JP7378600B2 - ホイールドライブシャフト装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のホイールドライブシャフト装置、車両のホイール駆動装置、及び／又は車両に関する。

本発明は、トラック、バス及び建設機械などの大型車両に適用することができる。大型トラックについて本発明を説明するが、本発明はこの特定車両に限らず、小型トラック、連結式ホーラ、掘削機、ホイールローダ及びバックホーローダなど、他の車両にも使用することができる。

車両のホイール駆動装置は、一般的に、ドライブシャフトに駆動可能に連結されたホイールハブを備えている。ドライブシャフトは、ディファレンシャルギアに連結することができ、ディファレンシャルギアは、プロペラシャフトに連結することができる。プロペラシャフトを駆動する動力源は、例えば、内燃機関（ＩＣＥ）及び／又は電気モータとすることができる。

さらに、ドライブシャフトはまた、一般的に、ホイールハブ、及び／又は、例えば、ジョイントを介してディファレンシャルギアに連結することができる。ジョイントは、ジョイント間の角度調整を可能にする。そのようなドライブシャフトの一例は、ステアリングドライブアクスルを開示する、欧州特許出願公開第０９６０７６１号明細書に見られる。ステアリングドライブアクスルは、ディファレンシャルギアからの出力でユニバーサルジョイントに連結された第１の端部、及びホイールハブに対して回転可能に固定された等速ジョイントに連結された第２の端部を有する、ハーフシャフト部を備えている。ハーフシャフト部は、円筒部材の形態をとる支持手段によって回転可能に支持されている。ボールベアリング及び／又はローラベアリングは、ハーフシャフト部と円筒部材との間に挿入されている。

上述した設計でホイールハブに許容可能な動力伝達を行えるとしても、改善されたホイールドライブシャフト装置及びホイール駆動装置を発展させる努力が依然としてある。

上記のことを考慮すると、本発明の目的は、いくつかの態様において従来技術の欠点の少なくとも１つを軽減、及び／又は有用な代替手段を少なくとも提供する、改善された車両のホイールドライブシャフト装置、及び／又はホイール駆動装置を提供することである。

本発明の第１の態様によれば、この目的は、請求項１に記載のホイールドライブシャフト装置によって達成される。本発明の第２の態様によれば、この目的は、請求項１１に記載のホイール駆動装置によって達成される。本発明の第３の態様によれば、この目的は、請求項１５に記載の車両によって達成される。

本発明の第１の態様によれば、この目的は、以下のような車両のホイールドライブシャフト装置によって達成される。ホイールドライブシャフト装置は、第１の端部及び第２の端部を有するホイールドライブシャフトと、第１の端部に設けられ、駆動可能かつ旋回可能に連結された第１の関節ジョイント部材及び第２の関節ジョイント部材を含む等速ジョイントであって、第１の関節ジョイント部材が第１の端部に駆動可能に連結され、第２の関節ジョイント部材が駆動部材に駆動可能に連結された等速ジョイントと、を備えている。ホイールドライブシャフト装置は、第２の端部に設けられたダブルセンターユニバーサルジョイントであって、第２の端部に駆動可能に連結された第３の関節ジョイント部材、車両のホイールハブに駆動可能に連結された第４の関節ジョイント部材、並びに第３の関節ジョイント部材及び第４の関節ジョイント部材を駆動可能かつ旋回可能に連結する中間関節ジョイント部材を含んだ、ダブルセンターユニバーサルジョイントを更に備えている。

本明細書に開示される本発明の提供によって、ホイールドライブシャフト装置は、よりコンパクトな構成を可能にすることができる。一般的に、車両のホイール端部で利用可能なスペースに制限があるため、よりコンパクトな構成は有利であることが示されている。実際のところ、発明者らは、ホイールハブに駆動可能に連結されたダブルセンターユニバーサルジョイント、即ち、第２の端部が外端部であるダブルセンターユニバーサルジョイントを提供することで、例えば、標準的なゼッパー等速ジョイントが外端部で使用される場合と比較して、この構成は外端部においてよりコンパクトとなることに気付いた。さらに、ダブルセンターユニバーサルジョイントはまた、信頼性があり堅牢なジョイントであることが示されているので、上述したゼッパー等速ジョイントなどの他のジョイントと比較して、耐用年数が長くなる可能性がある。ダブルセンターユニバーサルジョイントはまた、改善されたトルク容量を提供し、より大きなホイール角度を可能にすることが示された。また、本発明者らは、駆動部材に駆動可能に連結された等速ジョイント、即ち、第１の端部が内端部である等速ジョイントを提供することで、駆動部材に伝達される力及び回転トルクが小さくなることも気付いた。これによって、例えば、ディファレンシャルギアであり得る、駆動部材のベアリングの耐用年数を延ばすことができる。従って、上述の効果を考慮すると、改善されたホイールドライブシャフト装置が提供される。

ダブルセンターユニバーサルジョイント及び等速ジョイントは、当業者に知られているジョイントである。等速ジョイントは、ドライブシャフトが一定の回転速度において可変角度で動力を伝達できるようにするジョイントとして定義することができる。ダブルセンターカルダンジョイントとしても知られているダブルセンターユニバーサルジョイントは、ドライブシャフトが一定の回転速度において可変角度で動力を伝達できるようにするジョイントとして定義され、ジョイントの入力角度調整が、回転中のジョイントの対応する出力角度調整の原因となる。

オプションとして、第１の関節ジョイント部材及び第２の関節ジョイント部材は、それぞれの回転中心線の周りを回転するように配置することができ、その回転中心線は交点で互いに交差し、等速ジョイントは交点が軸方向に変位可能なように適合されている。これによって、等速ジョイントは、動作中の軸方向のシャフト変位に適応することができる。これは、例えば、伸縮構成を有するホイールドライブシャフトの使用などによって、ホイールドライブシャフトが軸方向の変位を補償するように配置されない場合があるという点で有利である可能性がある。従って、より複雑でないホイールドライブシャフトを使用することができ、例えば、使用中に伸縮装置が故障するリスクを低減することができる。また、ホイールドライブシャフトのコストを削減することもできる。

オプションとして、等速ジョイントは、第１の関節ジョイント部材と第２の関節ジョイント部材との間に挿入された、複数のボール、又は球体の一部として形成された接触面をそれぞれ有する複数の部材を更に備えていてもよい。これによって、第１の関節ジョイント部材と第２の関節ジョイント部材との間で、トルクを確実に伝達することができる。複数のボール、又は球体の一部として形成された接触面をそれぞれ有する複数の部材は、第１の関節ジョイント部材及び第２の関節ジョイント部材の溝に設けられることが望ましい。複数のボール、又は球体の一部として形成された接触面をそれぞれ有する複数の部材はさらに、第１の関節ジョイント部材と第２の関節ジョイント部材との間で、それぞれの点接触を介してトルクを伝達するように配置されていてもよい。

オプションとして、等速ジョイントは、プランジングジョイントであってもよい。プランジングジョイントは、一定の回転速度において可変角度で動力を伝達する能力、及び動作中の軸方向へのシャフト変位に適応する能力で知られている。また、プランジングジョイントを使用することによって、プランジングジョイントとダブルセンターユニバーサルジョイントとの間のホイールドライブシャフトの有効長を長くすることができる。これは、プランジングジョイントの軸方向の伸びが比較的コンパクトであるために達成することができる。有効長の増加は、ホイールドライブシャフト装置の耐用年数にとって有利であることが示された。

オプションとして、ダブルセンターユニバーサルジョイントは、第３のジョイント部材、第４のジョイント部材及び中間ジョイント部材を互いに旋回させるために、１つ以上のローラベアリング、望ましくは１つ以上のニードルローラベアリングを備えていてもよい。ローラを有するベアリングを提供することで、それがより大きい負荷／トルクを伝達できるという点で有利であるとともに、ジョイントに使用される潤滑剤の耐用年数に影響を与えるという点でローラが有利であることが示された。潤滑剤は、例えば、グリースとすることができる。

オプションとして、ダブルセンターユニバーサルジョイントは、中間関節ジョイント部材の内部に設けられたセンタリング部材を備えていてもよい。このセンタリング部材は、第３の関節ジョイント部材及び第４の関節ジョイント部材に連結されて、第３の関節ジョイント部材及び第４の関節ジョイント部材のそれぞれの回転中心線が、使用中に実質的に固定された交点を通るように適合されている。上述したセンタリング部材を使用することによって、ジョイントの入力角度調整が、回転中のジョイントの対応する出力角度調整の原因となる。これによって、ホイールドライブシャフトの半径方向のシャフト変位を回避または最小限に抑えることができ、これは、ホイールドライブシャフトを支持する追加の支持部材を必要としないという点で有利であることが示された。例えば、ボールベアリング及び／又はローラベアリングを含む転がり軸受けの使用によって、ホイールドライブシャフトを半径方向に支持する必要がなくなる可能性がある。従って、ホイールドライブシャフト装置を車両に取り付けるために必要なコンポーネントが少なくて済む可能性がある。

オプションとして、センタリング部材は、第３の関節ジョイント部材及び第４の関節ジョイント部材の一方に連結された雄部、並びに第３の関節ジョイント部材及び第４の関節ジョイント部材の他方に連結された雌部を備えていてもよい。雄部は、使用中に雌部の内側で移動するように適合されており、第３の関節ジョイント部材及び第４の関節部材のそれぞれの回転中心線が実質的に固定された交点を通る。

オプションとして、ホイールドライブシャフトは、一定の調整できない軸長を有していてもよい。実際のところ、本明細書に開示された構成を使用することによって、ホイールドライブシャフトの長さを軸方向に調整できなくなり、これによって、ホイールドライブシャフトのコストを削減することができる。また、調整できない軸長を有することによって、ホイールドライブシャフトの直径が小さくなり、これによって、よりコンパクトなドライブシャフトを提供することができる。実際のところ、例えば、伸縮構成が必要ではない。

オプションとして、ホイールドライブシャフト装置は、使用中にホイールドライブシャフトのトルク及び回転速度の少なくとも一方を測定する手段を更に備えていてもよい。

オプションとして、使用中のサスペンションの動作及び／又は操舵角調節によってもたらされる、第３の関節ジョイント部材と第４の関節ジョイント部材との間の角度調整が、ホイールドライブシャフトとともにホイールドライブシャフトの第１の端部に軸方向の変位を伝達するように、ダブルセンターユニバーサルジョイントが適合されていてもよい。

本発明の第２の態様によれば、この目的は、以下のような車両のホイール駆動装置によって達成される。ホイール駆動装置は、本発明の第１の態様の実施形態のいずれか１つに記載のホイールドライブシャフト装置と、第２の関節ジョイント部材に駆動可能に連結された少なくとも１つの駆動部材と、第４の関節ジョイント部材に駆動可能に連結されたホイールハブと、を備えている。

本発明の第２の態様によって提供される利点及び効果は、本発明の第１の態様の実施形態に記載のホイールドライブシャフト装置によって提供される利点及び効果とほぼ類似している。本発明の第２の態様のすべての実施形態は、本発明の第１の態様のすべての実施形態に適用可能であり、かつそれらと組み合わせることができ、逆もまた同様であることに留意されたい。

オプションとして、ホイール駆動装置は、車両を操舵するように適合されていてもよい。さらなるオプションとして、ホイールドライブシャフトは、等速ジョイント及びダブルセンターユニバーサルジョイントによってのみ支持されていてもよい。即ち、上述の構成は、半径方向のシャフト変位が回避又は少なくとも減少するので、支持ベアリングを使用しなくてもよいことが見出された。これによって、より軽量の構成を提供することができ、これは、燃費／エネルギー効率の改善、環境影響の軽減、コスト低減などをもたらすことができる。

本発明の第３の態様によれば、この目的は、本発明の第１の態様の実施形態のいずれか１つに記載の少なくとも１つのホイールドライブシャフト装置、及び／又は本発明の第２の態様の実施形態のいずれか１つに記載の少なくとも１つのホイール駆動装置を備えた車両によって達成される。

本発明の第３の態様によって提供される利点及び効果は、本発明の第１の態様の実施形態に記載のホイールドライブシャフト装置、及び本発明の第２の態様の実施形態に記載のホイール駆動装置によって提供される利点及び効果とほぼ類似している。本発明の第３の態様のすべての実施形態は、本発明の第１の態様及び第２の態様のすべての実施形態に適用可能であり、かつそれらと組み合わせることができ、逆もまた同様であることに留意されたい。

添付の図面を参照して、以下、例として挙げられる本発明の実施形態をより詳細に説明する。

本発明の例示的な実施形態によるトラックの形態をとる車両の側面図を示している。 本発明の例示的な実施形態によるホイールドライブシャフト装置の断面図を示している。 本発明の例示的な実施形態によるホイール駆動装置を示している。

図面は、本発明の実施形態を例示する概略図を示しており、従って、必ずしも一定の尺度で描かれているわけではない。図示及び説明される実施形態は例示であり、本発明はこれらの実施形態に限定されないことを理解されたい。本発明をよりよく説明及び図示するために、図面の一部の詳細が強調され得ることにも留意されたい。同様な符号は、特に明記されていない限り、説明全体で同様な要素を示している。

図１には、トラック１００の形態をとる車両が示されている。トラック１００は、例えば、図３に示されるようなホイール駆動装置６０の一部を形成する、例えば、図２に示すようなホイールドライブシャフト装置１を備えている。ここでは、ホイールドライブシャフト装置１及びホイール駆動装置６０は、トラック１００の前輪の端部に設けられている。しかしながら、ホイールドライブシャフト装置１及び／又はホイール駆動装置６０は、１つ以上の後部位置など、他の位置にも設けられていてもよい。ホイールドライブシャフト装置１は、１つ以上の電気モータ（図示せず）、及び／又は内燃機関に駆動可能に連結することができる。トラック１００が示されているが、本発明は、バス、建設機械車両など、他のタイプの車両で使用することもできると理解されたい。

図２は、車両のホイールドライブシャフト装置１の断面図を示している。ホイールドライブシャフト装置１は、第１の軸端部１１及び第２の軸端部１２を有するホイールドライブシャフト１０を備えている。この断面は、ホイールドライブシャフト装置１の回転軸Ａによって定義される断面である。ホイールドライブシャフト装置１は、第１の端部１１に設けられた等速ジョイント２を更に備えている。等速ジョイント２は、駆動可能かつ旋回可能に連結された、第１の関節ジョイント部材２１及び第２の関節ジョイント部材２２を備えている。第１の関節ジョイント部材２１は、第１の端部１１に駆動可能に連結され、第２の関節ジョイント部材２２は、車両１００の駆動部材３（図３参照）に駆動可能に連結されている。

ホイールドライブシャフト装置１は、第２の端部１２に設けられたダブルセンターユニバーサルジョイント４を更に備えている。ダブルセンターユニバーサルジョイント４は、第２の端部１２に駆動可能に連結された第３の関節ジョイント部材４１と、車両１００のホイールハブ５（図３参照）に駆動可能に連結された第４の関節ジョイント部材４２と、第３の関節ジョイント部材４１及び第４の関節ジョイント部材４２を駆動可能かつ旋回可能に連結する中間関節ジョイント部材４３と、を備えている。第４の関節ジョイント部材４２は、図示の実施形態では、シャフト部材１０’を介してホイールハブ５に駆動可能に連結されている。

また、図２に示すように、第１の関節ジョイント部材２１及び第２の関節ジョイント部材２２は、それぞれの回転中心線Ａ及びＢの周りを夫々回転するように配置することができる。回転中心線Ａ及びＢは、交点ＡＢにおいて互いに交差する。等速ジョイント２は、交点ＡＢが軸方向に変位可能なように適合されている。従って、第１の関節ジョイント部材２１及び第２の関節ジョイント部材２２は、それらが相対的に軸方向に変位できるように配置されている。これによって、等速ジョイント２は、例えば、ダブルセンターユニバーサルジョイント４の角度調整によってもたらされる、ホイールドライブシャフト１０の軸方向の変位に適応することができる。図２に示す等速ジョイント２は、軸方向の変位に適応可能に構成された、プランジングジョイントの形態をとっている。より具体的には、図２に示される等速ジョイント４は、球面ころ（図示せず）、即ち、それぞれが球体の一部として形成された接触面を有する部材を含み、ニードルローラベアリングに取り付けることができる三脚プランジングジョイントである。

ダブルセンターユニバーサルジョイント４は、第３の関節ジョイント部材４１、第４の関節ジョイント部材４２及び中間関節ジョイント部材４３を互いに旋回させる、ニードルローラベアリング（図示せず）を備えている。また、ダブルセンターユニバーサルジョイント４は、中間関節ジョイント部材の内部に設けられたセンタリング部材４４を備えている。センタリング部材４４は、第３の関節ジョイント部材４１及び第４の関節ジョイント部材４２に連結されて、第３の関節ジョイント部材及び第４の関節ジョイント部材のそれぞれの回転中心線が、使用中に実質的に固定された交点を通るように適合されている。

図２に示すようなセンタリング部材は、第３の関節ジョイント部材４１に連結された雄部４４１と、第４の関節ジョイント部材４２に連結された雌部４４２と、を備えている。雄部４４１は、使用中に雌部４４２の内側を移動するように適合されており、これによって、第３の関節ジョイント部材及び第４の関節ジョイント部材のそれぞれの回転中心線が、実質的に固定された交点を通るようになっている。雌部は、球形をなし、ジョイントの交点の周りを旋回可能である。

また、図２に示すようなホイールドライブシャフト１０は、一定の調整できない軸長を持っている。従って、例えば、調整可能な伸縮シャフトを有する設計と比較して、より費用効果の高い構成が提供される。

ダブルセンターユニバーサルジョイント４は、使用中のサスペンションの動作及び／又は操舵角調整によってもたらされる、第３の関節ジョイント部材４１と第４の関節ジョイント部材４２との間の角度調整が、ホイールドライブシャフト１０とともにホイールドライブシャフト１０の第１の端部１１に軸方向の変位を伝達するように適合されている。

ここで図３を参照すると、車両１００のホイール駆動装置６０の断面図が示されている。この断面は、ホイールドライブシャフト装置１の回転軸Ａによって定義される断面である。ホイール駆動装置６０は、図２に示すようなホイールドライブシャフト装置１を備えている。ホイール駆動装置６０は、この実施形態では第２の関節ジョイント部材２２に駆動可能に連結されたディファレンシャルギアである駆動部材３と、シャフト部材１０’を介して第４の関節ジョイント部材４２に駆動可能に連結されたホイールハブ５と、を更に備えている。図３に示すようなホイール駆動装置６０は、車両を操舵するように適合され、かつフロントステアリングホイール駆動装置である。上述したように、ホイール駆動装置６０は、車両の他の位置でも使用することができる。本発明を提供することで、ホイールドライブシャフト１０は、等速ジョイント２及びダブルセンターユニバーサルジョイント４によってのみ支持される。即ち、ホイールドライブシャフト１０を半径方向に支持するベアリングなどは存在しない。本明細書で使用されるようなホイールドライブシャフト１０に対する半径方向は、ホイールドライブシャフト１０の軸方向に垂直である方向を意味している。図３に示すようなホイール駆動装置６０は、サスペンション部材７０に更に連結されている。

ホイールドライブシャフト装置及び／又はホイール駆動装置６０は、使用中にホイールドライブシャフト１０のトルク及び回転速度の少なくとも一方を測定する手段（図示せず）を更に備えていてもよい。例えば、この手段は、静止部材に設けられたセンサ、及びホイールドライブシャフト１０と一体となって回転可能なエンコーダを備えていてもよい。センサは、ホイールドライブシャフト１０の回転速度及び／又は加速度を示す回転運動を検出するように適合されている。

本発明は、上述及び図示の実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で、多くの変更及び修正が行われ得ることを認識するであろう。

Claims (13)

1. 第１の端部（１１）及び第２の端部（１２）を有するホイールドライブシャフト（１０）と、
   前記第１の端部に設けられ、駆動可能かつ旋回可能に連結された第１の関節ジョイント部材（２１）及び第２の関節ジョイント部材（２２）を含む等速ジョイント（２）であって、前記第１の関節ジョイント部材が前記第１の端部に駆動可能に連結され、前記第２の関節ジョイント部材が車両の駆動部材（３）に駆動可能に連結されたことを特徴とする、等速ジョイント（２）と、
   前記第２の端部に設けられたダブルセンターユニバーサルジョイント（４）であって、前記第２の端部に駆動可能に連結された第３の関節ジョイント部材（４１）、前記車両のホイールハブ（５）に駆動可能に連結された第４の関節ジョイント部材（４２）、並びに前記第３の関節ジョイント部材及び前記第４の関節ジョイント部材を駆動可能かつ旋回可能に連結する中間関節ジョイント部材（４３）を含んだ、ダブルセンターユニバーサルジョイント（４）と、
   を備え、
   前記ダブルセンターユニバーサルジョイントは、前記中間関節ジョイント部材の内部に設けられたセンタリング部材（４４）を備え、
   前記センタリング部材は、前記第３の関節ジョイント部材及び前記第４の関節ジョイント部材に連結されて、前記第３の関節ジョイント部材及び前記第４の関節ジョイント部材のそれぞれの回転中心線が、使用中に実質的に固定された交点を通るように適合され、
   前記センタリング部材は、前記第３の関節ジョイント部材及び前記第４の関節ジョイント部材の一方に連結された雄部と、前記第３の関節ジョイント部材及び前記第４の関節ジョイント部材の他方に連結された雌部と、を備え、
   前記雄部が、使用中に前記雌部の内側を移動して、前記第３の関節ジョイント部材及び前記第４の関節ジョイント部材のそれぞれの回転中心線が、前記実質的に固定された交点を通るように適合された、
   車両（１００）のホイールドライブシャフト装置（１）。
2. 前記第１の関節ジョイント部材及び前記第２の関節ジョイント部材は、交点において互いに交差するそれぞれの回転中心線の周りを回転するように配置され、
   前記等速ジョイントは、前記交点が軸方向に変位可能になるように適合された、
   請求項１に記載のホイールドライブシャフト装置。
3. 前記等速ジョイントは、前記第１の関節ジョイント部材と前記第２の関節ジョイント部材との間に挿入された、複数のボール、又はそれぞれが球体の一部として形成された接触面をそれぞれ有する複数の部材を更に備えた、
   請求項１又は２に記載のホイールドライブシャフト装置。
4. 前記等速ジョイントがプランジングジョイントである、
   請求項１～３のいずれか１つに記載のホイールドライブシャフト装置。
5. 前記ダブルセンターユニバーサルジョイントは、前記第３の関節ジョイント部材、前記第４の関節ジョイント部材、及び前記中間関節ジョイント部材を互いに旋回させるために、１つ以上のローラベアリング、望ましくは１つ以上のニードルローラベアリングを備えた、
   請求項１～４のいずれか１つに記載のホイールドライブシャフト装置。
6. 前記ホイールドライブシャフトが一定の調整できない軸長を持つ、
   請求項１～５のいずれか１つに記載のホイールドライブシャフト装置。
7. 使用中に前記ホイールドライブシャフトのトルク及び回転速度の少なくとも一方を測定する手段を更に備えた、
   請求項１～６のいずれか１つに記載のホイールドライブシャフト装置。
8. 前記ダブルセンターユニバーサルジョイントは、使用中のサスペンションの動作及び／又は操舵角調整によってもたらされる、前記第３の関節ジョイント部材と前記第４の関節ジョイント部材との間の角度調整が、前記ホイールドライブシャフトとともに前記ホイールドライブシャフトの前記第１の端部に軸方向の変位を伝達する、
   請求項１～７のいずれか１つに記載のホイールドライブシャフト装置。
9. 請求項１～８のいずれか１つに記載のホイールドライブシャフト装置（１）と、
   前記第２の関節ジョイント部材に駆動可能に連結された少なくとも１つの駆動部材（３）と、
   前記第４の関節ジョイント部材に駆動可能に連結されたホイールハブ（５）と、
   を備えた、車両のホイール駆動装置（６０）。
10. 前記ホイール駆動装置は、前記車両を操舵するように適合された、
    請求項９に記載のホイール駆動装置。
11. 前記ホイールドライブシャフト（１０）は、前記等速ジョイント及び前記ダブルセンターユニバーサルジョイントによってのみ支持された、
    請求項９又は１０に記載のホイール駆動装置。
12. 前記駆動部材（３）は、ディファレンシャルギアなどのギアである、
    請求項９～１１のいずれか１つに記載のホイール駆動装置。
13. 請求項１～８のいずれか１つに記載の少なくとも１つのホイールドライブシャフト装置、及び／又は請求項９～１２のいずれか１つに記載の少なくとも１つのホイール駆動装置を備えた、車両（１００）。