JP6379442B2 - 平行軸エピサイクリック歯車差動装置 - Google Patents

Description

本願発明は、概して車両に関し、より具体的には、小型で、軽量で、製造が容易な平行軸エピサイクリック歯車差動装置に関する。

現代の車は、様々な差動装置のタイプのうち任意のものを用い得、そのうちの１つは平歯車差動装置である。米国特許第６９１，５９１号の主題であるオリジナルの平歯車差動装置は、かさ歯車差動装置の代替物を提供するよう設計された。 '５９１特許に開示される平歯車差動装置において、太陽歯車、好ましくは平歯車のペアが、左および右の出力シャフトに連結される。そこで開示されている差動装置は、太陽歯車の周囲に配置された複数の遊星歯車ペアも含む。ここで、各ペアの１つの遊星歯車が、それら太陽歯車のうちの１つに連結され、他方、各ペアの第２遊星歯車が、第２太陽歯車に連結される。各ペアの個々の遊星歯車は、共に噛み合うよう設計される。入力された動力は冠歯車により、差動装置へ、特に遊星歯車ペアへ供給され得る。ここで、冠歯車は、太陽歯車と遊星歯車ペアとを実質的に包囲する筐体の形態であり得る。遊星歯車スピンドルは、冠歯車ケーシングに連結される。

Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ差動装置と呼ばれることもあるオリジナルの平歯車差動装置の現代の変形例が、米国特許第８，４８０，５３２号に開示されている。オリジナルの平歯車差動装置と同様に、Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ差動装置は、出力太陽歯車ペア周りに配置された複数の遊星歯車ペア、好ましくは、３セットを用いる。平歯車差動装置に関連する製造面での利点を依然として維持しつつより小型の設計を実現するために、Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ差動装置の太陽歯車は、歯車転位（すなわち、転位量）を採用し、よって、各遊星歯車ペアの２つの遊星歯車間の接触点が、それら太陽歯車間から、より小さい太陽歯車に隣接するように変位することを可能とする。

Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ差動装置により提供される改善は、オリジナルの平歯車差動装置と相対的な差動装置のサイズの減少を可能とする一方、２つの歯車の噛み合いのうちの１つの強度は、極端なマイナス転位量を用いることに起因してかなり損なわれる。したがって、必要とされているのは、歯車の強度を損なうことなく差動装置のサイズの縮小をもたらす差動装置である。本願発明は、そのような差動装置を提供する。

本願発明は平行軸エピサイクリック歯車差動装置を提供する。平行軸エピサイクリック歯車差動装置は、
（ｉ）第１出力駆動シャフトに連結される第１太陽歯車と、
（ｉｉ）直径が第１太陽歯車の直径より大きく、第２出力駆動シャフトに連結される第２太陽歯車と、
（ｉｉｉ）少なくとも１つの遊星歯車セットであって、各遊星歯車セットが、
（ａ）第１歯車シャフトに連結され、第１太陽歯車と噛み合い、第２太陽歯車と噛み合わない第１遊星歯車と、
（ｂ）第２歯車シャフトに連結され、第２太陽歯車と噛み合い、第１太陽歯車と噛み合わず、第２遊星歯車直径が対応する第２遊星歯車と、
（ｃ）第２歯車シャフトに連結され、第２遊星歯車に強固に固定され、第２遊星歯車直径より小さい第３遊星歯車直径が対応し、第１遊星歯車と噛み合い、第１太陽歯車と噛み合わず、第２太陽歯車と噛み合わない第３遊星歯車と
を有する、少なくとも１つの遊星歯車セットと、
（ｉｖ）差動装置筐体であって、第１太陽歯車と、第２太陽歯車と、少なくとも１つの遊星歯車セットとは差動装置筐体内に収納され、差動装置筐体に強固に固定された冠歯車が、平行軸エピサイクリック歯車差動装置に駆動力を伝達し、少なくとも１つの遊星歯車セットの第１歯車シャフトおよび第２歯車シャフトは、差動装置筐体に連結される、差動装置筐体と
を含む。

一態様において、少なくとも１つの遊星歯車セットの第１歯車シャフトおよび第２歯車シャフトは、第１歯車シャフトおよび第２歯車シャフトが差動装置筐体内で回転可能であるように、複数の軸受セットを介し、差動装置筐体に連結される。第１遊星歯車は、第１歯車シャフトに強固に固定され得、第２遊星歯車および第３遊星歯車は、第２歯車シャフトに強固に固定され得る。第１遊星歯車および第１歯車シャフトは、単一の構成部品として製造され得る。代替的に、第１遊星歯車は、第１歯車シャフトと別々に製造され、製造後に第１歯車シャフトに強固に固定され得る。第２遊星歯車および第３遊星歯車と、第２歯車シャフトとは単一の構成部品として製造され得る。代替的に、第２歯車シャフトは第２遊星歯車および第３遊星歯車とは別々に製造され得、製造後に、第２遊星歯車および第３遊星歯車は、第２歯車シャフトに強固に固定され得る。

他の態様において、差動装置筐体の回転軸は、第１出力駆動シャフトに対応する第１中心線と同軸で位置合わせされ、第２出力駆動シャフトに対応する第２中心線と同軸で位置合わせされる。さらに、遊星歯車セット毎に、第１遊星歯車に対応する第１回転軸と、第２遊星歯車および第３遊星歯車に対応する第２回転軸とは、好ましくは、差動装置筐体の回転軸と平行である。

他の態様において、第１太陽歯車、第１遊星歯車、および第３遊星歯車に対応する第１歯車比は、第２太陽歯車および第２遊星歯車に対応する第２歯車比と同等である。

他の態様において、第１太陽歯車および第２太陽歯車は、同等数の歯を有し得、すなわち、第１太陽歯車に対応する複数の歯は、第２太陽歯車に対応する複数の歯と同等であり、代替的に、第１太陽歯車および第２太陽歯車は、非同等数の歯を有し得る。

他の態様において、少なくとも１つの遊星歯車セットは、差動装置筐体の回転軸周りに均等に、または不均等に間隔が空いた複数の遊星歯車セットから構成される。各遊星歯車セットが、隣接する遊星歯車セットから独立していてよい。代替的に、各遊星歯車セットの第１遊星歯車は、対応する遊星歯車セットの第３遊星歯車と噛み合うよう、および、隣接する遊星歯車セットの第３遊星歯車と噛み合うよう構成され得る。

他の態様において、第１太陽歯車および第２太陽歯車に対応する歯車歯、並びに、第１遊星歯車、第２遊星歯車および第３遊星歯車は、直線的または螺旋状であり得る。

本願発明の性質および利点の更なる理解は、本明細書および図面の残りの部分を参照することにより達成され得る。

添付の図面は、本願発明の範囲を限定するのではなく例示することのみが意図されており、縮尺通りであるものと見なされるべきではないことが理解されるべきである。加えて、異なる図面上の同じ参照ラベルは、同じ構成部品または同様の機能性を有する構成部品を指すものと理解されるべきである。

本願発明に係る、平歯車差動装置設計の複数の太陽歯車および単一の遊星歯車セットの前方斜視図を提供する。

図１に示される歯車組立体の後方斜視図を提供する。

図１および２に示される歯車組立体の正面図を提供する

図１〜図３に示される歯車組立体の背面図を提供する。

各間歯車が隣接し合う遊星歯車ペアと噛み合う６つの遊星歯車セットを利用する差動装置歯車組立体の正面図を提供する。

図５に示される歯車組立体の背面図を提供する。

図５および図６の歯車組立体と用いられる差動装置筐体の斜視図を提供する。

図７に示される差動装置筐体の第２側面の正射影図を提供する。

螺旋状の歯を有する歯車を用いることを除いては図３に示されるものと同様の歯車組立体の正面図を提供する。

図９に示される歯車組立体の背面図を提供する。

図９および図１０に示される歯車組立体の側面図を提供する。

本明細書で使用されるように、単数形"ａ"、"ａｎ"、および"ｔｈｅ"は、文脈上、そうでないことが明確に示されている場合を除いて、複数形も含むことを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」および／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、本明細書において用いられるように、述べられた特徴、処理工程、動作、要素および／または構成部品の存在を特定するが、１または複数の他の特徴、処理工程、動作、要素、構成部品、および／またはこれらのグループの存在または追加を除外するものではない。本明細書において用いられるように、「および／または」という用語および「／」という記号は、関連付けられ列挙された事項の１または複数の任意のおよび全ての組み合わせを含むことが意味される。加えて、第１、第２等の用語が、本明細書において、様々な工程、計算または構成部品を説明するのに用いられ得る、これらの工程、計算または構成部品は、これらの用語によって限定されてはならず、むしろ、これらの用語は、１つの工程、計算または構成部品を他から区別するためにのみ用いられる。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の計算は、第２の計算と称されてもよく、同様に、第１の工程は、第２の工程と称されてもよく、同様に、第１の構成部品は、第２の構成部品と称されてもよい。

本差動装置設計は、複数の太陽歯車が、互いに極めて近く配置されることを可能とする小型構成を提供する。伝統的なＳｃｈａｅｆｆｌｅｒ差動装置に関連する弱みを克服するために、第３歯車が各遊星歯車セットに追加され、それにより、より強い歯車セット、および、損傷の影響を受けにくい差動装置を実現する。

図１および図２はそれぞれ、本願発明に従って設計および構成された、エピサイクリック歯車差動装置の太陽歯車および単一の遊星歯車セットの前方斜視図および後方斜視図を提供する。図３および図４は、平面ではあるが、図１および図２の歯車組立体の同様の図を提供する。示されているように、差動装置は、出力駆動シャフトペア（図示せず）に連結された２つの太陽歯車１０１および１０３を含む。歯車１０１および１０３は同軸であり、軸１１５周りに回転する。好ましくは、それら太陽歯車は互いに極めて近く、すなわち、２つの歯車を分け隔てる間隔が最小であるよう配置され、それにより、比較的小型である差動装置設計を提供する。太陽歯車１０１は、太陽歯車１０３より小さい直径を有する。好ましくは、均等なトルク配分を確実にするために、歯車１０１および１０３の両方が、同数の歯を有する。ただし、以下に言及するように、同等の歯車比が維持される限り非同等数の歯が太陽歯車１０１および１０３において用いられ得る。

本願発明の差動装置は、少なくとも１つの、好ましくは１より多くの遊星歯車セットも含む。各遊星歯車セットが、シャフト１１１に連結された第１遊星歯車１０５を含み、歯車１０５は軸１１７周りに回転する。遊星歯車１０５は、太陽歯車１０１と係合し、すなわち、それと噛み合う。各遊星歯車セットが、シャフト１１３に連結された２つの追加の歯車１０７および１０９も含む。歯車１０７および１０９は共に強固に連結され、したがって、一致して、その速度で軸１１９周りに回転する。遊星歯車１０７は、太陽歯車１０３と係合し、すなわち、それと噛み合う。従来のＳｃｈａｅｆｆｌｅｒ差動装置でのように遊星歯車１０５および１０７を噛み合わせるのではなく、本願発明は、歯車１０７と同軸であり、かつ強固に連結されており、歯車１０５と噛み合う第３遊星歯車１０９を利用し、それにより、太陽歯車１０１を太陽歯車１０３に繋ぐ。歯車１０５は太陽歯車１０３に係合せず、歯車１０７も太陽歯車１０１に係合しないことに留意されたい。

所望される差動装置の動作を実現させるために、２つの歯車セットの歯車比は等しくあるべきである。よって、第１のセットの歯車１０１、１０５および１０９の歯車比は、第２のセットの歯車１０３および１０７の歯車比と等しい。歯車１０５は間歯車あって、歯車１０１および１０９間の歯車比に影響しないことに留意されたい。

図１〜図４において、単一の遊星歯車セットが示されている。しかし、本願発明は単一の遊星歯車セットに限定されないことが理解されるべきである。概して、遊星歯車セットの数を増やすことにより、差動装置の強度が増すことになる。なぜならば、加えられた力が、比較的狭い歯車接触領域に集中するのではなく、分散させられるからである。従来のサイズを有する差動装置に関して、本発明者らは、遊星セットが互いに独立していることになる場合、５つの遊星歯車セットが最適であることを見出した。代替的に、および、好ましくは、および図５および図６に図示されているように、遊星セットは、間歯車１０５が歯車１０９ペアと、すなわち、２つの異なる遊星歯車セットからの２つの異なる歯車１０９と噛み合えるようなサイズを有し得る。図５に示されるように、各歯車１０５は、歯車１０９ペアと噛み合う。本構成において、本発明者らは、６つの遊星歯車セットが最適であることを見出した。複数の遊星歯車セットを用いる場合に、それらは、差動装置の回転軸周りに均等に間隔が空いていてよく、または不均等に間隔が空いていてよい。

図７は、差動装置筐体７０１の第１側面の斜視図を提供する。図８は、差動装置筐体の第２側面の正射影図を示す。本図は、包囲されている歯車組立体が見えるようにするために、線８０１に沿った切り抜きを含んでいる。差動装置筐体の２つの半分は、ボルト、リベット、圧入、クリップ等を用いて共に留められ得る。図８において見えるように、太陽歯車１０１および１０３、並びに遊星歯車セット、すなわち、遊星歯車１０５、１０７および１０９の各セットが、差動装置筐体７０１内に包囲されている。動力は、冠歯車７０３が筐体に強固に連結された状態で冠歯車７０３を介して差動装置筐体に伝えられる。遊星歯車シャフト１１１および１１３の端は、前方および後方の差動装置筐体部材に連結される。以下に言及するように、遊星歯車シャフト１１１および１１３の端は、遊星歯車が歯車シャフト周りに回転自在であると仮定し、前方および後方の差動装置筐体部材に強固に連結され得、または、遊星歯車シャフト１１１および１１３の端は、前方および後方の差動装置筐体部材に回転可能に連結され、それにより、遊星歯車が歯車シャフトに強固に連結されることを可能とし得る。太陽歯車１０１および１０３に連結された出力駆動シャフトは、筐体７０１の両側に配置されたガイドカラー７０５のペアを通る。これらペアのうちの１つは、図７で見える状態になっている。

歯車１０５は、軸１１７周りに自由に回転出来るように差動装置筐体に組み込まれる。少なくとも１つの実施形態において、軸受セットが用いられて、歯車シャフト１１１が筐体７０１と相対的に回転することを可能とする。典型的には、本構成において、歯車１０５は、歯車１０５とシャフト１１１とを別個の構成部品として製造し、歯車１０５をシャフト１１１に固定することにより、または、それら２つを、例えば粉末金属および焼成処理を用いて単一の構成部品として製造することにより、シャフト１１１に強固に固定される。単一の構成部品として製造された場合、典型的には、歯車シャフトの製造後加工が必要である。歯車１０５、およびより具体的には、歯車１０５の歯も、製造後の仕上げが必要であり得る。ただし、少なくともいくつかの応用に関して、製造処理により、十分な正確さの歯車が提供され、製造後の仕上げの必要性が最小化され得る、または完全に取り除かれ得る。少なくとも１つの実施形態において、歯車シャフト１１１は、筐体７０１に強固に連結され、歯車１０５は、軸受セットを介しシャフト１１１に連結され、それにより、歯車１０５が、差動装置筐体内で、シャフト１１１周りに、よって、軸１１７周りに自由に回転することを確実にする。加えて、これらの実施形態を組み合わせ、歯車１０５がシャフト１１１周りを回転し、シャフト１１１が筐体７０１内で回転するように歯車セットを構成することが可能である。ただし、この手法は好ましくない。なぜならばこのことは不必要に、製造の複雑さ、構成部品のコスト、および差動装置の重量を高めるからである。

歯車１０５と同様に、共に強固に固定される歯車１０７および１０９は、軸１１９周りに回転自在でなければならない。少なくとも１つの実施形態において、軸受セットが用いられて、歯車シャフト１１３が、差動装置筐体と相対的に回転することを可能とする。必須ではないが、本構成において好ましくは、歯車１０７および歯車１０９は、歯車１０７および歯車１０９と歯車シャフト１１３とを別々に製造し、歯車１０７および１０９をシャフト１１３へ強固に固定することにより、または、歯車１０７と歯車１０９と歯車シャフト１１３とから成る単一の構成部品を製造することにより、歯車シャフト１１３に強固に連結される。歯車１０５およびシャフト１１１に関して上記で言及したように、歯車シャフト（すなわち、歯車シャフト１１３）の製造後加工と共に、歯車歯の製造後の仕上げが必要であり得る。代替的な実施形態において、歯車シャフト１１３は差動装置筐体に強固に連結され、歯車１０７および１０９から成る歯車セットが、歯車シャフトに（（複数の）軸受セットを用いて）回転可能に連結され、それにより、歯車が回転自在であることを確実にする。

図１〜図６に示される太陽歯車および遊星歯車は直線的な歯を利用しているが、本願発明は、螺旋状の歯を用いる歯車セットにも等しく適用可能であることが理解されるべきである。例えば、図９および図１０はそれぞれ、螺旋状の歯が用いられていることを除いて、図３および図４に示されるものと同様の歯車組立体の前面図および背面図を提供する。図１１は、同組立体の側面図を提供する。

複数のシステムおよび複数の方法が、本願発明の複数の詳細の理解を助けるものとして、一般的な複数の用語で説明されている。いくつかの例において、周知の複数の構造、複数の材料、および／または複数の動作が、本願発明の複数の態様を不明瞭にすることを回避するべく、具体的に示されておらず、または、詳細に説明されていない。他の複数の例において、本願発明の十分な理解をもたらすために、具体的な複数の詳細が与えられている。当業者は、本願発明が、例えば、特定のシステム、または装置、または状況、または材料、または構成部品に適応するべく、これらの思想または本質的な複数の特性から逸脱することなく、他の具体的な複数の形態で具現化され得ることを、認識するであろう。したがって、本明細書での開示および説明は、本願発明の範囲を限定ではなく例示することが意図されている。

Claims (11)

1. 平行軸エピサイクリック歯車差動装置であって、
   第１太陽歯車直径が対応し、第１出力駆動シャフトに連結される第１太陽歯車と、
   前記第１太陽歯車直径より大きい第２太陽歯車直径が対応し、第２出力駆動シャフトに連結される第２太陽歯車と、
   少なくとも１つの遊星歯車セットであって、前記少なくとも１つの遊星歯車セットのうちそれぞれが、
   第１歯車シャフトに連結され、前記第１太陽歯車と噛み合い、前記第２太陽歯車と噛み合わない第１遊星歯車と、
   第２歯車シャフトに連結され、前記第２太陽歯車と噛み合い、前記第１太陽歯車と噛み合わず、第２遊星歯車直径が対応する第２遊星歯車と、
   前記第２歯車シャフトに連結され、前記第２遊星歯車に強固に固定され、前記第２遊星歯車直径より小さい第３遊星歯車直径が対応し、前記第１遊星歯車と噛み合い、前記第１太陽歯車と噛み合わず、前記第２太陽歯車と噛み合わない第３遊星歯車と
   を有する、少なくとも１つの遊星歯車セットと、
   差動装置筐体であって、前記第１太陽歯車と、前記第２太陽歯車と、前記少なくとも１つの遊星歯車セットとは、前記差動装置筐体内に収納され、前記差動装置筐体に強固に固定された冠歯車が、駆動力を前記平行軸エピサイクリック歯車差動装置に伝達し、前記少なくとも１つの遊星歯車セットの前記第１歯車シャフトおよび前記第２歯車シャフトは、前記差動装置筐体に連結される、差動装置筐体と
   を備え、
   前記少なくとも１つの遊星歯車セットは複数の遊星歯車セットから構成され、
   各遊星歯車セットの前記第１遊星歯車は、対応する遊星歯車セットの前記第３遊星歯車と噛み合い、隣接する遊星歯車セットの前記第３遊星歯車と噛み合う、平行軸エピサイクリック歯車差動装置。
2. 前記第１遊星歯車は、前記第１歯車シャフトに強固に固定され、前記第２遊星歯車および前記第３遊星歯車は、前記第２歯車シャフトに強固に固定される、請求項１に記載の平行軸エピサイクリック歯車差動装置。
3. 前記差動装置筐体の回転軸は、前記第１出力駆動シャフトに対応する第１中心線と同軸で位置合わせされ、前記差動装置筐体の前記回転軸は、前記第２出力駆動シャフトに対応する第２中心線と同軸で位置合わせされる、請求項１に記載の平行軸エピサイクリック歯車差動装置。
4. 前記少なくとも１つの遊星歯車セットのうちそれぞれに関して、前記差動装置筐体の前記回転軸は、前記第１遊星歯車に対応する第１回転軸と、前記第２遊星歯車および前記第３遊星歯車に対応する第２回転軸とに平行である、請求項３に記載の平行軸エピサイクリック歯車差動装置。
5. 前記第１太陽歯車、前記第１遊星歯車、および前記第３遊星歯車に対応する第１歯車比は、前記第２太陽歯車および前記第２遊星歯車に対応する第２歯車比と同等である、請求項１から４のいずれか一項に記載の平行軸エピサイクリック歯車差動装置。
6. 前記第１太陽歯車に対応する第１の複数の歯は、前記第２太陽歯車に対応する第２の複数の歯と同等である、請求項１から４のいずれか一項に記載の平行軸エピサイクリック歯車差動装置。
7. 前記第１太陽歯車に対応する第１の複数の歯は、前記第２太陽歯車に対応する第２の複数の歯と非同等である、請求項１から４のいずれか一項に記載の平行軸エピサイクリック歯車差動装置。
8. 前記少なくとも１つの遊星歯車セットは、複数の遊星歯車セットから構成され、前記複数の遊星歯車セットは、前記差動装置筐体に対応する回転軸周りに均等に間隔が空いている、請求項１から４のいずれか一項に記載の平行軸エピサイクリック歯車差動装置。
9. 前記少なくとも１つの遊星歯車セットは、複数の遊星歯車セットから構成され、前記複数の遊星歯車セットは、前記差動装置筐体に対応する回転軸周りに不均等に間隔が空いている、請求項１から４のいずれか一項に記載の平行軸エピサイクリック歯車差動装置。
10. 前記第１太陽歯車に対応する第１歯車歯セットは直線的であり、
    前記第２太陽歯車に対応する第２歯車歯セットは直線的であり、
    前記第１遊星歯車に対応する第３歯車歯セットは直線的であり、
    前記第２遊星歯車に対応する第４歯車歯セットは直線的であり、
    前記第３遊星歯車に対応する第５歯車歯セットは直線的である、請求項１から４のいずれか一項に記載の平行軸エピサイクリック歯車差動装置。
11. 前記第１太陽歯車に対応する第１歯車歯セットは螺旋状であり、
    前記第２太陽歯車に対応する第２歯車歯セットは螺旋状であり、
    前記第１遊星歯車に対応する第３歯車歯セットは螺旋状であり、
    前記第２遊星歯車に対応する第４歯車歯セットは螺旋状であり、
    前記第３遊星歯車に対応する第５歯車歯セットは螺旋状である、請求項１から４のいずれか一項に記載の平行軸エピサイクリック歯車差動装置。

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