WO2016143034A1

WO2016143034A1 - ファイナルドライブ装置

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Publication number: WO2016143034A1
Application number: PCT/JP2015/056840
Authority: WO
Inventors: 将克小出; 敦之隼田; 一央高木; 憲一其輪; 鉄兵牧; 喜円山田; 航溝口
Original assignee: 日産自動車株式会社
Priority date: 2015-03-09
Filing date: 2015-03-09
Publication date: 2016-09-15
Also published as: JP6260737B2; JPWO2016143034A1

Abstract

ファイナルドライブギヤ機構（４）は相対して配置された一対のサイドギヤ（７Ａ，７Ｂ）と噛み合うピニオン（８）と、円筒形状のピニオンキャリア（１０）とを備える。ピニオン（８）の端面とピニオンキャリア（１０）との間に、ピニオン（８）とサイドギヤ（７Ａ，７Ｂ）との噛み合い分力で変形するウェーブワッシャ（１２）を介装する。ピニオンキャリア（１０）の外側と内側を結ぶ潤滑油の通路を、ウェーブワッシャ（１２）の撓みがピニオンとピニオンキャリアの間にもたらす隙間を介して形成する。車両が走行中はウェーブワッシャ（１２）の変形により潤滑油の通路が遮断されるが、車両が停車状態では隙間を介して潤滑油の流通が確保される。

Description

ファイナルドライブ装置

　この発明は、ディファレンシャル機構を内蔵する車両のファイナルドライブ装置に関する。

　車両の駆動系統の末端においては、プロペラシャフトの回転がファイナルギヤとディファレンシャル機構を介して左右の駆動輪に伝達される。

　日本国特許庁が２０１２年に発行したＪＰ２０１２－５３０２２２Ａは、相対して配置された一対のサイドギヤと、一対のサイドギヤの間に配置されたピニオンとで構成されたディファレンシャル機構を有するファイナルドライブ装置を提案している。ピニオンはピニオンキャリアにそれぞれが回転自由に保持される。ピニオンキャリアはファイナルギヤにより回転駆動される。このファイナルドライブ装置において、一対のサイドギヤはヘリカルフェースギヤで構成され、ピニオンはヘリカルギヤで構成されている。

　これに対して、日本国特許庁が２００８年に発行したＪＰ２００８－０９５７４４Ａは、サイドギヤをピッチ面が平面形状のフェースギヤで構成し、ピニオンを平歯車とすることで、ファイナルドライブ装置の車軸方向の寸法を小さくすることを提案している。

　こうしたファイナルドライブ装置において、ディファレンシャル機構への潤滑油の供給は、ピニオンキャリアの一部をハウジング内の潤滑油に浸漬させることで行なわれる。ピニオンキャリアが回転する際にピニオンキャリアに形成された開口部を介して潤滑油がピニオンキャリアの内側に取り込まれ、サイドギヤとピニオンとの間を潤滑する。ディファレンシャル機構はトルク伝達性能を考慮するとピニオンの数が多い方が有利である。一方、潤滑油の出入りのための開口部を形成する必要から、ピニオンの数を増やすことは難しい。

　日本国特許庁が１９８６年に発行したＪＰ６１－１９１５４９Ａは、ピニオンキャリア内の潤滑油の酸化防止のために、ピニオンキャリアに潤滑油を空気と非接触状態で充填し、ピニオンキャリア内にアキュムレータを収装することで潤滑油の温度による体積変動を吸収することを提案している。この場合には、ピニオンキャリアに潤滑油の出入りのための開口部を形成しないので、ピニオンの数を増やすことが可能である。

　しかしながら、ピニオンキャリア内の空気を完全に抜くことは技術的に困難である。そのため、ピニオンキャリア内の潤滑油の空気との接触を完全に阻止することは難しい。一方、潤滑油のピニオンキャリアへの出入りがないので、ギヤの噛み合いにより発生する金属粉がピニオンキャリアから排出されることなく、ピニオンキャリア内に堆積してしまい、潤滑油の劣化の要因となる。

　この発明の目的は、したがって、ピニオンの数を増やしても良好な潤滑環境を維持できる、コンパクトなファイナルドライブ装置を提供することである。

　以上の目的を達成するために、この発明は互いに噛み合うドライブピニオンとリングギヤからなるファイナルドライブギヤ機構と、リングギヤの回転を左右の駆動輪に分配するディファレンシャル機構と、ファイナルドライブギヤ機構とディファレンシャル機構とを収装する、潤滑油を貯めたハウジングと、を備える車両のファイナルドライブ装置に適用される。

　ディファレンシャル機構は左右の駆動輪にそれぞれ結合する一対の相対するサイドギヤと、一対のサイドギヤの間で、一対のサイドギヤと噛み合うピニオンと、ピニオンを支持するピニオンメートシャフトと、ピニオンメートシャフトを支持してリングギヤと一体回転する円筒状のピニオンキャリアと、ピニオンとピニオンキャリアとの間に介装され、ピニオンとサイドギヤとの噛み合い分力で変形しつつピニオンをピニオンキャリアに支持するウェーブワッシャと、を備えている。

　さらに、ハウジング内に貯留された潤滑油とピニオンキャリアの内側の潤滑油との通路を、ウェーブワッシャの撓みがピニオンとピニオンキャリアの間にもたらす隙間を介して形成している。

　この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。

ＦＩＧ．１はこの発明の第１の実施形態によるファイナルドライブ装置の縦断面図である。ＦＩＧ．２はこの発明の第１の実施形態によるディファレンシャル機構の縦断面図である。ＦＩＧ．３Ａはこの発明の第１の実施形態による、車両走行時のウェーブワッシャを介したピニオンメートシャフトのピニオンキャリアへの支持状態を示す、ディファレンシャル機構要部の概略縦断面図である。ＦＩＧ．３ＢはＦＩＧ．３Ａに類似するが、車両停車時の状態を示す。ＦＩＧ．４Ａはこの発明の第２の実施形態による、車両走行時のウェーブワッシャを介したピニオンのピニオンキャリアへの支持状態を示す、ディファレンシャル機構要部の概略縦断面図である。ＦＩＧ．４ＢはＦＩＧ．４Ａに類似するが、車両停車時の状態を示す。

　この発明の第１の実施形態を説明する。

　図面のＦＩＧ．１を参照すると、車両のファイナルドライブ装置１は、ファイナルドライブギヤ機構４と、ディファレンシャル機構５と、潤滑油を貯めたハウジング６と、を備える。ファイナルドライブギヤ機構４は互いに噛み合うドライブピニオン２とリングギヤ３からなる。ドライブピニオン２はプロペラシャフトに結合し、車両の動力によって回転駆動される。ディファレンシャル機構５はドライブピニオン２からリングギヤ３に伝達された回転トルクを、車両の左右の駆動輪に分配する役割を持つ。ファイナルドライブギヤ機構４とディファレンシャル機構５は車両の車体に固定されたハウジング６に収装される。なお、図の水平方向が車両横断方向に相当し、図の垂直方向が車両の上下方向に相当する。

　ＦＩＧ．２を参照すると、ディファレンシャル機構５は左右の駆動輪にそれぞれ結合する一対の相対するサイドギヤ７Ａと７Ｂと、一対のサイドギヤ７Ａと７Ｂの間で、一対のサイドギヤ７Ａと７Ｂと噛み合う複数のピニオン８と、ピニオン８をそれぞれ支持するピニオンメートシャフト９と、ピニオンメートシャフト９を支持してリングギヤ３と一体回転するピニオンキャリア１０とを備える。

　ピニオンキャリア１０は車両縦断方向に直径を有する円筒部１０Ａと、円筒部１０Ａの中央に形成されたブロック１０Ｂとを備える。円筒部１０Ａはリングギヤ３に固定される。

　ピニオン８はピニオンメートシャフト９の外周に回転自由に嵌合する。

　ピニオンメートシャフト９は、基端部９Ａと、径を拡大したフランジ部９Ｂと、基端部９Ａより小径の先端部９Ｃとを備える。基端部９Ａはピニオンキャリア１０のブロック１０Ｂに形成された凹部に嵌合する。先端部９Ｃはピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａに形成された嵌合孔１０Ｄに嵌合する。ピニオンメートシャフト９はピニオンキャリア１０に回転を阻止される一方で、軸方向、すなわちピニオンキャリア１０に関してラジアル方向、に若干の変位可能な状態でピニオンキャリア１０に支持される。ピニオンメートシャフト９のこのような支持構造は、ピニオンメートシャフト９の先端部９Ｃを嵌合孔１０Ｄに異径嵌合させる、ピニオンメートシャフト９の基端部９Ａをブロック１０Ｂの凹部に異径嵌合させる、あるいはピニオンメートシャフト９とピニオンキャリア１０との間にキーとキー孔などの係合手段を設けるなどの方法で実現可能である。この実施形態ではこのようにして９０度間隔て４本のピニオンメートシャフト９がピニオンキャリア１０に支持される。

　フランジ部９Ｂとピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａの内周面との間にはウェーブワッシャ１２が介装される。

　ピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａの内周面には、ピニオンメートシャフト９に相対してピニオンキャリア１０の中心方向に突出する円筒状のホルダ１０Ｃが形成される。ピニオンメートシャフト９のフランジ部９Ｂとウェーブワッシャ１２はホルダ１０Ｃの内側に収装される。

　一対のサイドギヤ７Ａと７Ｂはピッチ面が極めて緩い傾斜の円錐形をなし、対応してピニオン８もピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａに向かって径を僅かに拡大する円錐形状をなす。なお、サイドギヤ７Ａと７Ｂをピッチ面が平面となるフェースギヤで構成し、ピニオン８のピッチ面を均一径の円筒形状とすることも可能である。ピッチ面の傾きは、ラジアル方向の噛み合い分力によりウェーブワッシャ１２に生じる応力がウェーブワッシャ１２の許容応力範囲内となるように決定する。

　ピニオンキャリア１０の軸方向の一方の端面はサイドギヤ７Ａとリングギヤ３によって閉鎖される。ピニオンキャリア１０の軸方向のもう一方の端面はサイドギヤ７Ｂとハウジング６に固定された固定部材６Ａによって閉鎖される。その結果、ピニオン８を収装したピニオンギャリア１０の内側のスペースは、円筒部１０Ａに形成された嵌合孔１０Ｄとピニオンメートシャフト９の先端部９Ｃとの嵌合隙間を介してのみ、外側のハウジング６内のスペースに連通する。

　再びＦＩＧ．１を参照すると、以上のように構成されたディファレンシャル機構５が、ファイナルドライブギヤ機構４とともにハウジング６に収蔵される。ハウジング６に貯められる潤滑油の量は、車両が停止した状態で少なくとも１個のウェーブワッシャ１２が潤滑油に浸漬する程度とする。

　車両の走行中は、プロペラシャフトの回転トルクがファイナルドライブ装置１のドライブピニオン２、リングギヤ３、ピニオンキャリア１０、ピニオン８を介して一対のサイドギヤ７Ａと７Ｂに分配され、左右の駆動輪を回転駆動する。左右の駆動輪の抵抗が等しい場合には、ピニオン８は回転せず、ピニオンキャリア１０と一対のサイドギヤ７Ａと７Ｂと一体回転することで、回転トルクを左右の駆動輪に等しく分配する。一方の駆動輪の回転抵抗が増大すると、ピニオン８が回転することで、回転抵抗の小さい駆動輪に結合するサイドギヤ７Ａ（７Ｂ）への分配トルクを増大させ、回転抵抗の大きい駆動輪に結合するサイドギヤ７Ｂ（７Ａ）への分配トルクを減少させる。

　いずれの場合も、駆動輪の回転駆動が続く限りは、ピニオン８から一対のサイドギヤ７Ａ，７Ｂへのトルク伝達が行なわれ、ピニオン８とサイドギヤ７Ａと７Ｂとの噛み合い分力によりピニオン８はピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａに向かって付勢される。この付勢力はピニオンメートシャフト９のフランジ部９Ｂに作用し、ピニオンメートシャフト９はウェーブワッシャ１２を押しつぶすようにピニオンキャリア１０のラジアル方向外向きに変位する。

　ＦＩＧＳ．３Ａと３Ｂを参照してウェーブワッシャ１２がもたらす作用を説明する。

　ＦＩＧ．３Ａを参照すると、駆動輪の回転駆動中はピニオン８とサイドギヤ７Ａ，７Ｂとの噛みあい分力によりピニオンメートシャフト９が図の下向きに付勢される。そのためピニオンメートシャフト９のフランジ部９Ｂとピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａの内周面との間に介装されたウェーブワッシャ１２は平たく押しつぶされて、円筒部１０Ａの内周面に密着した状態となる。この状態では、図に示すように円筒部１０Ａの嵌合孔１０Ｄとピニオンメートシャフト９の先端部９Ｃとの嵌合隙間は、円筒部１０Ａの内周面に密着したウェーブワッシャ１２により閉鎖される。

　ＦＩＧ．３Ｂを参照すると、車両が停止中は、ピニオン８から一対のサイドギヤ７Ａ，７Ｂへの回転トルクの伝達が行なわれず、ピニオン８にギヤの噛みあい分力は作用しない。この状態では、ウェーブワッシャ１２は当初の波形形状を取り戻し、フランジ部９Ｂと円筒部１０Ａの内周面との間に隙間を形成する。ＦＩＧ．１の最も下側に位置する嵌合孔１０Ｄと先端部９Ｃとの嵌合隙間はハウジング６に貯められた潤滑油に浸漬している。そのため、潤滑油がＦＩＧ．３Ｂの矢印に示すように、ピニオンメートシャフト９の先端部９Ｃと嵌合孔１０Ｄの嵌合隙間と、ウェーブワッシャ１２が形成したフランジ部９Ｂと円筒部１０Ａの内周面との隙間とを介して、ピニオンキャリア１０内の潤滑油とハウジング６内に貯められた潤滑油とが互いに流通する。

　以上の構造により、車両が走行中はウェーブワッシャ１２が円筒部１０Ａの内周面に密着し、ピニオンキャリア１０内の潤滑油はピニオンキャリア１０の内側に閉じ込められた状態で、ピニオン８とサイドギヤ７Ａ，７Ｂとの噛み合い部を潤滑する。

　一方、車両が停車中は、ウェーブワッシャ１２が形成するフランジ部９Ｂと円筒部１０Ａの内周面との隙間を介して、ピニオンキャリア１０の内側と外側との間で潤滑油が流通する。このようにして、車両が停車するごとにピニオンキャリア１０内の潤滑油はハウジング６に貯留された潤滑油と少量ずつ入れ替わる。

　そのため、ピニオン８とサイドギヤ７Ａ，７Ｂとの噛み合いにより金属の摩耗粉が生じても、摩耗粉は停車中の潤滑油の入れ替わりに伴って少しずつピニオンキャリア１０の外側へと排出される。その結果、摩耗粉がピニオンキャリア１０の内側に堆積するのを防止できる。なお、ハウジング６内に流出した摩耗粉はハウジング６から潤滑油を排出するためのドレンプラグに付設されたマグネットに吸着される。ハウジング６に貯められた潤滑油はドレンプラグを介して交換することができる。

　このように、ファイナルドライブ装置１は、嵌合孔１０Ｄと先端部９Ｃとの嵌合隙間と、ウェーブワッシャ１２の撓みがピニオン８とピニオンキャリア１０の間にもたらす隙間とを介して、潤滑油を流通させることで、潤滑油の流通のための専用の開口部を形成することなくディファレンシャル機構５の好ましい潤滑性能を維持することができる。そのため、４個のピニオン８を用いながらディファレンシャル機構５をコンパクトに構成できる。また、一対のサイドギヤ７Ａと７Ｂは平面に近いピッチ面を有するため、ギヤの厚さも薄くすることが可能である。

　したがって、この実施形態によれば、ファイナルドライブ装置１の車両横断方向の寸法を小さく抑えつつ、４個のピニオン８による好ましいトルク分配性能と潤滑性能を維持することができる。

　この実施形態では、ウェーブワッシャ１２の撓みがピニオン８とピニオンキャリア１０の間にもたらす隙間が、回転しないピニオンメートシャフト９のフランジ部９Ｂとピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａとの間に構成される。その結果、回転するピニオン８はウェーブワッシャ１２と接触せず、ウェーブワッシャ１２の摩耗を抑制することができる。

　ＦＩＧＳ．４Ａと４Ｂを参照して、この発明の第２の実施形態を説明する。

　この実施形態では、ピニオン８をピニオンメートシャフト９と一体回転させる一方、ピニオンメートシャフト９をピニオンキャリア１０に回転自由に支持する。具体的にはピニオンメートシャフト９とピニオンキャリア１０との間に第１の実施形態のような回転阻止手段を設けず、ピニオンメートシャフト９の基端部９Ａと先端部９Ｃをともに円形断面に形成し、同じく円形断面に形成したブロック１０Ｂの凹部と円筒部１０Ａの嵌合孔１０Ｄとに、それぞれ回転自由に嵌合させる。

　一方、ピニオン８はピニオンメートシャフト９に固定される。ピニオン８とピニオンメートシャフト９をあらかじめ一体に形成することも可能である。

　ピニオンメートシャフト９には第１の実施形態のようなフランジ部を設けず、さらに基端部９Ａと先端部９Ｃを同径とする。ウェーブワッシャ１２はピニオン８の先端面、言い換えればピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａを向いた端面、とピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａの内周面との間に介装される。その他の構成は第１の実施形態と同一である。

　この実施形態においても、駆動輪の回転駆動中は、ピニオン８とサイドギヤ７Ａと７Ｂとの噛み合い分力によりピニオン８はピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａに向かって付勢される。そして、ウェーブワッシャ１２はピニオン８の先端面とピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａの内周面との間で平たく押しつぶされ、円筒部１０Ａの内周面に密着する。その結果、ＦＩＧ．４Ａに示すように円筒部１０Ａの嵌合孔１０Ｄとピニオンメートシャフト９の先端部９Ｃとの嵌合隙間を介した潤滑油の流通はウェーブワッシャ１２により遮断される。ピニオンキャリア１０内の潤滑油はピニオンキャリア１０の内側に閉じ込められた状態で、ピニオン８とサイドギヤ７Ａ，７Ｂとの噛み合い部を潤滑する。

　一方、車両が停車中は、嵌合孔１０Ｄと先端部９Ｃとの嵌合隙間と、原型に復帰したウェーブワッシャ１２が形成するピニオン８の先端面と円筒部１０Ａの内周面との隙間とを介して、ピニオンキャリア１０の内側と外側との間で潤滑油が流通する。つまり、車両が停車するごとにピニオンキャリア１０内の潤滑油はハウジング６に貯留された潤滑油と少量ずつ入れ替わる。

　このように、ピニオン８をピニオンメートシャフト９に固定し、ピニオンメートシャフト９をピニオンキャリア１０に回転自由に支持するとともに、ピニオン８の先端面とピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａの内周面とでウェーブワッシャ１２を挟持した場合でも、第１の実施形態と同様の好ましい効果が得られる。

　さらに、この実施形態では、ピニオンメートシャフト９にフランジ部９Ｂを設ける必要がなく、またピニオンメートシャフト９とピニオンキャリア１０との間に回転を阻止する手段を設ける必要がない。そのため、ディファレンシャル機構５の構造をさらに単純化できる。

　以上説明した第１の実施形態では、ウェーブワッシャ１２をピニオンメートシャフト９のフランジ部９Ｂとピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａとの隙間に介装している。この隙間が、ウェーブワッシャ１２の撓みがピニオン８とピニオンキャリア１０の間にもたらす隙間に相当する。第２の実施形態では、ウェーブワッシャ１２をピニオンメートシャフト９の先端面とピニオンキャリア１０の円筒部１０Ａとの隙間に介装している。この隙間が、ウェーブワッシャ１２の撓みがピニオン８とピニオンキャリア１０の間にもたらす隙間に相当する。いずれの実施形態においても、ウェーブワッシャ１２の撓みがピニオン８とピニオンキャリア１０の間にもたらす隙間を潤滑油の通路として用いることに変わりはない。

　以上、この発明をいくつかの特定の実施例を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、クレームの技術範囲でこれらの実施例にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。

Claims

　車両のファイナルドライブ装置において：
　互いに噛み合うドライブピニオンとリングギヤからなるファイナルドライブギヤ機構と；
　リングギヤの回転を左右の駆動輪に分配するディファレンシャル機構と；
　ファイナルドライブギヤ機構とディファレンシャル機構とを収装する、潤滑油を貯めたハウジングと、を備え、
　ディファレンシャル機構は：
　左右の駆動輪にそれぞれ結合する一対の相対するサイドギヤと；
　一対のサイドギヤの間で、一対のサイドギヤと噛み合うピニオンと；
　ピニオンを支持するピニオンメートシャフトと；
　ピニオンメートシャフトを支持してリングギヤと一体回転する円筒状のピニオンキャリアと；
　ピニオンとピニオンキャリアとの間に介装され、ピニオンとサイドギヤとの噛み合い分力で変形しつつピニオンをピニオンキャリアに支持するウェーブワッシャと、
　を備え、
　ハウジング内に貯留された潤滑油とピニオンキャリアの内側の潤滑油との通路を、ウェーブワッシャの撓みがピニオンとピニオンキャリアの間にもたらす隙間を介して形成した、ファイナルドライブ装置。
　ウェーブワッシャはピニオンメートシャフトとピニオンキャリアとに挟持され、ピニオンメートシャフトはウェーブワッシャの変形範囲でピニオンキャリアのラジアル方向に変位可能かつ回転を規制された状態でピニオンキャリアに支持され、ピニオンはピニオンメートシャフトに回転自由に支持される、請求項１のファイナルドライブ装置。
　ウェーブワッシャはピニオンとピニオンキャリアとに挟持され、ピニオンメートシャフトはピニオンキャリアに回転自由に支持され、ピニオンはピニオンメートシャフトに固定される、請求項１のファイナルドライブ装置。
　ピニオンメートシャフトはピニオンキャリアに形成された嵌合孔に嵌合するとともに、前記通路はさらにピニオンメートシャフトと嵌合孔との嵌合隙間を介して形成され、ピニオンとサイドギヤとの噛み合い分力で変形したウェーブワッシャが嵌合隙間を閉鎖するように構成された、請求項１から３のいずれかのファイナルドライブ装置。