特許 7364785 デファレンシャル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-10

(45)【発行日】2023-10-18

(54)【発明の名称】デファレンシャル装置

(51)【国際特許分類】

   F16H 48/20 20120101AFI20231011BHJP

【ＦＩ】

F16H48/20

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022509841

(86)(22)【出願日】2020-03-24

(86)【国際出願番号】 JP2020013051

(87)【国際公開番号】W WO2021192048

(87)【国際公開日】2021-09-30

【審査請求日】2022-05-30

(73)【特許権者】

【識別番号】517175611

【氏名又は名称】ジーケーエヌ オートモーティブ リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】廣田 功

(72)【発明者】

【氏名】川合 陽輔

【審査官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１２４２６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｈ ４８／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の車軸の間で差動を許容するデファレンシャル装置であって、
軸の周りに互いに反対の第１の方向と第２の方向との何れにも回転可能なサイドギアと、前記差動を許容するように前記サイドギアに噛み合ったピニオンギアと、を備えたデファレンシャルギア組と、
前記サイドギアに係合して前記サイドギアと前記車軸とを駆動的に連結する出力部材であって、クラッチ面を備えた出力部材と、
前記デファレンシャル組を支持するケーシングであって、前記クラッチ面に面して前記クラッチ面との組み合わせが前記差動を制限する摩擦クラッチを構成する摩擦面を備えたケーシングと、
前記第１の方向のトルクを前記軸の方向の第１のスラスト力に変換する第１のカム面と、前記第２の方向のトルクを前記軸の方向の第２のスラスト力に変換する第２のカム面と、を備え、前記第１のスラスト力および前記第２のスラスト力が前記クラッチ面を前記摩擦面へ押圧して前記摩擦クラッチを作動させるべく構成されたカムであって、前記第１のスラスト力と前記第２のスラスト力の何れも前記サイドギアの前記ピニオンギアに対する噛み合い反力を超えるべく前記第１のカム面および前記第２のカム面がそれぞれ寸法づけられたカムと、
を備えたデファレンシャル装置。

【請求項2】

請求項１のデファレンシャル装置であって、前記第１のカム面は前記軸の方向に対して第１の角（θ１）を成し、前記第２のカム面は前記軸の方向に対して前記第１の角（θ１）とは異なる第２の角（θ２）を成す、デファレンシャル装置。

【請求項3】

請求項２のデファレンシャル装置であって、前記第１の角（θ１）と前記第２の角（θ２）とは、不等式θ１＞θ２を満足する、デファレンシャル装置。

【請求項4】

請求項１のデファレンシャル装置であって、前記出力部材は、前記車軸と結合する内面を有するハブと、前記ハブから径方向に外方に展開し、その外周に前記クラッチ面を有するフランジ部と、を備え、前記フランジ部の一方の面は前記サイドギアを受容するべく寸法づけられている、デファレンシャル装置。

【請求項5】

請求項１のデファレンシャル装置であって、前記出力部材は前記サイドギアと係合するためのラグを備え、前記サイドギアは前記ラグを受容するソケットを備え、前記ラグと前記ソケットとが当接する面は前記第１のカム面および前記第２のカム面を構成する、デファレンシャル装置。

【請求項6】

前記サイドギアと摺動して前記カムが及ぼすスラスト反力を負担するブロック、
をさらに備えた請求項１のデファレンシャル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

以下の開示はデファレンシャル装置に関し、特に前進と後退の何れの方向にもジャダーや騒音の少ないデファレンシャル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車において、左右の車軸は必ずしも等速で回転するわけではないので、その間の差動を許容する必要がある。両車軸の間で差動を許容するために、デファレンシャル装置が利用される。両車輪がトラクションを確保しているときにはデファレンシャル装置は有効にトルクを両車軸に伝達できるが、一方の車輪がトラクションを失ったときに他方の差動が可能なままでは、何れの車軸にもトルクが伝達されなくなってしまう。かかる事態を避けるための一手段は、いわゆるリミテッドスリップデフ（ＬＳＤ）である。ＬＳＤは例えばトルクに感応して作動する摩擦クラッチを備え、摩擦クラッチは差動を制限するように働く（トルク感応型ＬＳＤ）。

【0003】

トルク感応型ＬＳＤには種々の形式があり、プラネタリギアの歯面抵抗をクラッチへの押圧力として利用するプラネタリギア式、多板クラッチを摩擦クラッチに利用する多板クラッチ式、コーンクラッチを利用するコーンクラッチ式等が例示できる。プラネタリギア式や多板クラッチ式は比較的に大きな差動制限力を発揮しやすいが、装置が大きくなりやすい欠点を有する。

【0004】

特許文献１は、コンパクトなコーンクラッチ式ＬＳＤの技術を開示する。開示によれば、大きな押圧力を得るためにカム機構が利用されている。すなわち車両が進行する向き（ドライブ方向）にデファレンシャル装置が回転しているときに、カム機構はトルクを部分的にスラスト力に変換し、かかるスラスト力がコーンクラッチを押圧し、以って差動を制限する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】日本国特許出願公開２０１９－４９３４５号

【発明の概要】

【0006】

特許文献１には明瞭に記載されていないが、車両が後退する向き（コースト方向）にも差動制限をすることが可能である。ところが本発明者らが更に検討したところによれば、コースト方向では僅かながら所謂ジャダーと呼ばれる現象が生じ、運転者は不快感を覚えかねないことが明らかとなった。

【0007】

以下の開示はこのような問題と観察とに鑑みてなされたものである。一局面によれば、一対の車軸の間で差動を許容するデファレンシャル装置は、軸の周りに互いに反対の第１の方向と第２の方向との何れにも回転可能なサイドギアと、前記差動を許容するように前記サイドギアに噛み合ったピニオンギアと、を備えたデファレンシャルギア組と、前記サイドギアに係合して前記サイドギアと前記車軸とを駆動的に連結する出力部材であって、クラッチ面を備えた出力部材と、前記デファレンシャル組を支持するケーシングであって、前記クラッチ面に面して前記クラッチ面との組み合わせが前記差動を制限する摩擦クラッチを構成する摩擦面を備えたケーシングと、前記第１の方向のトルクを前記軸の方向の第１のスラスト力に変換する第１のカム面と、前記第２の方向のトルクを前記軸の方向の第２のスラスト力に変換する第２のカム面と、を備え、前記第１のスラスト力および前記第２のスラスト力が前記クラッチ面を前記摩擦面へ押圧して前記摩擦クラッチを作動させるべく構成されたカムであって、前記第１のスラスト力と前記第２のスラスト力の何れも前記サイドギアの前記ピニオンギアに対する噛み合い反力を超えるべく前記第１のカム面および前記第２のカム面がそれぞれ寸法づけられたカムと、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、デファレンシャル装置の立面断面図である。

【図2】図２は、出力部材とサイドギアとを取り出した分解斜視図である。

【図3】図３は、出力部材においてサイドギアに対向する面を見せる斜視図である。

【図4】図４は、デファレンシャル装置の平面断面図であって、図１のＩＶ－ＩＶ線から取られた図である。

【図5】図５は、図４の部分拡大図であって、特にカムを見せる部分平面断面図である。

【図6】図６は、噛み合ったピニオンとサイドギアとの関係を表す部分平面断面図であって、図１のＶＩ－ＶＩ線に対応する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

添付の図面を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。以下の説明および請求の範囲を通じて、特段の説明がなければ、軸はデファレンシャル装置の回転軸の意味であり、また軸方向はこれに平行な方向であり径方向はこれに直交する方向を意味する。

【0010】

例えば図１を参照するに、本実施形態によるデファレンシャル装置は、一例として、軸Ｃの周りのトルクを、差動を許容しながら一対の（通常、右および左の）車軸に出力する用途に利用できる。あるいは前後を連絡するプロペラシャフトに介在して前後の駆動輪へトルクを分配する用途に利用できるし、もちろんトルクの伝達を仲介する他の種々の用途にも利用できる。以下の説明は車軸にトルクを分配する例に関するが、これは説明の便宜に過ぎない。

【0011】

デファレンシャル装置は、概して、トルクを受容して軸Ｃの周りに回転するケーシング１と、ケーシング１に駆動的に結合して差動を許容しながらトルクを伝達するデファレンシャルギア組３と、伝達されたトルクをそれぞれ車軸に出力する出力部材５と、トルクを部分的にスラスト力に変換するカム７と、スラスト力を利用して差動を制限する摩擦クラッチ９と、よりなる。

【0012】

ケーシング１は概して円筒形であり、その両端から突出したボス部により回転可能に支持される。ケーシング１は、円筒部の外周から径方向に突出したフランジを備えることができ、ここに結合したリングギアを介してトルクを受容することができる。ただし支持およびトルクの受容は、必ずしもかかる構成によらなくてもよい。

【0013】

またケーシング１は、内部の部材の搬入の便宜のために複数に分割することができる２ピース形式であってもよく、あるいは１ピース形式であってもよい。１ピース形式の場合には、図４に示すごとくその側面に一以上の開口３７を備えることができ、かかる開口３７を通ってデファレンシャルギア組３や出力部材５が搬入される。ケーシング１の内面は、出力部材５に面するように、摩擦面３１を備える。詳しくは後述するが、摩擦面３１は摩擦クラッチ９を構成する要素である。

【0014】

再び図１を参照するに、デファレンシャルギア組３は、一対の車軸に対応して一対のサイドギア１３を備える。デファレンシャルギア組３は、また、ケーシング１と駆動的に結合するピニオンシャフト３３と、シャフト３３に回転可能に支持された複数のピニオンギア１１とを備える。ピニオンギア１１がそれぞれサイドギア１３に噛合することにより、トルクが一対のサイドギア１３へ差動を許容しながら伝達される。

【0015】

デファレンシャルギア組３は、図示のごとくピニオンギアおよびサイドギアのギア歯がそれぞれ傾いた、いわゆるベベルギア式にすることができるが、あるいは図示しないフェースギア式であってもよい。ベベルギア式またはフェースギア式は以下の開示を容易に実現できるが、あるいは可能ならば他の形式を採用することができる。

【0016】

図１，４に組み合わせて図２を参照するに、いずれにせよ、サイドギア１３は直接に車軸に結合していてもよいが、一般的なデファレンシャルギアとは異なり、直接に結合せずにそれぞれ車軸から隔離されていてもよい。サイドギア１３と車軸とを駆動的に仲介するのは、サイドギア１３と一体または別体の出力部材５である。

【0017】

図２に組み合わせて図３を参照するに、各出力部材５は、概して、ハブ２３と、ハブ２３から径方向に外方に展開するフランジ部２５と、よりなる。各ハブ２３の外周面には対応するサイドギア１３が嵌合し、内面には対応する車軸が結合する。車軸との結合のために、内面は例えばスプラインを備えるが、結合は必ずしもスプラインによらなくてもよい。

【0018】

詳しくは後述するが、別体の場合にはサイドギア１３と出力部材５とはそれぞれ互いに噛み合ってトルク伝達可能な構造を備える。すなわち、一体と別体の何れの場合においても、サイドギア１３が出力するトルクは出力部材５を介して車軸へ伝達される。

【0019】

図２，３に組み合わせて主に図１を参照するに、フランジ部２５の外周は摩擦面３１に面したコーン面２７であって、かかるコーン面２７が摩擦面３１に当接して摩擦クラッチ９を構成する。コーン面２７と摩擦面３１は、例えば軸方向に外方に向かって細くなる円錐面にすることができ、これは所謂コーンクラッチの形式である。あるいは円錐面に代わり、他の適宜の回転対称形であってもよい。これらの形態は、摩擦クラッチ９の制動力を押圧力に応じて制御することを可能にする。

【0020】

またコーン面２７と摩擦面３１との間には適宜のフリクションリング２９が介在していてもよく、フリクションリング２９の内面がコーン面２７に適合した円錐面をなしていてもよい。この場合にはコーン面２７はフリクションリング２９を介してケーシング１の摩擦面３１に当接する。フリクションリング２９は、ケーシング１に対して回転可能であってもよいが、例えば係合部を備えてケーシング１に対して回り止めされていてもよい。

【0021】

上述の説明は専らコーン面をクラッチ面とするコーンクラッチに関するが、これは説明の便宜に過ぎず、コーンクラッチに代えて、出力部材５とケーシング１との組み合わせはディスククラッチやドラムクラッチ等の他の形態のクラッチを構成してもよい。またいうまでもなく、多板クラッチであってもよい。

【0022】

主に図２を参照するに、サイドギア１３は例えば軸方向に外方に向いて開いた窪みであるソケット１９を備える。図２に代わって図３を参照するに、ソケット１９に対応して、出力部材５はそれぞれラグ２１を備える。ラグ２１はそれぞれソケット１９に嵌り込むように配置され寸法づけられており、以って出力部材５はそれぞれサイドギア１３と互いに噛み合ってトルクを伝達する。

【0023】

ソケットとラグの関係は上述の説明とは反対であってもよく、サイドギアがラグを備え、出力部材がソケットを備えてもよい。あるいは他の適宜の構造であって互いに噛み合ってトルクを伝達するものであってよい。

【0024】

ソケット１９は、必ずしもこれに限られないが、図２に最もよく示されているごとく、外周面に嵌合する内面に沿って形成されていてもよい。これに対応してラグ２１は、図３に最もよく示されているごとく、それぞれハブ２３から径方向外方に突出した突起にすることができる。このような構造は加工に便利であるし、また特に強度および剛性を高めるのに役立つ。

【0025】

このようにすると、出力部材においてラグよりも径方向に外側の広い面（図３において符号５Ａ）は、サイドギアにおいてソケットよりも径方向に外側の広い面（図２において符号１３Ａ）を支持するために利用することができる。またかかる面５Ａは出力部材５において内方に沈んだ凹所とすることができ、図１より理解される通り、サイドギア１３の底部を収納することができる。言うまでもなく、かかる構造は他方のサイドギア１３と出力部材５にも適用することができる。

【0026】

かかる構造は、サイドギアと出力部材との組み合わせの寸法を軸方向に圧縮するのに役立つ。またかかる組み合わせの外形は従来のサイドギアの外形と一致するので、部品の互換性の点で有利である。

【0027】

図２，３に組み合わせて図４，５を参照するに、ラグ２１の側面２１Ａ，２１Ｂは、サイドギア１３の方向に、すなわち軸方向に内方に、テーパとなっていてもよい。あるいはこれに代えて、または加えて、ソケット１９の側面１９Ａ，１９Ｂも、出力部材５の方向に、すなわち軸方向に外方に、広がっていてもよい。側面２１Ａ，２１Ｂと１９Ａ，１９Ｂとの何れか、または両方が軸Ｃの方向に対して傾き、それゆえ互いに当接する側面１９Ａ，２１Ａの組み合わせおよび側面１９Ｂ，２１Ｂの組み合わせは、ラグ２１のソケット１９に対する摺動を案内するカム面１９，２１を規定する。これらの図では、互いに当接する側面の両方が平面的に描かれているが、一方のみが平面であって他方は曲面であってもよい。

【0028】

カム面１５，１７が軸Ｃの方向に対して傾いていることにより、ソケット１９とラグ２１との組み合わせは、トルクが作用したときにそのトルクを部分的にスラスト力に変換するカム７として働く。かかるスラスト力は出力部材５を軸方向に外方に押圧して摩擦クラッチ９を作動させる。

【0029】

カム７が発生するスラスト力は、以下の式により見積ることができる。

【0030】

【数1】

【0031】

ここでＴはデファレンシャル装置に入力されるトルクであり、θはカム面の軸Ｃに対する角度であり、Ｒｃはカムの作用半径である。式（１）より理解される通り、カム面の角度が大きいほど、またカムの作用半径が小さいほど、大きなスラスト力が得られる。

【0032】

上述の説明より理解される通り、カム面１５，１７を何れも軸Ｃの方向に対して傾ければ、ドライブ方向とコースト方向との両方について、差動制限性能を発揮し得る。そこで本実施形態においては、カム面１５，１７が軸Ｃの方向となす角をそれぞれθ１，θ２としたときに、図４，５より明らかな通り、θ１，θ２の何れも０より大である。すなわちカム７は、ドライブ方向の回転Ｒ１に対してスラスト力ｆ１を発生するのみならず、コースト方向の回転Ｒ２に対してもスラスト力ｆ２を発生する。

【0033】

スラスト力ｆ１，ｆ２は、何れも、出力部材５を軸方向に外方に押圧して摩擦クラッチ９を作動させる。摩擦クラッチ９はトルク感応的に作動するので、デファレンシャル装置はトルク感応型ＬＳＤとして機能する。

【0034】

スラスト力ｆ１，ｆ２は互いに等しくてもよく、あるいは異なっていてもよい。式（１）より理解される通り、θ１とθ２とをそれぞれ適宜に調整することにより、スラスト力ｆ１，ｆ２を独立に調整することができる。例えばドライブ方向に比べてコースト方向には大きな差動制限力は必要ないので、ｆ１＞ｆ２にすることができ、この場合にθ１＞θ２にすることができる。もちろんカム面の傾きによるのに代えて、あるいは加えて、作用半径により調整してもよい。

【0035】

サイドギア１３と出力部材５との間には、皿バネのごとき弾発体を付加することができる。あるいは弾発体は他の適宜の部位に介在していてもよい。かかる弾発体は、カムの作動に関わらず、常時、コーン面２７を摩擦面３１に押し付け、イニシャルトルクを発生する。これはカム７の初動の遅れに伴う差動制限の遅れの対策になりうる。

【0036】

一方、図５に組み合わせて図６を参照するに、サイドギア１３の歯面とピニオンギア１１の歯面とは、ピッチ円Ｐ上において接し、これらの歯面の共通法線ＴＬは、半径線Ｒに対して圧力角ａを成す。かかる圧力角ａに応じて、サイドギア１３には軸方向に外方に噛み合い反力ｆＧが生じる。噛み合い反力ｆＧは、以下の式により見積ることができる。

【0037】

【数2】

【0038】

ここでＴはデファレンシャル装置に入力されるトルクであり、ａはピニオンギアの圧力角であり、δ_０はサイドギアのピッチ角であり、ｄ_ｍはサイドギアの噛み合いピッチ径である。

【0039】

噛み合い反力ｆＧはスラスト反力ｆ１Ｒ，ｆ２Ｒと打ち消し合う。噛み合い反力ｆＧがスラスト反力ｆ１Ｒ，ｆ２Ｒを凌駕し、より大きいほうが、摩擦クラッチ９の制動力を大きくするに有利である。ところが噛み合い反力は一定ではないことに問題がある。すなわち、ギアが噛み合い始め、互いに滑りながら回転し、次いで離脱していく過程に応じて、噛み合い反力は経時的に変動する。特に、既に述べた通り、ｆ１＞ｆ２の関係が成立する時にはコースト方向のスラスト反力ｆ２Ｒは噛み合い反力ｆＧより小さくなりやすく、従って噛み合い反力ｆＧの変動が摩擦クラッチ９の作動に強い影響を及ぼす。これがコースト方向におけるジャダーの原因であると推定された。

【0040】

そこで本実施形態においては、噛み合い反力を大きくするべきであるとの一般的な認識に反して、噛み合い反力ｆＧをスラスト力ｆ１，ｆ２に対して適当な大きさに留めている。すなわち、スラスト力ｆ１，ｆ２の何れも噛み合い反力ｆＧを超えるように、カム面１５，１７をそれぞれ寸法づける。かかる構成は、繰り返し述べた通り、ジャダーを抑制するのに有利である。

【0041】

一方、スラスト反力ｆ１Ｒ，ｆ２Ｒはギア歯面が負担するから、これらが過大であればデファレンシャルギア組を消耗させかねない。そこでスラスト反力ｆ１Ｒ，ｆ２Ｒの影響を低減するべく、一対のサイドギア１３の間に、またその両方と摺動するように、ブロック３５が介在していてもよい。両サイドギア１３に作用するスラスト反力は略同じ大きさであって、互いに逆向きであるから、スラスト反力はブロック３５において互いにほぼ相殺される。ブロック３５は、図１，４に最もよく示されている通り、例えば軸Ｃの周りの円筒であって、ピニオンシャフト３３が貫通する貫通孔を備えたものであるが、必ずしもかかる形状に限られない。

【0042】

これまでの説明より理解される通り、サイドギア１３には軸方向に様々な反力が作用するが、互いに拮抗ないし相殺し、またブロック３５がサイドギア１３を反力から保護するので、トルクが増大してもサイドギア１３とピニオンギア１１との噛合は安定的であり、ギア動作が不安定になったり、ギア歯面が損傷したりすることがない。サイドギア自体が摩擦クラッチとして機能する場合に比べ、これらの点は有利な効果である。

【0043】

なお上述の構成に加えて、デファレンシャル装置は、外部から差動制限を制御するべく、クラッチに押圧力を付与するアクチュエータをさらに備えてもよい。また差動をロックするべく、クラッチはドッグ歯のごとき構造を有してもよい。かかるドッグ歯を備えたクラッチは、摩擦クラッチ９からは独立していてもよく、アクチュエータはドッグ歯を駆動するように構成されていてもよい。

【0044】

さらに本実施形態は、所謂フリーランニングデフに適用することができる。フリーランニングデフにおいては、ケーシングはインナケーシングとアウタケーシングとに分かれており、クラッチ等により互いに接続したときにのみ、トルクを車軸に伝える。これまでに説明した構造は、フランジとボス部とを除けば、フリーランニングデフのインナケーシングおよびその内部構造に、略そのままに利用することができる。

【0045】

幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正ないし変形をすることが可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】