JP4622886B2

JP4622886B2 - 回転装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP4622886B2
Application number: JP2006050346A
Authority: JP
Inventors: 宏藤戸; 眞舟橋; 勝信三根; 浩之天野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: JP2007225097A

Description

この発明は、回転部材の外周に振動減衰部材を取り付けた回転装置およびその製造方法に関するものである。

従来、回転部材同士の間で、歯車伝動装置などの伝動装置を経由して動力伝達をおこなうように構成すると、歯車を構成する歯の弾性変形や噛み合い誤差、前記歯車の加工誤差などに起因して前記回転部材の回転速度に変動が発生し、その回転速度の変動によって前記回転部材の振動を誘起する可能性があった。この回転部材の振動は、その回転部材を支持している軸受を経由して、前記回転部材を収納したケーシングに伝達され、そのケーシングが共振する問題があった。そこで、前記回転部材の振動が前記ケーシングに伝達されることを抑制するために、振動減衰部材を用いる技術が知られており、その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されている軸受装置は、自動車の動力伝達装置に用いられるものであり、回転体が軸受により支持されており、その軸受がケースに取り付けられている。そして、この特許文献１に記載された制振部材の取り付け構造は、前記回転体に対して、環状スリーブの形状を有する制振部材を圧入した後、環状の押圧部材を回転体にねじ込むことにより、前記回転体の段部と前記押圧部材とにより前記制振部材を挟み付けて、その制振部材に圧縮荷重を与え、制振部材に歪みを発生させるものである。この制振部材は、双晶型または強磁性型または転位型などの高振動減衰金属であり、歪みの発生により振動減衰性能、すなわちダンピング係数が増大し、回転体により生じる振動に対する制振効果が改善されるものとされている。
特開２００４−２９３７２９号公報

ところで、特許文献１に記載されている軸受装置においては、押圧部材により制振材に圧縮荷重を与えて歪みを発生させた後には、その制振材の歪みが増加することはないため、制振性能が不十分になる可能性があった。

この発明は、上記事情を背景としてなされたもので、回転部材を軸受で支持し、かつ、その回転部材によりトルク伝達がおこなわれてねじり振動が発生した場合に、前記回転部材に取り付けられている振動減衰部材の歪みを、更に増加させることの可能な回転装置およびその製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、軸受により支持される回転部材と、この回転部材の外周に取り付けられた振動減衰部材とを有する回転装置において、前記回転部材の外周に形成された係合部と、前記振動減衰部材の内周に形成された係合部とが相互に食い込んで、前記振動減衰部材に歪みが発生していることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、軸受により支持される回転部材でトルク伝達をおこなう場合に発生する振動を抑制するために、前記回転部材の製造工程で前記回転部材の外周に振動減衰部材を取り付ける、回転部材の製造方法において、前記回転部材に前記振動減衰部材を取り付ける前に、前記回転部材および前記振動減衰部材に係合部を形成しておくとともに、前記回転部材と前記振動減衰部材とを前記回転部材の軸線方向に相対移動させることにより、前記回転部材に形成された係合部と、前記振動減衰部材に係合された係合部とを相互に食い込ませることにより、前記振動減衰部材に歪みを発生させながら前記回転部材の外周に前記振動減衰部材を圧入することを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、回転部材および振動減衰部材に形成された係合部同士が相互に食い込んで、前記振動減衰部材に歪みが発生している。このため、軸受により支持された前記回転部材でトルク伝達がおこなわれて、前記回転部材に円周方向のねじり振動が発生すると、前記係合部同士の係合力が高まって、前記振動減衰部材の歪みが更に大きくなり、振動減衰効果が一層高められる。したがって、前記回転部材のねじり振動が、軸受を経由して支持部材に伝達されることを抑制できる。このため、支持部材の振動や騒音（ノイズ）を抑制できる。

請求項２の発明によれば、回転部材に振動減衰部材を圧入する工程で、係合部同士が相互に食い込んで、前記振動減衰部材に歪みが発生する。また、前記回転部材に前記振動減衰部材を圧入することにより、前記回転部材の円周方向で、前記係合部同士が係合する。このため、軸受により支持された前記回転部材でトルク伝達がおこなわれて、前記回転部材に円周方向のねじり振動が発生すると、前記係合部同士の係合力が高まって、前記振動減衰部材の歪みが更に大きくなり、振動減衰効果が一層高められる。したがって、前記回転部材のねじり振動が、軸受を経由して支持部材に伝達されることを抑制できる。このため、支持部材の振動や騒音を抑制できる。

まず、この発明の概念について説明すると、この発明の適用対象である回転装置およびその製造方法は、例えば車両用の動力伝達装置の回転部材を製造する方法として用いることができる。具体的には、エンジンまたは電動機などの駆動力源から車輪に至る経路に前記動力伝達装置が設けられており、この動力伝達装置は複数の回転部材を有している。ここで、複数の回転部材同士が平行に配置される場合と、複数の回転部材同士が同軸上に配置される場合と、複数の回転部材同士が交差して配置される場合がある。複数の回転部材が何れの形式で配置される場合も、その回転部材同士を歯車伝動装置により連結可能である。例えば、複数の回転部材同士が平行に配置される場合は、外歯同士を噛合させて歯車伝動装置を構成することが可能である。また、複数の回転部材同士が同軸上に配置される場合は、外歯と内歯とを噛合させて歯車伝動装置を構成することが可能である。さらに、複数の回転部材同士が交差して配置される場合は、ピニオンギヤとリングギヤとを噛合させて歯車伝動装置を構成することが可能である。

すなわち、歯車伝動装置は、平行軸歯車、交差軸歯車、食い違い軸歯車などのいずれでもよい。また、前記歯車伝動装置は、遊星歯車装置であってもよい。更に、この発明の製造方法で製造される回転部材は、変速機の一部を構成する回転部材、最終減速機の一部を構成する回転部材など、各種の回転部材の製造に適用できる。さらに、この発明の製造方法により製造される回転部材としては、中実の回転軸、中空の回転軸、回転軸同士を連結するコネクティングドラム、歯車自体などが挙げられる。さらにまた、複数の回転部材は、軸受を介して支持部材により支持される。前記軸受は、転がり軸受または滑り軸受のいずれでもよい。さらに、前記支持部材は、変速機や最終減速機のケーシング、または車体（ボデー）のいずれでもよい。そして、複数の回転部材同士を歯車伝動装置により連結すると、トルク伝達時に、歯車の噛み合い誤差、各歯の弾性変形などに起因して、回転部材の回転速度に変動が生じ、ねじり振動や曲げ振動が発生する。この発明では、回転部材に振動減衰部材を取り付けることで、回転部材の振動、主としてねじり振動を抑制する。前記回転部材および前記振動減衰部材に形成される係合部は、軸線を中心として半径方向に変位された凹部（谷部）と凸部（山部）とにより構成される。すなわち、前記回転部材および前記振動減衰部材に形成される係合部は、円周方向の係合力を発生する構成であればよい。なお、複数の回転部材同士が、巻き掛け伝動装置により連結される場合にも、この発明を適用可能である。さらにこの発明は、動力源の動力により、車輪以外の被駆動装置を駆動する経路に設けられた回転部材の製造に用いることもできる。例えば、動力源としてのエンジン、または電動機の動力を、ウォーターポンプ、またはエアコン用コンプレッサなどの被駆動装置に伝達する回転装置およびその製造方法として用いることも可能である。

つぎに、この発明の実施例を、図面に基づいて具体的に説明する。この実施例では、車両用の動力伝達装置、例えば、変速機の一部を構成する回転軸に、振動減衰部材を取り付ける構成を説明する。まず、変速機を構成する回転部材や歯車などを収容するケーシング１が設けられている。このケーシング１は金属材料、例えばアルミニウムやアルミニウム合金などにより構成されている。このケーシング１内には、相互に平行な複数の回転軸が設けられており、図１では１本の回転軸２が示されている。この回転軸２には歯車３が形成されており、他の回転軸（図示せず）に形成された歯車（図示せず）と、前記歯車３とが噛合されている。これらの歯車は何れも外歯である。この回転軸２としては、金属材料、例えば、Ｃｒ鋼、炭素鋼などを用いることが可能であり、これらの金属材料に、浸炭焼き入れ処理、高周波焼き入れ処理などの表面硬化処理が施されている。また、前記回転軸２の外周には軸受４の内輪５が圧入されており、その軸受４の外輪６が前記ケーシング１により保持されている。そして、前記内輪５と前記外輪６との間には転動体７が介在されている。つまり、この軸受４は転がり軸受である。このようにして、前記回転軸２が軸線Ａ１を中心として回転可能に支持されている。また、前記軸受４は軸線方向における異なる位置に２個設けられており、一方の軸受４の前記内輪５が、前記回転軸２に形成された環状の段部８に接触されている。

そして、前記回転軸２の外周において、前記軸線方向で前記軸受４同士の間には、環状の振動減衰部材（制振部材）９が取り付けられている。この振動減衰部材９は、高弾性率・高振動減衰金属から構成されている。例えば、強磁性型高振動減衰金属または転位型高振動減衰金属であるＫ１Ｘ１（Ｍｇ−Ｚｒ合金）、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、双晶型高振動減衰金属であるＭ２０５２（Ｍｎ−Ｃｕ合金）等が採用される。この振動減衰部材９の機械的強度は、前記回転軸２の機械的強度よりも低く構成されている。この振動減衰部材９は前記回転軸２の外周に対して、相対回転不可能に圧入（固定）されている。より具体的には、振動減衰部材９の内周には、内歯１０が形成されている。この内歯１０は、半径方向の凹部と凸部とを交互に配置したものである。また、この内歯１０を構成する各歯は、軸線方向に直線状に形成された平歯車形状となっている。

これに対して、前記回転軸２の外周には外歯１１が形成されている。この外歯１１は、半径方向の凹部と凸部とを交互に配置したものである。さらに、この外歯１１を構成する各歯は、軸線方向に対してねじれ角（リード）が設定されたはすば歯車形状となっている。なお、前記内歯１０および前記外歯１１は、インボリュート歯車またはサイクロイド歯車のいずれでもよい。そして、前記内歯１０と前記外歯１１とが噛合されるとともに、前記内歯１０と前記外歯１１とが相互に食い込み、前記内歯１０が塑性変形して歪みが発生している。このようにして、前記内歯１０と前記外歯１１とが、スプライン嵌合もしくはセレーション嵌合されて、前記回転軸２と前記振動減衰部材９とが相対回転不可能に固定されている。なお、前記回転軸２の外周にはスナップリング１２が取り付けられており、前記軸受４の内輪５と、このスナップリング１２との間に前記振動減衰部材９が配置されている。

つぎに、前記回転軸２の外周に前記振動減衰部材９を取り付ける工程を説明する。まず、前記振動減衰部材９と前記回転軸２とが別々に成形加工され、前記振動減衰部材９の内周には内歯１０が形成され、前記回転軸２の外周には前記外歯１０が形成される。前記振動減衰部材９に前記内歯１０を加工し、前記回転軸２に前記外歯１１を加工する方法としては、転造およびブローチ加工等が用いられる。そして、前記内歯１０が形成された前記振動減衰部材９と、前記外歯１１が形成された前記回転軸２とを同軸上に配置するとともに、前記振動減衰部材９と前記回転軸２とを、この回転軸２の軸線方向に相対移動させることにより、前記内歯１０と前記外歯１１とを相互に食い込ませながら、前記回転軸２の外周に前記振動減衰部材９を圧入することで、前記内歯１０に荷重が与えられて塑性変形もしくは材料流動が発生する。これは、前記回転軸２の機械的強度よりも、前記振動減衰部材９の機械的強度の方が低いからである。このようにして、前記回転軸２の外周に前記振動減衰部材９を圧入する工程で、同時に前記振動減衰部材９を構成する金属材料の組成もしくは組織にせん断歪みが発生する。

上記のようにして、前記回転軸２の外周に前記振動減衰部材９を取り付けた後、その回転軸２を前記ケーシング１の内部に配置し、かつ、前記軸受４で支持して、その回転軸２と他の回転軸との間でトルク伝達をおこなう。この場合、前記回転軸２が、動力の伝達方向で入力側または出力側のいずれであってもよい。このトルク伝達により、各回転軸に形成された歯車同士の噛み合い誤差、各歯の弾性変形などに起因して、入力側の回転軸に対する出力側の回転軸の回転速度に変動が生じ、ねじり振動が発生する。すると、前記回転軸２に形成された前記外歯１１と、前記振動減衰部材９に形成された前記内歯１０とが円周方向に係合されているため、ねじり振動により前記振動減衰部材９の歪みが一層増加し、そのねじり振動が、前記振動減衰部材９により減衰される。したがって、前記回転軸２のねじり振動が、前記軸受４を経由して前記ケーシング１に伝達されることを抑制でき、前記ケーシング１の振動および騒音を抑制できる。特に、前記回転軸２に形成された外歯１１と、前記振動減衰部材９に形成された内歯１０とが円周方向に係合されているため、前記内歯１０と前記外歯１１とに滑りが生じることを防止でき、一層確実に振動減衰性能を発揮できる。

なお、前記回転軸２の製造方法においては、前記回転軸２の外歯１１と、前記振動減衰部材９の内歯１０とを噛合させる工程で、前記振動減衰部材９に歪みを発生させることが可能であればよい。すなわち、前述とは逆に、前記回転軸２の外歯１１を平歯車形状に構成し、前記振動減衰部材９の内歯１０をはすば歯車形状に構成しても、前記回転軸２の外歯１１と、前記振動減衰部材９の内歯１０とを噛合させる工程で、前記振動減衰部材９に歪みを発生させることが可能である。また、前記軸線Ａ１を中心とする同一円周上において、前記内歯１０の歯厚と前記外歯１１の歯溝の幅とを異ならせ、前記外歯１１の歯厚と前記内歯１０の歯溝の幅とを異ならせておいても、前記回転軸２の外歯１１と、前記振動減衰部材９の内歯１０とを相互に食い込ませることで、前記振動減衰部材９に歪みを発生させることが可能である。

この実施例における前記振動減衰部材９の歪み量と、その振動減衰部材９の振動減衰率（ダンピング係数）との関係の一例を、図２に示す。この図２のように、前記振動減衰部材９に荷重が加えられて歪みが大きくなるほど、振動減衰性能が向上することが確認されている。この図２では、Ｍｎ−Ｃｕ合金、炭素鋼、ＮＩＶＣＯ−１０（Ｃｏ−２２Ｎｉ−２Ｔｉ−０．２５Ａｌ）について、振動減衰性能特性が示されている。なお、この実施例では、前記振動減衰部材９を前記回転軸２の外周に圧入する工程で、同時に前記振動減衰部材９に歪みが発生するため、前記振動減衰部材９を前記回転軸２に取り付ける工程の後に、前記振動減衰部材９に歪みを発生させる工程を、新たに設けずに済む。したがって、工数低減となり前記回転軸２の製造コストの上昇を抑制できる。更に、前記振動減衰部材９に歪みを発生させるために、別部材を用意する必要はないし、その別部材を取り付けるスペースを確保する必要もない。したがって、部品点数の増加を抑制でき、かつ、取り付けスペースの拡大を抑制できる。ここで、実施例の構成とこの発明の構成との対応関係を説明すると、回転軸２が、この発明の回転部材に相当し、内歯１０および外歯１１が、この発明の係合部に相当する。

この発明の製造方法により製造された回転部材を有する動力伝達装置の構成を示す断面図である。この発明で用いた振動減衰部材の振動減衰率（ダンピング係数）と、歪みとの関係を示す特性線図である。

符号の説明

１…ケーシング、２…回転軸、４…軸受、９…振動減衰部材、１０…内歯、１１…外歯、Ａ１…軸線。

Claims

軸受により支持される回転部材と、この回転部材の外周に取り付けられた振動減衰部材とを有する回転装置において、
前記回転部材の外周に形成された係合部と、前記振動減衰部材の内周に形成された係合部とが相互に食い込んで、前記振動減衰部材に歪みが発生していることを特徴とする回転装置。
軸受により支持される回転部材でトルク伝達をおこなう場合に発生する振動を抑制するために、前記回転部材の製造工程で前記回転部材の外周に振動減衰部材を取り付ける回転装置の製造方法において、
前記回転部材に前記振動減衰部材を取り付ける前に、前記回転部材および前記振動減衰部材に係合部を形成しておくとともに、前記回転部材と前記振動減衰部材とを前記回転部材の軸線方向に相対移動させることにより、前記回転部材に形成された係合部と、前記振動減衰部材に係合された係合部とを相互に食い込ませることにより、前記振動減衰部材に歪みを発生させながら前記回転部材の外周に前記振動減衰部材を圧入することを特徴とする回転装置の製造方法。