JP2011133042A - 歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速で回転する歯車を有する歯車装置の風損を低減し、伝達効率の高い歯車装置を提供する。
【解決手段】互いにかみ合う二個の歯車で構成された歯車対と、前記歯車対の歯面に給油するための給油ノズルと、前記歯車対を収納する歯車対収納部を有する歯車容器と、給油用の潤滑油を貯蔵するオイルタンクと、前記オイルタンクから前記歯車対収納部に空気を供給するための空気流路と、前記歯車容器の内部で発生するオイルミストを前記オイルタンクに還流させるオイルミスト還流流路と、前記オイルミストから前記潤滑油を分離するためのミストコレクタとを含み、前記空気流路は、前記歯車対収納部に接続部を有し、前記歯車と前記歯車対収納部の内壁面部との隙間が最も狭くなる部位は、前記接続部に隣接して設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯車装置に関する。

一般に、産業機械に使用される歯車装置は、大容量で連続運転されるものが多いため、歯車装置の伝達効率を向上させることは、省資源・省エネルギーの観点から非常に重要である。

歯車が動力を伝達する際に発生する損失は、歯面がこすれ合うことにより生じる摩擦損失、歯面に付着した潤滑油をはね飛ばす際に生じる攪拌損失、及び歯車の周囲の流体がつれ回ることにより生じる風損が挙げられ、これらの損失を低減することが歯車装置の伝達効率の向上につながる。

歯車装置の伝達効率を向上させることを目的として、歯面への給油量を削減する歯車装置が提案されている。これは、潤滑油が歯車に衝突して飛散する際の攪拌損失を低減し、動力損失を低減する技術である。

例えば、特許文献１には、歯車の周囲をシュラウドで覆い、ミスト潤滑とすることにより給油量を減少させ、攪拌損失を低減する技術が開示されている。

特開２００８−２５８３２号公報

しかし、多くの場合、高速で運転される歯車装置においては、伝達損失のうち風損が大きな割合を占めているため、攪拌損失を低減する技術のみでは歯車装置の伝達効率の向上に関して不十分と考えられる。

本発明は、高速で回転する歯車を有する歯車装置の風損を低減し、伝達効率の高い歯車装置を提供することを目的とする。

本発明の歯車装置は、互いにかみ合う二個の歯車で構成された歯車対と、前記歯車対の歯面に給油するための給油ノズルと、前記歯車対を収納する歯車対収納部を有する歯車容器と、給油用の潤滑油を貯蔵するオイルタンクと、前記オイルタンクから前記歯車対収納部に空気を供給するための空気流路と、前記歯車容器の内部で発生するオイルミストを前記オイルタンクに還流させるオイルミスト還流流路と、前記オイルミストから前記潤滑油を分離するためのミストコレクタとを含み、前記空気流路は、前記歯車対収納部に接続部を有し、前記歯車と前記歯車対収納部の内壁面部との隙間が最も狭くなる部位は、前記接続部に隣接して設けてあることを特徴とする。

本発明によれば、オイルミストの歯面への衝突を抑制することができるとともに、歯車の周囲における気圧を低減することができ、歯車の回転に伴う風損を低減することができる。

また、本発明によれば、伝達効率の高い歯車装置を提供することができる。

本発明による実施例の歯車装置を示す全体構造図である。 本発明による実施例の歯車及びその軸を含む部分の状態を示す断面図である。 本発明による他の実施例の歯車装置を示す全体構造図である。

本発明は発電機や給水ポンプ等の産業機械で使用される歯車装置に関し、特に、歯車の回転に伴う風損を低減し、伝達効率を向上させる構造を備えた歯車装置に関する。

以下、本発明の実施形態である歯車装置について説明する。

本実施形態は、基本的に次のように構成する。

前記歯車装置は、互いにかみ合う二個の歯車で構成された歯車対と、歯車対の歯面に給油するための給油ノズルと、歯車対を収納する歯車対収納部を有する歯車容器と、給油用の潤滑油を貯蔵するオイルタンクと、オイルタンクから歯車対収納部に空気を供給するための空気流路と、歯車容器の内部で発生するオイルミストをオイルタンクに還流させるオイルミスト還流流路と、オイルミストから潤滑油を分離するためのミストコレクタとを含む。そして、空気流路は、歯車対収納部に接続部を有し、歯車と歯車対収納部の内壁面部との隙間が最も狭くなる部位は、上記の接続部に隣接して設けてある。

前記歯車装置において、空気流路は、送風部を有することが望ましい。

前記歯車装置において、オイルミスト還流流路は、歯車対のかみ合い部の下方に設置してあることが望ましい。

前記歯車装置において、空気流路は、冷却部を有することが望ましい。

前記歯車装置において、前記給油ノズルは、歯車対のかみ合い部の下方に設置してあることが望ましい。

以下、本発明による実施例の歯車装置の構造及び動作について図を用いて説明する。

図１は、本発明による実施例の歯車装置を示す全体構造図である。

本図において、歯車箱６は、小歯車１、大歯車２、給油ノズル３、シュラウド部４（歯車対収納部）及びオイルミストガイド５を内包しており、歯車箱６（歯車容器）の下部には配管１７（オイルミスト還流流路）を介してオイルタンク７が接続してある。小歯車１と大歯車２とは、互いにかみ合って歯車対５１を形成している。本図においては、小歯車１の直径が大歯車２の直径よりも小さくなっているが、これに限定されるものではなく、２個の歯車の直径が等しくてもよく、また、小歯車１の位置に大歯車２が設置され、大歯車２の位置に小歯車１が設置されていてもよい。

給油ノズル３は、歯車対５１のかみ合い位置の近傍（本図においては、かみ合い部の下方。）に設置され、オイルタンク７から給油ポンプ（図示せず。）を介して小歯車１及び大歯車２のかみ合い部１８付近に潤滑油を供給するようになっている。シュラウド部４は、歯車箱６の中空部を形成する内壁面部であり、小歯車１及び大歯車２の歯面と適切なクリアランスを保持する形状で小歯車１及び大歯車２を覆っている。

本図において、シュラウド部４は、歯車対５１の外形に合わせて歯車対５１を覆う形状を有し、かみ合い部１８の下方は開放され、配管１７に接続されている。

オイルミストガイド５は、かみ合い部１８の鉛直下方向に空間部を形成し、シュラウド部４が形成する中空部と配管１７との間に設置されている。

ミストコレクタ８（潤滑油分離部）は、オイルタンク７の内部の油面上方に設置されており、ミストコレクタカバー１５で覆われている。ミストコレクタ８は、管路９と接続され、管路９は、シュラウド部４が形成する中空部に接続されている。

本図において、管路９は、ブロワ１０（送風部）を有し、小歯車１側に接続された流路１１と大歯車２側に接続された流路１２とに分岐されている。ここで、管路９、流路１１及び流路１２を合わせて空気流路と呼んでもよい。

オイルミストガイド５は、歯車対５１のかみ合い部１８近傍で発生するオイルミストをオイルタンク７に誘導する形状であることが好ましい。

また、シュラウド部４と小歯車１及び大歯車２とで形成される空間部にオイルミストが流入しにくいように、シュラウド部４の凸部１６ａ及び１６ｂと小歯車１及び大歯車２との隙間１９は小さい方が好ましい。

本図において、流路１１及び流路１２はそれぞれ、凸部１６ａ及び１６ｂの近傍に接続されている。また、凸部１６ａ及び１６ｂは、流路１１及び流路１２の接続部（開放部）よりオイルミストガイド５側に設置してある。

本図において、小歯車１は時計方向に回転し、大歯車２は反時計方向に回転させる。すなわち、かみ合い部１８においては、小歯車１及び大歯車２がともに下方に向かって回転する。

給油ノズル３から小歯車１及び大歯車２の歯面に潤滑油が供給されることにより、歯面の潤滑及び冷却が行われる。潤滑及び冷却を行った潤滑油の一部は、オイルミストとなってシュラウド部４の内部の空気とともに流動する。オイルミストを含む空気は、オイルミストガイド５によってオイルタンク７へ誘導される。

空気に含まれるオイルミストは、ミストコレクタ８によって分離される。分離された潤滑油は、オイルタンク７内に落下し、ミストコレクタ８によって分離されたオイルミストを含まない空気（オイルミストを除去された空気）は管路９へ誘導される。ミストコレクタ８の周囲には、粒径の大きい油滴がミストコレクタ８に付着することを防止するためのミストコレクタカバー１５が設置してあり、ミストコレクタ８の性能低下を防いでいる。

オイルミストを含まない空気は、ブロワ１０によりオイルタンク７から管路９を介して歯車箱６の方向に送られる。そして、流路１１と流路１２とに分かれて流れ、シュラウド部４の内部に誘導される。

小歯車１及び大歯車２（歯車対）の回転により、流路１１及び流路１２の接続部からオイルミストを含まない空気が隙間１９に供給されるとともに、隙間１９の空気がオイルミストガイド５側に排出されるため、隙間１９におけるオイルミストの密度が低下し、かつ、隙間１９の気圧が低下する。これによって、隙間１９にある小歯車１及び大歯車２の歯面に衝突するオイルミスト及び空気が減少し、風損を低減させることができる。ここで、風損は、歯車がオイルミスト及び空気と衝突することにより発生するものを含むものとする。

本実施例において、ミストコレクタ８は、オイルタンク７の内部の油面上方に設置してあるが、オイルタンク７の外部（管路９の内部）に設置してもよい。

ミストコレクタ８は、大量の油滴が付着すると、目詰まりを起こし、空気の流れの抵抗となってしまうが、オイルタンク７の外部に設置した場合、粒径の大きい油滴がミストコレクタ８の上流側で捕捉され、直接付着することが防止でき、オイルミストの除去をより効率的に行うことができる。このとき、ミストコレクタ８により分離した潤滑油をオイルタンク７に還流させる管路を設置してもよい。潤滑油をオイルタンク７に還流させる管路を設置しない場合は、ミストコレクタ８の上流側の管路９をオイルタンク７に向かって下りの傾斜部を設けることにより、空気の流れとは反対に潤滑油をオイルタンク７に還流させることができる。

また、本実施例において、管路９は外気に曝されているのみであるが、管路９の途中に水冷又は空冷によるクーラー（冷却部）を設けてもよい。このクーラーによって冷却された空気をシュラウド部４の内部へ誘導することにより、小歯車１及び大歯車２の周囲の空気温度を低くすることができる。これにより、歯車温度を低くすることができ、小歯車１及び大歯車２の歯面が焼付く可能性を低くすることができる。このため、小歯車１及び大歯車２への給油量を減らすことができ、歯車装置の損失低減に対して更なる効果が期待できる。

図２は、本発明による実施例の歯車及びその軸を含む部分の状態を示す断面図である。

本図においては、互いにかみ合って歯車対を構成する小歯車１及び大歯車２、小歯車１の軸１０１及び大歯車２の軸１０２、並びにシュラウド部４を示している。

図３は、本発明による他の実施例の歯車装置を示す全体構造図である。

以下、主として、実施例１と異なる構成について説明する。

本図においては、実施例１に比べて、シュラウド部４の内壁面部と歯車対５１との隙間１９を大きくしてある。シュラウド部４の内壁面部と歯車対５１との隙間１９（クリアランス）が最も狭い部位は、凸部１６ａ及び１６ｂである。

また、シュラウド部４における流路１１及び流路１２の接続部（開放部）を凸部１６ａ及び１６ｂよりオイルミストガイド５側に設置してある。

本図の位置に流路１１及び流路１２の接続部を設置した場合も、小歯車１及び大歯車２の回転によってオイルミストを含まない空気が隙間１９に供給されるため、隙間１９にある小歯車１及び大歯車２の歯面に衝突するオイルミストの量を低減することができる。

実施例１及び本実施例において示すように、凸部１６ａ及び１６ｂは、流路１１及び流路１２の接続部に隣接して設けることが望ましい。

さらに、オイルミストガイド５によって形成される空間部は、配管１７に向かって寸法（幅）が小さくなっている。これにより、オイルミストガイド５に付着した潤滑油を速やかにオイルタンク７に流下させることができる。

以上の実施例においては、給油ノズル３を小歯車１と大歯車２とのかみ合わせ部の下方に設置しているが、これに限定されるものではなく、給油ノズル３を小歯車１と大歯車２とのかみ合わせ部の上方に設置してもよい。本発明は、小歯車１及び大歯車２の風損低減を目的とするものであり、給油量は別途制御すべきものだからである。

１：小歯車、２：大歯車、３：給油ノズル、４：シュラウド部、５：オイルミストガイド、６：歯車箱、７：オイルタンク、８：ミストコレクタ、９：管路、１０：ブロワ、１１：流路、１２：流路、１５：ミストコレクトカバー、１６ａ、１６ｂ：凸部、１７：配管、１８：かみ合い部、１９：隙間、５１：歯車対。

Claims (5)

1. 互いにかみ合う二個の歯車で構成された歯車対と、前記歯車対の歯面に給油するための給油ノズルと、前記歯車対を収納する歯車対収納部を有する歯車容器と、給油用の潤滑油を貯蔵するオイルタンクと、前記オイルタンクから前記歯車対収納部に空気を供給するための空気流路と、前記歯車容器の内部で発生するオイルミストを前記オイルタンクに還流させるオイルミスト還流流路と、前記オイルミストから前記潤滑油を分離するためのミストコレクタとを含み、前記空気流路は、前記歯車対収納部に接続部を有し、前記歯車と前記歯車対収納部の内壁面部との隙間が最も狭くなる部位は、前記接続部に隣接して設けたことを特徴とする歯車装置。
2. 前記空気流路は、送風部を有することを特徴とする請求項１記載の歯車装置。
3. 前記オイルミスト還流流路は、前記歯車対のかみ合い部の下方に設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車装置。
4. 前記空気流路は、冷却部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯車装置。
5. 前記給油ノズルは、前記歯車対のかみ合い部の下方に設置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の歯車装置。

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