JP6050852B2 - ディファレンシャルケース及び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ケース及びディファレンシャル装置に関し、特に、ギヤ反力によってディファレンシャルケースに生じる応力集中の緩和に有用な技術に関する。

従来、車両用のディファレンシャル装置においては、図３に示すように、差動ギヤを収容するディファレンシャルケース（以下、「デフケース」という）とリングギヤ（ファイナルドリブンギヤ）とをボルト締結する固定構造が一般的であった。
これに対し、近年では、車両に対する軽量化や低燃費化の要請に応える形で、ボルト締結に代えて溶接接合を用いた固定構造の採用が広がりつつある（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１０−９１０４６号公報 特開２０１１−１１７５４０号公報

しかしながら、デフケースとリングギヤとの固定構造を単純にボルト締結から溶接接合に代えた場合、以下の２つの要因から、デフケースのうちリングギヤと溶接されるフランジ部の付根Ｒ部に、過度な応力集中が生じるおそれがある。

まず、フランジ部にはリングギヤからのギヤ反力が作用するが、溶接接合の場合には、この荷重作用点がボルト締結のときよりも外径側に移動して、フランジ部の付根Ｒ部から荷重作用点までの腕の長さが図中のＬ１からＬ２に長くなる。そのため、ギヤ反力が作用したときに付根Ｒ部に加わるモーメント荷重が増加してしまう。
さらに、溶接時の熱収縮によるリングギヤのフランジ側への倒れを抑制するために、例えば図３に二点鎖線で示すように、フランジ部の厚さをボルト締結の場合に比べて十分に薄くする必要がある。そのため、ギヤ反力に対するフランジ部の強度が低下し、付根Ｒ部に生じる応力が増加してしまう。

これら２つの要因による付根Ｒ部の応力増加は、付根Ｒ部自体を大きくしたり、デフケースの材料を高強度材料に代えたりすることによって対応することはできる。しかし、付根Ｒ部を大きくすると重量増加やリングギヤの嵌合長が短くなる等のデメリットが大きく、また、高強度材料の採用はコストアップを招来してしまう。
そのため、これらの対策に依らずに、付根Ｒ部に生じる応力を好適に抑制することができる技術が望まれていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、リングギヤが溶接されるフランジ部の付根Ｒ部に生じる応力を好適に抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、内部に差動ギヤ機構が収容されるデフ室を備えるディファレンシャルケースであって、
前記デフ室の中心軸回りに当該ディファレンシャルケースが回転可能なように支持される２つの被支持部と、
前記２つの被支持部の間の部分に外径方向へ突設され、リングギヤが同心状に溶接される円環板状のフランジ部と、
を備え、
前記フランジ部は、軸方向の一方側に、前記リングギヤの歯面とは反対側の面が当接される座面と、当該座面に連なる付根Ｒ部とを有し、
前記フランジ部と前記一方側の前記被支持部との間の部分に、前記リングギヤからのギヤ反力によって前記付根Ｒ部に生じる応力を分散させるためのＲ部を有し、
前記フランジ部よりも前記軸方向の他方側に、ピニオンシャフトを軸支するための軸受孔を有することを特徴とする。
ここで、「外径方向」とは、デフ室の中心軸を中心とする径方向のうち外向きのものを意味し、「軸方向」とは、デフ室の中心軸に沿った方向を意味する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のディファレンシャルケースにおいて、
前記Ｒ部が、前記フランジ部から前記一方側の前記被支持部までの間の部分に、断続的に２つ設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のディファレンシャルケースにおいて、
前記Ｒ部が、前記中心軸回りの全周に亘って当該ディファレンシャルケースの外周面に形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のディファレンシャルケースにおいて、
前記２つの被支持部の間の部分であって前記フランジ部よりも軸方向の一方側に設けられ、前記リングギヤの内周面が前記軸方向の一方側から嵌合される外周面を有する嵌合部と、
前記嵌合部と前記一方側の前記被支持部との間の部分に設けられ、前記軸方向に沿った断面が、前記一方側に向かうに連れて内径側に位置しつつ外側へ凸状に湾曲した湾曲部と、
を有し、
前記座面は、外径側が前記リングギヤと溶接され、
前記付根Ｒ部は、前記座面と前記嵌合部の外周面とを繋ぐように設けられ、
前記Ｒ部は、凹状に形成されて、前記嵌合部の前記一方側の内径部と前記湾曲部とを繋ぐように設けられていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のディファレンシャルケースにおいて、
前記Ｒ部が、前記湾曲部の前記軸方向の両側に２つ設けられていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、ディファレンシャル装置であって、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のディファレンシャルケースと、
前記リングギヤと、
前記２つの被支持部を支持する２つの軸受と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ディファレンシャルケースのうち、リングギヤが溶接されるフランジ部と、リングギヤが当接される座面側である軸方向の一方側の被支持部との間の部分に、座面と連なる付根Ｒ部に生じる応力を分散させるためのＲ部が設けられている。
これにより、被支持部が支持（すなわち拘束）された状態でフランジ部に対し軸方向の他方側向きに作用するギヤ反力に起因して、フランジ部と軸方向の一方側の被支持部との間には応力が発生するところ、この応力が新たに設けたＲ部へ分散されることで、フランジ部の付根Ｒ部での応力集中が緩和される。
したがって、フランジ部の付根Ｒ部を大きくしたり高強度材料を用いたりする必要なく、当該付根Ｒ部に生じる応力を好適に抑制することができる。

実施形態におけるディファレンシャル装置の平面図である。 図１のII−II線でのディファレンシャル装置の断面図である。 従来のディファレンシャル装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態におけるディファレンシャル装置１の平面図であり、図２は、図１のII−II線でのディファレンシャル装置１の断面図である。
なお、本実施形態におけるディファレンシャル装置１は、後述の中心軸Ａｘを対称軸とする略回転対称形状であるため、図２では、中心軸Ａｘよりも片側の半部のみを図示している。

図１及び図２に示すように、ディファレンシャル装置１は、車両用の差動装置であり、鋳鉄製のディファレンシャルケース（以下、「デフケース」という）２を備えている。

デフケース２は、内部がデフ室２１ａとされた中空のケース本体部２１を有している。デフ室２１ａ内には、各一対のサイドギヤ及びピニオンギヤが噛合してなるベベルギヤ式の差動ギヤ機構（図示省略）が収容されるようになっている。

ケース本体部２１には、デフ室２１ａの中心を通る略水平な中心軸Ａｘに沿って、当該ケース本体部２１両側部の最内径部から延出した略円筒状の２つの延出部２２，２２が設けられている。各延出部２２は外周面が軸受５（円すいころ軸受）で支持されており、これにより、デフケース２は中心軸Ａｘ回りに回転可能となっている。各延出部２２は、その円筒内部がデフ室２１ａ内と連通しており、デフ室２１ａ内のサイドギヤと接続されるドライブシャフト（図示省略）が当該円筒内部に挿通されるようになっている。

ケース本体部２１のうち、中心軸Ａｘに沿った方向（以下、「軸方向」という）の中央には、２つの軸受孔２１ｂ，２１ｂ（図１，２では１つのみ図示）と、２つの潤滑油導入孔（図示省略）とが形成されている。
このうち、２つの軸受孔２１ｂ，２１ｂは、デフ室２１ａ内のピニオンギヤのシャフト（図示省略）を軸支するものであり、中心軸Ａｘと直交する方向に沿って形成され、ケース本体部２１の内部と外部を連通させている。
一方、２つの潤滑油導入孔は、外部からデフ室２１ａ内に潤滑油を導入するためのものであり、２つの軸受孔２１ｂ，２１ｂに沿った方向及び中心軸Ａｘのいずれとも直交する方向に沿って形成されている。

ケース本体部２１のうち、軸方向における中央よりも一方側（図１，２の右側；以下、「ギヤ側」という）の部分には、ファイナルドリブンギヤであるリングギヤ３が固定される円環板状のフランジ部２３と、リングギヤ３が嵌合される嵌合部２４とが設けられている。
このうち、フランジ部２３は、ケース本体部２１から外径方向（中心軸Ａｘを中心とする径方向のうち外向きのもの）へ張り出すように突設されており、そのギヤ側の面が、中心軸Ａｘと略直交するギヤ座面２３ａとなっている。このギヤ座面２３ａの内径側には、所定半径の付根Ｒ部２３ｂが連なっている。
一方、嵌合部２４は、フランジ部２３のギヤ側に、当該フランジ部２３のギヤ座面２３ａと連なって設けられている。より詳しくは、嵌合部２４は、中心軸Ａｘを中心とする円筒面状の外周面２４ａを有しており、この外周面２４ａが、フランジ部２３の付根Ｒ部２３ｂを介してギヤ座面２３ａと連なっている。
リングギヤ３は、歯面と反対側の部分がフランジ部２３と略同一の外径を有する段付部３１となっており、ケース本体部２１に対し、歯面をギヤ側に向けつつ内周面を嵌合部２４の外周面２４ａに嵌合させ、段付部３１の端面をギヤ座面２３ａに当接させた状態に配置されている。そして、互いに当接した段付部３１の端面とフランジ部２３のギヤ座面２３ａとが外周側から所定の溶接深さで全周に亘って溶接されることにより、リングギヤ３はデフケース２に同心状に固定されている。

また、ケース本体部２１のうち、フランジ部２３よりもギヤ側の外周面には、２つのＲ部２１ｒが形成されている。
このうちの第一Ｒ部２１ｒ１は、ケース本体部２１のうち嵌合部２４のギヤ側の付根部に、中心軸Ａｘ回りの全周に亘って形成されている。一方、もう一つの第二Ｒ部２１ｒ２は、ケース本体部２１のうち、第一Ｒ部２１ｒ１よりもギヤ側かつ内径側に位置する部分であって延出部２２との連結部に、中心軸Ａｘ回りの全周に亘って形成されている。つまり、これら２つのＲ部２１ｒは、デフケース２のうちフランジ部２３からギヤ側の延出部２２までの間の部分に、断続的に設けられている。

これら２つのＲ部２１ｒは、リングギヤ３からフランジ部２３に作用するギヤ反力によって付根Ｒ部２３ｂに生じる応力を分散させるためのものである。
デフケース２には、延出部２２が軸受５に拘束された状態で、軸方向のうちギヤ側とは反対側（以下、「ケース本体側」という）方向への荷重成分を含むギヤ反力が、フランジ部２３に作用する。そのため、このフランジ部２３の付根Ｒ部２３ｂには、ギヤ反力による応力集中が生じてしまう。
そこで、本実施形態のデフケース２では、フランジ部２３とギヤ側の延出部２２との間の部分が、通常であれば滑らかに形成されるところ、あえて２つのＲ部２１ｒを設けたものとなっている。これにより、２つのＲ部２１ｒにギヤ反力による応力をやや集中させて、より荷重作用点に近いフランジ部２３の付根Ｒ部２３ｂに生じる応力を分散させ、デフケース２の強度を超えるような過度な応力の発生を抑制している。

なお、このＲ部２１ｒは、フランジ部２３の付根Ｒ部２３ｂや自身を含むデフケース２の各部が強度的に許容範囲内に納まるのであれば、その数量・位置・大きさ等は特に限定されない。例えば、Ｒ部２１ｒが１つまたは３つ以上設けられていてもよいし、デフケース２（ケース本体部２１）の内周面に設けられていてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、デフケース２のうち、リングギヤ３が溶接されるフランジ部２３と、ギヤ座面２３ａ側であるギヤ側の延出部２２との間の部分に、フランジ部２３のギヤ座面２３ａと連なる付根Ｒ部２３ｂに生じる応力を分散させるためのＲ部２１ｒが設けられている。
これにより、延出部２２が軸受５に支持（すなわち拘束）された状態でフランジ部２３に対しケース本体部側向きに作用するギヤ反力に起因して、フランジ部２３とギヤ側の延出部２２との間には応力が発生するところ、この応力が新たに設けたＲ部２１ｒへ分散されることで、フランジ部２３の付根Ｒ部２３ｂでの応力集中が緩和される。
したがって、フランジ部２３の付根Ｒ部２３ｂを大きくしたり高強度材料を用いたりする必要なく、当該付根Ｒ部２３ｂに生じる応力を好適に抑制することができる。

また、Ｒ部２１ｒが、フランジ部２３からギヤ側の延出部２２までの間の部分に、断続的に２つ設けられているので、フランジ部２３とギヤ側の延出部２２との間に発生する応力を、当該２つのＲ部２１ｒへ分散させることができる。
したがって、フランジ部２３の付根Ｒ部２３ｂに生じる応力をさらに好適に抑制することができる。

なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ ディファレンシャル装置
２ ディファレンシャルケース
２１ ケース本体部
２１ａ デフ室
２１ｒ Ｒ部
２１ｒ１ 第一Ｒ部
２１ｒ２ 第二Ｒ部
２２ 延出部（被支持部）
２３ フランジ部
２３ａ ギヤ座面
２３ｂ 付根Ｒ部
２４ 嵌合部
２４ａ 外周面
３ リングギヤ
５ 軸受
Ａｘ 中心軸

Claims (6)

1. 内部に差動ギヤ機構が収容されるデフ室を備えるディファレンシャルケースであって、
   前記デフ室の中心軸回りに当該ディファレンシャルケースが回転可能なように支持される２つの被支持部と、
   前記２つの被支持部の間の部分に外径方向へ突設され、リングギヤが同心状に溶接される円環板状のフランジ部と、
   を備え、
   前記フランジ部は、軸方向の一方側に、前記リングギヤの歯面とは反対側の面が当接される座面と、当該座面に連なる付根Ｒ部とを有し、
   前記フランジ部と前記一方側の前記被支持部との間の部分に、前記リングギヤからのギヤ反力によって前記付根Ｒ部に生じる応力を分散させるためのＲ部を有し、
   前記フランジ部よりも前記軸方向の他方側に、ピニオンシャフトを軸支するための軸受孔を有することを特徴とするディファレンシャルケース。
2. 前記Ｒ部が、前記フランジ部から前記一方側の前記被支持部までの間の部分に、断続的に２つ設けられていることを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャルケース。
3. 前記Ｒ部が、前記中心軸回りの全周に亘って当該ディファレンシャルケースの外周面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のディファレンシャルケース。
4. 前記２つの被支持部の間の部分であって前記フランジ部よりも軸方向の一方側に設けられ、前記リングギヤの内周面が前記軸方向の一方側から嵌合される外周面を有する嵌合部と、
   前記嵌合部と前記一方側の前記被支持部との間の部分に設けられ、前記軸方向に沿った断面が、前記一方側に向かうに連れて内径側に位置しつつ外側へ凸状に湾曲した湾曲部と、
   を有し、
   前記座面は、外径側が前記リングギヤと溶接され、
   前記付根Ｒ部は、前記座面と前記嵌合部の外周面とを繋ぐように設けられ、
   前記Ｒ部は、凹状に形成されて、前記嵌合部の前記一方側の内径部と前記湾曲部とを繋ぐように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のディファレンシャルケース。
5. 前記Ｒ部が、前記湾曲部の前記軸方向の両側に２つ設けられていることを特徴とする請求項４に記載のディファレンシャルケース。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のディファレンシャルケースと、
   前記リングギヤと、
   前記２つの被支持部を支持する２つの軸受と、
   を備えることを特徴とするディファレンシャル装置。

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