特開 2024-83903 電動車のドライブシャフト

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024083903

(43)【公開日】2024-06-24

(54)【発明の名称】電動車のドライブシャフト

(51)【国際特許分類】

   F16D 3/223 20110101AFI20240617BHJP

【ＦＩ】

F16D3/223

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022197984

(22)【出願日】2022-12-12

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(72)【発明者】

【氏名】藤尾 輝明

(72)【発明者】

【氏名】船橋 雅司

(57)【要約】      （修正有）

【課題】車両の制動時のエネルギーをできる限りロスなく、回生エネルギーユニットに伝達可能な電動車のドライブシャフトを提供すること。
【解決手段】駆動力源としての回転機が電動モータおよび発電機として択一的に機能し、駆動力源と駆動車輪との間にドライブシャフトを介在させて動力伝達可能に構成された電動車のドライブシャフトにおいて、ドライブシャフトは、その一端に固定式等速自在継手３１が装着され、他端に摺動式等速自在継手が装着されており、固定式等速自在継手３１には、ボール３４とトラック溝３７、３９との当接位置におけるトラック溝３７、３９間にくさび角が形成され、固定式等速自在継手３１の作動角が０°の状態で、くさび角が外側継手部材３２の開口側に向かって開いているトラック溝３７、３９の対と、奥側に向かって開いているトラック溝３７、３９の対とが周方向に交互に形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

駆動力源としての回転機が電動モータおよび発電機として択一的に機能し、前記駆動力源と駆動車輪との間にドライブシャフトを介在させて動力伝達可能に構成された電動車のドライブシャフトにおいて、
前記ドライブシャフトは、その一端に固定式等速自在継手が装着され、駆動車輪にトルク伝達可能に連結され、他端に摺動式等速自在継手が装着されており、
前記固定式等速自在継手は、球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝とこれに対応する前記内側継手部材のトラック溝との間に配置されトルクを伝達する複数のボールと、このボールを収容するポケットを有し、前記外側継手部材の球状内周面と前記内側継手部材の球状外周面にそれぞれ摺接する球状外周面と球状内周面を有する保持器を備え、
前記トラック溝の対と前記ボールとの当接位置におけるトラック溝間にくさび角が形成され、
前記固定式等速自在継手の作動角が０°の状態で、前記くさび角が前記外側継手部材の開口側に向かって開いているトラック溝の対と、奥側に向かって開いているトラック溝の対とが周方向に交互に形成されていることを特徴とする電動車のドライブシャフト。

【請求項2】

前記固定式等速自在継手は交差トラック溝形式であって、前記外側継手部材のトラック溝は、ボール軌道中心線が継手中心（Ｏ）を曲率中心とする円弧状部分を有し、前記ボール軌道中心線と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）が継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記トラック溝で互いに反対方向に形成されており、前記内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線は、作動角０°の状態で継手中心（Ｏ）を含み継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に直交する平面（Ｐ）を基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線と鏡像対称に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動車のドライブシャフト。

【請求項3】

前記固定式等速自在継手の外側継手部材のトラック溝は、前記奥側に位置する第１のトラック溝部(７ａ)と、前記開口側に位置する第２のトラック溝部（７ｂ）とからなり、前記第１のトラック溝部(７ａ)は、継手中心（Ｏ）を曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線（Ｘａ）を有し、少なくともボール軌道中心線（Ｘａ）と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）が継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第１のトラック溝部（７ａ)で互いに反対方向に形成されており、前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）を前記平面（Ｍ）上に投影したとき、ボール軌道中心線（Ｘｂ）が直線状部分を有し、かつこの直線状部分は開口側に行くにつれて前記継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に接近するように傾斜して形成されており、前記第１のトラック溝部（７ａ)のボール軌道中心線（Ｘａ）の端部（Ａ）が前記継手中心（Ｏ）より開口側に位置し、この端部（Ａ）に前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）が接続されたものであって、前記内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線（Ｙ）は、作動角０°の状態で継手中心（Ｏ）を含み継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に直交する平面（Ｐ）を基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線（Ｘ）と鏡像対称に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動車のドライブシャフト。

【請求項4】

前記固定式等速自在継手は対向トラック溝形式であって、前記外側継手部材は、第１の外側トラック溝と第２の外側トラック溝をそれぞれ複数有し、前記内側継手部材は、第１の内側トラック溝と第２の内側トラック溝をそれぞれ複数有し、
前記第１の外側トラック溝と前記第１の内側トラック溝とが互いにトラック溝の第１の対を形成し、
前記第１の外側トラック溝は、ボール軌道中心線が曲率中心（Ｏｏ１）をもつ円弧状部分を有し、前記第１の内側トラック溝は、ボール軌道中心線が曲率中心（Ｏｉ１）をもつ円弧状部分を有し、前記曲率中心（Ｏｏ１）、（Ｏｉ１）は継手中心（Ｏ）に対して軸方向反対側に等量オフセットされ、
前記第２の外側トラック溝と前記第２の内側トラック溝とが互いにトラック溝の第２の対を形成し、
前記第２の外側トラック溝は、ボール軌道中心線が曲率中心（Ｏｏ２）をもつ円弧状部分を有し、前記第２の内側トラック溝は、ボール軌道中心線が曲率中心（Ｏｉ２）をもつ円弧状部分を有し、前記曲率中心（Ｏｏ２）、（Ｏｉ２）は継手中心（Ｏ）に対して軸方向反対側に等量オフセットされ、
前記曲率中心（Ｏｏ１）、（Ｏｏ２）は継手中心（Ｏ）に対して軸方向反対側に等量オフセットされると共に、前記曲率中心（Ｏｉ１）、（Ｏｉ２）は継手中心（Ｏ）に対して軸方向反対側に等量オフセットされ、
前記トラック溝の第１の対と第２の対は、前記外側継手部材の周方向に交互に配置され、
作動角０°の状態で、前記第１の対を形成する第１の外側トラック溝と前記第１の内側トラック溝との間の前記くさび角が前記開口側に向かって開いており、
作動角０°の状態で、前記第２の対を形成する第２の外側トラック溝と前記第２の内側トラック溝との間のくさび角が前記奥側に向かって開いていることを特徴とする請求項１に記載の電動車のドライブシャフト。

【請求項5】

前記ボールの個数を８個以上としたことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の電動車のドライブシャフト。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、電動車のドライブシャフトに関する。

【背景技術】

【0002】

電動車の動力伝達装置においても、駆動力源である電動モータと駆動車輪との間にドライブシャフトを介在させて動力伝達可能に構成したものがある。昨今、ＨＶ（ハイブリット車）やＥＶ（電気自動車）の普及に伴い、走行時の燃費向上（電費向上）といった省エネに加えて、制動時のエネルギーを回収し、再度、車両の駆動に用いることで、更なる省エネが可能になるシステムが普及し始めている。

【0003】

駆動力源としての回転機は、電動モータおよび発電機として択一的に機能する。制動時に動力は車輪側から発生し、通常の走行時の動力とは逆方向にドライブシャフトを介して発電機に伝達され、発電機を作動させてエネルギーを回収することになる（例えば、特許文献１）。

【0004】

ドライブシャフトには、アウトボード側の一端に固定式等速自在継手が装着され、駆動車輪にトルク伝達可能に連結され、インボード側の他端に摺動式等速自在継手が装着される。固定式等速自在継手は大きな作動角を取れるが軸方向に変位しない。一方、摺動式等速自在継手は最大作動角が比較的小さいが、作動角を取りつつ軸方向変位が可能である。

【0005】

固定式等速自在継手および摺動式等速自在継手は、いずれも、外側継手部材、内側継手部材および両部材間に介在するトルク伝達要素などを主な構成とする。固定式等速自在継手としては、例えば、オフセットトラックを備えたツェッパ型等速自在継手が知られており、摺動式等速自在継手としては、ダブルオフセット型等速自在継手やトリポード型等速自在継手が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０２０－７２６０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

電動車のドライブシャフトにおいては、通常走行時と制動時では、ドライブシャフトの回転方向は同じであるが、動力伝達経路、具体的には、継手の構成部材である外側継手部材、トルク伝達要素（ボール、ローラ）、内側継手部材との間の動力伝達経路が次のように異なる。
〔通常走行時〕
インボード側の摺動式等速自在継手の外側継手部材⇒トルク伝達要素⇒内側継手部材⇒シャフト⇒アウトボード側の固定式等速自在継手の内側継手部材⇒トルク伝達要素⇒外側継手部材から車輪へと動力が伝達される。
〔制動時〕
車輪からアウトボード側の固定式等速自在継手の外側継手部材⇒トルク伝達要素⇒内側継手部材⇒シャフト⇒インボード側の摺動式等速自在継手の内側継手部材⇒トルク伝達要素⇒外側継手部材へと動力が伝達される。

【0008】

特に、車輪側に取り付けられるアウトボード側の固定式等速自在継手は、車両の操舵に合わせて大きな作動角を取るため、エネルギー損失が大きくなる。特許文献１に示す電気自動車（ＥＶ）や、ハイブリット車（ＨＶ）では、制動時のエネルギーを積極的に回収するため、車両の全走行に対する制動時（回生時）の割合が高くなるため、従来着目していなかった車両の制動時のエネルギーをできる限りロスなく、回生エネルギーユニット（発電機）に伝達することが可能な電動車のドライブシャフトを提供することに着目した。

【0009】

そこで、アウトボード側の固定式等速自在継手の通常走行時と制動時の挙動の検討に着手した。通常走行時と制動時の両走行において、具体的にアウトボード側に適用されるツェッパ型等速自在継手の動きに注目すると、通常走行時と制動時では、共に回転方向は変わらないが、動力伝達経路、具体的には、継手の構成部材である外側継手部材、トルク伝達要素（ボール）、内側継手部材との間の動力伝達経路が異なるため、等速自在継手内部の挙動に違いが発生する。１回転中に外側継手部材のトラック溝と内側継手部材のトラック溝からボールに作用するくさび作用が、通常走行時のアウトボード側では内側継手部材から駆動する（以下、内輪駆動ともいう）のに対して、制動時のアウトボード側では外側継手部材から駆動することになり（以下、外輪駆動ともいう）、外側継手部材、内側継手部材のトラック溝の接触方向が逆となるため、正反対の特性となることが判明した。

【0010】

ツェッパ型等速自在継手では、基本的に常用角度域であれば、ボールは継手の開口側方向に保持器を押しているが、内輪駆動又は外輪駆動の駆動方向の違いによりボールの動きとくさび角の状態が変動するため、継手の内部力により保持器の姿勢が変わり、保持器の位置が不安定になる。その結果、制動時の動力損失が通常走行時の動力損失より大きくなり、回生エネルギーの回収効率が悪くなるという問題を見出した。アウトボード側の固定式等速自在継手の通常走行時と制動時の挙動の詳細については後述する。

【0011】

上記のような問題に鑑み、本発明は、車両の制動時のエネルギーをできる限りロスなく、回生エネルギーユニットに伝達可能な電動車のドライブシャフトを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明者らは、上記の目的を達成するために種々検討した結果、電動車のドライブシャフトとして、内輪駆動又は外輪駆動の駆動方向が変わっても、周方向に隣り合うボールで方向が異なるくさび作用が発生し、かつ保持器に作用するくさびによる力が相殺されて、保持器の位置が安定する継手の適用を試みるという着想に至った。この着想を基に、駆動方向が変わっても、内部力の変化が小さく回生エネルギーの回収効率が高いアウトボード側の固定式等速自在継手の挙動を検証したことにより、本発明に至った。

【0013】

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、駆動力源としての回転機が電動モータおよび発電機として択一的に機能し、前記駆動力源と駆動車輪との間にドライブシャフトを介在させて動力伝達可能に構成された電動車のドライブシャフトにおいて、前記ドライブシャフトは、その一端に固定式等速自在継手が装着され、駆動車輪にトルク伝達可能に連結され、他端に摺動式等速自在継手が装着されており、前記固定式等速自在継手は、球状内周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する外側継手部材と、球状外周面に軸方向に延びる複数のトラック溝が形成された内側継手部材と、前記外側継手部材のトラック溝とこれに対応する前記内側継手部材のトラック溝との間に配置されトルクを伝達する複数のボールと、このボールを収容するポケットを有し、前記外側継手部材の球状内周面と前記内側継手部材の球状外周面にそれぞれ摺接する球状外周面と球状内周面を有する保持器を備え、前記トラック溝の対と前記ボールとの当接位置におけるトラック溝間にくさび角が形成され、前記固定式等速自在継手の作動角が０°の状態で、前記くさび角が前記外側継手部材の開口側に向かって開いているトラック溝の対と、奥側に向かって開いているトラック溝の対とが周方向に交互に形成されていることを特徴とする。上記構成により、車両の制動時のエネルギーをできる限りロスなく、回生エネルギーユニットに伝達可能な電動車のドライブシャフトを実現することができる。

【0014】

具体的には、上記の固定式等速自在継手は交差トラック溝形式であって、前記外側継手部材のトラック溝は、ボール軌道中心線が継手中心（Ｏ）を曲率中心とする円弧状部分を有し、前記ボール軌道中心線と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）が継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記トラック溝で互いに反対方向に形成されており、前記内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線は、作動角０°の状態で継手中心（Ｏ）を含み継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に直交する平面（Ｐ）を基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線と鏡像対称に形成されていることを特徴とする。これにより、車両の通常走行時の高効率化と共に、制動時のエネルギーをできる限りロスなく、回生エネルギーユニットに伝達可能な電動車のドライブシャフトを実現することができる。

【0015】

上記の固定式等速自在継手の外側継手部材のトラック溝は、前記奥側に位置する第１のトラック溝部(７ａ)と、前記開口側に位置する第２のトラック溝部（７ｂ）とからなり、前記第１のトラック溝部(７ａ)は、継手中心（Ｏ）を曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線（Ｘａ）を有し、少なくともボール軌道中心線（Ｘａ）と継手中心（Ｏ）を含む平面（Ｍ）が継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に対して傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合う前記第１のトラック溝部（７ａ)で互いに反対方向に形成されており、前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）を前記平面（Ｍ）上に投影したとき、ボール軌道中心線（Ｘｂ）が直線状部分を有し、かつこの直線状部分は開口側に行くにつれて前記継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に接近するように傾斜して形成されており、前記第１のトラック溝部（７ａ)のボール軌道中心線（Ｘａ）の端部（Ａ）が前記継手中心（Ｏ）より開口側に位置し、この端部（Ａ）に前記第２のトラック溝部（７ｂ）のボール軌道中心線（Ｘｂ）が接続されたものであって、前記内側継手部材のトラック溝のボール軌道中心線（Ｙ）は、作動角０°の状態で継手中心（Ｏ）を含み継手の軸線（Ｎ－Ｎ）に直交する平面（Ｐ）を基準として、前記外側継手部材の対となるトラック溝のボール軌道中心線（Ｘ）と鏡像対称に形成されていることを特徴とする。これにより、車両の通常走行時の高効率化、高作動角化と共に、制動時のエネルギーをできる限りロスなく、回生エネルギーユニットに伝達可能な電動車のドライブシャフトを実現することができる。

【0016】

上記の固定式等速自在継手は対向トラック溝形式であって、前記外側継手部材は、第１の外側トラック溝と第２の外側トラック溝をそれぞれ複数有し、前記内側継手部材は、第１の内側トラック溝と第２の内側トラック溝をそれぞれ複数有し、前記第１の外側トラック溝と前記第１の内側トラック溝とが互いにトラック溝の第１の対を形成し、前記第１の外側トラック溝は、ボール軌道中心線が曲率中心（Ｏｏ１）をもつ円弧状部分を有し、前記第１の内側トラック溝は、ボール軌道中心線が曲率中心（Ｏｉ１）をもつ円弧状部分を有し、前記曲率中心（Ｏｏ１）、（Ｏｉ１）は継手中心（Ｏ）に対して軸方向反対側に等量オフセットされ、前記第２の外側トラック溝と前記第２の内側トラック溝とが互いにトラック溝の第２の対を形成し、前記第２の外側トラック溝は、ボール軌道中心線が曲率中心（Ｏｏ２）をもつ円弧状部分を有し、前記第２の内側トラック溝は、ボール軌道中心線が曲率中心（Ｏｉ２）をもつ円弧状部分を有し、前記曲率中心（Ｏｏ２）、（Ｏｉ２）は継手中心（Ｏ）に対して軸方向反対側に等量オフセットされ、前記曲率中心（Ｏｏ１）、（Ｏｏ２）は継手中心（Ｏ）に対して軸方向反対側に等量オフセットされると共に、前記曲率中心（Ｏｉ１）、（Ｏｉ２）は継手中心（Ｏ）に対して軸方向反対側に等量オフセットされ、前記トラック溝の第１の対と第２の対は、前記外側継手部材の周方向に交互に配置され、作動角０°の状態で、前記第１の対を形成する第１の外側トラック溝と前記第１の内側トラック溝との間の前記くさび角が前記開口側に向かって開いており、作動角０°の状態で、前記第２の対を形成する第２の外側トラック溝と前記第２の内側トラック溝との間のくさび角が前記奥側に向かって開いていることを特徴とする。これにより、車両の通常走行時の高効率化、高作動角化と共に、制動時のエネルギーをできる限りロスなく、回生エネルギーユニットに伝達可能な電動車のドライブシャフトを実現することができる。

【0017】

上記のボールの個数を８個以上としたことにより、軽量コンパクトで、車両の制動時のエネルギーをできる限りロスなく、回生エネルギーユニットに伝達可能な電動車のドライブシャフトを実現することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、制動時のエネルギーをできる限りロスなく、回生エネルギーユニットに伝達可能な電動車のドライブシャフトを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明の第１の実施形態に係る電動車のドライブシャフトを適用した電気自動車の概要平面図である。

【図2】この発明の第１の実施形態に係る電動車のドライブシャフトの部分縦断面図である。

【図3】本実施形態のドライブシャフトの一端に装着された固定式等速自在継手を示し、（Ａ）図は、固定式等速自在継手の部分縦断面図で、（Ｂ）図は、（Ａ）図の固定式等速自在継手の右側面図である。

【図4】図３の固定式等速自在継手の外側継手部材を示し、（Ａ）図は外側継手部材の部分縦断面図で、（Ｂ）図は外側継手部材の右側面図である。

【図5】図３の固定式等速自在継手の内側継手部材を示し、（Ｂ）図は内側継手部材の外周面を示す図で、（Ａ）図は、内側継手部材の左側面図で、（Ｃ）図は内側継手部材の右側面図である。

【図6】上記の外側継手部材のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図である。

【図7】上記の内側継手部材のトラック溝の詳細を示す縦断面図である。

【図8】継手が最大作動角を取った状態を示す概要図である。

【図9】図３の固定式等速自在継手が常用角を取ったときのくさび角の状態を示すグラフである。

【図10】本発明の第２の実施形態に係る電動車のドライブシャフトの部分縦断面図である。

【図11】本実施形態のドライブシャフトの一端に装着された固定式等速自在継手を示し、（Ａ）図は、固定式等速自在継手の部分縦断面図で、（Ｂ）図は、（Ａ）図の固定式等速自在継手の右側面図である。

【図12】図１１の固定式等速自在継手を示し、（Ａ）図は、第１の対のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図で、（Ｂ）図は、第２の対のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図である。

【図13】検討対象の固定式等速自在継手が一端に装着されたドライブシャフトの部分縦断面図である。

【図14】（Ａ）図は、検討対象の固定式等速自在継手の部分縦断面図で、（Ｂ）図は、（Ａ）図のＣ－Ｃ線における横断面図である。

【図15】図１４の検討対象の固定式等速自在継手が常用角を取ったときのくさび角の状態を示すグラフである。

【図16】図１５の作動角を取ったときに、ボールが外側継手部材のトラック溝と内側継手部材トラック溝とに挟まれた状態を示す図で、内輪駆動の場合である。

【図17】図１５の作動角を取ったときに、ボールが外側継手部材のトラック溝と内側継手部材トラック溝とに挟まれた状態を示す図で、外輪駆動の場合である。

【図18】図１６、図１７のくさび角の状態を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

この発明の第１の実施形態に係る電動車のドライブシャフトを適用した電気自動車の概要を図１に基づいて説明する。図１は電気自動車の概略平面図である。電気自動車１００は、駆動力源として単一の回転機１０２を備え、バッテリー１０３からインバータ等のパワーコントロールユニット（ＰＣＵ）１０４を経て所定の電力が回転機１０２に供給されるようになっている。回転機１０２は、電動モータおよび発電機として機能するもので、所謂モータジェネレータであり、走行時に回生制御されて発電機として機能することにより回生ブレーキ力を発生する。

【0021】

電気駆動ユニット１０１は、駆動力源として用いられる回転機１０２とトランスアクスル１０５とを備えている。電気駆動ユニット１０１は、車両前側部分に配置されて左右の前輪１０６ｆを回転駆動して走行する前輪駆動車両である。なお、電気駆動ユニット１０１を、電気自動車１００の後側部分に配置して、左右の後輪１０６ｒを回転駆動して走行する後輪駆動車両を構成することもできる。

【0022】

ここで、本明細書および特許請求の範囲における電動車について定義する。電動車とは、電気エネルギーを車の動力の全て又は一部として使って走行する全ての自動車を指す。具体的には、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ、ＰＨＶ）、ハイブリッド車（ＨＥＶ、ＨＶ）、燃料電池車（ＦＣＥＶ、ＦＣＶ）を含む概念のものである。

【0023】

トランクアクスル１０５は、デファレンシャル装置１０７と、回転機１０２の出力軸（図示省略）とデファレンシャル装置１０７との間で動力伝達する減速機構１０８とを備えている。デファレンシャル装置１０７は、左右一対のドライブシャフト１０９を介して駆動車輪である左右の前輪１０６ｆに動力伝達する。ドライブシャフト１０９が本実施形態の電動車のドライブシャフトである。詳細は後述する。

【0024】

電気自動車１００の前輪１０６ｆおよび後輪１０６ｒには、常用ブレーキとして用いられるホイールブレーキ１１１が取り付けられている。ホイールブレーキ１１１は、油圧によって摩擦係合させられる油圧ブレーキで、走行時にホイールブレーキ制御回路１１０から供給されるブレーキ油圧に応じた制動力を発生する。ホイールブレーキ制御回路１１０は、ブレーキ制御装置１１２から供給される指令信号に従って油圧制御弁等が制御されることにより、ブレーキ要求量に応じた所定の制動力を発生するブレーキ油圧をホイールブレーキ１１１に供給する。ブレーキ要求量は、例えば、運転者によって足踏み操作される図示しないブレーキペダルの足踏み操作力である。なお、ホイールブレーキ１１１は、電動ブレーキで構成することもできる。

【0025】

本実施形態に係る電動車のドライブシャフトを部分縦断面図である図２に基づいて説明する。ドライブシャフト１０９は、中間シャフト１１５のアウトボード側の一端に固定式等速自在継手１が装着され、インボード側の他端に摺動式等速自在継手１５が装着されている。アウトボード側の固定式等速自在継手１は、前輪１０６ｆの車輪用軸受のハブ輪（図示省略）に動力伝達可能に連結され、インボード側の摺動式等速自在継手１５はデファレンシャル装置１０７に動力伝達可能に連結されている。固定式等速自在継手１の外周面と中間シャフト１１５の外周面との間、および摺動式トリポード型等速自在継手１５の外周面と中間シャフト１１５の外周面との間に、それぞれ蛇腹状ブーツ１６ａ、１６ｂがブーツバンド１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄにより締付け固定されている。継手内部には、潤滑剤としてのグリースが封入されている。蛇腹状ブーツ１６ａ、１６ｂにより、継手内部のグリースの漏洩や外部からの異物の侵入が防止される。

【0026】

本実施形態の電動車のドライブシャフトの特徴的な構成である固定式等速自在継手１を説明する前に摺動式等速自在継手１５の概要を図２に基づいて説明する。摺動式等速自在継手１５は、外側継手部材２２、内側継手部材としてのトリポード部材２３と、トルク伝達要素としてのローラ２４とを備える、所謂、トリポード型等速自在継手である。外側継手部材２２は、一端が開口したカップ部２２ａを有し、内周面に軸方向に延びる３つの直線状トラック溝２５が周方向等間隔に形成され、各トラック溝２５の両側には、円周方向に対向して配置され、それぞれ軸方向に延びる部分円筒状のローラ案内面２６が形成されている。外側継手部材２２の内部には、トリポード部材２３とローラ２４が収容されている。

【0027】

トリポード部材２３は、半径方向に突出した３本の脚軸２７を有する。ローラ２４は、脚軸２７の円筒形外周面２７ａに複数の針状ころ２８を介して外篏され、脚軸２７に回転自在に支持されている。脚軸２７の円筒形外周面２７ａは針状ころ２８の内側軌道面を構成し、ローラ２４の円筒形内周面２４ａは針状ころ２８の外側軌道面を構成している。ローラ２４は球状外周面２４ｂを有し、部分円筒状のローラ案内面２６上を転動する。トリポード部材２３の軸心には、中間シャフト１１５が挿入されるスプライン穴が設けられている。外側継手部材２２はステム部２２ｂを一体に有し、ステム部２２ｂのインボード側端部の外周には、デファレンシャルギヤのスプライン穴に挿入されるスプライン２２ｅが設けられている。

【0028】

本実施形態では、摺動式等速自在継手１５として、トリポード型等速自在継手を例示したが、これに限られず、外側継手部材と、内側継手部材と、外側継手部材と内側継手部材の軸方向に延びる複数の直線状トラック溝の間でトルクを伝達する複数のボールと、ボールを保持する保持器とを備えたダブルオフセット型等速自在継手を適用することもできる。また、トラック溝が交差したクロスグルーブ型等速自在継手も適用することができる。

【0029】

次に、本実施形態の電動車のドライブシャフトの特徴的な構成である固定式等速自在継手１について説明する。固定式等速自在継手１は、要約すると、内輪駆動又は外輪駆動の駆動方向が変わっても、周方向に隣り合うボールで方向が異なるくさび作用が発生し、かつ保持器に作用するくさびによる力が相殺されて、保持器の位置が安定する。このため、駆動方向が変わっても、内部力の変化が小さく回生エネルギーの回収効率が高い挙動を有する。

【0030】

固定式等速自在継手１を図３～図９に基づいて具体的に説明する。図３は本実施形態の電動車のドライブシャフトの一端に装着された固定式等速自在継手を示し、図３（Ａ）は、固定式等速自在継手の部分縦断面図で、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の固定式等速自在継手の右側面図である。図４は、図３の固定式等速自在継手の外側継手部材を示し、図４（Ａ）は外側継手部材の部分縦断面図で、図４（Ｂ）は外側継手部材の右側面図である。図５は、図３の固定式等速自在継手の内側継手部材を示し、図５（Ｂ）は内側継手部材の外周面を示す図で、図５（Ａ）は内側継手部材の左側面図で、図５（Ｃ）は内側継手部材の右側面図である。図６は上記の外側継手部材のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図である。図７は上記の内側継手部材のトラック溝の詳細を示す縦断面図である。図８は継手が最大作動角を取った状態を示す概要図である。図９は、図３の固定式等速自在継手が常用角を取ったときのくさび角の状態を示すグラフである。

【0031】

固定式等速自在継手１は、外側継手部材２、内側継手部材３、ボール４および保持器５を主な構成とする。図３（Ｂ）、図４および図５に示すように、外側継手部材２および内側継手部材３のそれぞれ８本のトラック溝７、９は、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜すると共にその傾斜方向が周方向に隣り合うトラック溝７Ａ、７Ｂおよび９Ａ、９Ｂで互いに反対方向に形成されている。そして、外側継手部材２および内側継手部材３の対となるトラック溝７Ａ、９Ａおよび７Ｂ、９Ｂの各交差部に８個のボール４が配置されている。トラック溝７、９の詳細は後述する。

【0032】

継手の縦断面を図３（Ａ）に示す。軸方向に延びるトラック溝の傾斜状態や湾曲状態などの形態、形状を的確に示すために、本明細書では、ボール軌道中心線という用語を用いて説明する。ここで、ボール軌道中心線とは、トラック溝に配置されたボールがトラック溝に沿って移動するときのボールの中心が描く軌跡を意味する。したがって、トラック溝の傾斜状態は、ボール軌道中心線の傾斜状態と同じであり、また、トラック溝の円弧状、あるいは直線状の状態は、ボール軌道中心線の円弧状、あるいは直線状の状態と同じである。

【0033】

図３（Ａ）に示すように、外側継手部材２のトラック溝７はボール軌道中心線Ｘを有し、トラック溝７は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７ａと、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７ｂとからなり、第１のトラック溝部７ａのボール軌道中心線Ｘａに第２のトラック溝部７ｂのボール軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。なお、外側継手部材２のトラック溝７は、継手中心Ｏを曲率中心とするボール軌道中心線Ｘａからなる円弧状部分のみとしてもよい。一方、内側継手部材３のトラック溝９はボール軌道中心線Ｙを有し、トラック溝９は、継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９ａと、直線状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９ｂとからなり、第１のトラック溝部９ａのボール軌道中心線Ｙａに第２のトラック溝部９ｂのボール軌道中心線Ｙｂが接線として滑らかに接続されている。なお、内側継手部材３のトラック溝９は、継手中心Ｏを曲率中心とするボール軌道中心線Ｙａからなる円弧状部分のみとしてもよい。

【0034】

第１のトラック溝部７ａ、９ａのボール軌道中心線Ｘａ、Ｙａの各曲率中心を、継手の軸線Ｎ－Ｎ上の継手中心Ｏに配置したことにより、トラック溝深さを均一にすることができ、かつ加工を容易にすることができる。トラック溝７、９の横断面形状は、楕円形状やゴシックアーチ形状に形成されており、トラック溝７、９とボール４は、接触角（３０°～４５°程度）をもって接触する、所謂、アンギュラコンタクトとなっている。したがって、ボール４は、トラック溝７、９の溝底より少し離れたトラック溝７、９の側面側で接触している。

【0035】

図４に基づき、外側継手部材２のトラック溝７が継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜している状態を詳細に説明する。外側継手部材２のトラック溝７は、その傾斜方向の違いから、トラック溝７Ａ、７Ｂの符号を付す。図４（Ａ）に示すように、トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍは、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝７Ａに周方向に隣り合うトラック溝７Ｂは、図示は省略するが、トラック溝７Ｂのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍが、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して、トラック溝７Ａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。トラック溝７Ａ、７Ｂ（および後述する９Ａ、９Ｂ）は角度γだけ傾斜しているが、概ね軸方向に延びている。本明細書および特許請求の範囲における軸方向に延びるトラック溝とは、上記のように角度γ傾斜したものも含む概念である。

【0036】

ここで、トラック溝の符号について補足する。外側継手部材２のトラック溝全体を指す場合は符号７を付し、その第１のトラック溝部に符号７ａ、第２のトラック溝部に符号７ｂを付す。さらに、傾斜方向の違うトラック溝を区別する場合には符号７Ａ、７Ｂを付し、それぞれの第１のトラック溝部に符号７Ａａ、７Ｂａ、第２のトラック溝部に符号７Ａｂ、７Ｂｂを付す。後述する内側継手部材３のトラック溝についても、同様の要領で符号を付している。

【0037】

次に、図５に基づき、内側継手部材３のトラック溝９が継手の軸線Ｎ－Ｎに対して周方向に傾斜している状態を詳細に説明する。内側継手部材３のトラック溝９は、その傾斜方向の違いから、トラック溝９Ａ、９Ｂの符号を付す。図５（Ｂ）に示すように、トラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑは、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して角度γだけ傾斜している。そして、トラック溝９Ａに周方向に隣り合うトラック溝９Ｂは、図示は省略するが、トラック溝９Ｂのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑが、継手の軸線Ｎ－Ｎに対して、トラック溝９Ａの傾斜方向とは反対方向に角度γだけ傾斜している。傾斜角γは、等速自在継手１の作動性および内側継手部材３のトラック溝の最も接近した側の球面幅Ｆを考慮し、４°～１２°にすることが好ましい。内側継手部材３のトラック溝９のボール軌道中心線Ｙは、作動角０°の状態で継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐを基準として、外側継手部材２の対となるトラック溝７のボール軌道中心線Ｘと鏡像対称に形成されている。

【0038】

図６に基づいて、外側継手部材２の縦断面より見たトラック溝の詳細を説明する。図６の部分縦断面は、前述した図４（Ａ）のトラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍで見た断面図である。したがって、厳密には、継手の軸線Ｎ－Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図６には、外側継手部材２のトラック溝７Ａが示されているが、トラック溝７Ｂは、傾斜方向がトラック溝７Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝７Ａと同じであるので、説明は省略する。

【0039】

外側継手部材２の球状内周面６にはトラック溝７Ａが軸方向に沿って形成されている。トラック溝７Ａはボール軌道中心線Ｘを有し、トラック溝７Ａは、継手中心Ｏを曲率中心（軸方向のオフセットがない）とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７Ａａと、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７Ａｂとからなる。そして、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａにおいて、第２のトラック溝部７Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｘｂが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Ａが第１のトラック溝部７Ａａと第２のトラック溝７Ａｂとの接続点である。端部Ａは継手中心Ｏよりも開口側に位置するので、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの開口側の端部Ａにおいて接線として接続される第２のトラック溝部７Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｘｂは、開口側に行くにつれて継手の軸線Ｎ－Ｎ〔図３（Ａ）参照〕に接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。

【0040】

図６に示すように、端部Ａと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＬとする。トラック溝７Ａのボール軌道中心線Ｘと継手中心Ｏを含む平面Ｍ〔図４（Ａ）参照〕上に投影された継手の軸線Ｎ'－Ｎ'は継手の軸線Ｎ－Ｎに対しγだけ傾斜し、軸線Ｎ'－Ｎ'の継手中心Ｏにおける垂線Ｋと直線Ｌとがなす角度をβ'とする。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｌが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ'×ｃｏｓγの関係になる。

【0041】

同様に、図７に基づいて、内側継手部材３の縦断面よりトラック溝の詳細を説明する。図７の縦断面は、前述した図５（Ｂ）のトラック溝９Ａのボール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑで見た断面図である。したがって、図６と同様に、厳密には、継手の軸線Ｎ－Ｎを含む平面における縦断面図ではなく、角度γだけ傾斜した断面を示している。図７には、内側継手部材３のトラック溝９Ａが示されているが、トラック溝９Ｂは、傾斜方向がトラック溝９Ａとは反対方向であるだけで、その他の構成はトラック溝９Ａと同じであるので、説明は省略する。

【0042】

内側継手部材３の球状外周面８にはトラック溝９Ａが軸方向に沿って形成されている。トラック溝９Ａはボール軌道中心線Ｙを有し、トラック溝９Ａは、継手中心Ｏを曲率中心（軸方向のオフセットがない）とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９Ａａと、直線状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９Ａｂとからなる。そして、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂにおいて、第２のトラック溝部９Ａｂのボール軌道中心線Ｙｂが接線として滑らかに接続されている。すなわち、端部Ｂが第１のトラック溝部９Ａａと第２のトラック溝９Ａｂとの接続点である。端部Ｂは継手中心Ｏよりも奥側に位置するので、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの奥側の端部Ｂにおいて接線として接続される第２のトラック溝部９Ａｂの直線状のボール軌道中心線Ｙｂは、奥側に行くにつれて継手の軸線Ｎ－Ｎ〔図３（Ａ）参照〕に接近するように形成されている。これにより、最大作動角時の有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。

【0043】

図７に示すように、端部Ｂと継手中心Ｏとを結ぶ直線をＲとする。トラック溝９Ａのボ
ール軌道中心線Ｙと継手中心Ｏを含む平面Ｑ〔図５（Ｂ）参照）上に投影された継手の軸
線Ｎ'－Ｎ'は継手の軸線Ｎ－Ｎに対しγだけ傾斜し、軸線Ｎ'－Ｎ'の継手中心Ｏにおける垂線Ｋと直線Ｒとがなす角度をβ'とする。上記の垂線Ｋは作動角０°の状態の継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐ上にある。したがって、直線Ｒが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐに対してなす角度βは、ｓｉｎβ＝ｓｉｎβ'×ｃｏｓγの関係になる。

【0044】

次に、直線Ｌ、Ｒが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐに対してなす角度βについて説明する。作動角θを取ったとき、外側継手部材２および内側継手部材３の継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐに対して、ボール４がθ／２だけ移動する。使用頻度が多い作動角の１／２より角度βを決め、使用頻度が多い作動角の範囲においてボール４が接触するトラック溝の範囲を決める。ここで、使用頻度が多い作動角について定義する。まず、継手の常用角とは、水平で平坦な路面上で１名乗車時の自動車において、ステアリングを直進状態にした時にフロント用ドライブシャフトの固定式等速自在継手に生じる作動角をいう。常用角は、通常、２°～１５°の間で車種ごとの設計条件に応じて選択・決定される。

【0045】

そして、使用頻度の多い作動角とは、上記の自動車が、例えば、交差点の右折・左折時などに生じる高作動角ではなく、連続走行する曲線道路などで固定式等速自在継手に生じる作動角をいい、これも車種ごとの設計条件に応じて決定される。使用頻度の多い作動角は最大２０°を目処とする。これにより、直線Ｌ、Ｒが作動角０°の状態の継手中心Ｏを含み継手の軸線Ｎ－Ｎに直交する平面Ｐに対してなす角度βを３°～１０°と設定する。ただし、角度βは３°～１０°に限定されるものではなく、車種の設計条件に応じて適宜設定することができる。角度βを３°～１０°に設定することで種々の車種に汎用することができる。

【0046】

上記の角度βにより、図６において、第１のトラック溝部７Ａａのボール軌道中心線Ｘａの端部Ａは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も開口側に移動したときのボールの中心位置となる。同様に、内側継手部材３では、図７において、第１のトラック溝部９Ａａのボール軌道中心線Ｙａの端部Ｂは、使用頻度が多い作動角時に軸方向に沿って最も奥側に移動したときのボールの中心位置となる。このように設定されているので、使用頻度が多い作動角の範囲では、ボール４は、外側継手部材２および内側継手部材３の第１のトラック溝部７Ａａ、９Ａａと、傾斜方向が反対の７Ｂａ、９Ｂａ（図４、図５参照）に位置するので、保持器５の周方向に隣り合うポケット部５ａにボール４から相反する方向の力が作用し、保持器５は継手中心Ｏの位置で安定する〔図３（Ａ）参照〕。このため、保持器５の球状外周面１２と外側継手部材２の球状内周面６との接触力、および保持器５の球状内周面１３と内側継手部材３の球状外周面８との接触力が抑制され、高負荷時や高速回転時に継手が円滑に作動し、トルク損失や発熱が抑えられ、耐久性が向上する。

【0047】

固定式等速自在継手１の全体的な説明は以上のとおりである。固定式等速自在継手１は、内輪駆動又は外輪駆動の駆動方向が変わっても、周方向に隣り合うボールで方向が異なるくさび作用が発生し、かつ保持器に作用するくさびによる力が相殺されて、保持器の位置が安定する。このため、駆動方向が変わっても、内部力の変化が小さく回生エネルギーの回収効率が高い挙動を有する。この挙動の詳細を補足するために、本発明の開発過程の知見を図１３～図１８に基づいて説明する。図１３は、ツェッパ型固定式等速自在継手が一端に装着された検討対象のドライブシャフトの部分縦断面図である。図１４（Ａ）は、ツェッパ型固定式等速自在継手の部分縦断面図で、図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）のＣ－Ｃ線における横断面図である。図１５（Ａ）は作動角を取ったツェッパ型固定式等速自在継手の縦断面図で、図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）のツェッパ型固定式等速自在継手の右側面図である。図１６は、図１５の作動角を取ったときに、ボール６４が外側継手部材６２のトラック溝６７と内側継手部材６３のトラック溝６９とに挟まれた状態（交差状態）を示す図で、内輪駆動の場合である。図１７は、図１５の作動角を取ったときに、ボール６４が外側継手部材６２のトラック溝６７と内側継手部材６３のトラック溝６９とに挟まれた状態（交差状態）を示す図で、外輪駆動の場合である。図１８は、図１６、図１７のくさび角の状態を示したグラフである。

【0048】

図１３に示すように、検討対象のドライブシャフトは、アウトボード側の一端にツェッパ型固定式等速自在継手６１が装着され、インボード側の他端には、本実施形態と同様、摺動式等速自在継手１５としてトリポード型等速自在継手が装着されている。摺動式等速自在継手１５については本実施形態と同じであるので、同一の部位に同じ符号を付して説明を省略する。

【0049】

図１３、図１４に示すように、ドライブシャフト１６９のアウトボード側の一端に装着されたツェッパ型固定式等速自在継手６１は、外側継手部材６２、内側継手部材６３、ボール６４および保持器６５を主な構成とする。外側継手部材６２の球状内周面６６には軸方向に延びる８本の円弧状のトラック溝６７が形成され、軸方向に離間する開口側と奥側を有する。内側継手部材６３の球状外周面６８には軸方向に延びる８本の円弧状のトラック溝６９が形成されている。外側継手部材６２のトラック溝６７とこれに対応する内側継手部材６３のトラック溝６９との間にトルクを伝達する８個のボール６４が１個ずつ組み込まれている。保持器６５は、このボール６４を収容するポケット６５ａを有し、外側継手部材６２の球状内周面６６と内側継手部材６３の球状外周面６８にそれぞれ摺接する球状外周面７２と球状内周面７３を有する。

【0050】

外側継手部材６２の球状内周面６６と内側継手部材６３の球状外周面６８の曲率中心は、いずれも、継手の中心Ｏに形成されている。これに対して、外側継手部材６２のトラック溝６７の曲率中心Ｏｏと、内側継手部材６３のトラック溝６９の曲率中心Ｏｉは、継手の中心Ｏに対して軸方向反対側に等距離ｆ１オフセットされている。これにより、継手が作動角を取った場合、外側継手部材６２と内側継手部材６３の両軸線がなす角度を二等分する平面上にボール６４が常に案内され、二軸間で等速に回転トルクが伝達される。

【0051】

前述したように、通常走行時と制動時では、ドライブシャフトの回転方向は同じであるが、動力伝達経路、具体的には、図１３に示す継手の構成部材である外側継手部材２２、６２、トルク伝達要素（ローラ２４、ボール６４）、内側継手部材２３、６３との間の動力伝達経路が次のように異なる。
〔通常走行時〕
デファレンシャル装置１０７（図１参照）に連結されたインボード側の摺動式等速自在継手１５の外側継手部材２２⇒トルク伝達要素（ローラ２４）⇒内側継手部材２３⇒シャフト１７５⇒アウトボード側の固定式等速自在継手６１の内側継手部材６３⇒トルク伝達要素（ボール６４）⇒外側継手部材６２から車輪１０６ｆ（図１参照）へと動力が伝達される。
〔制動時〕
車輪１０６ｆからアウトボード側の固定式等速自在継手６１の外側継手部材６２⇒トルク伝達要素（ボール６４）⇒内側継手部材６３⇒シャフト１７５⇒インボード側の摺動式等速自在継手１５の内側継手部材２３⇒トルク伝達要素（ローラ２４）⇒外側継手部材２２からデファレンシャル装置１０７へと動力が伝達される。

【0052】

検討対象のツェッパ型固定式等速自在継手６１が常用角を取ったときのトラック溝６７、６９のくさび角の状態を図１５～図１８に基づいて説明する。図１８は、縦軸がくさび角を示し、横軸がトラック溝（ボール）の位相を示す。図中、実線が内輪駆動の場合を示し、破線が外輪駆動の場合を示す。図１４（Ｂ）に位相に対応してボール６４に符号を付している。位相０°のボールに６４（０°）の符号を付し、位相４５°のボールに６４（４５°）を示し、順次、６４（９０°）～６４（３１５°）の符号を付している。同様に、図１５（Ｂ）にもボールに６４（０°）～６４（３１５°）の符号を付している。図１５（Ａ）に示すように、ツェッパ型固定式等速自在継手６１が作動角を取ると、図１６、図１７に示すように、ボール６４が外側継手部材６２のトラック溝６７と内側継手部材６３のトラック溝６９とに挟まれる状態（交差状態）が回転位相で異なるため、くさび角が変動する。

【0053】

図１６、図１７では、ボール６４（０°）～ボール６４（３１５°）の各ボール６４、ポケット６５ａ、トラック溝６７、６９を位相に対応させて展開して図示している。ポケット６５ａおよび内側継手部材６３のトラック溝６９は実線で図示し、外側継手部材６２のトラック溝６７は破線で図示している。内側継手部材６３のトラック溝６９のトルク負荷面を太線実線で示している。外側継手部材６２の径方向外側の矢印は回転方向を示し、内側継手部材６３の径方向内側の矢印はトルク方向を示す。展開図の矢印Ｄαはくさび角の開く向きを示す。図１６は内輪駆動の場合を示し、図１７は外輪駆動の場合を示す。

【0054】

基本的に常用角度域であれば、図１５（Ａ）に示すように、ツェッパ型固定式等速自在継手６１のボール６４は、外側継手部材６２のトラック溝６７と内側継手部材６３のトラック溝６９に挟まれたくさび角αによって、外側継手部材６２の開口側に向かって保持器６５を押しているが、図１６の内輪駆動又は図１７の外輪駆動の駆動方向により交差状態が回転位相で異なるため、くさび角が変動することで、図１８に示す状態となる。なお、図１５（Ａ）では、くさび角αを便宜上、トラック溝６７、６９の溝底で挟まれた状態で図示している。内輪駆動と外輪駆動の違いは、回転方向は同じで入力トルクの方向が異なるところである。そのため、外側継手部材６２および内側継手部材６３のトラック溝６７、６９とボール６４が接触する位置（図１６、図１７のトラック負荷面）が入れ替わる。図１８に示すように、内輪駆動では、ボール６４が奥側に移動する位相（０°～１８０°）において、くさび角が小さくなるが、外輪駆動では、逆にくさび角が大きくなる。このように、ツェッパ型固定式等速自在継手６１では、駆動方向によりボールの動きとくさび角の状態が異なってくるため、継手の内部力により保持器６５の姿勢が変わり、保持器６５の位置が不安定になる。その結果、制動時の動力損失が通常走行時の動力損失より大きくなり、回生エネルギーの回収効率が悪くなるという事象を見出した。

【0055】

動力損失の主な発生原因は、継手が作動角を取った場合、ボール６４と外側継手部材６２および内側継手部材６３のトラック溝６７、６９との接触部の移動量に差が生じ、外側継手部材６２のトラック溝６７側で大きく滑りが発生し、エネルギー損失が増加するためである。さらに、保持器６５の姿勢が変わり、位置が不安定になり、保持器６５が二等分平面から外れることで、外側継手部材６２側から見た保持器６５の見かけ角度が増加する一方、内側継手部材６３側から見た保持器６５の見かけ角度が減少することにより、外側継手部材６２のトラック溝６７と内側継手部材６３のトラック溝６９のボール接触点軌跡の移動量の差が、二等分平面に位置する場合より増加するためである。

【0056】

ツェッパ型固定式等速自在継手６１を検討対象とする開発過程における知見を種々検討した結果、電動車のドライブシャフトとして、内輪駆動又は外輪駆動の駆動方向が変わっても、周方向に隣り合うボールで方向が異なるくさび作用が発生し、かつ保持器に作用するくさびによる力が相殺されて、保持器の位置が安定する継手の適用を試みるという着想に至った。この着想を基に、駆動方向が変わっても、内部力の変化が小さく回生エネルギーの回収効率が高いアウトボード側の固定式等速自在継手の挙動を検証したことにより、本実施形態に至った。

【0057】

検討対象のツェッパ型固定式等速自在継手６１の上述した挙動に対して、本実施形態に係る電動車のドライブシャフトのアウトボード側の一端に装着される固定式等速自在継手１が常用角を取ったときのトラック溝７、９のくさび角の状態を図９に基づいて説明する。前述した図１８と同様に、図９は、縦軸がくさび角を示し、横軸がトラック溝７、９（ボール４）の位相を示す。図中、実線が内輪駆動の場合を示し、破線が外輪駆動の場合を示す。各ボールには、図３（Ｂ）に示す符号４（０°）～４（３１５°）を付している。また、図３（Ｂ）および図９のプラストラック溝に７Ａ、９Ａ、マイナストラック溝に７Ｂ、９Ｂの符号を付す。プラストラック溝７Ａ、９Ａはくさび角が開口側に向かって開いており（＋の値）、反対に、マイナストラック溝７Ｂ、９Ｂはくさび角が奥側に向かって開いている（－の値）。このため、くさび角が外側継手部材の開口側に向かって開いているトラック溝７Ａ、９Ａの対と、奥側に向かって開いているトラック溝７Ｂ、９Ｂの対とが周方向に交互に形成されている。ここで、くさび角とは、トラック溝の対とボールとの当接位置におけるトラック溝間に形成されるくさびがなす角度を意味する。

【0058】

交差トラック溝形式の固定式等速自在継手１においても、基本的なくさび角の変動は、前述した検討対象のツェッパ型固定式等速自在継手６１と同様であるが、周方向に隣り合うトラック溝７Ａ、７Ｂ、９Ａ、９Ｂが周方向に反対方向に傾斜しているため、上記のようにトラック溝７Ａ、９Ａの対のくさび角とトラック溝７Ｂ、９Ｂの対のくさび角が開く方向が異なる。

【0059】

図９に示すように、内輪駆動の場合、ボール４（０°）、ボール４（９０°）、ボール４（１８０°）およびボール４（２７０°）のくさび角は＋の値であり、ボール４（４５°）、ボール４（１３５°）、ボール４（２２５°）およびボール４（３１５°）のくさび角は－の値である。一方、外輪駆動の場合、ボール４（０°）、ボール４（９０°）、ボール４（１８０°）およびボール４（２７０°）のくさび角は－の値であり、ボール４（４５°）、ボール４（１３５°）、ボール４（２２５°）およびボール４（３１５°）のくさび角は＋の値である。このように、内輪駆動又は外輪駆動の駆動方向が変わっても、保持器５のポケット５ａには、周方向に隣り合うボール４で方向が異なるくさび角が発生し、かつ、保持器５に作用するくさびによる力は、相殺されて、保持器５の位置が安定する。このため、駆動方向が変わっても、内部力の変化が小さくなり、回生エネルギーの回収効率が高くなる。

【0060】

本実施形態の電動車のドライブシャフトに装着された固定式等速自在継手１においては、保持器５のポケット部５ａとボール４との嵌め合いを締まり嵌めからすきま嵌めにまたがる範囲となるポケットすきま設定にしてもよい。この場合、前記すきまは－３０～４０μｍ程度に設定することが好ましい。すきま設定にすることにより、保持器５のポケット部５ａに保持されたボール４をスムーズに作動させることができ、更なるトルク損失の低減を図ることができる。

【0061】

固定式等速自在継手１が最大作動角を取った状態を図８に示す。外側継手部材２のトラック溝７Ａは、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７Ａｂが開口側に形成されている。コンパクト設計の中で、この第２のトラック溝部７Ａｂの存在により、最大作動角時における有効トラック長さを確保すると共にくさび角が過大になるのを抑制することができる。そのため、図示のように、最大作動角θｍａｘを５０°程度の高角にしても、必要十分な入口チャンファ１０を設けた状態でボール４がトラック溝７Ａｂと接触状態を確保することができ、かつ、くさび角が大きくならないように抑えることができる。

【0062】

固定式等速自在継手１では、外側継手部材２のトラック溝７が継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｘａを有する第１のトラック溝部７ａと、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７ｂとからなるものを示したが、外側継手部材２のトラック溝７は、ボール軌道中心線Ｘａが継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状部分を有し、直線状のボール軌道中心線Ｘｂを有する第２のトラック溝部７ｂを省略して構成してもよい。また、内側継手部材３のトラック溝９が継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状のボール軌道中心線Ｙａを有する第１のトラック溝部９ａと、直線状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９ｂとからなるものを示したが、内側継手部材３のトラック溝９は、ボール軌道中心線Ｙａが継手中心Ｏを曲率中心とする円弧状部分を有し、直線状のボール軌道中心線Ｙｂを有する第２のトラック溝部９ｂを省略して構成してもよい。

【0063】

本発明の第２の実施形態に係る電動車のドライブシャフトを図１０～図１２に基づいて説明する。図１０は、本発明の第２の実施形態に係る電動車のドライブシャフトの部分縦断面図である。図１１は、本実施形態のドライブシャフトの一端に装着された固定式等速自在継手を示し、図１１（Ａ）は、図１１（Ｂ）のＤ－Ｎ－Ｄ線における固定式等速自在継手の部分縦断面図で、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の右側面図である。図１２は、図１１の固定式等速自在継手を示し、図１２（Ａ）は、第１の対のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図で、図１２（Ｂ）は、第２の対のトラック溝の詳細を示す部分縦断面図である。

【0064】

図１０に示すように、第２の実施形態に係る電動車のドライブシャフト１３９は、アウトボード側の一端に対向トラック溝形式の固定式等速自在継手３１が装着され、インボード側の他端には、第１の実施形態と同様、摺動式等速自在継手１５としてトリポード型等速自在継手が装着されている。摺動式等速自在継手１５については第１の実施形態と同じであるので、同一の部位に同じ符号を付して説明を省略する。

【0065】

図１０、図１１に示すように、ドライブシャフト１３９のアウトボード側の一端に装着された固定式等速自在継手３１は、外側継手部材３２、内側継手部材３３、ボール３４および保持器３５を主な構成とする。外側継手部材３２は、第１の外側トラック溝３７₁と第２の外側トラック溝３７₂をそれぞれ４本ずつ有している。内側継手部材３３は、第１の内側トラック溝３９₁と第２の内側トラック溝３９₂をそれぞれ４本ずつ有している。第１の外側トラック溝３７₁と第１の内側トラック溝３９₁とがトラック溝の第１の対を形成している。また、第２の外側トラック溝３７₂と第２の内側トラック溝３９₂とがトラック溝の第２の対を形成している。

【0066】

図１２（Ａ）に示すように、第１の外側トラック溝３７₁は、ボール軌道中心線Ｘ₁を有する。ボール軌道中心線Ｘ₁は、継手の軸線Ｎ－Ｎ上のＯｏ１を曲率中心とする円弧状部分と、継手の軸線Ｎ－Ｎから半径方向に外側に位置するＯｏ１₁を曲率中心とする円弧状部分とからなる。曲率中心Ｏｏ１₁は、継手の軸線Ｎ－Ｎから半径方向に外れ、外側継手部材３２の外径面よりさらに外側に位置する。２つの円弧状部分は、継手中心Ｏより開口側の軸方向位置にあるｃ点で滑らかに接続されている。Ｏｏ１₁を曲率中心とする円弧状部分は、Ｏｏ１を曲率中心とする円弧状部分に対して反対方向に湾曲している。

【0067】

第１の内側トラック溝３９₁は、ボール軌道中心線Ｙ₁を有する。ボール軌道中心線Ｙ₁は、継手の軸線Ｎ－Ｎ上のＯｉ１を曲率中心とする円弧状部分と、継手の軸線Ｎ－Ｎから半径方向に外側に位置するＯｉ１₁を曲率中心とする円弧状部分とからなる。曲率中心Ｏｉ１₁は、継手の軸線Ｎ－Ｎから半径方向に外れ、外側継手部材３２の外径面よりさらに外側に位置する。２つの円弧状部分は、継手中心Ｏより奥側の軸方向位置にあるｄ点で滑らかに接続されている。Ｏｉ１₁を曲率中心とする円弧状部分は、Ｏｉ１を曲率中心とする円弧状部分に対して反対方向に湾曲している。

【0068】

第１の外側トラック溝３７₁のボール軌道中心線Ｘ₁の曲率中心Ｏｏ１は、継手中心Ｏより開口側に位置し、第１の内側トラック溝３９₁のボール軌道中心線Ｙ₁の曲率中心Ｏｉ１は、継手中心Ｏより奥側に位置し、２つの曲率中心Ｏｏ１、Ｏｉ１は、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等量オフセットされているので、第１の外側トラック溝３７₁と第１の内側トラック溝３９₁とのくさび角は開口側に向かって開いている。

【0069】

図１２（Ｂ）に示すように、第２の外側トラック溝３７₂は、ボール軌道中心線Ｘ₂を有する。ボール軌道中心線Ｘ₂は、継手の軸線Ｎ－Ｎ上のＯｏ２を曲率中心とする円弧状部分と、継手の軸線Ｎ－Ｎから半径方向に外れて位置するＯｏ２₁を曲率中心とする円弧状部分と、Ｏｏ２₂を曲率中心とする円弧状部分とからなる。曲率中心Ｏｏ２₁は、継手の軸線Ｎ－Ｎから半径方向に外れ、外側継手部材３２の外径面よりさらに外側に位置し、曲率中心Ｏｏ２₂は、継手の軸線Ｎ－Ｎから半径方向に外れているが、外側継手部材３２の外径面より内側に位置する。３つの円弧状部分は、継手の軸方向範囲のｅ点、ｆ点で滑らかに接続されている。Ｏｏ２₁を曲率中心とする円弧状部分は、Ｏｏ２を曲率中心とする円弧状部分に対して反対方向に湾曲している。

【0070】

第２の内側トラック溝３９₂は、ボール軌道中心線Ｙ₂を有する。ボール軌道中心線Ｙ₂は、継手の軸線Ｎ－Ｎ上のＯｉ２を曲率中心とする円弧状部分と、継手の軸線Ｎ－Ｎから半径方向に外れて位置するＯｉ２₁を曲率中心とする円弧状部分と、Ｏｉ２₂を曲率中心とする円弧状部分とからなる。曲率中心Ｏｉ２₁は、継手の軸線Ｎ－Ｎから半径方向に外れ、外側継手部材３２の外径面よりさらに外側に位置し、曲率中心Ｏｉ２₂は、継手の軸線Ｎ－Ｎから半径方向に外れているが、外側継手部材３２の外径面より内側に位置する。３つの円弧状部分は、継手の軸方向範囲のｇ点、ｈ点で滑らかに接続されている。Ｏｉ２₁を曲率中心とする円弧状部分は、Ｏｉ２を曲率中心とする円弧状部分に対して反対方向に湾曲している。

【0071】

第２の外側トラック溝３９₂のボール軌道中心線Ｘ₂の曲率中心Ｏｏ２は、継手中心Ｏより奥側に位置し、第２の内側トラック溝３９₂のボール軌道中心線Ｙ₂の曲率中心Ｏｉ２は、継手中心Ｏより開口側に位置し、２つの曲率中心Ｏｏ２、Ｏｉ２は、継手中心Ｏに対して軸方向反対側に等量オフセットされているので、第２の外側トラック溝３７₂と第２の内側トラック溝３９₂とのくさび角は奥側に向かって開いている。

【0072】

本実施形態に係る電動車のドライブシャフトのアウトボード側の一端に装着された対向トラック溝形式の固定式等速自在継手３１においても、継手の作動角が０°の状態で、くさび角が外側継手部材３２の開口側に向かって開いている第１のトラック溝３７₁、３９₁の対と、奥側に向かって開いている第２のトラック溝３７₂、３９₂の対とが周方向に交互に形成されている。このため、第１の実施形態に係る電動車のドライブシャフトのアウトボード側の一端に装着された交差トラック溝形式の固定式等速自在継手１と同様に、内輪駆動又は外輪駆動の駆動方向が変わっても、保持器３５のポケット３５ａには、周方向に隣り合うボール３４で方向が異なるくさび角が発生し、かつ、保持器３５に作用するくさびによる力は、相殺されて、保持器３５の位置が安定する。このため、駆動方向が変わっても、内部力の変化が小さくなり、回生エネルギーの回収効率が高くなる。その他、くさび角の変動や挙動について第１の実施形態において前述した内容は、本実施形態でも同様であるので、準用する。

【0073】

以上説明した実施形態では、固定式等速自在継手のボールの個数が８個のものを例示したが、ボールの個数は８個以上、例えば、１０個あるいは、それ以上の個数も適宜実施することができる。

【0074】

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

【符号の説明】

【0075】

１、３１ 固定式等速自在継手
２、３２ 外側継手部材
３、３３ 内側継手部材
４、３４ ボール
５、３５ 保持器
５ａ、３５ａ スプライン
６、３６ 球状内周面
７、３７ トラック溝
７ａ 第１のトラック溝部
７ｂ 第２のトラック溝部
８、３８ 球状外周面
９、３９ トラック溝
９ａ 第１のトラック溝部
９ｂ 第２のトラック溝部
１２、４２ 球状外周面
１３、４３ 球状内周面
Ｍ ボール軌道中心線を含む平面
Ｎ 継手の軸線
Ｏ 継手中心
Ｏｏ１ 曲率中心
Ｏｉ１ 曲率中心
Ｏｏ２ 曲率中心
Ｏｉ２ 曲率中心
Ｘ ボール軌道中心線
Ｙ ボール軌道中心線
γ 傾斜角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】