JP2010242857A - 摩擦損失の低減を求めて噛合い位置を変位させる歯車伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歯車噛合いの歯面の細粗を加味したストライベック曲線の想定の下に、歯車伝動装置の伝達効率を改善する。
【解決手段】互いに噛み合わされた二つの歯車の一方は他方より軸線方向の厚みが大きくされ且つ軸線方向の一端部より他端部へ向けて歯面の仕上げ度が変えられており、両歯車は厚みの小さい方の歯車が厚みの大きい方の歯車の歯幅方向の異なる位置に対向することができるよう互いに相対的に軸線方向に移動可能であり、作動状態に応じて噛合いの摩擦係数を可能な限り下げるよう厚みの大きい方の歯車と厚みの小さい方の歯車の軸線方向噛合い位置が変えられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、互いに噛み合わされた二つの歯車間に回転力を伝達する歯車伝動装置に係る。

二つの固体面が潤滑材の供給の下に互いに摺り合わされる際に両固体面間に作用する摩擦力の大きさを両固体面間に作用する押し付け力に対する比として示す摩擦係数は、潤滑材の粘性をηとし、両固体面間の摺り合わせ速度をＶとし、両固体面間に作用する面圧をＰとすれば、ゾンマーフェルト数と称されるＳ＝ηＶ/Ｐなる値をパラメータとして、添付の図１に示す如きストライベック曲線と称される曲線によって表される特性を呈することが知られている。摩擦係数にかかるストライベック曲線により表される特性があることに着目し、内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構の制御を、過剰に駆動トルクを増加させることなく適正に行う可変圧縮比機構の制御方法として、可変圧縮比機構の摺動部の潤滑状態がストライベック曲線の流体潤滑領域にあるときには摺動部の回転速度を低下させ、境界潤滑領域または混合潤滑領域にあるときには摺動部の回転速度を増加させる可変圧縮比機構の制御方法が、下記の特許文献１に於いて提案されている。

特開２００６-３７８４４

歯車の歯は、サイクロイド歯形であれインボリュート歯形であれ、互いに噛み合う歯車の歯面どうしの接触が純ころがり接触ではないことから、互いに噛み合う歯の歯面の間には噛合いの進行に伴って滑りが生じ、歯車伝動装置による動力の伝達にはかかる歯面間の滑りによる摩擦損失が伴う。従って歯車伝動装置の伝達効率を上げる一つの対策として歯の噛合いに於ける摩擦係数を下げることが考えられる。

上記のストライベック曲線についてみると、その境界潤滑では、潤滑材を介してとはいえ、互いに滑り合う固体面の凹凸は滑り方向に互いに衝突しあう状態にあり、この間の摩擦係数は互いに滑り合う固体面の仕上げの度合いに応じて大きく異なる。それに対比して、流体潤滑では、互いに滑り合う固体面が潤滑材により互いに他の面より浮上した状態にあり、この状態での摩擦係数は互いに滑りあう固体面の仕上げの度合いによってはさほど大きくは異ならない。そして混合潤滑は境界潤滑より流体潤滑への遷移が生ずる領域であり、この状態は互いに滑り合う固体面の仕上げの度合が細かいほどゾンマーフェルト数の増大に応じてより早く生じてより早く終わり、逆に滑り合う固体面の仕上げの度合が粗いほどゾンマーフェルト数の増大に応じてより遅く生じてより遅く終わるはずである。

互いに噛み合う歯の歯面間の滑り速度は、歯車が一定速度にて回転していても、各歯について、噛合いの開始時が最も大きく、それより噛合いが深まるにつれて小さくなり、噛合いが最も深くなったところで一時ほぼ０となり、これより噛合いの終わりに向けて再び次第に大きくなる如く、各歯毎に噛合いの過程で変化するが、歯車の回転速度に基づくその平均値をＶavとし、歯の噛合い面に於ける圧力を代表する値として互いに噛み合う歯車間に伝達されるトルクＴを用いれば、歯車の噛合い面に於ける上記のゾンマーフェルト数に相当するパラメータとして、歯車噛合いのゾンマーフェルト数Ｓg＝ηＶav/Ｔなるパラメータを想定することができる。

以上の事項を勘案すると、上記の歯車噛合いのゾンマーフェルト数Ｓg＝ηＶav/Ｔを一つのパラメータとし、歯車の少なくとも一方の歯面の仕上がり度を他の一つのパラメータとして、図２に示す如き歯車噛合いのストライベック曲線を想定して歯車の噛合いに於ける摩擦係数を評価することができると考えられる。

本発明は、上記の如き歯車噛合いの歯面の細粗を加味したストライベック曲線の想定の下に、歯車伝動装置の伝達効率を改善することを課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、互いに噛み合わされた二つの歯車の間に回転力を伝達する歯車伝動装置にして、前記二つの歯車の一方は他方より軸線方向の厚みが大きくされ且つ軸線方向の一端部より他端部へ向けて歯面の仕上げ度が変えられており、軸線方向厚みの大きい方の歯車と軸線方向厚みの小さい方の歯車とは軸線方向厚みの小さい方の歯車が軸線方向厚みの大きい方の歯車の歯幅方向の異なる位置に対向することができるよう互いに相対的に軸線方向に移動可能であり、作動状態に応じて噛合いの摩擦係数を可能な限り下げるよう軸線方向厚みの大きい方の歯車と軸線方向厚みの小さい方の歯車の軸線方向噛合い位置が変えられるようになっていることを特徴とする歯車伝動装置を提案するものである。

前記の軸線方向噛合い位置の変更は前記二つの歯車の間に伝達されるトルクとそれに抗して作用するばね力の釣り合いにより行われるようになっていてよい。

或いはまた、前記の軸線方向噛合い位置の変更は前記二つの歯車の間に伝達されるトルクと、前記二つの歯車の噛合い部の温度を代表する温度と、前記二つの歯車の噛合い部の歯面間の滑り速度を代表する速度の少なくとも一つに基づいて制御されるようになっていてもよい。

上記の如く、互いに噛み合わされた二つの歯車の間に回転力を伝達する歯車伝動装置に於いて、前記二つの歯車の一方は他方より軸線方向の厚みが大きくされ且つ軸線方向の一端部より他端部へ向けて歯面の仕上げ度が変えられており、軸線方向厚みの大きい方の歯車と軸線方向厚みの小さい方の歯車とは軸線方向厚みの小さい方の歯車が軸線方向厚みの大きい方の歯車の歯幅方向の異なる位置に対向することができるよう互いに相対的に軸線方向に移動可能であり、作動状態に応じて噛合いの摩擦係数を可能な限り下げるよう軸線方向厚みの大きい方の歯車と軸線方向厚みの小さい方の歯車の軸線方向噛合い位置が変えられるようになっていれば、図２に示す如き歯車噛合いのストライベック曲線でみて、歯車伝動装置の作動に於ける歯車噛合いのゾンマーフェルト数が混合潤滑領域と流体潤滑領域の境界に対応する値より小さいときには、軸線方向厚みの大きい方の歯車の歯面の仕上げ度が細かい部分に軸線方向厚みの小さい方の歯車が噛み合うように両者の軸線方向相対位置を偏倚させ、同曲線でみて歯車伝動装置の作動に於ける歯車噛合いのゾンマーフェルト数が前記境界に対応する値より大きいときには、軸線方向厚みの大きい方の歯車の歯面の仕上げ度が粗い部分に軸線方向厚みの小さい方の歯車が噛み合うように両者の軸線方向相対位置を偏倚させることにより、歯車伝動装置の広い作動領域にわたって歯の噛合いの滑りに於ける摩擦係数を可及的に低く抑えることができる。尚、ここでの歯面仕上げ度についての細粗は、相対的な細かさ或いは粗さである。

前記の軸線方向噛合い位置の変更が二つの歯車の間に伝達されるトルクとそれに抗して作用するばね力の釣り合いにより行われるようになっていれば、伝達トルクの変化に伴う歯車噛合いのゾンマーフェルト数の変化に対応して歯の噛合いの摩擦係数を可及的に下げる歯面仕上げ度を選択することを、ばねの作用を利用して自動的に行わせることができる。

前記の軸線方向噛合い位置の変更が二つの歯車の間に伝達されるトルクと、二つの歯車の噛合い部の温度を代表する温度と、二つの歯車の噛合い部の歯面間の滑り速度を代表する速度の少なくとも一つに基づいて制御されるようになっていれば、これらのトルク、温度、速度のいずれかの変化に伴う歯車噛合いのゾンマーフェルト数の変化に対応して歯の噛合いの摩擦係数を可及的に下げる歯面仕上げ度を選択し、図２に示す如き歯車噛合いのストライベック曲線に基づいて歯の噛合いの摩擦係数を下げる制御をより的確に行うことができる。

互いに滑り合う固体面間に作用する摩擦係数がゾンマーフェルト数と称されるパラメータに対応して変化する態様を示すストライベック曲線と称される曲線の一例を示す線図である。 本発明による歯車噛合い摩擦係数低減のために歯面の細粗を加味して想定したストライベック曲線の一例を示す線図である。 二つの歯車の軸線方向噛合い位置の変更を二つの歯車の間に伝達されるトルクとそれに抗して作用するばね力の釣り合いにより行う歯車伝達装置の構成の一例を示す概略図である。 二つの歯車の軸線方向噛合い位置の変更をアクチュエータにより行う歯車伝達装置の構成の一例を示す概略図である。

図３は、本発明による歯車伝動装置を一つの実施の形態について示す概略図である。図３に於いて、１０と１２は互いに噛み合う歯車であり、その間に回転トルクを伝達する歯車伝動装置を構成している。歯車１０が軸線方向厚みの大きい方の歯車であり、歯車１２が軸線方向厚みの小さい方の歯車である。この例では歯車１０が駆動側歯車であり、図３の右方より見て反時計回り方向に回転し、被駆動側歯車である歯車１２を図３の右方より見て時計回り方向に駆動するようになっている。また、この例では、歯車１０の軸線方向位置は固定されており、歯車１２が歯車１０の一端部１０Ａに噛み合う位置と他端部１０Ｂに噛み合う位置との間で軸線方向に変位されるようになっている。歯車１０の歯面は、一端部１０Ａから他端部１０Ｂへ向けて、その仕上げ度が相対的細粗に於いて細から粗へ向けて変化するようになっている。

歯車１２と回転に対してもまた軸線方向の移動に対しても固定されてこれを支持する回転軸１４の一端には、カムリング１６が固定されている。カムリング１６にはカムリング１８が球２０を挟んで対向し、両者間に作用する回転変位を両者間の軸線方向変位に変化するカム装置を構成している。カムリング１８は回転軸２２の一端に固定されている。カムリング１６と１８の周りにはコイルばね２４が装着されており、カムリング１６と１８に対して両者を軸線方向に押し合わせるばね力を及ぼすと同時に、両者がカムの作用により互いに軸線方向に引き離される方向に相対的に回転することに対してその回転を引き戻す方向のばね力を両者間に及ぼすようになっている。

図３に示すカムリング１６および１８の状態は、歯車１０から歯車１２へ伝達されるトルクが０ないし所定値以下の小さい値であるときの状態である。これは、図２のストライベック曲線でみると、トルクＴの値が小さいことによりゾンマーフェルト数の値が大きく、この状態で図示の歯車伝動装置が作動されば歯面間の潤滑は流体潤滑の状態になる状態である。この状態では、歯車１２は歯車１０の歯面の仕上げ度が最も粗である端部１０Ｂと噛み合っている。

これより歯車１０が歯車１２を駆動するトルクが増大してくると、カムリング１６はカムリング１８に対して図３の右方から見て時計回り方向に回動し、カムリング１６および１８は球２０を挟んでそれらの山部を互いに他の山部へ乗り上げる方向に相対的に回転し、これに伴ってカムリング１６はカムリング１８より軸線方向に離れる方向に変位する。図示の例では、カムリング１６と１８とは図示の状態から相対的に約１８０度まで回転することができるようになっており、その最終回転状態まで回転して軸線方向に変位したカムリング１６の輪郭が図にて二点鎖線により示されている。この状態では、歯車１２は歯車１０の歯面の仕上げ度が最も細である端部１０Ａと噛み合う。

かくして、歯車１０から歯車１２へ伝達されるトルク、歯車１０と１２の噛合いに於ける歯面間の滑りの平均速度、潤滑材の粘度の、それぞれについて予定される設計値に対して、カムリング１６と１８のカム傾斜角とコイルばね２４のばね力とが適当に設定されれば、伝達トルクの変動に合わせて、図２のストライベック曲線でみて、ゾンマーフェルト数が混合潤滑領域と流体潤滑領域の間の境界に対応する値となるトルク値を境にして、歯面の仕上げ度を細と粗の間に切り換えるように歯車１０に対する歯車１２の噛合い位置を切り換え、伝達トルクの広い変動範囲にわたって歯の噛合いに於ける滑りの摩擦係数を可及的に下げ、歯車伝動装置の伝達効率を上げることができる。

図４は、図２のストライベック曲線でみて、ゾンマーフェルト数に応じて、歯面の仕上げ度を細と粗の間に変化させる制御を、アクチュエータ２６により行う一つの実施の形態を示す概略図である。図４に於いても、図３に示す部分に対応する部分は図３に於けると同じ符号により示されている。かかるアクチュエータにより歯車１２が歯車１０に対して軸線方向に変位されるようになっていれば、図３に示す実施例と同様に、歯車１０より歯車１２へ伝達されるトルクの大きさに応じて歯車１０に対する歯車１２の噛合い位置を変更するだけでなく、ゾンマーフェルト数中のηの値に影響する歯車の噛合い部の温度を代表する温度、或いはＶavの値に影響する歯車の噛合い部の歯面滑り速度を代表する速度についても、これらを考慮に入れて、歯車１０に対する歯車１２の噛合い位置を変更する制御を行うことができ、これらのパラメータのより多くのものを制御に取り入れることにより、それだけ歯車伝動装置の作動状態に応じて歯面間の摺り合わせの摩擦係数をより大きく低減させる効果を上げることができる。

以上に於いては本発明をいくつかの実施の形態について詳細に説明したが、本発明がこれらの実施の形態にのみ限られるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施の形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。例えば、図示の実施の形態に於いては、駆動側歯車が軸線方向に沿って歯面の仕上げ度を異ならせる歯車とされているが、これに代えて被駆動側歯車が軸線方向に沿って歯面の仕上げ度を異ならせる歯車とされてもよい。

１０…駆動側歯車、１０Ａ…歯面の上げ度が相対的に細である端部、１０Ｂ…歯面の上げ度が相対的に粗である端部、１２…被駆動側歯車、１４…回転軸、１６,１８…カムリング、２０…球、２２…回転軸、２４…コイルばね、２６…アクチュエータ

Claims (3)

1. 互いに噛み合わされた二つの歯車の間に回転力を伝達する歯車伝動装置にして、前記二つの歯車の一方は他方より軸線方向の厚みが大きくされ且つ軸線方向の一端部より他端部へ向けて歯面の仕上げ度が変えられており、軸線方向厚みの大きい方の歯車と軸線方向厚みの小さい方の歯車とは軸線方向厚みの小さい方の歯車が軸線方向厚みの大きい方の歯車の歯幅方向の異なる位置に対向することができるよう互いに相対的に軸線方向に移動可能であり、作動状態に応じて噛合いの摩擦係数を可能な限り下げるよう軸線方向厚みの大きい方の歯車と軸線方向厚みの小さい方の歯車の軸線方向噛合い位置が変えられるようになっていることを特徴とする歯車伝動装置。
2. 前記の軸線方向噛合い位置の変更は前記二つの歯車の間に伝達されるトルクとそれに抗して作用するばね力の釣り合いにより行われるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の歯車伝動装置。
3. 前記の軸線方向噛合い位置の変更は前記二つの歯車の間に伝達されるトルクと、前記二つの歯車の噛合い部の温度を代表する温度と、前記二つの歯車の噛合い部の歯面間の滑り速度を代表する速度の少なくとも一つに基づいて制御されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の歯車伝動装置。

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