JPWO2006126571A1 - ハイポイドギア装置および車両用終減速装置 - Google Patents

Abstract

ハイポイドギアを備えた終減速装置１０のドライブピニオン１２を、外形形状が円筒の歯車とする。ドライブピニオン１２の両側にドライブピニオンシャフト１６が突出しており、ドライブピニオンは、この突出した両側の部分で、軸受１８，２０に支持される。ドライブピニオン外形を円筒としたことで、両持ち支持構造を採ることができ、シャフトのたわみを抑制し、軸受荷重を低減できる。

Description

本発明は、ハイポイドギアの一方のギアであるピニオンの支持構造およびハイポイドギアを有する車両用終減速装置に関する。

車両の前部にエンジンを搭載し、エンジンの出力を後輪に伝えて駆動する、いわゆるＦＲ車は、エンジンからの駆動力の伝達方向を直角に変え、左右の駆動輪に分配する終減速装置を備えている。終減速装置は、前述のように伝達方向を直角に変えるためのハイポイドギアまたはかさ歯車を備えた歯車減速装置と、左右の駆動輪の回転速度差ができたときにこれらを差動させるための差動装置を含む。

図３に従来の一般的な終減速装置１００の概略構成を示す。この終減速装置１００の歯車減速装置は、外形が円錐台形状のドライブピニオン１０２とこれに噛み合うリングギア１０４のギア対であるハイポイドギアの構成を採る。ドライブピニオン１０２は、間を開けて配置された２個の円錐ころ軸受１０６，１０８に支持されたドライブピニオンシャフト１１０の一端に設けられ、片持ち支持構造となっている。ドライブピニオンシャフト１１０は、エンジン、変速機などを含む動力装置から延びるプロペラシャフト（不図示）にフランジコンパニオン１１１を介して結合され、駆動される。ドライブピニオン１０２は、これと噛み合うリングギア１０４を回転させる。

リングギア１０４は、差動装置に結合されている。差動装置は、リングギア１０４と一体になるよう結合されたディファレンシャルケース（以下、デフケースと記す）１１２と、デフケース１１２にディファレンシャルピニオンシャフト（以下、デフピニオンシャフトと記す）１１４と、デフピニオンシャフト１１４に回転可能に支持される２個のディファレンシャルピニオン（以下、デフピニオンと記す）１１６と、２個のデフピニオン１１６の双方にそれぞれ噛み合う２個のディファレンシャルサイドギア（以下、デフサイドギア）１１８を含む。デフサイドギア１１８のそれぞれには、フランジコンパニオン１２０がスプライン結合されている。フランジコンパニオン１２０に、ドライブシャフトが結合されて、駆動力が左右の駆動輪に分配、伝達される。

前述のように、ドライブピニオンシャフト１１０は、２個の軸受１０６，１０８に支持されている。これらの軸受１０６，１０８のインナレース１２２，１２４の間には塑性スペーサ１２６が配置されている。ドライブピニオンシャフト１１０のドライブピニオン１０２とは反対側の端部のナット１２８を締めると、フランジコンパニオン１１１の円筒部を介して塑性スペーサ１２６に圧縮力が作用して塑性変形し、２個のインナレース１２２，１２４は、互いに近接する方向に動く。一方、軸受１０６，１０８のアウタレース１３０，１３２は、ディファレンシャルキャリヤ１３４により近接方向への動きを阻止されている。この結果、２個の軸受１０６，１０８に所定の予圧が付与され、軸方向の遊びを除くことができる。また、ドライブピニオン１０２とこれに隣接する軸受１０６のインナレース１２２の間には調整シム１３６が配置され、この調整シムの厚さを調整することで、ドライブピニオン１０２の軸方向の位置が調整される。

車両用の終減速装置の一例が特開平６−１４７２７８号公報に記載されている。

また、ハイポイドギアの歯面の設計方法が、特開平９−５３７０２号公報および国際公開第０１／６５１４８号パンフレットに記載されている。

従来のハイポイドギアのドライブピニオン１０２は、片持ち支持されているので、ドライブピニオンシャフトのとたわみが大きく、また軸受荷重も大きい。

また、ドライブピニオン１０２の軸方向の位置決めは、歯当たりの状況を確認しながら、調整シム１３６の厚さを調整して、組み付ける必要がある。歯当たりは、数μｍの誤差でも影響を受けるため、装置各部のわずかな加工誤差が問題となる。このため、個々の終減速装置に対して、ドライブピニオン１０２、リングギア１０４等の各部品を組み付けて歯当たりを確認し、シム調整の作業を行う必要があり、多くの工数を要している。

さらに、ドライブピニオンシャフト１１０を支持する軸受に対し、予圧を付与しているため、軸受の転がり抵抗が大きく、耐荷重が低い。

本発明は、上記問題点の少なくとも一つを解決するのに有利である。

本発明のハイポイドギアは、外径形状が円筒であるピニオンとこれに噛み合うリングギアを含む。さらに、ピニオンの両側に突出したピニオンシャフトと、ピニオンシャフトをピニオンの両側で軸受支持する軸受と、を有している。

また、ピニオンの歯面をインボリュートヘリコイド面とすることもできる。

また、軸受に予圧を付与しない形式のものを採用することもできる。

上記のハイポイドギア装置の構成は、車両用終減速装置のハイポイドギアを備えた歯車減速装置に適用することができる。

本発明の実施形態の車両用終減速装置の概略構成を示す断面図である。 他の実施形態の車両用終減速装置の概略構成を示す断面図である。 従来の車両用終減速装置の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態のハイポイドギアを採用する車両用終減速装置１０の概略断面図である。この車両用終減速装置１０は、ＦＲ車に備えられるもので、プロペラシャフト（不図示）により伝えられたエンジンの駆動力を、左右の後輪に分配する。このとき、プロペラシャフトの回転を減速して後輪に伝達し、また左右後輪の回転速度に差が生じたときに、これを吸収する差動動作をする。

終減速装置１０の減速機能を達成する減速歯車装置は、ドライブピニオン１２とリングギア１４のギア対を含むハイポイドギア装置である。ドライブピニオン１２はその外形が円筒であり、ドライブピニオンシャフト１６上に設けられている。ドライブピニオンシャフト１６は、ドライブピニオン１２の両側（図中において上下方向）に延びており、その隣接する両側において、軸受１８，２０によりデフキャリア２２に回転可能に支持されている。また、ドライブピニオン１２は、ドライブピニオンシャフト１６上にこれと一体の部材として形成されている。すなわち、ドライブピニオンシャフト１６にドライブピニオン１２を形成する部分を一体にしたブランクを作製し、これから切削加工等により歯車を削り出して、ドライブピニオン１２およびドライブピニオンシャフト１６が一体に形成される。

軸受１８，２０は玉軸受であり、軸方向の位置調整のための調整シムは設けられておらず、デフキャリア２２およびドライブピニオン１２の軸受１８，２０に接する面の加工精度により軸方向の位置が定められる構成となっている。また、軸受１８，２０には、予圧も付与されていない。図示するように、この実施形態においては、図中下側の軸受１８は単列アンギュラ玉軸受、上側の軸受２０は複列アンギュラ玉軸受であるが、軸受の形式はこれに限定されず、調整シムや、予圧を付与することを必要としない他の形式を、使用条件を考慮して適宜採用することができる。例えば、深溝玉軸受、円筒ころ軸受を採用することができる。

ドライブピニオンシャフト１６は図中上側の端に、フランジコンパニオン２４がナット２６により結合されており、このフランジコンパニオン２４を介してドライブシャフトに接続され、駆動される。

ドライブピニオン１２の歯面に共役な歯面を有し、これに噛み合うリングギア１４は、デフケース２８と一体となるよう結合されており、この一体となったリングギア１４とデフケース２８は、２個の軸受３０，３２を介して、デフキャリア２２に回転可能に支持されている。このデフケース２８と、デフケースを貫通した状態で固定されるデフピニオンシャフト３４、さらにデフケースに収容されるデフピニオン３６，デフサイドギア３８が終減速装置１０の差動機能を達成する差動装置を構成する。デフピニオンシャフト３４は、リングギア１４の回転軸に直交する方向に配置されており、このシャフト３４上に２個のデフピニオン３６が回転可能に支持されている。これら２個のデフピニオン３６のそれぞれに噛み合い、デフピニオンシャフト３４と直交する軸回りに回転するように２個のデフサイドギア３８が配置されている。デフサイドギア３８には、左右のフランジコンパニオン４０がスプライン結合している。これらのフランジコンパニオン２４と、左右のドライブシャフト（不図示）が結合しており、左右の後輪に駆動力を伝達する。

ドライブピニオン１２とリングギア１４の歯面は、前述の特開平９−５３７０２号公報および国際公開第０１／６５１４８号パンフレットに記載された歯車の設計方法により算出されたものである。ドライブピニオン１２は、円筒歯車であって、その歯面はインボリュートヘリコイド面であり、リングギア１４はドライブピニオン１２の歯面の共役歯面を有する。ドライブピニオン１２が円筒歯車であり、インボリュートヘリコイド歯面を有することで、ドライブピニオン１２が軸方向に若干ずれても、歯当たりに影響を与えない。すなわち、正規の噛み合いが維持される。外形が円錐台となるかさ歯車であると、軸方向にずれた場合、噛み合う歯車同士の距離が変化し、正規の噛み合いが維持できないのは明らかである。円筒歯車であれば、軸方向ずれによる歯車間の距離の変化はない。また、インボリュートヘリコイド歯面は、歯車の回転軸に直交する一つの平面内で定められたインボリュート曲線を、一定の捩り角で捩りながら軸方向に移動させて形成される面であるから、歯車が軸方向にずれても、正規の噛み合いが維持される。もちろん、噛み合う２個の歯車の噛み合い幅が変化するほどに、ずれれば、噛み合い率が変化し、耐荷重も変化するが、このような大きな変化については、機械加工の精度で十分に抑制することができる。したがって、本実施形態のハイポイドギアにおいては、従来のハイポイドギアのように、調整シムによる歯当たり調整や、軸受への予圧の付与による高い精度でのドライブピニオンの軸方向の位置決めを行う必要がない。これにより終減速装置の製作工数が大きく削減される。

このように、ハイポイドギアのピニオンを外形円筒の円筒歯車として、その歯面をインボリュートヘリコイド歯面とすることで、ピニオンの位置決めにおいてシム調整と、軸受への予圧付与を不要とすることができる。これは、従来の終減速装置のように、軸受をピニオンの片側に配置して、片持ち支持とした場合でも、得られる効果である。すなわち、両持ち支持であるか、片持ち支持であるかなど支持構造に因らず、上記の効果を得ることができる。

よって、車両用終減速装置１０において、ドライブピニオン１２の支持構造を、ドライブピニオン１２よりドライブシャフト側（図中上方）に配置された２個の軸受により片持ち支持する構造とすることもできる。

また、ピニオンがかさ歯車であると、一般的には、歯面を切削するカッターの逃げを設ける必要があるために、かさ歯車の先端側には、シャフトを設けることができない。これに対し、ピニオンを円筒歯車とすることで、カッターが干渉することがなくなり、ピニオンの両側にシャフトを突出させることができる。これにより両持ち支持が可能となる。両持ち支持とすることで、軸受にかかる荷重が片持ち支持の場合に比して低減し、許容荷重の小さい、すなわち小形の軸受を採用でき、ハイポイドギア装置および終減速装置の外形も小さくすることができる。また、両持ち支持することにより、ピニオンシャフトを一方に大きく突出させる必要がなくなり、この面からも装置の小形化が達成される。

図２は、他の実施形態の車両用終減速装置５０の概略を示す断面図である。この終減速装置５０は、前述の終減速装置１０のドライブピニオン１２を支持する軸受の構成のみが異なる。すなわち、終減速装置１０の軸受１８，２０が玉軸受であったのに対し、この終減速装置５０の軸受５２，５４は、円錐ころ軸受を採用している。また、プロペラシャフト側（図中上側）の軸受５４のアウタレースと、デフキャリア２２との間に調整シム５６を設け、予圧を付与して、軸方向の遊びを除いている。これ以外の構成については、前述の終減速装置１０と同様の構成であり、その説明は省略する。

終減速装置５０は、１対の円錐ころ軸受を用いたことで、組立時に、所定の予圧を付与するために調整シム５６による調整工程が必要となる。しかし、前述のように、歯当たりは、ピニオンの軸方向位置に影響を受けないので、この調整シム５６により調整されるのは、軸受の予圧である。したがって、シムの調整の工程においては、歯当たりを確認する必要はなく、従来の終減速装置のドライブピニオンシャフトに係る調整作業と異なるもので、その工数も少ない。

ドライブピニオンの支持構造に、円錐ころ軸受を採用することにより、玉軸受に対して軸受許容荷重を大きくすることができる。言い換えれば、小さな軸受でも、大きな荷重を受けることができ、ハイポイドギア装置および終減速装置の小形化に寄与できる。また、ドライブピニオンの軸方向の遊びを除くことができる。

以上、終減速装置１０，５０においては、ドライブピニオンを円筒歯車で、その歯面をインボリュートヘリコイド面としたことで、ドライブピニオンの軸方向の位置決めを高精度に行う必要がなくなり、部品点数や製作時の工数を低減することができる。特に、歯当たりを適正化するためのシム調整作業が不要となり、これは工数削減に特に寄与する。

また、ドライブピニオンを円筒歯車としたことで、これを両持ち支持することができ、軸受の小形化、装置外形の小形化が可能となる。

さらに、ドライブピニオンの軸方向の位置の許容度が高いため、軸方向の遊びがある程度許容され、この結果、玉軸受など、予圧を与えない形式の軸受を採用することができる。この場合、シムや塑性スペーサなどの予圧調整ための部品や、ナットの締め付けトルクの管理などの工数を低減することができる。また、予圧による軸受の抵抗を低減することができ、効率が向上する。さらに、軸受の潤滑条件が改善され、軸受そのものの小形化、また潤滑のための油路などの簡易化が可能となる。

以上、車両用、特にＦＲ車用の終減速装置について説明したが、ハイポイドギアを採用する他の装置においても、本発明を適用できる。

Claims (10)

1. ハイポイドギア装置であって、
   外径形状が円筒であるピニオンと、
   ピニオンの歯面に共役な歯面を有し、これと噛み合うリングギアと、
   ピニオンの両側に突出したピニオンシャフトと、
   ピニオンシャフトをピニオンの両側で軸受支持する軸受と、
   を有するハイポイドギア装置。
2. 請求項１に記載のハイポイドギア装置であって、前記ピニオンは、その歯面がインボリュートヘリコイド面である、ハイポイドギア装置。
3. 請求項２に記載のハイポイドギア装置であって、前記軸受は、予圧が付与されていない転がり軸受である、ハイポイドギア装置。
4. 請求項３に記載のハイポイドギア装置であって、前記転がり軸受は、玉軸受である、ハイポイドギア装置。
5. 請求項１に記載のハイポイドギア装置であって、前記軸受は、円錐ころ軸受である、ハイポイドギア装置。
6. ハイポイドギアを備えた車両用終減速装置であって、
   前記ハイポイドギアを構成する一方のギアであり、外形形状が円筒であるドライブピニオンと、
   前記ハイポイドギアを構成するもう一方のギアであり、ドライブピニオンの歯面と共役な歯面を有するリングギアと、
   ドライブピニオンの両側に突出したドライブピニオンシャフトと、
   ピニオンシャフトをドライブピニオンの両側で軸受支持する軸受と、
   を有する車両用終減速装置。
7. 請求項６に記載の車両用終減速装置であって、前記ドライブピニオンは、その歯面がインボリュートヘリコイド面である、車両用終減速装置。
8. 請求項７に記載の車両用終減速装置であって、前記軸受は、予圧が付与されていない転がり軸受である、車両用終減速装置。
9. 請求項８に記載の車両用終減速装置であって、前記転がり軸受は、玉軸受である、車両用終減速装置。
10. 請求項６に記載の車両用終減速装置であって、前記軸受は、円錐ころ軸受である、車両用終減速装置。
    

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