(57)【要約】      （修正有）【課題】十字形状のピニオン・シャフトに４個のピニオンが配置された４ピニオン・タイプのデファレンシャル装置において、耐焼付性向上と耐衝撃性向上とを図ることを可能とする。【解決手段】デフ・ケース１３と、ピニオン・シャフト３と、ピニオン５，７，９，１１と、一対のサイド・ギヤとから構成されたデファレンシャル装置１であって、ピニオン・シャフト３は、１本のロング・シャフト１９の中間部に形成された貫通孔２７に２本のショート・シャフト２１，２３の各先端に形成された突軸部２９，３１を係止させて十字形状に形成され、ロング・シャフト１９と２本のショート・シャフト２１，２３とに異なる表面硬化処理を施してロング・シャフト１９に施された表面硬化処理が相対的に硬質となるようにしたたことを特徴とする。【選択図】図２
2010270860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動トルクが入力されるデフ・ケースと、このデフ・ケースに支持されたピニオン・シャフトと、このピニオン・シャフトの外周面に内周面が嵌合して自転可能に支持され前記デフ・ケースの回転軸線周りに公転可能なピニオンと、このピニオンに噛合い前記デフ・ケースの回転軸線上で回転可能に配置され前記駆動トルクを分配出力する一対の出力ギヤとから構成されたデファレンシャル装置であって、
前記ピニオン・シャフトは、１本のロング・シャフトの中間部に形成された係止部に２本のショート・シャフトの各先端に形成された係合部を係止させて十字形状に形成され、
前記ロング・シャフトと前記２本のショート・シャフトとに異なる表面硬化処理を施して前記ロング・シャフトに施された表面硬化処理が相対的に硬質となるようにした、
ことを特徴とするデファレンシャル装置。
【請求項２】
請求項１記載のデファレンシャル装置であって、
前記ロング・シャフトの表面硬化処理は、軟窒化処理又は無電解ニッケルメッキ処理であり、
前記ショート・シャフトの表面硬化処理は、リン酸被膜処理である、
ことを特徴とするデファレンシャル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のデファレンシャル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベベルギヤ・タイプの差動ギヤ機構を用いたデファレンシャル装置がある。このデファレンシャル装置は、駆動トルクが入力されるデフ・ケースと、このデフ・ケースに支持されたピニオン・シャフトと、このピニオン・シャフトの外周面に内周面が嵌合して自転可能に支持され前記デフ・ケースの回転軸線周りに公転可能なピニオンと、このピニオンに噛合い前記デフ・ケースの回転軸線上で回転可能に配置され前記駆動トルクを分配出力する一対のサイドド・ギヤとから構成されている。
【０００３】
かかるデファレンシャル装置においては、原動機からの駆動トルクに応じて、ピニオン・シャフト上に２つのピニオンを対向配置する２ピニオン・タイプが主流である。
【０００４】
一方、大きな駆動トルクを伝達するために、十字形状のピニオン・シャフト上に４つのピニオンを配置し、強度を向上させた４ピニオン・タイプも少なからず存在している。
【０００５】
近年、燃費向上を図るべく小型軽量化を目的として４ピニオン・タイプのデファレンシャル装置の搭載頻度が高まりつつある。４ピニオン・タイプは部品点数が多くなるデメリットはあるものの、４つのピニオンに駆動トルクを分散することができ、ピニオンのサイズをコンパクトにすることができる。このため、デファレンシャル装置の全体サイズも小さくすることができ、燃費向上に貢献する。この小型軽量化にとっては、ピニオンやサイド・ギヤに採用される材料の改良による強度向上も貢献しているところでもある。
【０００６】
本願発明者等は、この４ピニオン・タイプのデファレンシャル装置を提供するにあたり、特許文献１に開示されるピニオン・シャフトを提案している。
【０００７】
この特許文献１のピニオン・シャフトは、十字形状であり、１本のロング・シャフトと２本の同径のショート・シャフトとで構成されている。各ショート・シャフトの内先端に係合部を形成し、ロング・シャフトの中間部に係止させることにより、十字形状を形成している。
【０００８】
かかる構造のピニオン・シャフトにより部品点数を削減し、容易に組み付けて高い組付け精度を持たせ、４つのピニオンに対して均等な駆動トルクを与えることを可能にした。
【０００９】
上記従来のデファレンシャル装置は、上述したとおり４ピニオン・タイプのデファレンシャル装置として有用である。
【００１０】
しかし、近年、車両の駆動トルクの増大によりショート・シャフトの内先端の係合部へは、より大きな衝撃荷重が加わり、ロング・シャフトのピニオン支持部となる外周面には、より大きな駆動トルクがかかる。
【００１１】
このため、耐衝撃性及び耐焼付き性が低下するという問題が生じていた。
【００１２】
これに対し特許文献２には、ピニオン・シャフトのロング・シャフト、ショート・シャフトが係合する部分において、ロング・シャフトの中央部に剛性を調整する凹部を設けたデファレンシャル装置が記載されている。
【００１３】
この特許文献２の技術思想に基づき、特許文献1においてロング・シャフトとショート・シャフトとの係合部分の剛性を低下させるように、部分的に肉厚を薄くした。
【００１４】
この場合、ピニオン・シャフト全体の剛性は、係合部分に係わらず高めることが可能となるためロング・シャフトにおけるピニオン支持面の焼付き性の向上に効果は得られた。
【００１５】
しかし、ロング・シャフトとショート・シャフトとの係合部分の耐衝撃性が依然としてクリアできなかった。そればかりか、これまでショート・シャフトにしか見られなかった打痕が、係合部に対しロング・シャフト側でも見られることになった。
【００１６】
従って、１本のロング・シャフトと２本のショート・シャフトとを備えたデファレンシャル装置においては、これらの耐衝撃性や耐焼付き性について、共に改善することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−２７０９３３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
解決しようとする問題点は、十字形状のピニオン・シャフトに４個のピニオンが配置された４ピニオン・タイプのデファレンシャル装置において、耐焼付性向上と耐衝撃性向上との両立が困難であった点である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、十字形状のピニオン・シャフトに４個のピニオンが配置された４ピニオン・タイプのデファレンシャル装置において、耐焼付性向上と耐衝撃性向上とを図るために、駆動トルクが入力されるデフ・ケースと、このデフ・ケースに支持されたピニオン・シャフトと、このピニオン・シャフトの外周面に内周面が嵌合して自転可能に支持され前記デフ・ケースの回転軸線周りに公転可能なピニオンと、このピニオンに噛合い前記デフ・ケースの回転軸線上で回転可能に配置され前記駆動トルクを分配出力する一対の出力ギヤとから構成されたデファレンシャル装置であって、前記ピニオン・シャフトは、１本のロング・シャフトの中間部に形成された係止部に２本のショート・シャフトの各先端に形成された係合部を係止させて十字形状に形成され、前記ロング・シャフトと前記２本のショート・シャフトとに異なる表面硬化処理を施して前記ロング・シャフトに施された表面硬化処理が相対的に硬質となるようにしたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のデファレンシャル装置では、駆動トルクが入力されるデフ・ケースと、このデフ・ケースに支持されたピニオン・シャフトと、このピニオン・シャフトの外周面に内周面が嵌合して自転可能に支持され前記デフ・ケースの回転軸線周りに公転可能なピニオンと、このピニオンに噛合い前記デフ・ケースの回転軸線上で回転可能に配置され前記駆動トルクを分配出力する一対の出力ギヤとから構成されたデファレンシャル装置であって、前記ピニオン・シャフトは、１本のロング・シャフトの中間部に形成された係止部に２本のショート・シャフトの各先端に形成された係合部を係止させて十字形状に形成され、前記ロング・シャフトと前記２本のショート・シャフトとに異なる表面硬化処理を施して前記ロング・シャフトに施された表面硬化処理が相対的に硬質となるようにした。
【００２１】
このため、１本のロング・シャフトと２本のショート・シャフトとを組み合わせて十字形状に形成されたピニオン・シャフトに４個のピニオンが配置された４ピニオン・タイプのデファレンシャル装置において、ロング・シャフトを相対的に高剛性に保持して、ピニオンとの摺動支持状態を安定させ、耐焼付性を向上させることができる。
【００２２】
２本のショート・シャフトの係合部に駆動トルクが衝撃力として入力された場合に、相対的に低剛性のショート・シャフトにより耐衝撃性を向上させることができる。
【００２３】
本願発明は、十字形状のピニオン・シャフトに４個のピニオンが配置された４ピニオン・タイプのデファレンシャル装置において、各シャフトの剛性を均等にする従来の技術思想の延長上での改良ではなく、各々のシャフトの表面硬化処理を異ならせることでロング・シャフトとショート・シャフトとの剛性を異ならせ、耐焼付性向上と耐衝撃性向上とを図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図２のＩ−Ｉ線矢視に対応したデファレンシャル装置の断面図である。（実施例１）
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視に対応したデファレンシャル装置の断面図である。（実施例１）
【図３】ピニオン・シャフトの係合を示す説明図である。（実施例１）
【発明を実施するための形態】
【００２５】
十字形状のピニオン・シャフトに４個のピニオンが配置された４ピニオン・タイプのデファレンシャル装置において、耐焼付性向上と耐衝撃性向上との両立を図るという目的を、異なる表面硬化処理により実現した。
【実施例１】
【００２６】
［デファレンシャル装置］
図１は、デファレンシャル装置の断面図であり、図２のＩ−Ｉ先矢視に対応し、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ先矢視に対応したデファレンシャル装置の断面図、図３は、ピニオン・シャフトの係合を示す説明図である。
【００２７】
図１，図２のように、デファレンシャル装置１は、十字形状のピニオン・シャフト３に４個のピニオン５，７，９，１１が配置された４ピニオン・タイプである。
【００２８】
このデファレンシャル装置１は、駆動トルクが入力されるデフ・ケース１３に、十字形状のピニオン・シャフト３が支持されている。このピニオン・シャフト３の外先端部側の外周面３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに前記各ピニオン５，７，９，１１の内周面５ａ，７ａ，９ａ，１１ａが嵌合して自転可能に支持されている。この支持により各ピニオン５，７，９，１１は、前記デフ・ケース１３の回転軸線Ｃ周りにデフ・ケース１３の回転と共に公転可能となっている。
【００２９】
前記ピニオン５，７，９，１１には、デフ・ケース１３の回転軸線Ｃ方向両側において一対の出力ギヤであるサイド・ギヤ１５，１７が噛合っている。このサイド・ギヤ１５，１７は、前記デフ・ケース１３の回転軸線Ｃ上で回転可能に配置され前記駆動トルクを分配出力する。
［ピニオン・シャフト］
前記ピニオン・シャフト３は、１本のロング・シャフト１９と２本のショート・シャフト２１，２３とからなっている。ロング・シャフト１９と２本のショート・シャフト２１，２３とには、異なる表面硬化処理を施して前記ロング・シャフト１９に施された表面硬化処理が相対的に硬質となるようにした。
【００３０】
本実施例では、前記ロング・シャフト１９の表面硬化処理は、ナイトロテック（登録商標）などの軟窒化処理又は無電解ニッケルメッキ処理であり、前記ショート・シャフト２１，２３の表面硬化処理は、リン酸被膜処理である。
【００３１】
上記のような表面硬化処理を行うことで、ロング・シャフト１９の表面は、軟窒化処理によるビッカース硬さＨｖ７００〜８００程度、無電解ニッケルメッキ処理によりＨｖ７００−９００程度の硬さを備える。
【００３２】
一方、ショート・シャフト２１，２３の表面は、リン酸皮膜処理によりＨｖ６００−７００程度の硬さを備える。また、これらのシャフトの外周と摺動する内周面５ａ，７ａを備えたピニオン５，７は、例えばＳＣＭ材、ＳＣＲ材或いはＳＣ材などの鍛造鋼材が用いられて鍛造形成され、浸炭、高周波、窒化などの熱処理により表面硬化処理が施されている。
【００３３】
ロング・シャフト１９の中間部には、係止部として貫通孔２７が設けられている。２本のショート・シャフト２１，２３の各内先端には、係合部として貫通孔２７に嵌合する突軸部２９，３１が設けられている。ショート・シャフト２１，２３の各外先端側には、スプリング・ピン用の貫通孔２１ａ，２３ａが設けられている。
【００３４】
ピニオン・シャフト３は、ロング・シャフト１９の貫通孔２７にショート・シャフト２１，２３の突軸部２９，３１ががたつきない精度により嵌合することで係止され、十字形状に形成されている。
【００３５】
このピニオン・シャフト３は、ロング・シャフト１９及びショート・シャフト２１，２３の各外先端部がデフ・ケース１３の各支持孔１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄにがたつきない精度をもって嵌合している。ショート・シャフト２１，２３の貫通孔２１ａ，２３ａには、デフ・ケース１３に挿入固定されたスプリング・ピン３３が貫通し、抜け止めが行われている。
［耐焼付き性及び耐衝撃性］
デフ・ケース１３が駆動入力を受けると、ピニオン・シャフト３のロング・シャフト１９を介してピニオン５，７，９，１１が公転する。ピニオン５，７，９，１１の公転によりピニオン５，７，９，１１と噛み合うサイド・ギヤ１５，１７が回転駆動される。
【００３６】
このサイド・ギヤ１５，１７の駆動力は、このサイド・ギヤ１５，１７にスプライン結合される車軸側に出力される。
【００３７】
左右の車軸に差動回転が起こると、サイド・ギヤ１５，１７の差動回転によりピニオン５，７，９，１１がピニオン・シャフト３に対して自転する。
【００３８】
このピニオン５，７，９，１１の自転により差動回転が許容され、デフ・ケース１３への駆動入力が、ピニオン５，７，９，１１、サイド・ギヤ１５，１７を介して差動回転を許容しながら左右の車軸側へ分配出力される。
【００３９】
この場合、上記ロング・シャフト１９及びショート・シャフト２１，２３の表面硬化処理の相違により、ロング・シャフト１９に施された表面硬化処理が相対的に硬質でロング・シャフト１９の剛性が相対的に高められている。
【００４０】
ここで、ロング・シャフト１９は、デフ・ケース１３の嵌合部１３ａ，１３ｂ間の軸支持長が長い。これに対し、ショート・シャフト２１，２３はそれぞれデフ・ケース１３の嵌合部１３ｃ，１３ｄからロング・シャフト１９の貫通孔２７までの軸支持長が短い。
【００４１】
よって、デフ・ケース１３へ駆動トルクが入力した場合、各嵌合部の寸法精度をがたつきない精度（例えば、共通の寸法精度を与えて）で形成したとき、ショート・シャフト２１，２３には、ロング・シャフト１９よりも軸心の微妙な倒れ角が大きく作用する。
【００４２】
換言すると、ロング・シャフト１９が初期の配置位置を保持しようとして踏ん張る分、ピニオン５，７との摺動部への当たりが強くなるが、ショート・シャフト２１，２３は微妙な軸心倒れ角をもってピニオン９，１１との摺動部の強い当たりを緩和させることになる。
【００４３】
このため、１本のロング・シャフト１９と２本のショート・シャフト２１，２３とを組み合わせて十字形状に形成されたピニオン・シャフト３に４個のピニオン５，７，９，１１が配置された４ピニオン・タイプのデファレンシャル装置１において、ロング・シャフト１９を上述した支持状態と共に硬質の表面硬化処理を与えてショート・シャフト２１，２３より相対的に高剛性に保持して、ピニオン５，７との摺動支持状態を安定させ、耐焼付性を向上させることができる。
【００４４】
また、ロング・シャフト１９の相対的な高剛性によりデフ・ケース１３からの駆動入力も確実に伝達することができる。
【００４５】
このとき、２本のショート・シャフト２１，２３の突軸部２９，３１に駆動トルクが衝撃力として入力された場合に、上述した支持状態と共にロング・シャフト１９に比べ所定の表面硬化処理を与えて相対的に低剛性のショート・シャフト２１，２３とすることにより靱性を持たせ、衝撃を緩衝し耐衝撃性を向上させることができる。
【００４６】
ロング・シャフト１９は、高剛性でありデフ・ケース１３の支持孔１３ａ，１３ｂに対して軸心倒れを生じず、デフ・ケース１３に対して軸心位置が確実に保持される。
【００４７】
このロング・シャフト１９に対してピニオン５，７が自転するとき、ロング・シャフト１９の外周面３ａ，３ｂに対してピニオン５，７の内周面５ａ，７ｂが摺動する。
【００４８】
このとき、デフ・ケース１３に対して軸心位置が確実に保持されたロング・シャフト１９の外周面３ａ，３ｂに対してピニオン５，７の内周面５ａ，７ａが片当たりを起こす恐れもある。
【００４９】
しかし、ロング・シャフト１９の表面硬化処理により相対的に硬くなっている外周面３ａ，３ｂにピニオン５，７の内周面５ａ，７ａが片当たりを起こしても焼き付きを防止することができる。
【００５０】
ショート・シャフト２１，２３は、上記表面硬化処理により、ロング・シャフト１９よりも相対的に低剛性であるが、この低剛性は、焼付きを防止可能な硬さに設定されている。
【００５１】
また、ショート・シャフト２１，２３は短軸であるので、各々のショート・シャフト２１，２３は多少の軸心倒れが許容されている。このため、ピニオン９，１１が内周面９ａ，１１ａにおいて自転摺動する外周面３ｃ，３ｄに於いては、ショート・シャフト２１，２３の軸心倒れによる偏当りが抑制される。
［その他］
ロング・シャフト１９及びショート・シャフト２１，２３の表面硬化処理は、上記の例に限らない。例えば、ロング・シャフト１９の表面硬化処理とショート・シャフト２１，２３の表面硬化処理と異なる処理は、上記の例及び以下の例の処理の中から、各シャフトの使用材料，デフ・ケース１３への入力トルク、差動回転数などの所要条件をベースに各々選定することができる。
【００５２】
処理の例としては、ナイトロテック（登録商標）、タフトライド、無電解Ni-Pメッキ、Crメッキ、TiNイオンプレーティング、DLC皮膜、TiAl皮膜などがある。
【符号の説明】
【００５３】
１  デファレンシャル装置
３  ピニオン・シャフト
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ  外周面
５，７，９，１１  ピニオン
５ａ、７ａ、９ａ，１１ａ  内周面
１３  デフ・ケース
１５，１７  サイド・ギヤ（出力ギヤ）
１９  ロング・シャフト
２１，２３  ショート・シャフト
２７  貫通孔（係止部）
２９，３１  突軸部（係合部）
【図１】
2010270860.tif 000003
【図２】
2010270860.tif 000004
【図３】
2010270860.tif 000005