JPWO2016207974A1 - デファレンシャルケース - Google Patents

Abstract

第１の軸周りに回転可能な一対のサイドギアと前記第１の軸に直交する第２の軸周りに回転可能な一対のピニオンギアとを含むデファレンシャルギア組を収容してデファレンシャル装置を構成する、前記第１の軸周りに回転可能なケースは、前記第１の軸に関して回転対称な円筒面を輪郭に有する外周壁と、前記第１の軸に直交し、前記円筒面より外方に張り出したフランジを有し、前記外周壁と一体を成す第１の側壁と、前記第１の軸に直交する外側面を有し、前記第１の側壁に対向し、前記外周壁と一体を成す第２の側壁と、前記一対のピニオンシャフトを回転可能に支持するためのピニオンシャフトが前記第２の軸に沿って嵌入するように、前記外周壁を貫通する貫通孔と、前記デファレンシャルギア組の搬入を許容するべく前記外周壁に開けられた開口であって、前記第１の軸と前記第２の軸とを含む平面上に、前記第１の軸と前記第２の軸との交点を中心とする非正規楕円を投影し、前記非正規楕円が、前記非正規楕円の周のうち前記中心から最も遠い第１の弧と、前記サイドギアの搬入を許容するように前記第１の弧から離れた第２の弧と、を含み、前記ピニオンギアの軸を前記非正規楕円の前記中心に揃えたときに前記ピニオンギアの輪郭が前記非正規楕円の前記周に接しない、ように形成されている開口と、を備える。

Description

本開示は、デファレンシャル装置に関し、特に、複数に分割されないワンピースタイプであるにも関わらず大型のデファレンシャルギア組が搬入できるデファレンシャルケースに関する。

周知の通り、自動車は一またはそれ以上のデファレンシャルギアを備え、そのそれぞれは、出力軸の間の差動を許容するためのデファレンシャルギア組を内包し、例えばデファレンシャルケースに入力されたトルクを一対の出力軸へ差動的に伝達する。

デファレンシャルギア組と、これをケースに結合するピニオンシャフトとを、どのようにしてケース内に組み込むかが問題である。その解決手段の一は、ケースを複数のピースに分割可能にし、分解によって組み込みのための大きな開口を準備することである。しかしこれは、部品の数を増やし、また結合のための部品も必要とすることから、コストと重量の両方に不利益をもたらす。他の解決手段は、単一のピースであるケースの外周壁に大きな搬入口を開け、ここを通ってギア組をその内部に搬入することである。

特許文献１，２は、関連する技術を開示する。

日本国特許出願公開Ｈ１１−３０３１５号 米国特許第７７８０５６５号

ケースの外周壁は、入力されたトルクを負担する極めて重要な強度部材であり、これに大きな開口を開けることは、デファレンシャル装置のキャパシティに重大な影響を与える。特に注意すべきは、トルクに対するギア組のキャパシティを向上するべく大径のギアを採用するときには、より大きな開口が必要になり、ケースのキャパシティを低下させてしまうことである。本発明者らはここに技術的課題を見出し、その解決を図った。

本発明の一の局面によれば、第１の軸周りに回転可能な一対のサイドギアと前記第１の軸に直交する第２の軸周りに回転可能な一対のピニオンギアとを含むデファレンシャルギア組を収容してデファレンシャル装置を構成する、前記第１の軸周りに回転可能なケースは、前記第１の軸に関して回転対称な円筒面を輪郭に有する外周壁と、前記第１の軸に直交し、前記円筒面より外方に張り出したフランジを有し、前記外周壁と一体を成す第１の側壁と、前記第１の軸に直交する外側面を有し、前記第１の側壁に対向し、前記外周壁と一体を成す第２の側壁と、前記一対のピニオンシャフトを回転可能に支持するためのピニオンシャフトが前記第２の軸に沿って嵌入するように、前記外周壁を貫通する貫通孔と、前記デファレンシャルギア組の搬入を許容するべく前記外周壁に開けられた開口であって、前記第１の軸と前記第２の軸とを含む平面上に、前記第１の軸と前記第２の軸との交点を中心とする非正規楕円を投影し、前記非正規楕円が、前記非正規楕円の周のうち前記中心から最も遠い第１の弧と、前記サイドギアの搬入を許容するように前記第１の弧から離れた第２の弧と、を含み、前記ピニオンギアの軸を前記非正規楕円の前記中心に揃えたときに前記ピニオンギアの輪郭が前記非正規楕円の前記周に接しない、ように形成されている開口と、を備える。

図１は、本実施形態によるデファレンシャル装置の斜視図である。 図２は、デファレンシャル装置の回転軸とピニオンギアの回転軸の両方を通る断面から取られたデファレンシャル装置の断面図である。 図３は、デファレンシャル装置のケースの平面図である。 図４は、サイドギアを搬入する過程を模式的に示すケースの平面図である。 図５は、ピニオンギアを搬入する過程を模式的に示すケースの平面図である。

図１ないし５を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。

以下の説明および請求の範囲を通じて、軸方向の語は、特段の説明がなければ、デファレンシャル装置の回転軸に沿う方向を意味する。また上下あるいは左右を区別することがあるが、これらは説明の便宜のために過ぎず、実施形態を制限するものではない。さらに「トルクを受容する」「トルクを出力する」等の表現を利用することがあるが、これらも説明の便宜のために過ぎず、説明と逆向きにトルクが伝達されることがありうる。

主に図１を参照するに、デファレンシャル装置は、概して、デファレンシャルケース１と、これに収容されたギア３，５よりなるデファレンシャルギア組と、デファレンシャルケース１に固定されてピニオンギア５を支持するピニオンシャフト７と、を備える。デファレンシャル装置は、差動を制限するクラッチや他の装置を含むことができる。

図１に組み合わせて図２を参照するに、ケース１は、概略、回転軸Ｘ１の周りに概ね円筒形をなす外周壁１１と、これに概ね直交する一対の側壁１３，１５と、よりなり、その全体が単一体である。外周壁１１および側壁１３，１５は、その内部にデファレンシャルギア組を収容する室を画する。

外周壁１１の外輪郭は、回転軸Ｘ１に関して回転対称な円筒面１１Ｓであり、側壁１３の外輪郭は、少なくともその一部は回転軸Ｘ１に直交する平面１３Ｓである。反対側の側壁１５からは、円筒面１１Ｓよりも径方向に外方にフランジ１７が一体に張り出しており、ここにトルクを受容するためのリングギアが結合する。結合は、ボルト等の締結具によることがありうるし、また溶接によることもありうる。

側壁１３，１５からはそれぞれボス部１９が軸方向に外方に突出しており、これらはキャリアに回転可能に支持される。すなわち、ケース１はフランジ１７からトルクを受容し、回転軸Ｘ１周りに回転する。

デファレンシャルギア組は、概略、回転軸Ｘ１周りに回転可能な一対のサイドギア３と、回転軸Ｘ１に直交するピニオン軸Ｘ２周りに回転可能な一対のピニオンギア５と、よりなり、これらは相互に噛合している。

サイドギア３は、ケース１の内面に、それぞれ側壁１３，１５の側に着座する。内面に対して滑動することによって、これらは回転軸Ｘ１周りに回転可能である。各サイドギア３は中空であって、その内面は出力軸と結合するべく、例えばスプラインが切られている。

ピニオンシャフト７は、分割可能でもよいが、好ましくは単一の丸棒状であって、ケース１をピニオン軸Ｘ２に沿って貫通し、これに固定される。固定は例えばピンないしボルト結合による。ピニオンギア５は、かかるピニオンシャフト７に嵌合することにより、回転可能に支持される。

ケース１に入力されたトルクはピニオンシャフト７を経由して一対のピニオンギア５が受容し、これに噛合した一対のサイドギア３に伝達され、それぞれこれらに結合した一対の出力軸に出力される。デファレンシャルギア組は、一対のサイドギア３の間の差動を許容する。

ケース１は、デファレンシャルギア組の搬入を許容するべく、開口２１を備える。開口２１は、軸Ｘ１，Ｘ２の両方に直交する向きに、外周壁１１を貫通している。開口２１は単一でなくてもよく、重量バランスを取るべく、回転軸Ｘ１に関して対称的に、同様な開口がケース１を貫通していてもよい。かかる開口は、好ましくは開口２１と同一の形状だが、重量バランスを取りうる限りにおいて異なる形状であってもよい。

開口２１の形状は、本実施形態において極めて重要である。主に図３を参照するに、回転軸Ｘ１とピニオン軸Ｘ２とを含む平面上に開口２１を投影すると、開口２１は、回転軸Ｘ１とピニオン軸Ｘ２との交点Ｃを中心とする、いびつな、非正規の、楕円に見える。以下において、かかる非正規楕円の形状の説明を以って開口２１の形状の説明に代える。

かかる楕円は、回転軸Ｘ１に関して概して対称的にすることができるが、他の軸、例えばピニオン軸Ｘ２に関して対称ではなく、また中心Ｃに関して回転対称でもない。かかる楕円は、概して、フランジ１７の側に小径であり、これと異なる方向に大径である。特に、中心Ｃから、外周面１１Ｓの延長１１Ｅと側面１３Ｓの延長１３Ｅとの交点に向かう径Ｒ１に沿って、かかる楕円は最も大径である。より詳しくは、径Ｒ１と楕円の周との交点を第１の交点Ｐ１としたとき、第１の交点Ｐ１を含む第１の弧Ａ１は、楕円の周のうち中心Ｃから最も遠い。

かかる形状は、以下の通り、ケース１の強度および機能に与える影響が少ない。低下を防止する。ケース１の外周壁１１においてフランジ１７の付近は、入力されるトルクをピニオンシャフト７に伝達するのに、最も大きな応力を負担する部分である。かかる部位に開口２１が張り出していないために、ケース１は十分な強度を備えることができる。一方、外周壁１１においてピニオンシャフト７よりもフランジ１７から遠い側は、トルクの伝達にあまり寄与しないので、ケース１の強度に与える影響が小さい。またケース１の内面において軸Ｘ１の周囲は、サイドギア３が着座する部位だが、径Ｒ１の方向に開口２１が大径であっても、かかる部位を侵食することがない。すなわち、開口２１がかかる形状であることは、ケース１の強度および機能に最も影響を与えない。なお、ケース１において第１の弧Ａ１の周囲の部分を補強するべく、外周壁１１と側壁１３とに跨る部分２３は、厚肉にすることができる。

さらに、かかる楕円は第２の交点Ｐ２あるいは第２の弧Ａ２を含む。第１の交点Ｐ１あるいは第１の弧Ａ１と、第２の交点Ｐ２あるいは第２の弧Ａ２とを線分Ｗ１で結ぶと、かかる線分Ｗ１は、サイドギア３の搬入を許容するに十分な長さにするべきである。すなわち、第２の交点Ｐ２あるいは第２の弧Ａ２は、第１の交点Ｐ１あるいは第１の弧Ａ１から、サイドギア３の搬入を許容するに十分な幅だけ離れている。開口２１がそのような形状であるために、図４に示す通り、サイドギア３を適宜に傾けることによりその搬入が許容される。好ましくは線分Ｗ１の長さは、サイドギア３の直径Ｄ１より大である。

また線分Ｗ１は、楕円の中心Ｃを通らず、これよりも第２の側壁１３により近くなるように、弧Ａ１，Ａ２が位置している。それゆえ楕円は第１の側壁１５に隣接した側に大きく張り出さない。図１より理解される通り、フランジ１７に入力されたトルクが生ずる応力Ｆを負担するべき部分を幅広にすることができるので、かかる形状はケース１の強度を著しく改善する。

再び図３を参照するに、かかる楕円は、さらに、フランジ１７に隣接するように、第３の弧Ａ３を含む。第３の弧Ａ３と回転軸Ｘ１との交点を第３の交点Ｐ３とすると、第２の弧Ａ２は、第３の弧Ａ３よりフランジ１７からより遠くに位置している。またピニオン軸Ｘ２と楕円との交点を第４の交点Ｐ４とすると、第２の弧Ａ２は、第４の交点Ｐ４よりフランジ１７により近くに位置する。これらの配置は、開口２１をフランジ１７から遠ざけ、またピニオンシャフト７からも遠ざけ、以ってケース１の強度を低下させることがない。

第３の弧Ａ３は、フランジ１７から出来うる限り遠ざけることができ、すなわち、第３の弧Ａ３は、楕円の周のうち中心Ｃから最も近くてもよい。さらに第３の弧Ａ３は、回転軸Ｘ１に直交するように直線的であってもよく、これは加工を容易にし、ひいては加工精度の向上に寄与する。

しかしその両端部分Ａ４、すなわち第３の弧Ａ３と第２の弧Ａ２との間の部分Ａ４は、フランジ１７から離れる方向に弧を描いてもよい。この第４の弧Ａ４は、第３の弧Ａ３と第２の弧Ａ２との間に介在し、その間を滑らかに連結する。入力されたトルクが生ずる応力Ｆが通過する部分を楕円が避けるので、かかる形状はケース１の強度を著しく改善する。

弧Ａ１と弧Ａ２との間の部分も直線的であってもよい。なお、かかる部分および弧Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、互いに曲率が異なることにより、明確に区別される部分である。

図５を参照するに、楕円の全体は、ピニオンギア５の軸を中心Ｃに揃えたときに、ピニオンギア５の輪郭がその周に接しないように形成されている。すなわち第３の弧Ａ３が楕円の周のうち中心Ｃから最も近いとしても、ピニオンギア５の輪郭は第３の弧Ａ３に接しない。好ましくは第３の弧Ａ３の径は、ピニオンギア５の半径より大である。

本実施形態によるデファレンシャルケース１を含むデファレンシャル装置は、次のようにして組み立てることができる。

組み立て前の状態において、図３に示すごとくケース１の内部は空洞になっている。図４に示すごとく、一のサイドギア３を傾け、その一端が第１の弧Ａ１の付近を、その他端が第２の弧Ａ２の付近を通過するようにすると、かかるサイドギア３は開口２１を通過してケース１の内部に搬入することができる。かかるサイドギア３は、例えばフランジ１７の側においてケース１の内部に着座せしめられる。他のサイドギア３も同様にして開口２１を通過し、他方の側においてケース１の内部に着座せしめられる。

一対のサイドギア３は、このとき、それぞれの歯の一部を開口２１に露出している。図５に示すごとく、これらに噛合せしめるように一のピニオンギア５を置く。正しく噛合すると、ピニオンギア５の軸は中心Ｃと揃う。既に述べた通り、ピニオンギア５の軸を中心Ｃに揃えたときに、ピニオンギア５の輪郭がその周に接しないように楕円の全体が形成されているので、この状態でピニオンギア５は開口２１を通過することができる。同様にして他のピニオンギア５も一対のサイドギア３に噛合せしめられる。

一対のピニオンギア５にそれぞれワッシャを添付し、サイドギア３と共にピニオンギア５およびワッシャを回転軸Ｘ１周りに９０°回転せしめると、図２に示すごとくピニオンギア５の軸とピニオン軸Ｘ２とが一致する。かかる状態において、ピニオンシャフト７がケース１の外部から挿入され、ボルト等で固定される。ピニオンシャフト７をボルト等で固定した後には、サイドギア３、ピニオンギア５および付随する部品の全ては、ケース１および相互の噛み合いにより拘束されるので、本来の位置から逸脱することがなく、ケース１内に保持される。

概略、これらの工程により、デファレンシャル装置を組み立てることができる。容易に理解される通り、組み立ては極めて簡単である。

フランジ１７に入力されたトルクは外周壁１１を経由してピニオンシャフト７に伝達されるので、図１を参照して既に説明した通り、フランジ１７からピニオンシャフト７に向かう螺旋に沿って大きな応力Ｆが生ずる。本実施形態によれば、外周壁１１フランジ１７と第３の弧Ａ３との間の部分は十分に幅広にすることができ、また開口２１の弧Ａ４に、フランジ１７から離れる方向に滑らかに弧を描かせることができる。すなわち、主たる応力Ｆが通過する螺旋を避けるように開口２１が形成されるので、応力Ｆに耐えるべき十分な強度を外周壁１１に付与することができる。また弧Ａ４が滑らかであるために、開口２１の付近に応力集中が起こることもない。また、それにも関わらず、開口２１はギアの搬入を妨げるほどに小さくはなく、上述のごとく容易な組立工程を可能にしている。

好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。

ギアの搬入を容易にする開口を持ちながら、入力されたトルクを負担するに十分な強度を有するデファレンシャルケースが提供される。

Claims (5)

1. 第１の軸周りに回転可能な一対のサイドギアと前記第１の軸に直交する第２の軸周りに回転可能な一対のピニオンギアとを含むデファレンシャルギア組を収容してデファレンシャル装置を構成する、前記第１の軸周りに回転可能なケースであって、
   前記第１の軸に関して回転対称な円筒面を輪郭に有する外周壁と、
   前記第１の軸に直交し、前記円筒面より外方に張り出したフランジを有し、前記外周壁と一体を成す第１の側壁と、
   前記第１の軸に直交する外側面を有し、前記第１の側壁に対向し、前記外周壁と一体を成す第２の側壁と、
   前記一対のピニオンシャフトを回転可能に支持するためのピニオンシャフトが前記第２の軸に沿って嵌入するように、前記外周壁を貫通する貫通孔と、
   前記デファレンシャルギア組の搬入を許容するべく前記外周壁に開けられた開口であって、
   前記第１の軸と前記第２の軸とを含む平面上に、前記第１の軸と前記第２の軸との交点を中心とする非正規楕円を投影し、
   前記非正規楕円が、前記非正規楕円の周のうち前記中心から最も遠い第１の弧と、前記サイドギアの搬入を許容するように前記第１の弧から離れた第２の弧と、を含み、
   前記ピニオンギアの軸を前記非正規楕円の前記中心に揃えたときに前記ピニオンギアの輪郭が前記非正規楕円の前記周に接しない、ように形成されている開口と、
   を備えたケース。
2. 請求項１のケースであって、前記第１の弧と前記第２の弧とを結ぶ線分が前記中心よりも前記第２の側壁により近くなるように、前記第１の弧と前記第２の弧とは位置している、ケース。
3. 請求項１のケースであって、前記非正規楕円の前記中心から、前記円筒面の延長と前記外側面の延長との交点に向かう第１の径に、前記第１の弧が交わるべく位置している、ケース。
4. 請求項１乃至３の何れか１項のケースであって、前記非正規楕円は、前記フランジ側に隣接し、前記非正規楕円の前記周のうち前記中心から最も近い第３の弧を含む、ケース。
5. 請求項４のケースであって、前記第２の弧は、前記第２の軸と前記非正規楕円の前記周との交点より前記フランジにより近く、前記第３の弧より前記フランジからより遠いように位置している、ケース。

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