JP2019082205A - 動力伝達機構 - Google Patents

Abstract

【課題】同一軸上に複数のやまば歯車が設けられている場合にやまば歯車の調芯作用を確保すること。【解決手段】第１やまば歯車１１を有する第１軸１０と、第１やまば歯車１１と噛み合う第２やまば歯車２１、および第２やまば歯車２１と軸方向に並んで配置された第３やまば歯車２２を有する第２軸２０と、第３やまば歯車２２と噛み合う第４やまば歯車３１を有する第３軸３０と、を備える動力伝達機構１において、第２やまば歯車２１は、ねじれ方向が互いに逆向きの一対の歯部のうち、左歯部２１ａの位相と右歯部２１ｂの位相とがずれており、第３やまば歯車２２は、ねじれ方向が互いに逆向きの一対の歯部のうち、左歯部２２ａの位相と右歯部２２ｂの位相とが同じである。【選択図】図１

Description

本発明は、動力伝達機構に関する。

特許文献１には、車両に搭載される動力伝達機構として、ファイナルドライブギヤとファイナルドリブンギヤ（デフリングギヤ）とが噛み合うファイナルギヤ対をやまば歯車同士が噛み合うギヤ対により構成した動力伝達機構が開示されている。

特開２０１６−５６８８８号公報

やまば歯車同士が噛み合うギヤ対では、やまば歯車に誤差成分（噛合い誤差）がある場合、噛合い部でやまば歯車が片歯当たりとなり軸方向の力が発生する。この軸方向の力によってやまば歯車が軸方向に移動するため、噛合い部でやまば歯車が両歯当たりとなる調芯作用が働く。これにより、やまば歯車は平歯車よりも振動や騒音を低減することができる。

しかしながら、一つの回転軸に複数のやまば歯車が設けられている場合、複数の噛合い部でそれぞれに軸方向の力が発生するため、同一軸上で複数のやまば歯車の軸方向挙動が干渉し合って各やまば歯車の調芯作用を互いに阻害し、振動および騒音を悪化させる虞がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、同一軸上に複数のやまば歯車が設けられている場合に複数のやまば歯車の軸方向挙動が干渉し合うことによる振動および騒音の悪化を抑制することができる動力伝達機構を提供することを目的とする。

本発明は、第１やまば歯車を有する第１軸と、第１やまば歯車と噛み合う第２やまば歯車、および第２やまば歯車と軸方向に並んで配置された第３やまば歯車を有する第２軸と、第３やまば歯車と噛み合う第４やまば歯車を有する第３軸と、を備える動力伝達機構において、第２やまば歯車は、ねじれ方向が互いに逆向きの一対の歯部のうち、一方の歯部の位相と他方の歯部の位相とがずれており、第３やまば歯車は、ねじれ方向が互いに逆向きの一対の歯部のうち、一方の歯部の位相と他方の歯部の位相とが同じであることを特徴とする。

第３やまば歯車は、第２やまば歯車よりも軸方向力が大きい歯車であってもよい。

この構成によれば、軸方向の力が大きくなる小径のやまば歯車を同位相にすることにより両歯当たりさせやすくなり、軸方向の力がそれぞれ反対方向に発生して打ち消されるため、第３やまば歯車の軸方向挙動を抑制することができる。

第２やまば歯車は、一方の歯部の位相が他方の歯部の位相に対して半位相ずれていてもよい。

この構成によれば、第２やまば歯車の一方の歯部と他方の歯部とが半位相ずれていることにより、第２やまば歯車と第１やまば歯車との噛合い部で生じる噛合い強制力がより分散される。

本発明では、第２軸に設けられた二つのやまば歯車について、第２やまば歯車は位相差ありの歯車であり、第３やまば歯車は同位相の歯車である。同位相の第３やまば歯車では噛合い部で生じる軸方向の力を打ち消し合い軸方向挙動が抑制されるので、第３やまば歯車が第２やまば歯車の調芯作用を阻害することを抑制できる。これにより、同一回転軸上に複数のやまば歯車が設けられた場合に、複数のやまば歯車の軸方向挙動が干渉し合って各やまば歯車の調芯作用が互いに阻害されることを抑制でき、振動および騒音の悪化を抑制することができる。

図１は、実施形態の動力伝達機構を模式的に示す図である。 図２は、車両に搭載された動力伝達機構の一例を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における動力伝達機構について具体的に説明する。

図１は、実施形態の動力伝達機構１を模式的に示す図である。動力伝達機構１は、互いに平行に配置された三つの回転軸として、第１軸１０、第２軸２０、および第３軸３０を備える。第１軸１０および第３軸３０は一つのやまば歯車を有する回転軸（別軸上に設けられた単数のやまば歯車と噛み合う歯車軸）である。一方、中間軸である第２軸２０は複数のやまば歯車を有する回転軸（別軸上に設けられた複数のやまば歯車と噛み合う歯車軸）である。さらに、第２軸２０上に設けられた複数のやまば歯車のうち、一方は位相差を有するやまば歯車同士が噛み合うギヤ対を構成し、他方は同位相のやまば歯車同士が噛み合うギヤ対を構成する。

詳細には、動力伝達機構１は、第１やまば歯車１１を有する第１軸１０と、第１やまば歯車１１と噛み合う第２やまば歯車２１を有する第２軸２０と、第２軸２０上に第２やまば歯車２１と軸方向に並んで設けられた第３やまば歯車２２と、第３やまば歯車２２と噛み合う第４やまば歯車３１を有する第３軸３０とを備える。第１軸１０と第２軸２０との間は第１ギヤ対２によって動力伝達可能に連結されている。第１ギヤ対２は、第１やまば歯車１１と第２やまば歯車２１とによって構成され、位相差を有するやまば歯車同士が噛み合うギヤ対である。第２軸２０と第３軸３０との間は第２ギヤ対３によって動力伝達可能に連結されている。第２ギヤ対３は、第３やまば歯車２２と第４やまば歯車３１とによって構成され、同位相のやまば歯車同士が噛み合うギヤ対である。そして、第１軸１０の動力は第１軸１０から第２軸２０を介して第３軸３０に伝達される。なお、この説明では、軸方向の配置について、軸方向の一方側を図１に示す右側、軸方向の他方側を左側と記載する。

第１やまば歯車１１は、ねじれ方向が互いに逆向きの一対の歯部である左歯部１１ａと右歯部１１ｂとを有し、左歯部１１ａの位相と右歯部１１ｂの位相とがずれている。この位相は、第１軸１０および第１やまば歯車１１の回転中心軸線Ｏ_１を中心とする周方向の位置を表す。例えば、左歯部１１ａの位相は右歯部１１ｂの位相に対して半位相ずれている。また、第１やまば歯車１１は第１軸１０に対して軸方向に相対移動できないように一体化されており、第１軸１０と一体回転する。

第２やまば歯車２１は、ねじれ方向が互いに逆向きの一対の歯部である左歯部２１ａと右歯部２１ｂとを有し、左歯部２１ａの位相と右歯部２１ｂの位相とがずれている。この位相は、第２軸２０および第２やまば歯車２１の回転中心軸線Ｏ_２を中心とする周方向の位置を表す。例えば、左歯部２１ａの位相は右歯部２１ｂの位相に対して半位相ずれている。また、第２やまば歯車２１は第２軸２０に対して軸方向に相対移動できないように一体化されており、第２軸２０と一体回転する。

そして、第１ギヤ対２の噛合い部２ａでは、第１やまば歯車１１の左歯部１１ａと第２やまば歯車２１の左歯部２１ａとが噛み合い、第１やまば歯車１１の右歯部１１ｂと第２やまば歯車２１の右歯部２１ｂとが噛み合う。この第１ギヤ対２では位相差を有する第１および第２やまば歯車１１，２１が噛み合うので、左歯部同士１１ａ，２１ａが噛み合う状態と、右歯部同士１１ｂ，２１ｂが噛み合う状態とが交互に発生する。これにより、噛合い部２ａで生じる噛合い強制力が分散されて、第１ギヤ対２で生じる噛合い一次成分が低減される。この結果、噛合い部２ａでの振動および騒音を低減できる。なお、噛合い部２ａでは、第２やまば歯車２１で僅かに軸方向挙動を生じるが、この軸方向挙動は振動および騒音の発生要因とはならない。

第３やまば歯車２２は、ねじれ方向が互いに逆向きの一対の歯部である左歯部２２ａと右歯部２２ｂとを有し、左歯部２２ａの位相と右歯部２２ｂの位相とが同じである。この位相は、第２軸２０および第３やまば歯車２２の回転中心軸線Ｏ_２を中心とする周方向の位置を表す。また、第３やまば歯車２２は第２軸２０に対して軸方向に相対移動できないように一体化されており、第２軸２０と一体回転する。さらに、第３やまば歯車２２は、第２やまば歯車２１よりも小径の歯車である。

第４やまば歯車３１は、ねじれ方向が互いに逆向きの一対の歯部である左歯部３１ａと右歯部３１ｂとを有し、左歯部３１ａの位相と右歯部３１ｂの位相とが同じである。左歯部３１ａおよび右歯部３１ｂの位相は、第３軸３０および第４やまば歯車３１の回転中心軸線Ｏ_３を中心とする周方向の位置を表す。また、第４やまば歯車３１は第３軸３０に対して軸方向に相対移動できないように一体化されており、第３軸３０と一体回転する。さらに、第４やまば歯車３１は、第３やまば歯車２２よりも大径の歯車である。つまり、第２ギヤ対３は減速ギヤ対である。

その第２ギヤ対３の噛合い部３ａでは、第３やまば歯車２２の左歯部２２ａと第４やまば歯車３１の左歯部３１ａとが噛み合い、かつ第３やまば歯車２２の右歯部２２ｂと第４やまば歯車３１の右歯部３１ｂとが噛み合う。この第２ギヤ対３では同位相の第３および第４やまば歯車２２，３１が噛み合うので、左歯部同士２２ａ，３１ａが噛み合う状態と、右歯部同士２２ｂ，３１ｂが噛み合う状態とが同時に発生する。

さらに、第２ギヤ対３では、回転開始時などに噛合い部３ａの誤差成分（噛合い誤差）によって、第３やまば歯車２２の左右歯部２２ａ，２２ｂと第４やまば歯車３１の左右歯部３１ａ，３１ｂとが片歯当たりとなる場合がある。例えば、左歯部２２ａと左歯部３１ａとは接触しているものの、右歯部２２ｂと右歯部３１ｂとが非接触の場合、噛合い部３ａで軸方向左側に作用するスラスト力が発生する。この軸方向左側のスラスト力によって第３やまば歯車２２または第４やまば歯車３１が軸方向左側に移動すると、非接触であった右歯部同士２２ｂ，３１ｂが接触して両歯当たりとなる調芯作用が働く。この両歯当たりの状態では、左歯部同士２２ａ，３１ａが接触することにより生じる軸方向左側のスラスト力と、右歯部同士２２ｂ，３１ｂが接触することにより生じる軸方向右側のスラスト力とが打ち消し合う。そのため、噛合い部３ａでは軸方向反対側に作用するスラスト力が釣り合う。この釣り合い状態では、第３やまば歯車２２および第４やまば歯車３１は軸方向挙動を生じない。つまり、第２ギヤ対３の噛合い部３ａが調芯された状態では、第２軸２０上で第３やまば歯車２２は軸方向に動かないため、第２やまば歯車２１の調芯作用が第３やまば歯車２２によって阻害されることを抑制できる。

また、動力伝達機構１は、第１軸１０を回転自在に支持する第１軸受としての軸受１２および軸受１３と、第２軸２０を回転自在に支持する第２軸受としての軸受２３および軸受２４と、第３軸３０を回転自在に支持する第３軸受としての軸受３２および軸受３３とを備える。やまば歯車が調芯作用を発揮するためには、二つの平行軸のうちの少なくとも一方が円筒ころ軸受のような軸方向に回転軸を拘束しない軸受で支持する必要がある。図１に示すように、第１軸受である軸受１２，１３は、第１やまば歯車１１を支持する軸受であって、第１軸１０の軸方向両側に取り付けられる。左側の軸受１２と右側の軸受１３とは、いずれもテーパころ軸受により構成されており、第１軸１０の軸方向荷重を受けることが可能である。また、第２軸受である軸受２３，２４は、第２やまば歯車２１および第３やまば歯車２２を支持する軸受であって、第２軸２０の軸方向両側に取り付けられる。左側の軸受２３と右側の軸受２４とは、いずれも円筒ころ軸受により構成されている。円筒ころ軸受は軸方向荷重を受けないので、軸受２３および軸受２４によって第２軸２０を支持することにより、第２やまば歯車２１が調芯作用を発揮する際、または第３やまば歯車２２が調芯作用を発揮する際に、第２軸２０が軸方向に動くことは許容される。さらに、第３軸受である軸受３２，３３は、第４やまば歯車３１を支持する軸受であって、第３軸３０の軸方向両側に取り付けられる。左側の軸受３２と右側の軸受３３とは、いずれも円筒ころ軸受により構成される。円筒ころ軸受からなる軸受３２および軸受３３によって第３軸３０を支持することで、第４やまば歯車３１が調芯作用を発揮する際に第３軸３０が軸方向に動くことは許容される。

以上説明した通り、動力伝達機構１では、第２軸２０上に設けられた二つのやまば歯車が位相差を有するやまば歯車と同位相のやまば歯車の組み合わせであるため、位相差を有する第２やまば歯車２１の調芯作用が第３やまば歯車２２の軸方向挙動によって阻害されることを抑制できる。これにより、同一回転軸上のやまば歯車同士が軸方向挙動を干渉し合って調芯作用を阻害することによる振動および騒音の悪化を抑制することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、複数のやまば歯車を有する回転軸として、二つのやまば歯車（第２やまば歯車２１、第３やまば歯車２２）を有する第２軸２０について説明したが、同一回転軸上に設けられる複数のやまば歯車の数は二つに限定されない。要するに、二つ以上のやまば歯車を有する回転軸について、一つ以上のやまば歯車は左右歯部の位相がずれており、かつ一つ以上のやまば歯車は左右歯部の位相が同じであればよい。

また、第１軸１０、第２軸２０、および第３軸３０は、やまば歯車と一体的に形成された回転部材であればよい。つまり、上述した回転軸（歯車軸）には、やまば歯車と一体成形されたボス部や、車両に搭載されるデファレンシャル機構のデフケースなどが含まれる。一例として、第３軸３０がデファレンシャル機構のデフケースである場合の構成例を図２に示す。図２は、車両に搭載された動力伝達機構１の一例を模式的に示す図である。図２に示す動力伝達機構１は、出力軸としての第１軸１０と、出力ギヤとしての第１やまば歯車１１と、出力ギヤと噛み合うカウンタドリブンギヤとしての第２やまば歯車２１と、カウンタ軸としての第２軸２０と、デフリングギヤと噛み合うカウンタドライブギヤ（ドライブピニオンギヤ）としての第３やまば歯車２２と、ファイナルギヤ対としての第２ギヤ対３と、上述した第３軸３０としてのデフケース４１と、デフリングギヤとしての第４やまば歯車３１とを備える。第４やまば歯車３１はデフケース４１と一体化されている。また、第３軸受である軸受３２，３３は、デフケース４１の左右のインボード部にそれぞれ取り付けられる。このように、車両に搭載される動力伝達機構１では、デファレンシャル機構４の一部を第３軸３０と第４やまば歯車３１とによって構成することができる。なお、図２に示すように、第１軸１０は一つの軸受１４によって片持ちに支持されてもよい。

さらに、動力伝達機構１を車両に搭載する場合、モータを走行用動力源とする電気自動車にも適用可能である。この一例として、第１軸１０はモータのロータ軸と一体回転する出力軸であり、第２軸２０をカウンタ軸とし、第３軸３０をデフケースとする動力伝達機構１を構成することができる。つまり、第１軸１０は、走行用動力源と一体回転する回転軸であってもよく、あるいは変速機の出力軸と一体回転する回転軸であってもよい。

また、第１ギヤ対２と第２ギヤ対３とは、どちらか一方を左右歯部の位相がずれた（例えば半位相ずらし）構造とし、他方を左右歯部の位相が同じ構造とすればよい。すなわち、第１ギヤ対２が同位相のやまば歯車により構成され、かつ第２ギヤ対３が位相差を有するやまば歯車により構成されてもよい。

加えて、第１ギヤ対２と第２ギヤ対３とについて、どちらを同位相のやまば歯車とするのかは、振動および騒音の低減効果の大きさを考慮して選択可能である。例えば、噛合い部で生じるスラスト力の大きさに着目して選択してもよく、あるいは問題となる周波数に着目して選択してもよい。

まず、スラスト力の大きさを観点とする場合、第２やまば歯車２１と第３やまば歯車２２とについて、発生するスラスト力が大きいほうを同位相のやまば歯車とすることが好ましい。スラスト力の大きさは、大径のやまば歯車よりも小径のやまば歯車のほうが大きい。そのため、上述したように第３やまば歯車２２が第２やまば歯車２１よりも小径のギヤである場合には、小径ギヤの第３やまば歯車２２を同位相とし、大径ギヤの第２やまば歯車２１を位相差ありとする。これにより、反対に組み合わせた場合（小径ギヤの第３やまば歯車２２を位相差ありとし、大径ギヤの第２やまば歯車２１を同位相とした場合）よりも振動および騒音の低減効果が大きくなる。

次に、周波数を観点とする場合、同位相のやまば歯車で構成されたギヤ対の特性と、位相差を有するやまば歯車で構成されたギヤ対の特性とが考慮される。位相差を有するやまば歯車で構成されたギヤ対は、同位相のやまば歯車で構成されたギヤ対に比べて、発生する噛合い一次成分が小さいという特性を有する。そこで、同位相のやまば歯車からなる一方のギヤ対で生じる周波数と、同位相のやまば歯車からなる他方のギヤ対で生じる周波数とを比較して、振動および騒音の観点で問題となる周波数を生じるギヤ対は、位相差を有するやまば歯車により構成されることが好ましい。つまり、いずれも同位相のやまば歯車により構成された場合に、振動および騒音の悪化代が大きい方のギヤ対を位相差ありとし、他方のギヤ対を同位相とする。なお、噛合い一次成分に注目すると、二つのギヤ対を両方とも同位相のやまば歯車とする場合よりも二つのギヤ対を両方とも位相差を有するやまば歯車とする場合のほうが、各ギヤ対で生じる噛合い一次成分は小さくなることが予測される。しかしながら、位相差を有する場合にはやまば歯車の軸方向挙動が生じることに加え、第２軸２０のように同一回転軸に複数のやまば歯車を有する構成ではやまば歯車の軸方向挙動によって互いの調芯作用が阻害される。そのため、二つのギヤ対を両方とも位相差を有するやまば歯車により構成すると、両方のギヤ対が同位相のやまば歯車により構成された場合よりも振動および騒音が悪化することが本発明者らの知見によって分かった。

１ 動力伝達機構
２ 第１ギヤ対
３ 第２ギヤ対
１０ 第１軸
１１ 第１やまば歯車
１１ａ 左歯部
１１ｂ 右歯部
２０ 第２軸
２１ 第２やまば歯車
２１ａ 左歯部
２１ｂ 右歯部
２２ 第３やまば歯車
２２ａ 左歯部
２２ｂ 右歯部
３０ 第３軸
３１ 第４やまば歯車
３１ａ 左歯部
３１ｂ 右歯部

Claims (3)

1. 第１やまば歯車を有する第１軸と、
   前記第１やまば歯車と噛み合う第２やまば歯車、および前記第２やまば歯車と軸方向に並んで配置された第３やまば歯車を有する第２軸と、
   前記第３やまば歯車と噛み合う第４やまば歯車を有する第３軸と、を備える動力伝達機構において、
   前記第２やまば歯車は、ねじれ方向が互いに逆向きの一対の歯部のうち、一方の歯部の位相と他方の歯部の位相とがずれており、
   前記第３やまば歯車は、ねじれ方向が互いに逆向きの一対の歯部のうち、一方の歯部の位相と他方の歯部の位相とが同じである
   ことを特徴とする動力伝達機構。
2. 前記第３やまば歯車は、前記第２やまば歯車よりも軸方向力が大きい歯車であることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達機構。
3. 前記第２やまば歯車は、前記一方の歯部の位相が前記他方の歯部の位相に対して半位相ず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。

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