JP2005214347A - 差動装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 疲労寿命が長く、かつサイズおよび重量の増加を最小限に抑えることができる差動装置を提供する。
【解決手段】 差動装置は、入力された駆動力を第1および第2の出力に分割し、かつ第1および第2の出力間の差動を許容する。差動装置100は、内部空間120iと、その内部空間120iに連なる開口120hとを規定し、ある方向(矢印R1)と、逆の方向(矢印R2)とに回転可能なケーシングとしてのデフケース120を備える。デフケース120は、駆動力が入力される入力部分としてのフランジ部分110を有する。フランジ部分110に矢印R1で示す方向に駆動力を繰返し入力した場合のデフケース120の疲労寿命は、フランジ部分110に逆の方向(矢印R2)に駆動力を繰返し入力した場合のデフケース120の疲労寿命よりも大きくなるようにデフケース120が構成されている。矢印R1で示す方向は、車両を前進させる方向の回転である。
【選択図】 図1

Description

この発明は差動装置に関し、特に自動車で用いられる差動装置に関するものである。
従来、自動車用の差動装置は、たとえば実開昭58−144141号公報(特許文献1)に開示されている。上記公報に開示された差動装置では、非分割型のデフケースと、デフケースに各先端部を挿入状態で支持される支持構造の2ピニオン用ピニオンシャフトを有する差動装置において、2ピニオン用ピニオンシャフトに代えて簡易型4ピニオンシャフトを設ける技術が開示されている。
実開昭58−144141号公報
上述のような従来の差動装置では、一般に車両を後進させる頻度と比較して前進の頻度が高いため、前進側の駆動力により引張り応力が生じる角部の疲労寿命が不足するという問題があった。特に、内燃機関の出力トルクを向上させる場合、または変速機のギヤ比の設計変更などにより入力される駆動力が増大する場合、特に前進側の駆動力により引張り応力が発生する角部の疲労寿命が不足する。このような大きな駆動力に耐えうる差動装置とするためには、設計変更の規模が大きく、かつサイズが大きくなる搭載性が悪化するとともに、重量が増加するという問題があった。
そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、大きな駆動力に耐えることができ、かつ重量およびサイズの増加を最小限に抑えることが可能な差動装置を提供することを目的する。
この発明に従った差動装置は、入力された駆動力を第1および第2の出力に分割し、かつ第1および第2の出力間の差動を許容する。差動装置は、内部空間と、その内部空間に連なる開口を規定し、ある方向と、逆の方向とに回転可能なケーシングを備える。ケーシングは、駆動力が入力される入力部分を有する。入力部分にある方向に駆動力を繰返し入力した場合のケーシングの疲労寿命は、入力部分に逆の方向に駆動力を繰返し入力した場合の疲労寿命よりも大きくなるようにケーシングが構成されている。
このように構成された差動装置では、ある方向に駆動力を繰返し入力した場合のケーシングの疲労寿命が、逆の方向に駆動力を入力した場合のケーシングの疲労寿命よりも大きくなるようにケーシングが構成されているため、使用頻度の高い回転方向をある方向となるように設定すれば、ある方向に対する駆動力に対してはケーシングの疲労寿命が大きくなる。つまり、使用頻度の高い方向に対して疲労寿命を長くし、使用頻度の小さい方向に対するケーシングの疲労寿命を小さくしているため両方の回転に対して疲労寿命を大きくする場合に比べて差動装置の寸法および重量を増加させることがない。また、使用頻度が大きい、ある方向での疲労寿命が長いため、大きな駆動力にも耐え得ることができる。
好ましくは、ある方向の回転は、車両を前進させる方向の回転である。この場合、一般的に車両の前進の頻度が高いため、頻度の大きい前進方向に対して寿命が長い差動装置を提供することができる。
好ましくは、差動装置は、内部空間に収納されて駆動力を第1および第2の出力に分割する分割機構と、分割機構を支持するようにケーシングに接触して設けられた支持部材とをさらに備える。分割機構はピニオンギヤを含み、支持部材はピニオンギヤを自転可能に支持し、かつピニオンギヤを公転させるピニオンシャフトを含む。
好ましくは、ケーシングは支持部材と接触する支持部分を有し、疲労寿命は、支持部材を回転させずに入力部分に駆動力を入力することで測定される。
好ましくは、ケーシングは、支持部分と異なる位置に設けられた出力部分を有する。疲労寿命は、出力部分を回転させずに入力部分に駆動力を入力することで測定される。
好ましくは、開口の形状を、ケーシングの回転軸に対して非対称形状とすることでケーシングの疲労寿命が調整される。
好ましくは、開口は、角部にR形状を有する長方形状であり、隣り合う角部のR形状が互いに異なる。
より好ましくは、ケーシングの特定部分に熱処理を施すことで、ケーシングの疲労寿命が調整される。
この発明に従えば、強度および疲労寿命が大きく、かつサイズおよび重量の増加を抑えることができる差動装置を提供することができる。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの左側面図である。図2は、図1中のII−II線に沿った断面図である。図3は、この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの右側面図である。図1から図3を参照して、この発明の実施の形態1に従った差動装置100で用いられるデフケース120は内部空間120iを有する箱状であり、この一方端には、フランジ部分110および突出部分150が設けられ、他方端には出力部分130が設けられている。突出部分150および出力部分130はともに筒状であり、それぞれが内部空間120iに連なっている。デフケース120の外径はフランジ部分110から出力部分130に向かうにつれて小さくなっている。
内部空間120iは、差動装置100を構成する要素、たとえば動力を分割するピニオンギヤ、ピニオンギヤを支持するピニオンシャフトおよびピニオンギヤに噛み合うサイドギヤを収納する。これらの各要素を内部空間120iへ挿入するための開口120hがデフケース120の側面に設けられている。すなわち、開口120hは右側面と左側面のそれぞれに1つずつ設けられ、互いに対称形状となっている。
開口120hは角部が丸められた長方形状、すなわち、楕円に近似した形状であり、デフケース120の回転軸100aに対して非対称形状となっている。開口120hの長い対角線の長さがL1であり、短い対角線の長さがL2(L2はL1より小さい)である。なお、実施の形態1では開口は角部が丸められた形状とされているが、この角部が必ずしも丸められている必要はない。
フランジ部分110は、図示しないリングギヤに接続される。リングギヤはドライブピニオンから動力を受取り、その動力をフランジ部分110に伝える。これにより、フランジ部分110は矢印R1で示す方向と、矢印R2で示す方向の両方向に回転することが可能である。フランジ部分110には、複数の孔111が設けられ、孔111にボルトを挿入することでリングギヤがフランジ部分110に取付けられる。
フランジ部分110に隣接するように筒状体からなる突出部分150が設けられる。突出部分150内にはドライブシャフトが挿入される。突出部分150はデフキャリア内またはトランスミッションケース内でベアリングにより支持されることも可能である。突出部分150は出力部分130と同軸上に設けられる。
開口120hは、第1角部121、第2角部122、第3角部123および第4角部124により規定される。それぞれの角部はR形状またはRが連続的に変化する曲面形状であり、第1角部121および第3角部123の曲率半径が大きく、すなわち緩やかに湾曲しており、第2角部122および第4角部124の曲率半径が小さく、すなわち急激に湾曲している。
第1角部121および第3角部123は、開口の中心120cからの距離が小さいため、第1角部121および第3角部123でのデフケース120の強度は大きくなる。これに対して、第2角部122および第4角部124は、開口の中心120cからの距離が大きくなるため、第2角部122および第4角部124では、デフケース120の強度が小さくなる。内部空間120i内に各部品を挿入する場合には、この開口120hから部品を挿入するのであるが、このとき寸法がL1までの部品であれば、この開口120hから内部空間120iへ挿入することができる。
デフケース120を貫通するようにピニオンシャフトを挿入するための孔125が設けられている。孔125の延びる方向は回転軸100aの延びる方向と直交するように設けられる。また、孔125の延びる方向と直交する方向に延びるようにピンを挿入するための孔126も設けられている。
図4は、この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの平面図である。なお、底面図は平面図と同一形状である。図4を参照して、デフケース120の頂部に孔125が設けられる。孔125はほぼ円形状である。平面図で示されるように、図4の上側部分の開口120hは見えているのに対し、下側の開口は見えていない。このことからも、開口120hは回転軸100aに対して非対称形状であることがわかる。
図5は、この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの正面図である。図6は、この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの背面図である。図5および図6を参照して、デフケース120のフランジ部分110は円盤形状であり、円周を等分するように孔111が設けられている。なお、孔111の数および配置は図5および図6で示すものに限られず、不均等に孔111を配列することも可能である。
図5で示されるように、デフケース120の左右両側に開口120hが設けられている。出力部分130はプロペラシャフトを介して後輪へ接続される。また、出力部分130を取囲む領域には、ドライブシャフトが挿入され、このドライブシャフトと出力部分130とは互いに関連せずに回転することが可能である。すなわち、突出部分150から出力部分130へつながる空間へドライブシャフトが挿入され、このドライブシャフトはサイドギヤに接続される。
図7から図10は、この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの斜視図である。図7から図10を参照して、デフケース120は、円筒形状の突出部分150と、円盤形状で駆動力が入力されるフランジ部分110と、突出部分150と反対側の端部に設けられる出力部分130を有する。デフケース120は、突出部分150および出力部分130に連なる内部空間120iを規定しており、この内部空間と外部とを接続する開口120hがデフケース120の側面に設けられている。開口120hと異なる位置に、ピニオンシャフトを挿入するための孔125が設けられている。
図11は、この発明の実施の形態1に従った差動装置の断面図である。図11を参照して、デフケース120の内部空間120iには、動力を分割するピニオンギヤ143、ピニオンギヤ143を保持するピニオンシャフト141、ピニオンシャフト141を位置決めするピン142、ピニオンギヤ143に噛み合う1対のサイドギヤ144が収納される。なお、この図では、サイドギヤ144には等速ジョイントが設けられていないが、サイドギヤ144に一体的に等速ジョイントの構成要素が設けられていてもよい。
サイドギヤ144はドライブシャフトに接続されており、サイドギヤ144からの出力が車輪に伝達される。出力部分130はプロペラシャフトに接続される。なお、この実施の形態で示した差動装置100は、センターデフを有さない四輪駆動車のフロントデフとして用いられる。
内部空間120iを貫通するようにピニオンシャフト141が設けられている。ピニオンシャフト141を中心としてピニオンギヤ143は自転することが可能である。ピニオンシャフト141はデフケース120とともに図1の矢印R1,R2で示す方向に回転することが可能であるため、ピニオンギヤ143も矢印R1,R2で示す方向に回転することが可能である。すなわち、ピニオンギヤ143は自転および公転が可能である。
ピニオンシャフト141はピン142により位置決めされている。ピニオンギヤ143およびサイドギヤ144は内部空間120iを規定するデフケース120の内表面と摺動するため、デフケース120の内表面のうち、ピニオンギヤ143およびサイドギヤ144と摺動する部分については熱処理などにより耐摩耗性を高めることも可能である。
この発明の実施の形態1に従った差動装置100は、入力された駆動力を第1および第2の出力に分割し、かつ第1および第2の出力間の差動を許容する。差動装置100は、内部空間120iと、その内部空間120iに連なる開口120hを規定し、ある方向(矢印R1で示す方向)と、逆の方向(矢印R2で示す方向)とに回転可能なケーシングとしてのデフケース120を備える。
デフケース120は、駆動力が入力される入力部分としてのフランジ部分110を有する。フランジ部分110に、矢印R1で示す方向に駆動力を繰返し入力した場合のデフケース120の疲労寿命は、フランジ部分110に逆の方向に駆動力を入力した場合のデフケース120の疲労寿命よりも大きくなるようにデフケース120が構成されている。
矢印R1で示す方向は車両を前進させる方向の回転である。差動装置100は、内部空間120iに収納されて駆動力を第1および第2の出力に分割する分割機構としてのピニオンギヤ143と、ピニオンギヤ143を支持するようにデフケース120に接触して設けられた支持部材としてのピニオンシャフト141とをさらに備える。ピニオンシャフト141は、ピニオンギヤ143を自転可能に支持し、かつピニオンギヤ143を公転させることが可能である。
デフケース120は、ピニオンシャフト141と接触する支持部分としての孔125を有し、上述の疲労寿命は、支持部分を回転させずにフランジ部分110に駆動力を入力することで測定される。また、デフケース120は、駆動力を出力するための出力部分130を有する。疲労寿命は、出力部分130を回転させずにフランジ部分110に駆動力を入力することで測定される。つまり、フランジ部分110と孔125間の疲労寿命およびフランジ部分110と出力部分130間の疲労寿命の少なくとも一方が、ある回転に対して大きく、逆の回転に対して小さければよい。
開口120hの形状を回転軸100aに対して左右非対称形状とすることで、デフケース120の疲労寿命が調整される。また、開口120hは、角部にR形状を有する長方形状であり、隣り合う角部のR形状が互いに異なる。
この発明に従った差動装置100で設けられるデフケース120では、開口120hの形状が非対称形状とされている。すなわち、サイドギヤ144およびピニオンギヤ143を内部に組付け可能な開口120hが設けられるデフケース120を備える差動装置において、開口120hは、差動装置に後進方向の駆動力が繰返し負荷されたときの疲労寿命と比較して、前進方向の駆動力であって後進方向の駆動力と等しい駆動力が繰返し負荷されたときの疲労寿命を長くする形状とされている。
その具体的な方策として、開口120hは角部にR形状を有する長方形状とされており、差動装置100の回転方向にて隣り合う角部のR形状が異なる。これにより、差動ギヤの組付け性を維持しつつ、増大された駆動力に対し、必要な疲労寿命を満足することができ、デフケース120のサイズを変更する必要がなくなるため、搭載性が向上し、重量の増加を抑制できる。また、角部のR形状を調整することにより、少ない設計変更のみで上述の効果を確実に達成することができる。
角部について詳細に説明すると、一般に、デフケース120を構成する鋼材は引張り応力に対する寿命が小さく、圧縮応力に対する寿命が大きい。その結果、使用頻度が大きい回転方向(前進のための回転方向)で引張り応力が発生する部分の疲労寿命を大きくすればデフケース全体の疲労寿命が増加する。第1角部121および第3角部123では、前進時、すなわち矢印R1で示す方向に駆動力が与えられた場合に引張り応力が発生する。その結果、この部分での曲率半径を大きくすることで、第1角部121および第3角部123の強度を向上させている。これに対し、圧縮応力が発生する第2角部122および第4角部124では、曲率半径を小さくする。これにより、対角線長さL1を長くし、差動ギヤを挿入するスペースを確保している。
また、デフケース120で駆動力が入力される部分と、駆動力を出力する部分との間で上述の引張り応力および圧縮応力が発生する。二輪駆動車の差動装置として用いる場合には、フランジ部分110から駆動力が入力され、ピニオンシャフト141を保持する孔125が出力の駆動力を支持する。その結果、フランジ部分110と孔125との間に上述の引張り応力および圧縮応力が発生する。引張り応力が発生する第1角部121および第3角部123での寿命を大きくする設計とする。
疲労寿命は、デフケース120のフランジ部分110を回転させて開口120hを破壊するのに必要なトルクを破壊トルクとしたとき、破壊トルクの40%をフランジ部分110に入力して、デフケース120のある部分を固定して、破壊に至るまでのトルクの入力回数によって評価する。
また、出力部分130がリアのプロペラシャフトに接続される場合には、フランジ部分110に駆動力が入力され、出力部分130から駆動力が出力される。この場合、フランジ部分110と出力部分130との間で引張り応力が発生する部分の寿命を長くする。
このように構成された、この発明に従った差動装置では、重量およびサイズの増加を最小限に抑えることができ、かつ寿命の長い差動装置を提供することができる。
(実施の形態2)
図12は、この発明の実施の形態2に従った差動装置で用いられるデフケースの左側面図である。図12を参照して、この発明の実施の形態2に従った差動装置では、開口120hが回転軸100aに対して左右対称形状である。しかしながら、部分的に強度を高めるために、第1角部121および第3角部123に高周波熱処理が施されている点で、実施の形態1に従った差動装置と異なる。第1角部121および第3角部123の熱処理方法としては、高周波焼入れ、浸炭処理など、金属の寿命を高めるさまざまな処理を施すことが可能である。また、第1角部121および第3角部123にショットブラスト、ショットピーニングなどの物理的な処理を施してもよい。すなわち、この発明の実施の形態2に従った差動装置で用いられるデフケースでは、デフケースの特定部分に熱処理を施すことで、デフケースの疲労寿命が調整される。
このように構成された、この発明の実施の形態2に従ったデフケースでは、実施の形態1に従ったデフケースと同様の効果を得ることができる。
(実施の形態3)
図13は、この発明の実施の形態3に従った自動車の駆動装置のブロック図である。図13を参照して、自動車の駆動装置は、駆動力を発生させるエンジン200と、エンジン200からの駆動力を受取り、回転数および回転トルクを変換するトランスミッション300と、トランスミッション300の出力を受取り、さらに変速する副変速機としてのトランスファー400と、トランスファー400に接続されたフロントデフ100xおよびリアデフ100yとを有する。フロントデフ100xおよびリアデフ100yのいずれか一方において、実施の形態1および2に従った差動装置を適用することが可能である。図14では、センターデフが存在しない、パートタイム型四輪駆動車を示している。このような自動車において実施の形態1および2で示す差動装置を用いることができる。
(実施の形態4)
図14は、この発明の実施の形態4に従った自動車の駆動装置を説明するためのブロック図である。図14では、トランスミッション300に動力を分配するためのセンターデフ100zが設けられており、センターデフ100zからの出力がフロントデフ100xおよびリアデフ100yに伝えられる。フロントデフ100x、センターデフ100zおよびリアデフ100yの少なくともいずれかで実施の形態1および2に従った差動装置を適用することができる。なお、センターデフ100zとトランスミッション300との間に副変速機としてのトランスファーが設けられていてもよい。図5で示す駆動装置はフルタイム型四輪駆動車を示している。このようなフルタイム型の四輪駆動車でもこの発明に従った差動装置を提供することができる。
(実施の形態5)
図15は、この発明の実施の形態5に従った自動車の駆動装置を示すブロック図である。図15を参照して、この発明の実施の形態5に従った自動車の駆動装置では、センターデフが省略されている点で、実施の形態4に従った自動車と異なる。すなわち、トランスミッション300の出力はセンターデフを介することなくフロントデフ100xとリフデフ100yに分配される。フロントデフ100xおよびリアデフ100yの少なくともいずれかで、実施の形態1および2に従った差動装置を適用することができる。フロントデフ100xとリアデフ100y間の回転差を吸収するためのビスカスカップリングなどを設けてもよい。このように簡易型の四輪駆動車に対しても本発明の差動装置を適用することができる。
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、この差動装置は、自動車の前輪および後輪の差動装置として用いるだけでなく、四輪駆動車または六輪駆動車のセンターデフとして用いることも可能である。また、適用する自動車として、ガソリンエンジンを動力とする自動車だけでなく、ガソリンと電気を動力とするハイブリッド自動車、または燃料電池車に適用することも可能である。
また、この発明に関しては車両の差動装置として説明したが、車両に限定されるものではなく、ある方向と逆の方向とで使用頻度が異なるような差動装置の分野であれば、この発明を適用することが可能である。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
この発明は、たとえば自動車の差動装置の分野で適用することが可能である。
この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの左側面図である。 図1中のII−II線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの右側面図である。 この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの平面図である。 この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの正面図である。 この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの背面図である。 この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの斜視図である。 この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの斜視図゛てある。 この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの斜視図である。 この発明の実施の形態1に従った差動装置で用いられるデフケースの斜視図である。 この発明の実施の形態1に従った差動装置の断面図である。 この発明の実施の形態2に従った差動装置で用いられるデフケースの左側面図である。 この発明の実施の形態3に従った自動車の駆動装置のブロック図である。 この発明の実施の形態4に従った自動車の駆動装置のブロック図である。 この発明の実施の形態5に従った自動車の駆動装置のブロック図である。
符号の説明
100 差動装置、100a 回転軸、110 フランジ部分、120 デフケース、120h 開口、120i 内部空間、121 第1角部、122 第2角部、123 第3角部、124 第4角部、125 孔、130 出力部分、141 ピニオンシャフト、142 ピン、143 ピニオンギヤ、144 サイドギヤ、150 突出部分。

Claims (8)

  1. 入力された駆動力を第1および第2の出力に分割し、かつ第1および第2の出力間の差動を許容する差動装置であって、
    内部空間と、その内部空間に連なる開口とを規定し、ある方向と、逆の方向とに回転可能なケーシングを備え、
    前記ケーシングは、駆動力が入力される入力部分を有し、
    前記入力部分にある方向に駆動力を繰返し入力した場合の前記ケーシングの疲労寿命は、前記入力部分に逆の方向に駆動力を繰返し入力した場合の前記ケーシングの疲労寿命よりも大きくなるように前記ケーシングが構成される、差動装置。
  2. 前記ある方向の回転は、車両を前進させる方向の回転である、請求項1に記載の差動装置。
  3. 前記内部空間に収納されて駆動力を第1および第2の出力に分割する分割機構と、前記分割機構を支持するように前記ケーシングに接触して設けられた支持部材とをさらに備え、
    前記分割機構はピニオンギヤを含み、前記支持部材は前記ピニオンギヤを自転可能に支持し、かつ前記ピニオンギヤを公転させるピニオンシャフトを含む、請求項1または2に記載の差動装置。
  4. 前記ケーシングは、前記支持部材と接触する支持部分を有し、前記疲労寿命は、前記支持部分を回転させずに前記入力部分に駆動力を入力することで測定される、請求項3に記載の差動装置。
  5. 前記ケーシングは、前記支持部分と異なる位置に設けられた出力部分を有し、
    前記疲労寿命は、前記出力部分を回転させずに前記入力部分に駆動力を入力することで測定される、請求項1または2に記載の差動装置。
  6. 前記開口の形状を、前記ケーシングの回転軸に対して非対称形状とすることで前記ケーシングの疲労寿命が調整される、請求項1から5のいずれか1項に記載の差動装置。
  7. 前記開口は、角部にR形状を有する長方形状であり、隣り合う角部のR形状が互いに異なる、請求項6に記載の差動装置。
  8. 前記ケーシングの特定部分に熱処理を施すことで、前記ケーシングの疲労寿命が調整される、請求項1から5のいずれか1項に記載の差動装置。
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