JP7412224B2

JP7412224B2 - 動力伝達装置

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Publication number: JP7412224B2
Application number: JP2020035678A
Authority: JP
Inventors: 俊介深町; 愛子平脇
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2020-03-03
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2024-01-12
Anticipated expiration: 2040-03-03
Also published as: JP2021139399A

Description

本発明は、車両に設けられ差動機構を有する動力伝達装置に関する。

自動車等の車両には、旋回時等の左右車輪の回転速度差を補正する差動機構（デファレンシャル）が設けられる。
差動機構は、一般に車両の最終減速装置の被駆動ギヤであるリングギヤの内径側に設けられる。
差動機構を備える動力伝達装置の潤滑に関する従来技術として、例えば特許文献１には、デファレンシャル機構（差動機構）を収容するデフハウジングの内面に、外径側から軸受に潤滑油を案内するリブ及び案内溝を形成することが記載されている。
特許文献２には、デファレンシャルケースを収容するトランスミッションケースの内面に形成した補強リブ及びガイド板により潤滑油を収集部に貯留し、収集部から軸受を介してデファレンシャルケースの油孔に給油することが記載されている。

特開２０１０－２４９２５６号公報実開昭６２－１９４２４２号公報

差動機構（デファレンシャル）は、これを収容するとともにリングギヤとともに回転するデファレンシャルケースの周面部に形成された開口から、ハウジング内に貯留された潤滑油を取り込むことによって潤滑されるが、車両の走行時においては、リングギヤによる潤滑油のかき上げや、車両の振動、加速度などによる油面の波立ち、傾斜などによって、いわゆる動的な油面高さが低下することから、差動機構への潤滑油の供給量が不足することが懸念される。
特に、近年は、動力伝達装置の内部での潤滑油攪拌抵抗の抑制のため、静的な油面高さが低く設定される場合が多く、このような傾向が助長されている。
これに対し、特許文献１に記載された技術は、軸受への給油を行うものであり、デファレンシャルケース内への潤滑油の導入に関しては配慮されていない。
また、特許文献２に記載された技術では、差動機構への給油は可能であるものの、潤滑油の誘導は複数のガイド板を用いて行っており、部品点数が増加して構造が複雑となり、特にデファレンシャルが収容されるハウジング内のスペースが狭小である場合には、成立させることが困難である。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡素な構成によりハウジング内部の潤滑油量を抑制しつつ差動機構の潤滑性能を確保した動力伝達装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、同一の回転中心軸回りに回転しドライブシャフトを介して左右車輪にそれぞれ連結される第１の回転部材及び第２の回転部材と、前記第１の回転部材及び前記第２の回転部材とともに前記回転中心軸回りに回転するとともに、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材との回転速度差を補正する差動機構と、前記差動機構を収容した状態で前記回転中心軸回りに回転するとともに、外部から前記差動機構へ潤滑油を導入する開口が形成された差動機構収容部材と、前記差動機構収容部材から外径側に張り出して形成され前記差動機構へ動力を伝達するリングギヤと、前記差動機構収容部材及び前記リングギヤを収容するハウジングと、前記ハウジングの内面から前記差動機構収容部材の少なくとも下部と対向するよう突出し、前記リングギヤの前記回転中心軸方向における一方の端面と協働して上方から供給される潤滑油を貯留する空間部を形成する突出部とを備え、前記突出部は、前記回転中心軸方向から見た平面形が下方に凸となる弧状に延在するリブ状に形成されることを特徴とする動力伝達装置である。
これによれば、ハウジングの内部で上方から滴下、流下される潤滑油を、リングギヤの端面とハウジングの突出部との間で形成される空間部に貯留して、車両走行時の動的な油面高さを局所的に高くし、差動機構収容部材の開口から差動機構へ潤滑油を供給することができる。
このため、ハウジング内部の全体としての潤滑油量は抑制しつつ、簡単な構成により差動機構への潤滑油の供給を改善することができる。

また、突出部が下方に凸となる弧状に形成されることにより、上方から滴下、流下される潤滑油を効果的に貯留し、上述した効果を適切に得ることができる。

請求項２に係る発明は、前記突出部は、前記差動機構収容部材の回転時に、前記潤滑油を前記開口の少なくとも一部が浸漬される油面高さ以上となるよう保持することを特徴と
する請求項１に記載の動力伝達装置である。
これによれば、差動機構に確実に潤滑油を供給することができ、差動機構の信頼性、耐久性を確保することができる。

請求項３に係る発明は、前記リングギヤはヘリカルギヤであり、車両の前進時における噛合箇所が前記回転中心軸方向において前記突出部の反対側から前記突出部側へ推移するようねじれ方向が設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動力伝達装置である。
これによれば、ヘリカルギヤであるリングギヤの噛合い箇所から漏出した潤滑油が突出部に滴下、流下されることにより、上述した効果を促進することができる。

以上説明したように、本発明によれば、簡素な構成によりハウジング内部の潤滑油量を抑制しつつ差動機構の潤滑性能を確保した動力伝達装置を提供することができる。

本発明を適用した動力伝達装置の実施形態の断面図である。図１のII部拡大図である。図２のIII－III部矢視模式的断面図である。

＜実施形態＞
以下、本発明を適用した動力伝達装置の実施形態について説明する。
実施形態の動力伝達装置は、例えば、乗用車等の自動車である電動車両に設けられ、モータジェネレータ、減速装置、デファレンシャルをユニット化した電動ドライブユニットである。

図１は、実施形態の動力伝達装置である電動ドライブユニットを車軸を含む平面で切って見た断面図である。
図２は、図１のII部拡大図である。
電動ドライブユニット１は、ケーシング１０、モータジェネレータ２０、インターミディエイトシャフト３０、リングギヤ４０、デファレンシャル５０、出力軸６０，７０等を有して構成されている。

ケーシング１０は、電動ドライブユニット１の外殻部を構成する筐体であるとともに、各回転部材を回転可能に支持する軸受を保持するハウジングとして機能する。
ケーシング１０は、例えばアルミニウム系合金からなる鋳物に所定の機械加工を施した部材を、回転軸方向に複数組み合わせて構成されている。
また、ケーシング１０の内部には、電動ドライブユニット１の内部を潤滑する潤滑油（トランスミッションオイル）が貯留される。

モータジェネレータ２０は、車両の走行用動力源であるとともに、減速時に回生発電を行ない制動力を発生させる回転電機である。
モータジェネレータ２０として、例えば、永久磁石同期電動機を用いることができる。
モータジェネレータ２０は、ステータ２１、ロータ２２、出力軸２３、ドライブギヤ２４等を有する。

ステータ２１は、磁性体からなるステータコアに巻線を巻き回して構成され、ケーシング１０に固定されている。
ロータ２２は、ステータ２１に対して所定の回転中心軸回りに回転する部分であって、磁性体からなるロータコアに永久磁石を所定の配列で埋設して構成されている。
出力軸２３は、ロータ２２と同心に配置された回転軸であって、ロータ２２が固定されるとともに、ケーシング１０に対して回転可能に支持されている。
実施形態において、ロータ２２及び出力軸２３の回転中心軸は、リングギヤ４０、デファレンシャル５０、出力軸６０，７０の回転中心軸と同心に配置されている。
出力軸２３は、回転中心軸付近の領域が中空となる円筒状に形成されている。
ドライブギヤ２４は、出力軸のデファレンシャル５０側の端部に設けられたヘリカルギヤであって、インターミディエイトシャフト３０に駆動力を伝達するものである。

インターミディエイトシャフト３０は、モータジェネレータ２０の出力を、リングギヤ４０に伝達する回転軸である。
インターミディエイトシャフト３０は、モータジェネレータ２０の回転中心軸に対して上方に設けられた回転中心軸回りに回転する回転軸である。
インターミディエイトシャフト３０は、軸受を介してケーシング１０に対して回転可能に支持されている。
インターミディエイトシャフト３０には、ドリブンギヤ３１、ドライブギヤ３２が設けられている。

ドリブンギヤ３１は、モータジェネレータ２０のドライブギヤ２４と噛合い、モータジェネレータ２０からインターミディエイトシャフト３０へ動力を伝達するヘリカルギヤである。
ドリブンギヤ３１は、モータジェネレータ２０のドライブギヤ２４に対して歯数が大きくされ、インターミディエイトシャフト３０はモータジェネレータ２０の出力軸２３に対して減速される。
ドライブギヤ３２は、インターミディエイトシャフト３０の中間部に一体に形成され、リングギヤ４０と噛合い、インターミディエイトシャフト３０からデファレンシャル５０に動力を伝達するヘリカルギヤである。

リングギヤ４０は、デファレンシャル５０のデファレンシャルケース５２から外径側につば状に張り出して形成されたヘリカルギヤである。
リングギヤ４０は、インターミディエイトシャフト３０のドライブギヤ３２に対して歯数が多く設定され、これと協働して、実施形態の電動ドライブユニット１における最終減速装置を構成する。
リングギヤ４０は、モータジェネレータ２０と同心であって、車幅方向にオフセットした箇所に配置されている。
リングギヤ４０は、一体に形成されたリム部４１、ウェブ部４２を有する。

リム部４１は、リングギヤ４０の外周縁部に設けられた円環状の部分であって、径方向に切って見た断面形状は、回転中心軸方向に沿った長辺を有する矩形状に形成されている。
リム部４１の外周面部には、ギヤ歯が形成されている。
リングギヤ４０は、上述したようにヘリカルギヤであって、歯すじが回転中心軸方向に対してねじれているが、歯すじのねじれ方向は、ドライブギヤ３２の歯との噛合箇所（接触箇所）が、車両の前進時において、後述する突出部１２側とは反対側（モータジェネレータ２０側・図２における右側）から突出部１２側（デファレンシャル５０側・図２における左側）へ推移するよう設定されている。

ウェブ部４２は、リム部４１の内径側に設けられた円盤状の部分である。
ウェブ部４２の中央部には、デファレンシャルケース５２の外周面部が挿入される開口が形成されている。
ウェブ部４２は、デファレンシャルケース５２のフランジ部５３が例えばボルト等の機械的締結手段により締結され固定される。
ウェブ部４２のモータジェネレータ２０側とは反対側の端面は、リム部４１の端面に対してモータジェネレータ２０側へ凹ませて形成されている。

デファレンシャル５０は、リングギヤ４０から伝達される駆動力を左右車輪に伝達する出力軸６０，７０に伝達するものである。
図３は、図２のIII－III部矢視模式的断面図である。
デファレンシャル５０は、差動機構５１、デファレンシャルケース５２を有する。
差動機構５１は、例えば車両の旋回時等に、左右車輪の回転速度差を補正（吸収）するものである。

差動機構５１は、ピニオンギヤ５１ｐ、サイドギヤ５１ｓ等を有して構成されている。
ピニオンギヤ５１ｐは、デファレンシャル５０及びリングギヤ４０の回転中心軸に対して直交する軸回りに回転可能に設けられ、デファレンシャルケース５２、リングギヤ４０とともに回転する。
サイドギヤ５１ｓは、このピニオンギヤ５１ｐと噛合うよう出力軸６０，７０の車幅方向内側の端部に取り付けられている。
左右車輪（出力軸６０，７０）に回転速度差がない場合には、ピニオンギヤ５１ｐ及びサイドギヤ５１ｓは一体的にリングギヤ４０とともに回転する。
左右車輪が回転速度差を有する場合には、ピニオンギヤ５１ｐが自転することにより、左右のサイドギヤ５１ｓの差回転を補正する。

デファレンシャルケース５２は、差動機構を収容する部材（差動機構収容部材）である。
デファレンシャルケース５２の回転中心軸方向における中央部は円筒状に形成され、差動機構５１はその内径側に収容される。
デファレンシャルケース５２は、フランジ部５３、開口５４（図３参照）を有する。
フランジ部５３は、デファレンシャルケース５２の外周面部におけるモータジェネレータ２０側の端部近傍から外径側につば状に張り出して形成されている。
フランジ部５３は、デファレンシャル５０とリングギヤ４０とを締結する部分である。
フランジ部５３は、デファレンシャル５０の回転中心軸方向において、リングギヤ４０に対して突出部１２側とは反対側の面部に当接するよう配置されている。
開口５４（図３参照）は、デファレンシャルケース５２の外周面に形成され、デファレンシャルケース５２の外部から差動機構５１へ潤滑油を導入するものである。
開口５４は、デファレンシャルケース５２の周方向に分散して複数形成されている。

出力軸６０，７０は、差動機構５１から左右車輪に駆動力を伝達する回転軸（第１、第２の回転部材）である。
出力軸６０，７０は、リングギヤ４０と同心に配置され、車幅方向内側の端部は、差動機構５１のサイドギヤ５１ｓに固定されている。
出力軸６０，７０の車幅方向外側の端部は、等速ジョイントを用いて可撓性を有するよう構成された図示しないドライブシャフトを介して、車輪が取り付けられるハブに連結される。
出力軸７０は、モータジェネレータ２０の出力軸２３の内部を貫通し、ドライブシャフト側の端部は、モータジェネレータ２０に対してデファレンシャル５０側とは反対側に設けられている。

実施形態において、ケーシング１０には、デファレンシャル５０、リングギヤ４０が収容される空間部であるハウジング１１が設けられている。
ハウジング１１の内面部は、デファレンシャル５０、リングギヤ４０の表面と、所定の間隔を隔てて対向して配置されている。
ハウジング１１の内面部における一部から突出して、以下説明する突出部１２が設けられる。

突出部１２は、ハウジング１１の内面部において、リングギヤ４０のウェブ部４２の端面（図１，２における左側の面部）と対向する領域から、リングギヤ４０の回転中心軸方向にほぼ沿って突出したリブ状あるいは壁状の部分である。
突出部１２は、リングギヤ４０の回転中心軸に対して下方側に配置され、その上面部がデファレンシャルケース５２の下部と対向する。
突出部１２の突端部は、リングギヤ４０のウェブ部４２の端面と、回転中心軸方向に所定の間隔を隔てて対向して配置されている。
突出部１２の一部は、リングギヤ４０のリム部４１と回転中心軸方向においてラップする（重複する）よう、ウェブ部４２周辺の凹部内へ挿入された状態（リム部４１の端面よりも内側へ挿入された状態）となっている。

図３に示すように、突出部１２をリングギヤ４０等の回転中心軸方向から見た形状は、リングギヤ４０の回転中心軸と同心の円弧状となっている。
突出部１２は、回転中心軸に対して下方側の領域において、上方に開いた凹部状となるように配置され、ハウジング１１の上方から滴下、流下する潤滑油を捕集して、一時的に貯留可能となっている。
突出部１２を含むハウジング１１の内面と、リングギヤ４０のウェブ部４２の端面との間に形成される空間部Ｓ内に貯留された潤滑油Ｏは、突出部１２の突端部とウェブ部４２との隙間から漏出し流下するが、車両の走行時（リングギヤ４０の回転時）には、上方から滴下、流下する油量と、上述した隙間から流出する油量とが均衡することにより所定の動的油面高さを維持することが可能である。
この動的油面高さが、車両の通常走行時にデファレンシャルケース５２の開口５４から潤滑油Ｏを差動機構５１に供給可能なレベル（開口５４が回転中に少なくとも一部の角度位置（位相）で潤滑油Ｏに浸漬されるレベル）を維持できるよう、突出部１２の両端部の高さや、隙間の間隔などを設定するとよい。
例えば、図３に示すように、突出部１２の両端部の高さは、デファレンシャルケース５２の開口５４が回転中に通過する箇所の少なくとも一部より高い位置に設定される。
突出部１２の突端部と、リングギヤ４０のウェブ部４２との間隔は、車両の停止時に空間部Ｓから潤滑油Ｏを排出可能な程度（例えば、３ｍｍ程度）に設定される。
また、突出部１２の上面部は、突端部側が低くなるようわずかに傾斜した構成とすると、このような停車時の潤滑油Ｏの排出を促進することができる。このような傾斜として、ハウジングを鋳造する際の抜き勾配を利用することができる。

図３においては、車両の前進時にリングギヤ４０及びデファレンシャル５０は反時計回りに回転する。
突出部１２の上方に貯留された潤滑油Ｏの一部は、デファレンシャルケース５２の開口５４から差動機構５１へ供給されてこれを潤滑し、他の一部はデファレンシャルケース５２にかき上げられて飛沫として再びハウジング１１の上方へ飛散する。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ハウジング１１の内部で上方から滴下、流下される潤滑油Ｏを、リングギヤ４０のウェブ部４２の端面と、ハウジング１１の突出部１２との間で形成される空間部Ｓに貯留して動的な（車両走行時の）油面高さを局所的に高くし、デファレンシャルケース５２の開口５４から差動機構５１へ潤滑油Ｏを供給することができる。
このため、ケーシング１０の内部の全体としての潤滑油量は抑制しつつ、簡単な構成により差動機構５１への潤滑油の供給を改善することができる。
（２）突出部１２が下方に凸となる弧状に形成されることにより、上方から滴下、流下される潤滑油Ｏを効果的に貯留し、上述した効果を適切に得ることができる。
また、突出部１２よりも下方の空間部において、潤滑油の整流効果を発揮し、リングギヤ４０による攪拌抵抗を抑制することができる。
（３）突出部１２は、デファレンシャルケース５２の回転時に、潤滑油Ｏを開口５４の少なくとも一部が浸漬される動的油面高さ以上となるよう保持することにより、差動機構５１に確実に潤滑油Ｏを供給することができ、差動機構５１の信頼性、耐久性を確保することができる。
（４）ヘリカルギヤであるドライブギヤ３２及びリングギヤ４０が、車両の前進時における噛合箇所が回転中心軸方向において突出部１２の反対側から突出部１２側へ推移するようねじれ方向が設定されることにより、リングギヤ４０の噛合い箇所から漏出した潤滑油Ｏが突出部１２に滴下、流下されることになり、上述した効果を促進することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）動力伝達装置の構成は、上述した実施形態に限定されることなく、適宜変更することができる。
例えば、実施形態の動力伝達装置は、電動モータを走行用動力源とする電動ドライブユニットであったが、本発明はこれに限らず、エンジン車や、エンジン電気ハイブリッドのパワートレーンにも適用することができる。
例えば、エンジンの回転出力を変速する変速機を有するトランスミッションケース内に収容された前輪用のデファレンシャルや、トランスミッションからプロペラシャフトで駆動されるデファレンシャル装置のみからなる動力伝達装置にも、本発明は適用することができる。
（２）実施形態においては、リングギヤ及びこれを駆動するドライブギヤは、平行軸に設けられたヘリカルギヤであったが、本発明は、最終減速装置として回転方向を変換するハイポイドギヤや、その他のギヤ列を有するものにも適用することができる。
（３）実施形態において、突出部は一様の突出量を有するリブ状に形成されているが、貯油量を調節するため、突出部の一部に開口やスリット等を形成して、潤滑油の流出を促進するようにしてもよい。

１電動ドライブユニット１０ケーシング
１１ハウジング１２突出部
２０モータジェネレータ３０インターミディエイトシャフト
４０リングギヤ４１リム部
４２ウェブ部５０デファレンシャル
５１差動機構５１ｐピニオンギヤ
５１ｓサイドギヤ５２デファレンシャルケース
５３フランジ５４開口
６０出力軸７０出力軸
Ｓ空間部Ｏ潤滑油

Claims

同一の回転中心軸回りに回転しドライブシャフトを介して左右車輪にそれぞれ連結される第１の回転部材及び第２の回転部材と、
前記第１の回転部材及び前記第２の回転部材とともに前記回転中心軸回りに回転するとともに、前記第１の回転部材と前記第２の回転部材との回転速度差を補正する差動機構と、
前記差動機構を収容した状態で前記回転中心軸回りに回転するとともに、外部から前記差動機構へ潤滑油を導入する開口が形成された差動機構収容部材と、
前記差動機構収容部材から外径側に張り出して形成され前記差動機構へ動力を伝達するリングギヤと、
前記差動機構収容部材及び前記リングギヤを収容するハウジングと、
前記ハウジングの内面から前記差動機構収容部材の少なくとも下部と対向するよう突出し、前記リングギヤの前記回転中心軸方向における一方の端面と協働して上方から供給される潤滑油を貯留する空間部を形成する突出部と
を備え、
前記突出部は、前記回転中心軸方向から見た平面形が下方に凸となる弧状に延在するリブ状に形成されること
を特徴とする動力伝達装置。
前記突出部は、前記差動機構収容部材の回転時に、前記潤滑油を前記開口の少なくとも一部が浸漬される油面高さ以上となるよう保持すること
を特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
前記リングギヤはヘリカルギヤであり、車両の前進時における噛合箇所が前記回転中心軸方向において前記突出部の反対側から前記突出部側へ推移するようねじれ方向が設定されること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動力伝達装置。