JP2009198003A - ディファレンシャルギア装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円錐ギヤを用いたディファレンシャルギア装置の円錐補償ギアと出力ギアの間のクリアランスを除去して、ノイズを抑制する。
【解決手段】２つの円錐補償ギア１６が第１の回転軸２０周りに回転自在に支持されており、当該円錐補償ギア１６と噛合した２つの出力ギア２２が当該第１の回転軸２０と垂直な第２の回転軸２４周りに回転自在に支持されているディファレンシャルハウジング１０を有するディファレンシャルギア装置において、当該ディファレンシャルハウジング１０と当該出力ギア２２及び／または補償ギア１６の少なくとも１との間にばねデバイス２８が設けられて、それらにばね力を負荷する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディファレンシャルハウジングを有するディファレンシャルギア装置に関し、この装置においては、２つの円錐補償ギアが第１の回転軸周りに回転自在に支持されておりかつ当該補償ギアに噛合する２つの円錐出力ギアが当該第１の軸に直角な第２の回転軸周りに回転自在に支持されている。

このようなディファレンシャルギア装置は一般的に知られ、例えば、原動機付き車両（以下自動車という）内で使用されてコーナリングにおけるコーナーの内側のホイールとコーナーの外側のホイールとの異なった速度を許容する。ディファレンシャルギア装置は、ディファレンシャルトランスミッション、ディファレンシャルハウジングまたはディファレンシャルバスケットとも称される。出力ギアまたは補償ギアは、その円錐形状ゆえにベベルギア（かさ歯車）とも称される。

さらに、出力ギアまたは補償ギアとディファレンシャルハウジングとの間にワッシャディスクを設けて、当該出力ギアまたは補償ギアがディファレンシャルハウジングに衝突すること及びそれらに関する任意の摩耗を防止することが知られている。

冒頭で言及したディファレンシャルギア装置の問題点は、ディファレンシャルギア装置と一体となっている自動車のパワートレイン内の荷重変化であり、これはディファレンシャルトランスミッション内において、荷重変化ノッキングと称される望まれないノイズ発生をもたらし得る。

本発明の基本となる目的は、特にパワートレイン内の荷重変化における望まれないノイズの発生を少なくとも大幅に抑制するディファレンシャルトランスミッションを提供することである。

この目的は、請求項１の特徴、特にばねデバイスがディファレンシャルハウジングと少なくとも１の出力ギア及び／または補償ギアとの間に設けられてそれらにばね力を与える点において特徴を有するディファレンシャルトランスミッションによって充足される。

本発明は、ディファレンシャルトランスミッション内の荷重変化において生成される荷重変化ノッキングが、ディファレンシャルハウジング内に設けられかつ噛合している補償ギア群または出力ギア群の間の望まれない側面クリアランスの故に発生することの認識に基づく。従って、本発明は、少なくとも１の当該出力ギア群及び／または補償ギア群がばねデバイスによって荷重を負荷され、当該出力ギアまたは補償ギアと噛合している２つのベベルギアに対して押圧される点において当該クリアランスを除去する。このことによって当該クリアランスが除去されるので、当該ばねデバイスは、望ましくないノイズの発生及び特に荷重変化におけるノッキングの発生を最終的に防止する。

ばねデバイスによって単一の出力ギアまたは補償ギアに上述の態様で荷重を負荷することが通常は可能であるが、ディファレンシャルハウジング内の荷重の分散に基づいて、互いに対向するベベルギアの各々すなわち両方の補償ギアまたは両方の出力ギアに個別のばねデバイスで荷重を負荷するのが通常は好ましい。当然ながら、４つ全てのベベルギアすなわち２つの補償ギア両方及び２つの出力ギア両方に個別のばねデバイスで荷重を負荷することも可能である。

本発明の有利な実施例は、従属請求項、本明細書及び図面から理解され得る。

本発明の実施例によれば、ばねデバイスがディファレンシャルハウジングと出力ギアまたは補償ギアとの間に設けられたワッシャディスクによって形成される。このことは、ディファレンシャルギア装置の構造サイズ及びディファレンシャルギア装置に取り付けられるコンポーネントの数を最小化しかつ所望のクリアランス補償を提供し、その際にディファレンシャルギア装置の製造コスト及び重量を増加させることはない。

例えば、ワッシャディスクは、少なくとも１の折曲したばねセクション、特に引き上げられるかまたは引き下げられたばねセクションを含み、それは好ましくはワッシャディスクから突き出ておりすなわち単一の一体コンポーネントである。従って、ワッシャディスクは、いわば板ばねの態様で形成される。

複数のばねセクションは、ワッシャディスクの外周に沿って分散して有利に設けられる。ワッシャディスクに関連している補償ギアまたは出力ギアにおける一様な挙動がこれによって達成されて、最終的に特に効率的な遊び補償となる。

代替の実施例に従えば、ばねデバイスは波状ばねを含み、それは円形断面のワイヤまたは扁平断面のワイヤから形成され得、複数の波状形状を有し得る。

波状ばねは、ディファレンシャルハウジングと出力ギアまたは補償ギアに関連しているワッシャディスクとの間に設けられ得る。この場合、ばねデバイス及びワッシャディスクは、別々のコンポーネントであり、それによって、一方をワッシャディスクとして他方をばねデバイスとする互いに各々別個なものをそれらの機能に関して最適化可能である。

ばねエレメントの正確な位置を長期間保証し同時にディファレンシャルギア装置のコンパクトな構造形状を保証するために、ばねエレメントは、例えば、ディファレンシャルハウジングの内側に提供される円周溝の様な凹部に挿入されるのが好ましい。

波状ばねは、リング状に形成されるのが好ましく、ばねデバイスに関連する出力ギアまたは補償ギアに可能な限り一様な荷重を与えるために出力ギアまたは補償ギアの回転軸と実質的に同芯に設けられる。

上述したように、複数の出力ギアまたは補償ギア、例えば両方の補償ギア及び／または両方の出力ギアが各々ばねデバイスによって荷重を負荷されている場合、全ての出力ギアまたは補償ギアは、同一のタイプのばねデバイスすなわち板ばねの態様において形成されたワッシャディスクまたは波状ばねのどちらかによって荷重を負荷され得る。

しかし、代替例として、ディファレンシャルギア装置において両方のタイプのばねデバイスを使用すること並びに、例えば、各々の場合において板ばねの態様で形成されたワッシャディスクによって補償ギアに荷重を負荷すること及び各々場合において波状ばねによって出力ギアに荷重を負荷することまたはその逆も同様に可能である。

通常は改良も想到可能であり、そこにおいて、一方の補償ギアまたは出力ギアは板ばねの態様で形成されたワッシャディスクによって荷重を負荷され、他方の補償ギアまたは出力ギアは波状ばねによって荷重が負荷される。

ワッシャディスクがディファレンシャルハウジングの材料よりも硬い材料で形成されているならば、摩擦現象の最小化のためのばねデバイスの実施例の両方は有利である。例えば、ワッシャディスクは、ばね鋼、具体的には窒化ばね鋼で形成され得、それによってワッシャディスクは、板ばねとして形成されるようさらに特別に適合させられる。

補償ギアと出力ギアとの間のクリアランスを減少させかつ最終的な荷重変化ノッキングを減少させる本発明に従った方法は、出力ギアのまたは補償ギアのワッシャディスクに対向した側部すなわち後側部が球形のキャップ形状で形成され、ワッシャディスクがそれに適応した球状に湾曲した基本形状を有している場合に、特に容易に実現され得る。全ての出力ギア及び補償ギアのディファレンシャルハウジングと対向した後側部が球状キャップの形状で形成されかつ当該ディファレンシャルハウジングの内側がそれに対応して球状に形成されるのは、球状ディファレンシャル装置とも称される球状ディファレンシャルギア装置の場合である。

代替例として、出力ギアまたは補償ギアのワッシャディスクと対向した側部が平面で形成され、当該ワッシャディスクが平面な基本形状を有し得る。換言すれば、例えば、ディファレンシャルハウジングが内側平面に少なくとも部分的に角ばった基本形状を有するディファレンシャルギア装置においても、本発明に従ったクリアランス補償が実現され得る。

本発明は、有利な実施例及び添付の図面を参照して単に例示の目的で以下に説明される。

本発明に従ったディファレンシャルギア装置の第１実施例に従った断面図である。 図１のディファレンシャルギア装置の板ばね状のワッシャディスクの第１の改良例の（ａ）平面図、（ｂ）断面図及び（ｃ）斜視図である。 図１のディファレンシャルギア装置の板ばね状のワッシャディスクの第２の改良例の（ａ）平面図、（ｂ）断面図及び（ｃ）斜視図である。 本発明に従ったディファレンシャルギア装置の第２の実施例に従った断面図である。 図４のディファレンシャルギア装置の波状ばねの第２の改良例の（ａ）平面図、（ｂ）断面図及び（ｃ）斜視図である。

第１の実施例に従ったディファレンシャルギア装置が、図１に示されている。当該ディファレンシャルギア装置は、図示されていないドライブシャフトによって駆動され得るクラウンギア１２に回転自在に固着されたディファレンシャルハウジング１０を有する。ディファレンシャルハウジング１０は、実質的に球形の空洞１４を画定するので、当該ディファレンシャルギア装置は、球形ディファレンシャル装置とも称される。

２つの円錐補償ギア１６は、空洞１４内に設けられかつバランスシャフト１８に回転自在に支持されており、バランスシャフト１８は、ディファレンシャルハウジング１０に回転自在に固着して設けられて第１の回転軸２０を画定する。

補償ギア１６は、２つの円錐出力ギア２２と噛合しており、２つの円錐出力ギア２２は、第１の回転軸２０と垂直な第２の回転軸２４周りに回転自在に支持されておりかつ各々の場合において図示されていない出力シャフトに回転自在に固着接続され得る。

補償ギア１６及び出力ギア２２のディファレンシャルハウジング１０に対向している後側２６は、球形キャップ形状で形成されており、ディファレンシャルハウジング１０の内側の曲率と適合している。

補償ギア１６または出力ギア２２のディファレンシャルハウジング１０との衝突を防止して摩耗を最小化するために、ワッシャディスク２８ａまたは２８ｂの各々は、各々の補償ギア１６とディファレンシャルハウジング１０と間並びに各々の出力ギア２２及びディファレンシャルハウジング１０の間に設けられ、実際に補償ギアまたは出力ギア１６、２２の各々の回転軸２０または２４と実質的に同軸に設けられる。ワッシャディスク２８ａ、２８ｂはディファレンシャルハウジング１０の材料よりも硬い材料で形成され、本実施例では窒化ばね鋼である。

図２及び３から分かるように、ワッシャディスク２８は、球面曲率を有するリング状の基本形状を各々有していて、当該球面曲率は、関連する補償ギアまたは出力ギア１６、２２の各々の後側２６の曲率と適合しており、従ってディファレンシャルハウジング１０の内側表面の曲率とも適合している。

さらに、補償ギア及び出力ギア１６、２２のディファレンシャルハウジング１０への衝突の防止し、補償ギア及び出力ギア１６、２２間のクリアランス補償を提供しかつパワートレイン内の荷重変化における望ましくないノイズの発生を抑制するために、ワッシャディスク２８は、さらに、板ばね態様で形成される。

図２は、板ばね状のワッシャディスク２８の第１の改良例を示しており、ワッシャディスク２８は、本実施例では６箇所である円周方向に伸長している複数のばねセクション３０を有し、当該ばねセクション３０は、ワッシャディスク２８の外縁に沿って分布して設けられている。ばねセクション３０は、ワッシャディスク２８から突出している舌部（tongue）によって形成されており、それらは、周縁セクション３２の除去によってかつ外周方向においてワッシャディスク２８内に伸長しているスロット３４の導入によって形成される（図２ａ）。

図２ｂ及び図２ｃで特に良く理解されるように、ばねセクション３０は、円周方向から見て外側に換言すれば関連する補償ギアまたは出力ギア１６、２２の各々から離間する方向に折曲しておりすなわちいわば引き上げられていている。この態様で折曲すなわち引き上げられたばねセクション３０は、ディファレンシャルハウジング１０の内側において支持されており、それによって、ワッシャディスク２８に関連している補償ギアまたは出力ギア１６、２２は特定のばね力によって荷重を負荷され、それらと係合している出力ギアまたは補償ギア２２、１６の方向において押圧される。この態様において、補償ギア及び出力ギア１６、２２が互いに常時理想的に、特にクリアランス無しに噛合することが保証される。

板状ワッシャディスク２８の第２の改良例が図３において示されていて、同様に、ワッシャディスク２８から突出している複数のばねセクション３６を有している。ばねセクション３６は、円周方向から見てワッシャディスク２８の外縁に沿って一様に分布して設けられており、半径方向に伸長している２つの各々離間しているスロット３８によって形成されている。図２で示された第１の改良例のばねセクション３０とさらに異なることは、図３に示された第２の改良例のばねセクション３６が、円周方向においてではなくむしろ半径方向に折曲すなわち引き上げられていることである。

図３に示された第２の改良例に従ったワッシャディスク２８は、引き上げられたばねセクション３６を介してディファレンシャルハウジング１０の内側において支持されていて、ワッシャディスク２８に各々関連している補償ギアまたは出力ギア１６、２２をばね力で荷重負荷し、それらをワッシャディスク２８に関連している出力ギア１６、２２に噛合する出力ギアまたは補償ギア２２、１６の方向に押圧する。

図２及び図３において、引き上げられたばねセクション３０及び３６の各々だけが示されているが、ワッシャディスク２８の少なくとも１は内側に折曲すなわち各々関連している補償ギアまたは出力ギア１６、２２に向かって引き下げられ得ることも注目すべきである。この態様で折曲すなわち内側に引き下げられたばねセクション３０または３６は、当該各々関連している補償ギアまたは出力ギア１６、２２において支持され、それらに特定のばね力で荷重を負荷して、補償ギア及び出力ギア１６、２２が常時理想的に、特に互いにクリアランス無しに噛合することを保証する。

本発明に従ったディファレンシャルギア装置の第２の実施例は、図４に示されていて、これは、図１から図３に関連して示された第１の実施例に従ったディファレンシャルギア装置とは、噛合している補償ギアと出力ギア１６、２２との間のクリアランスが補償される方法においてのみ異なる。

図２及び図３で示されたワッシャディスク２８ａ、２８ｂと違い、図４に示されている第２の実施例に従ったディファレンシャルギア装置のワッシャディスク２８ａ、２８ｂは、ばねセクションを全く有していない。すなわち、第２の実施例に従ったワッシャディスク２８ａ、２８ｂは、一様な外周形状をそれらの範囲全体に亘って有している。

ワッシャディスク２８ａ、２８ｂに各々関連する補償ギアまたは出力ギア１６、２２にばね力を負荷して、それらに噛合する出力ギアまたは補償ギア２２、１６の方向にそれらを押圧するために、ワッシャディスク２８ａ、２８ｂの各々とディファレンシャルハウジング１０との間に別個のばねエレメントが設けられる。

当該ばねエレメントは、リング状の波状ばね４０であって、それは、正確な位置決めの保証のためかつ可能な限りコンパクトなディファレンシャルギア装置の構造形状の維持のために凹部４２内に挿入され、当該凹部４２は、ディファレンシャルハウジング１０の内側に設けられ、第１または第２の回転軸２０、２４と同軸に伸長している溝によって形成されている。

図５において示されているように、波状ばね４０は円形断面ワイヤによって形成されており、一様に分布して設けられるのが好ましい複数の波状構造のためにその長さに沿って複数に折曲している。代替例として、波状ばね４０は扁平断面ワイヤによっても形成され得る。

波状ばね４０は、波状ばね４０の波状のばね弾性材から成り、それは波状ばね４０に関連する補償ギアまたは出力ギア１５、２２が、対応するワッシャディスク２８ａ、２８ｂを介してばね力で荷重を負荷されることを保証し、それによって補償ギアまたは出力ギア２２とそれらと噛合する出力ギアまたは補償ギア２２、１６との間のクリアランスが除去され、それらから発生する望ましくないノイズ、特に荷重変化ノッキングを抑制する。

図４に示されている第２の実施例の波状ばね４０は、補償ギアまたは出力ギア１６、２２及び／または波状ばね４０の適切な表面コーティングを伴って、各々関連する補償ギアまたは出力ギア１６、２２と通常は直接協働し得、それらはワッシャディスク２８ａ、２８ｂを不要とすることが通常可能である。

１０ ディファレンシャルハウジング
１２ クラウンギア
１４ 空洞
１６ 補償ギア
１８ バランスシャフト
２０ 第１の回転軸
２２ 出力ギア
２４ 第２の回転軸
２６ 後側
２８ ワッシャディスク
３０ ばねセクション
３２ 外周セクション
３４ スロット
３６ ばねセクション
３８ スロット
４０ 波状ばね
４２ 凹部

Claims (13)

1. ２つの円錐補償ギア（１６）が第１の回転軸（２０）周りに回転自在に支持されており、前記円錐補償ギア（１６）と噛合した２つの円錐出力ギア（２２）が前記第１の回転軸（２０）と垂直な第２の回転軸（２４）周りに回転自在に支持されているディファレンシャルハウジング（１０）を有するディファレンシャルギア装置であって、
   前記ディファレンシャルハウジング（１０）と前記出力ギア及び／または補償ギア（１６、２２）の少なくとも１との間にばねデバイスが設けられて、ばね力を負荷することを特徴とするディファレンシャルギア装置（１０）。
2. 請求項１記載のディファレンシャルギア装置であって、前記ばねデバイスが前記ディファレンシャルハウジング（１０）と前記出力ギアまたは補償ギア（１６、２２）との間に設けられるワッシャディスク（２８）によって形成されていることを特徴とするディファレンシャルギア装置。
3. 請求項２記載のディファレンシャルギア装置であって、前記ワッシャディスク（２８）は少なくとも１の折曲ばねセクション（３０；３６）を有することを特徴とするディファレンシャルギア装置。
4. 請求項２または３記載のディファレンシャルギア装置であって、複数のばねセクション（３０；３６）が、前記ワッシャディスク（２８）の外周に沿って分布して配されていることを特徴とするディファレンシャルギア装置。
5. 請求項１記載のディファレンシャルギア装置であって、前記ばねデバイスが波状ばね（４０）であることを特徴とするディファレンシャルギア装置。
6. 請求項５記載のディファレンシャルギア装置であって、前記波状ばね（４０）は、前記ディファレンシャルハウジング（１０）の内側に設けられる凹部（４２）に挿入されることを特徴とするディファレンシャルギア装置。
7. 請求項５または６記載のディファレンシャルギア装置であって、前記波状ばね（４０）は、前記ディファレンシャルハウジング（１０）と前記出力ギアまたは補償ギア（１６、２２）に関連するワッシャディスク（２８）との間に設けられることを特徴とするディファレンシャルギア装置。
8. 請求項５から７のいずれか１記載のディファレンシャルギア装置であって、前記波状ばね（４０）は、円形断面ワイヤまたは扁平断面ワイヤから形成されることを特徴とするディファレンシャルギア装置。
9. 請求項５から８のいずれか１記載のディファレンシャルギア装置であって、前記波状ばね（４０）は、リング状に形成されて前記出力ギアまたは補償ギア（１６、２２）の回転軸（２０、２４）と実質的に同軸に設けられることを特徴とするディファレンシャルギア装置。
10. 先行する請求項のいずれか１記載のディファレンシャルギア装置であって、前記ディファレンシャルハウジング（１０）と前記出力ギアまたは補償ギア（１６、２２）との間に設けられたワッシャディスク（２８）は、前記ディファレンシャルハウジング（１０）の材料よりも硬い材料で形成されていることを特徴とするディファレンシャルギア装置。
11. 先行する請求項のいずれか１記載のディファレンシャルギア装置であって、前記ディファレンシャルハウジング（１０）と前記出力ギアまたは補償ギア（１６、２２）との間に設けられているワッシャディスク（２８）が、ばね鋼、特に窒化ばね鋼で形成されていることを特徴とするディファレンシャルギア装置。
12. 先行する請求項のいずれか１記載のディファレンシャルギア装置であって、前記出力または補償ギア（１６、２２）のワッシャディスク（２８）と対向した側部（２６）が球状キャップ形状で形成されており、前記ワッシャディスク（２８）がそれらに適合する球状に湾曲した基本形状を有することを特徴とするディファレンシャルギア装置。
13. 請求項１から１１記載のいずれか１記載のディファレンシャルギア装置であって、前記出力ギアまたは補償ギア（１６、２２）のワッシャディスク（２８）と対向した前記側部（２６）が、平面でありかつ前記ワッシャディスク（２８）が平面の基本形状を有することを特徴とするディファレンシャルギア装置。

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