JP5862666B2 - 車両用動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用動力伝達装置に係り、特に、動力伝達部材を収容するための椀型の周壁を有する車両用動力伝達装置に関するものである。
複数のギヤやクラッチ、トルクコンバータ等の動力伝達部材を収容するための椀型の周壁を有する車両用動力伝達装置がよく知られている。例えば、特許文献1では、ミッションケース54およびトルクコンバータケース52(トルクコンバータハウジング)によって形成されるケース50内にベルト式無段変速機18およびトルクコンバータ14等が収容されている。このトルクコンバータ14を収容するためのトルクコンバータケース52が、椀型の周壁を有している。
特開2009−24764号公報
ところで、例えば特許文献1をはじめとするベルト式無段変速機は、薄い金属板の重ね合わせで構成された伝動ベルトが回転し、プーリへこの金属板が噛み込む際に振動が発生することが知られている。この振動がシャフト、軸からトランスアクスルケースに伝達される。ここで、トランスアクスルケースの一部であるトルクコンバータハウジングは、トルクコンバータを収容するため一般に椀型の周壁を有しており、この椀型の周壁に3〜5kHz程度の高周波振動が伝達されると、振動の腹、節が円周上交互に出現する円形定常波モードが発生することが知られている。この円形定常波モードが発生すると、椀型の周壁の表面が振動してノイズが発生することが問題となっていた。
これに対して、椀型の周壁の表面全体にリブを設けて剛性を上げる対策が考えられるが、異なる周波数で円形定常波モードが発生するため、根本的な解決とはならない。また、リブを椀型の周壁の円周上に部分的に設けた場合には、リブが設けられていない部位で振動が大きくなる。一方、椀型の周壁の肉厚を増加することも考えられるが、トルクコンバータハウジングの重量が増加するという問題が生じてしまう。また、椀型の周壁の肉厚を部分的に増加した場合には、肉厚の薄い部位で振動が大きくなってしまう。なお、上記は、トルクコンバータを収容するトルクコンバータハウジングを一例に説明したが、椀型の周壁を有する形状であれば同様の問題が生じる。また、ベルト式無段変速機だけでなく、有段式自動変速機を備えた動力伝達装置やハイブリッド形式の動力伝達装置等であっても、動力伝達時には振動が椀型の周壁に伝達されるため、同様の問題が生じる。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、動力伝達部材を収容するための椀型の周壁を有する車両用動力伝達装置において、動力伝達時に椀型の周壁で発生する円形定常波モードを抑制することができる構造を提供することにある。
上記目的を達成するための、請求項1にかかる発明の要旨とするところは、(a)動力伝達部材を収容するための椀型の周壁を有する車両用動力伝達装置において、(b)前記椀型の周壁には、発生する円形定常波モードの振動の腹となる位置毎に、剛性を増加するためのリブと、その椀型の周壁の表面に設けられる質量体とが、周方向において交互に設けられ、前記周壁の前記リブおよび前記質量体が設けられる部位の共振周波数が異なる値に設定されていることを特徴とする。
このようにすれば、剛性増加部が設けられる椀型の周壁の表面では共振周波数が上昇し、マス部が設けられる椀型の周壁の表面では共振周波数が低下する。このように、剛性増加部が設けられる椀型の周壁の表面とマス部が設けられる椀型の周壁の表面とで、共振周波数を異ならせることで、椀型の周壁で発生する円形定常波モードの励起を抑制することができる。
また、好適には、前記椀型の周壁は、ベルト式無段変速機に動力伝達可能に連結されたトルクコンバータを収容するトルクコンバータハウジングであり、そのトルクコンバータハウジングの車両上面壁に前記リブが設けられ、そのトルクコンバータハウジングの車両前面壁に前記質量体が設けられている。このようにすれば、車両前面壁および車両上面壁が振動の腹となる4次の円形定常波モードが効果的に抑制される。
また、好適には、前記椀型の周壁の外周表面に前記質量体が設けられている。このようにすれば、椀型の周壁の外周表面には、空間が形成されているので、その空間を利用して容易に前記質量体を設けることができる。
本発明が好適に適用された車両用動力伝達装置の骨子図である。 図1のハウジングで発生する円形定常波モードを説明する図である。 図1の動力伝達装置の外観図である。 図1のハウジングの椀状形状を有する部位すなわちトルクコンバータを収容する部位の簡略図である。 図1のハウジングにおいて、そのハウジングの車両上面壁にリブが設けられ、車両前面壁にマスが設けられている状態を示す図である。 図5のように構成されるハウジングにおいて発生する音圧レベルを測定した実験結果を示す図である。
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。
図1は、本発明が好適に適用された車両用動力伝達装置10(以下、動力伝達装置10)の骨子図である。図1において、車両用動力伝達装置10は、FF(フロントエンジン・フロントドライブ)車両用のものであり、車両用の駆動源として良く知られたエンジン12に連結されている。なお、図1において上部が車両前方側に対応し、下部が車両後方側に対応している。
この動力伝達装置10は、トランスアクスルケース11内に、流体を媒体としてエンジン12のトルクを伝達する流体伝動装置として良く知られたトルクコンバータ14と、そのトルクコンバータ14から伝達されたトルクの回転方向を、車両前進用の回転方向とその反対向きである車両後進用の逆回転方向との間で切り換える前後進切替装置16と、その前後進切替装置16を介して伝達されたトルクを負荷に応じたトルクに変換する車両用ベルト式無段変速機(以下、無段変速機と記載する)18と、その無段変速機18の出力側に連結された減速歯車装置20と、その減速歯車装置20を介して伝達されたトルクを、左右一対の車輪22に対してそれらの回転差を許容しつつ伝達する良く知られた所謂傘歯車式の差動歯車装置24とを備えている。上記トルクコンバータ14のポンプ翼車26には、例えば無段変速機18の変速制御や前後進切替装置16の前後進切替制御に用いられる油圧等を発生させる機械式のオイルポンプ28が設けられている。トランスアクスルケース11は、本発明の動力伝達部材に対応するトルクコンバータ14を収容する椀型の周壁29を有するハウジング11aと、主に無段変速機18を収容する筒状形状のケース11bと、円盤状に形成されているカバー11cとが、ボルトによって互いに連結されることで一体的に構成されている。なお、ハウジング11aの椀型の周壁29の内部にトルクコンバータ14が収容されることから、その椀型の周壁29はトルクコンバータハウジングとして機能している。
上記前後進切替装置16は、トルクコンバータ14のタービン軸30に連結されたサンギヤ32と、無段変速機18の入力軸56に連結され且つタービン軸30に前進用クラッチCを介して選択的に連結されるキャリヤ34と、非回転部材としてのトランスアクスルケース11に後進用ブレーキBを介して選択的に連結されるリングギヤ38とを、含むダブルピニオン型の遊星歯車装置を主体として構成されている。上記前進用クラッチCおよび後進用ブレーキBは、何れもオイルポンプ28から油圧が供給されることによって摩擦係合させられる油圧式摩擦係合装置である。このような前後進切替装置16では、前進用クラッチCが係合されると共に後進用ブレーキBが解放されることにより、前記遊星歯車装置が一体回転状態とされて前進用動力伝達経路が成立するようになっている。上記前進用動力伝達経路が成立した場合には、トルクコンバータ14から伝達されたトルクがそのままの回転方向で無段変速機18に出力される。また、前後進切替装置16では、後進用ブレーキBが係合させられると共に前進用クラッチCが解放されることにより、前記遊星歯車装置が入出力逆回転状態とされて後進用動力伝達経路が成立するようになっている。上記後進用動力伝達経路が成立した場合には、トルクコンバータ14から伝達されたトルクが、その回転方向が逆回転にされて無段変速機18に出力される。また、前後進切替装置16は、前進用クラッチCおよび後進用ブレーキBが共に解放されることにより、動力伝達を遮断するニュートラル状態(遮断状態)とされる。
前記減速歯車装置20は、無段変速機18の出力軸40の外周面に相対回転不能に嵌合された第1ドライブギヤ42と、出力軸40と平行に設けられ且つ回転可能に支持された伝達軸44と、その伝達軸44の外周面に相対回転不能に嵌合されて第1ドライブギヤ42に噛み合わされた第1ドリブンギヤ46と、伝達軸44の外周面から外周側へ突設された第2ドライブギヤ48と、伝達軸44と平行に設けられ且つ回転可能に支持された差動歯車装置24のデフケース50の外周面に相対回転不能に嵌合されて、第2ドライブギヤ48に噛み合わされた第2ドリブンギヤ(デフリングギヤ)52とを、備えている。上記第1ドライブギヤ42および第2ドライブギヤ48は、上記第1ドリブンギヤ46および第2ドリブンギヤ52よりも小径に形成されている。このような減速歯車装置20では、車両の加速時には、無段変速機18の出力軸40から第1ドライブギヤ42に伝達されたトルクが、第1ドリブンギヤ46、伝達軸44、第2ドライブギヤ48、および第2ドリブンギヤ52をそれぞれ介して差動歯車装置24のデフケース50に出力される。また、車両の減速時には、左右一対の車輪22から伝達される逆駆動力が、差動歯車装置24および減速歯車装置20を介して無段変速機18の出力軸40に伝達される。
前記無段変速機18は、前後進切替装置16を介してトルクコンバータ14に動力伝達可能に連結され、その入力軸56および出力軸40が車輪22と平行に配置されている(横置き配置)。無段変速機18は、図示しない一対の軸受を介してトランスアクスルケース11によって軸心C1まわりの回転可能に支持された入力軸56と、その入力軸56の外周側に設けられたプライマリプーリ(入力側溝幅可変プーリ)58と、入力軸56と平行に設けられ図示しない一対の軸受を介してトランスアクスルケース11によって軸心C2まわりの回転可能に支持された出力軸40と、その出力軸40の外周側に設けられたセカンダリプーリ(出力側溝幅可変プーリ)62と、プライマリプーリ58およびセカンダリプーリ62にそれぞれ巻き掛けられて両プーリ間において摩擦力により動力伝達を行う良く知られた無端環状の伝動ベルト66とを備えている。伝動ベルト66は、可撓性を有する無端環状の帯鋼が複数枚積層されて成る一対の環状リング66aと、それら一対の環状リング66aによって挟持されると共にそれら一対の環状リング66aに沿って厚さ方向に環状に連ねられた金属板から成る複数枚のエレメント66b(こま)とから構成されている。
以上のように構成された無段変速機18では、プライマリプーリ58の第1プーリ溝およびセカンダリプーリ62の第2プーリ溝をそれぞれ変化させて、伝動ベルト66のプライマリプーリ58およびセカンダリプーリ62における巻掛半径をそれぞれ変化させることにより、変速比(入力軸56の回転速度/出力軸40の回転速度)が無段階に変化するようになっている。伝動ベルト66のプライマリプーリ58における巻掛半径が小さくされると共に、セカンダリプーリ62における巻掛半径が大きくされた場合には、無段変速機18の変速比γが大きくなる。また、伝動ベルト66のプライマリプーリ58における巻掛半径が大きくされると共に、セカンダリプーリ62における巻掛半径が小さくされた場合には、無段変速機18の変速比が小さくなる。
ところで、無段変速機18において、伝動ベルト66が回転すると、伝動ベルトのエレメント66bが各プーリ58、62へ噛み込む際に振動が発生する。この振動は、入力軸56および出力軸40から図示しない軸受を介してトランスアクスルケース11に伝達される。このとき、トランスアクスルケース11の表面が振動して音となるノイズ(ベルトノイズ)が発生する。特に、エンジン12側に位置するハウジング11aは、トルクコンバータ14を収容するための椀型の周壁29が形成されており、この椀型の周壁29に3〜5KHz程度の高周波振動が入力されると、椀型の周壁29表面において振動の腹、節が円周上交互均等に出現する所謂円形定常波モードが発生する。例えば、図2(a)に示すような振動の腹、節がそれぞれ4個出現する4次の円形定常波モード、さらに周波数が高くなると、図2(b)に示すような振動の腹、節がそれぞれ6個出現する6次の円形定常波モードが発生する。このような円形定常波モードが発生すると、椀型の周壁29表面が大きく振動してノイズの音圧レベルが高くなる問題あった。なお、ハウジング11aに形成されている椀型の周壁29は、大径のテーパ管状形状、或いは、放物面形状とも言うこともできる。
図3は、動力伝達装置10の外観図である。図3にも示されるように、動力伝達装置10のトランスアクスルケース11は、ハウジング11a、ケース11b、カバー11cの3個のケース部材が互い接続されることで一体的に構成されている。この動力伝達装置10において、エンジン12が駆動すると、ハウジング11aの椀型の周壁29において、車両前面壁68および車両上面壁70が振動の腹となる円形定常波モードが発生する。なお、車両前面壁68とは、椀型の周壁29において車両の前進方向側に位置する周壁29であり、車両上面壁70とは、椀型の周壁29において車両の鉛直上方側に位置する周壁29である。
これに対して、本実施例のハウジング11aでは、ハウジング11aの椀型の周壁29表面に、剛性を増加をするためのリブ72、および質量体であるマス74が周方向において交互に設けられている。図4は、ハウジング11aの椀型の周壁29すなわちトルクコンバータ14を収容する部位の簡略図である。なお、図4は、そのハウジング11aの椀型の周壁29をエンジン12側から見た図に対応している。図4に示すように、椀型の周壁29の車両上面壁70および車両下面壁76には、リブ72が設けられている。一方、椀型の周壁29の車両前面壁68および車両後面壁78には、質量体であるマス74が設けられている。なお、車両下面壁76とは、椀型の周壁29において車両の鉛直下方に位置する周壁29であり、車両後面壁78とは、椀型の周壁29において車両の後進方向側に位置する周壁29である。なお、リブ72が本発明の剛性増加部に対応し、マス74が本発明のマス部および質量体に対応している。
このように、椀型の周壁29には、リブ72およびマス74が周方向において交互に設けられている。このリブ72が設けられている椀型の周壁29の車両上面壁70および車両下面壁76は、そのリブ72によって剛性が増加する。また、マス74が設けられている椀型の周壁29の車両前面壁68および車両後面壁78は、その質量が増加している。なお、マス74は、例えばアルミダイカストや溶接等によって追加される。また、リブ72は、例えばアルミダイカストによって形成される。
上記のように椀型の周壁29が構成されると、そのリブ72が設けられている部位では、剛性が増加するため、共振周波数fが上昇する。一方、マス74が設けられている部位は、共振周波数fが低下する。これは、共振周波数fが下式(1)の関係を有しているためである。ここで、Kが剛性を示し、Mが質量を示している。この式(1)に基づくと、剛性Kが増加すると共振周波数fが上昇し、質量Mが増加すると共振周波数fが低下することを示している。
f=(1/2π)×(K/M)1/2・・・(1)
従って、椀型の周壁29において車両上面壁70および車両下面壁76の周壁表面では、リブ72によって剛性Kが増加するため共振周波数fが増加し、車両前面壁68および車両後面壁78では、質量Mが増加するため共振周波数fが低下する。このように椀型に形成されている周壁29の円形定常波モード発生時に振動の腹となる部位(車両前面壁68、車両上面壁70、車両下面壁76、車両後面壁78)毎に共振周波数fを異ならせると、その円形定常波モードの励起が回避されることとなる。なお、図4のように、ハウジング11aの車両上面壁70および車両下面壁76に2個のリブ72、車両前面壁68および車両後面壁78に2個のマス74が交互に設けられている場合、4次の円形定常波モードが好適に抑制される。すなわち、4次の円形定常波モードにおいて発生する4個の腹となる部位にリブ72およびマス74がそれぞれ交互に設けられることで、その腹となる部位の共振周波数fが異なるために4次の円形定常波モードが抑制される。また、例えば6次の円形定常波モードが問題となる場合、その6次の円形定常波モードの振動の腹となる部位に、リブ72およびマス74が相互に設けられる。このように、問題となる円形定常波モードの次数に応じてリブ72およびマス74の個数が設定される。また、リブ72の形状や大きさ、マス74の質量等は、椀型の周壁29の円周上の各部位の共振周波数fが異なる数値となるように実験や計算に基づいて設定される。
また、本実施例の動力伝達装置10では、例えば4次の円形定常波モードが問題となっており、椀型の周壁29の車両前面壁68、車両上面壁70、車両下面壁76、車両後面壁78に振動の腹が発生するが、図5に示すように、椀型の周壁29の車両上面壁70にリブ72が設けられ、車両前面壁68にマス74が設けられ、車両下面壁76および車両後面壁78には、リブ72、マス74共に設けられない構成であっても構わない。このように構成される場合、椀型の周壁29の車両下面壁76および車両後面壁78では周壁表面の振動が大きくなるが、例えば椀状の周壁29の車両下面壁76において周壁表面の振動が大きくなって放射音が発生しても、その放射音は地面に放出されるので、運転者には影響が殆ど生じない。また、車両後面壁78は、図1からもわかるように、動力伝達装置10のトランスアクスルケース11内に収容された形となっている。従って、その椀状の周壁29の車両後面壁78で発生する放射音が外部に放出されて運転者に与えることは殆どない。このように、必ずしも椀型の周壁29の全周にリブ72またはマス74を交互に設ける必要はなく、発生するノイズの運転者に与える影響が大きい部位に限定してリブ72またはマス74を設けても構わない。このようにすることで、設計変更や重量増加を抑制することができる。
図6は、図5のように椀型の周壁29の車両上面壁70にリブ72、車両前面壁68にマス74を設けた場合の音圧レベル[dB]を測定した実験結果である。横軸は、伝動ベルト66のエレメント66bの噛合1次の周波数[Hz]を示しており、縦軸がノイズに対応する音圧レベル[dB]を示している。なお、噛合1次の周波数とは、単位時間当たりのプーリへのエレメント66bの噛み込み数に対応し、音圧レベルは、任意の4点において図示しないマイクロフォンで検出した音圧の和をとったものである。ここで、実線が本実施例に対応する、椀状に形成されている周壁29の車両上面壁70にリブ72を設け、車両前面壁68にマス74を設けた場合の実験結果を示している。また、破線で示す「オリジナル」は、椀型の周壁29の車両前面壁68および車両上面壁70のいずれにもリブ72およびマス74が設けられていない場合の実験結果を示している。また、一点鎖線で示す「上面リブ+前面マス(以下、上面前面マスと記載)」は、椀型の周壁29の車両上面壁70および車両前面壁68の両方にリブ72を設けた場合に実験結果を示している。また、本実施例では、マス74として20g程度の質量が追加されている。
図6に示すように、破線で示すオリジナルでは、特に4700Hz付近において音圧レベルが高い値を示している。これに対して、一点鎖線で示す上面前面マスでは、4700Hz近傍で発生する音圧レベルのピークが低下している。しかしながら、4800Hz近傍においてオリジナルと変わらない程度に音圧レベルが高くなっている。これは、リブ72が設けられたことによって、剛性Kが高くなったために共振周波数fが上昇し、その共振周波数帯で音圧レベルが高くなることを示している。すなわち、音圧レベルのピークが発生する周波数が高くなったものの、音圧レベルのピークの値は殆ど低下していないことを示している。
これに対して、実線で示す本実施例の音圧レベルは、4700Hz〜4800Hz近傍においても低い値を示している。これは、車両上面壁70ではリブ72が設けられたために共振周波数fが上昇し、車両前面壁68ではマス74が設けられたために共振周波数fが低下したことに起因している。このように周壁表面の部位毎に共振周波数fが異なるので、円形定常波モードの励起が抑制され、音圧レベルのピークが低下する。また、本実施例では、マス74が20g程度と非常に小さい質量にも拘わらず、音圧レベルのピークが低減されることが示された。
上述のように、本実施例によれば、リブ72が設けられる椀型の周壁29の表面では共振周波数fが上昇し、マス74が設けられる椀型の周壁29の表面では共振周波数fが低下する。このように、椀型の周壁29のリブ72が設けられる周壁表面とマス74が設けられる周壁表面とで、共振周波数fを異ならせることで、椀型の周壁29で発生する円形定常波モードの励起を抑制することができる。
また、本実施例によれば、リブ72が設けられる椀型の周壁29の車両上面壁70(および車両下面壁76)の剛性Kが増加し、マス74が設けられる周壁29の車両前面壁68(および車両後面壁78)の質量が増加するため、それらの部位毎に共振周波数fを異ならせることができる。
また、本実施例によれば、椀型の周壁29は、ベルト式無段変速機18に動力伝達可能に連結されたトルクコンバータ14を収容するトルクコンバータハウジングであり、その周壁29の車両上面壁70にリブ72が設けられ、その周壁29の車両前面壁68にマス74が設けられている。このようにすれば、車両前面壁68および車両上面壁70が振動の腹となる4次の円形定常波モードが好適に抑制される。
また、前述の実施例によれば、椀型の周壁表面にリブ72およびマス74が設けられている。このようにすれば、周壁表面には、空間が形成されているので、その空間を利用して容易にリブ72およびマス74を設けることができる。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
例えば、前述の実施例では、椀型の周壁29の車両上面壁70にリブ72が設けられ、車両前面壁68にマス74が設けられているが、必ずしもこれに限定されず、逆になっても構わない。すなわち、周壁29の車両上面壁70にマス74が設けられ、車両前面壁68にリブ72が設けられていても構わない。すなわち、周壁29の円周上において共振周波数fを異ならせることが目的であるため、リブ72およびマス74の何れが設けられていても構わない。
前述の実施例では、4次の円形定常波モードを抑制するために、椀型の周壁29で発生する4個の腹にリブ72およびマス74が交互に設けられているが、6次の円形定常波モードを抑制するため、6次の円形定常波モードにおいて周壁表面で発生する6個の腹にリブ72およびマス74が交互に設けられる構成であっても構わない。また、それ以上の次数の円形定常波モードであってもリブ72およびマス74の数を増加して抑制することもできる。
また、前述の実施例では、椀型の周壁29の外周表面にリブ72およびマス74が設けられているが、椀型の周壁29の内周表面にリブ72およびマス74が設けられている構成であっても構わない。
また、前述の実施例では、ベルト式無段変速機18が内蔵されている動力伝達装置10であったが、必ずしもベルト式無段変速機に限定されず、例えば有段式の自動変速機やハイブリッド形式の動力伝達装置など、他の駆動形式をとる動力伝達装置においても本発明を適用することができる。すなわち、椀型の周壁を備えた動力伝達装置において適宜本発明を適用することができる。
また、前述の実施例では、マス74の質量を一例として20gとしたが、これは一例であって、ハウジングの大きさや形状等に応じて適宜変更される。
また、前述の実施例では、ハウジング11aに椀型の周壁29が形成されているが、ハウジング11aに限定されず、ケース11bやカバー11cにおいても椀型の周壁が形成されている場合には、本発明を適用しても構わない。
なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。
10:車両用動力伝達装置
11:トランスアクスルケース
11a:ハウジング(トルクコンバータハウジング)
14:トルクコンバータ(動力伝達部材)
18:ベルト式無段変速機
29:椀型の周壁
68:車両前面壁
70:車両上面壁
72:リブ(剛性増加部)
74:マス(マス部、質量体)

Claims (3)

  1. 動力伝達部材を収容するための椀型の周壁を有する車両用動力伝達装置であって、
    前記椀型の周壁には、発生する円形定常波モードの振動の腹となる位置毎に、剛性を増加するためのリブと、該椀型の周壁の表面に設けられる質量体とが、周方向において交互に設けられ、前記周壁の前記リブおよび前記質量体が設けられる部位の共振周波数が異なる値に設定されている
    ことを特徴とする車両用動力伝達装置。
  2. 前記椀型の周壁は、ベルト式無段変速機に動力伝達可能に連結されたトルクコンバータを収容するトルクコンバータハウジングであり、
    該トルクコンバータハウジングの車両上面壁に前記リブが設けられ、
    該トルクコンバータハウジングの車両前面壁に前記質量体が設けられていることを特徴とする請求項の車両用動力伝達装置。
  3. 前記椀型の周壁の外周表面に前記質量体が設けられていることを特徴とする請求項1または2の車両用動力伝達装置。
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