JP2021011911A - 動力伝達機構及び車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】誘起スラスト力に起因する振動や異音を効果的に抑制する動力伝達機構を提供する。【解決手段】車両の左右に設けられた駆動輪に対して駆動源からの回転トルクを伝達する左右のドライブシャフト３Ｌ，３Ｒを備える動力伝達機構２であって、右側のドライブシャフト３Ｒと左側のドライブシャフト３Ｌにおいて、それぞれの摺動式等速自在継手６Ｌ，６Ｒが備える転動体２３，３３の数が互いに異なる。【選択図】図２

Description

本発明は、動力伝達機構及び車両に関する。
車両に搭載されたエンジンや電動モータなどの駆動源からの左右の駆動輪へ回転トルクを伝達する動力伝達機構として、駆動輪側に配置されるアウトボード側の等速自在継手と、駆動輪側とは反対側に配置されるインボード側の等速自在継手と、両等速自在継手を連結する中間シャフトとで構成されるドライブシャフトが用いられている。
通常、アウトボード側の等速自在継手には、大きな作動角を取れるが軸方向に変位しない固定式等速自在継手が使用される。一方、インボード側の等速自在継手には、最大作動角は比較的小さいが、作動角を取りつつ軸方向変位が可能な摺動式等速自在継手が使用される。
ところで、このようなドライブシャフトにおいて、等速自在継手が作動角をとった状態で回転トルクを伝達すると、回転中に軸方向の誘起スラスト力が発生することが知られている。誘起スラスト力は、等速自在継手が１回転する間にローラ又はボールの個数に対応して発生する軸力であり、固定式等速自在継手よりも摺動式等速自在継手において発生しやすい傾向にある。例えば、３個のローラを有するトリポード型等速自在継手（ＴＪ）の場合は、１回転中に３回の誘起スラスト力が発生し、６個のボールを備えるダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）の場合は、１回転中に６回の誘起スラスト力が発生する。このような誘起スラスト力がエンジンやトランスミッションあるいはデファレンシャル装置のマウント手段と共振すると、車両の振動や異音の発生要因となる。
これに対して、従来では、インボード側の摺動式等速自在継手とアウトボード側の固定式等速自在継手とのそれぞれの転動体（ローラ又はボール）の角度位相をずらすことにより、誘起スラスト力に起因する振動や異音の発生を抑制する技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開平１０−１２２２５３号公報
しかしながら、近年、以前にも増して騒音（ＮＯＩＳＥ）、振動（ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ）、不快音（ＨＡＲＳＨＮＥＳＳ）、いわゆるＮＶＨ特性の向上に対する要望が強くなってきている。特に静寂性が求められるモータ駆動車両においては、エンジン駆動車両に比べて軽量であることや、発進時や加速時にドライブシャフトに入力される回転トルクが高いこともあって、従来の技術では誘起スラスト力に起因する振動や異音を十分に抑制できない可能性がある。
そこで、本発明は、誘起スラスト力に起因する振動や異音を効果的に抑制できる動力伝達機構、及びその動力伝達機構を備える車両を提供することを目的とする。
本発明は、車両の左右に設けられた駆動輪に対して駆動源からの回転トルクを伝達する左右のドライブシャフトを備える動力伝達機構である。左右のドライブシャフトは、中間軸と、中間軸の駆動輪側の端部に連結された固定式等速自在継手と、中間軸の駆動輪側とは反対側の端部に連結された摺動式等速自在継手とを備える。また、摺動式等速自在継手は、内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、トラック溝に転動可能に配置された転動体と、転動体を介して外側継手部材との間で角度変位及び軸方向変位を許容しながら回転トルクを伝達する内側継手部材とを備える。
本発明では、斯かる動力伝達機構が備える左右のドライブシャフトにおいて、それぞれの摺動式等速自在継手が備える転動体の数が互いに異なるようにしている。これにより、左右の摺動式等速自在継手において生じる誘起スラスト力が最大となる周波数（タイミング）を互いに異ならせることができる。その結果、左右の摺動式等速自在継手で生じる誘起スラスト力が共振しにくくなり、誘起スラスト力に起因して車両に発生する振動や異音を効果的に抑制することが可能となる。
さらに、左右のドライブシャフトにおいて、それぞれの固定式等速自在継手が備える転動体の数を互いに異ならせることで、これらに生じる誘起スラスト力が最大となる周波数（タイミング）も互いに異ならせることができる。これにより、左右の固定式等速自在継手で生じる誘起スラスト力が共振しにくくなり、誘起スラスト力に起因する振動や異音をより一層効果的に抑制することが可能となる。
本発明は、特に、駆動源が電動モータである場合に好適である。すなわち、電動モータを駆動源とするモータ駆動車両においては、エンジン駆動車両に比べて、高い静寂性が求められるうえ、車両が軽量で、発進時や加速時にドライブシャフトに入力される回転トルクが高いこともあって、誘起スラスト力に起因する振動や異音の発生が顕著となる傾向にある。そのため、このようなモータ駆動車両に本発明を適用することで特に大きな効果が得られる。
また、本発明に係る動力伝達機構を車両に適用することで、誘起スラスト力に起因する振動や異音の発生を高度に抑制することができ、ＮＶＨ特性に優れた車両を提供できるようになる。
本発明によれば、誘起スラスト力に起因する振動や異音を効果的に抑制できるようになる。
電気自動車に搭載された動力伝達機構の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る左右のドライブシャフトの縦断面図である。 トリポード型等速自在継手の横断面図である。 ダブルオフセット型等速自在継手の横断面図である。 ６個のボールを備える固定式等速自在継手の横断面図である。 ８個のボールを備える固定式等速自在継手の横断面図である。 本発明の他の実施形態に係る左右のドライブシャフトの縦断面図である。
以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明を説明するための各図面において、同一の機能もしくは形状を有する部材や構成部品等の構成要素については、判別が可能な限り同一符号を付すことにより一度説明した後ではその説明を省略する。
図１に、電気自動車に搭載された動力伝達機構の概略構成を示す。
図１に示す電気自動車１は、前輪駆動方式のモータ駆動車両である。電気自動車１は、駆動源である電動モータＭの回転トルクを駆動輪である左右の前輪Ｗへ伝達する動力伝達機構２として、左右のドライブシャフト３Ｌ，３Ｒを備えている。各ドライブシャフト３Ｌ、３Ｒは、中間軸４Ｌ，４Ｒと、中間軸４Ｌ，４Ｒの前輪Ｗ側の端部に連結されたアウトボード側（車両外側）の固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒと、中間軸４Ｌ，４Ｒの前輪Ｗ側とは反対側の端部に連結されたインボード側（車両内側）の摺動式等速自在継手６Ｌ，６Ｒとを備えている。斯かるドライブシャフト３Ｌ，３Ｒを介して電動モータＭと左右の前輪Ｗとが連結されていることで、電動モータＭから各前輪Ｗへ回転トルクを伝達可能に構成されている。
図２に、本発明の実施形態に係る左右のドライブシャフトの構成を示す。
まず、図２を参照しつつ、左右の各ドライブシャフト３Ｌ，３Ｒが備える固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒの構成について説明する。
図２に示すように、各ドライブシャフト３Ｌ，３Ｒが備える固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒは、それぞれ、上記前輪Ｗに連結される外側継手部材としての外輪７と、中間軸４Ｌ，４Ｒに連結される内側継手部材としての内輪８と、転動体としての複数のボール９と、ケージ１０とを主な構成要素として備えている。
外輪７は、一端が開口するカップ状の部材であり、その内周面には、軸方向に伸びる複数の円弧状のトラック溝７ａが周方向に等間隔に形成されている。一方、内輪８は、筒状の部材であり、その外周面には、外輪７のトラック溝７ａに対向する複数の円弧状のトラック溝８ａが周方向に等間隔に形成されている。外輪７のトラック溝７ａと内輪８のトラック溝８ａとの間には、ボール９が１つずつ配置され、各ボール９は、外輪７と内輪８との間に介在するケージ１０によって転動可能に保持されている。また、外輪７と中間軸４Ｌ，４Ｒとの間には、継手内への異物侵入防止や継手内に封入されたグリースの漏洩防止を目的としてブーツ１１が取り付けられている。
固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒにおいては、外輪７と内輪８との間に作動角が付与されると、ボール９がトラック溝７ａ，８ａに沿って移動することで、ボール９は常にどの作動角においてもその作動角の二等分面内に維持される。これにより、外輪７と内輪８との間では、ボール９を介して回転トルクが等速で伝達される。
ここで、本実施形態に係る左右のドライブシャフト３Ｌ，３Ｒにおいては、固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒとして、互いに同じ構造の固定式等速自在継手を用いている。これに対して、各ドライブシャフト３Ｌ，３Ｒが備える摺動式等速自在継手６Ｌ，６Ｒには、互いに異なる構造の摺動式等速自在継手が用いられている。具体的に、本実施形態では、右側の摺動式等速自在継手６Ｒとして、トリポード型等速自在継手（ＴＪ）２０が用いられ、左側の摺動式等速自在継手６Ｌとして、ダブルオフセット型等速自在継手（ＥＤＪ）３０が用いられている。
次に、図２及び図３を参照しつつ、右側の摺動式等速自在継手６Ｒとして用いられているトリポード型等速自在継手２０の構成について説明する。
図２及び図３に示すように、トリポード型等速自在継手２０は、上記電動モータＭに連結される外側継手部材としての外輪２１と、中間軸４Ｒに連結される内側継手部材としてのトリポード部材２２と、転動体としての３個のローラ２３とを主な構成要素として備えている。
外輪２１は、一端が開口するカップ状の部材であり、その内周面には、軸方向に伸びる３つの直線状のトラック溝２１ａが周方向に等間隔に形成されている。トリポード部材２２は、筒状のボス部２４と、このボス部２４から半径方向に突出する３つの脚軸２５とを有している。各脚軸２５には、ローラ２３などから成るローラユニット２６が装着されている。ローラユニット２６は、アウタリングとしてのローラ２３と、ローラ２３の内側に配置されると共に脚軸２５に外嵌されたインナリング２７と、ローラ２３とインナリング２７との間に介在された多数の針状ころ２８とによって構成されている。このローラユニット２６が、外輪２１の各トラック溝２１ａ内に１つずつ配置され、ローラ２３がトラック溝２１ａに沿って移動することで、トリポード部材２２は外輪２１に対して角度変位及び軸方向変位を許容しながら回転トルクを伝達することができる。また、上記固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒと同様に、外輪２１と中間軸４Ｒとの間には、ブーツ１２が取り付けられている。
続いて、図２及び図４を参照しつつ、左側の摺動式等速自在継手６Ｌとして用いられているダブルオフセット型等速自在継手３０の構成について説明する。
図２及び図４に示すように、ダブルオフセット型等速自在継手３０は、上記電動モータＭに連結される外側継手部材としての外輪３１と、中間軸４Ｌに連結される内側継手部材としての内輪３２と、転動体としての８個のボール３３と、ケージ３４を主な構成要素として備えている。
外輪３１は、一端が開口するカップ状の部材であり、その内周面には、軸方向に伸びる８個の直線状のトラック溝３１ａが周方向に等間隔に形成されている。一方、内輪３２は、筒状の部材であり、その外周面には、外輪３１のトラック溝３１ａに対向する８個の直線状のトラック溝３２ａが周方向に等間隔に形成されている。外輪３１のトラック溝３１ａと内輪３２のトラック溝３２ａとの間には、ボール３３が１つずつ配置され、各ボール３３は、外輪３１と内輪３２との間に介在するケージ３４によって転動可能に保持されている。各ボール３３が各トラック溝３１ａ，３２ａに沿って移動することで、内輪３２は外輪３１に対して角度変位及び軸方向変位を許容しながら回転トルクを伝達することができる。また、上記固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒと同様に、外輪３１と中間軸４Ｌとの間には、ブーツ１３が取り付けられている。
上記のように、本実施形態に係る動力伝達機構２においては、左右のドライブシャフト３Ｌ，３Ｒが備える摺動式等速自在継手６Ｌ、６Ｒとして、互いに異なる数の転動体を備える摺動式等速自在継手を用いている。このため、ドライブシャフト３Ｌ，３Ｒが回転すると、各摺動式等速自在継手６Ｌ，６Ｒにおける誘起スラスト力の発生の仕方が異なる。すなわち、誘起スラスト力は、１回転中にローラ又はボールの個数に対応して発生するので、３個のローラを備えるトリポード型等速自在継手２０においては、１２０°回転するごとに最大の誘起スラスト力が発生し、８個のボールを備えるダブルオフセット型等速自在継手３０においては、４５°回転するごとに最大の誘起スラスト力が発生する。
このように、本実施形態においては、左右の摺動式等速自在継手６Ｌ，６Ｒに、互いに異なる数の転動体を備える摺動式等速自在継手を用いることで、これらに生じる誘起スラスト力が最大となる周波数（タイミング）を互いに異ならせることができる。これにより、左右の摺動式等速自在継手６Ｌ，６Ｒで生じる誘起スラスト力が共振しにくくなり、誘起スラスト力に起因して車両に発生する振動や異音を効果的に抑制できるようになる。
一方、固定式等速自在継手は、摺動式等速自在継手に比べて誘起スラスト力が発生しにくいため、本実施形態においては、右側の固定式等速自在継手５Ｒと左側の固定式等速自在継手５Ｌとで、同じ数のボールを備える固定式等速自在継手を用いている。左右の固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒが備えるボールの数は、例えば、図５に示すような６個でもよいし、図６に示すような８個でもよい。
また、誘起スラスト力に起因する振動や異音をより一層抑制するため、左右の固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒに、互いに異なる数のボールを備える固定式等速自在継手を用いてもよい。
図７に、互いに異なる数のボールを備える固定式等速自在継手を用いた実施形態を示す。
図７に示す実施形態では、右側のドライブシャフト３Ｒが備える固定式等速自在継手５Ｒとして、図６に示すような８個のボール９を備える固定式等速自在継手が用いられ、左側のドライブシャフト３Ｌが備える固定式等速自在継手５Ｌとして、図５に示すような６個のボールを備える固定式等速自在継手が用いられている。なお、摺動式等速自在継手６Ｌ，６Ｒは、上述の実施形態と同様に、右側がトリポード型等速自在継手２０で、左側がダブルオフセット型等速自在継手３０である。
このように、左右の固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒとして、互いに異なる数の転動体を備える固定式等速自在継手を用いることで、これらに生じる誘起スラスト力が最大となる周波数（タイミング）を互いに異ならせることができる。これにより、左右の固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒで生じる誘起スラスト力が共振しにくくなり、誘起スラスト力に起因する振動や異音をより一層効果的に抑制できるようになる。
また、図７に示す実施形態では、右側のドライブシャフト３Ｒが備える固定式等速自在継手５Ｒと摺動式等速自在継手６Ｒとの間、及び、左側のドライブシャフト３Ｌが備える固定式等速自在継手５Ｌと摺動式等速自在継手６Ｌとの間でも、転動体の数が異なっている。すなわち、右側のドライブシャフト３Ｒにおいては、８個のボール９を備える固定式等速自在継手５Ｒと３個のローラ２３を備えるトリポード型等速自在継手２０との組み合わせであり、左側のドライブシャフト３Ｌにおいては、６個のボール９を備える固定式等速自在継手５Ｌと８個のボール３３を備えるダブルオフセット型等速自在継手３０との組み合わせであるので、固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手との間での転動体の数が異なっている。このため、各ドライブシャフト３Ｌ，３Ｒが備える固定式等速自在継手と摺動式等速自在継手との間でも誘起スラスト力が共振しにくくなり、振動及び異音がより一層生じにくくなる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の用紙を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
上述の実施形態では、固定式等速自在継手として、トラック溝が円弧部のみから成るいわゆるバーフィールド型等速自在継手（ＢＪ）を用いているが、トラック溝が円弧部及び直線部から成るいわゆるアンダーカットフリー型等速自在継手（ＵＪ）を用いてもよい。また、固定式等速自在継手は、６個のボール又は８個のボールを備えるものに限らず、８個より多い個数のボールを備えるものであってもよい。
また、右側の摺動式等速自在継手と左側の摺動式等速自在継手の組み合わせは、上述の実施形態に限らない。例えば、一方の摺動式等速自在継手が３個のローラを備えるトリポード型等速自在継手（ＴＪ）である場合、他方の摺動式等速自在継手を、上述の８個のボールを備えるダブルオフセット型等速自在継手（ＥＤＪ）に代えて、６個のボールを備えるダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）としてもよい。また、一方の摺動式等速自在継手を、８個のボールを備えるダブルオフセット型等速自在継手（ＥＤＪ）とし、他方の摺動式等速自在継手を、６個のボールを備えるダブルオフセット型等速自在継手（ＤＯＪ）としてもよい。
また、本発明は、前輪駆動式の車両に限らず、後輪駆動式の車両や四輪駆動式の車両にも適用可能である。また、本発明が適用されるモータ駆動車両は、一つの共通の電動モータによって左右の駆動輪を駆動させる１モータ式であってもよいし、２つのモータによって左右の駆動輪をそれぞれ独立に駆動させる２モータ式であってもよい。また、電動モータとドライブシャフトの摺動式等速自在継手との間に、減速機などの動力伝達機構が介在するものであってもよい。
また、本発明において、誘起スラスト力に起因する振動や異音をより確実に抑制するために、誘起スラスト力の共振を回避したい等速自在継手同士の間で、それぞれが備える全ての転動体の継手周方向の位相を異ならせてもよい。すなわち、左右の各摺動式等速自在継手６Ｌ，６Ｒ同士の間や、左右の固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒ同士の間、あるいは、固定式等速自在継手５Ｌ，５Ｒと摺動式等速自在継手６Ｌ，６Ｒとの間で、それぞれが備える全ての転動体の継手周方向位相を互いに異ならせてもよい。これにより、誘起スラスト力に起因する振動や異音をより確実に抑制できるようになる。
以上のように、本発明によれば、誘起スラスト力が発生しやすい左右の摺動式等速自在継手に、互いに異なる数の転動体を備える摺動式等速自在継手を用いることで、これらにおける最大の誘起スラスト力の発生タイミングを異ならせ、誘起スラスト力に起因する振動や異音を効果的に抑制できるようになる。これにより、車両に振動や異音が発生しにくくなり、ＮＶＨ特性に優れた車両を提供できるようになる。本発明は、電気自動車などのモータ駆動車両に限らず、エンジン駆動車両にも適用可能である。中でも誘起スラスト力に起因する振動や異音が顕著となるモータ駆動車両においては、本発明を適用することで特に大きな効果が得られるようになる。
１ 電気自動車
２ 動力伝達機構
３Ｌ，３Ｒ ドライブシャフト
４Ｌ，４Ｒ 中間軸
５Ｌ，５Ｒ 固定式等速自在継手
６Ｌ，６Ｒ 摺動式等速自在継手
７ 外輪（外側継手部材）
７ａ トラック溝
８ 内輪（内側継手部材）
８ａ トラック溝
９ ボール（転動体）
１０ ケージ
２０ トリポード型等速自在継手
２１ 外輪（外側継手部材）
２１ａ トラック溝
２２ トリポード部材（内側継手部材）
２３ ローラ（転動体）
３０ ダブルオフセット型等速自在継手
３１ 外輪（外側継手部材）
３１ａ トラック溝
３２ 内輪（内側継手部材）
３２ａ トラック溝
３３ ボール（転動体）
３４ ケージ
Ｍ 電動モータ（駆動源）
Ｗ 前輪（駆動輪）

Claims (4)

  1. 車両の左右に設けられた駆動輪に対して駆動源からの回転トルクを伝達する左右のドライブシャフトを備える動力伝達機構であって、
    前記左右のドライブシャフトは、中間軸と、前記中間軸の駆動輪側の端部に連結された固定式等速自在継手と、前記中間軸の駆動輪側とは反対側の端部に連結された摺動式等速自在継手とを備え、
    前記摺動式等速自在継手は、内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、前記トラック溝に転動可能に配置された転動体と、前記転動体を介して前記外側継手部材との間で角度変位及び軸方向変位を許容しながら回転トルクを伝達する内側継手部材とを備え、
    前記左右のドライブシャフトにおいて、それぞれの前記摺動式等速自在継手が備える前記転動体の数が互いに異なることを特徴とする動力伝達機構。
  2. 前記固定式等速自在継手は、内周面にトラック溝が形成された外側継手部材と、外周面にトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝と前記内側継手部材のトラック溝との間に配置され回転トルクを伝達する転動体と、前記転動体を転動可能に保持するケージとを備え、
    前記左右のドライブシャフトにおいて、それぞれの前記固定式等速自在継手が備える前記転動体の数が互いに異なる請求項１に記載の動力伝達機構。
  3. 前記駆動源は、電動モータである請求項１又は２に記載の動力伝達機構。
  4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の動力伝達機構を備えることを特徴とする車両。
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