JP6972586B2

JP6972586B2 - 歯面形状管理方法

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Publication number: JP6972586B2
Application number: JP2017044177A
Authority: JP
Inventors: 宏樹猪倉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-03-08
Also published as: JP2018146503A

Description

本発明は、歯面形状管理方法に関するものであり、例えば、歯車の歯面の形状によって歯車を選別する際の歯面形状管理方法に関する。

特許文献１には、歯車の噛合い進行方向に沿って触針を走査させ、歯面形状を測定する装置が記載されている。

特開２０１０−１６００７２号公報

ＮＶ（Ｎｏｉｓｅ、Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ）性能を良好とするために、歯車の歯面におけるクラウニング、バイアス、丸み等の規格を満たす歯車を、製品として選別しているが、規格を満たす歯車であるのに、ＮＶ性能が良好でない歯車が製造されることがある。ＮＶ性能が良好でない歯車を、適切に選別するという点において改善の余地がある。

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、厳しい製品チェックを可能とし、製品チェック時にＮＶ性能が良好でない歯車を除きやすくすることができ、歯車の検品精度を向上させることができる歯面形状管理方法を提供する。

本発明の一態様に係る歯面形状管理方法は、基準となる歯車の歯面の形状を、所定方向に沿った複数の基準点において測定し、各基準点における基準値を取得するステップと、測定対象の歯車において、歯面の形状を、前記各基準点と同位置に対応する複数の測定点において測定し、各測定点における測定値を取得するステップと、複数の前記基準値の分布及び複数の前記測定値の分布を回帰分析して、回帰式の傾き及び相関係数を導出するステップと、前記傾き及び前記相関係数が所定範囲にあるか否かを判定するステップと、を含むことを特徴とする。このような構成により、厳しい製品チェックを可能とし、製品チェック時にＮＶ性能が良好でない歯車を除きやすくすることができ、歯車の検品精度を向上させることができる。

本発明により、厳しい製品チェックを可能とし、製品チェック時にＮＶ性能が良好でない歯車を除きやすくすることができ、歯車の検品精度を向上させることができる歯面形状管理方法を提供する。

実施形態に係る歯面形状管理方法において、測定対象とされる歯車を例示した図である。実施形態に係る歯面形状管理方法において、測定される歯車の歯を例示した斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、歯面を例示した図であり、（ａ）は、供試品Ａの歯面を示し、（ｂ）は、供試品Ｂの歯面を示し、（ｃ）は供試品Ｃの歯面を示す。実施形態に係る歯面形状の規格及び測定結果を例示した図である。実施形態に係る歯車のかみ合い伝達誤差を例示したグラフであり、横軸は、トルクを示し、縦軸は、かみ合い伝達誤差を示す。実施形態に係る歯面形状管理方法を例示したフローチャート図である。（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、歯面の歯形方向に沿った複数の基準点及び測定点を含む分割領域を例示した図であり、（ａ）は、供試品Ａの基準点を含む分割領域を示し、（ｂ）は、供試品Ｂの測定点を含む分割領域を示し、（ｃ）は、供試品Ｃの測定点を含む分割領域を示す。（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、基準値の分布及び測定値の分布を例示したグラフであり、横軸は、基準となる供試品Ａの基準値を示し、縦軸は、測定対象の供試品Ｂの測定値を示す。（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、基準値の分布及び測定値の分布を例示したグラフであり、横軸は、基準となる供試品Ａの基準値を示し、縦軸は、測定対象の供試品Ｃの測定値を示す。（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、供試品Ｂの回帰分析の結果を例示したグラフであり、（ａ）は、回帰式の傾きを示し、（ｂ）は、重相関係数を示す。（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、供試品Ｃの回帰分析の結果を例示したグラフであり、（ａ）は、回帰式の傾きを示し、（ｂ）は、重相関係数を示す。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の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。

（実施形態）
実施形態に係る歯面形状管理方法を説明する。本実施形態の歯面形状管理方法は、例えば、歯車の歯面の形状を測定することによって歯車を選別する際の歯面形状管理方法である。測定対象となる歯車は、例えば、自動車等のエンジンからのトルクを、車輪に伝達するために用いられる歯車であるが、これに限らない。まず、測定対象となる歯車の構成を説明する。

＜歯車の構成＞
図１は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、測定対象とされる歯車を例示した図である。図１に示すように、歯車１０は、例えば、円環板状のリングギアであり、中心軸１１方向における一方向側に面した一方の面１２に、中心軸１１を中心とする渦巻き状に配列された複数の歯１４を有している。リングギアは、ピニヨンギア３０とかみ合い、シャフトからのエンジンのトルクが伝達される。

なお、測定対象の歯車１０の一例として、リングギアを説明するが、測定対象の歯車１０は、歯面を有していれば、リングギアに限らず、ピニヨンギア、ドライブギア、ドリブンギア等の歯車でもよい。また、歯車１０の形状も、円環板状に限らず、円板状、円筒状、円錐台状でもよい。

歯車１０は、中心軸１１方向における一方側に面した一方の面１２、及び、中心軸１１方向における他方側に面した他方の面１３を有している。歯車１０は、少なくとも一方の面１２に、複数の歯１４を有している。

歯車１０の複数の歯１４は、円環板の一方の面１２における内周縁１５から外周縁１６にわたって、中心軸１１を中心とする渦巻き状に間隔を空けて配列されている。歯車１０の各歯１４は、湾曲した板状であり、一方の面１２上から一方側に突出している。歯車１０の各歯１４は、中心軸１１方向の一方側から見て、例えば、中心軸１１を中心とする時計の針の回転方向側が凹となるように湾曲している。なお、歯１４の形状は、湾曲した形状に限らず、平板状でもよい。

図２は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、測定される歯車１０の歯１４を例示した斜視図である。図２に示すように、歯車１０の歯１４は、一方の面１２から突出した湾曲した板状となっている。歯車１０の歯面１７は、他の歯車とかみ合うことによって、他の歯車からトルクが伝達される面、または、他の歯車にトルクを伝達する面である。

例えば、歯面１７は、歯元１８と歯先１９との間の面となっている。歯元１８は、歯１４が一方の面１２に接続された部分であり、歯先１９は、一方の面１２から突出した歯１４の先端の部分である。また、歯面１７は、小端２１と大端２２との間の面となっている。小端２１は、歯１４における内周縁１５側の端部であり、大端２２は、歯１４における外周縁１６側の端部である。

図３（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、歯面１７を例示した図であり、（ａ）は、供試品Ａの歯面１７を示し、（ｂ）は、供試品Ｂの歯面１７を示し、（ｃ）は、供試品Ｃの歯面１７を示す。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、歯面１７を、例えば、触針によって測定することにより、歯面１７の形状を測定することができる。図中の歯面１７上の等高線は、歯面１７における凹凸を示している。歯面１７は、微小な凹凸を有する形状となっている。

例えば、歯面１７は、歯元１８から歯先１９に沿って丸みを帯びている。すなわち、歯面１７における歯元１８と歯先１９との間の部分は、歯元１８側の部分及び歯先１９側の部分に対して、凸状となっている。歯元１８から歯先１９に沿った方向を歯形方向３１という。小端２１から大端２２に沿った方向を歯すじ方向３２という。小端２１と大端２２との間の中間部分において、歯形方向３１に沿った線２３上で測定した凸部の大きさを歯形丸みという。

また、線２３上で測定した歯面１７に対して、線２３よりも小端２１側における歯形方向３１に沿った線２４上で測定した歯面１７の相対的な位置関係より求められる歯面１７のねじれ具合を小端バイアスといい、線２３上で測定した歯面１７に対して、線２３よりも大端２２側における歯形方向３１に沿った線２５上で測定した歯面１７の相対的な位置関係より求められる歯面１７のねじれ具合を大端バイアスという。小端バイアスと大端バイアスの和をトータルバイアスという。

さらに、歯面１７は、小端２１から大端２２に沿って丸みを帯びている。すなわち、歯面１７における小端２１と大端２２との間の部分は、小端２１側の部分及び大端２２側の部分に対して、凸状となっている。歯元１８と歯先１９との間の中間部分において、歯すじ方向３２に沿った線２６上で測定した凸部の大きさをクラウニングという。

図４は、実施形態に係る歯面形状の規格及び測定結果を例示した図である。図４に示すように、例えば、歯形丸みの規格は、２±１［μｍ］である。また、小端バイアスの規格は、０±３［μｍ］であり、大端バイアスの規格は、１０±３［μｍ］であり、トータルバイアスの規格は、１０±５［μｍ］である。さらに、クラウニングの規格は、３０±５［μｍ］である。図４に示すように、供試品Ａ、供試品Ｂ及び供試品Ｃの測定値は、一例として、次のとおりである。

供試品Ａにおいて、歯形丸みの測定値は、１．９［μｍ］である。また、小端バイアスの測定値は、−０．８［μｍ］であり、大端バイアスの測定値は、６．０［μｍ］であり、トータルバイアスの測定値は、５．８［μｍ］である。クラウニングの測定値は、３１．８［μｍ］である。

供試品Ｂにおいて、歯形丸みの測定値は、３．０［μｍ］である。また、小端バイアスの測定値は、２．３［μｍ］であり、大端バイアスの測定値は、７．９［μｍ］であり、トータルバイアスの測定値は、１０．２［μｍ］である。クラウニングの測定値は、２９．７［μｍ］である。

供試品Ｃにおいて、歯形丸みの測定値は、２．３［μｍ］である。小端バイアスの測定値は、２．４［μｍ］であり、大端バイアスの測定値は、７．４［μｍ］であり、トータルバイアスの測定値は、９．６［μｍ］である。クラウニングの測定値は、３３．４［μｍ］である。このように、供試品Ａ、供試品Ｂ及び供試品Ｃは、歯形丸み、トータルバイアス、クラウニングともに規格内となっている。

図５は、実施形態に係る歯車１０のかみ合い伝達誤差を例示したグラフであり、横軸は、トルク（Ｎｍ）を示し、縦軸は、かみ合い伝達誤差（ｄＢ）を示す。図５に示すように、ＮＶ性能を、かみ合い伝達誤差試験機を用いて測定する。

供試品Ａのかみ合い伝達誤差は、図に示したトルクの範囲において、目標値よりも小さくなっている。よって、供試品Ａは、ＮＶ性能は良好である（ＯＫ）。また、供試品Ｃのかみ合い伝達誤差も、図に示したトルクの範囲において、目標値よりも小さくなっている。よって、供試品Ｃも、ＮＶ性能は良好である（ＯＫ）。一方、供試品Ｂのかみ合い伝達誤差は、図に示したトルクの範囲において、目標値よりも大きくなっている場合がある。よって、供試品Ｂは、ＮＶ性能が良好ではない（ＮＧ）。

なお、ＮＶ性能を、かみ合い伝達誤差試験機を用いて測定したが、これに限らない。ＮＶ性能を、かみ合い伝達誤差試験機以外の、例えば、ＡＳＳＹ振動ベンチ試験機、ディファレンシャルの先端に取付けた加速度ピック試験等を用いて測定してもよい。

＜歯車の歯面形状管理方法＞
次に、本実施形態に係る歯面形状管理方法を説明する。本実施形態は、ＮＶ性能が目標値を満たす歯車１０を基準として、測定対象の歯車１０における３次元の歯面形状を分析して選別する。

例えば、前述したように、歯形丸み、トータルバイアス、クラウニング等の歯面形状において、供試品Ａ〜Ｃは、規格の範囲内である。しかしながら、供試品Ａ及びＣは、ＮＶ性能において、目標値をクリアした（ＯＫの）歯車であるのに対して、供試品Ｂは、目標値を満たしていない（ＮＧの）歯車となっている。このように、単に、歯面形状の測定値が規格を満たすかどうか判断するだけでは適切に選別できない場合がある。そこで、本実施形態の歯面形状管理方法では、ＮＶ性能が目標値を達成した歯車を基準にして分析することにより、測定対象の歯車を選別する。一例として、供試品Ａを基準として、供試品Ｂ及び供試品Ｃを選別する方法を説明する。

図６は、実施形態に係る歯面形状管理方法を例示したフローチャート図である。図７（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、歯面１７の歯形方向３１に沿った複数の基準点及び測定点を含む分割領域を例示した図であり、（ａ）は、供試品Ａの基準点を含む分割領域を示し、（ｂ）は、供試品Ｂの測定点を含む分割領域を示し、（ｃ）は、供試品Ｃの測定点を含む分割領域を示す。本実施形態では、供試品Ａは、基準となる歯車１０であり、供試品Ｂ及びＣは、測定対象となる歯車１０である。

まず、図６のステップＳ１１に示すように、基準となる歯面１７の基準点における基準値を取得する。すなわち、基準となる歯車１０の歯面１７の形状を、所定方向に沿った複数の基準点において測定し、各基準点における基準値を取得する。所定方向は、例えば、歯形方向３１である。

なお、所定方向は、歯形方向３１に限らず、歯すじ方向３２、または、ピニヨンギア３０の歯面とのかみ合いが進行するかみ合い進行方向でもよい。かみ合い進行方向は、例えば、歯面１７における歯先側及び大端側の頂点から、歯元側及び小端側の頂点に向かう方向である。

具体的には、図７（ａ）に示すように、まず、歯面１７の歯すじ方向３２を、複数のＮ個の分割領域に分割する。これにより、歯すじ方向３２に並ぶとともに、歯形方向３１に沿って延びたＮ個の分割領域が形成される。Ｎ個とは、３個より大きい個数である。そして、各分割領域を触針により、歯形方向３１にトレースすることによって、歯形方向３１に沿った複数の基準点における歯面形状を測定する。そして、各基準点における歯面１７の凸形状を基準値として取得する。

次に、図６のステップＳ１２に示すように、測定対象の歯車において、各基準点と同位置に対応する歯面の測定点における測定値を取得する。ここで、測定対象の歯車の各測定点は、基準となる歯車１０の各基準点と同位置となっている。

具体的には、図７（ｂ）及び（ｃ）に示すように、歯面１７の歯すじ方向３２を、複数のＮ個の分割領域に分割する。これにより、図７（ａ）と同様に、歯すじ方向３２に並ぶとともに、歯形方向３１に沿って延びたＮ個の分割領域が形成される。各分割領域を触針により、歯形方向３１にトレースすることによって、歯形方向３１に沿った複数の測定点における歯面形状を測定する。そして、各測定点における歯面１７の凸形状を測定値として取得する。

このように、測定対象の歯車１０において、歯面１７の形状を、各基準点と同位置に対応する複数の測定点において測定し、各測定点における測定値を取得する。

次に、図６のステップＳ１３に示すように、基準となる歯車における複数の基準値の分布及び測定対象の歯車における複数の測定値の分布を回帰分析して、回帰式の傾き及び相関係数を導出する。

図８（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、基準値の分布及び測定値の分布を例示したグラフであり、横軸は、基準となる供試品Ａの基準値を示し、縦軸は、測定対象の供試品Ｂの測定値を示す。

図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、例えば、分割領域Ｎｏ．６、分割領域Ｎｏ．１０及び分割領域Ｎｏ．１４の場合の供試品Ａの基準値の分布、及び、測定対象の供試品Ｂにおける測定値の分布は、直線状の相関を示している。そこで、基準となる供試品Ａの基準値の分布、及び、供試品Ｂにおける測定値の分布を、回帰式を用いて回帰分析する。例えば、回帰式として、ｙ＝ａｘ＋ｂを用いてフィッティングし、傾きａを導出する。

一次式で表せる回帰式を回帰直線という。回帰式に基準値及び測定値をフィッティングさせることにより、傾きａを導出する。回帰式にフィッティングする際は、例えば、最小二乗法を用いるが、他のフィッティング方法を用いてもよい。また、回帰分析により、相関係数を導出する。相関係数は、統計学的に導出される相関係数Ｒまたは重相関係数Ｒ^２等である。

図８（ａ）〜（ｃ）における供試品Ａの基準値の分布及び供試品Ｂの測定値の分布に対して回帰分析を行うと、分割領域Ｎｏ．６の傾きａ及び重相関係数Ｒ^２は、それぞれ、０．９９９４及び０．９７６８である。同様に、分割領域Ｎｏ．１０の傾きａ及び相関係数Ｒ^２は、それぞれ、０．９３８２及び０．９３８１であり、分割領域Ｎｏ．１４の傾きａ及び相関係数Ｒ^２は、それぞれ、０．８１４９及び０．９４９である。

このように、各分割領域に対して傾きａ及び相関係数Ｒ^２を導出する。傾きａが１に近いほど、ｙ＝ｘ、すなわち、測定対象の歯車の歯面形状が、基準となる歯車の歯面形状に近いといえる。また、相関係数Ｒ^２が１に近いほど、全体的に、ｙ＝ａｘが成立する分布といえる。

図９（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、基準値の分布及び測定値の分布を例示したグラフであり、横軸は、基準となる供試品Ａの基準値を示し、縦軸は、測定対象の供試品Ｃの測定値を示す。

図９（ａ）〜（ｃ）における供試品Ａの基準値の分布及び供試品Ｃの測定値の分布に対して回帰分析を行うと、分割領域Ｎｏ．６の傾きａ及び相関係数Ｒ^２は、それぞれ、０．９４８４及び０．９９４７である。同様に、分割領域Ｎｏ．１０の傾きａ及び相関係数Ｒ^２は、それぞれ、０．９８４６及び０．９９３２であり、分割領域Ｎｏ．１４の傾きａ及び相関係数Ｒ^２は、それぞれ、１．００９７及び０．９８１７である。このように、各分割領域に対して傾きａ及び相関係数Ｒ^２を導出する。

次に、図６のステップＳ１４に示すように、回帰式の傾き及び相関係数が所定範囲にあるか否かを判定する。

図１０（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、供試品Ｂの回帰分析の結果を例示したグラフであり、（ａ）は、回帰式の傾きを示し、（ｂ）は、重相関係数を示す。

図１０（ａ）に示すように、各分割領域における回帰式の傾きａを、小端２１側から大端２２側に並べて表示する。なお、大端２２側から小端２１側に並べて表示してもよい。測定対象の供試品Ｂにおいて、小端２１側の傾きａは、１程度を示し、所定の０．９〜１．１の範囲内に入っている。しかしながら、大端２２側では、傾きａが小さくなっており、所定の０．９〜１．１の範囲外となっている。

所定の範囲は、基準となる歯車（供試品Ａ）の基準値の分布と、ＮＶ性能が良好な歯車の測定値の分布との回帰分析から導出した傾きａの範囲を用いる。このように、測定対象の歯車の供試品Ｂの傾きａは、所定の範囲に入っていない部分を有している。

また、図１０（ｂ）に示すように、各分割領域における重相関係数Ｒ^２を、小端２１側から大端２２側に並べて表示する。なお、大端２２側から小端２１側に並べて表示してもよい。測定対象の供試品Ｂにおいては、小端２１側の重相関係数Ｒ^２は、１程度を示し、所定の０．９８〜１．０２の範囲内に入っている。しかしながら、大端２２側では、重相関係数Ｒ^２が小さくなっており、所定の０．９８〜１．０２の範囲外となっている。

所定の範囲は、傾きａの場合と同様に、基準となる歯車（供試品Ａ）の基準値の分布と、ＮＶ性能が良好な歯車の測定値の分布との回帰分析から導出した重相関係数Ｒ^２の範囲を用いる。このように、測定対象の歯車の供試品Ｂの重相関係数Ｒ^２は、所定の範囲に入っていない部分を有している。

このようにして、基準となる供試品Ａにおける複数の基準値の分布及び測定対象の供試品Ｂにおける複数の測定値の分布を回帰分析することにより導出した回帰式の傾きａ及び重相関係数Ｒ^２が、所定の範囲内かどうか判定する。傾きａ及び重相関係数Ｒ^２が、所定の範囲に入っていない部分を有することから、供試品Ｂは、規格外であると判定される。

図１１（ａ）及び（ｂ）は、実施形態に係る歯面形状管理方法において、供試品Ｃの回帰分析の結果を例示したグラフであり、（ａ）は、回帰式の傾きを示し、（ｂ）は、重相関係数を示す。

図１１（ａ）に示すように、各分割領域における回帰式の傾きａを、小端２１側から大端２２側に並べて表示する。測定対象の供試品Ｃにおいては、小端２１側から大端２２側に渡って、傾きａは、１程度を示し、所定の０．９〜１．１の範囲内に入っている。

また、図１１（ｂ）に示すように、各分割領域における重相関係数Ｒ^２を、小端２１側から大端２２側に並べて表示する。測定対象の供試品Ｃにおいては、小端２１側から大端２２側に渡って、重相関係数Ｒ^２は、１程度を示し、所定の０．９８〜１．０２の範囲内に入っている。

基準となる供試品Ａにおける複数の基準値の分布及び測定対象の供試品Ｃにおける複数の測定値の分布を回帰分析することにより導出した回帰式の傾きａ及び重相関係数Ｒ^２が、所定の範囲内に入っていることから、供試品Ｃは、規格内であると判定される。

なお、上述した重相関係数Ｒ^２として、以下の（１）式に示す重相関係数Ｒ^２を用いてもよい。なお、用いる相関係数は、統計学上用いられるものであれば、重相関係数Ｒ^２に限らない。

（１）式において、以下の（２）式を用いている。

次に、本実施形態の効果を説明する。
本実施形態の歯面形状管理方法では、基準となる歯車における複数の基準値の分布及び測定対象の歯車における複数の測定値の分布を回帰分析することにより、回帰式の傾きａ及び相関係数を導出している。そして、導出した傾きａ及び相関係数が、あらかじめ、ＮＶ性能が良好な場合の回帰式の傾きａ及び相関係数の規格として設定した設定値を満たすか否かによって、製造された歯車を選別している。これにより、基準となる歯車の歯面の形状に、より近い形状の歯面を有する歯車のみを選別できる。よって、厳しい製品チェックを可能とし、製品チェック時にＮＶ性能が良好でない歯車を除きやすくすることができる。このようにして、歯車の検品精度を向上させることができる。したがって、従来の規格として用いていた歯形丸み、バイアス及びクラウニング等では選別できなかったＮＶ性能が良好でない歯車を除くことができる。

また、歯面１７を分割する分割領域の数を増やすことで、歯面の形状の測定精度を向上させることができ、歯車の検品精度をさらに向上させることができる。

以上、本発明に係る実施の形態を説明したが、上記の構成に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。

１０歯車
１１中心軸
１２、１３面
１４歯
１５内周縁
１６外周縁
１７歯面
１８歯元
１９歯先
２１小端
２２大端
２３、２４、２５、２６線
３０ピニヨンギア
３１歯形方向
３２歯すじ方向

Claims

ＮＶ性能が目標値を達成した歯車を基準となる歯車とし、前記基準となる歯車の歯面の形状を、所定方向に沿った複数の基準点において測定し、各基準点における基準値を取得するステップと、
歯面形状の規格の範囲内である測定対象の歯車において、歯面の形状を、前記各基準点と同位置に対応する複数の測定点において測定し、各測定点における測定値を取得するステップと、
複数の前記基準値の分布及び複数の前記測定値の分布を回帰分析して、回帰式の傾き及び相関係数を導出するステップと、
前記傾き及び前記相関係数が所定範囲にあるか否かを判定するステップと、
を含むことを特徴とする、歯面形状管理方法。