JP4650494B2 - 差動歯車装置 - Google Patents

Description

この発明は、差動歯車装置に関し、より特定的には、ピニオンギヤを用いた差動歯車装置に関するものである。

従来、差動歯車装置は、たとえば特開２００７−１１３７４７号公報（特許文献１）に開示されている。
特開２００７−１１３７４７号公報

特許文献１では、デフケースによりピニオンギヤを保持するトルク感応型差動歯車装置が開示されている。しかしながら、この差動歯車装置では、トルクに応じて差動制限がされるだけで、車両の運転状態に即した差動制限力を発生されることができないという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、車両の運転状態に応じた差動制限力を発生されることが可能な差動歯車装置を提供することを目的とする。

この発明に従った差動歯車装置は、自転可能でかつ公転可能なピニオンギヤと、ピニオンギヤを保持するピニオン保持部を有するケースとを備え、加速時にピニオンギヤとケースとの間で発生する加速時摩擦力と、減速時にピニオンギヤとケースとの間で発生する減速時摩擦力とが異なるようにピニオン保持部が構成されている。加速時におけるピニオン
保持部とピニオンギヤとの接触面積が、減速時におけるピニオン保持部とピニオンギヤとの接触面積と異なるようにピニオン保持部が構成される。ピニオン保持部は非円筒形状であり、加速時と減速時においてピニオンギヤとの接触面積が異なる。加速時と減速時においてピニオン保持部とピニオンギヤとの接触箇所が異なる。ピニオン保持部は直線部と曲線部とを有し、加速時と減速時においてピニオンギヤとの接触面積が異なる。

このように構成された差動歯車装置では、加速時と減速時において、ピニオンギヤとケースとの摩擦力が異なるため、加速および減速のいずれか一方において、大きな差動制限力を発生させることができる。その結果、運転状態に応じた差動制限力を発揮することができる。

好ましくは、ピニオン保持部はピニオンギヤと異なる半径を有し、加速時と減速時においてピニオンギヤとの接触面積が異なる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従った差動歯車装置の分解斜視図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従った差動歯車装置１は、デフケース１０と、デフケース１０内に収納されるピニオンギヤ２１，２２と、ピニオンギヤ２１，２２とデフケース１０内で噛み合うサイドギヤ３１，３２と、サイドギヤ３１，３２をデフケース１０内に位置決めするスラストワッシャ４１，４２とを有する。デフケース１０は円筒形状であり、その内部にピニオンギヤ２１，２２およびサイドギヤ３１，３２などの動力伝達部を収容する。デフケース１０はリングギヤが取付けられるフランジ部１８を有する。フランジ部１８はリングギヤに接続され、リングギヤから駆動力を伝達される。

デフケース１０には窓１１が設けられており、窓１１からピニオンギヤ２１，２２とサイドギヤ３１，３２がデフケース１０の内部空間に挿入される。この実施の形態では、２つのピニオンギヤ２１，２２を用いて動力伝達を行なうが、たとえばこれより数の多い４つのピニオンギヤを用いて動力伝達を行なってもよい。

図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図２を参照して、差動歯車装置１はケースとしてのデフケース１０と、デフケース１０内に収納されて動力を分配するピニオンギヤ２１，２２と、ピニオンギヤ２１，２２と噛み合うサイドギヤ３１，３２とを有する。回転軸２を中心としてデフケース１０は回転する。デフケース１０に収納されるピニオンギヤ２１，２２はデフケース１０と当接して摩擦摺動する。デフケース１０に収納されるサイドギヤ３１，３２はピニオンギヤ２１，２２と噛み合って動力を分配している。ピニオンギヤ２１はデフケース１０とともに回転（公転）し、かつ回転軸２と直交する軸を中心として回転（自転）することが可能である。サイドギヤ３１，３２はそれぞれドライブシャフトに接続されて回転力を各々のドライブシャフトに伝達する。

図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。図３を参照して、デフケース１０内にはピニオン保持部１２が設けられている。ピニオン保持部１２はデフケース１０内でピニオンギヤ２２を保持している。ピニオンギヤ２２はピニオン保持部１２の一部分と当接しており、ピニオンギヤ２２が自転することでピニオン保持部１２との間に摩擦力を発生させる。すなわち、サイドギヤ３１，３２間に回転数の差があるときにピニオンギヤ２２が自転する。このときに摩擦力が発生するためサイドギヤ３１，３２間の差動を制限する力が働く。

この例では、差動歯車装置１は四輪駆動車のセンターデフとして用いられ、サイドギヤ３１は後輪に接続され、サイドギヤ３２が前輪に接続される。図３で示す状態では、後輪２００Ｒに接続されるサイドギヤ３１の回転数が、前輪２００Ｆに接続されるサイドギヤ３２の回転数よりも大きい。この状態で前進時には矢印Ｄ２で示す方向にデフケース１０からピニオンギヤ２２へ荷重が加えられる。

サイドギヤ３１の回転数がサイドギヤ３２の回転数よりも多いため、ピニオンギヤ２２は矢印Ｒ１で示す方向に回転する。このとき、ピニオンギヤ２２がピニオン保持部１２の当接部としての円弧領域１３と接触し摩擦摺動する。矢印Ｄ１で示す方向にピニオンギヤ２２が移動し、この移動方向に円弧領域１３が存在し、ピニオンギヤ２２が巻き込みながら摺動抵抗を発生させる。これにより大きな摩擦力が発生するため差動制限力も大きくなる。

図４は、別の局面に従った差動歯車装置の断面図である。図４を参照して、前輪２００Ｆに接続されるサイドギヤ３２の回転数よりも後輪２００Ｒに接続されるサイドギヤ３１の回転数が小さい場合、すなわち、前輪の回転数が大きい場合には、具体的には旋回時が想定される。このような場合には、デフケース１０からピニオンギヤ２２へ矢印Ｄ２で示す方向の荷重が加えられる。サイドギヤ３２の回転数がサイドギヤ３１の回転数よりも多くなり、ピニオンギヤ２２は矢印Ｒ２で示す方向に回転する。これにより、ピニオンギヤ２２は矢印Ｄ３で示す方向に移動する。このとき直線領域５４でピニオンギヤ２２とデフケース１０がわずかに接触するのみで、摺動抵抗がほとんど発生しない。その結果、差動制限力は小さくなる。

すなわち、実施の形態１に従った差動歯車装置１は、自転可能かつ公転可能なピニオンギヤ２１，２２と、ピニオンギヤ２１，２２を保持するピニオン保持部１２を有するケースとしてのデフケース１０と、ピニオンギヤ２１，２２と噛み合うことで動力を分配する第一分配ギヤとしてのサイドギヤ３１および第二分配ギヤとしてのサイドギヤ３２とを有する。第一分配ギヤの回転数が第二分配ギヤとしてのサイドギヤ３２の回転数よりも多い第一回転時のピニオンギヤ２１，２２とピニオン保持部１２との第一摩擦力と、サイドギヤ３１の回転数がサイドギヤ３２の回転数よりも少ない第二回転時のピニオンギヤ２１，２２とピニオン保持部１２との第二摩擦力とが異なる。前輪２００Ｆの回転数が後輪２００Ｒの回転数よりも小さいときには、前輪２００Ｆの回転数が後輪２００Ｒの回転数よりも多いときに比べて摩擦力が大きく差動制限が大きい。

第一回転時におけるピニオン保持部１２とピニオンギヤ２２との接触面積が、第二回転時におけるピニオン保持部１２とピニオンギヤ２２との接触面積と異なるようにピニオン保持部１２が構成される。

ピニオン保持部１２は非円筒形状であり、第一回転時と第二回転時においてピニオンギヤ２２との接触面積が異なる。

ピニオン保持部１２はピニオンギヤ２２と異なる半径を有し、第一回転時と第二回転時においてピニオンギヤ２２との接触面積が異なる。

ピニオン保持部１２は直線領域５４と円弧領域１３とを有し、第一回転時と第二回転時においてピニオンギヤ２２との接触面積が異なる。

ピニオンギヤ２２とピニオン保持部１２の各部分との接触時の摩擦力が各々異なる。
このように構成された差動歯車装置では、後輪２００Ｒの回転数が多い状態、たとえばスリップしている状態では、差動制限力を強めて前輪への駆動力を高める。これに対し、前輪２００Ｆの回転数が多いような旋回時には差動制限力を弱めて回動性を高めることができる。

（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に従った差動歯車装置の断面図である。図６は、図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図５および図６を参照して、実施の形態３に従った差動歯車装置１では、ピニオン保持部１２が回転軸２と直交しピニオンギヤ２２の中心を通る線に対して左右対称形状である点で、実施の形態１に従った差動歯車装置１と異なる。すなわち、縦側寸法ａはピニオンギヤ２２の径とほぼ等しく、横の寸法ｂはピニオンギヤ２２の径より大きい。

図７は、前進加速時の差動歯車装置の内部構造を示す断面図である。図７を参照して、前進加速時には、ピニオンギヤ２２はデフケース１０から矢印Ｄ２で示す方向の荷重を受ける。これにより、ピニオンギヤ２２はピニオン保持部１２の円弧領域１３と接触し、矢印Ｒ３で示す方向に回転する。すなわち、前進加速時には、サイドギヤ３１，３２のいずれの回転数が他方の回転数よりも大きいことがあるので矢印Ｒ３で示すように両方向に回転可能である。また、ピニオンギヤ２２は矢印Ｄ４で示す方向に両方向に移動可能である。いずれに移動したとしても、ピニオンギヤ２２はピニオン保持部１２の円弧領域１３と接触し、これを巻き込みながら摺動抵抗を発生される。その結果、差動制限が大きくなる。

図８は、前進減速時の差動歯車装置の内部構造を示す断面図である。図８を参照して、減速時には、矢印Ｄ５で示す方向の力がデフケース１０からピニオンギヤ２２へ伝わる。これによりピニオンギヤ２２はデフケース１０内のピニオン保持部１２の一部分である直線領域５４と接触するのみであり、摺動抵抗はほとんど発生しない。その結果、ピニオンギヤ２２の自転を抑制することができず、差動制限が小さくなる。

すなわち、実施の形態２に従った差動歯車装置１は、自転可能でかつ公転可能なピニオンギヤ２１，２２と、ピニオンギヤ２１，２２を保持するピニオン保持部１２を有するケースとしてのデフケース１０とを備える。加速時におけるピニオンギヤとケースとの摩擦力は、減速時のピニオンギヤとケースとの摩擦力と異なる。

ピニオンギヤ２２とピニオン保持部１２の各部分との接触時の摩擦力が各々異なる。
このように構成された差動歯車装置では、図７および図８で示すように、前進加速時および前進減速時において、差動制限力を異なるものとすることができる。その結果、運転状況に応じたきめ細かな差動制限を発揮することができる。

すなわち、加速時、減速時、惰力走行時に適切な差動制限力を発揮させることができる。

（実施の形態３）
図９は、この発明の実施の形態３に従った差動歯車装置の断面図である。図９を参照して、この発明の実施の形態３に従った差動歯車装置１では、ピニオン保持部１２の形状が実施の形態１および２に従った差動歯車装置１と異なる。すなわち、ピニオンギヤ２２を中心として対角線上に円弧領域１３，１４が設けられており、それ以外の部分は直線とされている。すなわち、対角の２つを円形とし、それ以外を長方形としている。このとき寸法ａはピニオンギヤ２２とほぼ等しく、寸法ｂはピニオンギヤ２２の径より大きい。

図１０は、実施の形態３の別の例に従った差動歯車装置の断面図である。図１０を参照して、ピニオン保持部１２のうち、３つの角を四隅のうち３つを円弧形状１３，１４，１５とし、それ以外を長方形とする。このとき、寸法ａはピニオンギヤ２２の径とほぼ等しく、寸法ｂはピニオンギヤ２２の径よりも大きい。

図１１は、この発明の実施の形態３の別の例に従った差動歯車装置の断面図である。図１１を参照して、この例では、四隅のうち１つを円弧領域１３とし、残りを長方形としている。このとき、寸法ａはピニオンギヤ２２とほぼ等しく、寸法ｂはピニオンギヤ２２の径よりも大きい。

このように構成された実施の形態３に従った差動歯車装置でも、実施の形態２に従った差動歯車装置１と同様の効果がある。

実施の形態２および３に従った差動歯車装置では、加速時におけるピニオン保持部１２とピニオンギヤ２２との接触面積が、減速時におけるピニオン保持部１２とピニオンギヤ２２との接触面積と異なるようにピニオン保持部１２が構成される。

具体的には、ピニオン保持部１２は非円筒形状であり、加速時と減速時においてピニオンギヤ２２との接触面積が異なる。

ピニオン保持部１２はピニオンギヤ２２と異なる半径を有し、加速時と減速時においてピニオンギヤ２２との接触面積が異なる。

ピニオン保持部１２は直線領域５４と円弧領域１３とを有し、加速時と減速時においてピニオンギヤ２２との接触面積が異なる。

ピニオンギヤ２２とピニオン保持部１２の各部分との接触時の摩擦力が各々異なる。
（実施の形態４）
図１２は、この発明の実施の形態４に従った差動歯車装置の斜視図である。図１３は、図１２中のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。図１２および図１３を参照して、差動歯車装置１は、デフケース１１０と、デフケース１１０に噛み合ってデフケース１１０とともに回転するプラネタリキャリア１２０と、プラネタリキャリア１２０に保持されるピニオンギヤ１３０と、ピニオンギヤ１３０に噛み合うサンギヤ１５０およびリングギヤ１４０とを有する。

デフケース１１０は円筒形状であり、その内部にプラネタリキャリア１２０が嵌め合わせられている。プラネタリキャリア１２０は複数のピニオンギヤ１３０を保持する。ピニオンギヤ１３０表面にはヘリカル歯１３１が形成されており、ピニオンギヤ１３０が配置される軌道の外側にはリングギヤ１４０が配置される。ピニオンギヤ１３０の配置される軌道の内側にはサンギヤ１５０が配置される。リングギヤ１４０およびサンギヤ１５０の表面には、それぞれヘリカル歯１４１，１５１が形成されており、ヘリカル歯１４１，１５１はピニオンギヤ１３０のヘリカル歯１３１と噛み合う。プラネタリキャリア１２０にピニオンギヤ１３０が保持されており、このピニオンギヤ１３０の両端にはクラッチプレートが設けられている。ピニオンギヤ１３０のヘリカル歯１３１が他のヘリカル歯１４１，１５１と噛み合うことでスラスト力が発生する。このスラスト力をクラッチプレートが受け、ピニオンギヤ１３０がある方向に回転（自転）するとクラッチプレートはサンギヤ１５０からプラネタリキャリア１２０が押付けられる方向へ力を受ける。これにより、プラネタリキャリア１２０とサンギヤ１５０との間の回転が少なくなるように差動が制限される。

図１４から図１７はプラネタリキャリアとピニオンギヤとを詳細に示す図である。図１４を参照して、プラネタリキャリア１２０のうち、ピニオンギヤ１３０と向かい合う部分の４つの隅部１２２，１２３，１２４，１２５は、それぞれ円弧形状または直線形状であり、具体的には隅部１２２，１２４が円弧形状であり、隅部１２３，１２５が直線形状である。サンギヤ１５０が前輪側に接続され、リングギヤ１４０が後輪側に接続される。前進加速時または後退減速時であって、前輪の回転数が後輪の回転数より大きい場合には、図１４で示すようにピニオンギヤ１３０は矢印Ｒ２２で示すように左回転する。

また、プラネタリキャリア１２０からは矢印Ｒ２１で示す方向にピニオンギヤ１３０へ荷重が加えられる。このため、円弧状の隅部１２２とピニオンギヤ１３０とが接触し、ピニオンギヤ１３０が矢印Ｄ１１で示す方向に移動しようとする。このとき、ピニオンギヤ１３０とプラネタリキャリア１２０との接触面積が大きくなり、ピニオンギヤ１３０の自転が制限される。これにより差動制限力は大きくなる。

図１５では、前輪の回転数が後輪の回転数より大きく、前進減速時または後退加速時を示している。この場合には、プラネタリキャリア１２０からピニオンギヤ１３０へ矢印Ｒ２２で示す方向に荷重が加わる。また、これによりピニオンギヤ１３０は隅部１２５の平坦部分と接触し矢印Ｄ１２で示す方向に移動する。このときピニオンギヤ１３０とプラネタリキャリア１２０との接触面積が小さくなるためピニオンギヤ１３０の自転を抑制する力が小さくなる。これにより差動制限力は小さくなる。

図１６は、後輪の回転数が前輪の回転数より大きく、前進加速または後退減速時の図である。後輪の回転が前輪の回転より大きい場合には、ピニオンギヤ１３０は矢印Ｒ２３で示す方向に自転する。また、プラネタリキャリア１２０からピニオンギヤ１３０へ矢印Ｒ２１で示す方向に力が加えられる。これにより、ピニオンギヤ１３０は矢印Ｄ１２で示す方向に移動し、隅部１２３の平坦な部分に接触する。これにより、ピニオンギヤ１３０とプラネタリキャリア１２０との接触による摩擦力が小さくなり、ピニオンギヤ１３０の自転を抑制する効果が小さい。その結果、差動制限力は小さくなる。

図１７を参照して、後輪の回転数が前輪の回転数よりも多く、前進減速時または後退加速時には、ピニオンギヤ１３０はプラネタリキャリア１２０から矢印Ｒ２２で示す方向に力が加えられる。このとき、ピニオンギヤ１３０は矢印Ｄ１１で示す方向に移動する。円弧状の隅部１２４とピニオンギヤ１３０とが接触するため接触面積が大きくなり、ピニオンギヤ１３０の自転を抑制する力が大きくなる。その結果、差動制限力も大きくなる。

この実施の形態では、四隅のうち外形が２つが円筒形状であり、他の２つが直線形状とされているが、これに限られず、４つの隅部１２２，１２３，１２４，１２５のうち、いずれか１つの隅部が円筒形状であれば、その部分での摩擦力が大きくなり差動制限力を大きくすることができる。

このように構成された実施の形態４に従った差動歯車装置でも、実施の形態１および２に従った差動歯車装置と同様の効果がある。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に従った差動歯車装置の分解斜視図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 別の局面に従った差動歯車装置の断面図である。 この発明の実施の形態２に従った差動歯車装置の断面図である。 図５中のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。 前進加速時の差動歯車装置の内部構造を示す断面図である。 前進減速時の差動歯車装置の内部構造を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に従った差動歯車装置の断面図である。 実施の形態３の別の例に従った差動歯車装置の断面図である。 この発明の実施の形態３の別の例に従った差動歯車装置の断面図である。 この発明の実施の形態４に従った差動歯車装置の斜視図である。 図１２中のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図である。 プラネタリキャリアとピニオンギヤとを詳細に示す図である。 プラネタリキャリアとピニオンギヤとを詳細に示す図である。 プラネタリキャリアとピニオンギヤとを詳細に示す図である。 プラネタリキャリアとピニオンギヤとを詳細に示す図である。

符号の説明

１ 差動歯車装置、２ 回転軸、１０ デフケース、１１ 窓、１２ ピニオン保持部、１３，１４，１５ 円弧領域、１８ フランジ部、２１，２２ ピニオンギヤ、３１，３２ サイドギヤ、４１，４２ スラストワッシャ、５４ 直線領域、１１０ デフケース、１２０ プラネタリキャリア、１２２，１２３，１２４，１２５ 隅部、１３０ ピニオンギヤ、１３１，１４１，１５１ ヘリカル歯、１４０ リングギヤ、１５０ サンギヤ、２００Ｆ 前輪、２００Ｒ 後輪。

Claims (2)

1. 自転可能でかつ公転可能なピニオンギヤと、
   前記ピニオンギヤを保持するピニオン保持部を有するケースとを備え、
   加速時に前記ピニオンギヤとケースとの間で発生する加速時摩擦力と、減速時に前記ピニオンギヤとケースとの間で発生する減速時摩擦力とが異なるように前記ピニオン保持部が構成されており、
   加速時における前記ピニオン保持部と前記ピニオンギヤとの接触面積が、減速時における前記ピニオン保持部と前記ピニオンギヤとの接触面積と異なるように前記ピニオン保持部が構成されており、
   前記ピニオン保持部は非円筒形状であり、加速時と減速時において前記ピニオンギヤとの接触面積が異なり、
   加速時と減速時において前記ピニオン保持部と前記ピニオンギヤとの接触箇所が異なり、
   前記ピニオン保持部は直線部と曲線部とを有し、加速時と減速時において前記ピニオンギヤとの接触面積が異なる、差動歯車装置。
2. 前記ピニオン保持部は前記ピニオンギヤと異なる半径を有し、加速時と減速時において前記ピニオンギヤとの接触面積が異なる、請求項１に記載の差動歯車装置。

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