JP2011163509A - 動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸の撓みが抑制される動力伝達機構を提供する。
【解決手段】一対の回転軸２，３が互いに噛み合っている一対の歯車４，５によってトルク伝達可能な動力伝達機構において、前記各回転軸２，３には、それらの回転軸２，３の軸間距離が増大しないように規制部材１０が巻き掛けられている。また、前記規制部材１０は無端環状のリング部材１０を含み、前記リング部材１０は前記各回転軸２，３に対する接触部分での回転方向が各回転軸２，３と同じになるように前記各回転軸２，３に対して襷掛け状に捩って巻き掛けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転軸に備えられた回転伝達要素によってトルク伝達可能な動力伝達機構に関するものである。

車両には、変速機に備えられたインプットシャフトやアウトプットシャフト、ステアリング装置に備えられたシャフトなどの軸状もしくは棒状の部材が備えられている。このような軸状もしくは棒状の部材の撓みを抑制するための構成を備えた変速機もしくはステアリング装置が特許文献１もしくは特許文献２に記載されている。

特許文献１に記載の変速機では、インプットシャフトの出力側端部に軸心長手方向に中空の嵌合凹部を延設し、この嵌合凹部にアウトプットシャフトの入力側端部を嵌合させ、両シャフトを相対的に回動可能にするために配設されるパイロットベアリングを軸長手方向に沿って一致させて挟みこむようにボールベアリングを配置する。このような構成を有することから、従来に比べてベアリング数を増やすことなく、インプットシャフトとアウトプットシャフトが共に２点支持となると共に、ボールベアリングの位置をインプットシャフト中央部分に近づけることができるので、インプットシャフトに対するニードルベアリング、ボールベアリングの軸支点のバランスを良くでき、シャフトのたわみ量を抑えてギアノイズを低減できる。

また、特許文献２に記載のステアリング装置では、ステアリングホイールのテレスコピック位置調整の全ストロークにわたって、変位防止部材はインナーコラムの内周の内側にある。従って、変位防止部材の円筒部の外周と、インナーコラムの内周との間の隙間を０．１ミリ程度に小さく設定しても、テレスコピック位置調整及びコラプス移動が円滑に行われる。そして、ロック状態で、ステアリングホイールを無理に回転させようとすると、アウターシャフトがロックキーから離れる方向に撓もうとするが、変位防止部材の円筒部の外周がインナーコラムの内周に当接して、アウターシャフトが撓むことを阻止する。

特開平９−２６４４０４号公報 特開２００６−２６４４２４号公報

上記のとおり、変速機に備えられたインプットシャフトやアウトプットシャフト、ステアリング装置に備えられたシャフトなどの軸状もしくは棒状の部材は撓み変形を起こすことで、その機能が十分に発揮されない虞がある。また、ケーシングに備えられベアリングなどに支持された複数の回転軸を備え、それらの回転軸に固定された複数の歯車が互いに噛み合って例えば入力回転軸から出力回転軸へと動力を伝達する歯車機構では、それらの歯車が噛み合って回転して動力を伝達する際に、回転軸に対して動力を伝達するための歯車に接線方向荷重（接線力）が加わることによる回転方向の荷重の他にラジアル方向の荷重などが加えられて撓み変形を起こす。

また、複数の回転軸の配置や歯車の種類によっても、さらに回転方向やラジアル方向の荷重の他に、入力トルクによる分離力などによるアキシャル方向の荷重などが加わってさらに歯車を備えた回転軸は、撓み変形を起こしやすくなる。このような動力伝達系に撓みが生じることにより正規の噛み合い状態からずれることで歯車の損失が増加し動力伝達の効率が低下する。このため軸状部材の撓みは抑制する必要があり、一般的な軸構造や支持方法では、座金やベアリングなどの支持構造による構成によって、回転軸部分の振動等による動きを規制することが可能であるが、歯車同士の分離力による回転軸自体の撓みを減少させることはできない。このように動力伝達機構に設けられる回転軸の撓みの抑制に関して、回転軸の撓みを抑制して動力伝達の効率を向上させる点では未だ改善の余地がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、軸の構造および支持構造構成によってその撓みを抑制する動力伝達機構を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、一対の回転軸が互いに噛み合っている一対の歯車によってトルク伝達可能な動力伝達機構において、前記各回転軸には、それらの回転軸の軸間距離が増大しないように規制部材が巻き掛けられていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記規制部材は無端環状のリング部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達機構である。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記リング部材は前記各回転軸に対する接触部分での回転方向が各回転軸と同じになるように前記各回転軸に対して襷掛け状に捩って巻き掛けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達機構である。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明において、前記歯車は、はす歯歯車を含むことを特徴とする動力伝達機構である。

請求項１の発明によれば、各回転軸には、それらの回転軸の軸間距離が増大しないように規制部材が巻き掛けられていることから、各回転軸の撓みを抑制できる。

また、請求項２の発明によれば、各回転軸には、それらの回転軸の軸間距離が増大しないようにリング部材が巻き掛けられていることから、各回転軸の撓みを抑制できる。

さらに、請求項３の発明によれば、リング部材は、各回転軸に対する接触部分での回転方向が各回転軸と同じになるように各回転軸に対して襷掛け状に捩って巻き掛けられていることから、各回転軸の撓みを抑制できるとともに、リング部材に作用する張力が弱められ、その劣化を抑制できる。

そして、請求項４の発明によれば、はす歯歯車同士が噛み合わされていることに起因するアキシャル方向の荷重による各回転軸の撓みを抑制できるため、軸のたわみによる損失の増加を抑制できる。

この発明に係る動力伝達機構の軸構造および軸支持構造の一例を表す模式図である。 この発明に係る動力伝達機構の軸構造および軸支持構造の他の例を表す模式図である。 この発明に係る動力伝達機構の軸構造および軸支持構造を適用できるはす歯歯車の歯車系を表す模式図である。

つぎに、この発明をより具体的に説明する。この発明は一般的な機械要素として用いられるシャフト（軸、回転軸）の撓みを抑制する構造に関するものである。また、一般に車両などの動力伝達経路では、シャフトに歯車、ベルト、チェーンなどの回転伝達要素が連結されて用いられる。シャフトは、両端などを軸受に支持されて回転して、この回転力によって撓みが生じる。この撓みは、シャフトに備えられた前述の歯車などの回転伝達要素から作用する力によっても発生する。このような要因から発生する撓みによりシャフトに曲げモーメントが作用する場合、シャフトに生ずる曲げ応力が軸材料の許容応力値以下であっても、撓みがある程度以上に大きくなると、軸受の片当たりを生じたり歯車の噛み合い性能が劣化して、機械の性能が低下する。また、シャフトは、曲げやねじりに対する一種のばねであるから、このような軸の固有振動数が、シャフトに作用する曲げモーメントあるいはトルクの変動周期と合致した場合、シャフトは共振を起こし、動力伝達の効率が低下してしまう場合などもある。

この発明は、そのようなシャフトの撓みが抑制される軸構造および軸支持構造を備えた動力伝達機構に関するものである。以下、図面を参照してこの動力伝達機構の軸構造および軸支持構造の一例について説明する。図３には、この発明における動力伝達機構の軸構造および軸支持構造を適用することのできる歯車系（動力伝達系）１が記載されている。この歯車系１は、シャフト２からこのシャフト２とある軸間距離だけ離れたシャフト３に回転運動を伝達する要素として、歯車４と歯車５とを備えている。シャフト２は、図示しないケーシングなどによって長さＬで規定される両端部が軸受６，７にそれぞれ回転自在に支持されている。なお、この軸受６，７は、つぎに述べる歯車４がはす歯歯車であることから、ラジアル荷重とアキシャル荷重とを受けることができるアンギュラコンタクト玉軸受や円すいころ軸受などが用いられる。また、この軸受６，７に支持されている中間部すなわち軸線方向の中心部付近に歯車４は備えられている。具体的には、この歯車４は、シャフト２が軸受６に支持されている位置から軸線方向に長さａの距離だけ離れた位置の近傍でボス孔の内周面にキー溝が切削されて、図示しないキーなどによりシャフト２に固定されている。

一方、シャフト３は、図示しないケーシングなどによって長さＬで規定される両端部が軸受８，９にそれぞれ回転自在に支持されている。なお、この軸受８，９は、下記に記載するとおり歯車５がはす歯歯車であることから、ラジアル荷重とアキシャル荷重とを受けることができるアンギュラコンタクト玉軸受や円すいころ軸受などが用いられる。また、この軸受８，９に支持されている中間部すなわち軸線方向の中心部付近に歯車５は備えられている。具体的には、この歯車５は、シャフト２が軸受８に支持されている位置から軸線方向に長さａの距離だけ離れた位置にボス孔の内周面にキー溝が切削されて、図示しないキーなどによりシャフト３に固定されている。このように構成される歯車系１の歯車４，５は、はす歯歯車により構成されている。なお、この発明における動力伝達機構の歯車系１の歯車４，５は、他にも平歯車ややまば歯車であってもよい。この歯車４，５は互いにギヤ面を対向させて噛み合わされている。

上記の記載した歯車系１のような構成において、シャフト２，３の撓みを抑制するために、この発明では、シャフト２，３の軸構造に後述するリング部材（規制部材）１０による軸支持構造が設けられる。以下、このように歯車４，５がそれぞれ取り付けられたシャフト２，３の軸構造および軸支持構造について説明する。シャフト２は中空状もしくは中実状の軸部材である。また、シャフト２の材質は、鉄鋼やその他の金属もしくは樹脂など歯車系１の動力伝達が可能であればよい。このシャフト２には、図１に示すように周状の溝２ａが設けられている。この溝２ａは、シャフト２の全周状に渡って設けられており、その断面は矩形、言い換えると凹型もしくは矩形の内部の角が面取りされているような形状もしくは半円形状などの曲面で構成された形状など種々の形態であってよい。すなわち、シャフト２の周状に渡って後述するリング部材１０が寸法に規定されて軸線方向に所定の幅を有して、周状に肉を欠いていればよい。また、その表面は、後述するリング部材１０に損傷を与えないように所定の粗さとなっており、さらに、潤滑剤などが塗布されている構成となっている。

シャフト３は、溝３ａが形成されてこのシャフト２と同様の構成となっている。なお、このシャフト２とシャフト３とは、軸径や長手方向の寸法は、異なっていてもよい。このように形成されたシャフト２とシャフト３とは、軸線方向が揃えられて平行に並べられて、さらに前述した歯車４と歯車５とが、それらの歯面によって、動力伝達の効率が最適となるように噛み合わされている。そして、このように、固定された歯車４と歯車５とが噛み合って、軸線方向に揃えられたシャフト２の溝２ａとシャフト３の溝３ａとに無端環状のリング部材（無端環状部材）１０の部分がシャフト２，３のそれぞれに備えられている。このリング部材１０は、シャフト２，３の軸間距離が増大するのを抑制する規制部材である。溝２ａ，３ａに部分的に収容されたリング部材１０は、溝２ａ，３ａの内部の周面に当接してシャフト２，３を拘束する。リング部材１０は、溝２ａ，３ａの内部の周面に当接してシャフト２，３の歯車４，５が噛み合うことによる荷重が作用して発生する撓みが抑制されるように設けられる。このように、シャフト２，３の軸構造にリング部材１０を備えて軸支持構造が設けられる。

以下、上記に説明したこの発明の動力伝達機構における歯車系１の動作、軸構造および軸支持構造の一例による作用について説明する。シャフト２を動力の入力側、シャフト３を動力の出力側に設定すれば、シャフト２に動力が伝達されると両端部が軸受６，７によって回転自在に支持されたシャフト２が回転する。シャフト２が回転すると、シャフト２に固定されている歯車４も一体に回転する。歯車４が回転すると、これとギヤ面を対向させて噛み合わされた歯車５に両歯車４，５の歯面を介して動力が伝達される。歯車５に動力が伝達されると、歯車５が回転して、これを固定しているシャフト３も軸受８，９に支持されて一体に回転する。このようにシャフト２から歯車４，５を介してシャフト３に動力が伝達される。

このように歯車系１で動力伝達が行われる場合、歯車４，５がはす歯歯車により構成され、その歯面が傾いていることから、入力トルクによる分離力すなわちラジアル方向の荷重がかかる。アキシャル方向（軸線方向）への荷重は、軸受６，７，８，９によって受け止められ、この分離力Ｐも軸受６，７，８，９によって受け止められるが、互いに対向して噛み合わされた歯車４，５同士にも作用して、シャフト２，３の撓みの原因となる。さらに詳しく説明すると、アキシャル方向にシャフト２，３に応力が作用することから、モーメントが作用することにより、シャフト２，３が撓む。シャフト２とシャフト３とが対向する面とは、反対の面からリング部材１０による荷重がかけられる。このリング部材１０による荷重は、前述のモーメントが作用することによるシャフト２，３の撓み方向とは反対に作用する。そのため、シャフト２，３の撓みを抑制することができる。このように、この発明における動力伝達機構の軸構造および軸支持構造では、シャフト２，３の軸構造にリング部材１０の軸支持構造が設けられるため、その撓みを抑制することができる。

なお、シャフト２に着目して撓み量を計算すると、撓み量ｙmaxは、シャフト２の軸受６に支持されている位置から軸線方向に長さａ、図示しないケーシングなどによって長さＬ、シャフト３の分離力Ｐ、ヤング率をＥ、断面２次モーメントをＩｚとすると、以下の式（１）により表される。

この発明では、上述したとおり、シャフト２，３の軸構造にリング部材１０による軸支持構造が設けられるため、その撓みを抑制することができる。シャフト２，３の撓みを抑制できることから、歯車４，５のミスアライメントによる歯車４，５の噛み合い損失の増加を抑制できる。また、このようなシャフト２，３の撓みの抑制が簡便な構造により可能であるため、製造性が向上してコストを削減できる。さらに、前述の式（１）に見るように、撓み量を小さくするためには、ヤング率Ｅと断面２次モーメントＩｚを大きくすればよく、これには、軸径を大きくしたり、より重い剛性の高い部材を用いればよいが、この発明ではシャフト２，３の外形寸法をほぼ変更することなく、またシャフト２，３の材質を変えることなく撓みの抑制を向上することができる。このようにシャフト２，３の撓みが抑制できることから、車両の燃費の向上が図れる。

つぎに、以下、図面を参照してこの動力伝達機構の軸構造および軸支持構造の他の例について説明する。この動力伝達機構の軸構造および軸支持構造の他の例は、シャフト２の溝２ａとシャフト３の溝３ａとに無端環状のリング部材（無端環状部材）１０の部分がシャフト２，３のそれぞれに備えられる場合の取り付け方法もしくはリング部材１０の構成が相違するのみであるため、その構成についてのみ説明する。なお、それ以外は上記の歯車系１と同様の構成であり、同じ符号を用いて説明する。

図２には、この発明における動力伝達機構の軸構造および軸支持構造の他の例が示されている。この図２に示す他の例でも図１に示した例と同様に、シャフト２，３の軸構造が後述するリング部材１０による軸支持構造により、撓みを抑制する。しかしながら、図１に示した例では、シャフト２とシャフト３との回転方向が反対であることから、摩耗などによる影響からリング部材１０の耐久性が懸念される。すなわち、シャフト２とシャフト３とが回転すると、リング部材１０もそれにともなって荷重が加えられる。このとき、図１の構成では、リング部材１０に張力が働く方向に荷重が作用する、言い換えるとリング部材１０が引っ張られるため、劣化が激しくなる虞がある。このため、図２に示す他の例では、リング部材１０を襷掛け状、言い換えれば八の字状にシャフト２の溝２ａとシャフト３の溝３ａとに巻き掛けるように構成される。

さらに詳しく説明すると、図１に示した例と同様に、固定された歯車４と歯車５とが噛み合って、軸線方向に揃えられたシャフト２の溝２ａとシャフト３の溝３ａとに無端環状のリング部材（無端環状部材）１０が部分的にシャフト２，３のそれぞれに巻き掛けられている。すなわち、シャフト２の溝２ａにリング部材１０の一方が部分的に当接して収容されるとともに、一旦リング部材１０が少なくとも１度捩られてもしくは交差させられて、シャフト３の溝３ａにリング部材１０の他方が部分的に当接して張力を保ちながら収容される。また、図１に示した例と同様に、溝２ａ，３ａに部分的に収容されたリング部材１０は、溝２ａ，３ａの内部の周面に当接してシャフト２，３を拘束する。さらに、図１に示した例と同様に、リング部材１０は、溝２ａ，３ａの内部の周面に当接してシャフト２，３の歯車４，５が噛み合うことによる荷重が作用して発生する撓みが抑制されるように設けられる。このように、シャフト２，３の軸構造にリング部材１０を備えて軸支持構造が設けられる。

このように構成されることから、シャフト２とシャフト３との回転方向が反対であっても、リング部材１０に作用する張力は引っ張られる方向には作用しないため、リング部材１０の劣化を抑制して耐久性を向上できる。また、シャフト２とシャフト３との回転方向が反対であっても、リング部材１０に作用する張力は引っ張られる方向には作用しないため、リング部材１０の劣化を抑制して耐久性を向上できる。また、シャフト２，３の軸構造にリング部材１０による軸支持構造が設けられるため、その撓みを抑制することができる。シャフト２，３の撓みを抑制できることから、歯車４，５のミスアライメントによる歯車４，５の噛み合い損失の増加を抑制できる。また、このようなシャフト２，３の撓みの抑制が簡便な構造により可能であるため、製造性が向上してコストを削減できる。さらに、前述の式（１）に見るように、撓み量を小さくするためには、ヤング率Ｅと断面２次モーメントＩｚを大きくすればよく、これには、軸径を大きくしたり、より重い剛性の高い部材を用いればよいが、この発明ではシャフト２，３の外形寸法をほぼ変更することなく、またシャフト２，３の材質を変えることなく撓みの抑制を向上できる。このようにシャフト２，３の撓みが抑制できることから、車両の燃費の向上や、ひいては車両挙動の向上などが図れる。

なお、上述した２つの実施例では、歯車系１にシャフト２が適用される例を説明したが、この発明における動力伝達機構の軸構造および軸支持構造は、要は、シャフト（軸、回転軸）が設けられ、そのシャフトに溝などが設けられて、その溝にリング部材（無端環状の部材）を部分的に収容して拘束することにより、撓みを抑制するものであればよく、歯車系に限定されず他の回転伝達要素、例えばベルトやチェーンなどの動力伝達系にも適用できる。また、歯車系１に適用された歯車５，６，７，８ははす歯歯車である構成を示したが、はす歯歯車以外の歯車による構成に、この発明における動力伝達機構の軸構造および軸支持構造を適用できる。

２，３…回転軸、 ４，５…歯車、 １０…規制部材（リング部材）。

Claims (4)

1. 一対の回転軸が互いに噛み合っている一対の歯車によってトルク伝達可能な動力伝達機構において、
   前記各回転軸には、それらの回転軸の軸間距離が増大しないように規制部材が巻き掛けられていることを特徴とする動力伝達機構。
2. 前記規制部材は無端環状のリング部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達機構。
3. 前記リング部材は前記各回転軸に対する接触部分での回転方向が各回転軸と同じになるように前記各回転軸に対して襷掛け状に捩って巻き掛けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達機構。
4. 前記歯車は、はす歯歯車を含むことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の動力伝達機構。

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