(57)【要約】【課題】摩擦低減及び金属疲労寿命の向上を両立できる歯車を提供する。【解決手段】歯車１は、歯面４に相手歯車の歯面と接触する歯当たり領域３を有する。歯当たり領域３のうち、噛合い開始位置である歯車１の歯元側の端部３１から歯先に向かう１０％の領域はディンプルが形成されないディンプル非形成領域３ａであり、残りの領域はディンプル３３が複数形成されたディンプル形成領域３ｂである。【選択図】図１
2020112243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯面に相手歯車の歯面と接触する歯当たり領域を有する歯車であって、
前記歯当たり領域のうち、噛合い開始位置である前記歯車の歯元側の端部から歯先に向かう１０％の領域はディンプルが形成されないディンプル非形成領域であり、残りの領域はディンプルが複数形成されたディンプル形成領域であることを特徴とする歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車に関し、特に歯面にディンプルが形成される歯車に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯車のような摺動部材には、耐摩耗性や低摩擦性を図る目的で、摺動面である歯面に潤滑油を充填するためのディンプルが複数形成される技術が用いられている（例えば、下記特許文献１）。このように歯面にディンプルを複数形成することにより、ディンプルに充填された潤滑油が歯面に出て潤滑油膜を形成することで、歯車同士が噛合う際の摩擦損失を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０５７７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、自動車用駆動系に用いられる歯車において、燃費向上などの観点から摩擦損失の低減だけでなく、金属疲労寿命の向上も求められている。しかしながら、上述のように歯車の歯面に潤滑油を充填するディンプルが複数形成された場合、摺動面積の減少により、接触面の面圧が高くなり、金属疲労寿命の短縮を招く可能性がある。
【０００５】
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、摩擦低減及び金属疲労寿命の向上を両立できる歯車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る歯車は、歯面に相手歯車の歯面と接触する歯当たり領域を有する歯車であって、前記歯当たり領域のうち、噛合い開始位置である前記歯車の歯元側の端部から歯先に向かう１０％の領域はディンプルが形成されないディンプル非形成領域であり、残りの領域はディンプルが複数形成されたディンプル形成領域であることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る歯車では、歯当たり領域のうち、噛合い開始位置である歯車の歯元側の端部から歯先に向かう１０％の領域をディンプルが形成されないディンプル非形成領域とし、残りの領域をディンプルが複数形成されたディンプル形成領域とする。このようにすれば、ディンプル形成領域に形成されたディンプルに潤滑油が充填される場合、充填された潤滑油が歯面に出て該歯面に潤滑油膜を形成することで、摩擦低減を確保することができる。また、歯当たり領域のうち、歯車の歯元側の端部から歯先に向かう１０％の領域が相手歯車と噛合う際における面圧の高い領域であるので、この領域をディンプル非形成領域とすることで、ディンプルの形成に起因する面圧の増加を防止しつつ、歯面同士の接触面積を確保することができる。その結果、金属疲労寿命を向上することができる。従って、本発明の歯車によれば、摩擦低減及び金属疲労寿命の向上を両立することが可能になる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、摩擦低減及び金属疲労寿命の向上を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る歯車を示す模式斜視図である。
【図２】歯面のディンプル形成領域を示す部分断面図である。
【図３】歯面の面圧分布を示すイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明に係る歯車の実施形態について説明する。図１は実施形態に係る歯車を示す模式斜視図であり、図２は歯面のディンプル形成領域を示す部分断面図である。本実施形態の歯車１は、例えば自動車用駆動系に用いられる、複数の歯２を備えたギアであり、鉄などの金属材料により形成されている。歯車１の歯２は、例えばインボリュート曲線の歯面４を有し、左右対称とされた標準歯車の歯形に形成されている。各歯面４には、相手歯車と噛み合う際に相手歯車の歯面と接触する歯当たり領域３が形成されている。
【００１１】
より具体的には、歯当たり領域３は、歯面４のうち、相手歯車の歯面と接触する部分であり、例えば歯元側から歯先側に向かって拡幅された台形状となっている。そして、歯たけ方向において、歯当たり領域３の歯元側の端部３１はいわゆる歯車１の噛合い開始位置であり、歯当たり領域３の歯先側の端部３２はいわゆる歯車１の噛合い終了位置である。本実施形態では、歯当たり領域３は、ディンプルが形成されないディンプル非形成領域３ａと、ディンプル３３が複数形成されたディンプル形成領域３ｂとに分けられている。
【００１２】
ディンプル非形成領域３ａは、歯当たり領域３のうち、歯車１の歯元側の端部３１から歯先に向かう１０％の領域である。ディンプル形成領域３ｂは、歯当たり領域３のうち、ディンプル非形成領域３ａを除いた残りの領域である。言い換えれば、ディンプル形成領域３ｂは、歯元側の端部３１から歯先に向かう１０〜１００％の領域、或いは歯車１の歯先側の端部３２から歯元に向かう０〜９０％の領域である。
【００１３】
ディンプル形成領域３ｂには、複数のディンプル３３が形成されている。ディンプル３３は、例えば略円柱状の空所からなり（図２参照）、円形状の開口を有する。ディンプル３３の中には、潤滑油５が充填されている。複数のディンプル３３は、所定の規則でディンプル形成領域３ｂに等間隔に配列されている。ディンプル３３を形成する方法は、特に限定されず、機械的な形成方法、化学的な形成方法、或いはレーザなどの熱による形成方法であっても良い。
【００１４】
より具体的には、機械的な形成方法として、例えばサンドブラスト又はショットピーニングを利用してディンプルを形成することが挙げられる。化学的な形成方法として、例えば、複数の円孔が形成された樹脂フィルムをマスキング材として歯当たり領域３のディンプル形成領域３ｂに貼り付けた後に、円孔から露出した金属母材をエッチング液でエッチングすることにより、ディンプル３３を形成することが挙げられる。一方、レーザなどの熱による形成方法としては、例えばディンプル形成領域３ｂに直接レーザ光を照射し、金属母材を溶融させることでディンプル３３を形成することが挙げられる。
【００１５】
ディンプル３３の直径は例えば０．５〜１．０ｍｍであり、ディンプル３３の深さは例えば１〜２μｍである。そして、潤滑性及び歯面４の強度を確保する観点から、ディンプル形成領域３ｂのディンプル３３の個数は、５０〜１００個であることが好ましい。
【００１６】
ディンプル３３には、潤滑油５が充填されている。潤滑油５として、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ−α−オレフィン油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油などの炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、りん酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。これらの潤滑油は、単独で用いられてもよく、２種以上が混合されてもよい。そして、ディンプル３３に充填された潤滑油５は、歯面４に出て該歯面４に潤滑油膜５ａを形成する（図２参照）。
【００１７】
以下、図３を参照して本実施形態に係る歯車１の作用効果を説明する。
【００１８】
図３は歯面の面圧分布を示すイメージ図である。図３に示すように、歯車同士の噛合い方向において、歯面における面圧は歯元側の端部３１付近（すなわち、噛合い開始位置付近）が最も高く、歯先側に向かって徐々に低下していく。また、歯車によるトルクの伝達は歯先側の端部３２（すなわち、噛合い終了位置）までの間に行われる。従って、歯面に潤滑油膜を形成する場合、歯元側の端部３１付近とそれ以外の領域とで潤滑油膜の形成状態が異なる。そして、比較的に面圧の低い部位にディンプル３３を設け、相手歯車６の歯面６ａと間に潤滑油膜５ａを介在させ、介在する潤滑油膜５ａの圧力をスクイーズ効果によって向上することができる。これによって、２つの歯面（すなわち、歯車１の歯面４と相手歯車６の歯面６ａ）とが直接接触するのを避けることができ、摩擦の低減を図ることができる。
【００１９】
一方、面圧が比較的に高い歯元側の端部３１（すなわち、噛合い開始位置）付近では、潤滑油を充填するためのディンプルを形成することによって歯面同士の接触面積が減少するので、面圧増加による歯面損傷（例えば金属疲労、焼付きなど）が懸念される。そこで、面圧が比較的に高い歯元側の端部３１付近（本実施形態では、歯元側の端部３１から歯先に向かう１０％の領域）をディンプルを形成しないディンプル非形成領域とすれば、ディンプルの形成に起因する面圧の増加を防止しつつ、歯面同士の接触面積を確保することができるので、金属疲労を抑制し、金属疲労寿命の向上を図ることができる。
【００２０】
以上のことを考慮し、本実施形態に係る歯車１では、歯当たり領域３のうち、歯元側の端部３１から歯先に向かう１０％の領域をディンプル非形成領域３ａとし、残りの領域をディンプル形成領域３ｂとする。これによって、ディンプル形成領域に形成されたディンプルに充填された潤滑油が歯面に出て該歯面に潤滑油膜を形成するので、摩擦低減を確保することができる。また、歯当たり領域のうち、噛合う際における面圧の高い領域である歯元側の端部３１から歯先に向かう１０％の領域を、ディンプル非形成領域３ａとすることで、ディンプルの形成に起因する面圧の増加を防止し、歯面同士の接触面積を確保することができる。その結果、摩擦低減及び金属疲労寿命の向上を両立することができる。
【００２１】
以下、本発明の実施例を説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００２２】
[実施例及び比較例]
実施例及び比較例では、１６００ｃｃエンジン車両用のマニュアルトランスミッションのギアをモデルとし、下記表１に示す諸条件のサンプルを作製した。表１に示すように、実施例１〜３に係るサンプルは、ディンプル非形成領域の面積比において同じであるが、ディンプル形状とディンプル数においては異なる。なお、表１に記載の「φ」はディンプルの直径を示し、「ｔ」はディンプルの深さを示す。
【００２３】
また、比較のために、ディンプルが形成され且つディンプル非形成領域を有さないサンプル（比較例１）、ディンプルが形成され且つディンプル非形成領域の面積が小さいサンプル（比較例２）、ディンプルが形成されないサンプル（比較例３）をそれぞれ作製した。
【００２４】
そして、作製した実施例及び比較例の各サンプルについて、ギア単体試験機にて入力トルクに対する出力トルクの差で損失トルクを評価した。損失トルクの目標値を１Ｎ・ｍ以下とした。また、試験の条件として、回転数が２０００ｒｐｍ、入力トルクが５０Ｎ・ｍ、油温が４０℃、試験時間が５０時間であった。また、試験後にギアの歯面の状態確認を行った。
【００２５】
【表１】
2020112243.tif 000003
【００２６】
試験の結果等を表１に示す。表１に記載の「大」及び「中」は疲労痕の大きさのことである。表１に示すように、実施例１〜３は損失トルクの値は小さく、ギア歯面の損傷もなかった。これに対し、比較例１〜２は、損失トルクの値が大きくなり、またギア歯面の損傷が見られた。これは、広範囲にディンプルを形成したため、高面圧条件となる歯元側の端部付近で潤滑油膜の形成が損なわれたことが、歯面損傷に至った原因と考えられる。また、比較例３は、損失トルクが大きく、焼付きが発生した。以上の結果により、本発明における摩擦低減及び金属疲労寿命の向上を両立できる効果が証明された。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態では開口が円形状のディンプルを説明したが、ディンプルの開口は楕円形状や多角形であっても良い。また、上述の実施形態では歯当たり領域の形状について、歯元側から歯先側に向って拡幅された台形状とした例を説明したが、歯元側から歯先側に向って拡幅された扇形状や等幅を有する矩形状などであっても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１    歯車
２    歯
３    歯当たり領域
３ａ    ディンプル非形成領域
３ｂ    ディンプル形成領域
４    歯面
５    潤滑油
５ａ  潤滑油膜
６    相手歯車
６ａ    歯面
３１    歯元側の端部
３２    歯先側の端部
３３    ディンプル
【図１】
2020112243.tif 000004
【図２】
2020112243.tif 000005
【図３】
2020112243.tif 000006