(57)【要約】【課題】  高速で運転される遊星歯車装置は、ピッチ円周速が大きいため発熱量が大きく、またエネルギー密度が高いため昇温しやすいという特徴があり、歯車が所定温度以上になった時には、歯面に焼付き損傷が発生する場合がある。この発熱のうち最大のものは、内歯車の撹拌損によるものであるため、本発明では、内歯車の撹拌損を抑制することで、歯面の焼付き損傷を防止できる遊星歯車装置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】  課題を解決するために、外歯を有する太陽歯車と、該太陽歯車と外歯が噛み合うように配置された遊星歯車と、該遊星歯車と内歯が噛み合うように配置された内歯車と、該内歯車の内部に潤滑油を供給する給油口を備える遊星歯車装置であって、  前記内歯車の外周部に、前記潤滑油と空気が混合した混合流体の流れに沿った溝を設けることを特徴とする遊星歯車装置。【選択図】  図１
2019120386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外歯を有する太陽歯車と、該太陽歯車と外歯が噛み合うように配置された遊星歯車と、該遊星歯車と内歯が噛み合うように配置された内歯車と、該内歯車の内部に潤滑油を供給する給油口を備える遊星歯車装置であって、
前記内歯車の外周部に、前記潤滑油と空気が混合した混合流体の流れに沿った溝を設けることを特徴とする遊星歯車装置。
【請求項２】
請求項１に記載の遊星歯車装置において、
前記溝は、前記内歯車の外周部に設けた環状溝であることを特徴とする遊星歯車装置。
【請求項３】
請求項１に記載の遊星歯車装置において、
前記溝は、前記内歯車の外周部に設けたねじ状溝であることを特徴とする遊星歯車装置。
【請求項４】
請求項１に記載の遊星歯車装置において、
前記内歯車の側面に、放射状の溝、または、放射状の仮想線より反回転方向に傾いている溝を設けることを特徴とする遊星歯車装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の遊星歯車装置において、
前記遊星歯車の側面に、環状溝またはらせん状溝を設けることを特徴とする遊星歯車装置。
【請求項６】
外歯車と、該外歯車の周辺に潤滑油を供給する給油口を備える歯車装置であって、
該外歯車の側面に、前記潤滑油と空気が混合した混合流体の流れに沿った環状溝、または、らせん状溝を設けることを特徴とする歯車装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱量を抑制できる遊星歯車装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の遊星歯車装置として、例えば、特許文献１の要約には「遊星歯車装置（１）は、サンギヤ（２）と、サンギヤ（２）に噛合する複数のプラネットギヤ（３）と、隣接するプラネットギヤ（３）間の周方向の間隙に配置されたバッフルユニット（５）とを備える。バッフルユニット（５）は、径方向内方に向かって開口し、サンギヤ（２）およびプラネットギヤ（３）の歯面（２ａ，３ａ）を潤滑した後の潤滑油（ＯＬ）をバッフルユニット（５）内に導入する第１導入開口部（２５）と、第１導入開口部（２５）の軸方向の一端を形成する端壁（３０）と、バッフルユニット（５）内の潤滑油（ＯＬ）を排出開口部（２６）と、バッフルユニット（５）におけるサンギヤ（２）の少なくとも回転方向後続側の側部に設けられて第１導入開口部（２５）を周方向から覆い、潤滑油（ＯＬ）を隣接するプラネットギヤ（３）の外周に導くガイド部（２７Ａ、２７Ｂ）とを有する。」との記載がある。
【０００３】
特許文献１で開示される、いわゆる「スター型」と称される遊星歯車装置の概要を、図２を用いて説明する。ここに示すスター型の遊星歯車装置２００は、入力側の太陽歯車２０１を回転させると同軸の出力軸２１２が内歯車２０４と一体に回転する変速機であり、太陽歯車２０１の回転駆動力を出力軸２１２に伝達する構成として、遊星歯車２０２、遊星キャリア２０３ａ、２０３ｂ、内歯車２０４、入力軸２０６、遊星軸２０７、ジャーナル軸受２０８、スラスト軸受２０９ａ、２０９ｂ、出力軸支持軸受２１０、継ぎ手２１１等を備えている。
【０００４】
以上の構成において、スター型の遊星歯車装置２００は以下のように回転駆動力を伝達する。例えば、動力源がガスタービンである場合、ガスタービンと連結した入力軸２０６が回転駆動されると、これと一体となった太陽歯車２０１も同時に回転し、これとかみ合う遊星歯車２０２が回転駆動される。さらに遊星歯車２０２とかみ合う内歯車２０４が回転駆動され、これと篏合されている出力軸２１２が回転駆動される。
【０００５】
また、遊星歯車装置２００には、各歯車間に潤滑油を供給するため、次のような潤滑油供給機構が設けられている。すなわち、図２に示すように、オイルタンク２１３に溜まっている潤滑油はフィルタ２１４を介してポンプ２１５で吸い上げられ、給油口２１６から太陽歯車２０１に強制給油される。太陽歯車２０１に供給された潤滑油は、遊星歯車２０２によって掻き上げられ、内歯車２０４にも供給される。
【０００６】
このとき、内歯車２０４の内部では、高速回転する歯車によって潤滑油が掻き混ぜられ飛沫状となり、潤滑油と空気と混合した混合流体の状態で存在している。この混合流体は、一部が遊星キャリア２０３ａと内歯車２０４のすき間から遊星歯車装置２００の外部へと流れ、排油口２１７を経由してオイルタンク２１３へと戻る。一方、残りの混合流体は内歯車２０４に囲まれた空間に停留する。従って、ギアボックスに囲まれた内歯車２０４の周辺空間は潤滑油の飛沫と空気の混合流体で満たされている。
【０００７】
ここで、例えば、ガスタービン用の遊星歯車装置では、入力が高速であるため、太陽歯車２０１、遊星歯車２０２、内歯車２０４のピッチ円周速が、他の産業用遊星歯車装置に比して非常に大きくなり、これに起因して発熱量が大きくなる。これらのうち最大の歯車である内歯車２０４は、回転数が３０００ｒｐｍ、ピッチ円周速が１００ｍ／ｓに達する場合もある。
【０００８】
ここで、遊星歯車装置２００の発熱は、各歯車のかみ合いによる摩擦損と、混合流体の撹拌損と、軸受損が主要因子となって発生する。これら三因子の中で最も割合の大きい撹拌損は、歯車のピッチ円周速の増加に伴い増加するため、ピッチ円周速が大きいガスタービン用の遊星歯車装置２００では発熱量が非常に大きい。
【０００９】
また、遊星歯車装置２００は他の形式の歯車装置と比してエネルギー密度が高いという特徴を有するため、歯車が昇温しやすい。歯車が昇温すると、歯面に焼付き損傷が発生する可能性が高まるため、遊星歯車装置２００の発熱量を低減し、歯車の昇温を抑制する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０５０１１６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
高速で運転される遊星歯車装置は、ピッチ円周速が大きいため発熱量が大きく、またエネルギー密度が高いため昇温しやすいという特徴があり、歯面に焼付き損傷が発生する可能性が高い。高速遊星歯車装置での発熱量は主に、潤滑油の飛沫と空気の混合流体の撹拌損と、軸受損が占めており、中でも径が大きい内歯車の周辺に発生する撹拌損が特に大きい。従って、内歯車の撹拌損の低減が遊星歯車装置全体の発熱量の低減に大きく寄与し、各歯面の焼付き損傷防止にも大きく寄与する。
【００１２】
そこで、本発明では、内歯車の周辺での撹拌損を低減し昇温を抑制することで、歯面の焼付き損傷を防止できる遊星歯車装置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】
【００１３】
課題を解決するために、本発明の遊星歯車装置は、外歯を有する太陽歯車と、該太陽歯車と外歯が噛み合うように配置された遊星歯車と、該遊星歯車と内歯が噛み合うように配置された内歯車と、該内歯車の内部に潤滑油を供給する給油口を備えるものであって、前記内歯車の外周部に、前記潤滑油と空気が混合した混合流体の流れに沿った溝を設けた。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の遊星歯車装置によれば、内歯車の周辺に発生する撹拌損を低減でき、歯面の焼付き損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１に係る内歯車の概略図である。
【図２】従来の遊星歯車装置の構造を説明する断面図である。
【図３】実施例２に係る内歯車の概略図である。
【図４】実施例３に係る内歯車の概略図である。
【図５】実施例４に係る歯車の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明の遊星歯車装置を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用し、重複説明は省略する。
【実施例１】
【００１７】
図１を用いて、実施例１の遊星歯車装置を構成する内歯車１００の構造を説明する。なお、本実施例の遊星歯車装置において、内歯車以外の構成は、上述の図２の遊星歯車装置と共通するため、以下では重複説明を省略する。
【００１８】
図１の左側の斜視断面図に示すように、本実施例の内歯車１００は、図２の内歯車２０４と同様、円環部１０３の内周部であって、遊星歯車２０２の対向位置の全面に亘り、歯切りされたリム１０１を設けている。一方、図２の内歯車２０４とは異なり、円環部１０３の外周部に、環状溝１０２を設けている。
【００１９】
この環状溝１０２は諸条件に応じて設計される任意の断面形状を有するが、一例を示せれば、溝深さおよび溝の幅は数１０μmから数１００μmである。なお、図１の右側の側面図に示すように、環状溝１０２は円環部１０３の外周部全面に設けることが望ましいが、一部にのみ環状溝１０２を設ける構成としても良い。
【００２０】
このような環状溝１０２を設けた内歯車１００は、例えば、以下の手順で製造することができる。まず、機械構造用炭素鋼や、機械構造用合金鋼などの柱管を焼準し、切削などによって、円環部と歯先円を内径とするリムを備えるギアブランクを製作する。このとき切削などによって内歯車外周部に環状溝を設ける。次に、ホブ切りやラックカッタ、ピニオンカッタ等による歯切りによって歯を形成する。その後、浸炭や窒化などの熱処理を行っても良い。最後に、研削などの仕上げ加工を歯面に施してもよい。
【００２１】
内歯車１００を上記の構造とすることで、本実施例の遊星歯車装置では次の効果が得られる。すなわち、環状溝１０２は、内歯車１００の外周部の混合流体の流れに沿って配列しているため、乱流境界層に対する壁面摩擦抵抗を低減することができる。これにより、内歯車１００が高速回転すると、その外周に形成される乱流境界層が環状溝１０２に沿った層流に整えられ、ギアボックス内の内歯車１００の周辺での撹拌損が大きく低減する。上述したように、遊星歯車装置の発熱は、内歯車の撹拌損によるものが最大であるため、内歯車周辺での撹拌損を大きく抑制できる本実施例の構成によれば、遊星歯車装置全体としての発熱量を低減でき、ひいては各歯車の昇温を抑制できるため、各歯面の焼付き損傷を効果的に防止することができる。
【実施例２】
【００２２】
次に、図３を用いて、実施例２の遊星歯車装置を構成する内歯車３００の構造を説明する。なお、本実施例の遊星歯車装置において、内歯車以外の構成は上述の図２の遊星歯車装置と共通するため、以下では重複説明を省略している。
【００２３】
図３の左側の斜視断面図に示すように、本実施例の内歯車３００は、図２の内歯車２０４と同様、円環部３０３の内周部であって、遊星歯車２０２の対向位置の全面に亘り、歯切りされたリム１０１を設けている。一方、図２の内歯車２０４とは異なり、円環部３０３の外周部に、任意のねじれ角βを有するねじ状溝３０２を設けている。
【００２４】
このねじ状溝３０２は諸条件に応じて設計される任意の断面形状を有するが、一例を示せば、溝深さおよび溝の幅は数１０μmから数１００μmである。なお、図３の右側の側面図に示すように、ねじ状溝３０２は円環部１０３の外周部全面に設けることが望ましいが、一部にのみねじ状溝３０２を設ける構成としても良い。
【００２５】
実施例１の内歯車１００は外周部に環状溝１０２を備えていたが、実施例２の内歯車３００では、環状ではなくねじ状溝３０２を備える。これにより、実施例２では溝を１パスで加工することが可能となるため、実施例１と同様の効果に加え、実施例１より加工が容易になるという効果も得ることができる。
【実施例３】
【００２６】
次に、図４を用いて、実施例３の遊星歯車装置を構成する内歯車４００の構造を説明する。なお、本実施例の遊星歯車装置において、内歯車以外の構成は上述の図２の遊星歯車装置と共通するため、以下では重複説明を省略している。
【００２７】
図４の左側の斜視断面図に示すように、本実施例の内歯車４００は、図２の内歯車２０４と同様、円環部４０３の内周部であって、遊星歯車２０２の対向位置の全面に亘り、歯切りされたリム１０１を設けている。一方、図２の内歯車２０４とは異なり、円環部４０３の外周部に環状溝１０２を設けるとともに、リム１０１の側面に溝４０２を設けている。
【００２８】
これらの環状溝１０２と溝４０２は、諸条件に応じて設計される任意の断面形状を有するが、一例を示せば、溝深さおよび溝の幅は数１０μmから数１００μmである。なお、溝４０２の稜線は、放射状に形成されたものでも良いし、リム１０１の側面において仮定した放射状の線Ｘに対して、反回転方向に傾いて形成されたものでも良い。また、稜線は直線でも曲線でも良い。なお、図４の左側の斜視断面図に示すように、溝４０２はリム１０１の側面全面に設けることが望ましいが、一部に溝４０２を設ける構成としても良い。
【００２９】
実施例１の内歯車１００の外周部に環状溝１０２を備えていたが、実施例３の内歯車４００ではそれに加えて、リム１０１の側面にも溝４０２を設けている。前述のように、遊星歯車装置２００では、太陽歯車２０１へ向けて強制給油し、遊星歯車２０２がこれを掻き上げて内歯車４００へと潤滑油を供給しており、内歯車４００へ供給された潤滑油は、内歯車４００と遊星キャリア２０３ａのすき間から内歯車４００の外部へと流出する。従って、リム１０１の側面に混合流体の流れに沿って設けられた溝４０２は、内歯車４００と遊星キャリア２０３ａのすき間から流出する際の抵抗を更に低減するため、実施例１の構成に比べても撹拌損を更に低減することができる。
【実施例４】
【００３０】
次に、図５を用いて、実施例４の遊星歯車装置を構成する歯車５００の構造を説明する。なお、本実施例の遊星歯車装置では、後述する歯車５００を遊星歯車として用いるが、それ以外の構成は上述の図２と共通するため、以下では重複説明を省略している。
【００３１】
図５に示すように、本実施例の歯車５００は、歯５０１と、歯車５００の側面に設けられた溝５０２と、ボス５０３によって構成されている。
【００３２】
この溝５０２は諸条件に応じて設計される任意の断面形状を有するが、一例を示せば、溝深さおよび溝の幅は数１０μmから数１００μmである。なお、図５では、溝５０２の稜線を環状としているが、これに代え、らせん状の稜線としてもよい。また、図５では、溝５０２は歯車５００のうちボスを含まない側面の全面に設けることが望ましいが、一部にのみねじ状溝３０２を設ける構成としても良い。
【００３３】
このような溝５０２を設けた歯車５００は、例えば、以下の手順で製造することができる。まず、機械構造用炭素鋼や、機械構造用合金鋼などの柱管を焼準し、切削などによって、歯先円を外径とするギアブランクを製作する。このとき切削などによって歯車側面に溝を設ける。次に、ホブ切りやラックカッタ、ピニオンカッタなどによる歯切りによって歯を形成する。その後、浸炭や窒化などの熱処理を行っても良い。最後に、研削などの仕上げ加工を歯面に施しても良い。
【００３４】
このように製造した歯車５００は、遊星歯車装置のみならず、平行軸型の歯車装置に使用してもよい。
【００３５】
実施例１から実施例３の遊星歯車装置では内歯車での発熱量を低減していたが、本実施例のように外歯型の歯車にも発熱量を抑制するための溝構造を適用することで、撹拌損の更なる低減が期待できる。
【００３６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３７】
２０１…太陽歯車、
２０２…遊星歯車、
２０３ａ、２０３ｂ…遊星キャリア、
１００、２０４、３００、４００…内歯車、
２００…遊星歯車装置、
２０６…入力軸
２０７…遊星軸
２０８…ジャーナル軸受
２０９ａ、２０９ｂ…スラスト軸受、
２１０…出力軸支持軸受
２１１…継ぎ手
２１２…出力軸
２１３…オイルタンク
２１４…フィルタ
２１５…ポンプ
２１６…給油口
２１７…排油口
５００…歯車
１０１…リム
５０１…歯
１０２、…環状溝
３０２…ねじ状溝
４０２、５０２…溝
１０３、３０３、４０３…円環部
５０３  ボス
【図１】
2019120386.tif 000003
【図２】
2019120386.tif 000004
【図３】
2019120386.tif 000005
【図４】
2019120386.tif 000006
【図５】
2019120386.tif 000007