JP6246065B2

JP6246065B2 - 歯車装置

Info

Publication number: JP6246065B2
Application number: JP2014098439A
Authority: JP
Inventors: 平野　正博; 正博平野; 安弘岩本
Original assignee: Hitachi Nico Transmission Co Ltd
Current assignee: Hitachi Nico Transmission Co Ltd
Priority date: 2014-05-12
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2034-05-12
Also published as: JP2015215048A

Description

本発明は、歯車装置に関し、特に強制給油式歯車装置に関する。

一般に、産業機械（ガスタービン等）や移動体（自動車、船舶等）で使用される歯車装置は、連続運転、または長時間運転されるものが多い。そのため、歯車装置の伝達効率を向上させることは、省資源の観点から非常に重要である。

ここで、油潤滑される歯車が動力を伝達する際に発生する損失として、次の３つの損失が一般的に挙げられる。これらの損失を低減することが、歯車装置の伝達効率向上につながる。

（i）歯面がこすれ合うことにより生じる摩擦損失
（ii）潤滑油をはね飛ばす際に生じるかくはん損失
（iii）歯車の周囲の流体がつれ回ることにより生じる風損
例えば、潤滑油の粘度を小さくすることにより、上記（ii）の潤滑油をはね飛ばす際に生じるかくはん損失を低減することができるが、この場合、歯面間に形成される油膜厚さが小さくなるため、異物を噛み込んだ際に、歯車歯面に圧痕が発生するリスクが高まる。そして、大きな圧痕は直接的に動荷重発生の原因になり、重大な損傷に繋がる可能性がある。一方、小さな圧痕は微小き裂の原因となり、運転を続けるうちにき裂が進展して大きな損傷となり、重大な損傷に繋がる可能性がある。従って、信頼性を損なわずに潤滑油の粘度を小さくするためには、異物噛み込みによる圧痕の発生を抑止することが非常に重要となる。

この課題に対し、軸受の排油の流路内に磁石を設置して、軸受から発生した磁性体の摩耗粉などを効率的に回収し、他の部位で噛み込むことを抑止する技術が開示されている（例えば特許文献1参照）。また、歯車箱内に磁石を設置して磁性体の異物を回収し、他の部位で噛み込むことを抑止する技術が開示されている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１２‐２０２４１７号公報特開２００５‐８３４９１号公報

特許文献１又は２に開示されるような技術では、かみ合い部から排出された潤滑油に含まれる異物を早期に回収できないという問題がある。

本発明の目的は、かみ合い部から排出された潤滑油に含まれる異物を早期に回収できる歯車装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、駆動歯車と、前記駆動歯車とかみ合う従動歯車と、潤滑油を貯留する第１のオイルタンクと、前記第１のオイルタンクに接続され、前記第１のオイルタンクに貯留された潤滑油が流れる第１のオイルラインと、前記第１のオイルラインに接続され、潤滑油を前記駆動歯車と前記従動歯車のかみ合い部に吐出する給油ノズルと、前記かみ合い部から排出された潤滑油を前記第１のオイルタンクへ導く排油ガイドと、を備え、前記排油ガイドは、前記かみ合い部の鉛直方向下側に配置され、潤滑油に含まれる異物を吸着する第１の異物回収材を有するようにしたものである。

本発明によれば、かみ合い部から排出された潤滑油に含まれる異物を早期に回収できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態である歯車装置の軸直角断面図である。本発明の第１の実施形態である歯車装置に用いる排油ガイドの変形例を示す模式図である。本発明の第２の実施形態である歯車装置の軸直角断面図である。本発明の第２の実施形態である歯車装置に用いるオイルタンクの他の変形例を示す模式図である。本発明の第３の実施形態である歯車装置の軸直角断面図である。本発明の第３の実施形態である歯車装置の変形例を示す図である。

（第１の実施形態）
最初に、図１を用いて、歯車装置１００Ａの構成を説明する。図１は、本発明の第１の実施形態である歯車装置１００Ａの構成図である。歯車装置１００Ａは、例えば、減速機として船舶に用いられる。

歯車装置１００Ａは、駆動歯車１０１、従動歯車１０２、給油ノズル１０３、排油ガイド１０５、異物回収材１０６、歯車箱１０７、オイルタンク１０８、オイルライン１０９、オイルポンプ１１０、オイルフィルタ１１１を備える。

駆動歯車１０１には、駆動歯車軸ＳＨ１が固定（係止）される。駆動歯車１０１は、駆動歯車軸ＳＨ１と同軸である。駆動歯車軸ＳＨ１は、図示しない軸受により回転可能に支持されている。

一方、駆動歯車１０１とかみ合う従動歯車１０２には、従動歯車軸ＳＨ２が固定（係止）される。従動歯車１０２は、従動歯車軸ＳＨ２と同軸である。従動歯車軸ＳＨ２は、図示しない軸受により回転可能に支持されている。

本実施形態では、従動歯車１０２の直径は、駆動歯車１０１の直径よりも大きい。駆動歯車軸ＳＨ１と従動歯車軸ＳＨ２は、一例として、鉛直方向の位置が同じになるように配置される。換言すれば、駆動歯車軸ＳＨ１と従動歯車軸ＳＨ２は１つの水平面上に配置される。ただし、駆動歯車軸ＳＨ１と従動歯車軸ＳＨ２は１つの水平面上（同一平面上）に配置されなくてもよく、同一平面上に配置される場合に限定されない。

給油ノズル１０３は、潤滑油を駆動歯車１０１と従動歯車１０２のかみ合い部１０４に吐出する。給油ノズル１０３は、かみ合い部１０４近傍に設置されている。一方、排油ガイド１０５は、かみ合い部１０４から排出された潤滑油をオイルタンク１０８へ導く。排油ガイド１０５は、駆動歯車１０１と従動歯車１０２のかみ合い終わり側に設置される。すなわち、排油ガイド１０５は、かみ合い部１０４の鉛直方向下側に配置される。

詳細には、給油ノズル１０３は、駆動歯車１０１の基準円Ｃ１と従動歯車１０２の基準円Ｃ２の接点ＴＰを通る接線上ＴＬであって、接点ＴＰよりも鉛直方向上側に配置される。一方、排油ガイド１０５は、接線ＴＬ上であって、接点ＴＰよりも鉛直方向下側に配置される。なお、排油ガイド１０５の上端には、かみ合い部１０４から接線ＴＬに対して斜めに飛散した潤滑油を受ける傾斜部１０５ａが設けられる。排油ガイド１０５は、例えば、歯車箱１０７の側壁（図１の紙面と平行な側壁）に固定される。

排油ガイド１０５の内面（側壁の内側面）には異物回収材１０６が設置されている。異物回収材１０６は、潤滑油に含まれる異物を吸着（回収）する。なお、異物回収材１０６は、磁石や多孔質部材などがよい。異物回収材１０６を磁石とすることで、磁性体の異物を回収することができる。一方、異物回収材１０６を多孔質部材とすることで磁性体以外の異物を回収することができる。なお、磁性体の異物は、例えば、駆動歯車１０１、従動歯車１０２からの摩耗粉、破片等であり、磁性体以外の異物は、例えば、外部から入り込んだ切削物等である。

ここで、駆動歯車１０１の軸と従動歯車１０２の軸は、鉛直方向の位置が同じになるように配置される。そのため、図１に示される接線ＴＬは鉛直である。これにより、余分な潤滑油が効率的に噛み合い部１０４から排油ガイドへ排出される。

歯車箱１０７は、上述した駆動歯車１０１、従動歯車１０２、給油ノズル１０３、かみ合い部１０４、および排油ガイド１０５を内包している。歯車箱１０７は、下方（底）にオイルタンク１０８を有している。オイルタンク１０８は、潤滑油を貯留する。

オイルタンク１０８と給油ノズル１０３の間にはオイルライン１０９が設置される。すなわち、オイルライン１０９は、オイルタンク１０８と給油ノズル１０３を接続（連通）する。オイルライン１０９の途中には、オイルポンプ１１０およびオイルフィルタ１１１が設置されている。なお、オイルポンプ１１０はモータにより駆動される。

以上の構成において、駆動歯車軸１０１を図１に示す矢印１５１の方向に回転駆動すると、駆動歯車１０１とかみ合う従動歯車１０２は、矢印１５２の方向に回転する。給油ノズル１０３からかみ合い部１０４へ供給される潤滑油は、オイルタンク１０８からオイルライン１０９、オイルポンプ１１０、オイルフィルタ１１１を経由して供給されている。すなわち、オイルタンク１０８に貯留された潤滑油は、オイルライン１０９を通って給油ノズル１０３へ流れる。

潤滑油は、駆動歯車１０１と従動歯車１０２の歯面の潤滑及び冷却を行ない、大部分はかみ合い部１０４から回転下流側へ排出される。排出された潤滑油は、排油ガイド１０５に導かれてオイルタンク１０８へ流入する。

ここで、かみ合い部１０４において、摩耗粉や損傷による破片が発生した場合、これらはかみ合い部１０４へ供給された潤滑油と共に排出される。そして、摩耗粉や破片は、排油ガイド１０５を通過する際に、排油ガイド１０５の内部に設置された異物回収材１０６によって潤滑油中から分離される。

以上説明したように、本実施形態によれば、かみ合い部１０４から排出された潤滑油に含まれる異物を早期に回収できる。その結果、かみ合い部１０４から発生した摩耗粉や破片が、オイルタンク１０８へ流入することを抑止でき、オイルタンク１０８から供給される潤滑油中の異物の濃度を低減できる。そのため、かみ合い部１０４における異物噛み込みのリスクを低減できる。

（変形例）
次に、図２を用いて、排油ガイド１０５の変形例を説明する。図２は、本発明の第１の実施形態である歯車装置１００Ａに用いる排油ガイド１０５の変形例を示す模式図である。なお、図２では、説明を簡単にするため、排油ガイド１０５の上端に設けられる傾斜部１０５ａは省略している。

歯車１０１、１０２の歯幅が小さい場合、異物回収材１０６の形状は円筒状で良い。これに対し、本変形例では、異物回収材１０６が螺旋状になっている。詳細には、図２に示すように、円筒状の排油ガイド１０５の内周面に、異物回収材１０６付き薄板が螺旋状に設置されている。なお、薄板はなくてもよい。前述したように、異物回収材１０６は、例えば、磁石でもよい。

本変形例によれば、螺旋状の異物回収材１０６を通過する間に油の流速が数１０ｍ／ｓから徐々に減速し、異物を捕獲する確率が向上する。

また、異物回収材１０６の下端を網Ｍで覆っても良い。金属磨耗個所の直近に網Ｍを設置できるので、通常の減速機油タンクのように、網をタンクの隅に置くより、異物回収能率が向上する。減速機ケーシング（歯車箱１０７）の側面に点検窓を設け、ここから異物回収材１０６を取り外せる構造にしてもよい。これにより、容易に減速機の運転状況を確認でき、通常は減速機タンク内の油を抜かなければ確認できない大がかりなメンテナンスを行わなくとも、短時間で確認できる。

（第２の実施形態）
次に、図３を用いて、歯車装置１００Ｂの構成を説明する。図３は、本発明の第２の実施形態である歯車装置１００Ｂの構成図である。なお、図３において、図１と同一部分には同一符号を付する。

図３に示される歯車装置１００Ｂは、図１に示される歯車装置１００Ａと比較して、オイルタンク２０１をさらに備える。オイルタンク２０１は、排油ガイド１０５によって導かれた潤滑油を貯留する。オイルタンク２０１は、排油ガイド１０５の下方（鉛直方向下側）に設置されている。なお、オイルタンク２０１は、例えば、歯車箱１０７の側壁（図３の紙面と平行な側壁）に固定される。

オイルタンク２０１の内部（内面）には、異物回収材２０２が設置されている。異物回収材２０２は、潤滑油に含まれる異物を吸着する。なお、異物回収材２０２は、磁石や多孔質部材などがよい。

オイルタンク２０１は、その内部に貯留された潤滑油が所定量を超えた場合に、オイルタンク１０８へオーバーフローさせる開口部２０１ａを有する。

以上の構成において、かみ合い部１０４から回転下流側へ排出された潤滑油は、排油ガイド１０５に導かれてオイルタンク２０１に貯留される。オイルタンク２０１に貯留された潤滑油は、オーバーフローして、オイルタンク１０８へ流入する。なお、図３の例では、オイルタンク１０８の右側の側壁２０１ＲＷの高さは左側の側壁２０１ＬＷの高さよりも高い。そのため、潤滑油は、左側の側壁２０１ＬＷ側からオーバーフローする。

ここで、かみ合い部１０４において、摩耗粉や損傷による破片が発生した場合、これらはかみ合い部１０４へ供給された潤滑油と共に排出される。そして、摩耗粉や破片は、排油ガイド１０５を通過する際に、排油ガイド１０５の内部に設置された異物回収材１０６によって潤滑油中から分離される。更に、摩耗粉や破片は、オイルタンク２０１に貯留されている間も、オイルタンク２０１の内部に設置された異物回収材２０２によって潤滑油中から分離される。

以上説明したように、本実施形態によれば、かみ合い部１０４から排出された潤滑油に含まれる異物を早期に回収できる。すなわち、排油ガイド１０５に設けられた異物回収材１０６及びオイルタンク２０１に設けられた異物回収材２０２により異物が早期に回収される。その結果、かみ合い部１０４から発生した摩耗粉や破片が、オイルタンク１０８へ流入することを抑止でき、オイルタンク１０８から供給される潤滑油中の異物の濃度を低減できる。そのため、かみ合い部１０４における異物噛み込みのリスクを低減できる。

（第２の実施形態の変形例）
上記第２の実施形態では、排油ガイド１０５の内部に異物回収材１０６を設置しているが、これを省いてもよい。本変形例によれば、第２の実施形態と同様の一定の効果が得られる。

（第２の実施形態の他の変形例）
次に、図４を用いて、オイルタンク２０１の変形例を説明する。図４は、本発明の第２の実施形態である歯車装置１００Ｂに用いるオイルタンク２０１の他の変形例を示す模式図である。

一例として、図３に示す減速機（歯車装置１００Ｂ）の紙面前後方向（ｘ軸の正方向及び負方向）で、両端側の壁の高さを30mm下げ、かつ、端から全長（ｘ軸に垂直な端面間の距離）の１／５の間で、上カバー２０１ｂを設け、3-5mm程度の***を隣同士20mm間隔で開ける。すなわち、オイルタンク２０１は、両端部が中央部より低くなっており、両端部の上に複数の孔を有する上カバー２０１ｂを有する。これにより、油を意図的に両端側に流し、異物を効率的に捕獲する。他の例として、歯幅より大きな幅で、図３の紙面の左右方向（ｙ軸の正方向及び負方向）に延ばした所謂、シュラウドでも同様に、異物回収材２０２を内面に設置し、上カバー２０１ｂを歯車との隙間部に設置しても良い。

（第３の実施形態）
次に、図５を用いて、歯車装置１００Ｃの構成を説明する。図５は、本発明の第３の実施形態である歯車装置１００Ｃの構成図である。なお、図５において、図３と同一部分には同一符号を付する。

図５に示される歯車装置１００Ｃは、図３に示される歯車装置１００Ｂと比較して、オイルライン３０１、オイルポンプ３０２、オイルフィルタ３０３をさらに備える。

オイルライン３０１は、オイルタンク２０１とオイルタンク１０８の間に設置される。すなわち、オイルライン３０１は、オイルタンク２０１とオイルタンク１０８を接続（連通）する。オイルライン３０１の途中には、オイルポンプ３０２およびオイルフィルタ３０３が設置されている。なお、オイルポンプ３０２は、モータにより駆動される。

以上の構成において、オイルタンク２０１に貯留された潤滑油は、オイルライン３０１へ導かれ、ポンプ３０２およびオイルフィルタ３０３を経由して、オイルタンク１０８へ流入する。すなわち、オイルタンク２０１に貯留された潤滑油は、オイルライン３０１を通ってオイルタンク１０８へ流れる。

また、かみ合い部１０４から排出され、オイルタンク２０１へ流入する潤滑油量が、オイルライン３０１の流量よりも多い場合、オイルタンク２０１に貯留された潤滑油はオーバーフローして、オイルタンク１０８へ流入する。

ここで、かみ合い部１０４において、摩耗粉や損傷による破片が発生した場合、これらはかみ合い部１０４へ供給された潤滑油と共に排出される。そして、摩耗粉や破片は、排油ガイド１０５を通過する際に、排油ガイド１０５の内部に設置された異物回収材１０６によって潤滑油中から分離される。更に、摩耗粉や破片は、オイルタンク２０１に貯留されている間も、オイルタンク２０１の内部に設置された異物回収材２０２によって潤滑油中から分離される。オイルタンク２０１に貯留された潤滑油はオイルライン３０１へガイドされ、潤滑油に含まれる摩耗粉や破片はオイルフィルタ３０３によって潤滑油中から分離される。

なお、オイルフィルタ３０３のろ過精度は、オイルフィルタ１１１よりも高いことが望ましい。一般に、オイルフィルタ１１１、３０３は、ろ過精度を高くしすぎると目詰まりを起こす。ここで、オイルフィルタ１１１が目詰まりを起こすと給油ノズル１０３から潤滑油が噛み合い部１０４へ供給されなくなる。一方、オイルフィルタ３０３が目詰まりを起こしても、潤滑油はオイルタンク２０１の開口部２０１ａからオーバーフローするので問題はない。つまり、オイルフィル３０３は、オイルフィルタ１１１に比較して制約がないので、オイルフィルタ１１１よりも濾過精度を高くしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、かみ合い部１０４から排出された潤滑油に含まれる異物を早期に回収できる。すなわち、排油ガイド１０５に設けられた異物回収材１０６、オイルタンク２０１に設けられた異物回収材２０２、及びオイルライン２０１に設けられたオイルフィルタ３０３により異物が早期に回収される。その結果、かみ合い部１０４から発生した摩耗粉や破片が、オイルタンク１０８へ流入することを抑止でき、オイルタンク１０８から供給される潤滑油中の異物の濃度を低減できる。そのため、かみ合い部１０４における異物噛み込みのリスクを低減できる。

マイクロピッチングにより脱落した金属粒や摩耗粉は初期摩耗や加工粉等の異物とは違って、異物の大きさは、１μm程度で従来のフィルタやタンク投入式マグネットでは、異物捕獲が困難である。しかし、本実施形態によれば、異物回収材１０６、２０２、オイルフィルタ１１１、３０３が協働することにより、１μm程度の異物を捕獲することができる。

（第３の実施形態の変形例）
上記第３の実施形態では、排油ガイド１０５の内部に異物回収材１０６を設置し、オイルタンク２０１の内部に異物回収部材２０２を設置しているが、これらのいずれか、または両方を省いてもよい。本変形例によれば、第３の実施形態と同様の一定の効果が得られる。

（第３の実施形態の他の変形例）
異物捕獲をさらに効果的に実施するため、図６に示すように、オイルライン３０１_１、オイルポンプ３０２_１、オイルフィルタ３０３_１からなるラインと、オイルライン３０１_２、オイルポンプ３０２_２、オイルフィルタ３０３_２からなるラインを設置する。これにより、２４時間連続運転の歯車装置１００Ｃであっても、一方の系統のオイルポンプ３０２を止めて、オイルフィルタ３０３を点検できる。通常でも、この別ラインのオイルフィルタを設けることはあるが、全減速機の油量の濾過機能を持たせるため、小形化できない。本変形例では、異物回収材２０２付きタンク２０１を対象とするので、ポンプ１１０やモータ容量は小形で十分となり、歯車装置１００Ｃを小形化できるメリットがある。また、濾過の能率も向上する。

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、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。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、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。各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０１…駆動歯車
１０２…従動歯車
１０３…給油ノズル
１０４…かみ合い部
１０５…排油ガイド
１０６…異物回収材
１０７…歯車箱
１０８…オイルタンク
１０９…オイルライン
１１０…オイルポンプ
１１１…オイルフィルタ
１５１、１５２…歯車の回転方向を示す矢印
２０１…オイルタンク
２０１ａ…上カバー
２０２…異物回収材
３０１…オイルライン
３０２…オイルポンプ
３０３…オイルフィルタ
ＳＨ１…駆動歯車軸
ＳＨ２…従動歯車軸
Ｃ１…駆動歯車の基準円
Ｃ２…従動歯車の基準円
Ｍ…網

Claims

駆動歯車と、
前記駆動歯車とかみ合う従動歯車と、
潤滑油を貯留する第１のオイルタンクと、
前記第１のオイルタンクに接続され、前記第１のオイルタンクに貯留された潤滑油が流れる第１のオイルラインと、
前記第１のオイルラインに接続され、潤滑油を前記駆動歯車と前記従動歯車のかみ合い部に吐出する給油ノズルと、
前記かみ合い部から排出された潤滑油を前記第１のオイルタンクへ導く排油ガイドと、を備え、
前記排油ガイドは、
前記かみ合い部の鉛直方向下側に配置され、
潤滑油に含まれる異物を吸着する第１の異物回収材を有する
ことを特徴とする歯車装置。
請求項１に記載の歯車装置であって、
前記給油ノズルは、
前記駆動歯車の基準円と前記従動歯車の基準円の接点を通る接線上であって、前記接点よりも鉛直方向上側に配置され、
前記排油ガイドは、
前記接線上であって、前記接点よりも鉛直方向下側に配置される
ことを特徴とする歯車装置。
請求項１に記載の歯車装置であって、
前記排油ガイドの鉛直方向下側に配置され、前記排油ガイドによって導かれた潤滑油を貯留する第２のオイルタンクをさらに備える
ことを特徴とする歯車装置。
請求項３に記載の歯車装置であって、
前記第２のオイルタンクは、
その内部に貯留された潤滑油が所定量を超えた場合に、前記第１のオイルタンクへオーバーフローさせる開口部を有する
ことを特徴とする歯車装置。
請求項４に記載の歯車装置であって、
前記第２のオイルタンクは、
潤滑油に含まれる異物を吸着する第２の異物回収材を有する
ことを特徴とする歯車装置。
請求項５に記載の歯車装置であって、
前記第１のオイルラインは、第１のオイルフィルタを有する
ことを特徴とする歯車装置。
請求項６に記載の歯車装置であって、
前記第２のオイルタンクと前記第１のオイルタンクを接続し、前記第２のオイルタンクに貯留された潤滑油が流れる第２のオイルラインをさらに備え、
前記第２のオイルラインは、第２のオイルフィルタを有する
ことを特徴とする歯車装置。
請求項７に記載の歯車装置であって、
前記第２のオイルフィルタの濾過精度は、前記第１のオイルフィルタの濾過精度よりも高い
ことを特徴とする歯車装置。
請求項２に記載の歯車装置であって、
前記第１の異物回収材は磁石である
ことを特徴とする歯車装置。
請求項２に記載の歯車装置であって、
前記第１の異物回収材は多孔質部材である
ことを特徴とする歯車装置。
請求項５に記載の歯車装置であって、
前記第２の異物回収材は磁石である
ことを特徴とする歯車装置。
請求項５に記載の歯車装置であって、
前記第２の異物回収材は多孔質部材である
ことを特徴とする歯車装置。
請求項１に記載の歯車装置であって、
前記駆動歯車の軸と従動歯車の軸は、鉛直方向の位置が同じになるように配置される
ことを特徴とする歯車装置。
請求項１に記載の歯車装置であって、
第１の異物回収材は、
前記排油ガイドの内周面に螺旋状に設置されている
ことを特徴とする歯車装置。
請求項３に記載の歯車装置であって、
前記第２のオイルタンクは、
両端部が中央部より低くなっており、
前記両端部の上に複数の孔を有するカバーを有する
ことを特徴とする歯車装置。