JP2010221862A

JP2010221862A - 車軸ハブ

Info

Publication number: JP2010221862A
Application number: JP2009071590A
Authority: JP
Inventors: Hideto Ogawa; 秀人小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2009-03-24
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】車両の必要に応じた捩り特性の設定を容易にすることができる車軸ハブを提供すること。
【解決手段】車軸ハブ１０は、ドライブシャフト２を装着可能な円筒部１２と、駆動車輪４のホイール４ａを装着可能なフランジ部１４とを有する。円筒部１２は、内筒部２０、外筒部３０、並びに金属製の内歯５０及び外歯６０を有する。内筒部２０は、ドライブシャフト２を装着可能に形成される。外筒部３０は、内筒部２０に対して相対回動可能に弾性支持され、フランジ部１４と一体に形成される。金属製の内歯５０及び外歯６０は、内筒部２０が外筒部３０に対して正回転方向へ捩れるときに、所定量以上の捩れを抑えるように互いに接触する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ドライブシャフトを装着可能な円筒部と、駆動車輪のホイールを装着可能なフランジ部とを有する車軸ハブに関する。

車両の車軸ハブは、ドライブシャフトのトルクを駆動車輪に伝達するものである。車軸ハブは、ドライブシャフトを装着可能な円筒部と、円筒部と一体に形成され駆動車輪のホイールを装着可能なフランジ部とを有する。円筒部は、ボールベアリング等の軸受を介して懸架装置（サスペンション）のナックルに回転自在に支持される。

従来から、路面からの振動の伝達を抑制することを目的として、ドライブシャフトと軸受との間に防振機構を介在させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この防振機構は、内筒部と外筒部との間にゴム等の制振材料を一体に接着させた構成からなる。

特開２００２−１７８７０９号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、路面からの振動の伝達について説明があるが、エンジンからのトルクの伝達については言及がない。エンジンからのトルクは、トルクコンバータ、トランスミッション、ドライブシャフト、車軸ハブを介して駆動車輪に伝達される。

トルクコンバータは、流体を介してトルクを伝達する。このような流体を介したトルクの伝達では、入力側部材と出力側部材との間に滑りが生じるので、トルクの伝達効率が低下し、燃費が悪化する。これを防止するため、トルクコンバータには、入力側部材と出力側部材とを直結可能なロックアップ機構が付設されている。

ロックアップ機構は、エンジン回転数が所定値（以下、「ロックアップ回転数」という）以上になると、入力側部材と出力側部材とを直結状態として、トルクの伝達効率の低下を防止し、燃費を向上する。

しかしながら、燃費向上を向上するためロックアップ回転数を低減化すると、所謂ロックアップこもり音と呼ばれる振動騒音が車室内で発生する。この振動騒音はエンジンのトルク変動と駆動系の捩り共振とによって発生する。従って、ロックアップ回転数の低減化を実現するためには、駆動系の捩り剛性（捩り固有振動数）を下げる必要がある。

そこで、駆動系の捩り剛性を下げるため、駆動系の一構成要素である車軸ハブの捩り剛性を下げることが考えられる。この場合に、特許文献１記載の技術を適用すると、ゴム等の制振材料によって車軸ハブの捩り剛性が下がる反面、車両前後方向の剛性、車幅方向の剛性等が低下する。その結果、車両の操縦安定性（ドライバビリティ）が低下する。

一方、ロックアップ機構は、車両の加速時には、所謂サージングと呼ばれる車体振動が発生することがあるので、車両の操縦安定性を確保する観点から、通常、入力側部材と出力側部材とを離間状態とする。従って、車両の加速時には、通常、車軸ハブの捩り剛性を低減化する必要がない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両の必要に応じた捩り特性の設定を容易にすることができる車軸ハブを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、ドライブシャフトを装着可能な円筒部と、駆動車輪のホイールを装着可能なフランジ部とを有する車軸ハブにおいて、
前記円筒部は、
前記ドライブシャフトを装着可能な内筒部と、
前記内筒部に対して相対回動可能に弾性支持され、前記フランジ部と一体に形成される外筒部と、
前記内筒部が前記外筒部に対して正回転方向へ捩れるときに、所定量以上の捩れを抑えるように互いに接触する金属製の第１及び第２の部材とを有する。

本発明によれば、車両の必要に応じた捩り特性の設定を容易にすることができる車軸ハブが得られる。

本発明の第１実施形態の車軸ハブ１０が適用された車両の下部構造を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。円筒部１２における捩り角θとトルクＴとの対応関係を示す図である。円筒部１２における捩り角θと捩り剛性Ｋとの対応関係を示す図である。本発明の第２実施形態の車軸ハブ１０Ａが適用された車両の下部構造を示す断面図である。図５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。円筒部１２Ａにおける捩り角θとトルクＴとの対応関係を示す図である。円筒部１２Ａにおける捩り角θと捩り剛性Ｋとの対応関係を示す図である。車室内で発生する騒音レベルを示す図である。

以下、図面を参照し、本発明を実施するための形態について説明する。尚、各図中、矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、及び矢印ＩＮは、それぞれ、車軸ハブが適用された車両の前方向、上方向、車幅内側方向を示す。また、各図中、矢印Ｒ１、及び矢印Ｒ２は、それぞれ、車軸ハブが適用された車両のドライブシャフトの正回転方向、負回転方向を示す。

図１は、本発明の第１実施形態の車軸ハブ１０が適用された車両の下部構造の断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。車軸ハブ１０は、ドライブシャフト２のトルクを駆動車輪４に伝達するものである。車軸ハブ１０は、ドライブシャフト２を装着可能な円筒部１２と、駆動車輪４のホイール４ａを装着可能なフランジ部１４とを有する。

円筒部１２は、円筒状の内筒部２０、及び円筒状の外筒部３０を含み構成される。内筒部２０は、ステンレス等の金属で形成されている。内筒部２０の内側には、ドライブシャフト２をスプライン嵌合可能な嵌合孔２２（図２参照）が形成されている。内筒部２０の外側には、外筒部３０が同軸的に配置されており、内筒部２０に対して相対回動可能に弾性支持されている。言い換えると、外筒部３０は、内筒部２０に対して相対的に矢印Ｒ方向、矢印Ｌ方向に回転変位可能に弾性支持されている。

外筒部３０は、ステンレス等の金属で形成されている。外筒部３０の外周面３２は、転動体であるボール６を介して懸架装置（サスペンション）のナックル８に回転自在に支持されている。外筒部３０からは、径方向外方にフランジ部１４が一体に延出している。

ドライブシャフト２のトルクは、内筒部２０へ入力された後、外筒部３０からフランジ部１４を介して駆動車輪４のホイール４ａに出力される。

外筒部３０の軸方向の両端には、それぞれ、金属製の環状部４４、４６が一体に設けられている。環状部４４、４６には、ドライブシャフト２を内側に挿通可能な挿通孔が形成されている。一対の環状部４４、４６は、内筒部２０の軸方向両端面２４、２６を摺動可能に挟持して抜け止めを行っている。

仮に、内筒部２０と外筒部３０との間をゴム等の制振材料で接着して抜け止めを行う場合、制振材料によって円筒部１２の軸方向の剛性が低下する。従って、車軸ハブ１０の車幅方向の剛性が低下する。これにより、車両の操縦安定性（ドライバビリティ）が低下する。

一方で、本実施形態では、金属製の環状部４４、４６によって内筒部２０と外筒部３０との軸方向の抜け止めが行われるので、円筒部１２の軸方向の剛性の低下を抑制することができる。従って、車軸ハブ１０の車幅方向の剛性の低下を抑制することができる。これにより、車両の操縦安定性の低下を抑制することができる。

外筒部３０の内周面３８には、周方向に沿って複数の内歯５０が一体に形成されている。内歯５０の先端面５２は、内筒部２０の外周面２８に摺動可能に当接している。一方、内筒部２０の外周面２８には、周方向に沿って複数の外歯６０が一体に形成されている。外歯６０の先端面６２は、外筒部３０の内周面３８に摺動可能に当接している。このように、内筒部２０と外筒部３０との間には、金属製の内歯５０及び外歯６０が介在している。

仮に、内筒部２０と外筒部３０との間にゴム等の制振材料が介在している場合、制振材料によって円筒部１２の径方向の剛性が低下する。従って、車軸ハブ１０の車両前後方向や車両上下方向の剛性が低下する。これにより、車両の操縦安定性（ドライバビリティ）が低下する。

一方で、本実施形態では、内筒部２０と外筒部３０との間に金属製の内歯５０及び外歯６０が介在しているので、円筒部１２の径方向の剛性の低下を抑制することができる。従って、車軸ハブ１０の車両前後方向や車両上下方向の剛性の低下を抑制することができる。これにより、車両の操縦安定性の低下を抑制することができる。

内歯５０と外歯６０とは、周方向に交互に並んでいる。即ち、隣り合う内歯５０の間には一の外歯６０が挿入されている。言い換えると、隣り合う外歯６０の間には一の内歯５０が挿入されている。

隣り合う内歯５０の周方向の間隙は、外歯６０の周方向寸法より大きく設定されており、内歯５０の周方向端面５４（５６）は、外歯６０の周方向端面６４（６６）と隙間Ｄ１（Ｄ２）にて対向している。

隣り合う内歯５０と外歯６０との間には、弾性部材としてのコイルスプリング７４、７６が介装されている。コイルスプリング７４（７６）は、例えば図２に示すように、内歯５０の周方向端面５４（５６）に形成された凹部５５（５７）の内底面と、外歯６０の周方向端面６４（６６）に形成された凹部６５（６７）の内底面との間に介装されている。内歯５０の周方向端面５４（５６）と、外歯６０の周方向端面６４（６６）とが面接触し、隙間Ｄ１（Ｄ２）が０となると、コイルスプリング７４（７６）は凹部５５（５７）及び凹部６５（６７）の内部に収容される。

図３は、円筒部１２における捩り角θとトルク（捩りモーメント）Ｔとの対応関係を示す図である。図４は、円筒部１２における捩り角θと捩り剛性Ｋとの対応関係を示す図である。捩り角θは、内筒部２０の外筒部３０に対する捩り角（相対回動角）である。捩り角θは、図２に示す内筒部２０と外筒部３０との中立位置を０とし、矢印Ｒ１方向を正とし、矢印Ｒ２方向を負とする。捩り剛性Ｋとは、単位長さ当たりの内筒部２０を外筒部３０に対して単位角度（例えば、１ラジアン）捩る（相対回動させる）のに要するトルクＴを意味する。従って、捩り剛性Ｋは、図３及び図４に示すように、ｄＴ／ｄθに比例した値となる。

円筒部１２にトルクＴが負荷されると、内筒部２０が外筒部３０に対して中立位置から矢印Ｒ１方向（又は、矢印Ｒ２方向）に捩れる（相対回動する）。内筒部２０が外筒部３０に対して矢印Ｒ１方向（矢印Ｒ２方向）に捩れると、隣り合う内歯５０と外歯６０との間の隙間Ｄ１（Ｄ２）が小さくなり、隣り合う内歯５０と外歯６０との間の隙間Ｄ２（Ｄ１）が大きくなる。

これに伴い、コイルスプリング７４（７６）は自然状態から圧縮状態（引張状態）となり、コイルスプリング７４、７６の弾性復元力に抗して内筒部２０と外筒部３０とが捩れる。このときの円筒部１２の捩り剛性Ｋは、コイルスプリング７４、７６のバネ定数（剛性）等により定まる値となる。

捩れが所定量以上になると、隙間Ｄ１（Ｄ２）が０となり、金属製の内歯５０の周方向端面５４（５６）と金属製の外歯６０の周方向端面６４（６６）とが面接触し密着するので、所定量以上の捩れを抑えることができる。従って、円筒部１２の捩り剛性Ｋが大きくなる。このときの円筒部１２の捩り剛性Ｋは、内筒部２０や外筒部３０の剛性等により定まる値となる。

従って、円筒部１２（ひいては、車軸ハブ１０）の捩り剛性Ｋは、非線形性を有し、トルクＴの低い低負荷領域では小さく、トルクＴの高い高負荷領域では大きくなる。従って、車両の必要に応じた捩り特性の設定を容易にすることができる。

例えば、車両の加速時には、エンジン回転数が増加するので、トルクＴが増大する。これに伴い、内筒部２０が外筒部３０に対して矢印Ｒ１方向に捩れ、隙間Ｄ１が小さくなる。そこで、コイルスプリング７４、７６のバネ定数（剛性）を適宜設定することにより、車両の加速時に車軸ハブ１０の捩り剛性が比較的大きくなるよう設定することができる。これにより、加速時の操縦安定性（加速応答性）の低下を抑制することができる。一方、定常走行時には、車軸ハブ１０の捩り剛性が比較的小さくなるので、ロックアップ回転数の低減化と振動騒音（ロックアップこもり音）の抑制とを両立することができ、燃費を向上することができる。

図５は、本発明の第２実施形態の車軸ハブ１０Ａが適用された車両の下部構造を示す断面図である。図６は、図５のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図６において、内筒部２０が外筒部３０に対して中立位置にある状態を実線で示し、内筒部２０が外筒部３０に対して中立位置から矢印Ｒ１方向に捩れた状態を２点鎖線で示す。以下、車軸ハブ１０Ａの構成について説明するが、車軸ハブ１０と同一構成については、同一符号を付して説明を省略する。

車軸ハブ１０Ａは、円筒部１２Ａ、及びフランジ部１４を有する。円筒部１２Ａは、内筒部２０、外筒部３０、及び中間部８０を一体に形成して構成されている。従って、内筒部２０と外筒部３０とを別部品とする場合に比較して、部品点数が少なくなる。中間部８０は、内筒部２０と外筒部３０との間に介在しており、内筒部２０の外周面２８と外筒部３０の内周面３８とを連結している。尚、中間部８０は、周方向に沿って複数設けられている。

従って、本実施形態においても、金属製の中間部８０によって内筒部２０と外筒部３０との軸方向の抜け止めが行われるので、円筒部１２Ａの軸方向の剛性の低下を抑制することができる。従って、車軸ハブ１０Ａの車幅方向の剛性の低下を抑制することができる。これにより、車両の操縦安定性の低下を抑制することができる。

また、本実施形態においても、内筒部２０と外筒部３０との間に金属製の中間部８０が介在しているので、円筒部１２Ａの径方向の剛性の低下を抑制することができる。従って、車軸ハブ１０Ａの車両前後方向や車両上下方向の剛性の低下を抑制することができる。これにより、車両の操縦安定性の低下を抑制することができる。

中間部８０は、断面形状や長さ及び材料等により定まるバネ定数にて弾性変形することが可能である。中間部８０は、内筒部２０が外筒部３０に対して矢印Ｒ１方向、矢印Ｒ２方向に捩れる（相対回動する）際に、弾性変形可能とされている。

係止部９０は、内筒部２０と外筒部３０との捩れが所定量以上の場合に中間部８０に接触可能な部材である。係止部９０は、内筒部２０と外筒部３０との間の空間に設けられる。例えば、係止部９０は、図６に示すように外筒部３０の内周面３８に突設されてもよいし、内筒部２０の外周面２８に突設されてもよい。係止部９０は、回転方向両側（矢印Ｒ１方向、矢印Ｒ２方向）に突き出すように断面視にてＴ字状に形成されている。

また、中間部８０及び係止部９０は、中間部８０が係止部９０に接触すると係止部９０の形状に沿うように弾性的に撓み変形可能とされている。

図７は、円筒部１２Ａにおける捩り角θとトルク（捩りモーメント）Ｔとの対応関係を示す図である。図８は、円筒部１２Ａにおける捩り角θと捩り剛性Ｋとの対応関係を示す図である。

円筒部１２ＡにトルクＴが負荷されると、内筒部２０が外筒部３０に対して中立位置から中間部８０の弾性復元力に抗して矢印Ｒ１方向（又は、矢印Ｒ２方向）に捩れる（相対回動する）。このときの円筒部１２Ａの捩り剛性Ｋは、中間部８０のバネ定数（剛性）等により定まる値となる。

内筒部２０が外筒部３０に対して矢印Ｒ１方向（矢印Ｒ２方向）に捩れると、中間部８０が係止部９０の負回転方向Ｒ２側端部９２（正回転方向Ｒ１側端部９４）に接近する。

捩れが所定量以上になると、図６に２点鎖線で示すように、金属製の中間部８０と金属製の係止部９０の負回転方向Ｒ２側端部９２（正回転方向Ｒ１側端部９４）とが接触するので、所定量以上の捩れを抑えることができる。従って、円筒部１２Ａの捩り剛性Ｋが大きくなる。このときの円筒部１２Ａの捩り剛性Ｋは、中間部８０や係止部９０の剛性等により定まる値となる。

このように、本実施形態においても、内筒部２０が外筒部３０に対して正回転方向Ｒ１へ捩れるときに、所定量以上の捩れを抑えるように金属製の中間部８０（本発明の第１の部材に相当）と金属製の係止部９０（本発明の第２の部材に相当）とが接触する。従って、円筒部１２Ａ（ひいては、車軸ハブ１０Ａ）の捩り剛性Ｋは、非線形性を有し、トルクＴの低い低負荷領域では小さくなり、トルクＴの高い高負荷領域では大きくなる。これにより、車両の必要に応じた捩り特性の設定を容易にすることができる。その結果、特に、ロックアップ回転数の低減化と振動騒音の抑制とを両立することができると共に、加速時の操縦安定性（加速応答性）の低下を抑制することができる。

中間部８０は、上述の如く、係止部９０に接触すると、係止部９０の形状に沿うように弾性的に撓む。従って、中間部８０が弾性的に撓む間、円筒部１２Ａの捩り剛性が徐々に大きくなる。これにより、円筒部１２Ａの捩り剛性Ｋの急激な変化を抑制することができ、車軸ハブ１０Ａの捩り剛性の急激な変化を抑制することができる。

図９は、車室内で発生する騒音レベルを示す図である。図９において、縦軸に騒音レベルを配し、横軸に周波数を配した。Ｆ０は加振周波数を示し、Ｆ２は１／２分数調波共振数を示す。また、図９において、図５及び図６に示す車軸ハブ１０Ａが適用される車両の車室内で発生する騒音レベルを実線で示し、図１及び図２に示す車軸ハブ１０が適用される車両の車室内で発生する騒音レベルを点線で示す。

図９に示すように、図１及び図２に示す車軸ハブ１０では、円筒部１２の捩り剛性Ｋの変化（ｄＫ／ｄθ）が急なため、１／２分数調波共振が生じ、騒音レベルが高くなった。一方、図５及び図６に示す車軸ハブ１０Ａでは、円筒部１２Ａの捩り剛性Ｋの変化（ｄＫ／ｄθ）が緩やかなため、１／２分数調波共振は生じておらず、騒音レベルが低くなった。

尚、円筒部１２Ａの捩り剛性Ｋの変化（ｄＫ／ｄθ）は、車両に搭載されるエンジンの特性等に応じて適宜設定されてよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、中間部８０が係止部９０に接触すると係止部９０の形状に沿うように弾性的に撓むので、円筒部１２Ａの捩り剛性Ｋの変化を緩やかにすることができる。これにより、車軸ハブ１０Ａの捩り剛性の急激な変化を抑制することができ、車室内で発生する騒音を抑制することができる。

以上、本発明を実施するための形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、第１実施形態において、隣り合う内歯５０と外歯６０との間にコイルスプリング７４、７６を介装させる代わりに（又は加えて）、隣り合う内歯５０と外歯６０との間にグリス等の粘性材料を封入してもよい。この場合、内筒部２０と外筒部３０とが相対変位すると、粘性材料が外筒部３０に設けられた内歯５０の先端面５２と内筒部２０の外周面２８との間の僅かな隙間（又は外筒部３０の内周面３８と内筒部２０に設けられた外歯６０の先端面６２との間の僅かな隙間）を通過する。このとき、隙間の大きさに応じた粘性抵抗が発生する。この粘性抵抗は、コイルスプリング７４、７６の弾性復元力と同じ役割を果たす。

また、第１実施形態において、コイルスプリング７４（７６）は、隙間Ｄ１（Ｄ２）が０となると、凹部５５（５７）及び凹部６５（６７）の内部に収容されるとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、コイルスプリング７４（７６）は、隙間Ｄ１（Ｄ２）が０となると、凹部５５（５７）の内部に収容されるとしてもよく、この場合、凹部６５（６７）が不要となる。また、コイルスプリング７４（７６）は、隙間Ｄ１（Ｄ２）が０となると、凹部６５（６７）の内部に収容されるとしてもよく、この場合、凹部５５（５７）が不要となる。

また、第２実施形態において、中間部８０（本発明の第１部材に相当）は、係止部９０（本発明の第２部材に相当）に接触すると、係止部９０の形状に沿うように弾性的に撓むとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、係止部９０は、中間部８０に接触すると、中間部８０の形状に沿うように弾性的に撓むとしてもよい。この場合も、係止部９０が弾性的に撓む間、円筒部１２Ａの捩り剛性が徐々に大きくなるので、円筒部１２Ａの捩り剛性Ｋの急激な変化を抑制することができる。これにより、車軸ハブ１０Ａの捩り剛性の急激な変化を抑制することができ、車室内で発生する騒音を抑制することができる。

２ドライブシャフト
４駆動車輪
４ａホイール
１０、１０Ａ車軸ハブ
１２、１２Ａ円筒部
１４フランジ部
２０内筒部
３０外筒部
４４、４６環状部
５０内歯（第１の部材）
６０外歯（第２の部材）
７４、７６コイルスプリング（弾性部材）
８０中間部（第１の部材）
９０係止部（第２の部材）

Claims

ドライブシャフトを装着可能な円筒部と、駆動車輪のホイールを装着可能なフランジ部とを有する車軸ハブにおいて、
前記円筒部は、
前記ドライブシャフトを装着可能な内筒部と、
前記内筒部に対して相対回動可能に弾性支持され、前記フランジ部と一体に形成される外筒部と、
前記内筒部が前記外筒部に対して正回転方向へ捩れるときに、所定量以上の捩れを抑えるように互いに接触する金属製の第１及び第２の部材とを有する車軸ハブ。
前記第１及び第２の部材は、前記第１の部材が前記第２の部材に接触すると前記第２の部材の形状に沿うように弾性的に変形可能とされる請求項１記載の車軸ハブ。