JP2019056409A

JP2019056409A - 歯車構造

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Publication number: JP2019056409A
Application number: JP2017180493A
Authority: JP
Inventors: 愛子平脇; Aiko Hirawaki
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-09-20
Filing date: 2017-09-20
Publication date: 2019-04-11
Anticipated expiration: 2037-09-20
Also published as: JP7121475B2

Abstract

【課題】歯車の伝達効率の低下を抑制する。【解決手段】歯車構造は、一対の歯車対からなり、歯車対の少なくとも一方の歯車の歯面１４ｃは、他方の歯車と噛み合う際に他方の歯車の歯面と接触する噛合領域Ｒ１と、噛合領域Ｒ１の外側に配される非噛合領域Ｒ２とを含み、歯面１４ｃは、歯車対の噛み合い進行方向Ｓと交差する方向に延在する溝１６を備え、溝１６は、非噛合領域Ｒ２のうち、噛合領域Ｒ１を歯車対の噛み合い進行方向Ｓと直交する方向に拡張した領域に形成される。これにより、歯面１４ｃに十分な油膜を保持させることができる。歯面１４ｃに十分な油膜を保持させることで、歯面１４ｃのすべり損失を低減することができる。その結果、歯車の伝達効率の低下を抑制することができる。【選択図】図３

Description

本発明は、歯車構造に関する。

自動車は、原動機からの動力を車軸側に伝達する動力伝達機構を有する。動力伝達機構には、例えば、平歯車よりも噛み合い率が大きく、かつ、大きな回転力を円滑に伝達することが可能な、はすば歯車が使用されている。しかし、はすば歯車は、噛み合い歯面が摩耗等により損傷する場合がある。そのため、特許文献１では、はすば歯車の噛み合い歯面の損傷を低減するために、歯面に潤滑油を供給している。

特開２００９−１５６３６８号公報

しかし、特許文献１のように、歯面に潤滑油を供給しても、歯車を高負荷で運転すると、噛み合い歯面間の潤滑油の厚さが薄くなる。潤滑油の厚さが薄くなると、歯車の伝達効率が低下するという問題がある。

そこで、本発明は、歯車の伝達効率の低下を抑制することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の歯車構造は、一対の歯車対からなり、前記歯車対の少なくとも一方の歯車の歯面は、他方の歯車と噛み合う際に他方の歯車の歯面と接触する噛合領域と、前記噛合領域の外側に配される非噛合領域とを含み、前記歯面は、前記歯車対の噛み合い進行方向と交差する方向に延在する溝を備え、前記溝は、前記非噛合領域のうち、前記噛合領域を前記歯車対の噛み合い進行方向と直交する方向に拡張した領域に形成される。

前記溝は、前記噛み合い進行方向に対し略直角に設けられてもよい。

前記溝は、前記噛合領域には備えられていなくてもよい。

前記溝は、全周が壁面で囲繞されていてもよい。

前記溝の前記壁面のうち前記噛合領域に最も近接する壁面は、テーパ形状を有してもよい。

前記歯車対は、ねじれ角をもつ歯車からなる歯車対であってもよい。

本発明によれば、歯車の伝達効率の低下を抑制することができる。

本実施形態の動力伝達機構を説明する図である。噛み合う両歯車の歯の形状を模式的に表わす図である。図２に示す小径はすば歯車の歯面のＩＩＩ矢視図である。本実施形態における図３に示す歯面のＡ−Ａ概略断面図である。本実施形態の変形例における図３に示す歯面のＡ−Ａ概略断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

自動車（車両）は、原動機からの動力を車軸側に伝達する動力伝達機構においてさまざまな歯車が設けられている。歯車を用いた動力伝達機構の一例としては、自動車用変速機が挙げられる。本実施形態では、自動車用変速機における動力伝達機構について具体的に説明するが、本実施形態の動力伝達機構は、自動車用変速機以外にも適用可能であり、その用途が限定されるものではない。

図１は、本実施形態の動力伝達機構１を説明する図である。動力伝達機構１は、小径はすば歯車（歯車構造）１０と大径はすば歯車２０を有する。小径はすば歯車１０は、第１支持軸１２に支持され、大径はすば歯車２０は、第２支持軸２２に支持される。本実施形態では、第１支持軸１２と第２支持軸２２は、平行に設けられる。小径はすば歯車１０と大径はすば歯車２０は、互いに噛み合って一対の歯車対を形成している。

歯車対の噛み合い部には、不図示の潤滑油供給ノズルにより潤滑油が供給される。潤滑油供給ノズルは、歯車対のかみこみ側に設けられる。ただし、潤滑油供給ノズルは、歯車対の反かみこみ側に設けられてもよい。また、潤滑油供給ノズルの向きを調整して、歯車対のいずれか一方の歯車に向けて潤滑油を供給するようにしてもよい。なお、本実施形態では、潤滑油を潤滑油供給ノズルを使用して供給する例を挙げたが、これに限定されず、例えば、飛沫潤滑や油浴潤滑等、潤滑油供給ノズルを使用しない他の潤滑油供給機構を使用して潤滑油を供給してもよい。

小径はすば歯車１０は、複数の歯１４を有する。複数の歯１４は、歯すじが第１支持軸１２の中心軸（回転軸）に対し傾斜している。複数の歯１４は、ねじれ方向が左で、所定のねじれ角を有する。

大径はすば歯車２０は、複数の歯２４を有する。複数の歯２４は、歯すじが第２支持軸２２の中心軸（回転軸）に対し傾斜している。複数の歯２４は、ねじれ方向が右で、所定のねじれ角を有する。

小径はすば歯車１０と大径はすば歯車２０は、互いの歯１４、２４を噛み合わせて回転を伝達する。小径はすば歯車１０は、図１の矢印Ａ方向に回転し、大径はすば歯車２０の図１の矢印Ｂ方向への回転を導く。本実施形態では、小径はすば歯車１０から大径はすば歯車２０に回転（動力）を伝達している。

図２は、噛み合う両歯車の歯の形状を模式的に表わす図である。図２中、上側は、大径はすば歯車２０が有する複数の歯２４のうちの１つの歯２４を示す。図２中、下側は、小径はすば歯車１０が有する複数の歯１４のうちの１つの歯１４を示す。複数の歯１４、２４は、インボリュート歯形に形成される。

小径はすば歯車１０の歯１４は、歯１４の先端に形成される歯先部１４ａと、歯１４の根元に形成される歯底部１４ｂと、歯先部１４ａと歯底部１４ｂとの間に形成される歯面１４ｃを有する。同様に、大径はすば歯車２０の歯２４は、歯２４の先端に形成される歯先部２４ａと、歯２４の根元に形成される歯底部２４ｂと、歯先部２４ａと歯底部２４ｂとの間に形成される歯面２４ｃを有する。

図３は、図２に示す小径はすば歯車１０の歯面１４ｃのＩＩＩ矢視図である。図３は、歯面１４ｃを、歯面１４ｃの垂直方向から見た状態を示している。ここで、図３に示す歯面１４ｃは、小径はすば歯車１０から大径はすば歯車２０に回転を伝達するとき、大径はすば歯車２０の歯面２４ｃと噛み合う歯面である。

なお、小径はすば歯車１０の歯１４と大径はすば歯車２０の歯２４の構造は実質的に等しい。したがって、ここでは、小径はすば歯車１０の歯１４の構造について詳述し、大径はすば歯車２０の歯２４の構造の説明については省略する。

歯面１４ｃは、大径はすば歯車２０の歯２４の歯面２４ｃと噛み合う噛合領域Ｒ１と、噛合領域Ｒ１の外側に配される非噛合領域Ｒ２を有する。矢印Ｓは、小径はすば歯車１０の歯面１４ｃが大径はすば歯車２０の歯面２４ｃと噛み合う進行方向、いわゆる、噛み合い進行方向である。歯面１４ｃは、噛合領域Ｒ１において、図３中左下の歯底部１４ｂ側から右上の歯先部１４ａ側に向かって歯面２４ｃと噛み合う。

噛合領域Ｒ１は、略楕円形状であり、長手方向（長径方向）が噛み合い進行方向Ｓに延在する。噛合領域Ｒ１は、歯車対の一方の歯車と他方の歯車が噛み合う際に、一方の歯車の歯面が他方の歯車の歯面と接触する領域である。非噛合領域Ｒ２は、歯面１４ｃのうち噛合領域Ｒ１以外の領域である。非噛合領域Ｒ２には、複数の溝１６が形成される。複数の溝１６は、非噛合領域Ｒ２のうち、噛合領域Ｒ１を噛み合い進行方向Ｓと直交する方向に拡張した領域に形成される。なお、本実施形態では、複数の溝１６は、噛合領域Ｒ１には設けられていない。複数の溝１６は、噛合領域Ｒ１以外の領域に設けられる。複数の溝１６は、噛み合い進行方向Ｓに所定間隔ごとに配される。複数の溝１６は、略矩形状を有し、長手方向が噛み合い進行方向Ｓと交差する方向に延在する。本実施形態では、複数の溝１６は、噛み合い進行方向Ｓに対し略直角に設けられる。複数の溝１６の長手方向は、噛み合い進行方向Ｓと直交する方向に延在している。

溝１６の長手方向の長さは、噛み合い進行方向Ｓと直交する方向において、噛合領域Ｒ１の外周端Ｒ１ａと非噛合領域Ｒ２（歯面１４ｃ）の外周端Ｒ２ａとの間の距離に応じて決定される。溝１６の長手方向の長さは、噛み合い進行方向Ｓと直交する方向において、外周端Ｒ１ａと外周端Ｒ２ａとの間の距離が大きくなるほど長くなる。なお、本実施形態において、複数の溝１６の短手方向の幅は、いずれも同じ幅で一定である。

溝１６のうち噛合領域Ｒ１の外周端Ｒ１ａに最も近接する一端は、外周端Ｒ１ａから離間して配される。溝１６のうち歯面１４ｃの外周端Ｒ２ａに最も近接する他端は、外周端Ｒ２ａから離間して配される。すなわち、溝１６は、歯面１４ｃの外周端Ｒ２ａに開口しない。換言すれば、溝１６は、図３に示すように、全周が壁面で囲繞されている。

図４は、本実施形態における図３に示す歯面１４ｃのＡ−Ａ概略断面図である。溝１６は、外周端Ｒ１ａに最も近接する一端に壁面Ｈ１を有する。溝１６は、外周端Ｒ２ａに最も近接する他端に壁面Ｈ２を有する。また、溝１６は、噛み合い進行方向Ｓに対向する壁面Ｈ３および壁面Ｈ４を有する。壁面Ｈ１〜Ｈ４は、歯面１４ｃと直交する面である。また、溝１６は、歯面１４ｃと平行な底面Ｈ５を有する。

上述したように、不図示の潤滑油供給ノズルは、歯車対の噛み合い部に潤滑油を供給する。そのため、歯面１４ｃには、油膜が形成される。また、歯面１４ｃに供給された潤滑油は、歯面１４ｃに形成された溝１６の内部に導入される。図４に示すように、溝１６は、壁面Ｈ１〜Ｈ４により囲繞されている。このように、溝１６は、歯面１４ｃの外周端Ｒ２ａに開口していない。したがって、溝１６は、内部に潤滑油を保持することができる。

小径はすば歯車１０から大径はすば歯車２０に回転を伝達するとき、噛合領域Ｒ１は、大径はすば歯車２０の歯面２４ｃから負荷を受ける。噛合領域Ｒ１は、歯面２４ｃから負荷を受けると押しつぶされるように撓む。溝１６の壁面Ｈ１の高さは、噛合領域Ｒ１が撓むと、噛合領域Ｒ１が撓む前よりも低くなる。そのため、溝１６の内部に保持されていた潤滑油は、壁面Ｈ１を超えて噛合領域Ｒ１に供給される。

ここで、小径はすば歯車１０から大径はすば歯車２０に回転を伝達するとき、歯面１４ｃ上の油膜（潤滑油）は、歯面２４ｃによって噛み合い進行方向Ｓに押し出されてしまう。しかしながら、このとき溝１６の内部に保持されていた潤滑油が噛合領域Ｒ１に供給されるため、噛合領域Ｒ１上の油膜（潤滑油）を維持することができる。したがって、歯車対を高負荷で運転しても、噛み合い歯面１４ｃ、２４ｃ間の潤滑油の厚さが薄くなることを低減することができる。

また、溝１６は、長手方向が噛み合い進行方向Ｓと直交する方向に延在している。そのため、溝１６は、歯面１４ｃ上の油膜（潤滑油）が噛み合い進行方向Ｓに押し出された場合でも、潤滑油を壁面Ｈ３およびＨ４によってせき止めることができる。その結果、噛み合い進行方向Ｓに押し出される潤滑油の量を低減することができる。

以上により、歯面１４ｃ上の油膜（潤滑油）が歯面２４ｃによって噛み合い進行方向Ｓに押し出されてしまう場合でも、歯面１４ｃに十分な油膜を保持させることができる。すなわち、歯面１４ｃの油膜保持性を向上させることができる。歯面１４ｃに十分な油膜を保持させることで、歯面１４ｃのすべり損失を低減することができる。その結果、歯車の伝達効率の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では、非噛合領域Ｒ２に溝１６を配する場合について説明した。ここで、噛合領域Ｒ１に溝１６を設けた場合は、噛合領域Ｒ１と歯面２４ｃの接触面積が低減してしまい、噛合領域Ｒ１の面圧が高くなる。噛合領域Ｒ１の面圧が高くなると、噛合領域Ｒ１において摩耗やピッチングが発生する。そのため、本実施形態では、噛合領域Ｒ１に溝１６を配していない。ただし、噛合領域Ｒ１における摩耗やピッチングを考慮しない場合、噛合領域Ｒ１に溝１６を配してもよい。

図５は、本実施形態の変形例における図３に示す歯面１４ｃのＡ−Ａ概略断面図である。本変形例は、上記実施形態に対し、溝１６の壁面Ｈ１１の形状のみが異なる。具体的に、本変形例の溝１６は、壁面Ｈ１１と、上述した壁面Ｈ２〜Ｈ４および底面Ｈ５を有する。

壁面Ｈ１１は、溝１６のうち噛合領域Ｒ１の外周端Ｒ１ａに最も近接する一端に配される。壁面Ｈ１１は、歯面１４ｃと直交する方向の高さが、噛み合い進行方向Ｓと直交する方向において変化するテーパ形状を有する。壁面Ｈ１１は、噛み合い進行方向Ｓと直交する方向において、噛合領域Ｒ１に近づくにしたがって底面Ｈ５の底部位置が歯面１４ｃに近づくように傾斜している。

壁面Ｈ１１は、上述したテーパ形状を有することにより、テーパ形状を有さない場合よりも、溝１６の内部に保持されている潤滑油を噛合領域Ｒ１側に供給しやすくすることができる。したがって、本変形例によれば、上記実施形態よりも、噛合領域Ｒ１に溝１６の内部に保持した潤滑油をより多く供給することができる。

本変形例においても、上記実施形態と同様に、歯面１４ｃに十分な油膜を保持させることができる。すなわち、歯面１４ｃの油膜保持性を向上させることができる。歯面１４ｃに十分な油膜を保持させることで、歯面１４ｃのすべり損失を低減することができる。その結果、歯車の伝達効率の低下を抑制することができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

上記実施形態において、動力伝達機構１は、例えば、小径はすば歯車１０を有し、小径はすば歯車１０の歯面１４ｃに溝１６を形成する例を挙げた。しかし、これに限定されず、動力伝達機構１は、はすば歯車の他に、平歯車、かさ歯車、内歯歯車などの他の歯車を有し、これら他の歯車の歯面に溝１６を形成してもよい。

また、上記実施形態の溝１６は、ねじれ角をもつ歯車（例えば、はすば歯車、やまば歯車、スパイラルベベルギヤ、ハイポイドギヤ等）、すなわち噛み合いが歯すじ方向（図３の左右方向）に進行する歯車からなる歯車対に対して特に好適である。ねじれ角をもつ歯車は、歯面に対し噛み合いが斜めに進行していくために噛み合い長さが長く、油膜が押し出される領域が長いことから、溝１６による油膜維持の効果をより顕著に得ることができる。

また、上記実施形態において、小径はすば歯車１０と大径はすば歯車２０が噛み合う歯面１４ｃ、２４ｃに溝１６が形成される場合について説明した。しかし、これに限定されず、歯面１４ｃ、２４ｃのうちいずれか一方にのみ溝１６が形成されるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、溝１６の形状を略矩形状とした。しかし、これに限定されず、溝１６の形状を、例えば、略三角形状、略台形状等の多角形状や、略楕円形状や、直線と曲線が組み合わされた形状としてもよい。

また、上記実施形態において、複数の溝１６の短手方向の幅は、いずれも同じ幅であるものとした。しかし、これに限定されず、複数の溝１６の短手方向の幅は、互いに異なっていてもよい。例えば、噛み合い進行方向Ｓにおいて、噛合領域Ｒ１の歯底側あるいは歯先側に近づくにしたがって、溝１６の短手方向の幅が大きくなるようにしてもよい。

本発明は、歯車構造に利用できる。

Ｒ１噛合領域
Ｒ２非噛合領域
Ｓ進行方向
１４ｃ歯面
１６溝

Claims

一対の歯車対からなり、
前記歯車対の少なくとも一方の歯車の歯面は、他方の歯車と噛み合う際に他方の歯車の歯面と接触する噛合領域と、前記噛合領域の外側に配される非噛合領域とを含み、
前記歯面は、前記歯車対の噛み合い進行方向と交差する方向に延在する溝を備え、
前記溝は、前記非噛合領域のうち、前記噛合領域を前記歯車対の噛み合い進行方向と直交する方向に拡張した領域に形成される歯車構造。
前記溝は、前記噛み合い進行方向に対し略直角に設けられている請求項１に記載の歯車構造。
前記溝は、前記噛合領域には備えられていない、請求項１または２に記載の歯車構造。
前記溝は、全周が壁面で囲繞されている請求項１から３のうちいずれか１項に記載の歯車構造。
前記溝の前記壁面のうち前記噛合領域に最も近接する壁面は、テーパ形状を有する請求項４に記載の歯車構造。
前記歯車対は、ねじれ角をもつ歯車からなる歯車対である請求項１から５のうちいずれか１項に記載の歯車構造。