JP2008190607A

JP2008190607A - 車両用ディファレンシャル装置

Info

Publication number: JP2008190607A
Application number: JP2007024919A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Shibagaki; 大輔柴垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2008-08-21
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: ATE554313T1; EP2110582A1; JP4957274B2; CN101595329A; US20090325754A1; CN101595329B; US8591373B2; EP2110582B1; WO2008093542A1; EP2110582A4

Abstract

【課題】振動やノイズの発生を招来することなく耐久性を向上させることができる車両用ディファレンシャル装置を提供する。
【解決手段】ピニオンシャフト５６のピニオンギヤ６０を支持する支持部６８およびそのピニオンギヤ６０のピニオンシャフト５６が嵌め入れられる嵌入穴６６の少なくとも一部が、外周側ほど小径となるテーパ面７０、７２であることから、駆動力がディファレンシャルケース５０からピニオンシャフト５６およびそれに回転可能に支持されたピニオンギヤ６０を介してサイドギヤ５８ｌ、５８ｒへ伝達されるときにおいて、ピニオンギヤ６０はそのサイドギヤ５８ｌ、５８ｒとの間の噛合い反力に従ってピニオンシャフト５６の軸方向外側へ移動させられるので、トルクの伝達負荷が増大するほどピニオンシャフト５６とピニオンギヤ６０との間の嵌合クリアランスＣが拡大されて高い耐久性が得られる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両用ディファレンシャル装置に関するものであり、特に、ディファレンシャル装置の耐焼付性と低騒音性とを両立させる技術に関するものである。

車両においては、左右の駆動輪にそれらの相対回転を許容しつつ駆動源からの動力を伝達するディファレンシャル装置を設けることが知られている。このような、車両用ディファレンシャル装置は、一般に、前記動力源からの動力を前記左右の駆動輪の相対回転を許容しつつその左右の駆動輪へ伝達するために、車両の動力源からの動力により回転駆動されるディファレンシャルケースと、そのディファレンシャルケースにそのディファレンシャルケースの回転軸心に直交する方向に固定された円柱状のピニオンシャフトと、そのディファレンシャルケース内にそのディファレンシャルケースの回転軸心と同心で前記ピニオンシャフトを挟んで相対向する状態で設けられ、左右の駆動輪とともに回転するサイドギヤと、前記ピニオンシャフトによって回転可能に支持されたピニオンギヤとを備えて構成されている。たとえは、特許文献１に記載された車両用ディファレンシャル装置がそれである。

特開平９−３０３５３３号公報

ところで、上記従来の車両用ディファレンシャル装置では、ピニオンギヤの回転速度が比較的高回転となり易く、面圧および滑り速度が高い状態で使用されるため、高い耐焼付性能が求められる。これに対しては、ピニオンギヤとピニオンシャフトとの間の嵌合クリアランスを拡大することが有効である。しかしながら、そのようにピニオンギヤとピニオンシャフトとの間の嵌合クリアランスを拡大すると、その拡大した嵌合クリアランスに起因して振動やノイズ( 騒音）が発生し、車両の走行性が損なわれるという問題が発生する。このように、上記ピニオンギヤとピニオンシャフトとの間の嵌合クリアランスによる耐久性の向上と、振動やノイズの発生との間には背反する関係があり、耐久性の向上のためにピニオンギヤとピニオンシャフトとの間の嵌合クリアランスを拡大する手段を採用することが困難であった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、振動やノイズ( 騒音）の発生を招来することなく、ピニオンギヤとピニオンシャフトとの間の嵌合クリアランスを拡大することにより耐久性を向上させることができる車両用ディファレンシャル装置を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１にかかる発明の要旨とするところは、車両の動力源からの動力により回転駆動されるディファレンシャルケースと、そのディファレンシャルケースにそのディファレンシャルケースの回転軸心に直交する方向に固定されたピニオンシャフトと、そのディファレンシャルケース内にそのディファレンシャルケースの回転軸心と同心で前記ピニオンシャフトを挟んで相対向する状態で設けられ、左右の駆動輪とともに回転するサイドギヤと、前記ピニオンシャフトによって回転可能に支持されたピニオンギヤとを備え、前記動力源からの動力を前記左右の駆動輪の相対回転を許容しつつその左右の駆動輪へ伝達する車両用ディファレンシャル装置であって、前記ピニオンシャフトの前記ピニオンギヤを支持する支持部およびそのピニオンギヤのピニオンシャフトが嵌め入れられる嵌入穴の少なくとも一部が、外周側ほど小径となるテーパ面であることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明の要旨とするところは、請求項１に係る発明において、前記ピニオンギヤを前記ピニオンシャフトの軸方向内側へ向かって押圧する押圧部材を有することを特徴とする。

また、請求項３に係る発明の要旨とするところは、請求項２に係る発明において、前記押圧部材は、前記ピニオンギヤの端面と前記ディファレンシャルケースとの間に介挿された皿ばねであることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明の要旨とするところは、請求項３に係る発明において、前記皿ばねは、ピニオンギヤの端面と前記ディファレンシャルケースとの間に介挿される、比較的低摩擦且つ高耐磨耗性の金属材料から成る部分球面凸円盤状のワッシャを塑性変形させることで構成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明の車両用ディファレンシャル装置によれば、ピニオンシャフトのピニオンギヤを支持する支持部およびそのピニオンギヤのピニオンシャフトが嵌め入れられる嵌入穴の少なくとも一部が、外周側ほど小径となるテーパ面であることから、駆動力がディファレンシャルケースからピニオンシャフトおよびそれに回転可能に支持されたピニオンギヤを介してサイドギヤへ伝達されるときにおいて、ピニオンギヤはそのサイドギヤとの間の噛合い反力に従って前記ピニオンシャフトの軸方向外側へ移動させられるので、トルクの伝達負荷が増大するほどピニオンシャフトとピニオンギヤとの間の嵌合クリアランスが拡大されて高い耐久性が得られる。

請求項２に係る発明の車両用ディファレンシャル装置によれば、ピニオンギヤをピニオンシャフトの軸方向内側へ向かって押圧する押圧部材を有することから、トルクの伝達負荷が小さくなるほどピニオンギヤはそのサイドギヤとの間の噛合い反力が小さくなって前記ピニオンシャフトの軸方向内側へ移動させられるので、ピニオンシャフトとピニオンギヤとの間の嵌合クリアランスが小さくされて、軽負荷時の振動や騒音の発生が好適に抑制される。

請求項３に係る発明の車両用ディファレンシャル装置によれば、前記押圧部材は、前記ピニオンギヤの端面と前記ディファレンシャルケースとの間に介挿された皿ばねであることから、ディファレンシャル装置の形状を大きくすることなく、押圧部材を設けることができる。

請求項４に係る発明の車両用ディファレンシャル装置によれば、前記皿ばねは、ピニオンギヤの端面と前記ディファレンシャルケースとの間に介挿される、比較的低摩擦且つ高耐磨耗性の金属材料から成る部分球面凸円盤状のワッシャを塑性変形させることで構成されたものであるので、１つの部品でワッシャと皿ばねとを兼ねることができ、ディファレンシャル装置の形状を一層小型化することができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例のディファレンシャル装置３４を有する前置エンジン後輪駆動（ＦＲ）形式の車両１０の動力伝達機構を説明する図である。この図１において、車両１０は、動力源であるエンジン１２と、左右１対の前輪２０ｌ、２０ｒと、上記エンジン１２の出力回転を変速するための自動変速機２２と、その自動変速機２２の出力軸から出力される駆動力を伝達するためのプロペラシャフト２４と、後輪用駆動力分配装置として機能する終減速装置２６と、その終減速装置２６により分配された駆動力を伝達するための左右１対の後輪車軸２８ｌ、２８ｒと、その後輪車軸２８ｌ、２８ｒを介して駆動力が伝達される左右１対の後輪３０ｌ、３０ｒとを備えている。

上記エンジン１２は、例えば、気筒内噴射される燃料の燃焼によって駆動力を発生させるガソリンエンジン或いはディーゼルエンジン等の内燃機関である。また、上記自動変速機２２は、例えば、上記エンジン１２から入力される回転を所定の変速比γで減速或いは増速して出力する有段式の自動変速機（オートマチックトランスミッション）であり、前進変速段、後進変速段、及びニュートラルのうち何れかが選択的に成立させられ、それぞれの変速比γに応じた速度変換が成される。なお、この自動変速機２２の入力軸は、図示しないトルクコンバータ等を介して上記エンジン１２の出力軸に連結されている。

図２は、上記終減速装置２６の構成を説明する図である。この終減速装置２６は、減速機３２とディファレンシャル装置( 差動装置) ３４とをデフハウジング４０内に収容する構成となっており、エンジン１２から自動変速機２２およびプロペラシャフト２４を介して伝達された回転が上記減速機３２によって減速された後、上記ディファレンシャル装置３４により、左右の相対回転を許容しつつ、一対の後輪車軸２８ｌ、２８ｒへ伝達されるようになっている。

上記デフハウジング４０内には、デフハウジング４０により一対の軸受４２を介して回転可能に支持され、プロペラシャフト２４の軸端に図示しない自在継手を介して一端部が連結され且つ他端部が小径傘歯車４４を備えたデフ入力軸４６と、デフ入力軸４６の軸心ＣＬ１と直交する軸心ＣＬ２まわりに回転可能にデフハウジング４０により一対の軸受４８を介して支持されたたとえば鋳鉄製のディファレンシャルケース５０と、そのディファレンシャルケース５０の外周部にボルト５１により固定され、上記小径傘歯車４４と噛み合う大径傘歯車５２と、上記ディファレンシャルケース５０に両端部が支持され、そのディファレンシャルケース５０の回転軸心ＣＬ２に直交する姿勢でノックピン５４によりそのディファレンシャルケース５０に固定されたピニオンシャフト５６と、ピニオンシャフト５６を挟んで相対向する状態で、ディファレンシャルケース５０によってその軸心ＣＬ２まわりに回転可能に支持された一対のサイドギヤ５８ｌ、５８ｒと、上記ピニオンシャフト５６が貫通させられることによってそのピニオンシャフト５６により回転可能に支持されて一対のサイドギヤ５８ｌ、５８ｒとそれぞれ噛み合う一対のピニオンギヤ６０とを、備えている。

一対の後輪車軸２８ｌ、２８ｒの軸端は、上記ディファレンシャルケース５０にその軸心ＣＬ２方向に形成された一対の貫通穴５０ｌ、５０ｒに摺動可能に嵌合され、且つ一対のサイドギヤ５８ｌ、５８ｒにスプライン嵌合されることにより連結されている。また、環状の一対のワッシャ( 座金）６２が一対のサイドギヤ５８ｌ、５８ｒの端面とそれを支持するディファレンシャルケース５０の貫通穴５０ｌ、５０ｒの内側開口縁との間に介挿されており、部分球面状であって中央にピニオンシャフト５６を通す穴を有する凸円板状のワッシャ( 座金）６４が、一対のピニオンギヤ６０の外周側端面とディファレンシャルケース５０の内壁面との間に介挿されている。それらワッシャ６２およびワッシャ６４は、耐磨耗性を有する金属、たとえば鉛基或いはＳｎ基の軸受メタルや、必要に応じてその合金にバネ性をさらに加えた金属により構成されている。

以上のように構成された終減速装置２６では、上記デフ入力軸４６の小径傘歯車４４と、それに噛み合う大径傘歯車５２とによって前記減速機３２が構成されており、デフ入力軸４６の回転が減速してディファレンシャルケース５０に伝達されるようになっている。これら小径傘歯車４４および大径傘歯車５２には、好適には、ハイポイドギヤとまがり歯傘歯車とが用いられる。また、上記ディファレンシャルケース５０、一対のサイドギヤ５８ｌ、５８ｒ、ピニオンシャフト５６により回転可能に支持されたピニオンギヤ６０等によって、前記ディファレンシャル装置３４が構成されている。

図３および図４は、デフハウジング４０に固定されたピニオンシャフト５６の軸端部、およびそのピニオンシャフト５６によって回転可能に支持されたピニオンギヤ６０の構成を詳しく説明するための拡大図である。図３はディファレンシャルケース５０からサイドギヤ５８ｌ、５８ｒへのトルクの伝達負荷が小さい状態を示し、図４はそのトルクの伝達負荷が大きい状態を示している。なお、図３および図４においては、作用効果の理解を容易にすることを目的として、ピニオンギヤ６０の移動量や隙間の大きさを強調して大きくして示している。

図３および図４に示すように、長手状のピニオンシャフト５６のうちピニオンギヤ６０の嵌入穴６６内に嵌め入れられた部分すなわちピニオンギヤ６０を支持する支持部６８の外周面、およびその嵌入穴６６の内周面には、軸心ＣＬ２を中心とする外周側へ向かうほど小径となるテーパ面７０およびテーパ面７２がそれぞれ形成されている。テーパ面７０は、ピニオンシャフト５６のうちピニオンギヤ６０の嵌入穴６６内に嵌め入れられた部分の軸心方向の全部であってもよいし、図３および４に示すように一部であってもよい。同様に、テーパ面７２は、ピニオンギヤ６０の嵌入穴６６の軸心方向の全部であってもよいし、図３および４に示すように一部であってもよい。

また、一対のピニオンギヤ６０の外周側端面とディファレンシャルケース５０の内壁面との間に介挿されているワッシャ６４は、それらピニオンギヤ６０の外周側端面とディファレンシャルケース５０の内壁面の曲率半径よりも小さい曲率半径を有する形状にプレス成形されており、ピニオンギヤ６０を軸心ＣＬ２を中心とする内周側すなわち軸心ＣＬ２側へ押圧( 付勢) する皿状ばねとしても機能している。

したがって、ディファレンシャルケース５０からサイドギヤ５８ｌ、５８ｒへのトルクの伝達負荷が小さい状態では、ピニオンギヤ６０とサイドギヤ５８ｌ、５８ｒとの間の噛合い反力が小さく、その噛合い反力に基づいてピニオンギヤ６０の軸心に沿う外周側への推力Ａがワッシャ６４の押圧力Ｂよりも小さいので、ピニオンギヤ６０はワッシャ６４の押圧力にしたがってその軸心方向内側へ移動させられる。図３はこの状態を示している。このため、車両の軽負荷走行時には、ピニオンシャフト５６とピニオンギヤ６０との間の嵌合クリアランスＣが小さくされて、軽負荷走行時の振動や騒音の発生が好適に抑制される。

次いで、ディファレンシャルケース５０からサイドギヤ５８ｌ、５８ｒへのトルクの伝達負荷が大きくなると、ピニオンギヤ６０とサイドギヤ５８ｌ、５８ｒとの間の噛合い反力が大きく、その噛合い反力に基づいてピニオンギヤ６０の軸心に沿う外周側への推力Ａがワッシャ６４の押圧力Ｂよりも大きくなるので、ピニオンギヤ６０はワッシャ６４の押圧力に抗してその軸心方向外側へ移動させられる。図４はこの状態を示している。このため、車両の高負荷走行時には、ピニオンシャフト５６とピニオンギヤ６０との間の嵌合クリアランスＣが大きくされて、高負荷走行時のピニオンギヤ６０とサイドギヤ５８ｌ、５８ｒとの間の磨耗が抑制され、耐久性が高められる。

上述のように、本実施例の車両用ディファレンシャル装置３４によれば、ピニオンシャフト５６のピニオンギヤ６０を支持する支持部６８およびそのピニオンギヤ６０のピニオンシャフト５６が嵌め入れられる嵌入穴６６の少なくとも一部が、外周側ほど小径となるテーパ面７０、７２であることから、駆動力がディファレンシャルケース５０からピニオンシャフト５６およびそれに回転可能に支持されたピニオンギヤ６０を介してサイドギヤ５８ｌ、５８ｒへ伝達されるときにおいて、ピニオンギヤ６０はそのサイドギヤ５８ｌ、５８ｒとの間の噛合い反力に従ってピニオンシャフト５６の軸方向外側へ移動させられるので、トルクの伝達負荷が増大するほどピニオンシャフト５６とピニオンギヤ６０との間の嵌合クリアランスＣが拡大されて高い耐久性が得られる。

また、本実施例の車両用ディファレンシャル装置３４によれば、ピニオンギヤ６０をピニオンシャフト５６の軸方向内側へ向かって押圧する押圧部材( ワッシャ６４) を有することから、トルクの伝達負荷が小さくなるほどピニオンギヤ６０はそのサイドギヤ５８ｌ、５８ｒとの間の噛合い反力が小さくなってピニオンシャフト５６の軸方向内側へ移動させられるので、ピニオンシャフト５６とピニオンギヤ６０との間の嵌合クリアランスＣが小さくされて、軽負荷時の振動や騒音の発生が好適に抑制される。

また、本実施例の車両用ディファレンシャル装置３４によれば、押圧部材は、ピニオンギヤ６０の端面とディファレンシャルケース５０との間に介挿された皿ばね（ワッシャ６４）であることから、ディファレンシャル装置３４の形状を大きくすることなく、押圧部材を設けることができる。

また、本実施例の車両用ディファレンシャル装置３４によれば、上記皿ばねは、ピニオンギヤ６０の端面とディファレンシャルケース５０との間に介挿される、比較的低摩擦且つ高耐磨耗性の金属材料から成る部分球面凸円盤状のワッシャ６４を塑性変形させることで構成されたものであるので、１つの部品でワッシャと皿ばねとを兼ねることができ、ディファレンシャル装置３４の形状を一層小型化することができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

たとえば、前述の実施例のデファレンシャル装置３４を含む終減速装置２６は、ＦＲ型車両に適用されていたがＦＦ型車輌、４輪駆動型車両等の他の駆動方式に適用することも可能である。

また、前述の実施例の車両では、エンジン１２から左右１対の後輪３０ｌ、３０ｒに至る動力伝達経路に有段式自動変速機２２が設けられていたが、それに代えて、手動変速機や、無段変速機が設けられていてもよい。

また、前述の実施例のデファレンシャル装置３４は、ピニオンシャフト５６により回転可能に支持された一対のピニオンギヤ６０を備えるものであったが、ピニオンギヤ６０の数は必ずしも２個でなくてもよい。たとえば、ピニオンシャフト５６が三叉状或いは十文字状であれば、３個或いは４個のピニオンギヤ６０が備えられ得る。

また、前述の実施例では、皿ばね( 押圧部材）としても機能するワッシャ６４が用いられていたが、ワッシャ６４の他に、押圧部材が設けられてもよい。

また、前述の実施例では、皿ばね( 押圧部材）としても機能するワッシャ６４が用いられていたが、必ずしも押圧部材が設けられていなくてもよい。高負荷走行時においては、テーパ面７０および７２によって、ピニオンシャフト５６とピニオンギヤ６０との間の嵌合クリアランスＣが確実に大きくされて、高負荷走行時のピニオンギヤ６０とサイドギヤ５８ｌ、５８ｒとの間の磨耗が抑制され、耐久性が高められるという効果が得られる。

また、前述の実施例では、ワッシャ６４は、皿ばね( 押圧部材）としても機能するために、ピニオンギヤ６０の外周側端面とディファレンシャルケース５０の内壁面の曲率半径よりも小さい曲率半径を有する形状にプレス成形( 塑性変形) されていたが、周方向において波型とし、放射状の複数本の凸条を設けてもよい。要するに、皿ばねとしても機能するためのワッシャ６４の変形形状は種々のものが考えられ得る。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

本発明の一実施例が適用されたデファレンシャル装置を含むＦＲ車両の動力伝達系を示す図である。図１のデファレンシャル装置を含む終減速装置の構成を説明する要部断面図である。図２のピニオンシャフトとそれにより回転可能に支持されたピニオンギヤの構成を拡大して示す図であって、軽負荷走行時の状態を示している。図２のピニオンシャフトとそれにより回転可能に支持されたピニオンギヤの構成を拡大して示す図であって、高負荷走行時の状態を示している。

符号の説明

１２：エンジン( 動力源）
３４：デファレンシャル装置
５０：ディファレンシャルケース
５６：ピニオンシャフト
５８ｌ、５８ｒ：サイドギヤ
６０：ピニオンギヤ
６４：ワッシャ( 皿ばね)
６６：嵌合穴
６８：支持部
７０：テーパ面
７２：テーパ面

Claims

車両の動力源からの動力により回転駆動されるディファレンシャルケースと、該ディファレンシャルケースに該ディファレンシャルケースの回転軸心に直交する方向に固定されたピニオンシャフトと、該ディファレンシャルケース内に該ディファレンシャルケースの回転軸心と同心で前記ピニオンシャフトを挟んで相対向する状態で設けられ、左右の駆動輪とともに回転するサイドギヤと、前記ピニオンシャフトによって回転可能に支持されたピニオンギヤとを備え、前記動力源からの動力を前記左右の駆動輪の相対回転を許容しつつ該左右の駆動輪へ伝達する車両用ディファレンシャル装置であって、
前記ピニオンシャフトの前記ピニオンギヤを支持する支持部および該ピニオンギヤの該ピニオンシャフトが嵌め入れられる嵌入穴の少なくとも一部が、外周側ほど小径となるテーパ面であることを特徴とする車両用ディファレンシャル装置。
前記ピニオンギヤを前記ピニオンシャフトの軸方向内側へ向かって押圧する押圧部材を有することを特徴とする請求項１の車両用ディファレンシャル装置。
前記押圧部材は、前記ピニオンギヤの端面と前記ディファレンシャルケースとの間に介挿された皿ばねであることを特徴とする請求項２の車両用ディファレンシャル装置。
前記皿ばねは、ピニオンギヤの端面と前記ディファレンシャルケースとの間に介挿される、比較的低摩擦且つ高耐磨耗性の金属材料から成る部分球面凸円盤状のワッシャが塑性変形させられることで構成されていることを特徴とする請求項３の車両用ディファレンシャル装置。