JP2021148195A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トルク変動による遊星ギヤ機構における歯打ち音などの異音の発生を防ぐことができる動力伝達装置を提供すること。【解決手段】同軸上に配置された複数の遊星ギヤ機構ＰＧ１，ＰＧ２をハウジング１内に収容し、軸方向に隣接する２つの遊星ギヤ機構ＰＧ１，ＰＧ２の各リングギヤｒ１，ｒ２をハウジング１に固定した動力伝達装置１００において、軸方向に隣接する２つの遊星ギヤ機構ＰＧ１，ＰＧ２の各リングギヤｒ１，ｒ２とハウジング１との周方向隙間δに、くの字状に屈曲するバネ部材１３を、両リングギヤｒ１，ｒ２を軸方向に跨ぐように配置する。ここで、２つの遊星ギヤ機構ＰＧ１，ＰＧ２の各リングギヤｒ１，ｒ２は、ハウジング１にそれぞれスプライン嵌合によって固定され、これらのリングギヤｒ１，ｒ２とハウジング１との嵌合部の周方向隙間δにバネ部材１３を配置する。そして、複数のバネ部材１３は、周方向に等角度ピッチで配置される。【選択図】図３

Description

本発明は、同軸上に配置された複数の遊星ギヤ機構を備える動力伝達装置に関する。

例えば、車両の動力伝達装置には、エンジンや電動モータなどの駆動源から入力軸に入力される回転を減速するための減速機構が設けられているが、この減速機構において高い減速比を得るために、例えば、複数の遊星ギヤ機構を軸方向に並設して構成される動力伝達装置が知られている。

ところで、各遊星ギヤ機構は、サンギヤと、該サンギヤの周囲に配置されるリングギヤと、サンギヤとリングギヤに噛合して自転しながらサンギヤの周りを公転する複数のピニオンギヤ（遊星ギヤ）と、これらのピニオンギヤを回転可能に支持するキャリアを含んで構成されている。このような遊星ギヤ機構を例えば軸方向に２つ並設して構成される動力伝達装置によれば、駆動源によって回転駆動される入力軸の回転が２つの遊星ギヤ機構によって２段階に減速されるために高い減速比が得られるとともに、全体を小型コンパクトに構成することができる。

しかしながら、複数の遊星ギヤ機構を軸方向に並設した減速機構を備える動力伝達装置においては、高負荷時にリングギヤに軸振れが生じ、リングギヤがハウジングに衝突して異音が発生するという不具合が起こる可能性がある。

そこで、特許文献１には、リングギヤの外周に軟質弾性体を固着し、リングギヤがハウジングに衝突した際の衝撃を軟質弾性体の弾性変形によって吸収することによって、リングギヤの軸振れに起因する異音の発生を抑えるようにした消音装置が提案されている。

実開昭６２−０８００７１号公報

しかしながら、特許文献１において提案された消音装置においては、高負荷時に軟質弾性体が叩かれて潰されるため、該軟質弾性体による衝撃吸収効果が低下し、異音の抑制効果も低下するという問題がある。

ところで、リングギヤがスプライン嵌合によってハウジングに固定されている遊星ギヤ機構においては、トルク変動によってリングギヤとハウジングとのスプライン嵌合部にスプライン歯同士の衝突による歯打ち音が発生するという問題があるが、特許文献１において提案された消音装置では、このような歯打ち音の発生を防ぐことはできない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、トルク変動による遊星ギヤ機構における歯打ち音などの異音の発生を防ぐことができる動力伝達装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、同軸上に配置された複数の遊星ギヤ機構（ＰＧ１，ＰＧ２）をハウジング（１）内に収容し、軸方向に隣接する２つの前記遊星ギヤ機構（ＰＧ１，ＰＧ２）の各リングギヤ（ｒ１，ｒ２）を前記ハウジング（１）に固定した動力伝達装置（１００）であって、軸方向に隣接する２つの前記遊星ギヤ機構（ＰＧ１，ＰＧ２）の各リングギヤ（ｒ１，ｒ２）と前記ハウジング（１）との周方向隙間（δ）に、屈曲するバネ部材（１３）を、前記両リングギヤ（ｒ１，ｒ２）を軸方向に跨ぐように配置したことを特徴とする。

ここで、２つの前記遊星ギヤ機構（ＰＧ１，ＰＧ２）の各リングギヤ（ｒ１，ｒ２）は、前記ハウジング（１）にそれぞれスプライン嵌合によって固定され、これらのリングギヤ（ｒ１，ｒ２）と前記ハウジング（１）との嵌合部の周方向隙間（δ）に前記バネ部材（１３）を配置する。

本発明によれば、軸方向に隣接する２つの遊星ギヤ機構におけるトルク変動がバネ部材の弾性変形によって吸収されため、リングギヤのスプライン歯とハウジングのスプライン歯との衝突が防がれ、両者の衝突による歯打ち音の発生が防がれて動力伝達装置の静音化が図られる。

また、前記動力伝達装置（１００）において、複数の前記バネ部材（１３）を周方向に等角度ピッチで配置することが望ましい。

このように複数のバネ部材を周方向に等角度ピッチで配置することによって、各遊星ギヤ機構におけるトルク変動を複数のバネ部材によって周方向に均等に効果的に吸収することができる。

また、前記動力伝達装置（１００）において、前記バネ部材（１３）は、金属製の板材または棒材をくの字状に折り曲げて構成され、その長手方向両端部が隣接する前記各リングギヤ（ｒ１，ｒ２）にそれぞれ当接し、長手方向中間の屈曲部が前記ハウジング（１）に当接するよう配置されていることが好ましい。

そして、この場合、前記バネ部材（１３）の前記屈曲部の前記ハウジング（１）への当接点（Ｐ）は、同バネ部材（１３）の長手方向両端部に前記各リングギヤ（ｒ１，ｒ２）から作用する力（Ｆ１，Ｆ２）による当該当接点（Ｐ）を中心とする互いに逆方向のモーメント（Ｍ１，Ｍ２）が釣り合う位置に配置されていることが望ましい。

上記構成によれば、バネ部材の長手方向両端部に２つの遊星ギヤ機構の各リングギヤから作用する力によるモーメントが釣り合って互いに相殺するため、各リングギヤのスプライン歯が、ハウジングのスプライン歯に接触せず、歯打ち音などの異音を防ぐことができる。

本発明によれば、動力伝達装置の遊星ギヤ機構において、トルク変動による歯打ち音などの異音の発生を防ぐことができるという効果が得られる。

本発明に係る動力伝達装置の基本構成を模式的に示す縦断面図である。 本発明に係る動力伝達装置の遊星ギヤ機構の速度線図である。 本発明に係る動力伝達装置の遊星ギヤ機構部の半裁断面図である。 図３のＡ−Ａ線断面図である。 図４のＢ部拡大断面図である。 図５のＣ−Ｃ線断面図である。 バネ部材の斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る動力伝達装置の基本構成を模式的に示す縦断面図、図２は同動力伝達装置の遊星ギヤ機構の速度線図であり、図１に示す動力伝達装置１００は、不図示の電気自動車（ＥＶ車）に搭載されるものであって、以下のように構成されている。

すなわち、図１に示す動力伝達装置１００は、ハウジング１内に駆動源である電動モータＭと多段減速機Ｔ、ディファレンシャル機構（差動機構）Ｄなどを収容して構成されている。より詳細には、ハウジング１内は隔壁１Ａによってモータ室ＳＭとギヤ室ＳＧとに区画されており、モータ室ＳＭには、駆動源である電動モータＭが収容され、ギヤ室ＳＧには多段減速機Ｔとディファレンシャル機構Ｄが収容されている。なお、電動モータＭは、回生時に発電機（ジェネレータ）としても機能するものであって、これには不図示のインバータを介してバッテリが電気的に接続されており、このバッテリから供給される電力によって当該電動モータＭが回転駆動される。

上記電動モータＭの中心には、該電動モータＭによって回転駆動される回転可能な中空の入力軸（モータ軸）２が挿通しており、この入力軸２の軸方向両端部は、軸受（ボールベアリング）３によってハウジング１に回転可能に支持されている。そして、この入力軸２の軸方向一端部（図１の左端部）は、ハウジング１の隔壁１Ａを貫通してギヤ室ＳＧに臨んでいる。

ギヤ室ＳＧに収容された多段減速機Ｔは、入力軸２の軸方向（図１の左右方向）に隣接して並設された第１遊星ギヤ機構ＰＧ１と第２遊星ギヤ機構ＰＧ２を備えている。ここで、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１は、入力軸２のギヤ室ＳＧへと延出する軸方向一端部（図１の左端部）の外周に形成された小径のサンギヤｓ１と、ハウジング１の内周に固定された大径のリングギヤｒ１と、サンギヤｓ１とリングギヤｒ１に噛合して自転しながらサンギヤｓ１の周りを公転する複数（図１には２つのみ図示）のピニオンギヤ（遊星ギヤ）ｐ１と、これらのピニオンギヤｐ１を回転（自転）可能に支持するキャリアｃ１を備えている。

また、第２遊星ギヤ機構ＰＧ２は、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１のキャリアｃ１に形成された小径のサンギヤｓ２と、ハウジング１の内周に固定された大径のリングギヤｒ２と、サンギヤｓ２とリングギヤｒ２に噛合して自転しながらサンギヤｓ２の周りを公転する複数（図１には２つのみ図示）のピニオンギヤ（遊星ギヤ）ｐ２と、これらのピニオンギヤｐ２を回転（自転）可能に支持するキャリアｃ２を備えている。

そして、第２遊星ギヤ機構ＰＧ２のキャリアｃ２には、ディファレンシャル機構Ｄのケース（デフケース）４が取り付けられている。なお、ディファレンシャル機構Ｄの構成は公知であるため、これについての説明は省略するが、このディファレンシャル機構Ｄからは左右の出力軸（車軸）５Ｌ，５Ｒが同一軸上を車幅方向（図１の左右方向）に沿って延びており、各車軸５Ｌ，５Ｒの外端部には不図示の車輪（駆動輪）がそれぞれ取り付けられている。ここで、ディファレンシャル機構Ｄのケース（デフケース）４は、軸受（ボールベアリング）６によってハウジング１に回転可能に支持されている。

ところで、一方（図１の右方）の出力軸（車軸）５Ｒは、第２遊星ギヤ機構ＰＧ２のキャリアｃ２の中空部と中空の入力軸（モータ軸）２を貫通してハウジング１の外方へと延出しており、この出力軸（車軸）５Ｒと入力軸（モータ軸）２とは同一軸心上を車幅方向（図１の左右方向）に沿って回転可能に配置されている。なお、出力軸（車軸）５Ｒの軸方向一端部（図１の右端部）は、軸受７によってハウジング１に回転可能に支持されている。

而して、以上のように構成された動力伝達装置１００において、電動モータＭが起動されて入力軸（モータ軸）２が所定の速度で回転駆動されると、この入力軸２の回転は、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１と第２遊星ギヤ機構ＰＧ２によって２段減速されて左右の出力軸（車軸）５Ｌ，５Ｒへとそれぞれ伝達される。

すなわち、図２に示すように、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１においては、入力軸（モータ軸）２に形成されたサンギヤｓ１が入力軸２と共に速度Ｖ１で回転駆動されると、自転しながらサンギヤｓ１の周りを公転するピニオンギヤｐ１を支持するキャリアｃ１が速度（ピニオンギヤｐ１の公転速度）Ｖ２（＜Ｖ１）で回転する。この結果、入力軸（モータ軸）２の回転は、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１によって速度Ｖ１から速度Ｖ２（＜Ｖ１）へと減速される。

そして、第２遊星ギヤ機構ＰＧ２においては、図２に示すように、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１のキャリアｃ１に形成されたサンギヤｓ２がキャリアｃ１と同速度Ｖ２で回転し、自転しながらサンギヤｓ２の周りを公転するピニオンギヤｐ２を支持するキャリアｃ２が速度（ピニオンギヤｐ２の公転速度）Ｖ３（＜Ｖ２）で回転する。

以上の結果、入力軸（モータ軸）２の回転は、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１と第２遊星ギヤ機構ＰＧ２によって速度Ｖ１から速度Ｖ３（＜Ｖ２＜Ｖ１）へと２段減速される。すると、ディファレンシャル機構Ｄのケース（デフケース）４が第２遊星ギヤ機構ＰＧ２のキャリアｃ２と共に速度Ｖ３で回転し、この回転は、ディファレンシャル機構Ｄによって分配されて左右の出力軸（車軸）５Ｌ，５Ｒへと伝達され、左右の出力軸（車軸）５Ｌ，５Ｒがそれぞれ回転駆動される。この結果、左右の出力軸（車軸）５Ｌ，５Ｒの各外端部にそれぞれ取り付けられた左右の不図示の車輪（駆動輪）がそれぞれ回転駆動されるため、電気自動車（ＥＶ車）が所定の速度で走行する。

次に、多段減速機Ｔの構成の詳細を図３〜図６に基づいて以下に説明する。

図３は本発明に係る動力伝達装置の遊星ギヤ機構部の半裁断面図、図４は図３のＡ−Ａ線断面図、図５は図４のＢ部拡大断面図、図６は図５のＣ−Ｃ線断面図、図７はバネ部材の斜視図である。

図３に示すように、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１においては、複数（図３には１つのみ図示）のピニオンギヤｐ１は、キャリアｃ１に取り付けられた水平な第１ピニオンシャフト８に対して軸受（ニードルベアリング）９によってそれぞれ回転（自転）可能に支持されている。

また、第２遊星ギヤ機構ＰＧ２においては、複数（図３には１つのみ図示）のピニオンギヤｐ２は、キャリアｃ２に取り付けられた水平な第２ピニオンシャフト１０に対して軸受（ニードルベアリング）１１によってそれぞれ回転（自転）可能に支持されている。なお、この第２遊星ギヤ機構ＰＧ２のキャリアｃ２は、軸受（ボールベアリング）１２によってハウジング１に回転可能に支持されている。

ところで、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１のリングギヤｒ１と第２遊星ギヤ機構ＰＧ２のリングギヤｒ２は、図３に示すように、間に軸受（ボールベアリング）１２を挟んで軸方向に並設されており、これらのリングギヤｒ１，ｒ２は、その外周部がハウジング１の内周部にスプライン嵌合によって固定されている。ここで、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１のリングギヤｒ１のハウジング１のスプライン嵌合部の詳細を図４に示すが、同図に示すように、このスプライン嵌合部においては、ハウジング１の内周に形成された複数のスプライン歯１ａとリングギヤｒ１の外周に形成された複数のスプライン歯ｒ１ａとが互いに噛合している。そして、ハウジング１のスプライン歯１ａとリングギヤｒ１のスプライン歯ｒ１ａとの間には、複数の周方向隙間δが形成されている。

また、図３に示すように、第２遊星ギヤ機構ＰＧ２のリングギヤｒ２のハウジング１へのスプライン嵌合部においても、ハウジング１の内周に形成された複数のスプライン歯１ａとリングギヤｒ２の外周に形成された複数のスプライン歯ｒ２ａが互いに噛合しているが、両スプライン歯１ａ、ｒ２ａとの間にも複数の径方向隙間δが形成されている。

而して、本実施の形態においては、ハウジング１のスプライン歯１ａとリングギヤｒ１，ｒ２のスプライン歯ｒ１ａ，ｒ２ａとの間に形成される複数の周方向隙間δのうちの幾つか（本実施の形態では、４つ）には、図３〜図６に示すように、くの字状（あるいはＵ字状又はＶ字状、以下同じ。）に屈曲するバネ部材１３が両リングギヤｒ１，ｒ２を軸方向に跨ぐようにそれぞれ配置されている（図３及び図６参照）。ここで、バネ部材１３は、図７に示すように、バネ鋼などの金属製の板材をくの字状に折り曲げて構成されており、本実施の形態では、４つのバネ部材１３が周方向に等角度ピッチ（９０°ピッチ）で配置されている。なお、バネ部材１３を配置する数は任意であって、例えば、バネ部材１３が２つである場合には周方向に１８０°ピッチ、３つである場合には周方向に１２０°ピッチ、６つである場合には周方向に６０°ピッチで配置され、当該バネ部材１３の数をｎとすると、その周方向の配置角度は３６０°／ｎとなる。また、バネ部材１３を金属製の棒部材（丸棒や角棒）をくの字状に折り曲げることによって構成してもよい。

ところで、各バネ部材１３は、図６に示すように、その長手方向両端部が軸方向に隣接する２つのリングギヤｒ１，ｒ２にそれぞれ当接し、長手方向中間の屈曲部がハウジング１に当接するよう配置されている。ここで、各バネ部材１３の屈曲部のハウジング１への当接点Ｐは、当該バネ部材１３の長手方向両端部に各リングギヤｒ１，ｒ２から作用する力Ｆ１，Ｆ２による当該当接点Ｐを中心とする互いに逆方向のモーメントＭ１，Ｍ２が釣り合う位置に配置されている。

より詳細には、リングギヤｒ１，ｒ２は、複数のピニオンギヤｐ１，ｐ２からトルクＴ１，Ｔ２を受けるが、ピニオンギヤｐ１，ｐ２は、これらを支持するキャリアｃ１，ｃ２と同速度Ｖ２，Ｖ３（図２の速度線図参照）でサンギヤｓ１，ｓ２の周りを公転する。ここで、図２から明らかなように、ピニオンギヤｐ１の公転速度（キャリアｃ１の回転速度）Ｖ２の方がピニオンギヤｐ２の公転速度（キャリアｃ３の回転速度）Ｖ３よりも大きいため（Ｖ２＞Ｖ３）、リングギヤｒ１がピニオンギヤｐ１から受けるトルクＴ１の方がリングギヤｒ２がピニオンギヤｐ２から受けるトルクＴ２よりも小さくなる（Ｔ１＜Ｔ２）。

ここで、各リングギヤｒ１，ｒ２の噛み合い点の半径をｒとすると、各リングギヤｒ１，ｒ２からバネ部材１３に作用する力Ｆ１，Ｆ２は、それぞれ次式によって表される。

Ｆ１＝Ｔ１／ｒ …（１）
Ｆ２＝Ｔ２／ｒ …（２）
前述のように、Ｔ１＜Ｔ２であるため、上式（１），（２）からＦ１，Ｆ２には次の大小関係が成立する。

Ｆ１＜Ｆ２ …（３）
ここで、図６に示すように、バネ部材１３のリングギヤｒ１，ｒ２への当接点Ｐ１，Ｐ２のハウジング１への当接点Ｐからの距離をそれぞれＬ１，Ｌ２とすると、力Ｆ１，Ｆ２による当接点Ｐを中心とする互いに逆方向のモーメントＭ１，Ｍ２は、それぞれ次式にて表される。

Ｍ１＝Ｆ１×Ｌ１ …（４）
Ｍ２＝Ｆ２×Ｌ２ …（５）
これらのモーメントが釣り合う（Ｍ１＝Ｍ２）には、次の関係が成立する必要がある。

Ｆ１×Ｌ１＝Ｆ２×Ｌ２ …（６）
したがって、バネ部材１３の長手方向両端部（リングギヤｒ１，ｒ２への当接点Ｐ１，Ｐ２）の屈曲点（ハウジング１への当接点Ｐ）からの距離Ｌ１，Ｌ２には、次の関係が成立する。

Ｌ１／Ｌ２＝Ｆ２／Ｆ１ …（７）
ここで、（３）式よりＦ１＜Ｆ２であるため、Ｌ１とＬ２との間には次の大小関係が成立する。

Ｌ１＞Ｌ２ …（８）
以上において、本実施の形態では、軸方向に隣接する第１遊星ギヤ機構ＰＧ１と第２遊星ギヤ機構ＰＧ２のリングリヤｒ１，ｒ２のハウジング１とのスプライン嵌合部の周方向隙間（具体的には、リングギヤｒ１，ｒ２のスプライン歯ｒ１ａ，ｒ２ａとハウジング１のスプライン歯１ａとの周方向隙間）δにくの字状に屈曲するバネ部材１３を両リングギヤｒ１，ｒ２を軸方向に跨ぐように配置したため、第１遊星ギヤ機構ＰＧ１と第２遊星ギヤ機構ＰＧ２におけるトルク変動がバネ部材１３の弾性変形によって吸収される。このため、リングギヤｒ１，ｒ２のスプライン歯ｒ１ａ，ｒ２ａとハウジング１のスプライン歯１ａとの衝突が防がれ、両者の衝突による歯打ち音の発生が防がれて動力伝達装置１００の静音化が図られる。

また、本実施の形態では、複数のバネ部材１３を周方向に等角度ピッチで配置したため、各遊星ギヤ機構ＰＧ１，ＰＧ２におけるトルク変動を複数のバネ部材１３によって周方向に均等に効果的に吸収することができる。

さらに、本実施の形態においては、バネ部材１３の屈曲部のハウジング１への当接点Ｐを、当該バネ部材１３の長手方向両端部に各リングギヤｒ１，ｒ２から作用する力Ｆ１，Ｆ２によるモーメントＭ１，Ｍ２が釣り合う位置に配置したため、各リングギヤｒ１，ｒ２のスプライン歯ｒ１ａ，ｒ２ａが、ハウジング１のスプライン歯１ａに接触せず、歯打ち音などの異音を防ぐことができる。

なお、以上は本発明を電気自動車（ＥＶ車）に搭載される動力伝達装置に対して適用した形態について説明したが、本発明は、エンジンのみを駆動源とする車両や駆動源としてエンジンと電動機を併用するハイブリッド車両（ＨＥＶ車）に搭載される動力伝達装置、或いは車両以外の複数の遊星ギヤ機構を軸方向に並設した任意の装置に設けられる動力伝達装置に対しても同様に適用可能である。

その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。

１ ハウジング
１３ バネ部材
１００ 動力伝達装置
Ｆ１，Ｆ２ リングギヤからバネ部材に作用する力
Ｍ１，Ｍ２ バネ部材に作用するモーメント
Ｐ バネ部材のハウジングへの当接点
Ｐ１，Ｐ２ バネ部材のリングギヤへの当接点
ＰＧ１ 第１遊星ギヤ機構
ＰＧ２ 第２遊星ギヤ機構
ｃ１，ｃ２ キャリア
ｐ１，ｐ２ ピニオンギヤ
ｒ１，ｒ２ リングギヤ
ｓ１，ｓ２ サンギヤ
δ 周方向隙間

Claims (5)

1. 同軸上に配置された複数の遊星ギヤ機構をハウジング内に収容し、軸方向に隣接する２つの前記遊星ギヤ機構の各リングギヤを前記ハウジングに固定した動力伝達装置であって、
   軸方向に隣接する２つの前記遊星ギヤ機構の各リングギヤと前記ハウジングとの周方向隙間に、屈曲するバネ部材を、前記両リングギヤを軸方向に跨ぐように配置したことを特徴とする動力伝達装置。
2. ２つの前記遊星ギヤ機構の各リングギヤは、前記ハウジングにそれぞれスプライン嵌合によって固定され、これらのリングギヤと前記ハウジングとの嵌合部の周方向隙間に前記バネ部材を配置したことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 複数の前記バネ部材を周方向に等角度ピッチで配置したことを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達装置。
4. 前記バネ部材は、金属製の板材または棒材をくの字状に折り曲げて構成され、その長手方向両端部が隣接する前記各リングギヤにそれぞれ当接し、長手方向中間の屈曲部が前記ハウジングに当接するよう配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の動力伝達装置。
5. 前記バネ部材の前記屈曲部の前記ハウジングへの当接点は、同バネ部材の長手方向両端部に前記各リングギヤから作用する力による当該当接点を中心とする互いに逆方向のモーメントが釣り合う位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の動力伝達装置。

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