JP4363188B2 - 差動制限装置 - Google Patents

Description

本発明は、パイロットクラッチの伝達トルクをカム機構により増幅し、メインクラッチを圧接する差動制限装置に関する。

従来、車両の差動制限装置として遊星歯車機構と電磁クラッチ機構を組み合わせた特許文献１に記載される差動制限装置が知られている。

この特許文献１に記載された差動制限装置は、サンギヤとリングギヤに噛合するプラネタリギヤと、このプラネタリギヤを収納孔内に回転可能に収納するハウジングとから構成される遊星歯車機構と、リングギヤとサンギヤとの間にメインクラッチを設け、ハウジングとリングギヤの相対回転により締結手段（パイロットクラッチ機構）を作動させることによってメインクラッチを押圧して差動制限をしている。

従って、エンジンからの伝達トルクがハウジングに伝達され、このハウジングに伝達された伝達トルクが遊星歯車機構によってサンギヤとリングギヤとに配分される。また、パイロットクラッチ機構の作動によってメインクラッチが押圧されリングギヤとサンギヤの間の差動回転が制限される。

ところで、当該形式の差動制限装置は、車両の動力伝達系に搭載されて車両を四輪駆動車に構成するように使用されるが、当該使用状態においては、カム機構がパイロットクラッチにより作動状態にあってトルク伝達がなされている場合に、差動回転に反転状態が発生することがある。差動回転に反転状態が発生すると、差動制限装置やこれに連結する周囲の装置から異音が発生する。

例えば、当該形式の差動制限装置によってエンジンからの伝達トルクを前輪と後輪に配分するようにした四輪駆動車においては、加速状態から減速状態、又は、減速状態から加速状態に移行すると、エンジンからの回転が伝達されるハウジングの回転速度と、前輪の回転が伝達されるサンギヤ又は後輪の回転が伝達されるリングギヤの回転速度が加減速により逆転する状態が発生する。車輪側とエンジン側の差動回転が反転すると、カム機構におけるカム回転角、各構成部材の摩擦等が相乗的に作用して、異音が発生することがある。

これは、カム機構が反転するときにメインクラッチへの押圧力が失われ摩擦トルクが発生しなくなり、さらに差動回転が進むと再びカム機構から押圧力が発生し、所定のトルクが発生する。この無トルクの時間が長いと、メインアウタクラッチプレートとメインインナクラッチプレート間の空転の回転数差が大きくなってしまい回転エネルギが大きくなる。この状態でトルクが発生すると、この大きなエネルギのために、異音が発生すると考えられる。

この異音の発生を防止するものとして特許文献２に記載される差動制限装置がある。この特許文献２には、メインクラッチのスプライン嵌合部におけるバックラッシをカム機構のカムプレートのスプライン嵌合部におけるバックラッシより大きくすることにより、差動回転の反転によってカム機構が反転するとき、カム機構の反転動作がメインクラッチのスプライン嵌合部におけるバックラッシ分より早く完了することにより異音及びショックの発生を防止することが記載されている。
特開平９−１４４８４５号公報（第３頁段落番号００２０から第４頁段落番号００３１、図１） 特開２００２−１０６６０５号公報（第９頁段落番号００５６から段落番号００６０、図４）

ところが、特許文献２の如くメインクラッチのスプライン嵌合のバックラッシを大きくすると、クラッチが摩擦係合していない状態において円周方向に移動することにより、異音や振動を発生することになる。また、メインクラッチ及びカム機構を構成する部材のスプライン嵌合部分のバックラッシ量を管理しなければならず、これら全て管理することは生産管理上困難である。

本発明は上記問題を解決するためになされためになされたものであって、第１インナシャフト及び第２インナシャフトを同一回転軸線上に並列配置し、これら第１インナシャフト及び第２インナシャフトを包囲し、前記回転軸線上に前記インナシャフトと相対回転可能にハウジングを設け、前記第１インナシャフトにリングギヤを設け、前記第２インナシャフトにサンギヤを設け、前記第２インナシャフトとリングの間に前記ハウジングと回転連結されるキャリアの円筒状の支持部を介在させ、この支持部に内周側及び外周側が開放された収納孔を形成し、前記サンギヤ及びリングギヤと噛合するプラネタリギヤを前記収納孔に回転可能に収納し、前記ハウジングと第１インナシャフトとの間で駆動力を伝達するメインクラッチを設け、前記第２インナシャフトと同一回転軸上にカムリングを相対回転可能に並列配置し、前記ハウジングとカムリングの間で駆動力を伝達するパイロットクラッチを設け、前記パイロットクラッチの摩擦係合力を制御するパイロットクラッチ制御手段を設け、前記第２インナシャフトとカムリングの対向面にカム溝を形成し、前記カム溝にカムフロアを保持させカム機構を構成し、前記第２インナシャフトとカムリングの間の相対回転によって前記カム機構を作動させ、前記第２インナシャフトにより前記メインクラッチを摩擦係合するようにしたものである。

パイロット制御手段によってパイロットクラッチが摩擦係合され、メインクラッチが押圧されて摩擦係合した状態において、第１インナシャフトが空転した状態と第２インナシャフトが空転した状態を考える。この各状態において、キャリヤ、サンギヤ、リングギヤの各差動回転数を考えると表１の如くなる。

なお、ここでＮは基準回転数、Ｚ１はリングギヤの歯数、Ｚ２はサンギヤの歯数であり、Ｚ１>Ｚ２の関係にある。

表１において、キャリアとリングギヤの間の相対回転が常に最も遅いことからキャリアとリングギヤの間にメインクラッチを配置すれば、従来の如くメインクラッチ及びカム機構のバックラッシの大きさを管理しなくても、カム機構の反転動作をメインクラッチのバックラッシの反転動作より早くすることができることから、無トルク状態を短くして異音及びショックの発生を防止することができる。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施形態に係る差動制限装置１０の断面図を示すものである。この差動制限装置１０は、例えば四輪駆動車において、前輪と後輪とにエンジンの駆動力を分配制御する。

１１は有底円筒状のフロントハウジングであり、図略のクラッチケースによって回転軸線Ｏ回りに回転可能に支承されている。フロントハウジング１１の開口端部には、リヤハウジング１２が螺着されている。フロントハウジングの中心には回転軸線Ｏ回りに第１インナシャフト１３と第２インナシャフト１４が互いに相対回転可能に並列に配置され、フロントハウジング１１内に潤滑油が密封された収納室１５を画成している。第１インナシャフト１３及び第２インナシャフト１４には夫々図略の出力軸がスプライン嵌合し、前輪及び後輪に駆動力を伝達する。

収納室１５には、一端にメインクラッチ１６が収納され、他端にパイロットクラッチ１７が収納され、これらメインクラッチ１６とパイロットクラッチ１７の間には遊星歯車機構１８が配置されている。メインクラッチ１６は、複数のメインアウタクラッチプレート１６ａとメインインナクラッチプレート１６ｂが交合に配置されて構成されている。メインアウタクラッチプレート１６ａは鉄製であり、フロントハウジング１１の内周面に形成されたスプライン溝１１ａにスプライン嵌合し、フロントハウジング１１に対して相対回転を規制して回転軸線Ｏと平行な方向に移動可能にされている。メインインナクラッチプレート１６ｂは、鉄製のコアの表面に紙製の摩擦材を貼着して構成され、第１インナシャフト１３の外周面に形成されたスプライン溝１３ａにスプライン嵌合し、第１インナシャフト１３に対して相対回転を規制して回転軸線Ｏと平行な方向に移動可能にされている。メインアウタクラッチプレート１６ａとメインインナクラッチプレート１６ｂは、係合時は互いに当接して摩擦係合し、離脱時は互いに離間して非係合状態となる。

パイロットクラッチ１７は、複数のパイロットアウタクラッチプレート１７ａ及びパイロットインナクラッチプレート１７ｂとから構成される。パイロットアウタクラッチプレート１７ａは、フロントハウジング１１のスプライン溝１１ａにスプライン嵌合し、フロントハウジング１１に対して相対回転を規制され回転軸線Ｏに平行な方向に移動可能にされている。パイロットインナクラッチプレート１７ｂは、パイロットアウタクラッチプレート１７ａと交互に配置され、第２インナシャフト１４とリアハウジング１２との間に配置されたカムリング１９の外周面にスプライン嵌合し、カムリング１９に対して相対回転を規制され、回転軸線Ｏに平行な方向に移動可能にされている。カムリング１９は、ニードルベアリング２０を介して一端面をリアハウジング１２に回転可能に支承されている。カムリング１９の他端面にはカム機構２１を構成するカム溝１９ａが周方向に所定間隔を保持して複数形成されている。

第２インナシャフト１４のカムリング１９と対向する端部には、カム溝１４ａが周方向に所定間隔を保持して複数形成され、カム溝１４ａとカムリング１９に形成されたカム溝１９ａによって区画される空間のそれぞれには、ボール状のカムフロア２２が収納されている。カム機構２１は、第２インナシャフト１４、カムリング１９、及びカムフロア２２により構成されている。
なお、カム機構２１のバックラッシは、メインアウタクラッチプレート１６ａ及びメインインナクラッチプレート１６ｂがスプライン嵌合するスプライン溝とのバックラッシに対して同等もしくは大きく形成されている。

パイロットクラッチ１７と遊星歯車機構１８の間には、環状を成すアーマチャア２３が配置されている。このアーマチャア２３は、外周がフロントハウジング１１の内周面に形成されたスプライン溝１１ａにスプライン嵌合されて相対回転を規制されるとともに、回転軸線Ｏに平行な方向に移動可能にされている。リヤハウジング１２の外側には、パイロットクラッチ制御手段である電磁石２４が配置され、この電磁石２４を基点として形成される磁束により、アーマチャア２３は、吸引されて、パイロットアウタクラッチプレート１７ａ及びパイロットインナクラッチプレート１７ｂを圧接するようになっている。パイロットクラッチ１７の摩擦係合力は電磁石２４に流れる電流によって制御可能である。

リヤハウジング１２は、パイロットアウタクラッチプレート１７ａの後方（図面右側）でフロントハウジング１１の開口端部に取り付けられている。リヤハウジング１２は、磁性金属製の大径リヤハウジング部１２ａ、同じく磁性金属製の小径リヤハウジング部１２ｂ及び非磁性金属製の中間部材１２ｃとによって構成されている。大径リヤハウジング部１２ａは円筒状を成し、フロントハウジング１１の開口端部内周面に螺着されている。小径リヤハウジング部１２ｂは、内周穴１２ｄが形成された段付き円筒形状であって、内周穴１２ｄに図略の入力軸が嵌合され、エンジンからの回転トルクを伝達する。大径リヤハウジング部１２ａの内周面と小径リヤハウジング部１２ｂの外周面との間には、環状の中間部材１２ｃが介在され、溶接等によって大径リヤハウジング部１２ａ及び小径リヤハウジング部１２ｂと固着されている。

電磁石２４は環状を成し、端子を介して通電される。電磁石２４は、大径及び小径リヤハウジング部１２ａ，１２ｂ及び中間部材１２ｃに囲まれた位置でヨーク２５に固着されている。ヨーク２５は、大径及び小径リヤハウジング部１２ａ，１２ｂと微小隙間を保って小径リヤハウジング部１２ｂに軸受２６によって回転可能に支承されている。

遊星歯車機構１８は、主にキャリア２７、リングギヤ２８、プラネタリギヤ２９、及び第２インナシャフト１４の外周面に形成されたサンギヤ３０とから構成される。キャリヤ２７は、フロントハウジング１１と第２インナシャフト１４の間に配置され、外周がフロントハウジング１１のスプライン溝１１ａにスプライン嵌合し、内周が第２インナシャフト１４に遊嵌されている。キャリア２７には、円筒状の支持部２７ａが形成され、この支持部２７ａには、円周上等間隔に複数の収納孔２７ｂが形成されている。収納孔２７ｂは、内周側と外周側がそれぞれ開放され、この収納孔２７ｂにはプラネタリギヤ２９が回転自在に収納されている。そして、プラネタリギヤ２９の一端（図示右側）は収納孔２７ｂの底面に当接し、他端（図示左側）はスラストワッシャ３１を介してリングギヤ２８の端面に当接する。プラネタリギヤ２９はサンギヤ３０に噛合するとともに、リングギヤ２８とも噛合する。従って、フロントハウジング１１が回転駆動されると、その回転がキャリア２７及びプラネタリギヤ２９を介してリングギヤ２８及び、サンギア３０（第２インナシャフト１４）に伝達される。この場合、プラネタリギヤ２９が自転しないときには、リングギヤ２８及びサンギア３０が一体的に回転するが、プラネタリギヤ２９が自転すると、リングギヤ２８とサンギヤ３０とが差動回転する。リングギヤ２８はフロントハウジング１１とキャリア２７の支持部２７ａの間に配置され、このリングギヤ２８のメインクラッチ１６側端部には、環状連結部２８ａが形成されている。この環状連結部２８ａの内周面には、第１インナシャフト１３がスプライン嵌合によって連結されている。

以上のような構成で動作について説明する。電磁石２４に通電がない状態おいて、エンジンより図略の入力軸を介してリアハウジング１２に駆動力が伝達されると、一体結合されたフロントハウジング１１がリアハウジング１２とともに回転する。フロントハウジング１１が回転すると、スプライン溝１１ａに嵌合したキャリア２７、メインアウタクラッチ１６ａ及びパイロットアウタクラッチ１７ａが回転される。このとき、電磁石２４が通電されておらずアーマチャ２３が電磁石に吸引されていないとすると、パイロットアウタクラッチプレート１７ａとパイロットインナクラッチ１７ｂは摩擦係合しておらず、パイロットアウタクラッチプレート１７ａは、パイロットインナクラッチプレート１７ｂに回転力を伝達することなくフロントハウジング１１とともに回転する。また、メインアウタクラッチプレート１６ａも同様にメインインナクラッチプレート１６ｂと摩擦係合してないため、メインインナクラッチプレート１６ｂに回転力を伝達することなくフロントハウジング１１と一体回転する。

キャリア２７は収納孔２７ｂに収納されたプラネタリギヤ２９を一体的に回転させる。このとき、車両が直進状態にあっては、プラネタリギヤ２９は公転し、リングギヤ２８、サンギア３０を介して第１インナシャフト１３と第２インナシャフト１４に駆動力が分配される。また、車両が旋回状態になった場合には、車両の前輪と後輪との間に内輪差によるブレーキング現象が発生するため、リングギヤ２８とサンギヤ３０に相対回転が発生し、プラネタリギヤ２９はキャリア２７と一体回転するともに、収納孔内において自転してリングギヤ２８とサンギヤ２７の間の相対回転を吸収しつつ駆動力を負荷の少ない方により多く配分する。

さらに、車両の前輪と後輪のいずれかにおいて、すべりが生じると遊星歯車機構１８は負荷の少ない前輪又は後輪に駆動力をより多く配分し、すべりを生じている前輪又は後輪に駆動力をより多く配分することになる。このとき、電磁石２４への通電がなされると、電磁石２４の周辺に回転磁束が形成され、アーマチャア２３がリヤハウジング１２側に吸引され、パイロットアウタクラッチプレート１７ａとパイロットインナクラッチプレート１７ｂが摩擦係合する。この結果、電磁石２４によって制御された回転力がフロントハウジング１１からカムリング１９に伝達され、第２インナシャフト１４とカムリング１９の間に相対回転が発生し、カムフロア２２がカム溝１４ａ，１９ａに乗り上げる。このカムフロア２２のカム溝１４ａ，１９ａへの乗り上げにより、第２インナシャフト１４とカムリング１９の間隔が広げられ、第２インナシャフト１４が第１インナシャフト１３側に移動する。さらに、第１インナシャフト１３が第２インナシャフト１４に押圧され、メインクラッチ１６のメインアウタクラッチプレート１６ａとメインインナクラッチプレート１６ｂとを圧接し、メインクラッチ１６にカム機構で増幅された伝達トルク、すなわち、電磁石による磁束に応じた伝達トルクを第１インナシャフト１３に伝達できるともに、リングギヤ２８とサンギヤ３０の差動回転量を制限することができ、前輪と後輪に所定の配分で駆動力を伝達できる。

次に電磁石２４が通電されメインクラッチ１６が圧接された状態において、車両が減速から加速、加速から減速したときの動作について説明する。車両が加速又は減速状態では、カムリング１９と第２インナシャフト１４には相対回転が生じ、カムフロア２２がカム溝１４ａ，１９ａに乗り上げた状態にある。この状態において加速から減速、減速から加速を行うと、第２インナシャフト１４とカムリング１９の間の回転差が逆転する。このカム機構２１の逆転動作により、メインクラッチ１６の押圧力が一端開放されたのち、再びメインクラッチ１６を押圧することになる。メインクラッチ１６が一端開放される。このとき、遊星歯車機構１８は、リングギヤ２８とサンギヤ３０の歯数比のため、表１に示す如く『リングギヤ２８とフロントハウジング１１の回転差』>『ハウジング１１とサンギヤ３０の回転差』でトルク伝達を行っている。このためメインアウタクラッチプレート１６ａ及びメインインナクラッチプレート１６ｂのバックラッシが反転するよりも早くカム機構２１が反転する。従って、カム機構２１の反転動作が完了したのちメインアウタクラッチプレート１６ａ及びメインインナクラッチプレート１６ｂの反転が行われるので、トルク伝達の反転における異音を防止することができる。

本発明の実施の形態に係る差動制限装置の縦断面図。

符号の説明

１０…差動制限装置、１１…フロントハウジング、１１ａ…スプライン溝、１２…リアハウジング、１３…第１インナシャフト、１３ａ…スプライン溝、１４…第２インナシャフト、１４ａ…カム溝、１６…メインクラッチ、１６ａ…メインアウタクラッチプレート、１６ｂ…メインインナクラッチプレート、１７…パイロットクラッチ、１７ａ…パイロットアウタクラッチプレート、１７ｂ…パイロットインナクラッチプレート、１８…遊星歯車機構、１９…カムリング、１９ａ…カム溝、２０…ニードルベアリング、２１…カム機構、２２…カムフロア、２３…アーマチャ、２４…電磁石、２７…キャリア、２７ａ…支持部、２７ｂ…収納孔、２８…リングギヤ、２９…プラネタリギヤ、３０…サンギヤ、３１…ウェーブワッシャ。

Claims (1)

1. 第１インナシャフト及び第２インナシャフトを同一回転軸線上に並列配置し、これら第１インナシャフト及び第２インナシャフトを包囲し、前記回転軸線上に前記インナシャフトと相対回転可能にハウジングを設け、前記第１インナシャフトにリングギヤを設け、前記第２インナシャフトにサンギヤを設け、前記第２インナシャフトとリングの間に前記ハウジングと回転連結されるキャリアの円筒状の支持部を介在させ、この支持部に内周側及び外周側が開放された収納孔を形成し、前記サンギヤ及びリングギヤと噛合するプラネタリギヤを前記収納孔に回転可能に収納し、前記ハウジングと第１インナシャフトとの間で駆動力を伝達するメインクラッチを設け、前記第２インナシャフトと同一回転軸上にカムリングを相対回転可能に並列配置し、前記ハウジングとカムリングの間で駆動力を伝達するパイロットクラッチを設け、前記パイロットクラッチの摩擦係合力を制御するパイロットクラッチ制御手段を設け、前記第２インナシャフトとカムリングの対向面にカム溝を形成し、前記カム溝にカムフロアを保持させカム機構を構成し、前記第２インナシャフトとカムリングの間の相対回転によって前記カム機構を作動させ、前記第２インナシャフトにより前記メインクラッチを摩擦係合するようにしたことを特徴とする差動制限装置。
   

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