(57)【要約】【課題】歯車軸の捩り振動やトルク変動がピークになる時期に噛み合う特定の歯のみについて、他の歯よりも歯車の噛み合いに伴う歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を増大するように構成することにより、歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を十分に保持しつつ、歯車の材質、熱処理、表面処理のレベルを必要最小限に保持して過剰品質の無い低コストの歯車装置を提供する。【解決手段】互いに噛み合う対をなす歯車の歯に作用する歯車荷重が、時間的な変化を伴う変動荷重である歯車をそなえた歯車装置であって、前記歯車が取り付けられる歯車軸の伝達トルクが大きいときに噛み合う特定の歯の面圧強度及び曲げ強度を他の歯よりも大きくなるように構成したことを特徴とする。【選択図】図２
2007100944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛み合う対をなす歯車の歯に作用する歯車荷重が、時間的な変化を伴う変動荷重である歯車をそなえた歯車装置であって、前記歯車が取り付けられる歯車軸の伝達トルクのピーク時近傍で噛み合う特定の歯の面圧強度及び曲げ強度を他の歯よりも大きくなるように構成したことを特徴とする歯車装置。
【請求項２】
互いに噛み合う対をなす歯車の歯に作用する歯車荷重が、時間的な変化を伴う変動荷重である歯車の製造方法であって、前記歯車が取り付けられる歯車軸の伝達トルクのピーク時近傍で噛み合う特定の歯を抽出し、該特定の歯について表面硬化処理を施して、他の歯よりも高硬度にすることを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項３】
互いに噛み合う対をなす歯車の歯に作用する歯車荷重が、時間的な変化を伴う変動荷重である歯車の製造方法であって、前記歯車が取り付けられる歯車軸の軸系の振動解析を行ない、該振動解析結果に基づき、該歯車軸の振動トルクのピーク時近傍で噛み合う特定の歯を抽出し、該特定の歯について面圧強度及び曲げ強度を他の歯よりも大きくなるような高強度に構成すること、または前記特定の歯に表面硬化処理を施すことのいずれか一方または双方を施すことを特徴とする歯車の製造方法。
【請求項４】
互いに噛み合う対をなす歯車の歯に作用する歯車荷重が、時間的な変化を伴う変動荷重である歯車をそなえた内燃機関用歯車装置であって、前記歯車が取り付けられる歯車軸の伝達トルクのピーク時近傍で噛み合う特定の歯を、該特定の歯の面圧強度及び曲げ強度を他の歯よりも大きくする高強度に構成すること、あるいは前記特定の歯に表面硬化処理を施こすことのいずれか一方または双方の処置がなされたことを特徴とする内燃機関用歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに噛み合う対をなす歯車の歯に作用する歯車荷重が、時間的な変化を伴う変動荷重である歯車をそなえた歯車装置及びこれを構成する歯車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のタイミングギヤ装置を構成する歯車列においては、クランク軸の捩り振動や、カム軸駆動のトルク変動等による変動荷重が作用する。このため、かかるタイミングギヤ用歯車においては、歯車の噛み合いに伴う歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を増大するための種々の手段が提供されている。
特許文献１（特開２０００−２８３２６２号公報）においては、歯車材料の構成成分を改良し、当該成分配合の歯車鋼を用いて、円筒状の厚肉部を冷間加工により成形する手段を改良したドライブプレートギヤ及びその製造方法が提供されている。
また特許文献２（特開平１１−７１６５４号公報）においては、歯車材料の構成成分を改良し、浸炭硬化層の深さを適正深さに設定することにより、耐剥離性及び曲げ疲労強度を向上した浸炭歯車が提供されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８３２６２号公報
【特許文献２】特開平１１−７１６５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記のように、内燃機関のタイミングギヤ装置を構成する歯車列においては、クランク軸の捩り振動や、カム軸駆動のトルク変動等による変動荷重が作用する。このため、かかるタイミングギヤ用歯車においては、１サイクル中に変動するクランク軸の捩り振動や、カム軸駆動のトルク変動によって、歯車軸の回転に従って順次噛み合う歯の、噛み合いによる歯面荷重が、１サイクル中、前記捩り振動やトルク変動の大きさによって変化する。
図４は内燃機関のカム歯車とアイドラ歯車との噛み合い歯における、複数の歯Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの歯元曲げ応力（圧縮応力側）のカム軸トルクをベースにした実測結果の一例を示す。
図４のように、前記捩り振動やトルク変動がピークになる時期に噛み合う特定の歯（この場合はＡの歯）の歯面荷重は、それ以外の時期に噛み合う他の歯（この場合はＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅの歯）の歯面荷重よりも大きくなり、それに従い該歯面荷重による歯面の面圧及び歯元部の曲げ応力も大きくなる。
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１（特開２０００−２８３２６２号公報）及び特許文献２（特開平１１−７１６５４号公報）を含む従来技術にあっては、歯車の寸法（要目）や表面硬化処理を、前記捩り振動やトルク変動がピークになる時期における最大歯面荷重に対する噛み合い歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度をそなえるように歯車単位で設定しているため、前記特定の歯以外の軽荷重状態にある歯は強度的に余裕を有する。
従って、かかる従来技術にあっては、歯車の寸法管理や表面処理の管理を前記特定の歯に合わせて均一に行なうこととなり、歯車の材質や熱処理、表面処理を必要以上に高いレベルに保持した過剰品質の歯車となるとともに、歯車の品質管理に余分な工数を要し、歯車がコスト高となる傾向にある。
特に、全歯のうち、ピークの応力がたつ歯がわずかの場合については、その傾向が顕著になる。
【０００６】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、歯車軸の捩り振動やトルク変動がピークになる時期に噛み合う特定の歯のみについて、他の歯よりも歯車の噛み合いに伴う歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を増大するように構成することにより、歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を十分に保持しつつ、歯車の材質、熱処理、表面処理のレベルを必要最小限に保持して過剰品質の無い低コストの歯車装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はかかる目的を達成するもので、互いに噛み合う対をなす歯車の歯に作用する歯車荷重が、時間的な変化を伴う変動荷重である歯車をそなえた歯車装置であって、前記歯車が取り付けられる歯車軸の伝達トルクのピーク時近傍で噛み合う特定の歯の面圧強度及び曲げ強度を他の歯よりも大きくなるように構成したことを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
また本発明は、互いに噛み合う対をなす歯車の歯に作用する歯車荷重が、時間的な変化を伴う変動荷重である歯車の製造方法であって、前記歯車が取り付けられる歯車軸の伝達トルクのピーク時近傍で噛み合う特定の歯を抽出し、該特定の歯について、浸炭、ショットピニング、窒化、及び高周波焼入れなどの表面硬化処理を施して、他の歯よりも高硬度にすることを特徴とする（請求項２）。
【０００９】
また本発明は、前記歯車の製造方法であって、前記歯車が取り付けられる歯車軸の軸系の振動解析を行ない、該振動解析結果に基づき、該歯車軸の振動トルクのピーク時近傍で噛み合う特定の歯を抽出し、該特定の歯について面圧強度及び曲げ強度を他の歯よりも大きくなるような高強度に構成すること、または前記特定の歯に表面硬化処理を施すことのいずれか一方または双方を施すことを特徴とする（請求項３）。
【００１０】
また本発明は、互いに噛み合う対をなす歯車の歯に作用する歯車荷重が、時間的な変化を伴う変動荷重である歯車をそなえた内燃機関用歯車装置であって、前記歯車が取り付けられる歯車軸の伝達トルクのピーク時近傍で噛み合う特定の歯を、該特定の歯の面圧強度及び曲げ強度を他の歯よりも大きくする高強度に構成すること、あるいは前記特定の歯に表面硬化処理を施こすことのいずれか一方または双方の処置がなされたことを特徴とする（請求項４）。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、歯車軸の捩り振動やトルク変動がピークになる時期に噛み合う１個または複数の特定の歯のみについて、歯形寸法や熱処理を他の歯よりも面圧強度及び曲げ強度が大きくなるように構成し（請求項１）、あるいは前記特定の歯のみについて浸炭、ショットピニング、窒化、及び高周波焼入れなどの表面硬化処理を施して他の歯よりも高硬度にすることにより（請求項２）、歯車の歯の寸法管理や熱処理あるいは表面処理の管理を前記特定の歯のみについて厳密に行なえば、歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を十分に保持できることとなり、従来技術のように前記特定の歯に合わせて全ての歯について前記歯の寸法管理や表面処理の管理を均一に行なうことを要しない。
これにより、歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を十分に保持しつつ、歯車の材質、熱処理、表面処理のレベルを必要最小限に保持して過剰品質の無い低コストの歯車装置
を得ることができる。
【００１２】
また、歯車が取り付けられる歯車軸の軸系の振動解析を行ない、該振動解析結果に基づき、該歯車軸の振動トルクが大きいときに噛み合う特定の歯を抽出し、該特定の歯について面圧強度及び曲げ強度を他の歯よりも大きくなるような高強度に構成しあるいは前記特定の歯に浸炭、ショットピニング、窒化、及び高周波焼入れなどの表面硬化処理を施すように構成すれば（請求項３）、歯車軸の軸系の振動解析結果に基づき前記特定の歯の抽出及び該特定の歯の歯形寸法や熱処理、あるいは表面硬化処理を行なうので、より高精度で前記特定の歯の抽出及びこれの歯形寸法や熱処理あるいは表面硬化処理を行なうことができ、歯車の品質をより高く保持できる。
【００１３】
さらに、内燃機関用タイミングギヤ装置等の歯車装置は、歯車軸の捩り振動やトルク変動がきわめて大きいので、歯車が取り付けられる歯車軸の伝達トルクのピーク時近傍に噛み合う特定の歯を、該特定の歯の面圧強度及び曲げ強度を他の歯よりも大きくする高強度に構成し、あるいは前記特定の歯に浸炭、ショットピニング、窒化、及び高周波焼入れなどの表面硬化処理を施こすように構成すれば（請求項４）、前記のような、歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を十分に保持しつつ、歯車の材質、熱処理、表面処理のレベルを必要最小限に保持して過剰品質の無い低コストの歯車となる、という効果がより顕著に得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の第１実施例に係る内燃機関用タイミングギヤ装置におけるカム歯車駆動軽の平面構成図である。また図２は前記実施例における歯車の設計及び製造手順を示すフロー図である。
図１において、１はエンジンのクランク軸（図示省略）に固定されたクランクギヤ、１ａはクランク軸心、４はカム軸（図示省略）に固定されたカムギヤ、４ａはカム軸心、２は前記クランクギヤ１に噛み合う第１のアイドラギヤ、３は該第１のアイドラギヤと同軸で前記カムギヤ４と噛み合う第２のアイドラギヤ、２ａは前記第１のアイドラギヤ２及び第２のアイドラギヤ３の回転軸心であり、Ｎ矢印は回転方向を示す。
また図１において、前記クランクギヤ１の歯１１と第１のアイドラギヤ２の歯２１とが噛み合い、前記第２のアイドラギヤ３の歯３１とカムギヤ４の歯４１とが噛み合い状態にある。
【００１６】
本発明は、前記内燃機関用タイミングギヤ装置のような歯車装置における歯の構造及び歯車の製造方法に係るものである。
前記歯車の設計及び製造手順を示すフロー図を示す図２において、
先ず、歯車装置の軸系および歯車列の振動解析を行い、高い応力となる特定の歯を抽出する（ステップ（１））。
前記ステップにより、歯車装置のうち高応力となる特定の歯を抽出したら、新規に製造する歯車装置の歯について、前記高応力となる特定の歯（たとえば図１において歯１１及び歯２１の噛み合い部）について歯形寸法、熱処理、表面処理を設定する。この場合、歯形寸法や熱処理を、他の歯よりも面圧強度及び曲げ強度が大きくなるように設定するとともに、前記特定の歯について、浸炭、ショットピニング、窒化、及び高周波焼入れなどの表面硬化処理を施して他の歯よりも高硬度にする（ステップ（２））。
かかる設定に基づく仕様によって、歯車を製作する（ステップ（３））。また必要に応じて、次の手順によって歯車応力を計測する検証試験を行う（ステップ（４））。
【００１７】
即ち前記検証試験は、次の手順で行う。
製作された歯車装置の歯の中で、高応力になると特定して、表面処理を施した歯を中心に、複数の歯に、図３のように歪ゲージ１０を貼着する。前記歯１１の歯面１１ａに作用する歯面荷重Ｆは、歯元幅Ｓの接線の角度α＝３０°の直角方向に作用するので、前記歪ゲージ１０は前記接線の方向に貼着する。
次いで、かかる歯車装置を組付けたエンジンを運転し、前記歪ゲージ１０によって実際の運転状態における１サイクル中の歪の変化状況を計測する。
【００１８】
次いで前記歪ゲージ１０による１サイクル中の歪の出力から１サイクル中の歯元部における振動応力を算出し、許容応力と比較して検証する。
次いで、前記振動応力の算出結果から、１サイクル中における振動応力がピークを打つ高応力歯（特定の歯）を１個または必要に応じて複数個抽出する。
以上のステップによって、設計対象とするタイミングギヤ装置と類似な動力伝達方式を有する歯車装置における高応力歯（特定の歯）を抽出することができる。
【００１９】
かかる実施例によれば、タイミングギヤ装置における歯車軸に作用する捩り振動やトルク変動がピークになる時期に噛み合う１個または複数の特定の歯（たとえば図１において歯１１及び歯２１の噛み合い部）を、設計対象とするタイミングギヤ装置と類似な動力伝達方式を有する歯車装置について抽出し、前記特定の歯のみについて、歯形寸法や熱処理を他の歯よりも面圧強度及び曲げ強度が大きくなるように構成し、さらに前記特定の歯のみについて浸炭、ショットピニング、窒化、及び高周波焼入れなどの表面硬化処理を施して他の歯よりも高硬度にすることにより、歯車の歯の寸法管理や表面処理の管理を前記特定の歯のみについて厳密に行なえば、歯車全体で歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を十分に保持できることとなり、前記特定の歯に合わせて全ての歯について前記歯の寸法管理や表面処理の管理を均一に行なうことを要しない。
これにより、歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を十分に保持しつつ、歯車の材質、熱処理、表面処理のレベルを必要最小限に保持して、過剰品質の無い低コストの歯車装置
を得ることができる。
【００２０】
また、設計対象とするタイミングギヤ装置と類似な動力伝達方式を有する歯車装置について歯車が取り付けられる歯車軸の軸系の振動解析を行ない、該振動解析結果に基づき、該歯車軸の振動トルクが大きいときに噛み合う特定の歯（たとえば図１において歯１１及び歯２１の噛み合い部）を抽出し、該特定の歯について面圧強度及び曲げ強度を他の歯よりも大きくなるような高強度に構成しあるいは前記特定の歯に浸炭、ショットピニング、窒化、及び高周波焼入れのいずれかの表面硬化処理を施すことから、歯車軸の軸系の振動解析結果に基づき前記特定の歯の抽出、及び該特定の歯の歯形寸法や熱処理、あるいは表面硬化処理を行なうこととなり、より高精度で前記特定の歯の抽出及びこれの歯形寸法や熱処理あるいは表面硬化処理を行なうことができ、歯車の品質をより高く保持できる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明によれば、歯車軸の捩り振動やトルク変動がピークになる時期に噛み合う特定の歯のみについて、他の歯よりも歯車の噛み合いに伴う歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を増大するように構成することにより、歯面の面圧強度及び歯元部の曲げ強度を十分に保持しつつ、歯車の材質、熱処理、表面処理のレベルを必要最小限に保持して過剰品質の無い低コストの歯車装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施例に係る内燃機関用タイミングギヤ装置におけるカム歯車駆動軽の平面構成図である。
【図２】前記実施例における歯車の設計及び製造手順を示すフロー図である。
【図３】歯車の歯における歪ゲージの貼着状況の説明図である。
【図４】内燃機関のカム歯車とアイドラ歯車との噛み合い歯における、複数の歯Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの歯元曲げ応力（圧縮応力側）のカム軸トルクをベースにした実測結果の一例を示す。
【符号の説明】
【００２３】
１    クランクギヤ
２    第１のアイドラギヤ
３    第２のアイドラギヤ
４    カムギヤ
１０  歪ゲージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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