JP5018505B2

JP5018505B2 - 車両用差動歯車装置

Info

Publication number: JP5018505B2
Application number: JP2008011404A
Authority: JP
Inventors: リックバーンズ; 則行藤井; 誠西地
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-01-22
Also published as: US8012058B2; JP2009174577A; US20090186739A1

Description

この発明は、例えば左右の車輪間に設けるのに好適な車両用差動歯車装置に関する。

一般に、この種の差動歯車装置は、下記特許文献１に記載されているように、回転軸線を中心として回転駆動されるハウジングと、このハウジング内に回転軸線を中心として回転可能に設けられ、外周面に外歯車部が形成された一対の太陽歯車と、ハウジングに自転可能に設けられ、一対の太陽歯車とそれぞれ噛み合うとともに、互いに噛み合う一対の遊星歯車とを有しており、各太陽歯車には出力軸がそれぞれ回転不能に連結されている。したがって、ハウジングがエンジンによって回転駆動されると、その回転駆動力が遊星歯車を介して一対の太陽歯車に伝達され、さらに一対の太陽歯車から出力軸を介して左右の車輪にそれぞれ伝達される。

太陽歯車の外歯車部及び遊星歯車は、捩れ歯を有しており、外歯車部と遊星歯車との噛み合い歯面には、スラスト力が発生する。このスラスト力により、太陽歯車が回転軸線方向へ押圧され、太陽歯車の端面がハウジング内に設けられた当接面に押し付けられる。したがって、太陽歯車の差動回転時には、太陽歯車の端面と当接面との間に太陽歯車の回転を阻止しようとする摩擦抵抗が発生する。この摩擦抵抗によって一対の太陽歯車の差動回転が制限されている。

特開平８−２６８０９９号公報米国特許第５７３５７６６号

近年、車両の走破性を向上させるために、差動制限力の増大が望まれることが多い。このような要望に応えるための一方法として、外歯車部及び遊星歯車の捩れ角を大きくし、それらの噛み合い歯面に発生するスラスト力を大きくすることが考えられる。スラスト力を大きくすれば、ハウジングの当接面と太陽歯車の端面との間に発生する摩擦抵抗が増大し、それに応じて差動制限力が増大するからである。しかしながら、歯車の捩れ角は、歯の強度等の問題から一定の大きさ以上に大きくすることが困難である。このため、スラスト力を増大させるにも一定の限度があり、差動制限力を増大させることが困難であるという問題があった。

この発明は、上記の問題を解決するために、回転軸線を中心として回転駆動されるハウジングと、このハウジング内に軸線を上記回転軸線と一致させて回転可能に設けられ、外周面に外歯車部が形成された一対の太陽歯車と、上記ハウジングに自転可能に設けられ、上記一対の太陽歯車の各外歯車部とそれぞれ噛み合うとともに、互いに噛み合う一対の遊星歯車とを備え、上記ハウジングの内部には当接面が形成され、上記外歯車部と上記遊星歯車との噛み合い歯面間に発生するスラスト力によって上記一対の太陽歯車が上記回転軸線方向に押圧され、それによって上記一対の太陽歯車の各端面が上記当接面に押圧接触させられる車両用差動歯車装置において、上記太陽歯車が、上記外歯車部を有する第１部分と、この第１部分に対して別体に形成された第２部分とを有し、上記第１部分と上記第２部分との間に、それらの間で動力伝達を行う際に上記回転軸線と平行な方向のスラスト力を上記第１部分及び上記第２部分に発生させるスラスト力発生機構を設け、同スラスト発生機構で上記第１部分に発生するスラスト力の作用方向が上記外歯車部と上記遊星歯車との噛み合いによって上記第１部分に発生するスラスト力の作用方向と同一方向に設定されていることを特徴としている。
この場合、上記一対の太陽歯車の各外歯車部及び上記一対の遊星歯車が捩れ歯を有し、上記一対の遊星歯車が上記回転軸線と平行に配置されていることが望ましい。
特に、上記第１部分が円筒状に形成され、上記第２部分が上記第１部分に挿入され、上記スラスト発生機構は、上記第１部分の内周面に形成された捩れ歯を有するスプライン孔と、上記第２部分の外周面に形成され、上記第１部分のスプライン孔に嵌合するスプライン部とを有していることが望ましい。
上記一対の太陽歯車のうちの一方の太陽歯車の第１部分に形成されたスプライン孔及び第２部分に形成されたスプライン部と、他方の太陽歯車の第１部分に形成されたスプライン孔及び第２部分に形成されたスプライン部とは、互いに異なる直径を有していてもよく、互いに同一直径を有していてもよい。
上記一対の太陽歯車のうちの一方の太陽歯車の第１部分に形成されたスプライン孔及び第２部分に形成されたスプライン部と、他方の太陽歯車の第１部分に形成されたスプライン孔及び第２部分に形成されたスプライン部とは、互いに異なる捩れ角を有していてもよく、互いに同一の捩れ角を有していてもよい。

上記特徴構成を有するこの発明によれば、遊星歯車と太陽歯車との間のトルク伝達時において、太陽歯車の第１部分には、外歯車部と遊星歯車との噛み合いによって発生するスラスト力と、第１部分と第２部分とのスプライン嵌合によって発生するスラスト力とが作用する。この二つのスラスト力の作用方向は同一である。したがって、第１部分には、従来の車両用差動歯車装置の太陽歯車と比較すると、スプライン嵌合によって発生するスラスト力の分だけ大きなスラスト力が発生する。一方、第２部分には、スプライン嵌合によるスラスト力が作用する。ここで、外歯車部と遊星歯車との噛み合いによって発生するスラスト力の大きさと、スプライン嵌合によって発生するスラスト力の大きさとを同一にしたものとすると、太陽歯車全体では、スプライン嵌合によって発生するスラスト力の分だけ大きなスラスト力が作用する。したがって、一対の太陽歯車の差動回転を制限する差動制限力を大きくすることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
図１〜図５は、この発明の第１実施の形態を示す。この実施の形態の車両用差動歯車装置１は、ハウジング２、一対の太陽歯車３，４及び一対の遊星歯車５，６を有している。

ハウジング２は、車両のエンジンにより回転軸線Ｌを中心として回転駆動されるものであり、本体部２Ａ及び蓋部２Ｂを有している。本体部２Ａは、一端部に底部２ａを有し、他端部が開口した有底円筒状をなしている。そして、本体部２Ａは、その軸線を回転軸線Ｌと一致させて配置されている。蓋体２Ｂは、本体部２Ａの開口部を閉じるためのものであり、本体部２Ａの開口側の端部にボルト（図示せず）によって固定されている。底部２ａ及び蓋体２Ｂの各中央部には、軸線を回転軸線Ｌと一致させた貫通孔２ｂ、２ｃがそれぞれ形成されている。

ハウジング２の内部には、一対の太陽歯車３，４が収容されている。一対の太陽歯車３，４は、いずれも円筒状に形成されており、それぞれの軸線を回転軸線Ｌと一致させた状態で回転軸線Ｌ上に直列に並んで配置されている。しかも、一対の太陽歯車３，４は、回転軸線Ｌを中心として回転可能に収容されている。太陽歯車３，４の外周部には、捩れ歯を有する外歯車部３ａ，４ａがそれぞれ形成されている。外歯車部３ａ，４ａは、捩れ方向が互いに逆である点を除き、同一の歯車諸元を有している。太陽歯車３，４の内周部には、ストレートな歯を有するスプライン孔３ｂ，４ｂがそれぞれ形成されている。各スプライン孔３ｂ，４ｂには、貫通孔２ｂ，２ｃをそれぞれ貫通した一対の出力軸（図示せず）の内側の端部が回転不能に嵌合される。各出力軸の外側の端部は、例えば左右の車輪に連結されている。したがって、太陽歯車３，４が回転すると、その回転トルクが各出力軸を介して左右の車輪に伝達される。

ハウジング２の内部には、回転軸線Ｌと平行に延びる少なくとも一対の収容凹部２ｄ，２ｅが形成されている。この実施の形態では、収容凹部２ｄ，２ｅが三対形成されており、各対は回転軸線Ｌを中心とする周方向へ等間隔に配置されている。収容凹部２ｄ，２ｅには、遊星歯車５，６がそれぞれ回転可能（自転可能）に収容されている。したがって、遊星歯車５，６は、それぞれの軸線を中心として自転可能である。しかも、遊星歯車５，６は、ハウジング２が回転すると回転軸線Ｌを中心として公転する。

一方の遊星歯車５は、その一端部に形成された長歯車部５ａ、他端部に形成された短歯車部５ｂ及び長歯車部５ａと短歯車部５ｂとの間に形成された首部５ｃを有している。長歯車部５ａと短歯車部５ｂとは、同一の歯車諸元を有している。ただし、太陽歯車３，４の外歯車部３ａ，４ａの捩れ方向が同一であるときには、長歯車部５ａの捩れ方向と短歯車部５ｂの捩れ方向とは、互いに逆になる。首部５ｃは、長歯車部５ａ及び短歯車部５ｂの歯底円とほぼ同一か若干小さい外径を有している。他方の遊星歯車６は、一方の遊星歯車５と同一構造を有しており、遊星歯車５の長歯車部５ａ、短歯車部５ｂ及び首部５ｃにそれぞれ対応した長歯車部６ａ、短歯車部６ｂ及び首部６ｃを有している。ただし、長歯車部６ａの捩れ方向は、長歯車部５ａと逆であり、短歯車部６ｂの捩れ方向は、短歯車部５ｂの捩れ方向と逆である。しかも、遊星歯車６は、図１から明らかなように、遊星歯車５と逆向きに配置されている。

遊星歯車５の長歯車部５ａは、その内側（遊星歯車５の中央側）の端部において太陽歯車３の外歯車部３ａと噛み合い、外側の端部において遊星歯車６の短歯車部６ｂと噛み合っている。遊星歯車６の長歯車部６ａは、その内側の端部において太陽歯車４の外歯車部４ａと噛み合い、外側の端部において遊星歯車５の短歯車部５ｂと噛み合っている。したがって、ハウジング２が回転軸線Ｌを中心として回転駆動されると、その回転が遊星歯車５，６を介して遊星歯車３，４に伝達され、さらに一対の出力軸に伝達される。

外歯車部３ａ，４ａ及び長歯車部５ａ，６ａが捩れ歯を有しているので、ハウジング２の回転駆動時には、外歯車部３ａ，４ａの長歯車部５ａ，６ａとの各噛み合い歯面に、回転軸線Ｌ方向を向くスラスト力ｆ１，ｆ２（図５参照）がそれぞれ発生する。この実施の形態では、エンジンによって車両が前進駆動されているときには、スラスト力ｆ１，ｆ２が内向きに作用し、エンジンブレーキの作動時にはスラスト力ｆ１，ｆ２が外向きに作用するようになっている。これとは逆に、前進駆動時にスラスト力ｆ１，ｆ２が外向きに作用するようにしてもよい。外歯車部３ａ，４ａの捩れ方向が同一である場合には、スラスト力ｆ１，ｆ２が同一方向を向くことになる。

なお、外歯車部３ａ，４ａと長歯車部５ａ．６ａとの噛み合いにより、長歯車部５ａ，６ａの歯面には、スラスト力ｆ１，ｆ２と大きさが同一で作用方向が逆であるスラスト力がそれぞれ発生する。このスラスト力は、遊星歯車５，６の端面をハウジング２に押圧接触させる。したがって、差動回転時には、遊星歯車５，６の端面とハウジング２との間に摩擦抵抗が発生し、この摩擦抵抗によって遊星歯車５，６の回転が制限され、ひいては太陽歯車３，４の差動回転が制限される。しかし、遊星歯車５，６に作用するスラスト力は、この発明では問題にしていないので、それについての説明は省略する。

太陽歯車３は、その径方向の略中央部において内外二つの円筒状をなす部分に二分されている。つまり、径方向外側に位置する外側部分（第１部分）３Ａと、径方向内側に位置する内側部分（第２部分）３Ｂとに二分されている。勿論、外側部分３Ａの外周面には、外歯車部３ａが形成され、内側部分３Ｂの内周面には、スプライン孔３ｂが形成されている。

太陽歯車３の外側部分３Ａの内周面には、スプライン孔３ｃが形成されている。一方、内側部分３Ｂの外周面には、スプライン部３ｄが形成されている。このスプライン部３ｄがスプライン孔３ｃに嵌合することにより、外側部分３Ａと内側部分３Ｂとが回転不能（外側部分３Ａと内側部分３Ｂとが回転軸線Ｌ方向へ微小距離だけ移動する際には、その移動に伴う微小角度だけ相対回転する。)に連結されている。したがって、外側部分３Ａと内側部分３Ｂとの間においては回転トルクが確実に伝達される。

スプライン孔３ｃ及びスプライン部３ｄは、捩れ歯を有している。外歯車部３ａと遊星歯車５との噛み合いによって外側部分３Ａに回転トルクが伝達され、あるいは出力軸から内側部分３Ｂに回転トルクが伝達されると、スプライン孔３ｃとスプライン部３ｄとの各噛み合い歯面に回転軸線Ｌ方向を向くスラスト力ｆ３，ｆ４が発生する。一方のスラスト力ｆ３は、外側部分３Ａに作用するものであり、スラスト力ｆ１と同一方向を向いている。換言すれば、スラスト力ｆ３がスラスト力ｆ１と同一方向に作用するように、スプライン孔３ｃ及びスプライン部３ｄの捩れ方向が決定されているのである。スラスト力ｆ３の作用方向がスラスト力ｆ１の作用方向と同一であるので、外側部分には、スラスト力ｆ１とスラスト力ｆ３とを合わせたスラスト力Ｆ１が作用する。他方のスラスト力ｆ４は、内側部分３Ｂに作用するものであり、スラスト力ｆ３と大きさが同一で作用方向が逆になっている。

太陽歯車３についての上記の構造は、太陽歯車４についても同様であり、太陽歯車４は、外歯車部４ａを有する外側部分（第１部分）４Ａと、スプライン孔４ｂを有する内側部分（第２部分）４Ｂとに二分されている。外側部分４Ａの内周面には、捩れ歯を有するスプライン孔４ｃが形成され、内側部分４Ｂの外周面にはスプライン部４ｄが形成されている。そして、このスプライン部４ｄがスプライン孔４ｃに嵌合することにより、外側部分４Ａと内側部分４Ｂとが回転不能に連結されている。外側部分４Ａには、スラスト力ｆ５が作用する。勿論、このスラスト力ｆ５は、スラスト力ｆ２と同一方向を向いている。したがって、外側部分４Ａには、スラスト力ｆ２、ｆ５を合計した大きさのスラスト力Ｆ２が作用する。内側部分４Ｂには、スラスト力ｆ５と大きさが同一で作用方向が逆であるスラスト力ｆ６が作用する。

上記構成の車両用差動歯車装置１において、車両の前進駆動時には、スラスト力Ｆ１，Ｆ２により外側部分３Ａ，４Ａの内側の各端面がセンタワッシャ７の両端面（当接面）にそれぞれ押圧接触させられる。また、内側部分３Ｂ，４Ｂの外側の各端面が、スラスト力ｆ４，ｆ６により、ハウジング２に形成された当接面２ｆ，２ｇにそれぞれエンドワッシャ８，９を介して押圧接触させられる。したがって、太陽歯車３，４の差動回転時には、外側部分３Ａ，４Ａの内側の端面間、及び内側部分３Ｂ，４Ｂの外側の端面と当接面２ｆ，２ｇとの各間に摩擦抵抗が発生する。この摩擦抵抗によって太陽歯車３，４の差動回転が制限される。

エンジンブレーキの動作時には、外側部分３Ａ，４Ａの外側の各端面が当接面２ｆ，２ｇにそれぞれエンドワッシャ８，９を介して押圧接触させられ、内側部分３Ｂ，４Ｂの内側の各端面がセンタワッシャ１０の両端面（当接面）にそれぞれ押圧接触させられる。太陽歯車３，４の差動回転時には、外側部分３Ａ，４Ａの外側の各端面と当接面２ｆ，３ｆとの各間、及び内側部分３Ｂ，４Ｂの内側の端面間に摩擦抵抗が発生する。この摩擦抵抗によって太陽歯車３，４の差動回転が制限される。

このように、太陽歯車３，４の外側部分３Ａ，４Ａには、スラスト力ｆ３，ｆ４の分だけスラスト力ｆ１，ｆ２より大きなスラスト力Ｆ１，Ｆ２が作用し、内側部分３Ｂ，４Ｂには、スラスト力ｆ４，ｆ６が作用する。したがって、差動回転時には、外側部分３Ａ，４Ａには、スラスト力Ｆ１，Ｆ２に応じた大きさの摩擦抵抗が作用し、内側部分３Ｂ，４Ｂにはスラスト力ｆ４，ｆ６に応じた大きさの摩擦抵抗が作用する。ここで、仮にスラスト力ｆ４，ｆ６の大きさをスラスト力ｆ１，ｆ２の大きさと同一に設定したものすると、内側部分３Ｂ，４Ｂには、従来の差動歯車装置の太陽歯車に作用する摩擦抵抗と同じ大きさの摩擦抵抗が作用するが、外側部分３Ａ，４Ａには、スラスト力ｆ３，ｆ５（＝ｆ４，ｆ６）の分だけ大きな摩擦抵抗が作用する。したがって、差動制限力を大きくすることができる。そして、それによってこの差動歯車装置１が用いられた車両の走破性を向上させることができる。

ところで、左右の車輪間に均等な差動制限力を発生させるためには、差動歯車装置は左右の車輪の中間位置に配置し、出力軸の長さや太さ及び支持構造も共通にするのが理想的である。しかし、エンジンやトランスミッション及びその他の補機類のレイアウト上の都合により、必ずしもこのような搭載方法を採れない場合がある。このような場合には、前述の図１〜図５のように差動歯車装置を構成しても、実際の車両では差動回転時に太陽歯車３，４に伝達される回転トルクが互いに異なる大きさになってしまう。次に説明する第２実施の形態は、このような問題を解決すべく、太陽歯車３，４にさらなる改良を加えたものである。

図６は、この発明の第２実施の形態において用いられている太陽歯車３，４を示す。これらの太陽歯車３，４においては、太陽歯車３のスプライン部３ｄの外径が太陽歯車４のスプライン部４ｄの外径より大径になっている。このようにした場合においても、太陽歯車３に作用するスラスト力ｆ１，ｆ３，ｆ４，Ｆ１及び太陽歯車４に作用するスラストｆ２，ｆ５，ｆ６，Ｆ２は、第１実施の形態の場合と同様に、それぞれ互いに同一であるが、外側部分３Ａの内径（＝内側部分３Ｂの外径）と、外側部分４Ａの内径（内側部分４Ｂの外径）とが異なるので、作動歯車装置単体で見れば、太陽歯車３，４に作用する摩擦抵抗が互いに異なる大きさになる。したがって、太陽歯車３のスプライン部３ｄの外径と太陽歯車４のスプライン部４ｄの外径の比を、車両における差動歯車装置及び出力軸を含めた駆動力伝達系の構成に応じて設定することにより、車両搭載状態における差動回転時に左右輪に伝達されるトルクを均等に近づけることができる。

差動歯車装置単体で太陽歯車３，４に作用する摩擦抵抗を互いに異なる大きさにすることは、太陽歯車３，４のスプライン部３ｄ，４ｄの捩れ角を互いに異なる大きさにし、スラスト力ｆ３（ｆ４）とスラスト力ｆ５（ｆ６）とを互いに異なる大きさにすることによっても達成することができる。スプライン部３ｄ，４ｄの捩れ角を互いに異なる大きさにすることと、スプライン部３ｄ，４ｄの外径を互いに異なる大きさにすることとは、適宜に組み合わせてもよい。

なお、この発明は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、太陽歯車３，４及び遊星歯車５，６として捩れ歯を有する歯車が用いられ、しかも太陽歯車３，４と遊星歯車５，６とが互いに平行に配置されているが、傘歯車からなる太陽歯車及び遊星歯車を用い、太陽歯車を回転軸線Ｌ上に配置する一方、遊星歯車を回転軸線Ｌと直交する線上に配置してもよい。

この発明の第１実施の形態を示す図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。同実施の形態の図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。同実施の形態の一部を切り欠いて示す斜視図である。同実施の形態の一部を切り欠いて示す分解斜視図である。同実施の形態において用いられている一対の太陽歯車、及びそれに作用するスラスト力を説明するための図である。この発明の第２実施の形態において用いられている一対の太陽歯車及びそれに作用するスラスト力を説明するための図である。

符号の説明

Ｌ回転軸線
１車両用差動歯車装置
２ハウジング
２ｆ当接面
２ｇ当接面
３太陽歯車
３Ａ外側部分（第１部分）
３Ｂ内側部分（第２部分）
３ａ外歯車部
３ｃスプライン孔（スプライン）
３ｄスプライン部（スプライン）
４太陽歯車
４Ａ外側部分（第１部分）
４Ｂ内側部分（第２部分）
４ａ外歯車部
４ｃスプライン孔（スプライン）
４ｄスプライン部（スプライン）

Claims

回転軸線を中心として回転駆動されるハウジングと、このハウジング内に軸線を上記回転軸線と一致させて回転可能に設けられ、外周面に外歯車部が形成された一対の太陽歯車と、上記ハウジングに自転可能に設けられ、上記一対の太陽歯車の各外歯車部とそれぞれ噛み合うとともに、互いに噛み合う一対の遊星歯車とを備え、上記ハウジングの内部には当接面が形成され、上記外歯車部と上記遊星歯車との噛み合い歯面間に発生するスラスト力によって上記一対の太陽歯車が上記回転軸線方向に押圧され、それによって上記一対の太陽歯車の各端面が上記当接面に押圧接触させられる車両用差動歯車装置において、
上記太陽歯車が、上記外歯車部を有する第１部分と、この第１部分に対して別体に形成された第２部分とを有し、上記第１部分と上記第２部分との間に、それらの間で動力伝達を行う際に上記回転軸線と平行な方向のスラスト力を上記第１部分及び上記第２部分に発生させるスラスト力発生機構を設け、同スラスト発生機構で上記第１部分に発生するスラスト力の作用方向が上記外歯車部と上記遊星歯車との噛み合いによって上記第１部分に発生するスラスト力の作用方向と同一方向に設定されていることを特徴とする車両用差動歯車装置。
上記一対の太陽歯車の各外歯車部及び上記一対の遊星歯車が捩れ歯を有し、上記一対の遊星歯車が上記回転軸線と平行に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用差動歯車装置。
上記第１部分が円筒状に形成され、上記第２部分が上記第１部分に挿入され、上記スラスト発生機構は、上記第１部分の内周面に形成された捩れ歯を有するスプライン孔と、上記第２部分の外周面に形成され、上記第１部分のスプライン孔に嵌合するスプライン部とを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用差動歯車装置。
上記一対の太陽歯車のうちの一方の太陽歯車の第１部分に形成されたスプライン孔及び第２部分に形成されたスプライン部と、他方の太陽歯車の第１部分に形成されたスプライン孔及び第２部分に形成されたスプライン部とが、互いに異なる直径を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用差動歯車装置。
上記一対の太陽歯車のうちの一方の太陽歯車の第１部分に形成されたスプライン孔及び第２部分に形成されたスプライン部と、他方の太陽歯車の第１部分に形成されたスプライン孔及び第２部分に形成されたスプライン部とが、互いに異なる捩れ角を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用差動歯車装置。