JP2024025221A - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１回転部材と第２回転部材がスプライン嵌合される構造において、内歯スプラインの軸方向の端部に応力集中が生じることを抑制できる車両用動力伝達装置を提供する。
【解決手段】ピニオンギヤ１２の外歯スプライン２０は、回転軸線ＣＬ方向で中央部３０に位置する歯先の直径Ｄpt1が、ピニオンギヤ１２の回転軸線ＣＬ方向で両端部３２に位置する歯先の直径Ｄpt2よりも大きくされているため、ピニオンギヤ１２及びドリブンギヤ１４がスプライン嵌合された状態において、ドリブンギヤ１４の内歯スプライン２２の回転軸線ＣＬ方向の両端部３６にかかる応力が低減される。その結果、ドリブンギヤ１４の内歯スプライン２２の回転軸線ＣＬ方向の端部３６で生じる応力集中を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１回転部材と第２回転部材とがスプライン嵌合された構造を有する車両用動力伝達装置に関する。

特許文献１には、内歯スプラインが形成された第１回転部材（特許文献１ではボス部）と、外歯スプラインが形成された第２回転部材（特許文献１ではシャフト）とがスプライン嵌合された構造を有する車両用動力伝達装置が記載されている。

特開２０２０－１９７２３８号公報

ところで、従来では、第１回転部材の内歯スプラインと第２回転部材の外歯スプラインとの間の締め代が、各回転部材の軸方向全体に亘って同じとなっている。このとき、内歯スプラインの軸方向の端部が応力集中しやすい形状の場合には、第１回転部材および第２回転部材をスプライン嵌合した後、第１回転部材の内歯スプラインに応力集中が生じることで、亀裂が発生（遅れ破壊）する虞があった。

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回転部材と第２回転部材がスプライン嵌合される構造において、内歯スプラインの軸方向の端部に応力集中が生じることを抑制できる車両用動力伝達装置を提供することにある。

本発明の要旨とするところは、（ａ）内歯スプラインが形成された第１回転部材と外歯スプラインが形成された第２回転部材とが互いにスプライン嵌合された構造を有する車両用動力伝達装置であって、（ｂ）前記外歯スプラインの歯先の直径が、前記内歯スプラインの歯底の直径よりも大きいことで、前記外歯スプラインの歯先と前記内歯スプラインの歯底との間に締め代が形成され、（ｃ）前記第２回転部材の軸方向で前記外歯スプラインの中央部に位置する歯先の直径が、前記第２回転部材の軸方向で前記外歯スプラインの端部に位置する歯先の直径よりも大きくされていることを特徴とする。

本発明によれば、第２回転部材の軸方向で外歯スプラインの中央部に位置する歯先の直径が、第２回転部材の軸方向で外歯スプラインの端部に位置する歯先の直径よりも大きくされている為、第１回転部材及び第２回転部材がスプライン嵌合された状態において、第１回転部材の内歯スプラインの軸方向の端部にかかる応力が低減される。その結果、第１回転部材の内歯スプラインの軸方向端部で生じる応力集中を抑制することができる。

本発明が適用された車両用動力伝達装置の一部を構成するドライブピニオンギヤ及びカウンタドリブンギヤの断面図である。 図１のドライブピニオンギヤの断面図である。 スプライン嵌合後にカウンタドリブンギヤにかかる応力を解析した解析結果を示す図である。

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用動力伝達装置１０の一部を構成するドライブピニオンギヤ１２（以下、ピニオンギヤ１２）及びカウンタドリブンギヤ１４（以下、ドリブンギヤ１４）の断面図である。車両用動力伝達装置１０は、例えばエンジン及び電動機を動力源とするハイブリッド車両（ＨＥＶ車両）又は電動機のみを動力源とする電気自動車（ＢＥＶ車両）に好適に適用される。ピニオンギヤ１２及びドリブンギヤ１４は、不図示の動力源と駆動輪との間の動力伝達経路を構成する。

ピニオンギヤ１２は、円筒状に形成され、回転軸線ＣＬ方向（本発明おいて軸方向に対応）の両端に配置されている一対の軸受１６及び軸受１８によって回転軸線ＣＬを中心にして回転可能に配置されている。ドリブンギヤ１４は、ピニオンギヤ１２の外周面にスプライン嵌合されることで、ピニオンギヤ１２と共に一体的に回転する。尚、ピニオンギヤ１２が本発明の第２回転部材に対応し、ドリブンギヤ１４が本発明の第１回転部材に対応する。

ピニオンギヤ１２の外周面には、ドリブンギヤ１４とスプライン嵌合する為の外歯スプライン２０が形成されている。又、ドリブンギヤ１４の内周面には、ピニオンギヤ１２とスプライン嵌合する為の内歯スプライン２２が形成されている。

図１左上は、ピニオンギヤ１２の外歯スプライン２０およびドリブンギヤ１４の内歯スプライン２２を回転軸線ＣＬに沿った方向から見た図である。尚、図１左上では、外歯スプライン２０及び内歯スプライン２２の周方向の一部が示されている。図１左上に示すように、外歯スプライン２０は、外周面から径方向外側に向かって突き出す複数個の外歯２４から形成されている。複数個の外歯２４は、ピニオンギヤ１２の周方向で等角度間隔に配置されている。内歯スプライン２２は、内周面から径方向内側に向かって突き出す複数個の内歯２６から形成されている。複数個の内歯２６は、ドリブンギヤ１４の周方向で等角度間隔に配置されている。

ピニオンギヤ１２及びドリブンギヤ１４がスプライン嵌合されると、外歯スプライン２０の外歯２４と内歯スプライン２２の内歯２６とが互いに噛み合わされることで、ピニオンギヤ１２及びドリブンギヤ１４が相対回転不能とされる。

図１右上は、図１左上に示す外歯２４を更に拡大した図であって、スプライン嵌合される前の外歯２４及び内歯２６の寸法の関係が示されている。図１右上において、外歯２４の周方向の両側には、内歯２６の一部が示されている。図１右上に示すように、外歯スプライン２０の外歯２４の歯先２０ａの直径Ｄptが、内歯スプライン２２の内歯２６の歯底２２ａの直径Ｄdbよりも大きくされている。その結果、外歯スプライン２０の外歯２４の歯先２０ａと内歯スプライン２２の内歯２６の歯底２２ａとの間に、径方向の締め代ＭＡが形成される。

また、回転軸線ＣＬを中心とする径方向で、一点鎖線で示すピッチ円と重なる部位において、外歯２４の周方向の寸法である歯厚Ｓtが、周方向で隣り合う内歯２６の間隔Ｓpよりも大きくされている。その結果、外歯スプライン２０の外歯２４の歯面と内歯スプライン２２の内歯２６の歯面との間に、歯面に対して垂直方向の締め代ＭＢが形成される。

従って、ピニオンギヤ１２及びドリブンギヤ１４がスプライン嵌合されると、外歯スプライン２０の外歯２４の歯先２０ａと内歯スプライン２２の内歯２６の歯底２２ａとが圧入（大径圧入）されると共に、外歯２４の歯面と内歯２６の歯面とが圧入（歯面圧入）される。

ところで、従来構造では、外歯スプライン２０及び内歯スプライン２２の形状が、回転軸線ＣＬの方向で同じとされていた。この場合には、ピニオンギヤ１２及びドリブンギヤ１４がスプライン嵌合されたとき、内歯スプライン２２の回転軸線ＣＬ方向の端部３６（図３参照）において応力集中が発生し、内歯２６の歯底と歯面との間から亀裂（遅れ破壊）が生じる虞があった。この応力集中を防止する為、外歯スプライン２０と内歯スプライン２２との間の締め代を低減することが考えられるが、外歯スプライン２０と内歯スプライン２２との間にかかる抜け荷重が減少することで、スプライン抜けが発生する虞がある。又は、締め代の上限を制限することも考えられるが、製造工程での管理が厳しくなって不良率が上昇し、工数の増加や工具費用増大の虞が生じる。

これに対して、本実施例では、ドリブンギヤ１４の外歯スプライン２０の外歯２４の回転軸線ＣＬの両端が、段付形状に形成されている。図１下段は、外歯スプライン２０及び内歯スプライン２２を簡略化した図である。図１下段に示すように、回転軸線ＣＬ方向で外歯スプライン２０の中央に位置する中央部３０の外歯２４の歯先２０ａの直径Ｄpt1が、回転軸線ＣＬ方向で外歯スプライン２０の両端に位置する端部３２の外歯２４の歯先２０ａの直径Ｄpt2よりも大きくされている。その結果、外歯２４の回転軸線ＣＬで両端部３２が、段付形状に形成される。

図２は、ピニオンギヤ１２の断面図である。図２に示すように、ピニオンギヤ１２の外周面に形成される外歯スプライン２０を形成する外歯２４の歯先が段付形状に形成されている。図２の右下には、外歯２４の中央部３０の拡大図が示されている。

図２右下に示すように、回転軸線ＣＬの中央部３０には、径方向外側に突き出す突部２８が形成されている。突部２８は、歯先の直径Ｄpt2の位置から所定の傾斜角αで径方向外側に向かって傾斜する一対の傾斜部２８ａと、歯先の直径Ｄpt1の位置で回転軸線ＣＬに対して平行な頂部２８ｂと、から形成されている。傾斜部２８ａは、突部２８の回転軸線ＣＬの両側に形成されている。頂部２８ｂは、回転軸線ＣＬ方向で所定の寸法Ｌを有している。

上記のように構成されることで、外歯２４における回転軸線ＣＬの中央部３０では、回転軸線ＣＬの両端に位置する端部３２に対して、更に径方向の締め代ＭＣが形成されることとなる。これより、ピニオンギヤ１２とドリブンギヤ１４とがスプライン嵌合されると、回転軸線ＣＬ方向の中央に締め代ＭＣが形成される分だけ、回転軸線ＣＬ方向の中央では、外歯スプライン２０と内歯スプライン２２との間にかかる荷重が増加する。一方で、外歯スプライン２０及び内歯スプライン２２の回転軸線ＣＬ方向の端部（３２、３６）では、外歯スプライン２０と内歯スプライン２２との間にかかる荷重が減少する。その結果、内歯スプライン２２の回転軸線ＣＬの両端部３６（図３参照）では、回転軸線ＣＬ方向の中央に比べて、スプライン嵌合状態で内歯スプライン２２にかかる応力が低減される。又、外歯スプライン２０及び内歯スプライン２２の回転軸線ＣＬの中央部（３０、３４）において、突部２８が形成されるに伴って締め代ＭＣが形成される為、ピニオンギヤ１２とドリブンギヤ１４と間で抜けを防止する抜け荷重を確保できる。

図３は、ピニオンギヤ１２及びドリブンギヤ１４がスプライン嵌合されたときにドリブンギヤ１４にかかる応力をシミュレーションによって解析した解析結果を示す図である。図３では、回転軸線ＣＬから下半分が省略されている。図３の解析結果に示すように、従来構造の内歯２６に段付形状が形成されない場合に比べて、内歯スプライン２２を構成する内歯２６の回転軸線ＣＬ方向で両端部３６で生じる応力が低下する結果が得られた。その結果、内歯２６の回転軸線ＣＬ方向の両端部３６への応力集中が抑制され、内歯２６の回転軸線ＣＬの両端部３６に亀裂（遅れ破壊）が生じることも抑制される。

上述のように、本実施例によれば、ピニオンギヤ１２の軸方向で外歯スプライン２０の中央部３０に位置する歯先２０ａの直径Ｄpt1が、ピニオンギヤ１２の軸方向で外歯スプライン２０の端部３２に位置する歯先２０ａの直径Ｄpt2よりも大きくされている為、ピニオンギヤ１２及びドリブンギヤ１４がスプライン嵌合された状態において、ドリブンギヤ１４の内歯スプライン２２の回転軸線ＣＬ方向の両端部３６にかかる応力が低減される。その結果、内歯スプライン２２の回転軸線ＣＬ方向の端部３６で生じる応力集中を抑制することができる。

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、外歯スプライン２０の外歯２４の回転軸線ＣＬの両側が段付形状に形成されるものであったが、回転軸線ＣＬの一方のみが段付形状に形成されるものであっても構わない。

又、前述の実施例では、外歯スプライン２０の外歯２４の歯面と内歯スプライン２２の内歯２６の歯面との間が圧入（歯面圧入）されていたが、本発明は、必ずしも上記歯面圧入を必要としない。すなわち、外歯２４の歯先２０ａと内歯２６の歯底２２ａとの間で圧入（大径圧入）される構造であれば、本発明を適用することができる。

又、前述の実施例では、車両用動力伝達装置１０は、ハイブリッド車両又は電気自動車に好適に適用されるとしたが、必ずしもこれらに限定されない。例えば、エンジンのみを動力源とする車両であってもよい。要は、第１回転部材と第２回転部材とがスプライン嵌合される構造を有するものであれば、本発明を適宜適用することができる。

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：車両用動力伝達装置 １２：ドライブピニオンギヤ（第２回転部材） １４：カウンタドリブンギヤ（第１回転部材） ２０：外歯スプライン ２０ａ：歯先 ２２：内歯スプライン ２２ａ：歯底 ３０：中央部 ３２：端部 ＭＡ：締め代 ＭＣ：締め代

Claims (1)

1. 内歯スプラインが形成された第１回転部材と外歯スプラインが形成された第２回転部材とが互いにスプライン嵌合された構造を有する車両用動力伝達装置であって、
   前記外歯スプラインの歯先の直径が、前記内歯スプラインの歯底の直径よりも大きいことで、前記外歯スプラインの歯先と前記内歯スプラインの歯底との間に締め代が形成され、
   前記第２回転部材の軸方向で前記外歯スプラインの中央部に位置する歯先の直径が、前記第２回転部材の軸方向で前記外歯スプラインの端部に位置する歯先の直径よりも大きくされている
   ことを特徴とする車両用動力伝達装置。

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