JP5879786B2 - Coupling device - Google Patents
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Description
この発明は、実質的に同軸状に配置された2つの回転軸の間で比較的大きなトルクを伝達するとともに、両回転軸の多少の偏心ないし角度ずれを許容することが可能なカップリング装置に関する。 The present invention relates to a coupling device capable of transmitting a relatively large torque between two rotating shafts arranged substantially coaxially and allowing a slight eccentricity or angular deviation between the rotating shafts. .
互いに偏心した2つの回転軸を連結するカップリング装置としては、特許文献1に開示されているような所謂オルダムカップリングが広く知られている。このオルダムカップリングは、十字形に交差する2つの直径方向に沿って中間部材が摺動することで2つの回転軸の偏心を吸収する構成であり、原理的に比較的大きな偏心を許容することができる。
A so-called Oldham coupling as disclosed in
一方、特許文献2には、車両の駆動源として内燃機関と電動モータとを備えたハイブリッド車両において、内燃機関のクランクシャフト後端にモータのロータを固定し、このロータと変速機入力軸とを、円錐台形のコーン型をなすドライブプレートによって連結するようにした構成が開示されている。
On the other hand, in
特許文献1のようなオルダムカップリングは、摺動部のバックラッシュが存在するため、内燃機関のようなトルク変動の大きな箇所でのカップリング装置としては適当ではなく、また構成の複雑化や大型化、さらには潤滑の問題も生じてしまう。
The Oldham coupling as disclosed in
一方、特許文献2の構成では、内燃機関のクランクシャフトと変速機入力軸とがモータのロータおよび円錐台形のドライブプレートを介して連結されているが、この連結部には、クランクシャフトと変速機入力軸との間の僅かな偏心や角度ずれを許容する機構はなく、従って非常に高い精度で両者の同心度を確保しなければならない。そして、僅かな偏心などが残存していると、これを吸収できないことから、例えば軸受の偏摩耗などが生じてしまう。
On the other hand, in the configuration of
この発明は、第1の回転軸と第2の回転軸とを、両者の中心軸線の偏心ないし角度ずれを許容しつつ連結するカップリング装置であって、第1の回転軸に取り付けられる第1のフランジと、第2の回転軸に取り付けられ、上記第1のフランジに対向して配置される第2のフランジと、複数の連結アームと、を備える。この連結アームは、ばね性を有する帯状金属板からなり、放射状に複数配設されるとともに、外周側の一端が上記第1のフランジにそれぞれ固定され、かつ内周側の他端が上記第2のフランジにそれぞれ固定されている。そして、上記連結アームは、その半径方向の中間部に、半径方向の伸縮変形を許容する波状屈曲部を備えるとともに、外周側の端部および内周側の端部に比較して相対的に剛性が低くなるように連結アームを構成する金属板に孔もしくは切欠を形成あるいは板厚を部分的に薄肉化してなる低剛性部を備えている。 The present invention is a coupling device that connects a first rotating shaft and a second rotating shaft while allowing an eccentricity or angular deviation of the central axis of the both, and the first rotating shaft is attached to the first rotating shaft. , A second flange that is attached to the second rotating shaft and is disposed to face the first flange, and a plurality of connecting arms. The connecting arm is made of a belt-like metal plate having spring properties, and a plurality of radial arms are provided, one end on the outer peripheral side is fixed to the first flange, and the other end on the inner peripheral side is the second. It is fixed to each flange. The connecting arm is provided with a wave-like bent portion that allows expansion and contraction deformation in the radial direction at the intermediate portion in the radial direction, and is relatively rigid as compared with the end portion on the outer peripheral side and the end portion on the inner peripheral side. Is provided with a low-rigidity portion formed by forming a hole or notch in the metal plate constituting the connecting arm so as to reduce the thickness or partially reducing the plate thickness .
このようなカップリング装置においては、放射状に配設された複数の連結アームを介して一方の回転軸から他方の回転軸へ回転が伝達される。個々の連結アームは、金属板のばね性によって弾性変形可能であるので、例えば、第2の回転軸の中心軸線が第1の回転軸の中心軸線に対し偏心していたり、両者の中心軸線が角度的にずれている場合でも、各連結アームの弾性変形によって、その偏心や角度ずれが吸収され、回転トルクの伝達が可能である。そして、放射状に延びる連結アームは、一般に第1,第2のフランジに固定されている両端の取付部に応力が集中し易いが、半径方向の中間部に低剛性部を備えることにより応力が分散され、結果として取付部の応力集中が緩和される。 In such a coupling device, rotation is transmitted from one rotating shaft to the other rotating shaft through a plurality of radially arranged connecting arms. The individual connecting arms can be elastically deformed by the spring property of the metal plate. For example, the center axis of the second rotating shaft is eccentric with respect to the center axis of the first rotating shaft, or the center axes of the two rotating shafts are angled. Even when they are displaced, the eccentricity and angular deviation are absorbed by the elastic deformation of each connecting arm, and rotational torque can be transmitted. The connecting arm that extends radially generally tends to concentrate stress on the attachment portions at both ends fixed to the first and second flanges, but the stress is dispersed by providing a low-rigidity portion in the middle portion in the radial direction. As a result, stress concentration in the mounting portion is alleviated.
この発明によれば、比較的簡単な構成で2つの回転軸の偏心や角度ずれを許容しつつ回転の伝達を行うことができ、かつトルク変動に伴うバックラッシュの問題や潤滑の必要性がない。 According to the present invention, rotation can be transmitted while allowing the eccentricity and angular deviation of the two rotating shafts with a relatively simple configuration, and there is no problem of backlash due to torque fluctuation and the need for lubrication. .
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、この発明に係るカップリング装置1が用いられる一つの例として、内燃機関2と電動モータ3との接続部の構成を示している。内燃機関2は、シリンダブロック4の下部に図示せぬ主軸受を介してクランクシャフト5が回転自在に支持されているとともに、このクランクシャフト5が収容されるクランク室6を画成するように、オイルパン7がシリンダブロック4下面に取り付けられている。
FIG. 1 shows a configuration of a connecting portion between an
このオイルパン7とシリンダブロック4とからなる内燃機関2の後端面には、変速機ハウジング11が取り付けられており、電動モータ3は、この変速機ハウジング11の前端部に収容されている。なお、変速機ハウジング11の後部には、図外の変速ギヤ機構が収容されている。電動モータ3は、変速機ハウジング11側に固定されたステータ12と、このステータ12に対し回転するロータ13と、を有する。ロータ13は、モータ回転軸14に固定されており、このモータ回転軸14の前端部は、変速機ハウジング11の前端のバルクヘッド部15に軸受16を介して回転自在に支持され、かつオイルシール17によってシールされている。
A
上記モータ回転軸14は、内燃機関2のクランクシャフト5に対し直列に並んでおり、両者は、基本的に互いに同心となるように配置されているが、各部の公差や変速機ハウジング11の取付時の誤差等により生じ得る両者の中心軸線の僅かな偏心および角度ずれを吸収するために、クランクシャフト5の後端部とモータ回転軸14の前端部とが、カップリング装置1を介して連結されている。なお、クランクシャフト5後端部は、内燃機関2の後端面においてシリンダブロック4およびオイルパン7に対し図示せぬオイルシールを介してシールされている。
The
上記変速機ハウジング11は、バルクヘッド部15の前方が、徐々に大径に膨らんだベルマウス部18となっており、全体として円盤状をなすカップリング装置1は、このベルマウス部18内の空間、換言すれば、変速機ハウジング11のバルクヘッド部15と内燃機関2の後端面との間に生じる空間内に収容されている。
The
上記カップリング装置1は、図2および図3にも示すように、第1フランジプレート21と、第2フランジプレート22と、両者を連結する複数の連結アーム23と、から大略構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
上記第1フランジプレート21は、鋼板をプレス成形したものであって、全体として円形をなし、中央部に小径の補強板24が重ねられてリベット25にて固定されているとともに、この2枚重ねの中央部分が複数のボルト26によってクランクシャフト5後端のボス部27に取り付けられている。なお第1フランジプレート21は、補強板24外周縁よりも僅かに外周側の位置を境界として、中央部が内燃機関2側へ僅かに窪んだ形に成形されており、この窪んだ部分に補強板24が重ねられている。また、第1フランジプレート21の外周部には、その内燃機関2側の面に、フライホイール用の錘となる円環状のリング部材28がボルト29によって取り付けられている。さらに、第1フランジプレート21の外周縁は、軸方向後方へ向かって、つまり円筒面に沿って折り曲げられており、ここに、多数の歯部30が切欠形成されている。変速機ハウジング11には、この歯部30に隣接して該歯部30を検出するための図示せぬプローブが配置されており、この歯部30とプローブとによって、クランクシャフト5の回転位置(クランク角)を検出するクランク角センサが構成されている。つまり、上記第1フランジプレート21は、クランク角センサのいわゆるシグナルプレートとしても機能しており、換言すれば、クランクシャフト5の後端に通常配置されるシグナルプレートが上記第1フランジプレート21を兼ねたものとなっている。
The
上記第2フランジプレート22は、アルミニウム合金等のダイキャスト部品からなり、上記第1フランジプレート21よりも小径な円形をなすとともに、中央に円筒部31が一体に形成されている。モータ回転軸14の先端部には、スプライン加工あるいはセレーション加工が施されており、対応するスプラインないしセレーションを有する円筒部31内周面に、モータ回転軸14の先端部が嵌合している。上記第2フランジプレート22は、上記第1フランジプレート21に対向して位置し、両者間には、軸方向に適宜な間隔が保たれている。詳しくは、上記円筒部31は、その軸方向長さの大部分が第2フランジプレート22の面から前方(つまり内燃機関2側)へ突出しているが、この円筒部31の先端が第1フランジプレート21の補強板24よりも僅かに後方に位置したものとなるように、上記の間隔が設定されている。なお、第2フランジプレート22には、クランクシャフト5への取付用のボルト26の位置に各々対応して円形の開口部32が複数個設けられている。
The
上記第1フランジプレート21と上記第2フランジプレート22は、複数個、例えばこの実施例では7個の連結アーム23によって互いに連結されている。この連結アーム23は、ばね性を有する鋼板からなり、図4にも示すように、第1フランジプレート21の外周縁に沿う円弧形の外周側リム部41と、第2フランジプレート22の外周縁に沿う円弧形の内周側リム部42と、両者を連結する一定幅の帯状をなすアーム部43と、を備え、全体として、I字形ないしT字形をなしている。外周側リム部41の両端には取付孔44がそれぞれ設けられており、この取付孔44を貫通するボルト29によって外周側リム部41が第1フランジプレート21の外周部に固定されている。上記ボルト29は、上記のリング部材28に螺合し、第1フランジプレート21の前面に配置されるリング部材28と第1フランジプレート21の後面に配置される外周側リム部41とを、同時に第1フランジプレート21に固定している。また内周側リム部42には一対の取付孔45が設けられており、これらの取付孔45を貫通するリベット46によって内周側リム部42が第2フランジプレート22の外周部前面に固定されている。このように連結アーム23が各々取り付けられた状態では、各々のアーム部43は、第1フランジプレート21および第2フランジプレート22の半径線に沿って放射状に延びている。なお、複数個、例えば7個の連結アーム23は、周方向に沿って等間隔に配置されている。
The
上記連結アーム23におけるアーム部43は、図1,図2に示すように、軸方向に離れて位置する外周側リム部41と内周側リム部42とを互いに連結するように軸方向に斜めに延びているが、実施例のカップリング装置1においては、その半径方向の中間部に、半径方向の伸縮変形を許容する波状屈曲部47が設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
この波状屈曲部47は、帯状金属板からなるアーム部43を断面円弧形ないし略U字形に1回ないし複数回折り曲げることで構成されている。図5〜図7は、波状屈曲部47のいくつかの例を示しており、図5の例では、アーム部43を外周側リム部41寄りの符号51で示す折曲線に沿って断面円弧形に折り曲げるとともに、内周側リム部42寄りの符号52で示す折曲線に沿って逆向きに断面円弧形に折り曲げた構成となっており、換言すれば、2箇所の折曲部が緩い円弧形のステップ状をなしている。上記の折曲線51,52は、図3のような平面図上では、回転の接線方向に沿った直線をなす。
The wavy
図6の例では、アーム部43を外周側リム部41寄りの符号53で示す折曲線に沿って断面円弧形に折り曲げるとともに、符号54で示す稜線に沿って断面略U字形に折り返し、さらに、内周側リム部42寄りの符号55で示す折曲線に沿って断面円弧形に折り曲げた構成となっている。換言すれば、外周側リム部41と内周側リム部42との間に、後方(電動モータ3側)へ向かって突出した断面略U字形の山部56を備えた構成となっている。上記の折曲線53,55および稜線54は、やはり回転の接線方向に沿った直線をなす。
In the example of FIG. 6, the
図7の例では、アーム部43を外周側リム部41寄りの符号57で示す折曲線に沿って断面円弧形に折り曲げるとともに、符号58で示す稜線に沿って断面略U字形に折り返し、かつ、符号59で示す稜線に沿って逆向きの断面略U字形に折り返し、さらに、内周側リム部42寄りの符号60で示す折曲線に沿って断面円弧形に折り曲げた構成となっている。換言すれば、外周側リム部41と内周側リム部42との間に、後方(電動モータ3側)へ向かって突出した断面略U字形の山部61と、逆に窪んだ断面略U字形の谷部62と、を備えた構成となっている。上記の折曲線57,60および稜線58,59は、やはり回転の接線方向に沿った直線をなす。
In the example of FIG. 7, the
図1〜図4に示した実施例のカップリング装置1は、図7に示した例と同様の波状屈曲部47を備えており、後方へ向かって突出した山部61と逆に窪んだ谷部62とを有する。但し、この例では、図1,図2に示すように、図7の折曲線57,60に相当する折曲箇所の半径が比較的小さく、外周側リム部41および内周側リム部42から中間のアーム部43がほぼ直線的に折れ曲がった形となっている。
The
さらに、上記アーム部43の半径方向の中間部には、該アーム部43の両端部に比較して相対的に剛性が低い低剛性部を構成するように、細長いスリット70が開口形成されている。このスリット70は、回転の接線方向に沿って延びており、帯状金属板からなるアーム部43の両側部のみを残すように該アーム部43の幅の中央部に形成されている。なお、このような細長い1個のスリット70の形成に代えて、円形の孔を1個あるいは複数個並べて形成するようにしてもよく、あるいは、短いスリットを複数個並べるようにしてもよい。
Further, an
また、図1〜図4の実施例では、屈曲方向に変位する波状屈曲部47の山部61および谷部62の頂部を避けてスリット70を形成してあるが、本発明は必ずしもこれに限定されず、例えば図6の例では、山部56の頂部付近にスリット70が位置している。
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 4, the
上記のように構成されたカップリング装置1においては、放射状に配置される複数のアーム部43を介して第1フランジプレート21と第2フランジプレート22との間で回転トルクが伝達される。そして、第2フランジプレート22は、弾性変形可能なアーム部43を介して第1フランジプレート21に対し保持されているので、両者の中心軸線の相対的な偏心や角度ずれが許容される。図8は、一例として、第1フランジプレート21の中心軸線に対し第2フランジプレート22の中心軸線が図右方へ偏心している場合の各連結アーム23の状態を模式的に示しており、図示するように、第2フランジプレート22の偏心に応じて、図左側に位置するアーム部43は伸長し、図右側に位置するアーム部43は縮小し、これによって、容易に偏心を吸収する。つまり、中心軸線の偏心を許容しつつ確実な回転トルクの伝達が可能である。同様に、2つの中心軸線の角度的なずれも吸収される。特に、この実施例では、伸縮変形が可能な波状屈曲部47を具備することから、偏心や角度的なずれがより容易に吸収される。
In the
ここで、上記のような偏心があると、一部のアーム部43(例えば図8で上方および下方に位置するアーム部43)は、半径線に対し傾けられることとなり、該アーム部43と外周側リム部41との接続部のコーナ、さらには、該アーム部43と内周側リム部42との接続部のコーナ、に応力が集中しやすい。これに対し、上記実施例では、アーム部43の半径方向の中間部がスリット70の形成により低い剛性となっているため、応力が分散し、アーム部43両端のコーナ部分における応力集中が緩和される。従って、高い耐久性が得られる。
Here, if there is an eccentricity as described above, a part of the arm portions 43 (for example, the
なお、図8では、説明のために第2フランジプレート22が大きく偏心した状態を描いているが、上述したように、内燃機関2のクランクシャフト5と電動モータ3のモータ回転軸14とは基本的に同心状に配置されているので、カップリング装置1が吸収すべき偏心量や角度ずれは実際にはかなり小さな値である。例えば、1mm以下の偏心、1度以下の角度ずれ、を吸収できれば十分である。
In FIG. 8, for the sake of explanation, the
また、図9は、第1フランジプレート21と第2フランジプレート22との間に大きな回転トルクが与えられた場合の各連結アーム23の変形状態を若干誇張して示している。この例では、第1フランジプレート21に対し第2フランジプレート22が時計回り方向に回転しており、これに伴って各連結アーム23は、半径線に対し傾くように傾斜する。このような場合、やはり外周側リム部41および内周側リム部42に対し中間のアーム部43が傾こうとするので、仮にアーム部43全体が一定の剛性のものであると、アーム部43と外周側リム部41との接続部のコーナ、さらには、アーム部43と内周側リム部42との接続部のコーナ、に応力が集中してしまう。これに対し、上記実施例では、図8の例と同様に、中間部のスリット70によって応力が分散し、アーム部43両端のコーナ部分における応力集中が緩和される。
FIG. 9 shows a slightly exaggerated view of the deformation state of each connecting
なお、スリット70の位置や大きさ等は、図8や図9のような変形状態における各部の応力分布が適切なものとなるように設定される。
Note that the position, size, and the like of the
このように、上記のカップリング装置1によれば、内燃機関2のクランクシャフト5と電動モータ3のモータ回転軸14とを、両者の多少の偏心や角度ずれを許容する形で連結することができ、各部の公差や変速機ハウジング11取付時の誤差等を容易に吸収できる。そして、このカップリング装置1は、軸方向の寸法が小さく、内燃機関2と電動モータ3との間のベルマウス部18内の空間に収容できるため、直列に配置される内燃機関2と電動モータ3との全体的な軸方向の寸法を拡大する必要がない。特に、第1フランジプレート21がクランク角センサ用のシグナルプレートを兼ねており、全体としての部品点数が少なくなるとともに、通常のシグナルプレートを配置するために必要な空間内にカップリング装置1を収容することが可能である。しかも、このカップリング装置1は、潤滑の必要はなく、かつ十分な耐久性を確保できる。
As described above, according to the
また、内燃機関2側に接続される第1フランジプレート21は、実質的に剛体であり、外周部の錘つまりリング部材28によってフライホイールを構成しているので、連結アーム23に作用する内燃機関2のトルク変動が抑制され、この点からもカップリング装置1の耐久性を高く得ることができる。
Further, the
次に、図10は、連結アーム23の低剛性部として、前述したスリット70の形成に代えて、連結アーム23の両側縁に切欠71を設けた第2の実施例を示している。つまり、この実施例の連結アーム23は、やはり外周側リム部41と内周側リム部42とアーム部43とに大別されるが、アーム部43の半径方向の中間部に、一対の切欠71が設けられており、これによって、幅の狭い狭小部72が残存した形となっている。
Next, FIG. 10 shows a second embodiment in which
上記狭小部72は、外周側リム部41および内周側リム部42に連なるアーム部43両端部よりも剛性が低く、従って、前述した実施例と同様に、応力が分散される。この狭小部72の位置および寸法は、変形状態における各部の応力分布が適切なものとなるように設定される。
The
この他、低剛性部としては、アーム部43の半径方向の中間部の板厚を部分的に薄肉化することによって剛性を低くした構成も可能である。
In addition, as the low-rigidity portion, a configuration in which rigidity is lowered by partially reducing the thickness of the intermediate portion in the radial direction of the
なお、上記各実施例では、複数の連結アーム23を別々に形成して第1,第2フランジプレート21,22に個々に取り付けているが、外周側リム部41および内周側リム部42の少なくとも一方を円環状に連続したものとして、複数の連結アーム23を1部材に形成することもできる。また、図示例では、アーム部43が第1,第2フランジプレート21,22の半径線に完全に沿って配置されているが、例えば回転方向を考慮して一方へ傾斜した配置としてもよい。さらに、第1フランジプレート21および第2フランジプレート22は、必ずしも円形である必要はなく、連結アーム23を放射状に取り付けられる形状であればよい。
In each of the above embodiments, the plurality of connecting
本発明のカップリング装置は、上記の内燃機関2と電動モータ3との間の動力伝達に限らず、種々の駆動機構や回転装置における回転軸の連結に広く適用することが可能である。
The coupling device of the present invention is not limited to the power transmission between the
1…カップリング装置
2…内燃機関
3…電動モータ
5…クランクシャフト
14…モータ回転軸
21…第1フランジプレート
22…第2フランジプレート
23…連結アーム
30…歯部
41…外周側リム部
42…内周側リム部
43…アーム部
47…波状屈曲部
70…スリット
71…切欠
DESCRIPTION OF
70 ...
Claims (5)
第1の回転軸に取り付けられる第1のフランジと、
第2の回転軸に取り付けられ、上記第1のフランジに対向して配置される第2のフランジと、
ばね性を有する帯状金属板からなり、放射状に複数配設されるとともに、外周側の一端が上記第1のフランジにそれぞれ固定され、かつ内周側の他端が上記第2のフランジにそれぞれ固定された複数の連結アームと、
を備え、上記連結アームは、その半径方向の中間部に、半径方向の伸縮変形を許容する波状屈曲部を備えるとともに、外周側の端部および内周側の端部に比較して相対的に剛性が低くなるように連結アームを構成する金属板に孔もしくは切欠を形成あるいは板厚を部分的に薄肉化してなる低剛性部を備えることを特徴とするカップリング装置。 A coupling device that connects the first rotating shaft and the second rotating shaft while allowing eccentricity or angular deviation of the central axis of the two,
A first flange attached to the first rotating shaft;
A second flange attached to the second rotating shaft and disposed opposite to the first flange;
It consists of a strip-shaped metal plate having spring properties, and a plurality of radial metal plates are arranged, one end on the outer peripheral side is fixed to the first flange, and the other end on the inner peripheral side is fixed to the second flange. A plurality of connected arms,
The connecting arm includes a wavy bent portion that allows expansion and contraction deformation in the radial direction at the intermediate portion in the radial direction, and relatively relative to the end portion on the outer peripheral side and the end portion on the inner peripheral side. rigid coupling device, characterized in that it comprises a low rigidity portion formed by thinning the formation or thickness hole or notch of the metal plate constituting the connecting arms partially to be lower.
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