JP2013185676A - ベベルギヤ及びこれを用いたデファレンシャル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】強度を保持しつつ、軸方向に小型化することができるベベルギヤ及びこれを用いたデファレンシャル装置を提供する。
【解決手段】ギヤ部３と、このギヤ部３の背面側に設けられた複数の噛み合い歯５とを備えたベベルギヤ１において、噛み合い歯５の歯底７を、ギヤ部３の山部９の背面側に位置した。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両に適用されるベベルギヤ及びこれを用いたデファレンシャル装置に関する。

従来、ベベルギヤを用いたデファレンシャル装置としては、駆動力が入力されるデフケースと、このデフケースに支承されて自転可能であると共にデフケースの回転によって公転する差動ギヤと、この差動ギヤと噛み合って相対回転可能な一対の出力ギヤとを有する差動機構と、デフケースと一対の出力ギヤのうちいずれか一方の出力ギヤとの間に設けられ差動機構の差動を断続する断続部材とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このデファレンシャル装置では、一方の出力ギヤが、差動ギヤと噛み合うギヤ部と、断続部材の噛み合い歯との断続によって差動機構の差動を断続する複数の噛み合い歯とを備えたベベルギヤとなっている。このようなベベルギヤは、ギヤ部の背面側に複数の噛み合い歯が設けられている。

特開２００８−２８１１９４号公報

ところで、上記特許文献１のようなベベルギヤは、図５に示すように、ギヤ部２０３と噛み合い歯２０５との軸方向間にベベルギヤ２０１の強度を保持するための所定の軸方向長さを有する補強部２０７が設けられている。

しかしながら、このようなベベルギヤ２０１では、所定の軸方向長さを有する補強部２０７が設けられているので、軸方向サイズが大型化してしまっていた。

そこで、この発明は、強度を保持しつつ、軸方向に小型化することができるベベルギヤ及びこれを用いたデファレンシャル装置の提供を目的としている。

本発明は、ギヤ部と、このギヤ部の背面側に設けられた複数の噛み合い歯とを備えたベベルギヤであって、前記噛み合い歯の歯底は、前記ギヤ部の山部の背面側に位置されていることを特徴とする。

このベベルギヤでは、噛み合い歯側の軸方向肉厚が最も薄肉となる噛み合い歯の歯底がギヤ部側の軸方向肉厚が最も厚肉となるギヤ部の山部の背面側に位置されているので、所定の軸方向長さを有する補強部を削減しても、ベベルギヤ自体の強度を保持することができる。

従って、このようなベベルギヤでは、強度を保持しつつ、所定の軸方向長さを有する補強部を削減できるので、軸方向に小型化することができる。

本発明によれば、強度を保持しつつ、軸方向に小型化することができるベベルギヤ及びこれを用いたデファレンシャル装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態に係るデファレンシャル装置の断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係るベベルギヤの噛み合い歯側の側面図である。（ｂ）は本発明の実施の形態に係るベベルギヤの断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係るベベルギヤの斜視図である。（ｂ）は本発明の実施の形態に係るベベルギヤの正面図である。（ｃ）は本発明の実施の形態に係るベベルギヤの断面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係るベベルギヤのギヤ部側の側面図である。（ｂ）は本発明の実施の形態に係るベベルギヤの噛み合い歯側の側面図である。 従来例のベベルギヤの断面図である。

まず、図１を用いて本発明の実施の形態に係るベベルギヤが適用されたデファレンシャル装置について説明する。

本実施の形態に係るデファレンシャル装置１０１は、駆動力が入力されるデフケース１０３と、このデフケース１０３に支承されて自転可能であると共にデフケース１０３の回転によって公転する差動ギヤとしてのピニオン１０５と、このピニオン１０５と噛み合って相対回転可能な一対の出力ギヤとしてのサイドギヤ１０７，１０９を有する差動機構１１１と、デフケース１０３とサイドギヤ１０９との間に設けられた断続部材１１３とを備えている。

なお、図１に示すように、デファレンシャル装置１０１は、差動機構１１１の他に、断続部材１１３を有する断続機構１１５と、アクチュエータ１１７と、位置検出機構１１９とを備えている。

図１に示すように、差動機構１１１は、デフケース１０３と、ピニオンシャフト１２１と、ピニオン１０５と、一対のサイドギヤ１０７，１０９とを備えている。

デフケース１０３は、軸方向両側に形成されたボス部１２３，１２５のそれぞれの外周と軸方向内側当接面に支持されたベアリング（不図示）を介してキャリアなどの静止系部材（不図示）に回転可能に支持され、カバー体１２７とケース本体１２９とからなる。また、デフケース１０３には、リングギヤ（不図示）が固定されるフランジ部１３１が形成され、リングギヤが駆動力を伝達する動力伝達ギヤ（不図示）と噛み合い、駆動力が伝達されてデフケース１０３を回転駆動させる。

このフランジ部１３１には、カバー体１２７とケース本体１２９との分割部が設けられ、この分割部の開口からケース本体１２９内にピニオン１０５、一対のサイドギヤ１０７，１０９、断続部材１１３などの各種部材を収容した後、リングギヤを固定するボルト（不図示）によってケース本体１２９とカバー体１２７とが共締めされてケース本体１２９の開口がカバー体１２７によって閉塞される。このようなデフケース１０３には、ピニオンシャフト１２１と、ピニオン１０５と、一対のサイドギヤ１０７，１０９と、断続部材１１３とが収容配置されている。

ピニオンシャフト１２１は、長尺の１つのピニオンシャフトと２つの短尺のピニオンシャフトとからなり、短尺のピニオンシャフトの外端部をデフケース１０３に係合してピン１３３で抜け止め及び回り止めされ、同シャフトの内端部が長尺のピニオンシャフトの中間に設けられた孔に係合して長尺のピニオンシャフトの抜け止め及び回り止めがなされ、デフケース１０３と一体に回転駆動される。このピニオンシャフト１２１には、ピニオン１０５が支承されている。

ピニオン１０５は、デフケース１０３の周方向等間隔に４つ配置される４ピニオンタイプとなっており、それぞれ長尺のピニオンシャフト１２１の両端側と短尺の２つのピニオンシャフト１２１の外端側に支承されてデフケース１０３の回転によって公転する。また、ピニオン１０５の背面側とデフケース１０３との径方向間には、ピニオン１０５の公転時に発生する径方向への移動を受ける球面ワッシャ１３５が配置されている。

このピニオン１０５は、一対のサイドギヤ１０７，１０９に駆動力を伝達すると共に、噛み合っている一対のサイドギヤ１０７，１０９に差回転が生じると回転駆動されるようにピニオンシャフト１２１に自転可能に支持されている。

一対のサイドギヤ１０７，１０９は、ボス部１３７，１３９でデフケース１０３に相対回転可能に支持され、ピニオン１０５と噛み合っている。また、サイドギヤ１０７，１０９とデフケース１０３との軸方向間には、ピニオン１０５との噛み合い反力によるサイドギヤ１０７，１０９の軸方向への移動を受けるスラストワッシャ１４１，１４３が配置されている。この一対のサイドギヤ１０７，１０９は、内周側にスプライン形状の連結部１４５，１４７が設けられ、出力側の部材に連結された駆動軸（不図示）がサイドギヤ１０７，１０９と一体回転可能に連結され、デフケース１０３に入力された駆動力を出力側の部材へ出力する。

このような差動機構１１１のデフケース１０３には、デフケース１０３とサイドギヤ１０９との間の動力伝達、詳細には差動機構１１１の差動をロック又はアンロックする断続機構１１５が収容されており、断続機構１１５が接続されると、デフケース１０３とサイドギヤ１０９とが接続され、差動機構１１１の差動がロック状態となる。この状態では、デフケース１０３に入力された駆動力が一対のサイドギヤ１０７，１０９に対して均等に出力される。このようなデファレンシャル装置１０１は、いわゆるデフロック機能を有するデファレンシャル装置となっている。

断続機構１１５は、断続部材１１３と、断続部１４９とを備えている。断続部材１１３は、基部１５１と、係合凸部１５３と、噛み合い歯１５５とから構成されている。基部１５１は、環状に形成され、サイドギヤ１０９のボス部１３９の外周側でサイドギヤ１０９の背面側とデフケース１０３の側壁１５７との軸方向の間に軸方向移動可能に配置されている。また、基部１５１の内周面は、サイドギヤ１０９のボス部１３９の外周支持面に対して径方向に支持され、断続部材１１３がセンタリングされている。また、基部１５１とサイドギヤ１０９の背面との軸方向間には、断続部材１１３を断続部１４９の接続解除方向に付勢するリターンスプリング１５９が配置されている。この基部１５１のデフケース１０３の側壁１５７側には、環状に形成された基部１５１から軸方向外方に向けて係合凸部１５３が設けられている。

係合凸部１５３は、基部１５１の側面に基部１５１と連続する一部材として周方向等間隔に複数設けられている。なお、基部１５１と係合凸部１５３とを別体で形成し、一体的に固定してもよい。この係合凸部１５３は、デフケース１０３の側壁１５７の回転方向間にデフケース１０３の内外を連通するように開口して設けられた複数の係合窓部１６１に回転方向に係合されている。この係合凸部１５３と係合窓部１６１との係合により、断続部材１１３がデフケース１０３に回り止めされ、断続部材１１３とデフケース１０３とが一体回転可能となる。

なお、デフケース１０３と断続部材１１３との係合部分の形態は、環状の基部１５１の外周側とデフケース１０３の内壁面との間に設けられてもよく、リターンスプリング１５９の配置箇所は断続部１４９より外径側であって、サイドギヤ１０９と断続部材１１３との間、或いはデフケース１０３の内壁面と断続部材１１３との間に配置されてもよい。

この係合凸部１５３と係合窓部１６１との周方向の対向面には、同一傾斜のカム面が形成されている。このため、断続部材１１３が断続部１４９の接続方向に移動されたときに、デフケース１０３の回転によってカム面が係合することにより、断続部材１１３をさらに断続部１４９の噛み合い方向に移動させ、断続部１４９の接続を強化させる。

このような係合凸部１５３の基部１５１を軸方向に挟んだ反対側の基部１５１の側面には、複数の噛み合い歯１５５が設けられ、この噛み合い歯１５５と軸方向に対向するサイドギヤ１０９のギヤ部３の背面側には、複数の噛み合い歯５が設けられ、これらの噛み合い歯１５５，５で断続部１４９が構成されている。

断続部１４９は、断続部材１１３とサイドギヤ１０９の背面側との軸方向間に設けられ、断続部材１１３とサイドギヤ１０９のギヤ部３の背面側とにそれぞれ周方向に複数形成されて互いに噛み合う噛み合い歯１５５，５となっている。この断続部１４９が互いに噛み合うことにより、断続部材１１３とサイドギヤ１０９とが一体回転可能に接続、すなわちデフケース１０３とサイドギヤ１０９とが一体回転可能に接続され、差動機構１１１の差動がロック状態となる。このような断続部１４９は、断続部材１１３を移動操作するアクチュエータ１１７によって制御可能に断続操作される。

アクチュエータ１１７は、電磁石１６３と、可動部材１６５と、デフケース１０３の側壁１５７とを備えている。電磁石１６３は、デフケース１０３のボス部１２５の軸方向内側の円筒部１２６の外周側でデフケース１０３の側壁１５７に対して軸方向に隣接配置され、電磁コイル１６６と、コア１６７とを備えている。

電磁コイル１６６は、環状に所定巻き数巻回されて樹脂でモールド成形されている。また、電磁コイル１６６には、外部に引き出されてコントローラ（不図示）に接続されるリード線１６９が接続され、コントローラによって通電が制御されている。この電磁コイル１６６の周囲には、コア１６７が配置されている。

コア１６７は、電磁コイル１６６への通電により磁界が形成されるように磁性材料から形成され、所定の磁路断面積を有している。このコア１６７は、電磁コイル１６６の内外周面及び電磁コイル１６６のデフケース１０３の側壁１５７と反対側に位置する軸方向一側端面を覆っている。また、コア１６７の軸方向外側の端面には、デフケース１０３のボス部１２５の軸方向内側の円筒部１２６の外周に固定された規制部材１７１によって軸方向一側への位置決めがなされている。また、コア１６７には、例えばベアリングホルダなどの静止系部材に係合して電磁石１６３を回転方向に回り止めさせる回り止め部材１７３が設けられている。また、コア１６７の外径側には、デフケース１０３の側壁１５７から軸方向に延設された延設部１７５が磁束が透過可能に設定された摺動接触面をもって配置されている。このような電磁石１６３の内径側には、可動部材１６５が配置されている。

可動部材１６５は、電磁石１６３の内径側でデフケース１０３のボス部１２５の外周に軸方向移動可能に配置され、環状のプランジャ１７７と、リング部材１７９とを備えている。プランジャ１７７は、磁性材料から形成され、磁束が透過可能に設定された微小隙間であるエアギャップをもって電磁石１６３の内径側に配置されている。このプランジャ１７７の内周には、リング部材１７９が一体に固定されている。

リング部材１７９は、非磁性材料から形成され、プランジャ１７７の内周側からデフケース１０３側へ磁束が漏れることを防止している。また、リング部材１７９は、デフケース１０３のボス部１２５の軸方向内側の円筒部１２６の外周に軸方向移動可能に配置され、規制部材１７１によって軸方向一側への移動規制がなされている。このリング部材１７９には、デフケース１０３の側壁１５７の係合窓部１６１内で、断続部材１１３の係合凸部１５３との軸方向の対向面に互いに当接する押圧部１８１が設けられている。この押圧部１８１は、電磁石１６３によって作動される可動部材１６５による軸方向の移動操作力を断続部材１１３に伝達し、断続部材１１３を断続部１４９の接続方向に押圧操作する。

なお、本実施の形態では、可動部材１６５の軸方向移動を断続部材１１３に伝達しているが、電磁石１６３自体がデフケース１０３の側壁１５７に対して励磁吸引され、ニードルベアリングやスラストワッシャなどの摺動部材を介して電磁石１６３の軸方向移動を断続部材１１３に伝達するような構成にすることもできる。

このような可動部材１６５によって移動操作される断続部材１１３の作動位置を検出することにより、断続部１４９の状態を検出することができる。詳細には、断続部材１１３は、可動部材１６５によって断続部１４９の接続位置と断続部１４９の接続解除位置との間を軸方向移動されるので、断続部材１１３の作動位置を検出することにより、断続部１４９の状態を検出することができ、デファレンシャル装置１０１の状態を検出することができる。そこで、断続部材１１３には、位置検出機構１１９の検出部材１８３が断続部材１１３と連動して移動するように固定されている。

位置検出機構１１９は、検出部材１８３と、ポジションスイッチ１８５とを備えている。検出部材１８３は、外径側が円盤状に形成され、内径側が凸状板部で連続形成され断続部材１１３の係合凸部１５３の端面にネジなどの固定部材１８７を介して固定されている。このため、検出部材１８３は、断続部材１１３と一体的に軸方向移動される。この検出部材１８３の中間部は、デフケース１０３の側壁１５７に設けられた配置凹部１８９内に軸方向移動可能に配置されている。このような検出部材１８３の外径側には、環状に形成された操作部１９１が設けられ、この操作部１９１側にはポジションスイッチ１８５が配置されている。

ポジションスイッチ１８５は、キャリアなどの静止系部材に固定され、接点部１９３が検出部材１８３の操作部１９１に当接されている。この接点部１９３は、検出部材１８３の軸方向移動により、操作部１９１によってＯＮ−ＯＦＦ操作される。このポジションスイッチ１８５の接点部１９３の状態により、断続部材１１３の作動位置を検出し、デファレンシャル装置１０１の状態を検出することができる。

このように構成されたデファレンシャル装置１０１では、電磁石１６３の励磁によりコア１６７とプランジャ１７７とデフケース１０３の側壁１５７を透過する磁束で形成される最短の磁束ループを有効に用いることによって、プランジャ１７７が断続部材１１３側に移動操作され、リング部材１７９が押圧部１８１を介して断続部材１１３を押圧する。この可動部材１６５による断続部材１１３の押圧操作により、断続部材１１３がリターンスプリング１５９の付勢力に抗して断続部１４９の接続方向に移動され、断続部１４９が接続される。この断続部１４９の接続により、サイドギヤ１０９と断続部材１１３とが一体回転可能に接続され、サイドギヤ１０９とデフケース１０３とが接続されて差動機構１１１がロック状態となる。

また、断続部１４９の接続解除では、電磁石１６３への通電を停止することにより、断続部材１１３がリターンスプリング１５９の付勢力によって断続部１４９の接続解除方向に移動され、断続部１４９の接続が解除される。この断続部１４９の接続解除により、サイドギヤ１０９と断続部材１１３とが相対回転可能となり、サイドギヤ１０９とデフケース１０３とが相対回転可能となって差動機構１１１のロック状態が解除される。

このように断続部１４９の接続位置と接続解除位置との間を作動する断続部材１１３の作動位置を、断続部材１１３と連動する検出部材１８３と検出部材１８３によってＯＮ−ＯＦＦ操作されるポジションスイッチ１８５とからなる位置検出機構１１９で検出することにより、デファレンシャル装置１０１の状態を検出することができる。

このようなデファレンシャル装置１０１において、ピニオン１０５と噛み合うギヤ部３と、断続部材１１３の噛み合い歯１５５と断続可能な噛み合い歯５を有するサイドギヤ１０９は、ギヤ部３と噛み合い歯５との配置によって、その軸方向サイズが小型化されたベベルギヤとなっている。以下、図２〜図４を用いて本発明の実施の形態に係るベベルギヤについて説明する。なお、以降では、サイドギヤ１０９をベベルギヤ１として説明する。

本実施の形態に係るベベルギヤ１は、ギヤ部３と、このギヤ部３の背面側に設けられた複数の噛み合い歯５とを備えている。

そして、噛み合い歯５の歯底７は、ギヤ部３の山部９の背面側に位置されて外周側に向けて歯底７が開放された開放溝形状をなしている。

また、ギヤ部３と噛み合い歯５とは、歯数が同数に設定されている。

図２〜図４に示すように、ギヤ部３は、ベベルギヤ１の軸方向一側面に周方向に複数形成され、ピニオン１０５（図１参照）と噛み合う。このギヤ部３は、山部９の軸方向肉厚が最も厚肉となっている。このようなギヤ部３の背面側には、複数の噛み合い歯５が設けられている。

複数の噛み合い歯５は、ベベルギヤ１の軸方向他側面であって外径側に寄って周方向にギヤ部３と同数となるように複数形成され、断続部材１１３の噛み合い歯１５５（図１参照）と断続部１４９（図１参照）を構成する。なお、図２に示すベベルギヤ１と図３及び図４に示すベベルギヤ１とでは、歯数が異なっているが、どちらのベベルギヤ１においても、ギヤ部３と噛み合い歯５との歯数は同数に設定されている。この噛み合い歯５の歯底７は、ギヤ部３の山部９の背面側に位置されている。このため、従来のような所定の軸方向長さを有する補強部２０７（図５参照）を設けなくとも、ギヤ部３の山部９は軸方向肉厚が最も厚肉となっているので、ベベルギヤ１自体の強度が低下することなく、噛み合い歯５を設けることができる。また、ベベルギヤ１は、ギヤ部３と噛み合い歯５とを含めて一体に鍛造形成されている。

なお、ギヤ部３と噛み合い歯５とは、歯数が同数に設定されているが、噛み合い歯５の歯底７がギヤ部３の山部９の背面側に位置すればよいので、噛み合い歯５の歯数をギヤ部３の歯数より少なく設定してもよい。このような歯数の設定であっても、補強部２０７を削減して、ベベルギヤ１自体の強度を低下させることなく、噛み合い歯５を設けることができる。また、噛み合い歯の形状は、本実施の形態のような外周側への開放溝に限られるものではなく、非開放溝や穴などでもよい。さらには、噛み合い歯に駆動トルクが掛かった時にせん断力を緩和させるために回転方向面に傾斜や曲率を与えたり、隅Ｒや端部面取りを施してもよい。

このようなベベルギヤ１では、噛み合い歯５側の軸方向肉厚が最も薄肉となる噛み合い歯５の歯底７がギヤ部３側の軸方向肉厚が最も厚肉となるギヤ部３の山部９の背面側に位置されているので、所定の軸方向長さを有する補強部２０７を削減しても、ベベルギヤ１自体の強度を保持することができる。

従って、このようなベベルギヤ１では、強度を保持しつつ、所定の軸方向長さを有する補強部２０７を削減できるので、軸方向に小型化することができる。

また、ギヤ部３と噛み合い歯５とは、歯数が同数に設定されているので、噛み合い歯５が構成する断続部１４９の接続信頼性を低下させることがなく、断続部１４９の断続特性を安定化させることができる。

さらに、噛み合い歯５の歯底７が外周側に向けて開放形状をなすので、断続部材１１３の噛み合い歯１５５（図１参照）との係合時又は離間時に歯底に滞留する潤滑オイルをスムーズに排出させ、又は近辺のエアを導入させることができ、断続部材１１３の作動レスポンスを向上できる。そのうえ、ベベルギヤ１を鍛造形成すれば、鍛造時のメタルフローが滞りなく、形状の適切さと偏りない強度を得ることができる。

また、このようなベベルギヤ１を用いたデファレンシャル装置１０１（図１参照）では、サイドギヤ１０９を軸方向に小型化することができるので、デフケース１０３内の軸方向寸法を縮小することができ、デフケース１０３の軸方向両端側のボス部１２３，１２５に取り付けられるベアリング間距離（ベアリングスパンともいう）を狭くできるので、装置の軸方向サイズを小型化し、装置の重量を低減することができ、キャリアなどの静止系部材への搭載性を向上できる。また、装置の小型化により、キャリアなどの静止系部材も小型・軽量化することができる。

なお、本発明の実施の形態に係るデファレンシャル装置では、アクチュエータが電磁式アクチュエータとなっているが、これに限らず、油圧シリンダ・ピストン機構、モータ・ギヤ・カム機構、モータ・ギヤ・ネジ機構、モータ・シフトロッド機構、エアダイアフラムなど、種々のアクチュエータを利用可能である。

１…ベベルギヤ
３…ギヤ部
５…噛み合い歯
７…歯底
９…山部
１０１…デファレンシャル装置
１０３…デフケース
１０５…ピニオン（差動ギヤ）
１０７，１０９…サイドギヤ（出力ギヤ）
１１１…差動機構
１１３…断続部材

Claims (4)

1. ギヤ部と、このギヤ部の背面側に設けられた複数の噛み合い歯とを備えたベベルギヤであって、
   前記噛み合い歯の歯底は、前記ギヤ部の山部の背面側に位置されていることを特徴とするベベルギヤ。
2. 請求項１記載のベベルギヤであって、
   前記ギヤ部と前記噛み合い歯とは、歯数が同数に設定されていることを特徴とするベベルギヤ。
3. 請求項１又は２記載のベベルギヤであって、
   前記噛み合い歯は、外周側に向けて前記歯底が開放された開放溝形状をなしていることを特徴とするベベルギヤ。
4. 駆動力が入力されるデフケースと、このデフケースに支承されて自転可能であると共に前記デフケースの回転によって公転する差動ギヤと、この差動ギヤと噛み合って相対回転可能な一対の出力ギヤとを有する差動機構と、前記デフケースと前記一対の出力ギヤのうちいずれか一方の出力ギヤとの間に設けられ前記差動機構の差動を断続する断続部材とを備えたデファレンシャル装置であって、
   前記一方の出力ギヤは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のベベルギヤであることを特徴とするデファレンシャル装置。

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