KR20160102121A - 윤활 구조 및 변속기 - Google Patents

Abstract

윤활 구조(30)는, 기계 요소의 부품(일례로서 베어링(18)을 구성하는 외륜(20), 내륜(22), 볼(24) 및 보유 지지기(26))을 윤활하기 위한 윤활액을 액적으로 하여 비산시키는 액적 비산 수단과, 기계 요소의 부품끼리의 접촉부(일례로서 외륜(20)과 볼(24)의 접촉부 및 내륜(22)과 볼(24)의 접촉부) 근방에 설치된 일렉트릿화된 일렉트릿부(32)를 구비한다.

Description

윤활 구조 및 변속기 {LUBRICATION STRUCTURE AND TRANSMISSION}

본 발명은, 기계 요소의 부품의 윤활 구조 및 이 윤활 구조를 이용한 변속기에 관한 것이다.

예를 들어, 베어링을 구성하는 기계 요소의 부품끼리의 접촉부(미끄럼 이동부)에 얇은 윤활유의 막(유막)을 형성하여, 금속면끼리가 직접 접촉하는 것을 억제하여 시징이나 마모 등의 발생을 억제하는 기술이 알려져 있다.

또한, 기계 요소의 부품측에서도 시징이나 마모 등을 억제하기 위해, 기계 요소의 부품의 일부에 윤활유를 보유하는 요철을 형성하는 기술(일본 특허 공개 제2012-87924호 참조)이나, 윤활유를 함침시킨 다공질체를 형성하는 기술(일본 특허 공개 제2000-120707호 참조)이 알려져 있다.

그런데, 윤활유가 공급되기 어려운 위치에 기계 요소의 부품이 있는 경우, 기계 요소의 부품끼리의 접촉부에 직접적으로 윤활유를 공급하기 위해 다량의 윤활유가 필요해진다. 일본 특허 공개 제2012-87924호, 일본 특허 공개 제2000-120707호에 개시된 기술에 있어서도 마찬가지로, 요철에 보유한 윤활유나 다공질체에 함침시킨 윤활유가 고갈되면, 기계 요소의 부품끼리의 접촉부에 윤활유를 공급할 수 없게 되므로, 기계 요소의 부품끼리의 접촉부에 직접적으로 윤활유를 공급하기 위해 다량의 윤활유가 필요해진다.

기계 요소의 부품끼리의 접촉부를, 직접적인 윤활액의 공급 없이, 윤활할 수 있는 윤활 구조가 제공된다. 또한 이 윤활 구조를 이용한 변속기가 제공된다.

하나의 실시 형태에 관한 윤활 구조는, 액적 비산 장치와 일렉트릿부를 구비한다. 액적 비산 장치라 함은, 기계 요소의 부품을 윤활하기 위한 윤활액을 액적으로 하여 비산시키는 수단이다. 일렉트릿부는, 상기 기계 요소의 부품끼리의 접촉부 근방에 설치된다. 일렉트릿부라 함은 일렉트릿화되는 부분이다. 또한, 여기서 말하는 「액적」에는, 미스트 상태, 비말 상태인 것 등이 포함된다.

이 하나의 실시예에 관한 윤활 구조에서는, 액적 비산 장치에서 윤활액을 액적으로 하여 비산시킨다. 그 비산된 액적이 대전 상태의 일렉트릿부에 끌어당겨져 부착된다. 일렉트릿부는 일렉트릿화에 의해 대전 상태가 된다. 일렉트릿부를 기계 요소의 부품끼리의 접촉부 근방에 설치하고 있으므로, 일렉트릿부에 부착된 액적이 다른 부착된 액적과 합체하면서 상기 접촉부로 이동하여 상기 접촉부를 윤활한다. 이로 인해, 상기 윤활 구조에서는, 기계 요소의 부품끼리의 접촉부에 직접적으로 윤활액을 공급하지 않아도, 기계 요소의 부품끼리의 접촉부를 윤활할 수 있다.

청구항 2에 기재된 윤활 구조는, 청구항 1에 기재된 윤활 구조에 있어서, 상기 일렉트릿부는, 상기 윤활액에 대해 발액성을 갖는다.

청구항 2에 기재된 윤활 구조에서는, 일렉트릿부가 윤활액에 대해 발액성을 가지므로, 일렉트릿부에 부착된 윤활액의 액적이 일렉트릿부의 표면을 타고 기계 요소의 부품끼리의 접촉부로 이동하기 쉬워진다.

청구항 3에 기재된 윤활 구조는, 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 윤활 구조에 있어서, 상기 일렉트릿부는, 상기 접촉부보다도 상기 윤활액과의 습윤성이 낮다.

청구항 3에 기재된 윤활 구조에서는, 일렉트릿부의 윤활액에 대한 습윤성을 기계 요소의 부품끼리의 접촉부보다도 낮게 하고 있으므로, 바꾸어 말하면, 기계 요소의 부품끼리의 접촉부의 윤활액에 대한 습윤성을 일렉트릿부보다도 높게 하고 있으므로, 일렉트릿부의 표면을 통해 이동한 윤활액의 액적에 의해 상기 접촉부를 효율적으로 윤활할 수 있다.

청구항 4에 기재된 윤활 구조는, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 윤활 구조에 있어서, 상기 일렉트릿부는, 상기 기계 요소의 부품의 표면에 형성된 일렉트릿화된 불소 폴리머막이다.

청구항 4에 기재된 윤활 구조에서는, 기계 요소의 부품의 표면에 형성된 일렉트릿화된 불소 폴리머막을 일렉트릿부로 하고 있으므로, 예를 들어 기계 요소의 부품의 일부분을 일렉트릿부로 하는 구성과 비교하여, 기계 요소의 부품을 설계 변경하지 않아도, 기계 요소의 부품에 차후 장착하여 일렉트릿부를 설치할 수 있다.

청구항 5에 기재된 윤활 구조는, 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 기재된 윤활 구조에 있어서, 복수의 상기 기계 요소의 부품을 수용하는 하우징과, 상기 하우징의 저부에 설치되고, 상기 윤활액이 저류되는 액 저류부를 구비하고, 상기 액적 비산 장치는, 상기 액 저류부에 저류된 상기 윤활액에 침지됨과 함께 회전 가능하게 지지되고, 회전에 의해 상기 액 저류부의 상기 윤활액을 뿌려올려 상기 하우징 내에 상기 액적을 비산시키는 회전 부재를 포함하여 구성된다.

청구항 5에 기재된 윤활 구조에서는, 회전 부재가 회전함으로써, 액 저류부의 윤활액이 뿌려올려져 하우징 내에 액적이 비산된다. 이와 같이 회전 부재를 사용하는 간단한 구성으로 하우징 내에 액적을 비산시킬 수 있다.

청구항 6에 기재된 윤활 구조는, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 윤활 구조에 있어서, 상기 액적 비산 장치는, 상기 윤활액을 미스트 상태의 액적으로 하여 비산시키는 액적 발생기를 포함하여 구성된다.

청구항 6에 기재된 윤활 구조에서는, 액적 발생기를 사용하여 윤활액을 미스트 상태의 액적으로 하여 비산시키므로, 액적이 저질량으로 되어, 일렉트릿부에 끌어당겨지기 쉬워진다. 이에 의해, 일렉트릿부의 윤활액(액적) 부착량이 증가하여, 기계 요소의 부품끼리의 접촉부를 효과적으로 윤활할 수 있게 된다.

청구항 7에 기재된 윤활 구조는, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 윤활 구조에 있어서, 상기 기계 요소의 부품은, 베어링을 구성하는 구성 부품이고, 상기 구성 부품끼리의 미끄럼 이동부 근방에 상기 일렉트릿부가 설치되어 있다.

청구항 7에 기재된 윤활 구조에서는, 베어링을 구성하는 구성 부품끼리의 미끄럼 이동부에 직접적으로 윤활액을 공급하지 않아도, 구성 부품끼리의 미끄럼 이동부를 윤활할 수 있다.

청구항 8에 기재된 윤활 구조는, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 윤활 구조에 있어서, 상기 기계 요소의 부품은, 기어이며, 상기 기어끼리의 맞물림부 근방에 상기 일렉트릿부가 설치되어 있다.

청구항 8에 기재된 윤활 구조에서는, 기어끼리의 맞물림부에 직접적으로 윤활액을 공급하지 않아도, 기어끼리의 맞물림부를 윤활할 수 있다.

청구항 9에 기재된 변속기는, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 윤활 구조를 구비하고, 상기 기계 요소의 부품이 변속기용 기계 요소의 부품으로 되어 있다.

청구항 9에 기재된 변속기에서는, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 윤활 구조를 구비하므로, 변속기용 기계 요소의 부품끼리의 접촉부에 직접적으로 윤활액을 공급하지 않아도, 변속기용 기계 요소의 부품끼리의 접촉부를 윤활할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 기계 요소의 부품끼리의 접촉부에 직접적으로 윤활액을 공급하지 않아도, 기계 요소의 부품끼리의 접촉부를 윤활할 수 있는 윤활 구조 및 변속기를 제공할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술된다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 윤활 구조를 사용한 변속기의 전체 구성을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 윤활 구조에서 윤활되는 기계 요소의 부품의 부분 단면도(도 1의 화살표 2로 가리키는 부분의 부분 단면도).
도 3은 도 2에 있어서 단면으로 나타낸 부분의 확대도.
도 4는 일렉트릿부에 윤활액의 액적이 끌어당겨져 부착되는 상태를 도시하는 일렉트릿부의 단면도.
도 5는 제1 실시 형태에 관한 윤활 구조의 변형예에 의해 윤활되는 기계 요소의 부품의 확대 단면도(도 3에 대응하는 확대 단면도).
도 6은 제2 실시 형태에 관한 윤활 구조에 의해 윤활되는 기계 요소의 부품의 주요부를 도시하는 사시도.
도 7은 제3 실시 형태에 관한 윤활 구조를 사용한 변속기의 전체 구성을 모식적으로 도시하는 단면도.
도 8은 시험편 A∼C에 부착된 윤활유의 부착량을 나타내는 막대 그래프.
도 9는 시험편 A∼C의 윤활유 부착 전과 윤활유 부착 후의 표면 전위를 나타내는 막대 그래프.
도 10은 시험편 B, C의 유동 대전에 의한 표면 전위를 나타내는 꺾은선 그래프.

제1 실시 형태에 관한 윤활 구조(30)를 사용한 차량용 변속기(10)에 대해 도 1∼도 4에 기초하여 설명한다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 변속기(10)는, 하우징(12)과, 이 하우징(12) 내에 수용된 복수의 기어(13)에 의해 구성되는 기어열(14)과, 기어열(14)을 지지하는 샤프트(16)와, 샤프트(16)를 회전 가능하게 지지하는 베어링(18)을 구비하고 있다. 또한, 본 실시 형태의 하우징(12)은, 본 발명의 하우징의 일례이다. 또한, 도 2에 도시되는 바와 같이, 외륜(20), 내륜(22), 볼(24), 보유 지지기(26)는, 본 실시 형태의 기어열(14)을 구성하는 복수의 기어(13) 및 베어링(18)을 구성하는 구성 부품이다. 외륜(20), 내륜(22), 볼(24), 보유 지지기(26)는, 변속기용 기계 요소의 부품(기계 요소의 부품)의 일례이다. 또한, 본 실시 형태의 변속기(10)의 샤프트(16)에는, 모터 제너레이터나 유성 기어 기구 등이 접속되어 있다.

하우징(12)의 저부에는, 윤활유(L)가 저류되는 오일 저류부(28)가 형성되어 있다. 오일 저류부(28)는, 액 저류부의 일례이다. 이 윤활유(L)는, 변속기용 기계 요소의 부품, 즉, 기어(13)나 베어링(18)을 구성하는 각 구성 부품 등을 윤활하기 위한 것이다. 또한, 본 실시 형태의 윤활유(L)는, 윤활액의 일례이다.

오일 저류부(28)에는, 기어(13A)가 침지되어 있다. 기어(13A)는, 기어열(14)을 구성하는 복수의 기어(13) 중 하나이다. 기어(13A)의 적어도 중력 방향의 하부가 침지되어 있다. 이로 인해, 기어(13A)가 자축 주위로 회전하면, 윤활유(L)가 교반되면서 뿌려올려져 하우징(12) 내에 유적 상태로 비산된다.

또한, 하우징(12)에는, 도 1에 도시되는 바와 같이, 오일 저류부(28) 내의 윤활유(L)를 퍼올리기 위한 오일 펌프(29)가 접속되어 있다. 퍼올려진 윤활유(L)는, 기어열(14) 및 베어링(18)을 구성하는 각 구성 부품에, 기어열(14) 및 베어링(18)의 상방으로부터 공급된다. 공급된 윤활유(L)는, 기어열(14) 및 베어링(18)을 구성하는 각 구성 부품을 냉각하고, 또한 윤활한다. 그리고 윤활유(L)는, 중력에 의해 오일 저류부(28)로 복귀된다.

도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 본 실시 형태의 베어링(18)은, 구름 베어링으로 분류되는 볼 베어링이다. 베어링(18)은, 외륜(20), 내륜(22), 볼(24), 그리고 보유 지지기(26)를 주요부로 하여 구성된다. 외륜(20)은 하우징(12)에 고정된다. 내륜(22)에는 샤프트(16)가 삽입 관통된다. 볼(24)은, 외륜(20)과 내륜(22) 사이에 배치된다. 보유 지지기(26)는 원환상이다. 또한 보유 지지기(26)는 볼(24)을 외륜(20)과 내륜(22) 사이에 보유 지지한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 보유 지지기(26)에 후술하는 일렉트릿부(32)가 설치되어 있다. 그리고 베어링(18)의 구성 부품끼리의 접촉부는, 후술하는 윤활 작용에 의해 윤활된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 베어링(18)의 구성 부품끼리의 접촉부라 함은, 외륜(20)과 볼(24)의 접촉부 및 내륜(22)과 볼(24)의 접촉부를 가리키고 있다. 이들 접촉부는 상기 구성 부품끼리의 미끄럼 이동부라고 바꾸어 말할 수 있다. 따라서, 이하에서는 적절하게, 이들 접촉부를, 베어링(18)의 구성 부품끼리의 미끄럼 이동부, 또는 베어링(18)의 미끄럼 이동부라고 칭한다.

본 실시 형태의 윤활 구조(30)의 주요부는, 기어(13A)와 일렉트릿부(32)이다. 기어(13A)는, 오일 저류부(28)에 저류된 윤활유(L)를 뿌려올린다. 그리고 기어(13A)는, 하우징(12) 내에 윤활유(L)를 유적 상태로 비산시킨다(도 1 참조). 일렉트릿부(32)는, 베어링(18)의 구성 부품끼리의 미끄럼 이동부(접촉부) 근방에 설치된다. 일렉트릿부는, 일렉트릿화되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 기어(13A)는, 액적 비산 장치, 혹은 회전 부재의 일례이다. 또한, 도 1 및 도 4에서는, 유적(Ld) 중 유적 직경, 또는 액적 직경이 큰 것을 비말 형상의 유적으로서 부호 Ld1로 나타낸다. 유적 직경 또는 액적 직경이 작은 것을 미스트 상태의 유적으로서 부호 Ld2로 나타낸다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 베어링(18)을 구성하는 각 구성 부품 중, 원환상의 보유 지지기(26)에 일렉트릿부(32)가 설치되어 있다. 이 일렉트릿부(32)는, 일렉트릿화된 막체에 의해 구성되어 있다. 일렉트릿화된 막체는, 보유 지지기(26)의 외면(26A), 내면(26B) 및 측면(26C) 상에 추가 장착되어 있다. 본 실시 형태에서는, 일렉트릿부(32)는 보유 지지기(26)의 볼(24)을 보유 지지하는 둥근 구멍(26D)의 구멍 벽면 상에 설치되지 않는다. 그러나 일렉트릿부(32)의 위치는, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 일렉트릿부(32)는 둥근 구멍(26D)의 구멍 벽면에 설치되어도 된다. 또한, 둥근 구멍(26D)의 구멍 벽면에 설치된 일렉트릿부(32)는 볼(24)과의 접촉에 의해 마멸된다.

여기서 말하는 「일렉트릿화」라 함은, 상기 절연체의 표면 근방을 대전 상태로 하는 것을 가리킨다. 상세하게는, 강한 유전성을 가진 절연체 중에 전기 분극을 일으키게 함으로써, 그 절연체의 표면 근방에 반영구적으로 전하를 유지시키는 상태로 하는 것을 「일렉트릿화」라고 한다. 절연체에 전기 분극을 일으키게 하는 방법으로서는, 방전 처리, 열 처리, X선 처리, 전자선 처리, 자외선(UV) 처리 등이 있고, 어느 방법을 사용해도 된다. 또한, 「반영구적으로 전하를 유지」라 함은, 통상의 마찰 대전과 달리, 절연체의 표면 전위가 저하되기 어려운 것을 의미한다.

일렉트릿부(32)는, 윤활유(L)에 대해 발액성(발유성)을 갖고 있다. 구체적으로는, 일렉트릿부(32)는 평활면에 있어서의 습윤각이 50∼90도의 범위 내로 되는 발액성을 갖고 있다. 습윤각이라 함은, 윤활유(L)에 대한 접촉각을 말한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 일렉트릿부(32)를 구성하는 막체는 일렉트릿화한 불소 폴리머막이다. 이로 인해, 윤활유(L)에 대해 높은 발액성을 갖고 있다.

일렉트릿부(32)는, 각 구성 부품이 금속제인 베어링(18)보다도, 윤활유(L)와의 습윤성(친유성)이 낮다. 바꾸어 말하면, 미끄럼 이동부의 윤활유(L)에 대한 습윤성이, 일렉트릿부(32)의 습윤성보다도 높게 되어 있다. 여기서 미끄럼 이동부라 함은, 베어링(18)을 구성하는 구성 부품끼리의 미끄럼 이동부이다. 이로 인해, 미끄럼 이동부는, 일렉트릿부(32)보다도 윤활유(L)에 의해 젖기 쉬워, 윤활되기 쉽다.

다음으로, 본 실시 형태의 작용을 설명한다.

본 실시 형태의 윤활 구조(30)를 이용한 변속기(10)에서는, 오일 펌프(29)에 의해 퍼올려진 윤활유(L)에 의해 기어열(14) 및 베어링(18)이 윤활 및 냉각된다. 또한, 기어열(14)의 회전에 수반하여 기어(13A)가 회전된다. 기어(13A)에 의해 오일 저류부(28)의 윤활유(L)가 뿌려올려져 하우징(12) 내에 유적(Ld)이 비산된다. 비산된 유적(Ld)은, 도 4에 도시되는 바와 같이, 일렉트릿화에 의해 대전 상태인 일렉트릿부(32)에 끌어당겨져 부착된다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 윤활 구조(30)에서는, 외륜(20)과 볼(24)의 접촉부(미끄럼 이동부) 근방에 위치하는 보유 지지기(26)의 외면(26A)에 일렉트릿부(32)가 설치되어 있다. 이 일렉트릿부(32)에 부착된 유적(Ld)은, 다른 부착된 유적(Ld)과 합체하면서 외륜(20)과 볼(24)의 접촉부(미끄럼 이동부)로 이동한다. 그리고, 유적(Ld)은, 외륜(20)과 볼(24)의 접촉부를 윤활한다. 한편, 내륜(22)과 볼(24)의 접촉부(미끄럼 이동부) 근방에 위치하는 보유 지지기(26)의 내면(26B)에도 일렉트릿부(32)가 설치되어 있다. 그리고, 이 일렉트릿부(32)에 부착된 유적(Ld)이 다른 부착된 유적(Ld)과 합체하면서 내륜(22)과 볼(24)의 접촉부(미끄럼 이동부)로 이동한다. 그리고, 유적(Ld)은, 내륜(22)과 볼(24)의 접촉부(미끄럼 이동부)를 윤활한다. 이와 같이 변속기(10)에서는, 윤활 구조(30)에 의해, 베어링(18)의 구성 부품끼리의 미끄럼 이동부로 직접적으로 윤활유(L)를 공급하지 않아도, 비산시킨 윤활유(L)의 유적(Ld)에 의해 그 미끄럼 이동부를 윤활할 수 있다. 이로 인해, 오일 펌프(29)에 의해 퍼올려진 윤활유(L)가 직접적으로 공급되기 어려운 위치에 있는 베어링(18)의 미끄럼 이동부도 윤활할 수 있게 된다. 여기서 말하는 「윤활유(L)가 직접적으로 공급되기 어려운 위치」라 함은, 예를 들어 하우징(12)의 상방이나, 공급구로부터 먼 위치를 가리킨다. 오일 펌프(29)에 의해 퍼올려진 윤활유(L)는, 상기 공급구로부터 하우징(12) 내에 공급된다.

변속기(10)에서는, 본 실시 형태의 윤활 구조(30)에 의해, 윤활유(L)가 직접적으로 공급되기 어려운 위치에 있는 베어링(18)의 미끄럼 이동부도 윤활할 수 있다. 예를 들어, 하우징(12) 내의 윤활유(L)를 증량하여 베어링(18)의 미끄럼 이동부를 윤활하는 변속기에서는, 윤활유(L)의 증량에 의한 중량의 증가가 일어난다. 그러나 본 실시 형태의 변속기(10)에서는 윤활 구조(30)에 의해 베어링(18)의 미끄럼 이동부도 윤활할 수 있으므로, 윤활유(L)의 증량에 의한 중량의 증가를 억제할 수 있다. 또한 변속기(10)는 윤활유(L)를 증량하여 베어링(18)의 미끄럼 이동부를 윤활하는 변속기와 비교하여, 오일 저류부(28) 내의 윤활유(L)를 기어(13A)에 의해 교반할 때의 드래그 토크의 상승을 억제할 수도 있다. 또한, 변속기(10)의 오일 펌프(29)의 일량을, 윤활유(L)를 증량하여 베어링(18)의 미끄럼 이동부를 윤활하는 변속기의 오일 펌프의 일량보다도 작게 할 수 있다. 또한, 변속기(10)에서는, 윤활유(L)를 증량할 필요가 없으므로 조기에 난기할 수 있다.

또한, 윤활 구조(30)에서는, 일렉트릿부(32)가 윤활유(L)에 대해 발액성(발유성)을 가지므로, 일렉트릿부(32)에 부착된 유적(Ld)이 일렉트릿부(32)의 표면을 통해 베어링(18)의 미끄럼 이동부로 이동하기 쉬워진다. 또한, 베어링(18)의 미끄럼 이동부의 윤활유(L)에 대한 습윤성(친유성)은, 일렉트릿부(32)의 습윤성보다도 높다. 이로 인해, 일렉트릿부(32)의 표면을 통해 상기 미끄럼 이동부로 이동한다. 그리고 그 일렉트릿부(32)의 표면으로부터 이동한 유적(Ld)에 의해, 상기 미끄럼 이동부가 효율적으로 윤활된다.

윤활 구조(30)에서는, 보유 지지기(26)에 설치된 일렉트릿화된 불소 폴리머막을 일렉트릿부(32)로 하고 있다. 이로 인해, 베어링(18)을 구성하는 각 구성 부품을 설계 변경하지 않아도, 보유 지지기(26)에 차후 장착하여 일렉트릿부(32)를 설치할 수 있다.

일렉트릿부(32)는, 시간이 경과함으로써 표면 전위가 저하된다. 그러나, 예를 들어 마찰 대전이나, 유동 대전에 의해 전하를 재축적하여, 표면 전위를 회복하는 것이 가능하다. 마찰 대전은, 예를 들어 베어링(18)을 구성하는 구성 부품끼리의 미끄럼 이동 마찰에 의한 것이다. 유동 대전이라 함은, 예를 들어 일렉트릿부(32)의 표면 상을 통하는 유적(Ld)과의 마찰에 의한 것이다.

또한, 윤활 구조(30)에서는, 기어(13A)를 사용하는 간단한 구성으로 하우징(12) 내에 유적(Ld)을 비산시킬 수 있다. 본 실시 형태의 윤활 구조(30)는, 변속기용 기계 요소의 부품인 기어(13A)를 사용하여 하우징(12) 내에 유적(Ld)을 비산시키는 구성이다. 그러나, 윤활 구조(30)는, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 윤활 구조(30)는 오일 저류부(28) 내의 윤활유(L)를 뿌려올려 하우징(12) 내에 유적(Ld)을 비산시키기 위한 회전 부재를 포함하는 구성이어도 된다.

본 실시 형태의 윤활 구조(30)는, 도 3에 도시되는 바와 같이, 일렉트릿부(32)를 베어링(18)의 보유 지지기(26)의 외면(26A), 내면(26B) 및 측면(26C)에 각각 설치하는 구성이다. 그러나, 윤활 구조(30)는, 이 구성에 한정되지 않는다. 베어링(18)의 보유 지지기(26)의 외면(26A) 및 내면(26B) 중 적어도 한쪽 면에 일렉트릿부(32)를 설치하면, 윤활 작용을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 윤활 구조(30)에서는, 도 3에 도시되는 바와 같이, 일렉트릿부(32)가 보유 지지기(26)에 설치된다. 그러나 윤활 구조(30)는, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 5에 도시되는 변형예와 같이, 일렉트릿부(32)를 보유 지지기(26) 대신에 외륜(20) 및 내륜(22)에 설치하는 구성으로 해도 된다. 구체적으로 설명하면, 변형예에서는, 외륜(20)의 내면(20A) 및 측면(20B)에 일렉트릿부(32)가 설치되어 있다. 또한, 내륜(22)의 외면(22A) 및 측면(22B)에도 일렉트릿부(32)가 설치되어 있다. 여기서, 외륜(20)의 내면(20A)에는, 볼(24)과의 접촉부(미끄럼 이동부)는 포함되지 않는다. 또한, 내륜(22)의 외면(22A)에는, 볼(24)과의 접촉부(미끄럼 이동부)는 포함되지 않는다. 또한, 외륜(20)의 측면(20B) 및 내륜(22)의 측면(22B)에 대해서는 일렉트릿부(32)를 생략해도 된다. 또한, 외륜(20), 내륜(22) 및 보유 지지기(26)에 각각 일렉트릿부(32)를 설치해도 된다. 또한, 베어링(18)에 간극 조정용 스페이서(소위, 심)를 사용하는 경우에는, 이 스페이서에 일렉트릿부(32)를 설치해도 된다.

또한, 본 실시 형태의 윤활 구조(30)에서는, 구름 베어링으로 분류되는 볼 베어링으로서의 베어링(18)의 보유 지지기(26)에 일렉트릿부(32)가 설치된다. 그러나, 윤활 구조(30)는 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 베어링(18)을 구름 베어링으로 분류되는 롤러 베어링으로 해도 된다. 또한, 그 롤러 베어링의 보유 지지기에 일렉트릿부를 설치하는 구성으로 해도 된다. 또한, 미끄럼 베어링의 미끄럼 이동부에 일렉트릿부를 설치하는 구성으로 해도 된다.

다음으로, 제2 실시 형태의 윤활 구조(42)를 이용한 차량용 변속기(40)에 대해 도 6에 기초하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하여, 설명을 적절하게 생략한다.

도 6에 도시되는 바와 같이, 윤활 구조(42)에서는, 베어링(18)에 추가하여 기어열(14)을 구성하는 복수의 기어(13)에도 일렉트릿부(32)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 기어(13)의 축방향에 있어서, 티스(15)의 양 측면에 각각 일렉트릿부(32)가 설치되어 있다. 또한, 기어(13A)에 대해서는, 오일 저류부(28)에 일부가 침지되어 있으므로, 일렉트릿부(32)가 설치되지 않아도 된다.

다음으로, 본 실시 형태의 윤활 구조(42)의 작용에 대해 설명한다. 또한, 제1 실시 형태의 윤활 구조(30)와 마찬가지의 구성으로 얻어지는 작용에 대해서는 설명을 생략한다.

윤활 구조(42)에서는, 인접하는 기어(13)의 티스(15)끼리의 접촉부 근방인 각각의 티스(15)의 양 측면(15A)에 일렉트릿부(32)가 설치되어 있다. 일렉트릿부(32)에 끌어당겨져 부착된 유적(Ld)이 인접하는 기어(13)의 티스(15)끼리의 접촉부(이하, 적절하게 「기어(13)끼리의 맞물림부」라고 칭함)로 이동함으로써, 상기 맞물림부가 윤활된다. 이와 같이 변속기(40)에서는, 본 실시 형태의 윤활 구조(42)에 의해, 윤활유(L)가 직접적으로 공급되기 어려운 위치에 있는 기어(13)끼리의 맞물림부도 윤활된다. 따라서, 변속기(40)에서는, 이하의 3가지 점을 제1 실시 형태보다 더욱 억제할 수 있다 : 윤활유(L)의 증량에 의한 중량의 증가, 오일 저류부(28) 내의 윤활유(L)를 기어(13A)에 의해 교반할 때의 드래그 토크의 상승, 및 윤활유(L)를 퍼올리는 오일 펌프(29)의 일량.

본 실시 형태의 윤활 구조(42)에서는, 일렉트릿부(32)가 복수의 기어(13) 및 베어링(18)에 각각 설치된다. 그러나, 윤활 구조(42)는, 이 구성에 한정되지 않는다. 일렉트릿부(32)가 복수의 기어(13)에만 설치되는 구성이어도 된다. 또한, 일렉트릿부(32)는, 인접하는 기어(13) 중 한쪽의 기어(13)에만 설치되어도, 기어(13)끼리의 맞물림부의 윤활 작용을 얻을 수 있다. 또한, 일렉트릿부(32)가 하우징(12) 내에 수용되는 다른 변속기용 기계 요소의 부품에 설치되어도 된다. 예를 들어, 일렉트릿부(32)는 하우징(12) 내의 모터 제너레이터를 구성하는 구성 부품(변속기용의 기계 요소의 부품)끼리의 접촉부(미끄럼 이동부) 근방에 설치되어도 된다. 또한, 일렉트릿부(32)는 유성 기어 기구를 구성하는 구성 부품(변속기용 기계 요소의 부품)끼리의 접촉부(맞물림부) 근방에 설치되어도 된다.

다음으로, 본 발명에 관한 제3 실시 형태의 윤활 구조(52)를 사용한 차량용 변속기(50)에 대해 도 7에 기초하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하여, 설명을 적절하게 생략한다.

도 7에 도시되는 바와 같이, 윤활 구조(52)는, 기어(13A)에 추가하여, 윤활유(L)를 미스트 상태의 유적(Ld2)으로 하여 하우징(12) 내에 비산시키는 미스트 발생기(54)를 포함하고 있다. 구체적으로는, 미스트 발생기(54)는 하우징(12) 내에 배치된다. 미스트 발생기(54)는, 오일 펌프(29)에 의해 퍼올린 윤활유(L)의 일부를 미스트 상태의 유적(Ld2)으로 하여 하우징(12) 내에 분무하는 장치이다. 또한, 본 실시 형태의 미스트 발생기(54)는, 본 발명의 액적 비산 장치(액적 발생기)의 일례이다.

다음으로, 본 실시 형태의 윤활 구조(52)의 작용에 대해 설명한다. 또한, 제1 실시 형태의 윤활 구조(30)와 마찬가지의 구성으로 얻어지는 작용 효과에 대해서는 설명을 생략한다.

윤활 구조(42)에서는, 미스트 발생기(54)에 의해 윤활유(L)가 미스트 상태의 유적(Ld2)으로 된다. 그리고 미스트 상태의 유적(Ld2)은, 하우징(12) 내에 분무된다. 미스트 상태의 유적(Ld2)은 저질량이므로, 일렉트릿부(32)에 끌어당겨지기 쉽다. 이 결과, 일렉트릿부(32)의 표면에는 끌어당겨진 유적(Ld2)이 다량으로 부착된다. 이와 같이 윤활유(유적) 부착량이 증가함으로써 베어링(18)의 미끄럼 이동부를 효과적으로 윤활할 수 있게 된다. 변속기(50)에서는, 본 실시 형태의 윤활 구조(52)에 의해, 윤활유(L)가 직접적으로 공급되기 어려운 위치에 있는 베어링(18)의 미끄럼 이동부도 효과적으로 윤활할 수 있다. 따라서, 변속기(50)는 이하의 3가지를 더욱 억제할 수 있다 : 윤활유(L)의 증량에 의한 중량의 증가, 오일 저류부(28) 내의 윤활유(L)를 기어(13A)에 의해 교반할 때의 드래그 토크의 상승, 및 윤활유(L)를 퍼올리는 오일 펌프(29)의 일량.

또한, 본 실시 형태의 하우징(12) 내에 미스트 발생기(54)를 배치하는 구성에 대해서는, 제2 실시 형태에 적용해도 된다.

본 실시 형태의 윤활 구조(52)에서는, 하우징(12) 내에 유적(Ld)을 비산시키기 위해 기어(13A)와 미스트 발생기(54)가 사용된다. 그러나, 윤활 구조(52)는 이 구성에 한정되지 않는다. 윤활 구조(52)에, 미스트 발생기(54)만이 사용되어도 된다.

또한, 본 실시 형태의 윤활 구조(52)에서는, 액적 발생기의 일례로서, 오일 펌프(29)에 의해 퍼올린 윤활유(L)의 일부를 미스트 상태의 유적(Ld2)으로 하여 하우징(12) 내에 비산시키는 미스트 발생기(54)가 사용된다. 그러나, 윤활 구조(52)는, 이 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 액적 발생기의 일례로서, 오일 저류부(28) 중에 압축 공기를 공급하여 미스트 상태의 유적(Ld2)을 하우징(12) 내에 비산시키는 미스트 발생기가 사용되어도 된다. 또한, 오일 저류부(28)에 초음파를 작용시켜 유적(Ld2)을 발생시키는 미스트 발생기가 사용되어도 된다.

전술한 실시 형태에서는, 베어링(18)을 구성하는 구성 부품의 표면의 일부나, 기어열(14)을 구성하는 기어(13)의 표면의 일부에 일렉트릿부(32)가 설치되었다. 그러나, 변속기(50)는, 이 구성에 한정되지 않는다. 변속기(50)에서는, 베어링(18)을 구성하는 구성 부품의 표면 전체에 일렉트릿부(32)가 설치되어도 된다. 또한, 기어(13)의 표면 전체에 일렉트릿부(32)가 설치되어도 된다. 또한, 베어링(18)을 구성하는 구성 부품끼리의 미끄럼 이동부나 기어(13)끼리의 맞물림부에 설치된 일렉트릿부(32)에 대해서는, 용이하게 마멸되어 금속면이 된다. 이것은 일렉트릿부(32)를 구성하는 막체(불소 폴리머막)가 기계적인 접촉 등에 의해 용이하게 마멸되기 때문이다.

이상 설명한 윤활 구조(30, 42, 52)는, 차량용 변속기(10, 40, 50) 이외에, 예를 들어 내연 기관 및 외연 기관의 베어링이나 크랭크축이나 밸브 트레인, 일반 기계의 기어 박스 등에 적용해도 된다.

이하, 본 발명의 일렉트릿화된 일렉트릿부가 유적을 끌어당기는 효과에 대해, 실험 결과를 참조하면서 설명한다.

오일의 부착량을 측정하는 실험 1이 실시되었다. 우선, 밀폐 용기 내에 시험편 A, B, C가 각각 매달려 배치되었다. 다음으로, 밀폐 용기 내에 오일 미스트(미스트 상태의 유적)가 비산되었다. 그리고, 각 시험편에 부착된 오일의 부착량이 측정되었다. 또한, 측정 결과에 대해서는, 도 8에 막대 그래프로 나타냈다.

실험 1의 조건을 이하에 나타낸다.

a) 유종 : 오일(윤활유) ;

b) 오일 미스트 발생 방법 : 밀폐 용기의 하부에 설치한 오일 저류부에 인젝터로 압축 공기를 분사하여 오일 미스트를 발생시킨다 ;

c) 공기압 : 0.4㎫ ;

d) 측정 시간 : 60분 ;

e) 분위기 온도 : 27.4±1℃ ; 그리고,

f) 시험편 : 이하의 3종류를 사용한다,

i) 시험편 A : 실리콘 웨이퍼,

ii) 시험편 B : 표면에 막 두께 1∼20㎛의 불소 폴리머막을 형성한 실리콘 웨이퍼(아사히 가라스 가부시끼가이샤제 사이톱(등록 상표)), 그리고,

iii) 시험편 C : 표면에 일렉트릿화된 막 두께 1∼20㎛의 불소 폴리머막을 형성한 실리콘 웨이퍼(아사히 가라스 가부시끼가이샤제 사이톱(등록 상표))

도 8에 나타내어지는 바와 같이, 시험편 A, B에는 거의 오일 미스트가 부착되지 않았다. 그리고 시험편 C에만 오일 미스트가 부착되었다. 이것으로부터, 저질량의 오일 미스트가 시험편 C의 일렉트릿화된 불소 폴리머막에 끌어당겨져 부착된 것을 알 수 있다. 또한, 그때, 도 9의 막대 그래프에 나타내어지는 바와 같이, 시험편 C의 일렉트릿화된 불소 폴리머막의 표면 전위는 거의 저하되어 있지 않다. 즉, 일렉트릿화된 불소 폴리머막은 대전 상태를 유지하고 있는 것을 알 수 있다.

다음으로, 시험편 B, C의 표면 전위를 측정하는, 실험 2를 실시하였다. 우선, 실험 1에서 사용한 시험편 B, C를 원판 형상의 회전체의 외주에 부착하여 오일 저류부에 넣었다. 그 상태에서 회전체를 회전시켜, 각 시험편과 오일 사이에 전단 마찰에 의한 유동 대전을 발생시켰다. 그리고 시험편 B, C의 표면 전위가 측정되었다. 또한, 측정 결과에 대해서는, 도 10에 꺾은선 그래프로 나타냈다.

실험 2의 조건을 이하에 나타낸다.

g) 유종 : 오일(윤활유) ;

h) 전단 조건 : 오일 저류부 중에서의 이동 ;

i) 전단 속도: 8.8㎜/s(1400rpm) ;

j) 분위기 온도 : 24.1∼24.3℃ ;

k) 시험편 : 실험 1에서 사용한 시험편 B와 C, 단, 시험편 C의 표면 전위는 고의로 저하되어 있다.

도 10의 꺾은선 그래프에 나타내어지는 바와 같이, 시험편 C의 일렉트릿화된 불소 폴리머막은, 표면 전위가 저하되어 있어도, 오일과의 사이의 전단 마찰에 의한 유동 대전에 의해 전하를 재축적하여, 표면 전위를 회복할 수 있는 것을 알 수있다. 또한, 시험편 B는, 일렉트릿화되어 있지 않으므로, 표면 전위가 거의 제로인 채로 되어 있다.

Claims (9)

1. 기계 요소의 부품들을 윤활하기 위한 윤활액(L)을 액적으로 하도록 구성된 액적 비산 장치와,
   상기 접촉부 근방에 설치되고, 일렉트릿으로 구성되는 일렉트릿부(32)를 포함하고,
   상기 액적 비산 장치는 액적(Ld1, Ld2)으로 된 상기 윤활액(L)을 비산시키도록 구성되고, 상기 기계 요소 부품들은, 접촉부를 구성하고, 상기 접촉부는, 상기 기계 요소의 부품들끼리가 접촉하는 부분인, 윤활 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 일렉트릿부(32)는, 상기 윤활액(L)에 대해 발액성을 갖는, 윤활 구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 일렉트릿부(32)와 상기 윤활액(L)의 습윤성은, 상기 접촉부와 상기 윤활액(L)의 습윤성보다도 낮은, 윤활 구조.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 일렉트릿부(32)는, 각각의 상기 기계 요소의 부품들의 표면에 설치된 일렉트릿으로 된 불소 폴리머막인, 윤활 구조.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기계 요소의 부품들을 수용하는 하우징(12)과,
   상기 하우징(12)의 저부에 설치되고, 내부에 상기 윤활액(L)이 저류되도록 구성된 액 저류부(28)를 더 포함하고,
   상기 액적 비산 장치는, 상기 액 저류부(28)에 저류된 상기 윤활액(L)에 침지되고, 회전 가능하게 지지되고,
   상기 액적 비산 장치는, 회전에 의해 상기 액 저류부(28)의 상기 윤활액(L)을 뿌려올리고, 상기 하우징(12) 내에 상기 액적(Ld1, Ld2)을 비산시키도록 구성된 회전 부재(13A)를 포함하는, 윤활 구조.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 액적 비산 장치는, 상기 윤활액(L)을 미스트(Ld2)로 하여 비산시키도록 구성된 액적 발생기(54)를 포함하는, 윤활 구조.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기계 요소의 부품들은, 베어링을 구성하는 구성 부품이고,
   상기 구성 부품은, 상기 구성 부품(20, 22, 24, 26)끼리가 미끄럼 이동하는 미끄럼 이동부를 포함하고,
   상기 미끄럼 이동부 근방에 상기 일렉트릿부(32)가 설치되어 있는, 윤활 구조.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기계 요소의 부품들(20, 22, 24, 26)은, 기어(13)이며, 상기 기어(13)끼리의 맞물림부 근방에 상기 일렉트릿부(32)가 설치되어 있는, 윤활 구조.
9. 변속기(10)이며,
   윤활 구조를 포함하고,
   상기 윤활 구조는,
   기계 요소의 부품들을 윤활하기 위한 윤활액(L)을 액적(Ld1, Ld2)으로 하도록 구성된 액적 비산 장치와,
   상기 접촉부 근방에 설치되고, 일렉트릿으로 구성되어 있는 일렉트릿부(32)를 포함하고,
   상기 액적 비산 장치는 액적(Ld1, Ld2)으로 된 상기 윤활액(L)을 비산시키도록 구성되고,
   상기 기계 요소의 부품들은 접촉부를 구성하고,
   상기 접촉부는, 상기 기계 요소의 부품들끼리가 접촉하는 부분인, 변속기.

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