JP2019210970A

JP2019210970A - 動力伝達装置

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Publication number: JP2019210970A
Application number: JP2018105574A
Authority: JP
Inventors: 彰人梶原; Akihito Kajiwara; 章吾山田; Shogo Yamada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-05-31
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-12-12

Abstract

【課題】スプライン嵌合部の強度低下を招くことなく、振動および騒音を低減できる動力伝達装置を提供する。【解決手段】伝達トルクＴが小さいときには、ドライブギヤ軸１４の外周スプライン歯２０が円周方向における一部の領域で欠歯とされている第１スプライン嵌合部２２において噛み合うため、ロータ軸１２およびドライブギヤ軸１４の位相によって共振周波数が分散されることで、振動および騒音が低減される。一方、伝達トルクＴが大きくなると、第２スプライン嵌合部２４において噛み合うため、スプライン嵌合部１６の強度が維持される。よって、スプライン嵌合部１６の強度低下を抑制しつつ、振動および騒音を低減することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、第１回転部材および第２回転部材が互いにスプライン嵌合される構造を有する動力伝達装置に関するものである。

第１回転部材および第２回転部材が互いにスプライン嵌合され、これらの回転部材間でトルク伝達される構造を有する動力伝達装置において、振動および騒音を低減するために、第１回転部材のスプライン歯および第２回転部材のスプライン歯の少なくとも一方を、円周方向における一部の領域で欠歯とすることが提案されている。特許文献１の回転体構造がそれである。

特開２０１２−２４１８８５号公報

ところで、特許文献１のようにスプライン歯を欠歯に形成すると、振動および騒音が低減されるものの、スプライン嵌合部の強度低下を招き、スプライン嵌合部の耐久性低下が生じるという問題があった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、第１回転部材および第２回転部材が互いにスプライン嵌合される構造を有する動力伝達装置において、スプライン嵌合部の強度低下を招くことなく、振動および騒音を低減できる構造を提供することにある。

第１発明の要旨とするところは、（ａ）第１回転部材と第２回転部材とを備え、前記第１回転部材および前記第２回転部材が互いにスプライン嵌合されて、これらの回転部材間でトルク伝達がなされる動力伝達装置であって、（ｂ）前記第１回転部材および前記第２回転部材は、第１スプライン嵌合部および第２スプライン嵌合部においてスプライン嵌合され、（ｃ）前記第１スプライン嵌合部では、前記第１回転部材のスプライン歯および前記第２回転部材のスプライン歯の少なくとも一方が円周方向における一部の領域で欠歯とされ、（ｄ）前記第２スプライン嵌合部では、前記第１回転部材のスプライン歯および前記第２回転部材のスプライン歯が、伝達トルクが大きいときには噛み合うが、伝達トルクが小さいときには噛み合わないようにされていることを特徴とする。

第１発明の動力伝達装置によれば、伝達トルクが小さいときには、第１回転部材のスプライン歯および第２回転部材のスプライン歯の少なくとも一方が円周方向における一部の領域で欠歯とされている第１スプライン嵌合部において互いのスプライン歯が噛み合うため、第１回転部材および第２回転部材の位相に応じて共振周波数が分散されることで、振動および騒音が低減される。一方、伝達トルクが大きくなると、第２スプライン嵌合部においても互いのスプライン歯が噛み合うため、スプライン嵌合部の強度が維持される。よって、スプライン嵌合部の強度低下による耐久性低下を抑制しつつ、振動および騒音を低減することができる。

本発明が適用された車両の動力伝達装置の一部であって、ロータ軸、カウンタドライブギヤ軸、およびロータ軸とカウンタドライブギヤ軸との間に設けられているスプライン嵌合部の断面図である。図１のドライブギヤ軸において、スプライン嵌合部が設けられる軸先端部を拡大した図である。図２の一点鎖線で示す切断線Ａで切断したスプライン嵌合部の断面図である。図２の一点鎖線で示す切断線Ｂで切断したスプライン嵌合部の断面図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が適用された車両の動力伝達装置１０の一部であって、ロータ軸１２、カウンタドライブギヤ軸１４（以下、ドライブギヤ軸１４）、およびロータ軸１２とドライブギヤ軸１４との間に設けられているスプライン嵌合部１６の断面図である。なお、ロータ軸１２が、本発明の第２回転部材に対応し、ドライブギヤ軸１４が、本発明の第１回転部材に対応している。

ロータ軸１２およびドライブギヤ軸１４は、回転軸線ＣＬを中心にして直列に配置されており、それぞれ図示しない軸受によって回転軸線ＣＬを中心にして回転可能に支持されている。ロータ軸１２の軸端およびドライブギヤ軸１４の軸端が、スプライン嵌合部１６において互いにスプライン嵌合されることにより、これらロータ軸１２およびドライブギヤ軸１４の間でトルク伝達がなされる。

ロータ軸１２は、円筒状に形成され、ロータ軸１２の回転軸線ＣＬ方向でスプライン嵌合部１６と反対側の端部に、図示しない電動機が動力伝達可能に接続されている。ドライブギヤ軸１４は、円筒状に形成され、回転軸線ＣＬ方向でスプライン嵌合部１６と反対側にドライブギヤ１７が形成されている。ドライブギヤ１７は、図示しないドリブンギヤと噛み合っており、このドリブンギヤなどを介して駆動輪に動力伝達可能に連結されてる。従って、電動機から出力される動力が、ロータ軸１２、ドライブギヤ軸１４等を介して駆動輪に伝達される。

次に、ロータ軸１２とドライブギヤ軸１４との間に設けられているスプライン嵌合部１６の構造について説明する。図１に示すように、ロータ軸１２の内周面に形成されている内周スプライン歯１８と、ドライブギヤ軸１４の外周面に形成されている外周スプライン歯２０とが、互いに噛み合うスプライン嵌合部１６が設けられている。なお、内周スプライン歯１８が、本発明の第２回転部材のスプライン歯に対応し、外周スプライン歯２０が、本発明の第１回転部材のスプライン歯に対応している。

図２は、図１のドライブギヤ軸１４において、スプライン嵌合部１６が設けられるドライブギヤ軸１４の軸先端部を拡大した図である。また、図３は、図２の一点鎖線で示す切断線Ａで切断した外周スプライン歯２０（スプライン嵌合部１６）の断面図であり、図４は、図２の一点鎖線で示す切断線Ｂで切断した外周スプライン歯２０（スプライン嵌合部１６）の断面図である。

図２に示すドライブギヤ軸１４に形成される外周スプライン歯２０において、その外周スプライン歯２０の形状が、破線で示す位置を境界にして異なっている。具体的には、外周スプライン歯２０において、破線で示す位置よりもドライブギヤ軸１４の先端側（紙面左側）は、図３に示すように、円周方向における一部の領域で欠歯とされている。具体的には、外周スプライン歯２０において円周方向の３／４の領域で欠歯とされている。一方、ドライブギヤ軸１４の外周スプライン歯２０において、破線で示す位置よりもドライブギヤ軸１４の根本側（ドライブギヤ１７側、紙面右側）は、欠歯されておらず、円周方向における全ての領域において歯が形成されている。

また、外周スプライン歯２０において、破線で示す位置よりもドライブギヤ軸１４の先端側に形成されている外周スプライン歯２０（以下、外周スプライン歯２０ａ）の円周方向の寸法Ｈａ（歯厚）は、破線で示す位置よりもドライブギヤ軸１４の根本側に形成されている外周スプライン歯２０（以下、外周スプライン歯２０ｂ）の円周方向の寸法Ｈｂに比べて大きくされている。従って、スプライン嵌合部１６に伝達される伝達トルクＴが小さいと、内周スプライン歯１８と外周スプライン歯２０ａとが噛み合い、伝達トルクＴが大きくなると外周スプライン歯２０ａが弾性変形することで、外周スプライン歯２０ｂについても内周スプライン歯１８と噛み合うこととなる。

ここで、ドライブギヤ軸１４の先端側に形成されている外周スプライン歯２０ａ（円周方向の一部が欠歯されているとともに、円周方向の寸法Ｈａが外周スプライン歯２０ｂの寸法Ｈｂよりも大きい外周スプライン歯２０ａ）から構成されるスプライン嵌合部１６を、第１スプライン嵌合部２２と定義する。また、ドライブギヤ軸１４の根本側に形成されている外周スプライン歯２０ｂ（円周方向の全ての領域で欠歯されておらず、円周方向の寸法Ｈｂが外周スプライン歯２０ａの寸法Ｈａよりも小さい外周スプライン歯２０ｂ）から構成されるスプライン嵌合部１６を、第２スプライン嵌合部２２と定義する。これより、スプライン嵌合部１６は、回転軸線Ｃ１方向において並んで配置される、第１スプライン嵌合部２２および第２スプライン嵌合部２４から構成される。また、ロータ軸１２およびドライブギヤ軸１４は、第１スプライン嵌合部２２および第２スプライン嵌合部２４においてスプライン嵌合される。なお、内周スプライン歯１８については、第１スプライン嵌合部２２および第２スプライン嵌合部２４ともに同じ形状とされ、円周方向の全ての領域において歯が形成されている（欠歯なし）。

第１スプライン嵌合部２２の外周スプライン歯２０ａの円周方向の寸法Ｈａ、および、第２スプライン嵌合部２４の外周スプライン歯２０ｂの円周方向の寸法Ｈｂは、第２スプライン嵌合部２４において、内周スプライン歯１８および外周スプライン歯２０ｂは、ロータ軸１２およびドライブギヤ軸１４間の伝達トルクＴが所定値Ｔｂよりも大きいときに噛み合うが、伝達トルクＴが所定値Ｔｂ以下では噛み合わないように調整されている。言い換えれば、伝達トルクＴが所定値Ｔｂ以下の低負荷の領域では、第１スプライン嵌合部２２の外周スプライン歯２０ａと内周スプライン歯１８とが噛み合い、伝達トルクＴが所定値Ｔｂよりも大きい高負荷の領域になると、外周スプライン歯２０ａが弾性変形することで、第２スプライン嵌合部２４の外周スプライン歯２０ｂおよび内周スプライン歯１８についても噛み合うように調整されている。

上記のように、伝達トルクＴが所定値Ｔｂ以下の領域では、第１スプライン嵌合部２２の外周スプライン歯２０ａと内周スプライン歯１８とが噛み合う。ここで、外周スプライン歯２０ａにあっては、円周方向の３／４の領域で欠歯されていることから、ロータ軸１２およびドライブギヤ軸１４が１回転するときの位相に応じて振動の伝達される伝達経路が変化する。このように、ロータ軸１２およびドライブギヤ軸１４の位相に応じて振動の伝達経路が変化するため、ロータ軸１２およびドライブギヤ軸１４の位相に応じて共振周波数が変化する。よって、ロータ軸１２およびドライブギヤ軸１４の位相に応じて共振周波数が分散されることから、共振のピークが低減され、振動の強制力が低減される。

また、第１スプライン嵌合部２２の外周スプライン歯２０ａが形成される部位は、ドライブギヤ軸１４の先端側に形成されていることから、第２スプライン嵌合部２４に比べてねじれ剛性が相対的に低い。従って、伝達トルクＴが所定値Ｔｂ以下の領域では、ねじれ剛性が相対的に低い第１スプライン嵌合部２２の外周スプライン歯２０ａが噛み合うため、振動の感度が低くなる。このように、伝達トルクＴが所定値Ｔｂ以下の低負荷の領域では、振動の強制力が低減されるとともに、振動の感度も低くなるため、振動および騒音が低減されることとなる。

伝達トルクＴの所定値Ｔｂは、予め実験的または設計的に定められ、車両が緩加減速される範囲となる伝達トルクＴの上限閾値に設定されている。車両が緩加減速されるときは、急加減速される場合に比べて運転者の振動および騒音に対する感度が高くなる。これに対して、伝達トルクＴが所定値Ｔｂ以下の領域において振動および騒音が低減されることで、車両の緩加減速中における振動および騒音が好適に低減される。

一方、伝達トルクＴが所定値Ｔｂよりも大きくなると、第１スプライン嵌合部２２の外周スプライン歯２０ａが弾性変形することで、第２スプライン嵌合部２４の外周スプライン歯２０ｂおよび内周スプライン歯１８についても噛み合うこととなる。従って、伝達トルクＴが大きくなった場合（高負荷時）には、第２スプライン嵌合部２４においてもトルク伝達がなされるため、スプライン嵌合部１６の強度が維持される。

上記のように、スプライン嵌合部１６では、伝達トルクＴが所定値Ｔｂ以下の低負荷の領域で第１スプライン嵌合部２２の外周スプライン歯２０ａおよび内周スプライン歯１８が噛み合うことで、振動および騒音が低減される。さらに、伝達トルクＴが所定値Ｔｂよりも大きい高負荷の領域になると、第１スプライン嵌合部２２に加えて第２スプライン嵌合部２４の外周スプライン歯２０ｂおよび内周スプライン歯１８が噛み合うことで、スプライン嵌合部１６の強度も維持される。よって、スプライン嵌合部１６に起因する振動および騒音の低減、および、スプライン嵌合部１６の強度低下の抑制が両立される。

上述のように、本実施例によれば、伝達トルクＴが小さいときには、ドライブギヤ軸１４の外周スプライン歯２０が円周方向における一部の領域で欠歯とされている第１スプライン嵌合部２２において互いのスプライン歯が噛み合うため、ロータ軸１２およびドライブギヤ軸１４の位相によって共振周波数が分散されることで、振動および騒音が低減される。一方、伝達トルクＴが大きくなると、第２スプライン嵌合部２４においても互いのスプライン歯が噛み合うため、スプライン嵌合部１６の強度が維持される。よって、スプライン嵌合部１６の強度低下を抑制しつつ、振動および騒音を低減することができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例では、ドライブギヤ軸１４に形成されている外周スプライン歯２０が欠歯されていたが、ドライブギヤ軸１４に代わって、ロータ軸１２の内周スプライン歯１８が欠歯されるものであっても構わない。或いは、ドライブギヤ軸１４の外周スプライン歯２０およびロータ軸１２の内周スプライン歯１８の両方が欠歯されるものであっても構わない。

また、前述の実施例では、第１スプライン嵌合部２２において、外周スプライン歯２０の円周方向で３／４の領域が欠歯されていたが、必ずしも３／４に限定されない。欠歯の領域は、共振周波数が分散されて振動および騒音が低減されるように、車両の構造等に応じて適宜調整される。

また、前述の実施例では、ロータ軸１２とドライブギヤ軸１４との間にスプライン嵌合部１６が設けられていたが、本発明は、ロータ軸１２とドライブギヤ軸１４との間のスプライン嵌合部１６に限定されない。本発明は、動力伝達装置において、直列に配置された第１回転部材および第２回転部材が互いにスプライン嵌合されるスプライン嵌合部を有するものであれば、適宜適用され得る。

また、前述の実施例では、第１スプライン嵌合部２２を構成する外周スプライン歯２０ａの円周方向の寸法Ｈａが、第２スプライン嵌合部２４を構成する外周スプライン歯２０ｂの円周方向の寸法Ｈｂよりも大きくされることで、伝達トルクＴが所定値Ｔｂ以下の領域で、外周スプライン歯２０ａが内周スプライン歯１８と噛み合うように設定されていたが、伝達トルクＴが所定値Ｔｂ以下の領域で外周スプライン歯２０ａが内周スプライン歯１８と噛み合う構成は、外周スプライン歯２０ａの円周方向の寸法の変更に限定されない。例えば、外周スプライン歯２０ａと内周スプライン歯１８との間に弾性部材などを介挿することで、伝達トルクＴが所定値Ｔｂ以下の領域で外周スプライン歯２０ａと内周スプライン歯１８とが噛み合うものであっても構わない。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：動力伝達装置
１２：ロータ軸（第２回転部材）
１４：ドライブギヤ軸（第１回転部材）
１８：内周スプライン歯（第２回転部材のスプライン歯）
２０：外周スプライン歯（第１回転部材のスプライン歯）
２２：第１スプライン嵌合部
２４：第２スプライン嵌合部

Claims

第１回転部材と第２回転部材とを備え、前記第１回転部材および前記第２回転部材が互いにスプライン嵌合されて、これらの回転部材間でトルク伝達がなされる動力伝達装置であって、
前記第１回転部材および前記第２回転部材は、第１スプライン嵌合部および第２スプライン嵌合部においてスプライン嵌合され、
前記第１スプライン嵌合部では、前記第１回転部材のスプライン歯および前記第２回転部材のスプライン歯の少なくとも一方が円周方向における一部の領域で欠歯とされ、
前記第２スプライン嵌合部では、前記第１回転部材のスプライン歯および前記第２回転部材のスプライン歯が、伝達トルクが大きいときには噛み合うが、伝達トルクが小さいときには噛み合わないようにされている
ことを特徴とする動力伝達装置。