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発明の名称 軸継手およびそれを用いたインホイールモータシステム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−16966(P2007−16966A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−201461(P2005−201461)
出願日 平成17年7月11日(2005.7.11)
代理人 【識別番号】100074206
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 文二
発明者 田代 勝巳 / 宇都宮 聡 / 岡本 大路
要約 課題
平行な2軸間で互いに直交する案内溝の交差位置に配した転動体を介して動力を伝達する方式で、常に安定した動力伝達特性が得られる軸継手を提供することである。

解決手段
両プレート1、2の対向面の案内溝5、6を、同一プレート内で互いに近接する2つが、それぞれの交差位置の中点とプレート中心とを結ぶ基準線Xと45度をなす方向に延びるように形成し、保持器4の長孔7を、互いに近接する2つの案内溝交差位置を結ぶ直線に沿って延びるように形成して、1つの長孔7とこれに交差する一対の案内溝5、6とを1組とする転動体案内機構8のうち、1つの長孔7を共用する2組の転動体案内機構8の保持器回転方向に対する位置関係が互いに異なるようにすることにより、両プレート1、2間で動力を伝達する際に、保持器4の両プレート1、2に対する相対回転が生じないようにして、動力伝達特性を安定させたのである。
特許請求の範囲
【請求項1】
軸方向で対向し、回転軸が互いに平行でかつ同心でない状態に保持される2つの回転部材のそれぞれの対向面に、複数の案内溝を相手側の回転部材の対応する位置の案内溝と直交するように設け、前記両回転部材の案内溝が交差する位置に、各案内溝に案内されて転動する転動体を配し、これらの各転動体の回転部材径方向の移動を拘束する保持器を設けて、前記各転動体を介して前記両回転部材間で動力を伝達するようにした軸継手において、前記各案内溝を長手方向に直線状に形成するとともに、前記保持器を、前記各転動体を案内溝と所定の角度をなす直線状の長孔に収納するものとし、この保持器の1つの長孔およびこの長孔と交差する2つの案内溝を1組とする複数組の転動体案内機構のうち、少なくとも1組の転動体案内機構の保持器回転方向に対する位置関係をその他の組と異ならせたことを特徴とする軸継手。
【請求項2】
前記各案内溝と保持器の長孔とのなす角度を45度としたことを特徴とする請求項1に記載の軸継手。
【請求項3】
前記複数組の転動体案内機構のうち、少なくとも2組の隣り合う転動体案内機構が前記保持器の1つの長孔を共用していることを特徴とする請求項1または2に記載の軸継手。
【請求項4】
前記複数組の転動体案内機構を、回転部材周方向に等間隔で配したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の軸継手。
【請求項5】
車両の車輪を駆動するモータを車輪内部に組み込み、モータのステータを弾性体とダンパーの少なくとも一方を介して足回り部品で支持するとともに、モータのロータと車輪のホイールとを互いの軸の偏心を許容する動力伝達機構で連結したインホイールモータシステムにおいて、前記動力伝達機構として、請求項1乃至4のいずれかに記載の軸継手を採用したことを特徴とするインホイールモータシステム。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、互いに平行な2軸を連結して2軸間で動力を伝達する軸継手と、それを用いたインホイールモータシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
一般的な機械装置の2つの軸を連結して駆動側から従動側へ動力を伝達する軸継手は、連結する2軸の位置関係によって構造が異なり、2軸が1直線上にあるもの、交差するもの、互いに平行な(かつ同心でない)ものに大別される。
【0003】
このうちの平行な2軸を連結する軸継手としては、オルダム継手がよく知られている。しかし、このオルダム継手は、大きな動力を伝達すると、2軸間に介装されるスライダどうしの摩擦面に潤滑不良が生じて動力伝達がスムーズに行われなくなる場合があるし、大きな偏心量(2軸の径方向のずれ量)を許容できない問題もある。
【0004】
また、オルダム継手以外では、軸方向で対向する2つの回転部材(ディスク)間にプレートを挿入し、このプレートの表裏面の複数箇所に直動ガイドをその作動方向がプレートの表裏で互いに直交するように配し、プレートと直動ガイドを介して両回転部材間で動力を伝達する機構が提案されている(特許文献1参照。)。
【0005】
この機構を採用すれば、直動ガイドの長さを変えるだけで必要な偏心量を得ることができるし、直動ガイド内の相対移動面に複数の鋼球を配することにより、大きな動力をスムーズに伝達することもできる。しかし、直動ガイドを多数使用するため、製造コストがかなり高くなるし、直動ガイドを精度よく組み付けることが難しく、組付作業に非常に手間がかかるようになる。
【0006】
そこで、本出願人は、本発明より先に、平行な2軸間で互いに直交する案内溝の交差位置に配した転動体を介して動力を伝達する方式の軸継手を提案した(特願2004−183559号)。
【0007】
図8は、上述した方式の軸継手の一例を示す。この軸継手は、軸方向で対向する2つの回転部材51、52の対向面に、複数の案内溝53、54を相手側の案内溝と直交するように設けて、各案内溝交差位置に転動体55を配するとともに、各転動体55を保持器56の長孔57に収納したもので、各案内溝53、54は回転部材径方向と45度をなす方向に直線状に延び、保持器56の各長孔57は対応する位置の案内溝53、54と45度をなす方向に延びるように形成されている。なお、図8は、説明上、両回転部材51、52が同心の状態を示しているが、通常は両者の回転軸がずれた(偏心した)状態で使用される。
【0008】
そして、各転動体55が、保持器56に回転部材径方向の移動を拘束された状態で駆動側の回転部材51に押されることにより、案内溝53、54および保持器56の長孔57の内側を転動しながら従動側の回転部材52を押して動力を伝達する。従って、動力伝達時の摩擦抵抗が少なく、大きな動力を伝達できるし、案内溝53、54および保持器56の長孔57の長さを変えるだけで必要な偏心量を得られる。また、両回転部材51、52間の部品が転動体55と保持器56だけのため、製造コストが安く、組付性も良い等、多くの特長を有している。
【0009】
ところで、この軸継手では、図9(a)に示すように、転動体55が保持器56の長孔57の長手方向中間位置にある状態で、駆動側回転部材51が矢印の方向に駆動されて転動体55を押したときには、図9(b)に示すように、転動体55に押された保持器56が両回転部材51、52に対して相対回転することにより、転動体55が従動側回転部材52を押すことなく案内溝交差位置の変化に伴って移動することが可能となり、駆動側回転部材51の従動側回転部材52に対する相対回転が生じる。
【0010】
上記両回転部材の相対回転は、保持器の両回転部材に対する相対回転が可能な範囲、すなわち転動体が保持器の長孔の長手方向中間位置から一端に達するまでの範囲でしか生じないので、その相対回転量はごくわずかであり、動力伝達の遅れはほとんど問題とならない。しかし、保持器の長孔内での転動体の相対位置がずれることにより、両回転部材の偏心量が変化するときに、転動体と長孔の相対移動距離が長くなる箇所ができて、両回転部材の相対的なスライドがスムーズに行われず、動力伝達特性が不安定になることがある。また、保持器が相対回転する際にその長孔の一端縁部が転動体に衝突することにより、異音が発生することも多い。
【0011】
一方、最近の電気自動車等に採用されつつあるインホイールモータシステムでは、悪路走行時にもタイヤの接地性能や乗り心地を悪化させず、かつ車輪内部に組み込んだモータからホイールへ効率よく動力を伝達できるように、モータのステータを弾性体とダンパーの少なくとも一方を介して足回り部品で支持するとともに、モータのロータと車輪のホイールとを互いの軸の偏心を許容する動力伝達機構で連結することが提案されており(特許文献2参照。)、この動力伝達機構として、安価で組付性が良く動作の安定したものが求められている。
【特許文献1】特開2003−260902号公報
【特許文献2】国際公開第02/83446号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の課題は、平行な2軸間で互いに直交する案内溝の交差位置に配した転動体を介して動力を伝達する方式で、常に安定した動力伝達特性が得られる軸継手と、それを用いたインホイールモータシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記の課題を解決するため、本発明の軸継手は、前記各案内溝を長手方向に直線状に形成するとともに、前記保持器を、前記各転動体を案内溝と所定の角度をなす直線状の長孔に収納するものとし、この保持器の1つの長孔およびこの長孔と交差する2つの案内溝を1組とする複数組の転動体案内機構のうち、少なくとも1組の転動体案内機構の保持器回転方向に対する位置関係をその他の組と異ならせたのである。このように各転動体案内機構をその保持器回転方向に対する位置関係がすべて同じにならないように形成することにより、駆動側回転部材が転動体を押したときに、転動体が保持器を両回転部材に対して相対回転させ、従動側回転部材を押すことなく移動しようとしても、その転動体の移動を可能とする保持器の相対回転量が各転動体案内機構で異なり、実際には保持器の相対回転が生じないようにすることができる。
【0014】
上記の構成において、前記各案内溝と保持器の長孔とのなす角度を45度としたり、前記複数組の転動体案内機構のうち、少なくとも2組の隣り合う転動体案内機構を、前記保持器の1つの長孔を共用するものとすれば、長孔の設計や加工がしやすくなる。
【0015】
また、前記複数組の転動体案内機構を、回転部材周方向に等間隔で配することにより、各回転部材と転動体との間に作用する力が各回転部材内で偏らないようにして、動力伝達時の挙動をよりスムーズにすることができる。
【0016】
さらに、本発明のインホイールモータシステムは、車両の車輪内部に組み込んだモータのロータと車輪のホイールとを連結する動力伝達機構として、上述した本発明の軸継手を採用して、動力伝達機構の低コスト化、組付性の向上および動作の安定化を図ったのである。
【発明の効果】
【0017】
本発明の軸継手は、上述したように、少なくとも1組の転動体案内機構の保持器回転方向に対する位置関係をその他の組と異ならせて、保持器の両回転部材に対する相対回転が生じないようにしたものであるから、その長孔の一端縁部と転動体との衝突による異音をなくせるし、両回転部材の偏心量が変化するときの相対的なスライドをスムーズにして、動力伝達特性を安定させることができる。
【0018】
また、本発明のインホイールモータシステムは、モータのロータと車輪のホイールとを連結する動力伝達機構として上述した軸継手を採用したものであるから、動力伝達機構が安価で組付性が良く動作も安定している。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、図1乃至図7に基づき、本発明の実施形態を説明する。図1乃至図4は、第1の実施形態を示す。この軸継手は、図1(a)および図1(b)に示すように、軸方向で対向し、回転軸が互いに平行な状態に保持される同径の入出力軸A、Bのそれぞれの軸端部に嵌め込まれる回転部材としてのプレート1、2と、両プレート1、2間に配される複数の転動体としての鋼球3と、各鋼球3のプレート径方向の移動を拘束する保持器4とから成り、各鋼球3を介して両プレート1、2間で動力を伝達するものである。各プレート1、2および保持器4は金属材料で形成されており、これらに鋼球3を加えた各部材が、その表面に熱処理やショットピーニング等の硬化処理を施されている。なお、図1は、説明上、入出力軸A、Bが同心の状態を示しているが、通常は後述するように入出力軸A、Bの回転軸がずれた(偏心した)状態で使用される。
【0020】
前記各プレート1、2は、それぞれドーナツ状の円盤で、内周に形成された筒部で入力軸Aおよび出力軸Bの軸端部に嵌め込まれ、軸方向で対向する状態で固定されている。
【0021】
各プレート1、2の対向面には、それぞれ16個の案内溝5、6が、2つずつ近接して相手側のプレートの対応する位置の案内溝と直交し、かつ互いに近接する2つの案内溝交差位置の中点が周方向に等間隔となるように設けられている。
【0022】
前記案内溝5、6は、図2にも示すように、同一プレート内で互いに近接する2つが、それぞれの交差位置の中点とプレート中心とを結ぶ基準線Xと45度をなす方向に延びるように形成されている。また、各案内溝5、6の長さは、入出力軸A、Bの回転軸がずれる際のプレート径方向の最大移動距離に鋼球3の直径を加えたものとなっている。
【0023】
前記保持器4は、環状に形成され、互いに近接する2つの案内溝交差位置を結ぶ直線に沿って延びる長孔7が、周方向に等間隔で設けられている。すなわち、各長孔7は、4つの案内溝5、6と45度をなすように形成されている。そして、その長さは、2つの案内溝交差位置の間の距離に上述した案内溝5、6長さを加えたものとなっている。
【0024】
前記各鋼球3は、それぞれ前記案内溝交差位置に配され、保持器4の長孔7に収納された状態で、案内溝5、6に案内されて転動するようになっている。
【0025】
ここで、保持器4の1つの長孔7およびこの長孔7と交差して1つの鋼球3を案内する2つの案内溝5、6を1組の転動体案内機構8とすると、各転動体案内機構8は、隣り合う2組で1つの長孔7を共用する形態となっている。そして、1つの長孔7を共用する任意の2組について見れば、保持器4の回転方向(図2中の矢印方向)に対する位置関係が互いに異なっており、このことが後述するように軸継手の挙動の改善に有効に作用する。
【0026】
次に、この軸継手の動力伝達のメカニズムについて説明する。この軸継手の入力軸Aが回転駆動されて、これに固定されたプレート1が回転すると、この入力側プレート1の案内溝5に周方向から押された鋼球3が、保持器4を両プレート1、2に対して相対回転させ、出力側プレート2を押すことなく移動しようとする。
【0027】
ここで、図3に示すように、仮に鋼球3が出力側プレート2を押すことなく案内溝交差位置の変化に沿って移動したとすると、この鋼球3の移動を可能とする長孔7の相対回転後の位置は、図面右側の転動体案内機構8では実線で示した位置Y、左側の転動体案内機構8では二点鎖線で示した位置Y’となる。このように両転動体案内機構8、8で鋼球3の移動を可能とする保持器4の相対回転量が異なるのは、前述のように、それぞれの保持器回転方向に対する位置関係が互いに異なっているからである。
【0028】
このため、実際には保持器4の相対回転は生じず、鋼球3が保持器4でプレート径方向の移動を拘束された状態で、出力軸Bに固定されたプレート2の案内溝6を押して出力側プレート2を回転させることにより、出力軸Bに動力が伝達される。なお、入力軸Aの回転方向が変わったり、入出力軸A、Bの駆動側と従動側が逆になったりしても、同じメカニズムで動力伝達が行われる。
【0029】
上記動力伝達メカニズムは、図4(a)および図4(b)に示すように入出力軸A、Bの回転軸がずれた通常の使用状態でも、基本的に同じである。図4(a)、(b)の状態では、各プレート1、2の回転軸のずれにより、案内溝5、6の交差位置がプレート周方向で変化しており、各鋼球3が案内溝5、6および保持器4の長孔7内を転動しながら両プレート1、2間の動力伝達を行っている。
【0030】
この軸継手では、上述したように保持器4の両プレート1、2に対する相対回転が生じないので、運転中に従来のような異音を生じることがないし、例えば図1(a)、(b)の状態から図4(a)、(b)の状態へ移行するときのように、両プレート1、2の偏心量が変化するときも、両プレート1、2の相対的なスライドがスムーズに行われ、常に安定した動力伝達特性が得られる。
【0031】
図5は第2の実施形態を示す。この軸継手は、第1の実施形態をベースとして、その各基準線Xの両側の転動体案内機構8の片方だけを、基準線Xの右側のものと左側のものが周方向に交互に現れるように形成し、これに伴って保持器4の各長孔7を案内溝5、6と同じ長さにしたものである。
【0032】
また、図6に示す第3の実施形態では、第2の実施形態をベースとして、各転動体案内機構8をその案内溝交差位置の中心が基準線Xに重なるように周方向にずらして形成している。すなわち、各転動体案内機構8は、案内溝5、6と基準線Xとのなす角度が45度となる位置から案内溝交差位置の中心のまわりにわずかに左回転したものと、わずかに右回転したものとが、周方向に交互に現れるように形成されている。
【0033】
上述した第2、第3の実施形態においても、第1の実施形態と同様に、各転動体案内機構8は保持器回転方向に対する位置関係が異なるものが混在しており、保持器4の両プレート1、2に対する相対回転が生じないので、常に安定した動力伝達特性が得られるし、運転中の異音の発生もない。さらに、第3の実施形態では、各転動体案内機構8がプレート周方向に等間隔で配されているため、各プレート1、2と鋼球3との間に作用する力が各プレート1、2内で偏らず、動力伝達時の挙動がよりスムーズになる。
【0034】
図7は第1の実施形態の軸継手を変形して組み込んだインホイールモータシステムを示す。このインホイールモータシステムは、車両のタイヤ9とホイール10とからなる車輪の内部に、車輪を駆動するアウターロータ型のダイレクトドライブモータ11を組み込んだもので、モータ11のステータ12が取り付けられた固定ケース13を、緩衝機構14を介して車軸15端の足回り部品であるナックル16で支持することにより、悪路走行時にもタイヤの接地性能や乗り心地を悪化させないようにしている。ここで、緩衝機構14は、モータ11の固定ケース13に取り付けた外側プレート17と、ナックル16に取り付けた内側プレート18とを、両者の相対移動の方向を車両の上下方向に規制する直動ガイド19、車両の上下方向に伸縮するばね20およびダンパー21を介して結合したものである。
【0035】
また、モータ11のロータ22は、固定ケース13の外周側に軸受23を介して取り付けた回転ケース24に固定されており、この回転ケース24とホイール10とが第1の実施形態を変形した軸継手25で連結されて、モータ11からホイール10へ効率よく動力が伝達されるようになっている。
【0036】
前記軸継手25は、外周縁の筒状取付部26aでモータ11の回転ケース24に取り付けられる入力側プレート26と、外周部でホイール10に取り付けられる出力側プレート27と、両プレート26、27間に配される複数の鋼球28と、各鋼球28のプレート径方向の移動を拘束する保持器29とからなる。入力側プレート26は、ナックル16に回転自在に取り付けられてホイール10と一体に回転するハブ部30を、両プレート26、27の偏心量よりわずかに大きい隙間をもって貫通させており、出力側プレート27はハブ部30外周に嵌め込まれている。その他の部分の構成および機能は第1の実施形態と同じである。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1(a)】第1の実施形態の軸継手の側面図(回転軸が同心)
【図1(b)】図1(a)のI−I線に沿った断面図
【図2】図1の軸継手の要部の構成の説明図
【図3】図1の軸継手の仮想的な挙動の説明図
【図4(a)】図1の軸継手の使用状態を示す側面図(回転軸が偏心)
【図4(b)】図4(a)のIV−IV線に沿った断面図
【図5】第2の実施形態の軸継手の側面図(回転軸が同心)
【図6】第3の実施形態の軸継手の側面図(回転軸が同心)
【図7】第1の実施形態の軸継手を変形して組み込んだインホイールモータシステムの構成を示す縦断面図
【図8】従来の軸継手の側面図(回転軸が同心)
【図9】a、bはそれぞれ図8の軸継手の挙動の説明図
【符号の説明】
【0038】
1、2 プレート
3 鋼球
4 保持器
5、6 案内溝
7 長孔
8 転動体案内機構
10 ホイール
11 モータ
12 ステータ
13 固定ケース
14 緩衝機構
15 車軸
16 ナックル
19 直動ガイド
20 ばね
21 ダンパー
22 ロータ
24 回転ケース
25 軸継手
26、27 プレート
28 鋼球
29 保持器
30 ハブ部
A 入力軸
B 出力軸




 

 


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