WO2021192046A1

WO2021192046A1 - ファイナルドライブ

Info

Publication number: WO2021192046A1
Application number: PCT/JP2020/013049
Authority: WO
Inventors: 俊吾沼部; 宏倫福田; 功廣田
Original assignee: ジーケーエヌオートモーティブリミテッド; Ｇｋｎドライブラインジャパン株式会社
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-09-30
Also published as: JP7416912B2; CN114981570A; US11835122B2; US20220356938A1; JPWO2021192046A1

Abstract

第１の軸に向けられたシャフトに入力されたトルクを、デファレンシャル装置を介して前記第１の軸と平行でない第２の軸に向けられた一対の車軸へ差動的に分配するファイナルドライブは、前記シャフトとギア結合して前記トルクを前記デファレンシャル装置へ前記第２の軸周りに伝達するリングギアと、前記シャフトを支持し且つ前記デファレンシャル装置を囲む本体部と、前記車軸の一方が通る第１の開口を備えて前記デファレンシャル装置の第１の端を支持する壁部と、を一体に備えたハウジングと、前記車軸の他方が通る第２の開口を備え、前記ハウジングに結合して前記デファレンシャル装置の第２の端を支持するカバーと、を備え、前記壁部と前記リングギアと前記シャフトとは、前記壁部から前記カバーに向かって、前記壁部、前記リングギア、前記シャフトの順に配列している。

Description

ファイナルドライブ

　以下の開示は、特に幅方向にコンパクトなファイナルドライブに関し、より詳しくはコンパクトでありながら内部の電気機器へ容易にワイヤリングをすることができるファイナルドライブに関する。

　よく知られているように、例えば後輪駆動（ＦＲ）型の自動車において、エンジンおよび／またはモータが発生するトルクは、トランスミッションからプロペラシャフトを介してファイナルドライブに伝達される。ファイナルドライブはデファレンシャルギア組を内蔵しており、伝達されたトルクを右および左の駆動輪に差動的に分配する。

　ファイナルドライブはさらに、デファレンシャルギア組の差動を制限したり、あるいは駆動輪へのトルク伝達を切断する等の目的のために、クラッチとそのアクチュエータとを包含することがある。アクチュエータを電気的に制御するためには、当然に電気的なワイヤリングを必要とする。

　特許文献１はアクチュエータがハウジングの内部にある例を開示し、特許文献２はアクチュエータのうちの電気機器を外部に置いて、ワイヤリングを容易にした例を開示する。

日本国特許出願公開２０１７－０６７２５７号国際特許出願公開ＷＯ２０１７／０６０９６３Ａ１

　ファイナルドライブがコンパクトであることは、車体の設計の自由度を高め、また車両の重量を軽減するなど、様々な利益をもたらす。その代償として、ハウジング内における各構成要素のレイアウトが困難になり、組み立ての容易さが犠牲になりがちである。特に、内部の電気機器がハウジングの開口から遠ければ、かかる電気機器へどのようにワイヤリングを行うか、また電気的接続の確認をどのように行うのかが大きな問題となる。サイドカバー式のレイアウトは、小型化に有利であるものの、開口がハウジングの側方に限られてしまうので、このような問題がより顕著である。以下に開示されるものは、このような問題に鑑みて創作された。

　一局面によれば、第１の軸に向けられたシャフトに入力されたトルクを、デファレンシャル装置を介して前記第１の軸と平行でない第２の軸に向けられた一対の車軸へ差動的に分配するファイナルドライブは、前記シャフトとギア結合して前記トルクを前記デファレンシャル装置へ前記第２の軸周りに伝達するリングギアと、前記シャフトを支持し且つ前記デファレンシャル装置を囲む本体部と、前記車軸の一方が通る第１の開口を備えて前記デファレンシャル装置の第１の端を支持する壁部と、を一体に備えたハウジングと、前記車軸の他方が通る第２の開口を備え、前記ハウジングに結合して前記デファレンシャル装置の第２の端を支持するカバーと、を備え、前記壁部と前記リングギアと前記シャフトとは、前記壁部から前記カバーに向かって、前記壁部、前記リングギア、前記シャフトの順に配列している。

図１は、四輪駆動車の基本構成を表した模式図である。図２は、本実施形態によるファイナルドライブの一部を切断してその内部を見せた斜視図である。図３は、ファイナルドライブの縦断面図である。図４は、他の実施形態によるファイナルドライブの縦断面図である。

　添付の図面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。図面は必ずしも正確な縮尺により示されておらず、従って相互の寸法関係は図示されたものに限られないことに特に注意を要する。

　本実施形態によるファイナルドライブは、例えば四輪駆動（４ＷＤ）車の後輪を駆動するのに利用できるが、もちろん例えば後輪駆動（ＦＲ）車に利用してもよく、あるいは他の駆動形式に応用することができる。以下では説明の便宜のために四輪駆動車に適用する例を説明する。図１，３，４に共通して、図の上方が車両に対して前方Ｆであり、図の右および左がそれぞれ右方Ｒおよび左方Ｌだが、図２においては例外的に図の右下方が前方Ｆである。もちろん前後および左右はそれぞれ任意に入れ替えて実施することができる。

　図１を参照するに、四輪駆動車１は、概して、エンジン／モータ３と、トランスミッション５とを備える。エンジン／モータ３が生み出したトルクの一部はトランスミッション５を介して両前輪へ分配され、他の一部はパワートランスファユニット７を介してプロペラシャフト９へ引き出され、ファイナルドライブ１１を介して両後輪５１Ｒ，５１Ｌへ分配される。

　後輪５１Ｒ，５１Ｌは、路面の凹凸を吸収するべく、通常は車体に対して浮動可能である。後輪５１Ｒ，５１Ｌを浮動可能にするべく、例えば車軸５３Ｒ，５３Ｌにはそれぞれ等速ジョイント５５が介在し、これらを支点として車軸５３Ｒ，５３Ｌが揺動できるように構成される。ファイナルドライブ１１が幅方向にコンパクトであれば、支点間をより長くすることができ、従って車軸５３Ｒ，５３Ｌの揺動の余地を確保するのに有利である。

　主に図２を参照するに、ファイナルドライブ１１は、軸Ｃ１周りに回転可能なシャフト２１を経由して入力トルクを受容し、デファレンシャル装置３３を介し、軸Ｃ１と平行でない軸Ｃ２周りにトルクを差動的に分配する。

　シャフト２１は、その外端に、例えばコンパニオンフランジを固定的に備え、以ってプロペラシャフト９と駆動的に結合することができる。あるいはコンパニオンフランジに代えて、スプラインや他の結合手段を備えてもよい。

　シャフト２１からデファレンシャル装置３３へのトルクの伝達はピニオンギア２３とリングギア３１との組み合わせによる。異なる軸方向にトルク伝達するために、これらは通常はスパイラルないしハイポイドギアであるが、必ずしもこれらに限られない。ピニオンギア２３はシャフト２１の内端に一体であってもよい。リングギア３１はデファレンシャル装置３３の外周に締結、溶接、または他の手段により結合していてもよい。ピニオンギア２３及びリングギア３１を介してデファレンシャル装置３３は軸Ｃ２周りにトルクを受容して回転する。デファレンシャル装置３３は、単純なデファレンシャルであってもよく、あるいは所謂リミテッドスリップデフ（ＬＳＤ）であってもよい。

　ファイナルドライブ１１は、その動作を制御し、またはその動作状態を検出する等の目的で、電気機器を内蔵することができ、その一例はアクチュエータ４１である。かかるアクチュエータ４１は、電気的に励起されるソレノイドとプランジャのごとき電動機構を含み、例えばクラッチ４３を組み合わせることにより、図３に例示する所謂ロックアップデフや、図４に例示する所謂フリーランニングデフが実現できる。あるいはアクチュエータに代えて、または加えて、例えば回転速度等を検出する検出器を備えることができる。それでもなお本実施形態はコンパクトな構成を可能とする。

　図２に組み合わせて図３または図４を参照するに、デファレンシャル装置３３、アクチュエータ４１およびその他の要素は、ハウジング１３とこれに結合したカバー１５との組み合わせに収容される。ハウジング１３とカバー１５とは、縦方向に（軸Ｃ１に沿う方向に）ではなく、幅方向に（軸Ｃ２に沿う方向に）分離および結合される、所謂サイドカバー式の形態である。ハウジング１３は、デファレンシャル装置３３および他の要素を囲む本体部１３Ｂと、これと一体であってその側面を覆う壁部１３Ｗとを備える。壁部１３Ｗは本体部１３Ｂから分離不能だが、カバー１５は分離可能であって、壁部１３Ｗとは反対の側面を覆う。壁部１３Ｗは左車軸（言うまでもなく、右車軸であってもよい）を受容する開口１９Ｌを備え、カバー１５は右車軸（あるいは左車軸）を受容する開口１９Ｒを備えるが、両車軸を挿入したときには内部は外部から遮断される。

　本体部１３Ｂは、その内部が空洞の室であり、概ね軸Ｃ２周りに対称な円筒に近似した形状にすることができるが、軸Ｃ１に沿う方向に突出したジャケット部を備える。

　ジャケット部は、その前端において開口し、本体部１３Ｂの内部へ貫通したボア１７を備え、ボア１７はシャフト２１を受容して支持する。ボア１７は少なくともピニオンギア２３の通過を許容するに十分な大きさにすることができ、あるいはシャフト２１を回転可能に支持するベアリングユニット２５を支持するべく寸法づけられていてもよい。

　カバー１５がハウジング１３から分離すると、本体部１３Ｂの内部へのアクセスを許容する開口が現れ、かかる開口を通ってデファレンシャル装置３３を内部に据え付けることができる。開口は、リングギア３１の通過を許容するに十分な大きさであり、また内部の室は、開口から挿入されたリングギア３１が軸Ｃ２に沿って壁部１３Ｗの近傍まで移動可能なように寸法づけられている。

　リングギア３１は壁部１３Ｗにごく近接しており、ピニオンギア２３はこれよりもやや中央よりにあって、互いに噛合する。デファレンシャル装置３３は、軸Ｃ２周りに回転可能なケーシング３５を備え、リングギア３１はこれと結合する。壁部１３Ｗと、リングギア３１と、ピニオンギア２３を含むシャフト２１とは、壁部１３Ｗからカバー１５に向かって、あるいは軸Ｃ２に沿って見たときに、壁部１３Ｗ、リングギア３１、シャフト２１の順に配列している。また軸Ｃ２に沿って見たときには、ケーシング３５とピニオンギア２３とが互いにオーバーラップした配置にすることができる。このような配置は、ファイナルドライブ１１を幅方向に小型化するのに有利である。

　ケーシング３５の左端（あるいは右端）２７Ｌは壁部１３Ｗに支持され、右端（あるいは左端）２７Ｒはカバー１５に支持される。回転を許容するべく、それぞれボールベアリング３９Ｌ，３９Ｒが介在してもよく、もちろんボールベアリングに代えて、ローラーベアリングないしその他の軸受要素であってもよい。

　デファレンシャル装置３３は、車軸と結合してトルクを出力するための、サイドギア３７Ｌ，３７Ｒを備える。車軸との結合のためにこれらの内面はスプラインを備えるが、あるいは他の結合手段でもよい。サイドギア３７Ｌ，３７Ｒは、デファレンシャルギア組により相互に差動可能である。デファレンシャルギア組の一例は図３，４に例示されたベベルギア組だが、あるいはフェースギア組やプラネタリギア組等の他のギア組を利用することができる。

　それぞれの車軸の周囲から潤滑油のごとき流体が漏れるのを防ぐべく、開口１９Ｌ，１９Ｒは、それぞれに固定されたシール４５Ｌ，４５Ｒを備えることができる。シール４５Ｌは、ベアリング３９Ｌよりも径方向に内方に配置することができ、また軸Ｃ２の方向には互いにオーバーラップしていてもよい。このような配置は、開口１９Ｌの周囲に軸Ｃ２の方向に突出した構造を不要にし、すなわち幅方向の小型化に役立つ。また図３，４ではそのようになっていないが、シール４５Ｒとベアリング３９Ｒも同様な位置関係であってもよい。

　アクチュエータ４１およびクラッチ４３は、ケーシング３５の右端（図３，４の配置の場合）近傍に、これに隣接するように配置することができる。アクチュエータ４１は、例えばケーシング３５に摺動可能に嵌合し、クラッチ４３はこれに駆動されるように配置される。

　図３に例示するロックアップデフにおいては、リングギア３１と結合したケーシング３５は、受容したトルクをデファレンシャルギア組に常時伝達する。アクチュエータ４１に駆動されてクラッチ４３が右サイドギア３７Ｒに係合すると、サイドギア３７Ｒはケーシング３５に対して回転不能になり、ギア組を介してこれに規制される左サイドギア３７Ｌの差動もロックされる。あるいはクラッチ４３はサイドギア以外の何れかの要素に係合してもよい。

　図４に例示するフリーランニングデフにおいては、ケーシング３５はリングギア３１と常時結合しているアウタケーシング３５Ａと、クラッチ４３を介してこれに時限的に結合するインナケーシング３５Ｂと、よりなる。クラッチ４３がインナケーシング３５Ｂから脱係合しているときにはインナケーシング３５Ｂはアウタケーシング３５Ａから自由に回転することができ、トルクは両車軸に伝達されない。アクチュエータ４１に駆動されてクラッチ４３がインナケーシング３５Ｂに係合すると、インナケーシング３５Ｂはアウタケーシング３５Ａと一体に回転するために、トルクは内部のデファレンシャルギア組に伝達され、デファレンシャル装置３３はトルクを両車軸に差動的に伝達する。

　いずれにせよ、既に述べた通り、リングギア３１はピニオンギア２３を含むシャフト２１よりも壁部１３Ｗ寄りであるために、ハウジング１３内においてカバー１５寄りに利用可能な空間が残されており、ここにアクチュエータ４１およびクラッチ４３を配置することができる。それゆえこれらを収納する空間を確保するためにカバー１５は側方に突出する必要がなく、カバー１５を含むハウジング１３の全体を幅方向にコンパクトにすることができる。リングギアは全ての内部部品の中で最も大径であるから、これを最も内奥に配置できるようにハウジング１３を寸法づけることは、常識に従えばハウジングの小型化に不利であると予想されたところである。本実施形態では敢えてそのような常識に反した配置を採用して幅方向にコンパクトな構成を実現している。既に述べた通り、幅方向にコンパクトな構成は、車軸５３Ｒ，５３Ｌの揺動の余地を確保できるなど、様々な利益をもたらす。

　またかかる配置によれば、電気機器がカバー１５寄りであるので、そのワイヤリングが容易である。電気機器が壁部１３Ｗ側であったならば、組み立て作業者は、ハウジング１３の開口から見てデファレンシャル装置３３よりも奥においてワイヤリングを行わねばならず、極めて困難な作業が必要であるし、その検査はなおのこと困難である。本実施形態によれば、ハウジング１３を開放した状態において電気機器はその開口の近くにあってアクセスが容易であり、電気機器から引き出されたケーブルをカバー１５が備えるコネクタに接続するだけでワイヤリングが完了する。組み立て作業と検査とは極めて容易である。

　一方、本実施形態による配置では、ピニオンギア２３とリングギア３１とをどのようにして噛合せしめるかが問題である。従来技術と異なり、ピニオンギア２３を先に配置し、後からリングギア３１を噛合せしめることはできないからである。本実施形態では、先にリングギア３１を配置しておき、後からシャフト２１をジャケット部の開口を通って挿入して組み込むことができるので、かかる問題を解決することができる。ギア噛合の調整のために、シャフト２１は噛み合い調節機構を備えてもよい。

　幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正ないし変形をすることが可能である。

Claims

　第１の軸に向けられたシャフトに入力されたトルクを、デファレンシャル装置を介して前記第１の軸と平行でない第２の軸に向けられた一対の車軸へ差動的に分配するファイナルドライブであって、
　前記シャフトとギア結合して前記トルクを前記デファレンシャル装置へ前記第２の軸周りに伝達するリングギアと、
　前記シャフトを支持し且つ前記デファレンシャル装置を囲む本体部と、前記車軸の一方が通る第１の開口を備えて前記デファレンシャル装置の第１の端を支持する壁部と、を一体に備えたハウジングと、
　前記車軸の他方が通る第２の開口を備え、前記ハウジングに結合して前記デファレンシャル装置の第２の端を支持するカバーと、を備え、
　前記壁部と前記リングギアと前記シャフトとは、前記壁部から前記カバーに向かって、前記壁部、前記リングギア、前記シャフトの順に配列している、ファイナルドライブ。
　前記デファレンシャル装置の動作を制御するクラッチと、
　前記クラッチを駆動するアクチュエータであって、前記ハウジングと前記カバーとの組み合わせに収容され、前記シャフトよりも前記カバー寄りに配置されている、アクチュエータと、
　をさらに備えた、請求項１のファイナルドライブ。
　前記カバーは前記ハウジングから前記第２の軸の方向に分離可能であり、前記壁部は前記本体部から分離不能である、請求項１のファイナルドライブ。
　前記シャフトは前記リングギアと噛合するピニオンギアを一体に備え、前記本体部は前記第１の軸に向けて開口して前記ピニオンギアの通過を許容するべく寸法づけられたボアを備える、請求項１のファイナルドライブ。
　前記第１の開口に固定されて流体が漏れるのを防ぐシールと、
　前記第１の端を回転可能に支持するベアリングと、をさらに備え、
　前記シールは、前記第２の軸の方向において前記ベアリングとオーバーラップし、前記第２の軸に関して径方向に内方に配置されている、請求項１のファイナルドライブ。
　前記クラッチは、前記デファレンシャル装置の差動を制限するか、または、前記リングギアを前記デファレンシャル装置のギア組に駆動的に結合するべく構成されている、請求項２のファイナルドライブ。