JP2009222072A - 車両用差動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】差動機構を構成する遊星歯車機構をオイルポンプとして使用することで、部品点数を増加させることなく、且つ有効な差動制限力を得ることができる差動制限装置を備えた車両用差動装置を提供する。
【解決手段】遊星歯車機構２８のアウターギア３０に入力された駆動力を、プラネタリキャリア４２及びサンギア３２に出力する車両用差動装置に於いて、遊星歯車機構２８の歯車噛合部を密閉してプラネタリキャリア４２及びサンギア３２の回転速度差に応じてオイルを吐出するオイルポンプを複数個所に構成し、オイルポンプの吐出路６２、６４とドレンポートを連通する連通路６６、６８にスプールバルブ８０を設置し、連通路６６、６８の流路面積を可変して油圧を発生させ差動制限力を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、左右駆動軸又は前後駆動軸を回転駆動する遊星歯車式の車両用差動装置に関し、特に、左右又は前後の一対の出力軸の差動を油圧を使用して制限する差動制限機構を備えた車両用差動装置に関する。

従来、自動車はコーナリング時の左右駆動輪間に生じる回転速度差を吸収するために、差動装置を介して左右駆動軸に駆動力を伝達している。更に四輪駆動車では、前後駆動輪間に生じる回転速度差を吸収するために、差動装置を介して前後駆動軸に駆動力を伝達している。

ところが、左右何れかの駆動輪がぬかるみや悪路にはまったり氷雪面に乗り上げたり等の理由でグリップを失い空転すると、左右駆動輪の両方に駆動力を伝達できなくなる。四輪駆動車では、前後何れかの左右両駆動輪が空転すると前後駆動輪の両方に駆動力を伝達できなくなる。

そのため、左右又は前後の一対の出力軸の差動を制限する差動制限機構を備えた差動装置が各種提案されており、差動制限力を回転速度差に応じて差動装置内で発生させるものでは、例えば差動制限機構として、回転速度差に応じて油圧を発生させるオイルポンプを使用したもの（特開平０１−２４９５３０号公報）、差動ポンプと多板クラッチを使用したもの（特開平０４−１５４４３１号公報）、ビスカスカップリングとコーンクラッチを使用したもの（特開平１０−１８４８４９号公報）等がある。

また、差動制限力としての油圧の供給と制御を差動装置の外部で行うもの（特開昭６０−２５６６６４４号公報、特開昭６１−０８２０４８号公報、特開昭６３−１９５４４９号公報）も提案されている。
特開平０１−２４９５３０号公報 特開平０４−１５４４３１号公報 特開平１０−１８４８４９号公報 特開昭６０−２５６６６４４号公報 特開昭６１−０８２０４８号公報 特開昭６３−１９５４４９号公報

しかしながら、このような差動制限機構を備えた差動装置において、例えば差動制限力を回転速度差に応じて差動装置内で発生させるものでは、差動機構以外に差動制限機構、すなわち差動機構を構成する各ギアの回転を拘束する機構部品が必要で、差動装置のサイズと重量が大きいだけではなく、コストも高いものになってしまう。

また、差動制限力の供給と制御を差動装置の外部で行うものでは、差動制限機構に加えて差動制限力を発生させるための油圧ポンプ等の差動制限力発生源及びそれを駆動するモータ等の駆動源の追加が必要で、更なる重量とコストの上昇を招く問題がある。

本発明は、差動機構を構成する遊星歯車機構をオイルポンプとして使用することで、部品点数を増加させることなく、且つ有効な差動制限力を得ることができる車両用差動装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本発明は次のように構成する。まず本発明は、遊星歯車機構の入力要素に入力された駆動力を、遊星歯車機構の第１出力要素及び第２出力要素に出力する車両用差動装置に於いて、遊星歯車機構の歯車噛合部を密閉して構成し、第１出力要素及び第２出力要素の回転速度差に応じてオイルを吐出するオイルポンプと、オイルポンプの吐出流路とドレン流路を連通する連通路に設けられ、オイルの流動抵抗を制御して油圧を発生させ差動制限力を得る流動制御部とを備えたことを特徴とする。

ここで、オイルポンプは、第１出力要素の回転速度が第２出力要素の回転速度より大きい第１差動方向の場合にオイルを吐出する第１オイルポンプと、第２出力要素の回転速度が第１出力要素の回転速度より大きい第２差動方向の場合にオイルを吐出する第２オイルポンプとを有し、第１差動方向と第２差動方向とに係わらず差動制限力を得る。

また、流動制御部は、流路面積を連続的に変化させるバルブ機構を備え、差動制限力を連続的に変更可能とし、更に、連通路の油圧を検出する油圧センサと、油圧センサが検出した油圧に基づきバルブ機構を制御する油圧制御部とを備え、所定の差動制限力を得る。

また、バルブ機構は、第１オイルポンプの流路面積を変化させる第１可変オリフィスと、第１可変オリフィスに連動し第２オイルポンプの流路面積を変化させる第２可変オリフィスとを備え、第１差動方向の場合は第１可変オリフィスの流路面積を制限すると共に第２可変オリフィスを全開し、第２差動方向の場合は第２可変オリフィスの流路面積を制限すると共に前記第１可変オリフィスを全開し、前記第１差動方向と第２差動方向の何れであっても差動制限力を必要としない場合は前記第１可変オリフィスと第２可変オリフィスを全開する。

また、連通路は、第１オイルポンプとドレン流路を連通する第１連通路と、第２オイルポンプとドレン流路を連通する第２連通路とを備え、油圧センサは、第１連通路と第２連通路を繋ぐ油圧センサ設置通路に１つ備え、バルブ機構は、更に、油圧センサ設置通路と第１連通路及び第２連通路との連通を開閉する流路切替部と、流路切替部と第１可変オリフィス及び第２可変オリフィスとを一体に駆動するバルブ駆動部とを備え、第１差動方向の場合は油圧センサ設置通路と第１連通路の連通を開くと共に第２連通路との連通を閉じ、更に第１可変オリフィスの流路面積を制限すると共に第２可変オリフィスを全開して第２連通路を大気側に開放し、第２差動方向の場合は油圧センサ設置通路と第２連通路の連通を開くと共に第１連通路との連通を閉じ、更に第２可変オリフィスの流路面積を制限すると共に第１可変オリフィスを全開して第１連通路を大気側に開放し、第１差動方向と第２差動方向の何れであっても差動制限力を必要としない場合は油圧センサ設置通路と第１連通路及び第２連通路との連通を閉じると共に第１可変オリフィスと第２可変オリフィスを全開して第１連通路と第２連通路を大気側に開放する。

あるいは、流動制御部は、連通路の流路面積を制限する固定オリフィスを備え、回転速度差に応じた差動制限力を得る。

あるいは、流動制御部は、連通路の流路面積を全開と制限とに切り替える可変オリフィスを備え、全開時は差動を制限せず、制限時は回転速度差に応じた差動制限力を得ることを特徴とする。

あるいは、流動制御部は、連通路の流路面積を全開と全閉とに切り替える可変オリフィスを備え、全開時は差動を制限せず、全閉時はデフロック状態とすることを特徴とする。

また、オイルポンプは、遊星歯車機構を構成するサンギアとプラネタリギア又はプラネタリギアとアウターギア又は第１プラネタリギアと第２プラネタリギアにより構成する。

本発明によれば、差動機構を構成する遊星歯車機構をオイルポンプとして使用して油圧を発生させることで、遊星歯車機構内で有効な差動制限力を得ることができ、遊星歯車機構以外の差動制限力供給源や差動制限機構を必要としないため、差動装置に差動制限機構を付加する際に、部品点数や重量及びコストの増加を抑制することができる。

また、オイルポンプの吐出流路に流路面積を連続的に変化させるバルブ機構と圧力センサを備えることで、差動制限力を連続的に且つ正確に制御できる上に、両差動方向に対応するための２組のオイルポンプに対し、１組のバルブ機構と圧力センサにより両方向の差動制限力を制御できるので、部品点数や重量及びコストの増加を抑制することができる。

更に、流路面積を２段に切り替えることで、差動制限置をオフとスリップ又はオフとロックの簡易制御ができる。

図１及び２は、本発明による車両用差動装置の実施形態を示した断面図である。図１は、後輪駆動車や四輪駆動車のリヤデファレンシャルに適用した場合であり、図２は前輪駆動車のフロントデファレンシャルに適用した場合である。

図１及び２において、本実施形態の車両用差動装置１０は、動力源と左右後輪又は左右前輪との間のトルク伝達、すなわちドライブピニオン１２からの駆動力を左ドライブシャフト１４と右ドライブシャフト１６に左右の回転速度差を吸収しつつ等しいトルクを伝達する。

車両用差動装置１０は、左側ハウジング１８ａ、右側ハウジング１８ｂ及びバルブハウジング１８ｃによりハウジング１８が構成され、その内部にデファレンシャルケース２０が、ハウジング１８に対しテーパーローラーベアリング２２ａ及び２２ｂにより回転自在に支持されている。また、ハウジング１８内にはオイルが満たされている。

デァレンシャルケース２０は左側ケース２０ａ及び右側ケース２０ｂで構成され、外周部にリングギア２４を設け、ドライブピニオン１２は図１においてはプロペラシャフトに、図２においては変速機に連結され、ハウジング１８に対しテーパーローラーベアリング２６により回転自在に支持される。

リングギア２４はドライブピニオン１２に噛み合い、エンジンからの駆動力をデファレンシャルケース２０に伝達し、デファレンシャルケース２０内には差動装置として遊星歯車機構２８が備わる。

遊星歯車機構２８は、アウターギア３０、サンギア３２、第１プラネタリギア３４及び第２プラネタリギア３６（図３で図示）のセット、プラネタリキャリア４２、キャリアカバー４４及びキャリアケース４６で構成される。

アウターギア３０は左側ケース２０ａの内周部に形成された内歯からなり、サンギア３２は外歯からなりスプライン結合した右ドライブシャフト１６に駆動力を出力し、第１プラネタリギア３４はアウターギア３０と第２プラネタリギア３６に噛み合い、第２プラネタリギア３６はサンギア３２と第１プラネタリギア３４に噛み合う。

プラネタリキャリア４２は、第１プラネタリギア３４と第２プラネタリギア３６を各々ギア軸３８、４０（図３で図示）にて自転自在に保持すると共にスプライン結合した左ドライブシャフト１４に駆動力を出力する。

キャリアカバー４４はプラネタリキャリア４２と共にギア軸３８、４０を支承し、キャリアケース４６はプラネタリキャリア４２とキャリアカバー４４の間で第１プラネタリギア３４と第２プラネタリギア３６以外のスペースを埋めるように位置し、第１プラネタリギア３４と第２プラネタリギア３６が自在に回転できる間隔を確保する。プラネタリキャリア４２、キャリアカバー４４及びキャリアケース４６は、ボルト４８で固定され一体となって回転する。

図３は、本実施形態の遊星歯車機構を示す説明図であり、図１及び２の遊星歯車機構２８のＡ−Ａ断面である。図３において、互いに噛み合う第１プラネタリギア３４及び第２プラネタリギア３６は各々アウターギア３０とサンギア３２に噛み合い、アウターギア３０とサンギア３２の回転速度差に応じて自転及び公転する。

本実施形態においては、アウターギア３０に噛み合う第１プラネタリギア３４とサンギア３２に噛み合う第２プラネタリギア３６の２個をセットにして使用するダブルピニオン方式としているが、これはリングギア２４を介してドライブピニオン１２からの駆動力が入力されるアウターギア３０と、左右ドライブシャフト１４、１６に各々駆動力を出力するプラネタリキャリア４２及びサンギア３２との駆動力方向を一致させるためである。

本実施形態と異なり、駆動力がアウターギアやサンギアではなくプラネタリキャリアに入力される場合、例えば本発明を四輪駆動車のセンターデファレンシャル等に使用する場合では、アウターギアとサンギアの両方に噛み合うプラネタリギアを使用するシングルピニオン方式でよい。なお、アウターギアに替えて第２サンギアを備える構成であっても同様である。

また、本実施形態においては、第１プラネタリギア３４と第２プラネタリギア３６のセット３個を等間隔で配置しているが、これは３セット以上でも以下でも構わない。プラネタリギアをダブルピニオン方式にするか否か、プラネタリギアを何セット配置するか、あるいは各ギアの歯数は各種設計条件に応じて適宜選択可能である。

但し、本実施形態では第１オイルポンプ５２と第２オイルポンプ５８の吐出量を一致させるために、第１プラネタリギア３４と第２プラネタリギア３６とは同一歯数として構成している。

図３において、遊星歯車機構２８は、アウターギア３０とこれに噛み合う３個の第１プラネタリギア３４による３箇所及びサンギア３２とこれに噛み合う３個の第２プラネタリギア３６による３箇所の合計六箇所を密閉しオイルポンプ５２、５８を構成している。

図４は、図３の遊星歯車機構２８が構成するオイルポンプを示す説明図であり、右後輪又は右前輪が空転するような状態、すなわちキャリアケース４６よりもサンギア３２の回転数が大きい場合を想定し、キャリアケース４６を固定すると仮定した状態である。

図４において、アウターギア３０と３個の第１プラネタリギア３４との噛合部５０には、ハッチングで示すように３箇所に第１オイルポンプ５２が形成される。第１オイルポンプ５２は、アウターギア３０が反時計回り３０ａに回転したときの第１プラネタリギア３４の反時計回り３４ａの回転に伴う噛合部５０の容積減少がオイルポンプとしての機能を作り出す。

アウターギア３０及び第１プラネタリギア３４の密閉されていない各々の歯間に満たされているオイルは、各ギアの回転に伴い第１オイルポンプ５２に導かれ、油圧を得て吐出口５４に吐出される。

図５は、図３の遊星歯車機構２８が構成するオイルポンプを示す説明図であり、左後輪又は左前輪が空転するような状態、すなわちサンギア３２よりもキャリアケース４６の回転数が大きい場合を想定し、サンギア３２を固定すると仮定した状態である。

図５においては、サンギア３２と３個の第２プラネタリギア３６との噛合部５６に、ハッチングで示すように３箇所に第２オイルポンプ５８が形成される。第２オイルポンプ５８は、アウターギア３０が反時計回り３０ａに回転してキャリアケース４６が反時計回り４６ａに回転したときの第２プラネタリギア３６の反時計回り３６ａの回転に伴うサンギア３２との噛合部５６の容積減少がオイルポンプとしての機能を作り出す。

サンギア３２及び第２プラネタリギア３６の密閉されていない各々の歯間に満たされているオイルは、各ギアの回転に伴い第２オイルポンプ５８に導かれ、油圧を得て吐出口６０に吐出される。

図６は、図１及び２の遊星歯車機構に構成されたオイルラインを示す説明図であり、キャリアカバー４４のＢ−Ｂ断面である。図６において、キャリアカバー４４には互いに連通した３本の吐出路６２と、吐出路６２に交差しない互いに連通した３本の吐出路６４が形成される。

吐出路６２は、図３及び４に示す第１オイルポンプ５２の吐出口５４から流入するオイルを連通路６６に吐出し、吐出路６４は、図３及び５に示す第２オイルポンプ５８の吐出口６０から流入するオイルを連通路６８に吐出する。

再び図１及び２を参照するに、キャリアカバー４４は、ギア軸３８、４０を支承するフランジ部４４ａと、サンギア３２の軸部３２ａが回転自在に貫通する内径部をキャリアケース４６の反対側に延在した円筒部４４ｂを有する。円筒部４４ｂには、フランジ部４４ａに設けた吐出路６２、６４と、外周に設けた４本の連通溝７０とを連通する連通路６６、６８を通す。

デファレンシャルケース２０は、右側ケース２０ｂの遊星歯車機構２８収納部とテーパーローラーベアリング２２ｂの間に円筒部２０ｃを有する。円筒部２０ｃの内周は、円筒部４４ｂの外周が回転自在に接し、外周には４本の連通溝７２が設けられ、バルブハウジング１８ｃの内周部に回転自在に接する。

連通溝７２の各々には対応する連通溝７０と連通する複数の連通路７４が貫通し、連通溝７０、７２の各々は両側をシールリング７６、７８でシールされている。第１オイルポンプ５２及び第２オイルポンプ５８から吐出されたオイルは、吐出路６２、６４、連通路６６、６８、連通溝７０、連通路７４を経由して連通溝７２に供給される。

バルブハウジング１８ｃはスプールバルブ８０、サーボモータ８２、ロータリエンコーダ８４、圧力センサ８６を備え、第１オイルポンプ５２及び第２オイルポンプ５８から吐出されたオイルの流動を制御する。

図７は、図３の遊星歯車機構の差動制限力を制御する油圧回路を示す説明図であり、差動制限を行なっていないオープンデフの場合に関してプラネタリキャリアを固定した状態で示している。図７において、スプールバルブ８０はシリンダ８８とスプール９０で構成され、シリンダ８８には流動制御ポート９２ａ、９２ｂ、ドレンポート９４ａ、９４ｂ、圧力検出ポート９６ａ〜９６ｄを備え、圧力検出ポート９６ｃ、９６ｄには圧力センサ８６が設置されている。

スプール９０は、オリフィス部９０ａ、仕切部９０ｂ、流路切替部９０ｃを備え、シリンダ８８の中をスライドし各ポートを開閉する。スプール９０のシリンダ８８の外側に露出した一端にはラック９０ｄが形成され、サーボモータ８２の駆動ギア８２ａにより駆動される。また、サーボモータ８２は、スプール９０の位置検出を行うロータリエンコーダ８４を備える。

図７においては、サンギア３２とプラネタリキャリア４２の回転速度差が発生しても差動制限力を必要としない状態を示し、流動制御ポート９２ａ、９２ｂは開放されて、第１オイルポンプ５２及び第２オイルポンプ５８から連通路６６、６８に吐出されたオイルは流動抑制されずドレンポート９４ａ、９４ｂからハウジング１８内に排出され、差動制限力は発生しない。

この状態で走行中に、サンギア３２とプラネタリキャリア４２の回転速度差が発生して差動制限力を必要とする状態では、油圧制御部９８は連通路６６又は連通路６８の流路面積を減少させ差動制限力を発生させるためにサーボモータ８２を駆動し、サンギア３２の回転がプラネタリキャリア４２より速い場合はスプールを左方向に移動し、プラネタリキャリア４２の回転がサンギア３２より速い場合はスプールを右方向に移動する。

図８は、図３の遊星歯車機構の差動制限力を制御する油圧回路を示す説明図であり、図８（Ａ）は右後輪又は右前輪が空転するような状態、すなわちサンギア３２の回転がプラネタリキャリア４２よりも速い場合、図８（Ｂ）は左後輪又は左前輪が空転するような状態、すなわちプラネタリキャリア４２の回転がサンギア３２よりも速い場合に関しプラネタリキャリア４２を固定した状態で示している。

図８（Ａ）において、サーボモータ８２がスプール９０を矢印で示すように左方向に移動させ、流動制御ポート９２ａの流路面積がオリフィス部９０ａにより制限されることで、第１オイルポンプ５２までの油圧回路に油圧を発生する。発生した油圧は、第１オイルポンプ５２を構成するアウターギア３０と第１プラネタリギア３４の回転を抑制することで差動制限力となる。

また、スプール８０が左方向に移動することで流路切替部９０ｃが圧力検出ポート９６ｂを開放し、油圧が圧力検出ポート９６ｄに伝達されることで、油圧センサ８６は連通路６６側の油圧を検出する。油圧制御部９８は、油圧センサ８６から入力する油圧情報とロータリエンコーダ８４から入力する位置情報に基づきサーボモータ８２を制御すことで、適切な差動制限力を高精度に得ることが可能である。

図８（Ｂ）においては、サーボモータ８２がスプール９０を矢印で示すように右方向に移動させ、流動制御ポート９２ｂの流路面積がオリフィス部９０ａにより制限されることで、第２オイルポンプ５８までの油圧回路に油圧を発生する。発生した油圧は、第２オイルポンプ５８を構成するサンギア３２と第２プラネタリギア３６の回転を抑制することで差動制限力となる。

また、スプール８０が右方向に移動することで流路切替部９０ｃが圧力検出ポート９６ａを開放し、油圧が圧力検出ポート９６ｃに伝達されることで、油圧センサ８６は連通路６８側の油圧を検出する。油圧制御部９８は、油圧センサ８６から入力する油圧情報とロータリエンコーダ８４から入力する位置情報に基づきサーボモータ８２を制御すことで、適切な差動制限力を高精度に得ることが可能である。

ここで、第１オイルポンプ５２及び第２オイルポンプ５８における差動制限力の算出方法を示す。プラネタリキャリア４２を固定すると両差動方向はサンギア３２の時計方向あるいは反時計方向の回転として視ることができ、また第１プラネタリギア３４及び第２プラネタリギア３６の歯数が同じであるため、アウターギア３０と第１プラネタリギア３４で構成される第１オイルポンプ５２も第２オイルポンプ５８と同様にサンギア３２の回転に換算できる。

オイルポンプの吐出流量Ｑは次式で与えられる。

但し、
Ｖｔｈ：理論吐出量（ｃｍ³／ｒｅｖ）
Ｖ：１歯吐出量（ｃｍ³／ｔｅｅｔｈ）
ｎ：ポンプ数
Ｚｓ：サンギア歯数：
Ｚｏ：アウターギア歯数：
Ｑ：吐出流量（ｃｍ³／ｍｉｎ）
ΔＮ：左右ドライブシャフト間の差動回転数
ηｖ：容積効率
とする。

また、オイルポンプに発生する圧力ΔＰは次式で与えられる。

但し、
ΔＰ：圧力（Ｍｐａ）
Ｃ：流量係数
Ａ：オリフィス面積（ｃｍ²）
γ：オイル比重量（Ｎ／ｃｍ³）
ｇ：重力加速度（ｃｍ／ｓｅｃ²）
とする。

更に、オイルポンプに発生する差動制限トルクΔＴは次式で与えられる。

但し、
ΔＴ：差動制限トルク（Ｎｍ）
ηｍ：トルク効率
従って、スプール９０の位置に応じてオリフィス面積Ａ（流動制御ポート９２ｂ及びオリフィス部９０ａにより形成される流路面積）が変化することで、オイルポンプ３６に発生する圧力ΔＰ（油圧）が増減し、適切な差動制限トルクΔＴ（差動制限力）を得ることが可能となる。

なお、本実施形態においては、スプール９０の位置制御をサーボモータ８２とロータリエンコーダ８４を用いて行っているが、これは他のアクチュエータと位置検知手段でも構わない。また、ステッピングモータ等を用いて位置検知手段を省略することも可能である。

また、図１及び２に示すようにスプールバルブ８０、サーボモータ８２、圧力センサ８６を車両用差動装置１０に一体に設置しているが、これらは車両用差動装置１０に内蔵せず、配管により離れた位置に設置することも可能であり、更に、スプールバルブではなく同様の作用が可能な他の形式のバルブ機構を用いても良い。

図９は、本発明による車両用差動装置の他の実施形態を示す断面図であり、後輪駆動車や四輪駆動車のリヤデファレンシャルに適用し差動制限を２段制御とする方式である。図９において、本実施形態の車両用差動装置１００は、図１の実施形態の車両用差動装置１０に対しスプールバルブ８０、サーボモータ８２、ロータリエンコーダ８４、圧力センサ８６に替えスプールバルブ１８０、ソレノイド１８２が備わり、それに伴い円筒部２０ｃの連通溝７２、連通路７４、シールリング７８及び円筒部４４ｂの連通溝７０、シールリング７６の数が変更される点以外は同じである。

図９において、スプールバルブ１８０はシリンダ１８８とスプール１９０で構成され、シリンダ１８８には流動制御ポート１９２ａ、１９２ｂ、ドレンポート１９４ａ、１９４ｂを備える。

スプール１９０は、オリフィス部１９０ａ及び開放部１９０ｂ備え、シリンダ１８８の中をソレノイド１８２により左右の２位置にスライドされ、流動制御ポート１９２ａ、１９２ｂを開放と制限の２段に切り替える。

図９においては、流動制御ポート１９２ａ、１９２ｂは開放されており、第１オイルポンプ５２及び第２オイルポンプ５８から連通路６６、６８に吐出されたオイルは流動抑制されずドレンポート１９４ａ、１９４ｂからハウジング１８内に排出され、差動制限力は発生しない。

図１０は、図９の実施形態において差動制限をオフ又はスリップの２段制御とする方式を示す説明図である。図９（Ａ）は、右後輪が空転するような状態、すなわちサンギア３２の回転がプラネタリキャリア４２よりも速い場合に関してプラネタリキャリア４２を固定した状態で油圧回路を示し、図９（Ｂ）はその差動特性をグラフで示している。

図１０（Ａ）において、スプール１９０はオリフィス部１９０ａが各々流動制御ポート１９２ａ及び１９２ｂの位置に在り、第１オイルポンプ５２から吐出されるオイルが通過する流動制御ポート１９２ｂの流路面積が制限されることで、第１オイルポンプ５２までの油圧回路に油圧を発生する。発生した油圧は、第１オイルポンプ５２を構成するアウターギア３０と第１プラネタリギア３４の回転を抑制することで差動制限力となる。

図１０（Ｂ）において、縦軸を差動制限トルクΔＴ、横軸を差動回転数ΔＮとし、差動回転数ΔＮの増加に伴い差動制限トルクΔＴが増加する差動特性１９６を示している。ここで、差動制限トルクΔＴと差動回転数ΔＮは次式で与えられる。

但し、
Ａ：オリフィス面積
Ｎｏ：アウターギア回転数
Ｎｃ：プラネタリキャリア回転数
とする。

ソレノイド１８２によりスプール１９０を右に移動し、開放部１９０ｂを各々流動制御ポート１９２ａ及び１９２ｂに位置させることで、第１オイルポンプ５２あるいは第２オイルポンプ５８から連通路６６、６８に吐出されたオイルは流動抑制されずドレンポート１９４ａ、１９４ｂからハウジング１８内に排出され、差動制限力は発生しない。

図１１は、図９の実施形態において差動制限をオフ又はロックの２段制御する方法を示す説明図である。図１１（Ａ）は左後輪が空転するような状態、すなわちプラネタリキャリア４２の回転がサンギア３２よりも速い場合に関してプラネタリキャリア４２を固定した状態で油圧回路を示し、図１０のスプール１９０に対しオリフィス部１９０ａに替えて閉鎖部１９０ｃが備わり、図１１（Ｂ）はその差動特性をグラフで示している。

図１１（Ａ）において、スプール１９０は閉鎖部１９０ｃが各々流動制御ポート１９２ａ及び１９２ｂの位置に在り、第２オイルポンプ５２から吐出されるオイルが通過する流動制御ポート１９２ａの流路面積が閉鎖されることで、第２オイルポンプ５８までの油圧回路に油圧を発生する。発生した油圧は、第２オイルポンプ５８を構成するサンギア３２と第２プラネタリギア３６の回転を抑制することで差動制限力となる。

図１１（Ｂ）において、縦軸を差動制限トルクΔＴ、横軸を差動回転数ΔＮとし、差動回転数ΔＮの発生に伴い差動制限トルクΔＴが急激に増加する差動特性１９８を示している。発生した油圧は、オイルが殆ど流動しないため高圧になり、ほぼデフロックの状態となる。

図１０及び１１に示すように、ソレノイド１８２をオンオフするだけでオープンデフとリミテッドスリップデフ、あるいはオープンデフとデフロックを切り替えることができ、簡易的な制御を可能にする。

なお、本実施形態においては、スプール１９０の位置切り替えをソレノイド１８２を用いて直接行っているが、これは他の方法、例えばワイヤやリンク機構を用いて他の方式のアクチュエータに連結するように構成することも可能である。

図１２は、本発明による車両用差動装置を後輪駆動車や四輪駆動車のリヤデファレンシャルに適用し、差動制限を２段制御とする方式の他の実施形態を示す断面図である。図１２において、本実施形態の車両用差動装置２００は、図９の実施形態の車両用差動装置１００に対し１つのスプールバルブ１８０に替えオイルポンプの個数分のスプールバルブ２８０が備わり、それに伴い連通溝７０、７２、連通路７４、シールリング７８、７６に替りスプールバルブ作動機構２０２が備わる点以外は同じである。

図１２において、スプールバルブ２８０はシリンダ２８８、スプール２９０及びスプールばね２９８で構成され、シリンダ２８８には流動制御ポート２９２、ドレンポート２９４を備える。

スプール２９０は、オリフィス部２９０ａ及び開放部２９０ｂを備え、シリンダ２８８の中をスプールバルブ作動機構２０２を介してソレノイド２８２により左右の２位置にスライドされ、流動制御ポート２９２を開放と制限の２段に切り替える。また、スプール２９０は、スプールばね２９８により流動制御ポート１９２を開放する方向に付勢されている。

スプールバルブ作動機構２０２は、キャリアカバー４４に嵌合する第１スリーブ２０４、右側ケース２０ｂに嵌合する第２スリーブ２０６、第１スリーブ２０４と第２スリーブ２０６を連結する連結ピン２０８及びフォーク２１０で構成され、第１スリーブ２０４、第２スリーブ２０６及び連結ピン２０８は各々軸方向に移動可能である。

スプール２９０は、第１スリーブ２０４により軸方向に移動可能に配置され、第１スリーブは連結ピン２０８を介して第２スリーブにより軸方向に移動可能に配置される。

図１３は、図１２のスプールバルブ作動機構２０２を示す側面図であり、図１２のＣ−Ｃ断面を示し、スプールバルブ作動機構２０２に直接関係しない部位は省略してある。

図１３において、フォーク２１０は右側ケース２０ｂ及び第２スリーブ２０６を避けて二股に延在して先端部２１０ａを形成し、フォーク軸２１２を支点にして前後に揺動可能である。

フォーク２１０はソレノイド２８２がオンするとプランジャ２８２ａに押され、左右の先端部２１０ａが第２スリーブ２０６のフランジ部２０６ａの略回転軸の高さの左右を均等に押すことで第２スリーブ２０６を奥の方向に移動可能である。

図１２においては、流動制御ポート２９２は開放されており、第１オイルポンプ５２及び第２オイルポンプ５８から油路２９６に吐出されたオイルは流動抑制されずドレンポート２９４からハウジング１８内に排出され、差動制限力は発生しない。

ここで、ソレノイド２８２をオンすると、プランジャ２８２ａがフォーク２１０を左方に押し、フォーク２１０はフォーク軸２１２を支点として反時計回りに回転して先端部２１０ａが第２スリーブ２０６を押し左方向に移動させ、更に、第２スリーブ２０６は連結ピン２０８を介して第１スリーブ２０４を押し左方向に移動させる。

第１スリーブ２０４はスプールばね２９８の付勢力に抗してスプール２９０を左方向に移動させ、オリフィス部２９０ａが流動制御ポート１９２に位置すると、第１オイルポンプ５２及び第２オイルポンプ５８をオープンデフの状態からリミテッドスリップデフの状態に切り替えることができる。

ソレノイド２８２をオフすると、スプールばね２９８の付勢力によりスプール２９０は右方向に移動し、開放部２９０ｂが流動制御ポート２９２の位置に復帰することで、オープンデフの状態に戻る。

図１２においては、スプール２９０は、オリフィス部２９０ａ及び開放部２９０ｂを備えているが、図１１と同様にオリフィス部２９０ａに替えて閉鎖部にした場合は、オープンデフとデフロックを切り替えることができる。

このように、ソレノイド２８２をオンオフするだけでオープンデフとリミテッドスリップデフ、あるいはオープンデフとデフロックを切り替えることができ、簡易的な制御を可能にする。また、ソレノイド２８２に替えてワイヤやリンク機構を用いて他の方式のアクチュエータに連結するように構成することも可能である。

なお図１２の実施形態において、スプールバルブ２８０は第１プラネタリギア３４及び第２プラネタリギア３６のギア軸３８、４０と同軸に設置されているが、第１オイルポンプ５２及び第２オイルポンプ５８の各ギアの噛合部近傍であれば他の場所でも構わない。

図１４は、図１２の遊星歯車機構の差動制限力を制御する油圧回路を示す説明図であり、右後輪が空転するような状態、すなわちサンギア３２の回転がプラネタリキャリア４２よりも速い場合に関してプラネタリキャリア４２を固定した状態で示している。

図１４において、スプール２９０は第１スリーブ２０４、連結ピン２０８、第２スリーブ２０６及びフォーク２１０を介しオンしたソレノイド２８２に押され、オリフィス部２９０ａが各々流動制御ポート２９２の位置に在る。

この状態では、第１オイルポンプ５２から吐出されるオイルが通過する流動制御ポート２９２の流路面積が制限されることで、第１オイルポンプ５２までの油圧回路に油圧を発生する。発生した油圧は、第１オイルポンプ５２を構成するアウターギア３０と第１プラネタリギア３４の回転を抑制することで差動制限力となる。

図１５は、本発明による車両用差動装置のオイルポンプ構成の他の実施形態を示す説明図である。図１５（Ａ）は第１プラネタリギア３４と第２プラネタリギア３６の噛合部の両側を第１オイルポンプ５２と第２オイルポンプ５８として構成している。

図１５（Ｂ）は、アウターギア３０と第１プラネタリギア３４の噛合部の両側を第１オイルポンプ５２と第２オイルポンプ５８として構成し、図１５（Ｃ）は、サンギア３２と第２プラネタリギア３６の噛合部の両側を第１オイルポンプ５２と第２オイルポンプ５８として構成している。

また、発明は上記の実施形態に限定されず、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。

本発明による車両用差動装置をリヤデファレンシャルに適用した実施形態示す断面図 本発明による車両用差動装置をフロントデファレンシャルに適用した実施形態示す断面図 本実施形態の遊星歯車機構を示す説明図 図３の遊星歯車機構が構成するオイルポンプを示す説明図 図３の遊星歯車機構が構成するオイルポンプを示す説明図 図１及び２の遊星歯車機構に構成されたオイルラインを示す説明図 図３の遊星歯車機構の差動制限力を制御する油圧回路を示す説明図 図３の遊星歯車機構の差動制限力を制御する油圧回路を示す説明図 本発明による車両用差動装置の他の実施形態を示す断面図 図９の差動制限をオフ又はスリップの２段制御とする方式を示す説明図 図９の差動制限をオフ又はロックの２段制御とする方式を示す説明図 本発明による車両用差動装置の他の実施形態を示す断面図 図１２のスプール作動機構を示す側面図 図１２の遊星歯車機構の差動制限力を制御する油圧回路を示す説明図 本発明による車両用差動装置のオイルポンプ構成の他の実施形態を示す説明図

符号の説明

１０、１００：車両用差動装置
１２：ドライブピニオン
１４：左ドライブシャフト
１６：右ドライブシャフト
１８：ハウジング
２０：デァレンシャルケース
２２、２６：テーパーローラーベアリング
２４：リングギア
２８：遊星歯車機構
３０：アウターギア
３２：サンギア
３４：第１プラネタリギア
３６：第２プラネタリギア
３８、４０：ギア軸
４２：プラネタリキャリア
４４：キャリアカバー
４６：キャリアケース
４８：ボルト
５０、５６：噛合部
５２：第１オイルポンプ
５４、６０：吐出口
５８：第２オイルポンプ
６２、６４：吐出路
６６、６８：連通路
７０、７２：連通溝
７４：連通路
７６、７８：シールリング
８０、１８０、２８０：スプールバルブ
８２：サーボモータ
８４：ロータリエンコーダ
８６：圧力センサ
８８、１８８：シリンダ
９０、１９０、２９０：スプール
９２、１９２、２９２：流動制御ポート
９４、１９４、２９４：ドレンポート
９６：圧力検出ポート
９８：油圧制御部
１８２、２８２：ソレノイド
２０２：スプールバルブ作動機構
２０４：第１スリーブ
２０６：第２スリーブ
２０８：連結ピン
２１０：フォーク
２１２：フォーク軸
２９６：油路
２９８：スプールばね

Claims (10)

1. 遊星歯車機構の入力要素に入力された駆動力を、前記遊星歯車機構の第１出力要素及び第２出力要素に出力する車両用差動装置に於いて、
   前記遊星歯車機構の歯車噛合部を密閉して構成し、前記第１出力要素及び第２出力要素の回転速度差に応じてオイルを吐出するオイルポンプと、
   前記オイルポンプの吐出流路とドレン流路を連通する連通路に設けられ、オイルの流動抵抗を制御して油圧を発生させ差動制限力を得る流動制御部と、
   を備えたことを特徴とする車両用差動装置。
   
2. 請求項１記載の車両用差動装置に於いて、前記オイルポンプは、
   前記第１出力要素の回転速度が前記第２出力要素の回転速度より大きい第１差動方向の場合にオイルを吐出する第１オイルポンプと、
   前記第２出力要素の回転速度が前記第１出力要素の回転速度より大きい第２差動方向の場合にオイルを吐出する第２オイルポンプと、
   を有し、前記第１差動方向と第２差動方向とに係わらず差動制限力を得ることを特徴とする車両用差動装置。
   
3. 請求項１又は２記載の車両用差動装置に於いて、前記流動制御部は、
   流路面積を連続的に変化させるバルブ機構を備え、差動制限力を連続的に変更可能とすることを特徴とする車両用差動装置。
   
4. 請求項３記載の車両用差動装置に於いて、前記流動制御部は、
   前記連通路の油圧を検出する油圧センサと、
   前記油圧センサが検出した油圧に基づき前記バルブ機構を制御する油圧制御部と、
   を備え、所定の差動制限力を得ることを特徴とする車両用差動装置。
   
5. 請求項３又は４記載の車両用差動装置に於いて、前記バルブ機構は、
   前記第１オイルポンプの流路面積を変化させる第１可変オリフィスと、
   前記第１可変オリフィスに連動し前記第２オイルポンプの流路面積を変化させる第２可変オリフィスと、
   を備え、
   前記第１差動方向の場合は前記第１可変オリフィスの流路面積を制限すると共に前記第２可変オリフィスを全開し、
   前記第２差動方向の場合は前記第２可変オリフィスの流路面積を制限すると共に前記第１可変オリフィスを全開し、
   前記第１差動方向と第２差動方向の何れであっても差動制限力を必要としない場合は前記第１可変オリフィスと第２可変オリフィスを全開することを特徴とする車両用差動装置。
   
6. 請求項５記載の車両用差動装置に於いて、前記連通路は、
   前記第１オイルポンプとドレン流路を連通する第１連通路と、前記第２オイルポンプとドレン流路を連通する第２連通路とを備え、前記油圧センサは、
   前記第１連通路と前記第２連通路を繋ぐ油圧センサ設置通路に１つ備え、前記バルブ機構は、更に、
   前記油圧センサ設置通路と前記第１連通路及び前記第２連通路との連通を開閉する流路切替部と、前記流路切替部と前記第１可変オリフィス及び前記第２可変オリフィスとを一体に駆動するバルブ駆動部とを備え、
   前記第１差動方向の場合は前記油圧センサ設置通路と前記第１連通路の連通を開くと共に前記第２連通路との連通を閉じ、更に前記第１可変オリフィスの流路面積を制限すると共に前記第２可変オリフィスを全開して前記第２連通路を大気側に開放し、
   前記第２差動方向の場合は前記油圧センサ設置通路と前記第２連通路の連通を開くと共に前記第１連通路との連通を閉じ、更に前記第２可変オリフィスの流路面積を制限すると共に前記第１可変オリフィスを全開して前記第１連通路を大気側に開放し、
   前記第１差動方向と第２差動方向の何れであっても差動制限力を必要としない場合は前記油圧センサ設置通路と前記第１連通路及び前記第２連通路との連通を閉じると共に前記第１可変オリフィスと第２可変オリフィスを全開して前記第１連通路と第２連通路を大気側に開放することを特徴とする車両用差動装置。
   
7. 請求項１記載の車両用差動装置に於いて、前記流動制御部は、
   前記連通路の流路面積を制限する固定オリフィスを備え、前記回転速度差に応じた差動制限力を得ることを特徴とする車両用差動装置。
   
8. 請求項１記載の車両用差動装置に於いて、前記流動制御部は、
   前記連通路の流路面積を全開と制限とに切り替える可変オリフィスを備え、前記全開時は差動を制限せず、前記制限時は前記回転速度差に応じた差動制限力を得ることを特徴とする車両用差動装置。
   
9. 請求項１記載の車両用差動装置に於いて、前記流動制御部は、
   前記連通路の流路面積を全開と全閉とに切り替える可変オリフィスを備え、前記全開時は差動を制限せず、前記全閉時はデフロック状態とすることを特徴とする車両用差動装置。
   
10. 請求項１記載の車両用差動装置に於いて、前記オイルポンプは、
    遊星歯車機構を構成するサンギアとプラネタリギア又はプラネタリギアとアウターギア又は第１プラネタリギアと第２プラネタリギアにより構成することを特徴とする車両用差動装置。

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