JP6477653B2 - ディファレンシャルハウジング - Google Patents

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Description

本発明は、終減速機構及び差動歯車機構を収容かつ支持するディファレンシャルハウジングに関する。
終減速機構及び差動歯車機構を収容かつ支持するディファレンシャルハウジングを備えた差動装置においては、温度変化に伴う寸法変化、すなわち熱膨張収縮が生じると、これに収容される各ギヤの支持点の相対的な位置関係が変化する結果、これらギヤにおいて騒音や振動が発生しやすくなるなど、動力伝達状態に変動が生じるおそれがある。
そこで、例えば、特許文献1には、ディファレンシャルハウジングの内側面の一部に、ディファレンシャルハウジングの母材より線膨張係数が小さい筒状の部材を鋳包む構成が開示されている。この構成によれば、ディファレンシャルハウジングの構造体を全て線膨張係数の大きいものとした場合と比較して、ディファレンシャルハウジングの熱膨張収縮を抑制することになる。
特開平03−221257号公報
特許文献1では、入力歯車であるドライブピニオンギヤの回転軸を支持する入力軸受と、デフケースの両端部を支持するデフケース軸受との間の相対的な位置関係の変化、及び2つのデフケース軸受の間の相対的な位置関係の変化について着目していない。また、線膨張係数が小さい筒状の部材を、ディファレンシャルハウジングの内側面に鋳込んでいるため、熱膨張収縮に伴い当該部材と母材との間にずれを生じやすく、これも、入力軸受とデフケース軸受との間の相対的な位置関係の変化を生じさせる原因となりうる。このため、動力伝達状態の変化を効果的に抑制するためには、依然として改良の余地がある。
本発明の目的は、ディファレンシャルハウジングの熱膨張収縮に伴う動力伝達状態の変化を更に効果的に抑制することにある。
本発明の第1態様におけるディファレンシャルハウジングは、
入力歯車の回転軸を支持する入力軸受と、前記入力歯車に噛み合う歯車が固定されたデフケースを回転可能に支持する左右一対のデフケース軸受と、を含む複数の軸受を支持するディファレンシャルハウジングであって、前記複数の軸受は、第1軸受及び第2軸受を含み、
前記第1軸受を包囲するように設けられた第1軸受包囲部材と、
前記第2軸受を包囲するように設けられた第2軸受包囲部材と、
前記第1軸受包囲部材と前記第2軸受包囲部材とを連結するための連結部材であって、その少なくとも一部が前記ディファレンシャルハウジングの母材からなる壁に内蔵されている連結部材と、を備え、
前記第1軸受包囲部材、前記第2軸受包囲部材及び前記連結部材は、前記ディファレンシャルハウジングの母材よりも線膨張係数が小さい材料でそれぞれ構成されていることを特徴とする。
本発明の第2態様におけるディファレンシャルハウジングは、第1態様に記載のディファレンシャルハウジングにおいて、前記連結部材には、前記連結部材の長手方向に交差する方向に突出する少なくとも1つの突出部が形成されていることを特徴とする。
本発明の第3態様におけるディファレンシャルハウジングは、第1態様又は第2態様に記載のディファレンシャルハウジングにおいて、前記第1軸受が前記入力軸受であり且つ前記第2軸受が少なくとも1つの前記デフケース軸受であることを特徴とする。
本発明の第4態様におけるディファレンシャルハウジングは、第1態様又は第2態様に記載のディファレンシャルハウジングにおいて、前記第1軸受及び前記第2軸受が前記左右一対のデフケース軸受の一方及び他方であることを特徴とする。
本発明の第5態様におけるディファレンシャルハウジングは、第1態様又は第2態様に記載のディファレンシャルハウジングにおいて、
前記入力軸受は、第1入力軸受と、前記第1入力軸受より遠位側に配置される第2入力軸受と、を備え、
前記第1軸受は前記第1入力軸受であり且つ前記第2軸受は前記第2入力軸受であることを特徴とする。
本発明の第1態様によれば、連結部材の少なくとも一部が、ディファレンシャルハウジングの母材からなる壁に内蔵されているので、ディファレンシャルハウジングに熱膨張収縮が生じた際、入力歯車の回転軸を支持する入力軸受、及び/又はデフケースを支持する左右一対のデフケース軸受の相対的な位置関係の変化が抑えられ、入力歯車とこの入力歯車に噛み合う歯車との相対的な位置関係の変化が抑制される。その結果、ディファレンシャルハウジングの熱膨張収縮に起因する動力伝達状態の変化を抑制することが可能となる。また、連結部材の少なくとも一部が、ディファレンシャルハウジングの母材からなる壁に内蔵されているので、熱膨張収縮の際に母材との間に生じるずれを抑制することができる。
本発明の第2態様によれば、ディファレンシャルハウジングの熱膨張収縮による熱応力が、個々の突出部の取付箇所に分散して作用するため、連結部材の変形を抑制することが可能となる。加えて、連結部材の突出部が、ディファレンシャルハウジングの熱膨張収縮に対する抵抗となるため、ディファレンシャルハウジングの熱膨張収縮を抑制することが可能となる。
本発明の第3態様によれば、入力軸受とデフケース軸受との相対的な位置関係の変化が抑制されうる。
本発明の第4態様によれば、2つのデフケース軸受の相対的な位置関係の変化が抑制されうる。
本発明の第5態様によれば、2つの入力軸受の相対的な位置関係の変化が抑制されうる。
本発明の一実施形態に係るディファレンシャルハウジングを備えた差動装置の平面断面図である。 一実施形態に係るディファレンシャルハウジングを備えた差動装置の側面断面図である。 一実施形態に係るディファレンシャルハウジングの軸受包囲部材及び軸受包囲部材間を連結する連結部材を示す斜視図である。 図3のIV部分を拡大した図である。
以下、本発明の実施形態につき、図面に基づいて説明する。
本明細書及び特許請求の範囲の記載において、「包囲」とは、周りを完全に取り囲む場合だけでなく、周りを不完全に取り囲む場合も含む。「軸受を包囲する」とは、例えば、環状の部材による場合のほかにC型の部材により軸受の周りを取り囲む場合を含む。
また、本明細書及び特許請求の範囲の記載において、「入力歯車の回転軸」とは、FR(フロントエンジン・リヤドライブ)等の車両に使用されるドライブピニオン軸のほか、FF(フロントエンジン・フロントドライブ)等の車両に使用されるカウンタシャフトを指すものとして参照される。
さらに、本明細書及び特許請求の範囲の記載において、「ディファレンシャルハウジング」とは、FR等の車両に使用されるディファレンシャルハウジングのほか、FF等の車両における差動装置を収容するハウジング部分を指すものとして参照される。
図1は本発明の一実施形態に係るディファレンシャルハウジング20を備えた車両用の差動装置1の平面断面図であり、図2は側面断面図である。図3は、本実施形態に係るディファレンシャルハウジング20の軸受包囲部材41f,41r,42L,42R、及びこれら軸受包囲部材間を連結する連結部材511L,511R,512L,512R,522U,522Dを示す斜視図である。図3では、説明の便宜上、ディファレンシャルハウジング20の外側の輪郭線を二点鎖線で簡略的に表す。
本実施形態の差動装置1は、例えば、FRの車両における後輪駆動用のものである。なお、図1及び図2において、矢印の「前」と示した方向が車両の前方側、矢印の「右」と示した方向が車両の右方側、矢印の「上」と示した方向が車両の上方側である。本明細書及び特許請求の範囲の記載では、動力伝達経路において駆動源に近い方向を「近位」、駆動源から遠い方向を「遠位」と称するものであり、本実施形態に係る差動装置1では、車両の前方側が「近位」である。
図1及び図2に示すように、差動装置1は、ディファレンシャルハウジング20、終減速機構31及び差動歯車機構32などから構成されている。
ディファレンシャルハウジング20は、ディファレンシャルキャリア21とキャリアカバー22とからなる。これらディファレンシャルキャリア21及びキャリアカバー22は、ディファレンシャルハウジング20の軽量化などのため、いずれもアルミニウム系材料からなる。キャリアカバー22はディファレンシャルキャリア21後端の開口部に、ボルト(不図示)によって締結される。
終減速機構31は、ドライブピニオン軸13、ドライブピニオンギヤ14、フロント軸受15f、リヤ軸受15r及びリングギヤ18などから構成されている。本明細書及び特許請求の範囲の記載では、フロント軸受15f、リヤ軸受15rを「入力軸受」と総称する。ディファレンシャルキャリア21の前方部(車両の前方側)には、その内部にピニオン軸室23が形成され、このピニオン軸室23の内部に、転がり軸受であるフロント軸受15f及びリヤ軸受15rが嵌合されている。これらフロント軸受15f及びリヤ軸受15rによって、ドライブピニオン軸13が回転可能に支持されている。リヤ軸受15rは、フロント軸受15fより遠位側に配置され、ドライブピニオン軸13のドライブピニオンギヤ14の近傍を支持するものである。フロント軸受15f、リヤ軸受15r、及び後述するデフケース軸受39L,39Rは、インナーレース、アウターレース、及びこれらの間で転動する転動体(例えば、リヤ軸受15rでは2列のボール)をそれぞれ備えており、転動体は樹脂製の保持器によって保持されている。なお、本実施形態ではフロント軸受15f及びリヤ軸受15rに、損失低減を目的としてアンギュラ玉軸受(単列,複列)を用いているが、軸受は例えば、差動装置で一般的に用いられる円すいころ軸受であってもよい。
ドライブピニオン軸13の一端(車両の前方側)には、フランジ6が、ナット5によって締結されている。フランジ6とフロント軸受15fとの間には、オイルシール17が設けられている。フランジ6は、ボルト(不図示)によって、車両前部に設けられた駆動源であるエンジン(不図示)の動力を伝達する不図示のプロペラシャフトの最後端部と連結されている。駆動源はモータであっても良い。
ドライブピニオン軸13の遠位端部、すなわちフランジ6の反対側となる軸端には、ドライブピニオンギヤ14が一体に形成され、ドライブピニオンギヤ14はリングギヤ18と噛合している。このドライブピニオンギヤ14とリングギヤ18とのギヤ比によって、ドライブピニオン軸13の回転駆動力が減速され、その減速後の駆動力がリングギヤ18に伝達される。
リングギヤ18は、差動歯車機構32と共に、ディファレンシャルキャリア21の内部において、その後方部(車両の後方側)に形成されたデフ機構室24に収容されている。差動歯車機構32は、デフケース34、サイドギヤ35L,35R、デフピニオン36f,36r、デフピニオン軸38、デフケース軸受39L,39Rなどから構成されている。デフケース34には、リングギヤ18がボルト33によって固定されており、これにより、リングギヤ18はデフケース34と一体回転可能となっている。
デフケース34には、転がり軸受である左右一対のデフケース軸受39L,39Rが嵌合されている。これらデフケース軸受39L,39Rによって、デフケース34が回転可能に支持されている。デフケース34の中空部には、デフケース34の回転の際の中心軸となる軸線と直交する方向にデフピニオン軸38が支持され、このデフピニオン軸38の両軸端部分に、一対のデフピニオン36f,36rが互いに対向する向きで回転可能に支持されている。デフピニオン36f,36rには、デフケース34の中空部の左右に配設された一対のサイドギヤ35L,35Rが噛合している。これらサイドギヤ35L,35Rには、デフケース34に挿通された左右の車軸(不図示)の一端がそれぞれ一体回転可能に連結され、左右の各車軸の他端には、左右の各車輪(不図示)が接続される。
本実施形態に係るディファレンシャルハウジング20では、フロント軸受15fを包囲するように軸受包囲部材41fが設けられ、リヤ軸受15rを包囲するように軸受包囲部材41rが設けられる。また、デフケース軸受39Lを包囲するように軸受包囲部材42Lが設けられ、デフケース軸受39Rを包囲するように軸受包囲部材42Rが設けられる。軸受包囲部材41f,41r,42L,42Rは、各軸受を完全に包囲する全周にわたる筒状にそれぞれ形成されている。
図3に示すように、軸受包囲部材41fの遠位側の周縁部の左部分と軸受包囲部材41rの近位側の周縁部の左部分とが連結部材511Lによって連結されており、軸受包囲部材41fの遠位側の周縁部の右部分と軸受包囲部材41rの近位側の周縁部の右部分とが連結部材511Rによって連結されている。また、軸受包囲部材42Lの外周面部の上部分と軸受包囲部材42Rの外周面部の上部分とが連結部材522Uによって連結されており、軸受包囲部材42Lの外周面部の下部分と軸受包囲部材42Rの外周面部の下部分とが連結部材522Dによって連結されている。さらに、軸受包囲部材41rの遠位側の周縁部の左部分と軸受包囲部材42Lの外周面部の近位部分とが連結部材512Lによって連結されており、軸受包囲部材41rの遠位側の周縁部の右部分と軸受包囲部材42Rの外周面部の近位部分とが連結部材512Rによって連結されている。なお、本発明では、軸受包囲部材41fと、軸受包囲部材42L,42Rとの間を、連結部材によって連結してもよい。
図4は、図3のIV部分を拡大した図である。連結部材511L,511R,512L,512R,522U,522Dには、その長手方向に交差する方向に突出する少なくとも1つの突出部61が形成されている。突出部61は、ディファレンシャルハウジング20の外側に向かって突出している。軸受包囲部材41f,41r,42L,42R、連結部材511L,511R,512L,512R,522U,522D、及び突出部61は、いずれも、ディファレンシャルハウジング20の母材よりも線膨張係数が小さい材料(例えば、鉄)で構成され、これらの相互の接続は、例えば溶接によって行われる。
軸受包囲部材41f,41r,42L,42Rと、これらを連結する連結部材511L,511R,512L,512R,522U,522Dと、突出部61とは、単一の枠体を構成し、この枠体は、いわばディファレンシャルハウジング20の骨格として機能している。本実施形態では、連結部材は、その少なくとも一部がディファレンシャルハウジング20の母材からなる壁に内蔵されている。すなわち、各軸受包囲部材の間の領域に存在するディファレンシャルハウジング20の壁のうち少なくとも1つの領域の壁には、軸受包囲部材同士を連結する連結部材が内蔵されている。ここで「内蔵されている」とは、連結部材の長手方向に交差する或る断面において、連結部材の全周囲が母材に接していることを言い、連結部材の全表面が母材に接している場合だけでなく、連結部材の長手方向に交差する他の断面において連結部材の一部が母材の外部に露出している場合も含む。この枠体をディファレンシャルハウジング20の母材(例えば、アルミニウム)の内部に鋳包むことでディファレンシャルハウジング20が形成される。すなわち、ディファレンシャルハウジング20は、鋳型内に枠体を配置し、次にこの鋳型内に溶融材料を注入し固化することによって形成される。
このように構成された差動装置1において、エンジン(不図示)の駆動力は、トランスミッション(不図示)により変速され、変速後の駆動力が不図示のプロペラシャフトを通じて、ドライブピニオン軸13に伝達される。ドライブピニオン軸13のドライブピニオンギヤ14が回転すると、そのドライブピニオンギヤ14に噛み合ったリングギヤ18と、そのリングギヤ18が固定されたデフケース34とが共に回転駆動される。デフケース34の回転により、その中空部のサイドギヤ35L,35R、デフピニオン36f,36r、デフピニオン軸38と、デフケース34に挿通された左右の車軸(不図示)とが回転駆動される。そして、この車軸の回転により、左右の車輪(不図示)が差動回転するように駆動される。
さて、上述のとおり、ディファレンシャルハウジング20はアルミニウム系材料からなる。これに対し、差動装置1の残余の主たる部材、とくに終減速機構31及び差動歯車機構32は、いずれも鉄により構成されている。アルミニウム系材料の線膨張係数は、鉄よりも顕著に大きいため、差動装置1においては、温度変化に伴う寸法変化、すなわち熱膨張収縮が問題になりうる。例えば、差動歯車機構32に固定されたリングギヤ18と、ドライブピニオン軸13に設けられたドライブピニオンギヤ14との位置関係が、ディファレンシャルハウジング20の熱膨張収縮に起因して変化すると、これらギヤにおいて騒音(うなり音など)や振動が発生しやすくなるなど、動力伝達状態に変動が生じるおそれがある。
そこで、本実施形態に係るディファレンシャルハウジング20では、ドライブピニオン軸13を保持するフロント軸受15f及びリヤ軸受15rをそれぞれ包囲する軸受包囲部材41f,41r、並びにデフケース34を保持する左右一対のデフケース軸受39L,39Rをそれぞれ包囲する軸受包囲部材42L,42Rを備えており、これら軸受包囲部材を連結部材511L,511R,512L,512R,522U,522Dで連結するように構成されている。これら連結部材511L,511R,512L,512R,522U,522Dは、その少なくとも一部がディファレンシャルハウジング20の母材からなる壁に内蔵されている。さらに、軸受包囲部材41f,41r,42L,42R、及び連結部材511L,511R,512L,512R,522U,522Dは、ディファレンシャルハウジング20の母材よりも線膨張係数が小さい材料でそれぞれ構成されている。
これらの構成により、ドライブピニオン軸13を保持するフロント軸受15f及びリヤ軸受15r、並びにデフケースを保持する左右一対のデフケース軸受39L,39Rの相対的な位置関係の変化が抑えられるので、ドライブピニオンギヤ14とリングギヤ18との相対的な位置関係の変化が抑制される。その結果、ディファレンシャルハウジング20の熱膨張収縮に起因する動力伝達状態の変化を抑制することが可能となる。すなわち、線膨張係数が小さい連結部材が、温度変化時においても各種軸受の相対的な位置関係の変化を抑制し、リングギヤ18とドライブピニオンギヤ14の歯当たり状態が保持されやすいため、騒音や振動の発生を抑えることができる。また本実施形態では、連結部材511L,511R,512L,512R,522U,522Dの少なくとも一部が、ディファレンシャルハウジング20の母材からなる壁に内蔵されているので、熱膨張収縮の際に母材との間に生じるずれを抑制することができる。
さらに本実施形態によれば、ディファレンシャルハウジング20の熱膨張収縮による熱応力が、個々の突出部61の取付箇所に分散して作用するため、連結部材511L,511R,512L,512R,522U,522Dの変形を抑制することが可能となる。加えて、突出部61が、ディファレンシャルハウジング20の熱膨張収縮に対する抵抗(すなわち妨げ)となるため、ディファレンシャルハウジング20の熱膨張収縮を抑制することが可能となる。よって、突出部61を設けない構成と比較して、ディファレンシャルハウジング20の熱膨張収縮に起因する動力伝達状態の変化をより効果的に抑制することが可能となる。また、ディファレンシャルハウジング20の熱応力が個々の突出部61の取付箇所に分散して作用するため、連結部材を薄肉軽量とすることができ、製品のコストダウンや軽量化を図ることができる。なお、本実施形態では、突出部61は、複数形成されているが、少なくとも1つ形成されていればよい。また、本発明では、連結部材511L,511R,512L,512R,522U,522Dに突出部61を設けない態様も許容するものである。
本発明は前述の各態様及び変形例のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。例えば、連結部材の形状、数量及び連結状態、軸受包囲部材の形状及び数量は、上記実施形態に限られず、例えば一部の連結部材及びこれによって連結される軸受包囲部材のみを採用するなど、本発明の効果を発揮するものであれば、様々な態様を採用することが可能である。
1 差動装置
5 ナット
13 ドライブピニオン軸
14 ドライブピニオンギヤ
15f フロント軸受
15r リヤ軸受
18 リングギヤ
20 ディファレンシャルハウジング
21 ディファレンシャルキャリア
22 キャリアカバー
23 ピニオン軸室
24 デフ機構室
31 終減速機構
32 差動歯車機構
33 ボルト
34 デフケース
35L,35R サイドギヤ
36f,36r デフピニオン
38 デフピニオン軸
39L,39R デフケース軸受
41f,41r,42L,42R 軸受包囲部材
61 突出部
511L,511R,512L,512R,522U,522D 連結部材

Claims (6)

  1. 入力歯車の回転軸を支持する入力軸受と、前記入力歯車に噛み合う歯車が固定されたデフケースを回転可能に支持する左右一対のデフケース軸受と、を含む複数の軸受を支持するディファレンシャルハウジングであって、前記複数の軸受は、第1軸受及び第2軸受を含み、
    前記第1軸受を包囲するように設けられた第1軸受包囲部材と、
    前記第2軸受を包囲するように設けられた第2軸受包囲部材と、
    前記第1軸受包囲部材と前記第2軸受包囲部材とを連結するための連結部材であって、その少なくとも一部が前記ディファレンシャルハウジングの母材からなる壁に内蔵されている連結部材と、を備え、
    前記第1軸受包囲部材、前記第2軸受包囲部材及び前記連結部材は、前記ディファレンシャルハウジングの母材よりも線膨張係数が小さい材料でそれぞれ構成され、
    前記連結部材には、前記連結部材の長手方向に交差する方向に突出する少なくとも1つの突出部が形成されていることを特徴とするディファレンシャルハウジング。
  2. 前記第1軸受は前記入力軸受であり且つ前記第2軸受は少なくとも1つの前記デフケース軸受であ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ハウジング。
  3. 前記第1軸受及び前記第2軸受は前記左右一対のデフケース軸受の一方及び他方であ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ハウジング。
  4. 前記入力軸受は、第1入力軸受と、前記第1入力軸受より遠位側に配置される第2入力軸受と、を備え、
    前記第1軸受は前記第1入力軸受であり且つ前記第2軸受は前記第2入力軸受であ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ハウジング。
  5. 入力歯車の回転軸を支持する入力軸受と、前記入力歯車に噛み合う歯車が固定されたデフケースを回転可能に支持する左右一対のデフケース軸受と、を含む複数の軸受を支持するディファレンシャルハウジングであって、前記複数の軸受は、第1軸受及び第2軸受を含み、
    前記第1軸受を包囲するように設けられた第1軸受包囲部材と、
    前記第2軸受を包囲するように設けられた第2軸受包囲部材と、
    前記第1軸受包囲部材と前記第2軸受包囲部材とを連結するための連結部材であって、その少なくとも一部が前記ディファレンシャルハウジングの母材からなる壁に内蔵されている連結部材と、を備え、
    前記第1軸受包囲部材、前記第2軸受包囲部材及び前記連結部材は、前記ディファレンシャルハウジングの母材よりも線膨張係数が小さい材料でそれぞれ構成され、
    前記第1軸受は前記入力軸受であり且つ前記第2軸受は少なくとも1つの前記デフケース軸受であることを特徴とするディファレンシャルハウジング。
  6. 入力歯車の回転軸を支持する入力軸受と、前記入力歯車に噛み合う歯車が固定されたデフケースを回転可能に支持する左右一対のデフケース軸受と、を含む複数の軸受を支持するディファレンシャルハウジングであって、前記複数の軸受は、第1軸受及び第2軸受を含み、
    前記第1軸受を包囲するように設けられた第1軸受包囲部材と、
    前記第2軸受を包囲するように設けられた第2軸受包囲部材と、
    前記第1軸受包囲部材と前記第2軸受包囲部材とを連結するための連結部材であって、その少なくとも一部が前記ディファレンシャルハウジングの母材からなる壁に内蔵されている連結部材と、を備え、
    前記第1軸受包囲部材、前記第2軸受包囲部材及び前記連結部材は、前記ディファレンシャルハウジングの母材よりも線膨張係数が小さい材料でそれぞれ構成され、
    前記第1軸受及び前記第2軸受は前記左右一対のデフケース軸受の一方及び他方であることを特徴とするディファレンシャルハウジング。
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