WO2021240592A1

WO2021240592A1 - デファレンシャル装置

Info

Publication number: WO2021240592A1
Application number: PCT/JP2020/020518
Authority: WO
Inventors: 功廣田; 学遠藤; 奨斗堀口
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: 2020-05-25
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2021-12-02
Also published as: US11879533B2; CN115667764A; US20230052929A1

Abstract

デファレンシャル装置は、軸の周りに回転可能なケーシングと、前記ケーシングに収容されて前記軸の周りに回転可能な一対のサイドギアと、前記軸に直交して前記ケーシングを貫いて固定され、以って前記ケーシングと共に前記軸の周りに回転するピニオンシャフトと、前記ピニオンシャフトに回転可能に支持されて前記サイドギア間の差動を許容するように前記サイドギアに噛み合ったピニオンギアと、を備えたデファレンシャルギア組と、前記サイドギアと前記ケーシングの内面との間に介在して前記差動を制限する摩擦クラッチと、前記摩擦クラッチに前記軸の方向にそれぞれ予圧を及ぼす一対の弾発体と、前記弾発体の両方に接して前記軸の方向にそれぞれ支持し、前記弾発体を介して前記摩擦クラッチから受ける反力を前記ピニオンシャフトに負担させるべく前記ピニオンシャフトに嵌合したブロックと、を備える。

Description

デファレンシャル装置

　以下の開示は差動制限デファレンシャル（ＬＳＤ）装置に関し、特に常時ある程度の差動制限作用を発揮するＬＳＤ装置に関する。

　自動車において、左右の車軸は必ずしも等速で回転するわけではないので、その間の差動を許容する必要がある。両車軸の間で差動を許容するために、デファレンシャル装置が利用される。

　両車輪がトラクションを確保しているときにはデファレンシャル装置は有効にトルクを両車軸に伝達できるが、一方の車輪がトラクションを失ったときに他方の差動が可能なままでは、何れの車軸にもトルクが伝達されなくなってしまう。かかる事態を避けるための一手段は、いわゆるリミテッドスリップデフ（ＬＳＤ）である。ＬＳＤは例えばトルクに感応して作動する摩擦クラッチを備え、摩擦クラッチは差動を制限するように働く（トルク感応型ＬＳＤ）。

　トルク感応型ＬＳＤには種々の形式があり、プラネタリギアの歯面抵抗をクラッチへの押圧力として利用するプラネタリギア式、多板クラッチを摩擦クラッチに利用する多板クラッチ式、コーンクラッチを利用するコーンクラッチ式等が例示できる。

　何れの形式によっても、差動制限が効き始めるまでには僅かなタイムラグがあるために、例えば車両が発進する際、あるいは走行中であっても瞬間的にトラクションを失った際には、車両は駆動力を発揮できない。そこでＬＳＤがトルクに感応する以前にも押圧力が摩擦クラッチに作用する工夫を施し、ある程度のトルクを予め伝達させる試み（イニシャルトルク）がなされている。

　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平１１－８２６８２号日本国特許出願公開２０００－２８３２６３号

　特許文献１，２に開示された技術は、いずれも強力なバネを利用して多板クラッチに常時押圧力を与えようというものであり、一定の効果を奏する。ところがその強い弾発力のために、実際に装置を製造しようとすると問題が生じる。すなわち、例えば特許文献２に開示された装置を組み立てようとすると、皿ばねの弾発力に抗してピニオンシャフトを圧入しなければならず、ピニオンシャフト上には皿ばねによる圧入傷が生じてしまう。ピニオンギアは、かかる圧入傷に直接に接して回転するのであり、滑らかな回転が妨げられかねず、あるいは損耗が早まりかねない。傷の発生を防止するべく、デフケースを中央で分割してピニオンシャフトを組み込み、その後に分割されたケーシング部材同士をボルト等で締結するという組み立て方がありうるだろうが、各部材には締結のための大径のフランジが必要であり、装置のコンパクト性が著しく損なわれてしまう。圧入傷の防止に限れば弾発力を下げることは解決手段になりうるが、これは当然にイニシャルトルクの低下をもたらす。以下に開示する装置は、かかる問題に鑑みて創出された。

　一局面によれば、デファレンシャル装置は、軸の周りに回転可能なケーシングと、前記ケーシングに収容されて前記軸の周りに回転可能な一対のサイドギアと、前記軸に直交して前記ケーシングを貫いて固定され、以って前記ケーシングと共に前記軸の周りに回転するピニオンシャフトと、前記ピニオンシャフトに回転可能に支持されて前記サイドギア間の差動を許容するように前記サイドギアに噛み合ったピニオンギアと、を備えたデファレンシャルギア組と、前記サイドギアと前記ケーシングの内面との間に介在して前記差動を制限する摩擦クラッチと、前記摩擦クラッチに前記軸の方向にそれぞれ予圧を及ぼす一対の弾発体と、前記弾発体の両方に接して前記軸の方向にそれぞれ支持し、前記弾発体を介して前記摩擦クラッチから受ける反力を前記ピニオンシャフトに負担させるべく前記ピニオンシャフトに嵌合したブロックと、を備える。

図１は、デファレンシャル装置の分解斜視図である。図２は、デファレンシャル装置の断面図であって、図１のＩＩ－ＩＩ線から取られた断面図である。図３は、サイドギア、皿ばね、およびブロックを特に拡大した部分断面図である。

　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。以下の説明および請求の範囲を通じて、特段の説明がなければ、軸はデファレンシャル装置の回転軸の意味であり、また軸方向はこれに平行な方向であり径方向はこれに直交する方向を意味する。以下の説明において右と左を区別することがあるが、これは説明の便宜に過ぎず、いうまでもなく左右を逆転した実施形態が可能である。

　図１，２を参照するに、本実施形態によるデファレンシャル装置は、一例として、軸Ｃの周りのトルクを、差動を許容しながら一対の（通常、右および左の）車軸に出力する用途に利用できる。あるいは前後を連絡するプロペラシャフトに介在して前後の駆動輪へトルクを分配する用途に利用できるし、もちろんトルクの伝達を仲介する他の種々の用途にも利用できる。以下の説明は車軸にトルクを分配する例に関するが、これも説明の便宜に過ぎない。

　デファレンシャル装置は、概して、トルクを受容して軸Ｃの周りに回転するケーシング１と、ケーシング１に駆動的に結合して差動を許容しながら両車軸へトルクを伝達するデファレンシャルギア組３と、押圧力を受けて差動を制限する一対の摩擦クラッチ５と、摩擦クラッチ５に軸方向にそれぞれ予圧を及ぼす一対の弾発体７と、弾発体７の背面を支持するブロック９と、よりなる。

　ケーシング１は概して円筒形であり、その両端から突出したボス部により回転可能に支持される。ケーシング１は、１ピース形式であってもよいが、内部の部材の搬入の便宜のために２つに分割することができる２ピース形式にすることができる。図示の例では、ケーシング１は、ギア組３および摩擦クラッチ５を収容してこれらを支持する本体と、その一端を覆うカバー３１とに分割できるが、本体は一体であってこれ以上に分割不能である。カバー３１は、例えばリングギア３３と共に、ボルト３５により本体に締結されて、ケーシング１を構成する。ケーシング１は、リングギア３３を介してトルクを受容して軸Ｃの周りに回転する。

　ケーシング１は、その本体の側面に一のシャフト孔１９を備え、また軸Ｃに関してこれと対称的に他のシャフト孔１９を備え、これらは後述のピニオンシャフト１３を支持するのに利用される。また本体の内面には複数の溝４７が軸Ｃに平行に走っており、これは後述のアウタプレート２７のタブ４５と係合する。

　デファレンシャルギア組３は、図示のごとくピニオンギアおよびサイドギアのギア歯がそれぞれ傾いた、いわゆるベベルギア式にすることができるが、あるいは図示しないフェースギア式であってもよい。ベベルギア式またはフェースギア式は以下の開示を容易に実現できるが、あるいは可能ならば他の形式を採用することができる。

　デファレンシャルギア組３は、概してケーシング１に収容され、一対の車軸に対応して一対のサイドギア１１を備える。デファレンシャルギア組３は、また、ケーシング１に固定的に支持されて共に軸Ｃ周りに回転するピニオンシャフト１３と、シャフト１３に回転可能に支持された複数のピニオンギア１５とを備える。ピニオンギア１５とサイドギア１１とが噛合することにより、サイドギア１１間の相対回転が可能である。他方、噛合したピニオンギア１５とサイドギア１１の組み合わせはトルクを伝達することができ、以ってピニオンシャフト１３が受容するトルクは、一対のサイドギア１１へ、差動を許容しながら伝達される。

　各ピニオンギア１５はその外周にギア歯を有してサイドギア１１に噛合する。またその軸中心は滑らかな円筒形の貫通孔であって、かかる貫通孔にピニオンシャフト１３が通されることにより、その周りにピニオンギア１５は回転可能である。

　ピニオンシャフト１３は、概して円柱であって平滑な表面を有し、ケーシング１を一のシャフト孔１９から他のシャフト孔１９まで、軸Ｃを通りこれに直交するように径方向に貫通してこれと結合する。ケーシング１に対する固定のためにピン２１が利用でき、かかるピン２１は、ケーシング１の外周に平行であり、ピニオンシャフト１３に対しては直交する向きに、両者を貫くように挿入されて、ピニオンシャフト１３をケーシング１に固定する。

　各サイドギア１１は、概ね円筒形のハブ部２３と、ハブ部２３から径方向外方に展開したギア部２５と、よりなる。ハブ部２３の内面は、車軸との結合のための構造、例えばスプラインを備えるが、あるいは結合は別の手段によってもよい。ハブ部２３の外面は、後述のインナプレート４３のラグ４９と結合するための、例えばラグ溝５１を備えることができる。

　ギア部２５は、ピニオンギア１５に向いた側に、これと噛合するためのギア歯を備え、その背側は概して平坦なクラッチ面２７である。クラッチ面２７は上述の摩擦クラッチ５に関連する要素であり、後述のごとく摩擦クラッチ５が多板クラッチの場合には、クラッチプレートを押圧する面である。

　ハブ部２３は、また、ギア部２５とは反対側の端に、ピボット部２３Ｐを備え、ケーシング１はこれに対応してベアリング部１Ｂを備える。ピボット部２３Ｐはベアリング部１Ｂに回転可能に嵌合するべく寸法づけられ、両者の嵌合によって各サイドギア１１は軸Ｃに対して位置決めされる。各サイドギア１１は、専らピボット部２３Ｐにおいてのみケーシング１に接し、これと摩擦クラッチ５による支持およびピニオンシャフト１３による間接的な支持によって位置決めされ得るのであり、他の位置決め手段を要しない。

　ケーシング１においてクラッチ面２７に対向する内面１７もそれぞれ平坦であり、摩擦クラッチ５に関連する要素である。内面１７とクラッチ面２７が直接に、あるいは適宜のフリクションプレートを介して間接に、接することにより摩擦クラッチ５を構成してもよいが、好ましくは摩擦クラッチ５は、サイドギア１１とケーシング１の内面１７との間に介在する多板クラッチである。

　多板クラッチは、互いに交互に重ねられたアウタプレート４１とインナプレート４３とを備え、これらはそれぞれ軸Ｃに直交する平坦な円板である。何れも低炭素鋼のごとき耐摩耗性のある素材よりなるが、これらのうちの一以上の表面には、炭素繊維材のごとき摩擦材が接着されていてもよい。

　アウタプレート４１はそれぞれ例えば径方向に外方に突出した複数のタブ４５を備え、タブ４５がケーシング１の溝４７に係合することによりアウタプレート４１はケーシング１に対して回り止めされる。インナプレート４３はそれぞれ例えば径方向に内方に突出した複数のラグ４９を備え、ラグ４９がラグ溝５１に係合することによりインナプレート４３はサイドギア１１に対して回り止めされる。それゆえ、摩擦クラッチ５に軸方向に押圧力が印加されると、サイドギア１１はケーシング１に対して制動され、以ってサイドギア１１間の差動が制限される。

　弾発体７は、ブロック９とサイドギア１１との間にそれぞれ介在することができ、その弾発力によりサイドギア１１を摩擦クラッチ５に向けて押圧する。また弾発体７の背面をブロック９が支持することにより、反力はブロック９が負担する。

　弾発体７には十分な弾発力を生ずる何れの要素を適用することもできるが、その一例は、ばね鋼のごとき弾性材よりなり、円環であってその中央に向かって僅かに突出した、所謂皿バネである。複数の皿バネが積層されたものであってもよく、あるいは他の形式のバネであってもよい。皿バネの場合、それぞれサイドギア１１に向けてテーパとなる向きにすることができる。かかる向きでは弾発体７の内周がサイドギア１１に接し、外周がブロック９に接するので、サイドギア１１がブロック９に対して回転するとき、弾発体７はブロック９上に留まりサイドギア１１に連れて回ることはない。弾発体７がブロック９を強く摩擦することがないので、ブロック９が比較的に軟質な材料よりなるときでも、その摩耗を防ぐことができる。

　ブロック９は、必須ではないが例えば軸Ｃの周りの円筒であり、またピニオンシャフト１３が貫通する貫通孔を備える。その両端においてそれぞれブロック９は弾発体７に接し、その反力を負担する。貫通孔とピニオンシャフト１３とは互いに密に接するように両者は寸法づけられており、以って摩擦クラッチ５からの反力は最終的にピニオンシャフト１３が負担する。両者の当接は、反力をピニオンシャフト１３が負担するに十分な程度に密だが、ピニオンシャフト１３を円滑に貫通孔に挿入するのを妨げない程度の遊びは許容される。

　上述の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。主に図１を参照するに、ケーシング１内にまず右側の摩擦クラッチ５を右サイドギア１１と共に収納する。次いで右側の弾発体７およびブロック９を収納し、ピニオンギア１５を右サイドギア１１に噛合わせる。この時点でピニオンシャフト１３はまだ組み込まれていないことに注意を要する。

　図１に組み合わせて図２を参照するに、適宜の治具を利用して、弾発体７による弾発力に抗してブロック９を右サイドギア１１方向へ押し付ける。するとケーシング１のシャフト孔１９と、ピニオンギア１５の貫通孔と、ブロック９の貫通孔とが一列に揃うので、ピニオンシャフト１３をこれらに挿入することができる。ブロック９に印加される弾発力は治具によって打ち消されており、また既に述べた通り、貫通孔とピニオンシャフト１３との間には多少の遊びが許容されるので、この挿入には圧を加える必要がない。従ってピニオンシャフト１３の表面に圧入傷ができることは防止される。

　ピン２１を挿入することによりピニオンシャフト１３はケーシング１に対して固定される。このとき、ブロック９がピニオンシャフト１３に密に接して弾発体７による弾発力に抗するので、治具を外してもケーシング１から各部材が離脱することはない。

　次いで、左の弾発体７をブロック９上に載せ、左サイドギア１１を摩擦クラッチ５と共にケーシング１に収納する。弾発力に抗してカバー３１を押し付け、リングギア３３と共にケーシング１の本体に締結することにより、デファレンシャル装置が組み上げられる。カバー３１を押し付ける際にもブロック９がこれに抗するので、押し付ける力が内部の部材に影響を与えることはない。

　図３を参照するに、本実施形態によるデファレンシャル装置は、以下のように動作する。

　左右の車軸に回転速度の差がないときには、ケーシング１、両サイドギア１１、およびピニオンシャフト１３は、軸Ｃの周りに一体に回転あるいは停止している。そのときにも弾発体７はサイドギア１１に予圧ｆ１を及ぼしており、摩擦クラッチ５にかかる予圧ｆ１が及ぶので、予め差動制限力が生じている。このときブロック９に印加される左右の反力ｆ１Ｒは釣り合っているので、ピニオンシャフト１３がブロック９を支持しなくても各部材は安定した位置を保っている。

　左右の車軸に速度差が生じると、サイドギア１１とピニオンギア１５とが噛合しながら回転することにより、噛み合い反力ｆ２が生ずる。かかる噛み合い反力ｆ２はサイドギア１１を軸Ｃの方向に外方に押圧し、これと予圧ｆ１との合力が摩擦クラッチ５に及び、差動制限力が増大する。

　他方、摩擦クラッチ５は反力ＦＲを生じ、その一部ｆ２Ｒをピニオンギア１５が、他の一部ｆ１Ｒを弾発体７を介してブロック９が、それぞれ負担する。何れもピニオンシャフト１３が支持しており、最終的にはケーシング１が負担する。ここで注意すべきは、押圧力と反力とはケーシング１の右側で釣り合って完結しており、また左側でも完結するのであり、一方が他方に影響を及ぼさないということである。左右の車輪の速度差やトラクションの差に応じて右側と左側とで反力が異なることがありうるが、それが相互に悪影響を及ぼすことはない。

　サイドギア１１に対しては軸Ｃに沿う方向にしか力が加わらず、これを軸Ｃに対して直交する摩擦クラッチ５が支持するので、サイドギア１１が軸Ｃから偏心することはない。ベアリング部１Ｂによる位置決めのみでサイドギア１１は本来の位置に安定するのであり、これ以外に、例えば外周においてサイドギア１１が支持される必要がない。

　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

　軸の周りに回転可能なケーシングと、
　前記ケーシングに収容されて前記軸の周りに回転可能な一対のサイドギアと、前記軸に直交して前記ケーシングを貫いて固定され、以って前記ケーシングと共に前記軸の周りに回転するピニオンシャフトと、前記ピニオンシャフトに回転可能に支持されて前記サイドギア間の差動を許容するように前記サイドギアに噛み合ったピニオンギアと、を備えたデファレンシャルギア組と、
　前記サイドギアと前記ケーシングの内面との間に介在して前記差動を制限する摩擦クラッチと、
　前記摩擦クラッチに前記軸の方向にそれぞれ予圧を及ぼす一対の弾発体と、
　前記弾発体の両方に接して前記軸の方向にそれぞれ支持し、前記弾発体を介して前記摩擦クラッチから受ける反力を前記ピニオンシャフトに負担させるべく前記ピニオンシャフトに嵌合したブロックと、
　を備えたデファレンシャル装置。
　前記サイドギアはそれぞれ、前記ケーシングに回転可能に嵌合するハブ部と、前記ピニオンギアに噛み合うギア部と、を備え、前記サイドギアはそれぞれ、前記ハブ部においてのみ前記ケーシングに接して位置決めされる、請求項１のデファレンシャル装置。
　前記摩擦クラッチは前記ギア部の背面と前記ケーシングの前記内面との間に介在する、請求項２のデファレンシャル装置。
　前記摩擦クラッチはそれぞれ多板クラッチである、請求項１のデファレンシャル装置。
　前記弾発体はそれぞれ前記サイドギアの方向にテーパとなった皿ばねである、請求項１のデファレンシャル装置。