JP6097759B2 - 減速機構 - Google Patents

Description

本発明は、減速機構に係り、特に、動力駆動伝達経路上に好適に用いられる減速機構に関する。

最近の自動車事情から、環境対応の対策として、高効率化（低燃費性）を進めている一方で、乗車時の商品性（搭乗スペースの拡大による居住性及び快適性）を図る傾向がある。よって、車両の駆動力であるパワートレインの軽量化及びコンパクト化が必須条件となっている。

ところで、四輪駆動用の駆動力配分装置に減速機構を用いる場合は、遊星歯車機構が採用されている。この一例としては、例えば遊星歯車機構を有するトランスファ装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

実用新案登録第２６０４８９１号公報

この種のトランスファ装置の遊星歯車機構は、二対の大小歯車に内歯車（インターナルギヤ）を噛み合せることで減速を行う。この遊星歯車機構は、減速機構として、軸方向スペースに有利な構造であるが、径方向はスペース的に不利となる。つまり、減速比を増すほど、インターナルギヤの歯数が増加することになり、インターナルギヤの径寸法が増大する。その結果、重量化するばかりでなく、大型化する傾向が顕著となる。

このことは、車両のセンターフロアに突出する室内突起が大きくなり、搭乗スペースを減少させるので、車両の商品性を落とすということに繋がる。

従って、本発明の目的は、軽量化とコンパクト化とを図った減速機構を提供することにある。

［１］本発明は、第１サンギヤ、及び前記第１サンギヤに噛み合う第１ピニオンギヤを構成する第１歯車機構と、第２サンギヤ、及び前記第２サンギヤに噛み合う第２ピニオンギヤを構成する第２歯車機構と、前記第１及び第２ピニオンギヤのそれぞれを回転自在に支持するとともに、前記第１サンギヤ及び前記第２サンギヤに回転動力を入出力可能なプラネタリキャリアと、により減速比を分担させる構成を備え、前記第１サンギヤは、前記プラネタリキャリアに対して離間した状態で、前記第１歯車機構及び前記第２歯車機構を収容するケーシングに固定され、前記第２サンギヤは、前記プラネタリキャリアに相対回転可能に固定されてなり、前記第１歯車機構と前記第２歯車機構とを空転させる構成を有してなることを特徴とする減速機構にある。

［２］上記［１］記載の発明にあって、前記プラネタリキャリアは、ピニオンシャフトを介して前記第１ピニオンギヤ及び前記第２ピニオンギヤを回転自在に支持するピニオン支持部を有してなることを特徴とする。

［３］上記［２］記載の発明にあって、前記ピニオン支持部は、軸受を介して前記ピニオンシャフトを支持してなることを特徴とする。

［４］上記［２］又は［３］記載の発明にあって、前記第１ピニオンギヤ又は前記第２ピニオンギヤの一方は、前記ピニオンシャフトの一端に一体に形成され、前記第２ピニオンギヤ又は前記第１ピニオンギヤの他方は、前記ピニオンシャフトの他端にスプライン結合されてなることを特徴とする。

［５］上記［１］記載の発明にあって、高速段又は低速段に切替えを行う変速機構が、前記第２歯車機構に連結可能に設けられてなることを特徴とする。

［６］上記［１］記載の発明にあって、前記ケーシングの前記第１サンギヤと対向する壁面には、前記第１サンギヤに供給されるオイルを溜めるオイル溜部が設けられてなることを特徴とする。

［７］上記［２］〜［４］のいずれかに記載の発明にあって、前記ピニオン支持部には、前記ピニオンシャフトにオイルを導く油孔が形成されてなることを特徴とする。

本発明によれば、減速機構の軽量化とコンパクト化とを達成することができる。

本発明の代表的な実施の形態に係る減速機構を有するトランスファを説明するための要部断面模式図である。 二輪高速駆動状態における減速機構の動作をスケルトンで示す説明図である。 四輪高速駆動状態における減速機構の動作を説明するためのスケルトン図である。 四輪低速駆動状態における減速機構の動作を説明するためのスケルトン図である。 実施の形態に係る減速機構のオイル潤滑経路を説明するための要部断面模式図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

（トランスファの全体構成）
図１において、全体を示す符号１は、この実施の形態に係る典型的な四輪駆動車用トランスファの要部を概略的に示している。図示例によるトランスファ１は、例えばＦＲ（フロントエンジン、リヤドライブ）方式をベースにした四輪駆動車に適用されるものである。

このトランスファ１は、図１に示すように、構成部品を収容するケーシング２を有する。このケーシング２の前側部位には、図示しないエンジンからの回転動力を入力する入力軸３がシール付きボールベアリング４を介して回転自在に支持されている。このシール付きボールベアリング４と、入力軸３の外周面と、ケーシング２とにより形成される環状の空間には、オイルシール５が配置されている。

この入力軸３には、図１及び図２に示すように、ケーシング２内に同軸的に配置された主出力軸である後輪出力軸６が直結されている。この後輪出力軸６は、ベアリング７，８を介して入力軸３の内部に相対回転自在に支持されている。この後輪出力軸６と平行な部位には、後輪出力軸６に対する副出力軸となる図示しない前輪出力軸が設けられている。

この後輪出力軸６には、図２に示すように、ベアリング１３を介して駆動スプロケット９が同軸的に設けられている。一方の前輪出力軸の同軸上には、駆動スプロケット９に対する図示しない従動スプロケットが設けられている。この駆動スプロケット９と従動スプロケットとには、図示を省略した環状の前輪駆動用チェーンが掛け回されている。

この入力軸３には、図１及び図２に示すように、入力軸３から入力された回転動力を減速して後輪出力軸６に出力する減速機構２０が同軸的に配置されている。入力軸３にスプライン結合されたロックギヤ１０と、後輪出力軸６に一体に形成されたハブ１１とには、減速機構２０において高速段Ｈ又は低速段Ｌの走行変速切替えを行うＨ−Ｌ切替え用のスリーブ１２が変速機構としてスライド移動可能に配置されている。なお、図１において、スリーブ１２は、四輪高速駆動状態を示しており、図２においては、スリーブ１２は、二輪高速駆動状態を示している。

この後輪出力軸６のハブ１１と駆動スプロケット９のハブ９ａとには、図２に示すように、減速機構２０から入力する駆動力を２輪駆動（以下、「２ＷＤ」という。）又は４輪駆動（以下、「４ＷＤ」という。）に切替える２ＷＤ−４ＷＤ切替え用のスリーブ１４がスライド移動可能に設けられている。なお、図２において、スリーブ１４は、二輪高速駆動状態を示している。

（減速機構の構成）
この実施の形態において最も基本的な構成は、減速機構２０にある。この減速機構２０は、図１及び図２に示すように、ピニオンギヤに噛み合うリングギヤを有しないダブルサンギヤ構造である遊星歯車機構２１により構成されている。この遊星歯車機構２１は、第１歯車機構２１ａと第２歯車機構２１ｂとを同一軸線上に備えており、この第１歯車機構２１ａと第２歯車機構２１ｂとにより減速比を分担することで、減速機構２０の減速比が確保されるようになっている。

この第１歯車機構２１ａは、図１及び図２に示すように、第１サンギヤ２２と、第１サンギヤ２２に噛み合う第１ピニオンギヤ２４との二つの回転要素を構成する。一方の第２歯車機構２１ｂは、第２サンギヤ２３と、第２サンギヤ２３に噛み合う第２ピニオンギヤ２５との二つの回転要素を構成する。第１歯車機構２１ａと第２歯車機構２１ｂとには、第１サンギヤ２２及び第２サンギヤ２３に回転動力を入出力可能な共通のプラネタリキャリア２６が入力軸３と同軸的に一体に形成されている。

このプラネタリキャリア２６の外周面には、図１及び図２に示すように、円盤状のピニオン支持部２６ａが突出して形成されている。このピニオン支持部２６ａには、複数の軸孔２６ｂ，…，２６ｂが同一の位相差をもって貫通して形成されている。この軸孔２６ｂのそれぞれには、ベアリング２７を介してピニオンシャフト２５ａが回転自在に支持されている。

このピニオンシャフト２５ａの一端には、図１及び図２に示すように、第１ピニオンギヤ２４がスプライン結合されている。このピニオンシャフト２５ａの他端には、第２ピニオンギヤ２５が一体に形成されている。この第１ピニオンギヤ２４及び第２ピニオンギヤ２５のそれぞれは、プラネタリキャリア２６に自転自在及び公転自在に支持されている。

この第１サンギヤ２２には、図１及び図２に示すように、ケーシング２に向けて延びる固定部材である腕部２２ａが設けられている。この腕部２２ａは、ケーシング２の壁面にボルト１５により締付固定されている。この腕部２２ａにより、第１サンギヤ２２とプラネタリキャリア２６とは、互いに離間した状態で配置されている。一方の第２サンギヤ２３は、プラネタリキャリア２６にニードルベアリング２８を介して相対回転自在に支持されている。

このプラネタリキャリア２６の回転動力は、図１における実線の矢印で示すように、第１ピニオンギヤ２４を介して第１サンギヤ２２に入力される。この第１サンギヤ２２は、ケーシング２に固定されているので、第１サンギヤ２２から入力された回転動力は、第２ピニオンギヤ２５を介して第２サンギヤ２３から後輪出力軸６に出力されるようになっている。

（２ＷＤＨ状態における減速機構の動作）
二輪高速駆動（以下、「２ＷＤＨ」という。）状態で車両走行する際には、図２に示すように、２ＷＤ−４ＷＤ切替え用のスリーブ１４は、駆動スプロケット９のハブ９ａと後輪出力軸６のハブ１１とを連結しない。一方、Ｈ−Ｌ切替え用のスリーブ１２は、入力軸３のロックギヤ１０及び後輪出力軸６のハブ１１に噛み合っており、この後輪出力軸６と、入力軸３に一体に形成されたプラネタリキャリア２６とを連結する。

このスリーブ１２は、図２に示すように、第２サンギヤ２３から脱しているため、プラネタリキャリア２６の回転動力は、ニードルベアリング２８を介して遊星歯車機構２１を空転させる。この遊星歯車機構２１の出力回転は、後輪出力軸６に伝達されない。

よって、２ＷＤＨ状態では、入力軸３からプラネタリキャリア２６に入力した回転動力は、図２に示すように、ロックギヤ１０、スリーブ１２、及びハブ１１を介して後輪出力軸６に出力する。

（４ＷＤＨ状態における減速機構の動作）
四輪高速駆動（以下、「４ＷＤＨ」という。）状態で車両走行する際には、図３に示すように、２ＷＤ−４ＷＤ切替え用のスリーブ１４は、駆動スプロケット９のハブ９ａと後輪出力軸６のハブ１１とに噛み合っており、駆動スプロケット９と後輪出力軸６とを連結する。

一方、Ｈ−Ｌ切替え用のスリーブ１２は、図３に示すように、上記２ＷＤＨ状態と同様に、入力軸３のロックギヤ１０と後輪出力軸６のハブ１１とに噛み合ったままの状態にあり、後輪出力軸６には、遊星歯車機構２１からの回転動力が伝達されない。

よって、４ＷＤＨ状態では、入力軸３からプラネタリキャリア２６に入力した回転動力は、図３に示すように、ロックギヤ１０、スリーブ１２、及びハブ１１を介して後輪出力軸６に出力するとともに、ハブ１１、スリーブ１４、ハブ９ａ、駆動スプロケット９、前輪駆動用チェーン、及び従動スプロケットを介して前輪出力軸に出力する。

（４ＷＤＬ状態における減速機構の動作）
四輪低速駆動（以下、「４ＷＤＬ」という。）状態で車両走行する際には、図４に示すように、２ＷＤ−４ＷＤ切替え用のスリーブ１４は、上記４ＷＤＨ状態と同様に、駆動スプロケット９と後輪出力軸６とを連結したままの状態にある。一方、Ｈ−Ｌ切替え用のスリーブ１２は、入力軸３のロックギヤ１０から脱することで、第２サンギヤ２３と後輪出力軸６のハブ１１とを連結する。

そのため、入力軸３からプラネタリキャリア２６に入力した回転動力は、図１の実線の矢印で示すように、ピニオンシャフト２５ａ及び第１ピニオンギヤ２４を介して第１サンギヤ２２に伝達される。この第１サンギヤ２２は、ケーシング２に固定されているので、第１サンギヤ２２からの回転動力は、ピニオンシャフト２５ａ及び第２ピニオンギヤ２５を介して第２サンギヤ２３に伝達される。

この第２サンギヤ２３から出力された回転動力は、図４に示すように、スリーブ１２により第２サンギヤ２３と後輪出力軸６のハブ１１とが連結されるため、スリーブ１２及びハブ１１を介して後輪出力軸６には、遊星歯車機構２１からの低速回転駆動力が伝達されるとともに、ハブ１１、スリーブ１４、ハブ９ａ、駆動スプロケット９、前輪駆動用チェーン、及び従動スプロケットを介して前輪出力軸に伝達される。

上記のように構成された減速機構２０によると、第１ピニオンギヤ２４の歯数をＺＣとし、第１サンギヤ２２の歯数をＺＤとし、第２サンギヤ２３の歯数をＺＡとし、第２ピニオンギヤ２５の歯数をＺＢとしたとき、減速機構２０のギヤ比ｉＯは、次式（１）で示される。後輪出力軸６の回転数を減速機構２０の出力回転数ωＡとし、入力軸３の回転数を減速機構２０の入力回転数ωＳとしたとき、出力回転数ωＡは、入力回転数ωＳに対して次式（２）の関係で減速される。

ｉＯ＝（ＺＢ／ＺＡ）×（ＺＤ／ＺＣ）…（１）
ωＡ＝（１−ｉＯ）×ωＳ …（２）

よって、減速機構２０のＬｏｗギヤ比ｉＬは、次式（３）に基づいて算出される。
ｉＬ＝１／（１−ｉＯ） …（３）

上記式（１）〜（３）から明らかなように、第１ピニオンギヤ２４の歯数ＺＣ、第１サンギヤ２２の歯数ＺＤ、第２サンギヤ２３の歯数ＺＡ、及び第２ピニオンギヤ２５の歯数ＺＢを適宜に選択することで、減速機構２０のＬｏｗギヤ比ｉＬを所要の値に設定することができる。

このＬｏｗギヤ比ｉＬは、特に限定するものではないが、例えば約２．７１７程度に設定される。これにより、４ＷＤＬ状態で車両走行する際に、後輪出力軸６の回転動力は、約２．７１７程度のＬｏｗギヤ比ｉＬに相応する値に減速される。この減速された回転動力が後輪出力軸６の駆動力となる。

（オイル潤滑経路の構成）
このケーシング２の壁面と第１サンギヤ２２の腕部２２ａとの間には、図５に示すように、オイルを貯留するオイル溜部１６を形成することができる。この腕部２２ａ、ケーシング２の壁面、シール付きボールベアリング４、及び入力軸３により形成される環状の空間１７は、誘導路１６ａを介してオイル溜部１６に連通する第１のオイル潤滑経路として形成されている。

このオイル溜部１６は、図５に示すように、ケーシング２の内面上部に設けられたオイルガータ２ａの下流側に配置されており、例えば減速機構２０の回転により発生する遠心力で、オイルガータ２ａへ掻き上げられたオイルがオイル溜部１６内に貯留されるように構成されている。

このオイル溜部１６に貯留されたオイルは、図５における破線の矢印で示すように、誘導路１６ａから空間１７を経て、第１サンギヤ２２、第１ピニオンギヤ２４、及びプラネタリキャリア２６の間に形成された油溝１７ａに供給される。ケーシング２の壁面に固定された第１サンギヤ２２をオイル潤滑経路として構成することができるため、遠心力の影響を受けることなく、格別な部品を設ける必要はない。

なお、シール付きボールベアリング４に代えて、オープン構造のボールベアリングを用いることで、オイル潤滑経路を形成することも可能であり、オイル溜部１６に貯留されたオイルをオイルシール５に供給することができる。

このプラネタリキャリア２６のピニオン支持部２６ａには、図示しない油圧ポンプから供給されるオイルをベアリング２７に導くことが可能な油孔２６ｃを第２のオイル潤滑経路として形成することができる。この油孔２６ｃは、後輪出力軸６に形成された油路６ａ及び油孔６ｂを介して、後輪出力軸６の外周面とプラネタリキャリア２６との間に形成された油溝６ｃに連通している。

この油路６ａ、油孔６ｂ、及び油溝６ｃを通って油孔２６ｃに供給されたオイルは、図５の一点鎖線の矢印で示すように、ベアリング２７に供給される。このベアリング２７に供給されたオイルは、第２ピニオンギヤ２５と、第２サンギヤ２３と、プラネタリキャリア２６とにより形成された油溝６ｄに供給される。

（実施の形態の効果）
以上のように構成された減速機構２０によれば、上記効果に加えて、次の効果が得られる。

（１）遊星歯車機構２１のインターナルギヤ（リングギヤ）を廃止した構成となっているので、減速機構２０全体の外径の縮小化が可能となる。それに相まって、減速機構２０の重量を軽量化することができる。
（２）減速機構２０全体の外径を小さくすることが可能であることから、シフトチェンジの際にドライバーに操作されるシフトレバーと連動するストライキングロッドなどの他の部品との干渉を防止することができる。
（３）共通のプラネタリキャリア２６に対して、互いに同一軸線上に配置された第１歯車機構２１ａと第２歯車機構２１ｂとによって減速比を分担させることが可能であり、減速機構２０全体の外径を増大させることなく、所要の減速比を確保することができる。

［変形例］
以上より、本発明における減速機構２０の代表的な構成例を実施の形態、及び図示例を挙げて説明したが、上記実施の形態、及び図示例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。本発明の技術思想の範囲内において種々の構成が可能であり、次に示すような変形例も可能である。

上記実施の形態及び図示例にあっては、減速機構２０の回転により発生する遠心力で掻き上げられたオイルを収集するオイルガータ２ａを設けた構成を例示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、オイルガータ２ａに代えて、第１サンギヤ２２の腕部２２ａ自体にオイルを収集する構成を形成することを可能としている。

その構成例としては、例えば第１サンギヤ２２の腕部２２ａを蓋形状に形成するとともに、その腕部２２ａの外面にオイル供給孔と、そのオイル供給孔の開口周縁部から外側に向けて突出した凹状のオイル導入リブとを形成することができる。かかる構成により、減速機構２０の回転により跳ね上げられたオイルをオイル導入リブ内に収集し、収集されたオイルをオイル供給孔からオイル溜部１６へ導くことが可能となる。

上記実施の形態及び図示例では、ピニオンシャフト２５ａの一端に第１ピニオンギヤ２４をスプライン結合し、ピニオンシャフト２５ａの他端に第２ピニオンギヤ２５を一体に形成した構成例を説明したが、これとは逆に、ピニオンシャフト２５ａの一端に第１ピニオンギヤ２４を一体に形成し、ピニオンシャフト２５ａの他端に第２ピニオンギヤ２５をスプライン結合した構成であってもよく、ピニオンシャフト２５ａの両端に第１ピニオンギヤ２４及び第２ピニオンギヤ２５のそれぞれをスプライン結合した構成であっても構わない。

上記実施の形態及び図示例では、ＦＲタイプの四輪駆動車用トランスファについて説明したが、本発明は、これに限定されるものではないことは勿論であり、例えばセンターデフを備えたＦＲタイプの四輪駆動車用トランスファやＦＦタイプの四輪駆動車用トランスファなどに効果的に使用することができる。

上記実施の形態及び図示例では、トランスファに本発明の減速機構を適用した場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではないことは勿論であり、例えばデファレンシャルなどの各種の動力駆動伝達経路上に本発明の減速機構２０を効果的に使用することができる。

なお、例えば入力側と出力側との間でトルクを伝達する各種の装置に使用することができることは勿論であり、例えば農業機械、建設土木機械、運搬機械等の作業用車両、不整地用四輪走行車（ＡＴＶ）、鉄道等の各種の車両、各種の産業機械や工作機械等にも適用可能であり、本発明の初期の目的を十分に達成することができる。

以上の説明からも明らかなように、上記実施の形態、変形例及び図示例の中で説明した特徴の組合せの全てが本発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきであり、本発明の技術思想の範囲内において種々の構成が可能であることは勿論である。

１…トランスファ、２…ケーシング、２ａ…オイルガータ、３…入力軸、４…シール付きボールベアリング、５…オイルシール、６…後輪出力軸、６ａ…油路、６ｂ，２６ｃ…油孔、６ｃ，６ｄ，１７ａ…油溝、７，８，１３，２７…ベアリング、９…駆動スプロケット、９ａ，１１…ハブ、１０…ロックギヤ、１２，１４…スリーブ、１５…ボルト、１６…オイル溜部、１６ａ…誘導路、１７…空間、２０…減速機構、２１…遊星歯車機構、２１ａ…第１歯車機構、２１ｂ…第２歯車機構、２２…第１サンギヤ、２２ａ…腕部、２３…第２サンギヤ、２４…第１ピニオンギヤ、２５…第２ピニオンギヤ、２５ａ…ピニオンシャフト、２６…プラネタリキャリア、２６ａ…ピニオン支持部、２６ｂ…軸孔、２８…ニードルベアリング

Claims (7)

1. 第１サンギヤ、及び前記第１サンギヤに噛み合う第１ピニオンギヤを構成する第１歯車機構と、
   第２サンギヤ、及び前記第２サンギヤに噛み合う第２ピニオンギヤを構成する第２歯車機構と、
   前記第１及び第２ピニオンギヤのそれぞれを回転自在に支持するとともに、前記第１サンギヤ及び前記第２サンギヤに回転動力を入出力可能なプラネタリキャリアと、
   により減速比を分担させる構成を備え、
   前記第１サンギヤは、前記プラネタリキャリアに対して離間した状態で、前記第１歯車機構及び前記第２歯車機構を収容するケーシングに固定され、前記第２サンギヤは、前記プラネタリキャリアに相対回転可能に固定されてなり、前記第１歯車機構と前記第２歯車機構とを空転させる構成を有してなることを特徴とする減速機構。
2. 前記プラネタリキャリアは、ピニオンシャフトを介して前記第１ピニオンギヤ及び前記第２ピニオンギヤを回転自在に支持するピニオン支持部を有してなることを特徴とする請求項１記載の減速機構。
3. 前記ピニオン支持部は、軸受を介して前記ピニオンシャフトを支持してなることを特徴とする請求項２記載の減速機構。
4. 前記第１ピニオンギヤ又は前記第２ピニオンギヤの一方は、前記ピニオンシャフトの一端に一体に形成され、前記第２ピニオンギヤ又は前記第１ピニオンギヤの他方は、前記ピニオンシャフトの他端にスプライン結合されてなることを特徴とする請求項２又は３記載の減速機構。
5. 高速段又は低速段に切替えを行う変速機構が、前記第２歯車機構に連結可能に設けられてなることを特徴とする請求項１記載の減速機構。
6. 前記ケーシングの前記第１サンギヤと対向する壁面には、前記第１サンギヤに供給されるオイルを溜めるオイル溜部が設けられてなることを特徴とする請求項１記載の減速機構。
7. 前記ピニオン支持部には、前記ピニオンシャフトにオイルを導く油孔が形成されてなることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の減速機構。

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