JP2007524054A

JP2007524054A - 温度補償型差動装置

Info

Publication number: JP2007524054A
Application number: JP2007500939A
Authority: JP
Inventors: ジョキ，マーク，エイ．; ロス，シャロン，イー．
Original assignee: Timken Co
Current assignee: Timken Co
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2005-02-23
Publication date: 2007-08-23
Also published as: WO2005083301A1; EP1718887B1; US20050187062A1; ATE521829T1; US7165471B2; EP1718887A1; CN1926359A

Abstract

温度補償型差動装置（１０）は、ハウジング（１２）と、ハウジング（１２）内に取付けられるピニオン歯車（２０）と、リング歯車（１８）を支持する差動ケース（１６）とを備える。ケース（１６）は第１コロ軸受（２８）及び第２コロ軸受（３０）により支持され、これらの軸受（２８、３０）は間接的に取付けられ、第１コロ軸受（２８）及び第２コロ軸受（３０）はアジャスタブルスペーサ（３２、３４、３６、３８）にて当接される。

Description

関連出願の相互参照表示

本発明は、２００４年２月２４日に出願された米国仮出願第６０／５４７,１１８号の優先権を主張する。

本発明は、全体として、対向型アンチフリクション軸受に関し、詳細には、アンチフリクション軸受を差動キャリア若しくはケースとハウジングとの間に取付ける装置若しくは取付方法、又は、異種素材若しくは異種金属で構成される歯車減速装置に関する。

差動歯車機構は、入力軸部材から一組の出力軸部材に回転トルクを伝達する。差動歯車機構が利用される代表的なものに自動車の差動歯車機構があり、この一組の出力軸部材に後輪が取付けられる。入力部材を駆動するために、通常、ガソリンエンジンや電動モータ等のトルク生成装置が使用される。トルク生成装置からのトルクは、入力軸部材の一端に噛合するようにスプライン加工されているヨークにより、差動歯車機構の入力軸部材に伝達される。従来の差動歯車アセンブリでは、入力軸部材に対して出力軸部材が垂直となるように配置されていることが一般的である。ほとんどの差動歯車機構は、隣接するリング歯車と噛合して入力軸部材から出力軸部材にトルクを伝達する駆動ピニオン歯車を使用する。アンチフリクション軸受が差動歯車アセンブリに組み込まれ、軸部材の全ては、ほぼ自由に回転できる。アンチフリクション軸受の一例は、円錐コロ軸受である。円錐コロ軸受は、内輪レースを備えるコーンと、外輪レースを備えるカップと、内輪レースと外輪レースとの間に配置されるコロ保持器内に収容される複数のコロ部材とを有する。

差動歯車機構において見出されるいくつかの部品は、差動歯車機構及び差動キャリア若しくはケースの収納に用いられるハウジングを含む。差動歯車機構によっては、熱膨張係数の高いアルミニウム等の軽量素材からハウジングが構成されることがある。差動キャリア若しくはケースは、ハウジングよりも高強度、かつ、アルミニウムよりも熱膨張係数の低い鉄、鋼、あるいは別の金属で構成される。使用素材若しくは金属の熱膨張差により、鉄製の差動キャリアとアルミニウム製ハウジングとの間で熱膨張が生じることがある。もし、アンチフリクション軸受の頂点が外側を向いているときに熱膨張が生じると、差動キャリアよりもハウジングが軸方向に大きく膨張して、軸受を緩めることになる。さらに、軸受を収納するハウジングボアの直径がより増大して、さらに軸受を緩める。このようになると、差動歯車機構に用いられるアンチフリクション軸受が緩み、差動歯車機構が不適切に回転し、不均一あるいは早期に磨耗し、動作しなくなり、雑音を生じるようになることがある。

代表的な自動車用ハイポイドアクスルにおいて、円錐コロ差動軸受形式のアンチフリクション軸受は、頂点が外側に向くようにして取付けられる。アルミニウム製ハウジングと鉄製の差動キャリアとの熱特性の差を補償するように、軸受は、各々の頂点が互いに向き合うようにして取付けられている。しかし、たとえアンチフリクション軸受が内側に向くように取付けられていたとしても、軸方向の膨張差により軸受は締め付けられるが、直径の効果は同様であり、この相反する効果は打ち消される。軸受を取付け又は位置決めするためには、軸受において軸方向と半径方向の両方にクリアランスが無いことによって特徴づけられている予圧状態で軸受が動作しなければならない。しかし、差動ケースへの圧入の必要から軸受の頂点が内側に向けられたときには、この軸受の取付け又は組立が非常に困難になることがわかっている。アルミニウム製ハウジングと鉄製差動キャリアとの間の熱膨張を補償して、軸受を取付けられることが好ましい。

本発明は、内輪レースと、外輪レースと、これらのレース上の軌道面に沿って転がる複数のコロ部材とを各々備えるアンチフリクション軸受を用いる温度補償型差動装置に属する。アンチフリクション軸受の各々は、レースの間に配置され、コロと連動する保持器を有し、軌道面に沿ってコロが転がるとレースの間を保持器が回転する。差動装置は、ある素材で構成されたハウジングと別の異種素材で構成された差動ケースとを有する。アンチフリクション軸受は間接的に取付けられる。一組のアジャスタブルスペーサが、アンチフリクション軸受の隣に配置される。スペーサの各々は、その一表面上に波状のパターンを有し、スペーサが相互に隣り合うように配置されると、スペーサが噛合することができる。スペーサの各々も歯を有するので、あるスペーサを他のスペーサに対して治具を用いて回転させて、スペーサ間の幅を調整することができる。
したがって、本発明の目的は、異種素材により生じ得るいかなる熱膨張についても補償することができる温度補償型差動装置を提供することである。本発明の別の目的は、操作が容易で高い信頼性を示す温度補償型差動装置を提供することである。本発明の別の目的は、間接的に取付けられる軸受を正確に調整して設定可能なアジャスタブルスペーサを備える温度補償型差動装置を提供することである。さらに、本発明の別の目的は、アンチフリクション軸受を設定する方法を備える温度補償型差動装置を提供することである。本発明のこれらの、そして他の目的及び有利な点は、以下の詳細な説明を添付の図面とともに考慮すれば明確となるであろう。

図面、特に図１を参照するに、本発明に従って組立てられた温度補償型差動装置１０が示されている。温度補償型差動装置１０はアクスルハウジング１２を有し、このアクスルハウジングはアルミニウムで構成してもよい。ハウジング１２は、差動歯車機構１４を覆い、あるいは収納するために用いられる。機構１４は、ハウジング１２を構成する金属とは異なる金属で構成される差動ケース１６と、傘形駆動ピニオン２０と噛合するリング歯車１８と、ピニオン軸２２とを有する。差動装置１０は、自動車のアクスル用に特化された歯車減速装置である。一組のコロ軸受が、ピニオン２０及びピニオン軸２２を支持する。ハウジング１２及びケース１６は第１又は左のコロ軸受アセンブリ２８及び第２又は右のコロ軸受アセンブリ３０により支持されている。アジャスタブルディスク若しくはスペーサ３２と３４とからなる第１の組は第１コロ軸受アセンブリ２８と関連付けられ、アジャスタブルディスク若しくはスペーサ３６と３８とからなる第２の組は第２コロ軸受アセンブリ３０と関連付けられている。スナップリング４０が使用されて、アセンブリ２８及び３０並びにスペーサ３２、３４、３６及び３８が所定の位置に保持される。

第１コロ軸受アセンブリ２８は、コーン４２の形状をとる内輪レースと、カップ４４の形状をとる外輪レースと、円錐コロ４６の形状をとる複数のコロ部材と、保持器４８とを備える。コーン４２とカップ４４との間に、複数のコロ４６が一列に配置される。保持器４８は、コロ４６の間に正確な間隔を維持し、かつ、カップ４４からコーン４２が取り外されたときにコロ４６をコーン４２の回りに保持するために使用される。コーン４２は、テーパ軌道面５０、背面５２、スラストリブ５４及び前面５６を有する。カップ４４は、テーパ軌道面５８、背面６０及び前面６２を有する。

円錐コロ４６は、その円錐面が軌道面５０及び５８に相対し、かつ、スラストリブ５４に相対するようにして、コーン４２とカップ４４との間に嵌っている。スラストリブ５４は、コロ４６がコーン４２とカップ４４との間の空間から軌道面５０及び５８を上昇して外れることを防止する。

第２コロ軸受アセンブリ３０は、第１コロ軸受アセンブリ２８と同様に構成され、コーン６４の形状をとる内輪レースと、カップ６６の形状とる外輪レースと、円錐コロ６８の形状をとる複数のコロ部材と、保持器７０とを有する。コーン６４とカップ６６との間に複数のコロ６８が一列に配置される。保持器７０は、コロ６８の間に正確な間隔を維持し、かつ、カップ６６からコーン６４が取り外されたときに、コロ６８をコーン６４の回りに保持するために使用される。コーン６４は、テーパ軌道面７２、背面７４、スラストリブ７６及び前面７８を有する。カップ６６は、テーパ軌道面８０、背面８２及び前面８４を有する。

円錐コロ６８は、その円錐面が軌道面７２及び８０に相対し、かつ、スラストリブ７６に相対するようにして、コーン６４とカップ６６との間に嵌っている。スラストリブ７６は、コロ６８がコーン６４とカップ６６の間の空間から軌道面７２及び８０を上昇して外れることを防止する。

第１コロ軸受アセンブリ２８及び第２コロ軸受アセンブリ３０は、インダイレクト軸受マウント配列（indirect bearing mounting arrangement）で取付けられている。「インダイレクトマウント配列」とは、２つの隣接する円錐コロ軸受の物理的取付配列を特定する軸受業界の標準用語をいう。また、コロ４６の各々は頂点８６を有し、コロ６８の各々は頂点８８を有する。頂点８６は、頂点８８と対向している。

図２を参照して、温度補償型差動装置１０組立ての初期工程を説明する。初期工程では、差動ケース１６がハウジング１２内に挿入され、次いで、以下のように歯車１８の調整及び軸受予圧が果たされる。ピニオン２０がハウジング１２内に取付けられ、次いで、ケース１６がハウジング１２内に取付けられる。第１コロ軸受アセンブリ２８のカップ４４及び第２コロ軸受アセンブリ３０のカップ６６は、しまりばめによりハウジング１２に取付けられる。第１コロ軸受アセンブリ２８のコーン４２及び第２コロ軸受アセンブリ３０のコーン６４は、差動ケース１６に部分的に押し当てられる。図示されていないが、アジャスタブルスペーサ３２と３４とからなる第１の組はケース１６に取付けられ、アジャスタブルスペーサ３６と３８とからなる第２の組もケース１６に取付けられる。また、図示されていないが、スペーサ３２、３４、３６及び３８を保持するために、スナップリング４０が使用される。リング歯車１８がピニオン２０と当接し、又は着座するように、差動ケース１６が右方向に動かされる。この時点で、歯車が着座したときの差動ケース１６とハウジング１２との関係を表す寸法Ａ１が測定される。

再び図１を参照すると、左軸受２８を着座させてアジャスタブルスペーサ３２と３４とからなる第１の組を調整しながら寸法Ａが測定される。設定されるべき寸法Ａの目標値は、測定された寸法Ａ１、歯車クリアランスの目標値、及び左又は第１軸受２８の望ましい予圧時の寸法の総和に等しくなるように設定される。歯車クリアランスの目標値は、望ましい歯車接触パターンとなるように、予め決定されている。寸法Ａを測定しながらアジャスタブルスペーサ３６と３８とからなる第２の組を調整して、最終調整がおこなわれる。設定されるべき寸法Ａの目標値は、寸法Ａ１の測定値と歯車クリアランスの目標値の総和に等しくなるように設定される。軸受の着座を必要とするあらゆる測定と同様に、軸受を回転させて測定精度を向上させることが好ましい。こうして、歯車１８とピニオン２０との間に、必要とされる正確なクリアランスが得られる。

図３は、左又は第１コロ軸受アセンブリ２８に対して望ましい目標寸法Ａとなるように第１の組のアジャスタブルスペーサ３２と３４とを調整するために用いる治具１００及び治具１０２を示す。治具１００と１０２は、スペーサ３２と３４を駆動又は回転させるために使用される。第２の組のアジャスタブルスペーサ３６及び３８も、治具１００及び１０２を利用して同様に調整することができる。第１の組のアジャスタブルスペーサ３２及び３４並びに第２の組のアジャスタブルスペーサ３６及び３８が望ましい目標寸法に各々調整されると、スペーサ３２と３４は相互に溶接され、スペーサ３６と３８も相互に溶接される。

図４は、スペーサ３２と３４とを一体にまとめて、スペーサ３２と３４とがさらに動くことや回転をしないようにするために用いられる溶接部１０４を示す。同様に、図示されていないが、スペーサ３６及び３８も相互に溶接されている。

図５は、スペーサ３２の構成を示す斜視図である。スペーサ３２は、ディスク形状であり、その外周に沿ってスプライン歯１１０を有する。治具１００が噛合できるように成形された凹部１１２が各歯１１０の間にある。治具１００は、スペーサ３２を動かすために凹部１１２の一つに挿入される。スペーサ３６は、スペーサ３２と同様に構成される。又、スペーサ３４及び３８は、その直径がスペーサ３２のものよりも小さいという点を除いて、スペーサ３２と同様に構成される。

図６には、噛合状態におけるスペーサ３２及び３４を示す。具体的には、スペーサ３２は、外側表面１２０と、波状プロファイル若しくはパターンを有する内側表面１２２とを備える。外側表面１２０の断面は平滑若しくは直線的である。スペーサ３４は、平滑若しくは直線的なプロファイル若しくはパターンを有する外側表面１２４と波状プロファイル若しくはパターンを有する内側表面１２６とを備える。波状プロファイル１２２及び１２６の山と谷との間の高さは、約０．０１０インチである。これらの面１２２及び１２６には、少なくとも３つのうねりがあってもよい。このように取付けられると、スペーサ３２の内側表面１２２とスペーサ３４の内側表面１２６とが互いに合わさり、スペーサ３２と３４の総幅を最小とすることができる。スペーサ３２と３４の総幅を太くする必要がある場合には、治具１００及び１０２を使用してスペーサ３２と３４とを相対的に回転させる。スペーサ３２と３４とが相対的に回転すると、スペーサ３２と３４の総厚又は幅が増大する。図７は、回転して総幅が増大したスペーサ３２と３４とを示している。先に示したように、スペーサ３２及び３４の望みとする幅又は目標寸法が得られると、好ましくない相対回転を防ぐために、スペーサ３２と３４とは相互に溶接される。他方のスペーサ３６と３８についても同様に回転させて目標寸法にすることができる。目標寸法になると、さらに動くことのないようにスペーサ３６と３８とを相互に溶接してもよい。

図８Ａ及び８Ｂに示すように、対向するスペーサ３２及び３４についての自転軸線から半径方向への各距離における厚さの変動は、特性関数 f(θ) で規定される。例えば、図８Ａに示すように、スペーサ３２の厚さは、 t = 0.155 + 0.005 sin 3θ で表されるとしてもよい。また、図８Ｂに示すように、スペーサ３４の厚さは、その自転軸線から半径方向への種々の距離において t = 0.155-0.005 sin 3θ で表されるとしてもよい。特にこの場合、スペーサ３２と３４の各々の最大の厚さは０．１６インチである。スペーサ３２と３４の内側全表面１２２と１２６の各々は、ほぼこれらの関数と一致する。このようにして、接触面積を最大に、かつ、接触圧を最小とすることができ、スペーサ３２及び３４の磨耗を防ぐことができる。この説明からわかるように、その自転軸線から半径方向への各距離におけるスペーサ３６及び３８の厚さの変動は、対向するスペーサ３６及び３６と一致し、図８Ａ及び８Ｂに示すように、特性関数 f(θ) で規定される。具体的には、スペーサ３６の厚さは、図８Ａに示すように、t = 0.155 + 0.005 sin 3θ で表されるとしてもよく、スペーサ３８厚さは、図８Ｂに示すように、t = 0.155-0.005 sin 3θ で表されるとしてもよい。さらに、温度補償型差動装置１０には、種々の寸法ないし幅を有するスペーサ３２、３４、３６及び３８を使用してもよい。目標寸法についての計算に応じて、幅の異なる種々のスペーサ３２、３４、３６及び３８を使用してもよい。

スペーサ若しくはディスク３２の直径は、スペーサ若しくはディスク３４の直径よりも大きい。スペーサ若しくはディスク３６の直径も、スペーサ若しくはディスク３８の直径よりも大きい。ディスク３２の内側表面１２２の波形は、ディスクの自転軸線から半径方向の各距離におけるディスク３２の厚さによりt = T32 + f(θ) となるように定まる。T３２は、ディスク３２の呼び厚であり、f(θ) はディスク３２の自転軸線回りの回転角の関数である。スペーサ若しくはディスク３４の内側表面１２６の波形も、ディスクの自転軸線から半径方向の各距離におけるディスク３４の厚さによりt = T34-f(θ) となるように定まる。T３４はディスク３４の呼び厚であり、f(θ) はディスク３４の自転軸線の回りの回転角の関数である。また、ディスク３６の内側表面の波形は、ディスク３２の波形と同様であり、ディスク３８の内側表面の波形はディスク３４の波形と同様である。関数f(θ) はf(θ) = sin nθ (n は3以上)と規定してもよい。

実際には、本発明の温度補償型差動装置１０は、以下のように組立てることができる。ピニオン２０がハウジング１２内に取付けられ、次いで、ケース１６がハウジング１２内に取付けられる。第１コロ軸受アセンブリ２８のカップ４４及び第２コロ軸受アセンブリ３０のカップ６６が、しまりばめによりハウジング１２内に取付けられる。第１軸受アセンブリ２８のコーン４２及び第２コロ軸受アセンブリ３０のコーン６４は、各々の最終位置の手前に配置されるように、差動ケース１６に部分的に押し当てられる。第１の組のアジャスタブルスペーサ３２及び３４はケース１６に取付けられ、第２の組のアジャスタブルスペーサ３６及び３８もケース１６に取付けられる。次いで、歯車１８がピニオン２０と当接するように、ケース１６が右方向に移動される。このとき、寸法Ａ１が測定される。寸法Ａ１は、差動ケースの軸方向位置を表している。第１の組のアジャスタブルスペーサ３２及び３４が調整されると、次いで、スナップリング４０が取付けられる。第２の組のアジャスタブルスペーサ３６及び３８が調整されると、次いで、スナップリング４０が取付けられる。第１の組のアジャスタブルスペーサ３２及び３４並びに第２の組のアジャスタブルスペーサ３６及び３８は、動くことのないように、相互に溶接される。

なお、本発明の実施形態から種々の組み合わせを作ることにより、本発明の範囲を逸脱することなく、別の実施形態を他にも生成することができる。

既に説明してきたことから、本明細書で、種々の目的を達成しその効果を得る温度補償型差動装置について説明してきたことは明らかであろう。本温度補償型差動装置に、多くの変更、修正、変形、他の使用及び利用が可能であり考慮できることは、当業者にとって明白であろう。本発明の技術思想と範囲を逸脱しないあらゆる変更、修正、変形、他の使用及び利用は、本発明によって保護されているものとみなされる。本発明は特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。

本発明に従って組立てられる温度補償型差動装置の部分断面図である。第１の組立状態における温度補償型差動装置の部分断面図である。本発明の温度補償型差動装置のスペーサを調整するために用いる一組の治具を示す部分断面図である。本発明の温度補償型差動装置のスペーサを固定する溶接部の部分断面図である。本発明の温度補償型差動装置のスペーサの正面図である。相互に噛合した一組のスペーサの部分側面図である。相互に回転した一組のスペーサの部分側面図である。温度補償型差動装置の一方のスペーサの厚さを回転角の関数として表したグラフである。温度補償型差動装置の他方のスペーサの厚さを回転角の関数として表したグラフである。

Claims

ハウジングと、
前記ハウジング内に取付けられるピニオン歯車と、
リング歯車を支持する差動ケースと
を備え、
前記ケースは、第１コロ軸受及び第２コロ軸受により支持され、
それらの軸受は間接的に取付けられ、
前記第１コロ軸受及び前記第２コロ軸受はアジャスタブルスペーサにて当接されている
温度補償型差動装置。
前記アジャスタブルスペーサの各々が一組のディスクを備える請求項１の温度補償型差動装置。
各ディスクがその外周に複数の歯を有する請求項２の温度補償型差動装置。
前記スペーサの各々が外側表面と内側表面とを有し、前記内側表面が波状プロファイルを有する請求項２の温度補償型差動装置。
前記内側表面が相互に合わさるように構成される請求項４の温度補償型差動装置。
前記ディスクが相互に溶接されている請求項２の温度補償型差動装置。
前記ディスクが相対的に回転可能である請求項２の温度補償型差動装置。
前記アジャスタブルスペーサを前記第１コロ軸受及び第２コロ軸受に対して保持するスナップリングをさらに有する
請求項１の温度補償型差動装置。
ハウジングと、
前記ハウジング内に取付けられるピニオン歯車と、
リング歯車を支持する差動ケースと
を備え、
前記ケースは、第１コロ軸受及び第２コロ軸受により支持され、
それらの軸受は間接的に取付けられ、
前記第１コロ軸受は各々波状面を有する第１の組のアジャスタブルスペーサにて当接され、
前記第２コロ軸受は各々波状面を有する第２の組のアジャスタブルスペーサにて当接されている
温度補償型歯車減速装置。
前記第１の組のアジャスタブルスペーサの一方のスペーサが第１の直径を有し、前記第１の組のアジャスタブルスペーサの他方のスペーサが第２の直径を有し、前記第１の直径が前記第２の直径よりも大きい請求項９の温度補償型歯車減速装置。
前記スペーサの各々がその外周に複数の歯を有する請求項９の温度補償型歯車減速装置。
前記歯が治具と噛合して前記スペーサを回転させるように構成されている請求項１１の温度補償型歯車減速装置。
前記アジャスタブルスペーサを前記第１コロ軸受及び第２コロ軸受に対して保持するスナップリングをさらに有する請求項９の温度補償型歯車減速装置。
前記第１の組のアジャスタブルスペーサの波状面が相互に合うように構成されている請求項９の温度補償型歯車減速装置。
前記第１の組のアジャスタブルスペーサが相互に溶接され、
前記第２の組のアジャスタブルスペーサが相互に溶接されている請求項９の温度補償型歯車減速装置。
前記第１の組のアジャスタブルスペーサの一方のスペーサが厚みを有し、その波状面が、前記スペーサの自転軸から半径方向への各距離における前記厚みにより t = T1 + f(θ)、T１はスペーサの呼び厚、f(θ) はスペーサの自転軸線回りの回転角の関数、となるように定まり、
前記第１の組のアジャスタブルスペーサの他方のスペーサが厚みを有し、前記他方のスペーサの波状面が、前記スペーサの自転軸から半径方向への各距離における前記厚みにより t = T2 + f(θ)、T２はスペーサの呼び厚、f(θ) はスペーサの自転軸線回りの回転角の関数、となるように定まる
請求項９の温度補償型歯車減速装置。
f(θ) = sin nθ (n は3以上)が成立する請求項１６の温度補償型歯車減速装置。
ハウジングと、前記ハウジング内に取付けられるピニオン歯車と、リング歯車を支持する差動ケースとを備え、前記ケースが第１コロ軸受及び第２コロ軸受により支持され、前記軸受が間接的に取付けられる温度補償型差動装置の製造方法において、
前記第１コロ軸受について第１の位置を決定する工程と、
前記第２コロ軸受について第１の位置を決定する工程と、
第１の組のアジャスタブルスペーサを選択する工程と、
第２の組のアジャスタブルスペーサを選択する工程と、
前記第１の組のアジャスタブルスペーサを前記第１コロ軸受に取付ける工程と、
前記第２の組のアジャスタブルスペーサを前記第２コロ軸受に取付ける工程と
を有する温度補償型差動装置の製造方法。
前記第１の組のアジャスタブルスペーサを相互に溶接する工程と、
前記第２の組のアジャスタブルスペーサを相互に溶接する工程と、
をさらに有する請求項１８の方法。
前記第１の組のアジャスタブルスペーサの一方のスペーサを、前記第１の組のアジャスタブルスペーサの他方のスペーサに対して回転させる工程と、前記第２の組のアジャスタブルスペーサの一方のスペーサを、前記第２の組のアジャスタブルスペーサの他方のスペーサに対して回転させる工程とを備える取付工程をさらに有する請求項１８の方法。