JP2009014022A - イナーシャ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小さなマス径で大きなイナーシャ量を確保することができるイナーシャ装置を提供する。
【解決手段】 回転体（アウトプットシャフト２ｂ）からの入力回転を増速してイナーシャリング１１に出力する遊星歯車機構１０を変速機２のエクステンションケース２ａ内に設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転系の固有振動周波数を変更するイナーシャ装置の技術分野に属する。

従来のイナーシャ装置としては、エンジンと変速機との間にある駆動伝達経路上にマス部材としてイナーシャリングを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−２８３９５５号公報

回転系の捩り固有振動周波数の調整代を大きく取るためには、イナーシャ量を大きくする必要があり、イナーシャ量を増加させるためには、マス部材の外形寸法を大きくすることが有効である。しかしながら、レイアウトの制約上、マス部材の大径化には限界があるため、必要なイナーシャ量の確保が困難であるという問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、小さなマス径で大きなイナーシャ量を確保することができるイナーシャ装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明では、回転体の回転力によりマス部材を回転させ、前記回転体を含む回転系の固有振動周波数を変更するイナーシャ装置において、前記回転体と前記マス部材との間に、回転体からの入力回転を増速してマス部材に出力する遊星歯車機構を介装したことを特徴とする。

本発明のイナーシャ装置では、遊星歯車機構の増速比により、等価的にマス部材のイナーシャ量を遊星ギア比の２乗倍に増加させることができるため、小さなマス径で大きなイナーシャ量を確保することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜５に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１のイナーシャ装置を適用した後輪駆動車の駆動系を示す構成図であり、実施例１の後輪駆動車では、エンジン１の出力トルクは変速機２からプロペラシャフト３へと伝達され、ファイナルドライブ４により左右アクスルシャフト５，６を介して左右後輪７，８へと分配される。

変速機２のエクステンションケース（ケーシング）２ａには、イナーシャ装置９が内設されている。このイナーシャ装置９は、変速機２のアウトプットシャフト（回転体、動力伝達部材）２ｂと連結されている。イナーシャ装置９は、図２に示すように、遊星歯車機構１０を用いて構成されている。

遊星歯車機構１０は、サンギア１０ａがリング部材１２に形成され、キャリア１０ｂがアウトプットシャフト２ｂと連結され、リングギア１０ｃがイナーシャリング（マス部材）１１に形成されている。リング部材１２の外周は、エクステンションケース２ａに固定されている。

実施例１では、遊星歯車機構１０の遊星ギア比k＝0.5に設定されている。すなわち、サンギア１０ａの歯数をZs、リングギア１０ｃの歯数をZrとした場合、Zr/(Zs+Zr)＝0.5となるように各歯数が設定されている。

次に、作用を説明する。
［マス量低減作用］
車両の駆動系では、特に静粛性が要求される高速走行時において、エンジンの捩り固有振動周波数に対し、プロペラシャフト等、動力伝達径路上の回転体の捩り固有振動周波数をオフセットすることで、共振に伴う音振性能の悪化を抑制する必要がある。

回転系の捩り固有振動周波数の調整代を大きく取るためには、マスのイナーシャ量を増加させる必要がある。下記の式(1)は、イナーシャ量Ipの算出式である（図３参照）。
Ip＝1/2×ρπlr⁴ …(1)
ここで、lは幅、rは半径、ρは比重である。

式(1)に示すように、イナーシャ量Ipはマスの半径rの４乗倍となるため、マスの幅lよりもマス径rの寄与が非常に大きく、大きなイナーシャ量Ipを確保するためには、マスの外径を大きく取るのが効果的である。

しかしながら、車両はレイアウト上の制約が大きく、マスの大径化には限界がある。また、軽量化要求が高まる昨今では、イナーシャ量を増やすことは必然的に質量増を招くことにつながるため、いかに軽量で要求されるイナーシャ量を確保するのかが課題となっている。

これに対し、実施例１のイナーシャ装置９では、アウトプットシャフト２ｂの回転を遊星歯車機構１０で増速してイナーシャリング１１を回転させるため、等価的にイナーシャ量は遊星ギア比の２乗倍に増加することになる。
実施例１のイナーシャ装置９のイナーシャ量Ip'を下記の式(2)に示す。
Ip'＝Ip₀/k² …(2)
ここで、kは遊星ギア比、Ip₀はイナーシャリング等価イナーシャである。

すなわち、実施例１のイナーシャ装置９では、図４に示すように、従来のイナーシャリングに対して、遊星ギア比kを0.5とした場合、イナーシャ量は従来の４倍に増加し、半径rを従来のイナーシャリング半径Rよりも約-30％小径化することが可能となる（式(3)参照）。
r＝(kR)^1/2 …(3)
これにより、小さなレイアウトおよび低質量で大きなイナーシャ量（プロペラシャフト３の固有振動周波数を十分に低下させるために必要となるイナーシャ量）を確保することができる。よって、小さなマス径のイナーシャリング１１を用いて回転系のイナーシャを広範囲に調整することができる。

また、実施例１では、変速機２のアウトプットシャフト軸２ｂにイナーシャ装置９を連結したため、変速機ギア比K＜１となる高速走行時には、遊星ギア比kに加え、変速機ギア比Kでイナーシャリング１１を増速回転させることが可能となり、より小さなレイアウト・重量でイナーシャ量を確保できる。

すなわち、従来のイナーシャIp₀に対し、以下の式(4)により、例えば、遊星ギア比k＝0.5、変速機ギア比K＝0.6の場合には、エンジン回転を11倍に増速させることが可能である。
Ip'＝Ip₀/(k・K)² …(4)
よって、エンジン回転数が低い高速走行時において、プロペラシャフト３の捩り振動周波数を広範囲に調整することができるため、特に静粛性が要求される高速走行時において、エンジン１の捩り固有振動周波数に対し、変速機２とファイナルドライブ４との間の動力伝達経路上の動力伝達部材の捩り固有振動周波数をより離間させることが可能となり、低速こもり音のドライブシャフトトルク変動を効果的に低減することができる。

同時に、実施例１では、図５に示すように、イナーシャリング１１の半径rを遊星ギア比k＝0.5とした場合、従来のイナーシャリング半径Rに対し、-45％小径化することが可能となる。
r＝(k・KR)^1/2 …(5)

また、実施例１では、イナーシャ装置９を、変速機２のエクステンションケース２ａ内に配置している。通常、エクステンションケース２ａには、アウトプットシャフト２ｂの他にはパーキングギア程度しか配置されないため、イナーシャ装置９を設置する十分なスペースを確保することができる。よって、実施例１では、エクステンションケース２ａ内のデッドスペースの有効利用を図ることができるとともに、変速機ケース等のレイアウト変更を強いられることなくイナーシャ装置９を設置することができる。

さらに、実施例１では、リングギア１０ｃをイナーシャリング１１と一体に形成した。リングギアは、遊星歯車機構を構成する回転要素の中で最も外径側に位置する回転要素であるとともに最も質量が大きいため、イナーシャリング１１をサンギア１０ａまたはキャリア１０ｂと一体化させる場合と比較して、レイアウトが容易である。加えて、リングギア１０ｃをイナーシャリング１１と一体化したことにより、それぞれを別体で構成した場合と比較して、部品点数の削減によるコストダウンおよび軸方向寸法の短縮化を共に図ることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１のイナーシャ装置９にあっては、以下に列挙する効果が得られる。

(1) 回転体（アウトプットシャフト２ｂ）とイナーシャリング１１との間に、回転体からの入力回転を増速してイナーシャリング１１に出力する遊星歯車機構１０を介装したため、小さなマス径で大きなイナーシャ量を確保することができる。

(2) イナーシャリング１１を、遊星歯車機構１０の回転要素の１つであるリングギア１１ｃと一体に形成したため、遊星歯車機構とイナーシャリングとを別体に設けた場合と比較して、部品点数の削減によるコストダウンおよび軸方向寸法のコンパクト化を共に図ることができる。

(3) 回転体を、後輪駆動車の変速機２とファイナルドライブ４との間の動力伝達経路上に設けられたアウトプットシャフト２ｂとしたため、変速機ギア比Kが１未満となる高速走行時において、イナーシャリング１１の増速効果がより高められ、低速こもり音のドライブシャフトトルク変動を効果的に低減できる。

(4) 回転体を、アウトプットシャフト２ｂとし、遊星歯車機構１０およびイナーシャリング１１を、変速機２のエクステンションケース２ａ内に配置したため、設置が容易であるとともに、従来はデッドスペースであったエクステンションケース２ａの内部空間を有効利用することができる。

(5) 遊星歯車機構１０は、サンギア１０ａをエクステンションケース２ａに固定し、キャリア１０ｂをアウトプットシャフト２ｂと連結し、リングギア１０ｃをイナーシャリング１１と連結したため、イナーシャリング１１をサンギア１０ａまたはキャリア１０ｂと連結する場合と比較して、レイアウトの容易化を図ることができる。

実施例２は、遊星歯車機構をキャリア入力、サンギア出力としてマス部材を増速回転させる例である。
すなわち、図５に示すように、遊星歯車機構１０は、サンギア１０ａがイナーシャリング１１に形成され、キャリア１０ｂがアウトプットシャフト２ｂと連結され、リングギア１０ｃがリング部材１２に形成されている。リング部材１２の外周は、エクステンションケース２ａに固定されている。

よって、実施例２では、サンギア１０ａの歯数をZs、リングギア１０ｃの歯数をZrとした場合、遊星歯車機構１０の遊星ギア比k＝Zs/(Zr+Zs)となる。
なお、全体構成は、図１に示した実施例１と同様であるため、図示ならびに説明を省略する。

次に、作用を説明する。
実施例２では、遊星歯車機構１０において、サンギア１０ａをイナーシャリング１１に設け、キャリア１０ｂをアウトプットシャフト２ｂと連結し、リングギア１０ｃをエクステンションケース２ａに固定した。よって、サンギア１０ａの歯数Zsとリングギア１０ｃの歯数Zrを実施例１と同一に設定した場合、遊星ギア比kを実施例１の２倍とすることができ、遊星歯車機構１０によるイナーシャリング１１の増速効果をより高めることができ、プロペラシャフト３の固有振動周波数をより低減させることができる。

次に、効果を説明する。
実施例２のイナーシャ装置９にあっては、実施例１の効果(1)〜(4)に加え、以下に列挙する効果が得られる。

(6) 遊星歯車機構１０は、サンギア１０ａをイナーシャリング１１と連結し、キャリア１０ｂをアウトプットシャフト２ｂと連結し、リングギア１０ｃをエクステンションケース２ａに固定したため、遊星ギア比kをより増速側に設定しやすくなり、イナーシャリング１１のイナーシャ量増大作用をより高めることができる。

実施例３は、遊星歯車機構をリングギア入力、サンギア出力としてマス部材を増速回転させる例である。
すなわち、図６に示すように、遊星歯車機構１０は、サンギア１０ａがイナーシャリング１１に形成され、キャリア１０ｂがリング部材１２に形成され、リングギア１０ｃがアウトプットシャフト２ｂと連結されている。リング部材１２の外周は、エクステンションケース２ａに固定されている。

よって、実施例３では、サンギア１０ａの歯数をZs、リングギア１０ｃの歯数をZrとした場合、遊星歯車機構１０の遊星ギア比k＝Zs/Zrとなる。
なお、全体構成は、図１に示した実施例１と同様であるため、図示ならびに説明を省略する。

次に、作用を説明する。
実施例３では、サンギア１０ａをイナーシャリング１１に設け、キャリア１０ｂをエクステンションケース２ａに固定し、リングギア１０ｃをアウトプットシャフト２ｂと連結した。よって、サンギア１０ａの歯数Zsとリングギア１０ｃの歯数Zrを実施例１と同一に設定した場合、遊星ギア比kを実施例１の4/3倍とすることができ、遊星歯車機構１０によるイナーシャリング１１の増速効果をより高めることができる。

次に、効果を説明する。
実施例３のイナーシャ装置９にあっては、実施例１の効果(1)〜(4)に加え、以下に列挙する効果が得られる。

(7) 遊星歯車機構１０は、サンギア１０ａをイナーシャリング１１と連結し、キャリア１０ｂをエクステンションケース２ａに固定し、リングギア１０ｃをアウトプットシャフト２ｂと連結したため、遊星ギア比kをより増速側に設定しやすくなり、イナーシャリング１１のイナーシャ量増大作用をより高めることができ、プロペラシャフト３の固有振動周波数をより低減させることができる。

実施例４は、イナーシャ装置を、プロペラシャフトとファイナルドライブそれぞれ単体の捩り固有振動周波数のチューニングに用いた例である。
すなわち、図７に示すように、イナーシャ装置９は、プロペラシャフト３と、ファイナルドライブ４と左右アクスルシャフト５，６との間にそれぞれ設けられている。なお、イナーシャ装置９の構成については、図２に示した実施例１と同様であるため、図示ならびに説明を省略する。

次に、作用を説明すると、実施例４では、イナーシャ装置９をプロペラシャフト３とファイナルドライブ４それぞれ単体の固有振動周波数のチューニングに用いるため、プロペラシャフト３とファイナルドライブ４の共振を小さなマス径のイナーシャリング１１で回避することができる。

次に、効果を説明する。
実施例４のイナーシャ装置９にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)に加え、以下に列挙する効果が得られる。

(8) 遊星歯車機構１０を、プロペラシャフト３に設けるとともに、ファイナルドライブ４と左右アクスルシャフト５，６との間にそれぞれ介装し、プロペラシャフト３とファイナルドライブ４それぞれの捩り固有振動周波数をチューニングしたため、プロペラシャフト３とファイナルドライブ４の捩り固有振動周波数の近接を、小さなマス径のイナーシャリング１１を用いて回避することができる。

実施例５は、イナーシャ装置をファイナルドライブケース内のデフハイポイドギアと連結した例である。
すなわち、図８に示すように、イナーシャ装置９は、ファイナルドライブケース４ａ内に配置されている。遊星歯車機構１０は、サンギア１０ａがリング部材１２に固定され、キャリア１０ｂがプロペラシャフト３に連結されたディファレンシャルギア１３のデフハイポイドギア１３ａと連結され、リングギア１０ｃがイナーシャリング１１に形成されている。リング部材１２の外周は、ファイナルドライブケース４ａに固定されている。

よって、実施例５のイナーシャ装置９では、遊星歯車機構１０のキャリア１０ｂをファイナルドライブケース４ａ内のデフハイポイドギア１３ａと連結したため、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜５に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１〜５に限定されるものではない。
例えば、遊星歯車機構は、回転体からの入力回転を増速してマス部材に出力する構成であれば、構造は任意である。

実施例１のイナーシャ装置を適用した後輪駆動車の駆動系を示す構成図である。 実施例１のイナーシャ装置の構成を示す図である。 円柱マスのイナーシャ量算出方法を示す図である。 実施例１のイナーシャリング小径化作用を示す図である。 実施例２のイナーシャ装置の構成を示す図である。 実施例３のイナーシャ装置の構成を示す図である。 実施例４のイナーシャ装置を適用した後輪駆動車の駆動系を示す構成図である。 実施例５のイナーシャ装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 変速機
２ａ エクステンションケース
２ｂ アウトプットシャフト
３ プロペラシャフト
４ ファイナルドライブ
４ａ ファイナルドライブケース
５，６ アクスルシャフト
７，８ 後輪
９ イナーシャ装置
１０ 遊星歯車機構
１０ａ サンギア
１０ｂ キャリア
１０ｃ リングギア
１１ イナーシャリング
１２ リング部材
１３ ディファレンシャルギア
１３ａ デフハイポイドギア

Claims (8)

1. 回転体の回転力によりマス部材を回転させ、前記回転体を含む回転系の固有振動周波数を変更するイナーシャ装置において、
   前記回転体と前記マス部材との間に、回転体からの入力回転を増速してマス部材に出力する遊星歯車機構を介装したことを特徴とするイナーシャ装置。
2. 請求項１に記載のイナーシャ装置において、
   前記マス部材を、前記遊星歯車機構の回転要素の１つと一体に形成したことを特徴とするイナーシャ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のイナーシャ装置において、
   前記回転体を、後輪駆動車の変速機とファイナルドライブとの間の動力伝達経路上に設けられた動力伝達部材としたことを特徴とするイナーシャ装置。
4. 請求項３に記載のイナーシャ装置において、
   前記回転体を、前記変速機の出力軸とし、
   前記遊星歯車機構および前記マス部材を、前記変速機のエクステンションケース内に配置したことを特徴とするイナーシャ装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のイナーシャ装置において、
   前記回転体を、後輪駆動車のファイナルドライブの出力軸としたことを特徴とするイナーシャ装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のイナーシャ装置において、
   前記遊星歯車機構は、サンギアを前記ケーシングに固定し、キャリアを前記回転体と連結し、前記リングギアを前記マス部材と連結したことを特徴とするイナーシャ装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のイナーシャ装置において、
   前記遊星歯車機構は、サンギアを前記マス部材と連結し、キャリアを前記回転体と連結し、リングギアを前記ケーシングに固定したことを特徴とするイナーシャ装置。
8. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のイナーシャ装置において、
   前記遊星歯車機構は、サンギアを前記マス部材と連結し、キャリアを前記ケーシングに固定し、リングギアを前記回転体と連結したことを特徴とするイナーシャ装置。

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