JP2018141550A - 車両用デファレンシャルケース - Google Patents

Abstract

【課題】車両用デファレンシャルケースの薄肉化による軽量化が可能であるとともに、必要とされる強度を備えた車両用デファレンシャルケースを提供する。
【解決手段】デファレンシャルケースを２つの金型６２、６４を用いた鍛造によって形成する。デファレンシャルケースの薄肉化に必要である強度の増加を図るためのデファレンシャルケースの表面に形成される補強用リブ５８と、補強用リブ５８の配置箇所の内面に油溝６０とを、２つの金型６２、６４を用いて一体に形成する。これによって補強用リブ５８による薄肉化が可能となるとともに、油溝６０の追加工を省略することが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用の差動装置を構成する車両用デファレンシャルケースに関し、軽量であるとともに必要とされる強度も備える車両用デファレンシャルケースの構造に関するものである。

車両用デファレンシャルケースにおいて、燃費の向上を目的として軽量化が望まれている。たとえば、特許文献１に記載されたデファレンシャルケースにおいては、従来から用いられている鋳造によって形成された前記デファレンシャルケースを、浸炭鋼（ＳＣＭ４２０：ＪＩＳ規格）を用い、鋳造より材料強度を増加することが可能な鍛造に変更することによって、前記デファレンシャルケースの薄肉化を行い、これによる軽量化を図っている。

特開２０００−２６６１６２号公報

軽量化のために一層の薄肉化を進める場合、デファレンシャルケースに要求される強度が不足する虞が生じてくる。また、デファレンシャルケースにたとえば車軸とデファレンシャルケース間の異物除去および潤滑を目的として油溝を形成する場合に追加工が必要とされていた。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、薄肉化によっても必要とされる強度を保持するとともに、油路の形成のための追加工を必要としない車両用デファレンシャルケースを提供することにある。

本発明の要旨とするところは、第１鍛造型と第２鍛造型との間で素材を鍛造することによって成形された車両用デファレンシャルケースであって、前記車両用デファレンシャルケースの外面に前記第１鍛造型によって形成された凸部を持つとともに、前記凸部の配置箇所の内面に前記第２鍛造型によって形成された凹部が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１鍛造型と第２鍛造型との間で素材を鍛造することによって成形された車両用デファレンシャルケースであって、前記車両用デファレンシャルケースの外面に前記第１鍛造型によって形成された凸部を持つとともに、前記凸部の配置箇所の内面に前記第２鍛造型によって形成された凹部が形成されていることによって、前記車両用デファレンシャルケースにおいて強度の増加が必要な箇所に前記凸部を設けることによって前記凸部による補強リブ作用による強度の増加を図ることが可能となり、前記車両用デファレンシャルケース全体としての薄肉化が容易となる。また、外面と内面との形成に２つの第１および第２鍛造型を用いることによって、前記凸部の配置箇所の内面に凹部を形成し、前記凹部の内部を油溝すなわち油路として用いることが可能となる。これにより前記凸部の形成による強度の増加とそれによる前記車両用デファレンシャルケース全体としての薄肉化が可能となるとともに、前記油路を形成するために必要であった前記車両用デファレンシャルケースの成形後の前記油路の追加工が不要となる。これにより、前記車両用デファレンシャルケースの薄肉化による、車両の低燃費化が計れるとともに、前記油路の形成のための前記車両用デファレンシャルケースの成形後の追加工によって生じる加工費の削減が可能となる。

本発明が適用される差動装置の概略構成を説明する図である。 図１の差動装置に設けられた車両用デファレンシャルケースの一例を説明する図である。 図２の車両用デファレンシャルケースをＡ側から見た図である。 図２の車両用デファレンシャルケースをＢ側から見たＤ−Ｄ視断面図である。 図１の車両用デファレンシャルケースを２つの金型を用いて鍛造で形成する場合の、凸部と凹部とを一体に形成した箇所を示した断面図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が好適に適用される車両用差動装置１０の骨子図である。この図１に示す差動装置１０は、例えば駆動輪である左右一対の後輪１２ｌ、１２ｒに対応して設けられ、それら一対の後輪１２ｌ、１２ｒの差動回転を許容しつつ、入力軸（デフ入力軸）１４を介して伝達される駆動力をそれら一対の後輪１２ｌ、１２ｒへ配分するデファレンシャル装置（差動歯車装置）である。なお、本実施において、駆動輪を後輪として示しているが、駆動輪を前輪とした場合においても同様に適用できる。入力軸１４は、例えばプロペラシャフトの軸端に自在継手を介して連結されたものであり、図示しない駆動力源により出力された駆動力が変速機及びそのプロペラシャフト等を介して入力軸１４に入力されるように構成されている。

差動装置１０は、非回転部材であるハウジング（ケース）１６内に、そのハウジング１６との間にベアリング１８を介してそのハウジング１６に対する回転可能（自転可能）に支持された入力軸１４と、その入力軸１４におけるハウジング１６の内部側の端部に連結された小径傘歯車２０と、入力軸１４の軸心と直交する軸心ＣＬまわりに回転可能（自転可能）にハウジング１６との間にベアリング２２を介して支持された円板状のデファレンシャルケース左部２６ｌ（以降、デファレンシャルケースをデフケース２６とする）と、ハウジング１６との間にベアリング２４を介して支持されたテーパ型容器状のデフケース右部２６ｒと、小径傘歯車２０と噛み合うとともにデフケース左部２６ｌとデフケース右部２６ｒとがボルト等によって固定された大径傘歯車２８と、デフケース右部２６ｒに両端部が支持され、そのデフケース右部２６ｒの回転軸心に直交する姿勢でノックピンによりそのデフケース右部２６ｒに固定されたピニオンシャフト３０と、そのピニオンシャフト３０を挟んで相対向する状態で、デフケース２６によってその軸心ＣＬまわりに回転可能（自転可能）に支持された一対のサイドギヤ３２ｌ、３２ｒ（以下、特に区別しない場合には単にサイドギヤ３２という）と、ピニオンシャフト３０が貫通させられることによってそのピニオンシャフト３０により回転可能（自転可能）に支持されて一対のサイドギヤ３２ｌ、３２ｒとそれぞれ噛み合う一対のピニオンギヤ３４とを、備えて構成されている。なお、デフケース２６は、デフケース左部２６ｌとデフケース右部２６ｒとから構成される分割構造を持つデフケース２６である。

差動装置１０においては、サイドギヤ３２ｌが左後輪１２ｌに対応する左輪用車軸３６ｌに、サイドギヤ３２ｒが右後輪１２ｒに対応する右輪用車軸３６ｒ（以下、特に区別しない場合には単に車軸３６という）にそれぞれ連結されている。また、差動装置１０におけるハウジング１６内には、各部の潤滑のためのオイル（作動油）が封入されている。このために、ベアリング１８近傍における入力軸１４とハウジング１６との間にはオイルシール３８が、ベアリング２２近傍における車軸３６ｌとハウジング１６との間にはオイルシール４０が、ベアリング２４近傍における車軸３６ｒとハウジング１６との間にはオイルシール４２がそれぞれ設けられており、ハウジング１６内に蓄積されたオイルの外部への流出が防止されている。

図２は、デフケース右部２６ｒの外形を示している。デフケース右部２６ｒは、車軸３６の回転軸心ＣＬを中心とし回転自在にベアリング２４を介してハウジング１６に支持されている。デフケース右部２６ｒは車軸３６を回転可能に保持する円筒状の車軸嵌合部５０と、ピニオンシャフト３０、ピニオンギヤ３４、サイドギヤ３２とを内包するテーパ部５４と、大径傘歯車２８をボルト等によって固定するための図３に示される複数のボルト穴６６を有するフランジ部５６とから鍛造によって一体に構成されている。テーパ部５４は、大径端部５４ｌにおいてフランジ部５６と連結し、小径端部５４ｓにおいて図３に示される小径壁部５２と連結している。小径壁部５２は、車軸部外径部５０ｏと連結し、小径壁部５２の表面には、周方向に等間隔に配置された４本の凸部５８（以降、補強リブ５８という）がそれぞれ径方向に形成されている。デフケース２６において、補強リブ５８を有していない平板状もしくは曲線状の部分と比較して、補強リブ５８周辺の剛性を改善することが可能となり、耐久性すなわち寿命が向上される。したがって、強度が必要とされる部分に補強リブ５８が形成されることでデフケース２６の強度が改善され薄肉化が可能となる。また、補強リブ５８は、半円筒状の断面を持ちその断面の垂直方向に延びる形状で形成されている。補強リブ５８は、補強リブ５８以外の凸部を持たない部分より肉厚を厚くしてもよいし、補強リブ５６の内側が凹みを持ち、他の部分との肉厚の差が大きくないすなわち半円筒状の断面を持つものとしてもよい。なお、デフケース２６は、必要とされる強度が保たれるのであれば、たとえばテーパ部５４の一部を削除することによって軽量化を図ることもできる。

図３は、図２において矢印Ａで方向が示された側から観た外形図である。外径側から内径側に向かって、フランジ部５６、テーパ部５４、小径壁部５２、車軸嵌合部５０からなっている。フランジ部５６には、１４個のボルト等を挿入するためのボルト穴６６が形成されており、小径壁部５２には、４個の補強リブ５８が形成されている。また、補強リブ５８は車軸嵌合部外周面５０ｏの一部とも連結されている。車軸嵌合部５０は、車軸嵌合部内周面５０ｉと車軸嵌合部外周面５０ｏとからなる円筒形の形状を持っている。なお、ボルト穴６６は特に１４個である必要は無くたとえば大径傘歯車２８へのボルト等による固定強度が得られるのであればより少ない数のボルト穴とすること、およびより多い数とすることもできる。

デフケース２６の軽量化を行なう場合、一般的に用いられる鋳造によるデフケース２６の加工においては、薄肉化が制限されることがあった。溶融した金属を型に流しこむ工程を持つ鋳造においては、巣と呼ばれる気孔の発生すなわち欠陥が発生することがあり、たとえば所定の強度を得るためのデフケース２６の厚みは、巣の発生を考慮に入れたすなわち安全度を考慮した厚みとする必要がある。鍛造は、金属等の材料を打撃、加圧することによって目的の形状を形成する製造方法であり、鍛造工程においては、鋳造で見られる気孔といった欠陥の発生は無い。さらに、鍛造においては、製造する際の打撃、加圧によって材料の組織を構成する粒子の配列と結合強さなどの方向が一定方向にそろえられ、粘りや靭性が上昇する。鋳造に用いられる材料と類似の材料を用いても鍛造においては、材料自体の強度も加工工程において改善されるという特徴がある。これらのことから、鍛造によって加工されたデフケース２６は、鋳造と比較して薄肉化が容易となる。

鋳造においては、材料の溶融時の流動性が良い等の理由から炭素量が２％以上含まれる球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ：ＪＩＳ規格）等の鋳鉄が良く用いられる。また高い機械強度が必要とされる用途には鋳鋼と呼ばれるたとえば炭素鋼鋳鋼品（ＳＣ：ＪＩＳ規格）、特殊用途鋼鋳鋼品（ＳＣＳ：ＪＩＳ規格）等が、用途に基づいて選択される。鍛造においても同様に、たとえば機械構造用炭素鋼（ＳＳ４００、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５５Ｃ：ＪＩＳ規格）、構造用合金鋼（ＳＣｒ、ＳＣＭ：ＪＩＳ規格）等が用途によって選択される。デフケース２６においても強度、加工性等を考慮してその材質が選択される。

図４は、図２においてＤ−Ｄで示されたＢ視断面図であり、小径壁部５２、車軸嵌合部内周面５０ｉと車軸嵌合部外周面５０ｏとからなる車軸嵌合部５０の外形図が、図３のＡ側とは反対の方向すなわち図２において矢印Ｂで方向が示された側であるデフケース右部２６ｒの内側から示されている。小径壁部５２に４個の凹部６０（以降、油溝６０という）が設けられ、この油溝６０の小径壁部５２における設置箇所は、図３における補強リブ５８の裏面にあたる。油溝６０の形成箇所は、特に小径壁部５２に限定されるものではなく、作動油の供給量を増加する必要がある部分の近傍、たとえばテーパ部５４および車軸嵌合部外周面５０ｏ等に設置することができる。また、特に油溝６０の形成が必要でない箇所においても、補強リブ５８の裏面の材料を削減することによってデフケース２６の軽量化に寄与することが可能となる。

図４における油溝６０は、作動油の供給の不足が生じやすい小径壁部５２の内側面とサイドギヤ３２との端面との間、および車軸３６とデフケース２６の車軸嵌合部内周面５０ｉとの間の部分の近傍に設置されている。また車軸３６とデフケース２６の車軸嵌合部内周面５０ｉとの間に異物が挟まった場合にはこの異物を直ぐに排除することが求められ、その点からも充分な量の作動油を供給すること求められる箇所の一例である。

デフケース２６の鍛造加工において、たとえば室温から２００℃まで程度の温度で加工を行なう冷間鍛造が用いられる。デフケース２６は、デフケース左部２６ｌとデフケース右部２６ｒとの２つに分かれた分割構造を持っており、デフケース左部２６ｌとデフケース右部２６ｒとのそれぞれが別個の鍛造工程で形成される。図５に示されているのは、補強リブ５８と油溝６０とがデフケース右部２６ｒの小径壁部５２に同時に形成されている局所部分の断面が示された概略図であり、第１鍛造型および第２鍛造型に対応する上金型６２と下金型６４との２つの金型を用いて補強リブ５８と油溝６０とがデフケース右部２６ｒと同時に塑性加工されている。上金型６２と下金型６４とは、冷間鍛造によるプレス成形時にデフケース２６を形成する材料を一体にプレスすることで、補強リブ５８と油溝６０とが同じ位置の表裏に形成されるように設計されている。なお、デフケース２６をデフケース左部２６ｌとデフケース右部２６ｒとの２つに分かれた分割構造とすることによって、上金型６２と下金型６４とによって補強リブ５８と油溝６０とを同時に形成することが容易となっている。補強リブ５８と油溝６０とを一体に形成することによって、補強リブの背面の不要な材料が除去され、軽量化が図れるとともに、作動油の供給が必要な箇所、たとえば異物排除および潤滑が重要である車軸嵌合部５０の車軸嵌合部内周面５０ｉと車軸３６との近傍である小径壁部５２に油溝６０を形成する場合においても追加工、すなわちデフケースを鍛造で形成後に油溝６０を切削加工する必要がなく、油溝６０を鍛造加工において形成することが可能となる。

本実施例によれば、上金型６２と下金型６４との間で素材を鍛造することによって成形されたデファレンシャルケース２６であって、デファレンシャルケース２６の外面に上金型６２によって形成された補強リブ５８を持つとともに、補強リブ５８の配置箇所の内面に下金型６４によって形成された油溝６０が形成されていることによって、補強リブ５８の配置箇所の内面に補強リブ５８と一体の油溝６０を形成し、油溝６０すなわち油路として用いることが可能となる。これにより補強リブ５８の形成による強度の増加とデフケース２６全体としての薄肉化とともに、油溝６０を形成するために必要であったデフケース２６の成形後の油溝６０の追加工が不要となる。これにより、デフケース２６の薄肉化による、軽量化が計れるとともに、油溝６０の形成のための前記車両用デファレンシャルケースの成形後の追加工によって生じる加工費の削減が可能となる。この加工費の削減は、追加工のやりにくい部分、たとえば小径壁部５２等においてその削減効果が大きいものとなる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて説明したが、本発明はその他の態様においても適応される。

前述の実施例において、補強リブ５８の断面形状を半円筒状としたが、とくにこれに限らず、たとえば３角形を含む多角形の断面形状および所定の曲線で形成された断面形状を持つものであっても良い。

また、油溝６０は、小径壁部５２だけでなく必要に応じて他の箇所、たとえば車軸嵌合部内周面５０iに形成することができる。また油溝６０は長手方向すなわち断面方向と垂直な長手方向において直線的な形状だけでなく、たとえば車軸３６の回転軸心ＣＬ方向に対して螺旋状に形成する等であってもよい。

また、デフケース２６の材質として、鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、合金鋼を例としてあげているが、特にこれに限らず、たとえば鉄を主成分としない合金を用いることもできる。

さらに、前述の実施例においては、冷間鍛造においてデフケース２６を加工するものとしたが、特にこれに限らず鉄および鉄鋼材料の加工においては、たとえば１０００℃から１３００℃程度で加工を行なう熱間鍛造、もしくは冷間鍛造と熱間鍛造との中間的な温度すなわち２００℃程度から１０００℃程度で加工を行なう温間鍛造によって加工するものとしても良い。なおこれらの加工は、必要とされる強度および、加工後の精度等への要求に基づいて選択される。また、鉄もしくは鉄鋼材料以外のたとえば合金材料においては、その鍛造温度が上記の鍛造温度とは必ずしも同一とはならない。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

２６：デファレンシャルケース
５８：補強リブ（凸部）
６０：油溝（凹部）
６２：上金型（第１鍛造型）
６４：下金型（第２鍛造型）

Claims (1)

1. 第１鍛造型と第２鍛造型との間で素材を鍛造することによって成形された車両用デファレンシャルケースであって、
   前記車両用デファレンシャルケースの外面に前記第１鍛造型によって形成された凸部を持つとともに、前記凸部の配置箇所の内面に前記第２鍛造型によって形成された凹部が形成されていることによって、前記車両用デファレンシャルケースにおいて強度の増加が必要な箇所に前記凸部を設ける
   ことを特徴とする車両用デファレンシャルケース。

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