JP6540520B2 - デファレンシャルのファイナルドリブンギヤ - Google Patents

Description

本発明は、車両のデフケース（デファレンシャルケースの一般的な略称名）に、一体に回転するように組み付けられるファイナルドリブンギヤに関する。

従来より車両の駆動系においては、エンジンなどの動力源からトランスミッションを介して伝達される駆動力を、左右の駆動輪へ配分するデファレンシャルが搭載されている。デファレンシャルへの入力は、リングギヤからなるファイナルドリブンギヤによってデフケースに伝達されるようになっており、通常、ファイナルドリブンギヤおよびデフケースはそれぞれ鋳造などによって製造されて、ボルトにより締結される。

そうして鋳造などによって製造されるデフケースは、サイドギヤやピニオンギヤなどを収容するケース本体部に、ファイナルドリブンギヤの締結されるフランジ部を一体化したものであり、その鋳造の際、或いは鋳造後の機械加工の際に回転バランスに狂いが生じることがある。こうして生じるアンバランスは大きなものではないが、車載状態でデフケースが回転したときにはノイズや振動の原因となり得る。

このため従来、鋳造ないし機械加工後のデフケースは、回転バランスを測定した上で、アンバランスが所定値以上であれば廃棄するか、或いは、バランス修正のためにさらなる機械加工を施すようにしており、このことがコストの増大を招いていた。

一方、前記のようなデフケースに組み付けられるリングギヤにも製造誤差があり、これもノイズや振動の原因となることが知られている。例えば特許文献１には、ギヤのホーニング加工をしながらピッチ誤差を測定し、その結果に応じて工具の位置を修正することにより、歯の位置に応じて研削量を変えるという技術が開示されている。これにより、ギヤのピッチ誤差を非常に小さくすることができる。

特開平７−５１９３６号公報

ところで、前記従来例（特許文献１）の図２には、ギヤのピッチ誤差のピーク（最大値）がπ／２、即ち９０°付近にあり、もう一つのピーク（最小値）が３π／２、即ち２７０°付近にあることが示されている。そこで、このようなギヤのピッチ誤差による加振力とデフケースのアンバランスによる加振力とが相互に減殺するように組み付け、全体としてノイズや振動の低減を図ることが考えられる。

しかしながら、前記従来例のようにギヤのピッチ誤差のピーク（最大値）が９０°付近にあると、この位置をデフケースのアンバランスの位置に合わせることが難しくなる。すなわち、リングギヤをデフケースに組み付ける作業者は、リングギヤの９０°の位置を十分、正確に視認することが困難であり、人為的なミスによって位置が大きくずれるおそれがあるからである。

また、デフケースのアンバランスの大きさは、通常は正弦曲線または余弦曲線のグラフで表されるが、従来例のギヤにおけるピッチ誤差は、前記図２に表れているように、ピークとピークとを直線的に結んだグラフとして表されるので、両者をぴったりと重ねることはできない。このことから、デフケースのアンバランスによる加振力を、リングギヤのピッチ誤差による加振力によって滑らかに、かつ途切れなく減殺することはできないと考えられる。

このような事情を考慮して本発明の目的は、デフケースに組み付けるファイナルドリブンギヤの構造に工夫を凝らして、デフケースのアンバランスを効果的に減殺できるようにすることにある。

前記の目的を達成すべく本発明では、車両のデファレンシャルにおけるデフケースに一体に回転するように組み付けられるファイナルドリブンギヤを対象として、このファイナルドリブンギヤの外周部に形成される複数の歯のピッチ誤差を、１周期が３６０°の余弦曲線で表され、かつ当該余弦曲線のピークが０°および１８０°にそれぞれ表れるように設定し、周方向に亘る複数箇所を前記デフケースにボルト締結し、そのボルト締結位置を周方向に等間隔の位置とし、ボルト締結数を前記間隔が中心角において４０°以下となる数に設定したものである。

前記のファイナルドリブンギヤは、その外周部に形成される複数の歯のピッチ誤差が余弦曲線で表され、かつそのピークが０°および１８０°にそれぞれ表れる。つまり、ファイナルドリブンギヤのピッチ誤差は、デフケースのアンバランスによるものと同様に、１回転を１周期とする余弦曲線で表される。よって、これら２つの余弦曲線は、振幅を調整すれば相互にぴったりと重ね合わせることが可能になる。

そこで、ファイナルドリブンギヤのピッチ誤差のピークである０°の位置を、デフケースのアンバランスの位置に合わせて組み付けることで、即ち、ファイナルドリブンギヤを適切に（２つの余弦曲線の位相ができるだけ一致するように）デフケースに組み付けることで、このファイナルドリブンギヤのピッチ誤差による加振力によって、デフケースのアンバランスによる加振力を滑らかにかつ途切れなく減殺し、ノイズや振動を低減することができる。

しかも、前記のようにファイナルドリブンギヤのピッチ誤差のピークが０°または１８０°付近にあることから、作業者は、例えば０°の位置を容易に視認して、間違いなくデフケースに組み付けることができる。つまり、人為的なミスによって位置が大きくずれる心配が少なくなり、前記のようにファイナルドリブンギヤを適切にデフケースに組み付けることができる。

なお、前記のようにファイナルドリブンギヤのピッチ誤差を設定するには、その歯研ぎなどの加工時に工具の位置を精密に調整し、予め設定したピッチ誤差が生じるようにすればよいが、その加工方法などは特に限定されない。また、ファイナルドリブンギヤの種類としては例えばヘリカル歯車、平歯車の他に傘歯車や曲がり傘歯車などが挙げられる。

以上、説明したように本発明に係るファイナルドリブンギヤは、ピッチ誤差が３６０°周期の余弦曲線で表され、かつそのピークが０°および１８０°にそれぞれ表れるように構成したので、これを適切にデフケースに組み付けて、そのアンバランスによる加振力を滑らかにかつ途切れなく減殺することが可能になる。これにより、ノイズや振動を十分に低減することができる。

本発明の実施の形態に係るデファレンシャルの全体構成を示す断面図である。 ファイナルドリブンギヤのデフケースへの組み付けを概略的に示す斜視図である。 ファイナルドリブンギヤの角度位置に応じて変化するピッチ誤差を示す説明図である。 ファイナルドリブンギヤのピッチ誤差を正弦曲線となるように設定するデータの一例を示す図表である。

以下、本発明をＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）車両のフロントデフに適用した実施の形態について説明する。図１には断面で示すようにデファレンシャル１は、トランスミッション（図示せず）と一体化された外装ケース２に収容されて、一対のベアリング３により回転自在に支持されており、図示しないファイナルドライブギヤからファイナルドリブンギヤ４（リングギヤ）に駆動力が伝達されるようになっている。

このファイナルドリブンギヤ４は、差動歯車機構を収容するデフケース５（回転体）に組み付けられており、この差動歯車機構によって左右（車両の左右）のドライブシャフト６に異なる大きさの駆動力を伝達可能になっている。すなわち、前記のようにファイナルドリブンギヤ４に伝達される駆動力によって、これと一体にデフケース５が回転すると、ピニオンギヤ７およびサイドギヤ８を介して駆動力が左右のドライブシャフト６に伝達されることになる。

詳しくは前記デフケース５は、概略お椀状のケース本体部５０と、そのお椀の開口を閉じるように設けられたフランジ部５１と、このフランジ部５１およびケース本体部５０にそれぞれ設けられた一対の支持ボス部５２と、を備えている。デフケース５は、例えば鋼製であり、主に鋳造によって前記ケース本体部５０、フランジ部５１および支持ボス部５２を一体成形したものである。

そして、ケース本体部５０には、デフケース５の回転軸線Ｘと直交するようにピニオンシャフト７０が配置され、その両端部がケース本体部５０に支持されている。このピニオンシャフト７０の両端側（図１において上側、下側）には、例えば傘歯車やハイポイドギヤであるピニオンギヤ７が互いに対向するように配置され、回転自在に支持されている。なお、ケース本体部５０には、ピニオンギヤ７やサイドギヤ８を組み込むための開口部５０ａ（図２参照）も形成されている。

一方、デフケース５の左右両側にはそれぞれ、回転軸線Ｘに沿って外方に延びるように前記の支持ボス部５２が突設されている。これらの支持ボス部５２は円筒状とされ、その外周部にはベアリング３が配設される一方、内周部にはドライブシャフト６が挿通されている。左右のドライブシャフト６の端部６１はそれぞれデフケース５の内方に突出していて、前記サイドギヤ８にスプライン嵌合されている。

こうしてデフケース５内の左右両側に配置されているサイドギヤ８も例えば傘歯車やハイポイドギヤであり、前記のようにピニオンシャフト７０に支持されたピニオンギヤ７と噛み合っている。これにより、デフケース５が回転し、これと一体にピニオンシャフト７０が回転すると、ピニオンギヤ７および左右のサイドギヤ８を介して左右のドライブシャフト６に駆動力が伝達されるようになる。

この際、左右にそれぞれ伝達される駆動力が同じであれば、ピニオンギヤ７およびサイドギヤ８もピニオンシャフト７０、即ちデフケース５と一体に回転するようになり、左右のドライブシャフト６の回転数は同じになる。一方、伝達される駆動力が異なる場合は、これに応じてピニオンシャフト７０の周りをピニオンギヤ７が回転するようになり、その分、左右のサイドギヤ８の回転数（即ち、左右のドライブシャフト６の回転数）が異なるものとなる。つまり、車両の左右の駆動輪の回転数差が許容される。

−ファイナルドリブンギヤの組み付け−
前記のように構成されたデファレンシャル１においては、図２にも示すようにデフケース５のフランジ部５１に、締結ボルト９によってファイナルドリブンギヤ４が組み付けられている。一例としてファイナルドリブンギヤ４は鋼製であり、主に鋳造によって円環状に形成された後に機械加工が施されて、その外周部には径方向外方に突出する複数の歯４１が形成されている。この歯４１としては、はす歯が好ましいが、それ以外の歯形（例えば平歯）であってもよい。

そうして形成された複数の歯４１の幅に対応して、ファイナルドリブンギヤ４の外周部では厚みが大きくなっている。一方、ファイナルドリブンギヤ４の中央部には回転軸線Ｘの方向に貫通する丸穴４２が形成されて、デフケース５のフランジ部５１に設けられた円形の段部５１ａが圧入されるようになっている。また、その段部５１ａよりも外周寄りにおいてフランジ部５１には、周方向に等間隔を空けて複数（図例では１０個）のボルト孔５１ｂが形成され、このボルト孔５１ｂに対応するようにファイナルドリブンギヤ４には、締結ボルト９の挿入されるボルト挿入孔４３が形成されている。

ところで、上述したようにデフケース５は、お椀状のケース本体部５０、フランジ部５１および支持ボス部５２が一体成形されたものであり、その鋳造の際、或いは鋳造後に機械加工を施す際に回転バランスに狂いが生じることもある。こうして生じるアンバランスは大きなものではないが、車載状態でデフケース５が回転したときに加振力を発生して、ノイズや振動を引き起こすおそれがある。

そのため従来一般的には、製造したデフケース５の回転バランスを測定して、アンバランスが所定値以上であれば廃棄するか、或いはバランス修正のために再度、機械加工を施すようにしており、このことがコストの増大を招くという問題があった。

これに対し本実施の形態では、前記のようにデフケース５に組み付けるファイナルドリブンギヤ４にも製造誤差があり、例えばピッチ誤差によってファイナルドライブギヤとの噛み合いが変化することによって、加振力が発生することに着目した。そして、このファイナルドリブンギヤ４に生じる加振力と、前記デフケース５のアンバランスによる加振力とを、できるだけ相殺させるようにしたものである。

そのために本実施の形態のファイナルドリブンギヤ４においては、デフケース５のアンバランスに対応するようなピッチ誤差を意図的に生じさせている。すなわち、デフケース５のアンバランスの大きさは、通常は１回転（３６０°）を１周期とする正弦曲線または余弦曲線を描くように変化するので、これに対応するようにファイナルドリブンギヤ４のピッチ誤差も同様の余弦曲線で表されるようにしている。

一例を図３に示すように本実施の形態においてファイナルドリブンギヤ４のピッチ誤差は、デフケース５への組み付けの際の基準となる位置（所定の角度位置θ＝０°）からその回転方向に徐々に変化していて、１周期が３６０°の余弦曲線Ｃとして表される。そして、ピッチ誤差のピーク（最大値）がθ＝０°に、また別のピーク（最小値）がθ＝１８０°にそれぞれ表れている。

このように変化するピッチ誤差とするために本実施の形態では、例えばファイナルドリブンギヤ４の歯研ぎの際に研削工具の位置を精密に調整して、意図的にピッチ誤差を付与するようにしている。具体的には図４に一例を示すように、本実施の形態においてはファイナルドリブンギヤ４の外周における角度位置θと、ここにおけるピッチ誤差の比率（ピッチ誤差比）とを前記の余弦曲線Ｃに基づいて設定している。

前記図４のようなデータに基づいて研削工具の位置を調整することによってファイナルドリブンギヤ４は、前記のようなピッチ誤差を有するものとなる。そして、そのピッチ誤差のピークが０°または１８０°の位置にあることから、この位置をデフケース５のアンバランスの位置に合わせて組み付ける場合に、作業者のミスによって位置が大きくずれる心配は少ない。

以上、説明したように本実施の形態に係るファイナルドリブンギヤ４は、外周部に形成される複数の歯４１のピッチ誤差を、１周期が３６０°の余弦曲線Ｃ（図３を参照）で表されるものとしたので、そのピッチ誤差によって生じる加振力が、デフケース５のアンバランスによる加振力と同様に変化するものとなる。よって、ファイナルドリブンギヤ４をその基準位置（０°の位置）がデフケース５のアンバランスの位置となるように組み付けることで、両者の加振力を相互にかつ滑らかに、そして途切れなく減殺でき、これによりノイズや振動を効果的に低減できる。

なお、本実施の形態では図２を参照して上述したように、ファイナルドリブンギヤ４をデフケース５のフランジ部５１に１０本の締結ボルト９によって締結するようにしており、隣り合う締結ボルト９同士の周方向の間隔は中心角で３６°になっている。このため、ファイナルドリブンギヤ４の０°の位置をデフケース５のアンバランスの位置に合わせる場合、それらのずれは最大でも中心角で１８°以下に収まる。

−他の実施形態−
本発明の構成は上述した実施の形態に限定されることなく、その他の種々の形態を包含している。すなわち、前記実施の形態では、ファイナルドリブンギヤ４をデフケース５のフランジ部５１に組み付けて、１０本の締結ボルト９によって締結するようにしているが、締結ボルト９の数は１０本には限定されない。

但し、ファイナルドリブンギヤ４とデフケース５の位置（角度位置θ）をできるだけ正確に合わせるために、締結ボルト９の周方向の間隔は狭い方がよいので、締結ボルト９の数は９本以上とし、その周方向の間隔は中心角で４０°以下とする。

また、前記実施の形態で例示したデファレンシャル１の構造にも限定されず、本発明は公知の各種のデファレンシャルに適用可能である。さらに、ＦＦ車両のフロントデフに限らないことは勿論である。

本発明は、ファイナルドリブンギヤのピッチ誤差により生じる加振力を利用して、デフケースのアンバランスによるノイズや振動を減殺することができるので、例えばＦＦ車両のフロントデフに適用して効果が高い。

１ デファレンシャル
４ ファイナルドリブンギヤ（ギヤ）
４１ 歯
５ デフケース（回転体）
Ｃ 余弦曲線
θ ファイナルドリブンギヤにおける外周の角度位置

Claims (1)

1. 車両のデファレンシャルにおけるデフケースに一体に回転するように組み付けられるファイナルドリブンギヤであって、
   外周部に形成された複数の歯のピッチ誤差が、１周期が３６０°の余弦曲線で表され、かつ当該余弦曲線のピークが０°および１８０°にそれぞれ表れるように構成されており、
   周方向に亘る複数箇所で前記デフケースにボルト締結されており、そのボルト締結位置は周方向に等間隔の位置であって、ボルト締結数は前記間隔が中心角において４０°以下となる数に設定されていることを特徴とするデファレンシャルのファイナルドリブンギヤ。

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