JP2017190820A - 捩り振動低減装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遊星歯車機構を用いることに伴うノイズや振動などを抑制することができる捩り振動低減装置を提供する。【解決手段】遊星歯車機構２を備え、入力要素４と出力要素６とが所定角度の範囲内で相対的に往復回転することにより慣性要素３が往復回転して慣性要素３が慣性トルクを発生する捩り振動低減装置１において、前記複数のピニオンギヤＰは、サンギヤ３もしくはリングギヤ４の円周方向に所定の間隔をあけて配置され、複数のピニオンギヤＰの内の第１ピニオンギヤ５と、前記第１ピニオンギヤ５に対して前記サンギヤ３もしくはリングギヤ４の円周方向に所定の間隔をあけて配置された第２ピニオンギヤ１１との歯車諸元が異なっている。【選択図】図１

Description

この発明は、入力されたトルクの変動（振動）に伴って生じる慣性力によって、そのトルクの変動に起因する捩り振動を低減させる遊星歯車機構を備えた捩り振動低減装置に関するものである。

特許文献１には、遊星歯車機構を備えた車両用ダンパ装置が記載されている。その車両用ダンパ装置では、エンジンの出力軸に連結されたディスクと変速機の入力軸に連結されたプレートとが、スプリングを介してトルクを伝達するように構成されている。そして、遊星歯車機構のキャリヤがディスクに一体回転するように連結され、リングギヤがプレートに一体回転するように連結され、サンギヤにはイナーシャ部材が連結されている。すなわち、遊星歯車機構におけるキャリヤが入力要素となっており、リングギヤが出力要素となっており、サンギヤが慣性体となっている。

特開２００８−１６４０１３号公報

特許文献１に記載された遊星歯車機構では、入力されるトルクが振動することに伴って慣性体であるサンギヤが往復動（所定の角度範囲内での往復回転）するので、各ギヤのかみ合い面が交互に切り替わる。すなわち、歯当たりが繰り返し生じるので、歯がかみ合うことによるノイズ（歯打ち音）や振動を抑制することが求められる。歯のかみ合いによるノイズや振動を低減するために、例えば、ピニオンギヤの数を増やす、あるいはサンギヤやピニオンギヤなどの各回転要素の歯数を増やすことにより、かみ合い率を増加させることが考えられる。しかしながら、歯数を増やしたり、ピニオンギヤの数を増やしたりしても、同時に歯当たりする箇所が増えるのみであれば、トルクの変動の周波数とギヤなどの構成部材の固有振動数が一致して共振した場合には、ノイズや振動が大きくなるおそれがある。

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、遊星歯車機構を用いることに伴うノイズや振動などを抑制することができる捩り振動低減装置を提供することを目的とするものである。

この発明は、上記の課題を解決するために、リングギヤと、サンギヤと、前記リングギヤと前記サンギヤとの間に配置された複数のピニオンギヤを自転可能に保持して回転するキャリヤとを回転要素とする遊星歯車機構を備え、前記回転要素の内の第１回転要素が入力要素とされ、第２回転要素が出力要素とされ、第３回転要素が慣性トルクを発生する慣性要素とされ、前記入力要素と前記出力要素とが所定角度の範囲内で相対的に往復回転することにより前記慣性要素が往復回転して前記慣性要素が慣性トルクを発生する捩り振動低減装置において、前記複数のピニオンギヤは、前記サンギヤもしくはリングギヤの円周方向に所定の間隔をあけて配置され、前記複数のピニオンギヤの内の第１ピニオンギヤと、前記第１ピニオンギヤに対して前記サンギヤもしくはリングギヤの円周方向に所定の間隔をあけて配置された第２ピニオンギヤとの歯車諸元が異なっており、前記第１ピニオンギヤが往復回転する範囲内の前記サンギヤと前記リングギヤとのモジュールが、前記第１ピニオンギヤのモジュールと一致し、前記第２ピニオンギヤが往復回転する範囲内の前記サインギヤと前記リングギヤとのモジュールが、前記第２ピニオンギヤのモジュールと一致していることを特徴とするものである。

また、この発明において、前記異なっている歯車諸元は、モジュールとバックラッシと歯数との少なくともいずれか一つであってよい。

さらに、この発明においては、前記遊星歯車機構の前記リングギヤと、前記サンギヤと、前記複数のピニオンギヤとは、はすば歯車によって構成され、前記複数のピニオンギヤは、前記サンギヤの回転中心を中心とした一定半径の円周上に、前記円周方向に等間隔をあけて配置されていてよい。

この発明によれば、第１ピニオンギヤと、第１ピニオンギヤに対してサンギヤもしくはリングギヤの円周方向に所定の間隔をあけて配置された第２ピニオンギヤとの歯車諸元が異なっている。そのため、遊星歯車機構にトルクが入力されたときに、第１ピニオンギヤとサンギヤあるいはリングギヤとがかみ合うタイミングなどの挙動と、第２ピニオンギヤとサンギヤあるいはリングギヤとがかみ合うタイミングなどの挙動とが異なる。したがって、各ギヤ同士の歯当たりの発生するタイミングが異なるため、共振によって大きなノイズや振動が発生することを抑制することができる。

また、この発明によれば、各ギヤがはすば歯車によって構成された遊星歯車機構において、複数のピニオンギヤがサンギヤの回転中心を中心とした一定半径の円周上に、その円周方向に等間隔をあけて配置されているため、遊星歯車機構における軸方向のモーメントのバランスを取ることができる。

この発明の実施形態における捩り振動低減装置が備える遊星歯車機構を説明するための図である。 この発明の実施形態における捩り振動低減装置を車両の動力伝達経路に組み込んだ状態を示すスケルトン図である。 図１の遊星歯車機構における各ギヤの歯数およびかみ合い正面モジュールを説明するための図である。 この発明の他の実施形態における捩り振動低減装置が備える遊星歯車機構を説明するための図である。 図４に示す遊星歯車機構の各ギヤの歯数およびかみ合い正面モジュールを説明するための図である。 この発明のさらに他の実施形態の捩り振動低減装置が備える遊星歯車機構における各ギヤの歯数およびかみ合い正面圧力角を説明するための図である。

つぎにこの発明の実施の形態を図を参照して説明する。この発明の実施形態における捩り振動低減装置１は遊星歯車機構２を備えている。その遊星歯車機構２は、サンギヤ３と、そのサンギヤ３に対して同心円上に配置されたリングギヤ４と、サンギヤ３とリングギヤ４との間に配置され、かつサンギヤ３とリングギヤ４とが相対回転することにより自転し、また公転する複数のピニオンギヤＰを保持しているキャリヤ６との三つの回転要素を有する。そして、これらの回転要素によって差動作用を行うように構成されている。なお、ピニオンギヤはサンギヤやリングギヤにかみ合っていればよいので、互いにかみ合っている一対のピニオンギヤをサンギヤとリングギヤとの間に配置したダブルピニオン型の遊星歯車機構を採用してもよい。以下では、シングルピニオン型の遊星歯車機構２によって構成した例について説明する。

このように構成された遊星歯車機構２を備えた捩り振動低減装置１が、所定の動力伝達経路に組み込まれた状態のスケルトン図を図２に示す。図２に示す動力伝達経路では、この発明の第１回転要素に相当するリングギヤ４が入力要素とされ、この発明の第２回転要素に相当するキャリヤ６が出力要素とされており、これらリングギヤ４とキャリヤ６とが、ばねダンパ７を介して連結されている。ばねダンパ７は、スプリング８を備えている。したがって、リングギヤ４とキャリヤ６とはばねダンパ７の構成によって決まる所定の角度の範囲で相対回転可能であり、その相対回転を生じさせるトルクに対してスプリング８の弾性力が反力として作用するようになっている。また、入力要素であるリングギヤ４に駆動力源９が連結され、出力要素であるキャリヤ６に駆動対象部１０が連結されている。その駆動力源９は、一例として内燃機関（エンジン）であり、したがってリングギヤ４やキャリヤ６に伝達されるトルクは変動（振動）するトルクとなる。また、駆動対象部１０は例えば変速機である。なお、サンギヤ３が、この発明の第３回転要素に相当し、慣性トルクを発生する慣性要素である。

図１に示すように、この発明の実施形態における遊星歯車機構２は、ピニオンギヤＰを四つ備えている。以下の説明では、四つのピニオンギヤを、図１の紙面における上側から時計回りに順に第１ピニオンギヤ５、第２ピニオンギヤ１１、第３ピニオンギヤ１２、第４ピニオンギヤ１３と称して説明する。この第１ピニオンギヤ５ないし第４ピニオンギヤ１３は、サンギヤ３の回転中心を中心とした一定半径の円周上に、円周方向に等間隔をあけて配置されている。この四つのピニオンギヤ５，１１，１２，１３のうち、第１ピニオンギヤ５と、第１ピニオンギヤ５に対してサンギヤ３もしくはリングギヤ４の円周方向に所定の間隔をあけて配置された第２ピニオンギヤ１１との歯車諸元、具体的には歯数が異なっている。そして、四つのピニオンギヤ５，１１，１２，１３のそれぞれが備えるモジュールと、サンギヤ３およびリングギヤ４のうち四つのピニオンギヤ５，１１，１２，１３のそれぞれが往復回転する範囲内のモジュールとが一致するように構成されている。

第１ピニオンギヤ５ないし第４ピニオンギヤ１３が、サンギヤ３あるいはリングギヤ４に対してそれぞれ相対回転（公転）する所定の角度の範囲を、第１区間１４、第２区間１５、第３区間１６、第４区間１７と称して説明する。なお、これらの第１区間１４ないし第４区間１７の周方向における距離（長さ）は同じである。

そして、リングギヤ４における異なる区間の周方向で隣接する歯と歯との間には、サンギヤ３側に向けて突出した突出部が設けられている。つまり、リングギヤ４における第１区間１４と第２区間１５との間には第１突出部１８が設けられ、リングギヤ４における第２区間１５と第３区間１６との間には第２突出部１９が設けられ、リングギヤ４における第３区間１６と第４区間１７との間には第３突出部２０が設けられ、リングギヤ４における第４区間１７と第１区間１４との間には、第４突出部２１が設けられている。この第１突出部１８ないし第４突出部２１は、リングギヤ４に対してピニオンギヤＰが相対回転したときに、第１ピニオンギヤ５ないし第４ピニオンギヤ１３がそれぞれの可動範囲である第１区間１４ないし第４区間１７を越えて他の区間に達することを規制している。なお、以下の説明で第１ピニオンギヤ５ないし第４ピニオンギヤ１３を一括して指し示す場合にはピニオンギヤＰとして説明する。

このように構成された遊星歯車機構２の第１ピニオンギヤ５ないし第４ピニオンギヤ１３は、図３に示すように、それぞれの歯数が異なっている。そして、サンギヤ３およびリングギヤ４の歯数も、第１ピニオンギヤ５ないし第４ピニオンギヤ１３の歯数に応じて、各区間１４，１５，１６，１７ごとに異なっている。そして、サンギヤ３、ピニオンギヤＰおよびリングギヤ４の歯数の比は、第１区間１４ないし第４区間１７ですべて同じ比になるように構成されている。言い換えれば、ピニオンギヤＰが相対的に往復回転する範囲内のサンギヤ３およびリングギヤ４のモジュールが、ピニオンギヤＰのモジュールと一致している。

このように、遊星歯車機構２は、第１区間１４ないし第４区間１７におけるサンギヤ３、ピニオンギヤＰおよびリングギヤ４の歯数がそれぞれで異なっている。一方で、第１区間１４ないし第４区間１７において、かみ合いピッチ円直径はいずれの区間であっても同じである。そのため、図３に示すように、それぞれの区間でかみ合い正面モジュールｍ（＝ｄ／ｚ）が異なる。なお、符号ｄは、かみ合いピッチ円直径を示し、符号ｚは歯数を示している。

この実施形態では、第１区間１４のかみ合い正面モジュールが基準となるようにかみ合いピッチ円直径を定めると、第２区間１５ないし第４区間１７のかみ合い正面モジュールは、図３に示す値になるように構成されている。つまり、第１区間１４ないし第４区間１７のかみ合い正面モジュールが第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれで異なる。

つぎに、このように構成された捩り振動低減装置１の動作について図２を参照しつつ説明する。リングギヤ４に駆動力源９からトルクが入力されると、キャリヤ６には駆動対象部１０を回転させるためのトルクが反力として作用する。それに伴ってばねダンパ７には、スプリング８を圧縮するように荷重が作用し、その荷重に応じてスプリング８に変位が生じることにより、リングギヤ４とキャリヤ６とが所定角度、相対回転する。そして、この相対回転に応じてピニオンギヤＰは自転する。また、サンギヤ３は、リングギヤ４とキャリヤ６との相対回転の角度に応じた角度回転する。駆動力源９から入力されるトルクが安定している場合には、遊星歯車機構２の全体が一体となって回転し、駆動力源９から駆動対象部１０にトルクが伝達される。

リングギヤ４に入力されるトルクが変動すると、ばねダンパ７に掛かる圧縮力（捩り力）が変化するので、リングギヤ４とキャリヤ６との間に相対回転が生じる。その相対回転は、トルクの変動による回転であるため、回転角度はばねダンパ７におけるばね定数や入力されるトルクの変化幅などに応じた比較的小さい角度になる。したがって遊星歯車機構２におけるピニオンギヤＰは、サンギヤ３とリングギヤ４との間で所定の角度の範囲内のみで公転する。

このように、駆動力源９からリングギヤ４にトルクが入力されてピニオンギヤＰとリングギヤ４あるいはサンギヤ３との間に相対的な回転が生じることにより、各ギヤ３，４，５同士に歯当たりが生じる。この歯当たりのタイミングが、すべてのピニオンギヤＰとリングギヤ４またはサンギヤ３とで重なって共振した場合には、大きなノイズや振動が発生する可能性がある。これに対して、この実施形態で使用されている遊星歯車機構２では、第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれでかみ合い正面モジュールが異なるように構成されている。そのため、ピニオンギヤＰとサンギヤ３およびリングギヤ４とがかみ合うタイミングが、第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれで異なる。

つまり、第１ピニオンギヤ５とサンギヤ３およびリングギヤ４とがかみ合うタイミングに対して、第２ピニオンギヤ１１ないし第４ピニオンギヤ１３と、サンギヤ３およびリングギヤ４とのかみ合うタイミングが重なる頻度を低減することができる。同様に、第２ピニオンギヤ１１ないし第４ピニオンギヤ１３のいずれかのピニオンギヤと、サンギヤ３およびリングギヤ４とがかみ合うときに、そのかみ合ったピニオンギヤ以外のピニオンギヤとサンギヤ３およびリングギヤ４とがかみ合う頻度を低減することができる。すなわち、ピニオンギヤＰとサンギヤ３およびリングギヤ４とがかみ合うタイミングが、第１区間１４ないし第４区間１７で重なる頻度を低減することができるため、各ギヤ３，４，５同士がかみ合うときに、共振によって振動あるいはノイズなどが大きくなることを抑制あるいは低減することができる。

また、上述したように、この実施形態では第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれでかみ合い正面モジュールが異なるように構成されていればよい。言い換えれば、他の歯車諸元を変えることにより、かみ合い正面モジュールが第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれで異なるように構成されていてもよい。例えば、その歯車諸元の対象として、基礎円直径、大径（歯先円直径）および歯形管理直径などである。これらの対象を第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれで異なる値とすることにより、各区間１４，１５，１６，１７ごとにかみ合いピッチ円直径を変えることができるため、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、ここで言う歯車諸元が異なるとは、サンギヤ３、リングギヤ４およびピニオンギヤＰの歯車諸元のすべてが異なる、あるいは歯車諸元のいずれかが異なるのどちらの意味も含んでいる。

つぎに、図４および図５を参照して、この発明の他の実施形態の捩り振動低減装置における遊星歯車機構３０を説明する。図４および図５に示す遊星歯車機構３０については、上述した実施形態と同じ部材には同様の符号を付して説明する。この遊星歯車機構３０における第１ピニオンギヤ５ないし第４ピニオンギヤ１３、サンギヤ３およびリングギヤ４の歯数は、図３に示す歯数と同じである。そして、図４に示すように、この遊星歯車機構３０は、第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれでかみ合いピッチ円直径が異なって構成されている。具体的には、図４および図５に示すように、第１区間１４ないし第４区間１７のかみ合い正面モジュールがすべて同じ値となるように、ピニオンギヤＰとサンギヤ３およびリングギヤ４とのかみ合いピッチ円直径が形成されている。

このように構成された遊星歯車機構３０は、駆動力源９からリングギヤ４にトルクが伝達されてピニオンギヤＰが所定の角度、相対的に回転する間に、第１ピニオンギヤ５ないし第４ピニオンギヤ１３とサンギヤ３およびリングギヤ４とのかみ合う歯の数が、第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれで異なる。言い換えれば、ピニオンギヤＰが所定の角度公転したときのいわゆるかみ合い周波数が、第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれで異なる。すなわち、かみ合い正面モジュールが同じであっても、歯数およびかみ合いピッチ円直径を第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれで変えることにより、ピニオンギヤＰとサンギヤ３およびリングギヤ４とのかみ合うタイミングが、第１区間１４ないし第４区間１７において重なる頻度を低減することができる。したがって、各ギヤ３，４，５同士がかみ合うときに、共振によって振動あるいはノイズが大きくなることを抑制あるいは低減することができる。

ついで、図６を参照し、この発明のさらに他の実施形態の捩り振動低減装置における遊星歯車機構の構成を説明する。さらに他の実施形態における遊星歯車機構は、図６に示すように、サンギヤ３、ピニオンギヤＰおよびリングギヤ４の第１区間１４ないし第４区間１７における、かみ合い正面圧力角がそれぞれで異なるように構成されている。そのため、ピニオンギヤＰとサンギヤ３またはリングギヤ４との歯面間に設けられている隙間、いわゆるバックラッシの大きさが、第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれで異なる。

そのため、上述したように、ピニオンギヤＰが所定の角度公転し、サンギヤ３あるいはリングギヤ４に対して相対的に反対方向に公転することにより、バックラッシが埋まって各ギヤ３，４，５の歯面同士が接触する。言い換えれば、ピニオンギヤＰがサンギヤ３に対して相対的に折り返すように公転すると、かみ合う歯が変わるので、バックラッシが埋まりつつ各ギヤ３，４，５のかみ合い面が切り替わる。この歯面同士の接触により、ノイズあるいは振動が生じる。これに対して、さらに他の実施形態の捩り振動低減装置における遊星歯車機構は、上述したように、第１区間１４ないし第４区間１７のいわゆるかみ合い正面圧力角がそれぞれ異なって構成されていることにより、バックラッシの大きさが異なる。そのため、バックラッシが埋まりつつ、各ギヤ３，４，５の歯面と歯面とが接触するタイミングが、第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれで異なる。したがって、各ギヤ３，４，５同士のかみ合い面が切り替わるときに、歯面同士の接触（衝突）するタイミングが重なる頻度を低減することができるため、共振によって大きなノイズや振動が発生することを抑制あるいは低減することができる。

また、上述したさらに他の実施形態における遊星歯車機構に限らず、他の歯車諸元によって第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれでバックラッシの大きさが異なるように構成されていてもよい。例えば、その歯車諸元の対象として、軸直角円弧歯厚、インボリュート開始角度および歯丈などである。これらの対象を第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれで異なる値とすることにより、第１区間１４ないし第４区間１７のそれぞれでバックラッシの大きさを変えることができるため、上述したさらに他の実施形態における遊星歯車機構と同様の効果を得ることができる。また、遊星歯車機構の各ギヤ３，４，５がはすば歯車によって構成されている場合には、ねじれ角の向きを変えることによって各区間１４，１５，１６，１７におけるバックラッシの大きさを変えることができる。

また、上述した構成は、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、この発明を限定するものではない。また、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。すなわち、複数のピニオンギヤＰは、サンギヤ３もしくはリングギヤ４の円周方向に所定の間隔をあけて配置され、複数のピニオンギヤＰの内の第１ピニオンギヤ５と、第１ピニオンギヤ５に対してサンギヤ３もしくはリングギヤ４の円周方向に所定の間隔をあけて配置された第２ピニオンギヤ１１との歯車諸元が異なっており、サンギヤ３とリングギヤ４とのうち第１ピニオンギヤ５が往復回転する範囲内のモジュールが、第１ピニオンギヤ５のモジュールと一致し、サンギヤ３とリングギヤ４とのうち第２ピニオンギヤ１１が往復回転する範囲内のモジュールが、第２ピニオンギヤ１１のモジュールと一致していればよい。また、ここで言う歯車諸元が異なるとは、各ギヤの歯車諸元のすべてが異なる、あるいは歯車諸元のいずれかが異なるのどちらの意味も含んでいる。

そのため、例えば、複数のピニオンギヤのうち、少なくとも一つのピニオンギヤと他のピニオンギヤとの歯車諸元が異なるように構成されていればよい。そして、異なる区間１４，１５，１６，１７ごとに、各ギヤ３，４，５同士のかみ合うタイミングをずらすように構成されていればよい。また、異なっている歯車諸元は、モジュールとバックラッシと歯数との少なくともいずれか一つであるとよい。さらに、遊星歯車機構の各ギヤがはすば歯車によって構成されていた場合には、ピニオンギヤＰがサンギヤ３の回転中心を中心とした一定半径の円周上に、その円周方向に等間隔をあけて配置することにより、遊星歯車機構２における軸方向のモーメントのバランスを取ることができる。

１…捩り振動低減装置、 ２，３０…遊星歯車機構、 ３…サンギヤ、 ４…リングギヤ、 ５，１１，１２，１３，Ｐ…ピニオンギヤ、 ６…キャリヤ。

Claims (3)

1. リングギヤと、サンギヤと、前記リングギヤと前記サンギヤとの間に配置された複数のピニオンギヤを自転可能に保持して回転するキャリヤとを回転要素とする遊星歯車機構を備え、前記回転要素の内の第１回転要素が入力要素とされ、第２回転要素が出力要素とされ、第３回転要素が慣性トルクを発生する慣性要素とされ、前記入力要素と前記出力要素とが所定角度の範囲内で相対的に往復回転することにより前記慣性要素が往復回転して前記慣性要素が慣性トルクを発生する捩り振動低減装置において、
   前記複数のピニオンギヤは、前記サンギヤもしくはリングギヤの円周方向に所定の間隔をあけて配置され、
   前記複数のピニオンギヤの内の第１ピニオンギヤと、前記第１ピニオンギヤに対して前記サンギヤもしくはリングギヤの円周方向に所定の間隔をあけて配置された第２ピニオンギヤとの歯車諸元が異なっており、
   前記第１ピニオンギヤが往復回転する範囲内の前記サンギヤと前記リングギヤとのモジュールが、前記第１ピニオンギヤのモジュールと一致し、
   前記第２ピニオンギヤが往復回転する範囲内の前記サンギヤと前記リングギヤとのモジュールが、前記第２ピニオンギヤのモジュールと一致している
   ことを特徴とする捩り振動低減装置。
2. 請求項１に記載の捩り振動低減装置において、
   前記異なっている歯車諸元は、モジュールとバックラッシと歯数との少なくともいずれか一つである
   ことを特徴とする捩り振動低減装置。
3. 請求項１または２に記載の捩り振動低減装置において、
   前記遊星歯車機構の前記リングギヤと、前記サンギヤと、前記複数のピニオンギヤとは、はすば歯車によって構成され、
   前記複数のピニオンギヤは、前記サンギヤの回転中心を中心とした一定半径の円周上に、前記円周方向に等間隔をあけて配置されている
   ことを特徴とする捩り振動低減装置。

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