JP2977577B2 - 差動制限装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、自動車の前後輪駆動軸間、或いは左右輪
駆動軸間に介在したデファレンシャル内に組み込まれた
差動制限装置に関する。

＜従来の技術＞ 自動車は、コーナリング時に、旋回内側の車輪と旋回
外側の車輪とが、異なる半径の円を描く。この内外輪の
回転差を許容して、コーナリングをスムーズに行わせる
装置として、デファレンシャルがある。

このデファレンシャルとしては、二対４枚のベベルギ
アを、エンジン側と連動回転するギアケース内に収納し
たものが一般的である。一対の対向したベベルギアは、
サイドギアと呼ばれ、左右の車軸にそれぞれ一体回転可
能に連結されている。残りの一対のベベルギアは、ピニ
オンギアと呼ばれ、第９図を参照して、ピニオンギア60
は、ギアケース（図示せず）内に取り付けられたピニオ
ンシャフト61に、回転自在に支持されている。

上記デファレンシャルにおいては、左右輪が路面から
受ける抵抗が同じ場合は、上記サイドギア及びピニオン
ギアは相対回転しない状態でギアケースと一体になって
回転し、左右何れか一方の車軸の抵抗が増加した場合
は、ピニオンギアが自転することによって、上記一対の
サイドギア間に差回転を生じ、抵抗が増加した側の車軸
を減速させると共に、この減速分だけ抵抗が少ない側の
車軸を増速させる。

上記デファレンシャルは、車両のコーナリング走行を
スムーズに行わせる利点はあるが、一方の車輪が脱輪等
によって空転した場合、この空転した一方の車輪のみが
回転して、他方の車輪の回転が止まってしまうという問
題があった。

このような問題を解決するために、デファレンシャル
内に、摩擦クラッチやビスカスカップリング等の差動制
限装置を組み込んだものが多く提供されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかし、これらの差動制限装置は、構造が複雑である
と共に、デファレンシャルの重量増を招くという難点が
あった。

一方、近年の四輪駆動車の普及に伴って、前後輪の差
動を許容する、センタデファレンシャルと呼ばれるデフ
ァレンシャルも提供されており、このセンタデファレン
シャルに装着される差動制限装置においても、同様の問
題があった。

この発明は、上記の問題点に鑑み、構造が簡単で軽量
な差動制限装置を提供することを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するため、この発明に係る差動制限装
置は、エンジン側に連動して回転するギアケース内に、
一対の駆動軸に連動して回転する一対の対向したベベル
ギアからなるサイドギアと、両サイドギアに噛合する一
対の対向したベベルギアからなるピニオンギアとを備え
たデファレンシャル内に組み込まれ、上記一対の駆動軸
の差動を制限する差動制限装置において、上記各ピニオ
ンギアを、ギアケースに固定されたピニオンシャフト
に、回転自在に支持させる円すいころ軸受からなり、こ
の円すいころ軸受の軸受軸心を含む平面内で、外輪軌道
面の母線の延長線と、内輪軌道面の母線の延長線とが、
円すいころ軸受に生ずる摩擦力により一対の駆動軸間の
差動を制限するように、上記軸受軸心上から隔離した位
置に交点を有することを特徴とするものである。

＜作用＞ 上記の構成の差動制限装置によれば、円すいころ軸受
の軸受軸心を含む平面内において、外輪軌道面の母線の
延長線と、内輪軌道面の母線の延長線とが、軸受軸心上
から隔離した位置に交点を有するので、外輪軌道面や内
輪軌道面と円すいころとが理想的なころがり接触をする
と仮定すると、下記の発明の原理に基づいて、円すいこ
ろの転動軸心を、軸受軸心に対して、ねじれの位置に傾
斜させようとする力が働く。

しかし、円すいころは、外輪軌道面、内輪軌道面、及
び内輪の鍔部によって、その位置が規制されている。

したがって、円すいころは、傾斜が規制されつつ転動
することになり、円すいころの周面と軌道面との間に滑
りを生じて滑り摩擦が発生する。また、円すいころの端
面と鍔部との間の滑り摩擦もある。これらのすべり摩擦
抵抗が、円すいころ軸受の回転抵抗となって、ピニオン
ギアの自転が制限される。ピニオンギアの自転が制限さ
れると、一対のサイドギア間の差動が制限され、各サイ
ドギアに連結された一対の駆動軸間の差動が制限され
る。

発明の原理 第１図は、円錐面からなる内輪軌道面91aの母線の延
長線γと、円錐面からなる外輪軌道面93aの母線の延長
線ηとの交点Ａが、軸受軸心αから距離ｌだけ離隔した
位置にある場合を示している。

同図において、円すいころ10aの大径側端面10cと内輪
軌道面91aの母線との接点をＢ、大径側端面10cと外輪軌
道面93aの母線との接点をＣ、小径側端面10dと内輪軌道
面91aの母線との接点をＤ、小径側端面10dと外輪軌道面
93aの母線との接点をＥとする。点Ｂ及び点Ｄから軸受
軸心αへ下ろした垂線と、軸受軸心αとの交点を、それ
ぞれ点Ｆ及び点Ｇとし、垂線BF及び垂線DGの長さを、そ
れぞれ、b,dとする。また、円すいころ10aの大径側端面
10cと直径（BC）をＲ、小径側端面10dの直径（DE）をｒ
とする。また、交点Ａを通って軸受軸心αに平行な仮想
線ｍを想定し、垂線BF及び垂線DGの延長線と、仮想線ｍ
との交点を、それぞれ点Ｈ及び点Ｉとする。

円すいころ10aが理想的なころがり接触をして、円す
いころ10aの大径側が、内輪軌道面91aの回りに、一回転
の公転をしたとすると、大径側は、周長で２πｂだけ進
んだことになり、大径側は、２πb/πＲ＝2b/R回転の自
転をしたことになる。この2b/R回転で、小径側は、周長
で、 （2b/R）×πｒ＝２πbr/R だけ進んだことになる。

ここで、三角形ABCと三角形ADEとが相似であるから、 AD/AB＝DE/BC また、三角形ABHと三角形ADIとが相似であるから、 AD/AB＝DI/BH したがって、式及び式より、 DE/BC＝DI/BH ＝（DG＋GI）／（BF＋FH） すなわち、 r/R＝（ｄ＋ｌ）／（ｂ＋ｌ） この式より、式の右辺は、 ２πbr/R＝２πｂ（ｄ＋ｌ）／（ｂ＋ｌ） となり、これと２πｄとの差Δが０なら、大径側の一公
転で、小径側も一公転することになるが、 Δ＝２πｂ（ｄ＋ｌ）／（ｂ＋ｌ）−２πｄ ＝２πｌ（ｂ−ｄ）／（ｂ＋ｌ） であって、内輪軌道面91aが円錐面からなるので、 ２π（ｂ−ｄ）／（ｂ＋ｌ）は０でない。

したがって、ｌ＞０なら、Δ＞０となって、大径側が
一公転する間に、小径側が一公転以上したことになり、
平面図を示す第２図（同図において公転方向を矢印Ｐで
示す）を参照して、小径側が大径側に対して進むよう
に、円すいころ10aの転動軸心βが、軸受軸心αに対し
てねじれの位置に傾斜することになる。

また、ｌ＜０なら、Δ＜０となって、大径側が一公転
する間に、小径側が一公転できなかったことになり、平
面図を示す第３図（同図において公転方向を矢印Ｐで示
す）を参照して、小径側が大径側に対して遅れるよう
に、円すいころ10aの転動軸心βが、軸受軸心αに対し
てねじれの位置に傾斜することになる。

＜実施例＞ 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第５図は、この考案の一実施例としての差動制限装置
を包含するデファレンシャルを示しており、同図を参照
して、このデファレンシャル１は、トランスミッション
（図示せず）側と連動回転するドライブピニオン２と噛
合したリングギア３に取り付けられ、リングギア３に一
体回転するギアケース４、このギアケース４内に収容さ
れ、一対の駆動軸としての左側後輪軸7a及び右側後輪軸
7bにそれぞれスプライン結合された一対のサイドギア5
a,5b、及び両サイドギア5a,5bにそれぞれ噛合した一対
のピニオンギア6a,6bを備えている。

デファレンシャル１内には、ピニオンギア6a,6bの自
転を制限することにより、左側後輪軸7a及び右側後輪軸
7b間の差動を制限する差動制限装置としての一対の円す
いころ軸受９が、組み込まれている。

サイドギア5aは、左側後輪軸7aと一体回転し、サイド
ギア5bは、右側後輪軸7bと一体回転する。

円すいころ軸受９は、サイドギア5a,5bの回転軸線に
対して直交する方向に沿うように、ギアケース４内に固
定されたピニオンシャフト８と、各ピニオンギア6a,6b
との間に介在し、当該ピニオンギア6a,6bを、ピニオン
シャフト８に、回転自在に支持させている。

第４図を参照して、円すいころ軸受９は、ピニオンシ
ャフト８に外嵌された一対の内輪91,92、ピニオンギア6
a,6bの内径部に内嵌された外輪93、及び各内輪91,92と
外輪93との間に介在した２列の円すいころ10a,10bから
なる。内輪91には、鍔部91b,91cが形成されており、各
鍔部91b,91cは、円すいころ10aの大径側端面10c及び小
径側端面10dにそれぞれ当接して、円すいころ10aの傾斜
を所定範囲内に規制する。内輪92についても、同様に鍔
部92b,92cが形成されている。

各内輪91,92の外周に形成された内輪軌道面91a,92a
は、互いに逆向きに傾斜した円錐面に形成されている。
外輪93の内周には、上記の内輪軌道面91a,92aに対応し
て、一対の外輪軌道面93a,93bが形成されている。

第６図を参照して、内輪軌道面91aの母線の延長線γ
と、外輪軌道面93aの母線の延長線ηとの交点Ａは、円
すいころ軸受９の軸受軸心α（すなわちピニオンシャフ
ト８の回転軸線）上から、離隔した位置にあるように設
定されている。内輪軌道面92aの母線の延長線と外輪軌
道面93bの母線の延長線との交点についても同様である
（図示せず）。

この実施例によれば、内輪軌道面91aの母線の延長線
γと、外輪軌道面93aの母線の延長線ηが、軸受軸心α
上から離隔した位置に、交点Ａを有するので、内輪軌道
面91aに対して円すいころ10aが理想的なころがり接触を
すると仮定すると、前述した発明の原理に基づいて、円
すいころ10aの転動軸心を、軸受軸心αに対してねじれ
の位置に傾斜させようとする力が働く。

この力によって、円すいころ10aの転動軸心βが傾斜
しようとするが、円すいころ10aは、内側軌道面91a、外
輪軌道面93a、及び鍔部91b,91cによって位置規制されて
いるので、円すいころ10aは、傾斜を規制されつつ転動
することになり、円すいころ10aの周面と内輪軌道面91a
及び外輪軌道面93aとの間に滑りを生じ、滑り摩擦が発
生する。また、円すいころ10aの大径側端面10cと鍔部91
bとの間や、小径側端面10dと鍔部91cとの間にも、滑り
摩擦が発生する。これらのすべり摩擦抵抗によって、円
すいころ10aの回転が制限される。円すいころ10bの回転
についても同様に制限される。したがって、円すいころ
軸受９の回転が制限され、ピニオンギア6aの自転が制限
される。ピニオンギア6bの自転も同様にして制限され
る。

デファレンシャルにおいては、左側後輪軸7aと右側後
輪軸7bとが同一速度で回転している場合は、ピニオンギ
ア6a,6bは、自転していないが、左側後輪軸7aと右側後
輪軸7bとの間に差回転が生ずると、ピニオンギア6a,6b
が自転する。ところが、このピニオンギア6a,6bの自転
は、前述した円すいころ軸受９に生ずる滑り摩擦によっ
て制限されるので、一対のサイドギア5a,5b間の差動が
制限され、各サイドギア5a,5bに連結された左側後輪軸7
aと右側後輪軸7bとの間の差動が制限される。この差動
制限装置は、デファレンシャル１内のピニオンギア6a,6
bとピニオンシャフト８との間に組み込んだ円すいころ
軸受９により構成されるので、従来の摩擦クラッチやビ
スカスカップリングと比較して、構造が非常な簡単であ
り、また、デファレンシャルの重量増加を招くこともな
い。

なお、上記実施例においては、複列の円すいころ軸受
を用いたが、単列の円すいころ軸受を用いることもでき
る。

また、第７図或いは第８図に示すように、ピニオンシ
ャフト８に設けたフランジ部8aに、ピニオンギア6aの端
面6cや外輪93の端面93bを接触させ、この接触による摩
擦抵抗力を、上記のすべり摩擦抵抗力に付加することも
できる。

さらに、この発明は、上記各実施例に限定されるもの
ではなく、例えば、外輪とピニオンギアとを一体的に構
成することもでき、その他、この発明を、センタデファ
レンシャルに適用すること等、この発明の要旨を変更し
ない範囲で種々の設計変更を施すことができる。

なお、本発明に用いる円すいころ軸受は、すべりによ
る摩擦抵抗力を利用するので、内輪軌道面、外輪軌道面
及び円すいころの互いの接触部の磨耗が、通常の円すい
ころ軸受よりも大きいものとなることが考えられるが、
軸受の材料として、耐磨耗性の大きなものを使用するこ
とにより、上記磨耗の発生を抑制することができる。

例えば、内外輪、円すいころの全てに、セラミック材
料を用いたり、高速度鋼のような高硬度の金属材料を用
いたりすることが、望ましく、或いは、円すいころは、
セラミックス製とし、内輪の鍔部の円すいころとの接触
面に、セラミックス・コーティングを施すようにしても
良い。

また、潤滑材料自体も、耐磨耗性に優れた材料を用い
ると良い。

もちろん、軸受の熱処理条件、熱処理方法等を適宜に
選択することにより、高硬度の耐磨耗性のある軌道輪を
得るようにしても良い。

＜発明の効果＞ 以上のように、この発明によれば、円すいころ軸受に
生ずる滑り摩擦力が、円すいころ軸受の回転抵抗となっ
て、ピニオンギアの自転を制限することができるので、
一対のサイドギア間の差動を制限して、各サイドギアに
連結された一対の駆動軸間の差動を制限することができ
る。この差動制限装置は、ピニオンギアの自転を制限す
る円すいころ軸受からなるので、構造が簡単であると共
に、デファレンシャルの重量増加を招くこともないとい
う特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を示す概略断面図、 第２図及び第３図はその平面図、 第４図はこの発明の一実施例の差動制限装置としての円
すいころ軸受がピニオンギアに組み込まれた状態を示す
断面図、 第５図はデファレンシャルの概略断面図、 第６図は円すいころ軸受の断面図、 第７図及び第８図はそれぞれ他の実施例を示す差動制限
装置の断面図、 第９図は従来のピニオンギアの取り付け状態を示す断面
図である。 １……デファレンシャル、４……ギアケース、 5a,5b……サイドギア、 6a,6b……ピニオンギア、 ８……ピニオンシャフト、 ９……円すいころ軸受（差動制限装置）、 91a,92a……内輪軌道面、 93a……外輪軌道面、 10a,10b……円すいころ、 γ……内輪軌道面の母線の延長線、 η……外輪軌道面の母線の延長線、 Ａ……交点、α……軸受軸心、β……転動軸心。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジン側に連動して回転するギアケース
   内に、一対の駆動軸に連動して回転する一対の対向した
   ベベルギアからなるサイドギアと、両サイドギアに噛合
   する一対の対向したベベルギアからなるピニオンギアと
   を備えたデファレンシャル内に組み込まれ、上記一対の
   駆動軸の差動を制限する差動制限装置において、 上記各ピニオンギアを、ギアケースに固定されたピニオ
   ンシャフトに、回転自在に支持させる円すいころ軸受か
   らなり、 この円すいころ軸受の軸受軸心を含む平面内で、外輪軌
   道面の母線の延長線と、内輪軌道面の母線の延長線と
   が、円すいころ軸受に生ずる滑り摩擦力により一対の駆
   動軸間の差動を制限するように、上記軸受軸心上から隔
   離した位置に交点を有することを特徴とする差動制限装
   置。