JP2010242930A - ディファレンシャルギヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】別体に構成された第1デフケース、第2デフケース、およびリングギヤが互いに一体的に溶接接合されているディファレンシャルギヤにおいて、その溶接回数を減らして製造コストを低減する。
【解決手段】第1デフケース12の第1接合部すなわち外向きフランジ42の貫通穴44よりも外周側部分42aが、第2デフケース14の第2接合部すなわち貫通穴44内に挿入される接合突部40の外周側に位置するように径方向に重ね合わされているとともに、中心線O方向においてそれ等の両接合部に対面するようにリングギヤ16が配設され、その対面部分において外周側からレーザビーム溶接が施されることにより、第1デフケース12、第2デフケース14、およびリングギヤ16の3部材が互いに一体的に溶接接合されているため、それ等を1回の溶接作業で溶接接合でき、製造コストが低減される。
【選択図】図1

Description

本発明はディファレンシャルギヤに係り、特に、差動機構を支持してトルク伝達する第1デフケース、差動機構との間でトルク伝達しない第2デフケース、およびリングギヤが、それぞれ別体に構成されて互いに一体的に溶接接合されているディファレンシャルギヤの改良に関するものである。
デフケースが中心線O方向において第1デフケースおよび第2デフケースに2分割され、その内部にピニオンギヤや一対のサイドギヤ等の差動機構を収容しているとともに、デフケースの外部にリングギヤが設けられ、それ等の第1デフケース、第2デフケース、およびリングギヤが互いに一体的に溶接接合されているディファレンシャルギヤが、例えば車両の左右輪の差動を許容する差動歯車装置などに用いられている。これは、例えば4ピニオン型や鍛造構造のディファレンシャルギヤ、或いは差動制限機構付きディファレンシャルギヤ(LSD)などで、組付の都合や製造上の制約等によりデフケースを2分割する必要があるためである。特許文献1に記載のディファレンシャルギヤはその一例で、第1デフケースおよび第2デフケースの接合部が互いに重ね合わされて一体的に溶接接合されており、その接合部分の外周側に更にリングギヤが一体的に溶接接合されているとともに、接合部分の内側にピニオンシャフトが取り付けられている。また、特許文献2には、ピニオンシャフトが取り付けられてピニオンギヤを回転可能に支持している第1デフケースと、ピニオンギヤを支持しない第2デフケースとが、互いに一体的に溶接接合されているとともに、更にその接合部分の近くにリングギヤが一体的に溶接接合されている。
特開平7−54960号公報 特表2006−509172号公報
しかしながら、このように第1デフケースと第2デフケースとを一体的に溶接接合し、更にそのデフケースにリングギヤを一体的に溶接接合する場合には、2回の溶接作業が必要で製造コストが高くなるという問題があった。なお、前記特許文献2には、第2デフケースにリングギヤを一体に設けることにより溶接回数を減らすことが提案されているが、デフケースとリングギヤとでは必要強度や耐摩耗性等の条件が異なるため、材質の制約から却ってコスト高になる可能性があるなど必ずしも十分に満足できるものではない。
本発明は以上の事情を背景として為されたもので、その目的とするところは、別体に構成された第1デフケース、第2デフケース、およびリングギヤが互いに一体的に溶接接合されているディファレンシャルギヤにおいて、その溶接回数を減らして製造コストを低減することにある。
かかる目的を達成するために、第1発明は、差動機構を支持してその差動機構との間でトルク伝達を行う第1デフケースと、差動機構との間でトルク伝達しない第2デフケースと、リングギヤとが、それぞれ別体に構成されて互いに一体的に溶接接合されているディファレンシャルギヤにおいて、前記第1デフケースの第1接合部が前記第2デフケースの第2接合部よりも外周側に位置するように重ね合わされているとともに、それ等の両接合部に対面するように前記リングギヤが配設され、その対面部分において第1デフケース、第2デフケース、およびリングギヤの3部材が互いに一体的に溶接接合されていることを特徴とする。
第2発明は、第1発明のディファレンシャルギヤにおいて、(a) 前記第1デフケースは、中心線Oに対して直交するピニオンシャフトを介してピニオンギヤを回転可能に支持しているとともに、そのピニオンギヤと噛み合う一方のサイドギヤを前記中心線Oまわりに相対回転可能に保持している一方、(b) 前記第2デフケースは、前記ピニオンシャフトを挟んで前記一方のサイドギヤが配設された側と反対側において前記第1デフケースに配設され、前記ピニオンギヤと噛み合う他方のサイドギヤを前記中心線Oまわりに相対回転可能に保持しており、(c) 前記ピニオンギヤおよび前記一対のサイドギヤを含んで前記差動機構が構成されていることを特徴とする。
第3発明は、第1発明または第2発明のディファレンシャルギヤにおいて、(a) 前記リングギヤは、前記第1デフケースの外周側に配設されるもので、(b) その第1デフケースには外向きフランジが一体に設けられているとともに、その外向きフランジには貫通穴が設けられている一方、(c) 前記第2デフケースには前記貫通穴内に挿入される接合突部が設けられており、(d) 前記外向きフランジを挟んで前記第2デフケースと反対側に、その外向きフランジおよび前記接合突部に対面するように前記リングギヤが配設され、その対面部分で一体的に溶接接合されていることを特徴とする。すなわち、第1デフケースに設けられた外向きフランジの貫通穴よりも外周側部分は第1発明の第1接合部として機能し、第2デフケースに設けられた接合突部は第1発明の第2接合部として機能する。
このようなディファレンシャルギヤにおいては、第1デフケースの第1接合部が第2デフケースの第2接合部よりも外周側に位置するように重ね合わされているとともに、それ等の両接合部に対面するようにリングギヤが配設され、その対面部分において第1デフケース、第2デフケース、およびリングギヤの3部材が互いに一体的に溶接接合されているため、それ等を1回の溶接作業で溶接接合でき、製造コストが低減される。また、差動機構を支持していてリングギヤとその差動機構との間のトルク伝達を行う第1デフケースの第1接合部が、トルク伝達しない第2デフケースの第2接合部よりも外周側に位置しているため、溶接接合強度が同じであっても径差分だけ第1デフケースとリングギヤとの間の伝達トルク容量が大きくなり、第2デフケースの第2接合部を外周側に位置させて溶接接合する場合に比較して強度的に有利であるとともに、トルク伝達が行われる第1デフケースとリングギヤとの溶接状態を外部から目視で確認することが可能で信頼性が向上する。
第3発明は、差動機構を支持している第1デフケースの外周側にリングギヤが配設される場合で、装置がコンパクトに構成されるとともに、その第1デフケースに外向きフランジが設けられるとともに貫通穴が形成され、第2デフケースに設けられた接合突部が貫通穴内に挿入されることにより、その接合突部が第2接合部として機能し、外向きフランジの貫通穴よりも外周側部分が第1接合部として機能する。すなわち、第1デフケースの外周側にリングギヤを配設して装置をコンパクトに構成しつつ、第1デフケースの第1接合部が第2デフケースの第2接合部よりも外周側に位置する状態で溶接接合することが可能となり、第1デフケースとリングギヤとの間の伝達トルク容量を十分に確保することができる。
本発明が適用されたディファレンシャルギヤの一例を説明する図で、(a) は中心線Oに沿って切断した断面図、(b) は第2デフケースを単独で(a) の右側から見た右側面図、(c) は(a) におけるIC部分の拡大断面図である。 本発明の他の実施例を示す図で、(a) は中心線Oに沿って切断した断面図、(b) はリングギヤを省略して(a) の左側から見た左側面図、(c) は(a) におけるIIC部分の拡大断面図である。
本発明のディファレンシャルギヤは、例えば車両の左右輪の差動を許容する差動歯車装置などに好適に採用され、プロペラシャフト等からリングギヤに伝達された回転を、差動機構を介して左右一対のドライブシャフトへ伝達するように用いられる。リングギヤは、例えば円錐形状の傘歯車やハイポイドギヤにて構成されるが、円筒形状の円筒歯車であっても良い。なお、車両以外の動力伝達装置に用いることも可能である。
差動機構は、例えば1または複数のピニオンギヤ、およびそのピニオンギヤに噛み合わされた一対のサイドギヤを有して構成され、それ等のギヤは傘歯車にて構成されるが、ウォームおよびウォームイホールから成るウォームギヤ式や遊星歯車式等の差動機構を採用することもできる。また、摩擦式や粘性式等の差動制限装置を備えていても良い。
ピニオンギヤを回転可能に支持するピニオンシャフトは、例えば1本の直線状のシャフトで、その両端部が第1デフケースに取り付けられ、1個または一対のピニオンギヤが回転可能に配設されるが、3個または4個のピニオンギヤが配設される三叉形状や十字形状のピニオンシャフトを採用することもできる。
上記傘歯車式差動機構を有する場合、第1デフケースは例えば大径部および小径部を有する段付き円筒形状の部材にて構成され、大径部においてピニオンシャフトを介してピニオンギヤを支持するとともに、小径部側に一方のサイドギヤが収容される。その一方のサイドギヤにスプライン等を介して相対回転不能に連結されたドライブシャフト等の動力伝達軸は、小径部内を挿通して外部へ延び出すように配設される。
第2デフケースは、上記第1デフケースの大径部側の開口端を塞ぐ円環形状の蓋部と、その蓋部の内周部から連続して第1デフケースと反対方向へ突き出す円筒部とを一体に有し、他方のサイドギヤを第1デフケースとの間の空間内に保持するように構成される。その他方のサイドギヤにスプライン等を介して相対回転不能に連結されたドライブシャフト等の動力伝達軸は、円筒部内を挿通して外部へ延び出すように配設される。第1デフケースおよび第2デフケース、ドライブシャフト等の左右の動力伝達軸は、共通の中心線Oと同心に且つその中心線Oまわりに回転可能に配設される。
上記第1デフケースおよび第2デフケースの形状は、差動機構の種類や差動制限装置の有無等に応じて適宜定められる。また、第1デフケースは、例えば鍛造加工や鋳造によって所定形状に形成することができるが、鍛造加工によれば、鋳造に比較して溶接接合が容易(割れ難い)であるとともに、強度が高くて薄肉化や軽量化を図ることができる。第1デフケースに外向きフランジや貫通穴を設ける場合、必要に応じて切削加工などによる後加工で貫通穴を形成するようにしても良い。第2デフケースは、同じく鍛造加工によって形成することが望ましいが、形状によってはプレス加工で形成することもできる。
第3発明では、リングギヤが第1デフケースの外周側に配設されていたが、他の発明の実施に際してはリングギヤを第2デフケースの外周側や第2デフケースの側部(第1デフケースと反対側)に配設することも可能で、その場合は、第2デフケースに貫通穴を設けることなく、例えば第2デフケースの蓋部の外側に第1デフケースの大径部を嵌合し、その嵌合部に対面するようにリングギヤを配設して一体的に溶接接合することができる。
対面部分の溶接接合は外周側から行われるが、内周側の第2接合部まで確実に溶接接合する上で、例えばレーザビーム溶接や電子ビーム溶接が適当である。第2接合部まで溶接接合できれば他の溶接手法を採用することもできる。リングギヤには、必要に応じて第1デフケースの第1接合部(第3発明では外向きフランジ)の外径と略同じ外径の円筒部(接合部)が設けられ、その円筒部の端面を第1接合部および第2接合部に対面させるようにして、対面部分の外径を略同じにすることが望ましい。この溶接接合は、中心線Oまわりの全周に隙間無く行うことが望ましい。
第3発明の貫通穴および接合突部は、中心線Oまわりに等角度間隔で複数設けることが望ましいが、第2デフケースはトルク伝達に関与しないため、離脱しない程度の強度が得られれば1箇所だけであっても良い。貫通穴および接合突部は、例えば中心線Oを中心とする円弧形状を成すように設けられ、中心線Oまわりの合計の長さ寸法は、第1デフケースの強度を損なわないように全周の1/2以下とすることが望ましい。貫通穴および接合突部の形状は、中心線Oを中心とする円弧形状が望ましいが、円形や直線状の長円形、正方形、長方形など種々の態様が可能である。
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、本発明が適用されたディファレンシャルギヤ10を説明する図で、(a) は中心線Oに沿って切断した断面図、(b) は第2デフケースを単独で(a) の右側から見た右側面図、(c) は(a) におけるIC部分の拡大断面図である。ディファレンシャルギヤ10は、中心線O方向において2分割された第1デフケース12および第2デフケース14と、第1デフケース12の外周側に配設されたリングギヤ16とを有し、これ等の第1デフケース12、第2デフケース14、リングギヤ16は何れも中心線Oと同心に配設されている。第1デフケース12は、大径部20および小径部22を有する段付き円筒形状の部材にて構成されており、大径部20の内側に傘歯車式の差動機構24が配設されている。
差動機構24は、中心線Oに対して直交する直線状のピニオンシャフト25と、そのピニオンシャフト25の両端部にそれぞれ回転可能に配設された一対のピニオンギヤ26と、その一対のピニオンギヤ26と噛み合う左右一対のサイドギヤ28、34とを備えている。そして、ピニオンシャフト25の両端部が前記第1デフケース12の大径部20に取り付けられており、その第1デフケース12を介してリングギヤ16との間でトルク伝達が行われる。右サイドギヤ28は、ピニオンシャフト25よりも図1(a) の右側に配設されて一対のピニオンギヤ26と噛み合わされており、小径部22によって中心線Oまわりに相対回転可能に保持されている。
第2デフケース14は、第1デフケース12の大径部20側の開口端を塞ぐ円環形状の蓋部30と、その蓋部30の内周部から連続して第1デフケース12と反対の左方向へ突き出す円筒部32とを一体に備えており、前記ピニオンギヤ26と噛み合う左サイドギヤ34を中心線Oまわりに相対回転可能に第1デフケース12との間の空間内に保持している。円筒部32は、第1デフケース12の小径部22と略等しい内径寸法で構成されている。ピニオンギヤ26および左右のサイドギヤ28、34は傘歯車にて構成されている。右サイドギヤ28は一方のサイドギヤに相当し、左サイドギヤ34は他方のサイドギヤに相当する。
上記第1デフケース12および第2デフケース14は、何れも鍛造加工を主体として所定形状に形成されており、必要に応じて切削加工などによる後加工が行われる。第2デフケース14の蓋部30の外周部には、鍛造加工により第1デフケース12側へ突き出すように部分的に略直角に曲げられた接合突部40が設けられている。この接合突部40は、図1(b) から明らかなように、中心線Oを中心とする円弧形状を成しているとともに、中心線Oまわりに等角度間隔で複数(実施例では3つ)設けられている。また、各接合突部40は、何れも中心線Oまわりにおいて約60°の角度の長さで設けられており、3つの接合突部40の周方向の合計長さは、全周の約1/2である。一方、第1デフケース12の大径部20側の開口端には、中心線Oに対して略直角に外周側へ延び出す外向きフランジ42が鍛造加工により一体に設けられているとともに、その外向きフランジ42の径方向の中間位置には貫通穴44が形成されている。外向きフランジ42の肉厚は上記接合突部40の突出寸法と略同じで、貫通穴44は接合突部40と一致する位置に略同じ大きさ、形状で設けられており、中心線Oを中心とする円弧形状を成しているとともに、約60°の角度の長さを有し、中心線Oまわりに等角度間隔で複数(実施例では3つ)設けられている。貫通穴44は鍛造加工によって形成することもできるが、切削加工或いはプレスの打ち抜き加工等による後加工で形成しても良い。
そして、上記3箇所の貫通穴44内にそれぞれ接合突部40が挿入されるとともに、外向きフランジ42を挟んで第2デフケース14と反対側には、それ等の外向きフランジ42の側面および接合突部40の先端面に対し、中心線O方向において対面するようにリングギヤ16が配設され、その対面部分において外周側からレーザビーム溶接が施されることにより、第1デフケース12、第2デフケース14、およびリングギヤ16の3部材が互いに一体的に溶接接合されている。接合突部40の突出寸法は、外向きフランジ42の肉厚と略同じであるため、第2デフケース14の蓋部30が第1デフケース12の先端面に密着するように組み付けられることにより、接合突部40の先端は外向きフランジ42の反対側の面と略面一になり、リングギヤ16と略面接触する状態で適切に溶接接合される。第2デフケース14の蓋部30にはまた、第1デフケース12の大径部20の内周面に略接するように同心に嵌合される円筒形状の補助突部41が一体に設けられており、接合突部40のみの溶接でも第1デフケース12に対して適切に固定される。
リングギヤ16の内周部には、外向きフランジ42の外径と略同じ外径の円筒部46が一体に設けられており、その円筒部46の先端面が中心線O方向において外向きフランジ42の側面および接合突部40の先端面に対面して略接するように配設され、外径が略等しい対面部分に対して外周側から適切に溶接作業を行うことができる。このリングギヤ16の内径寸法は第1デフケース12の大径部20の外径寸法と略同じで、その内周面が大径部20の外周面に略接する状態で同心に嵌合されており、第1デフケース12に対して適切に固定される。図1の(a) 、(c) に示すWは溶接接合部で、中心線Oまわりの全周に隙間無く溶接が行われている。接合突部40は第2接合部に相当し、外向きフランジ42の貫通穴44よりも外周側部分42aは、その接合突部40の外周側に重ね合わされた第1接合部に相当する。
このようなディファレンシャルギヤ10は、例えば車両の左右輪の差動を許容する差動歯車装置として用いられ、プロペラシャフトの端部に設けられたドライブピニオン50からリングギヤ16に伝達された回転は、溶接接合部Wから第1デフケース12に伝達され、更にピニオンギヤ26を介して左右一対のサイドギヤ28、34から左右のドライブシャフト52、54へ伝達される。ドライブシャフト52、54は、それぞれサイドギヤ28、34にスプライン等を介して相対回転不能に連結されているとともに、小径部22内或いは円筒部32内を挿通して外部へ延び出すように配設される。上記ドライブピニオン50およびリングギヤ16は、例えばハイポイドギヤにて構成される。
ここで、このような本実施例のディファレンシャルギヤ10においては、第1デフケース12の第1接合部すなわち外向きフランジ42の貫通穴44よりも外周側の部分42aが、第2デフケース14の第2接合部すなわち貫通穴44内に挿入される接合突部40の外周側に位置するように径方向に重ね合わされているとともに、中心線O方向においてそれ等の両接合部に対面するようにリングギヤ16が配設され、その対面部分において外周側からレーザビーム溶接が施されることにより、第1デフケース12、第2デフケース14、およびリングギヤ16の3部材が互いに一体的に溶接接合されているため、それ等を1回の溶接作業で溶接接合でき、製造コストが低減される。
また、ピニオンギヤ26を支持していてリングギヤ16と差動機構24との間のトルク伝達を行う第1デフケース12の第1接合部、すなわち外向きフランジ42の貫通穴44よりも外周側の部分42aが、第2デフケース14の第2接合部すなわち貫通穴44内に挿入される接合突部40よりも外周側に位置しているため、溶接接合強度が同じであっても径差分だけ第1デフケース12とリングギヤ16との間の伝達トルク容量が大きくなり、第2デフケース14の第2接合部を外周側に位置させて溶接接合する場合に比較して強度的に有利であるとともに、トルク伝達が行われる第1デフケース12とリングギヤ16との溶接状態を外部から目視で確認することが可能で信頼性が向上する。
また、本実施例のディファレンシャルギヤ10は、差動機構24を支持している第1デフケース12の外周側にリングギヤ16が配設される場合で、装置が中心線O方向においてコンパクトに構成されるとともに、その第1デフケース12に外向きフランジ42が設けられるとともに貫通穴44が形成され、第2デフケース14に設けられた接合突部40が貫通穴44内に挿入されることにより、その接合突部40が第2接合部として機能し、外向きフランジ42の貫通穴44よりも外周側部分42aが第1接合部として機能する。すなわち、第1デフケース12の外周側にリングギヤ16を配設して装置をコンパクトに構成しつつ、第1デフケース12の第1接合部が第2デフケース14の第2接合部よりも外周側に位置する状態で溶接接合することが可能となり、第1デフケース12とリングギヤ16との間の伝達トルク容量を十分に確保することができる。
また、本実施例では、第1デフケース12および第2デフケース14が何れも鍛造加工を主体として所定形状に形成されているため、鋳造に比較して溶接接合が容易(割れ難い)で溶接により適切に一体化できるとともに、強度が高くて薄肉化や軽量化を図ることができる。
なお、上記実施例では差動機構24を支持している第1デフケース12の外周側にリングギヤ16が配設される場合について説明したが、図2に示すディファレンシャルギヤ60のように、第2デフケース14の外周側にリングギヤ16を反対向きに配設することも可能である。すなわち、第2デフケース14の蓋部30の外周縁に第1デフケース12側へ向かって突き出す円筒支持部62を中心線Oと同心に一体に設け、その円筒支持部62の外周側にリングギヤ16を嵌合するとともに、その円筒支持部62の先端に外周側へ向かって延び出す外向きフランジ64を一体に設ける。また、その外向きフランジ64の外周側に嵌合される円筒形状の嵌合部66を第1デフケース12の大径部20の先端に一体に設け、その嵌合部66の先端面および外向きフランジ64の側面を、中心線O方向においてリングギヤ16の円筒部46の先端面に対面させて、その対面部分をレーザビーム溶接により一体的に溶接接合すれば良い。この場合は、嵌合部66が第1接合部に相当し、外向きフランジ64が第2接合部に相当する。図2の(a) は中心線Oに沿って切断した断面図で、(b) はリングギヤを省略して(a) の左側から見た左側面図、(c) は(a) におけるIIC部分の拡大断面図である。
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、これ等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。
10、60:ディファレンシャルギヤ 12:第1デフケース 14:第2デフケース 16:リングギヤ 24:差動機構 25:ピニオンシャフト 26:ピニオンギヤ 28:右サイドギヤ(一方のサイドギヤ) 34:左サイドギヤ(他方のサイドギヤ) 40:接合突部(第2接合部) 42:外向きフランジ 42a:外周側部分(第1接合部) 44:貫通穴 64:外向きフランジ(第2接合部) 66:嵌合部(第1接合部) O:中心線 W:溶接接合部

Claims (3)

  1. 差動機構を支持して該差動機構との間でトルク伝達を行う第1デフケースと、差動機構との間でトルク伝達しない第2デフケースと、リングギヤとが、それぞれ別体に構成されて互いに一体的に溶接接合されているディファレンシャルギヤにおいて、
    前記第1デフケースの第1接合部が前記第2デフケースの第2接合部よりも外周側に位置するように重ね合わされているとともに、それ等の両接合部に対面するように前記リングギヤが配設され、その対面部分において該第1デフケース、第2デフケース、およびリングギヤの3部材が互いに一体的に溶接接合されている
    ことを特徴とするディファレンシャルギヤ。
  2. 前記第1デフケースは、中心線Oに対して直交するピニオンシャフトを介してピニオンギヤを回転可能に支持しているとともに、該ピニオンギヤと噛み合う一方のサイドギヤを前記中心線Oまわりに相対回転可能に保持している一方、
    前記第2デフケースは、前記ピニオンシャフトを挟んで前記一方のサイドギヤが配設された側と反対側において前記第1デフケースに配設され、前記ピニオンギヤと噛み合う他方のサイドギヤを前記中心線Oまわりに相対回転可能に保持しており、
    前記ピニオンギヤおよび前記一対のサイドギヤを含んで前記差動機構が構成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載のディファレンシャルギヤ。
  3. 前記リングギヤは、前記第1デフケースの外周側に配設されるもので、
    該第1デフケースには外向きフランジが一体に設けられているとともに、該外向きフランジには貫通穴が設けられている一方、
    前記第2デフケースには前記貫通穴内に挿入される接合突部が設けられており、
    前記外向きフランジを挟んで前記第2デフケースと反対側に、該外向きフランジおよび前記接合突部に対面するように前記リングギヤが配設され、その対面部分で一体的に溶接接合されている
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のディファレンシャルギヤ。
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