JP4982599B2 - ディファレンシャル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディファレンシャル装置に関する。

自動車などの車両に用いられるディファレンシャル装置がある。ディファレンシャル装置は、例えば、特許文献１に示されるようなエンジン等の動力源からのトルクをリングギヤ（１１）、ケース（３）、ピニオンシャフト（２１）、ピニオンギヤ（１９）、サイドギヤ（１５，１７）と伝達するものが知られている。リングギヤ（１１）はケース（３）のフランジ部（９）にボルト（１３）で組み付けられており、ピニオンシャフト（２１）はケース（３）に組み付けられている。そして、ピニオンギヤ（１９）はピニオンシャフト（２１）に回転自在に軸支されており、ピニオンギヤ（１９）とサイドギヤ（１５，１７）とが噛合している。

特開平６−５８３７８号公報（図１など）

上記したディファレンシャル装置は、リングギヤに入力されたトルクをボルトの軸力によって発生させたリングギヤとフランジ部との間の摩擦力によってケースに伝達するため、トルク伝達に関与するボルトの組み付けは、高精度で強く締結する等の必要があり、コストがかかる。また伝達されるトルクは、ケースを介して伝えられるため、ケースも伝達されるトルクや摩擦力に耐え得る強度を必要とするためコストがかかるという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、コンパクト化や組み付けを簡略化することができるディファレンシャル装置を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明の構成上の特徴は、動力源からのトルクが入力されて回転するリングギヤと、
前記リングギヤとその回転方向に係合し、一体回転するピニオンシャフトと、
前記ピニオンシャフトに回転自在に軸支されるピニオンギヤと、
前記ピニオンギヤの回転軸と直交する回転軸をもち、前記ピニオンギヤと噛合するサイドギヤと、を有し、
前記リングギヤは外周歯の内径側に側面の少なくとも一方が開口しており、前記ピニオンシャフトの軸長方向の両端部が嵌挿する嵌挿部を有し、
前記嵌挿部は前記リングギヤの周方向に交差する２つの平面が平行に配置されるリングギヤ二面部を有し、
前記ピニオンシャフトは軸長方向の両端部のそれぞれに前記リングギヤの周方向に交差する２つの平面が平行に配置され、前記リングギヤ二面部に嵌挿されるシャフト二面部と、前記シャフト二面部の面に交差する面であって、前記リングギヤに伝達される前記トルクのうち回転軸方向のスラスト力により前記リングギヤの側面と当接してその方向の移動を制限するスラスト係合面とを有することと、
前記リングギヤ二面部と前記シャフト二面部とが隙間なく当接することである。

動力伝達装置のリングギヤ二面部とシャフト二面部とが「隙間なく当接する」とは、リングギヤが回転する周方向に対して、嵌挿部に両端部が嵌挿された状態で密着し、リングギヤの回転によりピニオンシャフトが必定以上にガタつくことがなく、リングギヤとピニオンシャフトとでトルク伝達が十分伝達できることである。

また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記サイドギヤ、前記ピニオンギヤを内部に収容し、前記リングギヤと一体回転するケースと、
前記リングギヤのその回転軸方向における移動を制限して前記リングギヤと前記ケースとの係合を保持する係合保持部材とを有することである。

請求項１に係る発明においては、リングギヤの外周歯の内径側に、ピニオンシャフトの軸を配置する。ピニオンシャフトの両端部をリングギヤ内径側の嵌挿部に嵌挿して、リングギヤとピニオンシャフトとを一体回転可能に係合する。これにより、装置全体がコンパクト化される。そして、ピニオンシャフトは、リングギヤの側面の一方側からリングギヤの内径側に嵌挿することで組み付けられるため、従来のセットボルトを用いた組み付けに比べると組み付けが簡略化する。

更に、請求項１に係る発明においては、ピニオンシャフトが両端部に、シャフト二面部の面に交差するスラスト係合面を有する。リングギヤが直歯でないとき、リングギヤに伝達されるトルクのうち回転軸方向のスラスト力によりリングギヤの側面とスラスト係合面とが当接する。その結果、スラスト方向のピニオンシャフトの移動が制限されるため、リングギヤに嵌挿しているピニオンシャフトがリングギヤから外れることを防止することができる。よって、リングギヤにトルクが入力され、スラスト力が発生してもリングギヤとピニオンシャフトとの嵌合は外れにくい。

請求項２に係る発明においては、サイドギヤ、ピニオンギヤを内部に収容するケースを有し、ケースはリングギヤと一体回転する。ケースとリングギヤとは係合保持部により、係合が保持され、リングギヤの回転軸方向の移動が制限される。

参考形態１のディファレンシャル装置１０の構成を示す断面図である。 参考形態１のディファレンシャル装置１０で用いられるピニオンシャフト３の斜視図である。 参考形態１のディファレンシャル装置１０の一部を模式的に表した説明図であり、（ａ）は図１のＡ方向からのリングギヤ２の外形とピニオンシャフト３、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 本変形形態のディファレンシャル装置１１の構成を示す断面図である。 本変形形態のディファレンシャル装置１１の一部を模式的に表した説明図であり、（ａ）は図４のＣ方向からのリングギヤ２の外形とピニオンシャフト３、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。 本実施形態１のディファレンシャル装置で用いられるピニオンシャフト３の斜視図である。 （ａ）本実施形態１のディファレンシャル装置を模式的に表した説明図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面図である。

本発明の代表的な実施形態を図１〜図７を参照して説明する。本実施形態及び参考形態のディファレンシャル装置は、自動車等において動力源からのトルクが伝達され、回転を減速し、左右の駆動軸にトルクを分配するディファレンシャル装置である。

（参考形態１）
本参考形態１のディファレンシャル装置１０は、図１に示されるように、リングギヤ２と、ピニオンシャフト３と、ピニオンギヤ（第１ピニオンギヤ４１、第２ピニオンギヤ４２）と、サイドギヤ（第１サイドギヤ５１、第２サイドギヤ５２）と、ケース６とを有する。

ピニオンシャフト３は、図２に示されるように、棒状の部材で両方の端部３１にそれぞれ、軸長方向に向けて軸長方向に直交する方向に間隔を空けて平行に形成された２つの面、シャフト二面部３１１が形成されている。

リングギヤ２は、図１に示されるように、動力源からのトルクにより軸心Ｓを軸として回転し、外周に外周歯２１が形成されるはすば歯車である。そして、内径部分が開口（軸方向に貫通）しており、ピニオンシャフト３とケース６とが配置される。リングギヤ２は、図３に示されるように、内周面２２から拡径方向に窪んだ嵌挿部２３が２つ形成されている。２つの嵌挿部２３は、回転軸に対して対向する位置に形成されており、それぞれがリングギヤ２の周方向ｃに直交する２つの平面、リングギヤ二面部２３１を有する。２つのリングギヤ二面部は、周方向に間隔を空けて平行に形成されている。ピニオンシャフト３の両端部３１は、嵌挿部２３に嵌合し、リングギヤ二面部２３１とシャフト二面部３１１とが隙間なく当接して、リングギヤ２とピニオンシャフト３とが一体回転する。ピニオンシャフト３は、リングギヤ２との間でトルク伝達をするために、周方向ｃへ回転する際、がたつかない程度の精度で両端部３１が嵌挿部２３に嵌挿している。例えば、ピニオンシャフト３は、リングギヤ２と係合する際、両端部３１を嵌挿部２３に圧入することで嵌挿する。なお、リングギヤ２の嵌挿部２３近くには、後述するケース６と締結するために、ボルトなどが挿入する係合孔２４が４つ配置されている。

ケース６は、図１に示されるように、リングギヤ２の内径側に位置し、本体部６１と係合保持部６２とを有する。本体部６１は、後述するピニオンギヤ、サイドギヤを内部に収容し、軸心Ｓ方向に貫通するように開口した駆動軸挿入部６３が形成されている。駆動軸挿入部６３には、図示しない車輪に接続される駆動軸が挿入される。係合保持部６２は、ピニオンシャフト３の軸方向の拡径方向に、本体部６１から突出しており、リングギヤ２の一側面側に位置する（図１においては、左側に位置する）。係合保持部６２には、軸心Ｓ方向に貫通した貫通孔が形成されており、ボルト７が係合挿入される。貫通孔は、周方向でピニオンシャフト３の端部３１を挟むように２つ、周方向で４つ形成されており、ボルト７も４つ配置される。リングギヤ２にも係合保持部６２の貫通孔と連通する位置に貫通孔が形成されており、係合保持部６２に係合挿入されたボルト７が係合挿入する（図３参照）。ケース６は、ボルト７により、リングギヤ２に一体回転可能に係合する。

本参考形態１のディファレンシャル装置１０は、リングギヤ２に入力されるトルクをケース６及びボルト７を介した摩擦力によって、ピニオンシャフト３に伝達するものではない。リングギヤ２とピニオンシャフト３とが周方向ｃで係合することでトルクの伝達をする。そのため、ケース６とリングギヤ２とを係合するために、従来のような精度は必要とせず、またボルト７の数も少なくできる。ケース６とリングギヤ２とは、係合が外れず、リングギヤ２の回転を阻害しない程度の締結力で係合すればよい。

第１及び第２ピニオンギヤ４１、４２は、軸心Ｓと直交するピニオンシャフト３を回転の軸として、ピニオンシャフト３に回転自在に軸支される。軸心Ｓを対称線として、第１ピニオンギヤ４１と第２ピニオンギヤ４２の２つが分離してケース６の本体部６１内部に収容されている。第１及び第２ピニオンギヤ４１、４２は、ピニオンシャフト３を回転軸として互いに逆方向に回転することができる。ピニオンシャフト３を回転軸として回転するのが「自転」、軸心Ｓを回転軸としてピニオンシャフト３と同回転するのが「公転」である。

第１及び第２サイドギヤ５１、５２は、第１及び第２ピニオンギヤ４１、４２と回転軸が直交して噛合するかさ歯車である。ピニオンシャフト３を対称線として、第１サイドギヤ５１と第２サイドギヤ５２の２つが分離してケース６の本体部６１内部に収容されている。第１及び第２サイドギヤ５１，５２には、それぞれ駆動軸の一端が接続する。

本参考形態１のディファレンシャル装置１０は、動力源から伝達されたトルクにより軸心Ｓを回転軸としてリングギヤ２が回転するとピニオンシャフト３が一体回転する。同時に、第１及び第２ピニオンギヤ４１、４２が公転する。第１及び第２ピニオンギヤ４１、４２が公転すると、これらに噛み合う第１及び第２サイドギヤ５１、５２が回転し、駆動軸を介して車輪へと伝達される。第１及び第２ピニオンギヤ４１、４２が自転しない場合、ピニオンシャフト３の回転速度と、左右の駆動軸の回転速度は同一となる。リングギヤ２に入力されたトルクを、左右の駆動軸に伝達する過程において、第１及び第２ピニオンギヤ４１、４２が、ピニオンシャフト３を回転軸として互いに逆方向に自転すると、第１及び第２サイドギヤ５１、５２と、左右の駆動軸は逆方向に、ピニオンシャフト３に対して相対回転する。つまり、左右の駆動軸のうち一方を、ピニオンシャフト３に比べて、より高い回転速度で回転させ、他方を、ケース６に比べてより低い回転速度で回転させることとなる。ディファレンシャル装置１０は、自動車が旋回する、左右の駆動軸との回転速度が異なる場合に、第１ピニオンギヤ４１及び第２ピニオンギヤ４２を、ピニオンシャフト３を回転軸として互いに逆方向に自転させることで、左右の駆動軸の間に生じる回転速度の差を吸収することができる。

従来のディファレンシャル装置では、トルクを駆動源から駆動軸へ伝達するために、リングギヤに入力されたトルクが、セットボルトによって強く締結されたケースに摩擦力によって伝達される。そして、トルクをケースからピニオンシャフトへ伝達するため、ケースの強度が高く、またセットボルトを強く締結する必要があり、高精度の組み付けが要求される。そのため、組み付けに時間を要し、コストも高い。しかし、本参考形態１のディファレンシャル装置１０は、リングギヤ２の外周歯の内径側に、ピニオンシャフトの軸を配置するため、コンパクトである。リングギヤ２とピニオンシャフト３とのトルクの伝達は、リングギヤ２のリングギヤ二面部２３１とピニオンシャフト３のシャフト二面部３１１とが、隙間なく当接し、一体回転することで行われる。そのため、ケース６の強度を下げ、セットボルトの減少などにより、コストの低減が可能である。また、セットボルトによる強い締結も必要ないため、組み付けが簡略化する。

（参考形態１の変形形態）
本変形形態のディファレンシャル装置１１は、参考形態１のディファレンシャル装置１０と基本的には同様の構成及び同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心に説明する。

本変形形態のディファレンシャル装置１１は、図４に示されるように、更にプレート８を有する。プレート８は、ケース６の係合保持部６２に係合挿入されるボルト７が貫通する方向で、係合保持部６２が当接するリングギヤ２の側面とは逆の側面に位置する部材である。プレート８は、ボルト７の端部が係合挿入される係合孔８１を有している。よって、ボルト７は、参考形態１のディファレンシャル装置１０の場合と異なり、端部がリングギヤ２を軸方向に貫通し、更にプレート８の係合孔８１に係合挿入する。

プレート８は、図５に示されるように、リングギヤ２の周方向で、係合保持部６２及びボルト７が位置する箇所に適宜配置される。

本変形形態のディファレンシャル装置１１は、軸方向でケース６の係合保持部６２とは反対方向にプレート８を配置し、リングギヤ２とケース６との係合を保持することができる上、更にピニオンシャフト３の軸方向移動を制限する。つまり、リングギヤ２が回転することにより発生する軸方向のスラスト力により、リングギヤ２の嵌挿部２３からピニオンシャフト３の両端部３１が外れるのを防ぐことができる。

参考形態１のディファレンシャル装置１０とは異なり、プレート８を追加することにより、リングギヤ２及びピニオンシャフト３は、リングギヤ２の嵌挿部２３とピニオンシャフト３の両端部３１とが圧入できる精度を要しないためコストが抑えることが可能である。

（実施形態１）
本実施形態１のディファレンシャル装置は、参考形態１のディファレンシャル装置１０と基本的には同様の構成及び同様の作用効果を有する。以下、異なる部分を中心に説明する。

ピニオンシャフト３は、図６及び図７に示されるように、端部３１の各シャフト二面部３１１の面に対して直交する（交差する）スラスト係合面３１２を有する。スラスト係合面３１２は、リングギヤ２の側面と当接する。ピニオンシャフト３は、リングギヤ二面部２３１とシャフト二面部３１１とが密着してトルク伝達ができる程度に、リングギヤ２の嵌挿部２に嵌合する。

実施形態１のディファレンシャル装置では、前進段（例えば第１速から５速、あるいは６速）の場合、スラスト係合面３１２がリングギヤ２の側面に当接して、軸方向に発生するスラスト力によりピニオンシャフト３の軸方向の移動が制限される。また、後進段（リバース）の場合、ピニオンシャフト３の端部３１でシャフト二面部３１１と交差する外面がケース６の係合保持部６２に当接することで、スラスト力によりピニオンシャフト３の軸方向の移動が制限される。よって、リングギヤ２とピニオンシャフト３との嵌合が外れにくい。

実施形態１のディファレンシャル装置は、参考形態１のディファレンシャル装置１０のように圧入による嵌合、変形形態のディファレンシャル装置１１のようにプレート８による固定とは異なり、係合保持部６２とスラスト係合面３１２とにより、リングギヤ２又はピニオンシャフト３の軸方向の移動が制限される。

実施形態１のディファレンシャル装置では、スラスト係合面３１２が形成されるピニオンシャフト３が複雑な形状ではないため、製造が比較的簡単である。また、ピニオンシャフト３をリングギヤ２に組み付ける作業もリングギヤ２の側面から、ピニオンシャフト３の両端部３１を嵌挿部２３にスラスト係合面３１２と側面とが当接するように嵌め込めばいいため、組み付けも簡単である。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ピニオンシャフト３の端部３１に、シャフト二面部３１１が形成されているが、一端から他端まで、一平面とする形状を採用することもできる。また、ケース６とリングギヤ２とを締結するボルト７が４つ用いられているが、増減可能である。また、ボルト７以外の部品で締結する構成でも良い。

１０：ディファレンシャル装置、 ２：リングギヤ、
２１：外周歯、 ２２：内周面、
２３：嵌挿部、 ２３１：リングギヤ二面部、
２４：係合孔、 ３：ピニオンシャフト、
３１：端部、 ３１１：シャフト二面部、
３１２：スラスト係合面、
４１、：第１ピニオンギヤ、 ４２：第２ピニオンギヤ、
５１：第１サイドギヤ、 ５１ａ、５２ａ：軸穴、
５２：第２サイドギヤ、 ６：ケース、
６１：本体部、 ６２：係合保持部、
６３：駆動軸挿入部、
７：ボルト、
８：プレート、 ８１：係合孔。

Claims (2)

1. 動力源からのトルクが入力されて回転するリングギヤと、
   前記リングギヤとその回転方向に係合し、一体回転するピニオンシャフトと、
   前記ピニオンシャフトに回転自在に軸支されるピニオンギヤと、
   前記ピニオンギヤの回転軸と直交する回転軸をもち、前記ピニオンギヤと噛合するサイドギヤと、
   を有するディファレンシャル装置であって、
   前記リングギヤは外周歯の内径側に側面の少なくとも一方が開口しており、前記ピニオンシャフトの軸長方向の両端部が嵌挿する嵌挿部を有し、
   前記嵌挿部は前記リングギヤの周方向に交差する２つの平面が平行に配置されるリングギヤ二面部を有し、
   前記ピニオンシャフトは軸長方向の両端部のそれぞれに前記リングギヤの周方向に交差する２つの平面が平行に配置され、前記リングギヤ二面部に嵌挿されるシャフト二面部と、前記シャフト二面部の面に交差する面であって、前記リングギヤに伝達される前記トルクのうち回転軸方向のスラスト力により前記リングギヤの側面と当接してその方向の移動を制限するスラスト係合面とを有することと、
   前記リングギヤ二面部と前記シャフト二面部とが隙間なく当接することを特徴とするディファレンシャル装置。
2. 前記サイドギヤ、前記ピニオンギヤを内部に収容し、前記リングギヤと一体回転するケースと、
   前記リングギヤのその回転軸方向における移動を制限して前記リングギヤと前記ケースとの係合を保持する係合保持部材とを有する請求項１に記載のディファレンシャル装置。

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