特開 2024-172646 差動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024172646

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】差動装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 48/40 20120101AFI20241205BHJP

   F16H 48/08 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

F16H48/40

F16H48/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023090490

(22)【出願日】2023-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085361

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 治幸

(74)【代理人】

【識別番号】100147669

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 光治郎

(72)【発明者】

【氏名】山内 直樹

【テーマコード（参考）】

3J027

【Ｆターム（参考）】

3J027FB02

3J027HB07

3J027HC08

(57)【要約】

【課題】簡易な構造により溶接部の破損を抑制して高い伝達トルク容量を有する差動装置を提供する。
【解決手段】リングギヤ２０とデフケース３０とが溶接された溶接部６０を有する差動装置１０であって、（ａ）リングギヤ２０及びデフケース３０が嵌合された嵌合部４０と、（ｂ）リングギヤ２０及びデフケース３０の両方に跨るように、嵌合部４０に設けられたキー溝５２と、（ｃ）キー溝５２の内部にリングギヤ２０の周方向に圧入されたキー材５４と、が備えられる。これにより、差動装置１０は、溶接部６０と、キー溝５２及びキー材５４すなわちキー部５０と、でトルク伝達における荷重が分担される。これにより、溶接部６０が分担する荷重が過大となることが抑制されることで溶接部６０の破損が抑制され、差動装置１０は高い伝達トルク容量Ｔcを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リングギヤとデフケースとが溶接された溶接部を有する差動装置であって、
前記リングギヤ及び前記デフケースが嵌合された嵌合部と、
前記嵌合部において前記リングギヤ及び前記デフケースの両方に跨るように設けられたキー溝と、
前記キー溝の内部に前記リングギヤの周方向に圧入されたキー材と、
を備えることを特徴とする差動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

リングギヤとデフケースとが溶接された溶接部を有する差動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

リングギヤの嵌合穴にデフケースの挿入部が圧入（＝しまり嵌め）で嵌合された嵌合部を有し且つその嵌合部が溶接された溶接部を有する、差動装置が知られている。例えば、特許文献１に記載のものがそれである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２０３５５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、何らかの要因でリングギヤに過大なトルクが入力される場合がある。特許文献１に記載の差動装置にそのような過大なトルクが嵌合部の摩擦力を超過して入力されると、差動装置が伝達するトルク（以下、「伝達トルク」と記す。）のうち溶接部が分担する量（＝荷重）が急激に大きくなる。これにより、溶接部が破損すると、差動装置が伝達可能な伝達トルクの最大値である伝達トルク容量が嵌合部の摩擦力に基づいたトルク値以下に制限されてしまうおそれがある。

【0005】

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、簡易な構造により溶接部の破損を抑制して高い伝達トルク容量を有する差動装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の要旨とするところは、リングギヤとデフケースとが溶接された溶接部を有する差動装置であって、（ａ）前記リングギヤ及び前記デフケースが嵌合された嵌合部と、（ｂ）前記嵌合部において前記リングギヤ及び前記デフケースの両方に跨るように設けられたキー溝と、（ｃ）前記キー溝の内部に前記リングギヤの周方向に圧入されたキー材と、を備えることにある。

【発明の効果】

【0007】

本発明の差動装置によれば、（ａ）前記リングギヤ及び前記デフケースが嵌合された嵌合部と、（ｂ）前記嵌合部において前記リングギヤ及び前記デフケースの両方に跨るように設けられたキー溝と、（ｃ）前記キー溝の内部に前記リングギヤの周方向に圧入されたキー材と、が備えられる。これにより、差動装置は、溶接部と、キー溝及びキー材すなわちキー部と、でトルク伝達における荷重が分担される。これにより、溶接部が分担する荷重が過大となることが抑制されることで溶接部の破損が抑制され、差動装置は高い伝達トルク容量を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】差動装置の説明図であって、図１（ａ）は、図１（ｂ）に示す切断線ａ－ａの断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す矢印ｂの方向から見たリングギヤ及びデフケースである。

【図2】本実施例においてキー部が設けられていない場合において、リングギヤの周方向における周方向位置と、溶接部での応力と、の関係を示す図である。

【図3】差動装置において、溶接部及びキー部でのトルク伝達における荷重の分担について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比及び形状等は必ずしも正確に描かれていない。

【実施例0010】

図１は、差動装置１０の説明図であって、図１（ａ）は、図１（ｂ）に示す切断線ａ－ａの断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す矢印ｂの方向から見たリングギヤ２０及びデフケース３０である。なお、図１（ａ）においては、デフケース３０内に設けられているピニオンシャフト及び一対のピニオンは、不図示とされている。また、図１（ａ）に示す後述のキー部５０のうち、上側についてはキー溝５２の内部にキー材５４が嵌め入れられる前の状態であり、下側についてはキー溝５２の内部にキー材５４が嵌め入れられた後の状態である。

【0011】

差動装置１０は、入力された走行用の動力を受けて、不図示の一対のドライブシャフトを介して一対の駆動輪に対し適宜回転速度差を許容しつつ相互に等しい駆動トルクを伝達するディファレンシャルギヤである。差動装置１０は、リングギヤ（＝デフリングギヤ）２０及びデフケース３０を備える。差動装置１０におけるリングギヤ２０及びデフケース３０以外の構成については、周知の構成である。軸線Ｃは、リングギヤ２０及びデフケース３０に共通の回転中心線である。

【0012】

リングギヤ２０の内周部２２には、嵌合穴２２ａが設けられている。リングギヤ２０には、その内周部２２と外周部との間から軸線Ｃ方向の一方側（矢印ｂと同じ方向）に突出した円筒状部２４が設けられている。円筒状部２４の軸線Ｃ方向の一方側とは反対側である他方側は、リングギヤ２０に連結されている。

【0013】

デフケース３０の外周部３２には、円柱状の挿入部３２ａが設けられている。デフケース３０には、その外周部３２にフランジ部３４が設けられている。リングギヤ２０の嵌合穴２２ａには、デフケース３０の挿入部３２ａがとまり嵌めにより嵌合されている。「とまり嵌め」とは、すきま嵌めとしまり嵌めの中間で、公差によって隙間又は締め代ができる嵌合である。リングギヤ２０とデフケース３０とが嵌合されている嵌合穴２２ａ及び挿入部３２ａは、リングギヤ２０及びデフケース３０の嵌合部４０であって、本発明における「嵌合部」に相当する。リングギヤ２０とデフケース３０とが嵌合された状態では、円筒状部２４の先端部とフランジ部３４の先端部とは、互いに対向して近接した位置となっている。なお、圧入の場合に比較して、本実施例ではとまり嵌めのため、円筒状部２４の先端部とフランジ部３４の先端部との位置関係は、これらの寸法の製造誤差に起因した変動が少なく溶接の品質が向上させられる。

【0014】

円筒状部２４の先端部とフランジ部３４の先端部とは、その全周にわたって軸線Ｃ方向の一方から他方（矢印ｂとは反対の方向）に向けて、例えばレーザーによる溶接が施される。これにより、円筒状部２４とフランジ部３４とが溶接された溶接部６０により、リングギヤ２０とデフケース３０との間での相対回転が阻止される。

【0015】

嵌合部４０には、キー部５０が設けられている。キー部５０は、嵌合部４０においてリングギヤ２０とデフケース３０との間での相対回転を阻止する機能を有する。キー部５０は、キー溝５２及びキー材５４を備える。キー溝５２は、嵌合部４０においてリングギヤ２０及びデフケース３０の両方に跨るように、複数（本実施例では４箇所）設けられた溝である。周方向においてキー溝５２が配置される好適な位置については、後述する。キー溝５２は、例えば嵌合部４０において周方向に延びる直方体状の溝である。キー溝５２の内部には、それぞれ周方向にキー材５４が圧入されている。キー材５４は、例えばキー溝５２に嵌め入れ可能な形状であって、周方向に延びる直方体状のものである。キー材５４は、差動装置１０の温度が変化しても周方向における圧入状態が維持されるものである。好適には、キー材５４は、リングギヤ２０及びデフケース３０と同じ熱膨張率の材料であって、熱膨張或いは熱収縮に対して周方向の圧入状態が維持されるものである。

【0016】

図２は、本実施例においてキー部５０が設けられていない場合において、リングギヤ２０の周方向における周方向位置θ［deg］と、溶接部６０での応力Ｆ［N］と、の関係を示す図である。周方向位置θは、図１（ｂ）に示している。

【0017】

図２に示すように、差動装置１０が回転すると、溶接部６０に加わる応力Ｆは、周方向位置θ毎に異なる。これは、デフケース３０には、一対のサイドギヤ等を組み付けるための開口部が部分的に設けられているために、デフケース３０は周方向位置θによって剛性が異なるからである。これにより、例えば図２に示すように、周方向位置θ毎に溶接部６０での応力Ｆが高い箇所と低い箇所とが生じ、例えば周方向位置θが４５［deg］、１３５［deg］、２２５［deg］、３１５［deg］と、９０［deg］の間隔毎に前進トルク及び後進トルクのいずれかで応力Ｆが高くなっている。

【0018】

キー部５０は、例えば図２に示す前進方向及び後進方向における溶接部６０での応力Ｆが高い周方向位置θにそれぞれ設けられている。これにより、差動装置１０でのトルク伝達における荷重は、溶接部６０のみではなく、溶接部６０に加えてキー部５０でも分担される。このような周方向位置θにキー部５０が設けられることにより、図２に示す白抜き矢印のように、溶接部６０での応力Ｆが高い箇所における応力値が低められる。例えば、キー部５０が、軸線Ｃを挟んで対向する位置に設けられることで、差動装置１０の重心が軸線Ｃからずれることが抑制され、差動装置１０の回転中における偏心が抑制される。

【0019】

図３は、差動装置１０において、溶接部６０及びキー部５０でのトルク伝達における荷重の分担について説明する図である。差動装置１０に入力される入力トルクＴin［Nm］が実線で示され、本実施例におけるキー部５０が分担する荷重が破線で示され、比較例における後述の嵌合部１４０が分担する荷重が二点鎖線で示されている。

【0020】

比較例は、本実施例における嵌合部４０の替わりに圧入で嵌合された不図示の嵌合部１４０が設けられ且つキー部５０が設けられていない点が本実施例とは異なる。

【0021】

比較例においては、伝達トルクＴd［Nm］による荷重は、圧入された嵌合部１４０と溶接部６０とで分担される。伝達トルクＴdのうち嵌合部１４０で分担される量を嵌合部伝達トルクＴp［Nm］とし、伝達トルクＴdのうち溶接部６０で分担される量を溶接部伝達トルクＴy［Nm］とする。嵌合部伝達トルクＴp及び溶接部伝達トルクＴyは、見方を換えれば圧入された嵌合部１４０と溶接部６０とにそれぞれ加わる荷重トルクである。溶接部伝達トルクＴyは、入力トルクＴinから嵌合部伝達トルクＴpを減じた残余である。入力トルクＴinの増加に伴って嵌合部伝達トルクＴpは増加するが、嵌合部伝達トルクＴpが最大静摩擦状態（＝嵌合部１４０でのリングギヤ２０とデフケース３０との間の摩擦力が最大静止摩擦力となっている状態）での嵌合部伝達トルクＴpsを超過すると、嵌合部１４０は動摩擦状態（＝嵌合部１４０でのリングギヤ２０とデフケース３０との間の摩擦力が動摩擦力となっている状態）での嵌合部伝達トルクＴpd（＜Ｔps）しか分担できなくなる。これにより、溶接部６０に加わる荷重がそれまでよりも急激に大きくなって溶接部６０が破損すると、伝達トルク容量Ｔc［Nm］が嵌合部１４０の動摩擦状態における嵌合部伝達トルクＴpd以下に制限されてしまうおそれがある。

【0022】

本実施例においては、伝達トルクＴdによる荷重は、キー部５０と溶接部６０とで分担される。なお、嵌合部４０はとまり嵌めのため、嵌合部４０は伝達トルクＴdによる荷重をほとんど分担しない。伝達トルクＴdのうちキー部５０で分担される量をキー部伝達トルクＴk［Nm］とし、伝達トルクＴdのうち溶接部６０で分担される量を溶接部伝達トルクＴyとする。キー部伝達トルクＴk及び溶接部伝達トルクＴyは、見方を換えればキー部５０と溶接部６０とにそれぞれ加わる荷重トルクである。溶接部伝達トルクＴyは、入力トルクＴinからキー部伝達トルクＴkを減じた残余である。入力トルクＴinの増加に伴ってキー部伝達トルクＴkは増加する。なお、キー部５０は、リングギヤ２０とデフケース３０とが周方向に相対回転すること、すなわち滑ることを阻止する。したがって、入力トルクＴinの増加に伴って溶接部伝達トルクＴyは、次第に増加する。本実施例では、比較例のように溶接部６０に加わる荷重が急激に大きくなることが無く、入力トルクＴinが高い領域において、比較例に係る溶接部伝達トルクＴyに比較して、本実施例に係る溶接部伝達トルクＴyが低い。これにより、本実施例は、比較例に比較して溶接部６０が破損しにくく、伝達トルク容量Ｔcが制限されてしまうおそれが低い。

【0023】

本実施例によれば、リングギヤ２０とデフケース３０とが溶接された溶接部６０を有する差動装置１０であって、（ａ）リングギヤ２０及びデフケース３０が嵌合された嵌合部４０と、（ｂ）嵌合部４０においてリングギヤ２０及びデフケース３０の両方に跨るように設けられたキー溝５２と、（ｃ）キー溝５２の内部にリングギヤ２０の周方向に圧入されたキー材５４と、が備えられる。これにより、差動装置１０は、溶接部６０と、キー溝５２及びキー材５４すなわちキー部５０と、でトルク伝達における荷重が分担される。これにより、溶接部６０が分担する荷重が過大となることが抑制されることで溶接部６０の破損が抑制され、差動装置１０は高い伝達トルク容量Ｔcを有する。

【0024】

なお、上述したのは本発明の実施例であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

【0025】

前述の実施例では、キー部５０が４箇所設けられた態様であったが、本発明はこれに限らず、キー部５０が１箇所或いは４箇所以外の複数箇所設けられた態様にも適用される。

【0026】

前述の実施例では、図２に示すように、周方向位置θが４５［deg］、１３５［deg］、２２５［deg］、３１５［deg］と、９０［deg］の間隔毎に前進トルク及び後進トルクのいずれか一方で応力Ｆが高く、これら周方向位置θにキー部５０が設けられた態様であったが、本発明はこの態様に限らない。例えば、本発明は、前進トルク及び後進トルクのいずれか一方で応力Ｆが高くなる周方向位置θからずれてキー部５０が設けられた態様にも適用される。

【0027】

前述の実施例では、溶接部６０は円筒状部２４とフランジ部３４とが溶接された態様であったが、本発明はこれに限らない。溶接部６０は、リングギヤ２０とデフケース３０とが溶接された態様であれば良い。例えば、前述の実施例で円筒状部２４及びフランジ部３４が設けられていない態様において、嵌合部４０が全周にわたって軸線Ｃ方向の一方から他方（矢印ｂとは反対の方向）に向けて、例えばレーザーによる溶接が施された態様であっても良い。

【符号の説明】

【0028】

１０：差動装置、２０：リングギヤ、３０：デフケース、４０：嵌合部、５２：キー溝、５４：キー材、６０：溶接部

【図1】

【図2】

【図3】