JP2014185666A

JP2014185666A - 差動機構

Info

Publication number: JP2014185666A
Application number: JP2013059737A
Authority: JP
Inventors: Shinji Imai; 信治今井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2014-10-02

Abstract

【課題】サイドギアにピニオンギア側への荷重を作用させる差動機構において、ピニオンギアの自転時にサイドギアの移動量を減少させる。
【解決手段】ピニオンギア１６−１の歯面におけるピッチ円錐１６−１ａの頂点１６−１ｂが、サイドギア回転中心軸１８ａに対して、ピニオンシャフト中心軸方向におけるピニオンギア１６−１から離間する側にオフセットしている。これによって、ピニオンギア１６−１の自転時にピニオンギア１６−１と噛み合うサイドギア１８−１，１８−２の回転中心軸方向の変位量を減少させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、差動機構に関し、特に、サイドギアにピニオンギア側への荷重を作用させる差動機構に関する。

下記特許文献１の差動機構では、ピニオンギア（ベベルギア）のピッチ円錐頂点がサイドギア（ベベルギア）の回転中心軸上に位置するようにピニオンギアの歯を設計している。

特開２００５−４８９０３号公報

サイドギアにピニオンギア側への荷重を作用させる差動機構においては、ピニオンギアの自転時に、ピニオンギアの歯とサイドギアの歯間のバックラッシ（隙間）を無くすようにサイドギアの回転中心軸方向位置が調整される。その場合において、特許文献１のように、ピニオンギアのピッチ円錐頂点がサイドギアの回転中心軸上に位置するようにピニオンギアの歯を設計すると、ピニオンギアの自転に伴ってバックラッシを無くすようにサイドギアが回転中心軸方向に移動するときの移動量が大きくなる。その結果、サイドギアとともに回転するドライブシャフト（駆動軸）の耐抜け性能が低下しやすくなる。

本発明は、サイドギアにピニオンギア側への荷重を作用させる差動機構において、ピニオンギアの自転時にサイドギアの移動量を減少させることを目的とする。

本発明に係る差動機構は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る差動機構は、ケースに固定されたピニオンシャフトと、ピニオンシャフトに回転自在に支持されたかさ歯車であるピニオンギアと、各々がピニオンギアと噛み合うかさ歯車である一対のサイドギアと、サイドギアにピニオンギア側への荷重を作用させる荷重発生機構と、を備え、ピニオンギアとサイドギアとで歯数が異なり、ピニオンギアのピッチ円錐頂点が、サイドギア回転中心軸に対して、当該ピニオンギアから離間する側にオフセットしていることを要旨とする。

本発明によれば、ピニオンギアのピッチ円錐頂点が、サイドギア回転中心軸に対して、当該ピニオンギアから離間する側にオフセットしていることで、ピニオンギアの自転時にサイドギアの移動量を減少させることができる。

本発明の実施形態に係る差動機構のサイドギア回転中心軸と直交する方向から見た概略構成を示す断面図である。サイドギア回転中心軸と直交する方向から見たピニオンギアの概略構成を示す断面図である。サイドギア回転中心軸と直交する方向から見たサイドギアの概略構成を示す断面図である。ピニオンギアが自転したときにおけるピニオンギアの歯とサイドギアの歯間のバックラッシの変動量を計測した結果の一例を示す図である。ピニオンギアの歯がサイドギアの歯間に位置する噛み合い状態を示す図である。サイドギアの歯がピニオンギアの歯間に位置する噛み合い状態を示す図である。バックラッシが０となるピニオンギア及びサイドギアの位置を計測した結果を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜３は本発明の実施形態に係る差動機構（ディファレンシャルギア機構）の概略構成を示す図である。図１はサイドギア回転中心軸１８ａと直交する方向から見た全体構成の断面図を示し、図２はサイドギア回転中心軸１８ａと直交する方向から見たピニオンギア１６−１の断面図を示し、図３はサイドギア回転中心軸１８ａと直交する方向から見たサイドギア１８−１の断面図を示す。ディファレンシャルケース１２の外周には、ドリブンギア１３が固定されており、ディファレンシャルケース１２がドリブンギア１３とともに回転する。ピニオンシャフト１４は、ディファレンシャルケース１２の内部空間を通り、ピン１５によりディファレンシャルケース１２に固定されている。ピニオンシャフト１４の中心軸１４ａは、ドリブンギア１３の回転中心軸に対して垂直である。ディファレンシャルケース１２の内部空間には、ベベルギア（かさ歯車）であるピニオンギア１６−１，１６−２がピニオンシャフト中心軸方向に互いに所定距離はなされて配置され、各ピニオンギア１６−１，１６−２がピニオンシャフト１４に回転自在に支持されている。各ピニオンギア１６−１，１６−２のピニオンシャフト１４に対する中心軸方向の相対移動は拘束されている。さらに、ディファレンシャルケース１２の内部空間には、一対のベベルギア（かさ歯車）であるサイドギア１８−１，１８−２がドリブンギア１３の回転中心軸方向に互いに所定距離はなされて配置され、サイドギア１８−１はピニオンギア１６−１，１６−２と噛み合い、サイドギア１８−２もピニオンギア１６−１，１６−２と噛み合う。かさ歯車であるピニオンギア１６−１，１６−２及びサイドギア１８−１，１８−２においては、内端から外端へ向かうにつれてピッチ円径及び歯厚が徐々に増加する。サイドギア１８−１，１８−２のピッチ円錐角βは、ピニオンギア１６−１，１６−２のピッチ円錐角αと異なり、サイドギア１８−１，１８−２の歯数は、ピニオンギア１６−１，１６−２の歯数と異なる。図１〜３に示す例では、サイドギア１８−１，１８−２のピッチ円錐角βが、ピニオンギア１６−１，１６−２のピッチ円錐角αよりも大きく、サイドギア１８−１，１８−２の歯数が、ピニオンギア１６−１，１６−２の歯数よりも多い。ピニオンギア１６−１，１６−２及びサイドギア１８−１，１８−２については、例えば、すぐばかさ歯車（ストレートベベルギア）により構成することが可能であるが、まがりばかさ歯車（スパイラルベベルギア）により構成することも可能である。

サイドギア１８−１，１８−２の内周にはスプラインが形成されている。さらに、右駆動輪に連結された右ドライブシャフトの外周、及び左駆動輪に連結された左ドライブシャフトの外周にもスプラインが形成されている。サイドギア１８−１のスプラインと右ドライブシャフトのスプラインが係合することで、サイドギア１８−１が右ドライブシャフト及び右駆動輪とともに一体で回転し、サイドギア１８−２のスプラインと左ドライブシャフトのスプラインが係合することで、サイドギア１８−２が左ドライブシャフト及び左駆動輪とともに一体で回転する。サイドギア１８−１と右ドライブシャフトは、スプライン係合によりサイドギア回転中心軸方向における若干の相対移動が許容され、サイドギア１８−２と左ドライブシャフトも、スプライン係合によりサイドギア回転中心軸方向における若干の相対移動が許容される。サイドギア１８−１，１８−２の回転中心軸１８ａ（左右ドライブシャフトの回転中心軸）は、ドリブンギア１３の回転中心軸と一致しており、ピニオンシャフト１４の中心軸１４ａに対して垂直である。つまり、サイドギア１８−１，１８−２とピニオンギア１６−１，１６−２の軸角（α＋β）が９０°であり、図１〜３に示す例では、４５°＜β＜９０°且つ０°＜α＜４５°が成立する。

サイドギア１８−１の背面とディファレンシャルケース１２間に形成された空間には、荷重発生機構としての皿ばね２２−１が配置され、サイドギア１８−２の背面とディファレンシャルケース１２間に形成された空間には、荷重発生機構としての皿ばね２２−２が配置されている。皿ばね２２−１，２２−２は、サイドギア回転中心軸方向に弾性を有し、皿ばね２２−１の弾性力によってサイドギア１８−１にピニオンシャフト１４側（ピニオンギア１６−１，１６−２側）への荷重（プレロード）が作用し、皿ばね２２−２の弾性力にによってサイドギア１８−２にピニオンシャフト１４側（ピニオンギア１６−１，１６−２側）への荷重（プレロード）が作用する。この皿ばね２２−１，２２−２のプレロードによって、サイドギア１８−１，１８−２がピニオンギア１６−１，１６−２側へ押圧される。

左右ドライブシャフト（左右輪）に回転差が発生していない場合は、ピニオンギア１６−１，１６−２はピニオンシャフト１４（中心軸１４ａ）まわりに回転（自転）せず、サイドギア１８−１，１８−２がディファレンシャルケース１２及びピニオンギア１６−１，１６−２と一体となって回転中心軸１８ａまわりに回転する。一方、左右ドライブシャフト（左右輪）に回転差が発生している場合は、ピニオンギア１６−１，１６−２がピニオンシャフト１４（中心軸１４ａ）まわりに回転（自転）することで、サイドギア１８−１とサイドギア１８−２の回転差が許容される。

本実施形態では、図２に示すように、ディファレンシャルギア機構の組み付け状態において、ピニオンギア１６−１の歯面におけるピッチ円錐１６−１ａの頂点１６−１ｂが、サイドギア回転中心軸１８ａに対して、ピニオンシャフト中心軸方向におけるピニオンギア１６−１から離間する側（図２の下側）にオフセットしている。同様に、ピニオンギア１６−２の歯面におけるピッチ円錐の頂点も、サイドギア回転中心軸１８ａに対して、ピニオンシャフト中心軸方向におけるピニオンギア１６−２から離間する側にオフセットしている。この条件が成立するようにピニオンギア１６−１，１６−２の歯面（ピッチ円錐）を設計する。

ここで、比較例として、ピニオンギア１６−１のピッチ円錐１６−１ａの頂点１６−１ｂが、サイドギア回転中心軸１８ａに対して、ピニオンシャフト中心軸方向におけるピニオンギア１６−１に近接する側にオフセットしている場合や、ピニオンギア１６−１のピッチ円錐１６−１ａの頂点１６−１ｂがサイドギア回転中心軸１８ａ上にある場合を考える。比較例において、ピニオンギア１６−１がピニオンシャフト１４（中心軸１４ａ）まわりに自転したときにおけるピニオンギア１６−１の歯とサイドギア１８−１の歯間のバックラッシ（隙間）の変動量を計測した結果の一例を図４に示す。図４において、「Ｐ１Ｇ２」は、ピニオンギア１６−１の歯がサイドギア１８−１の歯間に位置する図５の噛み合い状態を表し、「Ｐ２Ｇ１」は、サイドギア１８−１の歯がピニオンギア１６−１の歯間に位置する図６の噛み合い状態を表し、「Ｐ１Ｇ２」の状態を基準（０）とした相対的なバックラッシ変動量を示している。サイドギア１８−１のピッチ円１８−１ｃの曲率がピニオンギア１６−１のピッチ円１６−１ｃの曲率と異なることで、図５の「Ｐ１Ｇ２」の状態でのバックラッシが図６の「Ｐ２Ｇ１」の状態でのバックラッシと異なってくる。図５，６の例では、ピッチ円１８−１ｃの曲率がピッチ円１６−１ｃの曲率よりも小さいことで、「Ｐ１Ｇ２」の状態でのバックラッシが「Ｐ２Ｇ１」の状態でのバックラッシよりも大きくなる。その結果、図４に示すように、ピニオンギア１６−１及びサイドギア１８−１が１歯分回転する間にバックラッシが変動し、「Ｐ２Ｇ１」の状態でのバックラッシと「Ｐ１Ｇ２」の状態でのバックラッシとの差がバックラッシ変動量にほぼ相当する。

ただし、サイドギア１８−１にピニオンギア１６−１側への荷重（プレロード）が作用している場合は、バックラッシを埋めるようにサイドギア１８−１が回転中心軸方向に（ピニオンギア１６−１側へ）移動することで、バックラッシが０となる位置にサイドギア１８−１の回転中心軸方向位置が調整される。そのため、ピニオンギア１６−１の自転に伴いバックラッシが変動しようとすると、バックラッシ変動分を無くすようにサイドギア１８−１が回転中心軸方向に移動する。つまり、サイドギア１８−１にピニオンギア１６−１側へのプレロードが作用している場合は、図４の縦軸のバックラッシ変動量がサイドギア１８−１の回転中心軸方向の変位量に相当し、バックラッシ変動量（「Ｐ２Ｇ１」の状態でのバックラッシと「Ｐ１Ｇ２」の状態でのバックラッシとの差）が大きいほど、サイドギア１８−１の回転中心軸方向の変位量も大きくなる。

ピニオンギア１６−１，１６−２の自転時（左右輪の回転差の発生時）に、サイドギア１８−１，１８−２の回転中心軸方向の変位量が大きくなると、サイドギア１８−１，１８−２とスプライン係合するドライブシャフトの耐抜け性能が低下しやすくなる。ドライブシャフトの耐抜け性能を向上させるためには、サイドギア１８−１，１８−２の回転中心軸方向の変位量を減少させることが望ましく、そのためには、サイドギア１８−１，１８−２の回転中心軸方向位置を一定とした条件におけるバックラッシ変動量（「Ｐ２Ｇ１」の状態でのバックラッシと「Ｐ１Ｇ２」の状態でのバックラッシとの差）を減少させることが望ましい。

バックラッシが０となるピニオンギア１６−１及びサイドギア１８−１の位置を計測した結果を図７に示す。図７において、横軸のＰＭＤ（ピニオンマウントディスタンス）は、ピニオンシャフト中心軸１４ａに沿った方向のピニオンギア１６−１の位置を表し、ピニオンギア１６−１のピッチ円錐１６−１ａの頂点１６−１ｂがサイドギア回転中心軸１８ａ上にある状態をＰＭＤ＝０としている。そして、ピッチ円錐１６−１ａの頂点１６−１ｂがサイドギア回転中心軸１８ａに対してピニオンギア１６−１に近接する側に位置する状態をＰＭＤ＞０（正）とし、ピッチ円錐１６−１ａの頂点１６−１ｂがサイドギア回転中心軸１８ａに対してピニオンギア１６−１から離間する側に位置する状態をＰＭＤ＜０（負）としている。また、縦軸のＧＭＤ（ギアマウントディスタンス）は、サイドギア回転中心軸１８ａに沿った方向のサイドギア１８−１の位置を表し、サイドギア１８−１のピッチ円錐１８−１ａの頂点１８−１ｂがピニオンシャフト中心軸１４ａ上にある状態をＧＭＤ＝０としている。そして、ピッチ円錐１８−１ａの頂点１８−１ｂがピニオンシャフト中心軸１４ａに対してサイドギア１８−１に近接する側に位置する状態をＧＭＤ＞０（正）とし、ピッチ円錐１８−１ａの頂点１８−１ｂがピニオンシャフト中心軸１４ａに対してサイドギア１８−１から離間する側に位置する状態をＧＭＤ＜０（負）としている。図７は、「Ｐ２Ｇ１」の状態でバックラッシが０となるピニオンギア１６−１の位置（ＰＭＤ）とサイドギア１８−１の位置（ＧＭＤ）の関係、及び「Ｐ１Ｇ２」の状態でバックラッシが０となるピニオンギア１６−１の位置（ＰＭＤ）とサイドギア１８−１の位置（ＧＭＤ）の関係を示している。その際には、ピニオンギア１６−１の位置（ＰＭＤ）を変化させながら、「Ｐ２Ｇ１」及び「Ｐ１Ｇ２」の各状態でバックラッシが０となるサイドギア１８−１の位置（ＧＭＤ）をそれぞれ測定した。図７においては、ＰＭＤがある一定値の場合に、「Ｐ２Ｇ１」の状態でバックラッシが０となるＧＭＤと「Ｐ１Ｇ２」の状態でバックラッシが０となるＧＭＤとの差（例えば図７のｘ）が、サイドギア１８−１の回転中心軸方向の変位量、つまりサイドギア１８−１の回転中心軸方向位置を一定とした条件におけるバックラッシ変動量を表す。

ＰＭＤ＜０の場合は、ＰＭＤ＞０やＰＭＤ＝０の場合と比較して、サイドギア１８−１と噛み合うピニオンギア１６−１の歯厚が相対的に増加する。そのため、図５の「Ｐ１Ｇ２」の状態でのバックラッシが減少し、図７に示すように、「Ｐ１Ｇ２」の状態でバックラッシが０となるＧＭＤが大幅に増加する。また、ＰＭＤ＜０の場合は、ＰＭＤ＞０やＰＭＤ＝０の場合と比較して、図６の「Ｐ２Ｇ１」の状態でもバックラッシが０となるＧＭＤが僅かに増加するが、その増加割合は「Ｐ１Ｇ２」の状態よりも極めて少ない。したがって、ＰＭＤ＜０の場合は、ＰＭＤ＞０やＰＭＤ＝０の場合と比較して、図７に示すように、「Ｐ２Ｇ１」の状態でバックラッシが０となるＧＭＤと「Ｐ１Ｇ２」の状態でバックラッシが０となるＧＭＤとの差ｘが減少する。つまり、サイドギア１８−１の回転中心軸方向の変位量（サイドギア１８−１の回転中心軸方向位置を一定とした条件におけるバックラッシ変動量）が減少する。その際には、ＰＭＤを例えば−０．１８ｍｍ〜−０．０４ｍｍ程度の値に設定することが好ましい。

以上説明したように、本実施形態では、ピニオンギア１６−１のピッチ円錐１６−１ａの頂点１６−１ｂを、サイドギア回転中心軸１８ａに対して、ピニオンギア１６−１から離間する側にオフセットさせている（ＰＭＤ＜０）。これによって、ピッチ円錐１６−１ａの頂点１６−１ｂがサイドギア回転中心軸１８ａに対してピニオンギア１６−１に近接する側にオフセットしている場合（ＰＭＤ＞０）や、ピッチ円錐１６−１ａの頂点１６−１ｂがサイドギア回転中心軸１８ａ上にある場合（ＰＭＤ＝０）と比較して、ピニオンギア１６−１の自転時にピニオンギア１６−１と噛み合うサイドギア１８−１，１８−２の回転中心軸方向の変位量を減少させることができる。同様に、ピニオンギア１６−２のピッチ円錐頂点を、サイドギア回転中心軸１８ａに対して、ピニオンギア１６−２から離間する側にオフセットさせることによっても、ピニオンギア１６−２の自転時にピニオンギア１６−２と噛み合うサイドギア１８−１，１８−２の回転中心軸方向の変位量を減少させることができる。その結果、左右輪の回転差の発生時に、ドライブシャフトの耐抜け性能を向上させることができる。

以上の実施形態では、ピニオンギア１６−１，１６−２及びサイドギア１８−１，１８−２をハイポイドギアにより構成することも可能である。つまり、ピニオンシャフト中心軸１４ａがサイドギア回転中心軸１８ａと直交する構成に限られるものではなく、ピニオンシャフト中心軸１４ａがサイドギア回転中心軸１８ａに対してオフセットした状態で垂直に配置されていてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１２ディファレンシャルケース、１４ピニオンシャフト、１６−１，１６−２ピニオンギア、１６−１ａ，１８−１ａピッチ円錐、１８−１，１８−２サイドギア、２２−１，２２−２皿ばね。

Claims

ケースに固定されたピニオンシャフトと、
ピニオンシャフトに回転自在に支持されたかさ歯車であるピニオンギアと、
各々がピニオンギアと噛み合うかさ歯車である一対のサイドギアと、
サイドギアにピニオンギア側への荷重を作用させる荷重発生機構と、
を備え、
ピニオンギアとサイドギアとで歯数が異なり、
ピニオンギアのピッチ円錐頂点が、サイドギア回転中心軸に対して、当該ピニオンギアから離間する側にオフセットしている、差動機構。