JP5780929B2 - ハイポイド歯車装置 - Google Patents

Description

この発明は、ドライブピニオンと、それに噛み合うリングギヤとを備えたハイポイド歯車装置に関するものであり、特に車のディファレンシャル装置に入力軸の回転を伝達するためのハイポイド歯車装置に関するものである。

ハイポイド歯車は、食い違い軸間に運動を伝達する歯車対であり、ドライブピニオンの径を大きくすることができること、接触率も大きくして滑らかに回転させることができること、速度比も大きくとれること等の利点を有する。自動車には、その床面を低くして安定した走行をさせるために、ハイポイド歯車が使用されている。

近年、自動車に対する燃費向上のニーズがより一層高まってきている。このニーズに応えるために、車両の走行性能を損ねることなく、燃費向上を実現できる技術の開発が望まれる。

一般的に、ハイポイド歯車は、自動車の左右の駆動輪に差動を与えるディファレンシャル装置と、プロペラシャフトなどの入力軸との間に組み込まれる。このようなハイポイド歯車は、例えば、特開２００３−３００４２３号公報（特許文献１）、特開平８−７４９６７号公報（特許文献２）、特開平９−２２９１６７号公報（特許文献３）等に開示されている。

ハイポイド歯車を含むディファレンシャル装置の一例を図１に示す。この図を参照して、従来のハイポイド歯車を含むディファレンシャル装置の構造を説明する。ディファレンシャル装置は、入力軸（プロペラシャフト）に接続されたドライブピニオン１と、ドライブピニオン１に噛み合うように配置されたリングギヤ２と、リングギヤの背面にボルト３を介して固定されたデフケース４と、デフケース４に保持されたピニオンシャフト５と、ピニオンシャフト５に回転自在に保持された一対のデフピニオン６と、一対のデフピニオン６に噛み合うように配置され、左右の出力軸に接続された一対のサイドギヤ７とを備える。ドライブピニオン１とリングギヤ２とによってハイポイド歯車が構成される。

デフケース４は、転がり軸受８，９を介してデフキャリア１０に回転可能に支持されている。ピニオンシャフト５、一対のデフピニオン６および一対のサイドギヤ７は、デフケース４内に収容される。

従来のディファレンシャル装置においては、入力軸からの駆動力は、ドライブピニオン１、リングギヤ２、ボルト３、デフケース４、ピニオンシャフト５、デフピニオン６、サイドギヤ７、出力軸へと順に伝わる。リングギヤ２の回転をデフケース４に確実に伝達するために、リングギヤ２とデフケース４とはボルト３を介して強固に締結固定されて一体化されている。自動車の直進状態では、一対のデフピニオン６は自転せずに公転運動だけを行うので、一対のサイドギヤ７は同方向に同速度で回転する。自動車の進行方向を変更する際には、左右のサイドギヤ７に回転差が生じ、一対のデフピニオン６が自転運動を行うので、回転差を吸収してコーナリングをスムーズに行うことができる。

特開２００３−３００４２３号公報 特開平８−７４９６７号公報 特開平９−２２９１６７号公報

プロペラシャフトから入力された動力は、ハイポイドドライブピニオン１を経てハイポイドリングギヤ２に伝達される。リングギヤ２の回転軸心に対するドライブピニオン１の回転軸心のオフセット量は、車の主たる用途に応じて決定される。オフセット量が小さければ、歯間の滑りが小さくなるので、低トルクの高速運転に適している。その逆に、オフセット量が大きくなると、歯間の滑りが大きくなるが歯が厚くてギヤ強度が大きくなるので、高トルクの低速運転に適したものとなる。

オフセット量が固定された従来のハイポイド歯車装置では、低トルク高速運転及び高トルク低速運転の両者に最適となるような設計をすることができない。

この発明の目的は、設計の自由度を持たせて、低トルク高速運転及び高トルク高速運転の両者に適合させることのできるハイポイド歯車装置を提供することである。

この発明に従ったハイポイド歯車装置は、回転駆動される入力主軸と、入力主軸に選択的に連結される第１入力軸および第２入力軸と、第１入力軸に連結された第１ドライブピニオンと、第２入力軸に連結された第２ドライブピニオンと、第１ドライブピニオン及び第２ドライブピニオンの両者に噛み合うように配置されたリングギヤとを備える。

上記構成の本発明によれば、入力主軸からの動力入力系統を、第１入力軸と第１ドライブピニオンとによって構成される第１系統、または第２入力軸と第２ドライブピニオンとによって構成される第２系統のいずれかに選択的に連結することができるので、設計の自由度が拡大する。

好ましい実施形態では、第２ドライブピニオンは、前記第１ドライブピニオンの歯車諸元とは異なる歯車諸元を有している。また、リングギヤの回転軸心に対する第１入力軸のオフセット量と第２入力軸のオフセット量とは、異なっている。例えば、第１ドライブピニオンについては、低トルク高速運転に適するようなオフセット量及び歯車諸元とし、第２ドライブピニオンについては、高トルク低速運転に適するようなオフセット量及び歯車諸元とすることができる。

一つの実施形態に係るハイポイド歯車装置は、第２入力軸に固定された入力歯車と、入力歯車に噛み合うように配置された中継歯車と、クラッチとをさらに備える。クラッチは、入力主軸と、第１入力軸および中継歯車の内のいずれか一方とを選択的に連結する。

ハイポイド歯車装置が自動車に組み込まれる場合には、好ましくは、リングギヤの回転は、差動歯車機構を介して車の左右の車輪に伝達される。

以上のように、この発明に係るハイポイド歯車装置によれば、設計の自由度を広げることができる。

従来のハイポイド歯車を含むディファレンシャル装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係るハイポイド歯車装置の図解図である。 本発明の一実施形態に係るハイポイド歯車装置を組み込んだディファレンシャル装置の図解図である。 本発明の他の実施形態に係るハイポイド歯車装置の図解図である。

図２を参照して、この発明の一実施形態に係るハイポイド歯車装置を説明する。ハイポイド歯車装置は、エンジン等によって回転駆動されるプロペラシャフト等の入力主軸２０と、入力主軸２０に選択的に連結される第１入力軸３０および第２入力軸４０と、第１入力軸２０に連結されて第１入力軸と共に回転する第１ドライブピニオン３２と、第２入力軸４０に連結されて第２入力軸と共に回転する第２ドライブピニオン４４と、第１ドライブピニオン３２及び第２ドライブピニオン４４に噛み合うように配置されたリングギヤ５０とを備える。

図２に示したハイポイド歯車装置のリングギヤ５０の回転は、図３に示す自動車の差動歯車機構を介して車の左右の車輪に伝達される。具体的には、リングギヤ５０にはデフケース６０が固定されている。デフケース６０にはピニオンシャフト６１が固定されており、このピニオンシャフト６１の上下に一対のデフピニオン６２が回転自在に保持されている。左右の出力軸に接続された一対のサイドギヤ６３は、一対のデフピニオン６２に噛み合うように配置されている。

自動車の直進状態では、ピニオンシャフト６１に保持された一対のデフピニオン６２は自転せずに公転運動だけを行うので、左右の出力軸に連結された一対のサイドギヤ６３は同方向に同速度で回転する。自動車の進行方向を変更する際には、左右のサイドギヤ６３に回転差が生じ、一対のデフピニオン６２が自転運動を行うので、回転差を吸収してコーナリングをスムーズに行うことができる。

図２に示すように、本発明の実施形態では、入力主軸２０からの動力入力系統を、２つの系統に選択的に切り替えることができる。第１系統は、第１入力軸３０と第１ドライブピニオン３２とによって構成され、第２系統は、第２入力軸４０と第２ドライブピニオン４４とによって構成される。

図２は、第１系統と第２系統とを選択的に切り替えるための構造を例示的に示している。第１系統に関連した構成をまず説明する。入力主軸２０の先端には主軸円板部２１が形成され、第１入力軸３０の後端には第１円板部３１が形成されている。主軸円板部２１の一方表面と第１円板部３１とは対面して位置する。主軸円板部２１上には、クラッチ部材２２が軸方向に変位可能に設けられている。クラッチ部材２２が図において右方に移動すると、主軸円板部２１と第１円板部３１とが連結状態になり、両者は一体となって回転する。クラッチ部材２２が左方に移動すると、主軸円板部２１と第１円板部３１との連結が解かれ、入力主軸２０の動力が第１入力軸３０に伝わらなくなる。

次に、第２系統に関連した構成を説明する。入力主軸２０上に、中継歯車４２が回転自在に配置される。この中継歯車４２は、主軸円板部２１の他方表面と対面する第２円板部４３を有している。第２入力軸４０の後端には、中継歯車４２に噛み合う入力歯車４１が固定連結されている。クラッチ部材２２が図２において左方に移動すると、主軸円板部２１と第２円板部４３とが連結状態になり、入力主軸２０と中継歯車４２とは一体となって回転する。この中継歯車４２の回転は入力歯車４１を介して第２入力軸４０に伝達される。クラッチ部材２２が右方に移動すると、主軸円板部２１と第２円板部４３との連結が解かれ、入力主軸２０の動力が第２入力軸４０に伝わらなくなる。

リングギヤ５０には、第１ドライブピニオン３２と、第２ドライブピニオン４４とが噛み合っているが、運転時は、一方のドライブピニオンからの動力が伝達されるだけである。他方のドライブピニオンは、動力伝達をすることなく空回りの状態になる。

動力入力系統を第１系統及び第２系統に選択的に切り替えるようにしたことにより、設計の自由度を広げることが可能になる。具体的には、リングギヤ５０の回転軸心Ｃに対する第１入力軸３０のオフセット量Ａと、第２入力軸４０のオフセット量Ｂとを異ならせることができ、それに応じて第１ドライブピニオン３２の歯車諸元（ピッチ円直径、歯数等）と第２ドライブピニオン４４の歯車諸元とを異ならせることができる。例えば、第１ドライブピニオン３２を低トルク高速運転に適したオフセット量及び歯車諸元にし、第２ドライブピニオン４４を高トルク低速運転に適したオフセット量及び歯車諸元にすることが可能である。さらに、第２系統の動力の減速比に関しては、第２ドライブピニオン４４の歯車諸元の設計に加えて、中継歯車４２及び入力歯車４１の歯車諸元の設計によっても調整できるので、設計の自由度が大幅に拡大する。

図２に示した実施形態では、入力主軸２０と第２入力軸４０との間に、中継歯車４２及び入力歯車４１を介在させているので、第２入力軸４０と入力主軸２０との間隔、および第２入力軸４０と第１入力軸３０との間隔を比較的大きくすることができる。したがって、第２入力軸４０を、入力主軸２０の軸受部や第１入力軸３０の軸受部と干渉しない位置に配置することが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、動力伝達系統を２つの系統に選択的に切り替えるものであるので、減速比の切り替えが可能である。したがって、自動車の走行状況に応じて減速比を切り替えるようにすれば、走行性能を犠牲にすることなく、エンジン回転数等を低く抑えることができ、燃費を向上させることができる。

図４は、この発明の他の実施形態に係るハイポイド歯車装置を示している。この実施形態においても、ハイポイド歯車装置は、入力主軸１００と、入力主軸１００に選択的に連結される第１入力軸１０１および第２入力軸１０２と、第１入力軸１０１に連結された第１ドライブピニオン１０３と、第２入力軸１０２に連結された第２ドライブピニオン１０４と、第１ドライブピニオン１０３および第２ドライブピニオン１０４の両者に噛み合うように配置されたリングギヤ１０５とを備える。

図４に示した実施形態が図２の実施形態と異なっているのは、複数のクラッチ機構によって多段の減速をし得る構成となっている点である。この構成は、例えば、マニュアルトランスミッションに適したものである。マニュアルトランスミッションの場合、典型的には、オペレータの選択により駆動ギヤが選択され、入力主軸１００からカウンター主軸１１０にトルクが伝達される。さらにカウンター主軸１１０の後端から再び図において上方へ持ち上げられ第２入力軸１０２に回転が伝達される。本実施形態においては、リングギヤ１０５に回転を伝達するための入力軸として、第１入力軸１０１および第２入力軸１０２を配置することが可能となるので、変速段によってはカウンター主軸１１０の回転を再び上方へ持ち上げずともリングギヤ１０５への動力伝達が可能となる。よって、変速段数は変わらずに駆動ギヤ数を低減させコンパクトなトランスミッション設計が可能となる。

図４に示したハイポイド歯車装置は、第１クラッチ機構１２０、第２クラッチ機構１３０および第３クラッチ機構１４０を備えている。これらのクラッチ機構の動作と動力伝達経路について、以下に簡単に説明する。

第１クラッチ機構１２０のクラッチ部材を左へ動かすと、入力主軸１００の回転が第１歯車１１１および第２歯車１１２を介してカウンター主軸１１０に伝達される。他方、第１クラッチ機構１２０のクラッチ部材を右に動かすと、入力主軸１００の回転は第３歯車１１３および第４歯車１１４を介してカウンター主軸１１０に伝達される。

第２クラッチ機構１３０のクラッチ部材を右に動かすと、カウンター主軸１１０の回転が第１入力軸１０１に伝達される。他方、第２クラッチ機構１３０のクラッチ部材を左に動かすと、カウンター主軸１１０の回転が、第５歯車１１５を経由して第６歯車１１６に伝達される。さらに第３クラッチ機構１４０のクラッチ部材を右に動かすと、第６歯車１１６と第２入力軸１０２とが一体となって回転する。第３クラッチ機構１４０のクラッチ部材を左に動かすと、入力主軸１００の回転が直接第２入力軸１０２に伝達される。

図４に示した多段変速機構は一例であり、他の構成のものも採用し得ることは言うまでもない。

図面を参照して本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

本発明は、車の走行性能を損ねることなく、燃費を向上させることのできるハイポイド歯車装置として有利に利用され得る。

１ ドライブピニオン、２ リングギヤ、３ ボルト、４ デフケース、５ ピニオンシャフト、６ デフピニオン、７ サイドギヤ、８，９ 転がり軸受、１０ デフキャリア、２０ 入力主軸、２１ 主軸円板部、２２ クラッチ部材、３０ 第１入力軸、３１ 第１円板部、３２ 第１ドライブピニオン、４０ 第２入力軸、４１ 入力歯車、４２ 中継歯車、４３ 第２円板部、４４ 第２ドライブピニオン、５０ リングギヤ、６０ デフケース、６１ ピニオンシャフト、６２ デフピニオン、６３ サイドギヤ、１００ 入力主軸、１０１ 第１入力軸、１０２ 第２入力軸、１０３ 第１ドライブピニオン、１０４ 第２ドライブピニオン、１０５ リングギヤ、１１０ カウンター主軸、１１１ 第１歯車、１１２ 第２歯車、１１３ 第３歯車、１１４ 第４歯車、１１５ 第５歯車、１１６ 第６歯車、１２０ 第１クラッチ機構、１３０ 第２クラッチ機構、１４０ 第３クラッチ機構。

Claims (6)

1. 回転駆動される入力主軸と、
   前記入力主軸に選択的に連結される第１入力軸および第２入力軸と、
   前記第１入力軸に連結された第１ドライブピニオンと、
   前記第２入力軸に連結された第２ドライブピニオンと、
   前記第１ドライブピニオン及び前記第２ドライブピニオンの両者に噛み合うように配置されたリングギヤとを備える、ハイポイド歯車装置。
2. 前記第２ドライブピニオンは、前記第１ドライブピニオンの歯車諸元とは異なる歯車諸元を有している、請求項１に記載のハイポイド歯車装置。
3. 前記リングギヤの回転軸心に対する前記第１入力軸のオフセット量と前記第２入力軸のオフセット量とは、異なっている、請求項１または２に記載のハイポイド歯車装置。
4. 前記第２入力軸に固定された入力歯車と、
   前記入力歯車に噛み合うように配置された中継歯車と、
   前記入力主軸と、前記第１入力軸および前記中継歯車の内のいずれか一方とを選択的に連結するクラッチとをさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載のハイポイド歯車装置。
5. 前記リングギヤの回転は、差動歯車機構を介して車の左右の車輪に伝達される、請求項１〜４のいずれかに記載のハイポイド歯車装置。
6. 前記入力主軸の回転を前記第１入力軸および第２入力軸のいずれかに選択的に伝達することによって、減速比の切り替えを可能にした、請求項１〜５のいずれかに記載のハイポイド歯車装置。
   

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