JP6306728B2 - デファレンシャル装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車において、その駆動力源からトルクを一対の車軸に分配するためのデファレンシャル装置に関する。

例えば転舵された自動車が進行するとき、左右の車輪に回転速度の差異が生じる必要がある。すなわち自動車は、一対の車軸の間で差動を許容しながら両車軸にトルクを伝えることを要する。かかる目的のために、従来からデファレンシャル装置が利用されている。

車軸用のデファレンシャル装置には歴史的に確立された形態がある。すなわち、デファレンシャル装置は、通常、軸方向に延びる円筒状のケーシングを備え、かかるケーシングがリングギアよりトルクを受容し、ケーシング内に収容されたデファレンシャルギア組が各車軸にこのトルクを差動的に分配する。デファレンシャルギア組としては、ベベルギア式、フェースギア式、遊星ギア式等が実用的に利用されている。

特許文献１，２は関連する技術を開示しており、特許文献１はベベルギア式に、特許文献２はフェースギア式に関する。

日本国公開特許公報２０１３−１０００７２号 国際公開公報ＷＯ２００５／０４０６４２Ａ１

デファレンシャルギア組を構成する各ギアは、大きなトルクに耐えねばならないので、一定の大きさを必要とする。ケーシングはかかるデファレンシャルギア組の全てを収容するので、デファレンシャル装置の全体は大きくなりがちである。ケーシングはデファレンシャルギア組を強固に支持する必要があり、またケーシングに入力されたトルクはケーシングを捻る方向の応力を発生するので、十分な強度を有するべくケーシングは十分な厚さを持たねばならない。これらの要因のために、従来のデファレンシャル装置は、大きく、重くならざるを得なかった。特に、外周に位置するケーシングが厚く重いために、慣性モーメントが著しく増大し、これは自動車のレスポンスと燃費とを損なう要因だった。

本発明は、デファレンシャル装置をその基本構造から見直し、上述の問題を解決することを目的とする。

本発明の一局面によれば、軸の方向に延びる一対の車軸にトルクを分配するデファレンシャル装置は、前記軸を囲み、前記軸に対して径方向に内方に開口した複数の凹所を備え、前記トルクを受容するリングフレームと、それぞれ前記軸の周りに回転可能であって、前記車軸に駆動的に結合する構造を備えた一対のサイドギアと、ギア部を有する頭部とシャフトとをそれぞれ備えた複数のピニオンギアであって、前記トルクを前記リングフレームから受容して前記一対のサイドギアに伝達するべく、前記シャフトが前記凹所に回転可能に嵌入して前記頭部を前記径方向に内方に向け、前記ギア部が前記一対のサイドギアの両方と噛み合ってフェースギア組をなす複数のピニオンギアと、前記リングフレームに結合し、脱落を防止するべく前記一対のサイドギアおよび前記複数のピニオンギアを覆う一対のサイドカバーと、を備え、前記ピニオンギアの前記頭部は前記サイドギア以外の部材に拘束されない。

図１は、本発明の一実施形態によるデファレンシャル装置であって、リングギアを除いた部分の斜視図である。 図２は、前記デファレンシャル装置からピニオンギアを支持するジャケットおよびリングフレームのみを抽出した分解斜視図である。 図３は、前記デファレンシャル装置の断面立面図であって、図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に対応する面から取られた断面立面図である。 図４は、前記ピニオンギアおよび前記ジャケットの断面と前記リングフレームの側面とを組み合わせて見せる部分断面側面図である。 図５Ａは、リングギアがリングフレームに結合した例による前記デファレンシャル装置の部分的な断面立面図である。 図５Ｂは、リングギアがサイドカバーに結合した例による前記デファレンシャル装置の部分的な断面立面図である。 図５Ｃは、一のサイドカバーが前記リングギアと一体となった例による前記デファレンシャル装置の部分的な断面立面図である。

図１ないし５Ｃ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て、特段のことわりが無い限り、軸はデファレンシャル装置の回転軸を意味し、また周方向および径方向はかかる軸に関するものである。かかる軸は通常には車軸の回転軸とも一致する。さらに、リングの語は常識に認められた意味を越えるものではなく、従って径に対して相当程度の軸方向長さを有する円筒のごとき形状を含まない。

本実施形態によるデファレンシャル装置は、例えば自動車において駆動力源によるトルクを左右の車軸に分配する用途に使用できるが、あるいは四輪駆動車におけるセンターデファレンシャル装置や他の用途にももちろん使用できる。また言うまでもなく、リミテッドスリップデファレンシャル装置、ロックアップデファレンシャル装置、またフリーランニングデファレンシャル装置の一部として利用することもできる。

主に図１および図３を参照するに、本実施形態によるデファレンシャル装置は、概して、リングフレーム１０および一対のサイドカバー２０よりなるケージと、かかるケージに収容されたデファレンシャルギア組と、よりなり、その全体はキャリアによって軸Ｘの周りに回転可能に支持される。デファレンシャルギア組は、一対のサイドギア４０と、複数のピニオンギア５０と、よりなる。図中のフェースギア式の例によれば、サイドギア４０は円盤状のクラウンギアであり、ピニオンギア５０は円筒ギアである。これらの歯すじは、ピニオンギア５０のシャフトに平行でもよく、あるいはこれに対して非平行なヘリカルギアを利用してもよい。フェースギア式は軸方向の寸法が小さくなる点で有利であり、また各ピニオンギアにスラスト反力が生じない利点がある。あるいはこれに代えてベベルギア式でもよい。

リングフレーム１０は、駆動力源によるトルクを受容し、複数のピニオンギア５０に伝えるための部材である。図１〜４では省略されているが、トルクを受容するためのリングギアがケージの何れかに結合する。リングギアについては後に詳述する。

図１，３に組み合わせて図２，４を参照するに、リングフレーム１０は、軸Ｘを囲むリング状であって、それぞれピニオンギア５０を支持するための複数のベース部１１と、ベース部１１を互いに結合する複数のブリッジ部１３と、を備え、これらは一体的である。リングフレーム１０は、鋳造、鋳型プレス、鍛造、あるいは他の適宜の製造方法により、一体成型することができる。製造方法に伴う強度的考慮に応じて、図に示されていないリブ等の補強または補剛構造をこれに追加することができる。

言うまでもなくベース部１１の数はピニオンギア５０の数と通常には一致し、図示の例では４であるが必ずしもこれに限られない。これらの数は、多いほど各要素が負担すべき力が小さくなり、従って各要素を小さくすることができる。これはデファレンシャル装置の小型化に有利である。一方、これらの数が少ないほど部品点数が少なくなり、コストの点で有利である。これらは好ましくは軸Ｘに関して軸対称に、周方向に等間隔に配置される。

各ベース部１１は、その略中央が径方向に外方に窪んで凹所１５を成しており、すなわち各ベース部１１は凹所１５を画定している。各凹所１５は、円筒面に囲まれた円柱形や、円錐面に囲まれた円錐形ないし切頭円錐形にすることができる。この場合にはピニオンギア５０のシャフト５３と直接に嵌合してこれを支持することができる。あるいは図示のごとく、底壁１７と、一対の周壁１８とにより囲まれた直方形ないし台形にすることができ、あるいはまた別の形状を採用することもできる。かかる場合には、後述のジャケット３０を利用してピニオンギア５０を支持することができる。

一対の周壁１８は、それぞれ周方向に対して直交する平面にすることができる。これによれば、印加されたトルクが周方向から外れた分力を生まないので、正しいトルクの伝達の点で有利である。あるいは敢えて分力を生ずるべく、直交面に対して周壁１８を傾けてもよい。さらにあるいは、一対の周壁１８を互いに平行にしてもよい。

各凹所１５は、少なくとも径方向に内方に開口し、また好ましくは各凹所１５は軸方向に両方向にも開口し、より好ましくはピニオンギア５０（および／または後述のジャケット３０）が軸方向に通過しうるように寸法づけられる。軸方向に開口していれば、ピニオンギア５０を、径方向でなく、軸方向にスライドして凹所１５に組み付けることができるので、組み立ての容易さの点で有利である。

ピニオンギア５０を支持する便宜のために、ジャケット３０を利用してもよい。ジャケット３０は、ピニオンギア５０のシャフト５３と凹所１５との間に介在する。ジャケット３０は、図２に最もよく示されているように、凹所１５に応じた外形であり、例えば略直方体または台形体であって、凹所１５に嵌入することができる。凹所１５の周壁１８に対応する一対の周壁３２も、対応して周方向に対して直交する平面、直交面に対して傾いた平面、互いに平行な平面の何れでもよい。ジャケット３０は、径方向に内方に開口するレース３１を備え、ピニオンギア５０のシャフト５３がこれに嵌入する。

ジャケット３０は、ピニオンギア５０と共に凹所１５に嵌入し、底壁１７に着座し、一対の周壁１８により周方向に拘束される。凹所１５に嵌入したジャケット３０は、シャフト５３を径方向に向け、回転可能に支持する。リングフレーム１０は、専らジャケット３０に当接した周壁１８を介して、トルクをピニオンギア５０に伝える。

各ブリッジ部１３は、隣り合う一対のベース部１１を一体的に結合し、以ってリングフレーム１０の全体は周方向に連続した構造をとる。各ブリッジ部１３は、複数のベース部１１より軸方向に狭く、その両側に肉抜き部１４を形成してもよい。あるいはこれに代えて、または加えて、各ブリッジ部１３は、径方向により薄く、その外周に肉抜き部１６を形成してもよい。さらにあるいは、これらに代えて、または加えて、内周も肉抜き部を形成してもよい。これらはリングフレーム１０の重量および慣性モーメントを減らすことに役立つ。また肉抜き部１４，１６により、ブリッジ部１３とサイドカバー２０との間には隙間が保持されて径方向外周に露出するが、かかる隙間は潤滑油の通過を許容し、その循環に寄与する。

好ましくはベース部１１およびブリッジ部１３の（すなわちリングフレーム１０の）中央面を、シャフト５３の軸中心に、軸方向に一致せしめる。すなわち、これらの中央面および中心軸は、軸Ｘに直交する単一の面上に並ぶ。このようにすると、リングフレーム１０が受容したトルクは、かかる面にのみ伝わり、リングフレーム１０を捻る方向に力が作用しないので、リングフレーム１０をより薄肉にすることができる。すなわち、これもリングフレーム１０の重量および慣性モーメントを減らすことに役立つ。

各ピニオンギア５０は、図３，４に最もよく示されているように、その頭部にギア部５１と、その脚部にシャフト５３とを備える。その頭頂部５５はギア部５１より僅かに突出していてもよい。ギア部５１、シャフト５３および頭頂部５５は、一体の単一体にすることができる。既に述べた通り、シャフト５３がジャケット３０に嵌入して回転可能に支持され、ジャケット３０と共に凹所１５に嵌入すると、シャフト５３が径方向に向けられ、ギア部（頭部）５１が径方向に内方に向けられる。

各サイドギア４０は、径方向にフランジ状に展開するギア部４１と、軸Ｘを囲む円筒状のボス部４３とを一体的に備える。一のサイドギア４０は複数のピニオンギア５０に、軸方向に一方から噛み合い、他のサイドギア４０は他方から噛み合う。また各サイドギア４０は車軸に結合する構造を備え、それは例えばボス部４３の内面に形成されたスプライン４５である。ボス部４３はピニオンギア５０の頭頂部５５と十分にオーバーラップするべく、軸方向に内方に延長される。スプライン４５は十分な長さをもって車軸と係合できるので、ボス部４３は軸方向に外方に延長される必要がない。これは、デファレンシャルギア組の全体の軸方向の寸法を制限するに有利である。

一対のサイドカバー２０は、一対のサイドギア４０および複数のピニオンギア５０を覆うべく寸法づけられ、また、それぞれその端部から軸方向に延長された筒部２１を備える。筒部２１は、キャリアのベアリングに嵌合して回転可能に支持されるための構造である。またサイドカバー２０には所謂肉抜きを施すことができ、それは例えばサイドカバー２０を貫通する複数の貫通孔２７である。貫通孔２７は、潤滑油の循環にも寄与する。

リングフレーム１０は複数のボルト穴１９を有し、各サイドカバー２０もこれに対応するように複数のボルト穴２３を有し、これらに通されたボルト２５により、一対のサイドカバー２０はリングフレーム１０に固定される。一対のサイドギア４０および複数のピニオンギア５０は、専ら一対のサイドカバー２０に覆われることにより、その脱落が防止される。

各ピニオンギア５０は、各ジャケット３０がサイドカバー２０に制限される範囲において、軸方向に両方向に移動することができる。かかる移動を許容するべく、ジャケット３０は凹所１５の軸方向の長さよりも僅かに短く、従って、凹所１５の中において、ジャケット３０とサイドカバー２０との間に軸方向に遊びが確保される。

各ピニオンギア５０が軸方向に移動することが許容されているために、各ピニオンギア５０とサイドギア４０との噛み合いは自動的に調心される。これは、各ピニオンギア５０あるいは各サイドギア４０を精密に位置的に調整する必要性を無くし、また各ギアの耐久性の向上や静粛性の向上に役立つ。

各ピニオンギア５０は、軸方向には専らサイドギア４０との噛み合いにより定位置に保持される。径方向には、各ジャケット３０あるいはリングフレーム１０の各底壁１７に着座することにより各ピニオンギア５０は外方に移動が制限されるが、内方に制限する特段の手段がない。その頭頂部５５がサイドギア４０のボス部４３上に接することにより、各ピニオンギア５０は定位置に保持される。すなわち本実施形態は、ピニオンギア５０を定位置に保持するために、サイドギア４０以外の他の手段を要しない。

各ピニオンギア５０の脚部は各ジャケット３０により、ある程度拘束されるが、頭部はいかなる部材にも拘束されなくてよい。またシャフト５３は径方向に外方の側においてジャケット３０に支持されるが、径方向に内方の端において何れの部材にも支持されることを要しない。言うまでもなく、各シャフト５３がピン結合等によってリングフレーム１０に固定されるわけではない。

以上のごとき組み合わせにより、リングフレーム１０に入力されたトルクは、その凹所１５に嵌入した複数のピニオンギア５０に伝達され、さらにこれに噛み合った一対のサイドギア４０に伝達され、両車軸へ分配される。ピニオンギア５０とサイドギア４０とはデファレンシャルギア組を構成するので、両車軸の間に差動が許容される。

リングフレーム１０にトルクを入力するべく、リングギア６０がケージの何れかに結合するが、図５Ａないし図５Ｃにその幾つかの例を示すごとく、両者の関係には種々のバリエーションがありうる。何れの場合も、結合は例えば溶接によることができるし、あるいは結合する対象とリングギア６０とが一体成型されていてもよい。あるいはスプライン結合やボルト結合のごとき機械的な結合を利用してもよい。各図はリングギア６０が平歯車ないしヘリカルギアである例を示すが、これに代えてハイポイドギアやその他の形式のギアであってもよい。

図５Ａを参照するに、リングギア６０はリングフレーム１０に結合していてもよい。この場合において、特にリングギア６０が平歯車である場合に、リングギア６０の回転面Ｆと、リングフレーム１０の中央面およびシャフト５３の軸中心とを一致せしめてもよい。トルクＴの入力と出力との間にオフセットが生じないので、捩じれ方向の応力を考慮する必要がなく、関連する全ての部品をより小さく薄く設計することができる。

この例では、デファレンシャル装置を左右対称にすることができる。右側の部品と、対応する左側の部品とが互いに互換であってもよいので、生産コストの点で有利である。

あるいは、特にリングギア６０がヘリカルギアやハイポイドギアである場合に、リングギア６０に生ずるスラスト力やその他の力に応じて、リングギア６０に適宜のオフセットを設けたり、あるいは何れかの部材に補強あるいは補剛のためのリブ等の構造を追加してもよい。

また図５Ａの例では、トルクがサイドカバー２０に印加されないので、サイドカバー２０も薄く設計することができる。これらは、デファレンシャル装置の重量および慣性モーメントを減らすことに役立つ。

あるいは図５Ｂを参照するに、リングギア６０は一方のサイドカバー２０に結合していてもよい。この例ではリングギア６０の回転面Ｆとシャフト５３の中心Ｃとの間にオフセットＳが生じるが、これは従来技術におけるオフセットに比べればはるかに小さい。従って捩じれ方向の応力に特段の対策をする必要がなく、これはデファレンシャル装置の重量および慣性モーメントを減らすことに役立つ。

さらにあるいは図５Ｃを参照するに、リングフレーム１０は一対のサイドカバー２０の一方に一体であってもよく、リングギア６０はこれに結合されていてもよい。あるいは、リングフレーム１０と一体ではない他方のサイドカバー２０にリングギア６０が結合されていてもよい。いずれの場合においても、リングギア６０はシャフト５３の中心に対してオフセットを有してもよいが、図示のごとくオフセットを持たなくてもよい。

上述の何れの実施形態によっても、デファレンシャル装置の組み立ては著しく容易である。例えば組み立ては、一対のサイドカバー２０の一方を横に倒した状態で作業台に据え置き、一対のサイドギア４０の一方をワッシャと共にその中に据え置き、次いでリングフレーム１０をその上に据え置き、次いでそれぞれジャケット３０に挿入したピニオンギア５０を凹所１５に嵌入せしめ、次いで残りのサイドギア４０をワッシャと共にその上に据え置き、次いで残りのサイドカバー２０をその上に被せ、最後にボルトでこれらを締結することによる。何れの段階においても、組み込もうとする部品の目標箇所は上に向かって開放されており、組み込みは著しく容易である。

従来技術においては、例えばピニオンギアを組み込む際には、狭いケーシング内の奥深くにピニオンギアを組み込みながら、そのシャフトホールをケーシングの穴と位置合わせしつつ外部からシャフトを挿入することが必要である。そのような困難な工程は本実施形態には存在しない。

何れの実施形態も次のような効果を奏する。軸方向に円筒状に延びたケーシングによらずに、軸方向に小寸法なリングフレームがピニオンギアを支持するので、デファレンシャル装置の全体を小さくすることができる。デファレンシャル装置が小さければ、これを支持するキャリアや、これと組み合わされるトランスミッションあるいはトランスファ等の車体側の構造をも小さくすることができる。

さらに、従来技術においてデファレンシャル装置およびキャリアに振り向けられていた車内のスペースを他の用途に振り向けることができる。すなわち、車体の設計により大きな自由度を提供する。

リングフレームには、これを捻る方向の応力が、殆ど、あるいは全く生じないので、これを薄く小さくすることができ、またこれに多くの肉抜きを施すことができ、従ってその重量および慣性モーメントを減らすことができる。さらに伝達するトルクに基づく応力は、一対のサイドカバーには殆ど、あるいは全く印加されないので、これらも薄く小さくすることができ、従ってその重量および慣性モーメントを減らすことができる。また上述より明らかなように、デファレンシャル装置のみならずキャリアも含めた総重量が軽減される。これは車体の総重量の軽減にも寄与する。これらは自動車のレスポンスと燃費の改善に寄与する。

またケージは貫通した多くの肉抜き孔や隙間を有することができ、潤滑油はこれらを通ってデファレンシャル装置の内外に円滑に循環することができる。すなわち本実施形態は潤滑の点でも有利である。

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。

小型、軽量かつ小慣性モーメントのデファレンシャル装置が提供される。

Claims (10)

1. 軸の方向に延びる一対の車軸にトルクを分配するデファレンシャル装置であって、
   前記軸を囲み、前記軸に対して径方向に内方に開口した複数の凹所を備え、前記トルクを受容するリングフレームと、
   それぞれ前記軸の周りに回転可能であって、前記車軸に駆動的に結合する構造を備えた一対のサイドギアと、
   ギア部を有する頭部とシャフトとをそれぞれ備えた複数のピニオンギアであって、前記トルクを前記リングフレームから受容して前記一対のサイドギアに伝達するべく、前記シャフトが前記凹所に回転可能に嵌入して前記頭部を前記径方向に内方に向け、前記ギア部が前記一対のサイドギアの両方と噛み合ってフェースギア組をなす複数のピニオンギアと、
   前記リングフレームに結合し、脱落を防止するべく前記一対のサイドギアおよび前記複数のピニオンギアを覆う一対のサイドカバーと、
   を備えたデファレンシャル装置であって、前記ピニオンギアの前記頭部は前記サイドギア以外の部材に拘束されない、デファレンシャル装置。
2. 請求項１のデファレンシャル装置であって、前記シャフトは、それぞれ、前記凹所により前記軸に対して周方向および前記径方向に外方に移動が制限され、前記軸の方向に両方向に移動しうる、デファレンシャル装置。
3. 請求項１または２のデファレンシャル装置であって、前記凹所は、前記シャフトが前記軸の方向に通過することを許容するべく、前記軸の方向にも開口している、デファレンシャル装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項のデファレンシャル装置であって、
   それぞれ前記シャフトと前記凹所との間に介在し、前記シャフトを回転可能に前記径方向に向けて支持するジャケットをさらに備え、
   前記凹所は、前記周方向に前記ジャケットに当接し、前記軸の方向に前記ジャケットに当接しないように寸法づけられている、デファレンシャル装置。
5. 請求項４のデファレンシャル装置であって、前記ジャケットは、前記凹所の中において前記サイドカバーとの間に前記軸の方向に遊びを有するべく寸法づけられている、デファレンシャル装置。
6. 請求項１乃至５の何れか１項のデファレンシャル装置であって、前記リングフレームは、前記凹所を画定し前記一対のサイドカバーにそれぞれ当接する複数のベース部と、前記複数のベース部を互いに結合し前記ベース部より前記軸の方向に狭い或いは前記径方向に薄い複数のブリッジ部と、を備えた、デファレンシャル装置。
7. 請求項１乃至６の何れか１項のデファレンシャル装置であって、前記リングフレームは、前記一対のサイドカバーより選択された何れか一と一体である、デファレンシャル装置。
8. 請求項１乃至７の何れか１項のデファレンシャル装置であって、
   前記リングフレームと一体であるリングギアをさらに備えた、デファレンシャル装置。
9. 請求項１乃至７の何れか１項のデファレンシャル装置であって、前記リングフレームは軸方向にその中央面に対して面対称である、デファレンシャル装置。
10. 請求項１乃至９の何れか１項のデファレンシャル装置であって、前記一対のサイドカバーは軸方向に前記リングフレームの中央面に対して面対称である、デファレンシャル装置。

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