JP2005337442A - 差動制限装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化が可能な差動制限装置を提供する。
【解決手段】 ピニオンギア３０、リングギア４０およびサンギア５０の表面にはヘリカル歯が設けられ、リングギア４０は、サンギア５０と同心軸上に相対回転可能に配置される。ピニオンギア３０のヘリカル歯は、サンギア５０およびリングギア４０のヘリカル歯の両方と噛み合う。キャリア２０は、サンギア５０と同心軸上にサンギア５０およびリングギア４０と相対回転可能に配置され、かつ、ピニオンギア３０を回転自在に支持する。リングギア４０は、径方向内方に延設された第１の側壁部４５および第２の側壁部４６によって、キャリア２０およびリングギア５０を挟み込む構造とすることで、リングギア４０を外側から覆うハウジングを設けることなく、差動制限機能を発揮するために発生するスラスト反力を保持することができる。
【選択図】 図２

Description

この発明は差動制限装置に関し、より特定的には、四輪駆動車両のセンターディファレンシャル（センターデフ）等に用いられる差動制限装置に関する。

車両のセンターデフ等に用いられ、前後輪間での駆動力（トルク）配分および差動時における差動制限力を発生する差動制限装置として、遊星歯車式のトルク感応ＬＳＤ（Limited Slip Differential）構造のものが知られている（たとえば、特許文献１）。
特開２００２−１９５３８１号公報（図１）

上記特許文献１の図１に開示された差動制限装置は、ピニオンギア４９を摺動可能に支持するデフケース３７と一体に固定され、インターナルギア５３の外周側に配置されるケーシング材３９を有している。この差動制限装置では、このケーシング材３９によって、スラストワッシャ６５を介してインターナルギア５３からのスラスト力を受ける構造となっている。

このため、差動制限装置に対しては車両搭載性の観点から小型化が望まれる一方で、上記の差動制限装置では、インターナルギア５３のスラスト力を受けるケーシング材３９がインターナルギア５３の径方向外方に設けられているので、装置外形を小型化することが困難である。

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、この発明の目的は、小型化が可能な差動制限装置を提供することである。

この発明による差動制限装置は、サンギアと、リングギアと、ピニオンギアと、キャリアとを備える。サンギアには、ヘリカル歯または斜歯が設けられる。リングギアにはヘリカル歯または斜歯が設けられ、かつ、リングギアは、サンギアと同心軸上に相対回転可能に配置される。ピニオンギアは、サンギアのヘリカル歯または斜歯およびリングギアのヘリカル歯または斜歯の両方と噛み合う。キャリアは、サンギアと同心軸上にサンギアおよびリングギアと相対回転可能に配置され、かつ、ピニオンギアを回転自在に支持する。特に、リングギアは、サンギアおよびキャリアを包囲するように径方向内方に延設された、対を成す第１および第２の側壁部を有する。第１の側壁部は、サンギアおよびキャリアの側面に隣接して配置され、第２の側壁部は、キャリアのフランジ部に隣接して配置される。

好ましくは、この発明による差動制限装置は、第１の側壁部とサンギアとの間に配置されたスラストワッシャをさらに備える。

また好ましくは、この発明による差動制限装置では、キャリアは、トランスミッションからの駆動力伝達を受ける入力軸と連結され、サンギアと前輪駆動用の出力軸と連結され、リングギアは、後輪の駆動用の出力軸と一体的な形状で設けられる。

さらに好ましくは、この発明による差動制限装置は、前輪および後輪の周速差が過大となったときに前輪の駆動軸および後輪の駆動軸の間に動力伝達経路を形成するための補助差動制限装置と、同心軸と交差する方向に沿って並列に配置される。

この発明による差動制限装置は、キャリアおよびリングギアをリングギアの第１および第２の側壁部によって挟み込む構造とすることで、リングギアを外側から覆うハウジングを設けることなく、差動制限機能を発揮するために発生するスラスト反力を保持することができる。したがって、装置の外径を縮小することができる。

さらに、第１の側壁部とサンギアの間にスラストワッシャを設けることにより、スラスト反力をより確実に保持できる。

また、この発明による差動制限装置は、キャリア、サンギアおよびリングギアを、入力軸、前輪駆動用の出力軸および後輪駆動用の出力軸とそれぞれ連結することにより、前輪および後輪の間の駆動トルク配分および周速差吸収を行なうセンターデフとして用いることができる。

特に、この発明による差動制限装置を補助差動制限装置と、同心軸すなわち駆動力の伝達方向と交差する方向に沿って並列配置することにより、車両搭載性を高めることができる。

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、以下で示す実施の形態において、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、その説明は繰返さない。

まず、図１を用いて、比較例として示される差動制限装置１００♯の構造を説明する。

図１を参照して、差動制限装置１００♯は、ハウジング１０と、キャリア２０と、キャリア２０に保持されるピニオンギア３０と、ピニオンギア３０に噛み合うサンギア５０およびリングギア４０とを備える。

キャリア２０は、トランスミッションからの駆動力伝達を受けるインプットシャフト６０とともに回転するように、インプットシャフト６０と連結される。

詳細には図示しないが、キャリア２０の内部空間には、同心回転軸１００ａの周方向に沿って複数個のピニオンギア３０が保持されている。ピニオンギア３０の表面にはヘリカル歯が設けられる。キャリア２０は、各ピニオンギア３０を回転自在に支持する。各ピニオンギア３０は、キャリア２０に設けられたボア内においてピニオンギア外径で支持される。これにより、キャリア２０およびピニオンギア３０の間の回転差が少なくなるように差動制限が行なわれる。

ピニオンギア３０が配置される軌道の外側にはリングギア４０が配置される。ピニオンギア３０の配置される軌道の内側にはサンギア５０が配置される。リングギア４０およびサンギア５０の表面には、ヘリカル歯が設けられる。リングギア４０のヘリカル歯または斜歯と、サンギア５０のヘリカル歯との両方は、ピニオンギア３０のヘリカル歯または斜歯と噛み合う。

なお、ピニオンギア３０、リングギア４０およびサンギア５０には、ヘリカル歯に代えて斜歯を設けることも可能である。

リングギア４０は、同心回転軸１００ａの周りを、すなわちサンギア５０と同心軸上に相対回転可能に配置される。同様に、キャリア２０は、サンギア５０と同心軸上に、サンギア５０およびリングギア４０と相対回転可能に配置される。

リングギア４０は後輪駆動用のアウトプットシャフト７０と連結され、サンギア５０は、前輪駆動用のアウトプットシャフト８０と連結される。

ピニオンギア３０のヘリカル歯（または斜歯）が、リングギア４０およびサンギア５０のヘリカル歯（または斜歯）と噛み合うことでスラスト力が発生する。ピニオンギア３０がある方向に回転（自転）すると、サンギア５０およびリングギア４０に発生するスラスト力により、リングギア４０あるいはサンギア５０がキャリア２０へ押し付けられることにより、キャリア２０とサンギア５０およびリングギア４０の間の回転差が少なくなるように差動が制限される。

このように、スラスト力の発生により差動制限機構を実現しているので、差動制限装置１００♯にはこれらのスラスト力を支持する構造が必要となる。具体的には、キャリア２０のフランジ部２５を覆うような形状でリングギア４０が設計され、かつ、リングギア４０を覆うようにハウジング１０が設けられる。さらに、ナット１５によって、キャリア２０をハウジング１０に対して固定することにより、ハウジング１０によってスラスト反力を支持している。

したがって、差動制限装置１００♯では、スラスト反力を支持するためにハウジング１０を配置する必要があるため、装置外径φｄ１を小さくすることは困難であった。

これに対して、この発明の実施の形態による差動制限装置では、以下に説明するように、ハウジング１０を配置することなくスラスト反力を支持可能な構造とすることにより、外形の小型化が図られる。

図２は、図１と対比される、この発明の実施の形態による差動制限装置１００の断面図である。

図２を参照して、この発明の実施の形態による差動制限装置１００は、図１に比較例として示した差動制限装置１００♯と比較して、ハウジング１０の配置が省略される点と、キャリア２０およびリングギア４０等の外形形状が異なる点と、スラストワッシャ１２０およびワッシャ２００がさらに備えられる点とで異なる。なお、キャリア２０、ピニオンギア３０、リングギア４０、サンギア５０、インプットシャフト６０、アウトプットシャフト７０，８０について、以降で言及しない点については、差動制限装置１００♯と同様であるものとする。すなわち、それぞれの要素の基本的な構造および機能等は、差動制限装置１００♯と同様である。

たとえば、差動制限装置１００においても、ピニオンギア３０、リングギア４０およびサンギア５０の表面には、ヘリカル歯（または斜歯）が設けられ、リングギア４０は、サンギア５０と同心軸上（１００ａ上）に相対回転可能に配置される。また、ピニオンギア５０のヘリカル歯（または斜歯）は、サンギア５０のヘリカル歯（または斜歯）およびリングギア４０のヘリカル歯（または斜歯）の両方と噛み合う。さらに、キャリア２０は、サンギア５０と同心軸上（１００ａ上）にサンギア５０およびリングギア４０と相対回転可能に配置され、かつ、ピニオンギア３０を回転自在に支持する。

また、インプットシャフト６０はこの発明による「入力軸」に相当し、アウトプットシャフト７０はこの発明による「後輪駆動用の出力軸」に相当し、アウトプットシャフト８０はこの発明による「前輪駆動用の出力軸」に相当する。

図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である図３に示すように、サンギア５０およびリングギア４０の自転の中心であり、ピニオンギア３０の公転の中心である点Ｏからサンギア５０のヘリカル歯（または斜歯）５１までの距離はｒ１である。これに対して、中心点Ｏからリングギア４０のヘリカル歯（または斜歯）４１までの距離はｒ２であり、ｒ１よりも大きい。ピニオンギア３０が公転すると、この公転力はリングギア４０およびサンギア５０に伝わるが、このときのリングギア４０の回転トルクとサンギア５０の回転トルクが異なる。すなわち、サンギア５０およびリングギア４０の回転トルク配分は以下の式で表わされる。

サンギア５０の回転トルク＝ｒ１／（ｒ１＋ｒ２）×１００％
リングギア４０の回転トルク＝ｒ２／（ｒ１＋ｒ２）×１００％
サンギア５０は前輪に接続されており、リングギア４０は後輪に接続されているため、実施の形態に従った差動装置では、リングギア４０（後輪）へ多くのトルクが伝わるようになる。

図４は、図２に示す差動制限装置１００の一部分を拡大して示す分解斜視図である。図４を参照して、キャリア２０は複数の内部空間（ボア）２１を有し、この内部空間２１にピニオンギア３０が嵌め合わされる。ピニオンギア３０の外表面にはヘリカル歯（または斜歯）３１が設けられる。ピニオンギア３０は複数個設けられ、その複数のピニオンギア３０を結ぶ円内にサンギア５０が配置される。サンギア５０の表面にもヘリカル歯（または斜歯）５１が形成されており、このヘリカル歯５１はピニオンギア３０のヘリカル歯３１と噛み合う。

図５は、差動装置内を伝達するトルクの経路を説明するために示すブロック図である。

図２および図５を参照して、エンジンからの出力は、トランスミッションおよびトランスファーを介してインプットシャフト６０に伝えられる。インプットシャフト６０の回転は、インプットシャフト６０とフランジ部２５で連結されたキャリア２０へ伝えられる。

キャリア２０の回転は、ピニオンギア３０へ伝えられる。ピニオンギア３０は、キャリア２０により回転自在に保持されているため、キャリア２０が回転すると、ピニオンギア３０は、回転軸１００ａを中心として公転する。この公転力がリングギア４０およびサンギア５０へ伝達される。リングギア４０は、アウトプットシャフト７０を介して、車両の後輪との間に動力伝達経路を形成するため、リングギア４０のトルクは車両の後輪へ伝わる。同様に、サンギア５０は、アウトプットシャフト８０を介して、車両の前輪との間に動力伝達経路を形成するため、リングギア４０のトルクは車両の前輪へ伝わる。

次に、リングギア４０およびサンギア５０に回転差が生じた場合について説明する。後輪スリップ時には、後輪の回転数、すなわち後輪に接続されたリングギア４０の回転数がサンギア５０の回転数よりも多くなるため、リングギア４０とサンギア５０との間に介在するピニオンギア３０がある方向に自転する。

このとき、キャリア２０への入力トルクによるヘリカルギアのねじれ角に応じて、サンギア５０からフランジ部２５へ向かうスラスト力が発生する。また、リングギア４０は、サンギア５０と反対方向に動くことでワッシャ２００との間にスラスト力を発生する。これにより、キャリア２０を介してリングギア４０とサンギア５０との間の回転差が少なくなるように差動が制限される。

一方、前輪スリップ時には、前輪の回転数が多くなる。この場合にはピニオンギア３０が逆方向に自転して、サンギア５０およびリングギア４０には上述の後輪スリップ時とはそれぞれ反対方向のスラスト力が発生する。これにより、リングギア４０とサンギア５０との間の回転差が少なくなるように差動が制限される。特に、差動制限トルクが入力トルクに応じて変化するので、差動制限装置１００は、トルク感応型ＬＳＤとして機能する。

このようなスラスト反力の発生によって、差動制限装置１００の差動制限機構が機能する。

再び図２を参照して、差動制限装置１００では、リングギア４０は、一対を成す第１の側壁部４５および第２の側壁部４６を有するような形状で設けられる。第１の側壁部４５および第２の側壁部４６は、サンギア５０およびキャリア２０を包囲するように、径方向内方に延設される。さらに、第１の側壁部４５は、サンギア５０およびキャリア２０の側面に隣接して配置され、第２の側壁部４６は、キャリア２０のフランジ部２５に隣接して配置される。

第２の側壁部４６は、スプライン１０５あるいは溶接等によって、リングギア４０の本体と一体に取り付けることができる。さらに、第２の側壁部４６は、アウトプットシャフト７０と一体的に形成されるので、リングギア４０は、後輪駆動用のアウトプットシャフト７０と一体化される。

さらに、第１側壁部４５側でのキャリア２０の内周径φｄ３をサンギア５０の外周径φｄ４よりも大きくすることにより、キャリア２０の内部空間にサンギア５０を組み付け可能とできる。さらに、第１の側壁部４５とサンギア５０およびキャリア２０との間の空間に、スラストワッシャ１２０およびワッシャ２００が設けられる。

以上説明したように、内部空間にサンギア５０を配したキャリア２０をリングギア４０によって挟み込む構造とすることで、ハウジング１０を設けることなく、差動制限機能を発揮するために発生するスラスト反力を保持することができる。この結果、この発明の実施の形態による差動制限装置１００では外径φｄ２を縮小することができる。

差動制限装置をセンターディファレンシャル（センターデフ）して用いるときには、前後輪間の過大な周速差を吸収するための制御カップリング（補助差動制限装置）と組合せることでより安定的なトラクション性能を発揮できる。したがって、以下では、車両搭載性の良好な、差動制限装置および補助差動制限装置の組合せ構成について説明する。

図６は、比較例として示される、図１に示した差動制限装置１００♯および補助差動制限装置２００♯の直列配置構成３００♯の断面図である。

図６を参照して、図１に示した差動制限装置１００♯および補助差動制限装置２００♯が、回転軸方向、すなわち車長方向（Ｘ方向）に沿って直列に配置される。差動制限装置１００♯は、エンジンからトランスミッション（Ｔ／Ｍ）を介してインプットシャフト６０に伝えられた駆動力を、差動制限機能を発揮した上で、後輪用のアウトプットシャフト７０および前輪用のアウトプットシャフト８０の間で配分する。アウトプットシャフト７０に伝達された駆動力は後輪へ伝えられ、アウトプットシャフト８０は、前輪を駆動するフロントアウトプットシャフト１６０と連結される。

直列配置構成３００♯は、前輪および後輪の周速差が所定よりも大きくなったときに、アウトプットシャフト７０およびフロントアウトプットシャフト１６０の間に動力伝達経路を形成するための制御クラッチ２３０を有する。

直列配置構成３００♯では、差動制限装置１００♯および補助差動制限装置２００♯が直列配置されるため、車長方向（Ｘ方向）の寸法が大きくなる。このため、車長方向（Ｘ方向）の寸法を縮小して車両搭載性を向上するためには、差動制限装置および補助差動制限装置を並列配置することが望ましい。

図７は、この発明の実施の形態による差動制限装置１００および補助差動制限装置２００♯の並列配置構成３００の断面図である。

図７を参照して、図２に示した差動制限装置１００および補助差動制限装置２００♯が、回転軸方向と交差する方向、すなわち車幅方向（Ｙ方向）に沿って並列配置される。

差動制限装置１００は、エンジンからトランスミッション（Ｔ／Ｍ）を介してインプットシャフト６０に伝えられた駆動力を、差動制限機能を発揮した上で、リングギア４０と一体化された後輪用のアウトプットシャフト７０および前輪用のアウトプットシャフト８０の間で分配する。

アウトプットシャフト８０およびフロントアウトプットシャフト１６０の間には、カウンター中間ギア１３０を介して、動力伝達経路が形成される。一方、アウトプットシャフト７０は、後輪を駆動するリアアウトプットシャフトを構成する。

トルクトランスファーギア１１０，１１５を介して、リアアウトプットシャフト７０は、補助差動制限装置２００♯のアウターカップリング２２０と連結される。一方、補助差動制限装置２００♯のインナーシャフト２１０は、カウンター中間ギア１３０と連結される。したがって、制御クラッチ２３０によって、インナーシャフト２１０およびアウターカップリング２２０を接続することにより、前輪および後輪の周速差が所定よりも大きくなったときに、リアアウトプットシャフト７０およびフロントアウトプットシャフト１６０の間に動力伝達経路を形成可能である。

並列配置構成３００では、車長方向（Ｘ方向）の寸法が縮小される一方で、差動制限装置の外径が大きいとカウンター中間ギア１３０の径大化を招き、車両搭載性が悪化する。このため、ハウジングの廃止によって外径が縮小された差動制限装置１００の適用により、車両搭載性に優れた差動制限装置および補助差動制限装置の並列構成を実現することができる。

なお、図２では、第１の側壁部４５とキャリア２０およびサンギア５０との間の空間にスラストワッシャ１２０を設ける構成の差動制限装置１００を例示したが、図８に示すように、スラストワッシャ１２０の配置を省略する構成としてもよい。

図８を図２と比較して、スラストワッシャ１２０の省略に伴い、第１の側壁部４５は、ワッシャ２００を介して、キャリア２０およびサンギア５０の側面に隣接して配置される。
第２の側壁部４６は、ワッシャ２０１を介して、キャリア２０のフランジ部２５に隣接して配置される。

第１の側壁部４５は、スプライン１０５♯あるいは溶接等によって、リングギア４０の本体と一体的に取り付けられる。リングギア４０本体と一体的に設けられた第２の側壁部４６は、図２の構成と同様に、アウトプットシャフト７０と連結、あるいは一体的に形成される。このような構成としても、図２に示した構成と同様に、ハウジングの廃止によって外径が縮小された車両搭載性に優れた差動制限装置が実現される。

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。

比較例として示される差動制限装置の断面図である。 この発明の実施の形態による差動制限装置の断面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図２に示す差動制限装置の一部を拡大して示す分解斜視図である。 トルク伝達経路を説明するためのブロック図である。 比較例として示される、図１に示す差動制限装置および補助差動制限装置の直列配置構成を説明する断面図である。 この発明の実施の形態による、図２に示す差動制限装置および補助差動制限装置の並列配置構成を説明するセンターデフの断面図である。 この発明の実施の形態の他の構成例による差動制限装置を説明するための図２と対比される断面図である。

符号の説明

１０ ハウジング、１５ ナット、２０ キャリア、２５ フランジ部（キャリア）、３０ ピニオンギア、３１ ヘリカル歯（ピニオンギア）、４０ リングギア、４１ ヘリカル歯（リングギア）、４５ 第１の側壁部、４６ 第２の側壁部、５０ サンギア、５１ ヘリカル歯（サンギア）、６０ インプットシャフト、７０ アウトプットシャフト（リアアウトプットシャフト）、８０ アウトプットシャフト（前輪側）、１００ａ 同心回転軸、１００ 差動制限装置、１０５ スプライン、１２０ スラストワッシャ、１１０，１１５ トルクトランスファーギア、１３０ カウンター中間ギア、１６０ フロントアウトプットシャフト、２００♯ 補助差動制限装置、２３０ 制御クラッチ、３００ 並列配置構成（差動制限装置および補助差動制限装置）、３００♯ 直列配置構成（差動制限装置および補助差動制限装置）、φｄ１，φｄ２ 差動制限装置外径、φｄ３ キャリア内周径、φｄ４ サンギア外周径。

Claims (4)

1. ヘリカル歯または斜歯が設けられたサンギアと、
   ヘリカル歯または斜歯が設けられ、かつ、前記サンギアと同心軸上に相対回転可能に配置されたリングギアと、
   前記サンギアのヘリカル歯または斜歯および前記リングギアのヘリカル歯または斜歯の両方と噛み合うピニオンギアと、
   前記サンギアと同心軸上に前記サンギアおよび前記リングギアと相対回転可能に配置され、かつ、前記ピニオンギアを回転自在に支持するキャリアとを備え、
   前記リングギアは、前記サンギアおよび前記キャリアを包囲するように径方向内方に延設された、対を成す第１および第２の側壁部を有し、
   前記第１の側壁部は、前記サンギアおよび前記キャリアの側面に隣接して配置され、
   前記第２の側壁部は、前記キャリアのフランジ部に隣接して配置される、差動制限装置。
2. 前記第１の側壁部と前記サンギアとの間に配置されたスラストワッシャをさらに備える、請求項１に記載の差動制限装置。
3. 前記キャリアは、トランスミッションからの駆動力伝達を受ける入力軸と連結され、
   前記サンギアと前輪駆動用の出力軸と連結され、
   前記リングギアは、後輪の駆動用の出力軸と一体的な形状で設けられる、請求項１に記載の差動制限装置。
4. 当該差動制限装置は、前輪および後輪の周速差が過大となったときに前記前輪の駆動軸および前記後輪の駆動軸の間に動力伝達経路を形成するための補助差動制限装置と、前記同心軸と交差する方向に沿って並列に配置される、請求項３に記載の差動制限装置。

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