(57)【要約】【課題】歯の噛み合い部分における局部的な温度上昇を抑制して、流体潤滑を維持する。【解決手段】歯車からの放熱を促進して歯車を冷却する歯車の冷却構造において、前記歯車の少なくとも一方の側面に、歯の端面に熱伝達可能に接触させられた放熱板３が配置され、かつその放熱板３と歯の端面とが円周方向に一体化するように係合していることを特徴とする。これにより、放熱を促進するとともに、噛み合い進行長さを短くして発熱を抑制し、その結果、油膜の粘度の低下を防止して流体潤滑状態を維持する効果を奏する。【選択図】図１
2010223307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯車からの放熱を促進して歯車を冷却する歯車の冷却構造において、
前記歯車の少なくとも一方の側面に、歯の端面に熱伝達可能に接触させられた放熱板が配置され、かつその放熱板と歯の端面とが円周方向に一体化するように係合していることを特徴とする歯車の冷却構造。
【請求項２】
前記放熱板と歯の端面とは、ピンもしくはネジによって連結されて、円周方向に一体化するように係合していることを特徴とする請求項１に記載の歯車の冷却構造。
【請求項３】
前記放熱板と前記歯の端面とのいずれか一方に凸部が形成され、かつ他方にその凸部に嵌合する凹部が形成され、これら凸部および凹部によって放熱板と歯とが円周方向に一体化するように係合させられていることを特徴とする請求項１に記載の歯車の冷却構造。
【請求項４】
前記放熱板には、前記歯の幅方向での一方の端部を噛み込ませる噛み込み部が形成され、前記歯の一方の端部がその噛み込み部に嵌り込むことにより、放熱板と前記歯とが円周方向で一体化するように係合させられていることを特徴とする請求項１に記載の歯車の冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、歯車の温度を低下させて油膜の保持性を向上させる冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯車は減速機をはじめとする各種の動力伝達装置において広く用いられている。もっとも一般的な歯車である平歯車の場合、一対の歯車間で歯面が噛み合うことにより動力が伝達されるが、噛み合い部分において歯面の滑りが発生するため潤滑が必要であり、歯車全体をケーシングに収めて内部に潤滑油を満たし、油浴中で噛み合いを行わせる油浴（オイルバス）方式の潤滑が行われることが多い。
【０００３】
潤滑油は粘性を有し、歯面間に油膜を存在させることによって歯車同士の金属接触を防止する作用をする。しかし潤滑油の粘性は温度によって変化し、温度が上昇すれば粘度は低下する。
【０００４】
バルク温度、すなわちケーシング内の潤滑油全体の温度が所定値に保たれていても、噛み合い部分の局所的な微小体積の潤滑油に関していえば歯車自体の温度の影響を受け、バルク温度よりも高温になっているから、もっとも重要な噛み合い部分において油膜保持性が低下して金属接触が発生することにより摩擦係数が増大し、噛み合い損失の増加、動力伝達効率の低下を将来する可能性がある。
【０００５】
ここで、歯面における摩擦係数について説明すると、図６は滑り部分の潤滑状態を示すストライベック線図であり、縦軸は摩擦係数μ、横軸は油の粘度η×滑り速度Ｖ／面圧Ｐで、カーブは３つの部分に分かれ、左から境界潤滑、混合潤滑、流体潤滑の領域を示している。
【０００６】
境界潤滑は固体面に吸着した単分子膜ないし数分子膜程度の厚さの液体、気体分子層による潤滑状態である。混合潤滑は、摺動面が薄い流体潤滑油膜に支持され、面の凸部同士が直接接触するような潤滑状態である。そして流体潤滑は、摺動面が安定した流体潤滑油膜に支持され、２面間の直接接触がなく、摩擦も低く磨耗のほとんどない潤滑状態である。見かけ上バルク温度が適正値で、流体潤滑を維持している筈であっても、油の粘度が低下したり、回転数が下がったり、荷重、すなわち面圧が上昇したりすると局部的には流体潤滑を維持することができず、金属同士の直接接触が発生して、混合潤滑、さらには境界潤滑にシフトしてしまう。
【０００７】
前記の歯車の噛み合い部分における潤滑について、金属接触を不可避なものとして対策を講じるのであれば、例えば摺動接触部位の摩擦係数を低下させるために表面に硬質炭素被膜（ＤＬＣ）を形成するなどの方法があるが、処理コストが高い上に被膜の密着性が悪く、剥離して油浴中の異物となるなどの問題点がある。また油膜の保持性能を向上させるため表面を微細に仕上げる加工方法もあるが、作業効率が低く、また量産を行うにはコスト高であまり好ましくない。
【０００８】
あくまで流体潤滑を維持しようとすれば、油の粘度を低下させないことが重要であり、それには微小部分であっても荷重伝達の要である噛み合い部分において、油の温度上昇を抑制することが望ましい。
【０００９】
従来、歯以外の各種の構造を備えた歯車が提案されており、例えば特許文献１には、幅方向での一端部に、ほぼ半周に亘ってフランジを形成し、また他方の端部に、残るほぼ半周に亘ってフランジを形成した平歯車が記載されている。この特許文献１に記載された平歯車は、タイミングベルト用の歯車であり、各フランジは、ベルトが外れないようにするために形成されたものである。
【００１０】
また、特許文献２には、歯車の側面に４枚の湾曲羽根を有する羽根車を固定して、歯車の回転により噛み合う相手の歯車に空気を送り温度上昇を防止するようにした画像形成装置（複写機）用の歯車が記載されている。さらに、特許文献３には、歯車の側面に板状の部材を固定することにより、歯車自体の形状を変更することなく歯車の剛性を高め、噛み合い部分における撓み変動を減少させるようにした平行軸歯車対が記載されている。なお、特許文献３に記載された発明の目的、効果は温度上昇の抑制ではない。
【００１１】
そして、特許文献４には、自動車用の一方向クラッチ等に使用される歯付きプーリの外周面に多数の冷却用フィンを形成したプーリ装置が記載されている。この発明は、冷却用フィンにより効率よく放熱することにより周囲の転がり軸受やラバーカップリングの耐久性を向上させることを目的とした発明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−００４１２６号公報
【特許文献２】特開平８−１５２８３６号公報
【特許文献３】特開平８−３１２７５５号公報
【特許文献４】特開２００４−３５３７３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した各特許文献に記載されている構成では、空気との接触面積を増大したり、歯に対して送風したりすることにより、空気に対する放熱をある程度促進することができる。したがって、温度の上昇による摩擦係数の増大を抑制することができる。しかしながら、これは、付属的な構成や加工を追加するものであるから、歯車のコストの増大要因となる可能性があり、未だ改良の余地があった。
【００１４】
この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、放熱と歯元の応力の低下とを同時に生じさせて、放熱による温度上昇の抑制だけでなく噛み合い進行長さを少なくして損失を低減することのできる歯車の冷却構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、歯車からの放熱を促進して歯車を冷却する歯車の冷却構造において、前記歯車の少なくとも一方の側面に、歯の端面に熱伝達可能に接触させられた放熱板が配置され、かつその放熱板と歯の端面とが円周方向に一体化するように係合していることを特徴とするものである。
【００１６】
前記放熱板と歯の端面とは、ピンもしくはネジによって連結されて、円周方向に一体化するように係合した構成とすることができる。
【００１７】
あるいは放熱板と前記歯の端面とのいずれか一方に凸部を形成し、他方にその凸部に嵌合する凹部を形成し、これら凸部および凹部によって放熱板と歯とを円周方向に一体化するように係合させてもよい。
【００１８】
さらには、前記放熱板には、前記歯の幅方向での一方の端部を噛み込ませる噛み込み部が形成され、歯の一方の端部がその噛み込み部に嵌り込むことにより、放熱板と前記歯とを円周方向で一体化するように係合させてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、歯面で発生した熱は、歯の一方の端部に接触した状態に配置されている放熱板に伝達されるから、歯および歯車自体から放熱するだけでなく、放熱板からも放熱するので、歯の冷却が促進され、その温度の上昇が抑制もしくは防止される。また、その放熱板は歯を円周方向に支えていて歯元に生じる応力の一部を分担するので、歯の強度を低下させることなくその噛み合い進行長さを短くでき、その結果、歯同士の噛み合いあるいは摺動による損失あるいは発熱を抑制することができる。その結果、請求項１の発明によれば、発熱の抑制と放熱の促進とを同時に達成して歯の温度上昇を抑制もしくは防止し、ひいては摩擦係数の増大を防止することができる。
【００２０】
特に請求項２の発明によれば、凸部を歯の端面に形成しておき、これに対して放熱板を歯よりも柔軟な素材によって構成することにより、放熱板を歯の端面に押し付ければ両者を円周方向に対し一体化でき、したがって放熱板を歯車に取り付ける作業を容易にすることができる。
【００２１】
また、請求項４の発明のように放熱板と歯の一端部とを互いに噛み合わせる構造であっても、放熱板を歯よりも柔軟な素材で構成しておくことにより、両者を加圧して接触させることにより、放熱板の変形によって噛み合わせることができ、請求項３の発明と同様に放熱板を歯車に取り付ける作業を容易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第１の実施例における一対の平歯車を示す一部破断した正面図である。
【図２】放熱板を歯車に取り付ける他の構成の例を示す一部破断した正面図である。
【図３】この発明の第２の実施例における大歯車の一部を示す斜視図である。
【図４】この発明の第３の実施例における大歯車の一部を示す斜視図である。
【図５】この発明の第３の実施例において使用する円板素材の正面図ならびに断面図である。
【図６】ストライベック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明は、噛み合わされる一対の歯車において、噛み合い部分を前記流体潤滑状態に維持するため、歯車による油の上昇を抑制して油膜の粘度の低下を防止することを目的としており、少なくとも一方の歯車の少なくとも片面に、外径がその歯車の歯先と歯元との中間である円板を密着させ、発生熱を放散させるようにしたことを特徴とするものである。以下この発明の望ましい実施例について、図面により説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は第１の実施例の一対の歯車を示す正面図で、大歯車１と小歯車２とが対をなして噛み合わされており、大歯車１の片面には放熱板３が固定用ピン４で密着して取り付けられている。その固定用ピン４は、歯の端面に嵌合しており、したがって放熱板３と各歯とは固定用ピン４によって円周方向に対して一体化されている。放熱板３は密着させた歯車から熱を奪って放散させるのが目的であるから、材質は熱伝導度の高いもの、例えばアルミニウム、銅などの金属が好適である。また、放熱板３は一対の歯車の両者に、また片面ではなく両面に取り付ければ放熱効果は一層増大するが、一対のうちの一方の歯車の片面だけでも十分効果が認められる場合が多い。一方の歯車に取り付ける場合は、放熱面が大きいという理由で大歯車に取り付けるのがよい。
【００２５】
放熱板３の内径は任意であるが、外径は大歯車１の歯先と歯元の中間である。外径が歯先を超えてしまうと相手の小歯車２に干渉するおそれがあり、また歯元円よりも小さいと肝心の噛み合い部分を冷却することができない。また、一対の歯車の両方に放熱板を取り付ける場合は、干渉を避けるため、放熱板の外径をそれぞれのピッチ径以下とすることが必要である。
【００２６】
放熱板３の大歯車１への固定は、図１の例では歯車の歯と同数の細い固定用ピン４によるピン止めである。ピンに代えてねじを使用してもよい。このように固定すると歯車の歯に作用する荷重の一部を放熱板３が分担して歯元の応力を低減できるので、歯車のモジュールを小さくし、圧力角を大きく設計して噛み合い進行長さを減少させ、噛み合い損失の少ない歯車を実現できる。
【００２７】
なお、参考として放熱板３の他の取付構造について説明すると、図２は大歯車１のみを示す正面図で、図１との相違は放熱板３の取り付けを複数本の取り付けボルト５によっていることと、放熱板３の表面に複数本の放熱用のフィン６を設けていることである。放熱板３の取り付けを４〜６本程度のボルトで行えば、取り付けのための加工も簡単でコストを節減できる。またフィン６は例えば放射状に、等間隔に複数本設ける。これによって放熱効果を増大させることができる。
【実施例２】
【００２８】
図３は放熱板３と歯とを円周方向に対して一体化する他の例を示しており、大歯車１の一部を示す斜視図である。放熱板３を取り付けようとする大歯車１の側面の歯の部分に凸部（突条）７が形成されている。凸部７は少なくとも歯元円にかかる位置であることが好ましい。プレス機等により放熱板３をこの大歯車１に向けて押しつけ、凸部７に嵌合させて密着を達成する。したがって、放熱板３は歯車より柔軟な素材によって構成されていることが好ましく、凸部７が放熱板３の一部に食い込んでその凸形状に対応した凹部が形成され、これら凸部７と凹部とが相互に嵌合した状態になることにより、放熱板３と歯とが円周方向に対して一体化されている。このような構成であれば、第１の実施例における取り付けのためのねじ孔加工やボルト孔加工が不要であるから、放熱板３の取付作業が簡便であり、量産向きの構造である。
【実施例３】
【００２９】
図４は放熱板３と歯とを円周方向に対して一体化する更に他の例を示しており、大歯車１の一部を示す斜視図である。また、図５の（ａ）はその放熱板素材８の正面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【００３０】
この実施例では、密着相手の歯形に対応してその片面に肉厚部分を形成した放熱板素材８を使用する。図５に示すように、放熱板素材８は相手の歯形の位置で軸方向にｔだけ肉厚とした放熱板である。これをプレス機等で歯車に向けて押しつけると、歯のすきまの部分で歯車に食い込んで密着が実現する。すなわち、歯の幅方向での一方の端部が、放熱板素材８に噛み込み、こうして形成される噛み込み部と歯の一端部との嵌合により、歯と放熱板素材８とが円周方向に一体化される。したがって、この実施例では、放熱板素材８の塑性変形を利用しているので、歯車と放熱板素材との硬度差が必要であるが、歯車に対する突条形成が不要であるから第２の実施例に比較して更に簡便で、量産向きの構造である。
【００３１】
歯の間の食い込んだ部分が歯の曲げに対する強度部材となる。ただし厚さｔだけ歯の噛み合い面の幅が減少するから、予め歯幅を広くしておくことが必要である。
【符号の説明】
【００３２】
１…大歯車、  ２…小歯車、  ３…放熱板、  ４…固定用ピン、  ５…取り付けボルト、  ６…フィン、  ７…凸部（突条）、  ８…放熱板素材。
【図１】
2010223307.tif 000003
【図２】
2010223307.tif 000004
【図３】
2010223307.tif 000005
【図４】
2010223307.tif 000006
【図５】
2010223307.tif 000007
【図６】
2010223307.tif 000008