マイクロマシン歯車の損傷モード解析とマイクロ化限界に関する研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07455074
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 久保 愛三 京都大学, 工学研究科, 教授 (10027899)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野中 鉄也 京都大学, 工学研究科, 助手 (00180761) ; 藤尾 博重 京都大学, 工学研究科, 助教授 (90026097) ; 矢部 寛 京都大学, 工学研究科, 教授 (30025936)
• Keywords: 歯車 / マイクロマシン / 信頼性 / 強度 / 損傷 / コンタミナント / 歯車精度

Research Abstract

マイクロマシン開発の要請に応じ、極小形歯車装置開発が差し迫った課題となっている。ところが、今までの歯車装置の設計法に準拠して超小型化した歯車装置を設計すると、その強度的信頼性が著しく不足する問題が出てきている。この状況を解明するため、主としてモジュール0.2,0.1mmの窒化歯車を用いた実験的研究の結果、以下の点が明らかとなった。
1.歯車の製作精度、組み付け精度が歯車の応力状態に及ぼす影響は、モジュールが小さくなるほど大きくなる。この結果、許容負荷はモジュールに比例して小さくなると通常考えられているより、さらに小さくなる。この原因は、歯車の製作精度、組み付け精度はモジュールに無関係に決まってくること、歯のばね剛さはモジュールに無関係であること、応力状態は負荷による歯のたわみと歯車の幾何学的形状誤差量の比によって決まってくることの結果である。
2.モジュールが小さくなると歯の潤滑状態に関するレイノルズ数が小さくなる。したがって、慣性力の影響に較べて潤滑油の粘性力の影響がモジュールに逆比例して大きくなり、潤滑油中にコンタミナントが常に留まるようになり、これが歯のかみ合いに巻き込まれる。この結果、歯面のみならず歯の頂部なども損傷を受け、極端に劣化した歯面状態や歯の折損を引き起こす。
3.歯車歯面の熱処理変質層の厚さはモジュールに無関係であるので、モジュールが小さいほど変質層の厚さは相対的に厚くなる。このもろい変質層が剥離して潤滑油中のコンタミナントとなり、また、歯面形状が劣化する。