JP2009030743A - ファイナルドライブの潤滑構造および潤滑方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライブピニオンギヤやリングギヤの高速回転が続き、その遠心力の影響でドライブピニオンシャフト側に潤滑油が集められ、局部循環による潤滑形態となったとしても、ギヤ部の潤滑を適正に行えるようにする。
【解決手段】キャリア２の上部内壁に潤滑油保持ケース２４を設け、リングギヤ７の回転による掻き上げ作用により、キャリア２内に貯留している潤滑油２１を潤滑油保持ケース２４に流入させて保持させる。潤滑油保持ケース２４は、温度上昇により変形して開放する開閉蓋２６が、特に高速回転が続いたときなど温度が規定以上に上昇したときに開放し、保持している潤滑油をリングギヤ７とドライブピニオンギヤ３との噛み合い部に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の駆動系におけるファイナルドライブの潤滑構造に係わり、特にリングギヤを有するディファレンシャル装置（差動装置）および上記リングギヤに噛み合うドライブピニオンギヤ付きのドライブピニオンシャフトをそれぞれ支持しているキャリア（ハウジングとも言う）内部の軸受部を強制潤滑するファイナルドライブの潤滑構造に関する。

この種のファイナルドライブの潤滑構造では、下記特許文献１に記載のように、リングギヤが固定されたディファレンシャル装置のほか、上記リングギヤに噛み合うハイポイドピニオンギヤなどのドライブピニオンギヤ付きのドライブピニオンシャフトをそれぞれ軸受支持しているキャリア内に潤滑油を貯留し、上記リングギヤなどの回転によって潤滑油をキャリア内部の上部空間にまで一旦掻き上げて循環させることを基本とし、もってキャリア内部のベアリングなどを潤滑している。

より具体的には、例えばＦＲタイプ車用のファイナルドライブであって且つドライブピニオンギヤの回転中心（軸心）がリングギヤのそれよりも所定量だけ下方にオフセットしているとタイプのものでは、キャリア内部の上方空間まで掻き上げられた潤滑油の一部がキャリア内面を伝わることで、ディファレンシャルケース内部のギヤの噛み合い部やディファレンシャルケースそのものを支持しているサイドベアリングの潤滑を行う一方、別の一部の潤滑油がドライブピニオンシャフトを支持しているフロントベアリングやリアベアリングの潤滑を行った上で、それぞれの潤滑油が再びキャリアの底部に戻ることでいわゆる潤滑油の循環による潤滑作用が行われている。
特開２００６−２００７３０号公報

上記のようなＦＲタイプ車用のファイナルドライブにおいて、特にドライブピニオンギヤおよびリングギヤの高速回転が続くような状況下では、本来はリングギヤによって掻き上げられた潤滑油の一部が真下に落下してディファレンシャルケースの内部やケースそのものを支持しているサイドベアリングなどの潤滑を行うべきところ、リングギヤなどによって掻き上げられた潤滑油が遠心力のためにディファレンシャルケースなどを潤滑することなく一気にドライブピニオンシャフト側に集められてしまう傾向にある。

また、ドライブピニオンシャフト側に集められた潤滑油がキャリア底部の潤滑油貯留部に戻る前に高速回転しているドライブピニオンギヤによって再度掻き上げられてしまい、いわゆる局部循環による潤滑形態となることによってキャリアの内部全体に潤滑油が均等に行き渡らない状態となる。

その結果として、サイドギヤとドライブピニオンギヤとの噛み合い部や、ディファレンシャルケース内部のギヤの噛み合い部に潤滑油が循環しにくい状況が続くことによって、高速回転での潤滑不足を招くおそれがある。

また、上記の潤滑不足対策として、たとえリングギヤなどの高速回転が続いたとしても、サイドギヤとドライブピニオンギヤとの噛み合い部などを充分に潤滑できるように、潤滑油に該噛み合い部が浸漬するレベルまでキャリア内の潤滑油量を増加させることも可能であるが、その場合にはドライブピニオンギヤによる潤滑油の撹拌抵抗が増大し、動力伝達効率の低下とともに車両の燃費が悪化することとなって好ましくない。

そこで本発明は、特にドライブピニオンギヤやリングギヤの高速回転が続き、その遠心力の影響でドライブピニオンシャフト側に潤滑油が集められ、局部循環による潤滑形態となったとしても、ギヤ部の潤滑も適正に行えるようにすることを目的としている。

本発明は、ディファレンシャルケースにリングギヤが固定されたディファレンシャル装置のほか、前記リングギヤに噛み合うドライブピニオンギヤを有するドライブピニオンシャフトがそれぞれ軸受支持されているキャリア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ギヤの噛み合い回転に伴う掻き上げ作用によって前記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ファイナルドライブの潤滑構造であって、前記キャリア内に、前記掻き上げ作用によって掻き上げられた潤滑油を溜める油溜まり部を設け、この油溜まり部に溜めた潤滑油をギヤ部に供給する油供給手段を設けたことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、キャリア内の潤滑油がドライブピニオンシャフト側に集められたとしても、キャリア内に設けた油溜まり部に潤滑油を一旦溜め、この貯めた潤滑油を油供給手段によってギヤ部に供給することで、ギヤ部の潤滑不良を防止することができる。この際、キャリア内の潤滑油の貯留量を増加させる必要もないことから燃費の悪化を回避することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１〜図５は、本発明に係わるファイナルドライブの潤滑構造のより具体的な第１の実施の形態を示す図であり、ＦＲタイプ車用のファイナルドライブの例を示している。そして、特に図１はファイナルドライブ１の断面説明図を、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図を、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図をそれぞれ示している。

図１，図３に示すように、ファイナルドライブ１の母体をなすキャリア（ハウジング）２内には、ドライブピニオンギヤ（ハイポイドピニオンギヤ）３と一体のドライブピニオンシャフト４をフロントベアリング５およびリアベアリング６を介して回転可能に支持させるとともに、そのドライブピニオンギヤ３に噛み合うリングギヤ（ハイポイドリングギヤ）７を外周に有するディファレンシャル装置（差動装置）８を一対のサイドベアリング９を介して回転可能に支持させてある。

なお、キャリア２は、鋳造成形したキャリア本体２Ａとリアカバー２Ｂとで構成してあり、両者を図示しないボルトなどにて結合してある。

ディファレンシャル装置８は、図３に示すように、ディファレンシャルケース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り、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はディファレンシャルケース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、ディファレンシャルケース１０にボルト１５にてリングギヤ７を固定してある。

ここで、ドライブピニオンシャフト４とリングギヤ７との関係に着目した場合に、ドライブピニオンシャフト４は図１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、ドライブピニオンギヤ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、キャリア２内にはドライブピニオンギヤ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２１を貯留してある。

なお、図１から明らかなように、キャリア本体２Ａの一部には、後述するように矢印Ｃ３方向から流れてきた潤滑油をドライブピニオンシャフト４のほか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。

このようなファイナルドライブ１の構造では、周知のようにドライブピニオンシャフト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、キャリア２内に貯留した潤滑油２１に、下端の一部が浸漬しているドライブピニオンギヤ３およびリングギヤ７が、潤滑油２１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キャリア２内のベアリング５，６，９などの各部を潤滑する。

ここで、本実施形態では、リングギヤ７の上方のキャリア本体２Ａに上方に向けて膨出する膨出部２２を設け、その内側に形成される凹所２３に油溜まり部としての潤滑油保持ケース２４を設けている。

潤滑油保持ケース２４は、キャリア２内の潤滑油２１を一時的に保持するもので、図４にその単体のみを斜視図として示すように、キャリア本体２Ａに鋳造時に一体成形したケース本体２５と、ケース本体２５の開口部としての下部開口２５ａを開閉する開閉手段としての開閉蓋２６とをそれぞれ備えている。これら下部開口２５ａと開閉蓋２６とで油供給手段を構成している。

ケース本体２５は、周囲四方に側壁２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅを有する大略箱形状であり、下方にあるリングギヤ７に対向する側に前記した下部開口２５ａが潤滑油の放出口として開口している。

一方上記した各側壁２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅのうち、リアカバー２Ｂ側の側壁２５ｂを除く他の３つの側壁２５ｃ，２５ｄ，２５ｅの上端がキャリア本体２Ａの内面に一体化している。

なお、上記したケース本体２５は、キャリア本体２Ａに対し別体として製造し、キャリア本体２Ａに適宜方法で取り付ける構造としてもよい。

リアカバー２Ｂ側の側壁２５ｂには、下部開口２５ａと反対の上部側に切欠開口部２５ｆを設けてあり、キャリア２の下部に貯留してある潤滑油２１が、前記したリングギヤ７の回転による掻き上げ作用により、この切欠開口部２５ｆからケース本体２５内に取り込まれる。

ケース本体２５の下部開口２５ａを開閉する開閉蓋２６は、温度により変形する形状記憶合金で構成してあり、リアカバー２Ｂ側の端部２６ａを側壁２５ｂの下端に取り付けている。

具体的には、開閉蓋２６は、ファイナルドライブ１の作動によって、潤滑油２１など周囲の温度が規定の温度にまで上昇したときに、図１，図４の実線位置にある閉じ状態から、先端側が下方に向けて屈曲変形することで、二点鎖線位置にある開放状態に変位し、この開放状態で潤滑油保持ケース２４内に溜めてある潤滑油を放出する。なお、ここでの開閉蓋２６が開放したときの潤滑油の放出（供給）方向は、その下方に位置するリングギヤ７とドライブピニオンギヤ３との噛み合い部に指向させている。

また、キャリア本体２Ａの膨出部２２の上面には、潤滑油保持ケース２４に溜めた潤滑油の熱を放熱する放熱手段としての放熱フィン２７を一体的に設けている。

上記したようなファイナルドライブの潤滑構造によれば、リングギヤ７の回転により、キャリア２内の下部に貯留してある潤滑油２１が、図１中の矢印Ｃ１のように掻き上げられ、その後矢印Ｃ２のように流れた後、前記した矢印Ｃ３のようにドライブピニオンシャフト４に向けて流れていく。

この際、上記の矢印Ｃ１のように流れた潤滑油２１の一部が、矢印Ｃ４のようにケース本体２５の切欠開口部２５ｆから潤滑油保持ケース２４に入り込み、図５（ａ）に示すように潤滑油溜まり２８となって溜められる。

この潤滑油保持ケース２４に溜められた潤滑油溜まり２８は、放熱フィン２７によって放熱されるものの、回転するリングギヤ７によって下部に貯留している潤滑油２１が繰り返し流入して入れ替わるので、キャリア２の底部に貯留してある潤滑油２１とほぼ同等の温度に保たれる。

そして、リングギヤ７の回転が継続し、キャリア２内の温度や潤滑油２１の温度、すなわち開閉蓋２６の周囲の感知する温度が、開閉蓋２６が開放状態となるような規定温度まで上昇すると、開閉蓋２６が、図５（ａ）の閉じ状態から図５（ｂ）および、図１の二点鎖線のように開放状態となる。これにより、潤滑油溜まり２８となっている潤滑油が、矢印Ｃ５のようにして放出され、図１の矢印Ｃ６のようにドライブピニオンギヤ３とリングギヤ７との噛み合い部に供給される。

上記したキャリア２内や潤滑油２１の温度上昇は、リングギヤ７が特に高速回転が継続するような状況に発生し、このような状況下ではリングギヤ７によって掻き上げられた潤滑油が前方のドライブピニオンシャフト４周辺に溜まってしまうことになるが、本実施形態では、上記したように、潤滑油溜まり２８となる潤滑油を噛み合い部などのギヤ部に強制的に供給することで、噛み合い部の潤滑不良および焼き付きを防止することができる。この際、キャリア２内の潤滑油２１の貯留量を増加させる必要もないことから燃費の悪化を回避することができる。

また、本実施形態では、油溜まり部である潤滑油保持ケース２４をギア部であるリングリヤ７やドライブピニオンギヤ３の上方に設けているので、放出した潤滑油をギヤ部に対して単に落下させることで供給でき、特別なガイド部材などが不要であり、簡単な構成でギヤ部への潤滑油の供給が行える。

また、潤滑油保持ケース２４内の潤滑油溜まり２８は、放熱フィン２７によって放熱されるので、特に高温（前記した規定温度よりもさらに高温）となったときにリングリヤ７やドライブピニオンギヤ３との噛み合い部には、比較的低温の潤滑油をギヤ部に供給することができ、高速回転時での噛み合い部の焼き付き防止を、別途オイルクーラなどのコストのかかる装置を設けることなく達成することができる。

また、潤滑油保持ケース２４は、温度により変形してケース本体２５の下部開口２５ａを開放し潤滑油を放出する開閉蓋２６を備えているので、この開閉蓋２６を例えば形状記憶合金で構成することができ、別途開放制御機構を設ける場合に比較して安価でギア部への潤滑油供給を行うことができるとともに、開閉動作によって保持している潤滑油を容易に放出することができる。

なお、上記した実施形態では、開閉蓋２６の開放時に、リングギヤ７とドライブピニオンギヤ３との噛み合い部に向けて潤滑油を供給するようにしているが、リングギヤ７やドライブピニオンギヤ３にのみ供給するよう放出させる構成としてもよい。リングギヤ７とドライブピニオンギヤ３のいずれか一方にのみ潤滑油を供給することで、ギヤの回転によりリングギヤ７とドライブピニオンギヤ３との噛み合い部に潤滑油が移動して供給されることになる。

また、開閉蓋２６の開放時に、ディファレンシャルケース１０内部のギヤの噛み合い部に向けて潤滑油を供給するようにしてもよい。この場合には、潤滑油保持ケース２４のキャリア本体２Ａに対する設定位置や、開閉蓋１６の開放位置を変えるなどすることで、開閉蓋１６の開放による潤滑油放出口から、ディファレンシャルケース１０に形成してある貫通孔１０ａ（図２参照）を通してピニオンメートギヤ１２とサイドギヤ１３との噛み合い部に潤滑油を供給することが可能となる。

図６は、本発明の第２の実施形態を示すファイナルドライブの潤滑構造の開閉蓋制御ブロック図である。この第２の実施形態は、前記した第１の実施形態の温度によって変形して開閉する開閉蓋２６に代えて、モータ２９などの駆動手段によって開閉する開閉蓋３０をケース本体２５に取り付けている。モータ２９は、負荷検出手段としてのトルクセンサ３１の出力信号を受ける開閉制御手段としてのコントローラ３２によって駆動制御される。

トルクセンサ３１は、リングギヤ７の回転時に受ける負荷を検出するもので、例えば、アクスルシャフト１４の歪みを検出する歪みセンサとして設置することができる。その他の構成は前記した第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態では、トルクセンサ３１が規定値以上のトルク値を検出したとき（例えば車両が登坂するときや重量物を運搬するときなど）に、リングギヤ７に作用する負荷が大きくなったとしてモータ２９を駆動して開閉蓋３０を開放し、前記した第１の実施形態と同様にして、潤滑油保持ケース２４内に溜まっている潤滑油を、ドライブピニオンギヤ３とリングギヤ７との噛み合い部などのギヤ部に供給する。

これにより、リングギヤ７によって掻き上げられた潤滑油が前方のドライブピニオンシャフト４周辺に溜まったとしても、第１の実施形態と同様に、ギヤ部の潤滑不良および焼き付きを防止することができ、この際、キャリア２内の潤滑油２１の貯留量を増加させる必要もないことから燃費の悪化を回避することができる。

なお、上記したトルクセンサ３１に代えて、キャリア２内に温度検出手段としての温度センサを設け、該温度センサの検出温度が規定温度まで上昇したときに、開閉蓋３０を開放させるようにしてもよい。

このように、第２の実施形態においては、トルクセンサ３１や温度センサの検出値に応じて開閉蓋３０を開放するようにしているので、開閉蓋３０の開閉動作を必要時に精度よく行え、ギヤ部の潤滑不良を効率よく解消することができる。

本発明の第１の実施形態に係わるファイナルドライブの潤滑構造を示す断面説明図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿う断面説明図である。 図１のファイナルドライブの潤滑構造における潤滑油保持ケースの単体のみを示す斜視図である。 （ａ）は潤滑油保持ケースの開閉蓋が閉じた状態を示す動作説明図、（ｂ）は潤滑油保持ケースの開閉蓋が開いた状態を示す動作説明図である。 本発明の第２の実施形態を示すファイナルドライブの潤滑構造の開閉蓋制御ブロック図である。

符号の説明

１ ファイナルドライブ
２ キャリア
３ ドライブピニオンギヤ（ギヤ部）
４ ドライブピニオンシャフト
７ リングギヤ（ギヤ部）
８ ディファレンシャル装置
１０ ディファレンシャルケース
２１ 潤滑油
２４ 潤滑油保持ケース（油溜まり部）
２５ａ 下部開口（油供給手段）
２６，３０ 開閉蓋（開閉手段，油供給手段）
２７ 放熱フィン（放熱手段）
２８ 潤滑油溜まり（油溜まり部に溜めた潤滑油）
３１ トルクセンサ（負荷検出手段）
３２ コントローラ（開閉制御手段）

Claims (8)

1. ディファレンシャルケースにリングギヤが固定されたディファレンシャル装置のほか、前記リングギヤに噛み合うドライブピニオンギヤを有するドライブピニオンシャフトがそれぞれ軸受支持されているキャリア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ギヤの噛み合い回転に伴う掻き上げ作用によって前記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ファイナルドライブの潤滑構造であって、前記キャリア内に、前記掻き上げ作用によって掻き上げられた潤滑油を溜める油溜まり部を設け、この油溜まり部に溜めた潤滑油をギヤ部に供給する油供給手段を設けたことを特徴とするファイナルドライブの潤滑構造。
2. 前記油溜まり部を前記ギヤ部の上方に設けたことを特徴とする請求項１に記載のファイナルドライブの潤滑構造。
3. 前記油溜まり部に、該油溜まり部に溜めた潤滑油の熱を放熱する放熱手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のファイナルドライブの潤滑構造。
4. 前記油供給手段は、温度により変形して前記油溜まり部に設けた開口部を開放し潤滑油を放出する開閉手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のファイナルドライブの潤滑構造。
5. 前記油供給手段は、前記リングギヤの回転時に受ける負荷を検出する負荷検出手段と、前記油溜まり部に設けた開口部を開閉する開閉手段と、前記負荷検出手段の検出値に応じて前記開閉手段を開放し前記油溜まり部の潤滑油を放出させる開閉制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のファイナルドライブの潤滑構造。
6. 前記油供給手段は、前記キャリア内の温度を検出する温度検出手段と、前記油溜まり部に設けた開口部を開閉する開閉手段と、前記温度検出手段の検出値に応じて前記開閉手段を開放し前記油溜まり部の潤滑油を放出させる開閉制御手段とを備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のファイナルドライブの潤滑構造。
7. 前記油供給手段の潤滑油供給方向を前記ギヤ部の噛み合い部に指向させたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のファイナルドライブの潤滑構造。
8. ディファレンシャルケースにリングギヤが固定されたディファレンシャル装置のほか、前記リングギヤに噛み合うドライブピニオンギヤを有するドライブピニオンシャフトがそれぞれ軸受支持されているキャリア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ギヤの噛み合い回転に伴う掻き上げ作用によって前記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ファイナルドライブの潤滑方法であって、前記キャリア内に設けた油溜まり部に、前記掻き上げ作用によって掻き上げられた潤滑油を溜め、この油溜まり部に溜めた潤滑油をギヤ部に供給することを特徴とするファイナルドライブの潤滑方法。

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