JP4203550B2

JP4203550B2 - 車輌用差動歯車装置

Info

Publication number: JP4203550B2
Application number: JP2002238177A
Authority: JP
Inventors: 知生吉濱; 孝滝沢
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-08-19
Filing date: 2002-08-19
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2022-08-19
Also published as: US20040033859A1; JP2004076858A; DE10334515B4; DE10334515A1; US6955626B2

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は車輌用差動歯車装置に係り、特に、トルク感応型の差動制限機能を備えた車輌用差動歯車装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内周面に内歯が形成された内歯歯車と、この内歯歯車の内周側の同心円上に配置された太陽歯車と、前記内歯歯車および太陽歯車の間に配置され、これら両歯車に噛み合う複数の遊星歯車と、これら遊星歯車を保持して前記内歯歯車および太陽歯車の回転軸線を中心に公転させるとともに、各遊星歯車の自転を許容するプラネタリキャリアとを備え、例えば、前記プラネタリキャリアにエンジン側からの駆動を伝達するシャフトを連結するとともに、内歯歯車および太陽歯車を四輪駆動車の前後輪に連結した車輌用差動歯車装置はすでに知られている。
【０００３】
図５は、前記のような車輌用差動歯車装置の一例を示すものである。この差動歯車装置は、本出願の出願人がすでに出願（特願２００１−２４４１４６号）した発明の構成を示すものであり、図５によりこの従来の差動歯車装置の構成について簡単に説明する。ハウジング１０２（１０２Ａ、１０２Ｂ）の内部に内歯歯車１０４が収容され、この内歯歯車１０４の内周側の同心円上に太陽歯車１０６が配置されている。これら内歯歯車１０４と太陽歯車１０６の間に、キャリア１１０に保持された複数個の遊星歯車１０８が配置され、両歯車１０４、１０６に噛み合っている。この発明の構成では、内歯歯車１０４、太陽歯車１０６および遊星歯車１０８がいずれも捩れ歯を有して互いに噛み合っている。前記キャリア１１０は、ボルト１１２によって前記ハウジング１０２に固定されて一体的に回転する。
【０００４】
前記内歯歯車１０４は、円筒状の部分１０４ｅとその一端部（図５の右端）から内周側へ伸びる内向きフランジ部１０４ｆとを有しており、円筒状の部分１０４ｅの内周面に内歯１０４ｂが、フランジ部１０４ｆの内周面にスプライン溝１０４ａが形成されている。このフランジ部１０４ｆのスプライン溝１０４ａに、出力部材１２２の外周に形成されたスプライン溝１２２ａが嵌合している。
【０００５】
前記構成の車輌用差動歯車装置では、例えば、キャリア１１０の内周に形成されたスプライン溝１１０ａに、エンジン側からの駆動を伝えるシャフトのスプライン溝を係合させるとともに、内歯歯車１０４にスプライン係合された出力部材１２２の内周に形成されているスプライン溝１２２ｂに、四輪駆動車の前後輪のいずれか一方を、そして、太陽歯車１０６の内周に形成されたスプライン溝１０６ｂに、前後輪の他方をそれぞれ連結する。
【０００６】
この車輌用差動歯車装置は、エンジンの駆動力が伝達されると、遊星歯車１０８を保持しているキャリア１１０が回転駆動され、良好な路面を直進しているときには、キャリア１１０に保持された遊星歯車１０８と、この遊星歯車１０８に噛み合う内歯歯車１０４および太陽歯車１０６が相対回転せずに一体的に回転する。また、コーナリング時等には、キャリア１１０に保持された遊星歯車１０８が自転することによって、内歯歯車１０４と太陽歯車１０６にそれぞれ連結されている前後駆動輪の回転差を補正する。さらに、前後の路面のμが異なり、前後の駆動輪のグリップ力に相違が出たときには、互いに噛み合う捩れ歯同士の回転反力により発生する軸方向のスラスト力と、キャリア１１０と遊星歯車１０８との当接面に発生する摩擦力等によってトルク分配、つまり差動制限を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記構成に係る車輌用差動歯車装置に組み込まれている従来の内歯歯車１０４は、内歯１０４ｂが削り加工により成形されているため、内歯１０４ｂの最奥部（図５中の符号Ａで示す部分）に加工時のワークの逃げが必要であり、軸方向長さが長くなってしまうという問題があった。また、この部分が薄肉化しているため、機械的強度が不足するおそれがあるという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、加工時のワークの逃げを不要にして内歯歯車を小型化することができる車輌用差動歯車装置を提供することを目的とするものである。また、機械的強度の高い内歯歯車を備えた車輌用差動歯車装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明に係る車輌用差動歯車装置は、内歯歯車と、この内歯歯車の内側の同心円上に配置された太陽歯車と、前記内歯歯車と太陽歯車との間に配置され、これら両歯車と噛み合ってトルクの伝達を行う遊星歯車と、前記遊星歯車を公転および自転可能に保持する保持空間を有し、該保持空間の内面と前記遊星歯車の歯先が摺接することにより前記内歯歯車と前記太陽歯車の差動を制限するプラネタリキャリアとを備えており、特に、内周面にスプライン溝が形成され、前記内歯歯車の外周側にて前記内歯歯車と一体的に回転する円筒状のハウジングを備え、前記内歯歯車は、その内周面における前記遊星歯車と噛み合う捩れ歯からなる内歯が成形された部分の軸方向に隣接して内歯が形成されていない部分を有し、かつ、前記内歯が形成されていない部分の外面側に前記ハウジングのスプライン溝と係合するスプライン溝が形成されて、前記ハウジングに対し軸方向移動可能に保持され、前記内歯歯車、前記太陽歯車および前記遊星歯車が相対回転した際に前記内歯歯車に発生する軸方向のスラスト力により、前記内歯歯車と前記プラネタリキャリアとの間に、前記相対回転を制限する摩擦力が発生するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記内歯歯車の内歯が形成されていない部分は、前記プラネタリキャリアの保持空間が形成されていない部分の外周面に対向して設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記プラネタリキャリアには径方向外側に突出する突出部が形成され、前記スラスト力により、前記内歯歯車が、前記突出部と前記内歯歯車との間に配設されたワッシャに当接することにより、前記摩擦力が発生することを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記プラネタリキャリアの前記遊星歯車を保持している側の端面にはケースが締結され、前記内歯歯車に発生する前記突出部とは反対向きの軸方向のスラスト力により、前記内歯歯車が前記ケースに押し付けられ、前記遊星歯車と前記プラネタリキャリアとの相対回転を制限する摩擦力が発生するように構成されたことを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係る車輌用差動歯車装置の縦断面図であり、円筒状のハウジング２の軸方向両側にカバー３Ａ、３Ｂが固定され、これらハウジング２および両カバー３Ａ、３Ｂの内部に、内歯歯車４、太陽歯車６および遊星歯車８からなる遊星歯車機構が収容されている。
【００１５】
前記ハウジング（出力部材）２の内面側にスプライン溝２ａが形成され、このスプライン溝２ａに内歯歯車４の外周面に形成されたスプライン溝４ａが係合して、一体的に回転するようになっている。
【００１６】
前記内歯歯車２の内部に、内歯歯車２の回転軸線Ｌ１と同一軸線を中心に回転する太陽歯車６が配置されている。さらに、内歯歯車４と太陽歯車６との間に、プラネタリキャリア１０に保持された複数の遊星歯車８が配置されている。遊星歯車８は、プラネタリキャリア１０の円周方向に形成された保持空間内に保持されており、その歯先が保持空間の内面に摺接している。プラネタリキャリア１０は、前記回転軸線Ｌ１を中心に回転し、このプラネタリキャリア１０に保持されている各遊星歯車８は、プラネタリキャリア１０の回転によって、その中心軸線Ｌ２が前記プラネタリキャリア１０の回転軸線Ｌ１を中心に回転、つまり公転するとともに、プラネタリキャリア１０の保持空間内で、その軸線Ｌ２を中心に回転（自転）できるようになっている。これら遊星歯車８、内歯歯車４および太陽歯車６はいずれも捩れ歯８ａ、４ｂ、６ａを有しており、各遊星歯車８がそれぞれ外周側の内歯歯車４と、内周側の太陽歯車６に噛み合っている。
【００１７】
プラネタリキャリア１０の、遊星歯車８を保持している側の端面には、ボルト１２を介してケース１４が締結されており、このケース１４のプラネタリキャリア１０側を向いた面（図１の左側の面）の外周部が、内歯歯車４の拡大された端面４ｃと対向し、内周部が太陽歯車６の端面に対向している。内歯歯車４の軸方向の一端面（図１の左端）とプラネタリキャリア８との間、および前記拡大された端面４ｃとケース１４との間にそれぞれ、前記遊星歯車８との相対回転時に発生するスラスト力を受けるワッシャ１６Ａ、１６Ｂが配置されている。また、太陽歯車６の軸方向の一端面とプラネタリキャリア１０との間および他端面とケース１４との間にそれぞれ、遊星歯車８との相対回転時に発生するスラスト力を受けるワッシャ１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄが配置されている。さらに、プラネタリキャリア１０および太陽歯車６の内周側にはスペーサ２０が配置されている。
【００１８】
プラネタリキャリア１０の、カバー３Ａから外部側に突出している部分（図１の左側の部分）の外周面にはスプライン溝１０ａが形成されており、この実施の形態では、このスプライン溝１０ａにエンジン側のシャフト（図示せず）に形成されたスプライン溝が係合して、駆動力が伝達されるようになっている。なお、前記プラネタリキャリア１０の内面側１０ｂにスプライン溝を形成してエンジン側からのシャフトを接続するようにしても良い。
【００１９】
また、前記内歯歯車４がスプライン係合しているハウジング２の外面にはギア２ｂが形成されており、内歯歯車４はこのギア２ｂを介して、例えば、四輪駆動車の前後輪の一方に接続されている。一方、太陽歯車６の内面にスプライン溝６ｂが形成されており、このスプライン溝６ｂには、前記前後輪の他方が接続されている。
【００２０】
エンジン側からの駆動力が伝達されてプラネタリキャリア１０が回転すると、このプラネタリキャリア１０に保持されている遊星歯車８を介して内歯歯車４および太陽歯車６が、前記回転軸線Ｌ１を中心に回転される。このように遊星歯車８を介して内歯歯車４を回転させる際の、力点である遊星歯車８の中心径（つまり前記回転軸線Ｌ１と遊星歯車８の中心軸線Ｌ２の距離）よりも、作用点である内歯歯車４のピッチ円径の方が大きいので、一般的には、内歯歯車４が高トルクを必要とする軸側に係合される。また、太陽歯車６に関しては、力点である遊星歯車８の中心径よりも作用点である太陽歯車６のピッチ円径の方が小さいので、一般的には、低トルク側の車軸に接続される。例えば、この実施の形態に係る車輌用差動歯車装置を四輪駆動車のセンターデフとして用いた場合には、内歯歯車４に連結されたハウジング２外周のギア２ｂをリア側の車軸と接続し、太陽歯車６をフロント側の車軸に接続すると、前輪側よりも後輪側のトルクが大きい特性の車輌となる。
【００２１】
この実施の形態の内歯歯車４は、塑性加工により成形されており、図２に示す形状をしている。すなわち、内歯歯車４は、全体の形状がほぼ円筒形であり、内周面の一部４ｄを残して、捩り歯からなる内歯４ｂが形成されるとともに、この内歯４ｂが形成されていない部分４ｄの外面側にスプライン溝４ａが設けられ、前記ハウジング２の内面に形成されたスプライン溝２ａに係合している。また、内歯４ｂが形成されている側の端面４ｃ（図１、図２の右端面）は、外面側に拡大されて、前記ケース１４との間に配置されたワッシャ１６Ｂに圧接されるようになっている。この内歯歯車４の塑性加工方法については特に限定しないが、この実施の形態では、フォーミング工法で成形した後、熱処理として軟窒化、窒化、浸炭焼き入れ等を行っている。
【００２２】
前記内歯歯車４を塑性加工により成形する方法の一例について、図３により簡単に説明する。断面円形の軸状をなし、その外周面に、成形される内歯歯車４の内歯４ｂと同一の捩れ角の外歯３０ａを有する成形型３０に、全体として有底筒状の素材３２を嵌合し、この成形型３０と、断面円形の軸状をなす押さえ型３４とにより前記素材３２を挟持固定する（図３に示す状態）。そして、前記成形型３０、素材３２および押さえ型３４を回転（矢印Ｂ参照）させつつ、成形ロール３６を成形型３０の軸線方向に移動（矢印Ｃ参照）させることにより、前記素材３２の内周面を成形型３０の外歯３０ａに押し付けて、素材３２の内周面に内歯４ｂを形成する。なお、図３に示す成型方法は一例に過ぎず、本発明の塑性加工方法はこの方法に限定されないことはいうまでもない。
【００２３】
以上の構成に係る車輌用差動歯車装置の作用について、前記内歯歯車４に係合したハウジング２のギア２ｂと太陽歯車６のスプライン６ｂとに、それぞれ四輪駆動車の前後輪の一方を接続した場合を例として説明する。通常の平坦路を直進走行している時には、前後の駆動輪は同一回転をしているため、内歯歯車４と遊星歯車８と太陽歯車６とは噛み合ったまま相対回転はせずに、この差動歯車装置全体が一体となって前記回転軸線Ｌ１を中心に公転する。
【００２４】
コーナリング時など前後駆動輪に回転差が生じたときには、プラネタリキャリア１０に保持された遊星歯車８が、前記回転軸線Ｌ１を中心に公転しつつその中心軸線Ｌ２を中心に自転することによって前記回転差を補正する。つまり、前後駆動輪の回転差により、これら駆動輪にそれぞれ接続されている内歯歯車４と太陽歯車６の一方が加速する方向に、他方が減速する方向に、前記遊星歯車８が自転することにより差動機能を行う。
【００２５】
四輪駆動車等での悪路走行時等において、前後輪のグリップ力に差が生じたときには、この差動歯車装置がトルク分配を行う。つまり、各歯車４、６、８の噛み合いにより発生する摩擦力によって、空転している方の駆動輪の回転力を減じ、その減じられたトルクをそのままトラクションの高い方の駆動輪に伝えることによりトルク分配機能、すなわち差動制限機能を行う。具体的には、一方の駆動輪がスリップすると、内歯歯車４および太陽歯車６と噛み合う遊星歯車８が自転する。これら内歯歯車４、太陽歯車６および遊星歯車８はいずれも捩れ歯を有しており、相対回転すると、互いの回転反力により、軸方向のスラスト力が発生するとともに、プラネタリキャリア１０と遊星歯車８との当接面に摩擦力が発生する。この摩擦力が差動制限力となる。また、内歯歯車４および太陽歯車６は軸方向移動可能になっており、そのスラスト力は、プラネタリキャリア８との間のワッシャ１６Ａ、１８Ａ、１８Ｂ、またはケース１４との間のワッシャ１６Ｂ、１８Ｃ、１８Ｄによって受けられ、そのときに発生する摩擦力も差動制限力となる。
【００２６】
この実施の形態に係る車輌用差動歯車装置の内歯歯車４は、前述のように塑性加工により成形され、その内周面には、一部に歯が形成されていない部分４ｄを残して内歯４ｂが設けられ、一方、外周面には、前記内歯が形成されていない部分４ｄの外側だけスプライン溝４ａが形成されて、前記ハウジング２の内面に形成されたスプライン溝２ａに係合している。このように内歯歯車４を塑性加工により成形したことにより、従来の切削加工による内歯歯車に対し、加工時のワークの逃げ（図５のＡ部参照）が不要になるので、この内歯歯車４を小型化することができる。また、前記従来のＡ部に相当する部分を厚肉化することが出来るので、機械的強度を向上させることができる。しかも、塑性加工によって歯車の材料自体が加工硬化するため、強度が上がり薄肉化することが可能になる。
【００２７】
さらに、内歯歯車の内外面に形成されたスプライン部と歯車部とが重なり合うと、極端に肉厚が薄い部分ができてしまう場合があるが、この実施の形態では、内歯４ｂと外面側のスプライン溝４ａとの軸方向の位置をずらしてあるので、極端に肉厚が薄い部分ができることがなく、歯車部に充分な強度を持たせることができる。また、内歯歯車４の塑性加工をした後、軟窒化、窒化、浸炭焼き入れ等の焼き入れをしているので、歯車の耐摩耗性を向上させることができる。
【００２８】
図４は、塑性加工により成形した内歯歯車４の他の例を示すもので、この例では、内面側に軸方向の全長に亘って内歯４ｂが形成され、外面側のスプライン溝４ａは前記第１の実施の形態と同様に端部側にだけ設けられている。この構成の場合でも、内歯歯車４を小型化することができ、また、機械的強度を向上させることができる。しかも、塑性加工による材料の加工硬化によって強度が向上するので、薄肉化することも可能である。
【００２９】
なお、前記実施の形態のようにプラネタリキャリア１０にエンジン側からの入力を、内歯歯車４と太陽歯車６に車輌の出力側を接続する構成に限定されるものではなく、プラネタリキャリア１０、内歯歯車４および太陽歯車６のいずれかにエンジン側からの入力を、そして他の二つに車輌側の出力軸を接続するようにしても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、内歯歯車と、この内歯歯車の内側の同心円上に配置された太陽歯車と、前記内歯歯車と太陽歯車との間に配置され、これら両歯車と噛み合ってトルクの伝達を行う遊星歯車と、前記遊星歯車を公転および自転可能に保持する保持空間を有し、該保持空間の内面と前記遊星歯車の歯先が摺接することにより前記内歯歯車と前記太陽歯車の差動を制限するプラネタリキャリアとを備えた車輌用差動歯車装置において、内周面にスプライン溝が形成され、前記内歯歯車の外周側にて前記内歯歯車と一体的に回転する円筒状のハウジングを備え、前記内歯歯車は、その内周面における前記遊星歯車と噛み合う捩れ歯からなる内歯が成形された部分の軸方向に隣接して内歯が形成されていない部分を有し、かつ、前記内歯が形成されていない部分の外面側に前記ハウジングのスプライン溝と係合するスプライン溝が形成されて、前記ハウジングに対し軸方向移動可能に保持され、前記内歯歯車、前記太陽歯車および前記遊星歯車が相対回転した際に前記内歯歯車に発生する軸方向のスラスト力により、前記内歯歯車と前記プラネタリキャリアとの間に、前記相対回転を制限する摩擦力が発生するように構成したことにより、内歯歯車が軸方向移動可能になっているので、その内面に形成された捻れ歯で発生するスラスト力により、内歯歯車とプラネタリキャリアとの間に摩擦力が発生し、差動制限力が発揮される。これにより本発明に係る車輌用差動歯車装置を例えば四輪駆動車の前後輪間に設けた場合に、前後輪のグリップ力に差が生じたときにもトルク分配を適切に行い、差動制限力が発揮される。また、内周面に形成された内歯と外周面に形成されたスプラインとを軸方向にずらしているので、歯車部に充分な強度を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る車輌用差動歯車装置の軸線を通る平面によって切断した縦断面図である。
【図２】前記車輌用差動歯車装置に用いられている内歯歯車の一例を示す縦断面図である。
【図３】前記内歯歯車を塑性加工により成型する方法の一例を示す図である。
【図４】前記内歯歯車の他の例の要部を示す断面図である。
【図５】従来の車輌用差動歯車装置の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
４内歯歯車
４ａ内歯歯車のスプライン溝
４ｂ内歯歯車の内歯
６太陽歯車
８遊星歯車
１０プラネタリキャリア

Claims

内歯歯車と、この内歯歯車の内側の同心円上に配置された太陽歯車と、前記内歯歯車と太陽歯車との間に配置され、これら両歯車と噛み合ってトルクの伝達を行う遊星歯車と、前記遊星歯車を公転および自転可能に保持する保持空間を有し、該保持空間の内面と前記遊星歯車の歯先が摺接することにより前記内歯歯車と前記太陽歯車の差動を制限するプラネタリキャリアとを備えた車輌用差動歯車装置において、
内周面にスプライン溝が形成され、前記内歯歯車の外周側にて前記内歯歯車と一体的に回転する円筒状のハウジングを備え、
前記内歯歯車は、その内周面における前記遊星歯車と噛み合う捩れ歯からなる内歯が成形された部分の軸方向に隣接して内歯が形成されていない部分を有し、かつ、前記内歯が形成されていない部分の外面側に前記ハウジングのスプライン溝と係合するスプライン溝が形成されて、前記ハウジングに対し軸方向移動可能に保持され、
前記内歯歯車、前記太陽歯車および前記遊星歯車が相対回転した際に前記内歯歯車に発生する軸方向のスラスト力により、前記内歯歯車と前記プラネタリキャリアとの間に、前記相対回転を制限する摩擦力が発生するように構成されたことを特徴とする車輌用差動歯車装置。
前記内歯歯車の内歯が形成されていない部分は、前記プラネタリキャリアの保持空間が形成されていない部分の外周面に対向して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の車輌用差動歯車装置。
前記プラネタリキャリアには径方向外側に突出する突出部が形成され、
前記スラスト力により、前記内歯歯車が、前記突出部と前記内歯歯車との間に配設されたワッシャに当接することにより、前記摩擦力が発生することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車輌用差動歯車装置。
前記プラネタリキャリアの前記遊星歯車を保持している側の端面にはケースが締結され、前記内歯歯車に発生する前記突出部とは反対向きの軸方向のスラスト力により、前記内歯歯車が前記ケースに押し付けられ、前記遊星歯車と前記プラネタリキャリアとの相対回転を制限する摩擦力が発生するように構成されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車輌用差動歯車装置。
前記内歯歯車の前記ケース側の端面は径方向外側に拡大されており、前記スラスト力により前記内歯歯車の拡大された端面が前記ケースとの間に配設されたワッシャに当接することにより、前記摩擦力が発生する請求項４に記載の車輌用差動歯車装置。
前記ハウジングは、その外周面に形成されたギヤからトルクが入力または出力されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の車輌用差動歯車装置。