JP2011202783A - 掻き上げ給液装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撥液処理の特性である処理面と液体との分離性を利用して、効果的に液体を掻き上げられる掻き上げ給液装置を提供する。
【解決手段】一部が液体溜まり３に浸漬した回転部材１により掻き上げられた液体４を供給する掻き上げ給液装置において、前記回転部材１の掻き上げ面に撥液処理が施されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転部材により掻き上げられた液体を、各部材に供給する掻き上げ給液装置に関するものである。

従来、動力伝達装置などにオイルを供給して、動力伝達装置の潤滑や冷却をする装置が知られている。その中でも、オイル溜めから回転部材によりオイルを掻き上げてオイル受け部にオイルを供給して、そのオイルを各部の部材に他の供給路を介して供給する装置が知られている。

特許文献１には、オイルをオイル受け部に供給するための供給路が複数設けられ、オイルを掻き上げる回転部材の回転速度に応じて、それぞれ異なるオイル供給路をオイルが伝って同一のオイル受け部に供給されるオイル供給装置が記載されている。

また、特許文献２には、ターボ型ポンプの羽根車の表面に撥水処理を施すことにより流体摩擦の損失を低減させる装置が記載されている。さらに、特許文献３には、羽根車の裏面と、その羽根車を覆うケーシングとに撥水性被膜を形成して流体摩擦の損失を低減させる装置が記載されている。そして、特許文献４には、表面に微細な凹凸構造を有する金属材料に疎水性樹脂からなる撥水撥油性被膜を施すことにより、屋外などで使用しても、撥水性が低下することを抑制できる撥水撥油性金属材料が記載されている。さらに、歯面に撥水撥油性があるフッ素樹脂を焼成された歯車が特許文献５に記載されている。そして、特許文献６には、ハウジング内に貯留されたオイルと接触する回転部材の表面に、かつ他の部材との非接触面に撥油処理が施された装置が記載されている。

特開２００３−３３６７２９号公報 特開２００１−２５４６９５号公報 特開平９−１９５９８３号公報 特開平１０−１５６２８２号公報 特開２００３−３９０１８号公報 特開２００８−２５６７７号公報

特許文献２ないし６に記載された発明は、歯車や羽根車などに撥水もしくは撥油処理を施すことにより、歯車や羽根車の表面における液体との摩擦による引き摺り損失や攪拌損失を低下させることができる。あるいは、撥水撥油性処理を施した面に、液体を付着させないことにより、腐食を防止することができる。つまり、上述した処理は、いずれも液体と処理面との接触を拒むために使用されている。しかしながら、撥水もしくは撥油処理の特性である処理面と液体との分離性を有効に利用する技術的な着目がなされておらず、この点において新たな技術を開発する余地がある。

この発明は、上述した撥液処理の特性である処理面と液体との分離性を利用して、効果的に液体を掻き上げられる掻き上げ給液装置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、一部が液体溜まりに浸漬した回転部材により掻き上げられた液体を供給する掻き上げ給液装置において、前記回転部材の掻き上げ面に撥液処理が施されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記回転部材により掻き上げられた液体の飛散方向に、該回転部材から液体を供給する供給先に傾斜した導板が更に備えられていることを特徴とする掻き上げ給液装置である。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記導板の表面に、前記回転部材から液体の供給先まで撥液処理が施されていることを特徴とする掻き上げ給液装置である。

請求項４の発明は、請求項２または３の発明において、前記液体の供給先の上方に位置する導板の表面に親和性のある表面処理が更に施されていることを特徴とする掻き上げ給液装置である。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の発明において、前記回転部材は、歯車を含み、該歯車の歯面に撥液処理が施されていることを特徴とする掻き上げ給液装置である。

請求項６の発明は、請求項５に記載の発明において、前記歯車の側面に形成されたリブ部と、該リブ部の掻き上げ面に施された撥液処理とを更に備えていることを特徴とする掻き上げ給液装置である。

請求項１の発明によれば、液体を掻き上げる回転部材の掻き上げ面に撥液処理が施されているので、回転部材の掻き上げ面が液体が溜められている液体溜まりから液面の外側に回動したときに、回転部材の遠心力により、掻き上げ面から液体が放出もしくは飛散させられる。したがって、液体溜まり以外の箇所を掻き上げ面が回動している過程では、掻き上げ面から液体が早期に飛散させられるので、回転部材の回動負荷を低下させることができる。さらに、掻き上げ面が液体溜まりに浸漬するときは、液体溜まり内に気泡を発生させることがないので、液体溜まりの液体密度を維持することができる。これは、掻き上げ面に付着して回動する液体が少ないので、その掻き上げ面と液体とが液体溜まりに浸漬する際に、同時に空気もしくは気泡を液体溜まりに混入させることが抑制されるためと推測される。つまり、掻き上げ給液装置の容積効率を維持することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、回転部材から液体を供給する液体供給先に傾斜した導板が更に設けられているので、回転部材により掻き上げられた液体の飛散方向もしくは放出方向を定めるもしくは変更することができる。

請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、導板の表面に撥液処理が施されているので、回転部材により飛散もしくは放出された液体が導板に付着することを抑制して、液体の供給先に供給することができる。

請求項４の発明によれば、請求項２または３の発明において、液体供給先の上方に位置する導板の表面に、親和性のある表面処理が施されているので、液体供給先まで飛散された液体が親和性のある表面処理が施されている導板と付着するので、液体の供給先を通りすぎる液体の量を減らすことができる。つまり、目標とする液体の供給先に供給する液体の量を増加させることができる。

請求項５の発明によれば、請求項１ないし４いずれかの発明において、回転部材が歯車を含み、その歯車の歯面に撥液処理が施されているので、回転部材が歯車の場合においても、請求項１と同様の効果を得られる。

請求項６の発明によれば、請求項５の発明において、歯車の側面にリブ部が形成され、そのリブ部の掻き上げ面に撥液処理が施されているので、請求項５の発明の効果に加えて、液体を掻き上げる量を向上させることができる。

この発明に使用できる回転部材の側面図である。 その回転部材の側面に設けられたリブ部の斜視図である。 そのリブ部に撥液処理を施した場合のオイルが掻き上げられている状態を示す概略図である。 そのリブ部に撥液処理を施していない場合のオイルが掻き上げられている状態を示す概略図である。 導油板の傾斜に対するオイルの飛散方向を示す概略図である。 この発明に係るオイル供給装置を動力伝達装置に適用した例を示す概略図である。 リングギヤの歯面に超撥油処理を施した状態を示す概略図である。 車速とキャッチタンクのオイル量との関係を示すグラフである。 ケースの傾斜角度とオイルの飛散距離との関係を示すグラフである。 その飛散距離を説明するための概略図である。 動力伝達装置のケースに超撥油処理および親油処理を施した状態を示す概略図である。 キャッチタンクの上方の壁面に超撥油処理および親油処理を施した状態を示す概略図である。 車速とキャッチタンクのオイル量との関係を示すグラフである。 オイルレベルとキャッチタンクのオイル量との関係を示すグラフである。

この発明に係る掻き上げ給液装置は、一部が液体溜まりに浸漬した回転部材１の回転に伴う遠心力により液体を掻き上げて、各部材に液体を供給するものである。その掻き上げ給液装置の一例として、回転部材１の側面に羽根形状のリブ部２が形成されたものがある。図１は、その回転部材１の側面図であり、図２は、そのリブ部２の斜視図である。つまり、回転部材１の回転中心から外周側に向けて螺旋状もしくは円弧状のリブ部２が形成されている。また、そのリブ部２は、螺旋状もしくは円弧状の背面２ａ、すなわち凸面が液体を掻き上げるように形成されている。したがって、回転部材１が回転することによりリブ部２の背面２ａで液体が押され、そのリブ部２が液体溜まりから液体溜まりの外側つまり空気層に回動したときに、その液体が回転部材１の遠心力によりリブ部２の表面から飛散もしくは放出される。

しかしながら、回転部材により掻き上げられる液体が、例えば、潤滑のために利用させるオイル４など粘度が高い液体の場合は、リブ部２の背面２ａから飛散されずもしくは放出されずに、リブ部２の回転に追従してオイル溜め３に戻る場合がある。そのため、オイル４とリブ部２の背面２ａとが付着もしくは吸着しないように、リブ部２の背面２ａに撥油処理を施す。ここで、撥油処理の一例について説明する。撥油処理は、処理面すなわち上述した回転部材１では、リブ部２の背面２ａに低表面張力剤を塗布して、液体の付着を防止する。低表面張力剤の例としては、フッ素系シランカップリング剤（フルオロアルキルシランやフルオロアルキルメタクリレートなど）やポリジメチルシリコーンなどがある。また、撥油処理には、低表面張力剤を塗布する前に、処理面に微細な凹凸をエッチング処理やレーザー加工あるいはショットブラスト処理などで形成するものもある。このように処理面に微細な凹凸形状を形成することにより、凹凸形状の凹部と液体との間に空気層が介在するので、処理面への液体の付着あるいは吸着を抑制もしくは防止することができる。

したがって、リブ部２の背面２ａに撥液処理を施すことにより、液体がリブ部２の背面２ａに付着もしくは吸着することを抑制できるので、リブ部２の回転に液体が追従することを抑制できる。つまり、液体が上述したオイル４のように粘度の高い液体の場合でも、リブ部２に押されてオイル溜め３から空気層に運ばれたオイル４は、リブ部２の回動に追従しないで多くが飛散される。言い換えると、処理を施さない場合と比較して、回転部材１により掻き上げられ、飛散させられるオイル量を増加させることができる。また、空気層におけるリブ部２の回動にオイル４が追従しないので、空気層を回動している過程での攪拌損失あるいは回転部材１の回動負荷を低減することができる。なお、図３および図４に、撥油処理が施された場合と、撥油処理が施されていない場合とにおけるオイル４が掻き上げられている状態を示す。さらに、リブ部２に撥油処理を施した場合は、リブ部２の背面２ａが、空気層からオイル溜め３に回動する際に、掻き上げられた液体と同時に、その液体に混在した空気もしくは気泡をオイル溜め３に混入させることを抑制できるから、オイル溜め３内に気泡を発生させないので、オイル供給装置の容積効率を維持することができる。

さらに、回転部材１により掻き上げられたオイル４は、オイル４の供給先に向けて飛散させる必要があるので、オイル４を飛散させる方向を定めるために、回転部材１の近傍には導油板５が設けられている。つまり、オイル４を飛散させる方向に導油板５を傾斜させ、かつ回転部材１と導油板５との間隔を調整することにより、リブ部２により掻き上げられたオイル４が、傾斜した導油板５と接触して、飛散される方向を変更もしくはガイドさせられる。図５に、導油板５の傾斜角に対するオイル４の飛散方向を示す。具体的には、回転部材１の水平方向における半分がオイル溜め３に浸漬している場合には、オイル４は略鉛直方向に飛散させられる。そして、例えば、導油板５を水平面における回転部材１側から４５°に傾斜させて形成した場合には、略鉛直方向に飛散されたオイル４は、導油板５と接触して、導油板５とほぼ同じ方向に飛散する。したがって、回転部材１により掻き上げられたオイルの飛散方向に形成された導油板５の傾斜角度を、オイル４の供給先に向けることにより、飛散されたオイル４をオイル４の供給先に多く供給することができる。なお、導油板５は、回転部材１が設けられているケースの内壁面でもよく、そのケースの内部に配置されたセパレータでもよい。

つぎに、この発明に係る掻き上げ給液装置を車両用の動力伝達装置６に適用した例について説明する。図６は、動力伝達装置６の一部を示す概略図である。この動力伝達装置６は、図示しないモータやギヤトレーン部あるいはデファレンシャル機構で構成され、それらのモータやギヤトレーン部あるいはデファレンシャル機構は、密閉された一つのケース７の内部に設けられている。そして、そのデファレンシャル機構の一部であるリングギヤ８は、ケース７の下方部に配置されている。また、ケース７の下方部にはオイル４が滞留されていて、そのオイル４が滞留されたオイル溜め３にリングギヤ８の下方部が浸漬している。したがって、リングギヤ８が回転することにより、そのオイル溜め３のオイル４が掻き上げられる。さらに、ケース７内の上方部には、オイル４を一時的に溜めて、各部材にオイル４を供給するキャッチタンク９が配置されている。そのキャッチタンク９の上方部には開口部９ａが形成されているので、回転部材１により掻き上げられたオイル４がその開口部９ａからキャッチタンク９に供給される。そして、キャッチタンク９に一時的に溜められたオイル４は、キャッチタンク９に形成された潤滑穴９ｂから各部材に供給される。なお、この動力伝達装置６には、図示しない内燃機関や電動機から動力が伝達される。すなわち、リングギヤ８の回転数は、車速に応じて増減する。

つまり、上記リングギヤ８が上述した回転部材１に相当し、ケース７の内面壁が上述した導油板５に相当する。したがって、図７に示すように、リングギヤ８の歯面８ａには、超撥油処理すなわちエッチング処理やレーザー加工あるいはショットブラスト処理などにより歯面８ａに微細な凹凸形状を形成して、その凹凸面にフッ素系シランカップリング剤やポリジメチルシリコーンなどの低表面処理剤を塗布されている。なお、リングギヤ８の歯面８ａにおける他の部材と接触する接触面は、超撥油処理が他の部材との接触による摩耗で剥がされて、その部分にオイル４が付着するので、潤滑性能を維持することができる。また、リングギヤ８の近傍に位置するケース７の内壁面は、キャッチタンク９が配置されている方向へ傾斜している。そのため、リングギヤ８の回動に応じて生じる遠心力により、オイル４がリングギヤ８から飛散されて、ケース７の内壁面を伝ってもしくは内壁面に方向を変更されて、キャッチタンク９に供給される。なお、ケース７の内部にセパレータを配置して、そのセパレータにより飛散したオイル４の方向を定めてもよい。したがって、リングギヤ８の歯面８ａに超撥油処理を施すことにより、超撥油処理を施さない場合と比較して、多くのオイル４をキャッチタンク９に供給することができる。また、超撥油処理を施していない場合と比較して、一度に掻き上げることのできるオイル量が多いので、リングギヤ８の回転数が低い場合でも、多くのオイル４をキャッチタンク９に供給することができる。なお、図８に、車速に応じてキャッチタンク９に供給されるオイル量と、キャッチタンク９が必要とするオイル量とを示す。

さらに、上述した構成では、内壁面もしくはセパレータの傾斜角により、飛散されたオイル４の飛距離が図９に示すように、４５°から７５°の場合に、遠くにオイル４が飛散するので、リングギヤ８の掻き上げ部とキャッチタンク９にオイル４を供給する供給口との位置関係を４５°から７５°に設定することにより、多くのオイル４をキャッチタンク９に供給することができる。なお、ここでの飛距離は、図１０に示すように、リングギヤ８の回転中心と同じ高さの内壁面から、リングギヤ８の鉛直方向の上側にオイル４が飛散した距離である。

したがって、リングギヤ８の掻き上げ面に超撥油処理を施すことにより、超撥油処理を施していない場合と比較して、キャッチタンク９に供給することのできるオイル量が多くなるので、動力伝達装置６に滞留させるオイル量を減らすことができる。また、リングギヤ８の歯面８ａに超撥油処理を施すことにより、歯面８ａがオイル溜め３に浸漬するときに気泡を発生させないもしくは発生させ難いので、オイル４内の気泡の混入率が低減し、ブリーザーからの吹き出しが抑制もしくは防止できる。

さらに、リングギヤ８により掻き上げられたオイル４が、キャッチタンク９に供給される過程で、ケース７の内壁面に付着あるいは吸着することを抑制もしくは防止するために、ケース７の内壁面に超撥油処理を施す。すなわち、リングギヤ８の歯幅以上の幅で、かつリングギヤ８が設けられている高さから、キャッチタンク９の上方までの内壁面に超撥油処理を施す。ケース７の内壁面に超撥油処理を施すことにより、リングギヤ８で掻き上げられて飛散したオイル４が、超撥油処理を施されたケース７の内壁面と接触しても、その接触した面にオイル４が付着しないので、飛散したオイル４の供給量を低下させることがない。つまり、リングギヤ８の回転により飛散したオイル４が内壁面に付着もしくは吸着して、オイル４の供給先にオイル４が供給されないことを抑制もしくは防止することができる。さらに、キャッチタンク９の上方にオイル４と親和性の高い親油処理を施す。親油処理とは、ショットピーニングや溶射処理あるいはエッチング処理などにより表面に微細な凹凸形状を形成する処理である。なお、図１１（ａ）に、ケース７の内壁面に超撥油処理と親油処理とが施されている状態を示し、図１１（ｂ）に、その内壁面の側面図を示す。また、図１２（ａ）に親油処理を施していない場合、図１２（ｂ）に親油処理を施した場合のオイル４の飛散の様子を示す。つまり、キャッチタンク９の上方に親油処理を施すことにより、キャッチタンク９の上方まで飛散されたオイル４がケース７の上壁面と付着して、キャッチタンク９に滴下させることができるので、キャッチタンク９を通り越すオイル量を減らすことができる。したがって、リングギヤ８に掻き上げられ飛散させられたオイル４を、より多くキャッチタンク９に供給することができる。また、ケース７の内壁面に超撥油処理を施すことにより、超撥油処理を施していない場合と比較して、多くのオイル４をキャッチタンク９に供給することができる。なお、図１３に、車速とキャッチタンク９のオイル量との関係を示す。

また、上述したリングギヤ８が掻き上げるオイル量を更に多く掻き上げることのできる構成例を説明する。リングギヤ８の側面には、回転中心から外周に向けて螺旋状もしくは円弧状のリブ部８ａが形成されている。また、そのリブ部８ａは、螺旋状もしくは円弧状の背面、すなわち凸面がオイルを掻き上げるように形成され、その背面には、超撥油処理が施されている。このようにリングギヤ８の側面にリブ部８ａを設けることにより、一度に掻き上げることのできるオイル量が多くなるので、例えば、オイル溜め３のオイル量（オイルレベル）が減少した場合でもキャッチタンク９に多くのオイル４を供給することができる。図１４に、オイルレベルとキャッチタンク９のオイル量との関係を示す。

この発明は、従来、利用されていた撥液処理の特性である、撥液処理面に液体が付着しないことを利用して、回転部材を用いた掻き上げ給液装置の効率を向上させるためのものである。したがって、上述した構成例に限定されず、例えば、液体が水の場合には、撥水処理を回転部材の掻き上げ面に施せばよい。つまり、掻き上げられる液体と付着しない表面処理を回転部材の掻き上げ面に施せばよい。

１…回転部材、 ２…リブ部、 ３…オイル溜め、 ４…オイル、 ５…導油板、 ６…動力伝達装置、 ７…ケース、 ８…リングギヤ、 ９…キャッチタンク。

Claims (6)

1. 一部が液体溜まりに浸漬した回転部材により掻き上げられた液体を供給する掻き上げ給液装置において、
   前記回転部材の掻き上げ面に撥液処理が施されていることを特徴とする掻き上げ給液装置。
2. 前記回転部材により掻き上げられた液体の飛散方向に、該回転部材から液体を供給する供給先に傾斜した導板が更に備えられていることを特徴とする請求項１に記載の掻き上げ給液装置。
3. 前記導板の表面に、前記回転部材から液体の供給先まで撥液処理が施されていることを特徴とする請求項２に記載の掻き上げ給液装置。
4. 前記液体の供給先の上方に位置する導板の表面に親和性のある表面処理が更に施されていることを特徴とする請求項２または３に記載の掻き上げ給液装置。
5. 前記回転部材は、歯車を含み、
   該歯車の歯面に撥液処理が施されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の掻き上げ給液装置。
6. 前記歯車の側面に形成されたリブ部と、
   該リブ部の掻き上げ面に施された撥液処理と
   を更に備えていることを特徴とする請求項５に記載の掻き上げ給液装置。

Images