JP3786183B2 - ギアの騒音低減装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ギアを介した回転伝達の際にギア間のバックラッシによる歯打ち音を低減するためのギアの騒音低減装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
周知のように、駆動負荷が変動する被駆動装置を駆動源によりギア列を介して駆動するギア構造では、ギア間のバックラッシによりギアの歯面同士が衝突して、騒音増加の原因となることが知られている。このような現象を抑制するための対策として、シザースギアを挙げることができる。周知のように、シザースギアは本来のギア（ドブリンギア）に対して重合配置されており、ばねにより反回転方向に付勢されて、ドブリンギアと相手側のギアとの歯面の衝突を防止するものである。
【０００３】
しかしながら、シザースギアの適用は伝達トルクが比較的低いギアに限られる。つまり、伝達トルクが増加するほどギアが正逆回転するときのトルクも増加するため、ばねを強める必要が生じる。ところが、ばねを強めるほど、相手側のギアの歯面に対する圧接力が強まって磨耗を促進させる弊害が発生することから、結果として、上記のように伝達トルクに関する制限を受けるのである。
【０００４】
一方、歯付ベルトと歯付プーリとの噛合部分の騒音を低減するための技術として、例えば特開２０００−１４５９２９号公報に記載のように、歯付プーリの外周の特定箇所からオイルを噴出させて騒音低減を図ったものが提案されており、この技術をギアに応用することも考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に記載の技術は、オイルの噴出により歯付プーリや歯付ベルトの歯面に油膜を形成し、この油膜により歯面の衝突を緩和するものであり、ギアに応用した場合でも、同様の原理により歯面が衝突したときの歯打ち音が低減される。しかしながら、ゴム等の弾性材料からなる歯付ベルトと異なり、金属等で製作されたギアの場合には歯面の衝突による衝撃が格段に大きく、歯面上に残った薄い油膜では歯打ち音を十分に低減できないことは明らかである。
【０００６】
よって、単に歯面上の油膜に頼ることなく、ギアの噛合部分に常に十分なオイルを供給して、オイル中で歯面を噛合させる対策が考えられる。ところが、ギアの回転に伴って噛合位置は順次変化するため、この場合には、ギアの外周全体に隈なくオイルの噴出孔を設ける必要が生じ、必然的にオイル消費量が激増して、ひいてはオイル供給源の駆動損失が増大してしまうという問題が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、オイル供給源の駆動損失を最小限に抑制した上で、ギアの歯面の衝突による歯打ち音を確実に低減することができるギアの騒音低減装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、被駆動装置のカム軸から成る入力軸に固定された従動ギアに駆動ギアを噛合させ、駆動ギア及び従動ギアを介して駆動源の回転を被駆動装置に伝達するギア構造において、従動ギアの反入力軸側に凹設された軸受部と、軸受部に嵌合され、従動ギアを回転可能に支持するギア軸と、従動ギアの外周上の被駆動装置のカムの駆動による負荷変動時において駆動ギアと噛合する位置に一端を開口させると共に、他端を軸受部に開口させた分配通路と、ギア軸の外周面に開口して、従動ギアの軸受面にて閉塞されると共に、従動ギアの回転に伴って被駆動装置の負荷変動と一致するタイミングで分配通路の他端と連通して、分配通路に油を供給する油供給部とを備えた。
【００１２】
従って、駆動源の回転は駆動ギア及び従動ギアを介して被駆動装置に伝達され、被駆動装置の負荷変動時以外では、従動ギアの軸受面にて油供給部が閉塞されるため、油供給部からの無駄な油の消費が抑制され、一方、被駆動装置の負荷変動時には、分配通路の他端が油供給部と連通すると共に、分配通路の一端が駆動ギアとの噛合位置と対応するため、油供給部の油が分配通路を経てギア噛合位置に向けて噴出されて、その油中で両ギアの歯面の噛合が行われる。
【００１３】
被駆動装置の負荷変動時には、従動ギアに対して駆動ギアがバックラッシの範囲内で正逆回転して、両ギアの歯面が衝突する現象が生じるが、このときには両歯面の間に存在する油全体が歯面の衝突を緩和するため、歯面の衝突が確実に緩和される。又、被駆動装置の負荷変動時のタイミングに集中してギア噛合位置に油を噴出するため、例えばギアの外周全体から常に油を噴出させる場合に比較して油の消費が大幅に減少し、油の供給源、例えばオイルポンプ等の駆動損失が抑制される。
【００１４】
一方、油は油供給部まで常に供給されており、油の一部はギア軸の外周面とギアの内周面との間に侵入して、ギアの回転に伴って周方向全体に油膜を形成し、ギア軸と従動ギア間の潤滑がなされる。そして、このように油供給部の油を利用して軸受部の潤滑を行っているため、潤滑専用の供給油路を必要とせずに簡単な構成で実現可能となる。
【００１５】
本発明は好適には、ディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプのポンプ軸に固定されたポンプギアにアイドラギアを噛合させ、アイドラギア及びポンプギアを介してエンジンのクランク軸の回転を燃料噴射ポンプに伝達するギア構造における騒音低減装置として具体化できる。
燃料噴射ポンプでは、燃料噴射の開始に伴うポンプ負荷の急増や燃料噴射の終了に伴うポンプ負荷の急減が生じ、この負荷変動により、燃料噴射の度にポンプギアとアイドラギアとの歯面が衝突して歯打ち音が発生するが、本発明の構成においては、歯面の衝突を緩和して歯打ち音を低減可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプに適用したギアの騒音低減装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のギアの騒音低減装置を示す部分断面図、図２は分配通路の配置を示す図１のII−II線断面図、図３は分配通路の外端側の詳細を示す拡大断面図である。燃料噴射ポンプ１（被駆動装置）は図示しないエンジン（駆動源）のシリンダブロックに固定されており、図１には燃料噴射ポンプ１の前部が部分的に示されている。燃料噴射ポンプ１に設けられたポンプ軸２（入力軸）の前部にはポンプギア３がテーパ嵌合され、このポンプギア３の前面には軸線Ｌを中心とした円筒状の軸受凹部４が形成されている。ポンプ軸２の先端のねじ部２ａは軸受凹部４内に突出してナット５が螺合され、これによりポンプギア３がポンプ軸２に固定されている。尚、ポンプギア３の歯形は、ストレートギアとして構成しても、ヘリカルギアとして構成してもよい。
【００１７】
ポンプギア３の前方には僅かな間隔をおいてギアケース６が配置され、このギアケース６の後面にはギア軸７の鍔部８が図示しないボルトで固定されている。ギア軸７は軸心Ｌを中心とした円筒状をなして前記軸受凹部４内に配設され、ギア軸７の外周面７ａと軸受凹部４の内周面４ａとは僅かなオイルクリアランスＭ１をおいて相対向し、同様にギア軸７の鍔部８の後面８ａとポンプギア３の前面３ａも僅かなオイルクリアランスＭ２をおいて相対向している。
【００１８】
そして、ポンプギア３はシリンダブロックに回転可能に支持されたアイドラギア９（駆動ギア）と噛合し、図示はしないが、このアイドラギア９はエンジンのクランク軸に固定されたドライブギアと噛合し、クランク軸の回転がアイドラギア９を介してポンプギア３に伝達される。
ポンプギア３と共にポンプ軸２が１回転する間に、各気筒の燃料噴射は一巡し、各燃料噴射において燃料噴射ポンプ１は燃料を加圧して対応する気筒に圧送する。周知のように燃料の加圧・圧送はポンプ軸２に連結されたカムを利用して行われ、その燃料圧をスピルにより逃がすことで圧送を終了しているため、燃料噴射ポンプ１の負荷（ポンプ軸２の回転抵抗）は燃料噴射の開始に伴って急増する一方、終了に伴って急減し、この負荷変動が燃料噴射の度に発生することになる。本実施形態のエンジンは直列４気筒として構成されているため、ポンプ軸２が９０°回転する毎に燃料噴射が実施され、それに伴ってポンプ負荷が変動する。
【００１９】
このポンプ負荷の変動は、アイドラギア９に対してポンプギア３をバックラッシの範囲内で正逆回転させる要因となり、結果として両ギア３，９の歯面を衝突させて歯打ち音を発生させる。よって、本実施形態の燃料噴射ポンプ１では、９０°毎の燃料噴射の度に、歯面の衝突による歯打ち音が急増する特性を有することになる。
【００２０】
一方、図２に示すように、ポンプギア３には軸心Ｌを中心として９０°間隔で４本の分配通路１１が放射状に形成されており、各分配通路１１の内端は前記軸受凹部４の内周面４ａに開口している。又、各分配通路１１の外端は計３本に分岐しており、図３に示すようにポンプギア３の周方向に三叉状に分岐して、隣接する３箇所の歯溝３ｂ内に開口している。このように各分配通路１１の外端は、ポンプギア３の外周に９０°間隔で４箇所に集中（各３本）して開口し、それぞれの開口位置は、各気筒の燃料噴射時（つまり、上記のようにポンプ負荷が変動するとき）において相手側のアイドラギア９と噛合する位置に設定されている。
【００２１】
又、ギア軸７には軸線Ｌに沿って１本の供給通路１２（油供給部）が形成され、この供給通路１２の一端はオイルライン１３を介してエンジンの潤滑用のオイルポンプと接続され、オイルポンプからのオイルが常にオイルライン１３を経て供給通路１２に供給されている。供給通路１２の他端は直角に屈曲してギア軸７の外周面７ａに開口し、その供給通路１２の開口部は、軸受凹部４の内周面４ａにより閉塞されると共に、ポンプギア３の回転に伴って内周面４ａに開口する各分配通路１１と順次連通する。供給通路１２の他端はアイドラギア９側に向けて屈曲しているため、図１及び図２に示すように、各分配通路１１の外端側の開口部がアイドラギア９との噛合位置に対応しているときに、当該分配通路１１の内端側の開口部が供給通路１１と連通する。
【００２２】
本実施形態のギアの騒音低減装置は以上のように構成され、エンジンの運転中において、以下に述べるようにして騒音低減作用を奏する。
エンジンの運転中には、クランク軸の回転がアイドラギア９を介してポンプギア３に伝達され、ギア軸７を中心としてポンプギア３が９０°回転する毎に、各気筒の燃料噴射が順次実施される。一方、オイルポンプからのオイルはオイルライン１３を経て供給通路１２まで供給されており、何れの気筒の燃料噴射にも該当しないときには、供給通路１２の開口部は軸受凹部４の内周面に閉塞されて、オイルは供給通路１２内に保持され続けて無駄なオイル消費が抑制される。
【００２３】
そして、図４のタイムチャートに示すように、各気筒の燃料噴射の開始直前のタイミングａに至ると、ポンプギア３の回転に伴って、９０°間隔の何れかの分配通路１１がアイドラギア９の噛合位置と対応すると共に、この分配通路１１の内端側の開口部が供給通路１２に対して連通する。よって、供給通路１２内のオイルは分配通路１１内を流通してアイドラギア９の噛合位置に向けて噴出し、そのオイル中でポンプギア３とアイドラギア９との歯面の噛合が行われる。分配通路１１は各歯溝３ｂ内に開口するため、歯面はオイル中で噛合する。
【００２４】
供給通路１２と分配通路１１との連通は、燃料噴射の開始直前から終了直後のタイミングｂまで継続され、且つ、この期間中は、分配通路１１が開口している３箇所の歯溝３ｂの何れかがアイドラギア９の噛合位置と対応する。よって、燃料噴射の開始直前から終了直後までの期間中は、アイドラギア９の噛合位置へのオイル噴出が継続して行われ、その後、供給通路１２の開口部が再び軸受凹部４の内周面４ａに閉塞されて、オイルの噴出が中止される。
【００２５】
以上の動作が各気筒の燃料噴射の度に繰り返して行われ、燃料噴射中において、ポンプギア３とアイドラギア９との歯面は常にオイル中で噛合することになる。よって、上記のように燃料噴射に伴うポンプ負荷の変動により、ポンプギア３とアイドラギア９との歯面が衝突したときには、両歯面の間に存在するオイルが緩衝作用を奏する。つまり、特開２０００−１４５９２９号公報に記載の技術をギアに応用した場合のように、歯面上に残った薄い油膜により歯面の衝突を緩和するものとは異なり、両歯面間に存在するオイル全体が歯面の衝突を緩和するため、格段に高い緩衝作用が得られて歯打ち音が確実に低減される。
【００２６】
一方、上記のようにオイルは供給通路１２まで常に供給されており、オイルの一部はギア軸７とポンプギア３との間のオイルクリアランスＭ１，Ｍ２に侵入する。侵入したオイルはポンプギア３の回転に伴って周方向全体に油膜を形成し、油膜を介してギア軸７によりポンプギア３の回転が案内される。
以上のように実施形態のギアの騒音低減装置では、燃料噴射に伴ってポンプ負荷が変動するときに歯打ち音が急増することに着目して、燃料噴射のタイミングに集中してギア噛合位置にオイルを噴出するようにした。よって、ギアの外周全体から常にオイルを噴出させる従来例に比較してオイル消費を大幅に減少し、オイル供給源であるオイルポンプの駆動損失を最小限に抑制した上で、両歯面の間に十分なオイルを存在させて、ギアの歯面の衝突による歯打ち音を確実に低減することができる。
【００２７】
図５は本実施形態のギアの騒音低減装置を備えたエンジンと通常のエンジンとの騒音レベルの計測結果を示し、実線で示す本実施形態のエンジンでは、破線で示す通常のエンジンに比較してほぼ全周波数帯域で騒音レベルが低減され、特に高周波域では大きな低減幅が得られることがわかる。しかも、一般に車両の乗員は、高周波成分を多く含む騒音を耳障りに感じる傾向があるため、乗員に与える騒音低減の印象は、図の計測値より更に好ましいものとなる。
【００２８】
又、供給通路１２が形成されたギア軸７を利用してポンプギア３の前端側を支持すると共に、その供給通路１２のオイルによりオイルクリアランスＭ１，Ｍ２に油膜を形成して、ポンプギア３の回転を案内する軸受としてギア軸７を機能させるようにした。よって、ポンプ軸２のみでポンプギア３を支持する場合に比較して、ポンプギア３をより強固に支持して面振れ等の不具合を防止でき、しかも、歯打ち音低減のために供給されたオイルを流用して軸受機能を得ているため、専用のオイル供給源を必要とせずに簡単な構成で実現でき、ひいては安価なコストで製造できるという利点もある。
【００２９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、直列４気筒のディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプ１に適用されたギアの騒音低減装置に具体化したが、回転に同期した負荷変動を有する被駆動装置に駆動源の回転を伝達するためのギア構造に用いられるものであれば、これに限ることはない。よって、例えば気筒数や気筒配列の異なるディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプに適用し、それらの気筒数及び気筒配列に対応するように、分配通路１１の本数及び配置を設定してもよい。
【００３０】
又、上記実施形態においては、分配通路１１の外端を歯溝３ｂに各々１本づつ開口させたが、これに限ることはなく歯溝３ｂの歯幅方向に開口を適宜増してもよい。
又、燃料噴射ポンプ１以外にも適用でき、例えば、クランク軸の回転をギア列を介して動弁用カム軸に伝達する形式のエンジンにおいて、カム軸のギアに、上記したギア軸７、分配通路１１、供給通路１２等の構成を設けてもよい。燃料噴射ポンプ１の場合と同様に、カム軸にもバルブスプリングの反力に起因して負荷変動が発生し、これによりカム軸側のギアが相手側のギアと間でバックラッシの範囲内で正逆回転して歯面を衝突させるが、上記のように構成すれば実施形態と同様の作用効果が奏せられ、歯面の衝突を緩和して歯打ち音を抑制できる。
【００３１】
更に、上記実施形態では、ギア軸７の外周面７ａとポンプギア３の軸受凹部４の内周面４ａとの間で供給通路１２から分配通路１１へのオイルを受け渡したが、燃料噴射に同期したタイミングでオイルを分配可能であれば、この構成に限ることはなく、例えば図６に示すように、ギア軸７の鍔部８に供給通路１２を設けると共に、ポンプギア３の前面３ａに９０°間隔で分配通路１１の内端側を開口させてもよい。
【００３２】
一方、上記実施形態では、ポンプギア３からオイルを噴出させたが、上記説明からも明らかなように、燃料噴射に同期して噛合位置にオイルを噴出可能であれば、オイルを噴出させるギアはポンプギア３に限らず、相手側のアイドラギア９でもよい。詳述すると、回転伝達のみを目的とした通常のアイドラギア９はポンプギア３と相関性のない歯数に設定されるため、回転に伴って燃料噴射時の噛合位置が次第に移動するが、例えばアイドラギア９をポンプギア３の１／２の歯数に設定して、１８０°間隔で２本の分配通路１１を形成すると、ポンプギア３が９０°回転する毎にギア噛合位置に何れかの分配通路１１を対応させることが可能となる。よって、このように構成した場合には、アイドラギア９からオイルを噴出させて上記実施形態と同様の作用効果を得ることが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明のギアの騒音低減装置によれば、油供給源の駆動損失を最小限に抑制した上で、ギアの歯面の衝突による歯打ち音を確実に低減できると共に、油供給部の油を利用して油膜を形成してギアの回転を案内するため、専用の油の供給源を必要とせずに簡単な構成で実現でき、ひいては安価なコストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のギアの騒音低減装置を示す部分断面図である。
【図２】分配通路の配置を示す図１のII−II線断面図である。
【図３】分配通路の外端側の詳細を示す拡大断面図である。
【図４】燃料噴射のタイミングとオイル噴出のタイミングを示すタイムチャートである。
【図５】本実施形態のギアの騒音低減装置を備えたエンジンと通常のエンジンとの騒音レベルの計測結果を示す説明図である。
【図６】供給通路と分配通路の配置の別例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料噴射ポンプ（被駆動装置）
２ ポンプ軸（入力軸）
３ ポンプギア（従動ギア）
４ａ 内周面
７ ギア軸
７ａ 外周面
９ アイドラギア（駆動ギア）
１１ 分配通路
１２ 供給通路（油供給部）

Claims (1)

1. 被駆動装置のカム軸から成る入力軸に固定された従動ギアに駆動ギアを噛合させ、該駆動ギア及び従動ギアを介して駆動源の回転を被駆動装置に伝達するギア構造において、
   上記従動ギアの反入力軸側に凹設された軸受部と、
   上記軸受部に嵌合され、上記従動ギアを回転可能に支持するギア軸と、
   上記従動ギアの外周上の上記被駆動装置のカムの駆動による負荷変動時において上記駆動ギアと噛合する位置に一端を開口させると共に、他端を上記軸受部に開口させた分配通路と、
   上記ギア軸の外周面に開口して、上記従動ギアの軸受面にて閉塞されると共に、該従動ギアの回転に伴って上記被駆動装置の負荷変動と一致するタイミングで上記分配通路の他端と連通して、該分配通路に油を供給する油供給部と
   を備えたことを特徴とするギアの騒音低減装置。

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