JP5713631B2 - デファレンシャル装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などに供されるデファレンシャル装置に関する。

近年、簡易な構造で低コストのデファレンシャル装置が普及しつつある。特許文献1は、デフ・ケースを一部材で形成し、デフ・ケースの開口から加工工具を挿入し、デフ・ケース内を球状内面に加工し、ピニオン・ギヤ及び一対のサイド・ギヤを挿入し、それらのギヤの背面を球状内面で支持した構成である。ギヤの背面と球状内面との間には、球状ワッシャが介設されている。

このデファレンシャル装置では、デフ・ケースの外形・内径形状を単純化でき、加工が容易で、ピニオン・ギヤ及び一対のサイド・ギヤもコンパクトに組合わされてデフ・ケース内に配置することができる。

また、ピニオン・ギヤ及び一対のサイド・ギヤの噛合い反力は、それぞれ球状のギヤ背面で摺動支持されるので、摺動摩擦特性が安定しており、耐久性も高い。

しかし、かかるデファレンシャル装置を車両に搭載した場合は、左右車輪と走行路面との間で互いの摩擦抵抗が異なると、デファレンシャル装置の特性上、低摩擦抵抗側の車輪の駆動力以上の駆動力を伝達することが困難になる。

これは、差動制限機能を持たないデファレンシャル装置（いわゆる、「コンべンショナル・デフ」と称される。）の構成・機能として従来から技術的に理解されている。

これに対し、スポーツタイプや４ＷＤタイプの車両では、差動制限機能を付加した多様な形式のデファレンシャル装置（いわゆる、「ＬＳＤ−リミット・スリップ・デフ」と称する。）が普及している。

コンべンショナル・デフを搭載した一般車両においても、良路のみの走行状態はあり得ず、少なくとも発進性や登坂性の向上のために差動制限は必要である。

一方で、一般車両においては、差動制限機能を付加するにしても、走行状態におけるハンドリングを改善すべく既存のＬＳＤ程の差動制限力を必要としない状況が多々生じており、かかる状況に応ずる意味において複雑な制御を付加した左右車輪のブレーキ制御による車両挙動の改善も考え得る。

しかし、コスト高及び運転者と車両との相関に関する違和感は拭いきれないため、やはり一般車両においても、既存のＬＳＤ程の差動制限力を必要としないまでも、動力系と連動したレスポンスの良いＬＳＤが有用と考えられる。

特許文献２のデファレンシャル装置は、デフ・ケースを一部材で形成し、デフ・ケースの開口からピニオン・ギヤ及び一対のサイド・ギヤを挿入配置し、一対のサイド・ギヤとデフ・ケースとの間に形成したテーパ面により差動制限機能を持たせている。
このデファレンシャル装置は、既存のＬＳＤにおいては、最もシンプルな構成である。

しかし、簡易な構造で低コストのデファレンシャル装置の普及という技術的背景を考慮すると、デフ・ケース及び一対のサイド・ギヤにテーパ面を形成する必要があり、下記のような問題を生じている。

第１に、テーパ面形状は、テーパ角の加工精度がシビアであり、加工工数や組付け工数が嵩む。

第２に、サイド・ギヤの外形側にテーパ面を特別に設定しているので、径方向及び軸方向共に装置が大型化する。

第３に、他の実施例として、差動制限機能部分として多板クラッチを用いる機構が開示されているが、部品点数が増加し、装置が大型化するのは明らかである。

したがって、簡易な構造で低コストのデファレンシャル装置の普及という技術的背景を踏襲しつつ、差動制限機能を有したデファレンシャル装置が望まれる。

特開２００９−２５０３２０号公報 特開２００３−２９４１０９号公報

解決しようとする問題点は、簡易な構造で低コストのデファレンシャル装置の普及と動力系と連動したレスポンスの良いＬＳＤとの両立ができなかった点である。

本願発明は、簡易な構造で低コストのデファレンシャル装置の普及と動力系と連動したレスポンスの良いＬＳＤを得ることを可能とするため、回転自在に支持されるデフ・ケースと、このデフ・ケース内に自転可能に支持されたピニオン・ギヤと、前記デフ・ケース内に相対回転自在に支持され前記ピニオン・ギヤに噛み合う一対のサイド・ギヤとを備え、前記デフ・ケースの内面に、前記ピニオン・ギヤ及びサイド・ギヤの球面状の凸背面部をそれぞれ自転摺動可能に支持する球面状のピニオン・ギヤ凹支持面部及びサイド・ギヤ凹支持面部を形成し、前記デフ・ケースのサイド・ギヤ凹支持面部側に摺動する前記サイド・ギヤの凸背面部を前記サイド・ギヤの個々の歯部に形成したことを特徴とする。

本願発明は、上記構成であるため、ギヤとケース間に球面状の支持部を備えたデファレンシャル装置において、デフ・ケースのサイド・ギヤ凹支持面部とサイド・ギヤの凸背面部間の有効摩擦半径を大径にすることができ、簡単な構造で動力系と連動したレスポンスの良いＬＳＤを得ることができ、簡易な構造で低コストのデファレンシャル装置の普及を満足させることができる。

上下半断面が９０度異なる位置におけるデファレンシャル装置の断面図である。（実施例１） サイド・ギヤの断面図である。（実施例１） サイド・ギヤの側面図である。（実施例１） サイド・ギヤの背面図である。（実施例１） サイド・ギヤの背面側斜視図である。（実施例１） デファレンシャル・ギヤ組み込み途中におけるデファレンシャル装置の斜視図である。（実施例１） デファレンシャル・ギヤ組み込み途中におけるデファレンシャル装置の平面図である。（実施例１）

簡易な構造で低コストのデファレンシャル装置の普及と動力系と連動したレスポンスの良いＬＳＤを得ることを可能とするという目的を、球面状のサイド・ギヤの凸背面部をサイド・ギヤの歯部に形成することにより実現した。

［デファレンシャル装置の全体構成］
図１は、本発明の実施例１に係り、上下半断面が９０度異なる位置におけるデファレンシャル装置の断面図である。

デファレンシャル装置１のデフ・ケース３は、ケース壁部５の外面にリング・ギヤ取り付け用のフランジ部７を周回状に一体に有している。このデフ・ケース３の内面には、ピニオン・ギヤ凹支持面部９，１１（但し、ピニオン・ギヤ凹支持面部１１は、図１の下方のピニオン・ギヤ１７の背面に位置するので引き出し線を点線で示す）及びサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５が形成されている。ピニオン・ギヤ凹支持面部９，１１及びサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５は、デフ・ケース３内のピニオン・ギヤ１７及びサイド・ギヤ２３，２５の回転軸心の交点を曲率中心Ｃとする同心球面の一部を構成する。

前記「同心球面の一部を構成する」とは、ピニオン・ギヤ凹支持面部９，１１及びサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５を必要な面積で球面加工すれば良いので、それ以外の内壁面は僅かに大径に鋳抜いておき、加工逃げとしてあるためである。

しかしながら、特許文献2に開示されているがごとく、一対のサイド・ギヤの背面にテーパー面による特別な摩擦面を設けたのではなく、デフ・ケースの内壁面にテーパ面による特別な摩擦面を組み合わせたものでなく、デフ・ケース3内にピニオン・ギヤ17及びサイド・ギヤ２３，２５を滑動支持可能な球面加工を施したにすぎなく、引用文献2と本願発明との技術的構成及びその意義はまたく異なるものである。

なお、ピニオン・ギヤ１７は、図面では１個のみが断面で、もう一個が軸心方向に見た外形の２ピニオンタイプを示すが、デファレンシャル装置１の一対のピニオンは、後述する図６に開示されているように、対向して２個備えられている。

また、ピニオン・ギヤ１７，１７と、サイド・ギヤ２３，２５は、デフ・ケース３の球面状の凹支持面部９，１１及び凹支持面部１３，１５に支持される、かさ歯車を用いたギヤ組である。

ケース壁部５の回転軸方向両側には、サイド・ギヤ凹支持面部１３，１５の外側においてボス部２７，２９が形成され、図示しない静止側部材としてのデフ・キャリヤにベアリングを介して回転自在に支持可能となっている。ボス部２７，２９の内周には、各々逆方向に向けてデフ・キャリヤ内に封入された潤滑用のオイルを導入する２条の螺旋溝２７ａ，２９ａが形成されている。

ケース壁部５の対向する一対のピニオン・ギヤ凹支持面部９，１１の中央には、ピニオン・シャフト３５の支持穴３７，３９が同軸芯に貫通形成されている。

ケース壁部５には、一対の窓４１（但し、図１では、下部の判断面にのみ図示している。）がフランジ部７に隣接して形成されている。

一対の窓４１は、回転半径方向に対向するように形成され、重量バランスが採られている。この窓４１は、何れからも旋削工具を挿入させ且つ該旋削工具回りで前記曲率中心Ｃを通る加工回転軸中心線Ｃ−Ｙを中心にデフ・ケース３を回転させることが可能である。窓４１には、ピニオン・ギヤ１７の組み込みを容易にするため、ピニオン・ギヤ１７の一歯（必要に応じて、二歯以上でもよい）に対応した形状の切欠き凹部４１ａが形成されている。

デフ・ケース３は、旋盤のチャック治具で挟み込み、加工回転軸中心線Ｃ−Ｙを中心に回転させ、ピニオン・ギヤ凹支持面部９，１１及びサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５を旋削し得る構成となっている。

ピニオン・ギヤ１７は、球面状の凸背面部１７ａが同心球面状のピニオン・ギヤ凹支持面部９に球面状のピニオン・ワッシャ４５を介して摺動回転可能に支持されている。

ピニオン・ギヤ１７は、ピニオン・シャフト３５に回転自在に支持され、ピニオン・シャフト３５は、支持穴３７，３９に嵌合支持され、スプリング・ピン５０により抜け止め、回り止めが行われている。

サイド・ギヤ２３，２５は、ピニオン・ギヤ１７に噛み合い、球面状の凸背面部２３ａ，２５ａが同心球面状のサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５に球面状のサイド・ワッシャ４７，４９を介して摺動回転可能に支持されている。

［凸背面部及びサイド・ワッシャ］
図２は、サイド・ギヤの断面図、図３は、サイド・ギヤの側面図、図４は、サイド・ギヤの背面図、図５は、サイド・ギヤの背面側斜視図である。

図１〜図５のように、サイド・ギヤ２３，２５は同一形状のかさ歯車であり、ボス部５１の外周側に歯部５３が形成されている。ボス部５１の内周には、インナー・スプライン５２が形成されている。

歯部５３の歯底径５５は軸方向に曲折する内径側から径方向に曲折する外径側の間で円錐状に形成され、歯部５３の歯先径５７は内径側から外径側へ円錐状に形成されている。円錐状に形成された歯底径５５と円錐状に形成された歯先径５７との中間径に、円錐状に形成されたピッチ円錐線５９が位置している。

凸背面部２３ａ，２５ａは、歯部５３に形成され、歯部５３の歯底径５５における外径側の歯底径５６側から歯先径５７における外径側の歯先径５８側に渡り内径側から外径側へピッチ円錐線５９を越えて形成されている。この凸背面部２３ａ，２５ａは、歯部５３の歯底径５５における外径側の歯底径５６よりも内径側に環状基部としての部分６１を延長形成している。部分６１の径方向の延長幅Ｌ１は、歯部５３での径方向の幅Ｌ２よりも小さく設定されている。なお、部分６１は省略することもできる。

この凸背面部２３ａ，２５ａよりも内径側にサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５との間に空間を周回状に形成する環状凹部６３が形成されている。

サイド・ワッシャ４７，４９は、凸背面部２３ａ，２５ａの全体幅に対応した径方向の幅で形成され、内径端縁４７ａ，４９ａが、環状凹部６３内へ屈曲形成され、縦背面６３ａに微少な間隔を有して係合可能に配置されている。サイド・ワッシャ４７，４９の最外径縁は、ピッチ円錐線５９を越えて延設されており、デフ・ケース３に形成された切欠き４１ａと対応した形状の切欠き４７ｂが径方向に対応して２箇所形成され、ピニオン・ギヤ１７の組み込みを容易にしている。

したがって、凸背面部２３ａ，２５ａ及びサイド・ワッシャ４７，４９間の有効摩擦半径Rが、サイド・ギヤ２３，２５の歯部５３の外径側の歯底径５６及び外径側の歯先径５８の間に設定されている。

差動回転時は、凸背面部２３ａ，２５ａ及びサイド・ワッシャ４７，４９間の有効摩擦半径Rが、サイド・ギヤ２３，２５の外径側の歯底径５６及び外径側の歯先径５８の間となることで、動力系と連動したレスポンスの良い差動制限を行わせることができ、一般車両における発進性や登坂性が向上可能な適度な差動制限機能を有したデファレンシャル装置が成立させることができる。本願発明の本実施形態のデファレンシャル装置によれば、トルクバイアスレシオ（TBRと称される）＝1.4〜1.8程度の特性を容易に、かつ個体差がなく安定して供給することができ、耐久性も従来のコンベンショナル・デフ同等以上に確保することができる。

さらに、サイド・ギヤ２３，２５のギヤ形状について説明すると、歯部５３の歯先径５７の回転方向端部５４ａ，５４ｂ（歯先端部）には、Ｒ形状又は、15°〜45°の面取り形状に形成され、摺動時に個々の歯部５３間に滞留する潤滑オイルを、サイド・ワッシャ４７，４９との摺動部へ回転方向に向けて導入を容易にすると共に、サイド・ギヤ２３，２５とサイド・ワッシャ４７，４９との摺動部間の貼り付きを防止している。これにより、摺動レスポンスが良く、摩擦特性の安定化が図れる。

サイド・ギヤ２３，２５の歯部５３の外径側の歯先径５８側には、平面部６０が形成されている。ピニオン・ギヤ１７，１７との噛合いにより、又は図示外の車軸側のサイド・シャフトとの連結により、サイド・ギヤ２３，２５の微少な軸心ずれが生じた際にも、歯部５３の外径側先端がサイド・ワッシャ４７，４９と干渉するのを防止し、摩擦特性の安定化が図れる。
［デファレンシャル・ギヤの組み込み］
図６は、デファレンシャル・ギヤ組み込み途中におけるデファレンシャル装置の斜視図、図７は、デファレンシャル・ギヤ組み込み途中におけるデファレンシャル装置である。

図１、図６、図７のように、デフ・ケース３に対して、サイド・ワッシャ４７，４９を凸背面部２３ａ，２５ａに配置させたサイド・ギヤ２３，２５を窓４１の何れかから挿入し、このサイド・ギヤ２３，２５を、サイド・ワッシャ４７，４９を介してサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５に配置する。

ついで、ピニオン・ワッシャ４５を凸背面部１７ａに係合させたピニオン・ギヤ１７，１９を双方の窓４１から各別に挿入して両サイド・ギヤ２３，２５に噛み合わせる。このとき、切欠き凹部４１ａ，４９ｂがピニオン・ギヤ１７の歯部５３との干渉を回避し、組み込みを容易にする。

このピニオン・ギヤ１７及びサイド・ギヤ２３，２５からなるデファレンシャル・ギヤをデフ・ケース３の回転軸心回りでデフ・ケース３に対し９０°回転させ、図１の上半部の配置状態とする。

図１の配置状態において、ピニオン・シャフト３５を組み付け、デファレンシャル・ギヤの組み込みが完了する。その後、デフ・ケース３とピニオン・シャフト３５との間に、スプリング・ピン５０を組み付け、ピニオン・シャフト３５の抜け止め、回り止めが行われる。

なお、サイド・ワッシャ４７，４９のうち、少なくとも何れか一方に、デフ・ケース３側へ係合する係合部（好ましくは、ピニオン・シャフト３５の軸周りの方向への回転を規制する係合部）を設けることにより、デファレンシャル装置のデフ・ケース３と内部に組付けられた部材との係合状態を保持することができ、搬送性が向上する。それと共に、サイド・ワッシャ４７，４９とサイド・ギヤ２３，２５との間の摺動状態を安定させることができる。

このように組み上げられたデファレンシャル装置１は、自動車への組み付けに際し、デフ・ケース３のボス部２７，２９の内周に車軸側のサイド・シャフトを挿入してサイド・ギヤ２３，２５にスプライン結合させる。
［実施例１の効果］
本発明実施例１のデファレンシャル装置１は、回転自在に支持されるデフ・ケース３と、デフ・ケース３内に自転可能に支持されたピニオン・ギヤ１７，１９と、デフ・ケース３内に相対回転自在に支持されピニオン・ギヤ１７に噛み合う一対のサイド・ギヤ２３，２５とを備え、デフ・ケース３の内面に、ピニオン・ギヤ１７，１９及びサイド・ギヤ２３，２５の球面状の凸背面部１７ａ，１９ａ、２３ａ，２５ａをそれぞれ自転摺動可能に支持する球面状のピニオン・ギヤ凹支持面部９，１１及びサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５を形成し、デフ・ケース３のサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５側に摺動するサイド・ギヤ２３，２５の凸背面部２３ａ，２５ａをサイド・ギヤ２３，２５の歯部５３に形成した。

このため、凸背面部２３ａ，２５ａの有効摩擦半径Ｒを既存のコンべンショナル・デフよりも大きくする設定することができ、簡単な構造で動力系と連動したレスポンスの良いＬＳＤを得ることができ、簡易な構造で低コストのデファレンシャル装置の普及を満足させることができる。

凸背面部２３ａ，２５ａの有効摩擦半径Ｒを、サイド・ギヤ２３，２５の歯部５３の外径側の歯底径５６及び外径側の歯先径５８の間に設定した。

このため、デファレンシャル装置の構成上、コンべンショナル・デフと同等のサイズを用いて、大きな差動制限機能を付加することができ、簡単な構造で動力系と連動したレスポンスの良いＬＳＤを確実に得ることができる。

デフ・ケース３のサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５側と摺動するサイド・ギヤ２３，２５の凸背面部２３ａ，２５ａは、サイド・ギヤ２３，２５の歯部５３の歯部の外径側歯底径５６の内径側に延設された部分６１備えた。

このため、凸背面部２３ａ，２５ａ及びサイド・ワッシャ４７，４９間（但し、デフ・ケース３と直接摺動する場合には、サイド・ギヤ凹支持面部１３，１５間）の面圧を下げながら、有効摩擦半径Ｒを確実に大きく維持することができる。加えて、部分６１は歯部の外径側歯底径５６の内径側に環状に形成されているので、サイド・ギヤ２３，２５の安定した摺動回転により、摩擦特性を安定させることができる。

サイド・ギヤ２３，２５の凸背面部２３ａ，２５ａは、歯部５３の外径側歯底径５６から外径側の歯先径５８に渡り内径側から外径側へピッチ円錐線５９を越えて形成された。

このため、凸背面部２３ａ，２５ａの有効摩擦半径Ｒを既存のコンべンショナル・デフと同等のサイズで最大限に大きく設定することができる。加えて、凸背面部２３ａ，２５ａにピッチ円錐線５９ビ対応した摺動面を備えることで、ピニオン・ギヤ１７とサイド・ギヤ２３，２５との噛合い部に生じるピッチ円錐線方向の分力も確実に受け止めることができる。

サイド・ギヤ２３，２５に、凸背面部２３ａ，２５ａよりも内径側でサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５との間に空間を周回状に形成する環状凹部６３を形成した。

このため、環状凹部６３に周回状に潤滑オイルを滞留させることができ、凸背面部２３ａ，２５ａ側の摺動個所に常時必要なオイルを供給することができる。また、不要な部分の肉を無くし、軽量化を図ることができる。

デフ・ケース３のサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５側とサイド・ギヤ２３，２５の凸背面部２３ａ，２５ａとの間に、球面状のサイド・ワッシャ４７，４９を介設した。

このため、デフ・ケース３側に高価な硬化処理を施す必要がなくなり、製造コストを低減することができる。
［考え得る追加的な実施形態］
実施例１で配設されたサイド・ワッシャ４７，４９は必須の構成部材ではなく、デフ・ケース３のサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５とサイド・ギヤ２３，２５の凸背面部２３ａ，２５ａとを直接摺動させても良い。この場合には、摺動摩擦時の摩耗を考慮し、デフ・ケース３側に、高加熱処理や硬化コーティングなどを施すことが好ましい。

摺動面となるサイド・ギヤ２３，２５の凸背面部２３ａ，２５ａ（具体的には、歯部５３や部分６１）や、サイド・ワッシャ４７，４９、或いはデフ・ケース３のサイド・ギヤ凹支持面部１３，１５には、摩擦特性を安定させるために種々形状の油溝、油孔、又は表面凹凸処理などを形成することができる。

配置が可能であれば、一対のサイド・ギヤと噛合うピニオン・ギヤは、デフ・ケース３内に３個以上配置しても良い。

１ デファレンシャル装置
３ デフ・ケース
９，１１ ピニオン・ギヤ凹支持面部
１３，１５ サイド・ギヤ凹支持面部
１７ ピニオン・ギヤ
１７ａ，２３ａ，２５ａ 凸背面部
２３，２５ サイド・ギヤ
４７，４９ サイド・ワッシャ
５６ 外径側歯底径
５８ 外径側歯先径
５９ ピッチ円錐線
６１ 部分（環状基部）
６３ 環状凹部
Ｌ１ 凸背面部の延長幅
Ｌ２ 凸背面部の歯部での幅
Ｒ 有効摩擦半径

Claims (6)

1. 回転自在に支持されるデフ・ケースと、このデフ・ケース内に自転可能に支持されたピニオン・ギヤと、前記デフ・ケース内に相対回転自在に支持され前記ピニオン・ギヤに噛み合う一対のサイド・ギヤとを備え、
   前記デフ・ケースの内面に、前記ピニオン・ギヤ及びサイド・ギヤの球面状の凸背面部をそれぞれ自転摺動可能に支持する球面状のピニオン・ギヤ凹支持面部及びサイド・ギヤ凹支持面部を形成し、
   前記デフ・ケースのサイド・ギヤ凹支持面部側に摺動する前記サイド・ギヤの凸背面部を前記サイド・ギヤの個々の歯部に形成した、
   ことを特徴とするデファレンシャル装置。
2. 請求項1記載のデファレンシャル装置であって、
   前記デフ・ケースのサイド・ギヤ凹支持面部側と摺動する前記サイド・ギヤの凸背面部の有効摩擦半径を、前記サイド・ギヤの歯部の外径側歯底径及び外径側歯先径の間に設定した、
   ことを特徴とするデファレンシャル装置。
3. 請求項１又は２記載のデファレンシャル装置であって、
   前記デフ・ケースのサイド・ギヤ凹支持面部側と摺動する前記サイド・ギヤの凸背面部は、前記サイド・ギヤの歯部の外径側歯底径の内径側に延設された環状基部を備えた
   ことを特徴とするデファレンシャル装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のデファレンシャル装置であって、
   前記サイド・ギヤの凸背面部は、前記歯部の外径側歯底径から外径側へピッチ円錐線を越えて形成された、
   ことを特徴とするデファレンシャル装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載のデファレンシャル装置であって、
   前記サイド・ギヤに、前記凸背面部よりも内径側に前記サイド・ギヤ凹支持面部との間に空間を周回状に形成する環状凹部を形成した、
   ことを特徴とするデファレンシャル装置。
6. 請求項１〜５の何れかに記載のデファレンシャル装置であって、
   前記デフ・ケースのサイド・ギヤ凹支持面部側と前記サイド・ギヤの凸背面部との間に、球面状のサイド・ワッシャを介設した
   ことを特徴とするデファレンシャル装置。

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