JP5884332B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１動力伝達軸と第２動力伝達軸との間でスプライン嵌合部を介して動力を伝達する動力伝達装置に関する。

従来、ユニット軸長を短縮させるために、モータ部のロータ軸を支持するベアリングの内周部において、ロータ軸とインプット軸とをスプラインにより嵌合する構造を備えた動力伝達装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−８９０００号公報

しかしながら、従来の動力伝達装置にあっては、スプライン嵌合部における径方向のガタにより、インプット軸の回転中心がずれるため、回転アンバランス荷重が発生する。その荷重はスプライン嵌合部を介して、ロータ軸を支持しているベアリングへ入力されることになるため、ベアリング耐久性が低下する、という問題がある。

また、上記荷重がロータ軸へ入力される際に、入力位置（スプライン嵌合部）がロータ軸を支持しているベアリング位置とオフセットしている構造であるため、モーメント効果により回転アンバランス荷重が増幅されて入力されることになる。このため、更にベアリング耐久性が低下する、という問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、ケース部材に対し第１動力伝達軸を回転可能に支持するベアリングの耐久性を向上させることができる動力伝達装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、第１動力伝達軸と、第２動力伝達軸と、ベアリングと、径方向接触支持部と、を備える手段とした。
前記第１動力伝達軸は、動力を伝達する。
前記第２動力伝達軸は、前記第１動力伝達軸の軸心開口部にスプライン嵌合部を介して差し込み接続され、前記第１動力伝達軸との間で動力を伝達する。
前記ベアリングは、前記第１動力伝達軸とケース部材の間に介装され、前記ケース部材に対し前記第１動力伝達軸を回転可能に支持する。
前記径方向接触支持部は、前記第１動力伝達軸と前記第２動力伝達軸の間に介装され、前記スプライン嵌合部から軸方向に外れた位置で前記ベアリングの内周位置に配置した円筒ブッシュによるブッシュ支持部である。
前記ベアリングの内周部の直下位置に、前記ブッシュ支持部を配置し、前記ベアリングの位置と前記第１動力伝達軸への荷重入力位置が一致している。

よって、スプライン嵌合部において径方向のガタがあっても、スプライン嵌合部から軸方向に外れたベアリングの内周位置に配置される径方向接触支持部により、第２動力伝達軸の回転中心のずれが小さく抑えられ、回転アンバランス荷重の発生が低減される。そして、回転アンバランス荷重の発生位置（径方向接触支持部）とベアリングの軸方向位置が一致していることで、モーメント効果による荷重の増幅も低減される。つまり、回転アンバランス荷重の発生低減と増幅低減の相乗作用により、ベアリングへの入力荷重が低減されることになる。
この結果、ケース部材に対し第１動力伝達軸を回転可能に支持するベアリングの耐久性を向上させることができる。
また、径方向接触支持部を円筒ブッシュによるブッシュ支持部とする。このため、第２動力伝達軸が倒れた際のこじりを、緩衝機能を持つブッシュ支持部により吸収することができる。
さらに、ベアリングの内周部の直下位置に、ブッシュ支持部を配置し、ベアリングの位置と第１動力伝達軸への荷重入力位置が一致している。これにより、第２動力伝達軸の回転により発生する回転アンバランス荷重を低減することができるし、モーメント荷重がベアリングへ入力されることを防止できる。

実施例１のＦＦハイブリッド動力伝達装置（動力伝達装置の一例）を示す全体概略図である。 実施例１のＦＦハイブリッド動力伝達装置におけるモータ＆クラッチユニットの軸支持構成を示す断面図である。 比較例のＦＦハイブリッド動力伝達装置における軸支持構成への荷重作用位置を示す要部断面図である。 比較例のＦＦハイブリッド動力伝達装置における軸支持構成によるモーメント効果を示す作用説明図である。 実施例１のＦＦハイブリッド動力伝達装置における軸支持構成への荷重作用位置を示す要部断面図である。 実施例１のＦＦハイブリッド動力伝達装置における軸支持構成によるベアリング入力低減作用を示す作用説明図である。

以下、本発明の動力伝達装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。

実施例１の前輪駆動ハイブリッド車に適用されるＦＦハイブリッド動力伝達装置（動力伝達装置の一例）の構成を、「全体構成」と「軸支持構成」に分けて説明する。

［全体構成］
図１は、実施例１のＦＦハイブリッド動力伝達装置（動力伝達装置の一例）を示す全体概略図である。以下、図１に基づき、装置の全体構成を説明する。

実施例１のＦＦハイブリッド動力伝達装置は、図１に示すように、モータ＆クラッチユニットM&C/Uと無段変速機ユニットCVT/Uにより構成される。そして、ユニットケース１と、エンジン連結軸２と、クラッチハブ３と、乾式多板クラッチ４と、ロータ＆クラッチドラム５と、モータ/ジェネレータ６と、ロータ軸７と、変速機入力軸８と、クラッチ油圧アクチュエータ９と、を備えている。

前記ＦＦハイブリッド動力伝達装置は、ノーマルオープンである乾式多板クラッチ４を開放したとき、モータ/ジェネレータ６と変速機入力軸８を、ロータ＆クラッチドラム５とロータ軸７を介して連結して「電気自動車走行モード」とする。そして、乾式多板クラッチ４を油圧締結したとき、図外のエンジンとモータ/ジェネレータ６を、エンジン連結軸２とクラッチハブ３と乾式多板クラッチ４とロータ＆クラッチドラム５を介して連結して「ハイブリッド車走行モード」とする。

前記モータ＆クラッチユニットM&C/Uは、ユニットケース１内に収納され、ロータ＆クラッチドラム５を挟んで、エンジン側に配置した乾式多板クラッチ４と、ドラム外周側に配置したモータ/ジェネレータ６と、変速機側に配置したクラッチ油圧アクチュエータ９と、を有する。すなわち、ロータ＆クラッチドラム５は、ユニットケース１内の空間を、乾式多板クラッチ４を配置する第１ドライ空間と、モータ/ジェネレータ６を配置する第２ドライ空間と、クラッチ油圧アクチュエータ９を配置するウェット空間と、の３つの空間に分ける仕切り機能を持つ。

前記乾式多板クラッチ４は、図外のエンジンからの駆動力伝達を断接する。この乾式多板クラッチ４は、クラッチハブ３にスプライン嵌合されるドライブプレート４１と、ロータ＆クラッチドラム５にスプライン嵌合されるドリブンプレート４２と、を交互に配列して構成されるノーマルオープンのクラッチである。

前記モータ/ジェネレータ６は、同期型交流電動機によるもので、ロータ＆クラッチドラム５の外周位置に配置される。このモータ/ジェネレータ６は、ロータ＆クラッチドラム５の外周面に支持固定されたロータ６１と、該ロータ６１に埋め込み配置された永久磁石６２と、を備えている。そして、ユニットケース１に固定され、ロータ６１にエアギャップを介して配置されたステータ６３と、該ステータ６３に巻き付けられたステータコイル６４と、を有する。

前記クラッチ油圧アクチュエータ９は、乾式多板クラッチ４の締結・開放を油圧制御する。このクラッチ油圧アクチュエータ９は、ピストン９１と、ニードルベアリング９２と、複数箇所でロータ＆クラッチドラム５を貫通するピストンアーム９３と、リターンスプリング９４と、アーム圧入プレート９５と、蛇腹弾性支持部材９６と、を有する。

前記無段変速機ユニットCVT/Uは、モータ＆クラッチユニットM&C/Uに連結接続され、前後進切換機構１０と、Ｖベルト式無段変速機構１１と、を有する。前後進切換機構１０は、遊星歯車１２と後進ブレーキ１３と前進クラッチ１４を備え、後進ブレーキ１３の締結により変速機入力軸８からの回転方向を逆転減速しプライマリプーリ１５に伝達する。そして、前進クラッチ１４の締結により変速機入力軸８とプライマリプーリ１５を直結する。Ｖベルト式無段変速機機構１１は、プライマリプーリ１５と図外のセカンダリプーリの間にＶベルトを掛け渡し、プライマリプーリ圧とセカンダリプーリ圧の制御により、ベルト接触径を変化させることにより無段階の変速比を得る。
なお、図１において、１６はモータ/ジェネレータ６の回転位置を検出するロータとステータによるレゾルバである。

［軸支持構成］
図２は、実施例１のＦＦハイブリッド動力伝達装置におけるモータ＆クラッチユニットM&C/Uの軸支持構成を示す断面図である。以下、図２に基づき、エンジン連結軸２とロータ軸７と変速機入力軸８の軸支持構成を説明する。

前記モータ＆クラッチユニットM&C/Uの軸支持構成は、図２に示すように、ユニットケース１（ケース部材）と、エンジン連結軸２と、ロータ＆クラッチドラム５と、ロータ軸７（第１動力伝達軸）と、変速機入力軸８（第２動力伝達軸）と、フロントベアリング２１と、スプライン嵌合部２２と、リアベアリング２３（ベアリング）と、ブッシュ支持部２４（径方向接触支持部）と、を備えている。

前記エンジン連結軸２は、エンジンクランク軸とクラッチハブ３を連結する動力伝達軸部材である。このエンジン連結軸２は、ユニットケース１に対してフロントベアリング２１により回転可能に支持されている。フロントベアリング２１としては、ラジアル荷重（径方向荷重）とスラスト荷重（軸方向荷重）を共に受ける複列アンギュラ球軸受け構造のものを用いている。

前記ロータ軸７は、エンジン連結軸２の回転中心軸CLと同軸に設けられ、ロータ＆クラッチドラム５が一体に固定された動力伝達軸部材である。ロータ軸７のエンジン側の小径端部は、エンジン連結軸２の軸心開口部に挿入状態にて配置されている。そして、ロータ軸７とエンジン連結軸２の間に、ラジアル荷重を受けるニードルベアリング２５と、スラスト荷重を受ける第１スラストベアリング２６と、を介装することで、回転中心軸CLを同軸に保ちながら両軸２，７の相対回転を許容する。

前記変速機入力軸８は、エンジン連結軸２及びロータ軸７の回転中心軸CLと同軸に設けられ、ロータ軸７との間で動力を伝達する動力伝達軸部材である。この変速機入力軸８は、ロータ軸７の軸心開口部のうち開口端側位置（図２の左側位置）に、スプライン嵌合部２２を介して回転嵌合状態により差し込み接続される。

前記リアベアリング２３は、ロータ軸７とユニットケース１の間に介装され、ユニットケース１に対しロータ軸７を回転可能に支持する。このリアベアリング２３としては、ラジアル荷重のみを受ける単列球軸受け構造のものを用いている。リアベアリング２３の隣接位置には、スラスト荷重を受ける第２スラストベアリング２７が配置されている。

前記ブッシュ支持部２４は、ロータ軸７と変速機入力軸８の間に介装され、スプライン嵌合部２２から軸方向に外れた位置でリアベアリング２３の内周位置に配置した径方向接触支持部である。ここで、「径方向接触支持部」とは、ロータ軸７の内面と変速機入力軸８の外面との間の径方向隙間を限りなくゼロに近くして接触させた、あるいは、径方向隙間をゼロとして接触させた支持部をいう。そして、変速機入力軸８は、スプライン嵌合部２２が配置される軸径Ｄを、ブッシュ支持部２４が配置される軸径ｄ（＜Ｄ）よりも大径にしている。さらに、ブッシュ支持部２４に用いられる円筒ブッシュは、素材として、ロータ軸７や変速機入力軸８の軸材料より軟らかな合金鋼が使用される。

次に、作用を説明する。
まず、「比較例の課題」の説明を行う。続いて、実施例１のＦＦハイブリッド動力伝達装置における作用を、「走行モード選択による動力伝達作用」と「ベアリング耐久性向上作用」に分けて説明する。

［比較例の課題］
まず、図３に示すように、ロータ軸[a]の軸心開口部にスプライン嵌合部[d]を介して差し込み接続され、ロータ軸[a]との間で動力を伝達する変速機入力軸[b]と、ロータ軸[a]とユニットケース[d]の間に介装され、ユニットケース[d]に対しロータ軸[a]を回転可能に支持するベアリング[c]と、を備えたものを比較例とする。

この比較例の場合、スプライン嵌合部[d]における径方向のガタにより、変速機入力軸[b]の回転中心がずれるため、図３に示すように、回転アンバランス荷重Ｆが発生する。この回転アンバランス荷重Ｆは、スプライン嵌合部[d]を介して、ロータ軸[a]を支持しているベアリング[c]へ入力されることになる。

また、上記回転アンバランス荷重Ｆがロータ軸[a]へ入力される際に、図３に示すように、入力位置（スプライン嵌合部[d]）がロータ軸[a]を支持しているベアリング[c]の位置とオフセットしている構造である。このため、モーメント効果により回転アンバランス荷重Ｆが増幅されてベアリング[c]へ入力されることになる。
すなわち、モーメント効果により増幅されてベアリング[c]へ入力されるベアリング入力荷重Ｆ’は、図４に示すように、
Ｆ’＝（Ｂ／Ａ）×Ｆ＞Ｆ
但し、Ａ：ロータ軸[a]の支持ベアリングスパン
Ｂ：ロータ軸[a]へ入力される荷重の位置
である。

このように、実施例１のブッシュ支持部２４（又はインロー支持部）による支持構造がない比較例の場合、入力位置であるスプライン嵌合部[d]がロータ軸[a]を支持しているベアリング[c]の位置とオフセットしている構造である。このため、ベアリング[c]の耐久性が低下するという解決すべき課題がある。

［走行モード選択による動力伝達作用］
まず、乾式多板クラッチ４を開放した「電気自動車走行モード」の選択時の動力伝達作用を説明する。
「電気自動車走行モード」の選択時であって、モータ/ジェネレータ６が発生する動力によるモータ走行する力行時には、モータ駆動力が、ロータ＆クラッチドラム５→ロータ軸７を介して変速機入力軸８へ伝達される。そして、変速機入力軸８からは、無段変速機ユニットCVT/Uの前後進切換機構１０及びＶベルト式無段変速機構１１を経過して駆動輪である左右前輪に伝達される。

また、「電気自動車走行モード」の選択時であって、モータ/ジェネレータ６による発電により減速走行する回生時には、左右前輪から入力される回転動力が、無段変速機ユニットCVT/Uを経過して変速機入力軸８へ伝達される。そして、変速機入力軸８からは、ロータ軸７→ロータ＆クラッチドラム５を介してモータ/ジェネレータ６に伝達され、モータ/ジェネレータ６のロータ６１を回転駆動する。

一方、乾式多板クラッチ４を締結した「ハイブリッド車走行モード」の選択時の動力伝達作用を説明する。
「ハイブリッド車走行モード」の選択時であって、アシスト走行時には、エンジン駆動力が、エンジン連結軸２→クラッチハブ３→乾式多板クラッチ４→ロータ＆クラッチドラムに伝達される。そして、エンジン駆動力とモータ駆動力を合わせた駆動力が、ロータ＆クラッチドラム５からロータ軸７を介して変速機入力軸８へ伝達される。そして、変速機入力軸８からは、無段変速機ユニットCVT/Uの前後進切換機構１０及びＶベルト式無段変速機構１１を経過して駆動輪である左右前輪に伝達される。

「ハイブリッド車走行モード」の選択時であって、エンジン発電走行時には、エンジン駆動力が、エンジン連結軸２→クラッチハブ３→乾式多板クラッチ４→ロータ＆クラッチドラムに伝達される。そして、エンジン駆動力のうち、一部をモータ/ジェネレータ６による発電に用いるとき、残りの一部によるエンジン駆動力が、ロータ＆クラッチドラム５からロータ軸７を介して変速機入力軸８へ伝達される。そして、変速機入力軸８からは、無段変速機ユニットCVT/Uの前後進切換機構１０及びＶベルト式無段変速機構１１を経過して駆動輪である左右前輪に伝達される。

このように、何れの走行モードを選択しても、ロータ軸７から変速機入力軸８へ、あるいは、変速機入力軸８からロータ軸７へ動力が伝達され、この動力伝達時、ロータ軸７と変速機入力軸８の間のスプライン嵌合部２２にトルク変動を含む伝達トルクが作用することになる。

［ベアリング耐久性向上作用］
上記のように、スプライン嵌合部２２に伝達トルクが作用する動力伝達時、ロータ軸７を支持するリアベアリング２３への入力荷重を小さく抑えることがベアリング耐久性を向上するために必要である。以下、図５及び図６に基づき、これを反映するベアリング耐久性向上作用を説明する。

実施例１では、ロータ軸６を支持するリアベアリング２３の内周部に、ロータ軸６と変速機入力軸８との間で動力伝達させる構造を有するものを前提とする。この動力伝達構造において、図５に示すように、リアベアリング２３の内周部の直下位置に、ブッシュ支持部２４を配置し、それ以外の位置をスプライン嵌合部２２とした。これにより、
(a) 変速機入力軸８の回転により発生する回転アンバランス荷重ｆを低減することができる。
(b) モーメント荷重がリアベアリング２３へ入力されることを防止できる。
(a),(b)について、詳しく説明する。

(a)について
ブッシュ支持部２４を追加して設けることで、比較例のスプライン嵌合部のみの支持構造に比べ、変速機入力軸８の支持部における径方向のガタ量を縮小することができる。つまり、変速機入力軸８の回転中心軸CLのずれを縮小することができる。
その結果、図５に示すように、変速機入力軸８の回転により発生する回転アンバランス荷重ｆを低減することができる。

(b)について
リアベアリング２３の内周部の直下位置に、ブッシュ支持部２４を配置している、つまり、図６に示すように、リアベアリング２３の位置とロータ軸６への荷重入力位置（＝ブッシュ支持部２４の位置）が一致しているので、モーメント効果は作用しなくなる。
その結果、回転アンバランス荷重ｆが、ベアリング入力荷重ｆ’が一致し（ｆ＝ｆ’）、モーメント荷重がリアベアリング２３へ入力されることを防止できる。

その結果、ロータ軸６を支持するリアベアリング２３へ入力されるベアリング入力荷重ｆ’が低減されるため、リアベアリング２３の耐久性向上が見込める。言い換えると、ベアリング入力荷重ｆ’が低減されることによって、要求される耐久性を満足すればリアベアリング２３の性能ダウン(廉価仕様)にすることが可能であり、この場合、原価低減効果を図られる。

実施例１では、ロータ軸６と変速機入力軸８の径方向接触支持部として、ブッシュ支持部２４とする構成を採用した。
この構成により、ブッシュ支持部２４に用いられる円筒ブッシュの素材として、軸材料よりも軟らかい合金鋼を使用するため、ブッシュ支持部２４が緩衝材の役割を果たす。したがって、変速機入力軸８が倒れた際のこじりを、緩衝機能を持つブッシュ支持部２４により吸収する作用を示す。

実施例１では、スプライン嵌合部２２が配置される変速機入力軸８の軸径Ｄを、ブッシュ支持部２４が配置される変速機入力軸８の軸径ｄよりも大径にする構成を採用した。
この構成により、変速機入力軸８の回転中心軸CLからのモーメントスパンが、スプライン嵌合部２２が大きく、ブッシュ支持部２４が小さくなる。このため、変速機入力軸８から同じモーメント力が入力された場合、スプライン嵌合部２２に加わる力が小さくなり、ブッシュ支持部２４に加わる力が大きくなる。したがって、スプライン嵌合部２２の歯面強度が確保される。

次に、効果を説明する。
実施例１のＦＦハイブリッド動力伝達装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 動力を伝達する第１動力伝達軸（ロータ軸６）と、
前記第１動力伝達軸（ロータ軸６）の軸心開口部にスプライン嵌合部２２を介して差し込み接続され、前記第１動力伝達軸（ロータ軸６）との間で動力を伝達する第２動力伝達軸（変速機入力軸８）と、
前記第１動力伝達軸（ロータ軸６）とケース部材（ユニットケース１）の間に介装され、前記ケース部材（ユニットケース１）に対し前記第１動力伝達軸（ロータ軸６）を回転可能に支持するベアリング（リアベアリング２３）と、
前記第１動力伝達軸（ロータ軸６）と前記第２動力伝達軸（変速機入力軸８）の間に介装され、前記スプライン嵌合部２２から軸方向に外れた位置で前記ベアリング（リアベアリング２３）の内周位置に配置した径方向接触支持部（ブッシュ支持部２４）と、
を備える。
このため、ケース部材（ユニットケース１）に対し第１動力伝達軸（ロータ軸６）を回転可能に支持するベアリング（リアベアリング２３）の耐久性を向上させることができる。

(2) 前記径方向接触支持部は、前記第１動力伝達軸（ロータ軸６）と前記第２動力伝達軸（変速機入力軸８）の間に介装した円筒ブッシュによるブッシュ支持部２４である。
このため、(1)の効果に加え、第２動力伝達軸（変速機入力軸８）が倒れた際のこじりを、緩衝機能を持つブッシュ支持部２４により吸収することができる。

(3) 前記第２動力伝達軸（変速機入力軸８）は、前記スプライン嵌合部２２が配置される軸径Ｄを、前記径方向接触支持部（ブッシュ支持部２４）が配置される軸径ｄよりも大径にした。
このため、(1)又は(2)の効果に加え、第２動力伝達軸（変速機入力軸８）からの入力に対し、スプライン嵌合部２２の歯面強度を確保することができる。

以上、本発明の動力伝達装置を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、径方向接触支持部として、ロータ軸６と変速機入力軸８の間に介装した円筒ブッシュによるブッシュ支持部２４による例を示した。しかし、径方向接触支持部としては、第１動力伝達軸と第２動力伝達軸の間に設けたインロー支持部とする例としても良い。要するに、径方向接触支持部としては、径方向ガタを有するスプライン嵌合部とは異なり、第１動力伝達軸と第２動力伝達軸の径方向ガタを抑えるように、隙間を限りなく小さく抑えた支持部や隙間をゼロとする支持部としたものであれば良い。

実施例１では、本発明の動力伝達装置をＦＦハイブリッド動力伝達装置に適用する例を示した。しかし、本発明の動力伝達装置は、２つの軸間をスプライン嵌合により動力伝達するものであれば、様々な動力伝達系に適用することができる。要するに、第１動力伝達軸を支持するベアリングの内周部に、第１動力伝達軸と第２動力伝達軸との間で動力伝達させる構造を有するものであれば適用できる。

１ ユニットケース（ケース部材）
６ ロータ軸（第１動力伝達軸）
８ 変速機入力軸（第２動力伝達軸）
２２ スプライン嵌合部
２３ リアベアリング（ベアリング）
２４ ブッシュ支持部（径方向接触支持部）
CL 回転中心軸
Ｄ 軸径
ｄ 軸径

Claims (2)

1. 動力を伝達する第１動力伝達軸と、
   前記第１動力伝達軸の軸心開口部にスプライン嵌合部を介して差し込み接続され、前記第１動力伝達軸との間で動力を伝達する第２動力伝達軸と、
   前記第１動力伝達軸とケース部材の間に介装され、前記ケース部材に対し前記第１動力伝達軸を回転可能に支持するベアリングと、
   前記第１動力伝達軸と前記第２動力伝達軸の間に介装され、前記スプライン嵌合部から軸方向に外れた位置で前記ベアリングの内周位置に配置した径方向接触支持部と、
   を備え、
   前記径方向接触支持部は、前記第１動力伝達軸と前記第２動力伝達軸の間に介装した円筒ブッシュによるブッシュ支持部であり、
   前記ベアリングの内周部の直下位置に、前記ブッシュ支持部を配置し、前記ベアリングの位置と前記第１動力伝達軸への荷重入力位置が一致している
   ことを特徴とする動力伝達装置。
2. 請求項１に記載された動力伝達装置において、
   前記第２動力伝達軸は、前記スプライン嵌合部が配置される軸径を、前記径方向接触支持部が配置される軸径よりも大径にした
   ことを特徴とする動力伝達装置。