(57)【要約】【課題】歯面を研磨することによって動力損失を低減することができるとともに、歯面の形状の変化を抑制もしくは防止することができる歯車およびその製造方法を提供する。【解決手段】互いに噛み合う歯の歯面が所定の表面粗さに研磨することにより仕上げられている歯車において、前記歯面に作用する荷重と、該歯面で生じる滑り速度との積の値が所定の値以上となる箇所の表面粗さが、該積の値が所定の値未満の箇所の表面粗さより小さく形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛み合う歯の歯面が所定の表面粗さに研磨することにより仕上げられている歯車において、
前記歯面に作用する荷重と、該歯面で生じる滑り速度との積の値が所定の値以上となる箇所の表面粗さが、該積の値が所定の値未満の箇所の表面粗さより小さく形成されていることを特徴とする歯車。
【請求項２】
歯幅方向または歯筋方向における前記積の値が所定の値以上となる箇所を含む範囲の表面粗さが、前記所定の表面粗さに研磨されて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
【請求項３】
互いに噛み合う歯の歯面を研磨することにより該歯面を所定の表面粗さに仕上げられる歯車の製造方法において、
前記歯面に作用する荷重と、該歯面で生じる滑り速度と積の値が所定の値以上となる箇所の表面粗さが、該積の値が所定の値未満の箇所の表面粗さより小さくなるように歯面を研磨することを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項４】
歯幅方向または歯筋方向における前記積の値が所定の値以上となる箇所を含む範囲の表面粗さが、前記所定の表面粗さとなるように歯面を研磨することを特徴とする請求項３に記載の歯車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、互いに歯を噛み合わせて回転することによりトルクを伝達する歯車およびその製造方法に関し、特に歯面の表面性状に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯車は、まず、素材から旋削や歯切りなどの加工を経て粗形材を造る。そして、互いに噛み合う歯車は、動力を伝達するときに歯面での不可避的な滑りが要因となって動力損失が生じるため、歯面の摩擦係数を低減するために、歯面を押圧したり研磨することによって表面粗さを低減している。その一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された歯車は、はす歯歯車などの所定のねじれ角を有する歯車を対象としており、歯面を押圧する転造加工によって表面粗さを低減している。また、ねじれ角を有する歯車は、転造型と接触する接触線が歯幅方向に対して傾斜しかつ複数の歯が噛み合う場合があり、そのような場合には、接触線の総和である塑性加工母線の長さが変化するので、転造型と歯車との噛み合いの変動に従い転造に要する荷重が変動することにより塑性加工の面圧が変動して、歯面にうねりが生じる可能性がある。そのため、特許文献１に記載された歯車は、同時に転造型が当接する塑性加工母線の長さの和に応じて加工部分長さを定めており、その加工部分長さが歯幅より短くなっている。
【０００３】
また、特許文献２には、歯車同士を噛み合わせて所定のトルクを付与しかつその噛み合い部に水を供給しながら回転させることによって歯面の表面粗さを低減する加工方法が記載されている。このように歯面に水を供給しながら歯車同士を噛み合わせて回転させることによって、歯面が酸化し、その酸化物が歯面から剥がされることによって歯面が鏡面となる、と特許文献２には記載されている。そして、歯車同士を噛み合わせながら歯面の表面を加工していることから、歯面の表面粗さが低減される範囲は噛み合い部のみとなっている。なお、特許文献３には、微小径の鉄球などの微粒子を歯面に衝突させることによって、歯面に微小の凹凸を形成するショットピーニング加工が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２３３７２２号公報
【特許文献２】特開２００２−１５４０１６号公報
【特許文献３】特開２００５−２０１２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１や特許文献２に記載された歯車は、転造型や他の歯車を噛み合わせて歯面の表面粗さを低減している。すなわち、歯車が噛み合って動力を伝達する状態を擬似的に形成することによって、歯面の表面粗さを低減している。したがって、歯面の表面粗さを低減する箇所を特定せずに表面粗さを低減することができる。一方、歯面を研磨して表面粗さを低減する場合には、歯面全体を研磨してしまうと、研磨することに伴って歯面の形状が変化してしまい、歯車の噛み合いが変化して異音が生じてしまう可能性があり、それとは反対に研磨する範囲を狭くすると、動力損失を十分に低減することができない可能性がある。
【０００６】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、歯面を研磨することによって動力損失を低減することができるとともに、歯面の形状の変化を抑制もしくは防止することができる歯車およびその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、互いに噛み合う歯の歯面が所定の表面粗さに研磨することにより仕上げられている歯車において、前記歯面に作用する荷重と、該歯面で生じる滑り速度との積の値が所定の値以上となる箇所の表面粗さが、該積の値が所定の値未満の箇所の表面粗さより小さく形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、歯幅方向または歯筋方向における前記積の値が所定の値以上となる箇所を含む範囲の表面粗さが、前記所定の表面粗さに研磨されて形成されていることを特徴とする歯車である。
【０００９】
請求項３の発明は、互いに噛み合う歯の歯面を研磨することにより該歯面を所定の表面粗さに仕上げられる歯車の製造方法において、前記歯面に作用する荷重と、該歯面で生じる滑り速度と積の値が所定の値以上となる箇所の表面粗さが、該積の値が所定の値未満の箇所の表面粗さより小さくなるように歯面を研磨することを特徴とする製造方法である。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項３の発明において歯幅方向または歯筋方向における前記積の値が所定の値以上となる箇所を含む範囲の表面粗さが、前記所定の表面粗さとなるように歯面を研磨することを特徴とする歯車の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、歯面に作用する荷重と滑り速度との積の値が所定の値以上の箇所の表面粗さが、その積の値が所定の値未満の箇所の表面粗さより小さく形成されている。そのため、歯面に作用する荷重と滑り速度との積の値が大きい箇所の表面粗さを低減することができるので、歯面に作用する荷重と滑り速度とその噛み合い部における摩擦係数とによって定まる動力損失を低減することができる。また、表面粗さを低減する箇所を狭くすることができるので、表面粗さを低減させるために研磨することに伴って歯面形状が変化してしまうことを抑制もしくは防止することができる。その結果、歯面同士が噛み合って動力を伝達する際に、局所的な歯当たりが生じることを抑制もしくは防止することができるので、異音が生じることを抑制もしくは防止することができる。
【００１２】
また、歯幅方向または歯幅方向における歯面に作用する荷重と滑り速度との積の値が所定の値以上となる箇所を含む範囲の表面粗さを、所定の値未満の箇所の表面粗さより小さく形成されるので、微小な粒子を歯面に噴射して研磨するなどによって表面粗さを低減する加工方法によって形成する場合における加工工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明に係る歯車で、表面粗さを低減するために研磨される領域を説明するための図である。
【図２】歯面に作用する荷重と滑り速度との積の値の分布を示す分布図である。
【図３】歯幅方向における中央部での、歯面に作用する荷重と滑り速度との積の値の分布を示す図である。
【図４】図１におけるハッチングが付されていない領域の面性状を示す図である。
【図５】図１における主加工領域の面性状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明に係る歯車の構成を説明するために、はす歯歯車を例に挙げて説明する。はす歯歯車は、回転軸線に沿った方向（以下、歯幅方向と記す。）に対して、歯面とピッチ円との交線（以下、その交線の方向を歯筋方向と記す。）が所定の角度（以下、捩れ角と記す。）捩れている。また、一般的には、歯車の噛み合い位置が連続して変化するように、歯面は、インボリュート曲線に沿って形成されている。そのように構成されたはす歯歯車は、噛み合い位置が変化する進行方向（以下、噛み合い進行方向と記す。）に対して歯面同士が接触する接触線が捩れ角に応じて傾斜している。さらに、はす歯歯車の回転角度に応じて複数の歯が噛み合うことがある。具体的には、一つの歯が噛み合っている間に、他の歯が噛み合い始める場合がある。言い換えると、噛み合い進行方向における一方の端部側と他方の端部側との双方で歯が噛み合っている場合がある。そのように複数の歯が噛み合っている場合には、複数の歯面で荷重を受けるため、それぞれの歯面に作用する荷重が比較的小さくなる。
【００１５】
また、接触線は、噛み合い進行方向および歯筋方向に対して傾斜しているので、ピッチ円を境界として歯先側と歯元側との双方に跨ぐ場合がある。例えば、歯幅方向における中央部で歯面が接触している場合には、接触線の中間部分とピッチ円とが一致し、接触線の一方側の端部が歯先側で接触し、他方側の端部が歯元側で接触する場合がある。さらに、歯車同士が噛み合い始めたときには、接触線の全てが歯元側あるいは歯先側で接触し、噛み合いが終わるときには、接触線の全てが歯先側あるいは歯元側で接触する場合がある。そのように構成された歯車は、歯面での接触位置を変化させながら動力を伝達するため、接触位置が変化することに伴って歯面では、不可避的な滑りが生じる。その歯面での滑り速度は、ピッチ円上では「０」となり、ピッチ円から離れるに従い増大する。
【００１６】
さらに、歯車が動力を伝達する際の動力損失は、歯面に作用する荷重Ｐと、歯面での滑り速度ΔＶと、摩擦係数との積によって求めることができる。したがって、歯面に作用する荷重Ｐと、歯面での滑り速度ΔＶとの積が大きい箇所の摩擦係数を低減することによって、歯車が動力を伝達する際の動力損失を低減することができる。図２は、はす歯歯車における歯面に作用する荷重Ｐと、歯面での滑り速度ΔＶとの積の値の分布を模式的に示したものである。なお、図２における横軸は歯筋方向であり、縦軸は、互いに噛み合う歯車のそれぞれの基礎円に接しかつそれらの歯車の回転軸線を通る平面と交差する作用線である。また、図２における縦軸の中央部分に示す「０」は、ピッチ円を示している。
【００１７】
図２に示すように歯筋方向における中央部が、歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶとの積の値が最大となり、作用線方向における中央部を挟んだ双方が、歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶとの積の値が最大となる。図２における歯筋方向の中央部での歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶとの積の値の分布を示すと図３のようになる。なお、図３における横軸は作用線方向であり、縦軸は歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶとの積の値を示している。
【００１８】
図２に示すようにはす歯歯車は、歯筋方向における中央部分でかつ作用線方向におけるピッチ円を挟んだ歯先側と歯元側との双方で、歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶの積の値が最大となる。そのため、その歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶの積の値が最大となる範囲の摩擦係数が小さくなるように研磨している。具体的には、図１にハッチングを付して示しているように歯筋方向における中央部分を含む領域の表面粗さを、ハッチングが付されていない領域の歯面の表面粗さ、すなわち、歯筋方向における両端部側の表面粗さより小さくなるように研磨している。なお、図１および図２では、表面粗さを小さくする領域を、「主加工領域」と示している。その主加工領域の歯面は、算術平均粗さＲa が０．１５μｍ以下で、かつ突出山部高さＲpkが０．１μｍ以下となるように研磨されている。なお、主加工領域の表面粗さは、上記算術平均粗さＲa や突出山部高さＲp ｋ以外に、例えば、最大高さ粗さＲz や二乗平均平方根粗さＲq などの歯面の性状を示す他の指標であってもよい。また、主加工領域のみ研磨して表面粗さを低減してもよく、歯面全体を研磨して表面粗さを低減しつつ、主加工領域の表面粗さをハッチングが付されていない領域の表面粗さより小さくしてもよい。言い換えると、ハッチングが付されていない箇所は、素材から旋削や歯切りなどの加工によって形成された粗形材のままの表面粗さであってもよく、その粗刑材を研磨していてもよい。
【００１９】
また、図１に示す主加工領域とハッチングを付していない領域との境界部分は、歯面に作用する荷重Ｐと歯面で生じる滑り速度ΔＶの積の値に基づいて定めることができる。すなわち、歯面に作用する荷重Ｐと歯面で生じる滑り速度ΔＶと摩擦係数との積によって求めることができる動力損失を所定値以下とするために、歯面に作用する荷重Ｐと歯面で生じる滑り速度ΔＶとの積の値が所定の値以上となる範囲を研磨して表面粗さを低減するように形成されている。言い換えると、図１に示す主加工領域は、歯面に作用する荷重Ｐと歯面で生じる滑り速度ΔＶとの積の値が所定の値以上となる箇所を示している。
【００２０】
さらに、図１に示す例は、微小の粒径の研磨粒を含有した流体を歯面に噴射する加工方法によって歯面を研磨する場合を示している。具体的には、図１に示す歯車の歯面は、研磨粒を含有した液体を歯面に噴射するウェットブラストや、弾性ゴムメディアなどの研磨粒を含有した気体を歯面に噴射するショットピーニングなどによって研磨されている。これら研磨粒を含有した流体を歯面に噴射して研磨する加工方法の場合には、一般的に、ノズルの開口径や歯面に噴射される流体の流速あるいはノズルと歯面との角度などを変更することによって研磨する範囲や研磨する性能などを変化させる。そのため、図１に示すように歯筋方向において、歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶの積の値が最大となる領域を含む範囲の表面粗さを均一の表面粗さとすることによって、その領域の歯面を一度に研磨することができ、その結果、加工工数を短くすることができる。なお、図４にハッチングを付していない領域の歯面の面性状を示しており、図５に主加工領域の歯面の面性状を示している。また、図４および図５におけるＲvkは突出谷部深さを示し、Ｒk は突出山部高さＲpkおよび突出谷部深さＲvkとに挟まれたコア部のレベル差を示し、図４および図５における横軸が累積確率を示し、縦軸が表面粗さを示している。
【００２１】
図４および図５に示すように、主加工領域の面性状は、ハッチングを付していない領域の面性状より小さくなっている。具体的には、Ｒpk、Ｒk 、Ｒvkのそれぞれが、ハッチングを付していない領域より、主加工領域の方が小さくなっている。したがって、主加工領域の表面粗さが、ハッチングを付していない領域の表面粗さより小さくなり、その結果、主加工領域の摩擦係数が、ハッチングを付していない領域の摩擦係数より小さくなる。
【００２２】
図１および図４ならびに図５に示すように、歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶの積の値が最大となる領域を含む範囲の表面粗さを低減して摩擦係数を低下させることによって、歯面で生じる動力損失を低減することができる。また、研磨する範囲を特定すること、言い換えると研磨する範囲を狭くすることによって、研磨に伴って歯面形状が変化してしまう事態を抑制もしくは防止することができる。そのため、歯面同士の局所的な片当たりなどが生じることを抑制もしくは防止することができ、偏摩耗やピッチング性が悪化してしまうことを抑制もしくは防止すること、および動力伝達時に異音が生じてしまうことを抑制もしくは防止することができる。
【００２３】
また、歯筋方向における全域を研磨する必要がないため、歯面に施したクラウニング量が小さくなってしまうことを抑制もしくは防止することができる。その結果、動力伝達時に異音が生じてしまうことをより一層抑制もしくは防止することができる。さらに、研磨する範囲を定めることによって、歯面の表面粗さを容易に管理することができる。言い換えると、管理工数や管理する際のバラツキなどを低減することができる。
【００２４】
なお、上述した例では、はす歯歯車を例に挙げて説明したが、この発明に係る歯車は、はす歯歯車のように捩れ角を有する歯車に限らず、平歯車であってもよい。平歯車の場合は、歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶとの積の値は、歯幅方向における中央部分でかつ歯たけ方向における歯元側および歯先側の端部で最大となる。なお、上述してはす歯歯車の場合には、歯筋方向が歯幅方向に対して傾斜しているので、歯筋方向における中央部分で歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶとの積の値が最大となっているが、平歯車の場合には、歯筋方向と歯幅方向とが一致しており、したがって、歯幅方向における中央部分で歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶとの積の値が最大となる。また、作用線の中央部分であるピッチ円上では、滑り速度ΔＶが「０」となるため、平歯車の場合は、ピッチ円上で噛み合っている時には、歯面に作用する荷重Ｐと歯面での滑り速度ΔＶとの積の値が「０」となる。したがって、上述した例と同様に、歯幅方向における中央部分を含む範囲の表面粗さを歯幅方向における両端部側の表面粗さより小さくするように研磨することによって、上述した例と同様に、動力を伝達する際に生じる動力損失を低減することができるとともに、歯面形状が変化してしまうことや加工工数が増大してしまうことを抑制もしくは防止することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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