JPH07332458A - 動力伝達軸構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】曲げ剛性が大きく且つ捻り剛性の小さい動力伝
達軸を簡略な構造で実現し、生産性の向上と生産コスト
の低減を図ることを目的とする。 【構成】回転動力を入力する入力部材２と、前記入力部
材２に一端を連結された回転軸１と、前記回転軸１の他
端に連結され、前記入力部材から入力された回転動力を
他の部材へ出力する出力部材４とを備え、前記回転軸１
の表面には、軸方向に沿って複数の溝を設けたことを特
徴とする動力伝達軸構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両のトランスミッシ
ョン、トランスファ等の歯車装置において、回転動力を
伝達する動力伝達軸に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両のトランスミッション等で
は、動力伝達軸は、両端にギヤを有し、一端のギヤから
入力される回転動力を他端のギヤから他のシャフトのギ
ヤへ出力する機能を有している。

【０００３】ここで、自動車のトランスミッションの場
合には、動力伝達軸は、エンジンから出力される動力を
伝達するため、高い強度と耐久性とが要求される。この
要求に応じて剛性の高い動力伝達軸を用いると、ギヤの
噛み合い時に起振力によるギヤノイズが発生するという
問題がある。この問題を解決するために、動力伝達軸を
細長い形状にして捻り剛性を小さくし、ギヤの噛み合い
時の起振力を動力伝達軸に吸収させる方法が考えられ
る。しかし、この場合には、動力伝達軸の捻り剛性だけ
でなく、曲げ剛性も同時に低下し、軸強度及び耐久性が
低下するばかりでなく、軸のたわみ量が増加してギヤの
片当り量が大きくなるという問題がある。つまり、動力
伝達軸の場合には、ギヤの噛み合い時の起振力を低下さ
せるために軸の捻り剛性を小さくすると同時に、強度及
び耐久性の向上とギヤの片当りとを抑制するために曲げ
剛性を大きくする必要がある。

【０００４】これらの要求に応じて特開平５−２７２６
０４号（歯車装置における動力伝達軸構造）（図１１参
照）が開示されている。この特開平５−２７２６０４号
では、駆動力伝達軸は、筒状の外側軸１７とこの外側軸
１７の内方に挿入された内側軸１８との二重構造を採用
している。そして、外側軸１７内周面の一端と内側軸１
８外周面の一端部には、相互に嵌合するスプラインを設
け、外側軸１７の回転動力を内側軸１８に伝達可能とし
ている。一方、外側軸１７他端部の内周面と内側軸１８
他端部の外周面との間には、ブッシュ等の介材を設け
て、内側軸１８が外側軸１７に対して回転自在になるよ
うにしてある。

【０００５】そして、外側軸１７の一端部に回転動力を
入力する入力部材としてハスバ歯車１９を形成すると共
に、内側軸１８の他端部に回転動力を出力する出力部材
としてハスバ歯車２０を形成してある。ここで、ハスバ
歯車１９から入力された回転動力は、外側軸１７へ伝達
され、さらにスプライン結合された内側軸１８へ伝達さ
れる。そして、内側軸１８からハスバ歯車２０を介して
他の回転軸へ伝達する。このとき、内側軸１７と外側軸
１８の少なくとも一方の捻り剛性を小さくすることによ
り、他のギヤとの噛み合い時に発生するノイズを防止す
ることができる。また、シャフトを二重構造としたこと
により、ギヤの噛み合い時に発生するシャフトのたわみ
を防止することができる。

【０００６】ところで、上記した引例によれば、二重構
造を採用することにより捻り剛性の低下及び曲げ剛性の
向上を図っているが、構造が複雑で生産性が悪く、コス
トがかかるという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
問題点に鑑みてなされたものであり、曲げ剛性が大きく
且つ捻り剛性の小さい動力伝達軸を、簡略な構造で実現
し、生産性の向上と生産コストの低減を図ることを課題
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、以下の手段を採用した。すなわち、〔１〕
回転動力を入力する入力部材２・１１と、この入力部材
２・１１に一端を連結された回転軸１・１０と、この回
転軸１・１０の他端に連結され、前記入力部材２・１１
から入力された回転動力を他の部材へ出力する出力部材
４・１４とを備え、前記回転軸１・１０の表面には軸方
向に沿って複数の溝１ａ・１０ａを設けたことを特徴と
している（請求項１に対応）。

【０００９】〔２〕また、上記〔１〕において、複数の
溝１ａ・１０ａは、回転軸１・１０の中心軸と重心とが
一致する位置に設けることが好ましい。つまり、回転軸
１・１０の回転時に、前記回転軸１・１０の円周上の如
何なる点に対しても均等な遠心力が作用するようにする
（請求項２に対応）。

【００１０】〔３〕さらに、前記〔１〕において、回転
軸１・１０は、トランスミッションケースに軸受８・９
・１６を介して支持されるようにしてもよい。例えば、
回転軸１・１０は、自動車のトランスミッションにおい
て、マニュアルトランスミッションのメインシャフト、
マニュアルトランスミッションのカウンタシャフト、オ
ートマチックトランスミッションのピニオンシャフト、
あるいは無段変速機（ＮＣＶ）において一端にハスバ歯
車を連結し他端にプーリを連結したシャフト等である
（請求項３に対応）。

【００１１】〔４〕また、前記〔１〕において、入力部
材２・１１と出力部材４・１４との少なくとも一方は、
円盤状の部材の円周上にハスバを形成したハスバ歯車で
あるようにしてもよい（請求項４に対応）。

【００１２】

【作用】前記〔１〕の構成によれば、回転軸１・１０の
表面に設けた溝１ａ・１０ａにより、回転軸１・１０の
曲げ剛性が大きく、且つ捻り剛性の小さい回転軸１・１
０を実現できる。

【００１３】また、前記〔２〕の構成によれば、回転軸
１・１０の回転時に、回転軸１・１０の円周上において
何れの位置においても均等な遠心力が作用するため、回
転軸１・１０のぶれを抑えることができる。

【００１４】さらに、前記〔３〕の構成によれば、入力
部材２・１１からの回転動力の入力、あるいは出力部材
４・１４から他の部材に対する回転動力の出力（伝達）
により発生する起振力を回転軸１・１０の捻れにより抑
制し、トランスミッションのギヤノイズ及び振動を低減
することができる。

【００１５】また、前記〔４〕の構成によれば、入力部
材２・１１あるいは出力部材４・１４が他のハスバ歯車
と噛み合うことにより発生する起振力を、回転軸１・１
０の捻れにより抑制することができると同時に、特に回
転軸１・１０に対向するスラスト力が作用する場合に顕
著に発生する回転軸１・１０の曲げ応力に対して回転軸
１・１０のたわみを防止することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 ＜第１の実施例＞図１から図３は、本発明の第１の実施
例を示す。図１は、特開平５−３９８４８号公報等で公
知の自動車の無段変速機（ＣＶＴ）の断面図であり、ド
ライブギヤ３と、アウトプットギヤ６と、アイドラギヤ
５とを備えると共に、本発明の動力伝達軸構造を適用し
たカウンタシャフト１と、入力部材としてのドリブンギ
ヤ２と、出力部材としてのカウンタギヤ４とを備えてい
る。以下、各構成要素について説明する。

【００１７】〔ドリブンギヤ２〕ドリブンギヤ２は、円
盤の円周上にハスバを形成したハスバ歯車であり、カウ
ンタシャフト１の一端に連結されていると同時にドライ
ブギヤ３に噛合している。そして、ドリブンギヤ２は、
ドライブギヤ３が図示しないエンジンからの回転動力を
受けると、ドライブギヤ３の回転にともなって回転し、
カウンタシャフト１を回転させる。

【００１８】〔カウンタギヤ４〕カウンタギヤ４は、円
盤の円周上にハスバを形成したハスバ歯車であり、カウ
ンタシャフト１の他端に連結されていると同時にアイド
ラギヤ５と噛合している。ここで、アイドラギヤ５はア
ウトプットギヤ６と噛合しており、カウンタギヤ６は、
カウンタシャフト１の回転をアイドラギヤ５を介してア
ウトプットギヤ６へ伝達させる。

【００１９】〔カウンタシャフト１〕カウンタシャフト
１は、ボールベアリング８及びボールベアリング９を介
して回転自在にトランスミッションケース７に支持され
ている。そして、カウンタシャフト１は、前述したよう
に一端にドリブンギヤ２を連結し、他端にカウンタギヤ
４を連結している。

【００２０】図２は、カウンタシャフト１の斜視図であ
り、図３は、カウンタシャフト１の断面図である。第１
の実施例では、カウンタシャフト１は円筒状のシャフト
の周囲に軸方向に沿って複数の溝１ａを設けている。
尚、複数の溝１ａは、カウンタシャフト１の円周上にお
いて何れの位置に対しても均等の遠心力が作用するよう
な位置に設けてある。

【００２１】〔溝付シャフトの剛性に関する説明〕ここ
で、溝付のシャフトの剛性について、最も単純な形状を
なす十字形断面の溝付シャフト（図４参照）を例に挙げ
て説明する。

【００２２】一般に、材質が同一の場合には、曲げ剛性
は断面二次モーメントの大きさで特定することができ
る。以下、後述するシャフトの材質は総て同一のものと
して各々を比較する。

【００２３】溝付シャフトの断面二次モーメントＩ
₁は、以下の式（１）から算出することができる。

【００２４】

【数１】 Ｉ₁＝１／12・（ｂｈ³ ）＋１／12・（ｈ−ｂ）／２・ｂ³ ・２ ＝１／12・（ｂｈ³ ）＋１／12（ｈ−ｂ）・ｂ³ ＝１／12・ｂ（ｈ³ ＋ｈｂ² −ｂ³ ） ・・・・・・・・・・・式（１） ここで、断面が図４に図示した諸元で定義される十字型
の溝付シャフトの断面二次モーメントＩ₁と、幅がｂで
高さがｈの長方形断面をなすシャフトの断面二次モーメ
ントＩ₂とを比較すると、Ｉ₁＞Ｉ₂は自明である。

【００２５】そして、断面が長方形のシャフトの断面二
次モーメントＩ₂は、以下の式（２）で表すことができ
る。

【００２６】

【数２】 Ｉ₂＝１／12・ｂｈ³・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（２） また、図５に示す断面が直径ｄの真円をなすシャフトの
断面二次モーメントＩ₃は、以下の式（３）で表すこと
ができる。

【００２７】

【数３】 Ｉ₃ ＝π／64・ｄ⁴・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式（３） ここで、ｈ＝ｄのとき、Ｉ₂≧Ｉ₃を満たすｂの値を求め
ると、ｂは以下の式（４）のようになる。尚、ここで、
ｈ＝ｄを条件とした理由は、本発明の溝付シャフトの外
径寸法を従来の溝付シャフトの外径寸法と略同一とした
場合の曲げ剛性の比較を行う為である。

【００２８】

【数４】 ｂ≦３／16・πｈ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（４） 従って、Ｉ₁＞Ｉ₂と、Ｉ₂≧Ｉ₃（ｂ≦３／１６・πｈの
とき）とに基づいて、ｂ≦３／１６・πｈならば、Ｉ₁
＞Ｉ₃が成立する。

【００２９】そして、ｂ＝３／１６・πｈを式（１）に
代入すると、以下の式（５）が成立する。

【００３０】

【数５】 Ｉ₁＝１／12×（３πｈ／16）・｛ｈ³＋ｈ（３πｈ／16）²−（３π／16）³ｈ³ ｝ ＝（３πｈ／192）・｛ｈ³＋（９π²／256）ｈ³−（27π³／4096）ｈ³｝ ＝｛３π／192＋27π³／49152−81π⁴／786432｝ｈ⁴ ＝０．０５６０８７・ｈ⁴・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（５） そして、式（３）から断面が真円をなすシャフトの断面
二次モーメントを算出すると、Ｉ₃＝０．０４９０８７
・ｄ⁴となる。ここで、ｈ＝ｄを代入すると、以下の式
（６）が成立する。

【００３１】

【数６】 Ｉ₁＞Ｉ₀・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（６） 即ち、３π／１６ｈ≧ｂを満たす深さの溝を形成するこ
とにより、溝付シャフトの曲げ剛性は、円柱形状シャフ
トの曲げ剛性より大きくなる。

【００３２】次に、捻り剛性について、シャフトを等し
いトルクで捻った場合の捻れ角を例に挙げて説明する。
図４に示す溝付シャフトの捻れ角θ₁は以下の式（７）
で求めることができる。

【００３３】

【数７】 θ₁＝（１／２）・｛Ｔｌ／（ｋ・ｈｂ³・Ｇ）｝ ＝（１／２）・（１／ｋ）・（１／ｈｂ³）・（Ｔｌ／Ｇ）・・・式（７） (但し、Ｔ；トルク、ｌ；シャフトの長さ、ｋ；断面係
数、Ｇ；せん断弾性係数) この式（７）に材料力学では周知である矩形両辺の長さ
の比によって定まる係数ｋ＝０．２１４３及びｂ＝３π
ｈ／１６を代入すると、以下の式（８）が成立する。

【００３４】

【数８】 θ₁＝(１／２)・(１／0.2143)・〔１／｛ｈ・(３π／16)³・ｈ³｝〕・(Ｔｌ／Ｇ) ＝(１/0.2143)・(2048/27π³)・(１／ｈ⁴)・(Ｔｌ/Ｇ) ＝１１．４１５４８・(１／ｈ⁴)・(Ｔｌ／Ｇ)・・・・・・・・・式（８） 次に、図５に示す円柱状シャフトの捻れ角θ₂は、以下
の式（９）で表すことができる。

【００３５】

【数９】 θ₂＝32Ｔｌ／（π・ｄ⁴・Ｇ） ＝（32／π）・（１／ｄ⁴）・（Ｔｌ／Ｇ） ＝１０．１８５９２・（１／ｄ⁴）×（Ｔｌ／Ｇ）・・・・・・式（９） ここで、式（８）と式（９）において、トルクＴを等し
く、シャフトの長さｌを等しくし、さらにシャフトの材
料を同一とした場合（Ｇが等しくなる）に、ｈ＝ｄを代
入すると以下の式（１０）が成立する。

【００３６】

【数１０】 θ₁＞θ₂・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１０） 以上からシャフトに溝を加えても曲げ剛性を確保しつ
つ、捻り剛性のみを小さくできることがわかる。

【００３７】以下、本実施例の作用・効果について説明
する。 〔第１の実施例の作用・効果〕第１の実施例によると、
ドライブギヤ３がエンジンの回転動力を受けると、この
回転動力はドライブギヤ３からドリブンギヤ２へ伝達さ
れる。そして、ドリブンギヤ２はドライブギヤ３から受
けた回転動力によりカウンタシャフト１を回転させる。
このとき、ドライブギヤ３とドリブンギヤ２との噛み合
い時に起振力が発生するが、この起振力をカウンタシャ
フト１の捻れにより抑制することができ、ギヤノイズを
低減することができる。

【００３８】また、カウンタシャフト１の回転にともな
ってカウンタギヤ４が回転し、カウンタギヤ４に伝わっ
た回転動力は、アイドラギヤ５を介してアウトプットギ
ヤ６へ伝達される。この場合にも、カウンタギヤ４とア
イドラギヤ５との噛み合いにより、起振力が発生する
が、この起振力をカウンタシャフト１の捻れにより抑制
することができ、ギヤノイズを低減することができる。

【００３９】さらに、ドライブギヤ３とドリブンギヤ２
との噛み合いによりカウンタシャフト１の一端から他端
へ向かうスラスト力が発生すると同時に、カウンタギヤ
４とアイドラギヤ５との噛み合いによりカウンタシャフ
トの他端から一端へ向かうスラスト力が発生し、双方の
スラスト力が対向することによりカウンタシャフト１を
たわませる力が発生するが、曲げ剛性は低下しないため
カウンタシャフト１のたわみを防止することができる。

【００４０】従って、本実施例のカウンタシャフト１
は、従来のシャフトに比べて構造が簡略で部品伝数が少
ないため、生産コストを低く抑えることができ、生産性
の高いものになっている。

【００４１】尚、シャフトに設ける溝の形状は、前述の
第１の実施例で示した形状に限らず、断面が図６から図
１０に示すような形状に溝を設けても良く、さらに本発
明の特徴を満たすかぎり如何なる形状のシャフトでもか
まわない。

【００４２】

【発明の効果】本発明の前記〔１〕の動力伝達軸構造に
よれば、曲げ剛性が大きく且つ捻り剛性が小さい動力伝
達軸を簡略な構造で実現でき、これにより生産コストの
低減及び生産性の向上を図ることができるという効果が
生じる。

【００４３】前記〔２〕の動力伝達軸構造によれば、回
転軸の回転時に回転の中心軸と、回転軸の重心とが一致
することにより、回転軸のガタつきを防止することがで
き、動力の伝達を適正に行うことができる。

【００４４】また、前記〔３〕の動力伝達軸構造によれ
ば、自動車のトランスミッションにおいて、ギヤノイズ
あるいは振動を防止することができる。さらに、前記
〔４〕の動力伝達軸構造によれば、ハスバ歯車の噛み合
い時に発生する起振力を回転軸の捻れにより抑制するこ
とが出来ると共に、回転軸のたわみを防止することがで
き、低振動且つ伝達誤差の少ない動力伝達軸を提供する
ことができる。従って、簡略な構成且つ低コストな回転
軸を提供し、これにともなって振動あるいは騒音が小さ
く、且つ伝達誤差の小さい回転軸を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図

【図２】第１の実施例におけるカウンタシャフトの斜視
図

【図３】第１の実施例におけるカウンタシャフトの断面
図

【図４】シャフトの曲げ剛性及び捻り剛性を説明するた
めのシャフトの断面図

【図５】シャフトの曲げ剛性及び捻り剛性を説明するた
めのシャフトの断面図

【図６】動力伝達軸の他の実施例を示す断面図

【図７】動力伝達軸の他の実施例を示す断面図

【図８】動力伝達軸の他の実施例を示す断面図

【図９】動力伝達軸の他の実施例を示す断面図

【図１０】動力伝達軸の他の実施例を示す断面図

【図１１】従来の動力伝達軸構造を示す断面図

【符号の説明】

１・・カウンタシャフト（回転軸） １ａ・・溝 ２・・ドリブンギヤ（入力部材） ３・・ドライブギヤ ４・・カウンタギヤ（出力部材） ５・・アイドラギヤ ６・・アウトプットギヤ ７・・トランスミッションケース ８・・ボールベアリング（軸受） ９・・ボールベアリング（軸受）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転動力を入力する入力部材（２、１
   １）と、 前記入力部材（２、１１）に一端を連結された回転軸
   （１、１０）と、 前記回転軸（１、１０）の他端に連結され、前記入力部
   材（２、１１）から入力された回転動力を他の部材へ出
   力する出力部材（４、１４）とを備え、 前記回転軸（１、１０）の表面には、軸方向に沿って複
   数の溝（１ａ、１０ａ）を設けたことを特徴とする動力
   伝達軸構造。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記複数の溝（１
   ａ、１０ａ）は、前記回転軸（１、１０）の中心軸と重
   心とが一致する位置に設けることを特徴とする動力伝達
   軸構造。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記回転軸（１、１
   ０）は、トランスミッションケースに軸受（８、９、１
   ６）を介して支持されることを特徴とする動力伝達軸構
   造。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記入力部材（２、
   １１）と出力部材（４、１４）との少なくとも一方は、
   円盤状の部材の円周上にハスバを形成したハスバ歯車で
   あることを特徴とする動力伝達軸構造。