JP2008256106A - 遊星歯車機構及びこれを備えた車両用差動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラネタリキャリアの耐摩耗性・耐焼き付き性を十分に確保することができるとともに、トルク伝達時のがたつき発生を十分に抑制することができる遊星歯車機構を提供する。
【解決手段】遊星歯車２と、遊星歯車２を自転可能に収容する収容空間３７、及び収容空間３７を形成する１対のトルク伝達面（内面３８，３９）を有するプラネタリキャリア３と、プラネタリキャリア３の軸線上で遊星歯車２に噛合する内歯車と、内歯車の軸線上で遊星歯車２に噛合する太陽歯車とを含み、プラネタリキャリア３は、１対のトルク伝達面３８，３９が同一の仮想面内で互いに異なる位置を中心Ｏ１，Ｏ２として描く円弧の集合による円弧面で形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、遊星歯車機構及びこれを備えた車両用差動装置に関し、特に遊星歯車を自転可能に保持するプラネタリキャリアを有する遊星歯車機構及びこれを備えた車両用差動装置に関する。

従来の車両用差動装置として、例えばプラネタリギヤ式差動装置からなるものがある（特許文献１）。

この車両用差動装置は、遊星歯車を自転可能に収容する収容空間を有する入力部材としてのプラネタリキャリアと、プラネタリキャリアの軸線上で遊星歯車に噛合する第１出力部材としての内歯車と、内歯車の軸線上で遊星歯車に噛合する第２出力部材としての太陽歯車と、遊星歯車を収容空間に収容したプラネタリキャリア，内歯車及び太陽歯車を収容するデフケースとを備えている。

プラネタリキャリアは、デフケースの回転力を受けて回転し、この回転力を遊星歯車から太陽歯車と内歯車に伝達する。内歯車は、遊星歯車の回転力を受けて回転し、この回転力をリヤ車軸（出力軸）に伝達する。太陽歯車は、遊星歯車の回転力を受けて回転し、この回転力をフロント車軸（出力軸）に伝達する。デフケースは、車両のエンジン側（リングギヤ）からのトルクを受けて回転し、この回転力をプラネタリキャリアに伝達する。

以上の構成により、車両のエンジン側からのトルクがデフケースに入力されると、デフケースが回転軸線の回りに回転する。デフケースが回転すると、この回転力がプラネタリキャリアに伝達され、さらにプラネタリキャリアから遊星歯車を介して内歯車及び太陽歯車に伝達される。

この場合、太陽歯車にはフロント車軸が、また内歯車にはリヤ車軸がそれぞれ連結されているため、エンジン側のトルクがデフケース，プラネタリギヤ，遊星歯車及び太陽歯車を介してフロント車軸に伝達されるとともに、デフケース，プラネタリキャリア，遊星歯車及び内歯車を介してリヤ車軸に伝達される。フロント車軸とリヤ車軸が等速で回転する際には、遊星歯車はプラネタリキャリアの収容空間の中で自転することなく、プラネタリキャリアとともに公転する。一方、フロント車軸とリヤ車軸に差動回転が生じた場合は、遊星歯車がプラネタリキャリアの収容空間の中で自転し、フロント車軸とリヤ車軸の差動回転を吸収ながら両車軸に回転力を伝達する。この自転の際は、遊星歯車のギヤ外周面がプラネタリキャリアのトルク伝達面に押し付けられながら摩擦摺動し、摩擦力によって遊星歯車の自転が抑制される。即ち、差動制限機能を発揮し、フロント又はリヤ側の一方の車輪が空転しても、他方には所定の回転力が伝達されるようになっている。

ところで、この種の車両用差動装置においては、プラネタリキャリアの収容空間を形成する１対のトルク伝達面（円弧面）は、回転しながら軸方向に移動する刃具により形成され、軸心に直交する断面において所定の一点を中心とする円弧の集合による円弧面で形成されている。この円弧の半径は、遊星歯車の半径よりも１〜２％程度大きく形成されている。この径の違いによって遊星歯車のギヤ外周面とプラネタリキャリアのトルク伝達面との間に所定のクリアランスが形成され、これにより摩擦摺動部に潤滑油が供給されて耐磨耗性・耐焼き付き性が確保されている。特許文献１に記載のものでは、プラネタリキャリアの径方向の開放部に面取りを施すことで摩擦摺動部に潤滑油が供給されやすくし、潤滑性の向上が図られている。
特開２００２−３４９６７０号公報

しかし、特許文献１によると、上記のクリアランスの存在によりデフケースの回転方向（遊星歯車の公転方向）のガタが大きくなり、振動や騒音が発生してしまうという問題がある。また、ガタを小さくすべく、プラネタリキャリアのトルク伝達面の円弧半径と遊星歯車の半径との差を小さくすると、摩擦摺動部に潤滑油が十分に供給されず、摩耗や焼き付きが発生してしまう。

そこで、本発明の目的は、遊星歯車とプラネタリキャリアのトルク伝達面とのクリアランスを小さくしても、摩擦摺動部に潤滑油が適切に供給され、耐摩耗性・耐焼き付き性を十分に確保することができるとともに、トルク伝達時のがたつき発生を抑制することができる遊星歯車機構及びこれを備えた車両用差動装置を提供することにある。

（１）本発明は、上記目的を達成するために、遊星歯車と、前記遊星歯車を自転可能に収容する収容空間、及び前記収容空間を形成する１対のトルク伝達面を有するプラネタリキャリアと、前記プラネタリキャリアの軸線上で前記遊星歯車に噛合する内歯車と、前記内歯車の軸線上で前記遊星歯車に噛合する太陽歯車とを含み、前記プラネタリキャリアは、前記１対のトルク伝達面が同一の仮想面内で互いに異なる位置を中心として描く円弧の集合による円弧面で形成されていることを特徴とする遊星歯車機構を提供する。

（２）本発明は、上記目的を達成するために、車両の駆動力を１対の出力軸に分配する遊星歯車機構を備えた車両用差動装置において、前記遊星歯車機構は、遊星歯車と、前記遊星歯車を自転可能に収容する収容空間、及び前記収容空間を形成する１対のトルク伝達面を有するプラネタリキャリアと、前記プラネタリキャリアの軸線上で前記遊星歯車に噛合する内歯車と、前記内歯車の軸線上で前記遊星歯車に噛合する太陽歯車とを含み、前記プラネタリキャリアは、前記１対のトルク伝達面が同一の仮想面内で互いに異なる位置を中心として描く円弧の集合による円弧面で形成されていることを特徴とする車両用差動装置を提供する。

本発明によると、耐摩耗性・耐焼き付き性を十分に確保することができるとともに、トルク伝達時のがたつき発生を抑制することができる。

[実施の形態]
図１は、本発明の実施の形態に係る車両用差動装置の全体を説明するために示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態に係る車両用差動装置のギヤ噛合状態（遊星歯車機構）を示す断面図である。図３は、本発明の実施の形態に係る車両用差動装置のプラネタリキャリアに対する遊星歯車の収容状態を模式化して示す平面図である。

（車両用差動装置の全体構成）
図１及び図２において、符号１で示す車両用差動装置は、複数の遊星歯車２と、これら複数の遊星歯車２を自転可能に保持する入力部材としてのプラネタリキャリア３と、このプラネタリキャリア３の軸線上で複数の遊星歯車２に噛合する第１出力部材としての内歯車４と、この内歯車４と軸線上で複数の遊星歯車２に噛合する第２出力部材としての太陽歯車５と、この太陽歯車５，内歯車４，プラネタリキャリア３及び複数の遊星歯車２を収容するデフケース６とから大略構成されている。

（遊星歯車２の構成）
遊星歯車２は、図１及び図２に示すように、軸線両方向に開口する中空部２０及び螺旋状の歯筋をもつギヤ部２１を有するヘリカルギヤからなり、太陽歯車５と内歯車４との間に配置され、かつプラネタリキャリア３に自転可能に保持されている。そして、デフケース６（プラネタリキャリア３）の回転力を受けて回転（公転及び自転）するように構成されている。

（プラネタリキャリア３の構成）
プラネタリキャリア３は、図１及び図２に示すように、キャリア基部３０及びギヤ保持部３１を有し、内歯車４に並列して配置され、かつデフケース６内に収容されている。そして、回転軸線Ｏの回りに回転し得るように構成されている。

キャリア基部３０は、図１に示すように、回転軸線Ｏと一致する軸線をもつ環状体によって形成されている。キャリア基部３０には、デフケース６のシャフト挿通孔６０の軸線と同一の軸線をもつシャフト挿通孔（支持孔）３２が設けられている。シャフト挿通孔３２の内側開口周縁には、円周方向に沿うスラストワッシャ受部３３が設けられている。キャリア基部３０の外周面には、デフケース６のスプライン嵌合部６１に連結するスプライン嵌合部３６が設けられている。これにより、プラネタリキャリア３がデフケース６と相対回転不能に連結され、共に回転軸線Ｏの回りに回転可能となる。

ギヤ保持部３１は、図１に示すように、スラストワッシャ受部３３の外周囲に円周方向に所定の間隔をもって複数個並設され、かつキャリア基部３０の内端面に突設されている。これら複数個のギヤ保持部３１のうち互いに隣り合う２つのギヤ保持部間には、図３に示すように、遊星歯車２を自転可能に収容する収容空間３７が設けられている。収容空間３７の内面３８，３９は、エンドミル等の切削工具を用い、遊星歯車２のギヤ外周面２３に適合し、かつ同一の仮想面内で互いに異なる位置を中心Ｏ１，Ｏ２として描く真円の円弧（半径Ｒ）の集合による円弧面で形成されている。そして、エンジン側のトルクを遊星歯車２に伝達するトルク伝達面として共に機能するように構成されている。一方の内面３８の中心Ｏ１はトルク伝達面（内面３８，３９）間における最大長のキャリア周方向仮想線Ｖの中点Ｐより他方の内面３９側に、また他方の内面３９の中心Ｏ２は内面３８，３９間における最大長のキャリア周方向仮想線Ｖの中点Ｐより一方の内面３８側にそれぞれ配置されている。中心Ｏ１，Ｏ２との間のキャリア周方向寸法は０．５ｍｍ以下程度の寸法に設定されている。内面３８，３９の半径Ｒは同一の寸法に、内面３８，３９間寸法Ｓは半径Ｒ（Ｒ＝遊星歯車２の外径Ｄ／２＋０．０１〜０．５ｍｍ）を２倍した寸法より小さい寸法（２Ｒ＞Ｓ）にそれぞれ設定されている。ギヤ保持部３１の厚さは、遊星歯車２の外径Ｄ（Ｄ＝１５〜４０ｍｍ）より小さい寸法に設定されている。これにより、遊星歯車２の一部がギヤ保持部３１（プラネタリキャリア３）の内側と外側に露出して太陽歯車６と内歯車４に噛合するように構成されている。

(内歯車４の構成)
内歯車４は、図１及び図２に示すように、シャフト連結部材４０及びギヤ部材４１からなり、デフケース６内に回転自在に配置されている。そして、回転軸線Ｏの回りに回転し得るように構成されている。内歯車４の背面とデフケース６の底面との間には、スラストワッシャ４２が介装されている。

シャフト連結部材４０は、図１に示すように、外周面にフランジ４３を有し、デフケース４の回転軸線Ｏ上に配置され、全体が円筒体によって形成されている。そして、遊星歯車２からの回転力を受けたギヤ部材４１を介してリヤ車軸（図示せず）に出力するように構成されている。シャフト連結部材４０の内周面にはリヤ車軸連結用の出力軸（図示せず）を車軸方向に移動可能に連結する第１スプライン嵌合部４４が、また外周面にはギヤ部材４１を車軸方向に移動可能に連結する第２スプライン嵌合部４５がそれぞれ設けられている。シャフト連結部材４０のフランジ端面と太陽歯車５の軸線方向一方側端面との間には、スラストワッシャ４６が介装されている。

ギヤ部材４１は、図１に示すように、遊星歯車２に噛合するヘリカルギヤからなり、全体がシャフト連結部材４０の外径より大きい内径をもつ有底円筒体によって形成されている。ギヤ部材４１には、シャフト連結部材４０の第２スプライン嵌合部４５に対応するスプライン嵌合部４７が設けられている。ギヤ部材４１の底面と遊星歯車２の軸線方向一方側端面との間にはスラストワッシャ４８が介装されている。スラストワッシャ４８には、シャフト連結部材４０との干渉を回避するための切り欠き４９が設けられている。

（太陽歯車５の構成）
太陽歯車５は、図１及び図２に示すように、遊星歯車２に噛合するヘリカルギヤからなり、シャフト連結部材４１の外周囲に車軸回りに回転自在に配置され、全体がデフケース４の回転軸線Ｏと同一の軸線をもつ円筒体によって形成されている。そして、遊星歯車２からの回転力を受け、フロント車軸（図示せず）に出力するように構成されている。太陽歯車５の内周面には、フロント車軸連結用の出力軸（図示せず）を連結するスプライン嵌合部５０が設けられている。太陽歯車５の軸線方向他方側端面とプラネタリキャリア３のキャリア基部３０（スラストワッシャ受部３３）との間には、スラストワッシャ５１，５２が各片側端面を互いに接触させて介装されている。

（デフケース６の構成）
デフケース６は、図１に示すように、回転軸線Ｏと一致する軸線をもつシャフト挿通孔（支持孔）６０を一方側端部に有し、他方側に開口する有底円筒状の構造体によって形成されている。そして、エンジン側のトルクを受けて回転軸線Ｏ（車軸）の回りに回転するように構成されている。デフケース６の開口端部内周面には、プラネタリキャリア移動規制用のリングボルト６２をねじ止めするねじ部６３、及びこのねじ部６３の終端部位に隣接するスプライン嵌合部６１が設けられている。デフケース６の開口端部外周面には、エンジンのトルクを受けるスプライン嵌合部６４が設けられている。

〔車両用差動装置１の動作〕
車両のエンジン側からのトルクがスプライン嵌合部６４を介してデフケース６に入力されると、プラネタリキャリア３がデフケース６と共に回転軸線Ｏの回りに回転する。プラネタリキャリア３が回転すると、この回転力が遊星歯車２に伝達され、さらに遊星歯車２を介して内歯車４と太陽歯車５とに伝達される。

この場合、内歯車４（シャフト連結部材４０）にはリヤ車軸連結用の出力軸が、また太陽歯車５にはフロント車軸連結用の出力軸がそれぞれ連結されているため、エンジン側からのトルクが車両の運転状況に応じて差動分配され、デフケース６・プラネタリキャリア３・遊星歯車２・内歯車４を介してリヤ車軸連結用の出力軸に伝達されるとともに、デフケース６・プラネタリキャリア３・遊星歯車２・太陽歯車５を介してフロント車軸連結用の出力軸に伝達される。

ここで、遊星歯車２がプラネタリキャリア３（ギヤ保持部３１）の収容空間３７で自転すると、フロント車軸連結用の出力軸及びリヤ車軸連結用の出力軸のうち一方の出力軸が高速回転し、他方の出力軸が低速回転する。また、遊星歯車２がプラネタリキャリア３と共に公転すると、両出力軸が同一速度で回転する。

このように構成された車両用差動装置１においては、プラネタリキャリア３の内面（トルク伝達面）３８，３９が同一の仮想面内で互いに異なる位置を中心Ｏ１，Ｏ２として描く半径Ｒ（Ｒ＞遊星歯車２の外径Ｄ／２）の円弧の集合による円弧面でそれぞれ形成されているため、内面３８，３９と遊星歯車２のギヤ外周面２３とによる円弧接触長さＬ、及び内面３８，３９と遊星歯車２のギヤ外周面２３との間のクリアランスＣを独立して設定することができる。これにより、円弧接触長さＬ及びクリアランスＣを設定するに際して互いに影響を受けず、円弧接触長さＬ及びクリアランスＣを所望の寸法に設定することができる。

[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。

円弧接触長さＬ及びクリアランスＣを所望の寸法に設定することができ、プラネタリキャリア３の耐摩耗性・耐焼き付き性を十分に確保することができるとともに、トルク伝達時のがたつき発生を十分に抑制することができる。

以上、本発明の車両用差動装置（遊星歯車機構）を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の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の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。

（１）本実施の形態では、プラネタリキャリア３の内面３８，３９を形成する円弧面が真円の円弧の集合による場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、楕円の円弧の集合によるものでもよい。この場合、内面３８，３９を形成する円弧面はそれぞれ単数であるが、複数の円弧面で形成してもよい。

（２）本実施の形態では、内面３８，３９を形成する円弧面の円弧半径Ｒが同一の寸法に、内面３８，３９間寸法Ｓが半径Ｒを２倍した寸法より小さい寸法（２Ｒ＞Ｓ）にそれぞれ設定されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、１対のトルク伝達面を形成する円弧面の円弧半径を互いに異なる寸法に設定し、これら２つの円弧半径のうち小さい半径を２倍した寸法より小さい寸法にトルク伝達面間寸法を設定してもよい。

（３）本実施の形態では、入力部材としてプラネタリキャリア３、第１出力部材として内歯車４、第２出力部材として太陽歯車５である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、入力部材としてプラネタリキャリア、第１出力部材として太陽歯車、第２出力部材として内歯車であってもよい。また、入力部材として内歯車、第１出力部材として太陽歯車又はプラネタリキャリア、第２出力部材としてプラネタリキャリア又は太陽歯車であってもよく、さらには入力部材として太陽歯車、第１出力部材としてプラネタリキャリア又は内歯車、第２出力部材として内歯車又はプラネタリキャリアであっても実施可能である。

（４）本実施の形態では、内歯車４及び太陽歯車５に噛合する遊星歯車２を保持するプラネタリギヤ３を備えた車両用差動装置１に適用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、内歯車４に噛合する第１遊星歯車、及び太陽歯車５に噛合する第２遊星歯車を保持するプラネタリキャリアを備えた車両用差動装置に適用することもできる。この場合、プラネタリキャリアには、第１遊星歯車を収容する第１収容空間、及び第２遊星歯車を収容する第２収容空間が設けられている。第１収容空間は、プラネタリキャリアの外側に配置され、内歯車４に向かって開放されている。第２収容空間は、プラネタリキャリアの内側に配置され、太陽歯車５に向かって開放されている。第２収容空間及び第１収容空間は互いに連通されている。

本発明の実施の形態に係る車両用差動装置の全体を説明するために示す断面図。 本発明の実施の形態に係る車両用差動装置のギヤ噛合状態を示す断面図。 本発明の実施の形態に係る車両用差動装置のプラネタリキャリアに対する遊星歯車の収容状態を模式化して示す平面図。

符号の説明

１…車両用差動装置
２…遊星歯車、２０…中空部、２１…ギヤ部、２３…ギヤ外周面
３…プラネタリキャリア、３０…キャリア基部、３１…ギヤ保持部、３２…シャフト挿通孔（支持孔）、３３…スラストワッシャ受部、３６…スプライン嵌合部、３７…収容空間、３８，３９…内面（トルク伝達面）
４…内歯車、４０…シャフト連結部材、４１…ギヤ部材、４２…スラストワッシャ、４３…フランジ、４４…第１スプライン嵌合部、４５…第２スプライン嵌合部、４６……スラストワッシャ、４７…スプライン嵌合部、４８…スラストワッシャ、４９…切り欠き
５…太陽歯車、５０…スプライン嵌合部、５１，５２…スラストワッシャ
６…デフケース、６０…シャフト挿通孔（支持孔）、６１…スプライン嵌合部、６２…リングボルト、６３…ねじ部、６４…ギヤ部
Ｏ…回転軸線、Ｏ１，Ｏ２…中心、Ｌ…円弧接触長さ、Ｃ…クリアランス、Ｒ…半径、Ｄ…外径、Ｖ…キャリア周方向仮想線、Ｓ…トルク伝達面間寸法、Ｐ…中点

Claims (8)

1. 遊星歯車と、
   前記遊星歯車を自転可能に収容する収容空間、及び前記収容空間を形成する１対のトルク伝達面を有するプラネタリキャリアと、
   前記プラネタリキャリアの軸線上で前記遊星歯車に噛合する内歯車と、
   前記内歯車の軸線上で前記遊星歯車に噛合する太陽歯車とを含み、
   前記プラネタリキャリアは、前記１対のトルク伝達面が同一の仮想面内で互いに異なる位置を中心として描く円弧の集合による円弧面で形成されている
   ことを特徴とする遊星歯車機構。
2. 前記プラネタリキャリアは、前記１対のトルク伝達面のうち一方のトルク伝達面を形成する円弧面の円弧中心位置が他方のトルク伝達面側に配置されている請求項１に記載の遊星歯車機構。
3. 前記プラネタリキャリアは、前記１対のトルク伝達面のうち他方のトルク伝達面を形成する円弧面の円弧中心位置が一方のトルク伝達面側に配置されている請求項１に記載の遊星歯車機構。
4. 前記プラネタリキャリアは、前記１対のトルク伝達面を形成する各円弧面の円弧半径が同一の寸法に設定され、前記円弧半径を２倍した寸法より小さい寸法にトルク伝達面間寸法が設定されている請求項１に記載の遊星歯車機構。
5. 前記プラネタリキャリアは、前記１対のトルク伝達面を形成する各円弧面の円弧半径が互いに異なる寸法に設定され、前記円弧半径のうち小さい円弧半径を２倍した寸法より小さい寸法にトルク伝達面間寸法が設定されている請求項１に記載の遊星歯車機構。
6. 前記プラネタリキャリアは、前記１対のトルク伝達面を形成する各円弧面が複数の円弧面からなる請求項１に記載の遊星歯車機構。
7. 前記プラネタリキャリアは、前記１対のトルク伝達面を形成する各円弧面が真円又は楕円の円弧の集合による請求項１に記載の遊星歯車機構。
8. 車両の駆動力を１対の出力軸に分配する遊星歯車機構を備えた車両用差動装置において、
   前記遊星歯車機構は、
   遊星歯車と、
   前記遊星歯車を自転可能に収容する収容空間、及び前記収容空間を形成する１対のトルク伝達面を有するプラネタリキャリアと、
   前記プラネタリキャリアの軸線上で前記遊星歯車に噛合する内歯車と、
   前記内歯車の軸線上で前記遊星歯車に噛合する太陽歯車とを含み、
   前記プラネタリキャリアは、前記１対のトルク伝達面が同一の仮想面内で互いに異なる位置を中心として描く円弧の集合による円弧面で形成されている
   ことを特徴とする車両用差動装置。

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