JP2008261419A - トランスファ切換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２輪４輪駆動の切換および高速段低速段の切換を行うトランスファ切換装置１において、待ち機構４８の総数を削減することにある。
【解決手段】トランスファ切換装置１によれば、待ち機構４８は、減速機構４７を構成するギヤホイール６８とギヤピニオン７０との間に組み込まれている。これにより、駆動力伝達経路がドラムカムから２４切換用ロッドおよび高低切換用ロッドの２つに分岐する前に待ち機構４８を配置することができる。このため、１つの待ち機構４８により駆動力を一時的に蓄えることが可能になるので、待ち機構４８の総数を従来の２から１に削減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、歯車同士の係合状態を切り換えることで、２輪駆動と４輪駆動との切換および高速段と低速段との切換を行うトランスファ切換装置に関する。

従来より、トランスファ切換装置１００は、図５に示すように、電動機（図示せず）のトルクを減速して出力するアクチュエータ１０１と、各種の切換パターンが形成され、アクチュエータ１０１から出力されたトルクにより回転するドラムカム１０２と、ドラムカム１０２のトルクを推力として利用し、軸方向に進退して歯車係合状態を切り換える２つのロッド１０３、１０４とを備える（例えば、特許文献１参照）。

このトランスファ切換装置１００によれば、ドラムカム１０２の外周面に２輪駆動と４輪駆動とを切り換えるための２４切換用パターン１０７、および高速段と低速段とを切り換えるための高低切換用パターン１０８が形成され、一方のロッド１０３が、２４切換用パターン１０７との係合により２輪駆動の歯車係合状態と４輪駆動の歯車係合状態とを切り換える２４切換用ロッドとして機能し、他方のロッド１０４が、高低切換用パターン１０８との係合により、高速段の歯車係合状態と低速段の歯車係合状態とを切り換える高低切換用ロッドとして機能する。

このため、トランスファ切換装置１００は、２輪４輪駆動の切換および高速段低速段の切換の各々に対して１つのアクチュエータ１０１（つまり、合計で２つのアクチュエータ１０１）を備えることなく、１つのアクチュエータ１０１で２輪４輪駆動の切換および高速段低速段の切換を行うことができる。

ところで、トランスファ切換装置１００では、歯車同士が強固に係合している場合等に歯車係合状態の切換がもたつくことがある。そこで、トランスファ切換装置１００には、歯車同士の係合が緩むまで、電動機から得られる駆動力を何らかの形で一時的に蓄えておく待ち機構１１０が装備されている。

そして、従来の待ち機構１１０は、ロッド１０３、１０４に作用する推力をスプリング１１２、１１３の弾性応力として蓄えることで、その機能を発揮できるように構成されている。すなわち、トランスファ切換装置１００によれば、ロッド１０３、１０４の各々に軸方向に伸縮自在のスプリング１１２、１１３が配され、スプリング１１２、１１３は、各々、２４、高低切換用パターン１０７、１０８と係合する係合部１１５、１１６の進退に応じて伸縮し弾性応力を蓄える。

このため、トランスファ切換装置１００は、２輪４輪駆動の切換および高速段低速段の切換の各々に対して１つの待ち機構１１０（つまり、合計で２つの待ち機構１１０）が必要となり、コストが高く構造も複雑になっている。
特開２００２−２６７０１３号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、２輪４輪駆動の切換および高速段低速段の切換を行うトランスファ切換装置において、待ち機構の総数を削減することにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載のトランスファ切換装置は、歯車同士の係合状態を切り換えることで、２輪駆動と４輪駆動との切換および高速段と低速段との切換を行うものである。
そして、このトランスファ切換装置は、電動機の駆動力を減速して出力する１つのアクチュエータと、２輪駆動と４輪駆動とを切り換えるための２４切換用パターン、および高速段と低速段とを切り換えるための高低切換用パターンが形成され、アクチュエータから出力された駆動力により回転するドラムカムと、２４切換用パターンと係合する係合部を有し、ドラムカムの回転により軸方向に進退して２輪駆動の歯車係合状態と４輪駆動の歯車係合状態とを切り換える２４切換用ロッドと、高低切換用パターンと係合する係合部を有し、ドラムカムの回転により軸方向に進退して高速段の歯車係合状態と低速段の歯車係合状態とを切り換える高低切換用ロッドと、電動機からドラムカムに至る駆動力伝達経路のいずれかの位置に配され、電動機の駆動力を一時的に蓄える待ち機構とを備える。

これにより、駆動力伝達経路が２つに分岐する前に待ち機構を配置することができる。すなわち、駆動力は、電動機からドラムカムまでは１つの駆動力伝達経路により伝達され、ドラムカム以降では駆動力伝達経路が２４切換用ロッドおよび高低切換用ロッドの２方向に分岐して伝達される。よって、待ち機構を、電動機からドラムカムに至る駆動力伝達経路のいずれかの位置に配すれば、駆動力伝達経路が２つに分岐する前に待ち機構を配置することができる。このため、１つの待ち機構により駆動力を一時的に蓄えることが可能になるので、待ち機構の総数を従来の２から１に削減することができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載のトランスファ切換装置によれば、待ち機構は、電動機の方から駆動力を伝達されて応力を蓄えるバネを有する。そして、トランスファ切換装置は、バネよりも電動機の側における駆動力伝達経路に、電動機からバネに向かう方向のみの駆動力の伝達を許容するクラッチ機構を備える。
これにより、バネに蓄えられた応力が電動機の方に伝わるのを阻止することができるので、待ち機構による電動機の逆回転を防止することができる。

最良の形態１のトランスファ切換装置は、歯車同士の係合状態を切り換えることで、２輪駆動と４輪駆動との切換および高速段と低速段との切換を行うものである。
そして、このトランスファ切換装置は、電動機の駆動力を減速して出力する１つのアクチュエータと、２輪駆動と４輪駆動とを切り換えるための２４切換用パターン、および高速段と低速段とを切り換えるための高低切換用パターンが形成され、アクチュエータから出力された駆動力により回転するドラムカムと、２４切換用パターンと係合する係合部を有し、ドラムカムの回転により軸方向に進退して２輪駆動の歯車係合状態と４輪駆動の歯車係合状態とを切り換える２４切換用ロッドと、高低切換用パターンと係合する係合部を有し、ドラムカムの回転により軸方向に進退して高速段の歯車係合状態と低速段の歯車係合状態とを切り換える高低切換用ロッドと、電動機からドラムカムに至る駆動力伝達経路のいずれかの位置に配され、電動機の駆動力を一時的に蓄える待ち機構とを備える。

また、このトランスファ切換装置によれば、待ち機構は、電動機の方から駆動力を伝達されて応力を蓄えるバネを有する。そして、トランスファ切換装置は、バネよりも電動機の側における駆動力伝達経路に、電動機からバネに向かう方向のみの駆動力の伝達を許容するクラッチ機構を備える。

〔実施例１の構成〕
実施例１のトランスファ切換装置１の構成を、図１ないし図４を用いて説明する。
トランスファ切換装置１は、歯車同士の係合状態を切り換えることで、２輪駆動と４輪駆動との切換および高速段と低速段との切換を行うものであり、図１に示すように、歯車係合状態を切り換えるための駆動力をトルクとして出力するアクチュエータ２と、外周面に各種の切換パターン３、４が形成され、アクチュエータ２から出力されたトルクにより回転するドラムカム５と、切換パターン３、４の各々に係合する係合部６、７を有し、ドラムカム５のトルクを推力に変換し、軸方向に進退して歯車係合状態を切り換える２つのロッド８、９とを備える。

ここで、切換パターン３は、２輪駆動と４輪駆動とを切り換えるための２４切換用パターンであり、切換パターン３と係合する係合部６を有するロッド８は、２４切換用ロッドである。切換パターン４は、高速段と低速段とを切り換えるための高低切換用パターンであり、切換パターン４と係合する係合部７を有するロッド９は、高低切換用ロッドである。なお、ロッド８、９は、歯車係合状態を安定して維持するために、各々、ディテント１３、１４により軸方向へのふらつきを抑制されている。

また、トランスファ切換装置１により切り換えられる歯車係合状態を形成するトランスファ部１６は、以下のような歯車要素により構成されている。

すなわち、トランスファ部１６の歯車要素は、変速機（図示せず）に機械的に連結する入力軸１８、入力軸１８と同軸に配され、前輪（図示せず）および後輪（図示せず）の一方の車輪に機械的に連結する出力軸１９、出力軸１９の外歯２１と常に係合する内歯２２を有し、ロッド８の推力により軸方向に移動するスリーブギヤ２３、スリーブギヤ２３の外歯２５と係脱する内歯２６を有し、前輪または後輪の他方の車輪に機械的に連結する平ギヤ２７、入力軸１８の外歯２９と常に係合する内歯３０を有し、ロッド９の推力に応じて軸方向に移動するスリーブギヤ３１、スリーブギヤ３１よりも径大に設けられ、スリーブギヤ３１の外歯３３に係脱する内歯３４を有するスリーブギヤ３５等である。

さらに、出力軸１９には、外歯２１とは別の同軸の外歯３７が設けられ、外歯３７にスリーブギヤ３１の内歯３０が係脱する。また、出力軸１９から外周側に延設された支軸３９には、スリーブギヤ３５の外歯４０と常に係合する外歯４１を有する遊星ギヤ４２が配されている。

以上の構成により、トランスファ部１６では、２輪駆動かつ高速段の係合状態（以下、「２Ｈ」と呼ぶ）、４輪駆動かつ高速段の係合状態（以下、「４Ｈ」と呼ぶ）、ニュートラル（以下、「Ｎ」と呼ぶ）、および４輪駆動かつ低速段の係合状態（以下、「４Ｌ」と呼ぶ）の３つの係合状態が、２Ｈ→４Ｈ→Ｎ→４Ｌ、または４Ｌ→Ｎ→４Ｈ→２Ｈの方向に切り換えられる。

すなわち、２Ｈでは、スリーブギヤ３１の内歯３０が入力軸１８の外歯２９と出力軸１９の外歯３７とに同時に係合しており、スリーブギヤ３１の外歯３３とスリーブギヤ３５の内歯３４とが係合していないので、変速機から入力軸１８に伝わる駆動力は減速されずに出力軸１９に伝達される。また、出力軸１９の外歯２１がスリーブギヤ２３の内歯２２に係合しており、スリーブギヤ２３の外歯２５が平ギヤ２７の内歯２６に係合していないので、入力軸１８から出力軸１９に伝わる駆動力は前輪および後輪の一方の車輪にのみ伝達される。

次に、２Ｈから４Ｈまでドラムカム５が回転すると、ロッド９およびスリーブギヤ３１は軸方向に変位せず、ロッド８およびスリーブギヤ２３は軸方向右側に変位する。この結果、４Ｈでは、スリーブギヤ３１と入力軸１８および出力軸１９との係合、スリーブギヤ３１とスリーブギヤ３５との非係合は２Ｈと同様であり、変速機から入力軸１８に伝わる駆動力は減速されずに出力軸１９に伝達される。一方、出力軸１９とスリーブギヤ２３との係合は２Ｈと同様のままで、スリーブギヤ２３の外歯２５が平ギヤ２７の内歯２６に係合するので、入力軸１８から出力軸１９に伝わる駆動力は前輪および後輪の両方の車輪に伝達される。

次に、４ＨからＮまでドラムカム５が回転すると、ロッド９およびスリーブギヤ３１は軸方向に左側に変位し、ロッド８およびスリーブギヤ２３は変位しない。この結果、Ｎでは、スリーブギヤ３１とスリーブギヤ３５とが非係合のままで、スリーブギヤ３１の内歯３０が出力軸１９の外歯３７から離脱するので、変速機から入力軸１８に伝わる駆動力は全く出力軸１９に伝達されなくなる。また、出力軸１９とスリーブギヤ２３との係合、およびスリーブギヤ２３と平ギヤ２７との係合は４Ｈと同様である。

そして、Ｎから４Ｌまでドラムカム５が回転すると、ロッド９およびスリーブギヤ３１はさらに軸方向に左側に変位し、ロッド８およびスリーブギヤ２３は変位しない。この結果、４Ｌでは、スリーブギヤ３１と出力軸１９とが非係合のままで、スリーブギヤ３１の外歯３３がスリーブギヤ３５の内歯３４に係合するので、変速機から入力軸１８に伝わる駆動力は減速されて出力軸１９に伝達される。また、出力軸１９とスリーブギヤ２３との係合、およびスリーブギヤ２３と平ギヤ２７との係合は４Ｈと同様なので、入力軸１８から出力軸１９に伝わる減速された駆動力は前輪および後輪の両方の車輪に伝達される。

なお、４Ｈと４Ｌとの切換は、車両が走行しているときに歯車係合状態がＮになるのを回避するため、車両が停止しているときにのみ許可される。

アクチュエータ２は、図２および図３に示すように、車載電源（図示せず）から給電されてトルクを発生する電動機４５と、アクチュエータ２の外部にトルクを出力するための出力軸４６と、電動機４５のトルクを減速して出力軸４６に伝達する減速機構４７と、電動機４５のトルクを一時的に捩りトルクとして蓄え、電動機４５のトルクが出力軸４６に伝わるのを遅らせる待ち機構４８と、電動機４５から出力軸４６に向かう方向のみのトルクの伝達を許容するクラッチ機構４９と、トランスファ部１６の歯車係合状態の切換状況に応じた信号を出力する切換状況検出手段５０とを有する。

電動機４５は、電機子コイル（図示せず）と界磁コイル（図示せず）を有する周知の直流モータであり、電機子コイルに流れる電流と界磁コイルへの通電により生じる磁界との相互作用によりトルクを発生するものである。また、電動機４５への通電は、所定の電子制御装置（図示せず；以下、ＥＣＵと略す）により、乗員からの指令や各種センサから得られる検出信号に応じて制御される。

出力軸４６は、後記するギヤホイール５３と同軸に組み込まれ一体的に回転するものであり、電動機４５からドラムカム５に至る駆動力伝達経路のアクチュエータ２における終端をなし、ドラムカム５の入力軸５４と係合してアクチュエータ２の駆動力をトルクとしてドラムカム５に伝達する（図１参照）。

ここで、駆動力伝達経路は、電動機４５の出力軸５６（電動機出力軸５６とする）と出力軸４６との間に、減速機構４７、待ち機構４８およびクラッチ機構４９を構成する各種部材を組み込むことで形成される。すなわち、電動機出力軸５６、出力軸４６、ならびに減速機構４７、待ち機構４８およびクラッチ機構４９の各々を構成する各種部材の全部や一部は、駆動力伝達経路を形成する駆動力伝達要素である。

減速機構４７は、電動機出力軸５６と同軸に組み込まれ、クラッチ機構４９を介して電動機出力軸５６からトルクを伝達されて回転する電動機ピニオン５８、電動機ピニオン５８のギヤ６０と噛み合うギヤ６１を有するギヤホイール６２、ギヤホイール６２と同軸に組み込まれ一体的に回転するギヤピニオン６４、ギヤピニオン６４のギヤ６６と噛み合うギヤ６７を有するギヤホイール６８、ギヤホイール６８と同軸に組み込まれ、待ち機構４８を介してギヤホイール６８からトルクを伝達されて回転するギヤピニオン７０、ギヤピニオン７０のギヤ７２と噛み合うギヤ７３を有するギヤホイール５３等により構成されている。

待ち機構４８は、ギヤホイール６８とギヤピニオン７０との間に組み込まれている。そして、待ち機構４８は、ギヤホイール６８と一体に設けられて回転する入力側部材７５、入力側部材７５からトルクを伝達されて捩りトルクを蓄える捩りバネ７６、ギヤピニオン７０と同軸回転するように設けられ、捩りバネ７６から捩りトルクを伝達されて回転する出力側部材７７等により構成されている。

ここで、捩りバネ７６の２つの端部の内で一方の端部は、外周側に配されて入力側部材７５に当接されトルクの入力端をなす。他方の端部は、内周側に配されてギヤピニオン７０の軸部７９に組み込まれトルクの出力端をなす。また、軸部７９から外周側にレバー８０が延設されており、レバー８０が出力側部材７７に当接している。

これにより、電動機４５のトルクによって入力側部材７５が回転すると、捩りバネ７６は外周側から捩られて捩りトルクを蓄える。そして、蓄えられた捩りトルクは、捩りバネ７６の内周側で軸部７９に伝達されてレバー８０を回転させ、さらにレバー８０を介して出力側部材７７に伝達され出力側部材７７を回転させる。この結果、ギヤピニオン７０が出力側部材７７と同軸回転し、待ち機構４８から出力軸４６の方に捩りトルクが出力される。

クラッチ機構４９は、電動機出力軸５６と電動機ピニオン５８との間に形成されている。すなわち、クラッチ機構４９は、図４に示すように、カラー８２に保持される円柱状のクラッチ部材８３、電動機ピニオン５８と一体に設けられ、クラッチ部材８３に内周側から当接するクラッチインナ８４、電動機４５の外郭の一部をなし、クラッチ部材８３に外周側から当接するクラッチアウタ８５、電動機出力軸５６に嵌着されて電動機出力軸５６と一体に回転し、クラッチインナ８４に電動機４５のトルクを伝達するアームドライブ８６等を有する。

そして、通常運転時には、アームドライブ８６がクラッチインナ８４に当接して電動機出力軸５６から電動機ピニオン５８にトルクが伝達されるとともに、カラー８２にもアームドライブ８６が当接し、カラー８２とともにクラッチ部材８３が公転する。そして、例えば、トランスファ部１６において歯車係合状態の切換がもたついて過剰の捩りトルクが捩りバネ７６に蓄えられると、クラッチインナ８４が捩りトルクにより通常運転時とは逆方向に回転し、クラッチアウタ８５とともにクラッチ部材８３を強固に挟み込んでロックする。このため、クラッチインナ８４からアームドライブ８６への捩りトルクの伝達が阻止される。

切換状況検出手段５０は、ギヤホイール６８の裏面（つまり、捩りバネ７６の反対側の面）に形成される導電パターン９１と、複数の接点９２とにより構成される。この切換状況検出手段５０によれば、歯車係合状態の切換状況を反映するギヤホイール６８の回転位置に応じて、導電パターン９１と接点９２との当接状態が可変する（例えば、導電パターン９１と当接する接点９２の数が可変する）。この結果、導電パターン９１と接点９２との当接状態に応じた電気信号（つまり、歯車係合状態の切換状況に応じた電気信号）が出力される。

〔実施例１の効果〕
実施例１のトランスファ切換装置１によれば、待ち機構４８は、減速機構４７を構成するギヤホイール６８とギヤピニオン７０との間に組み込まれている。
これにより、駆動力伝達経路がドラムカム５からロッド８、９の２つに分岐する前に待ち機構４８を配置することができる。このため、１つの待ち機構４８により駆動力を一時的に蓄えることが可能になるので、待ち機構４８の総数を従来の２から１に削減することができる。

また、電動機出力軸５６と電動機ピニオン５８との間にクラッチ機構４９が形成されている。
これにより、待ち機構４８を構成する捩りバネ７６に蓄えられた捩りトルクが電動機４５の方に伝わるのを阻止することができるので、待ち機構４８による電動機４５の逆回転を防止することができる。

〔変形例〕
実施例１の待ち機構４８はギヤホイール６８とギヤピニオン７０との間に組み込まれていたが、待ち機構４８を組み込む位置はギヤホイール６８とギヤピニオン７０との間に限定されず、電動機４５からドラムカム５に至る駆動力伝達経路のいずれの位置に配してもよい。つまり、駆動力伝達経路がドラムカム５からロッド８、９の２つに分岐する前であれば、駆動力伝達経路のいずれの位置に待ち機構４８を配してもよい。

実施例１のクラッチ機構４９は電動機出力軸５６と電動機ピニオン５８との間に形成されていたが、クラッチ機構４９を形成する位置は電動機出力軸５６と電動機ピニオン５８との間に限定されず、捩りバネ７６よりも電動機４５の側における駆動力伝達経路のいずれの位置に配してもよい。つまり、電動機４５で生じる駆動力が捩りバネ７６に伝わる前であれば、駆動力伝達経路のいずれの位置にクラッチ機構４９を配してもよい。

さらに、捩りバネ７６の位置は待ち機構４８を組み込む位置に応じて可変するので、クラッチ機構４９を形成できる位置も、待ち機構４８を組み込む位置に応じて可変する。例えば、ドラムカム５と出力軸４６との間に待ち機構４８を組み込めば、少なくとも出力軸４６よりも電動機４５の側における駆動力伝達経路のいずれかの位置にクラッチ機構４９を配することができる。

（ａ）はトランスファ切換装置の全体を示す説明図であり、（ｂ）は切換パターンを示すドラムカム外周面の展開図である（実施例１）。 軸に沿って切断したアクチュエータの断面図である（実施例１）。 アクチュエータの内部正面図である（実施例１）。 （ａ）は通常運転時のクラッチ機構の断面図であり、（ｂ）はロック時のクラッチ機構の断面図である（実施例１）。 （ａ）はトランスファ切換装置の全体を示す説明図であり、（ｂ）は切換パターンを示すドラムカム外周面の展開図である（従来例）。

符号の説明

１ トランスファ切換装置
２ アクチュエータ
３ 切換パターン（２４切換用パターン）
４ 切換パターン（高低切換用パターン）
５ ドラムカム
６ 係合部
７ 係合部
８ ロッド（２４切換用ロッド）
９ ロッド（高低切換用ロッド）
１８ 入力軸（歯車）
１９ 出力軸（歯車）
２３ スリーブギヤ（歯車）
２７ 平ギヤ（歯車）
３１ スリーブギヤ（歯車）
３５ スリーブギヤ（歯車）
４２ 遊星ギヤ（歯車）
４５ 電動機
４８ 待ち機構
４９ クラッチ機構
７６ 捩りバネ（バネ）

Claims (2)

1. 歯車同士の係合状態を切り換えることで、２輪駆動と４輪駆動との切換および高速段と低速段との切換を行うトランスファ切換装置において、
   電動機の駆動力を減速して出力する１つのアクチュエータと、
   ２輪駆動と４輪駆動とを切り換えるための２４切換用パターン、および高速段と低速段とを切り換えるための高低切換用パターンが形成され、前記アクチュエータから出力された駆動力により回転するドラムカムと、
   前記２４切換用パターンと係合する係合部を有し、前記ドラムカムの回転により軸方向に進退して２輪駆動の歯車係合状態と４輪駆動の歯車係合状態とを切り換える２４切換用ロッドと、
   前記高低切換用パターンと係合する係合部を有し、前記ドラムカムの回転により軸方向に進退して高速段の歯車係合状態と低速段の歯車係合状態とを切り換える高低切換用ロッドと、
   前記電動機から前記ドラムカムに至る駆動力伝達経路のいずれかの位置に配され、前記電動機の駆動力を一時的に蓄える待ち機構とを備えるトランスファ切換装置。
2. 請求項１に記載のトランスファ切換装置において、
   前記待ち機構は、前記電動機の方から駆動力を伝達されて応力を蓄えるバネを有し、
   このバネよりも前記電動機の側における前記駆動力伝達経路に、前記電動機から前記バネに向かう方向のみの駆動力の伝達を許容するクラッチ機構を備えることを特徴とするトランスファ切換装置。

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