歯車及び変速装置
【課題】歯面間の摩擦係数が小さくなる作動領域を広くすることが可能な歯車を提供する。
【解決手段】互いに噛み合う一対の歯車１５、１６であって、各歯車１５、１６の歯面１５ｂ、１６ｂには、複数の凹凸が設けられるとともに複数の凹凸のうちの凸部３０の先端が除去されて凸部３０の頂部３０ａが平らになっているプラトー構造表面になるように処理が施され、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂのＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出谷部深さＲｖｋが第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂの突出谷部深さＲｖｋより大きく、かつ第３ドライブギア１５の歯面１５ｂにおいて凹部３１が占める面積が第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂにおいて凹部３１が占める面積よりも大きい。
【解決手段】互いに噛み合う一対の歯車１５、１６であって、各歯車１５、１６の歯面１５ｂ、１６ｂには、複数の凹凸が設けられるとともに複数の凹凸のうちの凸部３０の先端が除去されて凸部３０の頂部３０ａが平らになっているプラトー構造表面になるように処理が施され、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂのＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出谷部深さＲｖｋが第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂの突出谷部深さＲｖｋより大きく、かつ第３ドライブギア１５の歯面１５ｂにおいて凹部３１が占める面積が第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂにおいて凹部３１が占める面積よりも大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに噛み合う一対の歯車及びその歯車を備えた変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯面に処理を施した歯車が知られている。例えば、歯面に高硬度の粒子を高速で衝突させるショットピーニング処理を施し、歯面に微小な塑性変形を生じさせてマイクロディンプルを形成した歯車が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０１２９５号公報
【特許文献２】特開平０９−３０２４５４号公報
【特許文献３】特開２００４−３４５０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の歯車では、歯面に凸部が形成される。そのため、歯車を噛み合わせた際の潤滑状態がその凸部と凸部の摩擦に支配される可能性がある。また、この場合にはディンプルに溜まっているオイルが利用されない可能性がある。そのため、特許文献１の歯車は、低摩擦係数となる作動領域が狭い可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、歯面間の摩擦係数が小さくなる作動領域を広くすることが可能な歯車、及びその歯車を備えた変速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】
【０００６】
本発明の歯車は、互いに噛み合う一対の歯車であって、各歯車の歯面には、複数の凹凸が設けられるとともに前記複数の凹凸のうちの凸部の先端が除去されて前記凸部の頂部が平らになっているプラトー構造表面になるように処理が施されたプラトー部が設けられ、前記一対の歯車のうちの一方の歯車のプラトー部のＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出谷部深さＲｖｋが前記一対の歯車のうちの他方の歯車のプラトー部の前記突出谷部深さＲｖｋより大きく、かつ前記一方の歯車のプラトー部において凹部が占める面積が前記他方の歯車のプラトー部において凹部が占める面積よりも大きい（請求項１）。
【０００７】
突出谷部深さＲｖｋはプラトー部の凹部の深さの平均値と相関している。そのため、一方の歯車のプラトー部の凹部の深さの平均値は、他方の歯車のプラトー部の凹部の深さの平均値よりも大きい。従って、一方の歯車は、他方の歯車と比較してプラトー部の凹部が深く、かつ凹部の数が多い。凹部内にはオイルが入り込むため、一方の歯車には他方の歯車よりも多くのオイルが保持される。そして、この凹部のオイルは歯面に掛かる圧力が高くなると排出され、歯面間に供給される。一般に歯面に掛かる圧力は、歯車が低回転、高トルクで回転している場合に高くなる。そのため、本発明の歯車では、このような作動領域において一方の歯車の凹部から歯面間にオイルが供給されるので、この作動領域における歯面間の摩擦係数を低減できる。
【０００８】
また、本発明の歯車では、他方の歯車のプラトー部における凹部の数は一方の歯車のプラトー部における凹部の数よりも少ない。そのため、他方の歯車のプラトー部では、凹部よりも凸部の占める面積の方が大きい。プラトー構造表面では凸部の頂部が平らであるため、他方の歯車の歯面は一方の歯車の歯面と比較して凹凸が少ない。このような歯面では、歯面に油膜を適切に形成することができるので、歯車が高回転、低トルクで回転しているときの摩擦係数を低減できる。従って、本発明の歯車では、このような作動領域においても歯面間の摩擦係数を低減できる。このように本発明の歯車によれば、低回転、高トルクで回転する作動領域から高回転、低トルクで回転する作動領域まで歯面間の摩擦係数を小さくできる。これにより摩擦損失を低減できるので、トルクの伝達効率を向上させることができる。
【０００９】
本発明の歯車の一形態において、前記一方の歯車のプラトー部及び前記他方の歯車のプラトー部は、いずれもＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出山部高さＲｐｋが１．０μｍ未満であってもよい（請求項２）。突出山部高さＲｐｋは、プラトー部の凸部のうち他の凸部よりも突出している凸部の数と関係している。この形態では、各歯車のプラトー部の突出山部高さＲｐｋを１．０μｍ未満にしたので、各歯車のプラトー部の凸部の高さを揃えることができる。これにより歯面が噛み合ったときに一方の歯面が他方の歯面によって削られることを抑制できるので、歯面の表面性状が変化し難い。この場合、歯面の慣らしによる表面性状の変化が殆ど無いため、使用開始時から低い摩擦係数を維持できる。また、表面性状の変化を抑制できるので、各プラトー部のプラトー構造表面を維持できる。
【００１０】
本発明の歯車の一形態においては、前記一方の歯車の歯の硬度と前記他方の歯車の歯の硬度とが同じであってもよい（請求項３）。この場合、一方の歯車の歯が他方の歯車の歯によって削られることを抑制できる。そのため、歯面の表面性状をさらに変化し難くできる。従って、各プラトー部のプラトー構造表面をより長く維持できる。
【００１１】
本発明の変速装置は、入力軸と、出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に介在して互いに変速比が相違する複数のギア対と、を備え、前記複数のギア対のそれぞれの一方の歯車が前記入力軸に設けられ、前記複数のギア対のそれぞれの他方の歯車が前記一方の歯車と噛み合うように前記出力軸に設けられ、前記複数のギア対のうちのいずれか１つのギア対による回転伝達を選択的に成立させることにより変速比を切り替える変速装置において、上述した歯車が、前記複数のギア対のうちの少なくともいずれか１つとして設けられている（請求項４）。
【００１２】
本発明の変速装置によれば、上述した歯車にて入力軸と出力軸との間の回転伝達を行うことができる。そのため、摩擦損失を低減できる。また、トルクの伝達効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明の変速装置の一形態において、前記複数のギア対は、中速段のギア対と、前記中速段のギア対よりも変速比が大きい低速段のギア対と、前記中速段のギア対よりも変速比が小さい高速段のギア対と、に分けられ、前記歯車が前記中速段のギア対として設けられていてもよい（請求項５）。一般的に中速段は、低速段及び高速段と比較して低回転から高回転までの広い回転数域で使用される。また、歯車間で伝達すべきトルク範囲も広い。本発明の歯車はこのような広い作動範囲において歯面間の摩擦係数を小さくできる。そのため、この形態によれば中速段のギア対の摩擦損失を中速段の全作動範囲において低減できる。
【００１４】
この形態においては、前記低速段のギア対及び前記高速段のギア対のそれぞれの歯車の歯面にも前記プラトー部が設けられ、前記低速段のギア対の各歯車の歯面には、前記突出谷部深さＲｖｋが予め設定された所定値より大きく、かつ前記プラトー部において凹部が占める面積が前記プラトー部において凸部の頂部が占める面積よりも大きくなるように前記プラトー部が設けられ、前記高速段のギア対の各歯車の歯面には、前記突出谷部深さＲｖｋが前記所定値より小さく、かつ前記プラトー部において凸部の頂部が占める面積が前記プラトー部において凹部が占める面積よりも大きくなるように前記プラトー部が設けられていてもよい（請求項６）。一般に低速段のギア対は、入力軸の回転数が低く、かつ歯車間で伝達すべきトルクが大きい場合に使用される頻度が高い。上述したように凹部が深くかつ凹部の数が多いプラトー部を有する歯車では、低回転、高トルクで回転する作動領域の歯面間の摩擦係数を低減できる。この形態では、低速段のギア対にこのような歯車を適用したので、低速段のギア対の摩擦損失を適切に低減できる。また、一般に高速段のギア対は、入力軸の回転数が高く、かつ歯車間で伝達すべきトルクが小さい場合に使用される頻度が高い。上述したように凸部の頂部が占める面積が大きいプラトー部を有する歯車では、高回転、低トルクで回転する作動領域の歯面間の摩擦係数を低減できる。この形態では、高速段のギア対にこのような歯車を適用したので、高速段のギア対の摩擦損失を適切に低減できる。このようにこの形態では、低速段及び高速段のギア対の摩擦損失も低減できるので、変速装置の全変速段の摩擦損失をそれぞれ低減できる。そのため、変速装置のトルクの伝達効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明したように、本発明によれば、低回転、高トルクで回転する作動領域から高回転、低トルクで回転する作動領域まで広い作動領域で歯面間の摩擦係数を小さくできる。これにより摩擦損失を低減できるので、トルクの伝達効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一形態に係る歯車が組み込まれた変速装置を概略的に示す図。
【図２】第３ギア対を拡大して示す図。
【図３】第３ドライブギアの歯面を拡大して示す図。
【図４】第３ドリブンギアの歯面を拡大して示す図。
【図５】第３ドライブギアの歯面及び第３ドリブンギアの歯面のそれぞれの粗さ曲線の負荷曲線を示す図。
【図６】第３ドライブギアの歯面及び第３ドリブンギアの歯面のそれぞれの負荷曲線を正規確率紙上に示した図。
【図７】第１ドライブギアと第１ドリブンギアとの間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示す図。
【図８】第５ドライブギアと第５ドリブンギアとの間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示す図。
【図９】第３ドライブギアと第３ドリブンギアとの間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一形態に係る歯車が組み込まれた変速装置を概略的に示している。変速装置１は、車両に搭載され、内燃機関等の走行用動力源の回転を変速して駆動輪に伝達する周知の装置である。変速装置１は、前進６段の変速段を持っている。
【００１８】
変速装置１は、入力軸２と、出力軸３とを備えている。入力軸２と出力軸３とは互いに平行になるように配置されている。入力軸２と出力軸３との間には、第１〜第６ギア対Ｇ１〜Ｇ６が設けられている。第１ギア対Ｇ１は互いに噛み合う第１ドライブギア１１及び第１ドリブンギア１２にて構成され、第２ギア対Ｇ２は互いに噛み合う第２ドライブギア１３及び第２ドリブンギア１４にて構成されている。第３ギア対Ｇ３は互いに噛み合う第３ドライブギア１５及び第３ドリブンギア１６にて構成され、第４ギア対Ｇ４は互いに噛み合う第４ドライブギア１７及び第４ドリブンギア１８にて構成されている。第５ギア対Ｇ５は互いに噛み合う第５ドライブギア１９及び第５ドリブンギア２０にて構成され、第６ギア対Ｇ６は互いに噛み合う第６ドライブギア２１及び第６ドリブンギア２２にて構成されている。第１〜第６ギア対Ｇ１〜Ｇ６は、ドライブギアとドリブンギアとが常時噛み合うように設けられている。
【００１９】
各ギア対Ｇ１〜Ｇ６には互いに異なる変速比が設定されている。変速比は、第１ギア対Ｇ１、第２ギア対Ｇ２、第３ギア対Ｇ３、第４ギア対Ｇ４、第５ギア対Ｇ５、第６ギア対Ｇ６の順に小さくなるように設定されている。そのため、第１ギア対Ｇ１が１速のギア対であり、第２ギア対Ｇ２が２速のギア対である。また、第３ギア対Ｇ３が３速のギア対であり、第４ギア対Ｇ４が４速のギア対である。そして、第５ギア対Ｇ５が５速のギア対であり、第６ギア対Ｇ６が６速のギア対である。第１〜第６ドライブギア１１、１３、１５、１７、１９、２１は、入力軸２に対して相対回転可能なように入力軸２に支持されている。一方、第１〜第６ドリブンギア１２、１４、１６、１８、２０、２２は、出力軸３と一体に回転するように出力軸３に固定されている。なお、図示は省略したが変速装置１には、入力軸２と出力軸３とを同じ方向に回転させるための後進ギア列も設けられている。
【００２０】
入力軸２には第１〜第３スリーブ２３〜２５が設けられている。第１〜第３スリーブ２３〜２５は、入力軸２と一体に回転し、かつ回転軸線方向に移動可能なように入力軸２に支持されている。この図に示したように第１スリーブ２３は、第１ドライブギア１１と第２ドライブギア１３との間に配置されている。第１スリーブ２３は、入力軸２と第１ドライブギア１１とを接続する１速位置と、入力軸２と第２ドライブギア１３とを接続する２速位置と、入力軸２を第１ドライブギア１１及び第２ドライブギア１３の両方から切り離す解放位置とに切り替え可能に設けられている。第２スリーブ２４は、第３ドライブギア１５と第４ドライブギア１７との間に設けられている。第２スリーブ２４は、入力軸２と第３ドライブギア１５とを接続する３速位置と、入力軸２と第４ドライブギア１７とを接続する４速位置と、入力軸２を第３ドライブギア１５及び第４ドライブギア１７の両方から切り離す解放位置とに切り替え可能に設けられている。第３スリーブ２５は、第５ドライブギア１９と第６ドライブギア２１との間に設けられている。第３スリーブ２５は、入力軸２と第５ドライブギア１９とを接続する５速位置と、入力軸２と第６ドライブギア２１とを接続する６速位置と、入力軸２を第５ドライブギア１９及び第６ドライブギア２１の両方から切り離す解放位置とに切り替え可能に設けられている。これらスリーブ２３〜２５は、入力軸２が第１〜第６ドライブギア１１、１３、１５、１７、１９、２１のうちのいずれか１つと選択的に接続されるように操作される。これにより第１ギア対Ｇ１〜第６ギア対Ｇ６のうちのいずれか１つのギア対による回転伝達を選択的に成立させて変速比を切り替える。
【００２１】
図２は、第３ギア対Ｇ３を拡大して示している。この図に示すように第３ドライブギア１５及び第３ドリブンギア１６は、いずれもはす歯歯車である。これらのギア１５、１６は、いずれも熱処理された鉄製である。これによりこれらのギア１５、１６の歯の硬度を同じにしている。なお、他のギア対もこの第３ギア対Ｇ３と同様にドライブギア及びドリブンギアは熱処理された鉄製のはす歯歯車である。第３ドライブギア１５の各歯１５ａの歯面１５ｂには、表面がプラトー構造表面になるように処理が施されている。この処理は、歯面１５ｂの全体に施されている。図３は歯面１５ｂの一部を拡大して示している。この図に示すように歯面１５ｂには複数の凹凸が設けられている。そして、これら凹凸のうちの凸部３０の頂部３０ａが同じ高さになるように各凸部３０の先端が除去されている。これにより歯面１５ｂでは凸部３０の頂部３０ａが平らになる。以降、この凸部３０の頂部３０ａを平滑部と称することがある。プラトー構造表面とは、このように複数の凹凸が設けられ、かつそれら凹凸のうちの凸部３０の先端が除去されている表面のことである。このようなプラトー構造表面の加工は、例えばショットピーニング処理、レーザー加工処理、又はエッチング処理等の周知の処理方法で行えばよい。図４に示すように第３ドリブンギア１６の各歯１６ａの歯面１６ｂにも同様に表面がプラトー構造表面になるように処理が施されている。第３ドリブンギア１６も同様に歯面１６ｂの全体に処理が施されている。
【００２２】
図５は、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂ及び第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂのそれぞれの粗さ曲線の負荷曲線を示している。なお、粗さ曲線はＪＩＳ Ｂ ０６７１−１（ＩＳＯ １３５６５−１）で定義される曲線であり、負荷曲線はＪＩＳ Ｂ ０６７１−２（ＩＳＯ １３５６５−２）に記載されている曲線である。なお、粗さ曲線は、周知の触針式又はレーザープローブ式の測定機で測定した測定結果に基づいて作成すればよい。この図において実線Ｌ１が第３ドライブギア１５の歯面１５ｂの負荷曲線を示し、実線Ｌ２が第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂの負荷曲線を示している。この図から明らかなように第３ドライブギア１５の歯面１５ｂには、第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂよりも大きな凹凸が設けられている。そのため、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂの凹部３１の深さの平均値Ｄ１（図３参照）は、第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂの凹部３１の深さの平均値Ｄ２（図４参照）よりも大きい。また、ＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出谷部深さＲｖｋを比較すると、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂの突出谷部深さＲｖｋは第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂの突出谷部深さＲｖｋよりも大きい。ＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出山部高さＲｐｋに関しては、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂ及び第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂのいずれの突出山部高さＲｐｋも１．０μｍ未満である。なお、各歯面１５ｂ、１６ｂの突出山部高さＲｐｋは、０．１μｍ未満が望ましい。
【００２３】
図６は、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂ及び第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂのそれぞれの負荷曲線をＪＩＳ Ｂ ０６７１−３（ＩＳＯ１３５６５−３）に基づいて正規確率紙上に示したものである。なお、この図では、実線Ｌ３が第３ドライブギア１５の歯面１５ｂの負荷曲線を示し、実線Ｌ４が第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂの負荷曲線を示している。この図に示したように各負荷曲線Ｌ３、Ｌ４は途中の変移領域Ａｉ１、Ａｉ２で傾きが変化している。この図に示した各負荷曲線Ｌ３、Ｌ４において変移領域Ａｉ１、Ａｉ２よりも図の左側にあるプラトー領域Ａｐ１、Ａｐ２の大きさは各歯面１５ｂ、１６ｂの平滑部３０ａの面積に相関している。また、変移領域Ａｉ１、Ａｉ２よりも図の右側にある谷領域Ａｖ１、Ａｖ２の大きさは各歯面１５ｂ、１６ｂの凹部３１の面積に相関している。この図に示したように第３ドライブギア１５のプラトー領域Ａｐ１の漸近線と谷領域Ａｖ１の漸近線の交点の正規確率Ｒｑｐ１は、第３ドリブンギア１６のプラトー領域Ａｐ２の漸近線と谷領域Ａｖ２の漸近線の交点の正規確率Ｒｑｐ２よりも小さい。そのため、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂは、第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂに対して平滑部３０ａの面積が小さく、かつ凹部３１の面積が大きい。
【００２４】
このように第３ドライブギア１５の歯面１５ｂ及び第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂはいずれも表面がプラトー構造表面であるが、凹部３１の面積及び形状が異なっている。以降、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂのように凹部３１の深さが所定値より大きく、かつ凹部３１の面積が平滑部３０ａの面積より大きいプラトー構造表面を第１プラトー構造表面と称する。また、第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂのように凹部３１の深さが所定値より小さく、かつ凹部３１の面積が平滑部３０ａの面積より小さいプラトー構造表面を第２プラトー構造表面と称する。なお、上述したように第１プラトー構造表面及び第２プラトー構造表面のいずれにおいても突出山部高さＲｐｋは１．０μｍ未満、望ましくは０．１μｍ未満とする。このように凹部３１の面積及び形状を相違させるには、例えばショットピーニング処理で使用するショット材の粒子径等を変更すればよい。
【００２５】
変速装置１の他のギア対について説明する。第２ギア対Ｇ２及び第４ギア対Ｇ４に関しては第３ギア対Ｇ３と同様に処理が施されている。すなわち、各ドライブギア１３、１７の各歯の歯面の全体に対しては表面が第１プラトー構造表面になる処理が施され、各ドリブンギア１４、１８の各歯の歯面の全体に対しては表面が第２プラトー構造表面になる処理が施されている。そのため、第２ギア対Ｇ２〜第４ギア対Ｇ４の各ドライブギア１３、１５、１７が本発明の一方の歯車に相当し、各ドリブンギア１４、１６、１８が本発明の他方の歯車に相当する。そして、これらのギア１３〜１８の歯面の全体が本発明のプラトー部に相当する。
【００２６】
一方、第１ギア対Ｇ１に関しては第１ドライブギア１１及び第１ドリブンギア１３の各歯の歯面に対していずれも表面が第１プラトー構造表面になる処理が施されている。そして、第５ギア対Ｇ５及び第６ギア対Ｇ６に関しては各ドライブギア１９、２１及び各ドリブンギア２０、２２の各歯の歯面に対していずれも表面が第２プラトー構造表面になる処理が施されている。このように変速装置１では、１速すなわち低速段の各ギアの各歯の歯面がいずれも第１プラトー構造表面である。また、２速〜４速すなわち中速段では、ドライブギアの各歯の歯面が第１プラトー構造表面であり、ドリブンギアの各歯の歯面を第２プラトー構造表面である。そして、５速及び６速すなわち高速段の各ギアの各歯の歯面がいずれも第２プラトー構造表面である。
【００２７】
図７は、第１ドライブギア１１と第１ドリブンギア１２との間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示している。なお、この図には比較例としてこれらのギア１１、１２の歯面に対して何も処理をしていない場合の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を破線で示した。この図から明らかなように各ギア１１、１２のそれぞれの歯面を第１プラトー構造表面にすると摩擦係数が低下する。特に、（オイルの粘度×滑り速度）／面圧が小さい境界潤滑領域Ａ１において摩擦係数が大きく低下する。この境界潤滑領域Ａ１では面圧が大きいため、凹部３１内のオイルが外に排出されて歯面間に供給される。上述したように第１プラトー構造表面では凹部３１の深さが大きくかつ凹部３１の面積が大きいため、凹部３１内に溜まるオイルの量が多い。このオイルが境界潤滑領域Ａ１において歯面間に供給されるので、境界潤滑領域Ａ１における摩擦係数が低下する。一般的に１速では、中速段及び高速段と比較して入力軸２の回転数が低く、かつギア間で伝達すべきトルクが大きい。そのため、第１ギア対Ｇ１は境界潤滑領域Ａ１で動作する頻度が高い。そのため、第１ギア対Ｇ１の各ギア１１、１２の歯面を第１プラトー構造表面にすることで摩擦係数を低減できる。
【００２８】
図８は、第５ドライブギア１９と第５ドリブンギア２０との間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示している。なお、この図にも比較例としてこれらのギア１９、２０の歯面に対して何も処理をしていない場合の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を破線で示した。この図に示したように各ギア１９、２０のそれぞれの歯面を第２プラトー構造表面にすると摩擦係数が低下する。特に、（オイルの粘度×滑り速度）／面圧が大きい混合潤滑領域Ａ２において摩擦係数が大きく低下する。この混合潤滑領域Ａ２では面圧が小さいため、歯面間に油膜が形成される。上述したように第２プラトー構造表面では凹部３１の深さが小さくかつ平滑部３０ａの面積が大きいため、歯面間の油膜を適切に維持できる。そのため、混合潤滑領域Ａ２における摩擦係数が低下する。一般的に５速では、低速段及び中速段と比較して入力軸２の回転数が高く、かつギア間で伝達すべきトルクが小さい。そのため、第５ギア対Ｇ５は混合潤滑領域Ａ２で動作する頻度が高い。そのため、第５ギア対Ｇ５の各ギア１９、２０の歯面を第２プラトー構造表面にすることで摩擦係数を低減できる。第６ギア対Ｇ６も第５ギア対Ｇ５と同様であるため、第６ギア対Ｇ６も同様に摩擦係数を低減できる。
【００２９】
図９は、第３ドライブギア１５と第３ドリブンギア１６との間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示している。なお、この図にも比較例としてこれらのギア１５、１６の歯面に対して何も処理をしていない場合の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を破線で示した。この図は横軸が対数目盛で示されている。この図から明らかなように第３ギア対Ｇ３では、第３ドライブギア１５の歯面が第１プラトー構造表面であり、かつ第３ドリブンギア１６の歯面が第２プラトー構造表面であるため、境界潤滑領域Ａ１から混合潤滑領域Ａ２までの潤滑領域において摩擦係数が大きく低下する。一般的に３速は、低速段及び高速段と比較して低回転から高回転までの広い回転数域で使用される。また、ギア間で伝達すべきトルク範囲も広い。そのため、このように第３ドライブギア１５の歯面を第１プラトー構造表面とし、かつ第３ドリブンギア１６の歯面を第２プラトー構造表面にすることで、動作範囲の全体において摩擦係数を低減できる。なお、同じ中速段に含まれる第２ギア対Ｇ２及び第４ギア対Ｇ４も第３ギア対Ｇ３と同様であるため、これらのギア対Ｇ２、Ｇ４の摩擦係数も同様に低減できる。
【００３０】
以上に説明したように、本発明によれば、第２〜第４ギア対Ｇ２〜Ｇ４の摩擦係数を境界潤滑領域Ａ１から混合潤滑領域Ａ２までの潤滑領域において低減できる。そのため、これらのギア対Ｇ２〜Ｇ４の全運転状態で摩擦係数を低減できる。また、これらのギア対Ｇ２〜Ｇ４の各ギアの突出山部高さＲｐｋをいずれも１．０μｍ未満にしたので、歯面の表面性状が動作時間によって変化し難い。この場合、歯面の慣らしによる表面性状の変化が殆ど無いため、使用開始時から低い摩擦係数を維持できる。また、このように表面性状の変化を抑制できるので、第１プラトー構造表面又は第２プラトー構造表面を維持できる。さらに本発明では、使用開始時から全運転状態において歯面に油膜を形成できるので、ピッチングや疲労等の歯面の損傷が発生し難い。そのため、歯車の耐久性が向上する。
【００３１】
本発明の変速装置１では、第１ギア対Ｇ１の各ギア１１、１２の歯面を第１プラトー構造表面とした。第１ギア対Ｇ１は歯面間の潤滑状態が全運転領域で境界潤滑状態となるため、摩擦係数を低減できる。また、高速段のギア対Ｇ５、Ｇ６については、両方のギアの歯面を第２プラトー構造表面とした。これらのギア対Ｇ５、Ｇ５の歯面間の潤滑状態は全運転領域で混合潤滑状態となるため、これらの摩擦係数も低減できる。このように変速装置１では全変速段の摩擦係数を低減できるので、摩擦損失を低減できる。そのため、トルクの伝達効率を向上させることができる。
【００３２】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、第２ギア対〜第４ギア対のドライブギアの歯面を第２プラトー構造表面とし、ドリブンギアの歯面を第１プラトー構造表面としてもよい。すなわち、本発明では、これらのギア対のドライブギア及びドリブンギアのうちの一方のギアの歯面を第１プラトー構造表面とし、他方のギアの歯面を第２プラトー構造表面とすればよい。この場合においても境界潤滑領域から混合潤滑領域までの潤滑領域において摩擦係数を低減できる。
【００３３】
本発明の変速装置では、全変速段のギア対に関して一方のギアの歯面を第１プラトー構造表面とし、他方のギアの歯面を第２プラトー構造表面としてもよい。また、一部のギア対のみ各ギアの歯面をプラトー構造表面とし、残りのギア対の各ギアの歯面には表面がプラトー構造表面になる処理を施さなくてもよい。本発明が適用される変速装置の前進の変速段数は６段に限定されない。本発明は、前進５段以下の変速装置に適用してもよいし、前進７段以上の変速装置に適用してもよい。なお、低速段、中速段、及び高速段に含まれる変速段は、前進の変速段数に応じて適宜に変更される。例えば、前進８段の変速装置では、１速及び２速が低速段になり、３速〜５速が中速段になる。そして、６速〜８速が高速段になる。本発明の変速装置において、スリーブが設けられる軸は入力軸に限定されない。スリーブを全て出力軸に設けてもよい。また、一部のスリーブを入力軸に設け、残りのスリーブを出力軸に設けてもよい。
【００３４】
本発明が適用される歯車は、はす歯歯車に限定されない。例えば、平歯車、やまば歯車、及びかさ歯車等の種々の歯車に適用してよい。本発明の歯車の材料は、熱処理された鉄に限定されず、鋼又はアルミ等の種々の材料を用いてよい。また、一方の歯車と他方の歯車とで材料を相違させてもよい。なお、この場合には一方の歯車の歯の硬度と他方の歯車の歯の硬度とが同じになるように材料を選択すればよい。本発明において、歯面のうちプラトー構造表面とする範囲は歯面全体に限定されない。例えば、歯面のうち回転軸線方向の中央部分のみをプラトー構造表面としてもよい。
【００３５】
本発明の歯車は、変速装置以外に一対の歯車を使用して動力を伝達する種々の装置に適用してよい。また、本発明の歯車は、遊星歯車機構等の複数の歯車を使用する機構に適用してもよい。この場合、例えばサンギア及びリングギアの歯面をそれぞれ第１プラトー構造表面とし、プラネタリーギアの歯面を第２プラトー構造表面とすればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１ 変速装置
２ 入力軸
３ 出力軸
１３ 第２ドライブギア（一方の歯車）
１４ 第２ドリブンギア（他方の歯車）
１５ 第３ドライブギア（一方の歯車）
１５ｂ 歯面（プラトー部）
１６ 第３ドリブンギア（他方の歯車）
１６ｂ 歯面（プラトー部）
１７ 第４ドライブギア（一方の歯車）
１８ 第４ドリブンギア（他方の歯車）
３０ 凸部
３０ａ 凸部の頂部
３１ 凹部
Ｇ１ 第１ギア対（低速段のギア対）
Ｇ２ 第２ギア対（中速段のギア対）
Ｇ３ 第３ギア対（中速段のギア対）
Ｇ４ 第４ギア対（中速段のギア対）
Ｇ５ 第５ギア対（高速段のギア対）
Ｇ６ 第６ギア対（高速段のギア対）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに噛み合う一対の歯車及びその歯車を備えた変速装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
歯面に処理を施した歯車が知られている。例えば、歯面に高硬度の粒子を高速で衝突させるショットピーニング処理を施し、歯面に微小な塑性変形を生じさせてマイクロディンプルを形成した歯車が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０１２９５号公報
【特許文献２】特開平０９−３０２４５４号公報
【特許文献３】特開２００４−３４５０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の歯車では、歯面に凸部が形成される。そのため、歯車を噛み合わせた際の潤滑状態がその凸部と凸部の摩擦に支配される可能性がある。また、この場合にはディンプルに溜まっているオイルが利用されない可能性がある。そのため、特許文献１の歯車は、低摩擦係数となる作動領域が狭い可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、歯面間の摩擦係数が小さくなる作動領域を広くすることが可能な歯車、及びその歯車を備えた変速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】
【０００６】
本発明の歯車は、互いに噛み合う一対の歯車であって、各歯車の歯面には、複数の凹凸が設けられるとともに前記複数の凹凸のうちの凸部の先端が除去されて前記凸部の頂部が平らになっているプラトー構造表面になるように処理が施されたプラトー部が設けられ、前記一対の歯車のうちの一方の歯車のプラトー部のＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出谷部深さＲｖｋが前記一対の歯車のうちの他方の歯車のプラトー部の前記突出谷部深さＲｖｋより大きく、かつ前記一方の歯車のプラトー部において凹部が占める面積が前記他方の歯車のプラトー部において凹部が占める面積よりも大きい（請求項１）。
【０００７】
突出谷部深さＲｖｋはプラトー部の凹部の深さの平均値と相関している。そのため、一方の歯車のプラトー部の凹部の深さの平均値は、他方の歯車のプラトー部の凹部の深さの平均値よりも大きい。従って、一方の歯車は、他方の歯車と比較してプラトー部の凹部が深く、かつ凹部の数が多い。凹部内にはオイルが入り込むため、一方の歯車には他方の歯車よりも多くのオイルが保持される。そして、この凹部のオイルは歯面に掛かる圧力が高くなると排出され、歯面間に供給される。一般に歯面に掛かる圧力は、歯車が低回転、高トルクで回転している場合に高くなる。そのため、本発明の歯車では、このような作動領域において一方の歯車の凹部から歯面間にオイルが供給されるので、この作動領域における歯面間の摩擦係数を低減できる。
【０００８】
また、本発明の歯車では、他方の歯車のプラトー部における凹部の数は一方の歯車のプラトー部における凹部の数よりも少ない。そのため、他方の歯車のプラトー部では、凹部よりも凸部の占める面積の方が大きい。プラトー構造表面では凸部の頂部が平らであるため、他方の歯車の歯面は一方の歯車の歯面と比較して凹凸が少ない。このような歯面では、歯面に油膜を適切に形成することができるので、歯車が高回転、低トルクで回転しているときの摩擦係数を低減できる。従って、本発明の歯車では、このような作動領域においても歯面間の摩擦係数を低減できる。このように本発明の歯車によれば、低回転、高トルクで回転する作動領域から高回転、低トルクで回転する作動領域まで歯面間の摩擦係数を小さくできる。これにより摩擦損失を低減できるので、トルクの伝達効率を向上させることができる。
【０００９】
本発明の歯車の一形態において、前記一方の歯車のプラトー部及び前記他方の歯車のプラトー部は、いずれもＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出山部高さＲｐｋが１．０μｍ未満であってもよい（請求項２）。突出山部高さＲｐｋは、プラトー部の凸部のうち他の凸部よりも突出している凸部の数と関係している。この形態では、各歯車のプラトー部の突出山部高さＲｐｋを１．０μｍ未満にしたので、各歯車のプラトー部の凸部の高さを揃えることができる。これにより歯面が噛み合ったときに一方の歯面が他方の歯面によって削られることを抑制できるので、歯面の表面性状が変化し難い。この場合、歯面の慣らしによる表面性状の変化が殆ど無いため、使用開始時から低い摩擦係数を維持できる。また、表面性状の変化を抑制できるので、各プラトー部のプラトー構造表面を維持できる。
【００１０】
本発明の歯車の一形態においては、前記一方の歯車の歯の硬度と前記他方の歯車の歯の硬度とが同じであってもよい（請求項３）。この場合、一方の歯車の歯が他方の歯車の歯によって削られることを抑制できる。そのため、歯面の表面性状をさらに変化し難くできる。従って、各プラトー部のプラトー構造表面をより長く維持できる。
【００１１】
本発明の変速装置は、入力軸と、出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に介在して互いに変速比が相違する複数のギア対と、を備え、前記複数のギア対のそれぞれの一方の歯車が前記入力軸に設けられ、前記複数のギア対のそれぞれの他方の歯車が前記一方の歯車と噛み合うように前記出力軸に設けられ、前記複数のギア対のうちのいずれか１つのギア対による回転伝達を選択的に成立させることにより変速比を切り替える変速装置において、上述した歯車が、前記複数のギア対のうちの少なくともいずれか１つとして設けられている（請求項４）。
【００１２】
本発明の変速装置によれば、上述した歯車にて入力軸と出力軸との間の回転伝達を行うことができる。そのため、摩擦損失を低減できる。また、トルクの伝達効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明の変速装置の一形態において、前記複数のギア対は、中速段のギア対と、前記中速段のギア対よりも変速比が大きい低速段のギア対と、前記中速段のギア対よりも変速比が小さい高速段のギア対と、に分けられ、前記歯車が前記中速段のギア対として設けられていてもよい（請求項５）。一般的に中速段は、低速段及び高速段と比較して低回転から高回転までの広い回転数域で使用される。また、歯車間で伝達すべきトルク範囲も広い。本発明の歯車はこのような広い作動範囲において歯面間の摩擦係数を小さくできる。そのため、この形態によれば中速段のギア対の摩擦損失を中速段の全作動範囲において低減できる。
【００１４】
この形態においては、前記低速段のギア対及び前記高速段のギア対のそれぞれの歯車の歯面にも前記プラトー部が設けられ、前記低速段のギア対の各歯車の歯面には、前記突出谷部深さＲｖｋが予め設定された所定値より大きく、かつ前記プラトー部において凹部が占める面積が前記プラトー部において凸部の頂部が占める面積よりも大きくなるように前記プラトー部が設けられ、前記高速段のギア対の各歯車の歯面には、前記突出谷部深さＲｖｋが前記所定値より小さく、かつ前記プラトー部において凸部の頂部が占める面積が前記プラトー部において凹部が占める面積よりも大きくなるように前記プラトー部が設けられていてもよい（請求項６）。一般に低速段のギア対は、入力軸の回転数が低く、かつ歯車間で伝達すべきトルクが大きい場合に使用される頻度が高い。上述したように凹部が深くかつ凹部の数が多いプラトー部を有する歯車では、低回転、高トルクで回転する作動領域の歯面間の摩擦係数を低減できる。この形態では、低速段のギア対にこのような歯車を適用したので、低速段のギア対の摩擦損失を適切に低減できる。また、一般に高速段のギア対は、入力軸の回転数が高く、かつ歯車間で伝達すべきトルクが小さい場合に使用される頻度が高い。上述したように凸部の頂部が占める面積が大きいプラトー部を有する歯車では、高回転、低トルクで回転する作動領域の歯面間の摩擦係数を低減できる。この形態では、高速段のギア対にこのような歯車を適用したので、高速段のギア対の摩擦損失を適切に低減できる。このようにこの形態では、低速段及び高速段のギア対の摩擦損失も低減できるので、変速装置の全変速段の摩擦損失をそれぞれ低減できる。そのため、変速装置のトルクの伝達効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明したように、本発明によれば、低回転、高トルクで回転する作動領域から高回転、低トルクで回転する作動領域まで広い作動領域で歯面間の摩擦係数を小さくできる。これにより摩擦損失を低減できるので、トルクの伝達効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一形態に係る歯車が組み込まれた変速装置を概略的に示す図。
【図２】第３ギア対を拡大して示す図。
【図３】第３ドライブギアの歯面を拡大して示す図。
【図４】第３ドリブンギアの歯面を拡大して示す図。
【図５】第３ドライブギアの歯面及び第３ドリブンギアの歯面のそれぞれの粗さ曲線の負荷曲線を示す図。
【図６】第３ドライブギアの歯面及び第３ドリブンギアの歯面のそれぞれの負荷曲線を正規確率紙上に示した図。
【図７】第１ドライブギアと第１ドリブンギアとの間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示す図。
【図８】第５ドライブギアと第５ドリブンギアとの間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示す図。
【図９】第３ドライブギアと第３ドリブンギアとの間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本発明の一形態に係る歯車が組み込まれた変速装置を概略的に示している。変速装置１は、車両に搭載され、内燃機関等の走行用動力源の回転を変速して駆動輪に伝達する周知の装置である。変速装置１は、前進６段の変速段を持っている。
【００１８】
変速装置１は、入力軸２と、出力軸３とを備えている。入力軸２と出力軸３とは互いに平行になるように配置されている。入力軸２と出力軸３との間には、第１〜第６ギア対Ｇ１〜Ｇ６が設けられている。第１ギア対Ｇ１は互いに噛み合う第１ドライブギア１１及び第１ドリブンギア１２にて構成され、第２ギア対Ｇ２は互いに噛み合う第２ドライブギア１３及び第２ドリブンギア１４にて構成されている。第３ギア対Ｇ３は互いに噛み合う第３ドライブギア１５及び第３ドリブンギア１６にて構成され、第４ギア対Ｇ４は互いに噛み合う第４ドライブギア１７及び第４ドリブンギア１８にて構成されている。第５ギア対Ｇ５は互いに噛み合う第５ドライブギア１９及び第５ドリブンギア２０にて構成され、第６ギア対Ｇ６は互いに噛み合う第６ドライブギア２１及び第６ドリブンギア２２にて構成されている。第１〜第６ギア対Ｇ１〜Ｇ６は、ドライブギアとドリブンギアとが常時噛み合うように設けられている。
【００１９】
各ギア対Ｇ１〜Ｇ６には互いに異なる変速比が設定されている。変速比は、第１ギア対Ｇ１、第２ギア対Ｇ２、第３ギア対Ｇ３、第４ギア対Ｇ４、第５ギア対Ｇ５、第６ギア対Ｇ６の順に小さくなるように設定されている。そのため、第１ギア対Ｇ１が１速のギア対であり、第２ギア対Ｇ２が２速のギア対である。また、第３ギア対Ｇ３が３速のギア対であり、第４ギア対Ｇ４が４速のギア対である。そして、第５ギア対Ｇ５が５速のギア対であり、第６ギア対Ｇ６が６速のギア対である。第１〜第６ドライブギア１１、１３、１５、１７、１９、２１は、入力軸２に対して相対回転可能なように入力軸２に支持されている。一方、第１〜第６ドリブンギア１２、１４、１６、１８、２０、２２は、出力軸３と一体に回転するように出力軸３に固定されている。なお、図示は省略したが変速装置１には、入力軸２と出力軸３とを同じ方向に回転させるための後進ギア列も設けられている。
【００２０】
入力軸２には第１〜第３スリーブ２３〜２５が設けられている。第１〜第３スリーブ２３〜２５は、入力軸２と一体に回転し、かつ回転軸線方向に移動可能なように入力軸２に支持されている。この図に示したように第１スリーブ２３は、第１ドライブギア１１と第２ドライブギア１３との間に配置されている。第１スリーブ２３は、入力軸２と第１ドライブギア１１とを接続する１速位置と、入力軸２と第２ドライブギア１３とを接続する２速位置と、入力軸２を第１ドライブギア１１及び第２ドライブギア１３の両方から切り離す解放位置とに切り替え可能に設けられている。第２スリーブ２４は、第３ドライブギア１５と第４ドライブギア１７との間に設けられている。第２スリーブ２４は、入力軸２と第３ドライブギア１５とを接続する３速位置と、入力軸２と第４ドライブギア１７とを接続する４速位置と、入力軸２を第３ドライブギア１５及び第４ドライブギア１７の両方から切り離す解放位置とに切り替え可能に設けられている。第３スリーブ２５は、第５ドライブギア１９と第６ドライブギア２１との間に設けられている。第３スリーブ２５は、入力軸２と第５ドライブギア１９とを接続する５速位置と、入力軸２と第６ドライブギア２１とを接続する６速位置と、入力軸２を第５ドライブギア１９及び第６ドライブギア２１の両方から切り離す解放位置とに切り替え可能に設けられている。これらスリーブ２３〜２５は、入力軸２が第１〜第６ドライブギア１１、１３、１５、１７、１９、２１のうちのいずれか１つと選択的に接続されるように操作される。これにより第１ギア対Ｇ１〜第６ギア対Ｇ６のうちのいずれか１つのギア対による回転伝達を選択的に成立させて変速比を切り替える。
【００２１】
図２は、第３ギア対Ｇ３を拡大して示している。この図に示すように第３ドライブギア１５及び第３ドリブンギア１６は、いずれもはす歯歯車である。これらのギア１５、１６は、いずれも熱処理された鉄製である。これによりこれらのギア１５、１６の歯の硬度を同じにしている。なお、他のギア対もこの第３ギア対Ｇ３と同様にドライブギア及びドリブンギアは熱処理された鉄製のはす歯歯車である。第３ドライブギア１５の各歯１５ａの歯面１５ｂには、表面がプラトー構造表面になるように処理が施されている。この処理は、歯面１５ｂの全体に施されている。図３は歯面１５ｂの一部を拡大して示している。この図に示すように歯面１５ｂには複数の凹凸が設けられている。そして、これら凹凸のうちの凸部３０の頂部３０ａが同じ高さになるように各凸部３０の先端が除去されている。これにより歯面１５ｂでは凸部３０の頂部３０ａが平らになる。以降、この凸部３０の頂部３０ａを平滑部と称することがある。プラトー構造表面とは、このように複数の凹凸が設けられ、かつそれら凹凸のうちの凸部３０の先端が除去されている表面のことである。このようなプラトー構造表面の加工は、例えばショットピーニング処理、レーザー加工処理、又はエッチング処理等の周知の処理方法で行えばよい。図４に示すように第３ドリブンギア１６の各歯１６ａの歯面１６ｂにも同様に表面がプラトー構造表面になるように処理が施されている。第３ドリブンギア１６も同様に歯面１６ｂの全体に処理が施されている。
【００２２】
図５は、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂ及び第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂのそれぞれの粗さ曲線の負荷曲線を示している。なお、粗さ曲線はＪＩＳ Ｂ ０６７１−１（ＩＳＯ １３５６５−１）で定義される曲線であり、負荷曲線はＪＩＳ Ｂ ０６７１−２（ＩＳＯ １３５６５−２）に記載されている曲線である。なお、粗さ曲線は、周知の触針式又はレーザープローブ式の測定機で測定した測定結果に基づいて作成すればよい。この図において実線Ｌ１が第３ドライブギア１５の歯面１５ｂの負荷曲線を示し、実線Ｌ２が第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂの負荷曲線を示している。この図から明らかなように第３ドライブギア１５の歯面１５ｂには、第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂよりも大きな凹凸が設けられている。そのため、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂの凹部３１の深さの平均値Ｄ１（図３参照）は、第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂの凹部３１の深さの平均値Ｄ２（図４参照）よりも大きい。また、ＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出谷部深さＲｖｋを比較すると、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂの突出谷部深さＲｖｋは第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂの突出谷部深さＲｖｋよりも大きい。ＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出山部高さＲｐｋに関しては、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂ及び第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂのいずれの突出山部高さＲｐｋも１．０μｍ未満である。なお、各歯面１５ｂ、１６ｂの突出山部高さＲｐｋは、０．１μｍ未満が望ましい。
【００２３】
図６は、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂ及び第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂのそれぞれの負荷曲線をＪＩＳ Ｂ ０６７１−３（ＩＳＯ１３５６５−３）に基づいて正規確率紙上に示したものである。なお、この図では、実線Ｌ３が第３ドライブギア１５の歯面１５ｂの負荷曲線を示し、実線Ｌ４が第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂの負荷曲線を示している。この図に示したように各負荷曲線Ｌ３、Ｌ４は途中の変移領域Ａｉ１、Ａｉ２で傾きが変化している。この図に示した各負荷曲線Ｌ３、Ｌ４において変移領域Ａｉ１、Ａｉ２よりも図の左側にあるプラトー領域Ａｐ１、Ａｐ２の大きさは各歯面１５ｂ、１６ｂの平滑部３０ａの面積に相関している。また、変移領域Ａｉ１、Ａｉ２よりも図の右側にある谷領域Ａｖ１、Ａｖ２の大きさは各歯面１５ｂ、１６ｂの凹部３１の面積に相関している。この図に示したように第３ドライブギア１５のプラトー領域Ａｐ１の漸近線と谷領域Ａｖ１の漸近線の交点の正規確率Ｒｑｐ１は、第３ドリブンギア１６のプラトー領域Ａｐ２の漸近線と谷領域Ａｖ２の漸近線の交点の正規確率Ｒｑｐ２よりも小さい。そのため、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂは、第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂに対して平滑部３０ａの面積が小さく、かつ凹部３１の面積が大きい。
【００２４】
このように第３ドライブギア１５の歯面１５ｂ及び第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂはいずれも表面がプラトー構造表面であるが、凹部３１の面積及び形状が異なっている。以降、第３ドライブギア１５の歯面１５ｂのように凹部３１の深さが所定値より大きく、かつ凹部３１の面積が平滑部３０ａの面積より大きいプラトー構造表面を第１プラトー構造表面と称する。また、第３ドリブンギア１６の歯面１６ｂのように凹部３１の深さが所定値より小さく、かつ凹部３１の面積が平滑部３０ａの面積より小さいプラトー構造表面を第２プラトー構造表面と称する。なお、上述したように第１プラトー構造表面及び第２プラトー構造表面のいずれにおいても突出山部高さＲｐｋは１．０μｍ未満、望ましくは０．１μｍ未満とする。このように凹部３１の面積及び形状を相違させるには、例えばショットピーニング処理で使用するショット材の粒子径等を変更すればよい。
【００２５】
変速装置１の他のギア対について説明する。第２ギア対Ｇ２及び第４ギア対Ｇ４に関しては第３ギア対Ｇ３と同様に処理が施されている。すなわち、各ドライブギア１３、１７の各歯の歯面の全体に対しては表面が第１プラトー構造表面になる処理が施され、各ドリブンギア１４、１８の各歯の歯面の全体に対しては表面が第２プラトー構造表面になる処理が施されている。そのため、第２ギア対Ｇ２〜第４ギア対Ｇ４の各ドライブギア１３、１５、１７が本発明の一方の歯車に相当し、各ドリブンギア１４、１６、１８が本発明の他方の歯車に相当する。そして、これらのギア１３〜１８の歯面の全体が本発明のプラトー部に相当する。
【００２６】
一方、第１ギア対Ｇ１に関しては第１ドライブギア１１及び第１ドリブンギア１３の各歯の歯面に対していずれも表面が第１プラトー構造表面になる処理が施されている。そして、第５ギア対Ｇ５及び第６ギア対Ｇ６に関しては各ドライブギア１９、２１及び各ドリブンギア２０、２２の各歯の歯面に対していずれも表面が第２プラトー構造表面になる処理が施されている。このように変速装置１では、１速すなわち低速段の各ギアの各歯の歯面がいずれも第１プラトー構造表面である。また、２速〜４速すなわち中速段では、ドライブギアの各歯の歯面が第１プラトー構造表面であり、ドリブンギアの各歯の歯面を第２プラトー構造表面である。そして、５速及び６速すなわち高速段の各ギアの各歯の歯面がいずれも第２プラトー構造表面である。
【００２７】
図７は、第１ドライブギア１１と第１ドリブンギア１２との間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示している。なお、この図には比較例としてこれらのギア１１、１２の歯面に対して何も処理をしていない場合の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を破線で示した。この図から明らかなように各ギア１１、１２のそれぞれの歯面を第１プラトー構造表面にすると摩擦係数が低下する。特に、（オイルの粘度×滑り速度）／面圧が小さい境界潤滑領域Ａ１において摩擦係数が大きく低下する。この境界潤滑領域Ａ１では面圧が大きいため、凹部３１内のオイルが外に排出されて歯面間に供給される。上述したように第１プラトー構造表面では凹部３１の深さが大きくかつ凹部３１の面積が大きいため、凹部３１内に溜まるオイルの量が多い。このオイルが境界潤滑領域Ａ１において歯面間に供給されるので、境界潤滑領域Ａ１における摩擦係数が低下する。一般的に１速では、中速段及び高速段と比較して入力軸２の回転数が低く、かつギア間で伝達すべきトルクが大きい。そのため、第１ギア対Ｇ１は境界潤滑領域Ａ１で動作する頻度が高い。そのため、第１ギア対Ｇ１の各ギア１１、１２の歯面を第１プラトー構造表面にすることで摩擦係数を低減できる。
【００２８】
図８は、第５ドライブギア１９と第５ドリブンギア２０との間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示している。なお、この図にも比較例としてこれらのギア１９、２０の歯面に対して何も処理をしていない場合の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を破線で示した。この図に示したように各ギア１９、２０のそれぞれの歯面を第２プラトー構造表面にすると摩擦係数が低下する。特に、（オイルの粘度×滑り速度）／面圧が大きい混合潤滑領域Ａ２において摩擦係数が大きく低下する。この混合潤滑領域Ａ２では面圧が小さいため、歯面間に油膜が形成される。上述したように第２プラトー構造表面では凹部３１の深さが小さくかつ平滑部３０ａの面積が大きいため、歯面間の油膜を適切に維持できる。そのため、混合潤滑領域Ａ２における摩擦係数が低下する。一般的に５速では、低速段及び中速段と比較して入力軸２の回転数が高く、かつギア間で伝達すべきトルクが小さい。そのため、第５ギア対Ｇ５は混合潤滑領域Ａ２で動作する頻度が高い。そのため、第５ギア対Ｇ５の各ギア１９、２０の歯面を第２プラトー構造表面にすることで摩擦係数を低減できる。第６ギア対Ｇ６も第５ギア対Ｇ５と同様であるため、第６ギア対Ｇ６も同様に摩擦係数を低減できる。
【００２９】
図９は、第３ドライブギア１５と第３ドリブンギア１６との間の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を示している。なお、この図にも比較例としてこれらのギア１５、１６の歯面に対して何も処理をしていない場合の（オイルの粘度×滑り速度）／面圧と摩擦係数との関係を破線で示した。この図は横軸が対数目盛で示されている。この図から明らかなように第３ギア対Ｇ３では、第３ドライブギア１５の歯面が第１プラトー構造表面であり、かつ第３ドリブンギア１６の歯面が第２プラトー構造表面であるため、境界潤滑領域Ａ１から混合潤滑領域Ａ２までの潤滑領域において摩擦係数が大きく低下する。一般的に３速は、低速段及び高速段と比較して低回転から高回転までの広い回転数域で使用される。また、ギア間で伝達すべきトルク範囲も広い。そのため、このように第３ドライブギア１５の歯面を第１プラトー構造表面とし、かつ第３ドリブンギア１６の歯面を第２プラトー構造表面にすることで、動作範囲の全体において摩擦係数を低減できる。なお、同じ中速段に含まれる第２ギア対Ｇ２及び第４ギア対Ｇ４も第３ギア対Ｇ３と同様であるため、これらのギア対Ｇ２、Ｇ４の摩擦係数も同様に低減できる。
【００３０】
以上に説明したように、本発明によれば、第２〜第４ギア対Ｇ２〜Ｇ４の摩擦係数を境界潤滑領域Ａ１から混合潤滑領域Ａ２までの潤滑領域において低減できる。そのため、これらのギア対Ｇ２〜Ｇ４の全運転状態で摩擦係数を低減できる。また、これらのギア対Ｇ２〜Ｇ４の各ギアの突出山部高さＲｐｋをいずれも１．０μｍ未満にしたので、歯面の表面性状が動作時間によって変化し難い。この場合、歯面の慣らしによる表面性状の変化が殆ど無いため、使用開始時から低い摩擦係数を維持できる。また、このように表面性状の変化を抑制できるので、第１プラトー構造表面又は第２プラトー構造表面を維持できる。さらに本発明では、使用開始時から全運転状態において歯面に油膜を形成できるので、ピッチングや疲労等の歯面の損傷が発生し難い。そのため、歯車の耐久性が向上する。
【００３１】
本発明の変速装置１では、第１ギア対Ｇ１の各ギア１１、１２の歯面を第１プラトー構造表面とした。第１ギア対Ｇ１は歯面間の潤滑状態が全運転領域で境界潤滑状態となるため、摩擦係数を低減できる。また、高速段のギア対Ｇ５、Ｇ６については、両方のギアの歯面を第２プラトー構造表面とした。これらのギア対Ｇ５、Ｇ５の歯面間の潤滑状態は全運転領域で混合潤滑状態となるため、これらの摩擦係数も低減できる。このように変速装置１では全変速段の摩擦係数を低減できるので、摩擦損失を低減できる。そのため、トルクの伝達効率を向上させることができる。
【００３２】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、第２ギア対〜第４ギア対のドライブギアの歯面を第２プラトー構造表面とし、ドリブンギアの歯面を第１プラトー構造表面としてもよい。すなわち、本発明では、これらのギア対のドライブギア及びドリブンギアのうちの一方のギアの歯面を第１プラトー構造表面とし、他方のギアの歯面を第２プラトー構造表面とすればよい。この場合においても境界潤滑領域から混合潤滑領域までの潤滑領域において摩擦係数を低減できる。
【００３３】
本発明の変速装置では、全変速段のギア対に関して一方のギアの歯面を第１プラトー構造表面とし、他方のギアの歯面を第２プラトー構造表面としてもよい。また、一部のギア対のみ各ギアの歯面をプラトー構造表面とし、残りのギア対の各ギアの歯面には表面がプラトー構造表面になる処理を施さなくてもよい。本発明が適用される変速装置の前進の変速段数は６段に限定されない。本発明は、前進５段以下の変速装置に適用してもよいし、前進７段以上の変速装置に適用してもよい。なお、低速段、中速段、及び高速段に含まれる変速段は、前進の変速段数に応じて適宜に変更される。例えば、前進８段の変速装置では、１速及び２速が低速段になり、３速〜５速が中速段になる。そして、６速〜８速が高速段になる。本発明の変速装置において、スリーブが設けられる軸は入力軸に限定されない。スリーブを全て出力軸に設けてもよい。また、一部のスリーブを入力軸に設け、残りのスリーブを出力軸に設けてもよい。
【００３４】
本発明が適用される歯車は、はす歯歯車に限定されない。例えば、平歯車、やまば歯車、及びかさ歯車等の種々の歯車に適用してよい。本発明の歯車の材料は、熱処理された鉄に限定されず、鋼又はアルミ等の種々の材料を用いてよい。また、一方の歯車と他方の歯車とで材料を相違させてもよい。なお、この場合には一方の歯車の歯の硬度と他方の歯車の歯の硬度とが同じになるように材料を選択すればよい。本発明において、歯面のうちプラトー構造表面とする範囲は歯面全体に限定されない。例えば、歯面のうち回転軸線方向の中央部分のみをプラトー構造表面としてもよい。
【００３５】
本発明の歯車は、変速装置以外に一対の歯車を使用して動力を伝達する種々の装置に適用してよい。また、本発明の歯車は、遊星歯車機構等の複数の歯車を使用する機構に適用してもよい。この場合、例えばサンギア及びリングギアの歯面をそれぞれ第１プラトー構造表面とし、プラネタリーギアの歯面を第２プラトー構造表面とすればよい。
【符号の説明】
【００３６】
１ 変速装置
２ 入力軸
３ 出力軸
１３ 第２ドライブギア（一方の歯車）
１４ 第２ドリブンギア（他方の歯車）
１５ 第３ドライブギア（一方の歯車）
１５ｂ 歯面（プラトー部）
１６ 第３ドリブンギア（他方の歯車）
１６ｂ 歯面（プラトー部）
１７ 第４ドライブギア（一方の歯車）
１８ 第４ドリブンギア（他方の歯車）
３０ 凸部
３０ａ 凸部の頂部
３１ 凹部
Ｇ１ 第１ギア対（低速段のギア対）
Ｇ２ 第２ギア対（中速段のギア対）
Ｇ３ 第３ギア対（中速段のギア対）
Ｇ４ 第４ギア対（中速段のギア対）
Ｇ５ 第５ギア対（高速段のギア対）
Ｇ６ 第６ギア対（高速段のギア対）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに噛み合う一対の歯車であって、
各歯車の歯面には、複数の凹凸が設けられるとともに前記複数の凹凸のうちの凸部の先端が除去されて前記凸部の頂部が平らになっているプラトー構造表面になるように処理が施されたプラトー部が設けられ、
前記一対の歯車のうちの一方の歯車のプラトー部のＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出谷部深さＲｖｋが前記一対の歯車のうちの他方の歯車のプラトー部の前記突出谷部深さＲｖｋより大きく、かつ前記一方の歯車のプラトー部において凹部が占める面積が前記他方の歯車のプラトー部において凹部が占める面積よりも大きい歯車。
【請求項２】
前記一方の歯車のプラトー部及び前記他方の歯車のプラトー部は、いずれもＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出山部高さＲｐｋが１．０μｍ未満である請求項１に記載の歯車。
【請求項３】
前記一方の歯車の歯の硬度と前記他方の歯車の歯の硬度とが同じである請求項１又は２に記載の歯車。
【請求項４】
入力軸と、出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に介在して互いに変速比が相違する複数のギア対と、を備え、
前記複数のギア対のそれぞれの一方の歯車が前記入力軸に設けられ、前記複数のギア対のそれぞれの他方の歯車が前記一方の歯車と噛み合うように前記出力軸に設けられ、
前記複数のギア対のうちのいずれか１つのギア対による回転伝達を選択的に成立させることにより変速比を切り替える変速装置において、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯車が、前記複数のギア対のうちの少なくともいずれか１つとして設けられている変速装置。
【請求項５】
前記複数のギア対は、中速段のギア対と、前記中速段のギア対よりも変速比が大きい低速段のギア対と、前記中速段のギア対よりも変速比が小さい高速段のギア対と、に分けられ、
前記歯車が前記中速段のギア対として設けられている請求項４に記載の変速装置。
【請求項６】
前記低速段のギア対及び前記高速段のギア対のそれぞれの歯車の歯面にも前記プラトー部が設けられ、
前記低速段のギア対の各歯車の歯面には、前記突出谷部深さＲｖｋが予め設定された所定値より大きく、かつ前記プラトー部において凹部が占める面積が前記プラトー部において凸部の頂部が占める面積よりも大きくなるように前記プラトー部が設けられ、
前記高速段のギア対の各歯車の歯面には、前記突出谷部深さＲｖｋが前記所定値より小さく、かつ前記プラトー部において凸部の頂部が占める面積が前記プラトー部において凹部が占める面積よりも大きくなるように前記プラトー部が設けられている請求項５に記載の変速装置。
【請求項１】
互いに噛み合う一対の歯車であって、
各歯車の歯面には、複数の凹凸が設けられるとともに前記複数の凹凸のうちの凸部の先端が除去されて前記凸部の頂部が平らになっているプラトー構造表面になるように処理が施されたプラトー部が設けられ、
前記一対の歯車のうちの一方の歯車のプラトー部のＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出谷部深さＲｖｋが前記一対の歯車のうちの他方の歯車のプラトー部の前記突出谷部深さＲｖｋより大きく、かつ前記一方の歯車のプラトー部において凹部が占める面積が前記他方の歯車のプラトー部において凹部が占める面積よりも大きい歯車。
【請求項２】
前記一方の歯車のプラトー部及び前記他方の歯車のプラトー部は、いずれもＪＩＳ Ｂ ０６７１−２で定義される突出山部高さＲｐｋが１．０μｍ未満である請求項１に記載の歯車。
【請求項３】
前記一方の歯車の歯の硬度と前記他方の歯車の歯の硬度とが同じである請求項１又は２に記載の歯車。
【請求項４】
入力軸と、出力軸と、前記入力軸と前記出力軸との間に介在して互いに変速比が相違する複数のギア対と、を備え、
前記複数のギア対のそれぞれの一方の歯車が前記入力軸に設けられ、前記複数のギア対のそれぞれの他方の歯車が前記一方の歯車と噛み合うように前記出力軸に設けられ、
前記複数のギア対のうちのいずれか１つのギア対による回転伝達を選択的に成立させることにより変速比を切り替える変速装置において、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯車が、前記複数のギア対のうちの少なくともいずれか１つとして設けられている変速装置。
【請求項５】
前記複数のギア対は、中速段のギア対と、前記中速段のギア対よりも変速比が大きい低速段のギア対と、前記中速段のギア対よりも変速比が小さい高速段のギア対と、に分けられ、
前記歯車が前記中速段のギア対として設けられている請求項４に記載の変速装置。
【請求項６】
前記低速段のギア対及び前記高速段のギア対のそれぞれの歯車の歯面にも前記プラトー部が設けられ、
前記低速段のギア対の各歯車の歯面には、前記突出谷部深さＲｖｋが予め設定された所定値より大きく、かつ前記プラトー部において凹部が占める面積が前記プラトー部において凸部の頂部が占める面積よりも大きくなるように前記プラトー部が設けられ、
前記高速段のギア対の各歯車の歯面には、前記突出谷部深さＲｖｋが前記所定値より小さく、かつ前記プラトー部において凸部の頂部が占める面積が前記プラトー部において凹部が占める面積よりも大きくなるように前記プラトー部が設けられている請求項５に記載の変速装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８３３２２（Ｐ２０１３−８３３２２Ａ）
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２４１９８（Ｐ２０１１−２２４１９８）
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月９日（２０１３．５．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１１日（２０１１．１０．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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