JP2009214649A - トルクチューブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ振動の共振を起こしているトルク伝達軸から軸受を介してトルクチューブへ伝達する振動を、より多くの共振モードにおいて低減することを可能としたトルクチューブ装置を提供する。
【解決手段】２つの動力伝達装置７，８間に固定配置されたトルクチューブ２と、トルクチューブ２内に軸受３，３を介して回転自在に支持され、２つの動力伝達装置７，８間でトルク伝達を行うトルク伝達軸４と、を備えるトルクチューブ装置１において、軸受３，３は、トルクチューブ２内に間隔をおいて２個設けられており、それらの外周部３Ａがトルクチューブ２に対して同トルクチューブ２の長手方向へスライド自在に設けられている。また、軸受３，３の内周部３Ｂは、トルク伝達軸４に対して同トルク伝達軸４の長手方向にスライド自在に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のパワートレインに搭載されるトルクチューブ装置に関する。詳しくは、２つの動力伝達装置間に固定配置されるトルクチューブと、このトルクチューブ内に軸受を介して回転自在に支持され、上記２つの動力伝達装置間でのトルク伝達を行うトルク伝達軸と、を備えるトルクチューブ装置に関する。

自動車等の車両において、２つの動力伝達装置（リダクション機構、トランスアクスル等）の間にトルクチューブ装置を設置して動力の伝達を行う場合がある（例えば特許文献１，２を参照。）。

特許文献１，２に開示されているトルクチューブ装置は、トルクチューブ、トルク伝達軸およびベアリングで構成されている。

上記トルクチューブは、２つの動力伝達装置の間に固定配置されている。上記トルク伝達軸は、トルクチューブ内にベアリングを介して回転自在に支持されている。このトルク伝達軸は、両端部が動力伝達装置に連結されており、これら動力伝達装置の間でトルク伝達を行う。

上記ベアリングは、トルクチューブ内において同トルクチューブの長手方向に間隔をおいて複数個固設されており、トルクチューブに対してトルク伝達軸を回転自在に支持する。

ところで、トルク伝達軸の両端部には、ギヤ等で構成される動力伝達装置が連結されていることから、動力伝達装置において発生するギヤの噛合い振動がトルク伝達軸へ伝達する。これにより、トルク伝達軸は、曲げ振動の共振を起こし、この振動がベアリングを介してトルクチューブに伝達し、さらにはトルクチューブの振動が車室内にギヤノイズとして伝播することがある。

従来より、上記ギヤノイズを低減するために、トルク伝達軸の特定次数の共振モードにおいて振幅の節となる位置にベアリングを固設していた。トルク伝達軸の振幅の節をベアリングが支持することにより、トルク伝達軸の振動がベアリングに伝達されにくくなり、ひいては、トルク伝達軸の振動がベアリングを介してトルクチューブに伝達されにくくなる。
特開２００６−１４３１３０号公報 特開平３−１９７２３７号公報

ところが、トルク伝達軸を支持するベアリングの位置が定まっているのに対し、共振しているトルク伝達軸の振幅の節の位置は、共振モードの次数によって変化する。このため、共振を起こしているトルク伝達軸からトルクチューブ側へ伝達する振動は、特定の共振モードに限って低減することができるに過ぎなかった。したがって、共振を起こしているトルク伝達軸の振幅の節の位置とベアリングが支持する位置とが相違する場合は、トルク伝達軸の振動がベアリングを介してトルクチューブに伝達し易くなるという問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みて創案されたものであり、曲げ振動の共振を起こしているトルク伝達軸から軸受を介してトルクチューブへ伝達する振動を、より多くの共振モードにおいて低減することを可能としたトルクチューブ装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための手段として、本発明のトルクチューブ装置は、以下のように構成されている。すなわち、本発明のトルクチューブ装置は、２つの動力伝達装置間に固定配置されたトルクチューブと、前記トルクチューブ内に軸受を介して回転自在に支持され、前記２つの動力伝達装置間でトルク伝達を行うトルク伝達軸と、を備えるトルクチューブ装置において、前記軸受は、外周部が前記トルクチューブに対して同トルクチューブの長手方向へスライド自在に設けられている。また、前記軸受は、内周部が前記トルク伝達軸に対して同トルク伝達軸の長手方向へスライド自在に設けられている。

また、本発明のトルクチューブ装置は、前記軸受が前記トルクチューブ内に間隔をおいて複数個設けられているものであってもよい。

上記の構成を備えるトルクチューブ装置によれば、トルク伝達軸が共振曲げ振動を起こすと、軸受がトルク伝達軸の振幅の節を支持する位置へスライド移動する。つまり、共振モードの次数が変化するなどして軸受が振幅の節の位置から外れても、トルク伝達軸の曲げ振動により、軸受に対して、最短位置の節側へスライド移動させる力が働き、軸受はトルク伝達軸の振幅の節を支持する位置へスライド移動する。従って、本発明によれば、共振曲げ振動を起こしているトルク伝達軸から軸受を介してトルクチューブへ伝達する振動を、より多くの共振モードにおいて低減することが可能となる。

また、本発明のトルクチューブ装置は、前記軸受が外周部および内周部の双方に球状の転動体が設けられた転がり軸受であることが望ましい。

また、本発明のトルクチューブ装置は、上記何れかの構成を備えるトルクチューブ装置において、前記トルクチューブ内に、前記各軸受のスライド移動を一定範囲内に規制する規制部材が設けられたものであってもよい。

かかる構成を備えるトルクチューブ装置によれば、トルク伝達軸の曲げ振動の振幅が微小又はゼロであるときに、軸受が不適切な位置に移動してしまうことを防止することができる。

本発明のトルクチューブ装置によれば、共振曲げ振動を起こしているトルク伝達軸から軸受を介してトルクチューブへ伝達する振動を、より多くの共振モードにおいて低減することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態におけるトルクチューブ装置１が搭載されたパワートレインを示す断面図である。このトルクチューブ装置１は、トルクチューブ２、軸受３およびトルク伝達軸４を備えている。

トルクチューブ２は、例えば円筒体からなり、エンジン５側に設けられたリダクションギヤユニット７とトランスアクスル８との間に固定配置されている。図示するトルクチューブ２では、一端側がリダクションギヤユニット７のケース７Ａに、他端側がトランスアクスル８のケース８Ａに図示しないボルト等の固定具にて固定されている。なお、リダクションギヤユニット７およびトランスアクスル８は動力伝達装置の一種である。ここで、動力伝達装置は、車両のパワートレイン上で動力を伝達するための装置であり、例えば、回転軸、ギヤ、ベルト、摩擦係合要素などで構成されるものである。

軸受３，３は、トルクチューブ２内に複数個（図においては２個）内装されており、トルクチューブ２に対してトルク伝達軸４を回転自在に支持している。この軸受３は、図２に示すように、外周部３Ａがトルクチューブ２の内周面２ａに対して同トルクチューブ２の長手方向へスライド自在に設けられている。また、この軸受３，３は、内周部３Ｂがトルク伝達軸４に対して同トルク伝達軸４の長手方向へスライド自在に設けられている。そのために軸受３は、例えば、略環状の保持器３ａと、この保持器３ａの内周部３Ｂおよび外周部３Ａに形成された多数の半球状の窪み部に回転自在に嵌入された球状の転動体３ｂ、３ｃとを備えている。

軸受３の内周部３Ｂの転動体３ｂは、トルク伝達軸４の外周面に沿って、当該トルク伝達軸４の回転方向および長手方向に転動可能に配列されている。また、この転動体３ｂは、トルク伝達軸４の回転方向に沿って一列環状に配列されている。

軸受３の外周部３Ａの転動体３ｃは、トルクチューブ２の内周面２ａに沿って、当該トルクチューブ２の長手方向に転動可能に配列されている。この転動体３ｃは、軸受３がトルクチューブ２の長手方向に対して傾倒しないように、つまり、軸受３の回転軸心がトルクチューブ２の軸心と略一致する状態を維持するように、トルク伝達軸４の回転方向に沿って複数列環状（図中では二列環状）に配列されている。なお、軸受３の軸心とトルクチューブ２の軸心とは、軸受３のトルクチューブ２の長手方向へのスライド移動に支障がない限り、多少ずれていてもよい。

トルクチューブ２内には、軸受３のスライド移動範囲を規制する規制部材が設けられている。例えば、この規制部材として、トルクチューブ２の内周面２ａからトルクチューブ２の中心側に向かって凸設された凸部９が設けられている。この凸部９は、軸受３を係止することで軸受３のスライド移動の規制を行う。凸部９は、軸受３のスライド移動を規制する規制位置に設けられている。凸部９は、規制位置において、周方向全体に亘って設けられていてもよいし、周方向に間隔をおいて複数個設けられていてもよい。

凸部９によりスライド移動を規制される軸受３の移動範囲の設定は、ノイズへの影響が大きい比較的高次の共振周波数と、トルクチューブ２の損傷や劣化を促す、振幅の大きい低次の共振周波数と、が考慮してなされる。本実施の形態では、トルク伝達軸４が比較的高次の共振周波数（例えば、５００Ｈｚ〜２０００Ｈｚなど）にて共振を起こしている時に、軸受３がトルク伝達軸４の振幅の節を支持する位置へ移動することができ、トルク伝達軸４が低次の共振周波数（例えば１０Ｈｚ〜２０Ｈｚ）にて共振を起こしている時に、軸受３がトルク伝達軸４の振幅の腹の位置の近くに留まることができるように、上記軸受３の移動範囲の設定がなされている。なお、トルク伝達軸４の振幅の節の位置および腹の位置は周知の計算手法や実験等により求めることができるので、ここでは上記計算手法や実験内容等についての説明は省略する。

トルク伝達軸４は、トルクチューブ２内に軸受３，３を介して回転自在に支持されている。トルク伝達軸４の両端部は、ベアリング１１を介してリダクションギヤユニット７のケース７Ａ内およびトランスアクスル８のケース８Ａ内に回転自在にそれぞれ支持されている。また、トルク伝達軸４の一側部には、リダクションギヤユニット７を構成するギヤ７ａが設けられており、エンジン５側からの回転動力がリダクションギヤユニット７（ギヤ７ａ）を介して伝達される。一方、トルク伝達軸４に伝達された回転動力は、トルク伝達軸４の他側部に設けられたトランスアクスル８を構成するギヤ８ａ，８ｂを介して当該トランスアクスル８側に伝達される。

つぎに、トルク伝達軸４が回転するときのトルクチューブ装置１における作用について説明する。エンジン５の回転動力によってリダクションギヤユニット７が回転駆動されると、トルク伝達軸４のエンジン５側に設けられたギヤ７ａを介して回転動力がトルク伝達軸４に伝達される。このとき、リダクションギヤユニット７においてギヤ７ａの噛合い等によって発生する振動もトルク伝達軸４に伝達される。

トルク伝達軸４が回転すると、その回転動力によってトランスアクスル８が回転駆動され、トランスアクスル８においてギヤ８ａ，８ｂの噛合い等によって発生する振動もトルク伝達軸４に伝達される。

このようにして振動がトルク伝達軸４に伝達されると、トルク伝達軸４は、曲げ振動を起こす。曲げ振動の周波数が共振周波数になった場合、軸受３，３は、トルク伝達軸４の振幅の節を支持する位置へスライド移動する。すなわち、図３に示すように、軸受３，３がトルク伝達軸４の振幅の節Ｐ１，Ｐ２の位置から外れているときは、トルク伝達軸４が振動していることにより、軸受３，３に対して、トルクチューブ２の中心線Ｓ１に直交する方向に対して傾斜角αを持った方向への押圧力Ｆ１が働く。そして、その押圧力Ｆ１の分力Ｆ２が軸受３，３を最短位置にある節Ｐ１，Ｐ２側へそれぞれスライド移動させる力として作用する。これにより、軸受３，３はそれぞれトルク伝達軸４の振幅の節Ｐ１，Ｐ２を支持する位置へスライド移動する。

図４に示すように、軸受３，３がトルク伝達軸４の振幅の節Ｐ１，Ｐ２を支持する位置へスライド移動すると、トルク伝達軸４から軸受３，３へ伝達する振動が大幅に少なくなるため、トルク伝達軸４より軸受３，３を介したトルクチューブ２への振動の伝達が抑制される。

トルク伝達軸４を支持する軸受３の内周部３Ｂの転動体３ｂは、トルク伝達軸４の回転方向に沿って一列環状にて配列されているため、トルク伝達軸４に対する支点を節Ｐ１，Ｐ２の位置に集中させることができる（つまり、多列環状では支点の一部が節から外れる。）。これにより、トルク伝達軸４より軸受３，３を介したトルクチューブ２への振動の伝達を最小限に抑制することができる。

ところで、トルク伝達軸４の共振モードの次数が変化し、トルク伝達軸４の振幅の節の位置が移動するときは、図５（ａ）から図５（ｂ）に示すように、軸受３は、凸部９，９によって規制されるスライド移動可能な範囲内において、トルク伝達軸４の振幅の節Ｐ１を支持する位置から、新しく形成されるトルク伝達軸４の振幅の節Ｐ３を支持する位置へスライド移動する。つまり、共振モードの次数が変化しても、軸受３は新しく形成される振幅の節を支持する位置へスライド移動し、常に振幅の節を支持する状態を維持することとなる。このため、トルク伝達軸４から軸受３を介してトルクチューブ２へ伝達する振動を、より多くの共振モードにおいて低減することが可能となる。図５（ａ）に示す共振モードは、図５（ｂ）に示す共振モードよりも共振モードの次数が低いため、節間距離Ｌ２より、節間距離Ｌ１の方が大きくなっている。

なお、凸部９は、トルク伝達軸４の曲げ振動の振幅が微小又はゼロであるときに、軸受３が不適切な位置に移動してしまうことを防止する役割を果たす。例えば、この凸部９によって軸受３，３同士が衝突して重なり合うことが防止される。また、この凸部９は、トルクチューブ２の損傷や劣化を促す、低次の共振モード時に、軸受３を振幅の腹の位置近傍に留める役割をも果たす。

［他の実施形態］
軸受３の外周部３Ａの転動体３ｃは、軸受３がトルクチューブ２の長手方向に対して傾倒しないように設けられていればよく、必ずしも既述した複数列環状にて配列されている必要はない。

また、軸受３として、転がり軸受を例に挙げて説明したが、転がり軸受の代わりにすべり軸受を採用してもよい。すべり軸受を採用する場合は、トルクチューブ２の長手方向に対するすべり軸受の傾倒を防止するために、すべり軸受の外周部のスライド方向幅を一定量以上確保（少なくともすべり軸受の内周部のスライド方向幅よりも多く確保）することが望ましい。また、すべり軸受の内周部は、トルク伝達軸４に対する支点を節の位置に集中させることができるように、縦断面（トルク伝達軸４の回転軸心を含む平面で切断した断面）が略円弧状に形成されていることが望ましい。

また、トルクチューブ２は、円筒体以外の筒体であってもよい。勿論、この場合は軸受の外周部も当該筒体の内面形状に対応したものとなる。例えばトルクチューブ２が断面四角状の筒体のものであれば、その内周面に対応して軸受３の外周部は四角状となる。この場合、軸受の外周部の転動体をトルクチューブ２の内面に沿って同チューブ２の長手方向に転動可能なころとすることも可能である。

本発明は、２つの動力伝達装置間に固定配置されるトルクチューブと、このトルクチューブ内に軸受を介して回転自在に支持され、上記２つの動力伝達装置間でのトルク伝達を行うトルク伝達軸と、を備えるトルクチューブ装置に適用可能である。

本発明の実施の形態におけるトルクチューブ装置が搭載されたパワートレインを示す部分断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 曲げ振動を発生したトルク伝達軸と軸受との位置関係の概略を示した断面図である。 曲げ振動を発生したトルク伝達軸と軸受との位置関係の概略を示した断面図である。 トルク伝達軸の曲げ振動の振動モードの変化による振幅の節の位置の移動に伴って軸受が移動する状況を説明するための説明図である。

符号の説明

１ トルクチューブ装置
２ トルクチューブ
２ａ トルクチューブの内周面
３ 軸受
３ｂ，３ｃ 球状の転動体
３Ａ 軸受の外周部
３Ｂ 軸受の内周部
４ トルク伝達軸
７ リダクションギヤユニット（動力伝達装置）
８ トランスアクスル（動力伝達装置）
９ 凸部（規制部材）

Claims (4)

1. ２つの動力伝達装置間に固定配置されたトルクチューブと、
   前記トルクチューブ内に軸受を介して回転自在に支持され、前記２つの動力伝達装置間でトルク伝達を行うトルク伝達軸と、
   を備えるトルクチューブ装置において、
   前記軸受は、外周部が前記トルクチューブに対して同トルクチューブの長手方向へスライド自在に設けられ、内周部が前記トルク伝達軸に対して同トルク伝達軸の長手方向へスライド自在に設けられたものである、ことを特徴とするトルクチューブ装置。
2. 請求項１に記載のトルクチューブ装置において、
   前記軸受は、前記トルクチューブ内に間隔をおいて複数個設けられていることを特徴とするトルクチューブ装置。
3. 請求項１又は２に記載のトルクチューブ装置において、
   前記軸受は、外周部および内周部の双方に球状の転動体が設けられた転がり軸受であることを特徴とするトルクチューブ装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のトルクチューブ装置において、
   前記トルクチューブ内に、前記各軸受のスライド移動を一定範囲内に規制する規制部材が設けられたことを特徴とするトルクチューブ装置。

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