JP2012154461A - ベアリングギア - Google Patents

Abstract

【課題】四輪車の差動装置は必ず4個の精密で高価なピニオンギア、サイドギア、更にドライブピニオンギア、リングギアを必要とする。これを安価で、小型の部品に置き換える。
【解決手段】四輪自動車の差動装置において、ピニオンギア２、３、サイドギア７、８を、従来のインボリュート型歯車の線接触ギアより、回転方向切断面を富士山型断面を持つギアとして円垂型コロ１を接触媒体として挿入した、ピニオンギア２、３、サイドギア７、８とした差動装置である。
【選択図】図２

Description

本発明は四輪自動車の差動歯車装置（デフレンシャル）に関し、駆動エンジンからの回転力をドライブシャフトからデフレンシャルに伝わると、ピニオンギアとサイドギアの4個のギアから差動装置が両タイヤに駆動力を、分配するが、その差動装置を改良するための技術である。

ドライブピニオンギア13の回転をリングギア12に入力し、左右出力シャフト20，21の回転数の配分を、2個のピニオンギアと2個のサイドギアで、
調節している。大切な事は左右出力シャフト20，21の回転トルクは、非常に大きく、当然シャフト及びピニオン、サイドギアのアッセンブリ作動装置は大きな物となる。入力ドライブピニオンギアは はすば傘歯車を使用する。

はすば傘歯車は、とても高価で強度は弱く伝達の弱点である。
更にその他はインボリュート傘歯車を使用する、インボリュート傘歯車は、精密なギアであり、高価である。この結果、差動機は高価となり四輪車の価格の高騰をもたす。本発明はピニオン、サイドギア、ドライブピニオンギアを単純な山形歯車にしようとする。
特開 平8―35554、特開 昭63―53036、特公 昭47―14528 実公 昭60―91837、実公 昭24―804

四輪車の差動装置は必ず4個の精密で高価なピニオンギア、サイドギア、更にドライブピニオンギア、リングギアを必要とする。これを安価で、小型の部品に置き換える。最大難点はドライブピニオンギア13，ピニオンギア2，3が精密で小さく成形出来ないのである。はすば傘歯車を使用して大きな伝達力を得ようとするが、（図18）で示す接触面36、は歯厚の幅だけの接触線で回転トルクを伝達する。またインボリュート歯車の剪断線37は実に短く脆弱である。

この接触線の面圧を小さくするのは、大変な事で、その為どうしてもピニオンギアは小さく出来ない。特に最小有効半径はある程度以上は小さくならない物である。ギアの耐久力は表面摩擦と歯形の剪断力によって決まる。
表面摩擦耐力は （トルク力）/（接触面積）で決まる、インボリュート歯車の場合は、接触面36の面積は歯車厚さのみ、であり少なすぎる。

ピニオンギア2とサイドギア8の噛み合わせの間にコロ1，1‘、1“・・を挿入して、噛み合わせ部分を線条部分から接触面積を四辺形に広げる為に構成して行く物である。
本発明のドライブピニオンギア13の接触面積は（コロの半径）X（歯厚）で
決まる、しかも歯形は安定的な富士山型であり、力を常にどちらかの回転方向に逃がす形である。コロ1の自転により、表面摩耗を少なくする効果がある。

ドライブピニオンギア13及びピニオンギア2，3の制作上の難しさは、全く無く、平歯（インボリュート歯）よりもはるかに簡単な円形である。はすば傘歯車の製作上の難しさは、専用の切削工作機で無ければ出来ない。富士山型歯車は、多くの歯車の中で最も簡単な歯形である。円周方向の誤差やバックラッシュが大きくても、小さくても充分通用する。これらの構造は量産部品とした時、確実に安価な物となる。更に耐久性も、耐衝撃値もかなり高くなり、出来るだけ小型化したい制作者にとって好都合な物となる。

（図17）を見て解るが、ピニオンギア山型歯18、リングギア山形歯17の凸部が剪断面であり、回転トルクの伝達部分である。更に重用なことコロ1は、円形断面である。回転入力側、出力側ともに切断面は富士山形の断面であるから、伝達接触面はコロ1の （コロの半径）X (歯車幅)＝コロのスラスト断面積
である。四輪車用差動装置を小さくするには、各ピニオンギア、サイドギア、ドライブピニオンギアの有効直径を小さくする事である。

インボリュート歯車ではもう限界に成っており、これ以上の伝達手段は、本発明のベアリングギアしか存在しない。この手段を実用化するポイントはコロ1がピニオンギア2，3ドライブピニオンギア13に充分装着されて回転する事である。トルクを伝達する時、駆動力は回転方向のみならずピニオンギアやサイドギアに押される圧力となり、コロ保持レース15、コロ保持板16やコロ止め19に押され抵抗摩擦力となる。コロ1，コロ14の大きさでピニオンギア2，3ドライブピニオンギア13の有効直径が決まる。

ピニオンギア，ドライブピニオンギアを小型にしても、コロのスラスト断面積さえ確保すれば、伝達トルクは変わらない。コロ1と隣のコロ1‘の間隔によりサイドギア7、8の山形歯9と山形歯9’とピニオンギア2，3（図10を見ながら）がコロ1，1‘とピニオンギア2，3に接触し続ける事が必要十分条件である。隣合わせのコロ1と隣のコロ1‘のどちらかが、サイドギア山形歯9に接触している必要があり、それにより有効径が決まるが、コロ1の破壊応力を計算する必要があり （コロの圧力）を（コロの直径）X(歯長さ)＝面積で割る
これが鉄材の許容応力を十分下回らねばならない。

コロの許容応力が許すならコロの直径を小さくした方がピニオンギアも小さくまとまる事となる。コロの役割は山形歯にインサート部品として、山形歯の
耐剪断面積を数倍にする役目を成す。
当然剪断面積、摩擦面積を2倍にすると耐-剪断力を2倍にする事となる。
これらの効果により、ピ二オンギア2,3の大きさを3割小さく出来る。
更にリングギア12、ドライブピ二オンギア13も3割小型化出来る。

四輪の差動機は全ての自動車に用いられており、かなり大きな容積を占める、これを出来るだけ小型化出来る事は、すべての面で、多大の効果をもたらす
・ 重量の軽量化
・ デフレンシャル.の占有体積の低下
・ デフレンシャル.の価格の低下
（図17を見ながら）本発明のドライブピ二オンギア13の山型歯18がコロ14
を押し出し、面圧がリングギアの山型歯17を押し回転力となる。

（図17で）ここの山型歯剪断部38が強力な力を受ける事となるが。図18のインボリュート歯車の剪断部37より、はるかに面積が大きい。
これは剪断破壊-耐力を大きく上げる効果をもたらす、さらに山型歯17,18の富士山型断面は衝撃耐力を大きく上げる形であり、更にコロという緩衝材を間に挟んだ為。コロを用いたベアリングギアは最高の自動車用差動機である。
本発明はピニオン、サイドギア、ドライブピニオンギアにコロ1，と言う緩衝材を挿入して、製作すると、外形の大きさ、価格が1/2になる。

第１実施例（図1〜10）を見ながら、前ピ二オンギア2後ピ二オンギア3、サイドギア7,8をギアケース10の中へ組み込で回転可能とする。ギアケース10の外にリングギア12を装着する。（図２を見ながら）コロ1の前部をピ二オンギア軸穴4、に嵌装されており、後部はコロ止板19のテーパ状の、ピ二オンギア軸穴6に喰い込んで、コロ1を包み込む形で外れなくする。

更にコロ軸をギアケース10の中心に集める形をする。
コロ1の中央ピ二オンギア山型歯5のかみ合い部は図10（D断面）になり、
コロ1、を半分しか噛みこまない、これは相手のサイドギア8の山型歯9が半分を噛み込む事となる。この配置で回転する事となる。ピ二オンギア2,3にコロ1を組み込でから、コロ止板19で封じ込めボルトで止めるか、溶接で固定する。

ここはかなりの力が掛かる為にワッシャ35で耐力を持たせる構造とする。コロ1、1‘、１“の形は円錐台形であり、その縦延長線はギアケース10中心に集まる、コロの後部は三角錘にし、コロ止板19に食い込む様に組み立てます。配置は図4の様に、全周に12個配置する。
コロ1の大きさでほぼ耐久力が決まるのだが、本図面は説明用で実用には、コロの大きさを、小さくして、歯数を多くする。

（図7）を見ながら、山型歯がB断面形状で（図10）の様に（コロ直径）X（歯厚み）が剪断耐力と考えられる。
図1,2より、ピ二オンギア13→コロ14→リングギア12
→左右ピ二オンギア2,3→コロ1→左右サイドギア7,8
→ホイルシャフト23,24→左右タイヤ と伝わる。
リングギア12はギアケース10,11を回転させて、それに内臓すれる差動装置も回転する、これにより差動機構を成立させる。

第２実施例（図11〜17）入力軸ドライブピ二オンギア13が回転するが、山型歯18が全周に付いており、回転方向断面は富士山形である。
コロ14は前部をコロ保持レース15、後部をコロ保持板16により.同一軸で固定されており、ドライブピ二オンギア13と同時に回転するが、コロ14,14‘・・が回転出来る構造である。
コロ14は相手のリングギア12の山型歯17に噛み合わされており、図14の様に全周に配置されている。コロ14のバックラッシュも適当に存在する。

本発明の特微は、コロ14は円錐台形をしているが、コロ保持板16はかなりの強度に耐える形状を持っている。コロの駆動面圧の大部分はドライブピ二オンギア13の山型歯18が受け持っている。コロ保持レース15、の構造は、深みぞ玉軸受ベアリングのレースと同様の構造である。第２実施例のリングギア12とピ二オンギア13の減速比は1/3である。
世界で使われている、まがり傘歯車と歯厚みが同じでも、伝達面圧面積が数倍大きくとれる為、より小型に出来る構造である。

第３実施例（図19〜25）を見ながら、第１実施例と同じ様な円錐台形のコロ50,50‘であるが、これが脱落しない様に前後リング45,46をピ二オンギア40,41の上に被せて、組み立てた物である。基本構造のピ二オンギア40，41とサイドギア43,44は第1実施例とほとんど同じであるが、ピニオンギアの軸穴4，6，は存在しない。その代わりに前後リング45,46をピ二オンギア40，41コロ50，の外周に配置し、ギアケース10にボルトで固定する。これによって、コロ50が脱落しない様な構造とする。

リング45，46の形状は（図21）の様になっている、円錐台形の外形を持ち両サイドに四角形の右開口部51,左開口部52が開いており、この穴はサイドギア43,44と噛み合わせ結合する為である。開口部以外はピ二オンギア40の上に、コロ50の厚みを継ぎ足した外形となっており、コロ50がピ二オンギア40，41と同時に前後リング45，46の中を回転する。

当然コロ50は抜ける方向に脱落しようとするが、前後リング45,46から抜け落ちない様な形である。左右開口部51,52の幅方向大きさはコロ50より小さくしてある、その為にコロは脱落しない。コロは左右リング45,46の内側を回転進行する事となる。前後リングはコロ50が脱落しなければ、組み立て易い様に分割構造としても良い。これらの図面は申請図面であり、説明の為の物である。

製作上必要なら、ボルトを用いて前後リング45，46とギアケースを数か所固定する固定箇所は、この図面以外でも数箇所固定する。リング45，46はギアケース10と一体で回転する。ピ二オンギア40，41、の歯先は（図12，13）サイドギア45，46は（図8，9）の第2実施例と全く同じである。ギアケース10の外側は第１，２、３，４実施例とも同じであるが、第１〜４実施例はともに互換性がある為、どれを使っても良い。

第4実施例（図26〜33）
本発明は第１実施例と同じ原理と形であるが、コロが樽形をする。タル玉6263，64は同じ大きさでも良いし、少しずつ小さく成っても良い。その大きさは、互いのギアが良く噛み合う様に工夫するし、ピ二オンギア60,61にはコロ溝67,68,69が3段に設けてある。更にこの溝が全周囲に切削してある。
タル玉62、63，64タル玉は回転するばかりでなく、スラスト方向の力をピ二オンギア60,61のコロ溝67,68,69が吸収する。

特にタル玉62、63、64は、ほぼ同じ大きさに作ってある、円錐形に作ると同じ回転数になるが、わざと回転数が違う様に大きさを、適当に製作してある。
当然回転数が違うのも取り柄の一つで、これらはピニオンギア60，61とサイドギア65，66の接触面積（耐-剪断面積）を、より大きく取りたい為である。又タル玉は製作が安易であるし、コロ溝67,68,69が3段に分けて、スラスト方向の耐力を受け持つ。

実施例1の様に（図17を見ながら）タル玉62，63、64軸中心の延長軸をギアケース10の中心に集める形をするが、この実施例は少しずらしてある。
タル玉がピ二オンギア60，61と同時に回転するし、サイドギア65，66，に伝達される、ギアケース10の外側は第１，２、3、4実施例と同じである。

過去の『特許文献』には理論的に似せた物は多くある、しかしほとんど、実用に叶えられる特許は無く、理論だけの変形ベアリングである。特にベアリング機構はみな似ている為、本図面と同様な物は多くあるが、本発明は大馬力で、より実用的な形に出来た考案である。何より面圧、円錐コロを媒介した、インサート機能（応力を分散させる）を持つ、ベアリングギアを実用化した初の差動機である。

特開 平8―35554 特公 昭47―14528実公 昭60―91837 など変形ベアリングではあるが、コロとリング作用であり、密着形のギアで無く、カムギア的な使用方法である。実公 昭24―804は隙間が多く、強度的に持たない構造である。本発明の特徴は、互いのギアが何時も接触密着可能で、接触、伝達面積はどの減速機より、どの差動機よりも多い。

本発明の第１、２実施例の水平断面図 （図１）の差動歯車装置の中心断面図 （図２）と同じ方向から見た正面組図 （図２）に組み込むコロ1の配置図 ピニオンギア2の中心断面図 （図５）のA矢視図 （図５）のB矢視図 サイドギア7，8中心断面図 （図８）のC矢視図 （図２）のD断面図 第２実施例、ドライブピニオン13，リングギア12）の伝達部である。 ドライブピニオンギア13側面断面図 （図１２）のE矢視図 （図１１）のF矢視図、（コロの配置図） コロ14と前保持レース15、16の組図 図１１のコロ14，保持レースのG矢視図 （図１１）のH矢視図（コロとピニオンギアの剪断耐力図） インボリュート歯車（接触線を示す 第３実施例、差動機の中心断面図 （図１９）のI矢視図 （図２０）のJ矢視図 （図２１）のK矢視図 （図１９）のL矢視図（リングなし） （図１９）のL矢視図、前後リング45，46を加え右サイドギア外してある （図１９）のM矢視図 第4実施例の差動歯車装置の正面図 （図２６）の中心断面図 ピニオンギア60の中心断面図 （図２８）のM矢視図 ピニオンカバー59の中心断面図 （図３０）のN矢視図 サイドギア66の中心断面図 （図３２）のO矢視図

1・・・コロ 2・・前ピニオンギア
3・・後ピニオンギア 4・・ピニオンギア軸穴
5・ピニオンギア山型歯 6・・ピニオンギア軸穴
7・・右サイドギア 8・・左サイドギア
9・サイドギア山型歯 10・・ギアケース
11・・ギアケース 12・・リングギア
13・ドライブピニオンギア 14・・コロ
15・・コロ保持レース 16・・コロ保持板
17・・リングギア山型歯 18・ピニオンギア山型歯
19・・コロ止板 20・・右出力シャフト

21・・左出力シャフト 22・・
23・・ピニオンシャフト 24・・ピニオンシャフト
25・・シャフトジョイント 26・・入力軸
29・ベアリングハウジング 30・・・ボルト
31・・ベアリング 32・・・ベアリング
33・・・オイルシール 34・インボリュート歯車
35・・ワッシャー 36・・接触面
37・剪断部（インボリュート）38・山型歯（剪断部

第3実施例
40・・前ピニオンギア 41・・後ピニオンギア
43・・右サイドギア 44・・左サイドギア
45・・前リング 46・・後リング
47・前リング固定部 48・・後リング固定部
49・インボリュート歯車 50・・コロ
51・右開口部 52・・左開口部
53・ピニオンギア山型歯 54・サイドギア山型歯
55・デフハウジング 56・シャフトジョイント

第4実施例
59・・ピニオンギアカバー
60・前ピニオンギア 61・・後ピニオンギア
62・・タル玉 63・・タル玉
64・・タル玉 65・・右サイドギア
66・・左サイドギア 67・・コロ溝
68・・コロ溝 69・・コロ溝
70・・タル穴 71・・タル穴
72・・タル穴 73・・タルカバー
74・・ボルト穴 75・・

Claims (4)

1. 四輪自動車の差動装置においてピニオンギア、サイドギア、の回転方向切断面が富士山型歯を持ち、ピニオンギアは、少なくとも１っ以上の同一軸に、前軸穴4、後軸穴6を設け、その軸に円錐形コロ1を回転可能に嵌装し、ピニオンギア
   からコロ1、更にサイドギア7，8に伝達する事を特微とするベアリングギア
2. 前記記載ドライブピニオンギア13と、リングギア12、の間に円錐形コロ14を全周に配置し、コロ前部に保持レース15、後部に保持板16を設ける事によって、コロ14をピニオンギアに回転可能に嵌装し、ピニオンギアの回転をコロ，リングギアに伝達する事を特微とする請求項第1項のベアリングギア
3. 自動車の差動装置のピニオンギア40、41にコロ50を全周に少なくとも１っ以上配置し、その外側に前リング45、後リング46を設けるが。その形状はピニオンギアと、コロの進路部を覆い、サイドギア43，44との接触伝達を邪魔しない様に右開口部51，左開口部52を持つ構造とし、ピニオンギアの回転をコロ、サイドギアに伝達する事を特微とするベアリングギア
4. 自動車の差動装置のピニオンギア60，61に回転方向と垂直に、コロ溝67，68，69を設置し、全周方向に少なくとも１っ以上の溝に、タル玉62，63，64を配置し、それを押さえるタルカバー73を被せて固定する。タル玉の形状をビア樽型にして、ピニオンギアの回転をコロ、サイドギアに伝達する事を特微とするベアリングギア

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