(57)【要約】【課題】外部熱源に依らずに暖機するに好適な車両用歯車伝動装置を提供する。【解決手段】ハウジング２内にリングギヤ７とこのリングギヤ７に噛み合うドライブピニオン３とを夫々軸受支持すると共に、このハウジング２内に潤滑油を貯留し、前記リングギヤ７およびドライブピニオン３の噛み合い回転に伴う掻き上げ作用によって潤滑油を循環させながらそれぞれの軸受支持部を潤滑する車両用歯車伝動装置である。そして、前記ドライブピニオン３の軸方向位置を、低温時に最適噛合い位置より軸方向に移動させる噛合い位置変更手段３０を設けたことを特徴とする。【選択図】図１
2013160361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内にリングギヤとこのリングギヤに噛み合うドライブピニオンとを夫々軸受支持すると共に、このハウジング内に潤滑油を貯留し、前記リングギヤおよびドライブピニオンの噛み合い回転に伴う掻き上げ作用によって潤滑油を循環させながらそれぞれの軸受支持部を潤滑する車両用歯車伝動装置であって、
前記ドライブピニオンの軸方向位置を、低温時に最適噛合い位置より軸方向に移動させる噛合い位置変更手段を設けたことを特徴とする車両用歯車伝動装置。
【請求項２】
前記噛合い位置変更手段は、ドライブピニオンをハウジングに軸受支持する軸受装置とドライブピニオン若しくはハウジングとの間に配置された感温型のアクチュエータによりドライブピニオンを軸方向に移動させるものであることを特徴とする請求項１に記載の車両用歯車伝動装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、形状記憶合金製のシムまたはバイメタルを主要素とするものであることを特徴とする請求項２に記載の車両用歯車伝動装置。
【請求項４】
前記リングギヤおよびドライブピニオンは、ハイポイドギヤにより構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の車両用歯車伝動装置。
【請求項５】
前記車両用歯車伝動装置は、車両用駆動力を左右の車輪に伝達する経路に設けたファイナルドライブであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の車両用歯車伝動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハイポイドギヤ等の傘歯車セットを備える車両用歯車伝動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から車両の変速機やエンジンの暖機を行う車両用暖機装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、熱源としての蓄熱材を有する熱交換装置と、エンジンと熱交換装置との間で冷却水を循環流通させ、自動変速機と熱交換装置との間で潤滑油を循環流通させるようにしている。そして、エンジンなどの運転状態に応じて、熱交換装置の蓄熱材が冷却水室と潤滑油室に接触する比率を任意に変更して、蓄熱材と冷却水及び潤滑油とで授受される熱の配分を最適となるよう変更可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４４９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来例では、エンジンの冷間始動時等においては、熱交換装置に反応媒体としての水を供給して蓄熱材に吸着させて、蓄熱材に吸着熱を発生させて冷却水や潤滑油を加熱している。このため、外部熱源として蓄熱材を有する熱交換装置を必要とすると共に外部熱源で発生させた熱をエンジンや変速機に供給する冷却水用及び潤滑油用の配管・循環ポンプ等を必要とし、暖機装置として高価となる。また、循環ポンプを作動させるための外部動力も必要となり、燃費効率も悪化する。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、外部熱源に依らずに暖機するに好適な車両用歯車伝動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、ハウジング内にリングギヤとこのリングギヤに噛み合うドライブピニオンとを夫々軸受支持すると共に、このハウジング内に潤滑油を貯留する。そして、前記リングギヤおよびドライブピニオンの噛み合い回転に伴う掻き上げ作用によって潤滑油を循環させながらそれぞれの軸受支持部を潤滑する車両用歯車伝動装置を対象とする。そして、本発明では、前記ドライブピニオンの軸方向位置を、低温時に最適噛合い位置より軸方向に移動させる噛合い位置変更手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明では、低温時にドライブピニオンとリングギヤとの噛合いによる歯当りがすべり接触含む状態となり、噛合い面に介在する潤滑油の温度を上昇させ、ハウジング内を循環する潤滑油の温度を早期に上昇させることができる。従って、最適な潤滑油温度に到達する、即ち、潤滑油の攪拌損失が低減されて伝達効率が良好となるまでの時間が短くでき、伝達効率が良い状態に早く安定する。このため、外部熱源に依らずに暖機することができるとともに、燃費効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の第１実施例をファイナルドライブに適用した断面図。
【図２】同じく図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】ドライブピニオンとリングギヤとの噛合い状態を説明する斜視図。
【図４】ドライブピニオンのリングギヤに対する噛合い位置に応じて生ずる歯当り変化を説明する説明図。
【図５】潤滑油温度の変化に対する噛合い位置の変化特性を説明する説明図。
【図６】冷間始動後の伝達効率の変化を示す特性図。
【図７】第２実施例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の車両用歯車伝動装置を一実施形態に基づいて説明する。図１〜２は、本発明をファイナルドライブに適用した第１実施例の車両用歯車伝動装置を示す断面図および要部断面図である。図１，２に示すように、ファイナルドライブ１は、ハウジング２内に、ドライブピニオン（ハイポイドピニオン）３と、ドライブピニオン３に噛み合うリングギヤ（ハイポイドリングギヤ）７を備える。
【００１１】
ドライブピニオン３は、一体となるピニオン軸４がフロントベアリング５およびリアベアリング６を介してハウジング２に回転可能に支持され、ピニオン軸４の端部に設けたフランジを介してプロペラシャフト等から回転駆動される。リングギヤ（ハイポイドリングギヤ）７は、ディファレンシャル装置（差動装置）８の外周に固定され、ディファレンシャル装置（差動装置）８は一対のサイドベアリング９を介してハウジング２に回転可能に支持されている。ハウジング２は、ハウジング本体２Ａとリアカバー２Ｂとで構成してあり、両者を図示しない車体部材にボルト等にて結合してある。
【００１２】
ディファレンシャル装置８は、ディファレンシャルケース（以下では、デフケースという）１０の内部に、ピニオンメートシャフト１１を共有する一対のピニオンメートギヤ１２と、それらのピニオンメートギヤ１２に噛み合う同じく一対のサイドギヤ１３とを回転可能に収容配置したものである。そして、各サイドギヤ１３は、アクスルシャフト１４に連結してある。なお、ピニオンメートギヤ１２はデフケース１０とともに公転可能であるとともに、ピニオンメートギヤ１２自体の軸心まわりにも自転できる構造となっている。そして、デフケース１０にボルト１５にてリングギヤ７を固定してある。
【００１３】
ここで、ピニオン軸４とリングギヤ７との関係に着目した場合に、ピニオン軸４は、図２から明らかなように、リングギヤ７の軸心（回転中心）に対して所定量だけ下方にオフセットしている。これにより、ドライブピニオン３とリングギヤ７との噛み合い部はリングギヤ７の軸心よりも下方に位置している一方、ハウジング２内にはドライブピニオン３とリングギヤ７との噛み合い部が浸漬する程度のレベルまで所定の潤滑油を貯留してある。
【００１４】
なお、図２に示すように、ハウジング本体２Ａの一部には、矢印Ｂ３方向から流れたきた潤滑油を、ピニオン軸４のフロントベアリング５およびリアベアリング６側に積極的に導入するために開口２０を形成してある。
【００１５】
このようなファイナルドライブ１の構造では、周知のようにピニオン軸４を入力側として回転駆動すると、ディファレンシャル装置８での差動を伴いながら双方のアクスルシャフト１４が回転駆動されることになる。その際に、貯留した潤滑油に浸漬しているドライブピニオン３およびリングギヤ７が潤滑油を上方に掻き上げて循環させることにより、両者の噛み合い部だけでなくハウジング２内のベアリング５，６，９等の各部を潤滑するようになっている。以上の構成のファイナルドライブ１は、それ自体が一般的な構成である。
【００１６】
ところで、エンジンの冷間始動後の走行開始時においては、ファイナルドライブ１等の車両用歯車伝動装置は、最適温度（８０℃〜１００℃）より温度が低下した冷機状態であるため、潤滑油も高粘度であり撹拌に伴う摩擦抵抗が高い。このため、車両用歯車伝動装置がその伝動に伴う撹拌により最適温度まで暖機される期間中は、車両の燃費が低下する。
【００１７】
そこで、本発明では、上記したエンジンの冷間始動後の走行開始時における車両の燃費低下を抑制するために、外部熱源を必要とせずに暖機するに好適な車両用歯車伝動装置を提供するものである。このために、本実施例では、ハウジング２内の温度が最適温度より低下した低温時と最適温度とでドライブピニオン３とリングギヤ７との噛み合い位置を変化させる噛合い位置変更手段３０を備える。
【００１８】
噛合い位置変更手段３０は、ハウジング２内の温度が最適温度より低下した低温時と最適温度とでドライブピニオン３の軸方向位置を変更することにより、リングギヤ７に対する噛合い位置を変更するよう機能する。
【００１９】
具体的には、図１，２に示すように、ドライブピニオン３の背面とフロントベアリング５のインナーレースの端部との間に挿入する、ドライブピニオン３の噛合い位置調整用のシムに代えて、感温型のアクチュエータとして機能する形状記憶合金やバイメタルよりなるシム３１を介在させる。このため、シム３１の軸方向の厚さが変化することに応じて、ドライブピニオン３はその軸方向位置が変化するよう付勢される。ドライブピニオン３のピニオン軸４はテーパローラ型のフロントベアリング５とリアベアリング６を軸方向に締付けて両者にプリロードを掛けているが、シム３１の厚さが変化することにより、プリロードを変化させつつ微少な範囲内で、軸方向に移動可能である。
【００２０】
このシム３１は、低温時に軸方向において収縮状態（若しくは膨張状態）となり、最適温度で軸方向に膨張（若しくは収縮）するよう構成する。即ち、このシム３１は、リングギヤ７に対するドライブピニオン３の位置を、低温時には最適な噛合い位置から後退（若しくは前進）させ、最適温時には最適な噛合い位置まで前進（若しくは後退）させるよう作動する。そして、最適な噛合い位置でドライブピニオン３の軸方向移動が停止されるように、フロントベアリング５およびリアベアリング６とピニオン軸４との位置関係およびプリロードを設定する。
【００２１】
ドライブピニオン３とリングギヤ７とは、ハイポイドギヤにより構成されているため、図３のＢ方向に位置を変化させると、最適な歯当たり位置（図４のＢ位置）では、ドライブピニオン３とリングギヤ７とは歯面同士の円滑な転がり接触により動力を伝達する。このため、最適な歯当たり位置では、上記両者の噛合いによるフリクションロスが低減され、歯面同士の間に介在している潤滑油温度の上昇が抑制される。しかしながら、最適な歯当たり位置からドライブピニオン３を前進させた図４のＡ位置では、リングギヤ７の歯元でドライブピニオン３と噛合うこととなり、また、最適な歯当たり位置からドライブピニオン３を後退させた図４のＣ位置では、リングギヤ７の歯先でドライブピニオン３と噛合うこととなる。このような最適位置から外れた噛合い位置では、リングギヤ７とドライブピニオン３とは、歯面同士の転がり接触に加えて、歯面同士の滑り接触が誘発される。この歯面同士の滑り接触は、両者の噛合いによるフリクションロスが発生し、歯面同士の間に介在している潤滑油温度の上昇が促進される。
【００２２】
図５は、噛合い位置変更手段３０であるシム３１による潤滑油温度の変化に対するドライブピニオン３の噛合い位置変化を示すものである。即ち、シム３１として低温時に収縮状態となり最適温度時に膨張するものを適用する場合には、図中の線Ａに示すように、低温時にはドライブピニオン３の噛合い位置を最適噛合い位置より後退させた位置にセットする。そして、潤滑油の温度上昇に連れてシム３１が膨張し、ドライブピニオン３の噛合い位置を適正噛合い位置に接近移動させ、最適温度に到達した段階において、最適噛合い位置に位置させるよう構成する。
【００２３】
また、シム３１として低温時に膨張状態となり最適温度時に収縮するものを適用する場合には、図中の線Ｂに示すように、低温時にはドライブピニオン３の噛合い位置を最適噛合い位置より前進させた位置にセットする。そして、潤滑油の温度上昇に連れてシム３１が収縮し、ドライブピニオン３の噛合い位置を適正噛合い位置に接近移動させ、最適温度に到達した段階において、最適噛合い位置に位置させるよう構成する。
【００２４】
したがって、このような車両用歯車伝動装置は、エンジンの冷間始動後の走行開始時においては、冷間状態にあり、感熱型のアクチュエータとして機能するシム３１は冷間の収縮状態（若しくは膨張状態）となっている。このため、シム３１の軸方向厚さにより位置調整されるドライブピニオン３のリングギヤ７への噛合い位置も最適噛合い位置より後退した位置（図４のＣ位置）（若しくは前進した位置（図４のＣ位置））にある。この噛合い位置では、ドライブピニオン３とリングギヤ７との歯面同士の歯当たりが滑り接触を含む噛合い状態となり、歯面同士の滑り接触による摩擦により歯面同士の間に介在している潤滑油の温度を積極的に上昇させる。この場合に、冷機状態の温度が低くなればなるほど、ドライブピニオン３の軸方向位置が最適噛合い位置から大きくずれることとなるため、歯面同士の滑り接触による摩擦が増加し、歯面同士の間に介在している潤滑油の温度の上昇代も大きくなる。
【００２５】
この噛合い状態が継続されることにより、ハウジング２内で循環する潤滑油の温度は、急速に上昇する。潤滑油の温度上昇に連れて感温型のアクチュエータとして機能するシム３１は冷間の収縮状態（若しくは膨張状態）から解放されて最適温度の膨張状態（若しくは収縮状態）に変化され、それに伴って、ドライブピニオン３のリングギヤ７への噛合い位置も最適噛合い位置に漸近していく。噛合い位置の最適噛合い位置への接近により、ドライブピニオン３とリングギヤ７との歯面同士の接触が滑り接触する割合が低下され且つ転がり接触する割合が増加する。これにより、噛合い面に介在された潤滑油に対する温度上昇作用が低下される。
【００２６】
そして、ハウジング２内を循環する潤滑油の温度が、最適温度に到達すると、ドライブピニオン３のリングギヤ７への噛合い位置も最適噛合い位置に移動する。噛合い位置の最適噛合い位置への到達により、ドライブピニオン３とリングギヤ７との歯面同士の接触がほぼ完全に滑り接触する状態となり、噛合い面に介在された潤滑油に対する温度上昇作用がなくなり、それ以上の温度上昇が抑制される。
【００２７】
図６は、本実施例のエンジンの冷間始動後の車両用歯車伝動装置の伝動効率の変化を、冷機状態から最適噛合い位置を継続させた比較例と対比して示す説明図である。比較例Ｃにおいては、エンジンの冷間始動後の冷機状態において本実施例よりも伝達効率が高いが、その後の潤滑油の温度上昇が緩慢であり、最適な潤滑油温度に到達する、即ち、伝達効率が良好となるまでの時間が長くなり、その間は潤滑油の攪拌損失により燃費効率が悪化する結果となっている。
【００２８】
これに対して、本実施例においては、線Ｄに示すように、エンジンの冷間始動後の冷機状態においては、比較例Ｃよりも伝達効率は低い。しかしながら、その後の潤滑油の温度上昇が急速に行われることにより、最適な潤滑油温度に到達する、即ち、伝達効率が良好となるまでの時間が短くでき、伝達効率が良い状態に早く安定する。このため、本実施形態では、比較例Ｃに比較して、図中のハッチングした領域分だけ、燃費効率が改善される。
【００２９】
図７は本実施形態の第２実施例のドライブピニオン３及びピニオン軸４の軸受構造を示すものである。この実施例においては、ピニオン軸４の軸中間部分にはベアリング５，６の嵌合固定部が形成され、該ベアリング嵌合固定部にベアリング５，６としてのユニットベアリングが圧入嵌合されている。そして、ベアリング５，６をハウジング２の有段成形された軸受孔２Ｃに嵌合することによって支持させている。
【００３０】
ベアリング嵌合固定部の前方端部には、リテーナリング３３を挿入配置し、ナット３４がねじ込まれている。従って、このリテーナリング３３と、ドライブピニオン３との間でベアリング５，６を挟み込み、ナット３４でリテーナリング３３を圧締することにより、ベアリング５，６の抜止め固定が行われている。
【００３１】
このリテーナリング３３は、軸受孔２Ｃの外側開口部を密封するオイルシール３５の摺動部を兼ねていて、オイルシール３５を外嵌装着した外周面はオイルシール摺動面として面精度が高められている。
【００３２】
そして、本実施例では、噛合い位置変更手段３０として、ベアリング５，６のハウジング２内側のフランジ３６とハウジング２内壁との間に、低温時に軸方向において収縮状態（若しくは膨張状態）となり、最適温度で軸方向に膨張（若しくは収縮）する、感温型のアクチュエータとして機能するシム３１を介在させる。その他の構成は、第１実施例と同様である。
【００３３】
この実施例においても、リングギヤ７に対するドライブピニオン３の位置を、低温時には最適な噛合い位置から後退（若しくは前進）させ、最適温時には最適な噛合い位置まで前進（若しくは後退）させるよう作動させることができる。そして、低温時にはドライブピニオン３の噛合い位置を最適噛合い位置より後退（若しくは前進）させた位置にセットする。そして、潤滑油の温度上昇に連れてシム３１が膨張（若しくは収縮）し、ドライブピニオン３の噛合い位置を適正噛合い位置に接近移動させ、最適温度に到達した段階において、最適噛合い位置に位置させることができる。従って、冷機状態での噛合い位置では、ドライブピニオン３とリングギヤ７との歯面同士の歯当たりが滑り接触を含む噛合い状態となり、歯面同士の滑り接触による摩擦により歯面同士の間に介在している潤滑油の温度を積極的に上昇させることができる。
【００３４】
そして、ハウジング２内を循環する潤滑油の温度が、最適温度に到達すると、ドライブピニオン３のリングギヤ７への噛合い位置も最適噛合い位置に移動する。噛合い位置の最適噛合い位置への到達により、ドライブピニオン３とリングギヤ７との歯面同士の接触が完全に滑り接触する状態となり、噛合い面に介在された潤滑油に対する温度上昇作用がなくなり、それ以上の温度上昇が抑制される。
【００３５】
従って、第１実施例と同様に、エンジンの冷間始動後の冷機状態においては、伝達効率は低い。しかし、その後の潤滑油の温度上昇が急速に行われることにより、最適な潤滑油温度に到達する、即ち、伝達効率が良好となるまでの時間が短くでき、伝達効率が良い状態に早く安定する。このため、燃費効率が改善される。
【００３６】
なお、上記実施形態において、感温型のアクチュエータとして、低温時に軸方向において収縮状態（若しくは膨張状態）となり、最適温度で軸方向に膨張（若しくは収縮）する、感温型のアクチュエータとして機能するシム３１を使用するものについて説明した。しかし、潤滑油の温度を検出する温度センサの信号に基づき、低温時に作動してドライブピニオン３の軸方向位置を最適噛合い位置から移動させ、最適温度に到達した段階で作動が解除されてドライブピニオン３の軸方向位置を最適噛合い位置に戻す、電気的アクチュエータや油圧アクチュエータであってもよい。
【００３７】
また、上記実施形態において、車両用歯車伝動装置として、ファイナルドライブ１を対象とするものについて説明したが、図示はしないが、四輪駆動車における前後方向への動力配分装置を対象とするものであってもよい。
【００３８】
また、上記実施形態において、車両用歯車伝動装置として、ハイポイドピニオンとハイポイドリングギヤ７を対象とするものについて説明したが、図示はしないが、傘歯車で形成したドライブピニオン３とリングギヤ７を対象とするものであってもよい。
【００３９】
また、上記実施形態において、車両の駆動力として、エンジンを用いるものについて説明したが、電動機により駆動される電気自動車や電動機とエンジンとの併用により駆動されるハイブリッド自動車であってもよい。
【００４０】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００４１】
（ア）ハウジング２内にリングギヤ７とこのリングギヤ７に噛み合うドライブピニオン３とを夫々軸受支持すると共に、このハウジング２内に潤滑油を貯留し、前記リングギヤ７およびドライブピニオン３の噛み合い回転に伴う掻き上げ作用によって潤滑油を循環させながらそれぞれの軸受支持部を潤滑する車両用歯車伝動装置である。そして、前記ドライブピニオン３の軸方向位置を、低温時に最適噛合い位置より軸方向に移動させる噛合い位置変更手段３０を設けたことを特徴とする。このため、低温時にドライブピニオン３とリングギヤ７との噛合いによる歯当りがすべり接触含む状態となり、噛合い面に介在する潤滑油の温度を上昇させ、ハウジング２内を循環する潤滑油の温度を早期に上昇させることができる。従って、最適な潤滑油温度に到達する、即ち、潤滑油の攪拌損失が低減されて伝達効率が良好となるまでの時間が短くでき、伝達効率が良い状態に早く安定する。このため、外部熱源に依らずに暖機することができるとともに、燃費効率を改善できる。
【００４２】
（イ）噛合い位置変更手段３０は、ドライブピニオン３をハウジング２に軸受支持する軸受装置５，６とドライブピニオン３若しくはハウジング２との間に配置された感温型のアクチュエータとしてのシム３１によりドライブピニオン３を軸方向に移動させるものである。このため、ドライブピニオン３およびピニオン軸４の支持構造を変更することなく、噛合い位置を変更することができる。
【００４３】
（ウ）アクチュエータは、形状記憶合金製のシム３１またはバイメタルを主要素とするものである。このため、噛み合い位置を変化させるための動力を使う必要がなく、また、通常使用している、組立て時の調整シムの代わりに用いることができ、ピニオン軸支持構造を変更する必要がないため、レイアウト性がよい。
【００４４】
（エ）リングギヤ７およびドライブピニオン３は、ハイポイドギヤにより構成されており、車両用駆動力を左右の車輪に伝達する経路に設けたファイナルドライブ１である。このため、通常、外部熱源から遠い部位に配置されるファイナルドライブ１の暖機機構として最適である。
【符号の説明】
【００４５】
１  車両用歯車伝動装置としてのファイナルドライブ
２  ハウジング
３  ドライブピニオン（ハイポイドピニオン）
４  ピニオン軸
５  フロントベアリング
６  リアベアリング
７  リングギヤ（ハイポイドリングギヤ）
８  デファレンシャル装置（差動装置）
９  サイドベアリング
１０  デファレンシャルケース（デフケース）
３０  噛合い位置変更手段
３１  感温型のアクチュエータとして機能するシム
【図１】
2013160361.tif 000003
【図２】
2013160361.tif 000004
【図３】
2013160361.tif 000005
【図４】
2013160361.tif 000006
【図５】
2013160361.tif 000007
【図６】
2013160361.tif 000008
【図７】
2013160361.tif 000009