JP4453241B2

JP4453241B2 - 駆動力切換機構

Info

Publication number: JP4453241B2
Application number: JP2002174762A
Authority: JP
Inventors: 透加賀田; 真澄風岡
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2017-04-25
Also published as: JP2003127686A

Description

【０００１】
【発明が属する分野】
本発明は、動力源からの動力の伝達を切り換える駆動力切換機構に関するものであり、特に２輪駆動状態と４輪駆動状態との切換えに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、動力源からの動力の伝達を前輪或は後輪から全輪に切り換える機構としてトランスファが知られている。しかし、トランスファは一般的に変速機と一体で形成されており、従来の車両にトランスファを新たに設けるには多くのユニットを交換しなければならず、汎用性が悪い、という問題があった。
【０００３】
また、トランスファ以外の２輪駆動−４輪駆動の切換機構の従来技術として、特公平１−２３３３０号に開示される技術がある。この技術には、パートタイム式４輪駆動車両の駆動力のオン・オフを切り換え可能な車軸側のディファレンシャル装置の一方の出力軸に、駆動力オン時に連結（４輪駆動状態）して、駆動力オフ時に離脱（２輪駆動状態）するクラッチを設けることにより、２輪駆動状態と４輪駆動状態とを切換可能にすると共に、２輪駆動時における車輪からのバックドライブを防止する技術が開示されている。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トランスファは一般的に変速機と一体で形成されており、車両にトランスファを新たに設けるには多くのユニットを交換しなければならず、汎用性が悪い、という問題があった。
【０００５】
また、特公平１−２３３３０号の技術は、ディファレンシャルの出力軸側にクラッチ機構を配設しているために、ディファレンシャルの幅寸法が大きくなってしまう。更に、このクラッチ機構は最終減速後の駆動トルクを伝達するものであり、４輪駆動時にはクラッチ機構に大きな駆動トルクが負荷されるので、高強度材や大きなモジュール等によりクラッチ機構の強度を確保しなければならない、という問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点を解決すべく、コンパクトで、汎用性に優れた駆動力切換機構を提供することを技術的課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するために請求項１は、車両の車輪対のディファレンシャルを収容する終減速装置内に、前記ディファレンシャルの入力軸である第１軸と、駆動源からの駆動力を伝達する第２軸と、前記第１軸の軸方向に摺動可能に設けられるとともに前記第１軸と前記第２軸との連結・離脱を切り換え可能な切換部材を有するクラッチ機構と、前記クラッチ機構の前記切換部材を摺動させる切換装置と、を備える駆動力切換機構であって、前記駆動力切換機構は、前記切換装置を作動させるとともに前記終減速装置と１つのユニットを構成するモータを備え、前記切換装置は、前記モータの駆動によって前記切換部材を軸方向に摺動させるとともに前記終減速装置のハウジングに取付けられたシャフト上を前記シャフトに対して移動するフォークを備えることを特徴とする駆動力切換機構とした。
【０００８】
請求項１によると、クラッチ機構を備える終減速装置がモータとともに１つのユニットを構成しているので、ディファレンシャルを含む１つのユニット（終減速装置）を交換するだけで２輪駆動と４輪駆動とを切り換える切換機構を構成することができる。特に、このユニットにおけるモータへの通電をオン・オフしたり、或いは通電方向を切り換えたりするだけで、車両を２輪駆動状態と４輪駆動状態とに切り換えることが可能になり、好適である。
【０００９】
具体的には、請求項２に示すように、前記切換装置は、前記モータの駆動に応じて回転する出力ギアと、該出力ギアの回転に伴って軸方向に移動するラック及び前記フォークとを備え、前記切換部材は前記フォークに取り付けられるようにするとよい。
【００１０】
また、請求項３に示すように、クラッチ機構を第１軸及び第２軸を支持する２つの軸受の間に設けることにより、従来技術のデッドスペースを利用して装置が大型化することがなく、従来品への汎用も容易になり有利である。
【００１１】
更に、請求項４及び請求項５に示すように、前記第１軸と前記第２軸とが連結或いは離脱のいずれの状態かを電気的に検知するスイッチを備え、前記切換装置の作動に応じて前記スイッチのオン・オフが切り換えられるようにするとよい。
【００１２】
クラッチ機構の具体的な構造としては、請求項６に示すように、前記第１軸の外周には第１スプラインが形成され、前記切換部材の内周には前記第１スプラインに対応する内スプラインが形成されるようにするとよい。
【００１３】
更に具体的には、請求項７に示すように、前記第２軸の外周には前記切換部材の前記内スプラインに対応する第２スプラインが形成され、前記クラッチ機構は、前記内スプラインが前記第１スプラインと前記第２スプラインの両方に亘って配置されるときに前記第１軸と前記第２軸とを連結するとよい。
【００１４】
ここで、本発明におけるディファレンシャルとは、左右の駆動車輪或は前後の駆動車輪の回転数の差を吸収し円滑な走行を可能とする差動装置、或は差動制限装置のことである。
【００１５】
尚、本発明における終減速装置とは、ディファレンシャルのアッセンブリを意味する。
【００１６】
【実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本実施の形態の動力切換機構を備える車両の簡略図、図２は本実施の形態での主要部、図３は図２の切換装置を右方から見た図である。本実施の形態では、後輪に常に駆動力が伝達されて２輪駆動時に前輪への駆動力を切り離す形式の車両とする。
【００１７】
全体の構成について説明する。駆動源であるエンジン１と、エンジン１の出力側に連結される変速機２と、変速機２の出力側に一端が形成されエンジン１の駆動力を伝達する駆動軸４と、一端が駆動軸４側に形成され他端が終減速機構５内に形成される第２軸１７と、終減速機構５に連結される前輪側車軸６、８と、前輪側車軸６、８に取付けられる前輪７、９とを備えている。また、終減速機構５内には、前輪側のディファレンシャル２０の入力軸であり、第２軸１７と同軸に配置される第１軸１８が配設されている。
【００１８】
本発明の主要部である駆動力切換機構について説明する。駆動力切換機構は終減速装置内に形成されており、第１軸１８と、第１軸１８と同軸上に設けられる第２軸１７と、第１軸１８と第２軸１７とを連結・離脱可能なクラッチ機構と、を備えている。第１軸１８はハウジング２１に対して回転自在に取付けられ、ディファレンシャル２０側にリングギア２３と噛み合うピニオンギア１８ｂを有している。ハウジング２１内にはディファレンシャル２０が設けられており、ディファレンシャル２０は車軸に直交して回転可能に取付けられるディファレンシャルケース２２内に設けられている。ディファレンシャルケース２２にはピニオンギア１８ｂと噛み合うリングギア２３が取付けられている。また、第２軸１７は第１軸１８の外端部に隣接してハウジング２１に対して回転自在に取付けられている。第２軸１７の端部には変速機からの出力軸に連結されて、第２軸１７に駆動力を伝達するヨーク１６が固定されている。
【００１９】
次に、クラッチ機構について説明する。クラッチ機構は、第１軸１８と第２軸１７の間に両軸間を連結・離脱可能な切換部材１９が設けられている。切換部材１９の内周面には、第１軸１８の外周に形成される第１スプライン１８ａ及び第２軸１７の外周に形成される第２スプライン１７ａに対応する内スプライン１９ａが形成されており、切換部材１９は両スプライン１７ａ、１８ａに沿って軸方向に摺動が可能である。
【００２０】
切換部材１９を軸方向に摺動させる切換装置は、出力ギア２５及びラック２６を有しており、出力ギア２５が回転することによって、ラック２６はハウジング２１に取付けられたシャフト２７に対して摺動する。出力ギア２５はモータ（図示せず）の駆動に応じて回転され、モータの駆動は図示しない制御装置ＥＣＵにより制御される。出力ギア２５はスパイラルスプリング（図示せず）を介してモータに取付けられている。モータが駆動するとスパイラルスプリングを介して出力ギア２５に駆動力が伝達され、出力ギア２５が回転駆動するとラック２６が軸方向に移動して、ラック２６に固設されたフォーク２８も軸方向に移動する。したがって、フォーク２８の移動によりフォーク２８の端部に固設される切換部材１９は第１軸１８及び第２軸１７のスプライン上を摺動することが可能になる。
【００２１】
本実施の形態においては、フォーク２８と一体にスイッチ押付部２８ａが設けられており、４輪駆動時にはフォーク２８の移動によりスイッチ押付部２８ａがスイッチ３１を押し付けることで４輪駆動状態であることを電気的に検知している。第１軸１８及び第２軸１７の回転に依存しないフォーク２８を用いてスイッチ３１のオン・オフを切り換えているので、スイッチ３１が磨耗することもなくスイッチ３１の耐久性が向上する。
【００２２】
次に作動について説明する。車両が４輪駆動状態の場合には、切換部材１９は第１軸１８と第２軸１７の両方に亘ってスプライン嵌合しており、変速機構の出力軸の駆動トルクは、ヨーク１６、第２軸１７、第１軸１８、リングギア２３、ディファレンシャルケース２２の順に伝達され、更にディファレンシャル２０から操舵輪側である前輪側車軸６、８を介して操舵輪である前輪７、９にも伝達される。車両の旋回時には前輪７、９と後輪１３、１５との間で内輪差が生じ、前輪７、９と後輪１３、１５との回転数に差ができるので、４輪駆動状態のままでは操舵力が大きくなってしまう。
【００２３】
そこで、前後輪の回転数に差ができたときには、出力ギア２５を回転させ切換部材１９を軸方向に摺動させることにより、切換部材１９と第２軸１７とを非係合にして駆動源からの駆動力を第１軸１８に伝達しないように２輪駆動状態とする。これによって、前輪と後輪との回転数の差を第１軸１８と第２軸１７との相対回転として吸収することができるので、操舵力は小さくなる。但し、切換部材１９と第２軸１７の間の駆動トルクが大きく、切換部材１９が軸方向に摺動できない場合には、モータが作動しても切換部材１９は摺動できずにモータの出力軸と出力ギア２５との間に設けられるスパイラルスプリングがたわむ。そして、駆動トルクが小さくなってスパイラルスプリングのスプリング力が駆動トルクに打ち勝ったときに出力ギア２５が回転して切換部材１９を摺動する。これにより第１軸１８と第２軸１７の両軸に嵌合していた切換部材１９が第１軸１８のみとの嵌合になり、後輪のみが駆動する２輪駆動状態になる。（切換部材１９、フォーク２８が図２の実線の状態）
次に、２輪駆動から４輪駆動への切り換えについて説明する。４輪駆動に戻る場合には、切換装置は出力ギア２５を作動させることによって切換部材１９を軸方向に摺動させて、切換部材１９を第１軸１８及び第２軸１７と係合させることができる。これによって変速機の出力軸からの駆動トルクは後輪だけでなく前輪にも伝達される。但し、内スプライン１９ａと第２スプライン１７ａの位相が不一致で切換部材１９が摺動できない場合には、モータを作動させても切換部材１９は摺動できずにモータの出力軸と出力ギア２５との間に設けられるスパイラルスプリングがたわむ。そして後輪のスリップ等により内スプライン１９ａと第２スプライン１７ａの位相が一致した時に出力ギア２５が作動して切換部材１９が摺動し、切換部材１９は第１軸１８と第２軸１７の両スプラインと嵌合する。ここで初めて２輪駆動状態から４輪駆動状態に切り替わる。（切換部材１９、フォーク２８が図２の一点鎖線の状態）
２輪駆動と４輪駆動との切り換え、すなわちクラッチ機構の作動は、本実施例では運転者が切換スイッチ（図示せず）を作動することによってモータへの通電のオン・オフ、或は通電方向を切り換えることで、２輪駆動と４輪駆動との切り換えを任意に行うようにしたが、この他に、前輪と後輪とにそれぞれ回転数センサを設けて、前輪と後輪との回転数に差が発生したことを制御装置ＥＣＵが検知すると、モータに通電して４輪駆動状態から２輪駆動状態に切り換える。そして前輪と後輪との回転数に差がなくなったことを制御装置ＥＣＵが検知すると、２輪駆動への切換時とモータの通電方向を逆にして、２輪駆動状態から４輪駆動状態に切り換えてもよい。
【００２４】
本実施の形態によると、スパイラルスプリングを用いて位相の不一致時や駆動トルクが大きい場合における切換部材１９の摺動を規制しているが、とくにスパイラルスプリングを用いることに限定する意図はなく、スプラインの位相が一致した時に初めて切換部材１９が摺動する形式であればどのような機構を用いても良い。
【００２５】
また、本実施の形態では第１軸１８を支持する軸受２９と、第２軸１７を支持する軸受３０の間に切換部材を設けたので、従来技術のデッドスペースを利用して装置が大型化することがなく、従来品への汎用も容易になり有利である。
【００２６】
また、本実施の形態によると、４輪駆動から２輪駆動に切り換えることによってステアリングの操舵力を低減することができる。
【００２７】
更に、本実施の形態では、トランスファを備えることなく変速機から直接出力軸に駆動力を伝達する構成であるが、変速機と前輪及び後輪の出力軸の間にトランスファを備える形式のものにも適用が可能である。
【００２８】
本実施の形態では、ディファレンシャル２０として差動制限装置を用いた場合について説明したが、差動装置を用いた場合であっても本発明の主旨には何ら影響はなく、どちらのディファレンシャルを用いても良い。
【００２９】
【効果】
本発明によると、クラッチ機構を備える終減速装置がモータとともに１つのユニットを構成しているので、ディファレンシャルを含む１つのユニット（終減速装置）を交換するだけで２輪駆動と４輪駆動とを切り換える切換機構を構成することができる。特に、このユニットにおけるモータへの通電をオン・オフしたり、或いは通電方向を切り換えたりするだけで、車両を２輪駆動状態と４輪駆動状態とに切り換えることが可能になり、好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の動力切換機構を備えた車両の簡略図である。
【図２】本実施の形態の主要部である。
【図３】図３の切換装置を右方から見た図である。
【符号の説明】
１・・・エンジン（駆動源）２・・・変速機
４・・・駆動軸５、１１・・・終減速装置
６、８・・・前輪側車軸７、９・・・前輪
１２、１４・・・後輪側車軸１３、１５・・・後輪
１６・・・ヨーク１７・・・第２軸
１７ａ・・・第２スプライン１８・・・第１軸
１８ａ・・・第１スプライン１９・・・切換部材
１９ａ・・・内スプライン２０・・・ディファレンシャル
２５・・・出力ギア２６・・・ラック
２８・・・フォーク２９、３０・・・軸受

Claims

車両の車輪対のディファレンシャルを収容する終減速装置内に、
前記ディファレンシャルの入力軸である第１軸と、
駆動源からの駆動力を伝達する第２軸と、
前記第１軸の軸方向に摺動可能に設けられるとともに前記第１軸と前記第２軸との連結・離脱を切り換え可能な切換部材を有するクラッチ機構と、
前記クラッチ機構の前記切換部材を摺動させる切換装置と、
を備える駆動力切換機構であって、
前記駆動力切換機構は、前記切換装置を作動させるとともに前記終減速装置と１つのユニットを構成するモータを備え、
前記切換装置は、前記モータの駆動によって前記切換部材を軸方向に摺動させるとともに前記終減速装置のハウジングに取付けられたシャフト上を前記シャフトに対して移動するフォークを備えることを特徴とする駆動力切換機構。
前記切換装置は、前記モータの駆動に応じて回転する出力ギアと、該出力ギアの回転に伴って軸方向に移動するラック及び前記フォークとを備え、前記切換部材は前記フォークに取り付けられることを特徴とする、請求項１の駆動力切換機構。
前記クラッチ機構は、前記第１軸及び第２軸を支持する２つの軸受の間に設けられることを特徴とする、請求項１の駆動力切換機構。
前記第１軸と前記第２軸とが連結或いは離脱のいずれの状態かを電気的に検知するスイッチを備えることを特徴とする、請求項１から請求項３の駆動力切換機構。
前記切換装置の作動に応じて前記スイッチのオン・オフが切り換えられることを特徴とする、請求項４の駆動力切換機構。
前記第１軸の外周には第１スプラインが形成され、前記切換部材の内周には前記第１スプラインに対応する内スプラインが形成されることを特徴とする、請求項１から請求項５の駆動力切換機構。
前記第２軸の外周には前記切換部材の前記内スプラインに対応する第２スプラインが形成され、前記クラッチ機構は、前記内スプラインが前記第１スプラインと前記第２スプラインの両方に亘って配置されるときに前記第１軸と前記第２軸とを連結することを特徴とする、請求項６の駆動力切換機構。