JP2006504565A - 水陸両用車両のホイール動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
入力軸と出力軸との間の一定角度範囲に亘って出力軸に実質的に一定の回転速度を出力する動力伝達装置を備えた水陸両用車両を提供することにある。
【解決手段】
リトラクタブルサスペンションシステムを備えた水陸両用車両（１０）。被駆動ホイールへの動力伝達装置は、外側すなわち駆動軸（５）のホイール側端部のプランジングＣＶジョイント（７）と、内側すなわち駆動軸の差動装置側端部の固定型ＣＶジョイント（３Ａ）とを有している。固定型ジョイントは、大きい地上高を可能にする下降位置から、通常の陸上使用位置を通って、車両の水線より上方の引っ込みホイール位置へのホイール移動を可能にする。少なくとも１つの内側ＣＶジョイントには駆動軸デカップラ（２０）を組込むことができ、該デカップラにはシンクロメッシュ機構を組込むことができる。車両は縦置きまたはミッドシップ横置き原動機を搭載した滑走車両として構成でき、原動機は内燃機関でも燃料電池駆動型電気モータでもよい。

Description

本発明は、水陸両用車両に関する。

例えば下記特許文献１から、水陸両用車両が水上で駆動されるときに、陸用ホイールが水面より高く持上げられるように伸縮自在なサスペンションを有する水陸両用車両は知られている。これにより流体力学的抵抗が低減され、速度を増大できる。従って、水陸両用車両は、排水モードではなく滑走モードで走行した方が高い水上速度が得られ（すなわち、排水モードの５ノットに比べて滑走モードでは１５ノット）、これは、水陸両用車両のマーケッティングにおいて有効な長所である。しかしながら、後述のように、動力伝達装置は、リトラクタブル（retractable）（引っ込み可能）サスペンションとの相容性をもたなくてはならない。本願明細書の全体に亘って使用される用語「ＣＶジョイント」とは、等速ジョイント（constant velocity joint）、すなわち、入力軸と出力軸との間の一定角度範囲に亘って出力軸に実質的に一定の回転速度を出力する車両用動力伝達装置に使用される特定形態のユニバーサルジョイントを意味する。
米国特許第５，５３１，１７９号明細書（Roycroft） 国際特許公開ＷＯ ０２／１４０９２号明細書 英国特許出願ＧＢ０２２５４９３．６号明細書

本発明による水陸両用車両は、ボディと、該ボディに取付けられておりかつ陸上モードでの下方の路面係合位置から海上モードでの上方流線型位置へと移動（またはこれとは逆方向に移動）できるように配置されたリトラクタブル（retractable）陸用ホイールとを有し、該ホイールの少なくとも１つが車両の原動機に連結できるホイール駆動軸により駆動可能であり、該駆動可能ホイール（単一または複数）は駆動軸を備えたホイール動力伝達装置を備え、前記駆動軸が内側および外側の等速ジョイントを備えている構成の水陸両用車両であって、内側ジョイントが固定型すなわち非プランジング型（non-plunging type）ジョイントであり、外側等速ジョイントがプランジングジョイントであることを特徴とする。

好ましくは、少なくとも２つのホイールが、車両の原動機に連結できるホイール駆動軸により駆動可能であり、該駆動可能ホイールがホイール動力伝達装置を有し、各ホイール動力伝達装置が駆動軸を備え、各駆動軸が内側および外側の等速ジョイントを有する構成の水陸両用車両であって、各内側ジョイントが固定型すなわち非プランジング型ジョイントであり、各外側等速ジョイントがプランジングジョイントであることを特徴とする。

少なくとも１つの内側等速ジョイントにはデカップラを組込むことができ、該デカップラにはシンクロメッシュ機構を設けることができる。

車両は、横置きミッドシップ原動機が搭載された滑走車両として構成でき、或いは縦置き原動機を搭載することもできる。

以下、添付図面を参照して、本発明およびその技術的背景を説明する。

リトラクタブル（retractable）サスペンションの開発に際し、多くの技術的問題を解決しなければならない。より詳しくは、水陸両用車両の被駆動ホイール用駆動軸は、陸上車両において一般的な角度よりもかなり大きい角度に亘って、サスペンション運動平面内で回転される。図１は、前方を向いた陸上車両に沿う方向から見た、被駆動ホイールへの陸上車両の動力伝達装置を示す概略図である。符号１は差動装置を示し、符号９は陸用ホイールを示す。駆動軸５上の内側ジョイント（一般的には、ＣＶ（等速）ジョイント）が符号３で示され、外側ＣＶジョイントが符号７で示されている。図１から理解されようが、バンプ（衝撃）およびリバウンド（反発）を行う全水平関節運動角度α_Ｒ（内側ジョイント３が関節運動すべき角度）は、一般的な陸上車両のサスペンションの場合には約５０°である。ホイール９は路面に対して実質的に垂直に維持されなくてはならないので、外側ジョイント７も同じ角度だけ関節運動しなければならないが、この関節運動は、完全バンプ移動した状態の図２に示すように、内側ジョイントの位相とは異なる。

しかしながら、ホイール９が操舵輪である場合には、外側ジョイントは他の仕事もしなければならない。図３は、既知のホイール動力伝達装置を示す概略平面図である。図示のように、操舵輪は、完全右方ステアリングロック位置９_Ｒから完全左方ステアリングロック位置９_Ｌに至る角度に亘って回転する。従って、垂直回転範囲βは、９０°までの角度である。水平回転角度α_Ｒと垂直回転角度βとが組合されると、外側ＣＶジョイント７の関節運動の全合成角度は、約１２０°になるであろう。これは、ＣＶジョイントの全移動範囲（例えば完全バンプ／右方ステアリングロックから完全リバウンド／左方ステアリングロックまでの移動範囲）であるといえる。

左右のホイール間に一定トラック寸法を維持するには、ホイール駆動軸の有効長さは、ホイールが上下移動するにつれて変化しなければならない。これは、前輪駆動／前輪操舵機構を備えた一般的な陸上車両では、内側ＣＶジョイントとしてプランジ型ジョイント（plunge type joint）を使用し、外側ＣＶジョイントとして固定ジョイントを使用することにより達成されている。プランジジョイントは、一定の駆動軸角度範囲内で作動できるに過ぎない。なぜならば、これらの角度（α_Ｃ、図４参照）が過大になると駆動軸が外側スリーブに当ってしまうからである。固定型ジョイントは大きい角度範囲に亘って作動でき、従ってステアリング並びにサスペンションの移動に適応させるべく外側ジョイントとして使用されている。プランジジョイントが内側ジョイントとして使用されている他の理由がある。プランジジョイントは固定型ジョイントより嵩張るため、他の多くの部品とスペースを競合するホイールハブに隣接するよりも、差動装置に隣接してパッケージする方が容易だからである。また、ホイールハブに装着した場合には、好ましくないばね下重量が付加されることもその理由である。

図５は、水陸両用車両用の既知のリトラクタブル（retractable）サスペンションを示す概略図である。ホイール９はリトラクタブル（retractable）（引込み可能）であるので、通常の完全バンプ位置より遥かに高く持上げられ、静的「真直軸」位置より下の移動範囲は通常の陸上車両に比べて増大し、水中に入るときおよび水中から出るときの地上高を大きくできる。従って、全関節運動角度α_Ｍは、１２０°もの角度にできる。この範囲は、引込められたときにホイールが垂直を維持しなければならないとするならば、かなり大きいものとなるであろう。しかしながら、図面から理解されようが、ホイール９は、引込められたときに駆動軸５に対して垂直となり、車両の水面より上方に位置することを確保する。

明瞭に理解されようが、陸用ホイールサスペンションの標準プランジング内側ＣＶジョイント（standard plunging inner CV joint）は、全角度α_Ｒ（図１）に亘って関節運動できるに過ぎないため、リトラクタブル（retractable）サスペンションに必要な移動範囲は得られない。従って、この標準プランジング内側ＣＶジョイントは、この位置では、リトラクタブル（retractable）サスペンションを備えた水陸両用車両に使用することはできない。またプランジングジョイントは、駆動軸の外端部で操舵輪に使用することもできない。なぜならば、その作動角度範囲では充分なステアリングロック並びにサスペンション移動ができないからである。このため、リトラクタブル（retractable）サスペンションを備えたフロントエンジン／前輪駆動型水陸両用車両の駆動軸の両端部にプランジングＣＶジョイントを使用するにはかなりの困難性がある。

前述のように、水陸両用車両が滑走できることは好ましいことである。このためには、船が水中に「沈下（sit back）」できるように、車両の後方にエンジンを取付けるのが好ましい。従って、水陸両用車両は後輪駆動型とし、この場合後輪は多分操舵されないであろう。このため、各駆動軸上の各ＣＶジョイントの作動角度範囲は、陸上車両の前輪駆動の場合の慣例と比べて逆になる。

水陸両用車両の駆動軸の内端部に固定型ＣＶジョイントが使用される場合には、図１および図２に示す従来技術の陸上車両のサスペンションよりも大きい、駆動軸の水平関節運動ができるであろう。しかしながら、駆動軸の内端部に操舵作用が全く生じないので、固定型ジョイントは、その関節運動限度を超えては移動しないであろう。本出願人に係る係属中の上記特許文献２の図３には、滑走する水陸両用車両の動力伝達装置のレイアウトが開示されている。この特許文献２には、ミッドシップエンジンの後輪駆動型水陸両用車両の内側ＣＶジョイントが開示されており、該内側ＣＶジョイントはデカップラと組合されて、車両が水上で駆動されるときに陸用ホイールを係合離脱させることができる。円滑な作動を確保するため、デカップラは強固に取付けられなくてはならないので、デカップラは、少なくとも１つのホイール駆動軸の内側駆動軸ジョイントに使用すべきである。

開示されたＣＶジョイントはまた、前記デカップラの円滑な係合および係合離脱を行わせるシンクロメッシュユニットを有している。上記特許文献２の図２から理解されようが、これらのジョイントは固定型ＣＶジョイントである。このレイアウトは整然としたものであるが、通常の陸上使用時および水上での滑走ができるようにホイールが引込められた場合の両方において、サスペンションが上下移動するときの駆動軸の長さの変化を如何に適応させるかの問題を解決してはいない。駆動軸を２つのピースに分割し、軸長の変化ができるようにスプライン継手を設け、各軸の両端部に固定型ＣＶジョイントを使用することができる。このような技術は、特別なスポーツ仕様車両において現在使用されており、従って、特許請求の範囲に記載の本発明のいかなる部分をも構成するものではない。簡単で、安価でかつ嵩張らない解決法は、駆動軸の外端部にプランジング外側ＣＶジョイントを使用することである。水陸両用車両での引込められたホイールは路面に対して垂直に維持する必要がなく、かつ後車軸には操舵機構が全く存在しないので、陸用ホイールの動力伝達装置の内側ＣＶジョイントにとって充分な関節運動の範囲は、リトラクタブル（retractable）サスペンションを備えた水陸両用車両の非操舵車軸の外側ＣＶジョイントにとっても充分なものである。

プランジングＣＶジョイントが嵩張るということは、ホイールサスペンションのハブ領域が、このようなジョイントを収容できるように設計されなくてはならないことを意味する。この欠点およびこれに付随するハブ領域でのばね下重量の増大は、車両の開発プログラムのスタート時から設計に織込みかつ考慮に入れなくてはならない水陸両用車両での許容できる妥協である。

図６は、本発明による水陸両用車両の駆動軸５を示すものである。内側ＣＶジョイント３は差動装置に隣接して配置され、かつ特許請求の範囲の請求項１に記載の、従来の固定型ＣＶジョイントで構成される。外側ＣＶジョイント７は陸用ホイールに隣接して配置され、かつプランジングジョイントで構成される。このようなプランジングジョイントはピン１１、１１Ａ上の部分球形ローラ１２、１２Ａを有し、該ローラ１２、１２Ａは、駆動軸５が図６に示すように或る角度でクランク状に曲げられる場合でも、ＣＶジョイント７の本体に切削形成されたトラック１３、１３Ａを介して駆動力を伝達する。一般的には３つのトラック１３が設けられ、従って「三脚ジョイント（tripod joint）」と名付ける。図６の断面図には、これらの３つのトラックのうちの２つのトラックのみが示されている。

図７は、上記プランジングジョイントを更に詳細に示すものであり、プランジングジョイントは更に、クリップ（図示せず）により保持されたダストカバー１４と、ハブ駆動スプライン１５と、ホイール取付けスピゴット１６とを有している。この場合、内側の固定型ＣＶジョイント３Ａには、シンクロメッシュ機構を備えたデカップラ２０が組込まれている。このジョイントでは、転がり要素はトラック２３、２３Ａ内のボール２２、２２Ａを有し、符号２４はダストカバーを示す。ベアリング２７は、駆動装置の接続が断たれたときに、ジョイント３Ａの出力端３２が自由回転することを可能にする。ベアリングは、シール２８により塵埃および水の侵入から保護され、ベアリングおよびシールはスナップリング２９、２９Ａにより保護される。第二シール３０が入力軸３１に嵌合される。図７に示すように駆動装置は接続を断つことができ、駆動装置を接続するには、アクチュエータ（例えばロッドで構成できる）をジョイント３Ａから引出す。セレクタアーム３４が駆動リング３５を図７で見て左方に引張ると、駆動リング３５はシンクロメッシュボークリング（synchromesh baulk ring）３６と係合する。ボークリングは次にスリーブ３７と係合して、出力端３２を増速させ、滑らかなギア歯係合を可能にする。出力端３２には、シンクロコーン（図示せず）を嵌合することもできる。上記特許文献２には、このデカップラがより詳細に説明されている。

図８には、本発明によるリトラクタブル（retractable）ホイール９を備えた水陸両用車両１０が示されている。ホイール９は、路面と係合する位置が実線で示され、かつ上方の流線型位置が破線で示されている。リトラクタブル（retractable）ホイールを備えたこのような車両は、滑走車両となるように便利に設計でき、横置きミッドシップエンジンまたは他の原動機を適宜搭載できる。

本発明の精神および範囲から逸脱することなく、必要に応じて動力伝達装置の他の変更をなし得ることが理解されよう。より詳しくは、本出願人により本願と同日出願された係属中の上記特許文献３（該特許文献３の内容は本願に援用する）に説明されているように、駆動軸の外側ベアリングを下方サスペンションリンク（単一または複数）の前方に配置することにより、嵩張る外側プランジングＣＶジョイントのためのスペースを便利に見出すことができよう。

特許請求の範囲に記載の原動機は内燃機関でもよいが、他の任意の適当な駆動手段、例えば燃料電池により電気的に駆動される電気モータを使用することもできる。用語「ボディ」は、開放フレーム、モノコックまたは他の任意の包囲体を意味するものと考えることができる。

被駆動操舵輪への従来の陸上車両の動力伝達装置の概略正面図であり、被駆動操舵輪が通常の走行高さにあるところを示すものである。 被駆動操舵輪が完全バンプ位置にあるところを示す図１と同様な図面である。 図１および図２に示した被駆動操舵輪への従来の陸上車両の動力伝達装置を示す平面図である。 従来のプランジングＣＶジョイントを示す概略断面図である。 リトラクタブル（retractable）サスペンションに使用するのに適した水陸両用車両のホイール動力伝達装置を示す概略正面図である。 本発明による水陸両用車両の駆動軸およびＣＶジョイントを示す断面図である。 シンクロメッシュ・デカップラが組込まれた本発明の好ましい一実施形態による水陸両用車両の駆動軸およびＣＶジョイントを示す断面図である。 本発明による水陸両用車両を示す図面である。

符号の説明

３ 内側ＣＶジョイント
３Ａ 内側の固定型ＣＶジョイント
５ 駆動軸
７ 外側ＣＶジョイント
９ リトラクタブル（retractable）ホイール
１０ 水陸両用車両
２０ デカップラ
３３ アクチュエータ
３４ セレクタアーム
３５ 駆動リング
３６ シンクロメッシュボークリング

Claims (7)

1. ボディと、該ボディに取付けられておりかつ陸上モードでの下方の路面係合位置から海上モードでの上方流線型位置へと移動できるように配置されたリトラクタブル陸用ホイールとを有し、該ホイールの少なくとも１つが車両の原動機に連結できるホイール駆動軸により駆動可能であり、該駆動可能ホイール（単一または複数）は駆動軸を備えたホイール動力伝達装置を備え、前記駆動軸が内側および外側の等速ジョイントを備えている構成の水陸両用車両において、内側ジョイントが固定型すなわち非プランジング型ジョイントであり、外側等速ジョイントがプランジングジョイントであることを特徴とする水陸両用車両。
2. 少なくとも２つのホイールが、車両の原動機に連結連結できるホイール駆動軸により駆動可能であり、該駆動可能ホイールがホイール動力伝達装置を有し、角度ホイール動力伝達装置が駆動軸を備え、各駆動軸が内側および外側の等速ジョイントを有する構成の請求項１に記載の水陸両用車両において、各内側ジョイントが固定型すなわち非プランジング型ジョイントであり、各外側等速ジョイントがプランジングジョイントであることを特徴とする水陸両用車両。
3. 少なくとも１つの内側等速ジョイントにはデカップラが組込まれていることを特徴とする請求項１または２記載の水陸両用車両。
4. 各デカップラにはシンクロメッシュ機構が組込まれていることを特徴とする請求項３記載の水陸両用車両。
5. 車両は、横置きミッドシップ原動機が搭載された滑走車両であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の水陸両用車両。
6. 車両は、縦置き原動機が搭載された滑走車両であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の水陸両用車両。
7. 添付図面の図６〜図８のいずれか１つまたは２つ以上の図面に示されかつ説明されたものと同じ水陸両用車両。

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