(57)【要約】【課題】イニシャルコストやランニングコストの増大を抑えながら、騒音の低減、耐久性の向上を図ることのできる冷却ファン駆動用のベベルギヤを得る。【解決手段】冷却塔の冷却ファンに使用するベベルギヤＢＧｎは、回転方向が常に一定であるため、その歯形を、その荷重面Ｌｎ２側の圧力角θ２を小さく、且つ反荷重面ＮＬｎ２側の圧力角θ２を大きく設定する（θ１＜θ２）。図１の例は、本発明の理解を容易にするために、該圧力角θ１、θ２の大小をより誇張して描写してあるが、実際には、荷重面Ｌｎ１側の圧力角θ１は、１４．５°以上、２０°以下、反荷重ＮＬｎ２側の圧力角θ２は、２２．５°以上、３０°以下の範囲に設定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却塔の冷却ファンの駆動用減速機に用いられるベベルギヤにおいて、
前記ベベルギヤの歯面の荷重側の圧力角をθ１、反荷重側の圧力角をθ２としたときに、
θ１＜θ２が成立するように歯形を形成した
ことを特徴とするベベルギヤ。
【請求項２】
請求項１において、
前記荷重側の圧力角θ１を２０°以下に設定すると共に、
前記反荷重側の圧力角θ２を２２．５°以上に設定した
ことを特徴とするベベルギヤ。
【請求項３】
請求項２において、
前記荷重側の圧力角θ１を１４．５°以上２０°以下に設定すると共に、
前記反荷重側の圧力角θ２を２２．５°以上３０°以下に設定した
ことを特徴とするベベルギヤ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却塔の冷却ファンを駆動するために用いられる減速機のベベルギヤに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に本発明の対象となるベベルギヤが組込まれた減速機が搭載されている冷却塔（クーリングタワー）の一例を示す。
【０００３】
図示のクーリングタワー１は、空調用の冷凍機などで使用される冷却水や、原油の精製時などのプロセス流体などを冷却するための開放型冷却塔と称されるものであり、配管２を通してタワー部３内に温められた冷却水４を導き入れ、散水装置５で充填材６の表面に散布し、滴下する水７にファン装置２０で取り入れた外気８を当てる。これにより水７の一部を蒸発させ、残りの水を冷却し、タワー部３の底部に溜まった冷却水９を配管１０を通して図示せぬポンプで再び空調装置等に循環させる。
【０００４】
タワー部３の上部には、蒸発した水分を外気に放出するためのファン装置２０が設けられている。このファン装置２０は、ファン２１、減速機２２、モータ２３、連結軸２４及びこれらを搭載する据え付けベース２５から構成されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
図３はファン装置２０の側面図、図４は減速機２２の断面図（Ａ）、正面図（Ｂ）及び底面図（Ｃ）である。
【０００６】
減速機２２は、潤滑油Ｏｉを封入したケーシング３４内に、鉛直方向に軸線方向を向けた出力軸３０、これと軸線方向が平行な前段軸３１、水平方向に軸線方向を向けた入力軸３２を有し、前段軸３１の基端側（下端側）に配置した潤滑油ポンプ３３等をケーシング３４内、又はケーシング３４の外面側に取り付けてある。
【０００７】
入力軸３２は、モータ２３のモータ軸と連結軸２４を介して連結され、モータ軸と一体的に回転する。この入力軸３２に一体的に成形されたベベルピニオン３５を前段軸３１に取り付けたベベルギヤ３６と噛合させ、更に、前段軸３１に取り付けた中間ギヤ３７と出力軸３０に取り付けた出力ギヤ３８を噛合させることにより、モータ軸の回転を減速して出力軸３０に伝達し、ファン２１を回転駆動する。これらの各軸は、ケーシング３４に取り付けた軸受３９〜４４により軸支されている。
【０００８】
なお、上部側の軸受３９、４１はケーシング３４の下面に取り付けた潤滑油ポンプ３３によってくみ上げられた潤滑油によって潤滑される。
【０００９】
【特許文献】
特開平９−１２６６８７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年の環境問題に対する意識の高まりを反映し、冷却塔のファンについても、その騒音をできる限り小さくしたいという要請が高まってきている。一方、クーリングタワーのファンを駆動するために用いられる減速機は、その交換やメンテナンスが極めてやりにくい場所にて使用されていることから、ひとつの製品をより長期に使用したいというニーズが根強く存在し、また、用途の性質上、連続運転されることが多いため、ランニングコストを低く抑えたいというニーズも大きい。
【００１１】
減速機の発生する騒音を低減するには、一般的な手法としては、歯面に研削加工を施したりして、いわゆる噛合面を平滑化する方法が採用される。
【００１２】
しかしながら、この方法は、歯車の製造過程が一工程増え、製造時間の増大及びコストの上昇が避けられない。また、ハイポイドギヤやウォームギヤを用いるという手法も考えられるが、製造の困難性に伴うイニシャルコストの増大や、効率が低いことに起因するランニングコストの増大などの問題があり、必ずしも得策であるとは言えない。
【００１３】
一方、耐久性を向上させるという問題については、一般には一ランク大きな減速機を使用したり、ショットピーニング加工等の歯面の表面硬化処理を施すという手法が最も一般的であるが、コスト増大及びあるいは製造の増大重量増大を招くとともに、特に、一ランク大きな減速機を使用する手法の場合は、イニシャルコストの増大のみならず、必要以上に大きな歯車を常に回転させることになることからランニングコストの増大の問題も生じる。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、イニシャルコストやランニングコストの増大を抑えながら、騒音の低減、耐久性の向上を図ることのできる冷却塔の冷却ファンを駆動するために用いられる減速機のベベルギヤを提供することをその課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷却塔の冷却ファンの駆動用減速機に用いられるベベルギヤにおいて、前記ベベルギヤの歯面の荷重側の圧力角をθ１、反荷重側の圧力角をθ２としたときに、θ１＜θ２が成立するように歯形を形成したことことにより、上記課題を解決したものである。
【００１６】
なお、特許請求の範囲に記載された「ベベルギヤ」は、狭義のベベルギヤのほか、ベベルピニオンの概念をも含む広義のものである。
【００１７】
本発明においては、上述したような課題を解決するために、ベベルギヤの圧力角に着目した。ここで、ベベルギヤにおける圧力角とは、ベベルギヤの歯面上の１点（噛合点）において、その半径線（歯車の中心に向かう線）と歯形への接線とがなす鋭角を指す（後述）。
【００１８】
この圧力角は、これが大きいときほど耐荷重性が増大するものの、噛み合い騒音が増大する傾向となり、逆に小さいときほど耐荷重性は小さくなるが噛み合い騒音が低減する傾向となる。
【００１９】
一方、冷却塔の冷却ファンは、その用途の性質上、必ず回転方向が定まっている。即ち、歯形は特定の側の歯面が必ず荷重を伝達する面（噛合面）となり、その反対側の歯面は常に荷重の伝達には寄与しない面となる。
【００２０】
本発明は、この点に着目し、ベベルギヤの歯面のうち、荷重側となる圧力角θ１を反荷重側となる圧力角θ２よりも小さく設定するようにした（θ１＜θ２）。これにより、荷重側の圧力角θ１が小さく設定されていることから、低騒音が実現され、一方、反荷重側の圧力角θ２が大きく設定されていることから、耐荷重性の増大が実現できる。
【００２１】
本発明に係る歯形は、ショットピーニング加工や研削加工、あるいは表面硬化処理を別途追加するものではないため、加工工程は特に複雑化しない。また、歯車自体はベベルギヤそのものであるため、運転効率の低下も特にないことから、ランニングコストの上昇もない。即ち、特にデメリットを発生することなく、低騒音で且つ高耐荷重の冷却ファンの減速機用のベベルギヤを得ることができる。
【００２２】
なお、荷重側の圧力角θ１は、２０°以下とするのが好ましく、また、反荷重側の圧力角θ２は、２２．５°以上とするのが好ましい。それぞれを範囲で示すならば、圧力角θ１については、１４．５°以上、２０°以下（より好ましくは、１７．５°以上、２０°以下）が好適であり、圧力角θ２については、２２．５°以上、３０°以下（より好ましくは、２２．５°以上、２５°以下）が好適である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２４】
なお、本実施形態における減速機の基本的な構成は、図２〜図４に示した従来公知例の構成と同様であるため、ここでは、ベベルギヤ（広義：ベベルピニオンの概念を含む）の歯形について詳細に説明する。
【００２５】
図５は従来のベベルギヤ（便宜上ＢＧｐの符号を与える）の歯形であり、これに対し、図１が本実施形態のベベルギヤ（便宜上ＢＧｎの符号を与える）の歯形をそれぞれ示している。両図とも図の左側が荷重面（噛合によって動力を伝える側の面）Ｌｐ１、Ｌｎ１、右側が反荷重面ＮＬｐ２、ＮＬｎ２にそれぞれに相当している。図５から明らかなように、従来のベベルギヤＢＧｐの歯形は、荷重面Ｌｐ１、反荷重面ＮＬｐ２とも圧力角（噛合点Ｐｐ１、Ｐｐ２における半径線Ｒｐ１、Ｒｐ２と接線Ｔｐ１、Ｔｐ２のなす角）はともにθｐ＝２０°であり、等しく設定されていた。
【００２６】
これに対し、本実施形態に係るベベルギヤＢＧｎの歯形は、図１に示されるように、その荷重面Ｌｎ１側の圧力角（噛合点Ｐｎ１における半径線Ｒｎ１と接線Ｔｎ１のなす角）θ１が小さく、且つ反荷重面ＮＬｎ２側の圧力角（噛合点Ｐｎ２における半径線Ｒｎ２と接線Ｔｎ２のなす角）θ２が大きく設定されている（θ１＜θ２）。図示の例は、理解を容易にするために、該圧力角θ１、θ２の大小をやや誇張して描写してあるが、実際には、荷重面Ｌｎ１側の圧力角θ１は、１４．５°以上、２０°以下、反荷重面ＮＬｎ２側の圧力角θ２は、２２．５°以上、３０°以下の範囲に設定するのが好ましい。
【００２７】
荷重面Ｌｎ１の圧力角θ１は、通常の圧力角である２０°よりも小さくすればするほど、噛み合い率が高くなって低騒音となる。しかしながら、１４．５°未満にまで小さくなると、騒音の低減効果がほとんどなくなり、一方、ラックによる歯形形成が困難になるというデメリットが顕著になってくる。従って、１４．５°以上とするのが実用上好ましい。メリットとデメリットのバランスを考慮するならば、１７．５°以上、２０°以下が最適である。
【００２８】
これに対し、反荷重面ＮＬｎ２側の圧力角θ２は、通常の圧力角である２０°よりも大きくすればするほど、特に歯底付近の歯厚が厚くなって強度が増大する。
【００２９】
しかしながら、３０°より大きくなると、歯先側の歯厚が小さく（薄く）なって必ずしも強度増大の効果が得られなくなる上に、一つの歯が円周上において占める長さ（割合）が大きくなり、噛合時に相手側のベベルギヤの歯と干渉するようになるため、同一のピッチ円上に形成できる歯の数が制限されるようになる。
従って、３０°以下とするのが実用上は好ましい。メリットとデメリットのバランスを考慮すると、２２．５°以上、２５°以下が最適である。
【００３０】
なお、このような形状の歯形のベベルギヤを形成するには、歯形を形成するためのラック側の圧力角を相応に設定するだけでよい。
【００３１】
本実施形態では、このようにベベルギヤＢＧｎの歯形を設定するようにしたため、荷重面側Ｌｎ１においては噛み合い率が高くなって低騒音の噛合が実現できる。一方、反荷重面ＮＬｎ２側において特に歯底付近の歯厚を厚くできることから、一歯一歯の強度を確保することができる。また、製造上困難な問題は特に生ぜず、製造コストの上昇を抑えることができ、噛合時の効率も殆ど低下しないため、ランニングコストの上昇も抑えることができる。
【００３２】
なお、上記説明においては、本発明に係るベベルギヤが適用された冷却塔の冷却ファン駆動用の減速機として、２段ギヤタイプの減速機が示されていたが、もとより組み込む減速機は、１段タイプでも、あるいは３段以上のタイプのものでもよく、要はベベルギヤが含まれる冷却ファン用減速機であれば、本発明のメリットを得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、イニシャルコストやランニングコストの増大を抑えながら、騒音の低減、耐久性の向上を図ることのできる冷却塔の冷却ファンを駆動するために用いられる減速機のベベルギヤを得ることができるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るベベルギヤの圧力角を示すための拡大断面図
【図２】従来の減速機をクーリングファンの駆動に用いたクーリングタワー断面図
【図３】図２のファン装置の側面図
【図４】図２の減速機の断面図（Ａ）、正面図（Ｂ）及び底面図（Ｃ）
【図５】従来のベベルギヤの圧力角を示すための拡大断面図
【符号の説明】
２２…減速機
２１…ファン
３０…出力軸
３１…前段軸
３２…入力軸
３３…潤滑油ポンプ
３４…ケーシング
３５…ベベルピニオン
３６…ベベルギヤ
３７…中間ギヤ
３８…出力ギヤ
３９〜４４…軸受
ＢＧｐ、ＢＧｎ…ベベルギヤ（広義）
Ｌｐ１、Ｌｎ１…荷重面
ＮＬｐ２、ＮＬｎ２…反荷重面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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