JP5496758B2 - アクスルハウジング構造 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の前輪又は後輪のサスペンションの一部を構成する部品であって、駆動車軸及びデファレンシャルギヤユニット等を収容するアクスルハウジング（車軸ケース）の構造に関するものである。

アクスルハウジングはデファレンシャルギヤ及び駆動軸（ドライブシャフト）、そして潤滑オイルを内包し、サスペンション部品として機能する。従って、デファレンシャルギヤケースとしての役割とサスペンション部材として車両を支持する役割を兼備している。先ず、デファレンシャルギヤケースとしての特性において、内部にデファレンシャルギヤを持つため、このデファレンシャルギヤが発生する音を外部に漏らさない、もしくはデファレンシャルギヤの振動（騒音）を増幅しないという特性が求められる。

ところが、アクスルハウジングは特有の形状もしくは形態を持ち、特に車両後方側に比較的大きな面が形成され、その面が振動し易く、特定の周波数の振動にピークが生じる共振が起こり易い。騒音の原因として、デファレンシャルギヤの噛合によって生じる振動をその主な音源とするが、アクスルハウジングの共振周波数とデファレンシャルギヤ噛合周波数の倍数とが重なると、特定周波数の音が著しく大きくなる。つまり周波数ピークを持つ騒音となり、これは聴感上極めて不快なものとなり、そのままでは車両の特に騒音面等の品質に与える影響が大きい。

なお、かかる騒音の問題は、主にアクスルハウジングの後側の面を振動し難くすることで改善を図ることができる。即ち、一般には板厚を厚くすることにより、そのような面の剛性が増し、振動し難くするというものである。

一方、アクスルハウジングはサスペンション部材として、これがバネ下重量となることから軽量化の要請がある。しかしながら、軽量化を図るために板厚を薄くすると面の剛性が低下して振動し易くなり、聴感上の特性（音響特性）は悪化することとなる。つまり軽量化と音響特性を同時に満足させるのは極めて困難である。

軽量化の観点からは溶接部を廃止し得る一体成形は極めて有効な手段であり、その場合更に、従来例えば特許文献１に記載のアクスルハウジングでは、左右の直管部とハウジングセンタとの境界部に金属製の環状部材を嵌合し、その近傍における振動による騒音を抑制しようとしている。

特開２００６−２１３１７８号公報

しかしながら、特許文献１に示す手法は、音響的に最も問題となるハウジングセンタ後側の面については、車両前側にデファレンシャルギヤを収容するための開口部を有するため環状部材の設置が極めて困難になる。仮に境界部からハウジングセンタ中心に向って環状部材を延長、大型化して設置しても、デファレンシャルギヤを挿入するための開口部を設けざるを得ないため、結果的に環状部材の剛性が著しく低下し、振動を抑制することが困難になる。また、振動抑制の観点からは、振動の大きな面の板厚を増加させる手法が考えられ、かかる目的のためにはアクスルハウジングを鋳造法で製造する方法も考えられるが、厚さ数ｍｍ以下の板厚とした場合、鋳造による成形は実質的に困難であり、このため塑性加工によらざるを得ない。しかしながら、板金加工では特定部位（アクスルハウジング中央部付近）を所望の厚さにするのは難しく、板厚による音響特性の改善は極めて困難になる。
また、アクスルハウジング内部に補強部材等を溶接により追加設置する手法があるが、アクスルハウジングを一体成形した場合では、デファレンシャルギヤを組み入れるための開口部側からしか設置することができない。このため溶接の方向が限定され、そのままでは組付け作業性を著しく悪化させてしまう。

本発明はかかる実情に鑑み、軽量化を図りながら音響特性や組付け作業性等を有効に向上するアクスルハウジング構造を提供することを目的とする。

本発明によるアクスルハウジング構造は、デファレンシャルギヤユニットを収容するアクスルハウジング構造であって、前記デファレンシャルギヤユニットと前記アクスルハウジングとの間を連結する補強部材を有し、前記補強部材の一端を前記デファレンシャルギヤユニットに対して左右に隔置結合されたデファレンシャルキャップに結合し、前記補強部材の他端を前記アクスルハウジングのハウジング面に結合することを特徴とする。

また、本発明によるアクスルハウジング構造において、前記アクスルハウジングの略中央部にて、少なくとも２つの前記補強部材が配置されることを特徴とする。
また、本発明によるアクスルハウジング構造において、前記アクスルハウジングは一体成形されることを特徴とする。

本発明によれば、アクスルハウジングにおける振動抑制効果が最も大きい部位に補強部材を配置し、これにより音響特性を大幅に改善することができる。また、この補強部材はアクスルハウジングの外側から固定することができるため、良好な組付け作業性が得られる。

本発明によるアクスルハウジング構造の実施形態を示す概観斜視図である。 本発明によるアクスルハウジング構造の実施形態を示す一部破断斜視図である。 本発明によるアクスルハウジング構造の実施形態を示す平面図である。 本発明によるアクスルハウジング構造に係るデファレンシャルギヤユニットの要部構成を模式的に示す平面図である。 本発明によるアクスルハウジング構造の実施形態におけるロッドまわりの具体的構成例を示す図である。 図５のＡ部拡大図である。 本発明によるアクスルハウジング構造の変形におけるロッドまわりの具体的構成例を示す図及びその拡大図である。

以下、図面に基づき、本発明によるアクスルハウジング構造における好適な実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るアクスルハウジング１０の例を示している。先ず、本発明を適用したアクスルハウジング１０について概略説明する。ここでは例えば後輪駆動車の例とし、典型的にはプロペラシャフトを介して車両前部に搭載したエンジンの出力を後輪に伝達するものとする。なお、以下の説明中で用いる各図において、必要に応じて車両の前方を矢印Ｆｒにより、車両の後方を矢印Ｒｒにより示し、また、車両の側方右側を矢印Ｒにより、車両の側方左側を矢印Ｌにより示す。
本明細書においては上下、前後、左右等の記載は、一般的なＦＲ車、即ちフロントにエンジンを搭載する後輪駆動車の車体を基準とする方向及び位置関係を示すものとする。従って軸方向とは、アクスルハウジングの軸方向を意味し、上記の車体幅方向と略同一である。四輪駆動車等でフロントにアクスルハウジングを搭載する場合には、前後が逆の関係となる。また、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては同一の符号を付すことにより重複説明を省略する。

アクスルハウジング１０は図１に示されるように左右方向に配置され、センタ部１０Ａ（中央部）の左右両側に軸直管部１０Ｂが延出する。センタ部１０Ａは図示のように全体として膨張した形態を有し、このセンタ部１０Ａの内部に図２に示されるようにデファレンシャルギヤユニット１００が収容される。

ここで、図４を参照してデファレンシャルギヤユニット１００について概略説明する。図４（平面図）は、デファレンシャルギヤユニット１００の要部構成を模式的に示している。デファレンシャルギヤユニット１００の支持方法等に関する具体的構造については、ここではその詳細な説明を省略するが、デファレンシャルギヤユニット１００はドライブギヤ１０１、リングギヤ１０２、ピニオンギヤ１０３及びサイドギヤ１０４を含んでいる。先ず、車両前部に搭載したエンジンからトランスミッション等を介してプロペラシャフト１が後方へ延出し、プロペラシャフト１はドライブギヤ１０１に結合する。このドライブギヤ１０１はリングギヤ１０２と噛合し、これを回転駆動する。

リングギヤ１０２には一対のピニオンギヤ１０３が回転可能に支持され、これらのピニオンギヤ１０３はそれぞれ左右一対のサイドギヤ１０４と噛合する。各サイドギヤ１０４には左右の車軸２が結合し、これらの車軸２にはそれぞれ左右の車輪３（後輪）が連結される。プロペラシャフト１の回転でデファレンシャルギヤユニット１００を介して左右の車軸２を回転させ、これにより車輪３が回転駆動される。

アクスルハウジング１０は、かかるデファレンシャルギヤユニット１００を収容し、デファレンシャルギヤユニット１００を介してエンジンの動力を車輪３へ伝達させるため、高い剛性強度が必要となる。また、前述したように作動音等に関連して品質上、良好な音響特性が要求される。

なお、この実施形態においてアクスルハウジング１０はハイドロフォーム加工により一体成形することができ、ここでその成形方法を概略説明する。ハイドロフォーム加工において、上型及び下型内に金属素管を挟み込み、この金属素管内に作動流体を注入して充満させる。そして作動流体の充満後、金属素管内に圧力をかけながら軸押しシリンダヘッドにて金属素管の端部から中心に向けて軸方向に押し、金属素管を所望の形状、即ちアクスルハウジング形状に仕上げる。

更に図３等を参照して、アクスルハウジング１０のセンタ部１０Ａの前側には開口（図示せず）が形成されており、この開口を介してデファレンシャルギヤユニット１００をアクスルハウジング１０内に組み込むようになっている。この開口の周辺にはリング状のフランジ１１が固着し、フランジ１１に対して複数のボルト１２によってベース１３が固定される。ベース１３側には左右に隔置された一対のデファレンシャルキャップ１４が取り付けられ、このデファレンシャルキャップ１４によって左右の車軸２の内側端部が回転自在に支持される。デファレンシャルギヤユニット１００は、左右のデファレンシャルキャップ１４の内側に配置される。

さて、本発明において特に、デファレンシャルギヤユニット１００とアクスルハウジング１０との間が、補強部材を介して連結される。この実施形態では図２及び図３に示すように補強部材としてロッド１５を有し、左右のデファレンシャルキャップ１４それぞれとアクスルハウジング１０のハウジング面（内面）との間にロッド１５が介装されるかたちの連結構造となっている。この例では２つのロッド１５が配置される。

図５及び図６は、ロッド１５まわりの具体的な構成例を示している。ロッド１５は典型的には円柱状部材であってよく、その一端がデファレンシャルキャップ１４に結合し、その他端がアクスルハウジング１０のハウジング面に結合する。ここで、デファレンシャルキャップ１４は、ベース１３から突設（実車では車両後方側）された基部１４Ａとこの基部１４Ａに重ね合わさるように結合する上半部１４Ｂとにより２分割構成され、両者は両側の一対のボルト１６によって相互に締結固定される。

この場合、ロッド１５の一端側にはネジ部１７（雄ネジ）を形成し、上半部１４Ｂの中央部にはネジ部１７が螺合するネジ部１８（雌ネジ）を形成する。なお、ネジ部１８の周囲にはボス状に突起させた座部１９を設けてもよい。また、ロッド１５の他端側にはネジ部２０（雌ネジ）を形成すると共に、ネジ部２０に対してアクスルハウジング１０の外側からボルト２１を螺合させる。なお、アクスルハウジング１０にはボルト２１を挿通させるための挿通孔（図示せず）が開設されているものとする。また、ボルト２１（ボルトヘッド）とアクスルハウジング１０の間にワッシャ２２が装着される。

本発明のアクスルハウジング構造において、デファレンシャルギヤユニット１００等を組み付ける場合、先ずベース１３上にデファレンシャルキャップ１４及びデファレンシャルギヤユニット１００等をユニット化した状態で支持しておき、アクスルハウジング１０の前側に形成された開口からアクスルハウジング１０内に組み入れる。その際、ロッド１５のネジ部１７をネジ部１８に螺着させることで、予めデファレンシャルキャップ１４の上半部１４Ｂに取り付けておく。アクスルハウジング１０内部に配置されているロッド１５のネジ部２０に、アクスルハウジング１０の外側からボルト２１を螺合させることで、図３等に示すようにデファレンシャルギヤユニット１００とアクスルハウジング１０との間が、補強部材としてのロッド１５を介して連結される。

上記のようにアクスルハウジング１０内部に補強部材としてのロッド１５を配置し、これによりアクスルハウジング１０の後面を固定する構造とし、特に後側の面振動を有効に抑制することが可能となる。そして、かかる面振動の抑制効果により、騒音のピークを下げあるいは周波数をずらすことによって、音響特性を大幅に改善することができる。この場合、ロッド１５の設置部位は、アクスルハウジング１０の後面とデファレンシャルギヤユニット１００の間の空間に設定される。即ち、振動抑制効果が最も大きい部位に適用することで、高い振動抑制効果を得ることができる。

また、ロッド１５は最終的にアクスルハウジング１０内部に配置されるが、アクスルハウジング１０の後面外側からボルト２１によって固定される。このようにアクスルハウジング１０の外側から固定することができるため、良好な組付け作業性が得られる。例えば溶接等によってアクスルハウジング１０の内部に固定する場合、スペースや溶接の方向の点で作業性が悪化せざるを得ない。

ここで、本発明の具体的な適用例において、先ずロッド１５を有しない場合、アクスルハウジング１０のモーダル解析により振動解析を行った。その解析結果として、デファレンシャルキャップ１４に対応するアクスルハウジング１０の後面部位にて、６５０Ｈｚ付近で振動することが判明した。これに対して、ロッド１５を設置した本発明のアクスルハウジング構造によれば、８０〜１００ｋｍ／ｈ走行時の６５０Ｈｚ付近にピークを持つ騒音を２ｄＢ以上改善することができた。

更に図７は、本発明の変形例を示している。この例では、デファレンシャルキャップ１４の基部１４Ａ及び上半部１４Ｂを締結するためのボルト１６の対応位置にそれぞれ、ロッド２３が配置される。このロッド２３は、ボルト１６の締結機能を兼備し、即ちその一端側の先端にはネジ部２４（雄ネジ）を形成し、一方、基部１４Ａにはネジ部２４が螺合するネジ部２５（雌ネジ）を形成する。ロッド２３の他端側にはロッド１５の場合と同様に、ネジ部２０（雌ネジ）を形成すると共に、ネジ部２０に対してアクスルハウジング１０の外側からボルト２１を螺合させる。なお、ロッド２３の外周部適所にＤカット２６等を形成し、この部位を利用してネジ部２４の螺合の際に回転トルクを付与するようにしてもよい。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
ロッド１５の固定方法として、例えばロッド１５の一端及び他端共に雄ネジを形成し、アクスルハウジング１０に形成してあるボルト挿通孔にその雄ネジを、アクスルハウジング１０内部から外側に挿通する。そして、外側に突出したその雄ネジにナットを螺合させることでロッド１５を固定してもよい。また、以上の例のようにボルト及びナットを用いる場合の他、接着やカシメ等の方法も可能である。

更にデファレンシャルキャップ１４を鋳造あるいは鍛造で製造する場合、ロッド１５に対応する部位もしくは形状を一体成形することも可能である。その場合、その部位の先端をアクスルハウジング１０内部から外部へ貫通させ、且つその先端部を潰してカシメ加工を行ってもよい。

また、補強部材としてのロッド１５を車両前後方向に沿って配置する例を説明したが、前後方向に対して左右方向あるいは上下方向に適度に傾斜角度を持たせて配置することも可能であり、この場合を含めいずれの変形例においても上記実施形態と実質的に同様な作用効果を得ることができる。

１ プロペラシャフト、２ 車軸、３ 車輪、１０ アクスルハウジング、１０Ａ センタ部、１１ フランジ、１３ ベース、１４ デファレンシャルキャップ、１５ ロッド（補強部材）、１６ ボルト、１７，１８，２０ ネジ部、２１ ボルト、１００ デファレンシャルギヤユニット、１０１ ドライブギヤ、１０２ リングギヤ、１０３ ピニオンギヤ、１０４ サイドギヤ。

Claims (3)

1. デファレンシャルギヤユニットを収容するアクスルハウジング構造であって、
   前記デファレンシャルギヤユニットと前記アクスルハウジングとの間を連結する補強部材を有し、
   前記補強部材の一端を前記デファレンシャルギヤユニットに対して左右に隔置結合されたデファレンシャルキャップに結合し、前記補強部材の他端を前記アクスルハウジングのハウジング面に結合することを特徴とするアクスルハウジング構造。
2. 前記アクスルハウジングの略中央部にて、少なくとも２つの前記補強部材が配置されることを特徴とする請求項１に記載のアクスルハウジング構造。
3. 前記アクスルハウジングは一体成形されることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクスルハウジング構造。

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