JP2021055818A - 差動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ピニオンギアとサイドギアの拘束軌道を３次元的に指定することにより、小型化を実現する。【解決手段】ディファレンシャルケース１６２と、２本のサイドシャフト１７１、１８１と、サイドシャフトのそれぞれに一体形成され、ディファレンシャルケースの内部において、互いに対向するサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒと、サイドギアの回転軸を法線に持つ面内にあり、サイドギアの回転軸とは交差しないピニオン回転軸１６３Ｓに回転自在に装着され、サイドギアと係合するピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂとを備えている。サイドギアと、ピニオンギアは、面対称の三次元曲線である拘束軌跡により回転が規定され、サイドギアに形成された凸部と、ピニオンギアに形成された凹部が順次係合することで差動運動を発生する。【選択図】図２

Description

本発明は、入力軸からの駆動力を分配して２つのシャフトに伝える差動装置に関するものであり、特にロボットアームの指関節などにも適用可能な小型軽量な差動装置に関する。

代表的な差動装置として、自動車には、カーブを曲がる際に生じる内側車輪と外側車輪の速度差を吸収して動力を内側車輪と外側車輪に振り分ける差動装置が広く用いられている。また、ロボットの分野でも、特許文献１、２にみられるように、駆動機構に差動装置を用い、異径物を含む把持対象物を１つのアクチュエータで駆動することも提案されている。

特にロボットハンドでは、複数の指関節に独立した動きが求められているため、限られた空間に複数の差動装置を搭載する必要があり、小型化、堅牢化という相反する課題を同時に解決する必要がある。
しかし、一般的な差動装置では、ピニオンギアならびにサイドギアに傘歯車を用いており、サイドギアの回転軸を中心軸とする略円筒形状のディファレンシャルケースの径が大きくなり、小型化するのが困難である。

また、ロングピニオンギア、ショートピニオンギアからなる２種類のピニオンギアを用意し、これら回転軸をサイドギアの回転軸と平行になるように配置した差動装置も存在する。しかしながら、２種類のピニオンギアを回転軸方向にずらしながら配置することで軸方向が長くなり、またサイドギアの外周側に２種類のピニオンギアを配置することから径方向にも長くなり、やはり小型化するのが困難である。

駆動力を伝達する機構に関する小型化に関して、特許文献３には、立体カム機構を用いた機構が提案されている。この立体カム機構では、立体カムに独立した３次元的なカム案内面を形成し、このカム案内面に従節側リンクの一端に所定の角度にて形成した一対のカムフォロアをガイドさせるようにすることで、小型化を実現しつつ、立体カムの回転運動を従節側リンクの他端の揺動運動に変換することが可能となっている。

特開２００１−２７７１７５号公報 特開２００７−６９２８６号公報 特許第４３８８５６６号公報

しかしながら、特許文献３に記載された立体カム機構においては、立体カムに独立した一対の３次元的なカム案内面を形成し、このカム案内面に従節側リンクの一端に所定の角度にて形成した一対のカムフォロアをガイドさせるようにすることが必要である。このため、駆動力の伝達は案内面とフォロアの直線状の線接触を介して行われるので、大きな力を伝達することができないという問題があった。

さらに、立体カムに独立した一対の３次元的なカム案内面を形成し、このカム案内面に従節側リンクの一端に所定の角度にて形成した一対のカムフォロアをガイドさせるようにしているため、フォロアが案内面の末端でフォロアが停止し、立体カムの回転運動が無限回転する場合に適用することもできない。
そこで、本発明は、ピニオンギアとサイドギアの拘束軌道を３次元的に指定することにより、小型化に最適な差動装置の機構を提供することを目的としている。

この課題を達成するため、本発明の差動装置は、ディファレンシャルケースと、このディファレンシャルケースから左右外方に延びる２本のサイドシャフトと、サイドシャフトのそれぞれに一体形成され、ディファレンシャルケースの内部において、互いに対向するサイドギアと、ディファレンシャルケースの内部において、サイドギアの回転軸を法線に持つ面内にあり、サイドギアの回転軸とは交差しないピニオン回転軸に回転自在に装着され、サイドギアと係合するピニオンギアとを備え、サイドギアとピニオンギアは、面対称の三次元曲線である拘束軌跡により回転が規定され、サイドギアに形成された凸部と、ピニオンギアに形成された凹部が順次係合することで、２本のサイドシャフトの間に差動運動を発生させするようにした。

本発明によれば、ディファレンシャルケースの内部にサイドギアの回転軸を法線に持つ面内にピニオン回転軸を配置することができ、伝達される許容トルクに比しディファレンシャルケースを小径化することが可能となる。

図１は、本発明の実施例１に基づく差動装置１６１を用いた駆動機構の外観を示す斜視図である。 図２は、その差動装置１６１の構造の分解図である。 図３は、図２とは逆方向から見た差動装置１６１の構造の分解図である。 図４は、図２と図３に示す差動装置１６１の内部におけるピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂとサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒの配置を示す図である。 図５は、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂの正面図、側面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、斜視図である。 図６は、一方のサイドギア１６４Ｌ(サイドシャフト１８１)の平面図、Ｄ−Ｄ断面図、Ｅ−Ｅ断面図である。 図７は、他方のサイドギア１６４Ｒ(サイドシャフト１７１)の平面図、Ｆ−Ｆ断面図、Ｇ−Ｇ断面図である。 図８は、噛み合った状態のピニオンギア１６３Ｂとサイドギア１６４Ｌを、サイドギア１６４Ｌの正面、側面からみた図である。 図９はサイドギア１６４Ｌの凸部２２２Ｌの曲面形状を示す図である。 図１０は差動装置１６１のピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂとサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒの動作原理を示す状態図である。 図１１は、図１０における点線部の拡大図である。 図１２は、図１０に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して３０度回転した状態、すなわち両サイドギアの相対角度が６０度回転した状態を示す拡大図である。 図１３は、図１０に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して６０度回転した状態、すなわち両サイドギアの相対角度が１２０度回転した状態を示す拡大図である。 図１４は、図１０に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して９０度回転した状態、すなわち両サイドギアの相対角度が１８０度回転した状態を示す拡大図である。 図１５は、図１０に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して１２０度回転した状態、すなわち両サイドギアの相対角度が２４０度回転した状態を示す拡大図である。 図１６は、図１０に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して１５０度回転した状態、すなわち両サイドギアの相対角度が３００度回転した状態を示す拡大図である。 図１７は、図１０に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して１８０度回転した状態、すなわち両サイドギアの相対角度が３６０度回転した状態を示す拡大図である。 図１８は、本発明の実施例２に基づく差動装置１６１を用いた駆動機構の外観を示す斜視図である。 図１９は、その実施例２の差動装置１６１分解図である。 図２０は、図１９とは逆方向から見た差動装置１６１の分解図である。 図２１は、本発明の実施例３に基づく差動装置１６１の分解図である。 図２２は、図２１とは逆方向から見た差動装置１６１の分解図である。 図２３は、噛み合った状態のピニオンギア１６３Ｂとサイドギア１６４Ｌを、サイドギア１６４Ｌの正面、側面からみた図、Ａ矢視図である。 図２４は、図２１から図２３に示すサイドギア１６４Ｌの凸部２２２Ｌの曲面形状を示す図である。

［実施例１］
図１は本発明の実施例１に基づく差動装置１６１を用いた駆動機構の外観を示す斜視図であり、図２、３は、分解した状態の差動装置１６１を両方向からみ斜視図である。
電動モータ等のアクチュエータ１１０は、遊星歯車を内蔵して減速等の機能を有する伝達装置１１０Ｔを介して伝達シャフト１５１を駆動回転させることにより駆動力を出力するようになっている。アクチュエータ１１０は、自動車の車体やロボットの胴体など、図示しないベースフレームに固定されている。
伝達シャフト１５１の先端には、伝達ギア１５１Ｇが同軸上で一体回転するように固定されている。なお、減速等が不要の場合は、伝達装置１１０Ｔを介さずに、直接アクチュエータ１１０の出力軸の先端に、伝達ギア１５１Ｇが同軸に一体回転するように固定してもよい。
伝達ギア１５１Ｇにリングギア１５５が噛み合うことで、アクチュエータ１１０の駆動力がディファレンシャルケース１６２に伝達されるようになっている。

図２、３に示すように、差動装置１６１は、ディファレンシャルケース１６２、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂ、ピニオンシャフト１６３Ｓ、サイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒ、サイドシャフト１７１、１８１から構成されている。
なお、差動装置１６１は、自動車の車体やロボットの胴体など、図示しないベースフレームに対して、同じく図示しない軸受を介して軸方向には不動で自由回転可能に軸支されている。

サイドシャフト１７１はサイドギア１６４Ｒに、サイドシャフト１８１はサイドギア１６４Ｌにそれぞれ相対回転不能に一体形成あるいは固定されている。
サイドシャフト１７１とサイドシャフト１８１の回転軸がサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒの回転軸２２１(図４参照)と同軸になるように配置され、ディファレンシャルケース１６２ならびに、図示しないベースフレームに対して、回転軸２２１の軸方向には不動であるが、回転軸周りに回転可能に軸支されている。

図２、３に示されるように、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂはそれぞれのピニオンシャフト１６３Ｓに相対回転不能に固定され、ピニオンシャフト１６３Ｓはディファレンシャルケース１６２に対して、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂの回転軸２１１(図４参照)の軸方向には不動であるが、回転軸２１１の回転軸周りに回転可能に軸支されている。なお、ピニオンシャフト１６３Ｓをディファレンシャルケース１６２に相対回転不能に固定し、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂをピニオンシャフト１６３Ｓに対して、ピニオン回転軸２１１の軸方向には不動とし、ピニオン回転軸２１１軸周りに回転可能に軸支されるようにしてもよい。

図３、４に示すように、ディファレンシャルケース１６２の内部において、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂは、サイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒの回転軸２２１を法線に持つ面内にあり、サイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒの回転軸とは交差しないピニオン回転軸２１１に回転自在に装着されている。サイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒと係合するピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂは、互いに噛み合うように配置され、後述するように、サイドギア１６４Ｒ(サイドシャフト１７１)とサイドギア１６４Ｌ(サイドシャフト１８１)が差動するように構成されている。
図５のうち、(ａ)、(ｂ)は、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂの正面図、側面図、(ｃ)はＢ−Ｂ断面図、(ｄ)はＣ−Ｃ断面図、(ｅ)は斜視図を示している。図６のうち、(ａ)は一方のサイドギア１６４Ｌ(サイドシャフト１８１)の平面図、(ｂ)はＤ−Ｄ断面図、(ｃ)はＥ−Ｅ断面図を示している。また、図７のうち、(ａ)は他方のサイドギア１６４Ｒ(サイドシャフト１７１)の平面図、(ｂ)はＦ−Ｆ断面図、(ｃ)はＧ−Ｇ断面図を示している。

ここで、図１に示されるように、リングギア１５５は、その回転軸がサイドシャフト１７１の回転軸ならびにサイドシャフト１８１の回転軸と同軸になるように、すなわちサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒの回転軸２２１(図４参照)と同軸になるように、ディファレンシャルケース１６２に相対回転不能に固定されている。
このような構成により、アクチュエータ１１０の出力が、伝達シャフト１５１、伝達ギア１５１Ｇ、リングギア１５５を介して、ディファレンシャルケース１６２まで伝達される構成になっている。

なお、本実施例では、アクチュエータ１１０の出力をディファレンシャルケース１６２まで伝達するために、伝達ギア１５１Ｇとリングギア１５５を用いた伝達機構を用いているが、他の伝達機構でも構わない。例えば、伝達シャフト１５１の先端に駆動プーリを同軸に一体回転するように固定し、従動プーリをサイドシャフト１７１の回転軸ならびにサイドシャフト１８１の回転軸と同軸になるようにディファレンシャルケース１６２に相対回転不能に固定し、伝達ベルトを駆動プーリと従動プーリを共に巻き掛けることにより、アクチュエータ１１０の出力をディファレンシャルケース１６２まで伝達する伝達機構を用いてもよい。
例えば、サイドシャフト１７１、１８１にラジオコントロール模型自動車の右駆動輪、左駆動輪をそれぞれ固定することで、アクチュエータ１１０の駆動力をサイドシャフト１７１とサイドシャフト１８１に分配し、ラジオコントロール模型自動車が曲がる時にも左右駆動輪の回転差を吸収し、スムーズなコーナリングが実現される。

ここで、サイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒとピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂは、図６、７に示されるように、各ギアの動き(回転)が、三次元曲線である拘束軌跡２０１Ｌ、２０１Ｒ(３次元の曲線)によって規定された動き(回転)となるように構成されている。
すなわち、サイドギア１６４Ｌとピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂ(図４参照)の各ギアの動き(回転)は、３次元曲線である拘束軌跡２０１Ｌによって規定された動き(回転)となり、サイドギア１６４Ｒとピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂの各ギアの動き(回転)は、３次元曲線である拘束軌跡２０１Ｒによって規定された動き(回転)となるように構成されている。

拘束軌跡２０１Ｌと拘束軌跡２０１Ｒは、サイドギア回転軸２２１を法線に持ちピニオン回転軸２１１を含む平面を面対称面とする面対称な３次元の曲線で構成されている。これにより、サイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒは、面対称面を対称面とする面対称な３次元の形状で構成される。
なお、拘束軌跡２０１Ｌと拘束軌跡２０１Ｒは面対称な３次元曲線であり、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂに対するサイドギア１６４Ｌと１６４Ｒの挙動原理は同じであることから、以下では主にサイドギア１６４Ｌを用いて説明を行う。

サイドギア１６４Ｌには、図６に示すように、サイドギア回転軸２２１の軸方向から見て渦巻状の凸部２２２Ｌが設けられている。また、この凸部２２２Ｌが、サイドギア回転軸２２１の周りに複数個、等配されている。
凸部２２２Ｌの等配数をｎとすると、実施例１の凸部２２２Ｌは、図６に示すようにｎ＝２で設計されているが、後述の設計式を満たす値であればｎは任意の正整数で設定可能である。
ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂは、全く同一形状の部品で構成され、サイドギア回転軸２２１周りのｎ等配位置に配置されている(ｎは、サイドギア回転軸２２１の周りの凸部２２２Ｌの等配数である)。以下では、ピニオンギア１６３Ａと１６３Ｂを区別なく、ピニオンギア１６３として説明を行う。
実施例１のピニオンギア１６３は、図２から図４に示すようにｎ＝２で設計されているが、サイドギア回転軸２２１周りのｎ等配位置にピニオンギア１６３が配置されていれば、必ずしもピニオンギア１６３をｎ個採用(配置)する必要はない。言い換えると、サイドギア回転軸２２１周りにｎ等配したｎ個のピニオンギア１６３の内、一部のピニオンギアを不採用にする(配置しない)ことも可能であり、サイドギア回転軸２２１周りのｎ等配位置にピニオンギア１６３を配置する必要はあるが、ピニオンギア１６３の採用数はｋ個(ｋは１≦ｋ≦ｎを満たす正整数)でも良い。例えば、実施例１では２個のピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂが採用(配置)されているが、ピニオンギア１６３Ａを採用(配置)せずにピニオンギア１６３Ｂのみを採用(配置)しても良いし、ピニオンギア１６３Ｂを採用(配置)せずにピニオンギア１６３Ａのみを採用(配置)しても良い。
また、ピニオンギア１６３には、図５に示すように、凹部２１２が設けられており、この凹部２１２が、ピニオン回転軸２１１の周りに複数個、等配されている。後述の説明のために、この等配数をｍと定義しておく。

本発明の実施例１のピニオンギア１６３は、図５に示すようにｍ＝６で設計されているが、後述の設計式を満たす値であればｍは任意の正整数で設定可能である。
凹部２１２と凸部２２２Ｌが噛み合うことで、サイドギア１６４Ｌのサイドギア回転軸２２１周りの回転運動が、ピニオンギア１６３のピニオン回転軸２１１周りの回転運動に変換され、またその逆に、ピニオンギア１６３のピニオン回転軸２１１周りの回転運動が、サイドギア１６４Ｌのサイドギア回転軸２２１周りの回転運動に変換される。

図５に示すように、ピニオンギア１６３に設けた凹部２１２は、ピニオン回転軸２１１を法線に持つ面(断面図Ｂ−Ｂの面)内に、ピニオン回転軸２１１から距離Lp離れた位置に円心２０１ｐを持つ円状の拘束接触線２０２と同一円上にある、中心角９０度の１／４円弧状の凹部接触線２１３を有する形状で形成され、この凹部接触線２１３が凸部２２２と接触する接触線となる。
同時に、凹部２１２は、ピニオン回転軸２１１を含む面(断面図Ｃ−Ｃの面)内に断面が凸形状の輪郭線２１５を有する形状で形成され、この輪郭線２１５の頂点部が凹部接触線２１３を貫通する輪郭線であり、凹部２１２は、輪郭線２１５を凹部接触線２１３に沿って移動するよう、立体的な曲面を備えている。

ここで、図８(ａ)、(ｂ)は、噛み合った状態のピニオンギア１６３Ｂとサイドギア１６４Ｌを、サイドギア１６４Ｌの正面、側面からみた図であり、サイドギア１６４Ｌに設けた凸部２２２Ｌは、図９(ａ)、(ｂ)に示すように、サイドギア回転軸２２１を含む拘束接触線断面２０３(２０３ａ〜２０３ｇ)で、円心が拘束軌跡２０１Ｌを貫通するように円状に描かれた拘束接触線２０２(２０２ａ〜２０２ｇ)を、拘束軌跡２０１Ｌに沿って移動して立体化した曲面を有する形状で形成されている。
なお、図９(ａ)では、サイドギア回転軸２２１含む拘束接触線断面２０３(２０３ａ〜２０３ｇ)での凸部２２２Ｌの断面輪郭線が、７平面で拘束接触線２０２に重なっていることを示しているが、この７平面に限らず、サイドギア回転軸２２１含む任意の平面で凸部２２２Ｌをカットした断面の輪郭線には、拘束接触線２０２が重なるように凸部２２２Ｌが形成されている。
この図８と図９に示すように、実施例１では、凹部接触線２１３を含む平面(ピニオンギア１６３のピニオン回転軸２１１方向の厚み中央面、図５のＢ−Ｂ断面)内にサイドギア回転軸２２１が重なるように、ピニオンギア１６３が配置されている。

このような凸部２２２Ｌを形成するため、実施例１での拘束軌跡２０１Ｌは、図８に示す３次元の座標系で、次の式で与えられている。
X = ( Ld − Lp sin(θp) ) cos ( F(θp) )
Y = ( Ld − Lp sin(θp) ) sin ( F(θp) )
Z = Lp cos(θp)
ここで、Ldはピニオン回転軸２１１とサイドギア回転軸２２１の距離、Lpはピニオン回転軸２１１と拘束接触線２０２の円心２０１ｐまでの距離であり、θpはピニオンギアの回転角度、F(θp)はピニオンギアの回転角θpの関数を表しており、サイドギア１６４Ｌの回転角θs＝F(θp)である。

サイドギア１６４Ｌの回転角θsを表すF(θp)に関しては、
±ｍ／ｎ＝(F(θp₂)−F(θp₁))／(θp₂−θp₁)
を満たす関数で与えることにより、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂ、サイドギア１６４Ａ、１６４Ｂを無限回転させることが可能である。
なお、θp₁は、図５に示すように、ピニオンギア１６３に設けたｍ等配した凹部２１２の１つ目の凹部２１２が、サイドギア１６４に設けたｎ等配した凸部２２２の１つ目の凸部２２２に噛み合った際のピニオンギアの回転角θpを表している。
また、θp₂は、同じく図５に示すように、互いに噛み合っていた１つ目の噛み合った凹部２１２と１つ目の凸部２２２の噛み合いが解放され、互いに２つ目の凹部２１２と２つ目の凸部２２２の噛み合いに移行した瞬間のピニオンギア１６３の回転角θpを表している。
また、F(θp₁)は、図６に示すように、ピニオンギア１６３に設けたｍ等配した凹部２１２の１つ目の凹部２１２が、サイドギア１６４に設けたｎ等配した凸部２２２の１つ目の凸部２２２に噛み合った際のサイドギアの回転角θsを表している。さらに、F(θp₂)は、同じく図６に示すように、互いに噛み合っていた１つ目の噛み合った凹部２１２と１つ目の凸部２２２の噛み合いが解放され、互いに２つ目の凹部２１２と２つ目の凸部２２２の噛み合いに移行した瞬間のサイドギア１６４の回転角θsを表している。
なお、実施例１では、
F(θp)＝＋ 3 θp (拘束軌跡２０１Ｌに用いる F(θp))
F(θp)＝− 3 θp (拘束軌跡２０１Ｒに用いる F(θp))
で与えた。

図１０から図１７を用いて、実施例１の差動装置の差動原理について説明する。これらの図は、いずれもアクチュエータ１１０により回転駆動されるディファレンシャルケース１６２からみた、各パーツの作動を示すものである。
図１０において、(ａ)は、差動装置１６１の側面図(ｂ)におけるＡ−Ａ断面図であり、(ｃ)、(ｄ)は、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂとサイドギア１６４Ｒ、１６４Ｌの斜視図を示している。
そして、図１１から図１７は、ピニオンギア１６３Ａの回転位相に合わせて、図１０における点線部を拡大したものである。

本実施例では、前述のように、アクチュエータ１１０の出力を、伝達ギア１５１Ｇとリングギア１５５を用いた伝達機構を用いて、ディファレンシャルケース１６２まで伝達され、ディファレンシャルケース１６２とサイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)とサイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)が一体となって(相対回転差が無い状態で)回転を行う。
一方、サイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)とサイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)は、両シャフトの駆動状況に応じて運動差(回転速度差)が生じる。
例えば、サイドシャフト１７１にラジオコントロール模型自動車の右駆動輪を固定し、サイドシャフト１８１に同ラジオコントロール模型自動車の左駆動輪を固定し、コーナリングを行うと左右輪に運動差(回転速度差)が生じる。
言い換えると、ディファレンシャルケース１６２(リングギア１５５)とサイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)の間に運動差(回転速度差)が生じ、同じく、ディファレンシャルケース１６２(リングギア１５５)とサイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)の間にも運動差(回転速度差)が生じる。

ここで、ディファレンシャルケース１６２(リングギア１５５)とサイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)の間に運動差(回転速度差)が生じた場合を想定する。
具体的には、図１１において、サイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)が回転Ａ(図６(ａ)からみて反時計周りの回転)を起こした場合、この回転Ａにより、ピニオンギア１６３の凹部２１２とサイドギア１６４Ｌの凸部２２２Ｌの噛み合い部分がサイドギア回転軸２２１に近づくように、運動が行われる。すなわち、図１１において、ピニオンギア１６３Ａは、時計方向の回転が発生し、ピニオンギア１６３Ｂ(図１０(ａ)参照)には、反時計方向の回転が発生する。

図１１においてピニオンギア１６３Ａが時計周りに回転し、ピニオンギア１６３Ｂが反時計周りに回転すると、ピニオンギア１６３の凹部２１２とサイドギア１６４Ｒの凸部２２２Ｒの噛み合い部分がサイドギア回転軸２２１から遠ざかるように、運動が行われる。これにより、サイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)は、図１１に示す回転Ｂ(図７(ｂ)からみて反時計周りの回転)が発生する。
このように、ディファレンシャルケース１６２に対して、サイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)は回転Ａ、サイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)は回転Ｂを発生し、サイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)とサイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)との間に差動運動が発生する。

一方、図１１において、サイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)が回転Ｃ(図６(ａ)からみて時計周りの回転)を起こした場合について考える。
この回転Ｃにより、ピニオンギア１６３の凹部２１２とサイドギア１６４Ｌの凸部２２２Ｌの噛み合い部分がサイドギア回転軸２２１から遠ざかるように運動が行われ、これにより、図１１において、ピニオンギア１６３Ａは、反時計方向の回転が発生し、ピニオンギア１６３Ｂ(図１０参照)は、時計方向の回転が発生する。

図１１においてピニオンギア１６３Ａが反時計周りに回転すると(ピニオンギア１６３Ｂが時計周りに回転すると)、ピニオンギア１６３の凹部２１２とサイドギア１６４Ｒの凸部２２２Ｒの噛み合い部分がサイドギア回転軸２２１に近づくように運動が行われ、これにより、サイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)は、図１１に示す回転Ｄ(図７(ｂ)からみて時計周りの回転)が発生する。
このように、ディファレンシャルケース１６２に対して、サイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)は回転Ｃ、サイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)は回転Ｄを発生し、サイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)とサイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)との間に差動運動が発生する。

以上、ディファレンシャルケース１６２に対して、サイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)が図１１に示す回転Ａ、回転Ｃを起こした場合について説明したが、ディファレンシャルケース１６２に対して、サイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)が回転Ｂ、回転Ｄを起こした場合についても同様の原理で、サイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)とサイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)との間に差動運動が発生する。
そこで、図１２から図１７の説明では、ディファレンシャルケース１６２に対して、サイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)が回転Ａ、サイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒが回転Ｂを起こした場合について具体的な説明を行う。

上記のように、ディファレンシャルケース１６２に対して、サイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)が回転Ａ、サイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)が回転Ｂを起こすと、ピニオンギア１６３Ａが時計方向、ピニオンギア１６３Ｂが反時計方向の回転を発生する。
図１２は、図１１に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して３０度、すなわち両サイドギアの相対角度が６０度回転し、ピニオンギア１６３が１０度回転した状態を示している。

図１３は、図１１に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して６０度、すなわち両サイドギアの相対角度が１２０度回転し、ピニオンギア１６３が２０度回転した状態を示している。
図１４は、図１０に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して９０度回転、すなわち両サイドギアの相対角度が１８０度回転し、ピニオンギア１６３が３０度回転した状態も示している。

加えて、図１４は、ピニオンギア１６３の凹部２１２とサイドギア１６４の凸部２２２が入れ替わる状態も示す状態図である。
図１３においてピニオンギア１６３の凹部２１２と噛み合っていたサイドギア１６４Ｌの凸部２２２Ｌはサイドギア回転軸２２１に近い側となり、図１５においてピニオンギア１６３の凹部２１２と噛み合うサイドギア１６４Ｌの凸部２２２Ｌはサイドギア回転軸２２１から遠い側となる。
一方、図１３においてピニオンギア１６３の凹部２１２と噛み合っていたサイドギア１６４Ｒの凸部２２２Ｒはサイドギア回転軸２２１に遠い側となり、図１５においてピニオンギア１６３の凹部２１２と噛み合うサイドギア１６４Ｒの凸部２２２Ｒはサイドギア回転軸２２１から近い側となる。

図１５は、図１１に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して１２０度、すなわち両サイドギアの相対角度が２４０度回転し、ピニオンギア１６３が４０度回転した状態を示している。
また、図１６は、図１１に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して１５０度、すなわち両サイドギアの相対角度が３００度回転し、ピニオンギア１６３が５０度回転した状態を示している。

さらに、図１７は、図１１に示す状態からサイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒがディファレンシャルケース１６２に対して１８０度回転、すなわち両サイドギアの相対角度が３６０度回転し、ピニオンギア１６３が６０度回転した状態を示している。
この図から明らかなように、ピニオンギア１６３の凹部２１２とサイドギア１６４の凸部２２２の位相が、図１１と同じ位相に戻っていることを示している。

［実施例２］
図１８は本発明の実施例２に基づく差動装置１６１を用いた駆動機構を示す図であり、その外観を示す斜視図である。図１９は本発明の実施例２に係る差動装置１６１の構造の分解図であり、図２０は図１９とは逆方向から見た差動装置１６１の構造の分解図である。
なお、図２０では、ディファレンシャルケース１６２の内部に設けた突き当て面１６２ｔ１、１６２ｔ２を示すために、ディファレンシャルケース１６２の一部をカットして図示している。

実施例２においても、本発明の実施例１と同様、アクチュエータ１１０の出力を、伝達ギア１５１Ｇとリングギア１５５を用いた伝達機構を用いて、ディファレンシャルケース１６２まで伝達している。
アクチュエータ１１０は、本発明の実施例１と同様、自動車の車体やロボットの胴体など、図示しないベースフレームに固定されている。

また、実施例２の差動装置１６１は、ディファレンシャルケース１６２、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂ、ピニオンシャフト１６３Ｓ、サイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒ、サイドシャフト１７１、１８１、ケース側捻りバネ固定プレート１６５、シャフト側捻りバネ固定プレート１７６、１８６、捻りバネ１６６、１６７から構成されている。すなわち、本発明の実施例１の差動装置１６１の構成に、ケース側捻りバネ固定プレート１６５、シャフト側捻りバネ固定プレート１７６、１８６、捻りバネ１６６、１６７を付加し、実施例１における差動動作に制限を持たせている。

本発明の実施例１では、ピニオンギア１６３とサイドギア１６４は、多回転可能な構成にしていた。しかしながら、サイドシャフト１７１(サイドギア１６４Ｒ)もしくはサイドシャフト１８１(サイドギア１６４Ｌ)のいずれか一方のサイドシャフトが空転する場合、他方のサイドシャフトに駆動力が伝わらない問題が発生する。
このような問題を解決するため、本発明の実施例２では、ディファレンシャルケース１６２とサイドシャフト１７１、１８１の相対運動差に制限を持たせている。以下、具体的な説明を行う。

相対運送差に制限を持たせる１つ目の手法として、図１８から図２０に示すように、ディファレンシャルケース１６２とサイドギア１６４Ｌに、空転を制限する(サイドシャフト１７１、１８１の回転運動を制限する)ストッパとして機能する突き当て面１６２ｔ１、１６２ｔ２、１６４ｔ１、１６４ｔ２がそれぞれ配置されている。突き当て面１６２ｔ１と１６４ｔ１は、ディファレンシャルケース１６２に対してサイドギア１６４Ｌが図６(ａ)からみて反時計周りに相対運動を起こした際、互いに対面する対向面に形成されていて、突き当て面１６２ｔ１と１６４ｔ１が対面接触することで回転運動を制限するように機能する。また、突き当て面１６２ｔ２と１６４ｔ２は、同様に、ディファレンシャルケース１６２に対してサイドギア１６４Ｌが図６(ａ)からみて時計周りに相対運動を起こした際、互いに対面する対向面に形成されていて、突き当て面１６２ｔ２と１６４ｔ２が対面接触することで回転運動を制限するように機能する。

本発明の実施例２では、空転を制限する(サイドシャフト１７１、１８１の回転運動を制限する)ストッパとして機能する突き当て面１６２ｔ１、１６２ｔ２、１６４ｔ１、１６４ｔ２により、ディファレンシャルケース１６２とサイドギア１６４Ｌの相対運動を制限している。一方、サイドギア１６４Ｒとサイドギア１６４Ｌは差動運動を起こすように構成されていることから、空転を制限する(サイドシャフト１７１、１８１の回転運動を制限する)ストッパとして機能する突き当て面１６２ｔ１、１６２ｔ２、１６４ｔ１、１６４ｔ２により、ディファレンシャルケース１６２とサイドギア１６４Ｒの相対運動も制限されている。
なお、突き当て面１６４ｔ１、１６４ｔ２をサイドギア１６４Ｌに設ける代わりに、サイドギア１６４Ｒにディファレンシャルケース１６２との相対運動を制限する突き当て面を設ける構成でもよく、サイドギア１６４Ｌとサイドギア１６４Ｒの両者に設ける構成でも良いことはいうまでもない。

加えて、相対運動差に制限を持たせる２つ目の手法として、本発明の実施例２では、ディファレンシャルケース１６２に対するサイドギア１６４の相対位置が後述する初期姿勢(両ディファレンシャルシャフト１７１、１８１に負荷が作用していない時にある状態の姿勢)に維持されるように構成されている。具体的には、図１８から図２０に示すように、ケース側捻りバネ固定プレート１６５が、ディファレンシャルケース１６２に、そして、シャフト側捻りバネ固定プレート１７６が、サイドシャフト１７１に相対回転不能に固定されている。また、シャフト側捻りバネ固定プレート１８６が、サイドシャフト１８１に相対回転不能に固定されている。

更に、図１８から図２０に示すように、捻りバネ１６６、１６７がサイドシャフト１７１、１８１のそれぞれの周りに位置するように設置されている。この実施例２に使用している捻りバネ１６６、１６７の使用角度が自然状態(捻りバネに力を加えず自然にある状態)から捻りを強める方向の角度に制限された捻りバネ１６６、１６７を使用している。そのため、サイドシャフト１７１、１８１を正転と反転の両回転方向の可動範囲を実現するため、捻りバネ１６６、１６７を予め自然状態(捻りバネに力を加えず自然にある状態)から捻った状態で取り付けている。
具体的には、捻りバネ１６６は、一端がディファレンシャルケース１６２に設けたバネ固定端１９１に固定され、他端がサイドシャフト側捻りバネ固定プレート１７６に設けたバネ固定端１９３に固定されている。また、捻りバネ１６７は、一端がケース側捻りバネ固定プレート１６５に設けたバネ固定端１９２に、他端がサイドシャフト側捻りバネ固定プレート１８６に設けたバネ固定端１９４に固定されている。すなわち、捻りバネ１６６、１６７は、一端がディファレンシャルケース１６２に固定され、他端がサイドシャフト１７１、１８１(サイドギア１６４Ｒ、１６４Ｌ)に固定され、ディファレンシャルケース１６２とサイドシャフト１７１、１８１の相対運動差により捻じれ量が変化するように配置している。

また、捻りバネ１６６は、サイドシャフト１７１を図１８に示す太い矢印の向きに回転させて初期姿勢に戻るように、自然状態から捻った状態で取り付けられ、捻りバネ１６７は、サイドシャフト１８１を図１８に示す太い矢印の向きに回転させて初期姿勢に戻るように、自然状態から捻った状態で取り付けられている。差動運動が発生する２本のディファレンシャルシャフト１７１、１８１を図１８に示す太い矢印の向きに回転するように、捻りバネ１６６、１６７が自然状態から捻った状態で取り付けているため、両ディファレンシャルシャフト１７１、１８１に負荷が作用していない時は、捻りバネ１６６、１６７が互いに自然状態に戻ろうとする力が均衡する姿勢(初期姿勢)に維持されるように構成されている。なお、捻りバネ１６６、１６７は、サイドシャフト１７１、１８１を図１８に示す太い矢印の向きとは反対向きに回転させて初期姿勢に戻るように、自然状態から捻った状態で取り付けていてもよい。加えて、捻りバネ１６６、１６７の使用角度が自然状態(捻りバネに力を加えず自然にある状態)から捻りを強める方向の角度と捻りを弱める方向の角度の両角度を使用可能な捻りバネ１６６、１６７を使用した場合には、自然状態から捻った状態で取り付ける必要は特になく、自然状態で取り付けても良いし、自然状態から捻った状態で取り付けても良く、更に、捻りバネを２本採用する必要はなく、１本で構成しても良い。

このような構成にすることで、本発明の実施例２では、サイドギア１６４Ｒ(サイドシャフト１７１)とサイドギア１６４Ｌ(サイドシャフト１８１)の間に差動運動を生成させつつも、差動動作に制限を持たせ、ディファレンシャルケース１６２に対するサイドギア１６４の相対姿勢が初期姿勢に維持されるようになっている。
なお、実施例２では、サイドシャフト１７１、１８１の回転角を制限するストッパとして機能する突き当て面１６２ｔ１、１６２ｔ２、１６４ｔ１、１６４ｔ２を導入しつつ、ディファレンシャルケース１６２に対するサイドギア１６４の相対位置が初期姿勢に維持されるように機能するケース側捻りバネ固定プレート１６５、シャフト側捻りバネ固定プレート１７６、１８６、捻りバネ１６６、１６７を導入している。

しかし、ディファレンシャルケース１６２とサイドシャフト１７１、１８１の相対運動差に制限を持たせる際に、サイドシャフト１７１、１８１の回転角の制限のみを実現する場合には、突き当て面１６２ｔ１、１６２ｔ２、１６４ｔ１、１６４ｔ２を導入すればよく、ケース側捻りバネ固定プレート１６５、シャフト側捻りバネ固定プレート１７６、１８６、捻りバネ１６６、１６７の導入は不要である。
また、ディファレンシャルケース１６２とサイドシャフト１７１、１８１の相対運動差の制限を持たせる際に、ディファレンシャルケース１６２に対するサイドギア１６４の相対位置が初期姿勢に維持される制限のみを実現する場合には、ケース側捻りバネ固定プレート１６５、シャフト側捻りバネ固定プレート１７６、１８６、捻りバネ１６６、１６７を導入すればよく、突き当て面１６２ｔ１、１６２ｔ２、１６４ｔ１、１６４ｔ２の導入は不要である。

［実施例３］
図２１は本発明の実施例３に係る差動装置１６１の構造の分解図であり、図２２は図２１とは逆方向から見た差動装置１６１の構造の分解図である。また、図２３(ａ)、(ｂ)、(ｃ)は、噛み合った状態のピニオンギア１６３Ｂとサイドギア１６４Ｌを、サイドギア１６４Ｌの正面、側面からみた図、Ａ矢視図(ピニオン回転軸２１１の軸方向から見た図)である。

本発明の実施例３においても、本発明の実施例１と同様、アクチュエータ１１０の出力を、伝達ギア１５１Ｇとリングギア１５５を用いた伝達機構を用いて、ディファレンシャルケース１６２まで伝達している(図１参照)。
アクチュエータ１１０は、本発明の実施例１と同様、自動車の車体やロボットの胴体など、図示しないベースフレームに固定されている。
また、実施例３の差動装置１６１は、実施例１と同様、ディファレンシャルケース１６２、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂ、ピニオンシャフト１６３Ｓ、サイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒ、サイドシャフト１７１、１８１から構成されている。差動装置１６１は、自動車の車体やロボットの胴体など、図示しないベースフレームに対して、軸方向には不動であるが、同じく図示しない軸受を介して自由回転可能に軸支されている。

上述のように、実施例３の差動装置１６１の構成は、実施例１の差動装置１６１の構成と同一であり、その差動原理に関しても同様である。
以下では、実施例１と異なる点を中心に説明を行う。

本発明の実施例３においては、実施例１と同様、サイドギア１６４Ｌ、１６４Ｒは、サイドギア回転軸２２１を法線に持つ、図２３におけるＸＹ平面を面対称面とする面対称な形状で構成されている。なお、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂに対するサイドギア１６４Ｌと１６４Ｒの挙動原理は実施例１と同様である。
実施例３においては、ピニオンギア１６３とサイドギア１６４の相対位置関係が実施例１と異なり、図２３(ａ)に示すように、ピニオンギア１６３を、ピニオン回転軸２１１の軸方向に、サイドギア回転軸２２１を含む平面から遠ざかる方向に距離Δ分だけピニオンギア１６３を平行移動している。すなわち、実施例１と比較して、ピニオンシャフト１６３Ｓの傾斜と間隔が相違している。
これに伴い、凸部２２２Ｌの態様が実施例１と異なり、具体的には下記のとおりである。

サイドギア１６４Ｌに設けた凸部２２２Ｌは、図２４(ａ)に示すように、サイドギア回転軸２２１から距離Δ離れた拘束接触線断面２０３(２０３ａ〜２０３ｇ)で、円心が拘束軌跡２０１Ｌを貫通するように円状に描かれた拘束接触線２０２(２０２ａ〜２０２ｇ)を、図２４(ｂ)に示すように、拘束軌跡２０１Ｌに沿って移動して立体化した曲面を有する形状で形成されている。
なお、図２４では、サイドギア回転軸２２１から距離Δ離れた７個の拘束接触線断面２０３(２０３ａ〜２０３ｇ)での凸部２２２Ｌの断面輪郭線が、拘束接触線２０２に重なっていることを示しているが、これらの拘束接触線断面に限らず、サイドギア回転軸２２１から距離Δ離れた任意の平面で凸部２２２Ｌをカットした断面の輪郭線には、拘束接触線２０２が重なるように凸部２２２Ｌが形成されている。
この図２３と図２４に示すように、実施例３では、凹部接触線２１３を含む平面(ピニオンギア１６３のピニオン回転軸２１１方向の厚み中央面、図５のＢ−Ｂ断面)とサイドギア回転軸２２１の間の距離が距離Δとなるように、ピニオンギア１６３が配置されている。

このような凸部２２２Ｌを形成するため、実施例３での拘束軌跡２０１Ｌは、図２３に示す３次元の座標系で、次式で与えられている。
X = Ld cos ( F(θp) )/ cos (φ) − Lp sin(θp) cos ( F(θp) − φ )
Y = Ld sin ( F(θp) )/ cos (φ) − Lp sin(θp) sin ( F(θp) − φ )
Z = Lp cos(θp)
ただし、φ= tan⁻¹( Δ / Ld )
ここで、Ldはピニオン回転軸２１１とサイドギア回転軸２２１の距離、Lpはピニオン回転軸２１１と拘束接触線２０２の円心２０１ｐまでの距離であり、θpはピニオンギアの回転角度、F(θp)はピニオンギアの回転角θpの関数を表しており、サイドギア１６４Ｌの回転角θs＝F(θp)である。Δは、ピニオンギア１６３を、ピニオン回転軸２１１の軸方向に、サイドギア回転軸２２１から遠ざかる方向に平行移動した距離であり、凹部接触線２１３を含む平面(ピニオンギア１６３のピニオン回転軸２１１方向の厚み中央面、図５のＢ−Ｂ断面)とサイドギア回転軸２２１の間の距離である。

加えて、サイドギア１６４Ｌの回転角θsを表すF(θp)に関しては、実施例１と同様、
±ｍ／ｎ＝(F(θp₂)−F(θp₁))／(θp₂−θp₁)
を満たす関数で与えることにより、ピニオンギア１６３Ａ、１６３Ｂ、サイドギア１６４Ａ、１６４Ｂを無限回転させることが可能である。
なお、θp₁は、図５と同様、ピニオンギア１６３に設けたｍ等配した凹部２１２の１つ目の凹部２１２が、サイドギア１６４に設けたｎ等配した凸部２２２の１つ目の凸部２２２に噛み合った際のピニオンギアの回転角θpを表している。

また、θp₂は、互いに噛み合っていた１つ目の噛み合った凹部２１２と１つ目の凸部２２２の噛み合いが解放され、互いに２つ目の凹部２１２と２つ目の凸部２２２の噛み合いに移行した瞬間のピニオンギア１６３の回転角θpを表している。
また、F(θp₁)は、図６と同様、ピニオンギア１６３に設けたｍ等配した凹部２１２の１つ目の凹部２１２が、サイドギア１６４に設けたｎ等配した凸部２２２の１つ目の凸部２２２に噛み合った際のサイドギアの回転角θsを表している。さらに、F(θp₂)は、互いに噛み合っていた１つ目の噛み合った凹部２１２と１つ目の凸部２２２の噛み合いが解放され、互いに２つ目の凹部２１２と２つ目の凸部２２２の噛み合いに移行した瞬間のサイドギア１６４の回転角θsを表している。

なお、実施例３においても、実施例１と同じく、
F(θp)＝＋ 3 θp (拘束軌跡２０１Ｌに用いる F(θp))
F(θp)＝− 3 θp (拘束軌跡２０１Ｒに用いる F(θp))
で与えた。

実施例３においては、サイドギア１６４Ｌに設けた凸部２２２Ｌを、図２４(ａ)に示すように、サイドギア回転軸２２１から距離Δ離れた拘束接触線断面２０３(２０３ａ〜２０３ｇ)で、円心が拘束軌跡２０１Ｌを貫通するように円状に描かれた拘束接触線２０２(２０２ａ〜２０２ｇ)を、図２４(ｂ)に示すように、拘束軌跡２０１Ｌに沿って移動して立体化した曲面を有する形状で形成したことにより、サイドギア回転軸２２１の軸方向から見た際に、図２３(ａ)に示すように、凸部２２２Ｌと噛み合っている凹部２１２の円心２０１ｐ(図２３(ｃ)の円心２０１ｐ１)を貫通しピニオン回転軸２１１と平行な軸が拘束軌跡２０１Ｌの接線近傍に位置するため、凸部２２２Ｌに対する凹部２１２の噛み合い状況が、サイドギア１６４Ｌ(サイドシャフト１８１)の正転時と反転時で均等にすることが可能となる。

なお、実施例２と同様に、実施例３の構成に、ケース側捻りバネ固定プレート１６５、シャフト側捻りバネ固定プレート１７６、１８６、捻りバネ１６６、１６７を加えた構成とし、サイドギア１６４Ｒ(サイドシャフト１７１)とサイドギア１６４Ｌ(サイドシャフト１８１)の間に差動運動を生成させつつも、差動動作に制限を持たせ、ディファレンシャルケース１６２に対するサイドギア１６４の相対位置が初期姿勢に維持する機構を付加することも可能である。

１１０……アクチュエータ
１１０Ｅ……エンコーダ
１１０Ｔ……伝達装置
１５１……伝達シャフト
１５１Ｇ……伝達ギア
１５５……リングギア
１６１……差動装置
１６２……ディファレンシャルケース
１６３……ピニオンギア
１６３Ｓ……ピニオンシャフト
１６４……サイドギア
１６５……ケース側捻りバネ固定プレート
１６６、１６７……捻りバネ
１７１、１８１……サイドシャフト
１７６、１８６……シャフト側捻りバネ固定プレート
１９１、１９２、１９３、１９４……バネ固定端
２０１……拘束軌跡
２０２……拘束接触線
２０３……拘束接触線断面
２１１……ピニオン回転軸
２１２……凹部
２１３……凹部接触線
２１５……突形状輪郭線
２２１……サイドギア回転軸
２２２……凸部
２２３……凸部接触線

Claims (9)

1. ディファレンシャルケースと、
   前記ディファレンシャルケースから左右外方に延びる２本のサイドシャフトと、
   前記サイドシャフトのそれぞれに一体形成され、前記ディファレンシャルケースの内部において、互いに対向するサイドギアと、
   前記ディファレンシャルケースの内部において、前記サイドギアの回転軸を法線に持つ面内にあり、前記サイドギアの回転軸とは交差しないピニオン回転軸に回転自在に装着され、前記サイドギアと係合するピニオンギアとを備え、
   前記サイドギアと、前記ピニオンギアは、面対称の三次元曲線である拘束軌跡により回転が規定され、前記サイドギアに形成された凸部と、前記ピニオンギアに形成された凹部が順次係合することで、前記２本のサイドシャフトの間に差動運動を発生させることを特徴とする差動装置。
2. 前記サイドギアに前記凸部を前記サイドギアの回転軸の周りにｎ等配し、
   前記ピニオンギアを、前記サイドギアの回転軸周りのｎ等配位置に配置し、
   前記ピニオンギアに前記凹部を前記ピニオン回転軸の周りにｍ等配し、前記サイドギアの回転角と前記ピニオンギアの回転角度θpが下記の式を満たすように前記サイドギアと前記ピニオンギアが互いに回転し、前記サイドシャフトが無限回転することを特徴とする請求項１に記載された差動装置。
   ±ｍ／ｎ＝(F(θp₂)−F(θp₁))／(θp₂−θp₁)
   ただし、F(θp)はピニオンギアの回転角θpの関数を表しており、サイドギアの回転角θs＝F(θp)である。また、θp₁は、ピニオンギアに設けたｍ等配した凹部の１つ目の凹部が、サイドギアに設けたｎ等配した凸部の１つ目の凸部に噛み合った際のピニオンギアの回転角θp、θp₂は、互いに噛み合っていた１つ目の噛み合った凹部と１つ目の凸部の噛み合いが解放され、互いに２つ目の凹部と２つ目の凸部の噛み合いに移行した瞬間のピニオンギアの回転角θpを表し、F(θp₁)は、ピニオンギアに設けたｍ等配した凹部の１つ目の凹部が、サイドギアに設けたｎ等配した凸部の１つ目の凸部に噛み合った際のサイドギアの回転角θsを表し、F(θp₂)は、互いに噛み合っていた１つ目の噛み合った凹部と１つ目の凸部の噛み合いが解放され、互いに２つ目の凹部と２つ目の凸部の噛み合いに移行した瞬間のサイドギアの回転角θsを表している。
3. 前記サイドギアの回転角が下記の式を満たすように前記サイドギアと前記ピニオンギアが互いに回転することを特徴とする請求項２に記載された差動装置。
   F(θp)＝±(ｍ／ｎ)× θp
4. 前記凸部と前記凹部が接触する接触線を含む平面内に前記サイドギアの回転軸が重なるように前記ピニオンギアを配置し、
   前記サイドギアの回転軸をＺ軸、前記ピニオンギアの回転軸を含む平面をＸＹ平面とした三次元座標において、前記拘束軌跡が下記により与えられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された差動装置。
   X = ( Ld − Lp sin(θp) ) cos ( F(θp) )
   Y = ( Ld − Lp sin(θp) ) sin ( F(θp) )
   Z = Lp cos(θp)
   ただし、Ldはピニオン回転軸とサイドギア回転軸の距離、Lpはピニオン回転軸と拘束接触線の円心までの距離である。また、θpはピニオンギアの回転角度、F(θp)はピニオンギアの回転角θpの関数を表しており、サイドギアの回転角θs＝F(θp)である。
5. 前記凸部と前記凹部が接触する接触線を含む平面と前記サイドギアの回転軸の間の距離が距離Δとなるように前記ピニオンギアを配置し、
   前記サイドギアの回転軸をＺ軸、前記ピニオンギアの回転軸を含む平面をＸＹ平面とした三次元座標において、
   前記拘束軌跡が下記により与えられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載された差動装置。
   X = Ld cos ( F(θp) )/ cos (φ) − Lp sin(θp) cos ( F(θp) − φ )
   Y = Ld sin ( F(θp) )/ cos (φ) − Lp sin(θp) sin ( F(θp) − φ )
   Z = Lp cos(θp)
   ただし、φ= tan^−１( Δ / Ld )である。また、Ldはピニオン回転軸とサイドギア回転軸の距離で、Lpはピニオン回転軸と拘束接触線の円心までの距離である。また、θpはピニオンギアの回転角度、F(θp)はピニオンギアの回転角θpの関数を表しており、サイドギアの回転角θs＝F(θp)である。Δは、ピニオンギアを、ピニオン回転軸の軸方向に、サイドギア回転軸から遠ざかる方向に平行移動した距離であり、前記凸部と前記凹部が接触する接触線を含む平面と前記サイドギアの回転軸の間の距離である。
6. 前記ディファレンシャルケースと前記サイドギアの対向面に、互いに対向するよう突き当て面をそれぞれ配置し、これらの突き当て面を対面接触させることで回転運動を制限するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載された差動装置。
7. 前記サイドシャフトの周りに位置するように捻りバネを設置し、
   前記捻りバネは、その一端を前記ディファレンシャルケースに固定し、他端を前記サイドギアに固定し、
   前記ディファレンシャルケースに対する前記サイドギアの相対位置が初期姿勢に維持されるように構成されているようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載された差動装置。
8. 前記ディファレンシャルケースと前記サイドギアの対向面に、互いに対向するよう突き当て面をそれぞれ配置し、
   前記サイドシャフトの周りに位置するように捻りバネを設置し、
   前記捻りバネは、その一端を前記ディファレンシャルケースに固定し、他端を前記サイドギアに固定し、
   これらの突き当て面を対面接触させることで回転運動を制限しつつ、前記ディファレンシャルケースに対する前記サイドギアの相対位置が初期姿勢に維持されるように構成されているようにしたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載された差動装置。
9. 前記ディファレンシャルケースにアクチュエータからの回転駆動力を伝達し、
   前記回転駆動力を、前記サイドシャフトに分配することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載された差動装置。

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