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歯車に関する研究第 1 報 : 自動車用リクライニングデバイスの機構と材料

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(1)

  M 跏 0 塒 OF  SHONAN Ir(ST : 層 ロ 丁 隅 OF  T 蠶CHNOLOGY     Vo1

25

 No

1

1991

          第

1

動 車 用

リ ク ラ グ デ

機 構

田 辺

 

・平 綿

勝 彦

* * ・

露 木 光 夫

* *

   

浜 松 茂 徳

* *

・岡 田 雅

* * *

Study

 of 

Special

 

Gears

First

 

Reports

The

 

Mechanism

 

and

 

Material

 of 

the

 

Reclining

 

Device

 

for

 

Automobiles

Akira

 

TANABE

, 

Katsuhlko

 

HIRAwATA

, 

Mitsuo

 

TSuYuKI

   

Shigenori

 

HAMAMATsu

 and  

Masahiro

 

OKADA

  There

 exist  two formu 苴as  for the reclining  

device

 for automobiEes

the planet  gear formula  and

the Iatch 

formula ,

  They  are  now  widely  used

  

In the planet gear formula

 there  are  two  reclining  devices with  the 

Furgusson ,

s mechanical

paradox  and  the cycloid  reduction  gears

  By using  this formula

 

it’

s possible to hold smoothly  without any  steps  on  the operation

  There  exist  three patents  by companies  including a foreign company

However ,

  even  

if

 it is produced  by fol星owjng  the 

blue

 prints

 there  are   cases  where  unsteadiness occurs  or on  the  other  hand , there  are  cases  where  it

s

 impossib 且e to 

build

 it as an  apparatus

  

The

工atch 

formula

 uses  the triangular tooth and  

it

 

holds

 gradually on  the operation

  The  angles

of this triangular tooth are 

60

°

,52

°

 and  

28

°

 respectively

 

Whether

 or not 

the

 

ideal

 angle  exsts  

for

this pressure  angle 〜

  In

 order  

to

 solve  

these

 present problems  as the 

first

 step

 we  compare  and  discuss the mechanism

and  materials  of the planet gear formula  and  the latch formula

1

は じ め に  自動 車 用 リク ライ

ン グ デパ ス には ロ

タ リ方 式と レバ

方 式 が あ り

現 在 広 く利 用 されて い る。 ロ

タ リ 方 式のデバ ス は

背 持 た れになるシ

を 任位 置 で無 段 階に保 持で きる。 ま た

レ パ

方 式 (ラ ッ チ 式 ) は逆 転 防止用に従 来か ら 利 用 さ れて お り

三角 歯の 歯 形 をツ メと 噛み 合わせ シ

トを段階 的に保 持 し てい る

 ロ

タ リ方 式に は 2 種類 あ り

不思議 歯 車機 構を応用 した デバ ス で は

設 計どお りに 作 して組み立て た場 合でも遊 隙 を 生 ずるこ と が ある。 ま た

サ イク ロ 減速 機 講 師, * * * 池 田物産 構 を 応 用 した デバ ス は

軸の偏心の影 響をうけ

トが 上 下 左 右に 揺動する とい う欠 点 がある。  本 報 告で は

デバ ス の新 しい 機 構の開発とこれに適 した材料の開発を 目的 として

P

タ リ方 式の機 構 解 析 を行い

併せ て形 状 測 定に よ りデ バ イス の 特 長 を 明ら か に した。 ま た

デバ イス を 構 成し てい る各 部 品の製 造 方 法

製 造工程の違い が 材料に 及 ぼす 影 響

材 料の耐摩耗 性につ い て も比 較 検 討 し た。

2

機 構 解

* 機 械工 学 科 助 教 授, * * 同   (株)研究開 発 部 平 成2年 10 月 11 日 受 付  リクライニ ン グシ

ト に利 用 されて い るロ

タ リ式デ バ イ ス は 星歯 車 方 式で

高 減 速比 を得る ため に考 案 さ れ た 不思議歯車 機 構 とサ イクロ 減 速機 構1) し たも の で ある。 実際に利 用 さ れて い る主 な理 由は

高回転 軸

 9

(2)

湘南工科 大 学紀 要 第 25 巻 第 1 号 側に取 り付けた ダイヤ ルで回 転入力を与える と, 高減 速 比に より低 回 転 軸 側に接 続された背 持た れ シ

ト に 回転が 生 じ

任 意の位 置で シ

トを保持で き

逆 に背 持 たれ シ

ト に負 荷が加わっ て 低 回転 軸 側に回転 力が作 用 し て も逆 転せず, ロ ッ ク状 態に できるため で ある。 ま た

レバ

方 式 ッ チ式は

三角歯の角 度に よっ て操 作力が異 なるq 以下, 測 定に基づ く機構の解 析 結果を 報 告 する。 なお

ラ ッ チ式 の 機 構につ い て は 次 回 に 述 べ る。   2

1

不 思 議歯禦 を応用し たデ バ イス

 

1

,一

つ のに取 り付 けた 互に歯数の異な る内歯 車に共通な外 歯 車を聴み合わ せ た遊 星 歯 車 機 構で

不思 議歯 車 機 構の応用の

例である。

Zl

は太 陽歯 車 (歯 数 z、 枚 )

,z2

は遊 星歯 車

 

z3

と z4 は数 枚の歯数 差の る 内 歯 車で る。 ま た, 遊 星 歯車の軌 道 を 維 持 する た め の 遊 星 腕 の か わ りに, 図 2 に 示 すクル シ フ ォ

ムがあ る。  2

1

1・

噛み合い にっ い て  図 1に示 す 遊 星 歯車

Z2

釣合い上

2

個 以上使わ れ るが

太陽歯 車

Zi

と噛み合っ た ま ま で内 歯 車 Z3

 Z4 と噛み合わ なければ な ら ない。 噛み合 うため に は次 式 2) を満足 し な け れぽな ら ない

1

)  ただし

n は遊星歯 車の個数

 

A

B

は整 数。

 

し たがっ て

中 心 間 距離な どの関係か ら

遊星歯 車z2 の数は決ま る。 実 際こ の装 置でも

1

) 式の和は

28

32

であり

共に遊星 歯 車

Z2

の個 数の整 数 倍で ある。 遊 星 歯車

Z2

ム 車

Zl

1

不 思 議 歯車 機 構を応 用したデパ ィス

一 10

(3)

歯 車に 関 する研 究 第1報 (田 辺 明

平 綿勝彦

露 木 光 夫 ・浜 松 茂 徳 ・ 岡 田 雅 博) 表 1 歯車歯 形 名   称 歯 形  曲   線 太 陽 歯 車

Zi

遊 星 歯 車

z2

内 臠  車 z3 内 歯 車

Z4

円 弧 と直 線 半 径 方 向に対 する歯 厚 を 指 示 円弧と直 線 円 弧 と直 線

R

2

クル シ フ ォ

02

2.

1

2.

減 速比につ い て 図 1に おい て各 歯 車の歯 数をそれぞれ Zt

 

Z2,

 

Z3,

 

Zl

と し

回転 数を それ ぞ れ nl

 n2

 n3

 n4 れ ば

  n3

0 とし て

次 式C3} を 得る

   1

− Z2

Z4

      呼21 ”ニ    1+z31Zt (2)  こ の装 置の場 合に は n4

1125ni と な る これは入力 軸 1回転に対 して 出 力 軸が

14.

4

° 回 転 するこ とを 示し て い る。 こ の 値は シ

トを リク ラ イ ニ ソグす る場合の操 作 上の 便 宜 を 考 慮 して 設 定 さ れ た もの である。 換 言 すれ

8

o

    

 

ー曽

 

(全 周 〉 ’ 丶 ノ

 

3

2

田 uo

560 ° 0d 田 鑓 塑 0 4 9 〔0 〜

V

妨 図

3

太 陽 歯 車 歯 形

一 11 一

(4)

湘南工 科 大 学紀 要  第 25 巻 第 1 号 図 4 遊量歯 車歯 形 ば ダ イヤル で の 1回 転

15Q 程 度の 回転 が得 られる よ うに各 歯 車 数を決定し た もの で ある。  

2・

L3 ・

歯 形 につ い て

 

図 1に示 し た よ うに

遊星歯車 Z, は 太 陽 歯 車 Z1 に 噛み合 うと 同時に

歯 数のな る内歯 車 Z3

 

ZI

合 っ てい る が

標準歯 車であれ ば ピ チ 円直 径が 異 な り

中心問 距 離が異 な り

心 間 距 離で は噛み合 え ず 装 置 とし て組み 立 て ら れない 。 そこ で各歯車に歯 形 修 正を し た り, 転位歯車 とし た り し て噛み合い 中 心間 距 離 を 調 整 し て装 置とし て組み立て て い る。 各歯 車の歯 形 曲線を表 1に そ れ らの設 計 図を 図 3, 図 4, 図

5,

6

に示 す。 歯形は イン ボリ

ュー

トでは ないが

理 論 上の 析の た め に イ ン ボ リュ

 

トと仮 定 し

各 歯 車の諸元 を 設 計 値を参 考に し て求め た。 その結 果を表

2

に 示 す。 これ よ り歯 車

Zl,

 Z2 お よ び Z4 の モ ジュ

ル は

2.

3

程度で 噛み合い に支 障は な く

歯 車 Z2 と Z4 の モ ジ ュ

ル が

2.

395

2.

740

で約

0.

35

の差が あ り

歯形修正 の必要 が生ま れ る

つ の原 因となっ てい る 中心間 距 離につ い ては

クル シ ホ

ムが遊 星 歯 車 − 2 の軌 道を維 持し て い ること を考 慮して

,一

般式で は な く図2か ら図

6

まで の

一 12 一

(5)

歯 車 に関 す る研 究 第 1報 (田 辺

 

平 綿 勝 彦

露木光 夫

浜 松 茂 徳

岡 田 雅博 )

5

 

冷 識 内 歯 車 歯形 (21 枚)  図

6

内 歯車歯 形 (25 枚) 表 2 各 歯車の 諸 元 と解 析結 果 名  称 太陽歯車 Zi 遊星歯 車

z2

内 歯 車 z3 内 歯 車

z

, 緒 元 歯 数 (枚 ) 歯 先 円 径 (mm ) ピ ッ チ 円 径   (mm モ ジュ

ル   (mm ) 円 ピッチ t   (mm ) 781FD     22 21

3023

9563

0263

02

16.

5719

1657

 5458

35

2

3672

3952

7402

334

7

4367

5248

6087

332

一 13 一

(6)

湘 南工科 大 学 紀 要 第

25

巻 第 1 号 表 3 太 陽歯 車  

R

= 3

82 (単 位 mm 表 4  遊 星 歯車の半径 方向に対 する歯 厚       (単 位 mm ) 歯の位 置  

1

 

2

  3  

4

  5  

6

 

7

平 均 サ ンプル

A

      サ ンプル B

3.815

      3

815 3

790      3

770

3.795

      

3.790

3.800

      

3.790

3.770

       

3.

805

3.750

       

3.

800

3

745       3

775 3

781

      3

792

数 値 を 用い て図 式に求め る と

Zi とZ2 の 中 心 間 距離は

19.

51mm

と なり, 内歯 車に組み込ん だ時の直径は

62.

96 mm と なる。 こ の値は 内歯車の歯 底 円 直 径

63.

02

 mm と

0.

06mm

の差を生 じ

遊隙の

因と な るQ

 

実 際の機 構に組み込 ま れて い る各歯 車を形状 測定器 コ ン トレ

を 用い て計 測 し た。 各 歯 車 と も設 計 値との 比較を行 う目的で

陽歯 車で は円弧の 半径

R

を 測 定 し

遊 星 歯 車では歯 厚 を 測 定 し

内 歯 車で はそ れ ぞ れの ピ ッ チ角 を 測 定し た。 測 定 結 果 を 表

3〜

表 6に示 す。 表

3

か ら太 陽 歯 車の歯 形半径

R

は 設計値 R = 3

82 ±0

025mm 比較し て そのは小さい。   表 4か ら遊星歯 車の 歯厚は歯 元 付 近では設 計 値に近い 値を示 し, 歯先付 近で は設計 値よ り大 きな値を 示 し てい る。 特に サ ン プル

A ,B

A

は操 作 性の優れ てい る デバ イ ス

, B

は操 作 性の劣るデバ イ ス。}を比較すると 

B

の方が 設計値との差が大 きい。 ま た  歯丈につ いての 測 定の結 果

設 計 値 よ り大 き な 値を持ち

歯幅につ い て も 設 計値よ り大きいであっ た。 表 5か ら

内 歯 車 Z弓 の ピ ヅ チ角は

設計 値に対し て 7

05 ° 〜 7

34° ば らつ い てい るQ さ らに歯 形を歯厚の中心 で分 け た と き

左 右 対称でない こ とが認めら れ た。 表

6

から

内歯 車

Zs

の ピ ッ チ角は, 設 計 値 を上 まわっ てい る。  

2.

1.

4.

逆 転 不 可 につ い て  不思議 歯車機構は

大き な減速比を得る ため の機 構で あ る。 入 力 側 と出 力 側の節の交替 を すると

増 速 機 構 と して も考えるこ と がで ぎる は ずで ある が

現 在まで の と ころ増速 機 携 として利 用 さ れた例は ない 。 その理 由は

力の伝達

方向の み で, 逆 方向に は伝達出 来 ない ため で ある。   図

7

は 不 思議 歯車 機構 を 応用し たデバ ス の ロ ッ ク機 構を図 示したもので

逆 転不 可の機 構を 説 明 するため の 歯 厚 位 置                

 

                                              サン プル

A

      サン プル

B

1

      互

4,662

      

4.692

4

578      

4.

609

4,468

      4

494 4

266       4

293 3

984      4

013

3.593

      

3.696

3.168

      

3.

182 2

514      2

488

II

      II 4

666

      

4.

692

4,

567

      4

603

4

441       

4.485

4.248

      4

299

3。956

      

4.

017

3

540      3

619

3.

134       3

199

2,

351

      

2.533

III      III 4

671

      

4.

671

4.

579

       

4.

582

4.

466

      4

479 4

258      

4.309

3

964      4

036

3.552

      

3.661

3.122

       

3.272

2.394

      

2.722

IV

       

IV

4。683

      

4.

677

4

587      4

598 4

574       

4.

468

4

274       

4曾

265

3

979      3

980

3.559

      3

564

3

131      3

146 2

385

      

2.

353

表 5 歯 車

Zl

1

ピ ッ チ角 (単 位

deg

) 歯の位 置

1200

サンプル

A

サンプル

B

7

3007

2627

150

7

1407

2527

063

(7)

歯 車に 関 す る 研 究 第1報 (田 辺 明

平 綿 勝 彦

露 木 光 夫

浜 松 茂 徳

岡 田雅 博 ) 衰 6 歯 車 ZL の 1 ピッ チ 角 (単 位 deg) 表 7 遊隙 量 と 操作力 歯 の位 置 ー ワ

nJ サ ンプル

A

     サ ンプ ル B サ ンプル

7.

 

3007

2627

150

7.

1407

2527

063

AB

遊 隙 量 (mm )  操 作 力 (kg

cm ) 384710

0

On4359 遊星歯 車 Z2 クルシフォ

厶 図

7

不 思 議 歯車を 応 用 し た デバ イ ス の ロ ヅ ク機 構 もの で あ る。 内歯 車 Z4 に回 転 力が作 用し た とき, こ の 力に よ り遊星歯 車

Z2

の歯面の接触面は矢印方向の力 が 作 用し押され

内 歯 車か ら 抜 け 出 よ う とする が

遊星歯 車 Z2 の軌道 を 維持する た めの クル シ ホ

ムが抵抗 力と な り抜 け 出 すこ とができず

回転力は 歯先に対する剪断 力 と な り

内 歯 車が 固定さ れて い る た め に機 構は 卩 ッ ク 状 態 と な り逆 転 し ない。  

2.

1.

5.

遊 隙と操作 力に つ い て   遊隙のと な る もの の う ち

機 構上避 けら れ ない も の と

歯形修正 で避 ける事のできるもの と がある。 図

5,

6

に示 すよ うに

歯 先 円の直 径は 同

で あるが ピ チ 角は理 論上, 内 歯 車

Z3

17.

4

°

内 歯 車

Z

, は

14.

4

° で

その差 2

74

° か ら 生 まれる遊 隙は避 けられない。 こ 内 歯 車Zl 歯 享Z2 図 8 サ イク ロ 減 速構 を 応 用 バ イ

15

(8)

湘南工 科大学紀要 第

25

巻 第 1 号 表 8 各 歯 車の諸元

 

緒       元 名   称 歯数 (枚 〉 モ ジ

ュー

ル  圧 力 角 (mm       ° ) 転 移 係数 内歯車 Z1 外歯車

Z2

3029

1.

65

      20

1.

65

       

20

十1

297

1.146

の角 度は内 歯 車 の 歯先で 1

30mm の遊 隙を 生 じ させ る。 つ ぎに

歯形修正に よ り

遊星歯 車

z2

と内 歯 車

z3,

Z4 との噛み合い時に内 歯 車の歯 厚 が中心か ら み て対称 で なくな り

遊 隙を 生 じ させ てい る

さ らに

太 陽 歯 車 の歯 厚が設 計 値よ り小さいた め, これ も遊 隙の原 因と な る。 ま た

各歯 車を噛み合わ せ た ときの径と内歯車の歯 底 円 直 径との差 0

06mm も遊 隙の原因と なる。 つ ぎに, 遊 隙の値の大 小 と操作力との関 係を求め た。 その結果は 表

7

示 すとお りで

遊 隙と操 作 力は反 比 例の関係に あ る。 すな わ ち

遊 隙の値が 大 きい と操 作 力は小さく, 遊 隙の値が小さい と操作力が 大 きい とい う結 果である。

 

2

2

サ イク ロ減速機構を 応 用 し た デ バ イス  図

8

固 定 太 陽 歯 車 (内 歯 車 )

Z

、の 中に, これ と噛 み 合 う歯数 差の少ない 遊 星 歯 車 (外 歯 車 )

Z2

を 噛み 合わ せ た機構で, サ イクロ 減速 機構と呼ぽれるもの で ある。 遊星歯 車

Z2

偏心軸に は め 込 ま れ てい て

中心

02

は太 陽歯 車の

0

、の ま わ りを

01

の回 転 と 共に回る。 す なわ ち

軸 Oi の

1

回転に よ り

歯 車

Zi

Z2

の噛 み 合い点が軸

01

の ま わ り を

1

回転す るこ と に な り

そ の間に歯 数 差に相 当 する角 度だけ 逆 転す る。  2

2.

1.

噛 み 合いにつ い て  固 定 太 陽 歯 車 Z1 と遊星歯 車 Z2 の元 を表

8

に示 す。 両 歯 車の歯数差 は

1

枚であ り

固定 太 陽 歯 車

Z1

と遊 星 歯車 Z2 の ピ ッ チ円 直 径は ほぼ等しく

標 準 歯 車で は歯 の干 渉があ り噛み合わ すこ とができな い。 そこ で両 歯 車 と も歯 形 修 正 を 行っ て噛み合わ せ てい る。   2

2

2

減速比に ついて  固定太 陽歯車

Z

、(歯数

Zl

枚 )の回転 数を n、, 遊 星 歯 車

Z2

の回転 数を n2 とすれば

次式q ) 得る。    

(ZrZ2 )        

°

n2 nl=        z2 (

3

) (

3

)式よ り, 最 大の減速 比は (Zl

Z2

1 の と きで

nl = (

− 1

/Z2)

n2 と な る。 実際 この 装 置で は

歯 数 差は 1枚であ り, 減 速 比は

一1129

である。 す なわ ち, ダ イ ヤル での 入力

1

回 転に対して出 力 軸は

12.

4

° 回 転するこ とになる。 こ の 値 はシ

トを リクラ イニ ン グ さ せ る場 合の操 作 上の適 当 な 値とし て決め られたもの である。  2

2

3

歯 形 につ いて  両 歯 車 と も歯 形 修 正 を 行っ て噛み合 わせ てい るが, 歯 形を仮想的基準ラ ッ ク型工 具 を用い て創 成 し た もの とす る。 こ の と き

内 歯 車との噛み合い 方程 式か ら圧 力角α b) は

inv

α

2tan α 。(x2

x、)

1

(z2

− z

、)+inv α

4

} (4) 式に諸 元の値 を代入 す る と, invα ・=o

12483 イン ボ リ

ュー

ト関 数 表か ら α

;38.

62

° となる。 これ か ら

中心 距 離 増加係 数 y は (5)式に代入 して

  Z2

Zl       (cos ac cos α

1) y1

     

2

=0.10138

 mm 。 (

5

) し た がっ て

転 位歯車の中 心 距 離 a は , m をモ ジュ

標 準 歯 車の ときの 心距 離を a。 とすると

  式 に代入 して a = ao 十y

m

O

9923mm

6

、β3

53

B

02

Q

9

 転位 後の ピ ッチ 円で の か み 合い

16

(9)

歯 車 に 関 する研 究 第 1報 (田 辺 明 ・平 綿 勝

木 光 夫

浜 松 茂 徳 ・ 岡 田 雅 博 ) 表 9 各 歯 車 の解 析 結 果 名  称 緒      元 歯先円経

1

(mm 》 歯 底円経   ピ ッ チ 円 円 弧 歯 厚 (mm )  経 (mm )  (mm 内歯車

z1

44

歯 車

z251

6142

7754

91   

49.50

    4

15

47.25

    

47.

85     3

97 とな り

lmm

程 度し か離れてい ない から

歯が重 なっ て し ま い

二 つ の歯 車は 噛み 合 えない。 そこ で両歯 車を転 位 修正する 必要 が 生じ る。 い ま

転 位 係数を X とす れば

転 位量は X

m で

設計値 よ り転位 量 X

m は

固 定 太 陽 歯 車

Zi

2.

14

 mm

遊 星 歯 車 Z2

1.

89

mm となる。 また 歯 丈は

2.

25・

m で

3.

713mm となる。 そこで図 9に示 す よ うに転 位後の ピッ チ 円で二 つ の歯 車 が噛み合 う とする と

両 ピッ チ円の 間に 2

15mm の隙 間が で るが

こ の隙 間に 両 歯 車の歯 先 2

m

3

30 mm が入 ら な け れ ば な らない。 し たがっ て

3

30

2

15=

1

15 mm だ け 両歯車か ら合計で削 り落 と さ な け れ ば な ら ない。 実 際は表

9

に示すように

遊星歯 車

Z2

で歯先 円直 径は 52

77mm で

計 算値は 54

93mm と な り

2.

16mm

を削 り落 として お り

固定太 陽 歯 車 Z、で は 同 様に

51.

61mm

50.

48mm

その 差

1.

13mm

を 削り落 とし て い る。 片 側の 削 り落とし の量は

遊 星 歯 車 Z2 で

1.

08

 mm 固 定 太 陽 歯 車 Z で 0

571nm

と な り 合 計 1

65 mm と な る。 こ の 値は 両 歯 車か ら削 り落 とす 量

1.

15mm

より

0.

5mm

大き くな っ てい る。 すな わ ち

計算値よ り0

5mm 余 分に削り落 し て い るこ とに な り

遊隙の原 因 と なる。   2

2

4

逆転不可につ い て  図 10 に示 すように

固 定 太陽 歯車 Z, に回転力 を 加 え る と, 遊星歯車

Z2

Zl

か ら 抜け 出よ うとする が

図 11 に示 す 偏心軸の偏心量が抵 抗と なっ て 抜け 出せ ず, 車 Zl 図

10

サ イ クロ 減 速 機 構 を 応 用 し た デバ イス の ロ       ッ ク 機 構 図

11

 偏心 軸 回転 力は遊星歯 車の 歯 先に対 す る剪 断 力 と なっ て 逆 転 し ない 。 なお

こ の装 置の偏 心 量は

3mm

こ の量だけ 背 持たれシ

トは揺動する 欠点がある

3

リク ライニ ングデバ イスの材 料と         製 造工 程 にっ いて   図

12

と 図

13

に ラ ッ チ式 とP

タ リ方 式デバ イス の 形 状を示 す。 本 報 告で は

今 後 使 用 を 考え てい る安 価な 熱 間圧 延鋼 板 (

SPHC

)と

現状で使用さ れて い る自 動 車 搆 造用熟 間 圧 延 鋼板 (

SAPH45

)を取 り

L

製 造工程 が 材料の組 織に及 ぼ す 影響につ い て

また

試 作 段 階に お い て展開 形 状 検 討 品に つ い て

形 状 変 更をか な りの 回 数 行 う ため

ワ イヤ カ ッ ト

あるい は レ

ザカ ッ トに よ る 工程が必 要 と な る。 ブ ラ ン ク材 の形状が決定 し た後

ブラ γ ク型を作製 し て製品を仕 上 げて い く

こ こ で は

カ ッ ト方 法が材 料の組 織に及ぼす 影 響 と大 越 式 摩 耗 試 験 機に よ る耐摩 耗性につ い て 比 較 検 討し た。   3

1

丿ク ラ= ン グデバイス の製 造工程が材 料の組       織に及ぼす 影 響  まず

製 造の第 1工 程 は

展 開形状の切 り出 しで

外 図 12 ラ ッ チ 式 リ ク ラィ ニ ン ゲデバ イ ス の形 状

一 17 一

(10)

湘 南工 科 大 学 紀 要   第 25 巻   第 1 号 サ イ ク ロ 減 速 機 構       不 思車 機 構     図

13

リ方 式 リク ライニ ン グデバ ス の形 状 500 400

9

− re 

300

200

100

Oo       50      100      150        加工 面 か らの 踵離 (μm ) 図

14

1

工程 (外周ブラ ンク とセ ン タ穴ピァ ス)の硬 さ変 化 200 周ブ ラン クとセ ン タ穴 ピ アス 工 である。 図

14

は切 り 出し た

SPHC

素 材 表 面か らの 硬さ変化 を 示 し た もの で Hv  120 程 度 し て い る。 ま た

15

はその組織で

ほぼ

定の フ ごラ イ トで形 成されてい る。 中心 部 と 表 面 付近の結 晶 粒 を 比較し た場 合, 表 面か ら 100μm 程度ま で晶粒が粗 大 化し てい る。 図

16

は第

2

工程の歯成形 部のりとセ ンタの パ

リン グ加工の ド卩

工程 で の 硬 さ変 化 を 示 した もの で あ

硬 さは

Hv

 

120

程 度で

してい る。 図 17 に その組 織を 示 す

ア ン グル 部の 内側 に おい て は, 組織がつ ぶ さ れ, 曲げの 中心 に向かっ て逃 げて お り

内側 表 面付 近の組織は 中心部 組織よ り粗 大 化 してい る。 これ はブ ラ ン ク材の状 態がその ま ま影 響 して い るのが わか る。 これに対し て, 外 側で は組織が引っ 張 られて 横に伸び てい るこ とがわ か る。 すな わ ち, 中 央 部

(11)

歯 車に関 する研 究 第 1報 (田 辺 明 ・平 綿 勝 彦光 夫松 茂 徳岡 田 雅 博 ) 表面 中心 部 衰 面

15

1

工程 (外 周ブラ ン ク とセ ン タ穴 ピア ス)の組 織 500

40095ro

 

300

200 100 O  o       50               100                150        加 工 面 か らの 距 離 (−iM ) 図 16 第 2工 歯成形部絞 り とセ ンタ 穴バ

リング)の硬 さ変 化 200 を境に し て内側で圧縮 応力, 外側で は引 張応 力が作 用し て い る と考え ら れ る

 第

3

エ程で は

ドロ

じ た残 留力 除 去 的とした 焼 な ま し工 程 を経て 歯 部 とセ ン タ穴の成 形を行 う。 図 18 は こ の ときの硬 さ変化 を 示 し たもの で第 2工 程と同様

Hv

 

120

定 して い る。 図

19

は その組 織 を 示 し た もの で ある。 第 2工程 よ り, さ らに組織の 変 形が 著しくなっ てい る。 ま た

ア ソ グル 内 側 表 面に ク ラ ッ ク が 生 じ

表面の粗大化 し た粒 界に沿っ て内部に及 ん でい るo  つ

4

パ リ

研 摩工程を経て

最 終の 耐摩 耗性向上を 目的 とし た侵 炭 処 理 と焼 入 れ

焼 も どし の 熱 処 理工 程である。 図

20

は熱 処 理工程で の硬 さ変 化 を 示 し たもの で

表面か ら

10

μm まで硬 さの低 下 が 見 られ

20μm 付 近で最 高 硬さ Hv  450 を 示 し てい る。 100μ m 以後は

Hv

 100 で

定して い る。 図 21 はその

19 一

(12)

湘 南工 科 大 学 紀 要 第

25

巻 第

1

号 (平行 部 内 側 表 面 付 近 )

衰面 (ア ングル部 内側表 面付 近 ) 図 17 第 2工 程 (歯成形部絞 りとセ ンタ穴バ

リ ン グ) 表面付近の

100

μm

表面

》 巴 恤 500 400 300

200

100 00    50      100   

         

150

       加工面か らの距 離 (μm ) 図

18

3

工程 (歯 部 とセ ン タ穴の 成形) の 硬 さ変 化

200

組織を 示 した もの で

前工程まで存 在 し てい た内側, 外 側の 工 に よ るフ ロ

ラ イン はすべ 消 失

表 面 付 近 の マ ル テ ンサ イ ト と, マ ル テン サ イ トとフ

1

ライ トの 混 合組織を経て フ

ラ イ ト相が察で きる。 表面 で硬 さの 低下があっ た が 熱 処 理 に よる脱 炭 層 は 確 認 出 来 なか っ た。 また

V ル テ ン サ イ ト相は粗い 状態で 存 在し てい る。 これは 素 材の時 点で生じて いた表面付近の フ ェ ライ ト結 晶 粒 粗 大化の影響が こ の最 終工程に まで 及 んで い

一 20 一

(13)

歯 車 に開 す る 研 究 第 1報 (田 辺 明 。 平 綿 勝 彦

木 光 夫

浜松茂徳

岡田雅博 ) (平 行 部 内 側表面 付 近 )

← 表 面 ←

表 面                                 (ア ングル部割れの拡 大)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 孅

19

3

工 程 (歯 部とセ ンタ 穴 の 形) 表面付近の織  

500

  400 9 モ re 300   200   100     0       0

 

, o

一一一

〇 50      100      150           加工面からの距 離(Am )   図

20

第 4工 程 (熱 処 理)の硬 さ変 化      

一 21 一

200

(14)

湘 南工科 大 学 紀要 第 25 巻 第 1 号 ルンサ イ ト ェ ラ イ ト      

100

μm

       癩

21

4

工 程 (熱処 理) 表面付近の組 織 るこ とを 示し てい る。 中心部は焼入れの影 響 を 受 けたフ

ライ トの粗 大化が見 ら れ

硬さ で前工程 よ り

Hv

20

程 度 低 下 し てい る。  以 上 の工程 を 組 織 と硬 さ よ り検 討 し た結 果

の こ と が判明し た。 まず

3

工 程での歯 部の成形時に おい て

内 側に生 じた ク ラ ッ クは, 前工程の歯 成 形 部 絞 り時 の残留応 力に よ る もの で

焼 な まし処理 の正 な 温 度 と 時間を設定する こ とに よ り解 決で きる。 つ ぎに

素材に 生 じて い た 表 面 部の結 晶 粒 粗 大 化層は中心部の結 晶 粒 と そろえる か

微 細 化の方 向に もっ てい か ない と最 終 熱 処 理 工程 の表 面 硬 化層に認め られる粗い マ ル テン サ イ トの 形 成 とい う好 ま し くない状態につ なが り

最 終工 程に お い て耐 摩 耗性に必 要 な 硬 さ を得るこ と が 困難に なる。 ま た

最終工程で見 ら れ た 中 心 部の結 晶粒粗大 化は侵 炭処 理 温 度と時 間で決で る。

 

3

2.

素 材の切 リ 出 し方 法 が 組 織 に 及 (

2

す 影響

 

試 作 段階で行わ れる展開形状検 討 品に つ て, 形 状変 更を行う際

種 々 の カ ッ ト方 法がある。 その う ちワ イ ヤ カ ッ ト

ザ カ ッ ト

シ ャ

リン グカ ッ トが組 織に及 ぼす 影 響に つ い て比 較 検 討 を 行っ た。 図 22

23

24 は

そ れ ぞれ カ ッ ト の方 法に よ り

素 材の硬 度がカ ッ ト面か らの距 離に よ っ て変 化 する模 様を 調べ た結 果である。 図

22

の ワイヤ カ トの合に は, 表面付近で Hv  10程 度 の低下 が 見 られるもの の

内 部では

Hv

 

120

でほ ぼ

200

150   oo

初 50

R

。ノ )一 。

o o o 0  0 50       100 カッ ト面か らの距離 (μn 150 図

22

ワ イ ヤ カ ッ トが

SPHC

素 材の硬 さに及 ぼ す 影 響

200

(15)

歯 車に関 する研 究 第

1

報 (田 辺   明

平 綿 勝 彦

露 木 光 夫

浜 松 茂 徳

岡 田 雅 博 ) 2CO 150  

oo

竹 50 ‘

_

rt )

_

。_ o

−一一一一一一一

一一

00

   

50

     

100

       150       カッ ト面 か ら の距 離 (μm ) 図 23v

ザカ ッ トが

SPHC

素 材の 硬 さに及 ぼ す影 響 200 200 150       oo       1

主 V 和

50

   

o       \

      

o丶 o 、       O− O o o 00        50       100       150        カッ ト面か らの距離 (μm) 図 24 シ

リン グカ ッ トが SPHC 素 材の 硬さに及ぼす 影 響 200 の を保 っ てい る。 図 23 の レ

ザ カ ヅ トの場 合に も

表 面 層 付 近 で

Hv

 

10

程 度の硬 化が見 ら れる。 これに対 し

24

の シ ャ

リン グカ ッ ト の場 合に は

表 面 付 近 で Hv 190 と 加 工硬 化 よ りか な りが高

か ら内部に 向か っ て の低 下 が著し い 。 図

25

は これ らの 三つ の カッ トの場合の表面の組 織 を 示し た ものである。 ワ イヤ カ ッ トの 場合には

表面に パ ル ス 放 電に よ る放電 痕が見 ら れる もの の

表 面と内 部で組 織的 には 大 き な変 化は見 られ ないQ これ に対 して レ

ザカ ッ トの場 合は

表 面か ら 50 μm の 深さにわた り変 質層が見 ら れ る。 こ れは フ ェ ライ ト層の結 晶粒界を 形 成 するパ

ライ トが不 連続に化し た もの である。 また

シ ャ

リン グカ ッ ト の場合にはワイヤ

と 異 な

組 織 が 加工方 向に 流 れ

,100

μm の 深 さで変 質層が認め られる。 以 上の結

一 23 一

(16)

湘 南工科 大 学 紀要 第 25 巻 第

1

号 ワイ ヤ カッ ト カッ ト表 面位置 レ

ザ カッ ト ← ト表 面 位    シャ

リング カッ ト

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ッ ト表 面位置 図 25SHPC 素 材 の カ ッ ト方法 に よ る組織 に 及 ぼ       す影 響 果よ り, ワイ ヤ カ ッ トが 比較 的組 織に影響がでない こと が わか っ た。   3

3

SPHC

SAPH45

の摩 耗試 験 結 果   摩 耗試 験は

SPHC

SAPH45

の 2種類の素 材 と侵 炭, 焼入れ, 焼 もどし処 理し た材料に つ い て

大 越式 摩 耗 試 験 機 を 用い

試 験 条 件 と し て

摩 耗 速 度 O

51

1

14 m s 荷 重 2

1

3.

2kgf 摩 耗距離

600

 m

湿式 (日 本鉱油 製

ッ ペ コ

T −2K

グ リ

ス)で行っ た。

 

図 26 に試 験 結 果を示 す

。SPHC ,

 SAPH45 の素 材で 比 較 すると速 度 0

51m !s では いず れ も

SAPH45

が比 摩耗量が 少な く なっ て い る。 また

熱 処 理 材を みる と素 材 よ り比 摩 耗 量が小さ く

侵炭 焼 入 れ に よ る耐 摩 摩 耗 性 の効 果 が 現 れて い る。 摩 耗面 の 面粗度 は SPHC で は

Rmaz

 

6

μ m か ら熱処後 15

2

μm

 

SAPH45

に お い て は

3.

2

μm か ら 19

5μ m と熱処理 の影 響で面 粗 度 が 大 きく なっ てい る。 なお

表 面に防 錆対策として 行われて い る り ん酸被 膜は かけない状 態で試 験 を 行っ た。 次に

摩 耗 速 度

1.

14

 m s で は

SPHC

の 素 材を除 き O

7

〜1.

lx

10

s mm2fkgf の 比 摩 耗 量 を 示 し

荷 重お よ び 熱 処 理に よ る影 響は ほ と ん ど認めら れ ない。  図 27 と図 28 に摩 擦 速 度 0

5m !s の場 合の 走 査電顕 (

JSMT ・

200)に よ る摩 耗 面の観 察 結 果を示 す。 摩擦 荷 重 2

1 kg

3.

2kgf の場 合を比 較 すると熱 処 理 材に摩 擦 条 痕 が観察さ れ る。 SAPH45 におい て は細か い条痕と

マ ル テ ン サ イ ト化 さ れたV トリッ クス で は凝着摩 耗に よ る マ ル テ ン サ イ ト相の脱落が観察さ れ る。

SPHC

で は太い 帯状の条 痕が見 ら れる。 なお

リン グ表 面に も 同様の条 痕 が 観 察 さ れる。 摩擦 荷 重に よ る影響につ い ては

両素 材で見 ら れ る ように プ レ

  リソ グ共に

2.

1kgf の 時

全 面に存 在 する深い 条痕が 荷 重の増 加に 伴い帯 状の 条 痕に変わっ て ゆ く。 ま た

,SPHC

材の 摩耗 面に は 3

5μm の陥 没 部 分が存 在 し て い るが

SAPH45 で は

荷 重の 増 加に伴い針状マ テ ンサ イ ト相の脱 落 し た部 分は 摩 擦 条 痕に より消 失し

陥 没 個 所は認め ら れ ない。 次に

摩 擦速度 1

14m !s では

 

SPHC

材を除き 比摩耗量 が小さ く

耐 摩耗 性が良 好であっ た が

摩 耗 面には陥没 個 所が認め られた。 なお

摩耗 試験結 果に お い て摩 擦 速 度 o

51m

!s で SPHC の焼入 れ材が SAPH45 材と比 較 し て 比摩耗量 が小 さい 結 果 が 得 られた。 これは

3〜5

μm の 陥 没 箇 所の存在に よ り

同種摩耗とい う摩 耗 形 態 か ら は好ま しくない状 況の下で

摩 耗 粉の生 成

脱 落に よっ て 摩 耗条痕を形 成 する こ とに よ り

逆に耐 摩 耗 性の 向上 につ な がる結 果を得た もの と思わ れ る。

4

。 結

  (1) 不思 議 歯 車を応 用 したデバ

太 陽 歯 車 と 遊星歯 車の数が極 端に少な く イン ボリュ

ト歯形で創 成 するに は無理が あ り

特別 な歯形で 創 成 して い る。  (2) 不思 議歯車の遊 星歯車に噛み合 う二 つ の 内 歯 車 の歯数 差は (

1

} 式に示 す ように遊 星 歯 車の個 数に関 係

(17)

歯車に関 する研究 第 1報 (田 辺 明

平綿 勝 彦

露 木 光 夫

浜松 茂 徳 ・ 雅 博 7       6            

0

OIOF × 曽 湿 \

EE

嘲 躍

4 3 2 1 02

1 32 SPHC  SPHC (焼 入 れ) SAPH 45SAPH  45 入 れ 7         6               5

ー O

× 曽 よ \

∈ ∈

嘲 躍 髄 4 3 2 1 o o 摩 擦 速 度 翫14m /s ●

£

::

=こ

2

1 3

2 図

26SPHC

, SAPH45 の 比 摩 耗 量 し

個 数 を減ら す と歯数 差 が減 少し 二つ の 内歯車の モ ジ ュ

ピ ッ チ円 が近似し

噛み合い は滑 らか に な り遊 隙は減る。  (3) 不 思議 歯 車の各 歯 車の形状 測 定 結 果は

設計 値 に対 してぼ らつ い てい るこ とを 示 し

加工上の精 度に問 題がある。  (

4

) 不思 議歯 車の デバ イ スに お い て加工精 度と遊 隙 お よ び操 作 力の関 係を み ると

加工精度の 高い 歯 車 を 組 み込ん だ もの程遊 隙は増え る が操 作 力は減 少 する。

 

5

) 機構が 逆転せずロ ク状 態に な るの は逆転負荷 が遊 星 歯 車の歯 先に対 する剪 断力となると考え るの が

般 的である。  (6) サ イ ク ロ 減 速機 構の デバ ス は最 大の減速比を 得られる歯数差と なっ て い る。 さらに減 速 比 を 大 き くす るに は両 歯 車の歯 数 を 増やせ ばよい 。

 

(7>

 

サイ クロ 減機 構の形は 必要 以 上に修 正 を行 っ てい る。  (8> モ ジ

ュー

ルの小さい歯 形を使 用 するこ とで

偏 心 量 を 減少さ せ るこ とができ, シ

ト の揺 動 をな く きる。  (9} 熱 間 圧延 鋼 板

SPHC

を 用い たラ ッ チ式デバ イ ス の製 造工程が組 織に及 ぼす影響は

3

工程で の歯 数 の成 形時に おい て生 じ た ク ラ ッ クは前工程の歯 形 成部 絞 り時の残 留 応 力に よる もの と判 明し た。 これ は焼な ま し 処理の適正 な 温度と時 間に より解 決で きる。 つ ぎに

素 材で生じ てい た表面 部の晶粗大 化 層は中心部の結 晶粒 をそろえるか

微 細 化の 方 向に もっ て い くこ と が望 まし い 。 そ うで ない と最 終 熱 処 理工程の表 面 硬 化 層に認め ら

一 25 一

(18)

湘 南工 科大 学紀要 第 25 巻 第 1 号 の 寸 工 」 《 u励 ∪ 工 店 の ゐ ー 議 駆 丶 如 螂

e

b。 些

N 儀

の \ 日 一 の

O

    ∈ へ ( 瓜 帥 芝 国 の

思 萎 瞳 篥 彊 e 灘 購 裂 嶷

6

κ ト  

26

(19)

僑 車に関 する研 究 第

1

報 (田 辺  明

平 綿勝彦

露 木 光 夫

浜 松 茂 徳

岡田雅 博 ) の 呼 = 」 く の Q = 氏 の 奉 亠 奉 鳳

    E 臥 如 盧 碑

e

} bo 誠 N

o り

ω \

O

O

拡 紳 芝 国 の

駕 籌 陶 羅 巒 Q 灘 貯 裂 鬣 筍 蝿 芻

一 27 一

(20)

湘南工 科 大 学 紀 要 第 25 巻 第 1 号 れ た ように粗い マ ル テ ン サ イ トの形 成とい う非 常に好ま しくない状 態につ が り, 最終工程の 目的で ある耐摩耗 性に必要な最 高硬さ を得る ことが 困 難にな る

。SPHC

素 材につ い て は ワイヤ カ ッ ト, レ

ザ カ ッ ト, シ ャ

リン グ カ ヅ トが 組 織に及ぼす 影 響に つ い て調べ た結 果, ワイ ヤ カ ッ トが比較 的組織に影 響がな く

切 断 面 も 平滑に仕 上 がる こ と が判 明し た。  (

10

) 摩 耗 試 験 結 果 に お い て 摩耗 速 度

O

51

 m s で

SPHC

の焼入 れ材が

SAPH45

材に比 較 し て比 摩 耗量 が 小さ い結果を得は理 由 として

, 3〜5

μm の陥 没箇所の 存在に よ り

同種摩耗とい う摩 耗 状 態か らは好まし くな い状況 下 生 成, 脱 落した摩 耗 粉が 不連 続な摩耗 条 痕 を形 成 するこ とに よ り

耐摩耗 性の向 上につ 結 果 を得たもの と判定し た。 ) 1 ) 2 004 ) 5 参 考 文 献 小 川 潔 ・ 加 藤 功: 機 構 学

p

164 (1989)森 北 出版

佃   勉: 機構 学の基 礎, p

179 (1986) 現 代工 学 社

佃   勉 : 構 学 , p

174 (1988):1 ロ ナ社

高田三郎: 機 械 要 素 機 構 学 , p

114 (1975)理 工図 書

中 田 孝 :転 位 歯 車, P

133 (1980)誠 文 堂新 光 社

一 28 一

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