JP2013500449A - 自己調整ギヤ機構を有する差動歯車 - Google Patents

Abstract

差動歯車(10)は、ドライブトレーンに対して従動関係を有して連動可能に支持されたギヤケース(14)を含み、このギヤケース(14)と共に回転するように、スパイダー(48)が固定されている。このスパイダー(48)は、少なくとも１組のクロスピン(50)を有している。このクロスピン(50)の各々は、縦軸(54)と、クロスピン(50)の縦軸(54)と直交する方向に延びた中心線(58)を基準として隆起した凸面状の外周面(56)とを具備している。ピニオンギヤ(52)は中心穴(60)を有しており、そこでは、クロスピン(50)が、ピニオンギヤ(52)の中心穴(60)内に収容されることで、ギヤが、スパイダー(48)と共に回転するように、かつ、クロスピン(50)の凸面(56)におけるピニオンギヤ(52)の回転の自由度の増加と共に、サイドギヤ(38、40)と噛合うように保持されている。或いは、ピニオンギヤ(52)の中心穴(160)が、その中心穴の軸(166)に沿って隆起した凸面状の内周面(162)を備えることとしてもよい。

Description

本発明は、広義には差動歯車に関するものであり、詳しくは自己調整ギヤ機構を有する差動歯車に関するものである。

差動歯車は、車両のドライブトレーン内で使用される装置としてよく知られている。これらの装置は、ドライブシャフトやアクスルハーフシャフトといった１組の回転部材を、それらの回転軸で連結するように機能する。従って、差動歯車は、車両の前軸と後軸とを連動可能に連結するトランスファケースの一部として、アクスルハーフシャフトを連結するリミテッドスリップ装置やデフロック装置等のオープン式差動歯車等の、当技術では周知の別の使用方法で、利用されてきたものである。

関連技術の中で周知の形態の差動歯車は、ハウジングと、ハウジングにより支持され、車両のドライブトレーンによって回転駆動される、ギヤケースとを含んでいる。この差動歯車は、一般に少なくとも１組のサイドギヤを含んでいる。このサイドギヤは、アクスルハーフシャフトのような１組の回転部材と共に回転するように、スプライン接続されている。クロスピンを有するスパイダーが、ギヤケースと共に回転するように固定されている。クロスピンと共に回転するように、かつ、サイドギヤと噛合うように、ピニオンギヤが保持されている。このピニオンギヤは、一般的に、クロスピンの外側筒状面と係合するように設計された筒状面を規定する、中心穴を含んでいる。当技術では周知のように、サイドギヤの差動回転と、それに伴うアクスルハーフシャフトの差動回転とは、クロスピンに対するピニオンの回転により達成される。

当技術では周知である上述した形態の差動歯車は、それらが意図された目的のために動作するが、ある程度の損失が残ってしまう。より具体的には、このような差動歯車の作用を改善するための、進行的で連続的な努力が依然必要となる。このような差動歯車に関連する１つの問題点は、例えば、ピニオンギヤとサイドギヤ間が滑らかで効率的に相互作用するといった、ピニオンギヤとクロスピン間の係合面への要求である。その成果を出すための１つの方法は、クロスピン、ピニオンギヤ、サイドギヤの製造で用いられる製造工程での精度を高めることを含むものである。あいにくながら、精度を高めることは、これらの装置の製造コストを上げることにもなってしまう。しかしながら、結局、製造工程で達成できる精度のレベルには限界がある。製造偏差は、結局避けられないものである。

従って当技術では、差動歯車に対して、製造コストを上げることなく、ピニオンギヤと、それに対応するクロスピンやサイドギヤとの間で、滑らかに係合するように相互作用させる必要性が未だにある。

（発明の態様）
本発明は、１組の回転部材を有する、車両のドライブトレーン内で使用される、差動歯車の関連技術における欠陥を克服するものである。本発明の差動歯車は、車両のドライブトレーンに対して従動関係を有して連動可能に支持されたギヤケースを含んでいる。このギヤケース内では、１組のサイドギヤが、対応する所定の回転部材と共に回転するように固定されている。このギヤケースと共に回転するように、スパイダーが固定されている。このスパイダーは、少なくとも１組のクロスピンを有している。このクロスピンの各々は、縦軸と、クロスピンの縦軸と直交する方向に延びた中心線を基準として隆起した、凸面状の外周面とを備えている。本発明の差動歯車は、更に、少なくとも１組のピニオンギヤを含むものである。このピニオンギヤの各々は、中心穴を有している。クロスピンの各々が、対応する所定のピニオンギヤの中心穴内に収容されることで、ピニオンギヤが、スパイダーと共に回転するように、かつ、クロスピンの凸面におけるピニオンギヤの回転の自由度の増加と共に、サイドギヤと噛合うように保持されている。

或いは、本発明は、ピニオンギヤの中心穴の各々が、中心穴の軸と直交する方向に延びた中心線を基準として隆起した、凸面状の内周面を備える、差動歯車を示唆するものでもある。クロスピンが、対応する所定のピニオンギヤの中心穴内に収容されることで、ピニオンギヤが、スパイダーと共に回転するように、かつ、クロスピンにおけるピニオンギヤの回転の自由度の増加と共に、サイドギヤと噛合うように保持されている。

自身の軸に沿ったクロスピンの形状、若しくは、ピニオンギヤの中心穴がこのように変更される際には、これらはピニオンギヤとサイドギヤとを、極めて小さい角度を介して互いに自己調整ができるようにするが、これは互いの自由度を増やすことになる。この増加した自由度と自己調整機能は、製造工程に帰着することとなる、精度面での不可避の偏差を補うものである。更に、この自己調整の特徴は、自動車への適用では毎分ごとの最大差動運動に係る回転が少量であるため、差動歯車の動作に弊害を与えるものではない。従って、本発明は、係合するギヤの滑らかな動作を促進しながらも、比較的低いコストで製造される差動歯車となる。

本発明の他の形態、特徴、利点は、容易に認識されるものであるが、添付の図面に関連した後述する明細内容を読むことにより、更によく理解されるであろう。

図１は、本発明の実施の形態に係る差動歯車の模式的な例を示す側面断面図である。 図２は、関連技術で周知の形態の、クロスピンとピニオンとを有するスパイダーの部分的な側面断面図である。 図２Ａは、関連技術で周知の形態の、クロスピンとピニオンギヤの中心穴との間の係合面を示す部分的に拡大した側面断面図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る、凸面状の外周面を備えたクロスピンを有するスパイダーの部分的な側面断面図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態に係る、凸面状の外周面を伴うクロスピンと、ピニオンギヤの中心穴との間の相互作用を示す部分的に拡大した側面断面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る、凸面状の内周面を有する中心穴を伴うピニオンギヤを有するスパイダーの部分的な側面断面図である。 図４Ａは、本発明の実施の形態に係る、クロスピンに対するピニオンギヤの凸面状の中心穴の相互作用を示す部分的に拡大した側面断面図である。

クロスピンを有するスパイダーを用いた形式の差動歯車、若しくは、本発明により熟考された形式のピニオンギヤの模式的な実施形態が、概して符号１０で図１に示されており、図面の全体にわたって同様の構成部位には同様の符号が用いられている。差動歯車１０は、車両に動力を供給するために使用される動力源を有する、様々な車両向けのドライブトレーンの一部として用いられるように設計されている。従って、一般的な当業者は、差動歯車１０が、車両の前軸と後軸とを連動可能に連結するトランスファケースの一部として、オープン式差動歯車、アクスルハーフシャフトを連結するリミテッドスリップ装置やデフロック装置、及び、当技術では周知の別の使用方法等で用いられることは理解されるであろう。リミテッドスリップ装置やデフロック装置は、油圧作動や電子的作動がなされるものであるため、信頼できる作動状態の下で、アクスルハーフシャフトを連動可能に連結するために共に用いられる、摩擦クラッチのような連結機構を含んでいる。一般的な当業者は、以下の記述から、図１で示されている差動歯車１０の目的は、本発明の特徴を有する装置の、１つの基本的な模式例を提供したにすぎず、本発明の適用範囲を、本明細書で示されている差動歯車の形態に限定することを目的としたものではないことは理解されるであろう。

これを踏まえて、差動歯車１０は、その最も基本的な構成では、概して符号１２で示されるハウジングを有している。概して符号１４で示されるギヤケースは、当技術では周知のように、ハウジング１２内でドライブトレーンにより駆動され、回転可能に支えられている。このために、ギヤケース１４にはリングギヤ１６が動作可能に固定されている。このリングギヤ１６は、一般的に、ドライブシャフト２０や他の駆動機構に固定された、ピニオンギヤ１８に係合して駆動されるように設計されている。ギヤケース１４は、関連技術の中で知られている一般的な様式では、共働可能に固定された２つの端部２２、２４を備えている。一般的な当業者は、ギヤケース１４とハウジング１２とが、関連技術の中で知られた一般的な構造により規定され、本発明が、ここで図示されているハウジング１２や、２つの端部２２、２４を備えるギヤケース１４に限定されるものではないことは、以下の記述から理解されるであろう。同様に、ギヤケース１４は、関連技術の中で知られた一般的な駆動機構により駆動され、本発明は、リングギヤ、ピニオン、及びドライブシャフトによって駆動される、ギヤケース１４に限定されるものではない。

ギヤケース１４の各々の端部２２、２４は、アクスルハーフシャフト３０、３２のような１組の回転部材を、ベアリング３４等により支持するハブ２６、２８を有している。ギヤケース１４は、キャビティ３６を備えている。１組のサイドギヤ３８、４０は、キャビティ３６を備えるギヤケース１４内で、１組の回転部材４２、４４（a pair of rotary members 42, 44）のうち、夫々１つと共に回転するように固定されている。典型的には、サイドギヤ３８、４０は、各々、回転部材３０、３２の一方に対してスプライン接続されている。概して符号４８で示されるスパイダーは、ギヤケース１４と共に回転するように固定されている。このスパイダー４８は、少なくとも１組のクロスピン５０を有している。更に、差動歯車１０は、少なくとも１組のピニオンギヤ５２を有している。図で示されている実施形態では、スパイダー４８は、２組のクロスピン５０と、２組のピニオンギヤ５２とを有している。夫々のピニオンギヤ５２は、クロスピン５０に対して回転するように支持され、１組のサイドギヤ３８、４０の一方に対して噛合っている。

これらを念頭において、図２及び図２Ａに注目すると、関連技術では周知の形態である、４つのクロスピンＰ（図示では３つ）と４つのピニオンギヤＧとを有するスパイダーＳを用いた差動歯車Ｄの半体が図示されている。図２Ａで拡大して示されるように、クロスピンＰは、各々のピンＰの軸Ｘに沿って延びた、基本的に環状の面Ａを備えている。ピニオンギヤＧは、クロスピンＰの面Ａを提供し、その軸に沿ってクロスピンと噛合うように、環状面を規定している内周面Ｉによって、中心穴Ｂを備えている。従って、ピニオンギヤは、クロスピンで回転するように支持され、サイドギヤと適切に噛合う。ピニオンギヤとサイドギヤとは、摩擦によるエネルギー損失を可能な限り小さくして、滑らかに噛合わせることが重要になる。関連技術において、この目的は、クロスピンとピニオンギヤ間の係合面の精度を上げることで達成される。更に、その成果を出すために、これらの構成部位の製造は、広い範囲の熱処理と研磨とを含むものである。あいにくながら、このレベルの精度に到達するための、そして、摩擦や他の損失を減らすための努力は、関連技術で知られた形態の差動歯車の製造コストを増大させることになる。更に、その相互に作用する面の精度を上げるために、どれだけ多くの努力が費やされようとも、製造工程は完全にはならない。従って、最適な設計値からの偏差が、常に見つかることになる。これらの偏差は、差動歯車中に摩擦やエネルギー損失の増加をもたらすものとなる。

本発明は、図３、図３Ａ、図４、図４Ａで示されている、特有の形状を有するスパイダー４８のクロスピン５０とピニオンギヤ５２とを、差動歯車１０に用いることにより、関連技術のこれらの欠陥を克服するものである。より明確には、図３及び図３Ａを参照すると、本発明のクロスピン５０の各々は、縦軸５４と、クロスピン５０の縦軸５４と直交する方向に延びた、符号５８で表示される中心線を基準として隆起した、凸面状の外周面５６とを備えている。図３及び図３Ａで示されているように、読者の視線では、中心線５８は紙面と直交する方向へ延びている。ピニオンギヤ５２の各々は、中心穴６０を有している。ある実施形態では、その中心穴の内周面６２は、中心穴と同軸の環状である。クロスピン５０の各々は、対応する所定のピニオンギヤの中心穴６０内に収容されており、これにより、ピニオンギヤ５２は、スパイダー４８と共に回転するように、そして、クロスピン５０の凸面５６におけるピニオンギヤ５２の回転の自由度の増加と共に、サイドギヤ３８、４０と噛合うように保持されている。より明確には、クロスピン５０の凸形態は、ピニオンギヤ５２のクロスピン５０に対する位置調整を容易にするものであり、従って、ピニオンギヤ５２がクロスピン５０に対して位置調整が可能な間は、ピニオンギヤ５２とサイドギヤ３８、４０間の係合が滑らかになる。これらの特徴は全て、クロスピン５０の外周面５６の凸形態により促進される。従って、一般的な当業者は、面５６の凸形態が、円の一部を成す弧の形状を備えることは理解されるであろう。或いは、その弧は、楕円の一部を成す形状となることもあり得る。他方では、その弧は、円も楕円も規定しないような、曲線の一部を成す形状となることもあり得る。一般的な当業者は、クロスピン５０の凸形態が、図３及び図３Ａで図を説明する目的で強調されていることは理解されるであろう。

本発明に係る差動歯車の他の実施形態が、図４及び図４Ａで示されており、図３及び図３Ａで図示されている実施形態に関して、同様の符号は同様の構成部位を示し、いくつかの符号には１００が足されている。図４及び図４Ａで示される実施形態では、凸面１６２が、ピニオンギヤ５２の中心穴１６０内に形成されている。クロスピン５０の外周面１５６は環状である。中心穴１６０は、ピニオンギヤ５２の中心穴１６０の軸１６６から間隔をあけて直交して延びる、中心線１６４を基準として隆起した凸面状の内周面１６２を備えている。図４Ａで示されているように、読者の視線では、中心線１６４は紙面と直交する方向へ延びている。クロスピン５０は、対応する所定のピニオンギヤ５２の中心穴１６０内に収容されており、これにより、ピニオンギヤ５２は、スパイダー４８と共に回転するように、そして、クロスピン５０におけるピニオンギヤ５２の回転の自由度の増加と共に、サイドギヤ３８、４０と噛合うように保持されている。この点において、図４及び図４Ａで示される実施形態は、図３及び図３Ａで示した実施形態の全ての特徴と利点とを有することになる。更に、図３及び図３Ａで示した実施形態に関して言及したように、中心穴１６０の凸面状の内周面１６２は、円の一部を成す弧の形状を備えている。或いは、中心穴１６０の凸面状の内周面１６２は、楕円の一部を成す弧の形状を備えている。他方では、中心穴１６０の凸面状の内周面１６２は、円や楕円の一部を成す形状ではないが、曲線の一部を成す弧の形状を備えている。一般的な当業者は、穴６０の内周面１６２の凸形態が、図４及び図４Ａで図を説明する目的で強調されていることは理解されるであろう。

自身の軸に沿ったクロスピン５０の面５６、若しくは、ピニオンギヤ５２の中心穴１６０がこのように変更される際には、これらはピニオンギヤ５２とサイドギヤ３８、４０とを、極めて小さい角度を介して互いに自己調整ができるようにするが、これは互いの自由度を増やすことになる。この増加した自由度と自己調整機能は、製造工程に帰着することとなる、精度面での不可避の偏差を補うものである。更に、この自己調整の特徴は、自動車への適用では毎分ごとの最大差動運動に係る回転が少量であるため、差動歯車の動作に弊害を与えるものではない。従って、本発明は、係合するギヤの滑らかな動作を促進しながらも、比較的低いコストで製造される差動歯車となる。

本発明について、上述した明細内容にかなり詳細に記述してきたが、本発明の様々な変更及び修正は、明細内容を読み取り、理解することにより、一般的な当業者には明確になると思われる。そのような変更及び修正の全ては、それらが追加クレームの範囲内である限り、本発明に含まれるように意図されるものである。

１０：差動歯車、１２：ハウジング、１４：ギヤケース、３０、３２：回転部材（アクスルハーフシャフト）、３８、４０：サイドギヤ、４８：スパイダー、５０：クロスピン、５２：ピニオンギヤ、５４：縦軸、５６、１５６：外周面、５８：中心線、６０、１６０：中心穴、６２、１６２：内周面、１６４：中心線、１６６：軸

Claims (16)

1. 車両のドライブトレーンで使用されるための、１組の回転部材（３０、３２）を含む差動歯車（１０）であって、
   車両のドライブトレーンに対して従動関係を有して連動可能に支持されたギヤケース（１４）と、前記ギヤケース（１４）内で前記回転部材（３０、３２）のうちの１つと共に回転するように固定された１組のサイドギヤ（３８、４０）と、前記ギヤケース（１４）と共に回転するように固定されたスパイダー（４８）と、該スパイダー（４８）に含まれる少なくとも１組のクロスピン（５０）とを有し、該クロスピン（５０）の各々は、縦軸（５４）と、前記クロスピン（５０）の前記縦軸（５４）と直交する方向に延びた中心線（５８）を基準として隆起した凸面状の外周面（５６）を備え、
   少なくとも１組のピニオンギヤ（５２）を含み、該ピニオンギヤ（５２）の各々は、中心穴（６０）を有し、前記クロスピン（５０）の各々が、対応する所定の前記ピニオンギヤ（５２）の前記中心穴（６０）内に収容されることで、前記ピニオンギヤ（５２）が、前記スパイダー（４８）と共に回転するように、かつ、前記クロスピン（５０）の前記凸面（５６）における前記ピニオンギヤ（５２）の回転の自由度の増加と共に、前記サイドギヤ（３８、４０）と噛合うように保持されることを特徴とする差動歯車（１０）。
2. 前記クロスピン（５０）の前記凸面状の外周面（５６）は、円の一部を成す弧の形状を備えることを特徴とする請求項１記載の差動歯車（１０）。
3. 前記クロスピン（５０）の前記凸面状の外周面（５６）は、楕円の一部を成す弧の形状を備えることを特徴とする請求項１記載の差動歯車（１０）。
4. 前記クロスピン（５０）の前記凸面状の外周面（５６）は、曲線の一部を成す弧の形状を備えることを特徴とする請求項１記載の差動歯車（１０）。
5. 前記ギヤケース（１４）を回転可能に保持するハウジング（１２）を含むことを特徴とする請求項１記載の差動歯車（１０）。
6. 前記スパイダー（４８）は、２組の前記クロスピン（５０）と２組の前記ピニオンギヤ（５２）とを有し、該ピニオンギヤ（５２）の組の各々が、前記クロスピン（５０）上で回転するように、かつ、所定の前記サイドギヤ（３８、４０）の組と噛合うように保持されることを特徴とする請求項１記載の差動歯車（１０）。
7. 車両のドライブトレーンで使用されるための、１組の回転部材（３０、３２）を含む差動歯車（１０）であって、
   車両のドライブトレーンに対して従動関係を有して連動可能に支持されたギヤケース（１４）と、前記ギヤケース（１４）内で前記回転部材（３０、３２）のうちの１つと共に回転するように固定された１組のサイドギヤ（３８、４０）と、前記ギヤケース（１４）と共に回転するように固定され、少なくとも１組のクロスピン（５０）を有するスパイダー（４８）と、少なくとも１組のピニオンギヤ（５２）とを含み、
   該ピニオンギヤ（５２）の各々は、軸（１６６）で規定される中心穴（１６０）を有し、該中心穴（１６０）の各々は、該中心穴の前記軸（１６６）と直交する方向に延びた中心線（１６４）を基準として隆起した凸面状の内周面（１６２）を備え、前記クロスピン（５０）が、対応する所定の前記ピニオンギヤ（５２）の前記中心穴（１６０）内に収容されることで、前記ピニオンギヤ（５２）が、前記スパイダー（４８）と共に回転するように、かつ、前記クロスピン（５０）における前記ピニオンギヤ（５２）の回転の自由度の増加と共に、前記サイドギヤ（３８、４０）と噛合うように保持されることを特徴とする差動歯車（１０）。
8. 前記中心穴（１６０）の前記凸面状の内周面（１６２）は、円の一部を成す弧の形状を備えることを特徴とする請求項７記載の差動歯車（１０）。
9. 前記中心穴（１６０）の前記凸面状の内周面（１６２）は、楕円の一部を成す弧の形状を備えることを特徴とする請求項７記載の差動歯車（１０）。
10. 前記中心穴（１６０）の前記凸面状の内周面（１６２）は、曲線の一部を成す弧の形状を備えることを特徴とする請求項７記載の差動歯車（１０）。
11. 前記ギヤケース（１４）を回転可能に保持するハウジング（１２）を含むことを特徴とする請求項７記載の差動歯車（１０）。
12. 前記スパイダー（４８）は、２組の前記クロスピン（５０）と２組の前記ピニオンギヤ（５２）とを有し、該ピニオンギヤ（５２）の組の各々が、前記クロスピン（５０）上で回転するように、かつ、所定の前記サイドギヤ（３８、４０）の組と噛合うように保持されることを特徴とする請求項７記載の差動歯車（１０）。
13. 車両のドライブトレーンで使用されるための、１組の回転部材（３０、３２）を含む差動歯車（１０）であって、
    ハウジング（１２）と、該ハウジング（１２）によって車両のドライブトレーンに対して従動関係を有して連動可能に支持されるギヤケース（１４）と、前記ギヤケース（１４）内で前記回転部材（３０、３２）のうちの１つと共に回転するように固定された１組のサイドギヤ（３８、４０）と、前記ギヤケース（１４）と共に回転するように固定されたスパイダー（４８）と、該スパイダー（４８）に含まれる２組のクロスピン（５０）とを有し、該クロスピン（５０）の各々は、縦軸（５４）と、前記クロスピン（５０）の前記縦軸（５４）と直交する方向に延びた中心線（５８）を基準として隆起した凸面状の外周面（５６）とを備え、
    ２組のピニオンギヤ（５２）を含み、該ピニオンギヤ（５２）の各々は、中心穴（６０）を有し、前記クロスピン（５０）の各々が、対応する所定の前記ピニオンギヤ（５２）の前記中心穴（６０）内に収容されることで、前記ピニオンギヤ（５２）が、前記スパイダー（４８）で回転するように、かつ、前記クロスピン（５０）の前記凸面（５６）における前記ピニオンギヤ（５２）の回転の自由度の増加と共に、前記サイドギヤ（３８、４０）と噛合うように保持されることを特徴とする差動歯車（１０）。
14. 前記中心穴（６０）の前記凸面状の面（５６）は、円の一部を成す弧の形状を備えることを特徴とする請求項１３記載の差動歯車（１０）。
15. 前記中心穴（６０）の前記凸面状の面（５６）は、楕円の一部を成す弧の形状を備えることを特徴とする請求項１３記載の差動歯車（１０）。
16. 前記中心穴（６０）の前記凸面状の面（５６）は、曲線の一部を成す弧の形状を備えることを特徴とする請求項１３記載の差動歯車（１０）。

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