JP2019070420A - 車両用デファレンシャル装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量化が可能であるとともに小型化が容易な車両用デファレンシャル装置を提供する。【解決手段】デファレンシャルケース２６には鋳鉄が用いられることが多い。鋳鉄の溶接面５４における亀裂の進展によって溶接面５４の耐久性に影響が生じるのを抑制するため、溶接を連続ではなく周方向に所定間隔を空ける未溶接面を溶接面５４間に設け、亀裂の進展を抑える。これによって溶接面５４における亀裂の進展による耐久性への影響を軽減することが可能となり、デファレンシャルケース２６とリングギヤ２８とのボルトによる締結を、溶接に置換えることが可能となる。これによって前記ボルトを除去することによる軽量化と締結箇所が不要となることとによる小型化が可能となる。【選択図】図２
Description
本発明は、車両用のデファレンシャル装置に関し、軽量であるとともに小型化が容易な車両用デファレンシャル装置の構造に関するものである。
車両用デファレンシャル装置において、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装置においては、デファレンシャルケースとリングギヤとの当接面が全周にわたって溶接されることによって接合されている。これにより、デファレンシャルケースとリングギヤとの締結に用いられているボルトを除去し、軽量化を計るとともに、ボルト締結箇所が不要となることで小型化が容易となり、これらによって燃費の向上が図られている。
デファレンシャルケースは、その形状が複雑であることから鋳造によって形成され、材料の流動性が良い等の理由によってたとえば炭素量の多い球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ：ＪＩＳ規格）等の鋳鉄が用いられることが多い。鋳鉄であるデファレンシャルケースと鋼鉄製のリングギヤとを回転軸線の周方向の全周にわたって溶接した場合、その溶接部において、ブローホール、割れ、鋳巣といった鋳造における欠陥を起点として亀裂が進展し溶接部の部分的な欠落につながる虞があった。
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、デファレンシャルケースとリングギヤとの溶接部において生じ易い、材料内の欠陥を起点として生じる亀裂の進展を抑制することのできる車両用デファレンシャル装置を提供することにある。
第１発明の要旨とするところは、デファレンシャルケースとリングギヤとが、相互に接する当接面の溶接によって接合されて回転軸線まわりに一体に回転する車両用デファレンシャル装置であって、前記当接面の溶接によって前記回転軸線まわりの周方向に沿って所定の間隔を空けて複数の溶接面が形成されていることを特徴とする。
第２発明の要旨とするところは、第１発明の車両用デファレンシャル装置において、前記当接面において前記デファレンシャルケースと前記リングギヤとの少なくとも一方に前記回転軸線まわりの周方向に沿って前記デファレンシャルケースと前記リングギヤとが当接しない凹部を複数ヶ所に設け、前記凹部以外の前記当接面において前記溶接面が形成されていることを特徴とする。
第３発明の要旨とするところは、第１発明または第２発明の車両用デファレンシャル装置において、前記デファレンシャルケースは鋳鉄製の材質で形成されていることを特徴とする。
第４発明の要旨とするところは、第１発明から第３発明の何れかの車両用デファレンシャル装置において、前記デファレンシャルケースと前記リングギヤとの接合は、電子ビーム溶接もしくはレーザビーム溶接によって行われている
ことを特徴とする。
ことを特徴とする。
第１発明によれば、デファレンシャルケースとリングギヤとが、相互に接する当接面の溶接によって接合されて回転軸線まわりに一体に回転する車両用デファレンシャル装置であって、前記当接面の溶接によって前記回転軸線まわりの周方向に沿って所定の間隔を空けて複数の溶接面が形成されている。これによって、溶接面において亀裂が生じたとしても溶接面と溶接面との間に溶接されていない間隔を有しているため、溶接面に生じた亀裂が隣接する溶接面まで進展することが抑制される。
第２発明によれば、前記当接面において前記デファレンシャルケースと前記リングギヤとの少なくとも一方に前記回転軸線まわりの周方向に沿って前記デファレンシャルケースと前記リングギヤとが当接しない凹部を複数ヶ所に設け、前記凹部以外の前記当接面において前記溶接面が形成されている。これによって、溶接面において亀裂が生じたとしても溶接面と溶接面との間に溶接されていない間隔を有しているため、溶接面に生じた亀裂が隣接する溶接面まで進展することが抑制されるとともに、溶接面と非溶接面との界面の形状、すなわち凹部の形状を変えることによって溶接によって溶接面と非溶接面との界面に生じる応力を抑制することも可能となる。
第３発明によれば、前記デファレンシャルケースは鋳鉄製の材質で形成されている。上記の構造によれば溶接において溶接面の亀裂が生じやすい鋳鉄製の材質で形成された前記デファレンシャルケースにおいても、溶接面における亀裂の進展が抑制される。
第４発明によれば、前記デファレンシャルケースと前記リングギヤとの接合は、電子ビーム溶接もしくはレーザビーム溶接によって行われている。電子ビーム溶接もしくはレーザビーム溶接を用いることによって、溶接面の亀裂が生じにくい良好な溶接が可能となる。
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デファレンシャル装置１０を模式的に示す骨子図である。この図１に示すデファレンシャル装置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（ドライブピニオン軸）１４を介して入力される駆動力をそれら一対の後輪１２ｌ、１２ｒへ配分する差動歯車装置である。なお、本実施例において、駆動輪を後輪１２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に伝達されるように構成されている。
デファレンシャル装置１０は、非回転部材であるハウジング（ケース）１６内に、ベアリング１８を介してハウジング１６により回転可能（自転可能）に支持された入力軸１４と、その入力軸１４のハウジング１６の内部側の端部に形成された小径傘歯車２０と、入力軸１４と直交する車軸３６ｌ、３６ｒの軸中心線である第１回転軸線Ｃ１（回転軸線Ｃ１に対応する。以降、第１回転軸線Ｃ１とする）まわりに回転可能（自転可能）にハウジング１６によりベアリング２２とベアリング２４とを介して支持されたデファレンシャルケース２６（以降、デフケース２６という）と、デフケース２６に固定され且つ小径傘歯車２０と噛み合うリングギヤ２８と、第１回転軸線Ｃ１に直交する姿勢でデフケース２６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によって第１回転軸線Ｃ１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、備えている。
デファレンシャル装置１０においては、サイドギヤ３２ｌが左後輪１２ｌを駆動する左輪用車軸３６ｌに、サイドギヤ３２ｒが右後輪１２ｒを駆動する右輪用車軸３６ｒ（以下、特に区別しない場合には単に車軸という）にそれぞれ連結されている。また、ハウジング１６内には、各部の潤滑のための潤滑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内に蓄積された潤滑油の外部への流出が防止されている。ハウジング１６に破線で示されているのは、ハウジング１６の底部に貯留されている潤滑油の液面１７を例示しており、リングギヤ２８の回転に伴って潤滑油が掻き上げられ、ハウジング１６内の車軸３６、サイドギヤ３２、ピニオンギヤ３４等の各部に供給される。
図２は、デフケース２６およびその内部とリングギヤ２８との構成を示す断面図であり、第１回転軸線Ｃ１の上部が示されている。第１回転軸線Ｃ１の下部は、図２で示された上部とほぼ同様の形状を持っている。リングギヤ２８は、デフケース２６と当接面５２において当接するとともに溶接によって接合されている。デフケース２６は、車軸３６の第１回転軸線Ｃ１を中心としてベアリング２２、２４を介してハウジング１６により支持されており、リングギヤ２８と相互に噛み合う小径傘歯車２０の回転によって、第１回転軸線Ｃ１を回転中心としてリングギヤ２８とデフケース２６とは一体に回転される。デフケース２６には、第１回転軸線Ｃ１方向に貫通し、車軸３６を嵌め入れてそれを回転可能に支持する車軸支持穴５０と、車軸支持穴５０と車軸３６との間に潤滑油を供給する油溝６０と、第１回転軸線Ｃ１と直交する第２回転軸線Ｃ２を有し、デフケース２６に回転可能に保持されたピニオンシャフト３０と、ピニオンシャフト３０によって第２軸心ＣＬ２まわりに回転可能に支持された一対のピニオンギヤ３４と、そのピニオンギヤ３４と噛合うとともに互いに対向する状態で回転可能にデフケース２６内において支持されている一対のサイドギヤ３２ｌ、３２ｒとが設けられている。一対のサイドギヤ３２ｌ、３２ｒとデフケース２６との間には、ワッシャ４４が嵌められ、車両の走行中に旋回が行なわれた場合、すなわち一対のピニオンギヤ３４に回転が生じるとともに、一対のサイドギヤ３２ｌ、３２ｒとに差動が生じた場合、デフケース２６の回転速度とサイドギヤ３２ｌ、３２ｒとの回転速度差が生じることによって生じる摩擦をワッシャの両面に潤滑油を保持することで抑制している。
図３は、リングギヤ２８の複数（本実施例では１６）の当接面５２、すなわちリングギヤ２８とデフケース２６との接触面を図２のＡ側から見た形状を示している。図２と同様に、第１回転軸線Ｃ１の下側が省略され、上側のみが示されている。リングギヤ２８の当接面５２は、第１回転軸線Ｃ１まわりの周方向に等間隔であって第１回転軸線Ｃ１から放射状に形成された凹部５６を有しており、当接面５２の間に形成された凹部５６においては、リングギヤ２８と当接していない。このため、リングギヤ２８とデフケース２６とは、凹部５６以外の当接面５２において、溶接面５４によって接合されている。
デフケース２６には、材料の流動性が良い等の理由から鋳鉄たとえば炭素量が２％以上含まれる球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ：ＪＩＳ規格）が用いられる。また、リングギヤ２８には、鋼鉄製たとえば低炭素鋼であるＳ０９ＣＫ等（ＪＩＳ規格）およびＳＣＭ材（ＪＩＳ規格）などを浸炭処理した部材、もしくは、球状黒鉛鋳鉄に熱加工を施し加工性を改善した上で歯切り加工を行ない、歯切り加工を施した部分に表面硬化焼入れを行った部材等が用いられる。
図４には、リングギヤ２８の当接面５２に凹部５６の加工を行い、デフケース２６と溶接面５４において溶接を行った部分、すなわちリングギヤ２８とデフケース２６との溶接面５４を第１回転軸線Ｃ１の外周側から見た図が拡大して示されている。鋳鉄の溶接には、電子ビーム溶接、レーザ溶接、熱間溶接、ＭＩＧ（メタル・イナート・ガス）溶接等が用いられる。従来のリングギヤ２８とデフケース２６との溶接においては、第１軸心Ｃ１の周方向の全周に渡って連続的な溶接が行われている。鋳鉄には、鋳鉄が内包するブローホール、われ、鋳巣等の欠陥が存在し、溶接時にこれらの欠陥を起点にして亀裂が生じ、この亀裂が進展することによってデファレンシャル装置１０における動力伝達に支障が生じる虞があった。図４の溶接においては、凹部５６によって溶接が断続的に行われており、凹部５６は溶接が行われておらず、この溶接が行われていない部分によって亀裂の進展が抑えられる。
本実施例によれば、デフケース２６とリングギヤ２８とが、相互に接する当接面５２の溶接によって接合されて回転軸線まわりに一体に回転する車両用デファレンシャル装置１０であって、当接面５２の溶接によって第１回転軸線Ｃ１まわりの周方向に沿って所定の間隔を空けて複数の溶接面５４が形成されている。これによって、溶接面５４において亀裂が生じたとしても溶接面５４と他の溶接面５４との間に溶接されていない間隔を有しているため、溶接面５４に生じた亀裂が隣接する溶接面５４まで進展することが抑制される。
また、本実施例によれば、当接面５２においてデフケース２６とリングギヤ２８との少なくとも一方に第１回転軸線Ｃ１まわりの周方向に沿ってデフケース２６とリングギヤ２８とが当接しない凹部５６を複数ヶ所に設け、凹部５６以外の当接面５２において溶接面５４が形成されている。これによって、溶接面５４において亀裂が生じたとしても溶接面５４と溶接面５４との間に溶接されていない間隔を有しているため、溶接面に生じた亀裂が隣接する溶接面５４まで進展することが抑制されるとともに、溶接面５４と非溶接面との界面の形状、すなわち凹部５６の形状を変えることによって溶接によって溶接面５４と非溶接面との界面に生じる応力を抑制することも可能となる。
さらに、デファレンシャルケース２６は鋳鉄製の材質で形成されている。上記の構造によれば溶接において溶接面５４の亀裂が生じやすい鋳鉄製の材質で形成されたデファレンシャルケース２６においても、溶接面５４における亀裂の進展が非溶接面によって抑制される。
また、デファレンシャルケース２６とリングギヤ２８との接合は、電子ビーム溶接もしくはレーザビーム溶接によって行われている。電子ビーム溶接もしくはレーザビーム溶接を用いることによって、溶接面５４の亀裂が生じにくい良好な溶接が可能となる。
なお、前述の実施例においてリングギヤ２８に凹部を設けるものであったが、デフケース２６に凹部をもうけても良い。また、リングギヤ２８とデフケースとにそれぞれ凹部５６をもうけても良い。また、リングギヤ２８の凹部５６とデフケースの凹部５６とが第１軸心Ｃ１を中心とする放射線上の略同一の対向する位置に設置すること、もしくは互いに対向しない位置に設置することもできる。
また、前述の実施例において、凹部５６以外の当接面５２のすべてが溶接されているが、凹部５６以外の当接面５２の一部を溶接し部分的に非溶接部を設けるものであっても良い。
つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
図５には、デフケース２６とリングギヤ２８との当接面５２が示されている。前述の実施例においては、当接面５２において、デフケース２６とリングギヤ２８との少なくとも一方に凹部５６をもうけるものであったが、本実施例においては、デフケース２６とリングギヤ２８との何れにも凹部５６をもうけないことにおいて、前述の実施例と異なっている。本実施例においては、当接面５２の一部を溶接することによって、すなわち溶接を第１回転軸線Ｃ１の周方向に沿って間隔を空けて溶接が行われている。
本実施例によれば、デフケース２６とリングギヤ２８とが、相互に接する当接面５２の溶接によって接合されて第１回転軸線Ｃ１まわりに一体に回転する車両用デファレンシャル装置１０であって、当接面５２の溶接によって第１回転軸線Ｃ１まわりの周方向に沿って所定の間隔を空けて複数の溶接面５４が形成されている。これによって、溶接面５４において亀裂が生じたとしても溶接面５４と他の溶接面５４との間に溶接されていない間隔を有しているため、溶接面５４に生じた亀裂が隣接する溶接面５４まで進展することが抑制される。
以上、本発明の実施例を図面に基づいて説明したが、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。
１０：車両用デファレンシャル装置
２６：デファレンシャルケース
２８：リングギヤ
５２：当接面
５４：溶接面
５６：凹部
Ｃ１：第１回転軸線（回転軸線）
２６：デファレンシャルケース
２８：リングギヤ
５２：当接面
５４：溶接面
５６：凹部
Ｃ１：第１回転軸線（回転軸線）
Claims (4)
- デファレンシャルケースとリングギヤとが、相互に接する当接面の溶接によって接合されて回転軸線まわりに一体に回転する車両用デファレンシャル装置であって、
前記当接面の溶接によって前記回転軸線まわりの周方向に沿って所定の間隔を空けて複数の溶接面が形成されている
ことを特徴とする車両用デファレンシャル装置。 - 前記当接面において前記デファレンシャルケースと前記リングギヤとの少なくとも一方に前記回転軸線まわりの周方向に沿って前記デファレンシャルケースと前記リングギヤとが当接しない凹部を複数ヶ所に設け、前記凹部以外の前記当接面において前記溶接面が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用デファレンシャル装置。 - 前記デファレンシャルケースは鋳鉄製の材質で形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用デファレンシャル装置。 - 前記デファレンシャルケースと前記リングギヤとの接合は、電子ビーム溶接もしくはレーザビーム溶接によって行われている
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の車両用デファレンシャル装置。
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