JP4665434B2

JP4665434B2 - 歯車機構の潤滑装置

Info

Publication number: JP4665434B2
Application number: JP2004144720A
Authority: JP
Inventors: 知也黒柳; 秀人渡邉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: JP2005325925A

Description

この発明は、歯車機構の潤滑油が必要な部位に潤滑油を供給する歯車機構の潤滑装置に関するものである。

従来から、歯車機構において、相互に噛合された歯車、あるいは軸受の内輪および外輪と転動体となどでは、相対回転する回転部材同士の発熱、焼き付き、摩耗などを抑制するために、その発熱・摩耗部位に潤滑油を供給して、その部位を潤滑および冷却している。その潤滑油を供給する方式としては、つぎのような二つの方式が知られている。まず、第１の方式として、歯車機構下部に設けられたオイル溜まりの潤滑油を、歯車機構の一部を構成する回転部材により掻き上げるとともに、掻き上げた潤滑油を潤滑必要部に供給する方式（いわゆる「掻き上げ潤滑方式」）がある。また、第２の方式として、オイル溜まりの潤滑油を、オイルポンプで吸引し、その吸引した潤滑油を潤滑必要部に供給する方式（いわゆる「強制潤滑方式」）がある。

これら二つの方式を比較すると、「掻き上げ潤滑方式」の方が、オイルポンプを設ける必要が無い分、装置として小型軽量および低コストであるという利点を有している。その反面、この「掻き上げ潤滑方式」では、潤滑油が必要な量以上に掻き上げられることによる、いわゆる潤滑油の攪拌損失が大きくなる。

これに対して、「強制潤滑方式」では、オイルポンプなどを設けることにより、潤滑油を圧送し、潤滑油必要部に集中して供給することができ、上記の「掻き上げ潤滑方式」と比較して攪拌損失を低減することができる。このような「強制潤滑方式」の一例が特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されている歯車装置は、「強制潤滑方式」の潤滑油供給装置を備えた歯車装置全般を対象としていて、潤滑油は、歯車の噛み込み側に設けられた潤滑油供給ノズルから供給される。また、同様の「強制潤滑方式」の潤滑油供給装置を備えた歯車装置として、歯車対の噛み込み側と反噛み込み側の二箇所に潤滑油供給ノズルが設けられ、それら二箇所のノズルから潤滑油が供給される歯車装置の例が、特許文献２，３に記載されている。
特開平１１−３３７４４９号公報特開２００２−３４０１５２号公報特開平１０−１２２３１０号公報

ところで、上記の特許文献１に記載されている「強制潤滑方式」の歯車装置は、歯車装置の歯面の焼き付き損傷を防止することを目的としていて、歯車装置の歯車対の噛み込み側から潤滑油が供給され、歯車対の反噛み込み側から排出される潤滑油の温度が検出されて監視される。そして、その検出された温度が、歯面の焼き付き損傷防止のために設けられた規定値を超えた場合に、警告を発するか、もしくは、負荷の軽減や給油量の増大などの焼き付き損傷の拡大を抑制する処置がおこなわれる。その一方で、この特許文献１に記載されている歯車装置では、例えばオイルポンプの駆動損失などの、潤滑油供給に伴う損失の低減に関しては考慮されていない。そのため、例えば、歯車装置の運転状態や歯車の歯の位置などを考慮せずに潤滑油が供給され続けることによって、潤滑油が必要量以上に供給される可能性がある。また、過剰に供給された潤滑油に対して歯車対の噛み合い部で圧縮力やせん断力が作用し、さらにはこれらに伴って過剰な潤滑油を排除するポンプ作用も生じるので、その圧縮力等による動力が消費されることもある。このように、過剰な潤滑油に対して何らかの動力が付与され、消費されるため、潤滑油の供給に伴う動力損失が増大してしまう場合があった。

また、上記の特許文献２，３に記載されている「強制潤滑方式」の歯車の潤滑装置では、歯車に供給される潤滑油が、歯車の噛み込み側と反噛み込み側との相対する二方向から、潤滑油供給ノズルより噴射されて供給される。そのため、歯車の回転エネルギと、潤滑油供給ノズルより噴射される際の潤滑油の運動エネルギとが相殺されてしまい、結果として潤滑油の供給に伴って動力損失が増大してしまう場合があった。したがって、「強制潤滑方式」の潤滑油供給方式においても潤滑油の供給に伴う損失は発生し、この点に関して未だ改良の余地があった。

この発明は上記の事情を背景としてなされたものであり、潤滑油を歯車機構に供給することに伴う動力損失を低減することができる歯車機構の潤滑装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、互いに噛合する歯車対を有し、かつ前記歯車対の噛み合い部に潤滑油を噴射して供給する歯車機構の潤滑装置において、前記歯車対を構成する歯車が回転しているときに、その歯車の歯が前記噛み合い部における前記潤滑油の噴射位置を通過するタイミングを検出する検出手段と、前記噛み合い部に潤滑油を噴射して供給するにあたり、前記歯車の歯が前記噴射位置を通過するタイミングでだけ前記潤滑油を噴射する潤滑油噴射手段とを備えていることを特徴とするものである。

また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記潤滑油噴射手段は、前記噛み合い部における前記潤滑油の噴射位置を通過する歯の歯面のうち、前記歯車の回転方向の後側を向く歯面に、前記歯車の回転方向の後側から潤滑油を噴射する手段を有することを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、歯車機構の歯車対の噛み合い部の歯面に潤滑油を供給する場合、歯車の歯が噴射位置を通過するタイミングでだけ潤滑油が歯面に噴射される。そのため、必要なタイミングで、必要な量の潤滑油を歯車機構に供給することができ、潤滑油が過剰になるなどのことに起因する動力損失を低減することができる。

また、請求項２の発明によれば、歯車機構の歯車対の噛み合い部の歯面に潤滑油が供給される場合、歯車対の回転方向の後側から、潤滑油が歯面に噴射される。そのため、噴射される際に潤滑油が有する運動エネルギを、歯車対の回転力を補助するように機能させることができ、その結果、全体としての動力損失を低減することができる。

つぎに、この発明を具体例に基づいて説明する。図１は、この発明の歯車機構の潤滑装置の構成を説明するための模式図である。図１において、歯車１および歯車２による歯車対３は、例えば、車両用のマニュアルトランスミッションを構成する歯車機構に用いられる歯車対であり、その歯車１の回転方向は、図１での反時計回りの方向であり、歯車２の回転方向は、図１での時計回りの方向である。したがって、歯車対３の、図１での左側が噛み込み側（すなわち、近寄り噛み合い側）であり、図１での右側が反噛み込み側（すなわち、遠のき噛み合い側）である。

この歯車対３の噛み込み側に、噴射ノズル４が設けられている。この噴射ノズル４は、後述する油圧制御装置６から供給される所定の噴射圧力に調圧された潤滑油を、歯車対３の噛み込み側から、歯車２の回転方向での後側の歯面５に噴射させるためのノズルである。言い換えると、噴射ノズル４は、歯車対３の噛み合い部において、歯車２の回転方向での後側を向く歯面５に、その回転方向での後側から潤滑油を噴射させるためのノズルである。

また、噴射ノズル４は、歯車２の歯面５への噴射位置および噴射角度が適宜に調整されて、例えばマニュアルトランスミッションのミッションケースの所定位置に固定されている。適切な噴射位置とは、例えば、噴射ノズル４の先端が、歯車対３の回転を妨げない範囲で、歯車対３の噛み込み側の噛み合い部に可及的に近づけられた位置である。また適切な噴射角度とは、例えば、噴射ノズル４からの歯面５への潤滑油の噴射が、歯面５の歯以外の他の歯に干渉されない範囲で、潤滑油の噴射方向が噴射時における歯車２の歯面５と可及的に垂直になる角度である。

したがって、噴射ノズル４は、潤滑油を噴射する際の噴射方向が、歯車２の歯面５にほぼ垂直となることによって、潤滑油が歯面５に衝突する際に発生する衝撃力の歯面５に垂直な方向以外の分力が、可及的に小さくなるように、その噴射角度、位置等が設定されて固定されている。そのため、噴射の際に潤滑油の有する運動（噴射）エネルギが、効率よく歯車２の回転エネルギに付加される。

なお、この具体例では、歯車対３において、歯車１が駆動歯車で、歯車２が被駆動歯車である場合に、噛み合い側歯面となる歯車２の歯面５へ潤滑油を噴射する例を示しているが、歯車１が被駆動歯車であって、歯車２が駆動歯車である場合には、その場合に噛み合い側歯面となる歯車１の歯面５ａへ潤滑油を噴射するように装置を構成することもできる。

上記の噴射ノズル４から歯車対３への、潤滑油の噴射を制御するための油圧制御装置６が設けられている。この油圧制御装置６には、ミッションケースの下部に設けられているオイル溜まり部７の潤滑油を、オイルポンプ８で汲み上げることによって、潤滑油が供給されている。なお、このオイルポンプ８は、例えば、トロコイド式ポンプ、あるいはギヤ式ポンプなどであって、エンジンやモータなどの動力源によって駆動されるポンプである。

この油圧制御装置６は、電気信号によって動作して油圧の給排や調圧をおこなうように構成されている。具体的には、オイルポンプ８から供給された潤滑油を、例えば調圧バルブ（図示せず）により、潤滑油を噴射するのに適当な所定圧に潤滑油の圧力を調整し、例えばソレノイドバルブ（図示せず）の開閉を制御することにより、噴射ノズル４へ所定の噴射圧力に調圧された潤滑油の供給をおこなうように構成されている。

また、油圧制御装置６には、電子制御装置（ＥＣＵ）９から指令信号が入力されている。すなわち、この電子制御装置（ＥＣＵ）９は、噴射ノズル４から噴射される潤滑油の噴射時期（タイミング）、噴射量などを設定して、油圧制御装置６を制御するように構成されている。さらに、これらの制御装置６，９による制御をおこなうためのデータを検出するセンサとして、歯車２の回転数を検出する回転数センサ１０、歯車２の回転角度を検出する回転角センサ１１、油圧制御装置６における油圧を検出する油圧センサ（図示せず）などが設けられている。

それらの各センサ１０，１１などからのデータを基に、電子制御装置（ＥＣＵ）９で演算処理がおこなわれ、油圧制御装置６への指令信号が出力される。具体的には、歯車２の回転数や回転角度などのデータに基づいて、回転している歯車２の歯が、潤滑油の噴射位置を通過するタイミングが求められ、そのタイミングでだけ潤滑油を噴射ノズル４から噴射させるための指令信号が油圧制御装置６へ伝送される。また、歯車２の回転数のデータに基づいて、噴射ノズル４から噴射される潤滑油の噴射量、あるいは噴射圧力などが求められ、それらに関する指令信号が油圧制御装置６へ伝送される。

具体的には、噴射ノズル４から歯車対３の噛み込み側へ噴射される潤滑油は、歯車２の歯が潤滑油の噴射位置を通過するタイミングでだけ噴射されることにより、歯車２の回転にともない潤滑油が間欠的に噴射される。また、その際の噴射量あるいは噴射圧力は、歯面５に適切な潤滑油の油膜が形成される所定の大きさとなるように設定される。さらに、車両の走行状態が変化することなどにより、マニュアルトランスミッションの運転状態が変化し、歯車２の回転数が変化した場合でも、その回転数に応じて適当な噴射圧力、噴射量に調整されて、潤滑油が噴射される。例えば、歯車２の回転数が低い場合は、歯車対３に供給される潤滑油の量が少なくなるように、潤滑油の噴射圧力、噴射量が調整され、反対に歯車２の回転数が高い場合には、歯車対３に供給される潤滑油の量が多くなるように、潤滑油の噴射圧力、噴射量が調整される。

したがって、歯車２の歯が潤滑油の噴射位置を通過する瞬間だけ、適切な量の潤滑油が歯面５へ噴射されることになり、潤滑油を必要としないタイミングでの潤滑油の噴射、あるいは必要量以上の潤滑油の噴射が制限される。そのため、必要な量だけ潤滑油が噴射されるため、潤滑油が過剰に供給されることなどが生じないので、潤滑油の供給に伴う動力損失が低減される。

このように、この発明に係る歯車機構の潤滑装置によれば、歯車対３の噛み合い部の歯面に潤滑油を供給する場合、潤滑油を必要とするタイミングだけ、また必要とする量だけ、歯車対３へ潤滑油を噴射して供給することができる。また、その噴射の際には、噴射される潤滑油が有する運動エネルギを、効率よく回転エネルギに変換して、歯車対２３の回転力に付加することができる。その結果、潤滑油の供給に伴う動力損失を低減することができる。

また、上記のような作用・効果を奏するこの発明に係る歯車機構の潤滑装置を、例えば具体例に例示したように、トランスミッションなどの車両の動力伝達装置における歯車機構に適用すれば、潤滑装置の潤滑油の供給に伴う動力損失が低減されることによって、車両の動力伝達効率が向上し、燃費を向上させることができる。

なお、この発明は、上記の具体例に限定されない。例えば、いわゆる「強制潤滑方式」のこの発明の歯車機構の潤滑装置による潤滑油供給方式と、いわゆる「掻き上げ潤滑方式」の潤滑油供給方式とを併用することもできる。また、具体例では、車両に搭載されるマニュアルトランスミッションを構成している歯車機構に対する潤滑装置を例に説明しているが、マニュアルトランスミッションに限らず、例えばオートマチックトランスミッションや四輪駆動車両のトランスファなど、歯車機構を有する他の機械、装置にも適用することができる。さらに、車両に搭載される機械、装置に限らず、歯車機構を有する、その他の一般機械、装置にも適用することができる。

この発明に係る歯車機構の潤滑装置を概略的に説明する模式図である。

符号の説明

３…歯車対、４…噴射ノズル、６…油圧制御装置、９…電子制御装置（ＥＣＵ）、１０…回転数センサ、１１…回転角センサ。

Claims

互いに噛合する歯車対を有し、かつ前記歯車対の噛み合い部に潤滑油を噴射して供給する歯車機構の潤滑装置において、
前記歯車対を構成する歯車が回転しているときに、その歯車の歯が前記噛み合い部における前記潤滑油の噴射位置を通過するタイミングを検出する検出手段と、
前記噛み合い部に潤滑油を噴射して供給するにあたり、前記歯車の歯が前記噴射位置を通過するタイミングでだけ前記潤滑油を噴射する潤滑油噴射手段と
を備えていることを特徴とする歯車機構の潤滑装置。
前記潤滑油噴射手段は、前記噛み合い部における前記潤滑油の噴射位置を通過する歯の歯面のうち、前記歯車の回転方向の後側を向く歯面に、前記歯車の回転方向の後側から潤滑油を噴射する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の歯車機構の潤滑装置。