JP2006242377A - デファレンシャル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑オイルの種類に拘わらず正常に機能することによって開発容易で低コストで使用可能にし、スティックスリップ現象と振動（ＮＶＨ）と騒音の発生を防止し、耐焼き付き性と差動制限機能を向上させる。
【解決手段】 エンジンからの駆動力で回転すると共に潤滑油が流入するデフケース３と、ピニオンシャフト５に回転自在に支承されたピニオンギア７と、ピニオンギア７と噛み合うと共に差動する一対の出力ギア９，１１とからなる差動機構と、デフケース３及び出力ギア９，１１との間に設けられてピニオンギア７と出力ギア９，１１との噛み合い反力により出力ギア９，１１との摩擦部で摺動し出力ギア９，１１の差動回転を制限する制限力を発生させる摩擦部材１５を有する差動制限機構１７とを備えたデファレンシャル装置１であって、摩擦部材１５と出力ギア９，１１との摩擦部の少なくとも一方に潤滑油を保持する潤滑油保持手段２３を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、差動制限機能を有するデファレンシャル装置に関する。

特許文献１に従来のデファレンシャル装置の一例が記載されている。

このデファレンシャル装置において、原動機の駆動力はデフケースから差動ギヤとしてのピニオンギアと一対の出力ギヤとしてのサイドギアとを介して左右の車輪に配分され、悪路や低μ路の走行時、発進時、加速時などで車輪間に駆動抵抗差が生じると、エンジンの駆動力はピニオンギアの自転によって左右の車輪に差動配分される。

また、デフケースと各サイドギアとの間に摩擦部としてコーンクラッチが形成され、サイドギアの噛み合い反力を受けて締結され、差動を制限して車両の操作性と走行性と安定性（操安性）を向上させる。
実開平５−８０８５５号公報

コーンクラッチを形成するデフケースとサイドギアの摩擦部には、所望のオイル保持性及び差動制限力（摩擦抵抗；μ）を得るために、一般に、間隔の粗い、深溝が形成されている。

しかし、この溝では、摩擦部からオイルが流れ出し易く、コーンクラッチの場合、流れ出しによってオイル切れが生じると摩擦部がメタル接触し、互いに付着（スティック）と滑り（スリップ）とを繰り返す現象であるスティックスリップ現象及び振動（ＮＶＨ：ノイズ・バイブレーション・ハーシュネス）と、これらに共なう騒音が生じる。

また、摩擦部にオイル切れが生じると、耐焼き付き性が低下する上に、差動制限機能と車両の操安性も低下する恐れがある。

一方、差動制限機能付きデファレンシャル装置には、表面活性剤などが添加されそれだけ高価な差動制限機能付きデファレンシャル装置用オイル（ＬＳＤオイル）だけでなく、ＡＴＦ（オートマティク・トランスミッション・オイル）やＭＴＦ（マニュアル・トランスミッション・オイル）やハイポイドオイルなどを用いても、オイルの種類に拘わらず正常に機能し、それだけ低コストで使用できるタフな性能が求められているが、オイル切れに伴う上記のような現象は、ＡＴＦやＭＴＦやハイポイドオイルの場合（特に、オイル粘度が下がる高温時に）生じ易い。また、ＬＳＤオイルの場合でも、添加剤の効果によって騒音は発生しにくいが、摩擦部でオイル切れが生じると摩擦抵抗（μ）の低下に伴って差動制限機能が低下し、車両の操安性も低下する恐れがある。

そこで、この発明は、潤滑オイルの種類に拘わらず正常に機能し、開発容易で、低コストで使用可能であり、スティックスリップ現象と振動（ＮＶＨ）と騒音の発生が防止され、耐焼き付き性と差動制限機能が向上するデファレンシャル装置の提供を目的としている。

請求項１のデファレンシャル装置は、エンジンからの駆動力で回転すると共に潤滑油が流入するデフケースと、前記デフケースと一体に回転すると共に自転可能にデフケース内に収容された差動ギヤと、前記差動ギヤと噛み合うと共に差動する一対の出力ギアとからなる差動機構と、前記デフケースと出力ギアとの間又はデフケースと差動ギヤとの間の差動回転を制限する制限力を発生させる摩擦部を有する差動制限機構とを備えたデファレンシャル装置であって、前記摩擦部に前記潤滑油を保持する潤滑油保持手段を設けたことを特徴とする。

請求項２のデファレンシャル装置は、請求項１に記載されたデファレンシャル装置であって、前記潤滑油保持手段は、前記摩擦部に設けた、複数の微細な凹みからなる油滴溜まりであることを特徴とする。

請求項３のデファレンシャル装置は、請求項１または請求項２に記載されたデファレンシャル装置であって、前記摩擦部は、前記出力ギアと前記デフケースとの間に挟持される摩擦片部と、前記デフケースに連結される連結部とからなる摩擦部材に形成された第１の摩擦部と、前記出力ギヤに形成された第２の摩擦部から成り、前記第１の摩擦部が、前記第２の摩擦部に向けて凸型の曲面を有することを特徴とする。

請求項１のデファレンシャル装置は、差動制限機構を構成する摩擦部に潤滑油を保持する潤滑油保持手段を設けたことによってオイル切れとメタル接触が防止され、スティックスリップ現象と振動（ノイズ・バイブレーション・ハーシュネス）と騒音が防止されると共に、摩擦部の耐焼き付き性が向上し、差動制限機能と車両の操安性も向上する。

さらに、オイル切れ防止に伴う上記の効果により、本発明のデファレンシャル装置はオイルの種類に拘わらず正常に機能し、オイルを選ばないから、それだけ、設計の自由度が向上して開発が容易になると共に、低コストで使用可能になる。

また、潤滑油保持手段を、互いに複数の微細な凹みからなる油滴溜まりで構成した請求項２では、従来例のような間隔の粗い深溝と異なって、摩擦部からのオイルの流れ出しが効果的に防止されるから、さらに優れたオイル保持機能（オイル切れ防止機能）が得られる。

また、出力ギアの摩擦部を摩擦部材に形成した摩擦部に対して凸型の曲面にしたことにより、噛み合い反力を受けて押圧されると摩擦部材がこの凸部に沿って適度に撓み、出力ギアと摩擦部材との間で摺動時の摩擦部の片当たりが防止されて広い面積で接触するから、摩擦部の耐焼き付き性がさらに向上すると共に、差動制限機能がさらに安定する。

＜一実施例＞
図１と図２と図３によってフロントデフ１（実施例のデファレンシャル装置）の説明をする。左右の方向はフロントデフ１を用いた車両及び図１での左右の方向であり、符号を与えていない部材等は図示されていない。

この車両の動力系は、エンジン（原動機）、トランスミッション、フロントデフ１（駆動力を左右の前輪に配分するデファレンシャル装置）、前車軸、左右の前輪、左右の後輪などから構成されており、エンジンの駆動力はトランスミッションからフロントデフ１に伝達され、フロントデフ１から前車軸を介して左右の前輪に配分される。

［フロントデフ１の特徴］
フロントデフ１は、静止部材であるデフキャリヤ内に配置されエンジンからの駆動力で回転すると共にデフキャリヤ内に所定量封入された潤滑油（オイル）が流入するデフケース３と、デフケース３と一体に回転するように自転可能にピニオンシャフト５に回転自在に支承された差動ギヤとしてのピニオンギア７と、ピニオンギア７と噛み合うと共に差動する一対のサイドギア９，１１（出力ギア）とからなる差動機構１３と、デフケース３と各サイドギア９，１１との間に設けられ、ピニオンギア７とサイドギア９，１１との噛み合い反力を受けてサイドギア９，１１に設けられた摩擦部１９、２１（第１の摩擦部）との摺動面で摺動しサイドギア９，１１の差動回転を制限する制限力を発生させるテーパーリング状をなす摩擦部材１５に設けられた摩擦部１６（第２の摩擦部）を備えた左右の差動制限機構１７とを備え、サイドギア９，１１の外周面に設けられた摩擦部１９，２１は摩擦部１６と対向している。これらの摩擦部１６，１９，２１のいずれかにオイルを保持する潤滑油保持手段２３が設けられている。

潤滑油保持手段２３は、摩擦部１６に設けた複数の微細でかつそれぞれ不規則であり連続した、あるいは、不連続な凹み５１からなる油滴溜まり２５（図２）によって構成され、摩擦部材１５は、サイドギア９，１１とデフケース３との間に挟持される摩擦片部２７と、デフケース３に連結される連結部２９とからなり、サイドギア９，１１の摩擦部１９，２１がテーパーリング１５に向けて形成された凸型の曲面であることを特徴とする。

［フロントデフ１の構造］
フロントデフ１はデフキャリヤに収容されており、デフキャリヤの内部にはオイル溜りが設けられ、所定量の潤滑オイルが封入されている。デフケース３は左右のボス部３１，３３をベアリングによってデフキャリヤに支承されている。デフケース３にはリングギヤがボルトで固定されており、このリングギヤはトランスミッションの出力ギアと噛み合ってエンジン側に連結され、デフケース３はエンジンの駆動力によって回転駆動される。

ピニオンシャフト５の端部はデフケース３の開口に係合し、スプリングピン３５によって回り止め及び抜け止めされている。ピニオンギア７とデフケース３との間には球面ワッシャ３７が配置され、ピニオンギア７の背面を支持し、その遠心力と噛み合い反力とを受けている。また、左右の車軸はデフケースの左右のボス部３１，３３の内周面３２，３４に支持され、各車軸の先端側は左右のサイドギア９，１１の内周面に形成されたスプライン部に連結されている。なお、内周面３２，３４には螺旋状のオイル溝３６，３８が形成され、デフケース３の回転によってボス部３１，３３の軸方向両端側からねじポンプ作用により潤滑オイルがオイル流路４７側へ搬送される。

左右の差動制限機構１７はコーンクラッチであり、上記のように、各テーパーリング１５と各サイドギア９，１１との間で形成されている。テーパーリング１５の各連結部２９はデフケース３に設けられた凹部３９に係合してテーパーリング１５を回り止めしている。つまり、デフケース３とテーパーリング１５とは一体的に作動する。また、サイドギア９，１１の各摺動部１９，２１はテーパーリング１５に対して凸型の曲面で形成されている。

デフケース３には開口４１，４３，４５が設けられており、これらの開口４１，４３，４５とボス部３１，３３内周のオイル溝３６，３８とを介してデフキャリヤのオイル溜りからオイルが内部に流出入し、差動機構１３と内部の相対回転部分と差動制限機構１７，１７などを潤滑・冷却する。特に、開口４５と螺旋状オイル溝３６，３８から流入したオイルは遠心力を受けて、サイドギア９，１１とデフケース３の間に設けられたオイル流路４７を通り両差動制限機構１７を効果的に潤滑・冷却する。

また、差動制限機構１７に供給されたオイルは、図２のように、広範囲に分散し、摩擦部の表面に形成された凹み５１が油滴の溜まり４９となって摩擦部１６，１９，２１のオイル切れとメタル接触を抑制し、両差動制限機構１７を充分に潤滑・冷却し、磨耗と発熱を防止して耐久性を向上させる。また、摩擦部１６と摩擦部１９，２１との間に形成された油滴の溜まり４９はテーパーリング１５の内周側に形成されるので、径方向外側に向けてオイルが遠心力を受けた場合もオイルが凹み５１に残存しようとする。すなわち、オイルがテーパーリング１５の傾斜方向に摩擦部１６，１９，２１を移動しようとする流速が遅く、摩擦部１６と摩擦部１９，２１との間で潤滑油膜を確実に形成することができる。

潤滑油保持手段２３は、熱処理前に、テーパーリング１５の摩擦部１６の摺動面を３００ηｍの粒子外径程度、あるいは、それ以下の粒径のショットを用いてショットブラスト処理し、広範囲に多数の凹み５１（ディンプル）を形成し所望の面粗度を与え、不規則でランダムな凹凸形状の摺動面形状が形成されたものであり、上記の油滴はこれらの凹み５１に保持されている。なお、面粗度はＲz (jis)６．０〜１８の範囲内が望ましい。また、テーパーリング１５には、摩擦部１６に多数の凹み５１を形成した後、形成された凹み５１の形状を保持するために窒化処理、好ましくは、ラジカル、窒化処理、ナイトロテック（登録商標）、ダイヤモンドライクカーボン処理などを施している。図３は上記のように摺動部１６に広範囲に不規則に形成された多数の凹部５１を示しており、また、細かい凹凸５３はテーパーリング１５をプレス成形したとき表面に残留した凹凸形状（表面粗さ）を示しており、上記の多数の凹部５１はこの凹凸の表面上に複数の凹凸部をつぶし込んで形成されている。よって凹部５１の周囲には多くの凹凸部が面しており、凹凸部のすき間にも凹部５１からオイルを供給することができる。

［フロントデフ１の動作］
デフケース５を回転させるエンジンの駆動力はピニオンシャフト５からピニオンギア７を介してサイドギア９，１１に配分され、左右の前輪側に伝達される。また、悪路や低μ路の走行中、発進時、加速時などで前輪間に駆動抵抗差が生じると、エンジンの駆動力はピニオンギア７の自転によって左右の前輪に差動配分される。

車両の走行中は、前進走行と後進走行の両方で、ピニオンギア７との噛み合いによってサイドギア９，１１に生じる噛み合い反力により各差動制限機構１７が押圧されて締結される。伝達トルクに比例して大きくなるこの噛み合い反力を受けて各差動制限機構１７が締結されるとトルク感応型の差動制限機能が発生し、差動機構１３の差動が制限される。例えば、フロントデフ１に大きな駆動力が掛かる発進時や加速時などには、トルク感応型の差動制限力が強化され、車両の操縦性や安定性が大きく向上する。

なお、上記のようにサイドギア９，１１の摩擦部１９，２１をテーパーリング１５に対して凸型の曲面にしたから、押圧されたときテーパーリング１５がこの凸部に沿って適度に撓み、テーパーリング１５の摩擦部１６とサイドギア９，１１の摩擦部１９，２１との間で片当たりが防止されて広い面積で接触し、発熱と偏摩耗が抑制される。

［フロントデフ１の効果］
フロントデフ１は上記のように構成されたことによって次のような効果が得られる。

テーパーリング１５の摩擦部に、オイルを保持する潤滑油保持手段２３を設けたことによって摺動部間の摺動面でのオイル切れとメタル接触が防止され、実車による長時間の走行耐久試験でも摩擦係数（μ）の上昇が顕著に抑制されることが確認されており、その結果、スティックスリップ現象と振動（ノイズ・バイブレーション・ハーシュネス）と騒音が防止され、摩擦部１６，１９，２１の耐焼き付き性が向上し、差動制限機能と車両の操安性も向上している。なお、耐久試験後においても、実施例相当の凹み５１は残存しており、油滴の溜まりとしての機能にも問題が生じない。

さらに、オイル切れ防止に伴う上記の効果により、フロントデフ１は、オイルの種類に拘わらず正常に機能するから、ＬＳＤオイルだけでなく、ＡＴＦ、ＭＴＦ、ハイポイドオイルなどを用いることが可能になった。このようにオイルを選ばないからそれだけ設計の自由度が向上して開発が容易になると共に、低コストで使用可能になった。

また、潤滑油保持手段２３を不規則な複数の微細な凹み５１（油滴溜まり２５）の広範囲な摺動面で構成したことにより、摩擦部１６からのオイルの流れ出しが効果的に防止されてさらに優れたオイル保持機能（オイル切れ防止機能）が得られる。

また、複数の微細な凹み５１は、ショットブラスト処理により所望の面粗度を低コストで容易に加工できて有利である。

また、サイドギア９，１１の摩擦部１９，２１を凸型の曲面にしたことによってテーパーリング１５の摩擦部１６とサイドギア９，１１の摩擦部１９，２１との間で片当たりが防止され、発熱と偏摩耗が抑制され、摩擦部１９，２１の耐焼き付き性がさらに向上し、差動制限機能がさらに安定する。

［本発明の範囲に含まれる他の態様］
なお、上記の実施例は、潤滑油保持手段２３（油滴溜まり２５）をテーパーリング１５（摩擦部材）側に設けた例であるが、潤滑油保持手段は、出力ギアの摺動面に設けても、または摩擦部材側と出力ギア側の両方に設けてもよい。さらに、テーパーリング１５を用いずに、デフケース３の内周面２２，２２とサイドギア９，１１とを直接摺動させてもよい。この場合、摩擦部１６に替わり、デフケース３の内周面２２，２２が摩擦部となる。

また、潤滑油保持手段は、例えば、転造、鍛造、プレス成形、さらにはエッチングなどショットブラスト以外の加工法によって加工してもよい。

また、デファレンシャル装置の形態はベベルギヤ式に限らずプラネタリー式のデファレンシャル装置、デフケースに形成した収納孔内に配置されるシングル又はダブルピニオンとインターナルギヤ及びサンギヤからなる平行軸式のデファレンシャル装置などが他にあり、これらのデファレンシャル装置の摺動部となる箇所に本願の特徴を適用しても良い。

溝形状については、例えば、回転方向に円周または螺旋状で軸方向に微細な間隔を有する溝形状をプレス、転造、切削研磨などで形成することができる。特に、本願と同様に、テーパ状の摺動面に対しては、これらの溝形状は摺動部の傾斜面に沿って径方向外側へのオイルの移動を緩やかにする機能を有して、保持手段として効果的である。

また、本発明のデファレンシャル装置は、フロントデフだけでなく、リヤデフ（駆動力を左右の後輪に配分するデファレンシャル装置）や、センターデフ（駆動力を前輪と後輪に配分するデファレンシャル装置）にも用いることができる。

一実施例を示す断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 摺動部の摺動面の拡大図である。

符号の説明

１ フロントデフ（デファレンシャル装置）
３ デフケース
５ ピニオンシャフト
７ ピニオンギア
９，１１ サイドギア（出力ギア）
１３ 差動機構
１５ テーパーリング（摩擦部材）
１６ 摩擦部
１７ 差動制限機構
１９，２１ 摩擦部
２３ 潤滑油保持手段
２５ 油滴溜まり
２７ 摩擦片部
２９ 連結部
５１ 凹み

Claims (3)

1. 原動機からの駆動力で回転すると共に潤滑油が流入するデフケースと、前記デフケースと一体に回転すると共に自転可能にデフケース内に収容された差動ギヤと、前記差動ギヤと噛み合うと共に差動する一対の出力ギアとからなる差動機構と、前記デフケースと出力ギアとの間又はデフケースと差動ギヤとの間の差動回転を制限する制限力を発生させる摩擦部を有する差動制限機構とを備えたデファレンシャル装置であって、
   前記摩擦部に前記潤滑油を保持する潤滑油保持手段を設けたことを特徴とするデファレンシャル装置。
2. 請求項１に記載されたデファレンシャル装置であって、
   前記潤滑油保持手段は、前記摩擦部に設けた、複数の微細な凹みからなる油滴溜まりであることを特徴とするデファレンシャル装置。
3. 請求項１または請求項２に記載されたデファレンシャル装置であって、
   前記摩擦部は、前記出力ギアと前記デフケースとの間に挟持される摩擦片部と、前記デフケースに連結される連結部とからなる摩擦部材に形成された第１の摩擦部と、前記出力ギヤに形成された第２の摩擦部から成り、
   
   前記第１の摩擦部が、前記第２の摩擦部に向けて凸型の曲面を有することを特徴とするデファレンシャル装置。