1.はじめに
平成28年3月中旬頃に「茨城大学エコノパワー競技クラプ」から毎年10月初旬に開催される「本田総一郎杯Hondaエコマイチャレンジ全国大会2016」に参加する「競技車両用ギヤボックス」の製作依頼があった。本大会は、規定時間内に1周2.4[ k m]のコースを7周走行した際の燃料消費量を基にした燃費を競い、毎年約350以上ものチームが参加している。前大会において茨城大学エコノパワー競技クラプは、マシントラプルからリタイヤとなってしまったため、今年は新しいギヤボックスを開発し、完走を目指すため、技術部に依頼があった。そのため技術部では学生と協議しながら設計相談から製作、ギヤボックスの安全性の確認を行うための試験運転まで支援を行った。
2.ギヤポックスの製作
ギヤボックスは動力伝達の重要な役割を果たす。そのため寸法公差や幾何公差を正確に精度よく製作することで、燃費に影響を及ぼす摩擦や回転振れを最小限に抑えることが重要である。今回はギヤボックスケース（箱、蓋）、動力伝達軸（入力・中間・出力）を製作し、市販品のスプロケットへの追加工を行った。製作する部品には形状が複雑で、加工精度を要求する箇所があり、汎用工作機械のみでは加工困難な箇所もあるため、NC加工機を用いた。ギヤボックスを図１に示し、以下に各部品の詳細を記す。図１ギヤボックス
【ギヤボックスケース】
図2に示すギヤボックスケースは、大小4枚のギヤをボックス内に収納し、限られた車両実装スペースに搭載し、ギヤボックスケースの軽量化のため内側と外側共に複雑な形状となった。また、ギヤボックスケースの箱と蓋で動力伝達軸を支持するため、両方にベアリングの固定用穴が必要であり、はめ合い公差と位置決め精度が重要である。ベアリンゲのはめ合い公差は学生と協議の上ベアリング用の穴は回転振れを抑え、なおかつ完成後分解でようにした。ギヤボックスケースの内側形状と穴加工にはマシニングセンター、外側形状にはワイヤー放電加工機を用いて加工を行った。（図3)図3 左：マシニングセンター右：ワイヤー放電加工機
【動力伝達軸】
動力伝達軸の加工では、真円度や円筒度などの幾何公差が軸の摩擦や回転振れが機械損失につながるため加工工程や採寸等が重要である。また、動力の入出力軸に関しては、スプロケットを固定するためのフランジ部が必要となる。製作方法としては、軸とフランジ部を別々にし、ナット等で固定する2ピースも可能であったが、強度や組み上げ誤差について学生と協議を行い、1ピースを採用した。図４ ＮＣ旋盤そこで加工には、寸法の管理、位置出し精度が出しやすく、R形状もあったためNC旋盤（図4）を用いた。また、組み上げ時の挿入方向を考慮しながら紙やすりによる研磨を行いベアリングのはめ合い公差域を達成した。図5に示す各軸（入力、中間、出力）の真円度と円筒度は、それぞれ0.004[mm]以下と0.01[mm]以下となった。
【スプロケット】
スプロケットは、エンジンの回転軸や駆動輪とギヤボックスをチェーンで接合し、動力を伝達するためものであるため、動力伝達軸のフランジ部との接合が弱いと安全性や余計な負荷となる。そこで入力軸には40度位相（9穴）、出力軸には60度位相（6穴）を開けることで接合強度を上げた。穴あけ加工を行うために治具を製作し、マシニングセンターにより加工を行った。（図6）
3.仮想動力を用いた試験運転
各部品完成後、組み上げを行った。ギヤボックスの安全性を確認するため、仮想動力を用いた試験運転装置(図7)を製作した。評価方法としては仮想動力を回転させ慣らし運転(平均200[rpm]で24時間程度)を行い、ギヤのかみ合わせや金属スラッジの確認を行なった。静止状態でオイル漏れはなかったが、動状態でも目立つオイル漏れはなかった。実験終了後、分解しギヤの当たりや金属スラッジの確認した結果、スラッジの量、ギヤの当たりともに良好だった。併せて油の跳上げ(約1000[rpm]時)具合も確認し潤滑性も良好との判断をした。試験運転では特に問題なかったため，車両への実装およびテスト走行を行い問題なく走行することができた。
4.製作結果
競技大会当日は製作部品の破損やトラプルなく無事完走を果たした。記録は303.923[ k m/ℓ]と過去5大会中では最長記録となった。大会終了後にギヤボックスを分解すると金属スラッジも少なくギヤ欠け等はなかった。軸に多少の摩耗がみられたが，依頼者が要望した製品に達成できたとし、製作完了とした。
5.まとめ
今回の技術支援では、学生と協議しながらギヤボックスの製作から評価まで行った。普段の技術支援では部品の製作依頼が一般的であり、今回のようなユニットの製作は珍しい。そのため、自分たちの製作したモノが設計どおりに動作できたことは、自分自身の自信となった。また、学生にとっても、ものづくりに対する考えなどを学ぶいい経験になったと考える。今後も今回の結果に慢心することなく技術力を高めていきたい。平成28年度茨城大学技術部研修報告2017年2月28日競技車両用ギヤボックスの製作について茨城大学工学部・技術部モノづくり部門〇土田正也、佐久間陸昭、山口一成本日の発表内容•製作依頼内容• ｢本田総一郎杯Hondaエコマイチャレンジ2016全国大会｣とは•ギヤボックスの役割について•ギヤボックス製作•仮想動力を用いた試験運転•製作支援結果•おわりに
•製作依頼内容
● 2016年3月中旬茨城大学エコノパワー競技クラブ(サークル)から依頼依頼内容- 2016年10月初旬に行われる「本田総一郎杯Hondaエコマイチャレンジ2016全国大会」参加競技車両用のギヤボックス製作毎年参加している前回大会は残念ながらリタイヤ設計相談→製作→試験運転まで支援Lu •「本田総一郎杯Hondaエコマイチャレンジ2016全国大会」とは主催:本田技研工業株式会社会場:ツインリンクもてぎ（スーパースピードウェイ） Honda製の50ccエンジンを搭載し、燃料1ℓで何キロ走るこ周回数: 7周走行距離: 16.389km規定時間:39分20秒過去最高記録3644.869km/ℓ Honda公式HPより参加グループカテゴリー皿(大学・短大・高専・専門学校生クラス) •ギヤボックスの役割について•ギヤボックス製作-く製作部品〉 •ギヤボックスケース（箱、蓋） •動力伝達軸(入力•中間•出力) ・スプロケット（追加工） –寸法公差・幾何公差を正確に精度よく•寸法公差:ベアリングのはめ合い位置決め精度・幾何公差:平行度、真円度、円筒度など摩擦や回転振れを抑える燃費に影響を及ぼすギヤボックス製作に用いた加工機械今回の製作では汎用加工機だけでは困難であるためものづくり支援ラボに設置してあるNC加工機を用いたギヤボックスケース（箱、蓋）材料:アルミ（A5052）厚み蓋: 23mm箱: 45mm
販ag 8溝加工（ポケットミル） ・ギヤのスペース、ベアリングのはめ合い部の加工加工時間蓋:約1時間箱:約5時間学生と協議しベアリングはめ合い公差H6 0～+0.018mm oギヤボックスケース外側形状加工箱・蓋カット数: 1回時間:約1時間10 •寸法管理、位置出し精度が高いNC機を使用•仕上りサイズより約0.02(mm)大きくしておく真円度や円筒度の仕上を行うため紙やすりを使い手作業で仕上使用材料:S45C 11動力伝達軸はめ合い公差:先端(h6)フランジ側(js5)真円度:0.004[mm]以下円筒度:0.01[mm]以下
スプロケット追加工
•市販品に追加工•そのままでは加工できないため治具の作製•工作機械:マシニングセンター入力軸側: PCD46 9穴出力軸側: PCD46   6穴
•仮想動力を用いた試験運転
•安全性、ギヤのかみ合いの確認•技術部で保管している発振器、ドライバ、モータを用いた•余材でモータとギヤボックスを固定する台座を製作した試験運転装置200rpm(断続24時間)かみ合い問題なし1000rpm(断続約1時間)油の跳ね上げ、かみ合い問題なし13 14
•製作支援結果
トラブルなく無事完走記録303.923[km/ℓ] 2011年242.846km/ℓ 2012年  285.677km/ℓ 2013年リタイア2014年  255.146km/ℓ 2015年リタイア16
おわりに
•当日の大会結果からも依頼者の要望した製品になった•ユニットの製作から試験までの支援は初めての経験だったので技術職員として良い経験値となった。今後•ものづくり支援ラボのNC加工機を使いこなせるようになる。 •加工技術、知識の向上を目指す。御清聴ありがとうございました。 17