(57)【要約】【課題】潤滑剤が供給される歯面の摩擦係数を、歯面の熱伝導率を歯車母材よりも小さくすることにより低下させることのできる歯車を提供する。【解決手段】温度が高くなることに伴って粘度が低下する潤滑剤によって潤滑される歯面５，６を備えた歯車１，２において、前記歯車１，２の歯面５，６の熱伝導率が、該歯面５，６を形成している歯車母材の熱伝導率より相対的に小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度が高くなることに伴って粘度が低下する潤滑剤によって潤滑される歯面を備えた歯車において、
前記歯車の歯面の熱伝導率が、該歯面を形成している歯車母材の熱伝導率より相対的に小さいことを特徴とする歯車。
【請求項２】
前記歯面の歯当たり領域の表面に、前記母材の熱伝導率より小さい熱伝導率のコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、歯の噛み合いによって動力を伝達する歯車に関し、特にその歯面の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯車は、歯同士の噛み合いによってトルクを伝達するので、大きいトルクを伝達でき、また回転数比が正確で安定しているなどの利点があり、これとは反対に騒音が生じ易く、また加工が難しいなどの欠点がある。歯車における騒音は、歯同士の衝突や歯面での滑りが要因となり、したがって歯面の相対的な滑りに伴って発熱する。そのため、歯車を用いている多くの機械装置類では、歯面に潤滑油を供給して歯面での摩擦抵抗を低減し、また潤滑油による冷却を行っている。
【０００３】
一方、潤滑のための油膜は、接触面に掛かる荷重によっては必ずしも良好には形成されない場合があり、このような場合、歯面のピッチングが生じる可能性がある。そこで、特許文献１には、シャフトとこれに嵌合している歯車との摺動面にセラミックからなるコーティング層を形成し、これにより耐焼付性と耐摩耗性とを両立させるように構成された発明が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１７１５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献に記載されている歯車では、歯面自体の硬度を高くし、また歯面自体の摩擦係数を低下させることができる。しかしながら、金属やセラミックなどの高硬度の素材同士が接触する場合、その接触面に油膜を形成して素材同士の直接的な接触を回避もしくは抑制することが好ましいが、特許文献に記載されたコーティング層は歯面の硬さや摩擦係数を低下させる機能があるものの、油膜の形成・維持に積極的には機能しない。すなわち、従来では、歯面の性状の改善や潤滑油の供給のための技術が種々提案されているが、多様な動作状態もしくは摺動状態に対応して油膜を好適に形成し、もしくは維持する技術が開発されていないのが実情である。
【０００６】
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、歯面同士の間に介在する潤滑油の状態を温度に応じて変化させて歯における摩擦係数を小さい状態に維持できる歯車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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、温度が高くなることに伴って粘度が低下する潤滑剤によって潤滑される歯面を備えた歯車であって、前記歯車の歯面の熱伝導率が、該歯面を形成している歯車母材の熱伝導率より相対的に小さいことを特徴とする歯車である。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記歯面の歯当たり領域の表面に、前記母材の熱伝導率より小さい熱伝導率のコーティング層が形成されていることを特徴とする歯車である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明においては、温度が高くなることに伴って粘度が低下する潤滑剤によって歯面が潤滑される。その歯面は、その熱伝導率が歯車母材と比較して相対的に小さくなるように構成されている。したがって、潤滑剤から前記歯面を介して歯に熱が伝達されることが抑制されて潤滑剤の温度が高くなってその粘度が小さい状態に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明に係る歯車の歯同士が噛み合っている状態を模式的に示す図である。
【図２】ストライベック線図である。
【図３】潤滑油の温度と粘度との関係を示した線図である。
【図４】この発明に係るコーティング層とそのコーティング層が設けられている母材との熱伝導率の温度に応じた変化を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明をより具体的に説明する。この発明における歯車は、平歯車やはす歯歯車あるいはウォームギヤ、ラックアンドピニオンなど、従来知られている各種の一般的な歯車であり、特に歯面がオイルなどの潤滑剤によって潤滑される歯車である。その「潤滑剤」は、エンジンオイルやミッションオイルなど各種の機械装置類における潤滑のために使用されている一般的な潤滑油であってよく、したがって図３に示されるような温度が低い場合には、粘度が相対的に大きくなり、温度が高くなるのに従って粘度が低下する潤滑剤である。
【００１２】
上述したような潤滑剤による潤滑状態は、潤滑剤の粘度、歯面の滑り速度、歯面の荷重などによって異なり、その潤滑状態はストライベック線図（ストライベック曲線）によって説明されることが知られている。すなわち、図２はストライベック線図を示しており、縦軸は摩擦係数μを示し、横軸はゾンマーフェルト数を示している。そのゾンマーフェルト数は、
η・ΔＶ／（Ｐ／ｂ）
によって表される。ここで、ηは潤滑油の粘度、ΔＶは滑り速度、Ｐは歯面の荷重、ｂは歯幅である。
【００１３】
図２において、「境界潤滑」は歯面に潤滑油の分子が吸着していて歯面が一応は保護されている状態であり、油膜の形成が十分ではないので摩擦係数μが大きくなる。この状態は、荷重Ｐが一定であれば、潤滑油の粘度が小さい場合、あるいは滑り速度が遅い場合に生じ、したがって歯車が停止している場合や低回転数の場合に生じる。また、「流体潤滑」は、歯面が油膜によって完全に隔てられている状態であり、この状態での摩擦抵抗は潤滑油の粘性抵抗に一致する。したがって、摩擦係数は「境界潤滑」の状態より小さくなる。なお、この流体潤滑の状態では滑り速度ΔＶの増大に伴って潤滑油の剪断抵抗が増大するので、摩擦係数μが次第に大きくなる。これら「境界潤滑」と「流体潤滑」との中間の状態が「混合潤滑」であり、「流体潤滑」に近い状態になるほど、摩擦係数μは小さくなる。
【００１４】
このストライベック線図から知られるように、伝達するトルクが大きいことにより歯面に掛かる荷重が大きい場合には、横軸のゾンマーフェルト数が小さくなるので、流体潤滑の状態であれば摩擦係数μが低下し、また混合潤滑の状態であれば、摩擦係数μが増大する。また、潤滑剤の温度が高くなってその粘度ηが小さくなれば、横軸のゾンマーフェルト数が小さくなるので、流体潤滑の状態であれば摩擦係数μが低下し、また混合潤滑の状態であれば、摩擦係数μが増大する。
【００１５】
この発明に係る歯車は、温度に基づく潤滑状態の変化を有効に利用して、温度に応じて摩擦係数を低下させるように構成されている。そして歯面の熱伝導率を小さくさせる構造は、一例として、歯面にコーティング層を形成して得ることができる。このようなコーティング層に使用できる材料の例を挙げると、歯当たり領域のコーティング層には、ステンレス鋼やＮｉ−Ｍｏ合金や窒化珪素あるいはジルコニアなどを使用することができる。これらは、母材の熱伝導率ならびに熱伝導率の温度依存性を考慮して選択される。
【００１６】
コーティング層を形成するための方法は、その材料に応じて、またコーティング層を設ける箇所の形状や大きさなどによって適宜の方法を採用することができる。例えば、コーティング層を形成する薄膜を摺動接触面に貼り付ける方法、化学反応によって化合物層を形成する方法、メッキ、イオンプレーティング、蒸着、塗布および焼成などの方法によってコーティング層を形成することができる。
【００１７】
つぎにこの発明の具体例を示すと、図１はこの発明に係る歯車１，２の歯３，４同士が互いに噛み合っている状態を示しており、一方の歯車１が駆動歯車であり、他方の歯車２が従動歯車であって、駆動歯車１から従動歯車２にトルクが伝達されるようになっている。そして、これらの歯車１，２の歯面５，６のそれぞれにコーティング層７，８が形成されている。ここに示す例は平歯車の例である。
【００１８】
この歯面５，６の表面に形成されているコーティング層７，８は母材よりも熱伝導率の小さい材料によって構成されている。具体的には、標準的な稼働状態で、潤滑剤（より具体的には潤滑油）から歯３，４への放熱（もしくは熱伝達）を阻害もしくは抑制するコーティング層７，８が形成されている。このコーティング層７，８は、一例として温度の上昇により熱伝導率が低下する特性のコーティング層７，８であり、例えばジルコニアからなるコーティング層７，８である。
【００１９】
これらの歯面５，６は、コーティング層７，８同士の間に油膜９を介在させて接触する。すなわち、歯面５，６に形成されているコーティング層７，８で互いに接触することになる。その場合、油膜９を介して互いに滑り接触しているコーティング層７，８では、油膜９の温度が高くなる。そして油膜９から歯３，４に対する熱伝達が阻害もしくは抑制される。すなわち、油膜９からの放熱が歯面５，６によって抑制されるのでその温度が上昇し、それに伴って粘度ηが小さくなる。その結果、油膜９の粘度ηが小さくなるので、ゾンマーフェルト数は全体として小さくなり、あるいは増大が抑制され、そのために、「流体潤滑」の状態になっているとしても、ゾンマーフェルト数が相対的に小さくなることにより「混合潤滑」に近い状態（図２に左下向き矢印で示す状態）が設定され、歯面５，６での摩擦係数が相対的に小さくなる。
【００２０】
上述したように、この発明に係る歯車１，２では、歯面５，６に母材よりも熱伝導率が小さくなるコーティング層７，８が形成されていて、油膜９の温度が高くなると、コーティング層７，８の熱伝導率が小さいので潤滑剤の放熱が阻害もしくは抑制される。これにより潤滑剤の粘度を低下させて歯面５，６での摩擦係数を低下させることができる。ひいては動力の損失を防止もしくは低減することができる。このような作用は、コーティング層７，８の特性によって生じるので、温度センサーやその検出信号を使用した潤滑のための機器を必要としないので、全体としての構成を簡素化でき、またエネルギーの消費を低減することができる。
【００２１】
また、上述した例は平歯車の例であるが、この発明は、はす歯歯車などの他の歯車に適用することができ、したがって例えばはす歯歯車では、歯当たりする部分が、歯面に斜めに横切る帯状に生じるので、このはす歯歯車の表面の熱伝導率を前述したように小さくさせればよい。
【００２２】
なお、コーティング層の材料や母材を形成する材料の温度毎の熱伝導率は実測して求めておくことができる。したがって、対象となる歯車の平均的な運転状態における発熱量や温度を求める。その温度における母材より熱伝導率の小さいコーティング層の材料を選ぶことができる。その場合、熱伝導率が温度により変化する場合は、平均的な運転状態における温度での熱伝導率が母材よりも小さくなるコーティング層の材料「母材＞コーティング層」を選ぶことができる。たとえば、図４の温度Ｔ1 より低温側で熱伝導率が母材よりもコーティング層の材料の方が小さくなる材料を選択してもよい。
【符号の説明】
【００２３】
１，２…歯車、  ３，４…歯、  ５，６…歯面、  ７，８…コーティング層、  ９…油膜。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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