の歯車の一方の歯車の歯面に、赤外線サーモグラフィ装置で使用する波長域において基準値以上の吸光度を有するコーティング剤を塗布する。その後、一対の歯車を回転させ、歯車の見かけ上の歯面温度の変化を赤外線サーモグラフィ装置を用いて検出し、検出された見かけ上の歯面温度の変化に基づいて、一対の歯車の歯当たりを評価する。

特開２００８−１８５５４９号公報

特許文献１に開示される方法では、一対の歯車を回転させ、一対の歯車の歯面同士が当たって歯当たりが一旦生じ、当該歯面同士が離れた後に、歯車の歯面温度の変化を検出するものであり、歯当たりが生じたときに歯面へかかる圧力を測定するものではない。したがって、歯当たりの評価精度に改善の余地が有る。

一方、所定の面積を有する膜状圧力センサを歯車の歯面の所定の領域に設けて、歯当たりが生じた箇所と、その圧力の大きさとを計測する方法が知られている。このような方法では、歯車形状に与える影響が大きいため、歯当たりの評価精度に改善の余地が有る。

本発明は、歯当たりの評価精度を改善するものとする。

本発明に係る歯当たり評価方法は、
測定対象歯車と別の歯車とを噛み合せて回転させることによって、前記測定対象歯車と前記別の歯車との互いの歯面同士が当たり、接触している部位である同時接触線を評価する歯当たり評価方法であって、
前記測定対象歯車は、第１の感圧部（例えば、感圧領域２ａ等）、及び第２の感圧部（例えば、感圧領域２ｂ等）を備え、
前記第１の感圧部、及び前記第２の感圧部は、前記測定対象歯車の少なくとも一つの歯面に、間隔を空けて配置されており、
前記測定対象歯車と、前記別の歯車とを、噛み合せて回転させ、前記測定対象歯車の回転角度に対する前記第１の感圧部の圧力の検出値を測定した後、前記測定対象歯車の回転角度に対する前記第２の感圧部の圧力の検出値を測定する、圧力実測ステップと、
前記第１の感圧部の長さ及び前記測定対象歯車の回転角度に基づいて、前記別の歯車が前記第１の感圧部を通過した通過速度を算出する、通過速度算出ステップと、
前記同時接触線を算出する同時接触線導出ステップと、を備え、
前記同時接触線導出ステップでは、
前記第１の感圧部が圧力を検知し終わった時点から、前記第２の感圧部が圧力を検知し始めた検知開始時点までにおいて、前記測定対象歯車と前記別の歯車との接触点は、前記第１の感圧部の一端から所定の位置に移動しており、
前記検知開始時点における前記接触点の位置を前記通過速度に基づいて算出することによって、前記同時接触線を算出する。
このような構成によれば、測定対象歯車と別の歯車との歯面同士が当たって歯当たりが生じたときに歯面へかかる圧力を測定する。また、第１の感圧部が歯当たりによる圧力を検知し終わってから、第２の感圧部が歯当たりによる圧力を検知するため、所定の面積を有する膜状圧力センサよりも面積を必要とすることなく、ある時点における歯当たりの部位と、圧力の大きさを良好に計測することができる。そのため、歯当たりの評価精度を改善することができる。

本発明は、歯当たりの評価精度を改善することができる。

実施の形態１に係る歯当たり評価方法を示すフローチャートである。歯面上に設けられた薄膜圧力センサを示す上面図である。歯面上に設けられた薄膜圧力センサを示す断面図である。歯面上における歯当たりの進行を示す斜視図である。ギヤの回転角度に対する平均面圧の一具体例を示すグラフである。実施の形態１に係る歯当たり評価方法を示す図である。実施の形態１に係る歯当たり評価方法を示す図である。実施の形態１に係る歯当たり評価方法を示す図である。実施の形態１に係る歯当たり評価方法を示す図である。歯面上に設けられた薄膜圧力センサの他の一具体例を示す上面図である。ギヤの回転角に対する同時接触線角度の一具体例を示すグラフである。歯面上に設けられた薄膜圧力センサの一例を示す上面図である。歯面上に設けられた薄膜圧力センサの他の一例を示す上面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（実施の形態１）
図１〜図９を参照して実施の形態１に係る歯当たり評価方法について説明する。図１は、実施の形態１に係る歯当たり評価方法を示すフローチャートである。図２は、歯面上に設けられた薄膜圧力センサを示す上面図である。図３は、歯面上に設けられた薄膜圧力センサを示す断面図である。図４は、歯面上における歯当たりの進行を示す斜視図である。図５は、ギヤの回転角度に対する平均面圧を示すグラフである。図６〜図９は、実施の形態１に係る歯当たり評価方法を示す図である。図２〜図４、図６〜図９では、３次元ｘｙｚ座標を規定した。

本歯当たり評価方法は、図２に示す薄膜圧力センサ２を用いて実施することができる。薄膜圧力センサ２は、歯車１０（図４参照）の歯１の歯面１ａに、所定のパターンとして設けられている。薄膜圧力センサ２は、感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃと、リード線領域２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉを備える。図２に示す例では、感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃは、歯面１ａのピッチ線Ｐ１上に並んで設けられており、いずれも間隔が空いている。さらに、リード線領域２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉが、歯面１ａ上に設けられている。リード線領域２ｄ、２ｅが、感圧領域２ａと電圧検出装置（図示略）とを電気的に接続し、リード線領域２ｆ、２ｇが、感圧領域２ｂと電圧検出装置（図示略）とを電気的に接続し、リード線領域２ｈ、２ｉが、感圧領域２ｃと電圧検出装置（図示略）とを電気的に接続している。感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃは、例えば、ピエゾ抵抗素子であり、圧力を受けると、圧力の大きさに応じて、所定の電圧を発生する。感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃにそれぞれ接続された電圧検出装置は、発生した電圧を測定することができる。

図３に示すように、薄膜圧力センサ２は、中間膜２１と、絶縁膜２２と、絶縁膜２３と、保護膜２４と、感圧膜２５とを含む。中間膜２１と、絶縁膜２２と、絶縁膜２３と、保護膜２４とは、この順に積層している。保護膜２４は、歯車同士が歯当たりしても、薄膜圧力センサ２の他の構成要素を保護するような耐久性、又は厚みを備えればよい。感圧膜２５は、絶縁膜２２と、絶縁膜２３との間に配置されている。なお、図２に示すように、図３に示す断面は、便宜的にリード線領域２ｆの断面であるが、感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃと、リード線領域２ｄ、２ｅ、２ｇ、２ｈ、２ｉにおいても同じ構成を有する。

感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃにおける感圧膜２５は、リード線領域２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉにおける感圧膜２５の電気抵抗値Ｒ２よりも大きな電気抵抗値Ｒ１を有し、電気抵抗値Ｒ２は、電気抵抗値Ｒ１の５％以下であるとよい。このように電気抵抗値Ｒ１、Ｒ２の比を調整することによって、感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃの圧力感度を維持しつつ、リード線領域２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉの圧力感度を十分に低減させる。薄膜圧力センサ２の厚みは、１０μｍ以下であるとよい。中間膜２１、保護膜２４、及び感圧膜２５の厚みの一例は、それぞれ、０．２μｍ、１μｍ、０．２μｍである。絶縁膜２２と絶縁膜２３とを重ねた積層体の厚みの一例は、６μｍである。

まず、歯車１０、１１（図示略）同士を噛み合せて、歯面１ａにかかる圧力を測定する（圧力実測ステップＳ１）。歯車１０、１１は、互いに噛み合せることのできる一対の歯車であり、歯車１０は、歯当たり評価方法の測定対象歯車である。薄膜圧力センサ２を歯車１０の歯１の歯面１ａに配置し、歯車１０を駆動ユニット（図示略）に組み付ける。歯車１１（図示略）は、歯車１０と噛み合う歯車を利用することができる。なお、歯車１１の歯面には、薄膜圧力センサ２が配置されていない。駆動ユニットによって任意の一定のトルク及び、単位時間当たりの回転角度を歯車１０に付与し、噛み合い試験を実施する。

図４に示すように、同時接触線は、歯車１０、１１同士が噛み合い、歯当たりが進行するとき、時点Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｎにおいて略同時に接触する線、又は線状に延びる領域である。一対の歯車１０、１１同士の噛み合いが開始した後、同時接触線は、時点Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｎと時間が経過するにつれて、噛み合い進行方向に移動する。

図５に、感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃにより計測した、ギヤの回転角度に対応する平均面圧の一具体例を示す。図５及び図６に示すように、歯車１１（図示略）と感圧領域２ａとの接触が開始する開始地点Ａ１から、歯車１１と感圧領域２ａとの接触が終了する終了地点Ａ２までにおいて、感圧領域２ａは、平均面圧の立ち上がりとその降下とを検出した。また、図５及び図９に示すように、歯車１１と感圧領域２ｂとの接触が開始する開始地点Ｂ１から、歯車１１と感圧領域２ｂとの接触が終了する終了地点Ｂ２までにおいて、感圧領域２ｂは、平均面圧の立ち上がりとその降下とを検出した。図５及び図９に示すように、歯車１１（図示略）と感圧領域２ｃとの接触が開始する開始地点Ｃ１から、歯車１１と感圧領域２ｃとの接触が終了する終了地点Ｃ２までにおいて、感圧領域２ｃは、平均面圧の立ち上がりとその降下とを検出した。なお、開始地点Ｂ１は、感圧領域２ｂが圧力を検知し始めた検知開始時点での、歯車１１と感圧領域２ｂとの接触点の位置でもある。

続いて、通過速度Ｖを算出する（通過速度算出ステップＳ２）。通過速度Ｖは、同時接触線が感圧領域２ａを通過する速度である。図６に示すように、開始地点Ａ１から終了地点Ａ２までの、歯車１１の回転角度ＲＡ１を計測する。上記したように、駆動ユニットによって任意の一定のトルク及び、単位時間当たりの回転角度を歯車１０に付与し、噛み合い試験を実施する。そのため、歯車１１の回転角度は、経過した時間の長さに比例し得る。通過速度Ｖ［mm/deg］と、回転角度ＲＡ１［deg］と、感圧領域２ａの長さＬ１［mm］とは、関係式１を満たす。式１を用いて、通過速度Ｖを求める。
Ｖ＝Ｌ１／ＲＡ１ …（式１）

最後に、開始地点Ｂ１における同時接触線Ｔ_Ｂ１を導出する（同時接触線導出ステップＳ３）。具体的には、図５及び図７に示すように、終了地点Ａ２から開始地点Ｂ１までに移動するまでに回転したギヤの回転角度ＲＡ２と、通過速度Ｖとを積算して、移動距離Ｌ２を算出する。さらに、開始地点Ａ１と終了地点Ａ２とを通過し終了地点Ａ２から延長する一直線上において、終了地点Ａ２から延長方向に移動距離Ｌ２だけ移動させた推定点Ａ３を求める。開始地点Ｂ１と、推定点Ａ３とを一直線で結び、同時接触線Ｔ_Ｂ１を求める。

図８に示すように、同時接触線Ｔ_Ｂ１とピッチ線Ｐ１との交点Ｎ１におけるピッチ線Ｐ１の接線ＴＧ１と、同時接触線Ｔ_Ｂ１との挟角を計測し、同時接触線Ｔ_Ｂ１の角度α１を算出する。通過速度算出ステップＳ２及び同時接触線導出ステップＳ３と同じ方法を用いて、図９に示すように、歯車１１と感圧領域２ｃとの接触が開始する開始地点Ｃ１を通る同時接触線Ｔ_Ｃ１を求める。

（実試験）
次に、図１０及び図１１を参照して、各入力トルク水準における同時接触線の角度を計測した実試験について説明する。図１０は、歯面上に設けられた薄膜圧力センサの他の一具体例を示す上面図である。図１１は、ギヤの回転角に対する同時接触線角度の一具体例を示すグラフである。なお、図１０では、３次元ｘｙｚ座標を規定した。

実試験の測定対象である歯車１０の歯面１ａに相当する歯面には、薄膜圧力センサ２（図２参照）に相当する薄膜圧力センサが設けられている。また、実試験の測定対象である歯車１０における、この歯面とは別の歯面には、図１０に示す薄膜圧力センサ２０２に相当する薄膜圧力センサが設けられている。

図１０に示すように、薄膜圧力センサ２０２は、歯車１０（図４参照）の歯１の歯面１ａに、図２に示す薄膜圧力センサ２のパターンと異なる所定のパターンとして設けられている。薄膜圧力センサ２０２の感圧領域２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、それぞれ、図２に示す感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃと同じ構成を有する。感圧領域２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃは、それぞれ、図２に示す感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃと比較して、歯面１ａ上においてＸ軸マイナス側に設けられている。リード線領域２０２ｄ、２０２ｅ、２０２ｆ、２０２ｇ、２０２ｈ、２０２ｉは、リード線領域２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉと同じ構成を有する。

各入力トルクで、測定対象歯車と別の歯車とを噛み合せ、各感圧領域における同時接触感圧角度を測定し、これを図１１に示した。図１１に示すように、入力トルクの増加に伴って、各感圧領域における同時接触線の角度が変化する。これらの要因として、駆動ユニットのケース、支持系の変形による歯車のアライメント変化、歯面の弾性変形量の増加等が挙げられる。

以上より、実施の形態１に係る歯当たり評価方法によれば、感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃ等によって、歯当たりが生じている間において、ある時点における歯当たりの部位と、各部位の圧力の大きさを良好に計測することができ、歯当たりの評価精度を改善することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。実施の形態１に係る歯当たり評価方法では、薄膜圧力センサ２は、歯車１０（図４参照）の歯１の歯面１ａに、所定のパターンとして設けられており、図２に示す例では、薄膜圧力センサ２の感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃは、歯面１ａのピッチ線Ｐ１上に並んで設けられており、いずれも間隔が空いている。しかし、感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃは、多種多様な配置パターンをとることができる。例えば、図１２に示すように、感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃを歯車１０の歯面１ａの所定の領域、例えば、歯面の長手方向の一端（ここでは、Ｘ軸方向マイナス側の一端）近傍における限定された領域に密に設けてもよい。図１３に示すように、感圧領域２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｊ、２ｋ、２ｌ、２ｍ、２ｎ、２ｐ等を歯車１０の歯面１ａのピッチ線Ｐ１上に密に並んで設けてもよい。なお、図１２、１３では、分かり易さのため、リード線領域の図示を省略した。

Ｓ１圧力実測ステップＳ２通過速度算出ステップ
Ｓ３同時接触線導出ステップ
１０、１１歯車
１歯１ａ歯面
２、２０２薄膜圧力センサ
２ａ〜２ｃ、２０２ａ〜２０２ｃ感圧領域
Ａ１、Ｂ１、Ｃ１開始地点Ａ２、Ｂ２、Ｃ２終了地点
Ａ３推定点
Ｌ２移動距離
Ｔ_Ｂ１、Ｔ_Ｃ１同時接触線Ｖ通過速度

Claims

測定対象歯車と別の歯車とを噛み合せて回転させることによって、前記測定対象歯車と前記別の歯車との互いの歯面同士が当たり、接触している部位である同時接触線を評価する歯当たり評価方法であって、
前記測定対象歯車は、第１の感圧部、及び第２の感圧部を備え、
前記第１の感圧部、及び前記第２の感圧部は、前記測定対象歯車の少なくとも一つの歯面に、間隔を空けて配置されており、
前記測定対象歯車と、前記別の歯車とを、噛み合せて回転させ、前記測定対象歯車の回転角度に対する前記第１の感圧部の圧力の検出値を測定した後、前記測定対象歯車の回転角度に対する前記第２の感圧部の圧力の検出値を測定する、圧力実測ステップと、
前記第１の感圧部の長さ及び前記測定対象歯車の回転角度に基づいて、前記別の歯車が前記第１の感圧部を通過した通過速度を算出する、通過速度算出ステップと、
前記同時接触線を算出する同時接触線導出ステップと、を備え、
前記同時接触線導出ステップでは、
前記第１の感圧部が圧力を検知し終わった時点から、前記第２の感圧部が圧力を検知し始めた検知開始時点までにおいて、前記測定対象歯車と前記別の歯車との接触点は、前記第１の感圧部の一端から所定の位置に移動しており、
前記検知開始時点における前記接触点の位置を前記通過速度に基づいて算出することによって、前記同時接触線を算出する、
歯当たり評価方法。