JP2021113564A - デファレンシャル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドライブピニオンシャフトによる潤滑剤の連れ廻りによる駆動損失の発生を抑制して、動力伝達損失の悪化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は、ドライブピニオンシャフト１０と、ハイポイドギヤ室４およびシャフト室５を有するデファレンシャルキャリア２と、ハイポイドギヤ室４内の潤滑剤の温度を検出する温度センサ４１と、シャフト室５内に設けられ、ハイポイドギヤ室４からシャフト室５内に流れ込んだ潤滑剤を吸収する吸液ユニット３１を伸縮する駆動ユニット３３を有する潤滑剤コントロール装置３０と、を有し、コントロールユニット４０がハイポイドギヤ室４内の潤滑剤が所定の温度に達すると、駆動ユニット３３を駆動制御して、吸液ユニット３１を収縮させる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されるデファレンシャル装置に関する。

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、スポンジなどの油保存材を備え、この油保存材がデフケース内から潤滑油を吸収してこれを保存しつつ、遠心ポンプ作用によって潤滑油送給路側へ放出されて補給されるデファレンシャル装置である差動装置の技術が開示されている。

特開平２−８９８４５号公報

ところで、デファレンシャル装置内の潤滑剤は、リングギヤにより掻き上げられて、ベアリングなどを通ってドライブピニオンシャフトの上部側から落下して循環される。

このとき、デファレンシャル装置は、ドライブピニオンシャフトが潤滑剤の連れ廻りを受けてしまい駆動損失（スピンロス）が悪化して動力伝達効率が低下する原因となっていた。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、ドライブピニオンシャフトによる潤滑剤の連れ廻りによる駆動損失の発生を抑制して、動力伝達損失の低下を防止するデファレンシャル装置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は、ハイポイドギヤの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、前記ハイポイドギヤが配置されるハイポイドギヤ室および前記ドライブシャフトが配置されるシャフト室を有するデファレンシャルキャリアと、前記デファレンシャルキャリア内に注入される潤滑剤と、前記ハイポイドギヤ室内の前記潤滑剤の温度を検出する温度センサと、前記ハイポイドギヤ室の近傍の前記シャフト室内に設けられた潤滑剤コントロール装置と、前記温度センサの検出信号が入力され、前記潤滑剤コントロール装置を駆動制御するコントロールユニットと、を備え、前記潤滑剤コントロール装置は、前記ハイポイドギヤ室から前記シャフト室内に流れ込んだ前記潤滑剤を吸収する吸液ユニットと、前記吸液ユニットを伸縮する駆動ユニットと、を具備し、前記コントロールユニットは、前記温度センサに検出により、前記ハイポイドギヤ室内の前記潤滑剤が所定の温度に達すると、前記駆動ユニットを駆動制御して、前記吸液ユニットを収縮させて、前記吸液ユニットに吸収されている前記シャフト室内の前記潤滑剤を前記ハイポイドギヤ室に向けて排出する。

本発明によれば、ドライブピニオンシャフトによる潤滑剤の連れ廻りによる駆動損失の発生を抑制して、動力伝達損失の悪化を防止するデファレンシャル装置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および潤滑剤コントロール装置を示す斜視図 吸液ユニットとケース体の構成を示す分解斜視図 吸液ユニットとケース体が組付けられた状態を示す斜視図 駆動ユニットの構成を示す斜視図 潤滑剤コントロール装置の構成を示す斜視図 潤滑剤コントロール装置が潤滑剤を吸収する状態を説明するためのデファレンシャル装置の部分断面図 潤滑剤コントロール装置が潤滑剤を排出する状態を説明するためのデファレンシャル装置の部分断面図

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。このハイポイドギヤ室４内には、潤滑剤の温度を検出する温度センサ４１が設けられている。

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２２ａ，２２ｂ，２２ｃによって軸支されている。

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１４が設けられており、このオイルシール１４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。

ドライブシャフト１２は、ハイポイドギヤ室４のフロント側に設けられたシャフト室５内に収容されている。なお、ドライブシャフト１２は、大部分または全部がハイポイドギヤ室４に設けられているものである。

このシャフト室５には、ハイポイドギヤ室４内の潤滑剤の温度に応じて潤滑剤の吸収／解放をコントロールする潤滑剤コントロール装置３０が配設されている。なお、潤滑剤コントロール装置３０は、ハイポイドギヤ室４の近傍のシャフト室５内に設けられている。

なお、潤滑剤コントロール装置３０は、潤滑剤の温度を検出する温度センサ４１の検出信号が入力されるコントロールユニット４０によって駆動制御される。

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。

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の潤滑剤コントロール装置３０の要部構成を説明する。
図２に示すように、潤滑剤コントロール装置３０は、ドライブピニオンシャフト１０を回動支持するフロントとセンターのベアリング２２ａ，２２ｂの間に設けられている。なお、潤滑剤コントロール装置３０は、センターのベアリング２２ｂの直近フロント側に配置されている。この潤滑剤コントロール装置３０は、吸液ユニット３１と、ケース体３２と、駆動ユニット３３と、を有している。

吸液ユニット３１は、図３に示すように、伸縮性を有するスポンジなどの円筒吸液体５１および、この円筒吸液体５１のフロント側に一体形成された半円筒吸液体５２を有している。また、吸液ユニット３１は、円筒吸液体５１および半円筒吸液体５２の内面を覆うようにアルミニウム、ステンレスなどの金属から形成された筒状部と半円筒部を有する形状保持体５３が配置されている。

なお、円筒吸液体５１および半円筒吸液体５２と、形状保持体５３とは、接着などされておらず、互いが固定されているものではない。また、半円筒吸液体５２には、中央部分にフロント側で開口し、リア側に向けて刳り貫かれた長穴５４が形成されている。

ケース体３２は、断面半円状のＵ字状ケース部５５と、このＵ字状ケース部５５のリア側の端部に半円状板体の端面部５６と、フロント側からリア側に向けてＵ字状ケース部５５の両縁辺部から内部に向けて設けられた矩形状の２つの上面板状部５７と、を有している。

これらＵ字状ケース部５５、端面部５６および上面板状部５７は、アルミニウム、ステンレスなどの金属から一体的に形成されている。また、ケース体３２の端面部５６は、下部側に孔部である複数の排出口５８が設けられている。

吸液ユニット３１は、図４に示すように、ケース体３２に装着される。このとき、円筒吸液体５１の上部半分が露出した状態となる。また、円筒吸液体５１の下部半分と、半円筒吸液体５２は、ケース体３２に覆われた状態となる。なお、半円筒吸液体５２は、Ｕ字状ケース部５５よりも長さが短く設定されている。

駆動ユニット３３は、図５に示すように、モータ６０と、モータ回転軸６１と、このモータ回転軸６１に接続されたネジ棒体６２と、このネジ棒体６２に螺合する半円弧状の押圧板部材６３と、を有している。押圧板部材６３は、モータ６０によりネジ棒体６２が回転されることで前後に進退移動する。モータ６０は、図１に示した、コントロールユニット４０によって駆動制御される。

駆動ユニット３３は、図６に示すように、ネジ棒体６２が半円筒吸液体５２の長穴５４に挿入され、押圧板部材６３が半円筒吸液体５２のフロント側の端面に当接するようにＵ字状ケース部５５内に収容される。

なお、押圧板部材６３は、半円筒吸液体５２の端面形状および上面板状部５７が設けられたＵ字状ケース部５５の内部断面形状と相似形状の外形状をしている。そのため、押圧板部材６３は、上面板状部５７とＵ字状ケース部５５の内面と側面が当接保持されるため、駆動ユニット３３のネジ棒体６２の回転により、回転することなくＵ字状ケース部５５を進退移動して、半円筒吸液体５２をリア側に押圧またはフロント側に押圧解放する。

次に、以上のように構成されたデファレンシャル装置１の潤滑剤コントロール装置３０の作用について以下に説明する。
潤滑剤コントロール装置３０は、図７に示す、駆動ユニット３３の押圧板部材６３がフロント側に位置して吸液ユニット３１の半円筒吸液体５２が伸長している状態を設定された初期位置とする。

ハイポイドギヤ室４内の潤滑剤は、リングギヤ２１により掻き上げられて、センターのベアリング２２ｂなどを通ってドライブピニオンシャフト１０の上部側からシャフト室５内にながれる。

このとき、潤滑剤は、図７に示すように、ベアリング２２ｂの直近に設けられた潤滑剤コントロール装置３０が有する吸液ユニット３１の上部側から円筒吸液体５１に浸み込み吸収される。円筒吸液体５１に吸収された潤滑剤は、毛細管現象、重力などを受けてシャフト室５内の下端側に設けられた吸液ユニット３１の半円筒吸液体５２に浸透して吸収される。

そして、潤滑剤は、自重などにより主に下部側の半円筒吸液体５２に保液される。即ち、シャフト室５内に流れ込んだ潤滑剤は、吸液ユニット３１、主に下部側の半円筒吸液体５２に保液された状態となる。この状態において、シャフト室５内の下端側に配置された半円筒吸液体５２に保液された潤滑剤は、デファレンシャルキャリア２が走行時の外気（走行風）Ｗに触れることでデファレンシャルキャリア２との熱交換により冷却される。

この状態のまま車両の走行が継続されてデファレンシャル装置１が駆動し続ける時間が経過するにつれて、ハイポイドギヤ室４内の潤滑剤が液量不足となり、例えば、１２０℃〜１３０℃の設定された許容限界温度に達する。

この潤滑剤の温度は、温度センサ４１の温度検出信号がコントロールユニット４０に出力されて、コントロールユニット４０によりモニタリングされており、設定された許容限界温度に達すると、コントロールユニット４０が駆動ユニット３３を駆動する。

コントロールユニット４０は、駆動ユニット３３のモータ６０に駆動信号を出力する。そして、モータ６０が駆動することで、モータ回転軸６１に接続されたネジ棒体６２が所定の方向に回転し、初期位置の押圧板部材６３がケース体３２のＵ字状ケース部５５内でリア側となるハイポイドギヤ室４に向かって移動する。

リア側に移動する押圧板部材６３は、図８に示すように、吸液ユニット３１の半円筒吸液体５２をハイポイドギヤ室４方向に押圧して半円筒吸液体５２を収縮させる。これにより、半円筒吸液体５２に吸収されている冷却された潤滑剤が絞り出されて解放され、ケース体３２の端面部５６に形成された複数の排出口５８から排出される。

このとき、コントロールユニット４０は、押圧板部材６３がネジ棒体６２のリア側端部に到達する設定されたモータ回転数に達すると、駆動ユニット３３のモータ６０に駆動停止信号を出力する。これにより、押圧板部材６３は、リア側への移動が停止される。

なお、半円筒吸液体５２は、押圧板部材６３の押圧時において、ケース体３２のＵ字状ケース部５５および２つの上面板状部５７によって覆われた状態であるため、ケース体３２から突出することなく収縮される。

潤滑剤コントロール装置３０から排出された潤滑剤は、センターのベアリング２２ｂなどを通ってハイポイドギヤ室４に流れる。これにより、ハイポイドギヤ室４内の高温化した潤滑剤と流れ込んだ冷却されている潤滑剤が攪拌されて潤滑剤全体の温度が低下する。

コントロールユニット４０は、温度センサ４１の温度検出信号に基づき、潤滑剤の温度が所定の温度に低下した場合、駆動ユニット３３のモータ６０に駆動信号を出力して、押圧板部材６３がフロント側となるシャフト室５に向かって移動させて、図７に示した所定の初期位置に停止させる。

以上のように構成された本実施の形態のデファレンシャル装置１は、ハイポイドギヤ室４内のリングギヤ２１により掻き上げられた潤滑剤がシャフト室５に流れても潤滑剤コントロール装置３０の吸液ユニット３１に吸収されるため、潤滑剤がドライブピニオンシャフト１０による連れ廻りが減少する。これにより、デファレンシャル装置１は、駆動損失（スピンロス）を抑制して、動力伝達効率の低下を防止することができる構成となる。

なお、駆動ユニット３３の構成は、上述した構成に限定されることなく、モータ６０に変えて電磁ソレノイド、バネなどの弾性部材を駆動する機構などを用いて、押圧板部材６３を進退移動させるため、コントロールユニット４０によって駆動制御される種々の電気的構成を利用してもよい。

さらに、制御装置としてのコントロールユニット４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの記憶装置などを含むプロセッサを有している。例えば、ＲＯＭに格納された各機能は、対応する各種プログラムをＣＰＵが読み出して実行する。

また、プロセッサの全部若しくは一部の機能は、論理回路あるいはアナログ回路で構成してもよく、また各種プログラムの処理を、ＦＰＧＡなどの電子回路により実現するようにしてもよい。

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…シャフト室
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…オイルシール
１５…外歯
１６…内歯
２０…ハイポイドギヤ
２１…リングギヤ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…ベアリング
３０…潤滑剤コントロール装置
３１…吸液ユニット
３２…ケース体
３３…駆動ユニット
４０…コントロールユニット
４１…温度センサ
５１…円筒吸液体
５２…半円筒吸液体
５３…形状保持体
５４…長穴
５５…Ｕ字状ケース部
５６…端面部
５７…上面板状部
５８…排出口
６０…モータ
６１…モータ回転軸
６２…ネジ棒体
６３…押圧板部材
Ｃ…回転軸

Claims (3)

1. ハイポイドギヤの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、
   前記ハイポイドギヤが配置されるハイポイドギヤ室および前記ドライブシャフトが配置されるシャフト室を有するデファレンシャルキャリアと、
   前記デファレンシャルキャリア内に注入される潤滑剤と、
   前記ハイポイドギヤ室内の前記潤滑剤の温度を検出する温度センサと、
   前記ハイポイドギヤ室の近傍の前記シャフト室内に設けられた潤滑剤コントロール装置と、
   前記温度センサの検出信号が入力され、前記潤滑剤コントロール装置を駆動制御するコントロールユニットと、
   を備え、
   前記潤滑剤コントロール装置は、
   前記ハイポイドギヤ室から前記シャフト室内に流れ込んだ前記潤滑剤を吸収する吸液ユニットと、
   前記吸液ユニットを伸縮する駆動ユニットと、
   を具備し、
   前記コントロールユニットは、前記温度センサに検出により、前記ハイポイドギヤ室内の前記潤滑剤が所定の温度に達すると、前記駆動ユニットを駆動制御して、前記吸液ユニットを収縮させて、前記吸液ユニットに吸収されている前記シャフト室内の前記潤滑剤を前記ハイポイドギヤ室に向けて排出することを特徴とするデファレンシャル装置。
2. 前記コントロールユニットは、前記温度センサに検出により、前記ハイポイドギヤ室内の前記潤滑剤が所定の温度に低下すると、前記駆動ユニットを駆動制御して、前記吸液ユニットを伸長させ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。
3. 前記吸液ユニットは、前記シャフト室の下端部に配設された吸液体を有し、
   前記吸液体が前記デファレンシャルキャリアと熱交換により冷却されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデファレンシャル装置。

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