JP2021105413A

JP2021105413A - デファレンシャル装置の冷却機構

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Publication number: JP2021105413A
Application number: JP2019236415A
Authority: JP
Inventors: 裕介櫻井; Yusuke Sakurai
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-07-26
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: JP7333266B2

Abstract

【課題】駆動損失の発生を抑制し、冷却効率を高めて高温化による不具合の発生を防止するデファレンシャル装置の冷却機構の提供。【解決手段】デファレンシャル装置１の冷却機構は、ドライブピニオンシャフト１０の内周面に形成された第１の螺旋溝４１と、ドライブピニオンシャフト１０内に装着され連通する孔部３４を有する管路３０と、管路３０の内面に形成され、第１の螺旋溝４１に相反する巻方向の第２の螺旋溝４２と、動力伝達軸６が締結されて内部に空間１４を有するジョイントスリーブ１３と、ドライブピニオンシャフト１０の回転に伴った遠心力によって第１の螺旋溝４１および第２の螺旋溝４２に沿って流動して循環する冷却媒体Ｒと、を具備する。【選択図】図５

Description

本発明は、車両に搭載されるデファレンシャル装置の冷却機構に関する。

従来、車両には、コーナリング時に左右の車輪に発生する回転差を調整する差動動作を行い、スムーズな旋回を実現するためのデファレンシャル装置が搭載されている。このデファレンシャル装置は、ギヤ同士の摩擦により発生する熱や、ドライブピニオンシャフトなどの高速回転する軸部材を回転保持する軸受部などに発生する摩擦熱を冷却し、ギヤ、軸部材などを潤滑するオイル、二硫化モリブデンなどの潤滑剤が内部に入れられている。

例えば、特許文献１には、入力軸部材の軸受周囲を冷却することを可能にするデファレンシャル装置が記載されている。デファレンシャル装置のドライブピニオンシャフトは、軸線方向に貫通した第１油穴および径方向に貫通した第２油穴を有し、これらの油穴に潤滑剤が流れるように構成されている。この特許文献１では、潤滑剤が流れることで、ドライブピニオンシャフトを冷却するデファレンシャル装置の技術が開示されている。

特開２０１７−１１５９１２号公報

ところで、デファレンシャル装置は、摩擦熱により高温化により耐久性の低下、異音などの不具合を防止するために潤滑剤の量を多くすると、冷却効率は向上するが駆動損失（スピンロスなど）が生じて動力伝達効率が悪化するという課題がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、駆動損失の発生を抑制し、冷却効率を高めて高温化による耐久性の低下、異音などの不具合の発生を防止するデファレンシャル装置の冷却機構を提供することを目的とする。

本発明の一態様のデファレンシャル装置の冷却機構は、ドライブピニオンが一端に設けられた筒状のドライブシャフトを有するドライブピニオンシャフトと、前記ドライブシャフトの内周面に形成された第１の螺旋溝と、前記ドライブピニオンシャフト内に装着され、前記一端側に形成されて前記ドライブシャフト内と前記一端側で連通する孔部を有する管路と、前記管路の内周面に形成され、前記第１の螺旋溝に相反する巻方向の第２の螺旋溝と、前記ドライブシャフトの他端に接続され、動力伝達軸が締結されて内部に前記ドライブシャフトおよび前記管路と前記他端側で連通する空間を有するジョイントスリーブと、前記ドライブシャフトの回転に伴った遠心力によって前記第１の螺旋溝および前記第２の螺旋溝に沿って流動して、前記ドライブシャフト内、前記管路内および前記ジョイントスリーブの前記空間内を循環する冷却媒体と、を具備する。

本発明によれば、駆動損失の発生を抑制し、冷却効率を高めて高温化による耐久性の低下、異音などの不具合の発生を防止するデファレンシャル装置の冷却機構を提供することができる。

デファレンシャル装置の構成を示す断面図ドライブピニオンシャフト、インナーパイプおよびナットの構成を示す分解斜視図ドライブピニオンシャフトの構成を示す断面図インナーパイプの構成を示す断面図ドライブピニオンシャフト、インナーパイプ、ナット、ジョイントスリーブおよびプロペラシャフトが組付けられた状態を示し、液状冷却剤の循環を説明するための断面図図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図変形例の放熱フィンを有するジョイントスリーブを示す図

以下に図面を参照しながら、本発明の一態様の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

本実施の形態のデファレンシャル装置の冷却機構について以下に説明する。
ここでの差動装置であるデファレンシャル装置は、ここでは車両の後輪側の車輪に動力を伝達するリアデファレンシャル装置（所謂、リアデフ）を例示して説明する。なお、以下に説明する構成は、車両の前輪側の車輪に動力を伝達するフロントデファレンシャル装置（所謂、フロントデフ）他、リアデフ以外の場合にも適用可能な技術である。

図１に示す、デファレンシャル装置１は、外装部としてのケース体としてのハウジングであるデファレンシャルキャリア２を備えている。このデファレンシャルキャリア２は、後方側にドライブピニオンシャフト１０のドライブピニオン１１とリングギヤ２１とが噛合して構成されるハイポイドギヤ２０が設けられている。

また、ハイポイドギヤ２０は、デファレンシャルキャリア２に蓋体であるキャリアカバー３が取り付けられて密閉空間となるハイポイドギヤ室４内に設けられる。

ドライブピニオンシャフト１０は、ギヤ部であるドライブピニオン１１から前方側に筒状のドライブシャフト１２が延設されている。ドライブシャフト１２は、フロント側のホールベアリングと、センターおよびリア側のスラスト軸受などの３つのベアリング２２によって
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されている。

ハイポイドギヤ室４内には、ハイポイドギヤ２０および回転するドライブピニオンシャフト１０の摩擦熱および摩耗を低減させるデファレンシャルオイル、二硫化モリブデン、これらの混合液などの潤滑剤（不図示）が注入されている。

潤滑剤は、リングギヤ２１の回転により掻き上げられて、デファレンシャルキャリア２内の空間を循環して、駆動する各部品が潤滑されるようになっている。

ドライブシャフト１２は、フロント側の端部分に外歯１５が形成されたスプラインによって内歯１６が形成されたジョイントスリーブ１３と接続されている。デファレンシャルキャリア２のフロント端部には、オイルシール５が設けられており、このオイルシール５によって回転するジョイントスリーブ１３が液密に保持されている。

ジョイントスリーブ１３は、駆動力伝達軸部材であるプロペラシャフト６のジョイント部７とガスケットを介してボルト締により締結されている。なお、プロペラシャフト６のジョイント部７と接続されたジョイントスリーブ１３内には、空間１４が形成される。

このようにデファレンシャル装置１は、プロペラシャフト６の回転より、その動力がドライブピニオンシャフト１０を介してドライブピニオン１１に伝達される。

即ち、ドライブピニオンシャフト１０から伝えられる回転動力は、回転軸Ｃの軸線方向に対して略直交する軸方向にドライブピニオン１１を回転運動させて車輪に動力を伝達する。

ここで、本実施の形態のデファレンシャル装置１の冷却機構の要部構成を説明する。
図２に示すように、ドライブピニオンシャフト１０は、リア側のライブピニオン１１により閉塞され、ドライブシャフト１２が中空のパイプ状となっている。このドライブピニオンシャフト１０には、管路であるインナーパイプ３０が内部に装着され、このインナーパイプ３０のフロント側の端部にナット１７が螺着される。

インナーパイプ３０は、リア側の端部に外向フランジ形状のリア側接続端部３１と、この接続部３１からフロント側に延設されたパイプ本体３２と、このパイプ本体３２のフロント側の端部にフロント側接続端部３３と、を有している。

リア側接続端部３１は、外周部に雄ネジ部３５が刻設されており、この雄ネジ部３５がドライブピニオンシャフト１０のフロント側の内周面に刻設された雌ネジ部３９に螺着される（図５参照）。

パイプ本体３２は、ドライブピニオンシャフト１０の内径よりも小さな外径を有している。このパイプ本体３２は、リア側の所定の範囲に略等間隔に内部に連通する複数、ここでは片側６つの孔部３４が長手方向に沿って並設されており、中心軸（回転軸Ｃ）回りの点対称の位置に合計１２の孔部３４が穿孔されている（図４参照）。

フロント側接続端部３３は、パイプ本体３２の外径方向に突出する４つの接続片３６が周方向に等間隔に配列されるように設けられ、これら４つの接続片３６の間に凹部状の４つの切欠３７が形成されている。４つの接続片３６は、表面にドライブピニオンシャフト１０のフロント側端部の内面に刻設された雌ネジ部１９およびナット１７の雌ネジ部１８に螺着する雄ネジ部３８が刻設されている。

なお、フロント側接続端部３３は、例えば、円柱体をパイプ本体３２の外周面まで周方向に等間隔の凹部を４箇所切り欠いて４つの切欠３７および４つの接続片３６がパイプ本体３２のフロント端部に一体形成されている。

図３に示すように、ドライブピニオンシャフト１０は、ドライブシャフト１２の内周面に螺旋状の凹凸が形成されるようにタップ加工されており、後述する冷却剤を繰り送る螺旋溝４１が形成されている。

この螺旋溝４１は、車両が前進するときのドライブピニオンシャフト１０の回転方向に対して、冷却流体がフロント側へ送られるように前記回転方向と反対方向の巻方向の螺旋がタップ加工される。なお、ここでの車両が前進するときのドライブピニオンシャフト１０の回転方向は、リア側に向かって見た時計回り方向であり、螺旋溝４１の螺旋方向がリア側に向かって見た反時計回りにタップ加工される。

図４に示すように、インナーパイプ３０にも、パイプ本体３２の内周面に螺旋状の凹凸が形成されるようにタップ加工して、冷却剤を繰り送る螺旋溝４２が形成されている。この螺旋溝４２は、ドライブシャフト１２の螺旋溝４１の螺旋方向と反対方向の螺旋方向となっている。

即ち、螺旋溝４２は、車両が前進するときのドライブピニオンシャフト１０の回転方向に対して、冷却流体がリア側へ送られるように前記回転方向と同方向の螺旋方向にタップ加工される。なお、上述したように車両が前進するときのドライブピニオンシャフト１０の回転方向は、リア側に向かって見た時計回り方向であるため、螺旋溝４２の螺旋方向がリア側に向かって見た時計回りにタップ加工される。

先ず、インナーパイプ３０は、ドライブピニオンシャフト１０に挿入されて、リア側接続端部３１が雌ネジ部３９およびフロント側接続端部３３が雌ネジ部１９に螺着される。

次に、ドライブピニオンシャフト１０がフロント側の端部分にジョイントスリーブ１３がスプラインにより結合され、インナーパイプ３０のフロント側接続端部３３にナット１７が螺着される。

そして、図５に示すように、ドライブピニオンシャフト１０およびインナーパイプ３０内には、所定量のクーラント、オイルなどの冷却媒体である液状冷却剤Ｒ（ここでは図中破線で示している）が注入された後、ジョイントスリーブ１３とプロペラシャフト６のジョイント部７が締結される。

ドライブピニオンシャフト１０の内周面とインナーパイプ３０の外周面との間に形成される隙間が形成されて液状冷却剤Ｒが一方に流れる外方流路４３を構成する。また、インナーパイプ３０の管路は、液状冷却剤Ｒが他方に流れる内方流路４４を構成する。

以上のように構成されたデファレンシャル装置１の冷却機構は、プロペラシャフト６からの回転駆動力が伝達されたドライブピニオンシャフト１０の回転に応じて、内部の液状冷却剤Ｒが流路４３，４４に流動して循環（環流）する。

具体的には、車両が前進する回転駆動力が伝達されたドライブピニオンシャフト１０は、リア側に向かって見た時計回り（図中ＲＦ方向）に回転する。

このとき、遠心力によりドライブピニオンシャフト１０内の液状冷却剤Ｒは、ドライブシャフト１２の内周面側およびパイプ本体３２の内周面側に慣性力が作用し、ドライブシャフト１２の螺旋溝４１およびパイプ本体３２の螺旋溝４２に沿って流動する。

ドライブピニオンシャフト１０の回転ＲＦにより外方流路４３内の液状冷却剤Ｒは、ドライブシャフト１２の螺旋溝４１に沿って、リア側からフロント側に流動する。そして、外方流路４３内の液状冷却剤Ｒは、ジョイントスリーブ１３の空間１４内に流れる。

このとき、液状冷却剤Ｒは、ドライブピニオンシャフト１０のフロント側の端部分において、インナーパイプ３０のフロント側接続端部３３に設けられた４つの切欠３７（図６参照）を通ってナット１７の開口部１７ａからジョイントスリーブ１３の空間１４内に流出して、内方流路４４内に流れる。即ち、４つの切欠３７および空間１４は、外方流路４３と内方流路４４を連通するフロント側の連通路を構成する。

一方、内方流路４４内の液状冷却剤Ｒは、パイプ本体３２の螺旋溝４２に沿って、フロント側からリア側に流動する。そして、内方流路４４内の液状冷却剤Ｒは、パイプ本体３２のリア側に複数、ここでは１２個形成されている各孔部３４から外方流路４３内に流出する。即ち、各孔部３４は、外方流路４３と内方流路４４を連通するリア側の連通路を構成する。

このようにドライブピニオンシャフト１０内に注入された液状冷却剤Ｒは、ドライブピニオンシャフト１０が回転に伴って、外方流路４３、空間１４および内方流路４４を循環する。

そのため、ドライブピニオンシャフト１０内に循環する液状冷却剤Ｒは、ハイポイドギヤ２０の摩擦により発生する熱、ドライブピニオンシャフト１０が回転する際に発生する摩擦熱などを、主にリア側から吸熱して、フロント側に流動して空間１４内に流れることで外気に触れるジョイントスリーブ１３から放熱させてデファレンシャル装置１の高温化することを抑制することができる。

このように、本実施の形態のデファレンシャル装置１の冷却機構は、ドライブピニオンシャフト１０内の液状冷却剤Ｒをフロント／リア間において吸熱および放熱するように循環させることでデファレンシャル装置１の高温化を抑制する構成となっている。

したがって、デファレンシャル装置１内の潤滑剤の量を増やすことなく、冷却効率が向上する。これにより、デファレンシャル装置１は、潤滑剤が規定量のままでよく、駆動損失（スピンロスなど）が生じることなく、動力伝達効率が悪化することが防止される。

以上の説明から、デファレンシャル装置１の冷却機構により、デファレンシャル装置１の駆動損失の発生を抑制し、冷却効率を高めて高温化による耐久性の低下、異音などの不具合の発生を防止することができる。

なお、液状冷却剤Ｒの注入量は、ドライブピニオンシャフト１０の回転に伴った遠心力により螺旋溝４１，４２に沿った液状冷却剤Ｒの流動性が損なわれることのない外方流路４３、内方流路４４および空間１４のトータル容量未満の所定量が設定されている。
また、インナーパイプ３０のパイプ本体３２に形成する孔部３４は、リア側にあればよく、数および位置については適宜変更可能である。

上述では、車両の前進に対するドライブピニオンシャフト１０の回転駆動方向について記載したが、車両の後退に対するドライブピニオンシャフト１０の回転駆動方向では液状冷却剤Ｒが逆方向に循環する。

さらに、ドライブシャフト１２の螺旋溝４１およびパイプ本体３２の螺旋溝４２の螺旋方向は、上述した方向に限定されることなく、互いが相反する方向であればよい。また、螺旋溝４１、４２の溝深さおよびピッチは、ドライブピニオンシャフト１０およびインナーパイプの径、想定最大回転数、剛性などから最適なものに適宜変更可能である。

（変形例）
図７に示すように、ジョイントスリーブ１３は、冷却効率を高めるために放熱フィン５０を有してもよい。さらに、ジョイントスリーブ１３の熱は、プロペラシャフト６のジョイント部７に伝わるため、ジョイント部７にも放熱フィンを設けてもよい。

以上の実施の形態に記載した発明は、それらの形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。
例えば、各形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

１…デファレンシャル装置
２…デファレンシャルキャリア
３…キャリアカバー
４…ハイポイドギヤ室
５…オイルシール
６…プロペラシャフト
７…ジョイント部
１０…ドライブピニオンシャフト
１１…ドライブピニオン
１２…ドライブシャフト
１３…ジョイントスリーブ
１４…空間
１５…外歯
１６…内歯
１７…ナット
１７ａ…開口部
１８…雌ネジ部
１９…雌ネジ部
２０…ハイポイドギヤ
２１…リングギヤ
３０…インナーパイプ
３１…リア側接続端部
３２…パイプ本体
３３…フロント側接続端部
３４…孔部
３５…雄ネジ部
３６…接続片
３７…切欠
３８…雄ネジ部
３９…雌ネジ部
４１，４２…螺旋溝
４３…外方流路
４４…内方流路
５０…放熱フィン
Ｃ…回転軸
Ｒ…液状冷却剤

Claims

ドライブピニオンが一端に設けられた筒状のドライブシャフトを有するドライブピニオンシャフトと、
前記ドライブシャフトの内周面に形成された第１の螺旋溝と、
前記ドライブピニオンシャフト内に装着され、前記一端側に形成されて前記ドライブシャフト内と前記一端側で連通する孔部を有する管路と、
前記管路の内周面に形成され、前記第１の螺旋溝に相反する巻方向の第２の螺旋溝と、
前記ドライブシャフトの他端に接続され、動力伝達軸が締結されて内部に前記ドライブシャフトおよび前記管路と前記他端側で連通する空間を有するジョイントスリーブと、
前記ドライブシャフトの回転に伴った遠心力によって前記第１の螺旋溝および前記第２の螺旋溝に沿って流動して、前記ドライブシャフト内、前記管路内および前記ジョイントスリーブの前記空間内を循環する冷却媒体と、
を具備することを特徴とするデファレンシャル装置の冷却機構。
前記ドライブシャフトの前記内周面と前記管路の外周面によって形成される外方流路が前記一端側の前記孔部および前記他端側の前記空間によって前記管路の内方流路と連通していることを特徴とする請求項１に記載のデファレンシャル装置の冷却機構。
車両が前進する回転方向に前記ドライブシャフトが回転した場合、前記外方流路の前記冷却媒体が前記他端方向に流動するように前記第１の螺旋溝の巻方向が設定されると共に、前記内方流路の前記冷却媒体が前記一端方向に流動するように前記第２の螺旋溝の巻方向が設定されていることを特徴とする請求項２に記載のデファレンシャル装置の冷却機構。
前記ジョイントスリーブは、放熱フィンを有してい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項に記載のデファレンシャル装置の冷却機構。