JP2018048679A - 歯車装置 - Google Patents

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正隆 杉山
陽太 水野
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Abstract

【課題】歯車筒の外歯車部と、この外歯車部と噛み合う歯車との噛み合い部分に潤滑油を効率よく供給する。
【解決手段】本発明による歯車装置４０は、太陽歯車４１と、この太陽歯車４１と噛み合う複数の遊星歯車４４を回転自在に支持する遊星歯車軸４３が固定されたキャリアー４２と、外歯車部４６ｂと、遊星歯車４４と噛み合う内歯車部４６ａとを有する歯車筒４６と、歯車筒４６の外歯車部４６ｂと噛み合う歯車７１と、遊星歯車軸４３に形成され、遊星歯車４４と、内歯車部４６ａおよび太陽歯車４１との噛み合い部分に潤滑油を供給するための潤滑油通路４３ａ，４３ｂと、一端が歯車筒４６の内周面に開口し、歯車筒４６の内周面に介在する潤滑油を外歯車部４６ｂと歯車７１との噛み合い部分に向けて排出させる潤滑油誘導通路４６ｃ，４８とを具える。
【選択図】図３

Description

本発明は、外歯車部および内歯車部が形成された歯車筒と、この歯車筒の内歯車部と噛み合う遊星歯車と、歯車筒の外歯車部と噛み合う歯車とを具えた歯車装置に関する。
変速機や動力分配装置などのトランスミッションと差動装置とを一体化したトランクアクスル方式の動力伝達機構が組み込まれた車両においては、動力伝達機構に対する潤滑方法として、差動装置の最終減速歯車を用いた掻き上げ潤滑が一般的である。この掻き上げ潤滑は、差動装置をトランスアクスルケースの下端部に配し、その最終減速歯車の下端部をトランスアクスルケースの下端部に流れ込む潤滑油に浸漬させた状態としている。これにより、最終減速歯車の回転に伴って潤滑油が掻き上げられ、トランスミッションを構成する各歯車要素の噛み合い部分に潤滑油を伝達させてこれらの潤滑を行っている。
ところで、原動機としてエンジンと回転電機とを併用したハイブリッド車両においては、エンジンからの動力と回転電機からの動力とを切り分けるための動力分配装置として遊星歯車機構を用いたものが知られている。このような遊星歯車機構が組み込まれたものでは、差動装置の最終減速歯車から遊星歯車機構までの距離が比較的離れているため、掻き上げ潤滑が余り有効ではなく、油ポンプを用いた強制潤滑が行われている。
特許文献１はこのような潤滑システムを開示しており、遊星歯車機構のキャリアー側から遊星歯車と太陽歯車および内歯車部との噛み合い部分に潤滑油がそれぞれ供給されるようになっている。この特許文献１においては、差動装置の最終減速歯車が副軸の小歯車と噛み合っている。また、この小歯車に隣接して副軸に設けられた大歯車が、遊星歯車機構の内歯車部を内周面に形成した歯車筒の外周面に形成された外歯車部と、回転電機の回転子軸と一体的に回転する歯車とに同時に噛み合っている。
特開２０１６−０９８９０９号公報
特許文献１に開示されたハイブリッド車両においては、遊星歯車機構のキャリアー側から遊星歯車と太陽歯車および内歯歯車との噛み合い部分に供給された潤滑油が歯車筒の回転に伴う遠心力によって歯車筒の内周面へと導かれる。そして、この歯車筒の内周面と外周面とに開口する排油路から副軸の小歯車側へと潤滑油が供給されるようになっている。一方、差動装置の最終減速歯車によって掻き上げられた潤滑油は、この最終減速歯車と副軸の小歯車との噛み合い部分へと供給される。このため、副軸の小歯車への潤滑油の供給を充分に行うことが可能である。
しかしながら、差動装置の最終減速歯車からの距離が遠い遊星歯車機構の歯車筒の外歯車部と、副軸の小歯車に隣接し、かつ歯車筒の外歯車部と噛み合う大歯車との噛み合い部分への潤滑油の供給が充分とは言えない。
そこで、トランスアクスルケースの下端部に流れ込む潤滑油の量を増大させることによって、上述した遊星歯車機構の歯車筒の外歯車部と副軸の大歯車との噛み合い部分への潤滑油の供給量を増大させることが考えられる。しかしながら、この方法では差動装置の最終減速歯車に対し、潤滑油量の増大に伴う攪拌抵抗の増大によってエネルギー損失の増大を招くこととなる。
本発明の目的は、トランスアクスルケースに貯溜すべき潤滑油量を増大させることなく、歯車筒の外歯車部と、この外歯車部と噛み合う歯車との噛み合い部分の潤滑を効率よく行い得る歯車装置を提供することにある。
本発明による歯車装置は、太陽歯車と、この太陽歯車と同心に配され、当該太陽歯車とそれぞれ噛み合う複数の遊星歯車を回転自在に支持する遊星歯車軸が固定されたキャリアーと、前記遊星歯車を取り囲むように前記太陽歯車と同心に配され、外歯車部および前記遊星歯車と噛み合う内歯車部を有する歯車筒と、前記歯車筒の外歯車部と噛み合う歯車と、前記遊星歯車軸に形成されて前記遊星歯車と前記歯車筒の内歯車部および前記太陽歯車との噛み合い部分に潤滑油を供給するための潤滑油通路と、一端が前記歯車筒の内周面に開口し、前記歯車筒の内周面に介在する潤滑油を前記歯車筒の外歯車部と前記歯車との噛み合い部分に向けて導く潤滑油誘導通路とを具えたことを特徴とする。
本発明においては、遊星歯車軸に形成された潤滑油通路を通って遊星歯車と歯車筒の内歯車部および太陽歯車との噛み合い部分に潤滑油が供給される。そして、この潤滑油は遠心力によって歯車筒の内周面に導かれ、ここに一端が開口する潤滑油誘導通路を通って歯車筒の外歯車部と歯車との噛み合い部分に供給される。
本発明による歯車装置において、潤滑油誘導通路を、歯車筒の内周面と外周面とに開口する連通孔と、基端側が歯車筒の外周面側の連通孔の開口部分に連結されると共に先端が歯車筒の外歯車部と前記歯車との噛み合い部分に向けて開口する管状ノズル部材とによって画成することができる。
歯車筒の内周面の長手方向両端部に配されて歯車筒を回転自在に支持するための一対の軸受をさらに具え、これら一対の軸受のうちの一方の軸受と内歯車部との間の歯車筒の内周面の内径を一対の軸受のうちの他方の軸受と内歯車部との間の歯車筒の内周面の内径よりも大きくし、一方の軸受と内歯車部との間の歯車筒の内周面に潤滑油誘導通路の一端を開口させることも有効である。
潤滑油誘導通路には、油ポンプを用いて潤滑油を供給することができる。
本発明の歯車装置によると、一端が歯車筒の内周面に開口し、この歯車筒の内周面に介在する潤滑油を歯車筒の外歯車部と歯車との噛み合い部分に向けて排出させる潤滑油誘導通路を具えているので、歯車筒の内周面に介在する潤滑油を外歯車部と歯車との噛み合い部分へと導くことができる。この結果、歯車筒の外歯車部と、この外歯車部と噛み合う歯車との噛み合い部分に潤滑油を効率よく供給することができる。
歯車筒の外周面側の開口部分に管状ノズル部材の基端部を連結して潤滑油誘導通路を画成した場合、連通孔を歯車筒の外歯車部に開口させることなく、潤滑油を外歯車部と歯車との噛み合い部分に向けて排出させることができる。この結果、外歯車部の強度低下を招くことなく、外歯車部と歯車との噛み合い部分に潤滑油を効率よく供給することができる。
一方の軸受と内歯車部との間の歯車筒の内周面の内径を他方の軸受と内歯車部との間の歯車筒の内周面の内径よりも大きくし、ここに潤滑油誘導通路の一端を開口させた場合、歯車筒の内周面に流れ込む潤滑油を効率よく潤滑油誘導通路へと導くことができる。
油ポンプによって潤滑油を潤滑油通路に供給する場合、遊星歯車と、太陽歯車および歯車筒の内歯車部との噛み合い部分に確実に潤滑油を供給することができる。
本発明による歯車装置をハイブリッド車両に組み入れた一実施形態の概略構成を表す模式図である。 図１に示したハイブリット車両におけるトランスアクスルケースの部分の側面図である。 図１中の遊星歯車機構の部分の抽出拡大断面図である。
本発明による歯車装置をハイブリッド車両に適用した一実施形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の精神に帰属するあらゆる歯車装置に対して応用することが可能である。
本実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成を模式的に図１に示し、そのトランスアクスルケースのハウジングの部分の側面形状を模式的に図２に示す。
本実施形態におけるハイブリッド車両は、原動機として１つの内燃機関、すなわちエンジン１０と、第１および第２の回転電機２０，３０とを含むが、これに限定されない。原動機が１つのエンジンと１つの回転電機とで構成されるハイブリッド車両であっても、本発明を適用することができる。
本実施形態におけるハイブリッド車両は、エンジン１０を停止したまま回転電機２０，３０のみを作動させるＥＶモードと、回転電機２０，３０と共にエンジン１０をも作動させるＨＶモードとが車両の運転状態に基づいて切り替えられる。
エンジン１０および２つの回転電機２０，３０と駆動輪Ｗとの間には、遊星歯車列４０と、差動装置５０とを含む動力伝達装置Ｔが組み込まれている。トランスアクスルケースＣのハウジングＣAおよびケーシングＣBの側端からそれぞれ左右に突出する差動装置５０の左右一対の差動歯車軸５１には、左右一対の駆動輪Ｗの車軸ＷAがそれぞれ連結されている。
エンジン１０と第１回転電機２０との間に組み込まれる図１中の遊星歯車列４０の部分を抽出拡大して図３に示す。エンジン１０にはエンジン出力軸１１の一端部（図２中、右側）が図示しないねじり振動ダンパーを介して連結されている。このエンジン出力軸１１の他端部には、ポンプ駆動軸１２の一端部（図２中、右側）がスプライン嵌合され、ポンプ駆動軸１２の他端部には、機械式油ポンプ６０が連結されている。この機械式油ポンプ６０は、動力伝達装置Ｔなどに潤滑油Ｏを供給するためのものであり、エンジン１０に連動して作動する。
ポンプ駆動軸１２には、その長手方向に沿ってこれを貫通する潤滑油供給路１２ａが形成されており、この潤滑油供給路１２ａの一端は、エンジン出力軸１１の他端からその長手方向中央部に亙って形成された中央油路１１ａに連通している。潤滑油供給路１２ａには、機械式油ポンプ６０および図示しない電動油ポンプから吐出された潤滑油Ｏが供給されるようになっている。
ポンプ駆動軸１２を取り囲む中空の回転子軸２１には、第１回転電機２０の回転子２２が取り付けられている。この回転子２２を取り囲む第１回転電機２０の固定子２３は、第２回転電機３０の固定子３１と共にトランスアクスルケースＣのケーシングＣBに固定されている。第１回転電機２０の回転子軸２１の両端部はケーシングＣBに対し回転自在に支持され、先のポンプ駆動軸１２の他端部もケーシングＣBに対し回転自在に支持されている。エンジン出力軸１１の一端部は、トランスアクスルケースＣのハウジングＣAに対して回転自在に支持されている。また、第１回転電機２０の回転子軸２１の一端部（図２中、右側）の内側に入り込むエンジン出力軸１１の他端部と第１回転電機２０の回転子軸２１との間には、針状ころ軸受１３が組み込まれている。これにより、エンジン出力軸１１は、第１回転電機２０の回転子軸２１に対して相対回転可能に支持された状態となっている。
エンジン出力軸１１を取り囲むようにエンジン出力軸１１と同心に配された中空の太陽歯車４１の一端側（図３中、右側）には、太陽歯車部４１ａが形成され、この太陽歯車４１の他端側が第１回転電機２０の回転子軸２１の一端部にスプライン嵌合されている。エンジン出力軸１１に固定された円板状をなすキャリアー４２には、太陽歯車部４１ａを取り囲むようにエンジン出力軸１１の回転軸線と平行にキャリアー４２から突出する複数の遊星歯車軸４３が固定されている。各遊星歯車軸４３には、太陽歯車部４１ａと噛み合う遊星歯車４４がそれぞれ針状ころ軸受４５を介して回転自在に支持されている。これら遊星歯車４４を囲むように太陽歯車４１と同心に配された歯車筒４６の内周面には、遊星歯車４４と噛み合う内歯車部４６ａが形成されている。歯車筒４６は、その長手方向両端部が一対の玉軸受４７ａ，４７ｂを介してトランスアクスルケースＣのケーシングＣBとハウジングＣAとにそれぞれ回転自在に支持され、歯車筒４６の外周面には副軸７０の大歯車７１と噛み合う外歯車部４６ｂが形成されている。
差動装置５０は、潤滑油Ｏが密封されたトランスアクスルケースＣの下端部に配され、潤滑油Ｏは重力によってトランスアクスルケースＣの下端部の油溜めＣ1に流れ落ちて来るようになっている。トランスアクスルケースＣ内に貯溜される潤滑油Ｏの量は、車両が走行状態にある場合、図２中の二点鎖線で示すように、差動装置５０の最終減速歯車５２の最下端に位置する歯全体が浸漬する程度であればよい。差動装置５０の上方に配される副軸７０は、その両端部がトランスアクスルケースＣのハウジングＣAとケーシングＣBとに回転自在に支持されている。この副軸７０の一端側（図２中、右側）には、遊星歯車列４０の歯車筒４６の外歯車部４６ｂおよび第２回転電機３０の回転子軸３２にスプライン嵌合されたモーター出力軸３３の小歯車３３ａと噛み合う大歯車７１が取り付けられている。また、副軸７０の他端側の大歯車７１の側方には、差動装置５０の最終減速歯車５２と噛み合う出力歯車７０ａが形成されている。
モーター出力軸３３は、副軸７０のさらに上方に配され、差動装置５０のほぼ真上に位置している。先のエンジン出力軸１１は、差動装置５０に対し、副軸７０よりもさらに前方に配されており、副軸７０よりも差動装置５０からさらに離れた位置にある。また、作動装置５０の最終減速歯車５２の回転軸線から遊星歯車列４０の回転筒４６の外歯車部４６ｂの回転軸線までの距離は、差動装置５０の最終減速歯車５２の回転軸線から副軸７０の大歯車７１の回転軸線までの距離よりも長い。
ところで、差動装置５０の最終減速歯車５２の回転に伴って油溜めＣ1にある潤滑油Ｏが掻き上げられ、これと噛み合う副軸７０の出力歯車７０ａには潤滑油Ｏを供給することができる。
しかしながら、差動装置５０の最終減速歯車５２からの距離が遠い歯車筒４６の外歯車部４６ｂと副軸７０の大歯車７１との噛み合い部分への潤滑油Ｏの供給は充分とは言えない。そこで、本実施形態では、後述するように、管状ノズル部材４８が設けられている。
遊星歯車軸４３には、その長手方向に沿って延在する中央油路４３ａと、径方向内側がこの中央油路４３ａに連通する共に径方向外側が遊星歯車軸４３の外周面に開口して針状ころ軸受４５に潤滑油を供給するための径方向油路４３ｂとが形成されている。キャリアー４２には、径方向内側がエンジン出力軸１１の中央油路１１ａから径方向に延びる油路に連通すると共に径方向外側が遊星歯車軸４３の中央油路４３ａに連通する接続油路４２ａが形成されている。中央油路４３ａおよび径方向油路４３ｂは、本発明の潤滑油通路として機能する。
遊星歯車列４０の歯車筒４６の内歯車部４６ａと一方の玉軸受４７ａとの間に位置し、歯車筒４６の内歯車部４６ａの側端から離れた歯車筒４６の部分には、この歯車筒４６の内周面と外周面とに開口する連通孔４６ｃが１つ以上形成されている。連通孔４６ｃの外周面側の開口部分には、連通孔４６ｃを通る潤滑油Ｏを歯車筒４６の外歯車部４６ｂと副軸７０の大歯車７１との噛み合い部分へと導く管状ノズル部材４８が連結されている。管状ノズル部材４８は、基端が連通孔４６ｃの外周面側の開口部分に連結されるとともに、先端側が歯車筒４６の外歯車部４６ｂに向けて屈曲し、先端が外歯車部４６ｂと大歯車７１との噛み合い部分に向けて開口している。これにより、歯車筒４６の内周面に介在する潤滑油Ｏを外歯車部４６ａと大歯車７１との噛み合い部分に向けて排出させるようにしている。
従って、ポンプ駆動軸１２の潤滑油供給路１２ａを通って流れる潤滑油Ｏは、エンジン出力軸１１の中央油路１１ａからキャリアー４２の接続油路４２ａを通って遊星歯車軸４３の中央油路４３ａに導かれる。そして、遊星歯車軸４３と遊星歯車４４との間の針状ころ軸受４５および遊星歯車４４と歯車筒４６の内歯車部４６ａおよび太陽歯車４１との噛み合い部分に供給される。さらに、遠心力によって歯車筒４６の内周面を伝って歯車筒４６の両端とケーシングＣBおよびハウジングＣAとの間に配された玉軸受４７ａ，４７ｂの潤滑を行う。同時に、歯車筒４６の内周面に介在する潤滑油Ｏの一部は、連通孔４６ｃから管状ノズル部材４８を介して外歯車部４６ｂと大歯車７１との噛み合い部分に供給され、結果として大歯車７１と噛み合うモーター出力軸３３の小歯車３３ａにも潤滑油Ｏが供給されることとなる。
このようにして、連通孔４６ｃから管状ノズル部材４８によって歯車筒４６の外歯車部４６ｂに導かれる潤滑油Ｏは、副軸７０の大歯車７１およびモーター出力軸３３の小歯車３３ａへと導かれる。最終的に、重力によりトランスアクスルケースＣの下端部の油溜めＣ1へと流れ落ちる。
本実施形態では、連通孔４６ｃおよび管状ノズル部材４８によって本発明の潤滑油誘導通路を画成しているが、連通孔４６ｃを歯車筒４６の外歯車部４６ｂに開口させ、これによって管状ノズル部材４８を省略することも可能である。この場合、連通孔４６ｃのみで本発明の潤滑油誘導通路を画成することができる。
ただし、大きな伝達トルクが加わる歯車筒４６の外歯車部４６ｂに開口部分を形成することは、外歯車部４６ｂの強度低下を招くおそれがある。この点に関し、本実施形態では連通孔４６ｃを歯車筒４６の外歯車部４６ｂに開口させることなく、潤滑油Ｏを外歯車部４６ｂと大歯車７１との噛み合い部へと導くことができ、外歯車部４６ｂの強度低下を招くおそれもない。
また、潤滑油Ｏが連通孔４６ｃから歯車筒４６の外歯車部４６ｂと大歯車７１との噛み合い部分に向けて排出されるように、連通孔４６ｃを歯車筒４６の径方向に対して傾斜させ、これによって管状ノズル部材４８を省略することも可能である。この場合も、連通孔４６ｃのみで本発明の潤滑油誘導通路を画成することができる。
このように、機械式油ポンプ６０および電動油ポンプによる強制潤滑により遊星歯車列４０に供給される潤滑油Ｏを連通孔４６ｃおよび管状ノズル部材４８を介して歯車筒４６の外歯車部４６ｂと副軸７０の大歯車７１との噛み合い部分に導くことが可能である。これにより、潤滑油Ｏを確実に歯車筒４６の外歯車部４６ｂと副軸７０の大歯車７１との噛み合い部分に供給することができる。また、ハウジングＣAの油溜めＣ1に貯溜される潤滑油量を最小限に抑え、差動装置５０の最終減速歯車５２に対する潤滑油Ｏの攪拌抵抗の増大を防止することも可能となる。
本実施形態では、内歯車部４６ａと他方の玉軸受４７ｂとの間に位置する歯車筒４６の部分の内径ｄ2よりも、外歯車部４６ｂと一方の玉軸受４７ａとの間に位置する歯車筒４６の部分の内径ｄ1を大きく設定している。これにより、より多量の潤滑油Ｏがここから連通孔４６ｃへと導かれるように配慮している。
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のない構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
１１ エンジン出力軸
４０ 遊星歯車列
４１ 太陽歯車
４１ａ 太陽歯車部
４２ キャリアー
４３ 遊星歯車軸
４４ 遊星歯車
４６ 歯車筒
４６ａ 内歯車部
４６ｂ 外歯車部
４６ｃ 連通孔
４７ａ，４７ｂ 玉軸受
４８ 管状ノズル部材
５０ 差動装置
５２ 最終減速歯車
７０ 副軸
７０ａ 出力歯車
７１ 大歯車
Ｃ トランスアクスルケース
ｄ1 内歯車部と一方の玉軸受との間に位置する歯車筒の部分の内径
ｄ2 内歯車部と他方の玉軸受との間に位置する歯車筒の部分の内径
Ｏ 潤滑油

Claims (4)

  1. 太陽歯車と、
    この太陽歯車と同心に配され、前記太陽歯車とそれぞれ噛み合う複数の遊星歯車を回転自在に支持する遊星歯車軸が固定されたキャリアーと、
    前記遊星歯車を取り囲むように前記太陽歯車と同心に配され、外歯車部と、前記遊星歯車と噛み合う内歯車部とを有する歯車筒と、
    前記歯車筒の外歯車部と噛み合う歯車と、
    前記遊星歯車軸に形成され、前記遊星歯車と、前記歯車筒の内歯車部および前記太陽歯車との噛み合い部分に潤滑油を供給するための潤滑油通路と、
    一端が前記歯車筒の内周面に開口し、前記歯車筒の内周面に介在する潤滑油を前記歯車筒の外歯車部と前記歯車との噛み合い部分に向けて排出させる潤滑油誘導通路と
    を具えたことを特徴とする歯車装置。
  2. 前記潤滑油誘導通路は、前記歯車筒の内周面と外周面とに開口する連通孔と、基端側が前記歯車筒の外周面側の前記連通孔の開口部分に連結されると共に先端が前記歯車筒の外歯車部と前記歯車との噛み合い部分に向けて開口する管状ノズル部材とによって画成されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車装置。
  3. 前記歯車筒の内周面の長手方向両端部に配されて前記歯車筒を回転自在に支持するための一対の軸受をさらに具え、これら一対の軸受のうちの一方の軸受と前記内歯車部との間の前記歯車筒の内周面の内径は、前記一対の軸受のうちの他方の軸受と前記内歯車部との間の前記歯車筒の内周面の内径よりも大きく、前記一方の軸受と前記内歯車部との間の前記歯車筒の内周面に前記潤滑油誘導通路の一端が開口していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の歯車装置。
  4. 前記潤滑油通路には、油ポンプによって潤滑油が供給されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の歯車装置。
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