JP2011247300A - ディファレンシャル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータ、コントローラ等を必要とすることなく、専ら機械的構造によって、駆動輪のタイヤに対してその幅方向に微小振動を与える。
【解決手段】デフケース２と、デフケース２内に、デフケース２の軸線Ｎ方向に直交する方向に設けられたピニオンギヤシャフト３と、ピニオンギヤシャフト３に回転自在に支持されたピニオンギヤ４と、デフケース２内に設けられ、ピニオンギヤ４に噛合された一対のサイドギヤ５と、各サイドギヤ５に相対回転不能に接続された一対の出力シャフト７と、を備える。出力シャフト７は、サイドギヤ５に軸線Ｎ方向に相対移動不能に接続され、デフケース２と各サイドギヤ５との間に、各サイドギヤ５をピニオンギヤ４側へ押圧するコニカルスプリングワッシャ１０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の駆動系に設置されるディファレンシャル装置に関する。

車両が旋回走行する際に、車輪のスリップ等を防止して円滑な走行を行うために、左右の駆動輪の回転数差を吸収するディファレンシャル装置が車両の駆動系に設置される。一般に、ディファレンシャル装置は、駆動輪に連結される出力軸と同軸上で回転するデフケースと、デフケース内に設けられた一対のピニオンギヤと、同じくデフケース内に設けられてピニオンギヤに噛合う一対のサイドギヤとを備えている。各ピニオンギヤはデフケース内において出力軸に対して直交する方向に配設されたピニオンギヤシャフトに回転自在に支持されている。つまり、ピニオンギヤは、自転しながらデフケースとともに出力軸回りを公転するようになっている（例えば特許文献１，２を参照）。

トランスミッション、プロペラシャフト等を経て伝達される駆動力がデフケースに入力されると、デフケースが回転し、そのデフケース内のピニオンギヤが出力軸の回りを公転しながら、サイドギヤを回転させる。このとき、ピニオンギヤが自転すると左右のサイドギヤおよび左右の出力軸に回転数差が生じる。

特許文献１に開示されているディファレンシャル装置は、ドライブシャフト（出力軸）の端部から軸方向に楔状ねじをねじ込むことによって、ドライブシャフトの外径を拡径できるようにしたものである。これにより、ドライブシャフトとサイドギヤとの間のスプライン嵌合部をタイトフィット状態にするようになっている。

特許文献２に開示されているディファレンシャル装置は、ピニオンギヤとサイドギヤとの間の噛合反力によって発生するスラスト力によりサイドギヤがデフケース内に摺接することにより左右の出力軸間の差動を制限する差動制限機能を有するものである。このディファレンシャル装置は、ピニオンギヤとサイドギヤとの間の噛合バックラッシュを調整できるように、サイドギヤの背面に当接するばねワッシャを備えている。

ところで、ディファレンシャル装置に関する文献ではないが、特許文献３には、タイヤの回転方向に微小振動を与えた場合に、タイヤの幅方向の摩擦係数が増加し、タイヤの幅方向に微小振動を与えた場合は、タイヤの回転方向の摩擦係数が増加する旨が記載されている。

特開２００７−２９２１２１号公報 特開平１０−１４１４７６号公報 国際公開第ＷＯ０２／０００４６３号

特許文献３に開示されている装置によれば、タイヤの幅方向に微小振動を与えることにより、タイヤの回転方向の摩擦係数を増加させることが可能であるが、回転中のタイヤに微小振動を付与するためには、大型の電動モータやその電動モータの駆動およびフィードバック制御を実行するためのコントローラなどを車両に搭載することが必要となる。その結果、車両の体格や重量が増加してしまうことが懸念される。仮に、電動モータを小型化できても、更に減速ギヤ等が必要となり、装置が煩雑化することが懸念される。

また、電動モータ、コントローラ等は高価であり、タイヤの幅方向に微小振動を与えるために大幅なコスト負担が必要となる。

また、電動モータ、コントローラを搭載することで、車両全体での消費電力が増加し、その結果、燃費悪化を招くおそれがある。

本発明はかかる問題に鑑みて創案されたものであり、電動モータ、コントローラ等を必要とすることなく、専ら機械的構造によって、駆動輪に対してその幅方向に微小振動を与えることを可能とするディファレンシャル装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するための手段として、本発明のディファレンシャル装置は、以下のように構成されている。

すなわち、本発明のディファレンシャル装置は、デフケースと、前記デフケース内に、デフケースの軸線方向に直交する方向に設けられたピニオンギヤシャフトと、前記ピニオンギヤシャフトの軸線回りに回転自在に設けられたピニオンギヤと、前記デフケース内に設けられ、前記ピニオンギヤに噛合された一対のサイドギヤと、前記各サイドギヤに相対回転不能に接続された一対の出力シャフトと、を備えるものを前提としており、前記出力シャフトは、前記サイドギヤに軸線方向に相対移動不能に接続され、前記デフケースと前記各サイドギヤとの間に、前記各サイドギヤを前記ピニオンギヤ側へ押圧する押圧部材が設けられたことを特徴とするものである。

かかる構成を備えるディファレンシャル装置によれば、一対のサイドギヤに回転差が生じると、サイドギヤとピニオンギヤとの噛合い反力により、各サイドギヤに軸線方向駆動輪側へのスラスト力が発生する。このスラスト力が押圧部材の押圧力より小さい場合は、各サイドギヤは、ピニオンギヤに対してバックラッシュがゼロの状態で押し付けられ、各サイドギヤは、ピニオンギヤと噛合う歯が入れ替わる毎に軸線方向に振動する。つまり、このディファレンシャル装置によれば、専ら機械的構造によって、駆動輪に対してその幅方向に微小振動を与えることができる。

前記押圧部材は、例えばコニカルスプリングワッシャなどのばね材である。

かかる構成を備えるディファレンシャル装置によれば、簡易な構造にて駆動輪に対しその幅方向の微小振動を与えることができる。

本発明のディファレンシャル装置は、既述の構成において、前記出力シャフトは、その内側端部に形成された環状溝と、この環状溝に嵌め込まれた環状部材と、前記サイドギヤの軸線方向外側への移動を係止する係止部と、を有し、前記サイドギヤが、前記環状部材と前記係止部との間に隙間なく設けられたことにより、前記出力シャフトが前記サイドギヤに対して軸線方向に相対移動不能に接続されたものであることが望ましい。

あるいは、既述の構成において、前記出力シャフトは、その内側端部に形成された雄ねじ部と、この雄ねじ部に螺着されたナットと、前記サイドギヤの軸線方向外側への移動を係止する係止部と、を有し、前記サイドギヤが、前記ナットと前記係止部との間に設けられ、前記ナットが締め付けられたことにより、前記出力シャフトが前記サイドギヤに対して軸線方向に相対移動不能に接続されたものであってもよい。

本発明のディファレンシャル装置によれば、専ら機械的構造によって、駆動輪に対してその幅方向に微小振動を与えることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るディファレンシャル装置等を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るディファレンシャル装置を搭載した車両の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係るディファレンシャル装置の要部を示す断面図である。 他の実施の形態に係るディファレンシャル装置等を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るディファレンシャル装置について図面を参照して説明する。図１は、車両のディファレンシャル装置１００を示す断面図である。

このディファレンシャル装置１００は、入力シャフト１、デフケース２、ピニオンギヤシャフト３、一対のピニオンギヤ４、一対のサイドギヤ５、出力シャフト７、押圧部材１０等を備えている。

入力シャフト１は、デフキャリア８内に転がり軸受１１を介して回転自在に支持されている。この入力シャフト１は、一端部が例えばプロペラシャフト２０３（図２参照）に連結され、他端部にデフケース２のリングギヤ２１に噛合ったドライブピニオンギヤ１２を備えている。プロペラシャフト等から入力シャフト１に回転動力が伝達されると、その回転動力によりデフケース２が回転される。

デフケース２は、デフキャリア８内に転がり軸受２２を介して回転自在に支持されている。デフケース２内には、デフケース２の軸線Ｎに直交する方向にピニオンギヤシャフト３が固設されており、このピニオンギヤシャフト３にストレートベベルギヤからなる一対のピニオンギヤ４が互いに向かい合って回転自在に支持されている。つまり、ピニオンギヤ４はピニオンギヤシャフト３の軸線回りに回転自在に設けられている。また、デフケース２内には、軸線Ｎに直交する方向に延在する一対の平坦面２３が形成されており、これらの平坦面２３は、後述するサイドギヤ５の裏面部５２に対向している。

また、デフケース２内には、上記一対のピニオンギヤ４に噛合ったストレートベベルギヤからなる一対のサイドギヤ５が設けられている。サイドギヤ５は、デフケース２と同軸線Ｎ上で回転するように、そのボス部５１がデフケース２内に相対回転自在に支持されている。なお、サイドギヤ５のボス部５１の端部とデフケース２との間には隙間Ｓが確保されており、サイドギヤ５が軸線Ｎ方向に隙間Ｓの範囲内で移動可能となっている。この隙間Ｓは、後述するサイドギヤ５の軸線Ｎ方向への振動を可能とするために設けられている。

本実施形態においては、上記ピニオンギヤ４および上記サイドギヤ５としてストレートベベルギヤが採用されているが、その他のベベルギヤ（スパイラルベベルギヤなど）が採用されていてもよい。

出力シャフト（アクスルシャフト）７は、その内側端部がサイドギヤ５にスプライン嵌合により、相対回転不能に接続されている。出力シャフト７の外側端部には、駆動輪２０５Ｌ，２０５Ｒ（図２参照）が連結されている。出力シャフト７は、サイドギヤ５に対して軸線Ｎ方向に相対移動不能となるように接続されている。すなわち、図１に示すように、出力シャフト７の一端部にスナップリング溝（環状溝）７１が形成されており、出力シャフト７の途中にサイドギヤ５の軸線Ｎ方向外側（軸線Ｎ方向駆動輪側）への移動を係止する係止部として雄スプライン７１側（出力シャフト７の内側端部側）を小径とした異径段差７３が形成されている。サイドギヤ５は、上記異径段差７３と上記スナップリング溝７１に嵌入されたスナップリング７４との間に隙間なく設けられていることによってサイドギヤ５と軸線Ｎ方向に相対移動不能に接続されている。

但し、上記隙間Ｓなどによって、出力シャフト７は、サイドギヤ５と一体に軸線Ｎ方向に所定範囲内で移動可能（振動可能）とされている。

押圧部材１０は、デフケース２内に形成された前記平坦面２３とサイドギヤ５の裏面部５２との間に介設されている。押圧部材１０として、図１に示す例では、コニカルスプリングワッシャ（ばね材）を採用している。

この押圧部材１０は、ディファレンシャル装置１が伝達するトルクが所定値以下の場合に、サイドギヤ５とピニオンギヤ４とのバックラッシュが「０」になるように、サイドギヤ５をピニオンギヤ４側へ押圧している。

−作用−
つぎに、既述の構成を備えるディファレンシャル装置１００の作用について説明する。図２は、ディファレンシャル装置１００を搭載したＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）型車両２００が、左右で摩擦係数μの異なる路面上に停車している状態を示している。符号２０１はエンジン、符号２０２はトランスミッション、符号２０３はプロペラシャフト、符号２０４Ｌ，２０４Ｒは左右の前輪、符号２０５Ｌ，２０５Ｒは左右の後輪（駆動輪）を示している。例えば、左後輪２０５Ｌが比較的摩擦係数μが低くなる積雪上に止まっており、右後輪２０５Ｒが比較的摩擦係数μが高くなるアスファルト上に止まっている場合に、車両を急発進させると、左後輪２０５Ｌのみが空転して駆動力が路面に伝わり難くなることがある。

ディファレンシャル装置１００では、図３に示すように、ピニオンギヤ４とサイドギヤ５との間で発生する噛合い反力により、サイドギヤ５に軸線Ｎ方向駆動輪側へスラスト力Ｔが発生するが、左後輪２０５Ｌが空転して駆動力が路面に伝わり難い状況では、このスラスト力Ｔは押圧部材１０の押圧力よりも小さくなる。このため、サイドギヤ５は、押圧部材１０の押圧力によって、ピニオンギヤ４側に押し付けられてバックラッシュがゼロになる。更にこの状態で、左右の駆動輪２０５Ｌ，２０５Ｒに回転差が生じているため、ピニオンギヤ４が自転して、ピニオンギヤ４とサイドギヤ５の噛合う歯が連続的に入れ替わる。このとき、両ギヤ４，５にバックラッシュがないことから、サイドギヤ５は、ピニオンギヤ４に対して噛合う歯が１つずつ入れ替わる毎に軸線Ｎ方向に往復移動し、サイドギヤ５は、軸線Ｎ方向に微小振動する。この微小振動は、後輪２０５Ｌ，２０５Ｒのホイールおよびタイヤに伝達され、その幅方向に微小振動が付与される。そして、幅方向に微小振動が付与された後輪２０５Ｌ，２０５Ｒのタイヤは、路面に対する回転方向の摩擦係数μを増加させ、左後輪２０５Ｌの空転が抑制される。

駆動輪２０５Ｌの空転が抑制され左右の後輪（駆動輪）２０５Ｌ，２０５Ｒの駆動力が増加すると、ピニオンギヤ４とサイドギヤ５との間で発生する噛合い反力およびサイドギヤ５のスラスト力Ｔが増加する。そして、サイドギヤ５のスラスト力Ｔが押圧部材１０の押圧力Ｒより大きくなると、サイドギヤ５は後輪２０５Ｌ，２０５Ｒ側にそれぞれ移動して、サイドギヤ５とピニオンギヤ４との間にバックラッシュが形成されるようになり、サイドギヤ５および出力シャフト７の軸線Ｎ方向への微小振動は大幅に減少ないし解消される。

−微小振動の周波数の設定−
サイドギヤ５の軸線Ｎ方向への微小振動の周波数Ｔ［Ｈｚ］は、左駆動輪２０５Ｌの回転数ＮＬ［ｒｐｓ］、右駆動輪２０５Ｒの回転数ＮＲ［ｒｐｓ］、サイドギヤ５の歯数Ｓｄを用いて次の式１で表される。
Ｔ＝｜ＮＲ−ＮＬ｜×Ｓｄ・・・（１）

この式を用いれば、片方の駆動輪がある特定の回転数域で空転した場合に、発生する微小振動の周波数領域をサイドギヤ５の歯数Ｓｄを設定することにより定めることができる。例えば、片方の駆動輪がある特定の回転数域で空転した場合に、発生する微小振動の周波数領域をタイヤの摩擦係数μが比較的高くなる周波数２０Ｈｚ〜１ｋＨｚとすることができる。

−微小振動を発生させる駆動力範囲の設定−
上記微小振動は、左右の駆動輪に回転数差が生じ、かつ、ピニオンギヤ４とサイドギヤ５との間のバックラッシュが「０」になっている場合に発生する。つまり、片方の駆動輪が空転している場合のように、駆動輪の駆動力が比較的小さい場合は、サイドギヤ５のスラスト力Ｔも小さいため、ピニオンギヤ４とサイドギヤ５との間にバックラッシュが形成されず、上記微小振動が発生する。一方、片方の駆動輪の空転が解消されるなどして、駆動輪の駆動力が増加して、サイドギヤ５のスラスト力Ｔが増大すると、ピニオンギヤ４とサイドギヤ５との間にバックラッシュが形成されるようになり、上記微小振動が急減ないし消失するようになる。すなわち、上記微小振動は、駆動輪の駆動力が比較的小さなときに限り発生するようになっている。

上記微小振動を発生させる駆動力領域は、ピニオンギヤ４とサイドギヤ５との間にバックラッシュを形成するのに必要なコニカルスプリングワッシャ（押圧部材）に抗する力Ｆ［Ｎ］を調整することで設定することができる。

すなわち、上記力Ｆ［Ｎ］は、タイヤ半径Ｒ［ｍ］、右駆動輪の駆動力ＦＲ［Ｎ］、左駆動輪の駆動力ＦＬ［Ｎ］、サイドギヤ５の圧力角α［ｄｅｇ］、サイドギヤ５のピッチ円すい角θ［ｄｅｇ］、サイドギヤ５の噛合い点半径Ｌ［ｍ］を用いて次の式２で表される。
Ｆ＝｛０．５Ｒ×（ＦＲ＋ＦＬ）／Ｌ｝×ｔａｎα×ｃｏｓθ・・・（２）

−他の実施形態−
既述の実施形態においては、スナップリング７４と異径段差７３との間にサイドギヤ５を隙間無く介設することで、サイドギヤ５が出力シャフト７に対して軸線Ｎ方向に相対移動不能に接続されていたが、このような相対移動不能とする接続は上記に限定されるものではない。例えば図４に示すような構造によりそのような相対移動不能とする接続を実現してもよい。

すなわち、図４に示すように、出力シャフト７の雄スプライン７２の更に先端に雄ねじ部７５を形成し、この雄ねじ部７５にナット７６を螺着する。そして、雄ねじ部７５に螺着したナット７６締め付けることで、そのナット７６と異径段差７３とでサイドギヤ５を挟み込むことにより、サイドギヤ５が出力シャフト７に対して軸線Ｎ方向に相対移動不能に接続される。

本発明は、例えば、自動車の駆動系に設置されるディファレンシャル装置に適用することが可能である。

２ デフケース
３ ピニオンンギヤシャフト
４ ピニオンギヤ
５ サイドギヤ
７ 出力シャフト
１０ 押圧部材、ばね材、コニカルスプリングワッシャ
７１ スナップリング溝（環状溝）
７３ 異径段差（係止部）
７４ スナップリング（環状部材）
７５ 雄ねじ部
７６ ナット
１００ ディファレンシャル装置

Claims (5)

1. デフケースと、前記デフケース内に、デフケースの軸線方向に直交する方向に設けられたピニオンギヤシャフトと、前記ピニオンギヤシャフトの軸線回りに回転自在に設けられたピニオンギヤと、前記デフケース内に設けられ、前記ピニオンギヤに噛合された一対のサイドギヤと、前記各サイドギヤに相対回転不能に接続された一対の出力シャフトと、を備えるディファレンシャル装置において、
   前記出力シャフトは、前記サイドギヤに軸線方向に相対移動不能に接続され、
   前記デフケースと前記各サイドギヤとの間に、前記各サイドギヤを前記ピニオンギヤ側へ押圧する押圧部材が設けられたことを特徴とするディファレンシャル装置。
2. 請求項１に記載のディファレンシャル装置において、
   前記押圧部材は、ばね材であることを特徴とするディファレンシャル装置。
3. 請求項２に記載のディファレンシャル装置において、
   前記ばね材は、コニカルスプリングワッシャであることを特徴とするディファレンシャル装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のディファレンシャル装置において、
   前記出力シャフトは、その内側端部に形成された環状溝と、この環状溝に嵌め込まれた環状部材と、前記サイドギヤの軸線方向外側への移動を係止する係止部と、を有し、
   前記サイドギヤが、前記環状部材と前記係止部との間に隙間なく設けられたことにより、前記出力シャフトが前記サイドギヤに対して軸線方向に相対移動不能に接続されたことを特徴とするディファレンシャル装置。
5. 請求項１〜３の何れか１項に記載のディファレンシャル装置において、
   前記出力シャフトは、その内側端部に形成された雄ねじ部と、この雄ねじ部に螺着されたナットと、前記サイドギヤの軸線方向外側への移動を係止する係止部と、を有し、
   前記サイドギヤが、前記ナットと前記係止部との間に設けられ、前記ナットが締め付けられたことにより、前記出力シャフトが前記サイドギヤに対して軸線方向に相対移動不能に接続されたことを特徴とするディファレンシャル装置。

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