JP6209676B2 - 自動車用パワートランスファユニット - Google Patents

Description

本発明は、自動車における動力伝達装置に関し、特に四輪駆動車において一方の車軸から他方の車軸へトルクを分配するための自動車用パワートランスファユニットに関する。

例えば前輪駆動の自動車では、車体の前方に据えられたエンジンがトルクを発生し、これをデファレンシャルが受けて左右の前輪に配分する。四輪駆動車の場合には、通常、デファレンシャルを含むトランスミッションと組み合わせて、トルクの一部を取り出して後輪へ伝達するパワートランスファユニット（ＰＴＵ）が利用される。

ＰＴＵは、トランスミッションの出力軸からプロペラシャフトへ、軸方向を変換し、また両軸間のオフセットを吸収しなければならない。両軸の位置は予め定められているので、その設計には厳しい制約がある。さらに、ＰＴＵは、エンジンやトランスミッションのごとき他の装置の隙間を利用して設置せねばならないことも、その設計を制約する条件である。

特許文献１は、関連する技術を開示する。

日本国特許公開２００８−２０８９４７号

上述の設計的制約のために、ＰＴＵ内の各シャフト、特に入力シャフトは、しばしばその長さ方向に長くならざるを得ない。そのような長いシャフトを偏心運動ないし歳差運動なしに支持することは、しばしば難しい。偏心運動ないし歳差運動は、問題のシャフトと組み合わされる他の部材に悪影響を与え、あるいは例えばオイルシールに負担を与え、また甚だしい場合には装置の振動の原因になりうる。

本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであって、その一の局面によれば、自動車のトランスミッションからトルクを取り出すパワートランスファユニットは、前記トランスミッションと結合する結合部を有する第１の側と、前記第１の側に対向する第２の側と、を有するケーシングと、前記ケーシングの前記第１の側に着座した第１のベアリングと、前記ケーシングの前記第２の側に着座した第２のベアリングと、により回転可能に支持されて前記結合部から前記第２の側へ前記ケーシングを貫通し、前記トランスミッションと結合して前記トルクを受容する第１のシャフトと、前記ケーシングの前記第１の側に着座した第３のベアリングと、前記ケーシングの前記第２の側に着座した第４のベアリングと、により回転可能に支持され、前記第１のシャフトとギア結合して前記第１のシャフトと平行に回転する第２のシャフトであって、ベベルギアを備えた第２のシャフトと、前記ケーシングに回転可能に支持され、前記第１のシャフトおよび前記第２のシャフトと異なる方向に延びる第３のシャフトであって、前記ベベルギアと噛み合うピニオンギアを備えた第１の側と、前記ケーシングの外に引き出された第２の側と、を備えた第３のシャフトと、を備え、前記第１のベアリングは前記ベベルギアおよび前記ピニオンギアよりも前記第１のシャフトの軸方向に前記結合部に近接して配置されている。

図１は、本発明の一実施形態によるパワートランスファユニットの、各シャフトの軸を通る断面より取られた断面平面図である。 図２は、トランスミッションとは反対の側から見た前記パワートランスファユニットの側面図である。 図３は、トランスミッションの側から見た前記パワートランスファユニットの側面図である。

図１ないし３を参照して以下に本発明の幾つかの例示的な実施形態を説明する。

明細書および添付の請求の範囲を通じ、第１及び第２のシャフトが走る方向を幅方向と、これに直交する方向を縦方向と定義する。またケーシング１１を平面視したときに、幅方向において一方の極にあるケーシング１１の一連の壁部分を第１の側と定義し、他方の極にある一連の壁部分を第２の側と定義する。

なお、左右あるいは上下の関係は一例に過ぎず、左右を入れ替え、あるいは上下を入れ替えて実施することは、もちろん可能である。

図１を参照するに、本実施形態によるパワートランスファユニット（ＰＴＵ）１は、自動車のトランスミッションからトルクを部分的に取り出し、トランスミッションのシャフトとは異なる方向に向けられたプロペラシャフトに伝える用途に利用しうる。

ＰＴＵ１は、概ねその全体を収容するケーシング１１を備え、第１の側において結合部１３が左方に突出し、トランスミッションはかかる結合部１３に結合し、さらに図３に示す結合フランジ１４により固定される。プロペラシャフトは、ケーシング１１から下方に引き出されたシャフト７に結合する。

ＰＴＵ１は、第１のシャフト３、第２のシャフト５、第３のシャフト７、これらの間を駆動的に結合するギア３７，５５，５７，７３、およびこれらを支持するベアリング３３，３５，５１，５３，７１を備え、これらは何れもケーシング１１に収納されている。第１のシャフト３がトランスミッションと結合してトルクを受容し、これにギア結合して平行に回転する第２のシャフト５がトルクを媒介し、ベベルギア５７とピニオンギア７３により回転方向を変換して、第３のシャフト７からトルクをプロペラシャフトに出力する。

図２，３を参照するに、これらのシャフト３，５，７は同一平面内になく、高さ方向に相互にオフセットされている。これらのオフセットの和によって、トランスミッションとプロペラシャフトとの間の比較的に大きなオフセットを吸収する。逆に、３つのシャフトによらなければ大きなオフセットは吸収し難い。

図１に戻って参照するに、ケーシング１１は、好ましくは、第１の側を含む第１の部分１１ａと、第２の側を含む第２の部分１１ｂとに分割されるべく構成される。第１の部分１１ａおよび第２の部分１１ｂは、それぞれさらに分割可能であってもよいが、好ましくはそれぞれは一体に成形される。それぞれ一体であることは組み上げを容易にする点から有利であり、また強度や剛性の点からも有利である。

ケーシング１１は、第１の側の結合部１３に開口した開口１５と、第２の側に開口した開口１７とを備え、第１のシャフト３は開口１５から開口１７へケーシング１１を貫通している。第１のシャフト３は開口１５から突出した端においてスプライン３１等の結合手段を備え、以ってトランスミッションと駆動的に結合する。

第１のシャフト３はその長手方向に中空であってもよい。トランスミッションは出力のためのデファレンシャル装置を内蔵しており、その一方の出力軸９は、第１のシャフト３を貫通して右方に引き出される。出力軸９は、例えばアクスルに連結される。

第１のシャフト３は、少なくとも一対のベアリング３３，３５に回転可能に支持される。これらのベアリングには例えばボールベアリングが適用できるが、もちろん他の形式のベアリングも適用できる。

第１のベアリング３３を着座させるべく、ケーシング１１の第１の部分１１ａは、その内面であって第１の側に、第１のレース２１を備える。第１のレース２１は第１のベアリング３３の全周と嵌合する。第２のベアリング３５を着座させるべく、ケーシング１１の第２の部分１１ｂは、その内面であって第２の側に、第２のレース２７を備える。第２のレース２７も第２のベアリング３５の全周と嵌合する。

開口１３の入口付近であってその内面と第１のシャフト３との間に、オイルシール８１が介在する。オイルシール８１は、オイルを内部に封ずるだけでなく、外部からのオイルの流入をも防止するように構成され、以ってオイルの漏洩や混合を防ぐ。同様に開口１５の入口付近であってその内面と第１のシャフト３との間に、オイルシール８３が介在する。上述の説明より理解される通り、第１のレース２１とオイルシール８１とは必然的に近接し、第２のレース２７とオイルシール８３とは必然的に近接する。

第１のシャフト３は、第２のシャフト５とギア結合するべく、第１のギア３７を備える。第１のギア３７は、可能ならば第１のシャフト３と一体でもよく、図示のごとく別体でもよい。別体の場合、第１のシャフト３に対する結合にはスプライン結合を採用することができるが、溶接やその他の手段によってもよい。また第１のギア３７の位置決めのために、第１のシャフト３は段差３９を有してもよい。第１のギア３７の側面が段差３９に当接することにより、位置決めされる。またかかる部分を溶接その他に利用してもよい。

第２のシャフト５は、第１のシャフト３と平行に走り、通常、その全体がケーシング１１に収容される。第２のシャフト５も、少なくとも一対のベアリング５１，５３に回転可能に支持される。ベベルギア５７からのスラスト反力を負担するべく、これらのベアリングには例えばテーパローラベアリングが適用できるが、他の形式のベアリングも適用できる。

第３のベアリング５１を着座させるべく、ケーシング１１の第１の部分１１ａは、その内面であって第１の側に、第３のレース２３を備える。第３のレース２３は第３のベアリング５１の全周と嵌合する。第４のベアリング５３を着座させるべく、ケーシング１１の第２の部分１１ｂは、その内面であって第２の側に、第４のレース２９を備える。第４のレース２９も第４のベアリング５３の全周と嵌合する。

第１のレース２１と第３のレース２３とは、図示のごとく幅方向にオフセットがなくてもよく、あるいはオフセットがあってもよい。同様に第２のレース２７と第４のレース２９とは、図示のごとく幅方向にオフセットがなくてもよく、あるいはオフセットがあってもよい。

第２のシャフト５は、第１のシャフト３とギア結合するべく、第２のギア５５を備える。第２のギア５５は図示のごとく第２のシャフト５と一体に成形されていてもよく、あるいは別体でもよい。

第２のシャフト５は、さらに、ベベルギア５７を備える。ベベルギア５７は所謂ハイポイドギアであり、可能ならば第２のシャフト５と一体でもよいが、通常は別体であって、第２のシャフト５と例えばスプライン結合している。ベベルギア５７はギア組３７，５５とベアリング３３，５１との間に配置される。ベベルギア５７の位置決めのため、第２のシャフト５は段差６１を有してもよく、さらに固定および位置の調整のために、ボルト５９を利用してもよい。

ベベルギア５７は、第３のベアリング５１に嵌入してこれに直接に支持されていてもよい。ベベルギア５７が受ける反力を第３のベアリング５１が直接に負担するので、ベベルギア５７が偏心運動ないし歳差運動することを防止し、引いては第２のシャフト５が偏心運動ないし歳差運動することを防止できる。

第３のシャフト７は、その内側の端に、ベベルギア５７と噛み合うピニオンギア７３を備える。ベベルギア５７と対応して、ピニオンギア７３もまたハイポイドギアである。第３のシャフト７は、またその外側の端に、プロペラシャフトと結合するための例えばフランジ７５を備える。フランジ７５に代えて、他の結合手段であってもよい。

第３のシャフト７は一体でもよいが、軸方向に互いに位置を調整可能な２つ以上の部材よりなっていてもよい。例えば図示の例では、ピニオンギア７３を含む部分と、フランジ７５を含む部分と、よりなり、スプラインにより互いに結合している。以ってピニオンギア７３からフランジ７５へトルクを伝達可能であり、またピニオンギア７３はフランジ７５に対して軸方向に位置を調整することができる。またベベルギア５７に対する与圧を調整する目的で、ナット７７を備えてもよい。すなわち、ベベルギア５７に対してピニオンギア７３の歯当たりが調整できる点で本実施形態は有利である。

ケーシング１１は、第３のシャフト７を受容するべく開口２５を備える。第３のシャフト７は、例えばユニットベアリング７８を内包する筒部７１と共に開口２５に挿入される。第３のシャフト７の内端はケーシング１１の中にあって、ピニオンギア７３を第２の側からベベルギア５７に噛み合わせている。軸方向に位置を調整するべく、シム７４がケーシング１１と筒部７１との間に介在し、ボルト７６を締結することによりユニットベアリング７８に与圧される。

第３のシャフト７の外端はケーシング１１から外に引き出され、フランジ７５を介してプロペラシャフトと結合する。筒部７１の外端付近であって筒部７１と第３のシャフト７との間にもオイルシール７２が介在する。これは他のオイルシールと同様にオイルの漏洩や混合を防ぐ。

以上の説明より理解される通り、第１のレース２１および第３のレース２３は第１の部分１１ａに含まれ、第２のレース２７および第４のレース２９は第２の部分１１ｂに含まれる。第２の部分１１ｂを第１の部分１１ａから分離すると、第１の部分１１ａの最奥に第１のレース２１および第３のレース２３が露出する。第１のシャフト３および第２のシャフト５は、付随するベアリングやギアと共に露出した第１のレース２１および第３のレース２３に容易に嵌め込むことができ、同時に相互のギア結合もできる。これらを覆うように第２の部分１１ｂを第１の部分１１ａに結合すれば、同時にベアリング３５，５３が第２のレース２７および第４のレース２９に嵌め込まれる。以ってこれらの部材の組み上げは完了する。第３のシャフト７は、これを終えた後に挿入し、次いでピニオンギア７３とベベルギア５７との噛み合わせを調整することができる。すなわち本実施形態によれば、ＰＴＵ１の組み立ては至って容易である。

またこれも容易に理解されるように、第１のベアリング３３はケーシング１１の結合部１３、開口１５およびオイルシール８１に近接しており、第２のベアリング３５は開口１７およびオイルシール８３に近接している。それゆえもし第１のシャフト３がベアリングを中心として偏心運動ないし歳差運動をしても、オイルシールや結合する相手方部材に与える影響は軽微である。さらに、互いに離れた一対のベアリング３３，３５によって第１のシャフト３が支持されるので、偏心運動ないし歳差運動自体が起こりにくい。

第２のシャフト５もその両端において支持されるので、偏心運動ないし歳差運動が起こりにくい。さらにスラスト反力を受けるベベルギア５７が直接にベアリング５１に支持されているので、偏心運動ないし歳差運動を起こす要因自体が解消されている。

また何れのベアリングもレースによってその全周を支持されるので、ベアリングおよびレースに偏った力が作用せず、各シャフトの支持は強固である。また第１のレース２１と第３のレース２３とは一体であり、第２のレース２７と第４のレース２９とは一体であるので、その構造の全体は高い剛性を有し、かつ強度も高い。それゆえ各シャフトは一層強固に支持される。

またベアリング３３はベベルギア５７よりも更に左方に配置されることで干渉を回避しており、ベベルギア５７を上方向に避ける必要がない。さらには偏心運動ないし歳差運動を防止するためにベアリング３３の径を大きくする必要もない。それゆえケーシング１１を縦方向に縮小することができ、少なくとも図１や図３において一点鎖線で囲んで示す領域１２は削減される。既に述べたように、ＰＴＵは他の装置の隙間を利用して設置せねばならない制約があることを考えれば、かかる小型化は、一見すれば僅かであっても、設計自由度の向上に大きく貢献しうる。

好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。

シャフトが偏心運動ないし歳差運動をすることを防止したパワートランスファユニットが提供される。

Claims (6)

1. 自動車のトランスミッションからトルクを取り出すパワートランスファユニットであって、
   前記トランスミッションと結合する結合部を有する第１の側と、前記第１の側に対向する第２の側と、を有するケーシングと、
   前記ケーシングの前記第１の側に着座した第１のベアリングと、前記ケーシングの前記第２の側に着座した第２のベアリングと、により回転可能に支持されて前記結合部から前記第２の側へ前記ケーシングを貫通し、前記トランスミッションと結合して前記トルクを受容する第１のシャフトと、
   前記ケーシングの前記第１の側に着座した第３のベアリングと、前記ケーシングの前記第２の側に着座した第４のベアリングと、により回転可能に支持され、前記第１のシャフトとギア結合して前記第１のシャフトと平行に回転する第２のシャフトであって、ベベルギアを備えた第２のシャフトと、
   前記ケーシングに回転可能に支持され、前記第１のシャフトおよび前記第２のシャフトと異なる方向に延びる第３のシャフトであって、前記ベベルギアと噛み合うピニオンギアを備えた内端と、前記ケーシングの外に引き出された外端と、を備えた第３のシャフトと、を備え、
   前記第１のベアリングは前記ベベルギアおよび前記ピニオンギアよりも前記第１のシャフトの軸方向に前記結合部に近接して配置されている、パワートランスファユニット。
2. 請求項１のパワートランスファユニットであって、前記ピニオンギアが前記第２の側の側から前記ベベルギアに噛み合うべく前記第３のシャフトは配置されている、パワートランスファユニット。
3. 請求項１のパワートランスファユニットであって、前記ベベルギアは前記第３のベアリングに嵌入して支持されている、パワートランスファユニット。
4. 請求項１ないし３の何れか１項のパワートランスファユニットであって、前記第１の側は、前記第１のベアリングの全周と嵌合する第１のレースと、前記第３のベアリングの全周と嵌合する第３のレースとを備え、前記第２の側は、前記第２のベアリングの全周と嵌合する第２のレースと、前記第４のベアリングの全周と嵌合する第４のレースとを備える、パワートランスファユニット。
5. 請求項４のパワートランスファユニットであって、前記ケーシングは、前記第１の側を含む第１の部分と、前記第２の側を含む第２の部分とに分割可能である、パワートランスファユニット。
6. 請求項５のパワートランスファユニットであって、前記第１の部分において前記第１のレースおよび前記第３のレースは一体であり、前記第２の部分において前記第２のレースおよび前記第４のレースは一体である、パワートランスファユニット。

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