JP3843483B2 - 差動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両のトルク伝達機構に使用される差動装置に関し、さらに詳しくは、トルク感応形の差動制限機能を備えた差動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンから変速機を経て出力されるトルクを前後四輪に分配することにより、不整地の走破性などを高めた四輪駆動車が広く使用されているが、最近では、前後輪に対するトルクの分配率が回頭性や操縦安定性などに大きい影響することに鑑み、前後輪に対するトルク分配率を車両の走行状態に応じて逐次変更する制御が行われるようになってきている。そのトルク分配率の変更は、前後輪の差動を行うセンターディファレンシャル（中央差動装置）における差動制限を行うことにより、例えば後輪側のトルクの一部を前輪側に伝達することにより実行されている。
【０００３】
そのための装置の一例が、特開平７−１８６７６８号公報に記載されている。この公報に記載された差動装置は、歯車をはす歯歯車とするとともに、その噛み合い面で生じるスラスト力によって摩擦トルクを発生させるよう構成したものである。具体的には、センターディファレンシャルを構成している遊星歯車機構のサンギヤを、該遊星歯車機構に隣接して配置された出力ギヤと一体化させ、その出力ギヤとプラネタリキャリヤとの間、および出力ギヤとをこれに隣接するビスカスカップリングのケーシングとの間にスラストワッシャを配置し、遊星歯車機構でトルク伝達することにより生じるスラスト力によってスラストワッシャを摺動回転させ、ここで生じる摩擦トルクによって差動制限を行うようになっている。また前記ビスカスカップリングは、出力ギヤとプラネタリキャリヤからトルクの伝達される部材との間に設けられており、前記遊星歯車機構で差動回転が生じた場合に、粘性流体のせん断などに伴うトルクが生じ、これによって差動制限を行うようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように差動装置は、一つの入力部材と二つの出力部材とを有し、出力部材の回転数の平均値が入力回転数となるよう作用することによって、出力部材同士の間の差動回転を許容するよう構成されたものであり、従来一般には、上述した遊星歯車機構や、同一軸線上に配置された一対のサイドギヤに対してこれらの間に配置したピニオンによってトルクを伝達するディファレンシャルギヤなどが用いられている。そして差動作用は、その構成要素同士の間の相対回転によって行われるので、その差動制限は、いずれか二つの要素の間に前述したスラストワッシャやビスカスカップリングなどの摩擦部材を設けることにより行われている。
【０００５】
その摩擦部材は、回転によって摩擦力を発生するものであるから、遊星歯車機構などの差動装置と同一軸線上に配列することになる。そのために従来の装置では、差動制限を行うための手段が軸線方向に並んで追加配置されることになるので、少なくとも軸線方向での寸法を大きくせざるを得なくなり、結局は、装置の大型化を招来する不都合があった。
【０００６】
この発明は、上記の事情を背景としてなされたものであり、差動制限機能を備え、しかも小型軽量化の容易な差動装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、外歯歯車であるサンギヤと、該サンギヤと同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤと、これらサンギヤとリングギヤとの間に配置されサンギヤとリングギヤとの間でトルクを伝達するピニオンギヤと、そのピニオンギヤを公転および自転可能に保持したプラネタリキャリヤとを備えた差動装置において、前記プラネタリキャリヤにその軸線方向に向けた筒状の収容部が形成され、前記ピニオンギヤがその収容部内に回転自在に収容されるとともに、その歯先面を該収容部の内周面に摺接させた状態で保持されていて、かつ、前記プラネタリキャリヤが、円周方向の荷重により半径方向に移動して前記サンギヤもしくはリングギヤの歯先面に摺接するカム機構を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
したがって請求項１の構成では、差動回転が生じていない場合には、その全体が一体となって回転するために、ピニオンギヤとプラネタリキャリヤとの間の相対動作がなく、摩擦摺動による差動制限力は生じない。これに対していずれか２要素の間で差動回転が生じると、すなわち差動作用を行うと、ピニオンギヤが自転するから、その歯先面がプラネタリキャリヤの収容部の内面に対して摺動し、それに伴って発生する摩擦トルクが差動制限トルクとして作用する。すなわち請求項１の発明では、ピニオンギヤをプラネタリキャリヤの収容部に回転可能に収容したことにより、これら両者の間で生じる摺動が差動制限作用を行い、差動装置を構成している部材に追加する部材を必要とせずに差動制限を行うことができ、差動制限機能のある差動装置を小型化することができる。
【００１０】
さらに請求項１の発明では、差動作用が生じることによってプラネタリキャリヤがサンギヤやリングギヤに対して相対回転し、サンギヤもしくはプラネタリキャリヤに対する摺動が生じ、その摩擦力が差動制限トルクとして作用する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を具体例に基づいて説明する。図１に示す差動装置は、内歯歯車であるリングギヤ１５と、リングギヤ１５の内側に同心円上に配置された外歯歯車であるサンギヤ１４と、これらのリングギヤ１５およびサンギヤ１４に噛み合わされた複数のピニオンギヤ１３と、これらのピニオンギヤ１３を支持するプラネタリキャリヤ１１とを備えた遊星歯車式のものである。
【００１２】
そのプラネタリキャリヤ１１は、リングギヤ１５の外径とほぼ同じ外径に設定され、かつ、軸穴１２Ａを備えた一対の環状のエンドプレート１２と、一対のエンドプレート１２同士の間に設けられた三つのブロック１１Ａとにより構成されている。これら三つのブロック１１Ａはエンドプレート１２の同一円周上に、ほぼ１２０度の間隔で配置され、エンドプレート１２の側面から軸線方向に突出している。なお、この実施例では、一方のエンドプレート１２と三つのブロック１１Ａとが一体成形されており、他方のエンドプレート１２と三つのブロック１１Ａとがねじ（図示せず）などにより固定される構成となっている。
【００１３】
三つのブロック１１Ａは同一形状に構成されており、その外周にはほぼ同じ曲率に設定された円弧面１１Ｂが別個に形成されている。そして、この円弧面１１Ｂを接続して形成される円の直径は、リングギヤ１５の内径よりも小さく設定されている。また、三つのブロック１１Ａ同士の内側には、外側に向けて湾曲され、かつ、ほぼ同一曲率に設定されたサンギヤ保持面１１Ｃがそれぞれ形成されている。そして、サンギヤ保持面１１Ｃ同士を接続して形成される円の直径は、サンギヤ１４の外径よりも大きく設定されている。
【００１４】
さらに、三つのブロック１１Ａ同士の円周方向の対向部位には、くぼみ状（凹形状）に湾曲され、かつ、ほぼ同一曲率に設定されたピニオンギヤ保持面１１Ｄが別個に形成されている。そして、対向するピニオンギヤ保持面１１Ｄ同士を接続して形成される円の直径は、ピニオンギヤ１３の外径とほぼ等しく設定されている。すなわち互いに対向するピニオンギヤ保持面１１Ｄが、エンドプレート１２の半径方向での内周側と外周側とで切り開かれた筒状のピニオンギヤ収容部を形成している。
【００１５】
上記のように構成された差動装置は、リングギヤ１５の内方にプラネタリキャリヤ１１が回転可能に配置され、サンギヤ保持面１１Ｃ同士の間の空間にサンギヤ１４が配置され、対向するピニオンギヤ保持面１１Ｄ同士の間の空間にピニオンギヤ１３がそれぞれ配置される。
【００１６】
図２は、上記の差動装置の回転要素であるサンギヤ１４、リングギヤ１５、ピニオンギヤ１３ならびにプラネタリキャリヤ１１の相互の組立状態を示しており、サンギヤ１４とリングギヤ１５とが同心円上に配置され、これらのギヤ１４，１５の間にプラネタリキャリヤ１１における前記ブロック１１Ａが軸線方向の一端側から挿入されている。そしてこのブロック１１Ａに形成された収容部すなわちピニオンギヤ保持面１１Ｄによる筒状部分のそれぞれにピニオンギヤ１３が挿入されている。この状態で各ピニオンギヤ１３は、その収容部の切り開き部分から外側に突出し、その突出部分でサンギヤ１４およびリングギヤ１５に噛合している。また各ピニオンギヤ１３は、これを保持しているピニオンギヤ保持面１１Ｄに接触している。
【００１７】
図３は、上記の差動装置をセンターディファレンシャルとして構成した四輪駆動装置のスケルトン図であり、プラネタリキャリヤ１１に入力軸（図示しない変速機の出力軸）１が連結されており、これに対してサンギヤ１４が、一対のスプロケット３Ｂおよびサイレントチェーン３Ａを介して前輪出力軸１２に連結され、さらにリングギヤ１５が後輪出力軸４に連結されている。したがって入力軸１のトルクは、ピニオンギヤ１３を介してサンギヤ１４とリングギヤ１５とに伝達されるが、ピニオンギヤ１３とサンギヤ１４およびリングギヤ１５との噛み合い位置の回転中心からの半径（ピッチ円半径）の相違に基づいてトルクが、サンギヤ１４とリングギヤ１５とに不等配分される。
【００１８】
前輪と後輪とに差動回転がない状態では、差動装置の全体が一体となって回転するために、上述した各回転要素の間に相対回転は生じない。これに対して、前輪もしくは後輪の一輪がスリップなどによって空転すると、前輪と後輪とに差動回転が生じる。この前後輪での回転数の差は、ピニオンギヤ１３が自転することによって吸収されるが、ピニオンギヤ１３は、その保持面１１Ａに接触しているから、自転することによって摩擦力が発生し、その摩擦力が差動制限力として作用する。例えば図４に示すように、サンギヤ１４がリングギヤ１５よりも高速で回転する差動状態が生じると、ピニオンギヤ１３が図４に単線の矢印で示す方向に自転するが、プラネタリキャリヤ１１がピニオンギヤ１３を押圧していることによる接触荷重に応じて摩擦力が生じ、ピニオンギヤ１３の自転が抑制される。すなわちサンギヤ１４とリングギヤ１５との差動回転を抑制する方向に差動トルクが生じ、サンギヤ１４とリングギヤ１５とのピッチ円半径に基づくトルク分配率が摩擦トルクに応じて変更された分配率になる。
【００１９】
なお、各ギヤ１３，１４，１５をはす歯歯車とすれば、トルクの伝達に基づいてスラスト力が発生し、各ギヤ１３，１４，１５をエンドプレート１２に押し付けることになるので、その接触面で摩擦トルクが発生する。この摩擦トルクも、差動装置の各要素の相対回転を抑制する方向に生じるから、前後輪の差動制限が行われる。
【００２０】
したがって上述した図１ないし図４に示す構成の差動装置では、本来の構成要素であるピニオンギヤ１３とプラネタリキャリヤ１１との間で差動回転に基づく摩擦トルクを生じさせ、その摩擦トルクによって差動制限を行うので、差動制限のための特別な機構を必要としない。そのため付加機構がない分、構成を簡素化し、小型軽量化に有利になる。またトルク分配率は、ギヤ比（サンギヤの歯数とリングギヤの歯数との比）によって自由に設定できるので、センターディファレンシャル以外に左右の車輪の差動装置としても用いることができる。さらにピニオンギヤ１３の支持剛性が高くなるので、ギヤの噛み合い精度を良好に維持し、騒音の発生を防止することができる。そしてセンターディファレンシャルとして使用した場合、ピニオンギヤ１３がその保持面１１Ａに接触していてピニオンギヤ１３の自転を抑制するように機能するので、差動制限の応答遅れが生じないばかりか、直進安定性を向上させることができる。また左右の車輪の差動装置として用いても差動制限の応答遅れが生じない。
【００２１】
なお、この発明はダブルピニオン型の遊星歯車機構として構成することもできる。その例を図５に示してあり、サンギヤ１４とリングギヤ１５との間には、互いに噛合したピニオンギヤ１３ａ，１３ｂが配置されている。そして外周側のピニオンギヤ１３ｂがリングギヤ１５に噛合し、内周側のピニオンギヤ１３ｂがサンギヤ１４に噛合している。さらにプラネタリキャリヤ１１は円周方向に分割された複数のブロック１１Ｄを備えており、それぞれのブロック１１Ｄの内周には円弧状に湾曲されたサンギヤ保持面１１Ｅが別個に形成されているとともに、それぞれのブロック１１Ｄの円周方向の対向面には円弧状に湾曲されたピニオンギヤ保持面１１Ｆが形成されている。すなわちこれらのピニオンギヤ保持面１１Ｆによってピニオンギヤ１３ａ，１３ｂの収容部が形成されている。
【００２２】
そして上記構成のプラネタリキャリヤ１１の組み立て状態においては、ピニオンギヤ保持面１１Ｆにピニオンギヤ１３ａ，１３ｂの歯先面が接触している。そして、この差動装置の差動制限力は、ピニオンギヤ１３ａ，１３ｂの歯先面とピニオンギヤ保持面１１Ｆとの摩擦抵抗により発生するため、差動制限力の大きさはピニオンギヤの個数、大きさ、ギヤのヘリカル角度等の変更により適宜調整可能である。このように、図５の実施例においても図１ないし図４の実施例と同様の効果を得られる。
【００２３】
さらにこの発明の他の例を図６に基づいて説明する。この図６に示す例は、サンギヤ１４およびリングギヤ１５に対しても摩擦トルクを生じさせるようカム機構を備えた構成としたものである。すなわちプラネタリキャリヤ１１が、半径方向に二分割されカムフォロアーとして機能するインナーピース１１Ｇとアウターピース１１Ｈとを備えているとともに、インナーピース１１Ｇとアウターピース１１Ｈと間に、カムとして機能するくさび状のセンターピース１１Ｊが嵌合されている。
【００２４】
そのインナーピース１１Ｇの内周側の面には、円弧状に湾曲されたサンギヤ接触面１１Ｃが形成され、インナーピース１１Ｇとアウターピース１１Ｈとの円周方向の両端部には、円弧状に湾曲されたピニオンギヤ保持面１１Ｄが形成されている。そして、ピニオンギヤ１３の歯先面がピニオンギヤ保持面１１Ｄに接触させられている。さらに、インナーピース１１Ｇの外周側の面には、傾斜面１１Ｍが設けられ、かつ、アウターピース１１Ｈの内周側の面には、傾斜面１１Ｎが設けられており、傾斜面１１Ｍと傾斜面１１Ｎとによりくさび状が形成されている。さらにアウターピース１１Ｈの外周面に、リングギヤ１５の歯先面に接触するリングギヤ接触面１１Ｚが形成されている。
【００２５】
上記センターピース１１Ｊは、前述した例で示したエンドプレートに固定一体化されており、これに対してインナーピース１１Ｇとアウターピース１１Ｈとは、リングギヤ１５とサンギヤ１４との間に、半径方向に移動可能な状態で配置されている。なお、インナーピース１１Ｇおよびアウターピース１１Ｈとは、ガタ打ち音などを避けるために、エンドプレートに適宜の手段で移動自在に取り付けてもよい。センターピース１１Ｊはほぼ２等辺３角形状に成形されており、その底辺１１Ｋがほぼ半径方向に沿うように配置されている。また、センターピース１１Ｊの他の傾斜面１１Ｌにより、図６の矢印方向である回転方向に向けて先細りとなるくさび状に形成されている。
【００２６】
したがって、入力側部分であってカムとして作用するセンターピース１１Ｊの傾斜面１１Ｌが、出力側部分であってカムフォロアーとして作用するインナーピース１１Ｇの傾斜面１１Ｍと、アウターピース１１Ｈの傾斜面１１Ｎとに別個に当接されている。このため、入力軸からセンターピース１１Ｊに対して矢印方向のトルクが加えられると、センターピース１１Ｊがインナーピース１１Ｇおよびアウターピース１１Ｈを図６の矢印方向である接線方向に押圧して図中右側のピニオンギヤ１３に押し付る。これと同時に、斜面効果（つまりくさび効果）による半径方向の分力でインナーピース１１Ｇおよびアウターピース１１Ｈを半径方向に押圧し、インナーピース１１Ｇをサンギヤ１４の外周面に押し付ける一方、アウターピース１１Ｈをリングギヤ１５の内周面に押し付ける。そのため、これらの接触面で摺動摩擦抵抗力が発生し、これが各回転要素の相対回転を規制するように作用し、差動制限が行われる。このように、図６の実施例においても、図１ないし図４に示す実施例と同様の効果を得られる。
【００２７】
さらに、センターピース１１Ｊに作用するトルクの方向が逆になった場合には、傾斜面１１Ｌによるくさび効果、つまり、インナーピース１１Ｇがサンギヤ１４に押し付けられる作用と、アウターピース１１Ｈがリングギヤ１５に押し付けられる作用とが発生しないため、差動制限力を前進時と後退時とで異ならせることが可能となる。また加速時と減速時とでトルクの入力方向が逆になるため、減速時の差動制限力を加速時に比べて小さくし、アンチロックブレーキシステムとの相性を向上させることができる。
【００２８】
図７は図６に示す構成の一部を変更したものであり、プラネタリキャリヤ１１が、円周方向に二分割されたピース１１Ｐとピース１１Ｑとを備えている。これらのピース１１Ｐ，１１Ｑは、リングギヤ１５の半径方向に対して所定角度傾斜した傾斜面１１Ｒ，１１Ｓを別個に備えており、ピース１１Ｐが前述した例におけるエンドプレートに固定されている。これに対して他方のピース１１Ｑは、リングギヤ１５とサンギヤ１４との間に、少なくとも半径方向に移動可能な状態で配置されている。なお、この移動可能なピース１１Ｑのガタ打ち音を防止するために、これをエンドプレートに保持させることは適宜に行えばよい。
【００２９】
また、可動ピース１１Ｑの外周面には、リングギヤ１５の歯先面に接触するリングギヤ接触面１１Ｚが形成され、また可動ピース１１Ｑの円周方向の端面に、ピニオンギヤ１３の歯先面に接触するピニオンギヤ保持面１１Ｄが形成されている。
【００３０】
上記構成の差動装置は、入力軸からピース１１Ｐに対して矢印方向（図中時計回り）のトルクが加えられると、ピース１１Ｑが時計回りに押されてそのピニオンギヤ保持面がピニオンギヤ１３の歯先面に押し付けられるとともに、傾斜面１１Ｒと傾斜面１１Ｓとの反発力によってピース１１Ｑが外周側に移動させられてピース１１Ｑの外周面がリングギヤ１５の歯先面に当接され、その摩擦抵抗により差動制限力が発生する。このように、図７に示す実施例においても、図１ないし図４に示す実施例と同様の効果を得られる。
【００３１】
また図７に示す例では、ピース１１Ｐに対して逆方向のトルクが加えられた場合には、ピニオンギヤ１３の歯先面とピニオンギヤ保持面１１Ｄとの当接による摩擦抵抗で差動制限力が生じ、リングギヤ１５との摩擦抵抗が生じないため、上記の場合とは発生する差動制限力が異なる。すなわちアンチロックブレーキシステムとの相性が良いことは、図６に示す例と同様である。
【００３２】
なお、この発明は、上述した各実施例に限定されないのであり、ピニオンギヤの数は、２個もしくは４個以上であってもよく、また差動回転が生じた場合にサンギヤもしくはリングギヤとプラネタリキャリヤとの間で摺動摩擦力を生じさせ、もしくは増大させるカム機構は、上述した傾斜面効果もしくはくさび効果を利用したもの以外に、必要に応じて適宜の構成のものを採用することができ、要は、トルクを半径方向力に変換して回転要素同士の間の接触圧を高くするものであればよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、プラネタリキャリヤのピニオンギヤ保持面とピニオンギヤの歯先面との摩擦抵抗により差動制限が行われ、そのプラネタリキャリヤが、遊星歯車機構式の差動装置に予め設けられている本来の構成部品であるため、差動制限を行うための格別の部品が不要となり、部品点数や組み立て工数を抑制でき、装置の小型化と製造コストの抑制とを実現できる。
【００３４】
さらに請求項１に記載された発明によれば、カム機構によってサンギヤもしくはリングギヤとの間の接触圧が増大させられ、差動回転による摺動抵抗がこれらのギヤとの間に生じ、より効果的に差動制限を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一例の差動装置を分解状態で示す斜視図である。
【図２】その差動装置の組立状態での一部を示す概略断面図である。
【図３】その差動装置を四輪駆動装置における差動装置として組み込んだ例のスケルトン図である。
【図４】そのプラネタリキャリヤとピニオンギヤとによる差動制限状態を説明するための模式図である。
【図５】この発明をダブルピニオン型遊星歯車機構に適用した例を示す部分概略断面図である。
【図６】この発明の他の例の要部を示す概略断面図である。
【図７】図６に示す例を更に変形した例を示す要部の概略断面図である。
【符号の説明】
１４ サンギヤ
１５ リングギヤ
１３，１３ａ，１３ｂ ピニオンギヤ
１１ プラネタリキャリヤ
１ 入力軸
４ アクスル軸
１１Ｄ，１１Ｆ ピニオンギヤ保持面
１１Ｊ センターピース
１１Ｐ ピース
１１Ｇ インナーピース
１１Ｈ アウターピース
１１Ｑ ピース
１１Ｌ，１１Ｍ，１１Ｎ，１１Ｒ，１１Ｓ 傾斜面

Claims (1)

1. 外歯歯車であるサンギヤと、該サンギヤと同心円上に配置された内歯歯車であるリングギヤと、これらサンギヤとリングギヤとの間に配置されサンギヤとリングギヤとの間でトルクを伝達するピニオンギヤと、そのピニオンギヤを公転および自転可能に保持したプラネタリキャリヤとを備えた差動装置において、
   前記プラネタリキャリヤにその軸線方向に向けた筒状の収容部が形成され、前記ピニオンギヤがその収容部内に回転自在に収容されるとともに、その歯先面を該収容部の内周面に摺接させた状態で保持されていて、かつ、前記プラネタリキャリヤが、円周方向の荷重により半径方向に移動して前記サンギヤもしくはリングギヤの歯先面に摺接するカム機構を備えていることを特徴とする差動装置。

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