JP2004239335A

JP2004239335A - 変速機

Info

Publication number: JP2004239335A
Application number: JP2003028223A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Iino; 豊加飯野
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-02-05
Filing date: 2003-02-05
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】変速機の前輪駆動軸に加えられるスラスト力を軽減することにより、変速機の小型化や低コスト化を達成する。
【解決手段】駆動輪に連結される終減速大歯車４８に噛み合う終減速小歯車４９が設けられた前輪駆動軸１６を備え、この前輪駆動軸１６に変速された動力を伝達する減速従動歯車２８を備える。減速従動歯車２８とスプライン結合される前輪駆動軸１６のスプライン軸４５はヘリカルスプラインに形成され、スプライン軸４５は、終減速小歯車４９から前輪駆動軸１６に加えられるスラスト力（矢印Ｄ）に対向するスラスト力（矢印Ｅ）を発生する。これにより、前輪駆動軸１６に作用するスラスト力を軽減することができ、変速機の小型化や低コスト化を達成することができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両に搭載される変速機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン動力を駆動輪に伝達する動力伝達系には変速機が設けられており、この変速機を介してエンジン動力は走行条件に応じたトルクや回転に変換される。このような変速機としては、運転者が変速操作を行う手動変速機や、自動的に変速操作が行われる自動変速機がある。
【０００３】
手動変速機は相互に平行となる回転軸を有しており、一方の回転軸に設けられる駆動歯車と、これに噛み合うように他方の回転軸に設けられる従動歯車とからなる複数の変速歯車列を有している。これらの変速歯車列によって複数の変速段が設定され、動力を伝達する変速歯車列を選択することにより、走行に適した変速段を選択することができる。
【０００４】
自動変速機は複数の変速比を形成する変速歯車列と、この変速歯車列のうち動力伝達を行う変速歯車列の切り換えを行う切換機構とを有しており、変速歯車列の形態によって、１軸上での変速を可能とする遊星歯車式と、手動変速機と同様に平行軸上での変速を可能とする平行軸式とがある。さらに、自動変速機として変速比を無段階に制御する無段変速機があり、この無段変速機としては、ベルトまたはチェーンと可変溝幅プーリとにより変速されるベルトドライブ式と、２つのディスクとパワーローラとにより変速されるトロイダル式とがある。
【０００５】
また、縦置きの変速機には駆動輪に連結されるデファレンシャル装置を備えるものも多く、変速されたエンジン動力をデファレンシャル装置に伝達する動力伝達軸は、その端部に終減速小歯車としてのハイポイドピニオン等を備えている。この動力伝達軸がデファレンシャル装置に動力を伝達する際に、ハイポイドギヤの噛み合いによって生じるスラスト力が動力伝達軸に加えられるため、動力伝達軸はスラスト力に対応した複列円すいころ軸受等を用いてケースに支持される。
【０００６】
しかしながら、スラスト力の全てを軸受によって受けることは、軸受の耐荷重容量を増やすだけでなく、軸受を保持するケースの耐荷重容量を増やす必要があり、変速機の重量増大や高コスト化を招くことになる。また、スラスト力により軸受の回転抵抗が増加するため、動力伝達効率の悪化を招くことになる。そこで、変速歯車列をはすば歯車によって形成し、ハイポイドギヤから生じるスラスト力にはすば歯車から生じるスラスト力を対向させ、軸受にかかるスラスト力を軽減するようにした変速機が開発されている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２８０４５０号公報（第２頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、変速機が平行軸式であれば、はすば歯車で形成された変速歯車列から生ずるスラスト力を用いて、軸受にかかるスラスト力を軽減することができるが、変速機が遊星歯車式の自動変速機等、つまり１軸上で変速を行う変速機には適用することができなかった。
【０００９】
また、平行軸式の変速機であっても、はすば歯車から生じるスラスト力を伝達するためのスラスト軸受等を設ける必要があり、変速機の部品点数増大に伴う大型化や高コスト化を招くことになっていた。
【００１０】
本発明の目的は、動力伝達軸に加えられるスラスト力を軽減することにより、変速機の小型化や低コスト化を図ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の変速機は、駆動輪に連結される終減速大歯車に噛み合う終減速小歯車が設けられた動力伝達軸と、前記動力伝達軸にスプライン結合され、変速された動力を前記動力伝達軸に伝達する伝達歯車とを有し、前記動力伝達軸に形成されるスプラインは、前記終減速小歯車から前記動力伝達軸に加えられるスラスト力に対して逆向きのスラスト力を発生するヘリカルスプラインであることを特徴とする。
【００１２】
本発明の変速機は、前記伝達歯車は、前記ヘリカルスプラインから前記伝達歯車に加えられるスラスト反力に対して逆向きのスラスト力を発生するはすば歯車であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の変速機は、前記終減速小歯車はハイポイドピニオンであることを特徴とする。
【００１４】
本発明によれば、終減速小歯車から動力伝達軸に加えられるスラスト力を、ヘリカルスプラインから動力伝達軸に加えられる逆方向のスラスト力によって低減することができ、動力伝達軸に作用するスラスト力を軽減することができる。よって、変速機の耐荷重容量を低減することができ、変速機の小型化や低コスト化を達成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態である変速機として遊星歯車式の自動変速機１０を示すスケルトン図である。この自動変速機１０はエンジン１１に連結される入力軸１２と、遊星歯車式の変速機構１３を介して入力軸１２に連結される出力軸１４とを有しており、出力軸１４はセンタデファレンシャル装置１５を介して動力伝達軸である前輪駆動軸１６と後輪駆動軸１７とに連結されている。前輪駆動軸１６と後輪駆動軸１７とは駆動輪としての図示しない前輪と後輪とにそれぞれ連結される。このようにエンジン１１と駆動輪とは連結されており、エンジン１１の動力が走行状況に応じたトルクや回転に変換されて駆動輪に伝達される。入力軸１２、出力軸１４、前輪駆動軸１６および後輪駆動軸１７は車両の進行方向を向いてケース１８内に組み込まれており、この自動変速機１０は縦置きに搭載され４輪駆動車に適用される。
【００１７】
エンジン１１のクランク軸１９にはトルクコンバータ２０が連結され、トルクコンバータ２０のタービン軸２１には入力軸１２の一端が連結されている。入力軸１２の他端には複数の遊星変速歯車列やクラッチおよびブレーキ等からなる変速機構１３が連結されており、この変速機構１３はクラッチやブレーキを係合および解放することによって動力伝達径路を切り換え、エンジン１１からの動力を走行に応じて変速する。変速機構１３には出力軸１４の一端が連結されており変速された動力は出力軸１４に伝達される。
【００１８】
出力軸１４と、これの同心上に設けられる後輪駆動軸１７との間には、前輪と後輪とに動力を分配するセンタデファレンシャル装置１５が装着されている。このセンタデファレンシャル装置１５は複合遊星歯車式であり、出力軸１４の他端には第１サンギヤ２２が固定され、後輪駆動軸１７には第２サンギヤ２３が固定される。第１サンギヤ２２と第２サンギヤ２３との径方向外方には、第１サンギヤ２２と第２サンギヤ２３とに噛み合う一体型のピニオン２４が複数配置されており、ピニオン２４はキャリア２５に回転自在に支持されている。キャリア２５の端部には前輪出力軸２６が設けられ、この前輪出力軸２６には減速駆動歯車（リダクションドライブギヤ）２７が固定されている。
【００１９】
センタデファレンシャル装置１５の第１サンギヤ２２に、変速機構１３を経て変速された動力が入力されると、一体型のピニオン２４を介して、第２サンギヤ２３とキャリア２５とに動力が分配される。第２サンギヤ２３に分配された動力は、後輪駆動軸１７から図示しないリヤデファレンシャル装置を介して後輪に伝達される一方、キャリア２５に分配された動力は、減速駆動歯車２７から、減速駆動歯車２７に噛み合うように設けられた伝達歯車である減速従動歯車（リダクションドリブンギヤ）２８を介して前輪駆動軸１６に伝達され、前輪駆動軸１６が連結されるフロントデファレンシャル装置２９を経て前輪に伝達される。このように、センタデファレンシャル装置１５によって前輪および後輪を共に駆動することができ、前輪と後輪との間に回転差が生じたときには一体型のピニオン２４の回転によって差動吸収される。
【００２０】
また、後輪駆動軸１７には差動制限クラッチハブ３０が固定され、キャリア２５の端部には差動制限クラッチドラム３１が固定されている。差動制限クラッチハブ３０と差動制限クラッチドラム３１との間には、複数枚の摩擦プレート３２が装着され、差動制限クラッチ３３が構成されている。これにより前輪または後輪がスリップして大きな差動回転が生じたときは、差動制限クラッチ３３が締結されて差動回転が抑制される。
【００２１】
なお、図示する変速機は４輪駆動車に適用されるため、減速駆動歯車２７はキャリア２５に設けられる前輪出力軸２６に固定されているが、前輪駆動車用の変速機であれば、出力軸１４が前輪出力軸２６として機能するため出力軸１４に減速駆動歯車２７が固定される。
【００２２】
図２は図１の自動変速機１０の一部を示す断面図である。図２に示すように、減速駆動歯車２７に噛み合って設けられる減速従動歯車２８の中心部には、貫通孔４０が形成された中空の軸部４１が設けられている。この軸部４１の両端にはそれぞれ軸受４２，４３が装着されており、２つの軸受４２，４３を介して減速従動歯車２８はケース１８に回転自在に支持されている。
【００２３】
貫通孔４０の一端側はスプライン孔４４に形成されており、これに結合するスプライン軸４５が前輪駆動軸１６の一端に形成されている。スプライン軸４５に形成されるスプライン歯の歯筋は、前輪駆動軸１６の軸中心に対して傾斜して設けられており、スプライン孔４４に形成されるスプライン歯の歯筋も、スプライン軸４５に対応するように傾斜して設けられる。つまり、スプライン孔４４とスプライン軸４５とはヘリカルスプラインに形成されており、このヘリカルスプラインを用いて前輪駆動軸１６と減速従動歯車２８とはスプライン結合されている。
【００２４】
また、前輪駆動軸１６の他端にはフロントデファレンシャル装置２９の終減速大歯車４８に噛み合うハイポイドピニオンつまり終減速小歯車４９が固定されており、前輪駆動軸１６を介して減速従動歯車２８の動力は終減速大歯車４８に伝達される。終減速大歯車４８はフロントデファレンシャル装置２９を構成するデファレンシャルケース５０や図示しない差動歯車等を介して、駆動輪としての前輪に動力を伝達するアクスル軸５１に連結されている。従って、終減速大歯車４８に伝達された動力は、フロントデファレンシャル装置２９により左右の前輪に分配されて伝達される。
【００２５】
このように、センタデファレンシャル装置１５から前輪に分配された動力は、減速駆動歯車２７、減速従動歯車２８、前輪駆動軸１６およびフロントデファレンシャル装置２９を経て左右の前輪に伝達されることになる。
【００２６】
図３は減速駆動歯車２７からフロントデファレンシャル装置２９までの動力伝達部材群を示す斜視図である。以下、エンジン１１からの動力が前輪に伝達される際に前輪駆動軸１６に作用するスラスト力について説明する。なお、図２および図３に示す矢印は各歯車の回転方向と、スラスト力が加えられる方向とを示している。
【００２７】
前輪を前進方向に駆動する際には、エンジン１１からの動力は変速機構１３を介して変速され、出力軸１４を図３の矢印Ａ方向に回転させるように伝達される。出力軸１４の動力はセンタデファレンシャル装置１５を介して前輪出力軸２６に伝達され、矢印Ａと同一方向に減速駆動歯車２７を回転駆動する。次いで、減速駆動歯車２７に噛み合う減速従動歯車２８を介して前輪駆動軸１６は矢印Ｂで示す方向に回転駆動される。矢印Ｂ方向に回転駆動される終減速小歯車４９は、終減速大歯車４８を矢印Ｃで示す方向に回転駆動し、アクスル軸５１を介して前輪に動力が伝達される。
【００２８】
図３に示すように、終減速大歯車４８と終減速小歯車４９とは噛み合ってハイポイド歯車を形成している。ハイポイド歯車とは、食い違う軸間において動力を伝達する円すい状の歯車であり、前輪駆動軸１６やアクスル軸５１の配置を比較的自由に設定することができるため、変速機に用いられることが多い歯車である。
【００２９】
このハイポイド歯車は、歯筋のねじれ角によりハイポイド歯車を支持する回転軸に対して軸方向の力であるスラスト力を発生する。つまり、エンジン動力を用いた前進走行の場合には、終減速小歯車４９を支持する前輪駆動軸１６に対して矢印Ｄで示す方向にスラスト力が生じることになる。このため、前輪駆動軸１６をケース１８の軸承板１８ａに対して回転自在に支持する軸受として、スラスト力に対応する複列円すいころ軸受５２が軸承板１８ａにボルト部材５３を介して装着されている。複列円すいころ軸受５２が用いられるのは、前進駆動時だけでなく後退駆動時やエンジンブレーキ時に逆方向のスラスト力が前輪駆動軸１６に加えられるためである。
【００３０】
しかしながら、図３に示すように、前輪駆動軸１６のスプライン孔４４と減速従動歯車２８のスプライン軸４５とはヘリカルスプラインに形成されるため、減速従動歯車２８の回転が前輪駆動軸１６に伝達される際には、スプライン歯の歯筋のねじれ角に応じたスラスト力が、前輪駆動軸１６に対して矢印Ｅ方向に加えられることになる。スプライン歯の歯筋のねじれ方向は、減速従動歯車２８が矢印Ｂ方向に回転駆動した際に、前輪駆動軸１６に対して矢印Ｅ方向にスラスト力を伝達するねじれ方向に形成されている。つまり、終減速小歯車４９の歯筋と同じねじれ方向にスプライン歯の歯筋が形成されている。
【００３１】
さらに、減速駆動歯車２７および減速従動歯車２８は、はすば歯車に形成されている。このはすば歯車の歯筋のねじれ方向は、減速駆動歯車２７が矢印Ａ方向に回転することによって減速従動歯車２８を矢印Ｂ方向に回転する際に、減速従動歯車２８に対して矢印Ｆ方向にスラスト力を加えるねじれ方向に形成されている。つまり、ヘリカルスプラインによって前輪駆動軸１６に矢印Ｅ方向のスラスト力を加える際に、減速従動歯車２８には矢印Ｇ方向のスラスト反力が生じることになるが、このスラスト反力を打ち消す矢印Ｆ方向のスラスト力が減速従動歯車２８に対して加えられるのである。従って、矢印Ｇ方向のスラスト反力を打ち消すことにより、ヘリカルスプラインで発生した矢印Ｅ方向のスラスト力を、減少させることなく効率的に前輪駆動軸１６に加えることができる。
【００３２】
このように、終減速小歯車４９から前輪駆動軸１６に対して矢印Ｄ方向に伝達されるスラスト力は、ヘリカルスプラインに形成されたスプライン軸４５から前輪駆動軸１６に対して矢印Ｅ方向に伝達されるスラスト力によって低減され、残ったスラスト力のみが前輪駆動軸１６に作用することになる。つまり複列円すいころ軸受５２が受けるスラスト力を軽減することができる。
【００３３】
次いで、エンジンブレーキ時や後退走行時において前輪駆動軸１６に作用するスラスト力について説明する。エンジンブレーキ時にはエンジン１１側から駆動輪に動力が伝達されず、駆動輪側からエンジン１１に向けて動力が伝達される。また、後退走行時には前輪駆動軸１６等の回転が逆転することになる。これらの走行状況においては、終減速大歯車４８と終減速小歯車４９との噛み合いにより発生して前輪駆動軸１６に加えられるスラスト力は、図３に矢印Ｄ２で示すように、エンジン駆動による前進走行時とは逆向きの方向に加えられる。
【００３４】
同様に、ヘリカルスプラインであるスプライン軸４５から前輪駆動軸１６に伝達されるスラスト力も、図３に示すように、前進駆動時とは逆向きのＥ２方向に向けて加えられる。さらに、スプライン軸４５から減速従動歯車２８に加えられるスラスト反力と、この反力を打ち消すため減速従動歯車２８と減速駆動歯車２７との噛み合いにより発生するスラスト力とについても、前進駆動時とは逆向きのＧ２およびＦ２方向にそれぞれ加えられる。
【００３５】
従って、前輪駆動軸１６に矢印Ｄ２方向に伝達されるスラスト力は、これと逆方向となる矢印Ｅ２方向に伝達されるスラスト力によって低減され、残ったスラスト力のみ前輪駆動軸１６に作用することになる。つまり、エンジン駆動の前進走行時に加えてエンジンブレーキ時および後退走行時にも複列円すいころ軸受５２に加えられるスラスト力を軽減することができるため、全走行領域に渡って軸受５２に作用するスラスト力を軽減することができる。
【００３６】
これまで説明したように、前輪駆動軸１６に作用するスラスト力を軽減することにより、複列円すいころ軸受５２に加えられるスラスト力を軽減することができるため、軸受５２の耐荷重容量を低く設定することができるだけでなく、軸受５２を保持するケース１８の軸承板１８ａの耐荷重容量を低く設定することができるため、小型の軸受を用いることができるとともに、軸承板１８ａを薄く設定することができる。これにより、変速機の小型化や低コスト化を達成することができる。さらに、軸受５２に対するスラスト力の軽減により、軸受５２を軸承板１８ａに装着するボルト部材５３の使用本数を減らすことができるため、軽量化や組立工数低減による低コスト化を達成することができる。
【００３７】
また、軸受５２に対するスラスト力の軽減により、軸受５２の回転抵抗の低減に伴って変速機の動力伝達効率を向上させ、車両の燃費を向上させることができる。また、軸受５２の回転抵抗の低減に伴って変速機潤滑油の温度上昇も抑制することができる。
【００３８】
さらに、減速駆動歯車２７と減速従動歯車２８とをはすば歯車に形成することにより、スプライン軸４５から減速従動歯車２８に伝達されるスラスト反力を打ち消すため、矢印Ｅ方向のスラスト力を低減させることなく効率的に前輪駆動軸１６に伝達することができる。また、スプライン軸４５から減速従動歯車２８に作用するスラスト反力を打ち消すため、減速駆動歯車２７と減速従動歯車２８との噛み合い精度を維持することができ、噛み合い音の発生を防ぐことができる。
【００３９】
なお、ヘリカルスプラインに形成されるスプライン歯のねじれ角は、図示する角度に限定されることなく、各種変速機に応じて任意に設定することができる。つまり、終減速小歯車４９より発生するスラスト力が大きな変速機に適用する場合には、スプライン歯のねじれ角を深く設定する一方、終減速小歯車４９より発生するスラスト力が小さな変速機に適用する場合には、スプライン歯のねじれ角を浅く設定することによって、ヘリカルスプラインより適切な大きさのスラスト力を発生することができる。
【００４０】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、変速機としては遊星歯車式の自動変速機１０に限られることなく、平行軸式の自動変速機であっても良く、ベルトドライブ式やトロイダル式の無段変速機であっても良い。また、手動変速機に適用しても良いことはいうまでもない。さらに、変速機としては４輪駆動車用の変速機であっても良く、前輪または後輪駆動車用の変速機であっても良い。
【００４１】
また、図示する減速小歯車はハイポイドピニオンであるが、これに限定されることはなく、たとえば、はすば傘歯車や曲がりば傘歯車を用いても良い。また、伝達歯車としては減速従動歯車２８、つまり前輪出力軸の回転を減速して前輪駆動軸１６に伝達する歯車が設けられているが、これに限定されることはなく、等速で回転を伝達する伝達歯車を設けても良く、回転を増速させる伝達歯車を設けても良い。さらに、前輪駆動軸１６を支持する軸受として、複列円すいころ軸受５２が設けられているが、ヘリカルスプラインによってスラスト力を軽減することができるため、たとえば、アンギュラ玉軸受等を用いるようにしても良い。
【００４２】
さらに、減速駆動歯車２７と減速従動歯車２８との噛み合いによって発生するスラスト力は、スプライン軸４５から減速従動歯車２８に伝達されるスラスト反力を打ち消すために用いられているが、減速駆動歯車２７と減速従動歯車２８との歯筋のねじれ角を変更することによってさらに大きなスラスト力を発生させ、終減速小歯車４９から前輪駆動軸１６に加えられるスラスト力を打ち消すために用いることもできる。
【００４３】
なお、動力伝達軸としての前輪駆動軸１６に本発明を適用して説明したが、動力伝達軸としては前輪駆動軸１６に限られることはなく、終減速小歯車４９からスラスト力を加えられる動力伝達軸であれば本発明を適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、終減速小歯車から動力伝達軸に加えられるスラスト力を、ヘリカルスプラインから動力伝達軸に加えられる逆方向のスラスト力によって低減することができ、動力伝達軸に作用するスラスト力を軽減することができる。よって、変速機の耐荷重容量を低減することができ、変速機の小型化や低コスト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である変速機として遊星歯車式の自動変速機を示すスケルトン図である。
【図２】図１の自動変速機の一部を示す断面図である。
【図３】減速駆動歯車からフロントデファレンシャル装置までの動力伝達部材群を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０自動変速機（変速機）
１６前輪駆動軸（動力伝達軸）
２８減速従動歯車（伝達歯車、はすば歯車）
４８終減速大歯車
４９終減速小歯車（ハイポイドピニオン）
４５スプライン軸（ヘリカルスプライン）

Claims

駆動輪に連結される終減速大歯車に噛み合う終減速小歯車が設けられた動力伝達軸と、
前記動力伝達軸にスプライン結合され、変速された動力を前記動力伝達軸に伝達する伝達歯車とを有し、
前記動力伝達軸に形成されるスプラインは、前記終減速小歯車から前記動力伝達軸に加えられるスラスト力に対して逆向きのスラスト力を発生するヘリカルスプラインであることを特徴とする変速機。
請求項１記載の変速機において、前記伝達歯車は、前記ヘリカルスプラインから前記伝達歯車に加えられるスラスト反力に対して逆向きのスラスト力を発生するはすば歯車であることを特徴とする変速機。
請求項１または２記載の変速機において、前記終減速小歯車はハイポイドピニオンであることを特徴とする変速機。