歯車伝動装置
【課題】歯車間の摩擦係数をより適切に調整することができる歯車伝動装置を提供する。
【解決手段】歯車伝動装置１は、回転軸２１の軸方向に複数の異なる表面粗さの歯面２２ａ〜２２ｃを有する駆動側歯車２と、駆動側歯車２と噛合された被駆動歯車３と、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の回転数が増大するのに伴い、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面の表面粗さが大きくなる方向へと、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の少なくとも一方を軸方向に移動し、駆動側歯車２と被駆動歯車３との噛合い位置を変更する変更機構４と、を備える。
【解決手段】歯車伝動装置１は、回転軸２１の軸方向に複数の異なる表面粗さの歯面２２ａ〜２２ｃを有する駆動側歯車２と、駆動側歯車２と噛合された被駆動歯車３と、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の回転数が増大するのに伴い、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面の表面粗さが大きくなる方向へと、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の少なくとも一方を軸方向に移動し、駆動側歯車２と被駆動歯車３との噛合い位置を変更する変更機構４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車伝動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに噛み合う一対の歯車において、一方の歯車を軸方向で移動させることで他方の歯車の噛み合い位置を変更し、両歯車間の変速比や作動特性を変化させることができる歯車伝動装置が知られている。例えば特許文献１には、許容伝達トルク、伝達効率または静粛性のいずれかを優先する複数の歯面を有する歯車と、歯車間の伝達トルクの大きさに応じて、この歯車との噛み合い位置を変位可能な歯車とを備える構成について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４２８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
歯車伝動装置においては、動力損失を低減すべく、運転状態が変化しても歯車間の摩擦係数を低く維持できることが望まれている。
【０００５】
一般に、「摩擦係数」は、歯車間の接触状態により決まるパラメータであることが知られている。周知のストライベック曲線によれば、潤滑油により歯車の噛み合う歯面間に形成される油膜の厚さが、噛み合う歯面の表面粗さに比べてかなり大きくなる状態（流体潤滑領域）が進行するほど、潤滑油の粘性抵抗の影響によって、摩擦係数は増大する。また、油膜厚さが表面粗さに比べてかなり小さくなる状態（境界潤滑領域）が進行するほど、歯面同士の接触がより頻繁に発生するようになり、摩擦係数は増大する。さらに、流体潤滑領域または境界潤滑領域からこれらの領域の中間的な状態（混合潤滑領域）に遷移して行くにつれて摩擦係数は減少し、混合潤滑領域において摩擦係数は極小値をとる。
【０００６】
このように、歯車間の摩擦係数は、歯車間に形成される油膜厚さの影響を受けて変動するため、従来の歯車伝動装置では、運転状態の変化に応じて歯車間の摩擦係数を低く維持するよう調整できない虞がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、歯車間の摩擦係数をより適切に調整することができる歯車伝動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】
【０００８】
本発明は、一対の歯車の間で動力を伝達する歯車伝動装置であって、軸方向に複数の異なる表面粗さの歯面を有する第一の歯車と、前記第一の歯車と噛合された第二の歯車と、前記第一及び第二の歯車の回転数が増大するのに伴い、前記第二の歯車と噛み合う位置の前記第一の歯車の歯面の表面粗さが大きくなる方向へと、前記第一の歯車及び前記第二の歯車の少なくとも一方を軸方向に移動し、前記第一の歯車と前記第二の歯車との噛合い位置を変更する変更機構と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記変更機構は、前記第一の歯車及び前記第二の歯車のうち前記軸方向に移動する歯車の回転軸まわりに設けられ該回転軸と共に回転する第一部材と、前記第一部材が設けられた前記歯車の回転軸において、該歯車と前記第一部材との間に、前記回転軸の軸方向に移動自在に設けられ、前記歯車と当接可能に設けられた第二部材と、前記第一部材と前記第二部材との間に、前記回転軸の径方向に移動自在に配置された第三部材と、前記第一部材及び前記第二部材の少なくとも一方に設けられ、前記第三部材が前記回転軸の回転に伴って発生した遠心力によって前記回転軸の半径方向外側に移動するのに伴い、前記第二部材を前記歯車と圧着させ、前記歯車を軸方向に移動させる方向へ、前記第二部材を押圧するカム面と、前記第三部材及び前記カム面による押圧によって前記第二部材が前記歯車を軸方向に移動すると、前記歯車の移動方向と逆方向に付勢力を加える弾性部材と、を備えることが好ましい。
【００１０】
前記弾性部材は、前記歯車の内周に固設され、前記歯車の軸方向への移動に応じて弾性変形することが好ましい。
【００１１】
同様に、前記弾性部材は、前記歯車の軸方向において、前記歯車を挟んで前記第二部材と反対側に配置され、前記歯車の軸方向への移動に応じて弾性変形することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る歯車伝動装置は、変更機構により、回転数が増大するのに伴い、第二の歯車と噛み合う位置の第一の歯車の歯面の表面粗さが大きくなる方向に、第一の歯車及び第二の歯車の少なくとも一方が軸方向に移動される。これにより、第一及び第二の歯車の噛み合い位置において、噛み合う歯面の表面粗さを大きくして油膜厚さの大きさに接近させることができるため、歯面間の接触が適度に増え、ストライベック曲線における混合潤滑領域に遷移するようになり、この結果、歯面間の摩擦係数が低減する。このように、本発明に係る歯車伝動装置は、運転状態（回転数）の変化に応じて、噛み合い位置の歯面の表面粗さを適切なものに変更して、摩擦係数を低く維持することが可能となり、歯車間の摩擦係数をより適切に調整することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る歯車伝動装置の概略図である。
【図２】図２は、図１の歯車伝動装置において、被駆動歯車が初期位置から移動した状態を示す模式図である。
【図３】図３は、本実施形態の変形例に係る歯車伝動装置の構成を示す概略図である。
【図４】図４は、図３の歯車伝動装置において、被駆動歯車が初期位置から移動した状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる歯車伝動装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る歯車伝動装置１の概略図であり、図２は、図１の歯車伝動装置１において、被駆動歯車３が初期位置から移動した状態を示す模式図である。
【００１６】
図１に示すように、歯車伝動装置１は、一対の歯車の間で動力を伝達する装置であって、駆動側歯車（第一の歯車）２と、駆動側歯車２と噛合する被駆動歯車（第二の歯車）３とを備えて構成される。図示しない駆動源により駆動側歯車２の軸に駆動力が付与されると、駆動側歯車２は駆動力の向きに回転し、噛み合い部を経て被駆動歯車３に駆動力が伝達され、被駆動歯車３は駆動側歯車２と連動して回転する。このような動力伝動装置１は、例えば自動車等の車両における動力伝達装置などに用いられる。
【００１７】
特に本実施形態では、歯車伝動装置１は、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の噛み合い部において、歯車の運転状態（回転数）に応じて駆動側歯車２の歯面性状（表面粗さ）を調整するよう構成されている。
【００１８】
上述のとおり、周知のストライベック曲線によれば、歯車間の「摩擦係数」は、歯車間に形成される油膜厚さの影響を受けて変動し、油膜厚さと歯面の表面粗さとが略同一となる接触状態である混合潤滑領域において極小値をとることが知られている。
【００１９】
「油膜厚さ」として一般に知られている最小油膜厚さや中央油膜厚さは、歯車の回転数や歯車間の伝達トルクなど歯車の運転状態により決定され、特に回転数の影響を大きく受けて変動する。より詳細には、歯車間の油膜厚さは、歯車の回転数の増加に伴って増大され、また、歯車の回転数の低下に伴って減少される。
【００２０】
したがって、歯車伝動装置１において、動力損失を低減すべく、運転状態が変化しても歯車間の摩擦係数を低く維持するためには、歯車の回転数が変化して歯車間に形成される油膜厚さが変動するのに応じて、噛み合う歯面の表面粗さをこの変動した油膜厚さに接近させ略同一となるよう調整し、歯車の接触状態を混合潤滑領域に遷移させることが好ましい。
【００２１】
そこで、本実施形態の歯車伝動装置１では、歯車の回転数が増加するときに、油膜厚さが増大するのに合わせて歯車の噛み合う歯面の表面粗さが大きくなるよう、また、歯車の回転数が減少するときに、油膜厚さが減少するのに合わせて歯面の表面粗さが小さくなるように、歯車の噛み合い位置において、噛み合う歯面の表面粗さが油膜厚さに接近するよう変更される。これにより、歯車伝動装置１は、歯車同士の接触状態を好適に調整して、ストライベック曲線における混合潤滑領域に遷移させ、歯車間の摩擦係数を低く維持することができるよう構成されるものである。
【００２２】
なお、本実施形態において、「油膜厚さ」という用語は、周知の「最小油膜厚さ」や「中央油膜厚さ」などのパラメータを意味するものであり、また、「表面粗さ」という用語は、周知の「二乗平均平方根粗さ（ＲＭＳ）」、「算術平均粗さ（Ｒａ）」、「最大高さ粗さ（Ｒｚ）」などのパラメータを意味するものである。
【００２３】
図１に戻ると、駆動側歯車２は、その周面において、回転軸２１方向に複数の異なる表面粗さの歯面２２を有する。図１では３種類の歯面２２ａ〜２２ｃが例示されているが、歯面２２の数はこれに限定されない。駆動側歯車２では、一端から他端へ段階的に表面粗さが大きく／小さくなるよう歯面が加工されている。図１の例では、右端の歯面２２ａが最小の表面粗さの歯面であり、左端の歯面２２ｃが最大の表面粗さの歯面である。
【００２４】
被駆動歯車３は、駆動側歯車２より歯幅が小さく、その周面に単一の歯面性状（表面粗さ）の歯面を備え、回転軸３１の方向に移動可能に構成されている。被駆動歯車３は、軸方向に移動することで、駆動側歯車２の複数の表面粗さの歯面２２ａ〜２２ｃのいずれか１つと噛合することができる。なお、被駆動歯車３は、初期状態（静止状態または所定の回転数以下の状態）では、駆動側歯車２の複数の歯面２２ａ〜２２ｃのうち、表面粗さが最小の歯面２２ａ（図１では右端）と噛合するように配置されている。
【００２５】
ここで、初期状態において被駆動歯車３が噛合する駆動側歯車２の歯面２２ａの表面粗さは、初期状態の運転条件（たとえば所定の回転数未満）の下で歯車間の潤滑状態が混合潤滑領域となり、ストライベック曲線において摩擦係数が極小値の近傍をとりうるように、設定されることが好ましい。具体的には、歯面２２ａの表面粗さは、初期状態の運転条件（たとえば所定の回転数未満）において歯車間に形成されうる油膜厚さと略同一となるよう設定されることが好ましい。
【００２６】
被駆動歯車３の回転軸３１には、変更機構４が配設されている。変更機構４は、被駆動歯車３及び駆動側歯車２の回転数の変化に応じて、被駆動歯車３を回転軸３１方向に移動させ、駆動側歯車２と被駆動歯車３との噛み合い位置を変更することができるよう構成されている。より詳細には、変更機構４は、被駆動歯車３及び駆動側歯車２の回転数が増大するのに伴い、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面の表面粗さが大きくなる方向へと、被駆動歯車３を回転軸３１方向に移動する。図１では、変更機構４は、回転数増大に応じて左方向へ被駆動歯車３を移動させる。
【００２７】
変更機構４は、反歯車側部材（第一部材）４１、歯車側部材（第二部材）４２、ボール（第三部材）４３、及び弾性部材４４を備えて構成されている。
【００２８】
反歯車側部材４１は、軸方向に移動する被駆動歯車３の回転軸３１まわりに設けられており、回転軸３１と共に一体回転可能である。反歯車側部材４１は、図１に示すように、歯車側部材４２を挟んで被駆動歯車３と反対側の位置において回転軸３１に圧入され固設されている。
【００２９】
歯車側部材４２は、回転軸３１において、被駆動歯車３と反歯車側部材４１との間に、回転軸３１の軸方向に移動自在に設けられ、被駆動歯車３と当接可能に設けられている。より詳細には、歯車側部材４２は、回転軸３１に固設されたカラー部材４７に複数個所で連結されている。このカラー部材４７との連結部分は回転軸３１の軸方向に延在しており、歯車側部材４２は、カラー部材４７の連結部分上を摺動して、回転軸３１の軸方向に沿って移動自在である。また、歯車側部材４２の被駆動歯車３側の端面４２ａは、被駆動歯車３と対向し、反歯車側部材４１の方向から外力を受けることで被駆動歯車３と当接可能である。
【００３０】
また、歯車側部材４２の反歯車側部材４１側の端面４２ｂは、反歯車側部材４１の一端面４１ａと対向している。
【００３１】
互いに対向する反歯車側部材４１の端面４１ａと歯車側部材４２の端面４２ｂには、それぞれ凹形状の曲面で形成された複数のカム面４５，４６が設けられている。カム面４５，４６は、回転軸３１の径方向の等距離の位置に、回転軸３１の周方向に等間隔で、それぞれ同数の複数個が形成されている。そして、反歯車側部材４１のカム面４５と、歯車側部材４２のカム面４６とは、それぞれの１つずつが対となって、カム面４５とカム面４６との間に空間４８を区画形成している。
【００３２】
この空間４８のそれぞれには、略球状のボール４３が配置されている。すなわち、反歯車側部材４１及び歯車側部材４２の間には、カム面４５，４６によって形成される空間４８と同数の複数のボール４３が配置されている。複数のボール４３は、回転軸３１の周方向に変位不能である一方、径方向に移動自在に配置されている。
【００３３】
カム面４５，４６は、回転軸３１の回転に伴って発生した遠心力によってボール４３が回転軸３１の径方向外側に移動するのに伴い、歯車側部材４２を被駆動歯車３と圧着させ被駆動歯車３を軸方向に移動させる方向へ、歯車側部材４２を押圧して案内するように形成されている。具体的には、カム面４５，４６は、図１に示すように、回転軸３１の径方向に沿って設けられ、回転軸３１の径方向外側に向かう程、対向する反歯車側部材４１または歯車側部材４２に近づくように形成されている。そして、カム面４５，４６により形成された空間４８が、回転軸３１の径方向外側に向けて先細りとなり、歯車側部材４２と反歯車側部材４１とが当接している状態（図１）では、径方向外側の最縁端部において、回転軸３１方向のクリアランス（隙間）の幅がボール４３の直径より小さくなっている。また、ボール４３が回転軸３１の径方向で最も内側に位置するとき（図１）には、回転軸３１方向の幅がボール４３の直径と同等または直径より大きく、ボール４３が歯車側部材４２を押圧しないよう形成されている。
【００３４】
被駆動歯車３の内周には弾性部材４４が配置されている。この弾性部材４４は、ボール４３及びカム面４５，４６による押圧によって歯車側部材４２が被駆動歯車３を軸方向に移動させると、被駆動歯車３から受けるせん断力によって弾性変形し、被駆動歯車３の移動方向と逆方向に付勢力を加えるよう構成される。また弾性部材４４は、被駆動歯車３の内周に固設され被駆動歯車３と一体的な構造とすることで、変更機構４全体の軸方向の省スペース化を図ることができるよう構成されている。弾性部材４４は、被駆動歯車３と比較してバネ定数が大きくなるように、そのような特性をもつ材料（好ましくは金属材料）を用いて形成してもよいし、または、被駆動歯車３と同じ材料で形成し、切削加工などの加工処理を施してバネ定数を変更してもよい。
【００３５】
次に、本実施形態の歯車伝動装置１による歯車移動機能について説明する。歯車伝動装置１は、回転数に比例して、回転による遠心力で推力を発生させ、歯車を移動させる。
【００３６】
まず、歯車の回転数が所定未満の場合、図１に示すように、ボール４３は、反歯車側部材４１のカム面４５と歯車側部材４２のカム面４６によって挟持され、空間４８において回転軸３１の径方向に関し最も内側に位置している。このとき、歯車側部材４２は、ボール４３から押圧力を受けず、被駆動歯車３に圧着されていない。また、被駆動歯車３は、駆動側歯車２の複数の歯面２２ａ〜２２ｃのうち、表面粗さが最も小さい歯面２２ａと噛み合っている。この歯面２２ａの表面粗さは、このときの運転状態（歯車の回転数が所定未満）における油膜形成能力と照らし合わせて、ストライベック曲線において歯車の接触状態が混合潤滑領域となり、摩擦係数が極小値近傍となるように設定することが好ましい。
【００３７】
駆動側歯車２及び被駆動歯車３の回転数が増し、所定回転数以上となると、図２に示すように、ボール４３が遠心力を受けて回転軸３１の径方向外向きに移動を始める。
【００３８】
このとき、ボール４３は反歯車側部材４１のカム面４５と歯車側部材４２のカム面４６に沿って移動する。カム面４５，４６によって形成された空間４８の軸方向の幅は、回転軸３１の径方向外側ほどボール４３の径に対して小さくなっていくので、ボール４３が径方向外側に進むほど、ボール４３はカム面４５，４６を押しのけてクリアランスを広げながら径方向外側へ移動して行き、カム面４５，４６がボール４３から受ける押圧力が増加する。このため、歯車側部材４２は、カム面４６から受けるボール４３の押圧力によって、ボール４３が径方向外側に向かうほど、回転軸３１の軸方向に関して被駆動歯車３側に押し込まれる。この結果、歯車側部材４２の端面４２ａと被駆動歯車３とが圧着され、被駆動歯車３が軸方向（図１、２では左側）に移動される。
【００３９】
被駆動歯車３が軸方向に移動すると、被駆動歯車３の内周に設けられた弾性部材４４は、図２に示すように、被駆動歯車３からせん断力を受けて弾性変形し、被駆動歯車３の移動方向と反対側（すなわち被駆動歯車３の初期位置に戻る方向）に付勢力を発生させる。
【００４０】
そして、被駆動歯車３は、歯車側部材４２による押圧力と、弾性部材４４による付勢力とが釣り合う位置に、駆動側歯車２との噛み合い位置を移動する。このように、歯車伝動装置１では、回転数の増加に応じて、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面の表面粗さが大きくなるように、被駆動歯車３の駆動側歯車２との噛み合い位置を変更させることができる。図２に示す例では、回転数が最大限度付近まで増大し、駆動側歯車２の最も表面粗さが大きい歯面２２ｃの位置（図１，２では駆動側歯車２左端）まで噛み合い位置が移動した状態を示している。
【００４１】
さらに、図２に示す状態から、回転数が低くなると、ボール４３が受ける遠心力が小さくなるため、ボール４３により歯車側部材４２へ付加される押圧力が減少する。このため、弾性部材４４による付勢力によって被駆動歯車３の位置が反対方向へ戻される。すなわち、回転数の減少に応じて、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面の表面粗さが小さくなるように、被駆動歯車３の駆動側歯車２との噛み合い位置が変更される。
【００４２】
そして、回転数が所定以下になると、ボール４３が歯車側部材４２に付加する押圧力がなくなるため、図１に示すように、弾性部材４４による付勢力によって被駆動歯車３及び歯車側部材４２が初期位置に戻され、ボール４３も空間４８内において径方向で最も内側の位置に戻され、駆動側歯車２は最小の表面粗さの歯面２２ａで被駆動歯車３と噛み合うようになる。
【００４３】
なお、回転数の変化に応じて被駆動歯車３が軸方向に移動される量は、ボール４３の径、カム面４５，４６やクリアランスの形状、弾性部材４４のバネ定数などを適宜変更することで所望の値を実現することができる。
【００４４】
次に、図３，４を参照して本実施形態の変形例について説明する。図３は、本実施形態の変形例に係る歯車伝動装置１′の構成を示す概略図であり、図４は、図３の歯車伝動装置１′において、被駆動歯車３が初期位置から移動した状態を示す模式図である。図３，４に示す歯車伝動装置１′は、変更機構４′の弾性部材４４′が、被駆動歯車３の回転軸３１の軸方向において、被駆動歯車３を挟んで歯車側部材４２と反対側に配置される点において、上述の歯車伝動装置１から変更されている。
【００４５】
弾性部材４４′は、図３に示すように、回転軸３１上のつば部４９によって軸方向の移動を拘束されている。そして、図４に示すように、ボール４３及びカム面４５，４６による誘導によって歯車側部材４２が被駆動歯車３を軸方向に移動させると、被駆動歯車３から受ける押圧力によって弾性変形し、被駆動歯車３の移動方向と逆方向に付勢力を加えるよう構成される。
【００４６】
弾性部材４４′は、被駆動歯車３と比較してバネ定数が大きくなるように、そのような特性をもつ材料（ゴム、ばね、金属材料など）を用いて形成してもよいし、または、被駆動歯車３と同じ材料で形成し、切削加工などの加工処理を施してバネ定数を変更してもよい。
【００４７】
次に、本実施形態の歯車伝動装置１，１′の作用効果について説明する。
【００４８】
一対の歯車が噛合して回転している状況において、歯車の回転数が増加すると、回転数に応じて歯車間に形成される油膜厚さが増大する。そして、回転数増加により、噛み合う歯面の表面粗さに対して油膜厚さが大きくなると、ストライベック曲線における流体潤滑領域に遷移し、歯面同士が直接接触しない状態となる。この場合、潤滑油の粘性の影響などによって歯面間の摩擦係数は増大する。
【００４９】
同様に、回転数減少により、歯車間に形成される油膜厚さが減少し、噛み合う歯面の表面粗さに対して油膜厚さが小さくなると、ストライベック曲線における境界潤滑領域に遷移し、歯面間の直接接触が増えるため、歯面間の摩擦係数は増大する。
【００５０】
本実施形態の歯車伝動装置１、１′では、被駆動歯車３の回転数が増大すると、変更機構４が、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面２２の表面粗さが大きくなる方向（図１〜４では左方向）へと、被駆動歯車３を軸方向に移動する。これにより、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の回転数が増大した場合、歯車の噛み合い位置において、歯面間に形成される油膜厚さが増大する一方で、噛み合う歯面２２の表面粗さを油膜厚さの大きさに接近させ略同一とすることができる。この結果、噛み合う歯面間の接触を適度に増加させ、歯車の接触状態を、ストライベック曲線における流体潤滑領域から混合潤滑領域に遷移させることができ、歯面間の摩擦係数を低減させることができる。
【００５１】
また、被駆動歯車３の回転数が減少すると、変更機構４が、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面２２の表面粗さが小さくなる方向（図１〜４では右方向）へと、被駆動歯車３を軸方向に移動する。これにより、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の回転数が減少した場合、歯車の噛み合い位置において、歯面間に形成される油膜厚さが減少する一方で、噛み合う歯面２２の表面粗さを油膜厚さの大きさに接近させ略同一とすることができる。この結果、噛み合う歯面間の接触を適度に減少させ、歯車の接触状態を、ストライベック曲線における境界潤滑領域から混合潤滑領域に遷移させることができ、歯面間の摩擦係数を低減させることができる。
【００５２】
このように、本実施形態の歯車伝動装置１，１′は、運転状態（回転数）の変化に応じて、噛み合い位置の歯面２２の表面粗さを適切なものに変更して、摩擦係数を低く維持することが可能となり、歯車間の摩擦係数をより適切に調整することが可能となる。
【００５３】
以上、本発明について好適な実施形態を示して説明したが、本発明はこれらの実施形態により限定されるものではない。変更機構４のカム面４５，４６は、ボール４３により歯車側部材４２に押圧力が加えることが可能であればよく、例えば反歯車側部材４１と歯車側部材４２の一方のみに設けられる構成としてもよいし、他の形状でもよい。
【００５４】
また、変更機構４のボール４３は、回転軸３１の径方向に移動することが可能であればよく、例えば、俵状、円筒状、円柱状など、上記の略球状以外の形状であってもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、複数の異なる歯面性状をもつ歯車を駆動側歯車２とし、単一の歯面性状をもち変更機構４によって軸方向に移動可能な歯車を被駆動歯車３としたが、駆動源と連結する歯車を入れ替えてもよい。すなわち、変更機構４によって軸方向に移動可能な歯車（上記実施形態では被駆動歯車３）を駆動側歯車とし、複数の歯面性状をもつ歯車（上記実施形態では駆動側歯車２）を被駆動歯車としてもよい。
【００５６】
さらに、上記実施形態では、複数の異なる歯面性状をもつ駆動側歯車２を軸方向に固定し、単一の歯面性状をもつ被駆動歯車３を変更機構４によって軸方向に移動可能としたが、歯車の回転数の増加に伴って、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面の表面粗さが大きくなる方向に、駆動側歯車２と被駆動歯車３との噛み合い位置が変更されさえすればよい。
【００５７】
例えば、被駆動歯車３を軸方向に固定し、複数の異なる歯面性状をもつ駆動側歯車２の回転軸２１まわりに変更機構４を設け、駆動側歯車２を変更機構４によって軸方向に移動可能としてもよい。この場合、図１，３に示す例では、変更機構４は、駆動側歯車２の左側に設けられ、回転数の増加に伴い駆動側歯車２を左側から押圧して右方向へ移動させる。
【００５８】
同様に、駆動側歯車２の回転軸２１及び被駆動歯車３の回転軸３１の両方に変更機構４を設け、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の両方を変更機構４によって軸方向に移動可能としてもよい。この場合、駆動側歯車２及び被駆動歯車３は、回転数の増減に応じてそれぞれ反対方向に移動するよう構成される。図１，３に示す例では、回転数の増加に伴い、駆動側歯車２は右方向に移動され、被駆動歯車３は左方向に移動される。
【符号の説明】
【００５９】
１，１′…歯車伝動装置、２…駆動側歯車（第一の歯車）、２２（２２ａ-２２ｃ）…歯面、３…被駆動歯車（第二の歯車）、４，４′…変更機構、４１…反歯車側部材（第一部材）、４２…歯車側部材（第二部材）、４３…ボール（第三部材）、４４，４４′…弾性部材、４５，４６…カム面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車伝動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
互いに噛み合う一対の歯車において、一方の歯車を軸方向で移動させることで他方の歯車の噛み合い位置を変更し、両歯車間の変速比や作動特性を変化させることができる歯車伝動装置が知られている。例えば特許文献１には、許容伝達トルク、伝達効率または静粛性のいずれかを優先する複数の歯面を有する歯車と、歯車間の伝達トルクの大きさに応じて、この歯車との噛み合い位置を変位可能な歯車とを備える構成について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４２８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
歯車伝動装置においては、動力損失を低減すべく、運転状態が変化しても歯車間の摩擦係数を低く維持できることが望まれている。
【０００５】
一般に、「摩擦係数」は、歯車間の接触状態により決まるパラメータであることが知られている。周知のストライベック曲線によれば、潤滑油により歯車の噛み合う歯面間に形成される油膜の厚さが、噛み合う歯面の表面粗さに比べてかなり大きくなる状態（流体潤滑領域）が進行するほど、潤滑油の粘性抵抗の影響によって、摩擦係数は増大する。また、油膜厚さが表面粗さに比べてかなり小さくなる状態（境界潤滑領域）が進行するほど、歯面同士の接触がより頻繁に発生するようになり、摩擦係数は増大する。さらに、流体潤滑領域または境界潤滑領域からこれらの領域の中間的な状態（混合潤滑領域）に遷移して行くにつれて摩擦係数は減少し、混合潤滑領域において摩擦係数は極小値をとる。
【０００６】
このように、歯車間の摩擦係数は、歯車間に形成される油膜厚さの影響を受けて変動するため、従来の歯車伝動装置では、運転状態の変化に応じて歯車間の摩擦係数を低く維持するよう調整できない虞がある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、歯車間の摩擦係数をより適切に調整することができる歯車伝動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】
【０００８】
本発明は、一対の歯車の間で動力を伝達する歯車伝動装置であって、軸方向に複数の異なる表面粗さの歯面を有する第一の歯車と、前記第一の歯車と噛合された第二の歯車と、前記第一及び第二の歯車の回転数が増大するのに伴い、前記第二の歯車と噛み合う位置の前記第一の歯車の歯面の表面粗さが大きくなる方向へと、前記第一の歯車及び前記第二の歯車の少なくとも一方を軸方向に移動し、前記第一の歯車と前記第二の歯車との噛合い位置を変更する変更機構と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
前記変更機構は、前記第一の歯車及び前記第二の歯車のうち前記軸方向に移動する歯車の回転軸まわりに設けられ該回転軸と共に回転する第一部材と、前記第一部材が設けられた前記歯車の回転軸において、該歯車と前記第一部材との間に、前記回転軸の軸方向に移動自在に設けられ、前記歯車と当接可能に設けられた第二部材と、前記第一部材と前記第二部材との間に、前記回転軸の径方向に移動自在に配置された第三部材と、前記第一部材及び前記第二部材の少なくとも一方に設けられ、前記第三部材が前記回転軸の回転に伴って発生した遠心力によって前記回転軸の半径方向外側に移動するのに伴い、前記第二部材を前記歯車と圧着させ、前記歯車を軸方向に移動させる方向へ、前記第二部材を押圧するカム面と、前記第三部材及び前記カム面による押圧によって前記第二部材が前記歯車を軸方向に移動すると、前記歯車の移動方向と逆方向に付勢力を加える弾性部材と、を備えることが好ましい。
【００１０】
前記弾性部材は、前記歯車の内周に固設され、前記歯車の軸方向への移動に応じて弾性変形することが好ましい。
【００１１】
同様に、前記弾性部材は、前記歯車の軸方向において、前記歯車を挟んで前記第二部材と反対側に配置され、前記歯車の軸方向への移動に応じて弾性変形することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る歯車伝動装置は、変更機構により、回転数が増大するのに伴い、第二の歯車と噛み合う位置の第一の歯車の歯面の表面粗さが大きくなる方向に、第一の歯車及び第二の歯車の少なくとも一方が軸方向に移動される。これにより、第一及び第二の歯車の噛み合い位置において、噛み合う歯面の表面粗さを大きくして油膜厚さの大きさに接近させることができるため、歯面間の接触が適度に増え、ストライベック曲線における混合潤滑領域に遷移するようになり、この結果、歯面間の摩擦係数が低減する。このように、本発明に係る歯車伝動装置は、運転状態（回転数）の変化に応じて、噛み合い位置の歯面の表面粗さを適切なものに変更して、摩擦係数を低く維持することが可能となり、歯車間の摩擦係数をより適切に調整することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る歯車伝動装置の概略図である。
【図２】図２は、図１の歯車伝動装置において、被駆動歯車が初期位置から移動した状態を示す模式図である。
【図３】図３は、本実施形態の変形例に係る歯車伝動装置の構成を示す概略図である。
【図４】図４は、図３の歯車伝動装置において、被駆動歯車が初期位置から移動した状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる歯車伝動装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態に係る歯車伝動装置１の概略図であり、図２は、図１の歯車伝動装置１において、被駆動歯車３が初期位置から移動した状態を示す模式図である。
【００１６】
図１に示すように、歯車伝動装置１は、一対の歯車の間で動力を伝達する装置であって、駆動側歯車（第一の歯車）２と、駆動側歯車２と噛合する被駆動歯車（第二の歯車）３とを備えて構成される。図示しない駆動源により駆動側歯車２の軸に駆動力が付与されると、駆動側歯車２は駆動力の向きに回転し、噛み合い部を経て被駆動歯車３に駆動力が伝達され、被駆動歯車３は駆動側歯車２と連動して回転する。このような動力伝動装置１は、例えば自動車等の車両における動力伝達装置などに用いられる。
【００１７】
特に本実施形態では、歯車伝動装置１は、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の噛み合い部において、歯車の運転状態（回転数）に応じて駆動側歯車２の歯面性状（表面粗さ）を調整するよう構成されている。
【００１８】
上述のとおり、周知のストライベック曲線によれば、歯車間の「摩擦係数」は、歯車間に形成される油膜厚さの影響を受けて変動し、油膜厚さと歯面の表面粗さとが略同一となる接触状態である混合潤滑領域において極小値をとることが知られている。
【００１９】
「油膜厚さ」として一般に知られている最小油膜厚さや中央油膜厚さは、歯車の回転数や歯車間の伝達トルクなど歯車の運転状態により決定され、特に回転数の影響を大きく受けて変動する。より詳細には、歯車間の油膜厚さは、歯車の回転数の増加に伴って増大され、また、歯車の回転数の低下に伴って減少される。
【００２０】
したがって、歯車伝動装置１において、動力損失を低減すべく、運転状態が変化しても歯車間の摩擦係数を低く維持するためには、歯車の回転数が変化して歯車間に形成される油膜厚さが変動するのに応じて、噛み合う歯面の表面粗さをこの変動した油膜厚さに接近させ略同一となるよう調整し、歯車の接触状態を混合潤滑領域に遷移させることが好ましい。
【００２１】
そこで、本実施形態の歯車伝動装置１では、歯車の回転数が増加するときに、油膜厚さが増大するのに合わせて歯車の噛み合う歯面の表面粗さが大きくなるよう、また、歯車の回転数が減少するときに、油膜厚さが減少するのに合わせて歯面の表面粗さが小さくなるように、歯車の噛み合い位置において、噛み合う歯面の表面粗さが油膜厚さに接近するよう変更される。これにより、歯車伝動装置１は、歯車同士の接触状態を好適に調整して、ストライベック曲線における混合潤滑領域に遷移させ、歯車間の摩擦係数を低く維持することができるよう構成されるものである。
【００２２】
なお、本実施形態において、「油膜厚さ」という用語は、周知の「最小油膜厚さ」や「中央油膜厚さ」などのパラメータを意味するものであり、また、「表面粗さ」という用語は、周知の「二乗平均平方根粗さ（ＲＭＳ）」、「算術平均粗さ（Ｒａ）」、「最大高さ粗さ（Ｒｚ）」などのパラメータを意味するものである。
【００２３】
図１に戻ると、駆動側歯車２は、その周面において、回転軸２１方向に複数の異なる表面粗さの歯面２２を有する。図１では３種類の歯面２２ａ〜２２ｃが例示されているが、歯面２２の数はこれに限定されない。駆動側歯車２では、一端から他端へ段階的に表面粗さが大きく／小さくなるよう歯面が加工されている。図１の例では、右端の歯面２２ａが最小の表面粗さの歯面であり、左端の歯面２２ｃが最大の表面粗さの歯面である。
【００２４】
被駆動歯車３は、駆動側歯車２より歯幅が小さく、その周面に単一の歯面性状（表面粗さ）の歯面を備え、回転軸３１の方向に移動可能に構成されている。被駆動歯車３は、軸方向に移動することで、駆動側歯車２の複数の表面粗さの歯面２２ａ〜２２ｃのいずれか１つと噛合することができる。なお、被駆動歯車３は、初期状態（静止状態または所定の回転数以下の状態）では、駆動側歯車２の複数の歯面２２ａ〜２２ｃのうち、表面粗さが最小の歯面２２ａ（図１では右端）と噛合するように配置されている。
【００２５】
ここで、初期状態において被駆動歯車３が噛合する駆動側歯車２の歯面２２ａの表面粗さは、初期状態の運転条件（たとえば所定の回転数未満）の下で歯車間の潤滑状態が混合潤滑領域となり、ストライベック曲線において摩擦係数が極小値の近傍をとりうるように、設定されることが好ましい。具体的には、歯面２２ａの表面粗さは、初期状態の運転条件（たとえば所定の回転数未満）において歯車間に形成されうる油膜厚さと略同一となるよう設定されることが好ましい。
【００２６】
被駆動歯車３の回転軸３１には、変更機構４が配設されている。変更機構４は、被駆動歯車３及び駆動側歯車２の回転数の変化に応じて、被駆動歯車３を回転軸３１方向に移動させ、駆動側歯車２と被駆動歯車３との噛み合い位置を変更することができるよう構成されている。より詳細には、変更機構４は、被駆動歯車３及び駆動側歯車２の回転数が増大するのに伴い、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面の表面粗さが大きくなる方向へと、被駆動歯車３を回転軸３１方向に移動する。図１では、変更機構４は、回転数増大に応じて左方向へ被駆動歯車３を移動させる。
【００２７】
変更機構４は、反歯車側部材（第一部材）４１、歯車側部材（第二部材）４２、ボール（第三部材）４３、及び弾性部材４４を備えて構成されている。
【００２８】
反歯車側部材４１は、軸方向に移動する被駆動歯車３の回転軸３１まわりに設けられており、回転軸３１と共に一体回転可能である。反歯車側部材４１は、図１に示すように、歯車側部材４２を挟んで被駆動歯車３と反対側の位置において回転軸３１に圧入され固設されている。
【００２９】
歯車側部材４２は、回転軸３１において、被駆動歯車３と反歯車側部材４１との間に、回転軸３１の軸方向に移動自在に設けられ、被駆動歯車３と当接可能に設けられている。より詳細には、歯車側部材４２は、回転軸３１に固設されたカラー部材４７に複数個所で連結されている。このカラー部材４７との連結部分は回転軸３１の軸方向に延在しており、歯車側部材４２は、カラー部材４７の連結部分上を摺動して、回転軸３１の軸方向に沿って移動自在である。また、歯車側部材４２の被駆動歯車３側の端面４２ａは、被駆動歯車３と対向し、反歯車側部材４１の方向から外力を受けることで被駆動歯車３と当接可能である。
【００３０】
また、歯車側部材４２の反歯車側部材４１側の端面４２ｂは、反歯車側部材４１の一端面４１ａと対向している。
【００３１】
互いに対向する反歯車側部材４１の端面４１ａと歯車側部材４２の端面４２ｂには、それぞれ凹形状の曲面で形成された複数のカム面４５，４６が設けられている。カム面４５，４６は、回転軸３１の径方向の等距離の位置に、回転軸３１の周方向に等間隔で、それぞれ同数の複数個が形成されている。そして、反歯車側部材４１のカム面４５と、歯車側部材４２のカム面４６とは、それぞれの１つずつが対となって、カム面４５とカム面４６との間に空間４８を区画形成している。
【００３２】
この空間４８のそれぞれには、略球状のボール４３が配置されている。すなわち、反歯車側部材４１及び歯車側部材４２の間には、カム面４５，４６によって形成される空間４８と同数の複数のボール４３が配置されている。複数のボール４３は、回転軸３１の周方向に変位不能である一方、径方向に移動自在に配置されている。
【００３３】
カム面４５，４６は、回転軸３１の回転に伴って発生した遠心力によってボール４３が回転軸３１の径方向外側に移動するのに伴い、歯車側部材４２を被駆動歯車３と圧着させ被駆動歯車３を軸方向に移動させる方向へ、歯車側部材４２を押圧して案内するように形成されている。具体的には、カム面４５，４６は、図１に示すように、回転軸３１の径方向に沿って設けられ、回転軸３１の径方向外側に向かう程、対向する反歯車側部材４１または歯車側部材４２に近づくように形成されている。そして、カム面４５，４６により形成された空間４８が、回転軸３１の径方向外側に向けて先細りとなり、歯車側部材４２と反歯車側部材４１とが当接している状態（図１）では、径方向外側の最縁端部において、回転軸３１方向のクリアランス（隙間）の幅がボール４３の直径より小さくなっている。また、ボール４３が回転軸３１の径方向で最も内側に位置するとき（図１）には、回転軸３１方向の幅がボール４３の直径と同等または直径より大きく、ボール４３が歯車側部材４２を押圧しないよう形成されている。
【００３４】
被駆動歯車３の内周には弾性部材４４が配置されている。この弾性部材４４は、ボール４３及びカム面４５，４６による押圧によって歯車側部材４２が被駆動歯車３を軸方向に移動させると、被駆動歯車３から受けるせん断力によって弾性変形し、被駆動歯車３の移動方向と逆方向に付勢力を加えるよう構成される。また弾性部材４４は、被駆動歯車３の内周に固設され被駆動歯車３と一体的な構造とすることで、変更機構４全体の軸方向の省スペース化を図ることができるよう構成されている。弾性部材４４は、被駆動歯車３と比較してバネ定数が大きくなるように、そのような特性をもつ材料（好ましくは金属材料）を用いて形成してもよいし、または、被駆動歯車３と同じ材料で形成し、切削加工などの加工処理を施してバネ定数を変更してもよい。
【００３５】
次に、本実施形態の歯車伝動装置１による歯車移動機能について説明する。歯車伝動装置１は、回転数に比例して、回転による遠心力で推力を発生させ、歯車を移動させる。
【００３６】
まず、歯車の回転数が所定未満の場合、図１に示すように、ボール４３は、反歯車側部材４１のカム面４５と歯車側部材４２のカム面４６によって挟持され、空間４８において回転軸３１の径方向に関し最も内側に位置している。このとき、歯車側部材４２は、ボール４３から押圧力を受けず、被駆動歯車３に圧着されていない。また、被駆動歯車３は、駆動側歯車２の複数の歯面２２ａ〜２２ｃのうち、表面粗さが最も小さい歯面２２ａと噛み合っている。この歯面２２ａの表面粗さは、このときの運転状態（歯車の回転数が所定未満）における油膜形成能力と照らし合わせて、ストライベック曲線において歯車の接触状態が混合潤滑領域となり、摩擦係数が極小値近傍となるように設定することが好ましい。
【００３７】
駆動側歯車２及び被駆動歯車３の回転数が増し、所定回転数以上となると、図２に示すように、ボール４３が遠心力を受けて回転軸３１の径方向外向きに移動を始める。
【００３８】
このとき、ボール４３は反歯車側部材４１のカム面４５と歯車側部材４２のカム面４６に沿って移動する。カム面４５，４６によって形成された空間４８の軸方向の幅は、回転軸３１の径方向外側ほどボール４３の径に対して小さくなっていくので、ボール４３が径方向外側に進むほど、ボール４３はカム面４５，４６を押しのけてクリアランスを広げながら径方向外側へ移動して行き、カム面４５，４６がボール４３から受ける押圧力が増加する。このため、歯車側部材４２は、カム面４６から受けるボール４３の押圧力によって、ボール４３が径方向外側に向かうほど、回転軸３１の軸方向に関して被駆動歯車３側に押し込まれる。この結果、歯車側部材４２の端面４２ａと被駆動歯車３とが圧着され、被駆動歯車３が軸方向（図１、２では左側）に移動される。
【００３９】
被駆動歯車３が軸方向に移動すると、被駆動歯車３の内周に設けられた弾性部材４４は、図２に示すように、被駆動歯車３からせん断力を受けて弾性変形し、被駆動歯車３の移動方向と反対側（すなわち被駆動歯車３の初期位置に戻る方向）に付勢力を発生させる。
【００４０】
そして、被駆動歯車３は、歯車側部材４２による押圧力と、弾性部材４４による付勢力とが釣り合う位置に、駆動側歯車２との噛み合い位置を移動する。このように、歯車伝動装置１では、回転数の増加に応じて、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面の表面粗さが大きくなるように、被駆動歯車３の駆動側歯車２との噛み合い位置を変更させることができる。図２に示す例では、回転数が最大限度付近まで増大し、駆動側歯車２の最も表面粗さが大きい歯面２２ｃの位置（図１，２では駆動側歯車２左端）まで噛み合い位置が移動した状態を示している。
【００４１】
さらに、図２に示す状態から、回転数が低くなると、ボール４３が受ける遠心力が小さくなるため、ボール４３により歯車側部材４２へ付加される押圧力が減少する。このため、弾性部材４４による付勢力によって被駆動歯車３の位置が反対方向へ戻される。すなわち、回転数の減少に応じて、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面の表面粗さが小さくなるように、被駆動歯車３の駆動側歯車２との噛み合い位置が変更される。
【００４２】
そして、回転数が所定以下になると、ボール４３が歯車側部材４２に付加する押圧力がなくなるため、図１に示すように、弾性部材４４による付勢力によって被駆動歯車３及び歯車側部材４２が初期位置に戻され、ボール４３も空間４８内において径方向で最も内側の位置に戻され、駆動側歯車２は最小の表面粗さの歯面２２ａで被駆動歯車３と噛み合うようになる。
【００４３】
なお、回転数の変化に応じて被駆動歯車３が軸方向に移動される量は、ボール４３の径、カム面４５，４６やクリアランスの形状、弾性部材４４のバネ定数などを適宜変更することで所望の値を実現することができる。
【００４４】
次に、図３，４を参照して本実施形態の変形例について説明する。図３は、本実施形態の変形例に係る歯車伝動装置１′の構成を示す概略図であり、図４は、図３の歯車伝動装置１′において、被駆動歯車３が初期位置から移動した状態を示す模式図である。図３，４に示す歯車伝動装置１′は、変更機構４′の弾性部材４４′が、被駆動歯車３の回転軸３１の軸方向において、被駆動歯車３を挟んで歯車側部材４２と反対側に配置される点において、上述の歯車伝動装置１から変更されている。
【００４５】
弾性部材４４′は、図３に示すように、回転軸３１上のつば部４９によって軸方向の移動を拘束されている。そして、図４に示すように、ボール４３及びカム面４５，４６による誘導によって歯車側部材４２が被駆動歯車３を軸方向に移動させると、被駆動歯車３から受ける押圧力によって弾性変形し、被駆動歯車３の移動方向と逆方向に付勢力を加えるよう構成される。
【００４６】
弾性部材４４′は、被駆動歯車３と比較してバネ定数が大きくなるように、そのような特性をもつ材料（ゴム、ばね、金属材料など）を用いて形成してもよいし、または、被駆動歯車３と同じ材料で形成し、切削加工などの加工処理を施してバネ定数を変更してもよい。
【００４７】
次に、本実施形態の歯車伝動装置１，１′の作用効果について説明する。
【００４８】
一対の歯車が噛合して回転している状況において、歯車の回転数が増加すると、回転数に応じて歯車間に形成される油膜厚さが増大する。そして、回転数増加により、噛み合う歯面の表面粗さに対して油膜厚さが大きくなると、ストライベック曲線における流体潤滑領域に遷移し、歯面同士が直接接触しない状態となる。この場合、潤滑油の粘性の影響などによって歯面間の摩擦係数は増大する。
【００４９】
同様に、回転数減少により、歯車間に形成される油膜厚さが減少し、噛み合う歯面の表面粗さに対して油膜厚さが小さくなると、ストライベック曲線における境界潤滑領域に遷移し、歯面間の直接接触が増えるため、歯面間の摩擦係数は増大する。
【００５０】
本実施形態の歯車伝動装置１、１′では、被駆動歯車３の回転数が増大すると、変更機構４が、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面２２の表面粗さが大きくなる方向（図１〜４では左方向）へと、被駆動歯車３を軸方向に移動する。これにより、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の回転数が増大した場合、歯車の噛み合い位置において、歯面間に形成される油膜厚さが増大する一方で、噛み合う歯面２２の表面粗さを油膜厚さの大きさに接近させ略同一とすることができる。この結果、噛み合う歯面間の接触を適度に増加させ、歯車の接触状態を、ストライベック曲線における流体潤滑領域から混合潤滑領域に遷移させることができ、歯面間の摩擦係数を低減させることができる。
【００５１】
また、被駆動歯車３の回転数が減少すると、変更機構４が、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面２２の表面粗さが小さくなる方向（図１〜４では右方向）へと、被駆動歯車３を軸方向に移動する。これにより、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の回転数が減少した場合、歯車の噛み合い位置において、歯面間に形成される油膜厚さが減少する一方で、噛み合う歯面２２の表面粗さを油膜厚さの大きさに接近させ略同一とすることができる。この結果、噛み合う歯面間の接触を適度に減少させ、歯車の接触状態を、ストライベック曲線における境界潤滑領域から混合潤滑領域に遷移させることができ、歯面間の摩擦係数を低減させることができる。
【００５２】
このように、本実施形態の歯車伝動装置１，１′は、運転状態（回転数）の変化に応じて、噛み合い位置の歯面２２の表面粗さを適切なものに変更して、摩擦係数を低く維持することが可能となり、歯車間の摩擦係数をより適切に調整することが可能となる。
【００５３】
以上、本発明について好適な実施形態を示して説明したが、本発明はこれらの実施形態により限定されるものではない。変更機構４のカム面４５，４６は、ボール４３により歯車側部材４２に押圧力が加えることが可能であればよく、例えば反歯車側部材４１と歯車側部材４２の一方のみに設けられる構成としてもよいし、他の形状でもよい。
【００５４】
また、変更機構４のボール４３は、回転軸３１の径方向に移動することが可能であればよく、例えば、俵状、円筒状、円柱状など、上記の略球状以外の形状であってもよい。
【００５５】
また、上記実施形態では、複数の異なる歯面性状をもつ歯車を駆動側歯車２とし、単一の歯面性状をもち変更機構４によって軸方向に移動可能な歯車を被駆動歯車３としたが、駆動源と連結する歯車を入れ替えてもよい。すなわち、変更機構４によって軸方向に移動可能な歯車（上記実施形態では被駆動歯車３）を駆動側歯車とし、複数の歯面性状をもつ歯車（上記実施形態では駆動側歯車２）を被駆動歯車としてもよい。
【００５６】
さらに、上記実施形態では、複数の異なる歯面性状をもつ駆動側歯車２を軸方向に固定し、単一の歯面性状をもつ被駆動歯車３を変更機構４によって軸方向に移動可能としたが、歯車の回転数の増加に伴って、被駆動歯車３と噛み合う位置の駆動側歯車２の歯面の表面粗さが大きくなる方向に、駆動側歯車２と被駆動歯車３との噛み合い位置が変更されさえすればよい。
【００５７】
例えば、被駆動歯車３を軸方向に固定し、複数の異なる歯面性状をもつ駆動側歯車２の回転軸２１まわりに変更機構４を設け、駆動側歯車２を変更機構４によって軸方向に移動可能としてもよい。この場合、図１，３に示す例では、変更機構４は、駆動側歯車２の左側に設けられ、回転数の増加に伴い駆動側歯車２を左側から押圧して右方向へ移動させる。
【００５８】
同様に、駆動側歯車２の回転軸２１及び被駆動歯車３の回転軸３１の両方に変更機構４を設け、駆動側歯車２及び被駆動歯車３の両方を変更機構４によって軸方向に移動可能としてもよい。この場合、駆動側歯車２及び被駆動歯車３は、回転数の増減に応じてそれぞれ反対方向に移動するよう構成される。図１，３に示す例では、回転数の増加に伴い、駆動側歯車２は右方向に移動され、被駆動歯車３は左方向に移動される。
【符号の説明】
【００５９】
１，１′…歯車伝動装置、２…駆動側歯車（第一の歯車）、２２（２２ａ-２２ｃ）…歯面、３…被駆動歯車（第二の歯車）、４，４′…変更機構、４１…反歯車側部材（第一部材）、４２…歯車側部材（第二部材）、４３…ボール（第三部材）、４４，４４′…弾性部材、４５，４６…カム面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の歯車の間で動力を伝達する歯車伝動装置であって、
軸方向に複数の異なる表面粗さの歯面を有する第一の歯車と、
前記第一の歯車と噛合された第二の歯車と、
前記第一及び第二の歯車の回転数が増大するのに伴い、前記第二の歯車と噛み合う位置の前記第一の歯車の歯面の表面粗さが大きくなる方向へと、前記第一の歯車及び前記第二の歯車の少なくとも一方を軸方向に移動し、前記第一の歯車と前記第二の歯車との噛合い位置を変更する変更機構と、
を備えることを特徴とする歯車伝動装置。
【請求項２】
前記変更機構は、
前記第一の歯車及び前記第二の歯車のうち前記軸方向に移動する歯車の回転軸まわりに設けられ、該回転軸と共に一体回転可能な第一部材と、
前記第一部材が設けられた前記歯車の回転軸において、該歯車と前記第一部材との間に、前記回転軸の軸方向に移動自在に設けられ、前記歯車と当接可能に設けられた第二部材と、
前記第一部材と前記第二部材との間に、前記回転軸の径方向に移動自在に配置された第三部材と、
前記第一部材及び前記第二部材の少なくとも一方に設けられ、前記第三部材が前記回転軸の回転に伴って発生した遠心力によって前記回転軸の半径方向外側に移動するのに伴い、前記第二部材を前記歯車と圧着させ、前記歯車を軸方向に移動させる方向へ、前記第二部材を押圧するカム面と、
前記第三部材及び前記カム面による押圧によって前記第二部材が前記歯車を軸方向に移動すると、前記歯車の移動方向と逆方向に付勢力を加える弾性部材と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の歯車伝動装置。
【請求項３】
前記弾性部材は、前記歯車の内周に固設され、前記歯車の軸方向への移動に応じて弾性変形することを特徴とする、請求項２に記載の歯車伝動装置。
【請求項４】
前記弾性部材は、前記歯車の軸方向において、前記第二の歯車を挟んで前記第二部材と反対側に配置され、前記歯車の軸方向への移動に応じて弾性変形することを特徴とする、請求項２に記載の歯車伝動装置。
【請求項１】
一対の歯車の間で動力を伝達する歯車伝動装置であって、
軸方向に複数の異なる表面粗さの歯面を有する第一の歯車と、
前記第一の歯車と噛合された第二の歯車と、
前記第一及び第二の歯車の回転数が増大するのに伴い、前記第二の歯車と噛み合う位置の前記第一の歯車の歯面の表面粗さが大きくなる方向へと、前記第一の歯車及び前記第二の歯車の少なくとも一方を軸方向に移動し、前記第一の歯車と前記第二の歯車との噛合い位置を変更する変更機構と、
を備えることを特徴とする歯車伝動装置。
【請求項２】
前記変更機構は、
前記第一の歯車及び前記第二の歯車のうち前記軸方向に移動する歯車の回転軸まわりに設けられ、該回転軸と共に一体回転可能な第一部材と、
前記第一部材が設けられた前記歯車の回転軸において、該歯車と前記第一部材との間に、前記回転軸の軸方向に移動自在に設けられ、前記歯車と当接可能に設けられた第二部材と、
前記第一部材と前記第二部材との間に、前記回転軸の径方向に移動自在に配置された第三部材と、
前記第一部材及び前記第二部材の少なくとも一方に設けられ、前記第三部材が前記回転軸の回転に伴って発生した遠心力によって前記回転軸の半径方向外側に移動するのに伴い、前記第二部材を前記歯車と圧着させ、前記歯車を軸方向に移動させる方向へ、前記第二部材を押圧するカム面と、
前記第三部材及び前記カム面による押圧によって前記第二部材が前記歯車を軸方向に移動すると、前記歯車の移動方向と逆方向に付勢力を加える弾性部材と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の歯車伝動装置。
【請求項３】
前記弾性部材は、前記歯車の内周に固設され、前記歯車の軸方向への移動に応じて弾性変形することを特徴とする、請求項２に記載の歯車伝動装置。
【請求項４】
前記弾性部材は、前記歯車の軸方向において、前記第二の歯車を挟んで前記第二部材と反対側に配置され、前記歯車の軸方向への移動に応じて弾性変形することを特徴とする、請求項２に記載の歯車伝動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１６３１２３（Ｐ２０１２−１６３１２３Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７７５（Ｐ２０１１−２１７７５）
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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