JP2020051568A

JP2020051568A - 補正ギア及びギアの補正方法

Info

Publication number: JP2020051568A
Application number: JP2018183445A
Authority: JP
Inventors: 健吾林; Kengo Hayashi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-04-02
Also published as: CN112771288B; WO2020067091A1; DE112019004846T5; CN112771288A; US20220034393A1

Abstract

【課題】ギアのＯＢＤのばらつきを低減する。【解決手段】内周面１２と歯形１４が形成された外周面１６と、を有するギア１０に対して、内周面１２にインナーリング２０を圧入し、ギア１０の外周面１６の径を径方向に補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、補正ギア及びギアの補正方法に関する。

ギアの大きさを管理する指標として、ＯＢＤ（Over Ball Diameter）がある。ＯＢＤは、ギアの直径の両端に位置する歯溝に置いた２個のボール越しに計った距離である（例えば、特許文献１参照）。

国際公開２０１５／０９７９１９号

ギアは、一般的に、所定の形状を有する原材料から歯切加工され、更に焼入れ・焼戻し等の熱処理が施されて製造される。このため、製造条件のばらつき等により、歯形の形状や寸法等にずれが生じてＯＢＤがばらつくことがあった。従って、ギア単独でＯＢＤのばらつきを小さくするには限界があった。

本開示の技術は、ギアのＯＢＤのばらつきを低減することを目的とする。

本開示の技術は、内周面と歯形が形成された外周面とを有するギアに対して、前記内周面に挿入物が圧入され、前記ギアの前記外周面の径が径方向に補正された補正ギアである。

前記挿入物は、前記内周面の径よりも大きな外径を有する円環状のインナーリングであることが好ましい。

また、本開示の技術は、内周面と歯形が形成された外周面とを有するギアの前記内周面に対して、前記内周面の径よりも大きな外径を有する円環状のインナーリングを圧入し、前記ギアの前記外周面の径を径方向に補正するギアの補正方法である。

前記圧入は、前記ギアを所定温度で加熱して前記内周面の径を前記インナーリングの外径よりも大きくした後、前記内周面に前記インナーリングを挿入し、冷却することが好ましい。

また、設定されたＯＢＤ目標値からのＯＢＤ測定値のずれの値であるＯＢＤずれ値が負である複数のギアがある場合に、モデルによるＯＢＤ計算によって圧入変形によるＯＢＤ最大増加量を予め決定しておき、前記ＯＢＤ最大増加量を負にした値よりも前記ＯＢＤずれ値がさらに負側にあるギアに対して、前記圧入を行うことが好ましい。

本開示の技術によれば、ギアのＯＢＤのばらつきを低減することができる。

本実施形態に係る補正ギアを説明する斜視図である。本実施形態に係る補正ギアを説明する図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。モデルによるＯＢＤ計算に用いる円管体と軸体の一例を示す概略図である。締め代とＯＢＤ増加量との関係の一例を示すグラフである。本実施形態に係るギアの補正方法の手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係る補正ギア及びギアの補正方法について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

（補正ギア１５）
図１は、本実施形態に係る補正ギアを説明する斜視図である。

補正ギア１５は、ギア１０の内部に円環状のインナーリング２０が圧入されることによって形成される。ここで、本図では、ギア１０にインナーリング２０が圧入される前の状態を示している。

ギア１０は、例えばエンジンのタイミングギアであり、内周面１２と、歯形１４が形成された外周面１６（図２（Ｂ）参照）とを有している。外周面１６は、歯形１４の歯底に対応した周面であり、内周面１２と同心円状で、かつ、内周面１２よりも大径に形成されている。

なお、本実施形態において、ギア１０の内周面１２は、ギア１０の回転軸（不図示）が収容される回転軸収容面１８とは別に形成されているが、この形状には限定されず、軸収容面１８が内周面１２と同一の面であってもよい。

本実施形態の補正ギア１５では、ギア１０の両側からギア１０の内周面１２に、２つのインナーリング２０，２０が圧入される。ここで、インナーリング２０の外径は、ギア１０の内周面１２の径よりも大きく形成されている。

ギア１０の材質とインナーリング２０の材質は特に限定されず、両者が同じ材料であっても異なる材料であっても構わない。ただし、両者の変形のし易さ（例えば、ヤング率）が大きく相違していると圧入の際一体化が困難になり好ましくない。よって、両者には、ヤング率が近似した鉄鋼材料を用いることが好ましい。

図２は、本実施形態に係る補正ギアを説明する図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は縦断面図である。本図では、ギア１０にインナーリング２０が圧入された後の状態を示している。なお、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

ギア１０の内周面１２に、その内径よりも大きな外径を有するインナーリング２０を圧入するには、以下の方法が考えられる。

まず、常温の状態でギア１０に対してインナーリング２０を圧入方向に力を加えながら挿入する方法（以下、「単純圧入方法」と記す）がある。
この単純圧入方法は、簡便に行うことができるが、ギア１０の内周面１２の径とインナーリング２０の外径との差分が大きくなると圧入し難くなり、またギア１０が破損する懸念もある。

次に、別の圧入方法としての「焼き嵌め方法」について説明する。

この方法は、ギア１０を所定温度で加熱して内周面１２の径をインナーリング２０の外径よりも大きくした後、内周面１２にインナーリング２０を挿入し、冷却する方法である。

ギア１０を加熱により膨張させ、内周面１２の径をインナーリング２０の外径よりも大きくすることによって、インナーリング２０に力を加えることなく、内周面１２に平易に挿入できる。インナーリング２０の挿入後は、冷却することにより、ギア１０がインナーリング２０によって周方向外側に向かってに押し広げられたままの状態で収縮する。従って、インナーリング２０がギア１０に嵌り、一体化されて固定されることになる。

ギア１０を加熱する温度については、ギア１０に用いられる材質の熱膨張係数を考慮し、径方向への拡大量を決定した上で設定することができる。

この方法では、加熱装置が必要となるが、平易にインナーリング２０をギア１０に挿入することができ、またギア１０が破損する可能性も小さいという利点がある。

上述したいずれの圧入方法においても、圧入後にギア１０の内側から径方向外側に向かって押し広げられていればよい。また、上記圧入方法では、ギア１０の両側から２つのインナーリング２０を圧入することにより対称的にギア１０を押し広げているが、ギア１０の形状に応じて、どちらか一方の側からのみ単独のインナーリング２０を圧入することもできる。このようにして、ギア１０の外周面１６の径が径方向に補正された補正ギア１５を製造することができる。

次に、本実施形態に係るギアの補正方法を説明する前に、その前提となるモデルによるＯＢＤ計算方法について説明する。

（モデルによるＯＢＤ計算方法）
図３は、モデルによるＯＢＤ計算に用いる円管体と軸体の一例を示す概略図である。

本実施形態では、モデルによるＯＢＤ計算に際し、ギア１０に対応させて理想的な円管形状でＤ１の内径を有する円管体３０を想定した。また、インナーリング２０に対応させて理想的な円柱形状でＤ２の外径を有する軸体４０を想定した。ここで、挿入される側の円管体３０の内径Ｄ１よりも、挿入する側の軸体４０の外径Ｄ２の方が大きいと仮定する、即ち、Ｄ２＞Ｄ１の関係にあり、Ｄ２とＤ１との差分（Ｄ２−Ｄ１）を「締め代」と定義する。

モデルによるＯＢＤ計算では、使用するギア１０の材質、寸法等を考慮して円管体３０のヤング率、ポアソン比、内径Ｄ１、外径の値を設定し、使用するインナーリング２０の材質、寸法等を考慮して、軸体４０のヤング率、外径Ｄ２、挿入長さ等の値を設定した。さらに、理想的な状態で円管体３０の内側から軸体４０により所定の締め代で円管体３０を押し広げた時に、円管体３０の外径がどれだけ広がるかの数値計算を行った。この数値計算の結果を図４に示す。

図４は、締め代とＯＢＤ増加量との関係の一例を示すグラフである。
図４の結果より、締め代（ｍｍ）の値が増加すると、ＯＢＤ増加量（ｍｍ）の値は、直線的に増加している。

ここで、締め代（ｍｍ）がＸ１の時のＯＢＤ増加量（ｍｍ）をＯＢＤ最小増加量Ｙ１、締め代（ｍｍ）がＸ２の時のＯＢＤ増加量（ｍｍ）をＯＢＤ最大増加量Ｙ２とする。

例えば、Ｘ１を０．０４０ｍｍ、Ｘ２を０．１００ｍｍとし、上述したギア１０及びインナーリング２０に相当する数値を用いてモデルによるＯＢＤ計算を行った結果、ＯＢＤ最小増加量Ｙ１は＋０．０１９ｍｍ、ＯＢＤ最大増加量Ｙ２は＋０．０５１ｍｍとなる。

他方、ギア１０単独の場合、製造条件のばらつきによって、ＯＢＤずれ値は、例えば、０ｍｍ〜−０．０７ｍｍとなり、負側に所定の幅を有する。ここで、「ＯＢＤずれ値」とは、設定されたＯＢＤ目標値からのＯＢＤ測定値のずれの値をいい、「負側」とは、ＯＢＤ測定値がＯＢＤ基準値よりも小さいことを意味する。

本実施形態では、ＯＢＤずれ値が負である複数のギア１０がある場合に、モデルによるＯＢＤ計算によって圧入変形によるＯＢＤ最大増加量を予め決定しておき、ＯＢＤ最大増加量を負にした値よりもＯＢＤずれ値がさらに負側にあるギアに対して、圧入を行う。そして、圧入によりＯＢＤ増加量の分だけ正側にＯＢＤを増加させることによってＯＢＤずれ値を正側に移動させてＯＢＤのばらつきを低減する。

上記例で具体的に説明すると、ギア１０が負側に所定のＯＢＤずれ値の幅（０ｍｍ〜−０．０７ｍｍ）を有する場合に、モデルによるＯＢＤ計算によって圧入変形によるＯＢＤ最大増加量Ｙ２を予め決定しておき、ＯＢＤ最大増加量Ｙ２（＋０．０５１ｍｍ）とする。このＯＢＤ最大増加量Ｙ２（＋０．０５１ｍｍ）を負にした値（−０．０５１ｍｍ）よりもＯＢＤずれ値がさらに負側にある範囲（即ち、−０．０７ｍｍ〜−０．０５１ｍｍ（ただし、−０．０５１ｍｍは含まず）のギア１０について、インナーリング２０を圧入して、ＯＢＤずれ値を正側に移動（増加）させる。
以下、モデルによるＯＢＤ計算を用いた本実施形態に係るギアの補正方法について説明する。

（ギアの補正方法）
図５は、本実施形態に係るギアの補正方法の手順を示すフローチャートである。
本方法では、予め、ギア１０及びインナーリング２０の特性に基づいた上述のモデルによりＯＢＤ計算を行っておき、ＯＢＤ最大増加量Ｙ２を決定しておく（ステップＳ１０）。

次に、ギア１０のＯＢＤを測定し、ＯＢＤずれ値を求める（ステップＳ１１）。ＯＢＤの測定は、公知の測定方法によって行うことができる。

さらに、ＯＢＤずれ値が−Ｙ２よりも負側にあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。−Ｙ２よりも負側にある場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）は、インナーリング２０をギア１０に圧入する（ステップＳ１３）。他方、−Ｙ２よりも負側にない場合（ステップＳ１２でＮＯ）は、インナーリング２０をギア１０に圧入せず、そのまま終了する。

モデルによるＯＢＤ計算によれば、インナーリング２０を上記締め代０．０４０ｍｍ〜０．１００ｍｍの範囲で圧入することによって、ギア１０のＯＢＤは０．０１９ｍｍ〜０．０５１ｍｍ増加する。このため、ＯＢＤずれ値が０ｍｍ〜−０．０７ｍｍの範囲にある複数のギア１０において、すべてのギア１０ではなく、ＯＢＤずれ値が−０．０５１ｍｍよりも負側にあるギア１０に対してのみ圧入を行った場合の効果について検証する。

まず、ＯＢＤずれ値が−０．０７ｍｍの場合（圧入する場合で目標値からのずれが最大の場合）は、インナーリング２０を上記締め代の範囲で圧入することによりＯＢＤが０．０１９ｍｍ〜０．０５１ｍｍ正側に移動（増加）し、ＯＢＤずれ値の幅は−０．０５１ｍｍ〜−０．０１９ｍｍとなる。

次に、ＯＢＤずれ値が−０．０５１ｍｍの場合（圧入する場合で目標値からのずれが最小の場合）について説明する。なお、本実施形態では、ＯＢＤずれ値が−０．０５１ｍｍよりも負側にある場合に圧入を行うので、厳密にはＯＢＤずれ値が−０．０５１ｍｍの場合には圧入を行わないが、便宜上説明する。上記圧入によりＯＢＤずれ値の幅が０．０１９ｍｍ〜０．０５１ｍｍ正側に移動（増加）し、ＯＢＤずれ値の幅は−０．０３２ｍｍ〜０ｍｍとなる。

即ち、ギア１０のＯＢＤずれ値が−０．０５１ｍｍよりも負側にある場合に、上記締め代０．０４０ｍｍ〜０．１００ｍｍの範囲内で締め代を調整して圧入することによって、ギア１０のＯＢＤずれ値の幅を−０．０５１ｍｍ〜０ｍｍの範囲で任意に補正できることになる。

他方、ギア１０のＯＢＤずれ値が−０．０５１ｍｍよりも負側にない場合、即ち、ＯＢＤずれ値の幅が−０．０５１ｍｍ〜０ｍｍの場合は、元々ＯＢＤずれ値が小さく、圧入によるＯＢＤずれ値の幅の低減範囲内にあるため、圧入処理を省略化することにより、作業の効率化を図ることができる。

以上説明したように、モデルによるＯＢＤ計算を用いたギアの補正方法によれば、最終的にＯＢＤずれ値の幅を０ｍｍ〜−０．０５１ｍｍの範囲に縮めることが可能になる。即ち、ギア１０単独では、７０μｍだったＯＢＤずれ値の幅をインナーリング２０の圧入によって５１μｍまで低減できることになる。従って、ギア１０のＯＢＤのばらつきを低減することができる。

（本実施形態の効果）
本実施形態に係る補正ギア１５は、内周面１２と歯形１４が形成された外周面１６と、を有するギア１０に対して、内周面１２にインナーリング２０が圧入されている。このため、圧入変形によってギア１０を径方向に補正することができ、これによって、ＯＢＤのばらつきを低減することができる。

また、内周面１２の径よりも大きな外径を有する円環状のインナーリング２０を用い、ギア１０を所定温度で加熱して内周面１２の径をインナーリング２０の外径よりも大きくした後、内周面１２にインナーリング２０を挿入し、冷却することにより、平易にインナーリング２０をギア１０に挿入することができる。また、ギア１０が破損する可能性も低減できる。

さらに、本実施形態に係るギアの補正方法では、ＯＢＤずれ値が負である複数のギア１０がある場合に、モデルによるＯＢＤ計算によって圧入変形によるＯＢＤ最大増加量を予め決定しておき、ＯＢＤ最大増加量を負にした値よりもＯＢＤずれ値がさらに負側にあるギア１０に対して、インナーリング２０の圧入を行う。このため、ＯＢＤのばらつきを低減することができると共に、作業効率を低減することができる。

以上説明したように、インナーリング２０を圧入し、ＯＢＤを調整してばらつきを低減することにより、ギアバックラッシュのバラつきを低減できる。このため、ギア歯打ち（ラトル）音を低減でき、騒音低減にもつながる。

（他の実施形態）
以上、本開示の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、上記実施形態では、ギア１０として、エンジンのタイミングギアの例を示したが、ギア１０の形状には特に制約されず、単純な円環形状の平歯車だけでなく、はすば歯車、かさ歯車、まがりばかさ歯車、ねじ歯車、マイタ歯車等であってもよい。

また、上記実施形態では、円環状のインナーリング２０を圧入する例を示したが、円環状だけでなく、多角形状の環状体であってもよい。さらに、ギア１０の形状や機能等を考慮して、軸や円柱等を圧入することもできる。

１０ギア
１２内周面
１４歯形
１５補正ギア
１６外周面
２０インナーリング（挿入物）
３０円管体
４０軸体

Claims

内周面と歯形が形成された外周面とを有するギアに対して、前記内周面に挿入物が圧入され、前記ギアの前記外周面の径が径方向に補正された補正ギア。
前記挿入物は、前記内周面の径よりも大きな外径を有する円環状のインナーリングである請求項１に記載の補正ギア。
内周面と歯形が形成された外周面とを有するギアの前記内周面に対して、
前記内周面の径よりも大きな外径を有する円環状のインナーリングを圧入し、前記ギアの前記外周面の径を径方向に補正するギアの補正方法。
前記圧入は、前記ギアを所定温度で加熱して前記内周面の径を前記インナーリングの外径よりも大きくした後、前記内周面に前記インナーリングを挿入し、冷却する請求項３に記載のギアの補正方法。
設定されたＯＢＤ目標値からのＯＢＤ測定値のずれの値であるＯＢＤずれ値が負である複数のギアがある場合に、モデルによるＯＢＤ計算によって圧入変形によるＯＢＤ最大増加量を予め決定しておき、前記ＯＢＤ最大増加量を負にした値よりも前記ＯＢＤずれ値がさらに負側にあるギアに対して、前記圧入を行う請求項３又は４に記載のギアの補正方法。