JP2018123832A - 歯車およびこれを備える動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加や装置の大型化を招くことなく簡易に摩擦特性を改善すること。
【解決手段】リングギヤＲＧの歯面２０のうち出力ギヤＯＧの歯面と当接する領域ＭＡに、噛合い進行方向ＭＤに沿う方向に直交する方向に延在する微細溝２２を形成し、噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の面粗度を算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲となるように設定する。噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の面粗度を当該範囲に設定することによってリングギヤＲＧの摩擦係数μを効果的に低減することができる。噛合い進行方向ＭＤに沿う方向における歯面２０の面粗度を適切な値に設定するのみであるため、部品点数の増加や装置の大型化を招くことなく簡易に摩擦特性を改善することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、歯筋方向が回転軸線に対して所定の捻じれ角を有するよう構成され、他の歯車と噛み合うことによって動力を伝達するよう構成された歯車およびこれを備える動力伝達装置に関する。

特開２００５−２３１００３号公報（特許文献１）には、研削やシェービング加工に起因して歯面形成された微細な凹状部分にフッ素炭素樹脂あるいはポリアミド樹脂などの摩擦係数が低い樹脂を充填させた歯車が記載されている。

上述した公報に記載の歯車では、低摩擦係数の合成高分子を素材とした樹脂歯車を金属歯車に噛み合わせて回転させるのみであるため、歯車の摩擦摩耗特性を容易に改善することができる。

特開２００５−２３１００３号公報

しかしながら、上述した公報に記載の歯車では、常に良好な摩擦摩耗特性を維持するためには、樹脂歯車を金属歯車に常に噛み合わせておく必要があり、部品点数の増加や装置の大型化を招いてしまい、この点でなお改良の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、部品点数の増加や装置の大型化を招くことなく簡易に摩擦特性を向上することができる技術を提供することを主目的とする。

上述した主目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、回転軸線方向に対して傾斜した（捻じれた）歯筋を有する所謂はすば歯車において、噛合い始めの点から噛合い終わりの点までの噛合い位置が変化する方向である噛合い進行方向に沿う方向における歯面面粗度が摩擦係数低減に影響することを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明に係る歯車の好ましい形態によれば、歯筋方向が回転軸線に対して所定の捻じれ角を有し、他の歯車と噛み合うことによって動力を伝達する歯車が構成される。当該歯車では、少なくとも他の歯車との噛合い領域において、当該他の歯車との噛合い始め点から噛合い終わり点までの噛合い位置が変化する方向である噛合い進行方向に沿う方向における歯面面粗度が所定値に設定されている。

本発明によれば、上述した研究結果を踏まえて、噛合い進行方向に沿う方向における歯面面粗度を所定値に設定する構成であるため、摩擦係数の低減を図ることができる。なお、噛合い進行方向に沿う方向における歯面面粗度を適切な値に設定するのみであるため、部品点数の増加や装置の大型化を招くことなく簡易に摩擦特性を向上することができる。

本発明に係る歯車の更なる形態によれば、所定値は、算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲に設定されている。

本形態によれば、上述した研究結果を踏まえて、摩擦係数低減に最も効果のある歯面面粗度に設定する構成であるため、効果的に摩擦特性を向上することができる。

本発明に係る歯車の更なる形態によれば、噛合い進行方向に沿う方向に対して直交する加工痕を設けることによって、噛合い進行方向に沿う方向における歯面面粗度を所定値に設定するように構成されている。

ここで、本発明における「加工痕」とは、機械加工によって歯面に溝等の痕を形成する態様のみならず、鍛造成形や鋳造成形などのように型によって痕を形成する態様を好適に包含する。

本形態によれば、噛合い進行方向に沿う方向における歯面面粗度を簡易な構成で所定値に設定することができる。

本発明に係る歯車の更なる形態によれば、噛合い進行方向に直交する方向に沿う方向における歯面面粗度は、算術平均粗さＲａ０．１からＲａ０．４の範囲に設定されている。

本形態によれば、噛合い進行方向に直交する方向に沿う方向における歯面面粗度は、一般的な従前の歯車の歯面面粗度に設定しておくのみであるため、歯車製造に際して工程が複雑化することを抑制できる。

本発明に係る動力伝達装置の好ましい形態によれば、原動機からの動力を車軸に伝達する動力伝達装置が構成される。当該動力伝達装置では、入力軸と、当該入力軸に平行配置された出力軸と、入力軸および出力軸を接続可能な第１歯車対と、出力軸と車軸とを接続する最終歯車対と、を備えている。そして、複数の歯車対および最終歯車対のうち少なくとも１つの歯車対において、当該歯車対を構成する駆動側の歯車または従動側の歯車の一方が上述したいずれかの態様の本発明に係る歯車によって構成されている。

本発明によれば、第１歯車対および最終歯車対のうちの少なくとも１つの歯車対を構成する駆動側の歯車または従動側の歯車の一方が上述した各態様のいずれかの本発明に係る歯車によって構成されているため、本発明に係る歯車が奏する効果と同様の効果、例えば、歯車対の噛合いの際の摩擦係数の低減を図ることができる。これにより、動力伝達効率を向上することができる。

本発明に係る動力伝達装置の更なる形態によれば、従動側の歯車は、最も大きなトルクを伝達する歯車として構成されている。

本形態によれば、効率良く動力伝達効率の向上を図ることができる。

本発明に係る動力伝達装置の更なる形態によれば、駆動側の歯車または従動側の歯車は、最も歯数が多い歯車として構成されている。

本形態によれば、歯数が多いために歯面摩耗量が少ない傾向にある歯車に本発明を適用する構成であるため、摩擦係数低減効果をより持続させることができる。

本発明によれば、部品点数の増加や装置の大型化を招くことなく簡易に摩擦特性を向上することができる。

本発明の実施の形態に係る減速機１の構成の概略を示す概略構成図である。 リングギヤＲＧの構成の概略を示す斜視図である。 リングギヤＲＧの歯面２０のうち減速機１を搭載した車両が前進走行する際に出力ギヤＯＧが当接する側の歯面２０の様子を示す模式図である。 リングギヤＲＧの製造工程を示す説明図である。 本実施の形態に係るリングギヤＲＧの噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の算術平均粗さＲａと摩擦係数μとの関係を示す実験結果である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係る減速機１は、図１に示すように、原動機（図示せず）の回転軸（図示せず）に接続される入力軸２と、当該入力軸２に平行に配置された出力軸４と、入力軸２および出力軸４を接続する減速ギヤ機構ＲＧＭと、出力ギヤ機構ＯＧＭを介して出力軸４に接続されたディファレンシャル機構６と、これらを収容する減速機ケース８と、を備えている。減速ギヤ機構ＲＧＭは、本発明における「歯車対」に対応し、出力ギヤ機構ＯＧＭは、本発明における「最終歯車対」に対応する実施構成の一例である。また、減速機１は、本発明における「動力伝達装置」に対応する実施構成の一例である。

入力軸２は、図１に示すように、ベアリングＢ１，Ｂ２を介して減速機ケース８に回転可能に支持されている。入力軸２には、駆動ギヤＧおよびパーキングギヤＰＧが一体に形成されている。駆動ギヤＧおよびパーキングギヤＰＧは、入力軸２のうち図示しない原動機の回転軸に接続される側（図１中の紙面右側）からパーキングギヤＰＧ、駆動ギヤＧの順に入力軸２に配置されている。駆動ギヤＧは本発明における「駆動側の歯車」に対応する実施構成の一例である。

出力軸４は、図１に示すように、ベアリングＢ３，Ｂ４を介して減速機ケース８に回転可能に支持されている。出力軸４には、駆動ギヤＧと噛み合うように構成された被駆動ギヤＧ’が固定されていると共に、出力ギヤＯＧが一体に形成されている。被駆動ギヤＧ’は、本発明における「従動側の歯車」に対応し、出力ギヤＯＧは、本発明における「駆動側の歯車」に対応する実施構成の一例である。

被駆動ギヤＧ’および出力ギヤＯＧは、図１中の紙面右側から出力ギヤＯＧ、被駆動ギヤＧ’の順に出力軸４に配置されている。被駆動ギヤＧ’は、スプライン嵌合などによって出力軸４と一体回転可能なように出力軸４に固定されている。被駆動ギヤＧ’は、駆動ギヤＧよりも外径が大きく、かつ、歯数が多くなるように構成されている。即ち、被駆動ギヤＧ’は、入力軸２の回転速度を減速して出力軸４に伝達するように構成されている。駆動ギヤＧおよび被駆動ギヤＧ’によって減速ギヤ機構ＲＧＭが構成されている。

ディファレンシャル機構６は、図１に示すように、左右の車軸９，９に生ずる速度差（回転数差）を吸収しつつ動力を分配して伝達するように構成されている。ディファレンシャル機構６は、出力ギヤＯＧと噛み合うように構成されたリングギヤＲＧを有している。リングギヤＲＧは、本発明における「従動側の歯車」に対応する実施構成の一例である。

リングギヤＲＧは、図１に示すように、出力ギヤＯＧに比べて外径が大きく、かつ、歯数が最も多くなるように構成されている。これにより、出力軸４の回転速度を減速して車軸９，９に伝達することができる。出力ギヤＯＧおよびリングギヤＲＧによって出力ギヤ機構ＯＧＭが構成されている。

また、リングギヤＲＧの歯面のうち本発明の実施の形態に係る減速機１を搭載した車両が前進走行する際に出力ギヤＯＧと当接する側の歯面２０には、図２に示すように、微細溝２２が形成されている。当該微細溝２２によって歯面２０の面粗度が所定の範囲となるように設定されいている。微細溝２２は、本発明における「加工痕」に対応する実施構成の一例である。

より具体的には、リングギヤＲＧの歯面２０のうち車両が前進走行する際に出力ギヤＯＧの歯面と当接する領域ＭＡには、図３に示すように、出力ギヤＯＧとの噛合い始めとなる噛合い始め点から出力ギヤＯＧとの噛合いが終了する噛合い終了点までの噛合い位置が変化する方向（以下、「噛合い進行方向ＭＤ」という）に沿う方向に直交する方向に延在する微細溝２２が形成されており、当該微細溝２２によって噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の面粗度が、算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲となるように設定されている。ここで、領域ＭＡは、本発明における「他の歯車との噛合い領域」に対応する実施構成の一例である。

また、歯面２０の領域ＭＡにおいて、噛合い進行方向ＭＤと直交する方向、即ち、微細溝２２の延在方向に沿う方向における歯面２０の面粗度は、算術平均粗さＲａ０．１からＲａ０．４の範囲となるように設定されている。

リングギヤＲＧは、図４に示すように、生加工工程、熱処理工程および仕上げ加工工程を経て製造される。生加工工程は、リングギヤＲＧの鍛造粗材を旋削すると共にデフ取付穴の穴開け加工を行い、その後、ホブ加工によって歯切りを行ってフレージングを行う工程であり、熱処理工程は、浸炭焼入れを行った後にショットピーニングを行う工程であり、仕上加工工程は、内径をハードタンニングすると共に端面研削を行い、その後、歯車研削で歯車を仕上げる工程である。

そして、リングギヤＲＧの歯面２０の面粗度の設定、即ち、噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の面粗度の算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲への設定、および、噛合い進行方向ＭＤと直交する方向（微細溝２２の延在方向）に沿う方向における歯面２０の面粗度の算術平均粗さＲａ０．１からＲａ０．４の範囲への設定は、本実施の形態では、製造工程における仕上加工の歯車研削の際に、砥石の粒度を調整することによって調整する構成とした。

次に、こうして構成されたリングギヤＲＧの摩擦係数μの低減効果について説明する。図５は、本実施の形態に係るリングギヤＲＧの噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の算術平均粗さＲａと摩擦係数μとの関係を示す実験結果である。リングギヤＲＧの摩擦係数μは、図５に示すように、噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の算術平均粗さＲａの大きさに応じて大きく変化することが確認された。より具体的には、摩擦係数μは、噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の算術平均粗さＲａの大きさに対して下に凸となる逆放物線形状に変化する。

従来、車両に搭載される減速機や変速機に用いられるリングギヤの歯面の面粗度は、算術平均粗さＲａ０．１からＲａ０．４の範囲に設定されることが一般的であり、この場合、摩擦係数μは、図５に示すように、約０．０８を示す（図５の黒四角のポイント）。これに対して、リングギヤＲＧの噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の面粗度が算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲内では摩擦係数μが従来のリングギヤの摩擦係数に対して低減し、算術平均粗さＲａが約１．０において極小値（０．０６８）を示し、最大で約１０％低減することができることが確認された。

なお、本実施の形態に係るリングギヤＲＧでは、噛合い進行方向ＭＤに直交する方向に沿う方向の面粗度を、従来のリングギヤの歯面の面粗度と同様、算術平均粗さＲａ０．１からＲａ０．４の範囲に設定する構成としたため、リングギヤＲＧの噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の面粗度を算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲に設定するのみで良く、極めて簡易な構成でリングギヤＲＧの摩擦係数μの低減を図ることができる。

以上説明した本実施の形態に係る減速機１によれば、リングギヤＲＧの歯面２０のうち出力ギヤＯＧの歯面と当接する領域ＭＡに、噛合い進行方向ＭＤに沿う方向に直交する方向に延在する微細溝２２を形成し、噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の面粗度を算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲となるように設定したため、リングギヤＲＧの摩擦係数μの低減を図ることができる。これにより、減速機１における動力伝達効率の向上を図ることができる。なお、噛合い進行方向ＭＤに沿う方向における歯面２０の面粗度を適切な値に設定するのみであるため、部品点数の増加や装置の大型化を招くことなく簡易に摩擦特性を改善することができる。また、歯面２０のうち領域ＭＡのみの面粗度を適切な値に設定するのみで良いため、歯面２０全体の面粗度を管理する構成に比べて管理が容易である。

さらに、本実施の形態に係る減速機１によれば、噛合い進行方向ＭＤに直交する方向（微細溝２２の延在方向）に沿う方向における歯面２０の面粗度を、算術平均粗さＲａ０．１からＲａ０．４の範囲に設定する構成、即ち、噛合い進行方向ＭＤに直交する方向（微細溝２２の延在方向）に沿う方向における歯面２０の面粗度は、一般的な従前の歯車の歯面の面粗度と同等に設定する構成であるため、歯車製造に際して工程が複雑化することを抑制できる。

また、本実施の形態に係る減速機１によれば、減速機１に用いられる歯車のうち最も大きなトルクを伝達するリングギヤＲＧに本発明（噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の面粗度を算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲となるように設定）を適用する構成であるため、効率良く動力伝達効率の向上を図ることができる。なお、リングギヤＲＧは、減速機１に用いられる歯車のうち最も歯数が多い歯車であるため、歯面摩耗が生じ難く、噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の面粗度が算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲で長期に維持され易い。これにより、摩擦係数μの低減効果をより持続させることができる。

本実施の形態では、領域ＭＡのみにおいて面粗度を算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲に設定する構成としたが、領域ＭＡ以外の領域においても（歯面２０の全域において）面粗度を算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲に設定する構成としても良い。

本実施の形態では、リングギヤＲＧの歯面２０のうち車両が前進走行する際に出力ギヤＯＧの歯面と当接する側の歯面の面粗度を算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲に設定する構成としたが、これとは逆に、リングギヤＲＧの歯面２０のうち車両が後進走行する際に出力ギヤＯＧの歯面と当接する側の歯面の面粗度を算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲に設定する構成や、両方の歯面２０において面粗度を算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲に設定する構成としても良い。

本実施の形態では、、噛合い進行方向ＭＤと直交する方向、即ち、微細溝２２の延在方向に沿う方向における歯面２０の面粗度を、算術平均粗さＲａ０．１からＲａ０．４の範囲となるように設定する構成としたが、当該方向における歯面の面粗度は、算術平均粗さＲａ０．１からＲａ０．４の範囲外であっても良い。

本実施の形態では、リングギヤＲＧのみに本発明（噛合い進行方向ＭＤに沿う方向の歯面２０の面粗度を算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲となるように設定）を適用する構成としたが、これに限らない。例えば、駆動ギヤＧの歯面に本発明を適用する構成や、出力ギヤＯＧの歯面に本発明を適用する構成、あるいは、被駆動ギヤＧ’の歯面に本発明を適用する構成としていも良い。なお、この場合、噛み合う一対の歯車のうちの一方の歯車のみの歯面に本発明を適用する構成となる。

本実施の形態では、微細溝２２は、砥石による研削によって形成する構成としたが、これに限らない。例えば、リングギヤＲＧが鋳造や焼結によって成形される場合には、型によって微細溝２２を形成する構成としても良い。

本実施形態は、本発明を実施するための形態の一例を示すものである。したがって、本発明は、本実施形態の構成に限定されるものではない。

１ 減速機（動力伝達装置）
２ 入力軸（入力軸）
４ 出力軸（出力軸）
６ ディファレンシャル機構
８ 減速機ケース
９ 車軸（車軸）
２０ 歯面
２２ 微細溝（加工痕）
ＲＧＭ 減速ギヤ機構（歯車対）
ＯＧ 出力ギヤ（駆動側の歯車）
ＯＧＭ 出力ギヤ機構（最終歯車対）
Ｇ 駆動ギヤ（駆動側の歯車）
Ｇ’ 被駆動ギヤ（従動側の歯車）
ＰＧ パーキングギヤ
Ｂ１ ベアリング
Ｂ２ ベアリング
Ｂ３ ベアリング
Ｂ４ ベアリング
ＲＧ リングギヤ（従動側の歯車）
ＭＡ 領域（他の歯車との噛合い領域）
ＭＤ 噛合い進行方向

Claims (7)

1. 歯筋方向が回転軸線に対して所定の捻じれ角を有するよう構成され、他の歯車と噛み合うことによって動力を伝達するよう構成された歯車であって、
   少なくとも前記他の歯車との噛合い領域において、前記他の歯車との噛合い始め点から噛合い終わり点までの噛合い位置が変化する方向である噛合い進行方向に沿う方向における歯面面粗度が所定値に設定されている
   歯車。
2. 前記所定値は、算術平均粗さＲａ０．４からＲａ１．６の範囲に設定されている
   請求項１に記載の歯車。
3. 前記噛合い進行方向に沿う方向に対して直交する加工痕を設けることによって、前記噛合い進行方向に沿う方向における歯面面粗度を前記所定値に設定するよう構成されている
   請求項１または２に記載の歯車。
4. 前記噛合い進行方向に直交する方向に沿う方向における歯面面粗度は、算術平均粗さＲａ０．１からＲａ０．４の範囲に設定されている
   請求項３に記載の歯車。
5. 原動機からの動力を車軸に伝達する動力伝達装置であって、
   入力軸と、
   該入力軸に平行配置された出力軸と、
   前記入力軸および前記出力軸を接続可能な第１歯車対と、
   前記出力軸と前記車軸とを接続する最終歯車対と、
   を備え、
   前記第１歯車対および前記最終歯車対のうちの少なくとも１つの歯車対において、該歯車対を構成する駆動側の歯車または従動側の歯車の一方が請求項１ないし４のいずれか１項に記載の歯車によって構成されている
   動力伝達装置。
6. 前記従動側の歯車は、最も大きなトルクを伝達する歯車として構成されている
   請求項５に記載の動力伝達装置。
7. 前記駆動側の歯車または前記従動側の歯車は、最も歯数が多い歯車として構成されている
   請求項５または６に記載の動力伝達装置。

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