JP4552341B2

JP4552341B2 - ４輪駆動車のディファレンシャル装置

Info

Publication number: JP4552341B2
Application number: JP2001088873A
Authority: JP
Inventors: 公治坂野; 透加賀田; 康宏小林
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2021-03-26
Also published as: US6634978B2; JP2002283864A; US20020137589A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２輪駆動状態、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態、及びディファレンシャルロックの４輪駆動状態の３つの状態のいずれかを適宜選択可能な４輪駆動車のディファレンシャル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平８−８５３５５号公報等に記載されているように、２輪駆動状態、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態、及びディファレンシャルロックの４輪駆動状態の３つの状態のいずれかを適宜選択可能な４輪駆動車のディファレンシャル装置が知られている。上記公報に記載のものにおいては、駆動軸からの駆動力が伝達され回転するディファレンシャルケースと、ディファレンシャルケース内に配設されディファレンシャルケースに伝達された駆動力を適宜分配して一対の車輪に伝達するための一対のサイドギヤとを有するディファレンシャルと、一方の車輪とともに一体回転するドライブシャフトと、この一方の車輪側のサイドギヤと一方の車輪側のドライブシャフトとを連結・連結解除するための第１スリーブと、この第１スリーブの外周面にスプライン結合されこの一方の車輪側のドライブシャフトとディファレンシャルケースとを連結・連結解除するための第２スリーブとを有し、第１スリーブの位置を切り替えることにより２輪駆動状態とディファレンシャルフリーの４輪駆動状態とを切り換え、第２スリーブの位置を切り換えることによりディファレンシャルフリーの４輪駆動状態とディファレンシャルロックの４輪駆動状態とを切り換える技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に開示された技術においては、第１スリーブ及び第２スリーブの位置を切り換えるためのアクチュエータがそれぞれ別個に１つづつ必要であり、アクチュエータが２つ必要となっている。従って、ディファレンシャル装置全体が大型化するとともにコストアップに繋がるという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、２輪駆動状態、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態、及びディファレンシャルロックの４輪駆動状態の３つの状態のいずれかを適宜選択可能な４輪駆動車のディファレンシャル装置において小型化かつ低コスト化可能なものを提供することを技術的課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、駆動軸からの駆動力が伝達され回転するディファレンシャルケースと、前記ディファレンシャルケース内に配設され前記ディファレンシャルケースに伝達された駆動力を適宜分配して一対の車輪に伝達するための一対のサイドギヤとを有するディファレンシャルと、前記一対の車輪の車軸上に設けられ、一方の車輪とともに一体回転する回転部材と、前記ディファレンシャルケース、前記一方の車輪側のサイドギヤ、及び前記回転部材とを互いに連結・連結解除可能な切換機構と、前記切換機構を駆動するアクチュエータとを備え、前記アクチュエータにより前記切換機構を前記車軸方向に駆動して、前記回転部材と前記一方のサイドギヤとの連結が解除された２輪駆動状態、前記回転部材と前記一方のサイドギヤのみが連結されたディファレンシャルフリーの４輪駆動状態、及び前記回転部材と前記一方のサイドギヤと前記ディファレンシャルケースの全てが連結されたディファレンシャルロックの４輪駆動状態の３つの状態のいずれかに適宜選択可能な４輪駆動車のディファレンシャル装置において、前記切換機構は、前記回転部材と常時連結されているとともに前記回転部材に対して前記車軸方向に相対移動することにより前記一方のサイドギヤと連結・連結解除可能な第１部材と、前記第１部材と常時連結されているとともに前記第１部材に対して前記車軸方向に相対移動することにより前記ディファレンシャルケースと連結・連結解除可能であり、唯一の前記アクチュエータにより前記車軸方向に駆動される第２部材と、前記回転部材に対する前記第１部材の相対移動及び前記第１部材に対する前記第２部材の相対移動を適宜禁止する相対移動禁止機構とからなり、前記相対移動禁止機構は、前記第２部材の位置が前記２輪駆動状態に対応する第１の位置から前記ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態に対応する第２の位置までの範囲内にあるときは、前記第１部材に対する前記第２部材の相対移動のみを禁止し前記第１部材と前記第２部材とを前記回転部材に対して一体的に相対移動させ、前記第２部材の位置が前記ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態に対応する前記第２の位置から前記ディファレンシャルロックの４輪駆動状態に対応する第３の位置までの範囲内にあるときは、前記回転部材に対する前記第１部材の相対移動のみを禁止し前記第１部材を前記車軸方向に固定した状態にて前記第２部材を前記第１部材に対して相対移動させるように構成されていることを特徴とする４輪駆動車のディファレンシャル装置とした。
【０００６】
本発明によれば、唯一のアクチュエータにより第２部材を第１の位置に移動させれば、回転部材と一方のサイドギヤとの連結が解除された２輪駆動状態となる。第２部材を第２の位置に移動させれば、第１部材も第２部材と一体的に移動して、第１部材を介して回転部材と一方のサイドギヤのみが連結されたディファレンシャルフリーの４輪駆動状態となる。さらに第２部材を第３の位置に移動させれば、第１部材はその位置に固定されたまま第２部材のみが移動して、第２部材及び第１部材を介してディファレンシャルケースと回転部材が連結されるとともに、第１部材を介して回転部材と一方のサイドギヤが連結されるので、結局回転部材と一方のサイドギヤとディファレンシャルケースの全てが連結されたディファレンシャルロックの４輪駆動状態となる。従って、第２部材を駆動する唯一のアクチュエータのみにより、２輪駆動状態、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態、及びディファレンシャルロックの４輪駆動状態の３つの状態のいずれかを適宜選択可能な４輪駆動車のディファレンシャル装置を提供することができるので、装置全体を小型化かつ低コスト化することが可能となる。
【０００７】
なお、本発明において第１部材と第２部材とを一体化して、その部材を唯一のアクチュエータにより第１の位置、第２の位置、及び第３の位置に駆動することにより上記３つの状態に切り換える構造をとることも可能である。しかし、第１部材と第２部材とを一体化してしまうと、その部材が第２の位置にあって回転部材と一方のサイドギヤとがその部材を介して連結されており、かつこれら各部材に駆動トルクがかかっている状態において、さらにその部材を第３の位置まで移動させようとすると、駆動トルクにより各部材間の連結部に発生している摩擦力に抗してその部材を移動させる必要がある。従って、アクチュエータを高出力化する必要がある。しかし、本発明においては、第２部材が第２の位置にあり回転部材と一方のサイドギヤとが第１部材を介して連結されている状態から、第２部材を第３の位置まで移動させる際には、第２部材のみが移動し、移動する際の抵抗力が大きい第１部材を移動する必要がない。従って、本発明においては、第１部材と第２部材とを別体に構成したことにより、アクチュエータ自体を低出力化することができ、かかる観点からも装置全体の小型化に貢献することができる。
【０００８】
より好ましくは、前記回転部材、前記第１部材、前記第２部材、前記一方のサイドギヤ、及び前記ディファレンシャルケースは、同軸上に配置され、前記第２部材は、略円筒状を呈しているとともに略円筒状の前記第１部材の外周部にスプライン結合されており、前記第１部材は、前記回転部材の外周部にスプライン結合されており、前記第１部材と前記一方のサイドギヤとの連結、及び前記第２部材と前記ディファレンシャルケースとの連結もスプライン結合により行なわれるようにするとよい。これによれば、回転部材、第１部材、及び第２部材を３重のスリーブ構造にすることができ、スペース効率に優れたより小型化された装置を提供することが可能となる。
【０００９】
さらに好ましくは、前記相対移動禁止機構は、前記回転部材の外周面のうち前記一方のサイドギヤ側に設けられた外周溝と、前記第２部材の内周面において前記車軸方向所定の位置から前記ディファレンシャルケースと反対方向に向けて設けられた縮径部と、前記第２部材の前記ディファレンシャルケース側端近傍において前記第２部材に一体固設されるとともに前記第１部材の前記一方のサイドギヤ側端面と当接可能なスナップリングと、前記第１部材において径方向に設けられた貫通孔内に摺動可能に挿入されたピンから構成され、前記第２部材の位置が前記第１の位置から前記第２の位置までの範囲内にあるときは、前記ピンの径内端が前記回転部材の外周面に当接することにより前記ピンの径外端が前記第１部材の外周面に突出して前記第２部材の縮径部の肩部に係合するとともに前記スナップリングと前記第１部材の前記一方のサイドギヤ側端面とが係合し、前記第２部材の位置が前記第２の位置から前記第３の位置までの範囲内にあるときは、前記ピンの径外端が前記第２部材の縮径部に当接することにより前記ピンの径内端が前記第１部材の内周面に突出して前記回転部材の外周溝に嵌合するようにするとよい。
【００１０】
これによれば、第１部材と第２部材と相対移動禁止機構からなる切換機構において、相対移動禁止機構を構成するにあたり、回転部材の外周面のうち一方のサイドギヤ側に外周溝を設け、第２部材の内周面において車軸方向所定の位置からディファレンシャルケースと反対方向に向けて縮径部を設け、第２部材のディファレンシャルケース側端近傍において第２部材に一体固設されるとともに第１部材の一方のサイドギヤ側端面と当接可能なスナップリングを配設し、第１部材において径方向に設けられた貫通孔内にピンを摺動可能に挿入するのみで構成することができるので、低コストかつ組み付け容易な装置を提供することが可能となる。
【００１１】
すなわち、相対移動禁止機構は、第２部材が第１の位置から第２の位置までの範囲内にあるときは、第１部材と第２部材とを車軸方向に一体化させる必要があるところ、かかる範囲内では、ピンの径内端が回転部材の外周面に当接することによりピンの径外端が第１部材の外周面に突出して第２部材の縮径部の肩部に係合しているので、第２部材のディファレンシャルケース方向への移動時には第２部材とともに第１部材も一体的に移動する。また、さらに、スナップリングと第１部材の一方のサイドギヤ側端面とが係合しているので、第２部材のディファレンシャルケース方向と反対の方向への移動時にも第２部材とともに第１部材は一体的に移動する。従って、第２部材が第１の位置から第２の位置までの範囲内にあるときは、第２部材の両車軸方向への移動に対して第１部材は第２部材と一体的に移動することになる。
【００１２】
一方、相対移動禁止機構は、第２部材が第２の位置から第３の位置までの範囲内にあるときは、回転部材と第１部材とを車軸方向に一体化させる必要があるところ、かかる範囲内では、ピンの径外端が第２部材の縮径部に当接することによりピンの径内端が第１部材の内周面に突出して回転部材の外周溝に嵌合しているので、第１部材は、ピンを介して回転部材と車軸方向に一体化され、第１部材とスプライン結合された第２部材のみが第１部材と独立して車軸方向へ移動可能となる。
【００１３】
このように、第２部材が第１の位置から第２の位置の範囲内にあるときと、第２部材が第２の位置から第３の位置の範囲内にあるときとで、第１部材の貫通孔に挿入されたピンの径外端が第１部材の外周面から突出するかピンの径内端が第１部材の内周面から突出するかを切換えることにより、相対移動を禁止する対象を切換えることが可能となっている。
【００１４】
かかるピンの突出態様の切換は、第２部材が第２の位置を通過する際に行なわれる。すなわち、第２部材が唯一のアクチュエータにより第１の位置から第２の位置に移動する際には、当初、ピンの径内端が回転部材の外周面に当接した状態であり、ピンの径外端が第２部材の縮径部の肩部との当接力により径内方向への力（分力）を受けていても、径内方向へ移動することなく第１部材の外周面に突出している（これにより第１部材と第２部材とが一体化されている）が、第２部材が第２の位置に達する段階になると、ピンの径内端が回転部材の外周面に設けられた外周溝と対面し始め、ピンは、第２部材の縮径部の肩部から受ける径内方向への当接力により、径内方向へ移動し始め、かかる外周溝へ嵌合し始める。第２部材が第２位置を越えて第３の位置へ移動開始する段階では、ピンの径内方向への移動は完了しピンの径内端は完全に外周溝へ嵌合している。このときピンの径外端は第２部材の縮径部の肩部ではなく縮径部の内面と当接しており、ピンが径外方向へ移動することが禁止される。このピンの径内端の外周溝への嵌合により、第１部材と第２部材との相対移動が可能となるとともに回転部材と第１部材との相対移動が禁止され、第２部材は、第１部材とは独立して第２の位置から第３の位置へ移動することになる。
【００１５】
また、第２部材が第３の位置から第２の位置に移動する際には、当初、ピンの径外端は第２部材の縮径部の内面と当接しており、ピンが径外方向へ移動することが禁止されている状態で、第２部材のみが移動するが、第２部材が第２の位置に達する段階になると、第２部材に固設されたスナップリングと第１部材の一方のサイドギヤ側端面とが係合を開始する。これと同時期にピンの径外端は、第２部材の縮径部の内面ではなく縮径部の肩部と対面し始める。従って、ピンは、徐々に径外方向へ移動可能となるが、このとき第１部材は、第２部材と一体のスナップリングとの当接力により第２部材と一体で移動を開始しようとしており、このスナップリングからの当接力と外周溝の溝形状との相乗効果により、ピンは、径外方向への力（分力）が与えられ、径外端が縮径部の肩部と当接しながら徐々に径外方向へ移動を開始する。第２部材が第２位置を越えて第１の位置へ移動開始する段階では、ピンの径外方向への移動は完全に完了し、ピンの径外端は縮径部の肩部と係合可能な位置に達している。このときピンの径内端は回転部材の外周溝から完全に脱出し回転部材の外周面と当接しており、ピンが径内方向へ移動することが禁止される。このピンの径外方向への移動により第１部材と回転部材との相対移動が可能となるとともに、第１部材は、第２部材と一体のスナップリングを介して、第２部材とともに第２の位置から第１の位置へ移動することになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。まず、図１を用いて、本発明の実施形態に係る４輪駆動車のディファレンシャル装置を搭載した車両の概略について説明する。なお、以下説明する車両は、後輪には常にエンジンの駆動力が伝達されるとともに、前輪には本発明に係るディファレンシャル装置を適宜切換えることによりエンジンの駆動力が伝達される４輪駆動状態とエンジンの駆動力が伝達されない２輪駆動（後輪駆動）状態とを切換え可能なものとして説明する。
【００１７】
図1において、本車両は、駆動源であるエンジン１の出力側に連結された変速機２を有し、この変速機２の出力側には、駆動軸３が連結されている。駆動軸３の前輪側端には本発明に係るディファレンシャル装置４が連結されており、駆動軸３の後輪側端には、公知のディファレンシャル装置１０が連結されている。
【００１８】
ディファレンシャル装置４の出力側には、ドライブシャフト５，７を介して前輪６，８が連結されており、公知のディファレンシャル装置１０の出力側には、ドライブシャフト１１，１３を介して後輪１２，１４が連結されている。駆動軸３から公知のディファレンシャル装置１０に入力される駆動力は、適宜分配されて常に後輪１２，１４に伝達されるが、駆動軸３から本発明に係るディファレンシャル装置４に入力される駆動力は、後述する本発明に係るディファレンシャル装置４の切換機構４３の切換状態により、前輪６，８に伝達されなかったり、ディファレンシャルフリー状態で伝達されたり、ディファレンシャルロック状態で伝達されたりする。以下、図２を用いて、本発明に係るディファレンシャル装置４の概略について説明する。
【００１９】
本発明に係るディファレンシャル装置４の大略的概観は、ハウジング２０と、ハウジング２０にボルト２２にて固定されたハウジング２１と、ハウジング２０にボルトにて固定されたアクチュエータ４５から構成される。ハウジング２０，２１内には、ディファレンシャル２６が収容されている。
【００２０】
ディファレンシャル２６は、ベアリング３３により回転可能に支持されたディファレンシャルケース２４と、このディファレンシャルケース２４と一体的に固定されたピニオンシャフト３１と、ピニオンシャフト３１に支持されピニオンシャフト３１のまわりを自転可能な２つのピニオン２９，３０と、これらピニオン２９，３０と互いに噛合し図２において左右に設けられた一対のサイドギヤ２８，２７とから構成されている。このディファレンシャルケース２４は、ボルト２５により、ベアリング３２により回転可能に支持されたリングギヤ２３と一体的に固定され、リングギヤ２３と一体回転可能となっている。ディファレンシャル２６の詳細な機械的構成及び作動は周知であるので、ここではその詳細な説明を省略する。
【００２１】
リングギヤ２３は、ベアリング３５により回転可能に支持されたピニオンギヤ３４と噛合しており、ピニオンギヤ３４は、ヨーク３６を介して駆動軸３（図１参照）と連結されている。従って、駆動軸３の駆動力は、ヨーク３６、ピニオンギヤ３４、リングギヤ２３を介してディファレンシャルケース２４に伝達されるようになっている。
【００２２】
一対のサイドギヤ２８，２７のうち、サイドギヤ２７は、出力軸３７がスプライン結合されており、出力軸３７は、ボールジョイント３８を介してドライブシャフト５、ひいては右前輪６と連結されている。従って、サイドギヤ２７は、常に右前輪６と連結されている。
【００２３】
また、サイドギヤ２８（一方のサイドギヤ）は、出力軸４０とは直接的には連結されておらず、後述する切換機構４３の切換状態により、間接的にハブ４２（回転部材）と連結可能となる。ハブ４２は、ベアリング４１により回転可能に支持されているとともに出力軸４０とスプライン結合されており、出力軸４０はボールジョイント３９を介してドライブシャフト７、ひいては左前輪７（一方の車輪）と連結されている。従って、サイドギヤ２８は、後述する切換機構４３の切換状態により、左前輪８と連結される場合と連結されない場合がある。また、サイドギヤ２８がハブ４２と結合し左前輪８と連結されている場合においても、後述する切換機構４３の切換状態により、ハブ４２とディファレンシャルケース２４とが連結される場合と連結されない場合がある。
【００２４】
ここで、サイドギヤ２８がハブ４２と連結していない状態においては、エンジン１の駆動力は、左前輪８と連結されていないサイドギヤ２８に全て逃げてしまい、エンジン１の駆動力が前輪６，８には伝達されない２輪駆動状態（後輪駆動状態）となる。また、サイドギヤ２８がハブ４２と連結している状態においてハブ４２とディファレンシャルケース２４とが連結していない状態においては、左右の前輪６，８はディファレンシャル２６の作用により互いに独立して回転可能となるので、エンジン１の駆動力が左右の前輪６，８に適宜配分されるディファレンシャルフリーの４輪駆動状態となる。さらには、サイドギヤ２８がハブ４２と連結している状態においてハブ４２とディファレンシャルケース２４とが連結している状態においては、左前輪８とディファレンシャルケース２４とが一体的に回転しディファレンシャル２６が作用しないので、エンジン１の駆動力が左右の前輪６，８に直接伝達されるディファレンシャルロックの４輪駆動状態となる。従って、本ディファレンシャル装置は、後述する切換機構４３を切換えることにより、２輪駆動状態、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態、及びディファレンシャルロックの４輪駆動状態に適宜切換えることが可能となっている。
【００２５】
後述する切換機構４３の切換は、唯一のアクチュエータ４５により行なわれる。アクチュエータ４５は、図示しないコントローラにより制御されるモータ４９と、モータ４９の出力を減速する図示しない減速機構と、図示しないスパイラルスプリングを介して減速機構の出力が出力される出力ギヤ４６と、出力ギヤ４６の回転を車軸方向（図２において左右方向）の変位に変換するラック４７と、ラック４７に固定されたフォーク４４とからなる。ラック４７は、ハウジング２０に固定されたシャフト４８上を移動するようになっている。また、フォーク４４の先端は、後述する切換機構４３内の第２スリーブ５１（第２部材）の溝５１ａに係合している。従って、図示しないコントローラによりモータ４９を制御し、切換機構４３内の第２スリーブ５１の車軸方向の位置を制御することにより、本ディファレンシャル装置４は、上述した３つの状態に適宜切換ることが可能となっている。
【００２６】
以上、本発明に係るディファレンシャル装置４の概略について説明した。次に、切換機構４３の機械的構成及び作用について、図３〜図５を用いて説明する。図３は、切換機構４３が２輪駆動状態に対応する第１の位置にある場合を示し、図４は、切換機構４３がディファレンシャルフリーの４輪駆動状態に対応する第２の位置にある場合を示し、図５は、切換機構４３がディファレンシャルロックの４輪駆動状態に対応する第３の位置にある場合を示している。
【００２７】
図３において、出力軸４０の外周にスプライン結合されたハブ４２の外周には、車軸方向中央部より図３において右側領域にスプライン４２ａが設けており、スプライン４２ａのサイドギヤ２８側端近傍には、環状の外周溝４２ｂが設けられている。このスプライン４２ａの先端面は、ハブ４２の外周面を形成している。
【００２８】
ハブ４２の外周には、略円筒状の第１スリーブ５０（第１部材）が配設されており、第１スリーブ５０の内外周には、車軸方向全体にわたってスプライン５０ｂ、５０ａが設けられている。第１スリーブ５０は、スプライン５０ｂとスプライン４２ａとによりハブ４２とスプライン結合されており、ハブ４２に対して車軸方向へ相対移動可能となっている。
【００２９】
さらに、第１スリーブの外周には、略円筒状の第２スリーブ５１（第２部材）が配設されており、第２スリーブ５１の内周には、車軸方向中央部より図３において左側領域にスプライン５１ｃが設けられている。このスプライン５１ｃは第２スリーブ５１の内周面における縮径部を形成しているとともに、スプライン５１ｃの図３において右側に形成されたテーパー状の端面は、縮径部の肩部５１ｄを形成している。第２スリーブ５１は、スプライン５１ｃとスプライン５０ａとにより第１スリーブ５０とスプライン結合されており、第１スリーブ５０に対して車軸方向へ相対移動可能となっている。また、第２スリーブ５１の外周には、車軸方向中央部より図３において右側領域にスプライン５１ｂが設けられている。
【００３０】
第１スリーブ５０には、円周方向において互いに対向する位置に２個所、径方向に貫通孔５０ｃが設けられており、貫通孔５０ｃ内にはピン５３が１本づつそれぞれ摺動可能に挿入されている。ピン５３の本数は、２本に限られるものではないことは言うまでもない。図３において、ピン５３は、径内端がハブ４２の外周面（スプライン４２ａの先端面）に当接しており、この状態では、ピン５３の径外端は、第１スリーブ５０の外周面に突出するとともに第２スリーブ５１の縮径部の肩部５１ｄと係合可能となっている。従って、図３における状態においては、第２スリーブ５１がアクチュエータ４５により右側に移動しようとすると、ピン５３の径外端は第２スリーブ５１の縮径部の肩部５１ｄから径内方向への外力を受けることになるが、ピン５３の径内端はハブ４２の外周面に当接しているので、ピン５３は径内方向へ移動することが禁止され、その結果、第１スリーブ５０も第２スリーブ５１の右方向への移動に伴い一体的に移動するようになっており、第２スリーブ５１の第１スリーブ５０に対する相対移動が禁止される。
【００３１】
また、第２スリーブ５１には、図３において右側端近傍においてスナップリング５２が一体固設されており、スナップリング５２は、第１スリーブ５０のサイドギヤ２８側端面が当接可能となっている。従って、第２スリーブ５１がアクチュエータ４５により図３において左側に移動しようとすると、スナップリング５２を介して、第１スリーブ５０も第２スリーブ５１の左方向への移動に伴い一体的に移動するようになっており、第２スリーブ５１の第１スリーブ５０に対する相対移動が禁止される。以上、切換機構４３は、第１スリーブ５０、第２スリーブ５１、及び相対移動禁止機構からなり、相対移動禁止機構は、ピン５３、スナップリング５２、スプライン５１ｃ（縮径部）、縮径部の肩部５１ｄ、ハブ４２の外周面（スプライン４２ａの先端面）、外周溝４２ｂから構成されている。
【００３２】
サイドギヤ２８には図３において右側端部近傍に外歯のスプライン２８ａが設けられており、スプライン２８ａの車軸方向垂直方向の断面形状は、ハブ４２のスプライン４２ａの車軸方向垂直方向の断面形状と結合可能な形状となっている。また、ディファレンシャルケース２４には図３において左側端部近傍に内歯のスプライン２４ａが設けられており、スプライン２４ａの車軸方向垂直方向の断面形状は、第２スリーブ５１のスプライン５１ｂの車軸方向垂直方向の断面形状と結合可能な形状となっている。すなわち、ハブ４２、第１スリーブ５０、第２スリーブ５１、サイドギヤ２８、及びディファレンシャルケース２４は、全て同軸上に配置されている。従って、第２スリーブ５１の右方向への移動に伴い第１スリーブ５０も右方向へ移動すれば、サイドギヤ２８のスプライン２８ａは、第１スリーブ５０のスプライン５０ｂと結合可能となっているとともに、第２スリーブ５１の右方向への移動に伴い第２スリーブ５１のスプライン５１ｂもディファレンシャルケース２４のスプライン２４ａと結合可能となっている。第１スリーブ５０のスプライン５０ｂとサイドギヤ２８のスプライン２８ａとが結合すれば、第１スリーブ５０を介してハブ４２とサイドギヤ２８とが連結され、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態となり、さらに、第２スリーブ５１のスプライン５１ｂがディファレンシャルケース２４のスプライン２４ａと結合すれば、第２スリーブ５１と第１スリーブ５０を介してディファレンシャルケース２４とハブ４２とが連結され、ディファレンシャルロックの４輪駆動状態となるが、図３に示すような第２スリーブ５１が第１の位置にある状態においては、第１スリーブ５０のスプライン５０ｂとサイドギヤ２８のスプライン２８ａとが結合していないので、２輪駆動状態となっている。
【００３３】
以上、図３を用いて、切換機構４３の第２スリーブ５１が２輪駆動状態にある第１の位置にある場合についての切換機構４３の機械的構成及び作用について説明した。次に、図４を用いて、切換機構４３の第２スリーブ５１がディファレンシャルフリーの４輪駆動状態にある第２の位置にある場合についての切換機構４３の機械的構成及び作用について説明する。
【００３４】
図４に示すように、切換機構４３が第２の位置にある場合には、第１スリーブ５０のスプライン５０ｂがサイドギヤ２８のスプライン２８ａと結合しており、第１スリーブ５０を介してハブ４２とサイドギヤ２８とが連結されるので、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態となっている。切換機構４３の第２スリーブ５１が図３に示した第１の位置から図４に示す第２の位置まで移動する間は、前述したように第１スリーブ５０は第２スリーブ５１と一体的に移動するので、アクチュエータ４５を駆動して第２スリーブ５１を第１の位置から第２の位置へ移動するのみで、２輪駆動状態からディファレンシャルフリーの４輪駆動状態に切換えることが可能である。
【００３５】
ここで、図４に示すように第２スリーブ５１が第２の位置にある場合には、ピン５３は、図３に示す状態から径内方向へ移動し、第１スリーブ５０の内周面に突出してハブ４２の外周溝４２ｂに嵌合している。従って、ピン５３の径外端と第２スリーブ５１の縮径部の肩部５１ｄとの係合が解除され、第２スリーブ５１は、第１スリーブ５０に対して図４において相対的に右方向へ移動可能となっている。また、ピン５３の径内端がハブ４２の外周溝４２ｂに嵌合することにより、第１スリーブ５０は、ハブ４２に対して図４において相対的に右方向への移動が禁止される。すなわち、ピン５３が、図３に示すように第１スリーブ５０の外周面に突出しているか、図４に示すように第１スリーブ５０の内周面に突出しているかで、相対移動が禁止される対象が切換えられることになる。以下、ピン５３が図３に示す状態から径内方向へ移動するときの作動を説明する。
【００３６】
第２スリーブ５１がアクチュエータ４５により第１の位置から第２の位置に移動する際には、当初、ピン５３の径内端がハブ４２の外周面４２ａに当接した状態であり、ピン５３の径外端が第２スリーブ５１の縮径部の肩部５１ｄとの当接力により径内方向への力（分力）を受けていても、径内方向へ移動することなく第１スリーブ５０の外周面に突出している（これにより第１スリーブ５０と第２スリーブ５１とが一体化されている）が、第２スリーブ５１が第２の位置に達する段階になると、ピン５３の径内端がハブ４２の外周面に設けられた外周溝４２ｂと対面し始め、ピン５３は、第２スリーブ５１の縮径部の肩部５１ｄから受ける径内方向への当接力により、径内方向へ移動し始め、かかる外周溝４２ｂへ嵌合し始める。第２スリーブ５１が第２位置を越えて第３の位置へ移動開始する段階では、ピン５３の径内方向への移動は完了しピン５３の径内端は完全に外周溝４２ｂへ嵌合している。このときピン５３の径外端は第２スリーブ５１の縮径部の肩部５１ｄではなく縮径部５１ｃの内面と当接しており、ピン５３が径外方向へ移動することが禁止される。このピン５３の径内端の外周溝４２ｂへの嵌合により、第１スリーブ５０と第２スリーブ５１との相対移動が可能となるとともにハブ４２と第１スリーブ５０との相対移動が禁止され、第２スリーブ５１は、第１スリーブ５０とは独立して第２の位置から後述する第３の位置（図５参照）へ移動することになる。
【００３７】
以上、図４を用いて、切換機構４３の第２スリーブ５１がディファレンシャルフリーの４輪駆動状態にある第２の位置にある場合についての切換機構４３の機械的構成及び作用について説明した。次に、図５を用いて、切換機構４３の第２スリーブ５１がディファレンシャルロックの４輪駆動状態にある第３の位置にある場合についての切換機構４３の機械的構成及び作用について説明する。
【００３８】
図５に示すように、切換機構４３が第３の位置にある場合には、第１スリーブ５０のスプライン５０ｂがサイドギヤ２８のスプライン２８ａと結合しているとともに、第２スリーブ５１のスプライン５１ｂがディファレンシャルケース２４のスプライン２４ａと結合している。従って、第１スリーブ５０を介してハブ４２とサイドギヤ２８とが連結されているとともに、第２スリーブ５１及び第１スリーブ５０を介してディファレンシャルケース２４とハブ４２とが連結されており、ディファレンシャルロックの４輪駆動状態となっている。切換機構４３の第２スリーブ５１が図４に示した第２の位置から図５に示す第３の位置まで移動する間は、前述したように第１スリーブ５０はハブ４２に固定され、第２スリーブ５１のみが移動する。従って、アクチュエータ４５を駆動して第２スリーブ５１を第２の位置から第３の位置へ移動するのみで、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態からディファレンシャルロックの４輪駆動状態に切換えることが可能である。
【００３９】
なお、本実施形態において第１スリーブ５０と第２スリーブ５１とを一体化して、その部材をアクチュエータ４５により第１の位置、第２の位置、及び第３の位置に駆動することにより上記３つの状態に切り換える構造をとることも可能である。しかし、第１スリーブ５０と第２スリーブ５１とを一体化してしまうと、その部材が第２の位置にあってハブ４２とサイドギヤ２８とがその部材を介して連結されており、かつこれら各部材に駆動トルクがかかっている状態において、さらにその部材を第３の位置まで移動させようとすると、駆動トルクにより各部材間の連結部に発生している摩擦力に抗してその部材を移動させる必要がある。従って、アクチュエータ４５を高出力化する必要がある。しかし、本発明においては、第２スリーブ５１が第２の位置にありハブ４２とサイドギヤ２８とが第１スリーブ５０を介して連結されている状態から、第２スリーブ５１を第３の位置まで移動させる際には、第２スリーブ５１のみが移動し、移動する際の抵抗力が大きい第１スリーブ５０を移動する必要がない。従って、本発明においては、第１スリーブ５０と第２スリーブ５１とを別体に構成したことにより、アクチュエータ４５自体を低出力化することができる。
【００４０】
以上、図３〜図５を用いて、切換機構４３の第２スリーブ５１が第１の位置から第２の位置を経て第３の位置に移動していく際の切換機構４３の作動を説明した。この過程において、第２スリーブ５１が第１の位置から第２の位置へ移動する途中の位置にて第１スリーブ５０のスプライン５０ｂとサイドギヤ２８のスプライン２８ａとが結合を開始し、第２スリーブ５１が第２の位置から第３の位置へ移動する途中の位置にて第２スリーブ５１のスプライン５１ｂとディファレンシャルケース２４のスプライン２４ａとが結合を開始することになるが、これら結合開始時点において、互いのスプラインの位相がずれているときは、互いの位相が合致するまで結合することはできない。従って、アクチュエータ４５内部のモータ４９が回転して第２スリーブ５１を移動させようとしても、第２スリーブ５１は、互いに結合しようとしているスプライン間の位相が合致するまでは、その位置から移動できない状態が発生する。この場合は、アクチュエータ４５内の図示しないスパイラルスプリングがたわみ、モータ４９の回転位置と第２スリーブ５１の位置とのずれが吸収されるとともに、スプライン間の位相が合致した段階で、スパイラルスプリングの弾性力により、第２スリーブ５１がスパイラルスプリングのたわみが消滅する位置まで移動して、互いに結合しようとしているスプライン同士が結合される。
【００４１】
最後に、切換機構４３の第２スリーブ５１が第３の位置から第２の位置を経て第１の位置に移動していく際の切換機構４３の作動を説明する。第２スリーブ５１が第３の位置（図５の位置）から第２の位置（図４の位置）に移動する際には、当初、ピン５３の径外端は第２スリーブ５１の縮径部５１ｃの内面と当接しており、ピン５３が径外方向へ移動することが禁止されている状態で、第２スリーブ５１のみが移動し、その途中で、ディファレンシャルケース２４のスプライン２４ａと第２スリーブ５１のスプライン５１ｂとの結合が解除され、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態となる。第２スリーブ５１が第２の位置に達する段階になると、第２スリーブ５１に固設されたスナップリング５２と第１スリーブ５０のサイドギヤ２８側端面とが係合を開始する。これと同時期にピン５３の径外端は、第２スリーブ５１の縮径部５１ｃの内面ではなく縮径部の肩部５１ｄと対面し始める。従って、ピン５３は、徐々に径外方向へ移動可能となるが、このとき第１スリーブ５０は、第２スリーブ５１と一体のスナップリング５２との当接力により第２スリーブ５１と一体で移動を開始しようとしており、このスナップリング５２からの当接力と外周溝４２ｂの図３〜図５において左側側面のテーパー状の溝形状との相乗効果により、ピン５３は、径外方向への力（分力）が与えられ、径外端が縮径部の肩部５１ｄと当接しながら徐々に径外方向へ移動を開始する。第２スリーブ５１が第２位置を越えて第１の位置（図３の位置）へ移動開始する段階では、ピン５３の径外方向への移動は完全に完了し、ピン５３の径外端は縮径部の肩部５１ｄと係合可能な位置に達している。このときピン５３の径内端はハブ４２の外周溝４２ｂから完全に脱出しハブ４２の外周面（スプライン４２ａの先端面）と当接しており、ピン５３が径内方向へ移動することが禁止される。このピン５３の径外方向への移動により第１スリーブ５０とハブ４２との相対移動が可能となるとともに、第１スリーブ５０は、第２スリーブ５１と一体のスナップリング４２を介して、第２スリーブ５１とともに第２の位置から第１の位置へ向けて移動を開始する。その途中で、サイドギヤ２８のスプライン２８ａと第１スリーブ５０のスプライン５０ｂとの結合が解除され２輪駆動状態となり、その後、第２スリーブ５１は第１スリーブ５０とともに第１の位置に移動する。
【００４２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第２スリーブ５１を駆動する唯一のアクチュエータ４５のみにより、２輪駆動状態、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態、及びディファレンシャルロックの４輪駆動状態の３つの状態のいずれかを適宜選択可能な４輪駆動車のディファレンシャル装置４を提供することができるので、装置全体を小型化かつ低コスト化することが可能となる。
【００４３】
なお、上述したように本実施形態は、後輪には常にエンジンの駆動力が伝達されるとともに、前輪には本発明に係るディファレンシャル装置を適宜切換えることによりエンジンの駆動力が伝達される４輪駆動状態とエンジンの駆動力が伝達されない２輪駆動（後輪駆動）状態とを切換え可能な車両に、本発明にかかるディファレンシャル装置を搭載した場合について説明したが、本発明にかかるディファレンシャル装置を、前輪には常にエンジンの駆動力が伝達されるとともに、後輪には本発明に係るディファレンシャル装置を適宜切換えることによりエンジンの駆動力が伝達される４輪駆動状態とエンジンの駆動力が伝達されない２輪駆動（前輪駆動）状態とを切換え可能な車両に搭載可能であることはいうまでもない。また、本発明にかかるディファレンシャル装置を搭載できる車両は、４輪車に限定されるものではなく、４輪以上の車輪があれば、どのような４輪駆動車にも搭載することができることもいうまでもない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２輪駆動状態、ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態、及びディファレンシャルロックの４輪駆動状態の３つの状態のいずれかを適宜選択可能な４輪駆動車のディファレンシャル装置において小型化かつ低コスト化可能なものを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る４輪駆動車のディファレンシャル装置を搭載した車両の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る４輪駆動車のディファレンシャル装置の主要断面図である。
【図３】切換機構が２輪駆動状態に対応する第１の位置にある場合を示した切換機構部の拡大図である。
【図４】切換機構がディファレンシャルフリーの４輪駆動状態に対応する第２の位置にある場合を示した切換機構部の拡大図である。
【図５】切換機構がディファレンシャルロックの４輪駆動状態に対応する第３の位置にある場合を示した切換機構部の拡大図である。
【符号の説明】
３駆動軸
４ディファレンシャル装置
６，８左右前輪（一対の車輪）
２４ディファレンシャルケース
２６ディファレンシャル
２７，２８サイドギヤ（一対のサイドギヤ２７，２８、一方のサイドギヤ２８）
４２ハブ（回転部材）
４２ａスプライン（外周面），４２ｂ外周溝（相対移動禁止機構）
４３切換機構
４５アクチュエータ
５０第１スリーブ（第１部材）
５０ａ，５０ｂスプライン，５０ｃ貫通孔
５１第２スリーブ（第２部材）
５１ｂ，５１ｃスプライン（縮径部５１ｃ），５１ｄ縮径部の肩部（相対移動禁止機構）
５２スナップリング（相対移動禁止機構）
５３ピン（相対移動禁止機構）

Claims

駆動軸からの駆動力が伝達され回転するディファレンシャルケースと、前記ディファレンシャルケース内に配設され前記ディファレンシャルケースに伝達された駆動力を適宜分配して一対の車輪に伝達するための一対のサイドギヤとを有するディファレンシャルと、
前記一対の車輪の車軸上に設けられ、一方の車輪とともに一体回転する回転部材と、
前記ディファレンシャルケース、前記一方の車輪側のサイドギヤ、及び前記回転部材とを互いに連結・連結解除可能な切換機構と、
前記切換機構を駆動するアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータにより前記切換機構を前記車軸方向に駆動して、前記回転部材と前記一方のサイドギヤとの連結が解除された２輪駆動状態、前記回転部材と前記一方のサイドギヤのみが連結されたディファレンシャルフリーの４輪駆動状態、及び前記回転部材と前記一方のサイドギヤと前記ディファレンシャルケースの全てが連結されたディファレンシャルロックの４輪駆動状態の３つの状態のいずれかに適宜選択可能な４輪駆動車のディファレンシャル装置において、
前記切換機構は、前記回転部材と常時連結されているとともに前記回転部材に対して前記車軸方向に相対移動することにより前記一方のサイドギヤと連結・連結解除可能な第１部材と、
前記第１部材と常時連結されているとともに前記第１部材に対して前記車軸方向に相対移動することにより前記ディファレンシャルケースと連結・連結解除可能であり、唯一の前記アクチュエータにより前記車軸方向に駆動される第２部材と、
前記回転部材に対する前記第１部材の相対移動及び前記第１部材に対する前記第２部材の相対移動を適宜禁止する相対移動禁止機構とからなり、
前記相対移動禁止機構は、前記第２部材の位置が前記２輪駆動状態に対応する第１の位置から前記ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態に対応する第２の位置までの範囲内にあるときは、前記第１部材に対する前記第２部材の相対移動のみを禁止し前記第１部材と前記第２部材とを前記回転部材に対して一体的に相対移動させ、前記第２部材の位置が前記ディファレンシャルフリーの４輪駆動状態に対応する前記第２の位置から前記ディファレンシャルロックの４輪駆動状態に対応する第３の位置までの範囲内にあるときは、前記回転部材に対する前記第１部材の相対移動のみを禁止し前記第１部材を前記車軸方向に固定した状態にて前記第２部材を前記第１部材に対して相対移動させるように構成されていることを特徴とする４輪駆動車のディファレンシャル装置。
請求項１において、前記回転部材、前記第１部材、前記第２部材、前記一方のサイドギヤ、及び前記ディファレンシャルケースは、同軸上に配置され、前記第２部材は、略円筒状を呈しているとともに略円筒状の前記第１部材の外周部にスプライン結合されており、前記第１部材は、前記回転部材の外周部にスプライン結合されており、前記第１部材と前記一方のサイドギヤとの連結、及び前記第２部材と前記ディファレンシャルケースとの連結もスプライン結合により行なわれることを特徴とする４輪駆動車のディファレンシャル装置。
請求項２において、前記相対移動禁止機構は、前記回転部材の外周面のうち前記一方のサイドギヤ側に設けられた外周溝と、前記第２部材の内周面において前記車軸方向所定の位置から前記ディファレンシャルケースと反対方向に向けて設けられた縮径部と、前記第２部材の前記ディファレンシャルケース側端近傍において前記第２部材に一体固設されるとともに前記第１部材の前記一方のサイドギヤ側端面と当接可能なスナップリングと、前記第１部材において径方向に設けられた貫通孔内に摺動可能に挿入されたピンから構成され、
前記第２部材の位置が前記第１の位置から前記第２の位置までの範囲内にあるときは、前記ピンの径内端が前記回転部材の外周面に当接することにより前記ピンの径外端が前記第１部材の外周面に突出して前記第２部材の縮径部の肩部に係合するとともに前記スナップリングと前記第１部材の前記一方のサイドギヤ側端面とが係合し、前記第２部材の位置が前記第２の位置から前記第３の位置までの範囲内にあるときは、前記ピンの径外端が前記第２部材の縮径部に当接することにより前記ピンの径内端が前記第１部材の内周面に突出して前記回転部材の外周溝に嵌合することを特徴とする４輪駆動車のディファレンシャル装置。