JP2009192024A - 撹拌損失低減機構 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータによって歯車機構の歯車を振動させて、歯車と潤滑油との界面にキャビテーションを生じさせるこにより、潤滑油のつれ回りによる撹拌損失を低減させる撹拌損失低減機構を提供する。
【解決手段】主として、動力伝達機構の「掻き上げ潤滑方式」による潤滑油の撹拌損失による動力伝達効率の低下を、アクチュエータ１１によって高周波領域で振動させた歯車機構の歯車と潤滑油との界面にキャビテーションによる気泡を生じさせることにより、潤滑油のつれ回りによる撹拌損失を低減させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、歯車機構が潤滑油を撹拌することによって生じる撹拌抵抗を低減し得る潤滑油の撹拌損失低減機構に関するものである。

周知のように、車両用の変速機などの各種機械・装置類では、相互に噛合された歯車あるいは軸受の内輪および外輪と転動体となどにおいて、相対回転する回転部材同士の発熱、焼き付き、摩耗などを抑制するために潤滑油を供給して、その部位の潤滑および冷却が行われている。その潤滑の形式として、オイル溜まりの潤滑油をオイルポンプで吸引し、加圧して軸受や歯車などの潤滑箇所に供給するいわゆる強制潤滑方式や、歯車機構下部に設けられたオイル溜まりの潤滑油に歯車機構の一部を構成する回転部材によって掻き上げて潤滑箇所に供給するいわゆる掻き上げ潤滑方式などの形式が知られている。

上記２つの潤滑方式を比較すると、「強制潤滑方式」は、オイルポンプを用いて潤滑油を圧送し、潤滑油必要部に集中して供給することができる反面、「掻き上げ潤滑方式」と比較して小型、軽量化が難しいという欠点がある。また「掻き上げ潤滑方式」では、オイルポンプを設ける必要が無い分、小型軽量および低コストである。しかしながら、潤滑油はその機能を果たすためにある程度粘度が高く、そのため撹拌抵抗が大きくなったり、必要な量以上に掻き上げられることによる動力伝達エネルギの損失が生じる。これがいわゆる歯車機構の撹拌抵抗あるいは潤滑油の攪拌損失であり、「掻き上げ潤滑方式」では「強制潤滑方式」と比較して、撹拌損失が大きくなるという欠点がある。

この種の問題に着目した「掻き上げ潤滑方式」の一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１には、潤滑油の撹拌損失を低減させて動力伝達効率の低下や燃費の悪化を低減させるために、トランスミッションケース内のオイル溜まり部とリダクション装置を収容するリダクション装置収容部との間に仕切りを設け、リダクション装置につれ回る潤滑油を掻き出してオイル溜まり部へ移行するように構成されている。

特開平１０−２５２８７１号公報

上記の特許文献１に記載された潤滑装置は、トランスミッション内において、リダクション装置の各ギアによる撹拌抵抗低減のために、リダクション装置収容部に溜まっているオイルをギアの回転エネルギを利用して仕切りを越えてオイル溜まり部へ掻き出すとされている。したがって、リダクション収容部内の潤滑油面が低くなるから、リダクション装置の潤滑油に没する部分が少なくなり、撹拌損失が低減し、動力伝達効率や燃費の向上が図れるとされている。しかしながら一般的なトランスミッションでは、径の異なるギアが複数個並んで配置されており、比較的径の大きいギアの撹拌抵抗を減少させようとすると、径の小さいギアの周辺は潤滑油不足になりやすく、全てのトランスミッションにおいて、各ギアの潤滑と特許文献１に記載された潤滑構造との両立は構造上容易ではない。

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、どのような形のトランスミッションであっても各ギアを潤滑させ、潤滑油の撹拌抵抗を低減させて、動力伝達効率および燃費の向上を図れる撹拌損失低減機構を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、潤滑油に浸されて、潤滑油を撹拌することによって潤滑される歯車機構を備え、前記歯車機構が潤滑油を撹拌することによって動力伝達効率が低下する動力伝達装置の撹拌損失低減機構において、前記歯車機構と潤滑油との間にキャビテーションを生じさせるためのアクチュエータを備えていることを特徴とする撹拌損失低減機構である。

請求項２の発明は、前記アクチュエータは、電気的に制御されて、前記歯車機構を高周波領域において振動させ、かつ前記歯車機構の両側面を挟み込むように配置されることによって、その軸方向に振動させて前記歯車機構の両側面にキャビテーションを生じさせることを特徴とする請求項１に記載の撹拌損失低減機構である。

請求項３の発明は、前記アクチュエータは、前記歯車機構におけるいずれかの歯車の側面に配置され、かつ一部を潤滑油中に浸漬された振動板を加振して前記潤滑油中に気泡を生じさせるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撹拌損失低減機構である。

したがって、この発明に係る撹拌損失低減機構によれば、ケーシングの底部に貯留された潤滑油内において、歯車機構の歯車はアクチュエータによって軸線方向に振動し、あるいは歯車機構の歯車の側面に設けられた振動板が軸線方向に振動する。すると歯車の側面に接している潤滑油あるいは振動板と接している潤滑油は、振動させられることによって、瞬間的な圧力の急上昇あるいは急下降を受ける。その結果、歯車の側面あるいは振動板と潤滑油との間にキャビテーションによる気泡が生じ、その生じた細かな気泡が歯車側面あるいは振動板と潤滑油とを分離し、歯車機構による潤滑油のつれ回り、すなわち撹拌抵抗が低減される。なお歯車機構の歯車と振動板はアクチュエータによって軸線方向にのみ振動させられるから、シャフトに対して垂直かつ潤滑油との接触面においてのみ、潤滑油の圧力の急上昇および急下降が起こり、キャビテーションによる気泡は歯車機構の歯の部分には生じない。その結果、歯車機構の歯車と対になって噛み合う他の歯車機構の歯の部分の潤滑は保たれる。また、撹拌抵抗を抑えることができることにより、動力伝達機構の動力伝達効率および燃費が向上する。

さらに潤滑油を強制的に潤滑させるオイルポンプなど、それを用いることで動力源に対する負荷になり、結果として動力伝達効率を低下させる部材を付加する必要がなく、かつ「強制潤滑方式」と比較して、特別な送油経路を必要としないため、装置全体を簡素化することができる。

また付言すると、始動時や冬季などの比較的気温が低く、その温度の影響を受けて潤滑油温が低く粘性が高くなることにより撹拌損失が大きくなりやすい場合においても、この発明にかかる撹拌損失低減機構によれば、歯車機構による潤滑油のつれ回りを低減させられるので、動力伝達効率および燃費の悪化を抑制することができる。

つぎにこの発明を具体的に説明する。この発明に係る撹拌損失低減機構の対象となる動力伝達機構の一例を示したのが図２であり、ここでは一般的な前輪駆動車のマニュアルトランスアクスル１の透視図を示した。この発明における動力伝達機構とは、図２において、トランスアクスル１であり、トランスアクスル１はトランスミッション部２とディファレンシャル部３とから構成されており、ケーシング４に保持されている。そのケーシング４は例えばアルミニウム合金や鋳鉄などの金属材料により形成されている。ケーシング４の内部には、インプットシャフト５およびアウトプットシャフト６およびディファレンシャルケース７が設けられている。これらの各シャフトケースは、それぞれの回転軸方向が互いに平行に、かつほぼ水平に配置され、それぞれシャフト受によって回転自在にケーシング４に保持されている。

なお、図示しないが、トランスアクスル１の高さ方向において、インプットシャフト５よりもアウトプットシャフト６の方が低い位置に配置され、さらにアウトプットシャフト６よりもディファレンシャルケース７の方が低い位置に配置されている。

インプットシャフト５には、駆動力源の回転シャフト（図示せず）が動力伝達可能に連結されている。すなわち駆動力源からインプットシャフト５に伝えられた動力は、インプットシャフト５に設けられてハブスリーブ８で選択されて係合されたギアと対になるアウトプットシャフト６のドリブンギアへ伝えられ、そしてさらにディファレンシャルケース７のリングギア９を介してディファレンシャルケース７へ伝達されている。ディファレンシャルケース７に伝えられた動力は、ディファレンシャルサイドギア７ａに連結されたドライブシャフト（図示せず）を介して車輪（図示せず）に伝えられている。

ケーシング４の内部、具体的にはケーシング内の底部には、ケーシング内の潤滑油１０が貯留されるオイル溜め４ａが形成されている。なお、オイル溜まり部はオイルパンなどの潤滑油１０の貯留を目的として設けられた部分だけでなく、所定のハイジングあるいは図２に示すケーシング４の底部であってもよい。そして、そのオイル溜め４ａに貯留された潤滑油１０にこの発明における歯車機構の一部、すなわちギアの一部が浸漬されている。具体的には、リングギア９の一部およびアウトプットシャフト６に設けられたギアの一部が、あるいはギヤの少なくとも一部の歯先面がオイル溜め４ａに貯留されたオイルの液面Ｓよりも下方に位置してオイルに浸漬するように、リングギア９およびディファレンシャルケース７、ならびにその他の各ギヤおよび各シャフトなどから構成される歯車機構が、ケーシング４の内部に配置されて保持されている。

この発明に係る撹拌損失低減機構の一例を模式的に示したのが図１である。図１に示すギア１２は、潤滑油１０に浸されることによってそれ自身が潤滑され、あるいは対となる他のギアを潤滑するものであって、例えばディファレンシャルケース７に設けられたリングギア９がその例である。アクチュエータ１１はギア１２を軸線方向に振動させてキャビテーションを生じさせるためのものであって、被振動ギアの側面に、その被振動ギアの回転中心に合わせて挟み込むように配置されている。またアクチュエータ１１を保持する部材としてホルダ１３が設けられており、そのホルダ１３は、前記ギア１２を支持している回転軸１４に取り付けられている。ここで言うアクチュエータ１１とは、例えば圧電素子などであり、アクチュエータ１１ａとアクチュエータ１１ｂとは、その振動が対になるように制御され、あるいは構成されたものである。すなわち周期および振動方向が同一となるように構成されている。また、アクチュエータ１１はキャビテーションを生じさせやすい高周波領域において、被振動ギアを振動させるように構成されている。その振動の特性を示したのが図３である。アクチュエータ１１が圧電素子である場合には、その電圧の特性が振動の特性となる。なお、図３に示す振動特性は、圧電素子の極性を適宜に設定することにより得られる。

潤滑油１０は例えばこの発明に係る撹拌損失低減機構の対象とする動力伝達機構において、係合して動力を伝達する部材に用いられて、その動作を滑らかにして摩擦力や摩耗を低減させて、また冷却することができ、かつ所定の粘性を有し、キャビテーションによって生じた気泡を消すための消泡剤を含むものである。

図１および図２に示す構成では、例えば走行時において、駆動力源からの動力が伝達されると、先ずマニュアルトランスアクスル１にトルクが生じる。トルクが伝達されると、潤滑油面Ｓに浸漬されたギア１２が回転し、それに伴って潤滑油１０がその粘性によってギア１２につれ回り装置全体が潤滑される。同時にアクチュエータ１１が駆動してギア１２を軸線方向に高周波振動させるので、そのギア１２の側面では、ギア１２に接する潤滑油１０に対して瞬間的な圧力の急上昇、急下降が起こる。その結果、ギア１２の側面ではキャビテーションが起こり、潤滑油１０の気泡が生じる。ギア側面に生じた気泡の層により、ギア１２に接する潤滑油量は低減させられ、潤滑油１０が過剰にギア１２につれ回されることによる撹拌損失を低減させることができる。

なお、被潤滑ギアの径の差違による潤滑油量の供給について、この発明に係る撹拌損失低減機構では、動力伝達効率を妨げるギア１２の過剰な潤滑油１０のつれ回りを低減するのであって、被潤滑ギアの径の差違による潤滑不良や不足が生じることはない。また、冬季などの低温時であって、その温度の影響を受けることによって潤滑油１０の粘性が比較的高くなる場合においても、この発明に係る撹拌損失低減機構では、動力伝達効率を妨げる過剰な潤滑油１０のつれ回りを低減するのであって、潤滑不良や潤滑不足が生じることはない。

付言するならば、始動時や冬季などの低温時などの潤滑油１０が所定の動作温度に達しておらず、潤滑油温を上げる必要がある場合には、アクチュエータ１１をあえて駆動させず、撹拌損失を無視し、トランスアクスル内に潤滑油１０を行き渡らせることによって、潤滑油１０をその所定の適した動作温度に比較的早く上昇させることができる。

つぎにこの発明の他の具体例について図４を参照して説明する。図４はギア側面にプレート１５を介在させ、このプレート１５をアクチュエータ１１によって高周波領域で振動させて、キャビテーションを生じさせて撹拌損失を低減させるように構成した例である。他の構成は、図１に示す構成と同様であるから、図１に示す構成と同様の部分には図１と同様の符号を付してその説明を省略する。ここで言うプレート１５とは、ギア１２の側面にあって、ギア１２に対する潤滑油１０のつれ回りを低減させるために、ギア１２の側面にキャビテーションを生じさせることができるものであればよい。すなわち、プレート１５はギア１２の側面を覆う大きさを備えてあればよく、質量を最小限に抑えることができる。

したがって、ギア１２と比較して質量の小さいプレート１５のみをアクチュエータ１１によって振動させるため、キャビテーションを生じさせるためのエネルギを小さく抑えることができる。また図１に示す構成と同様に、冬季などの低温時であって、その温度の影響を受けることによって潤滑油１０の粘性が比較的高くなる場合においても、図４の構成によれば動力伝達効率を妨げる過剰な潤滑油１０のつれ回りを低減するのであって、潤滑不良や潤滑不足が生じることはない。

付言するならば、始動時や冬季などの低温時などの潤滑油１０が所定の動作温度に達しておらず、潤滑油温を上げる必要がある場合には、アクチュエータ１１をあえて駆動させず、撹拌損失を無視し、トランスアクスル内に潤滑油１０を行き渡らせることによって、潤滑油１０をその所定の適した動作温度に比較的早く上昇させることができる。

したがってこの発明に係る撹拌損失低減機構によれば、歯車機構の歯車と潤滑油との界面に、アクチュエータ１１によってキャビテーションを生じさせることにより、過剰な潤滑油１０のつれ回りを低減させられるので、主として「掻き上げ潤滑方式」による潤滑油１０の撹拌損失による動力伝達効率の低下を低減させることができる。また撹拌損失を低減させるための特殊なケーシング構造や、「強制潤滑方式」に用いられるようなオイルポンプおよび送油経路を必要としないので、構成が簡素化される。その結果、動力伝達効率および燃費を向上させることができる。

なお上述した具体例は、いずれも歯車機構であるギア１２あるいはギア側面に設けたプレート１５を、圧電素子をアクチュエータ１１として用いて高周波領域で振動させることでキャビテーションを生じさせて撹拌損失を低減させる例であるが、この発明は上述した具体例に限定されないのであって、例えば超音波モータなどを用いて被振動部材を振動させてキャビテーションを生じさせ、潤滑油のつれ回りによる撹拌損失を低減させるなど、この発明に係る撹拌損失低減機構を実施できるものであればよい。

この発明に係る撹拌損失低減機構を模式的に示す図である。 この発明に係る撹拌損失低減機構の対象とする動力伝達機構の一例を示す図である。 この発明におけるアクチュエータの振動特性の概略図である。 この発明に係る撹拌損失低減機構の他の例を模式的に示す図である。

符号の説明

１…マニュアルトランスアクスル、 ４ａ…オイル溜、 ７…ディファレンシャルケース、 ７ａ…ディファレンシャルサイドギア、 ８…ハブスリーブ、 ９…リングギア、１０…潤滑油、 １１…アクチュエータ（１１ａ、１１ｂ）、 １５…プレート（１５ａ、１５ｂ）。

Claims (3)

1. 潤滑油に浸されて、潤滑油を撹拌することによって潤滑される歯車機構を備え、
   前記歯車機構が潤滑油を撹拌することによって動力伝達効率が低下する動力伝達装置の撹拌損失低減機構において、
   前記歯車機構と潤滑油との間にキャビテーションを生じさせるためのアクチュエータを備えている
   ことを特徴とする撹拌損失低減機構。
2. 前記アクチュエータは、電気的に制御されて、前記歯車機構を高周波領域において振動させ、かつ前記歯車機構の両側面を挟み込むように配置されることによって、その軸方向に振動させて前記歯車機構の両側面にキャビテーションを生じさせるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の撹拌損失低減機構。
3. 前記アクチュエータは、前記歯車機構におけるいずれかの歯車の側面に配置され、かつ一部を潤滑油中に浸漬された振動板を加振して前記潤滑油中にキャビテーションによる気泡を生じさせるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の撹拌損失低減機構。

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