JP7219644B2 - デファレンシャル装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるデファレンシャル装置に関する。

自動車等の車両には、左右や前後の駆動輪に動力を分配するデファレンシャル装置が設けられている。また、デファレンシャル装置には差動歯車を収容するデフケースが設けられており、デフケースは軸受によって回転自在に支持されている。なお、デフケース等の回転体を支持する軸受として、テーパーベアリングやボールベアリング等の軸受が開発されている（特許文献１～４参照）。

特開２００４－１０８５７２号公報 特開２０００－２９１６５１号公報 特開２００８－１０６９１４号公報 特開平５－１３８４０７号公報

ところで、デフケースを支持する軸受には大きな荷重が作用することから、軸受に対して十分にオイルを供給することが重要である。このため、デファレンシャル装置のハウジングにはオイルが貯留されており、デフケース等によって掻き上げられたオイルが軸受に供給されている。しかしながら、デフケース等が回転し始める走行開始直後においては、オイルが十分に掻き上げられていないことから、軸受を適切に潤滑することが困難となっていた。

本発明の目的は、デファレンシャル装置の軸受を適切に潤滑することにある。

本発明のデファレンシャル装置は、車両に搭載されるデファレンシャル装置であって、ハウジングに収容され、差動歯車が組み込まれるデフケースと、前記デフケースに取り付けられ、前記デフケースを回転自在に支持する軸受と、を有し、前記軸受は、前記デフケースに取り付けられる内輪と、前記内輪の径方向外方に配置される中間輪と、前記中間輪の径方向外方に配置される外輪と、前記内輪と前記中間輪との間に配置される内側転動体と、前記中間輪と前記外輪との間に配置される外側転動体と、前記内輪の外周部に取り付けられ、前記中間輪に接する係合位置と前記中間輪から離れる解除位置とに回動するスプラグと、を備え、前記スプラグは、前記内輪の低速回転時に前記係合位置に回動し、前記内輪の高速回転時に前記解除位置に回動する。

本発明によれば、軸受を構成する内輪には、中間輪に接する係合位置と中間輪から離れる解除位置とに回動するスプラグが取り付けられる。このスプラグは、内輪の低速回転時に係合位置に回動し、内輪の高速回転時に解除位置に回動する。これにより、軸受を適切に潤滑することができる。

本発明の一実施の形態であるデファレンシャル装置を示す図である。 図１の矢印Ａ方向から軸受の一部を示した図である。 （Ａ）は図２のＡ－Ａ線に沿う断面図であり、（Ｂ）は図２のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。 図１の矢印Ａ方向から軸受の一部を示した図である。 車両停止時のデファレンシャル装置を示す図である。 車両走行時のデファレンシャル装置を示す図である。 デフケースが低速回転する際の軸受を示す図である。 デフケースが高速回転する際の軸受を示す図である。 比較例としてのデファレンシャル装置を示す図である。 車両停止時のデファレンシャル装置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

［デファレンシャル装置］
図１は本発明の一実施の形態であるデファレンシャル装置１０を示す図である。図示するデファレンシャル装置１０は自動車等の車両に搭載される装置であり、このデファレンシャル装置１０によって図示しない左右の車輪が駆動される。

図１に示すように、デファレンシャル装置１０は、モータハウジング１１に収容される電動モータ１２からなるモータ部１３と、ギアハウジング１４に収容される減速ギア列１５，１６および差動機構１７からなる減速部１８と、を有している。減速部１８のギアハウジング１４には、電動モータ１２のロータ２０に連結される中空のモータ軸２１と、モータ軸２１に平行に配置される中間軸２２と、中間軸２２に平行に配置されるデフケース２３と、が収容されている。なお、モータ軸２１の回転中心とデフケース２３の回転中心とは互いに一致している。また、デファレンシャル装置１０の駆動源である電動モータ１２は、ロータ２０と、ロータ２０の径方向外方に配置されるステータ２４と、によって構成されている。

電動モータ１２のロータ２０と差動機構１７のデフケース２３とは、２段の減速ギア列１５，１６を介して連結されている。つまり、モータ軸２１には駆動ギア１５ａが設けられており、中間軸２２には駆動ギア１５ａに噛み合って減速ギア列１５を構成する従動ギア１５ｂが設けられている。また、中間軸２２には駆動ギア１６ａが設けられており、デフケース２３には駆動ギア１６ａに噛み合って減速ギア列１６を構成する従動ギア１６ｂが設けられている。

減速部１８に設けられる差動機構１７は、デフケース２３と、これに収容される複数の差動歯車３０～３２と、を有している。デフケース２３に組み込まれる差動歯車として、デフケース２３と一体に回転するピニオン３０があり、ピニオン３０を介して互いに噛み合う一対のサイドギア３１，３２がある。一方のサイドギア３１には出力軸３３およびジョイント３４を介してドライブ軸３５が連結されており、このドライブ軸３５には図示しない車輪が連結される。同様に、他方のサイドギア３２には出力軸３６およびジョイント３７を介してドライブ軸３８が連結されており、このドライブ軸３８には図示しない車輪が連結される。なお、差動機構１７から延びる出力軸３６は、電動モータ１２の中央を貫通するように中空のモータ軸２１内に配置されている。

［デフケース支持構造］
図１に示すように、ギアハウジング１４に収容されるデフケース２３は、一対の軸受４０，６０によって回転自在に支持されている。つまり、出力軸３３が貫通するデフケース２３の中空軸部２３ａには軸受４０の内輪４１が取り付けられており、ギアハウジング１４の環状凹部１４ａには軸受４０の外輪４２が取り付けられている。また、出力軸３６が貫通するデフケース２３の中空軸部２３ｂには軸受６０の内輪４１が取り付けられており、ギアハウジング１４の環状凹部１４ｂには軸受６０の外輪４２が取り付けられている。

ここで、図２は図１の矢印Ａ方向から軸受４０の一部を示した図である。図３（Ａ）は図２のＡ－Ａ線に沿う断面図であり、図３（Ｂ）は図２のＢ－Ｂ線に沿う断面図である。なお、図２においては、中間輪４３の一部が切り欠かれて図示されており、図２および図３においては、内側ローラ４４や外側ローラ４５を保持する保持器が省略して図示されている。また、以下の説明では、軸受４０の構造について説明するが、軸受４０，６０の構造は互いに同一であることから、軸受６０の構造についてはその説明を省略する。

図２および図３（Ａ）に示すように、軸受４０は、デフケース２３に取り付けられる内輪４１と、内輪４１の径方向外方に配置される中間輪４３と、中間輪４３の径方向外方に配置される外輪４２と、を有している。また、軸受４０は、内輪４１と中間輪４３との間に配置される複数の内側ローラ（内側転動体）４４と、中間輪４３と外輪４２との間に配置される複数の外側ローラ（外側転動体）４５と、を有している。軸受４０を構成する内側ローラ４４および外側ローラ４５は、その外周面が円錐面によって構成される円錐ころである。

図２および図３（Ｂ）に示すように、内輪４１の外周部４１ｏには、複数のスプラグ４６が周方向に所定間隔で取り付けられている。内輪４１の外周部４１ｏには支持壁４７が設けられており、この支持壁４７にはピン部材４８を介してスプラグ４６が支持されている。つまり、内輪４１の外周部４１ｏには、複数のスプラグ４６が回動自在に取り付けられている。図２の拡大部分に示すように、スプラグ４６の一端側には係合部（先端部）４９が設けられており、スプラグ４６の他端側にはマス部５０が設けられている。このように、スプラグ４６に対してマス部５０を設けることにより、スプラグ４６の重心はピン部材４８つまり回動中心Ｃｓよりもマス部５０側に位置している。

また、内輪４１の外周部４１ｏとスプラグ４６のマス部５０との間にはスプリング５１が設けられており、スプリング５１のバネ力によってマス部５０は内輪４１に引き付けられている。つまり、ピン部材４８を中心に回動するスプラグ４６は、図２に矢印ａ１で示すように、バネ力によってマス部５０が引き付けられるため、矢印ｂ１で示すように、先端の係合部４９は中間輪４３の内周面４３ｉに押し付けられている。このように、図２には、スプラグ４６が係合位置に回動した状態、つまりスプラグ４６の係合部４９が中間輪４３に接することにより、内輪４１と中間輪４３とが互いに連結された状態が示されている。

また、スプリング５１によって係合位置に付勢されるスプラグ４６は、内輪４１の回転速度が上昇してマス部５０に作用する遠心力が増大すると、係合部４９を中間輪４３から離す解除位置に向けて回動する。ここで、図４は図１の矢印Ａ方向から軸受４０の一部を示した図であり、図４にはデフケース２３と共に内輪４１が高速回転した状況が示されている。

図４に矢印ｃ１で示すように、デフケース２３と共に回転する内輪４１の回転速度が上昇すると、スプラグ４６のマス部５０に作用する遠心力が増大する。そして、内輪４１の回転速度が上昇して遠心力が所定値を上回ると、矢印ａ２で示すように、遠心力によってスプラグ４６のマス部５０が中間輪４３に向けて移動するため、矢印ｂ２で示すように、スプラグ４６の係合部４９は中間輪４３の内周面４３ｉから離れる方向に移動する。このように、図４には、スプラグ４６が解除位置に回動した状態、つまりスプラグ４６の係合部４９が中間輪４３から離れることにより、内輪４１と中間輪４３とが互いに切り離された状態が示されている。

すなわち、図２に示すように、デフケース２３が低速回転している場合には、スプラグ４６のマス部５０に作用する遠心力が小さいことから、マス部５０に作用するバネ力によってスプラグ４６が係合位置に回動する。これにより、内輪４１と中間輪４３とは互いに連結されるため、内輪４１と中間輪４３とは一体に回転することになる。一方、図４に示すように、デフケース２３が高速回転している場合には、スプラグ４６のマス部５０に作用する遠心力が大きいことから、マス部５０に作用する遠心力によってスプラグ４６が解除位置に回動する。これにより、内輪４１と中間輪４３とは互いに切り離されるため、内輪４１と中間輪４３とは別個に回転することになる。

また、図４に示すように、スプラグ４６の係合部４９は、車両の前進走行時の回転方向（矢印ｃ１方向）において、スプラグ４６のピン部材４８つまり回動中心Ｃｓよりも後方に位置している。これにより、内輪４１からスプラグ４６を介して中間輪４３に回転力を伝達する際に、中間輪４３に対してスプラグ４６が強固に噛み込んでしまうことがなく、スプラグ４６を適切に係合位置から解除位置に回動させることができる。

［オイルレベル］
続いて、デファレンシャル装置１０のオイルレベルについて説明する。図５は車両停止時のデファレンシャル装置１０を示す図であり、図６は車両走行時のデファレンシャル装置１０を示す図である。図５に示すように、デファレンシャル装置１０は、モータハウジング１１およびギアハウジング１４によって構成されるハウジング７０を有している。ハウジング７０の下部には潤滑用のオイルＸが貯留されており、このオイルＸを減速ギア列１５，１６等によって掻き上げることで各摺動部が潤滑されている。

ここで、ハウジング７０内の油面高さであるオイルレベルＯＬ１は、軸受４０，６０を構成する外側ローラ４５の一部が溜まったオイルＸに触れる位置に設定されている。つまり、軸受４０，６０を構成する外輪４２の内周面４２ｉの下端４２ｘは、ハウジング７０内のオイルレベルＯＬ１よりも下方に位置している。また、ハウジング７０内のオイルレベルＯＬ１は、軸受４０，６０を構成する内側ローラ４４が溜まったオイルＸに触れない位置に設定されている。つまり、軸受４０，６０を構成する中間輪４３の内周面４３ｉの下端４３ｘは、ハウジング７０内のオイルレベルＯＬ１よりも上方に位置している。さらに、ハウジング７０内のオイルレベルＯＬ１は、電動モータ１２のロータ２０が溜まったオイルＸに触れない位置に設定されている。つまり、電動モータ１２が備えるロータ２０の下端２０ｘは、ハウジング７０内のオイルレベルＯＬ１よりも上方に位置している。

図６に示すように、デファレンシャル装置１０が作動する車両走行時においては、電動モータ１２によって減速ギア列１５，１６およびデフケース２３が回転駆動される。これにより、図６に矢印Ｘ１で示すように、減速ギア列１５，１６等によってオイルＸが上方に掻き上げられ、ギアハウジング１４内の各摺動部に対して飛散したオイルＸが供給される。また、減速ギア列１５，１６等によって掻き上げられたオイルＸの一部は、矢印Ｘ２，Ｘ３で示すように、モータハウジング１１側のキャッチタンク７１に供給され、キャッチタンク７１から軸受７２，７３等に供給される。

なお、電動モータ１２が駆動される車両走行時には、オイルＸが上方に掻き上げられるため、ハウジング７０の下部に溜まるオイルＸは一時的に減少する。つまり、デファレンシャル装置１０が停止する車両停止時のオイルレベルＯＬ１に比べて、デファレンシャル装置１０が作動する車両走行時のオイルレベルＯＬ２は低下することになる。

［軸受の作動状況］
以下、デフケース２３を支持する軸受４０，６０の作動状況について説明する。図７はデフケース２３が低速回転する際の軸受４０，６０を示す図であり、図８はデフケース２３が高速回転する際の軸受４０，６０を示す図である。

図７に示すように、デフケース２３が低速で回転する場合、つまり内輪４１が低速で回転する場合には、スプラグ４６が係合位置に回動しているため、内輪４１と中間輪４３とは一体に回転する。このため、軸受４０，６０の回転状況としては、ハッチングを付した外側ローラ４５が自転しながら公転し、内輪４１および中間輪４３が回転して外輪４２が停止する状況である。

ここで、前述したように、車両停止時におけるハウジング７０内のオイルレベルＯＬ１は、外側ローラ４５の一部が溜まったオイルＸに触れるように設定される。つまり、軸受４０，６０を構成する外輪４２の内周面４２ｉの下端４２ｘは、ハウジング７０内のオイルレベルＯＬ１よりも下方に位置している。これにより、自転する外側ローラ４５にオイルＸを供給することができ、軸受４０，６０を適切に潤滑することができる。デフケース２３を支持する軸受４０，６０、つまり大きな荷重が作用する軸受４０，６０を適切に潤滑するためには、回転開始直後から外側ローラ４５に対して十分にオイルＸを供給する必要があるが、下方の外側ローラ４５はオイルＸに浸かった状態であることから、軸受４０，６０を適切に潤滑することが可能である。

続いて、図８に示すように、デフケース２３が高速で回転する場合、つまり内輪４１が高速で回転する場合には、スプラグ４６が解除位置に回動することから、内輪４１と中間輪４３とは互いに切り離され、内側ローラ４４の自転が許容される。この場合には、内側ローラ４４および外側ローラ４５の自転が共に許容されることになるが、外側ローラ４５よりも内側ローラ４４の回転抵抗が小さいことから、自転していた外側ローラ４５が停止して内側ローラ４４が自転することになる。

すなわち、図８に示すように、軸受４０，６０の回転状況としては、ハッチングを付した内側ローラ４４が自転しながら公転し、内輪４１が回転して中間輪４３および外輪４２が停止する状況である。ここで、前述したように、車両走行時においては、減速ギア列１５，１６等によってオイルＸが掻き上げられるため、自転する内側ローラ４４に対して十分にオイルＸを供給することができ、軸受４０，６０を適切に潤滑することができる。

ここで、図９は比較例としてのデファレンシャル装置１００を示す図である。図９に示すように、デファレンシャル装置１００は、一対の軸受１０１，１０２によって支持されるデフケース２３を有している。デフケース２３を支持する軸受１０１，１０２は、内輪１０３、外輪１０４およびローラ１０５によって構成されている。これらの軸受１０１，１０２を適切に潤滑するためには、回転開始からローラ１０５にオイルを供給する必要があるため、ハウジング７０内のオイルレベルαを高く設定する必要がある。このことは、ハウジング７０内に注入するオイル量を大幅に増加させる要因であるため、デファレンシャル装置１００の重量増加を招くだけでなく、ロータ２０、デフケース２３および減速ギア列１５，１６等の回転抵抗を増加させる要因であった。

これに対し、デファレンシャル装置１０においては、デフケース２３を支持する軸受４０，６０が、内輪４１、内側ローラ４４、スプラグ４６、中間輪４３、外側ローラ４５および外輪４２によって構成される。これにより、図５に示すように、回転する軸受４０，６０を適切に潤滑しつつ、ハウジング７０内のオイルレベルＯＬ１を低く設定することができ、ハウジング７０内に注入するオイル量を大幅に減少させることができる。延いては、デファレンシャル装置１０の重量を低減することができ、ロータ２０、デフケース２３および減速ギア列１５，１６等の回転抵抗を低下させることができる。

すなわち、デフケース２３と共に内輪４１が低速回転する場合には、スプラグ４６が係合位置に回動して内輪４１と中間輪４３とを連結するため、外側ローラ４５が自転しながら公転し、内輪４１および中間輪４３が回転して外輪４２が停止する。このように、オイルＸの掻き上げ量が少ない低速回転時においては、内側ローラ４４に対するオイル供給が不要になることから、ハウジング７０内のオイルレベルＯＬ１を低下させることができ、ハウジング７０内に注入するオイル量を削減することができる。

一方、デフケース２３と共に内輪４１が高速回転する場合には、スプラグ４６が解除位置に回動して内輪４１と中間輪４３とが分離されるため、内側ローラ４４が自転しながら公転し、内輪４１が回転して中間輪４３および外輪４２が停止する。このように、オイルＸの掻き上げ量が多い高速回転時には、内側ローラ４４にオイルＸを供給しつつ内側ローラ４４を自転させている。これにより、高速回転時には中間輪４３の回転を停止させることができ、高速回転時における軸受４０，６０の回転抵抗を低減することができる。

［オイルレベルの他の例］
図５に示した例では、デファレンシャル装置１０の停止状態において、ハウジング７０内のオイルレベルＯＬ１を、電動モータ１２のロータ２０が溜まったオイルＸに触れない位置に設定しているが、これに限られることはない。

ここで、図１０は車両停止時のデファレンシャル装置１０を示す図である。図１０に示すように、デファレンシャル装置１０の停止状態において、ハウジング７０内のオイルレベルＯＬ３を、電動モータ１２のロータ２０が溜まったオイルＸに触れる位置に設定しても良い。この場合であっても、デファレンシャル装置１０が作動する車両走行時においては、減速ギア列１５，１６等によってオイルＸが上方に掻き上げられるため、ロータ２０の下端２０ｘよりもオイルレベルＯＬ４を下げることができる。すなわち、車両走行時にはロータ２０によるオイルの撹拌を回避することができるため、ロータ２０等の回転抵抗を低下させることができる。

本発明は前記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変更可能であることはいうまでもない。前述の説明では、左右の車輪に動力を分配するデファレンシャル装置１０、つまりフロントデファレンシャル装置やリアデファレンシャル装置に本発明を適用しているが、これに限られることはなく、前後の車輪に動力を分配するセンターデファレンシャル装置に本発明を適用しても良い。また、前述の説明では、デファレンシャル装置１０に電動モータ１２を組み込んでいるが、これに限られることはなく、デファレンシャル装置１０から電動モータ１２を削減しても良い。

前述の説明では、デフケース２３を支持する軸受４０，６０の双方が、内輪４１、内側ローラ４４、スプラグ４６、中間輪４３、外側ローラ４５および外輪４２によって構成されているが、これに限られることはない。例えば、デフケース２３を支持する軸受４０，６０の一方を、内輪４１、内側ローラ４４、スプラグ４６、中間輪４３、外側ローラ４５および外輪４２によって構成しても良い。また、前述の説明では、内側転動体や外側転動体として円錐ころを用いているが、これに限られることはなく、内側転動体や外側転動体として玉を用いても良い。また、前述の説明では、内輪回転時にスプラグ４６に作用する遠心力によって、スプラグ４６を係合位置から解除位置に回動させているが、これに限られることはなく、例えば、アクチュエータを用いてスプラグ４６を係合位置と解除位置とに回動させても良い。

１０ デファレンシャル装置
１２ 電動モータ
２０ ロータ
２０ｘ 下端
２３ デフケース
３０ ピニオン（差動歯車）
３１ サイドギア（差動歯車）
３２ サイドギア（差動歯車）
４０ 軸受
４１ 内輪
４１ｏ 外周部
４２ 外輪
４２ｉ 内周面
４２ｘ 下端
４３ 中間輪
４３ｉ 内周面
４３ｘ 下端
４４ 内側ローラ（内側転動体，円錐ころ）
４５ 外側ローラ（外側転動体，円錐ころ）
４６ スプラグ
４９ 係合部（先端部）
６０ 軸受
７０ ハウジング
ＯＬ１ オイルレベル
Ｃｓ 回動中心

Claims (8)

1. 車両に搭載されるデファレンシャル装置であって、
   ハウジングに収容され、差動歯車が組み込まれるデフケースと、
   前記デフケースに取り付けられ、前記デフケースを回転自在に支持する軸受と、
   を有し、
   前記軸受は、
   前記デフケースに取り付けられる内輪と、
   前記内輪の径方向外方に配置される中間輪と、
   前記中間輪の径方向外方に配置される外輪と、
   前記内輪と前記中間輪との間に配置される内側転動体と、
   前記中間輪と前記外輪との間に配置される外側転動体と、
   前記内輪の外周部に取り付けられ、前記中間輪に接する係合位置と前記中間輪から離れる解除位置とに回動するスプラグと、
   を備え、
   前記スプラグは、前記内輪の低速回転時に前記係合位置に回動し、前記内輪の高速回転時に前記解除位置に回動する、
   デファレンシャル装置。
2. 請求項１に記載のデファレンシャル装置において、
   前記スプラグは、内輪回転時の遠心力によって前記解除位置に回動する、
   デファレンシャル装置。
3. 請求項１または２に記載のデファレンシャル装置において、
   前記外輪の内周面の下端は、前記ハウジング内のオイルレベルよりも下方に位置する、
   デファレンシャル装置。
4. 請求項１～３の何れか１項に記載のデファレンシャル装置において、
   前記中間輪の内周面の下端は、前記ハウジング内のオイルレベルよりも上方に位置する、
   デファレンシャル装置。
5. 請求項１～４の何れか１項に記載のデファレンシャル装置において、
   前記デフケースを駆動する電動モータ、を有し、
   前記電動モータが備えるロータの下端は、前記ハウジング内のオイルレベルよりも上方に位置する、
   デファレンシャル装置。
6. 請求項１～５の何れか１項に記載のデファレンシャル装置において、
   前記中間輪に接する前記スプラグの先端部は、前進走行時の回転方向において前記スプラグの回動中心よりも後方に位置する、
   デファレンシャル装置。
7. 請求項１～６の何れか１項に記載のデファレンシャル装置において、
   前記内側転動体は、円錐ころである、
   デファレンシャル装置。
8. 請求項１～７の何れか１項に記載のデファレンシャル装置において、
   前記外側転動体は、円錐ころである、
   デファレンシャル装置。

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