JPWO2021064793A1 - 入力軸システム - Google Patents

Abstract

本発明は、入力軸の軸トルクを正確に測定することができる入力軸システムを提供することを目的とする。そして、本発明の入力軸システム（ＪＳ）は、入力軸（１５０）を回転させる低慣性モータ（１１０）と、低慣性モータ（１１０）と供試体（３００）との間に設けられ、入力軸（１５０）を回転自在に支持する中間軸受装置（１００）と、中間軸受装置（１００）と低慣性モータ（１１０）との間に設けられ、入力軸（１５０）に加わるトルクを計測する軸トルク計（１０２）とを主要構成要素として備えている。そして、中間軸受装置（１００）は、入力軸（１５０）にかかる振動を油膜形成領域（Ｒ５）によって低減化する減衰機能を有している。

Description

この発明は、供試体に連結される入力軸を有する入力軸システムに関する。

入力軸システムは、例えば、シャーシダイナモメータにおいて、パワートレイン等の駆動系ユニットの試験に使用されている。このような入力軸システムは、近年、高速小型化するＨＥＶ(Hybrid Electric Vehicle)モータや、ＥＶ(Electric Vehicle)モータ等を模擬した駆動源によって入力軸を回転させ、この入力軸をトランスミッション等の供試体に回転自在に連結している。

このような入力軸システムは、入力軸の軸トルクを測定するための軸トルク計を有しており、入力軸の軸トルクを測定可能な試験システムとして利用されている。上述した入力軸システムとして、例えば、特許文献１に開示された自動車試験装置の主要構成部（低慣性モータ、トルク検出器等）が挙げられる。

特開２００３−６５９００号公報

従来の入力軸システムにおいて、供試体に軸トルク計を直接接続したり、一般的な中間軸受部を介して供試体と軸トルク計とを接続したりする構成が一般的であった。

従来の入力軸システムは、上記のような構成であるため、供試体側より外乱振動や偏荷重が、直接、あるいは中間軸受部を介して入力軸に伝達されてしまうため、軸トルク計によって入力軸の軸トルクを正確に測定することができないという問題点があった。

本発明では、上記のような問題点を解決し、入力軸の軸トルクを正確に測定することができる入力軸システムを提供することを目的とする。

この発明に係る入力軸システムは、供試体に連結される入力軸を有する入力軸システムであって、前記入力軸を回転させる駆動源と、前記駆動源と前記供試体との間に設けられ、前記入力軸を支持する中間軸受装置と、前記中間軸受装置と前記駆動源との間に設けられ、前記入力軸の軸トルクを計測する軸トルク計とを備え、前記中間軸受装置は油膜形成領域を有し、前記入力軸にかかる振動を前記油膜形成領域によって低減化する減衰機能を有することを特徴とする。

請求項１記載の本願発明の入力軸システムにおける中間軸受装置は、入力軸にかかる振動を油膜形成領域によって低減化する減衰機能を有している。

中間軸受装置は供試体と軸トルク計との間に設けられており、中間軸受装置の上記減衰機能により、供試体側からの振動や偏荷重による、入力軸における軸トルク計の設置箇所への影響を大幅に低減化することができる。

その結果、請求項１記載の本願発明の入力軸システムは、軸トルク計によって入力軸の軸トルクを正確に測定することができる効果を奏する。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

実施の形態の入力軸システムを用いた駆動系ダイナモステムの構成を示す説明図である。 図１で示した入力軸システムの詳細構造を示す説明図である。 図２で示した中間軸受装置の全体構成を示す説明図である。 図３で示した軸受ケースの外観構造を模式的に示す斜視図である。 図３で示した外輪の外観構造を模式的に示す斜視図である。 軸受ケース及び外輪における側面の円周方向における位置関係を模式的に示す説明図である。 図３で示した内輪の外観構造を模式的に示す斜視図である。 図２で示した中間軸受装置における油供給系統を模式的に示すブロック図である。 油膜の形成状態を模式的に示す説明図である。

＜実施の形態＞
図１は実施の形態の入力軸システムＪＳを用いた駆動系ダイナモステム５００の構成を示す説明図である。

同図に示すように、駆動系ダイナモステム５００は、入力軸システムＪＳ、供試体３００、出力軸２５０、前輪用ダイナモ対２０１及び２０２を主要構成要素として含んでいる。

同図に示すように、入力軸システムＪＳの入力軸１５０は供試体３００に回転自在に連結されており、前輪用ダイナモ対２０１及び２０２の出力軸２５０も供試体３００に回転自在に連結されている。

入力軸システムＪＳは、低慣性モータ１１０及び中間軸構造体ＪＭを主要構成要素として含んでいる。なお、図１では、入力軸システムＪＳは簡略化して示しており、実際の構造は後述する図２で示す構造を呈している。また、入力軸システムＪＳと前輪右用ダイナモ２０２とは何ら接続関係を有していない。

これらの図に示すように、駆動源となる低慣性モータ１１０は直結される入力軸１５０を回転させている。入力軸１５０の回転運動力は、中間軸構造体ＪＭを介して供試体３００に伝達される。

図１では、供試体３００としてＦＦトランスミッションを示している。なお、「ＦＦトランスミッション」とは、フロントエンジン・フロントドライブ（Front Engine・Front Drive）用のトランスミッションを意味する。

低慣性モータ１１０に入力軸１５０が回転可能に連結されており、入力軸１５０は回転可能に中間軸構造体ＪＭで支持され、その先端部分が供試体３００内で連結される。

供試体３００は、低慣性モータ１１０から入力軸１５０の回転運動力を受け、この回転運動力に基づき、出力軸２５０を回転させる。以下、この点を詳述する。

前述したように、駆動源である低慣性モータ１１０を駆動させることにより、入力軸１５０は回転し、入力軸１５０の回転運動力は、中間軸構造体ＪＭを介して供試体３００に伝達される。

供試体３００は、入力軸１５０、内部ギヤ３５１〜３５４、中継軸３３０及び入力軸１５０を主要構成要として有している。入力軸１５０の先端部分が供試体３００内で連結され、出力軸２５０の中心部分が供試体３００内で連結される。

内部ギヤ３５１は入力軸１５０の先端部に取り付けられ、入力軸１５０の回転と共に回転する。中継軸３３０の両端に内部ギヤ３５２及び３５３が設けられる。内部ギヤ３５４は出力軸２５０の中心部に取り付けられ、自身の回転に伴い出力軸２５０を回転させる。また、内部ギヤ３５１と内部ギヤ３５２とが噛み合っており、内部ギヤ３５３と内部ギヤ３５４とが噛み合っている。

したがって、入力軸１５０の回転運動力が、互いに噛み合う内部ギヤ３５１及び３５２を介して中継軸３３０に伝達され、中継軸３３０の回転運動力が、互いに噛み合う内部ギヤ３５３及び３５４を介して、出力軸２５０に伝達される。

その結果、供試体３００において、入力軸１５０の回転運動力は、複数の内部ギヤ３５１〜３５４間を上方から下方にかけて伝達された後、出力軸２５０に伝達される。そして、最終的に出力軸２５０の回転に伴い前輪用ダイナモ対２０１及び２０２を回転させることができる。

なお、上述した供試体３００の動作は、ＦＦトランスミッションとしての供試体３００の動作を原理的に簡略化して説明しており、必ずしも実際の動作と一致しない。

図２は図１で示した入力軸システムＪＳの詳細構造を示す説明図である。同図に示す様に、入力軸システムＪＳは、低慣性モータ１１０、中間軸構造体ＪＭ及び基台１０６を主要構成要素として含んでいる。そして、中間軸構造体ＪＭは中間軸受装置１００、軸トルク計１０２及び軸継手１０４を含んでいる。

したがって、中間軸構造体ＪＭ内において、図２では図示しない入力軸１５０は軸継手１０４、軸トルク計１０２を介して中間軸受装置１００で回転自在に支持されている。

基台１０６は面一の上面を有し、低慣性モータ１１０及び中間軸受装置１００を上面上に固定配置することにより、低慣性モータ１１０及び中間軸受装置１００を下方から支持する。さらに、基台１０６は、低慣性モータ１１０（入力軸１５０を含む）、軸継手１０４、軸トルク計１０２及び低慣性モータ１１０と一体的に構成される。

なお、低慣性モータ１１０に直結されている入力軸１５０は、供試体３００から着脱可能である。

このように、入力軸システムＪＳは、入力軸１５０を回転させる駆動源となる低慣性モータ１１０と、低慣性モータ１１０と供試体３００との間に設けられ、入力軸１５０を回転自在に支持する中間軸受装置１００と、中間軸受装置１００と低慣性モータ１１０との間に設けられ、入力軸１５０に加わる軸トルクを計測する軸トルク計１０２とを主要構成要素として備えている。

さらに、中間軸受装置１００は、後述する油膜形成領域Ｒ５を有し、この油膜形成領域Ｒ５によって、入力軸１５０にかかる振動を低減化する減衰機能を有している。

このように、本実施の形態の入力軸システムＪＳにおける中間軸受装置１００は、入力軸１５０にかかる振動を、油膜形成領域Ｒ５によって低減化する減衰機能を有している。

供試体３００と軸トルク計１０２との間に中間軸受装置１００が設けられており、中間軸受装置１００の上記減衰機能により、供試体３００側からの振動や偏荷重による、入力軸１５０における軸トルク計１０２の設置箇所への影響を大幅に低減化することができる。

その結果、本実施の形態の入力軸システムＪＳは、軸トルク計１０２によって入力軸１５０の軸トルクを正確に測定することができる効果を奏する。

さらに、本実施の形態の入力軸システムＪＳは、基台１０６の上面上に、低慣性モータ１１０と中間軸受装置１００とを固定配置して安定性良く支持できる分、軸トルク計１０２によって入力軸１５０の軸トルクをより正確に測定することができる。

加えて、入力軸システムＪＳにおいて、基台１０６と、低慣性モータ１１０（入力軸１５０を含む）、軸継手１０４、軸トルク計１０２及び中間軸受装置１００とが一体的に構成されるため、これらを含む入力軸システムＪＳの取り扱いが容易になる。

例えば、入力軸システムＪＳの入力軸１５０を供試体３００から取り外し、他の供試体に接続する等の処理を比較的簡単に行うことができる。

＜中間軸受装置１００＞
図３は図２で示した中間軸受装置１００の全体構成を示す説明図である。同図に示すように、中間軸受装置１００は、入力軸１５０を回転自在に支持する円筒状の軸受４と、軸受４の外周面側から軸受４を支持する円筒状の軸受ケース５と、軸受ケース５の外周面に対向する対向面（内周面）を有し、軸受ケース５の外周面と対向面とを一対のＯリング５１を介して接触させて軸受ケース５を支持する軸受用のハウジング１とを主要構成部として含んでいる。

図４は図３で示した軸受ケース５の外観構造を模式的に示す斜視図である。図３及び図４に示すように、軸受ケース５は内部に軸受４を収容するため空洞部を有する円筒状を呈している。

軸受ケース５は、外周面上において円周方向に沿って円環状に設けられる一対のＯリング用溝５３（一対の溝）と、一対のＯリング用溝５３内に設けられる一対のＯリング５１と、軸受ケース５の側面の円周方向における一方半円側（上部半円側）に選択的に設けられ、各々が側面を貫通する４つのケース貫通穴５０（図４では２つのケース貫通穴５０のみ図示）とを主要構成部として含んでいる。なお、図４では説明の都合上、一対のＯリング５１の図示を省略している。

このように、軸受ケース５は、側面を貫通する複数のケース貫通穴として４つのケース貫通穴５０を有している。また、図４に示すように、一対のＯリング用溝５３は、軸受ケース５の側面における軸方向（底面と上面とを結ぶ方向）の両端部近傍に設けられる。そして、一対のＯリング５１間における軸受ケース５の外周面上の領域が油膜形成領域Ｒ５となり、４つのケース貫通穴５０は油膜形成領域Ｒ５に選択的に設けられる。

さらに、図４に示すように、軸受ケース５の側面において、上部半円部と下部半円部との境界に一対の回り止め窪み５５が設けられる。

一対の回り止め窪み５５に対しハウジング１側から回転方向に拘束することにより、ハウジング１内で軸受ケース５が回転する現象を防止することができる。

軸受４は、内輪６、外輪７及び転動球８を主要構成要素として含んでいる。外輪７は軸受ケース５内周面に接する外周面を有する円筒状を呈し、内輪６は外輪７との間に内部空間を有するよう設けられる円筒状を呈している。そして、内輪６と外輪７との間の内部空間に転動球８が配置される。

図３に示すように、外輪７は外輪側部７ａ、外輪側部７ｂ及び外輪中心部７ｃにより構成され、外輪側部７ａ，７ｂ間に外輪中心部７ｃが挟まれる位置関係を有している。

外輪７の上部の外輪中心部７ｃにおいて、外輪中心部７ｃを貫通する外輪貫通穴７０が設けられる。さらに、外輪７の下部の外輪中心部７ｃにおいて、外輪中心部７ｃを貫通する貫通穴７１が設けられる。貫通穴７１は、下方領域に、上部領域より幅広構造の回転方向に拘束するための窪みが形成され、この窪みがネジ収容領域７１ｘとなる。

図５は外輪７の外観構造を模式的に示す斜視図である。図３及び図５に示すように、外輪７は、側面の円周方向における一方半円側（図５の上部半円側）において、各々が複数のケース貫通穴５０に対応して選択的に設けられ、側面を貫通する複数の外輪貫通穴である４つの外輪貫通穴７０（図５では２つの外輪貫通穴７０のみ図示）を有する。

さらに、外輪７は、側面の円周方向における一方半円側に対向する他方半円側（下部半円側）に設けられる１つの貫通穴７１を有している。

図６は軸受ケース５及び外輪７における側面の円周方向における位置関係を模式的に示す説明図である。図６で示すＡ−Ａ断面が図３で示す構造となる。

図６に示すように、軸受ケース５の４つのケース貫通穴５０と、外輪７の４つの外輪貫通穴７０とが、対応するケース貫通穴５０及び外輪貫通穴７０間で連続的に繋がるように、互いに対応する位置関係で設けられる。すなわち、図６に示すように、軸受ケース５の側面の円周方向を規定する円及び外輪７の側面の円周方向を規定する円の共通の中心を中心点Ｃ１とすると、中心点Ｃ１から４つのケース貫通穴５０にかけて延びる４つの直線上に４つの外輪貫通穴７０のうちの一の外輪貫通穴７０が必ず位置するように設けられる。すなわち、４つのケース貫通穴５０と４つの外輪貫通穴７０とは１対１に対応し、対応するケース貫通穴５０と外輪貫通穴７０とは中心点Ｃ１を起点として同一直線上に存在する。

なお、外輪貫通穴７０の先端領域は他の領域より油の流通経路が狭くなり、かつ、２つに分岐する絞り構造７０ｓを有し、これら絞り構造７０ｓによって油の流れを制限することにより、軸受４の内輪６及び転動球８に安定した油の供給を行うことができる。

また、図４及び図６に示すように、軸受ケース５の側面において、上部半円部と下部半円部との境界に一対の回り止め窪み５５が設けられる。したがって、一対の回り止め窪み５５を結ぶ線上に中心点Ｃ１が存在する。

図６に示すように、軸受ケース５及び外輪７は、それぞれの側面の円周方向における上記他方半円側に設けられる軸受ケース５の貫通穴５７及び貫通穴７１を有している。

図７は内輪６の外観構造を模式的に示す斜視図である。図３及び図７に示すように、内輪６は外輪７との間に内部空間が形成されるように、外輪７の側面より小さい径の側面を有して円筒状に形成される。

そして、図３に示すように、固定用ネジである底部ネジ７３は、軸受ケース５及び外輪７の側面の上記他方半円側において、外輪７と軸受ケース５との間に設けられ、外輪中心部７ｃの回転方向の動きを拘束している。すなわち、底部ネジ７３は軸受ケース５の貫通穴５７を貫通し、貫通穴７１のネジ収容領域７１ｘに収納されるように設けられる。

図８は図２で示した中間軸受装置１００における油供給系統を模式的に示すブロック図である。同図に示す給油回路１０から軸受ケース５の外周面上に油が供給される。軸受ケース５の外周面上に供給された油は、軸受ケース５の４つのケース貫通穴５０及び外輪７の４つの外輪貫通穴７０のみを介して、軸受４の内部に供給される。

なお、図３において、油の流れを矢印で示している。図３に示すように、給油回路１０から軸受ケース５及び外輪７の外輪中心部７ｃを介して軸受４の外輪７及び転動球８に供給された油は、外輪７の外周方向の他方半円側において軸受４から外部に排出される。

図９は油膜の形成状態を模式的に示す説明図である。同図に示すように、一対のＯリング５１間における軸受ケース５の外周面上の領域が油膜形成領域Ｒ５となる。したがって、給油回路１０から軸受ケース５の外周面上に油が供給されると、軸受ケース５の外周面とハウジング１の対向面（内周面）との間の油膜形成領域Ｒ５に油膜２５が形成される。

図２で示した中間軸受装置１００は、給油回路１０からの給油により、図３及び図９に示すように、油膜形成領域Ｒ５に油膜２５が形成される。なぜなら、一対のＯリング５１によって軸受ケース５の外周面上の油膜形成領域Ｒ５は、油膜形成領域Ｒ５に選択的に設けられる４つのケース貫通穴５０を除いて、他の領域から遮断される閉鎖空間となるからである。

なお、図９では模式的に示しているため、油膜２５が所定の厚みを有する態様で図示しているが、実際には油膜２５の厚みは微小である。

さらに、図３及び図４に示すように、一対のＯリング用溝５３を軸受ケース５の側面における軸方向の両端部近傍に設けることにより、軸受ケース５の外周面の大部分の領域を油膜形成領域Ｒ５とすることができるため、比較的広い領域で油膜２５による油膜ダンパ機構を発揮させることができる。

その結果、本実施の形態の入力軸システムＪＳに用いられる中間軸受装置１００は、油膜形成領域Ｒ５によって、支持する入力軸１５０にかかる振動を効果的に低減化する上記減衰機能を発揮することができる。このように、中間軸受装置１００は油膜形成領域Ｒ５を有し、入力軸１５０にかかる振動を油膜形成領域Ｒ５によって低減化する上記減衰機能を有している。

加えて、軸受ケース５の４つのケース貫通穴５０（複数のケース貫通穴）及び軸受４の４つの外輪貫通穴７０（複数の外輪貫通穴）を介して、油膜形成領域Ｒ５における油膜２５を形成する油の一部を軸受４内に供給している。このため、中間軸受装置１００は、装置を大型化することなく軸受４を冷却することができる。

この際、軸受４内への油の供給は、油膜形成領域Ｒ５に選択的に形成された４つのケース貫通穴５０と４つの外輪貫通穴７０とのみを介することにより、軸受４への油供給量に制限されることによって、油膜形成領域Ｒ５における油膜２５の形成を安定して行うことができる。

入力軸システムＪＳ内の中間軸受装置１００において、複数の外輪貫通穴７０それぞれの先端領域は他の領域より油の流通経路が狭くなる絞り構造７０ｓを有している。すなわち、中間軸受装置１００において、外輪７の外輪中心部７ｃに設けられる外輪貫通穴７０の先端領域は他の領域より油の流通経路が狭くなる絞り構造７０ｓを有している。

このため、実施の形態の中間軸受装置１００は、軸受４内の内輪６及び転動球８への油の供給をスムーズにして、油膜形成領域Ｒ５における油膜２５の形成を安定して維持することができる。

さらに、底部ネジ７３よって、外輪７と軸受ケース５とを固定することにより、外輪７の外輪中心部７ｃによる回転方向の動きを拘束することができる。

その結果、本実施の形態の中間軸受装置１００は、比較的少ない部材で入力軸１５０による振動の低減化及び軸受４の冷却を図ることができる効果を奏する。

＜その他＞
本実施の形態では、供試体３００として、ＦＦトランスミッションを示したがこれに限定されず、例えば、ディファレンシャルギア等でも良い。すなわち、入力軸１５０に連結可能な全ての構成部を供試体３００として用いることができる。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。すなわち、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ ハウジング
４ 軸受
５ 軸受ケース
６ 内輪
７ 外輪
２５ 油膜
５０ ケース貫通穴
５１ Ｏリング
５３ Ｏリング用溝
７１ 貫通穴
７０ 外輪貫通穴
７３ 底部ネジ
１００ 中間軸受装置
１０２ 軸トルク計
１０６ 基台
１１０ 低慣性モータ
１５０ 入力軸
２５０ 出力軸
３００ 供試体
ＪＭ 中間軸構造体
Ｒ５ 油膜形成領域

この発明に係る入力軸システムは、供試体に連結される入力軸を有する入力軸システムであって、前記入力軸を回転させる駆動源と、前記駆動源と前記供試体との間に設けられ、前記入力軸を支持する中間軸受装置と、前記中間軸受装置と前記駆動源との間に設けられ、前記入力軸の軸トルクを計測する軸トルク計とを備え、前記中間軸受装置は油膜形成領域を有し、前記入力軸にかかる振動を前記油膜形成領域によって低減化する減衰機能を有し、前記中間軸受装置は、前記入力軸を回転自在に支持する円筒状の軸受と、前記軸受の外周面側から前記軸受を支持する円筒状の軸受ケースと、前記軸受ケースの外周面に対向する対向面を有し、前記軸受ケースの外周面と対向面とを接触させて前記軸受ケースを支持する軸受用のハウジングと、前記軸受ケースの外周面上に油を供給する給油回路とを備え、前記軸受ケースは、外周面上において円周方向に沿って円環状に設けられる一対の溝と、前記一対の溝内に設けられる一対のＯリングと、側面の円周方向における一方半円側に選択的に設けられ、各々が側面を貫通する複数のケース貫通穴とを含み、前記一対のＯリング間における前記軸受ケースの外周面上の領域が前記油膜形成領域となり、前記複数のケース貫通穴は前記油膜形成領域に設けられ、前記軸受は、前記軸受ケースの内周面に接する外周面を有する円筒状の外輪と、前記外輪との間に内部空間を有するよう設けられる円筒状の内輪とを有し、前記内部空間に転動球が配置され、前記外輪は、側面の円周方向における前記一方半円側において、各々が前記複数のケース貫通穴に対応して選択的に設けられ、側面を貫通する複数の外輪貫通穴を有する。

Claims (3)

1. 供試体に連結される入力軸を有する入力軸システムであって、
   前記入力軸を回転させる駆動源と、
   前記駆動源と前記供試体との間に設けられ、前記入力軸を支持する中間軸受装置と、
   前記中間軸受装置と前記駆動源との間に設けられ、前記入力軸の軸トルクを計測する軸トルク計とを備え、
   前記中間軸受装置は油膜形成領域を有し、前記入力軸にかかる振動を前記油膜形成領域によって低減化する減衰機能を有することを特徴とする、
   入力軸システム。
2. 請求項１記載の入力軸システムであって、
   前記駆動源及び前記中間軸受装置を上面上に固定配置し、前記駆動源、前記軸トルク計及び前記中間軸受装置と一体的に構成される基台をさらに備える、
   入力軸システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の入力軸システムであって、
   前記中間軸受装置は、
   前記入力軸を回転自在に支持する円筒状の軸受と、
   前記軸受の外周面側から前記軸受を支持する円筒状の軸受ケースと、
   前記軸受ケースの外周面に対向する対向面を有し、前記軸受ケースの外周面と対向面とを接触させて前記軸受ケースを支持する軸受用のハウジングと、
   前記軸受ケースの外周面上に油を供給する給油回路とを備え、
   前記軸受ケースは、
   外周面上において円周方向に沿って円環状に設けられる一対の溝と、
   前記一対の溝内に設けられる一対のＯリングと、
   側面の円周方向における一方半円側に選択的に設けられ、各々が側面を貫通する複数のケース貫通穴とを含み、
   前記一対のＯリング間における前記軸受ケースの外周面上の領域が前記油膜形成領域となり、前記複数のケース貫通穴は前記油膜形成領域に設けられ、
   前記軸受は、
   前記軸受ケースの内周面に接する外周面を有する円筒状の外輪と、
   前記外輪との間に内部空間を有するよう設けられる円筒状の内輪とを有し、前記内部空間に転動球が配置され、
   前記外輪は、側面の円周方向における前記一方半円側において、各々が前記複数のケース貫通穴に対応して選択的に設けられ、側面を貫通する複数の外輪貫通穴を有する、
   入力軸システム。

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