JP4577902B2 - ４輪駆動車用駆動力配分装置 - Google Patents

Description

本発明は、副変速機構の切替えと前輪に動力を伝える摩擦クラッチの押付力を無段階に変化させる４輪駆動車用駆動力配分装置に関し、特に、モータひとつで副変速機構の切替えと摩擦クラッチの押付力を変化させる４輪駆動車用駆動力配分装置に関する。

従来、副変速機構と前輪へのトルク配分を無段階に制御する摩擦クラッチを備えた４輪駆動車用駆動力配分装置にあっては、副変速機構の切替と摩擦クラッチの押付力制御をひとつのモータ（アクチュエータ）で行うようにしている。

例えば特許文献１の４輪駆動車用駆動力配分装置では、副変速機構の切替えを行う場合と摩擦クラッチを制御する場合とで、モータの出力先を電磁クラッチにより切り替える機構を設け、モータをひとつで済ませている。

また特許文献２の４輪駆動車用駆動力配分装置では、モータにより駆動される駆動軸上に、副変速機構切替用の円筒カムとボールカム駆動用のピニオンギアを同軸に配置固定し、円筒カムのシフト溝が回転によって変位しない回転区間の間、ボールカムの駆動で摩擦クラッチの押付力を制御している。

更に特許文献３の４輪駆動車用駆動力配分装置では、モータで駆動される駆動軸上に、副変速機構切替用のシフトフォークとボールカム駆動用のピニオンギアが同軸に固定配置し、モータ駆動軸に設けられたカムフォロアによりシフトフォークとピニオンギアを所定の角度遊びを持たせて駆動するようにしている。
特表２００４−５１４５８７号公報 米国特許第６，６４５，１０９号公報 特開２００４−２４９９７４号公報

しかしながら、このような従来の４輪駆動車用駆動力配分装置にあっては次の問題がある。

まず特許文献１の４輪駆動車用駆動力配分装置は、モータはひとつで済ませることができるが、電磁クラッチを必要とするためコストが高いという問題がある。

特許文献２の４輪駆動車用駆動力配分装置は、電磁クラッチを使用することなくモータひとつで副変速機構の切替えと摩擦クラッチの制御を行うことができる。一般に副変速機構の切替えに際しては、クラッチギアの噛合い位相が合わずにシフトフォークを所定の位置まで移動できない状態があり得る。しかし、特許文献２では、駆動シャフトに設けられた円筒カムで直接シフトフォークを駆動するため、副変速機構のクラッチギア噛合い位相が合わない場合にシフトできないという致命的な問題がある。

また、シフト用円筒カムと摩擦クラッチ駆動用のピニオンギアが一体で回転するため、シフト期間中も摩擦クラッチ駆動用のギアは回転することになり、このためボールカム機構の駆動ギアが大型化して重くなり、コストが高くなるという問題がある。

特許文献３の４輪駆動車用駆動力配分装置は、駆動軸に設けられたカムフォロアで直接シフトフォークを駆動するため、副変速機構のクラッチギア噛合い位相が合わない場合にシフトできないという致命的な問題がある。また、シフト制御及び摩擦クラッチ制御について、同じ制御力を得るのに大きな駆動角度を使用できればモータの駆動トルクを小さくすることができるが、参考文献３ではシフトフォーク端面に設けたカム面を利用する構造であるため、駆動シャフトの回転角は３６０度を越えることができないという制約があり、モータのトルクを大きくする必要があり、モータが大型化してコストアップになる問題がある。

更に特許文献２及び３に共通する問題として、図１６のように、副変速機構におけるシフトのＨポシジョンとＬポジションの両方について摩擦クラッチの押付力制御を行うためには、摩擦クラッチの押付力を変化させるボールカム機構の駆動用ギアを正転と逆転の両方向に駆動する必要がある。

図１７（Ａ）は副変速機構のＨポジション側のみの回転でクラッチ押付力を変化させるボールカム機構２００の駆動用ギア２０２であり、これに対し図１７（Ｂ）はＨポシジョンとＬポジションの両方についてクラッチ押付力を変化させるボールカム機構２００の駆動用ギア２０４であり、ギア部が大型化して重くなり、コストも高くなる問題がある。また、ギア部がケース内に納まらないという問題もある．
本発明は、ひとつのモータで副変速機構のシフト切替制御と摩擦クラッチの押付力の制御を相互に影響し合うことなく独立に制御可能とする小型化、軽量化、低コスト化を図った４輪駆動車用駆動力配分装置を提供することを目的とする。

本発明は４輪駆動車用駆動力配分装置を提供する。即ち本発明は、
入力軸への動力を少なくとも高速と低速の２段に切り替えて主出力軸へ伝達する副変速機構と、
主出力軸の動力を副出力軸に選択的に伝達する摩擦クラッチと、
を備えた４輪駆動車用駆動力配分装置に於いて、
モータと、
モータの出力軸に回転自在に同軸配置されたピニオンギアの回転に応じて前記摩擦クラッチの押付力を無段階に変化させるボールカム機構と、
モータの出力軸に回転自在に同軸配置されたシフト用円筒カムの回転を直線シフト運動に変換して副変速機構をシフトさせるシフト機構と、
モータの出力軸に固定された駆動部材と、
駆動部材と前記ピニオンギアとの間に設けられ、モータによる前記駆動部材の制御原点を起点とした一方向回りの回転に応じて前記ボールカム機構によるクラッチ押付力を変化させるクラッチ制御機構と、
駆動部材とシフト用円筒カムとの間に設けられ、モータによる駆動部材の制御原点を起点とした他方向回りの往復回転毎にシフト機構による副変速機構の変速を巡回的に繰り返すシフト制御機構と、
を設けたことを特徴とする。

ここで、クラッチ制御機構は、駆動部材のピニオンギア側の端面に駆動突起を形成し、ピニオンギアの駆動部材側の端面に被駆動突起を形成し、駆動部材の制御原点からの一方向回りの回転により駆動突起を被駆動突起に当接してピニオンギアを一方向にのみ回転し、駆動部材の制御原点への戻り回転に対しては摩擦クラッチの反力でピニオンギアを戻し回転させる。

シフト制御機構は、駆動部材に装着されたラチェットと、シフト用円筒カムの駆動部材側の端面に形成されたラチェット溝とを備え、駆動部材の他方向回りの往路回転でラチェットをラチェット溝に嵌着してシフト用円筒カムを回転して現在のシフト位置から次のシフト位置に切替え、復路回転でラチェットをラチェット溝から離脱してシフト用円筒カムを残した状態で駆動部材を制御原点に戻す。

シフト制御機構は、駆動部材を一方向回りに回転してクラッチ制御機構を作動させる際にラチェットを収納してラチェット溝との嵌着を抑止するシャッター部材を設ける。

副変速機構の切替段数をＮ段とした場合、制御原点を起点に３６０°を切替段数Ｎで割った角度θ間隔でラチェット溝をＮ個設け、シフト用円筒カムの外周に角度θ間隔でシフト位置を変化させる外周カム溝を形成する。

副変速機構の切替段数を高低２段とした場合、制御原点を起点に１８０°間隔でシフト用円筒カムの端面にラチェット溝を２つ設け、シフト用円筒カムの外周に１８０°間隔で高速シフト位置と低速シフト位置を変化させる外周カム溝を形成する。

シフト制御機構の別の形態にあっては、
駆動部材に装着され内蔵スプリングにより引込み位置に保持されたスライドキーと、
シフト用円筒カムの駆動部材側の端面に形成されたスライドキーが嵌合する嵌合溝と、
駆動部材の他方向回りの往路回転でスライドキーの後部を押してキー先端を嵌合溝に嵌着した状態でシフト用円筒カムを回転させて現在のシフト位置から次のシフト位置に切替え、次のシフト位置でスライドキーを引込み位置に戻してスライド溝から離脱させた状態で駆動部材のみを制御原点に戻し、更に、駆動部材を次のシフト位置へ向かう往路回転の途中で制御原点に戻す場合には、スライドキーと嵌合溝との嵌合を維持した状態でシフト用円筒カムを制御原点に戻すシフト制御板と、
を備える。

このシフト制御機構についても、副変速機構の切替段数をＮ段とした場合、制御原点を起点に３６０°を切替段数Ｎで割った角度θ間隔で嵌合溝をＮ個設け、シフト用円筒カムの外周に角度θ間隔でシフト位置を変化させる外周カム溝を形成する。例えば副変速機構の切替段数を高低２段とした場合、制御原点を起点に１８０°間隔でシフト用円筒カムの端面に嵌合溝を２つ設け、シフト用円筒カムの外周に１８０°間隔で高速シフト位置と低速シフト位置を変化させる外周カム溝を形成する。

シフト機構は、シフト制御機構とシフト機構との間にシフト待ち機構を設ける。

本発明によれば、電磁クラッチなどの電気的切替手段を使うことなく、モータひとつで副変速機構の切替えと摩擦クラッチのトルク制御を可能にしたため、副変速機構のシフト用と摩擦クラッチのトルク制御用にモータを別々に持つ場合に比べてコストを安くできる。

また制御原点に対し一方向回り、例えば右回りの回転で摩擦クラッチの押付力を変化させ、他方向回り、例えば左回りの往復回転で副変速機構の高低切替えを行うことができるため、同じモータによる駆動であっても、回転方向によりシフト制御と摩擦クラッチのトルク制御を独立させ、個別に最適な制御条件を決めることができる。

また、副変速機構のシフト機構に待ち機構を設けたために、クラッチギアの噛合い位相が合わない場合でもモータによるシフトの動作を完了できる。

また副変速機構のシフト位置のいかんに拘わらず、回転方向を変えることで摩擦クラッチのトルクを制御することができ、かつボールカム機構の駆動用ギアはピニオンギアにより常に一方向回りの回転で使用されるため、小型化と軽量化ができ、コストも安価になる。

更に、副変速機構のシフト段数としてＨポジションＬポジションのみでなく、ニュートラル、４ＷＤロックなどの第３、第４のポジションも容易に設定できる。

図１は本発明による４輪駆動車用駆動力分配装置の実施形態を示した断面図である。図１において、本実施形態の４輪駆動車用駆動力分配装置はケース１０を有し、ケース１０の左側にエンジンからの動力を自動変速機あるいは手動変速機を介して入力する入力軸１２が設けられ、入力軸１２は副変速機構１４を介して、同軸に配置された主出力軸としての後輪出力軸２４に連結されている。

副変速機構１４は、サンギア１６、キャリアケース２０に設けたプラネアリギア１８及びリングギア２２を備えた遊星歯車機構であり、キャリアケース２０と一体にクラッチギア５４を設け、これに対応しシフト操作可能なシフトギア５２を配置している。副変速機構１４はＨポジションとＬポジションの切替えを行う。

シフトギア５２が図示の位置のときＨポジションにあり、サンギア１６を後輪出力軸２４に直結している。シフトギア５２がクラッチギア５４に噛み合う位置がＬポジションとなり、リングギア２２が固定で、サンギア１６の入力回転を、プラネタリギア１８を備えたキャリアケース２０の回転として、クラッチギア５４からシフトギア５２を介して後輪出力軸２４に伝えている。

後輪出力軸２４と同軸に摩擦クラッチ２６が設けられる。摩擦クラッチ２６はクラッチハブ４４を後輪出力軸２４に固定し、クラッチドラム４６を後輪出力軸２４に対し回転自在に設けたスプロケットギア２５に連結している。後輪出力軸２４と平行には、反対側に動力を取り出す副出力軸としての前輪出力軸３０がケース１０に設けられており、前輪出力軸３０にはスプロケットギア３１が一体に形成され、摩擦クラッチ２６側のスプロケットギア２５との間にチェーンベルト２８を掛けて連結している。

このような４輪駆動車用駆動力分配装置において、２輪駆動の際には摩擦クラッチ２６のクラッチハブ４４とクラッチドラム４６の間に設けた多板クラッチ４８が切り離され、入力軸１２の回転は副変速機構１４を介して後輪出力軸２４に伝達される。４輪駆動時にあっては摩擦クラッチ２６が接続状態となり、入力軸１２からの動力を後輪出力軸２４、摩擦クラッチ２６、スプロケットギア２５、チェーンベルト２８、スプロケットギア３１を介して、前輪出力軸３０にも伝達する。

摩擦クラッチ２６に対しては、クラッチハブ４４とクラッチドラム４６の間に設けた多板クラッチ４８のクラッチ押付力（伝達トルク）を無段階に制御するボールカム機構３２が設けられる。ボールカム機構３２は、図２の軸方向から見た説明図のように、後輪出力軸２４と同軸に設けられた固定カムプレート３４と回転カムプレート３６の相対するカム面のボールカム溝３９に挟まれてボール３８を保持している。

固定カムプレート３４はモータ出力軸７２側にアーム部３７を延在してＵ字形の先端をベアリング７７の外側に嵌め入れて、回転を停止させている。回転カムプレート３６は、モータ出力軸７２側に駆動ギア４０を延在してピニオンギア７６に噛み合っており、駆動ギア４０は扇型の端面形状を持っている。

再び図１を参照するに、固定カムプレート３４の右側にはスラストベアリングを介して固定プレート３５が配置され、回転カムプレート３６の左側にはスラストベアリングを介して押付部材４２が配置されている。

ボールカム機構３２は、駆動ギア４０により回転カムプレート３６が固定カムプレート３４に対し一定方向に回転駆動されると、相対する面の傾斜溝であるボールカム溝３９に入れているボール３８による押圧を受けて押付部材４２が軸方向に押され、摩擦クラッチ２６の多板クラッチ４８を押すことで、駆動ギア４０の回転量に応じてクラッチ押付力を増加させる。

副変速機構１４のシフト機構５０及び摩擦クラッチ２６の押圧力を制御する駆動源としてモータ７０が設けられている。モータ７０は内蔵した減速機による回転をモータ出力軸７２に伝えている。モータ出力軸７２には、後の説明で明らかにする摩擦クラッチ２６のクラッチ制御機構及び副変速機構１４のシフト制御機構を構成する駆動部材７４、ピニオンギア７６及びシフト用円筒カム７８が同軸に配置されている。

駆動部材７４はモータ出力軸７２に固定されており、これに対しピニオンギア７６及びシフト用円筒カム７８は相対回転自在にモータ出力軸７２に装着されている。駆動部材７４は、制御原点となる所定位置にあっては、ピニオンギア７６及びシフト用円筒カム７８との連結は解除されており、この制御原点を起点にモータ出力軸７２を例えば右方向に回転すると、駆動部材７４の回転がピニオンギア７６に伝えられ、ピニオンギア７６の回転で駆動ギア４０が駆動され、ボールカム機構３２を動作して摩擦クラッチ２６の押付力を変化させることができる。

また制御原点を起点に、モータ出力軸７２により駆動部材７４を逆方向、例えば左方向に回転させると、駆動部材７４の回転がシフト用円筒カム７８に伝えられ、シフト用円筒カム７８が回転することで、その外周に形成したシフト用カム溝９６によりシフトピン８２を軸方向に案内移動し、例えば図示の副変速機構１４におけるＨポジションからシフトピン８２を右方向に移動してＬポジションに切り替えることができる。

この駆動部材７４の左回転に伴うシフト用円筒カム７８の回転によるシフト操作は、シフト位置への切替えが終わった後、駆動部材７４を逆方向に回転して制御原点に戻すことで１回のシフト動作が終了する。このシフト位置から戻る際にシフト用円筒カム７８はシフト切替位置に残っており、駆動部材７４のみが戻り回転して制御原点に戻ることになる。

したがって、駆動部材７４によるシフト用円筒カム７８の回転による切替操作は、左方向の往路回転とその後の復路回転（戻り回転）の繰り返しで１回のシフト操作を完了する。

シフト用円筒カム７８により軸方向にシフトされるシフトピン８２とシフトフォーク５６の間には待ち機構６０が設けられている。待ち機構６０は、シフトロット５８に固定したシフトフォーク５６の右側に配置され、内蔵したスプリング６２に対し、右側にストッパリング６４を入れて固定している。

待ち機構６０はシフトピン８２のシフト操作を行った際に、シフトギア５２とクラッチギア５４が噛み合わない位置関係にある場合があり、この場合にシフトピン８２のシフト動作でスプリング６２を圧縮して、スプリング６２の力でシフトフォーク５６をシフト方向に付勢した待ち状態とし、待ち状態でギア噛合いがあるとシフト操作がスプリング６２の力で行われ、ギア噛合いができなくてもシフト操作そのものは完了できるようにしている。

図３は図１の実施形態におけるモータ出力軸７２の回転方向に対するクラッチ制御とシフト制御の説明図である。図３において、初期状態としてモータ出力軸７２は制御原点に位置しており、この制御原点に対して右回転または左回転を行うようになる。クラッチ制御は制御原点を起点にモータ出力軸を右回転することで行われる。

モータ出力軸７２を右回転するとボールカム機構３２が動作し、回転量に応じてクラッチ制御特性８１に示すように、摩擦クラッチ２６の押付力が無段階で増加する。

一方、副変速機構１４のシフト操作は、制御原点を起点にモータ出力軸７２を左回転させる。本実施形態にあっては、副変速機構１４の切替えとしてＨポジションとＬポジションの２段切替えを例にとっていることから、制御原点からの左回転の角度θは、１回転である３６０°を切替段数Ｎ＝２で割った１８０°の回転とする。

このため、制御原点を起点にＨポジションにある状態から左方向に１８０°回転し、回転後に逆方向に１８０°回転して制御原点に戻すと、Ｌポジション８５に対するシフトが行われる。次に、同様に左方向に１８０°回転して逆方向に１８０°戻す往復回転を行うと、Ｌポジション８５からＨポジション８６に切り替わる。

更に、左方向に１８０°回転して逆方向に１８０°戻す３回目の回転制御を行うと、Ｈポジション８６から再び元のＬポジション８５に切り替わる。以下同様に、制御原点を起点に左方向に１８０°往路回転し、逆方向に１８０°戻す復路回転、即ち１８０°の往復回転を繰り返すことで、ＨポジションとＬポジションの切替えを順番に繰り返すことができる。

このように本発明の１つのモータ７０によるクラッチ制御とシフト制御にあっては、制御原点を起点に右回転によりクラッチ制御を行い、制御原点を起点に左回転によりシフト制御を行っており、それぞれの制御が独立した回転制御により行うことができ、クラッチ制御とシフト制御に相関関係がないことから、それぞれの制御に最適な制御特性を容易に設定することができる。

またシフト機構がＬポジションとＨポジションのいずれのポジションにあっても、回転方向を逆にするだけで摩擦クラッチ２６の制御ができ、摩擦クラッチの制御は１方向のみの回転で済むことから、図１７（Ａ）のように、片側シフトに対応した駆動ギア４０のサイズで良く、従来のＨポジションとＬポジションを回転方向により決めてそれぞれクラッチ制御を行っていた図１７（Ｂ）の駆動ギアに比べ、本発明で使用する駆動ギア４０を小型軽量化し、コストダウンを図ることができる。

図４は図１の実施形態におけるシフト制御機構とクラッチ制御機構を取り出して示した説明図である。図４において、クラッチ制御機構８４は、モータ出力軸７２に固定ピン７５により固定された駆動部材７４に設けている駆動突起８８と、モータ出力軸７２に回転自在に配置したピニオンギア７６に設けている非駆動突起９０で構成される。

駆動部材７４の駆動突起８８に対し、ピニオンギア７６の非駆動突起９０は、制御原点でその端面同士が接触しない非駆動状態にあり、この制御原点からモータ出力軸７２を右方向に回転すると、駆動突起８８の側面がピニオンギア７６の非駆動突起９０の側面に当接し、駆動部材７４と一体にピニオンギア７６を右方向に回転させることになる。

ピニオンギア７６の駆動部材７４による回転に伴い、図１に示した駆動ギア４０が回動し、ボールカム機構３２が動作して、摩擦クラッチ２６の押付力を図２のクラッチ制御特性８１に示すように無段階に変化させる。

ここでピニオンギア７６に対しては図１の摩擦クラッチ２６の反力が常に加わっており、このためクラッチ制御を解除するためにモータ出力軸７２を制御原点に戻すと、摩擦クラッチ２６からの反力を受けてピニオンギア７６も制御原点に戻るようになる。

シフト制御機構８３は、駆動部材７４に設けたラチェット９２と、モータ出力軸７２に回転自在に設けたシフト用円筒カム７８で構成される。駆動部材７４に設けたラチェット９２は、外周側の軸方向の溝の中にバネにより押圧されて組み込まれており、先端のエッジ状の爪部を外部に突出している。

シフト用円筒カム７８は、駆動部材７４側の端面の２箇所にラチェット溝９４−１，９４−２を形成している。ラチェット溝９４−１，９４−２は、本実施形態における副変速機構１４の切替段数がＨポジションとＬポジションの２段であることから、切替段数Ｎに対しラチェット溝９４−１，９４−２の配置角度θは
θ＝３６０°／Ｎ＝３６０°／２＝１８０°
となり、１８０°間隔で端面に形成されている。

また、シフト用円筒カム７８の外周にはシフト用カム溝９６が形成されている。シフト用カム溝９６は、シフト用円筒カム７８の回転をシフト用カム溝９６によりガイドされるシフトピン８２の軸方向の直線シフト運動に変換するもので、シフト用円筒カム７８のラチェット溝９４−１，９４−２に対応した駆動部材７４による左方向の角度θ＝１８０°の回転で、シフトピン８２をＨポジションとＬポジションの切替えに必要な軸方向のシフト量だけ移動させる。

更にシフト用円筒カム７８には、バネ１００により押圧されたチェックボール９８が設けられており、チェックボール９８が嵌め入れられるチェック溝はラチェット溝９４−１，９４−２で決まるシフト位置となる２箇所に設けられ、チェックボール９８のチェック溝に対する嵌合でＨポジションとＬポジションの切替位置を位置決めしている。

図５は図４のシフト制御機構８３に組み付けるシャッター部材の説明図である。駆動部材７４を右方向に回転してピニオンギア７６を駆動するクラッチ制御の際、ラチェット９２がバネにより飛び出しているため、右方向に回転する際はラチェット溝９４−１，９４−２を通過することから問題ないが、駆動部材７４を制御原点に戻す左方向の回転の際にラチェット９２がラチェット溝９４−１または９４−２に嵌まり込むと、誤ってシフト用円筒カム７８を回転させてしまうことになる。

このクラッチ制御機構８４の制御に必要な駆動部材７４の回転時にラチェット９２のラチェット溝９４−１，９４−２に対する嵌まり込みを阻止するため、シャッター部材１０４を設けている。

シャッター部材１０４は図３のピニオンギア７６に組み付け固定され、内部に駆動部材７４を回転自在に収納する。駆動部材７４を右方向に回転して駆動突起８８がピニオンギア７６の被駆動突起９０に当接するまでの間の動きで、シャッター１０６の内側にラチェット９２が入ることで駆動部材７４の中に押し込む。この状態は多板クラッチ制御のために駆動突起８８がピニオンギア７６の被駆動突起９０に当接しているあいだ維持されるため、クラッチ制御の際に停止しているシフト用円筒カム７８のラチェット溝９４−１，９４−２との嵌合を阻止することができる。

図６は図４のクラッチ制御機構８４とシフト制御機構８３の組立状態の説明図である。

図６において、モータ出力軸７２の軸方向を紙面の上下方向としており、モータが位置する手前側から、ピニオンギア７６、駆動部材７４及びシフト用円筒カム７８が軸方向に配置されている。

駆動部材７４はピニオンギア７６とシフト用円筒カム７８の間に位置し、図示しないモータ出力軸７２に固定されている。駆動部材７４のピニオンギア７６側の端面には駆動突起８８が設けられ、これに対応してピニオンギア７６には非駆動突起９０が設けられている。

図６はモータ出力軸が制御原点にある状態を示しており、制御原点において駆動部材７４の駆動突起８８とピニオンギア７６の非駆動突起９０の間には隙間があり、駆動部材７４を右方向に回転して駆動突起８８が非駆動突起９０に当接する位置が、クラッチ制御機構８４における制御開始位置となる。

駆動部材７４のシフト用円筒カム７８に相対した外周には、ラチェット９２がバネ９５により付勢されて軸方向に出没自在に設けられている。ラチェット９２に相対したシフト用円筒カム７８の端面にはラチェット溝９４−１，９４−２が形成されている。

またシフト用円筒カム７８の外周面にはシフト用カム溝９６が形成され、ここにシフトピン８２が移動自在に嵌め込まれている。また、シフト用円筒カム７８のチェック溝１０２−１に対しチェックボール９８がバネ１００による押圧を受けて嵌着しており、このシフトピン８２の位置がシフト制御機構８６における制御原点であり、且つシフト位置は例えばＨポジションとなっている。

シフト用カム溝９６は、チェックボール９８で決まる制御原点を起点に、切替段数であるＮ＝２段に対応した角度θ＝１８０°の左方向の回転でＨポジションからＬポジションにシフトピン８２が軸方向に移動するように溝を形成している。

なお図５にあっては、実際にはチェックボール９８で決まる制御原点を起点に左右θ＝１８０°の３６０°の範囲でシフト用円筒カム７８が展開されるものであるが、説明を分かり易くするため、左右θ＝１８０°を超える部分についても連続してシフト用円筒カム７８を展開形状として示している。即ち本実施形態の場合、チェック溝１０２−１の両側に位置する２つのチェック溝１０２−２は本来同じものであるが、展開図としては別々で表している。

シャッター部材１０４は、図５に示したように、嵌合切欠１０５をピニオンギア７６の被駆動突起９０に嵌め込むことで固定しており、シャッター部材１０４に対し反対側の端面に形成されたシャッター１０６を、制御原点となる図示の位置で、駆動部材７４に設けたラチェット９２の右側に位置するように配置固定している。

図７は図６におけるクラッチ制御の説明図である。図７（Ａ）は図６と同じ制御原点の状態であり、この制御原点にあっては、シフトピン８２は例えばＨポジションに入っている。

図７（Ａ）の制御原点の状態からクラッチ制御を行う際には、モータによりモータ出力軸を右方向に回転する。この右方向の回転は、図示の展開図にあっては、駆動部材７４を右方向に移動する。駆動部材７４が右方向に移動すると、駆動突起８８が非駆動突起９０に当接してピニオンギア７６が右方向に回転し、図１に示した駆動ギア４０を介してボールカム機構３２が作動することで、回転量に応じ摩擦クラッチ２６の押圧力が増加する。

図７（Ｂ）はクラッチ制御の状態であり、駆動部材７４の駆動突起８８をピニオンギア７６の非駆動突起９０に当接した状態で、矢印１０７に示すように右方向に移動するとクラッチ押圧力が増加し、左方向に戻すとクラッチ押圧力を下げることができる。

このクラッチ制御の状態にあっては、ラチェット９２はシャッター１０６の内側に入り込んで飛出しを阻止されており、したがってクラッチ制御の際に駆動部材７４を回転しても、シフト用円筒カム７８側に形成しているラチェット溝９４−１，９４−２にラチェット９２が嵌合して回転させることを確実に阻止している。

図８は図６の実施形態におけるシフト制御の説明図である。図８（Ａ）は制御原点であり、この例ではシフトピン８２はＨポジションに位置している。この状態でモータ出力軸により駆動部材７４を左方向に回転させる。この左回転は図示の展開図では駆動部材７４を左方向に移動することになる。

図８（Ｂ）は駆動部材７４を矢印１０８で示す左方向に回転したシフト切替えの往路回転であり、駆動部材７４に設けているラチェット９２がシフト用円筒カム７８のラチェット溝９４−１に嵌合した状態で一体に回転し、回転角がθ＝１８０°に達すると、図示のようにチェックボール９８がチェック溝１０２−２に嵌合して切替位置に位置決めし、このときシフトピン８２はシフト用カム溝９６に沿って軸方向に案内されてＬポジションに移動している。

続いて図８（Ｃ）のように、駆動部材７４を逆方向に復路回転して制御原点に戻す。この駆動部材７４の復路回転の際には、ラチェット溝９４−１からラチェット９２が離脱し、シフト用円筒カム７８を切替位置に残したまま駆動部材７４のみが矢印１０９に示すように戻り回転して原点位置に向かう。

図８（Ｄ）はシフト切替終了を示しており、駆動部材７４が制御原点に復帰し、駆動部材７４のラチェット９２は次のラチェット溝９４−２に係合することになる。この図８（Ｄ）のシフト切替終了から再び駆動部材７４を左方向に図８（Ｂ）のように往路回転させ、続いて図８（Ｃ）のように復路回転させると、Ｌポジションから元のＨポジションに切り替わり、復路回転で再び原点位置に復帰することになる。

なお図６のクラッチ制御機構及びシフト制御機構の実施形態にあっては、図８（Ａ）の制御原点から図８（Ｂ）のシフト切替えによる往路回転が終了する途中でシフト操作を止めて駆動部材７４を制御原点に戻すと、回転方向を切り替えた途中位置にシフト用円筒カム７８が取り残されて制御原点に戻らない。

そこで本実施形態にあっては、駆動部材７４の左方向の回転によるシフト切替えについては、モータ駆動による１８０°の範囲の回転を途中で止めることなく、左方向の１８０°回転及びその後の１８０°の戻り回転完了でシフト解除をできるようなインターロックを機械的もしくは電気的に行う必要がある。

図９は図１のシフト制御機構とクラッチ制御機構の他の実施形態であり、この実施形態にあっては、シフト制御に伴う左回転の途中でシフト解除を行った場合にはシフト用円筒カム７８を制御原点に戻すようにしたことを特徴とする。

図９において、モータ出力軸に固定された駆動部材７４の両側に、ピニオンギア７６とシフト用円筒カム７８が回転自在に配置されている。駆動部材７４には駆動突起８８が設けられ、これに対応してピニオンギア７６には被駆動突起９０が設けられている。

また、駆動部材７４にはスライドキー１１０が軸方向に摺動自在に設けられ、スライドキー１１０は内蔵したバネにより図示の初期位置に保持されている。シフト用円筒カム７８の外周にはシフト用カム溝９６が形成され、ここにシフトピン８２が案内自在に嵌め込まれ、またシフト位置に対応した２箇所のチェック溝１０２−１，１０２−２が設けられ、本実施形態では、Ｈポジションとなるチェック溝１０２−１にチェックボール９８がバネ１００により嵌合している。

シフト用円筒カム７８の駆動部材７４に相対した端面には嵌合溝１１２−１，１１２−２が形成され、図示の制御原点でスライドキー１１０は嵌合溝１１２−１から外れた位置にある。駆動部材７４に対してはピニオンギア７６側に固定されたシフト制御板１１４が設けられている。

シフト制御板１１４は駆動部材７４の端面部にその一部を位置し、駆動部材７４のシフト制御のための左方向の回転に対し、スライドキー１１０をシフト制御板１１４の内側と外側を使って案内することで、シフト操作の途中で戻すような場合、シフト用円筒カム７８を制御原点に戻せるような構造としている。

図１０は図９のスライドキー１１０とシフト制御板１１４の詳細を示した説明図である。図１０（Ａ）は駆動部材７４のスライドキー１１０とピニオンギア７６側に設けたシフト制御板１１４の拡大図であり、スライドキー１１０は内蔵したバネ１２０により図示の中立位置に保持されており、シフト制御板１１４による案内を受けて出没するようになる。

シフト制御板１１４は、図示の制御原点で先端に外側に屈曲したガイド片１２２を設け、駆動部材７４のシフト制御のための左方向の回転によるスライドキー１１０をガイド片１２２の内側で受け、ガイド片１２２に沿って移動することで、スライドキー１１０のキー先端１１６を押し込み、反対側をシフト用円筒カム７８の嵌合溝１１２−１の中に突出させるようにしている。

図１０（Ｂ）は駆動部材７４の端面をシフト制御板１１４の一部分と共に示している。スライドキー１１０は駆動部材７４の外周に設けたキー溝１１５に軸方向に移動自在に組み込まれている。この制御原点において、スライドキー１１０の左側にシフト制御板１１４のガイド片１２２が外側に飛び出して位置しており、駆動部材７４が左方向に回転すると、ガイド片１２２に沿ってスライドキー１１０が押し込まれるようになる。

一方、シフト制御板１１４に対しθ＝１８０°回転した位置に開口１２８が形成されており、駆動部材７４によりシフト制御板１１４の奥側の面に案内移動されたスライドキー１１０は、開口１２８のシフト位置まで回転すると、開口１２８から飛び出して初期位置に戻るようになる。

図１０（Ｃ）は駆動部材７４に対するスライドキー１１０の断面構造であり、スライドキー１１０はキー先端１１６側の背後に逃し溝１１８を切り欠いている。また駆動部材７４のキー溝１１５側にバネ収納部１２４を形成すると共に、スライドキー１１０側にもバネ収納部１２６を形成し、両者の組合せでできたバネ収納部１２４，１２６の中にバネ１２０を組み込んでいる。このバネ１２０の組込みにより、スライドキー１１０は左右方向の押込力を受けると移動するが、押込力を解除すると、バネ１２０で決まる図示の初期位置に戻ることになる。

図１１は図１０のシフト制御板１１４に対するスライドキー１１０のシフト制御に伴う動きを示した説明図である。図１１にあっては、駆動部材７４は省略して、駆動部材７４の左回転と戻り回転に伴うスライドキー１１０の動きをスライドキー１１０−１〜１１０−４の４段階に分けて示している。

まず制御原点にあっては、スライドキー１１０−１に示す位置にあり、この状態で駆動部材７４をシフト操作のために左方向に回転すると、キー先端１１６がシフト制御板１１４のガイド片１２２に当接し、ガイド片１２２に沿ってスライドキー１１０−２の位置に移動する。即ち、スライドキー１１０−１が駆動部材７４のキー溝に押し込まれ、反対側が図１０（Ａ）に示すシフト用円筒カム７８の嵌合溝１１２−１に嵌まり込む。

更に駆動部材７４を回転すると、スライドキー１１０−２からスライドキー１１０−３の位置に移動し、この位置がシフト切替位置であり、このシフト切替位置のシフト制御板１１４には開口１２８が設けられているため、バネの力によりスライドキー１１０−３はスライドキー１１０−１と同じ初期位置に開口部１２８を介して戻ることになる。

開口１２８を介してスライドキー１１０−３のキー先端１１６が飛び出すと、その背後の逃し溝１１８の部分にシフト制御板１１４が位置する。このため、シフト切替位置となるスライドキー１１０−３の位置から逆方向に駆動部材を戻す復路回転を行うと、スライドキー１１０−４に示すように、シフト制御板１１４はスライドキー１１０−４における逃し溝１１８に位置し、このスライドキーが初期位置に戻ったまま、制御原点となるスライドキー１１０−１に戻ることができる。

このようなシフト制御板１１４によるスライドキー１１０−１〜１１０−４の動きから明らかなように、スライドキーがスライドキー１１０−１からシフト位置となるスライドキー１１０−３に移動するシフト切替えの途中でシフトが解除されて駆動部材が原点位置に戻る場合、スライドキー１１０−２のようにシフト制御板１１４により押し込まれた状態であることから、この押し込み状態で図９（Ａ）のシフト用円筒カム７８の嵌合溝１１２−１との嵌合状態が維持されており、駆動部材７４のシフト切替途中の戻りによりシフト用円筒カム７８も一体に制御原点に戻ることができる。

図１２は図９の実施形態におけるクラッチ制御の説明図である。図１２（Ａ）は制御原点であり、この状態で駆動部材７４を右方向に回転すると、図１２（Ｂ）のように駆動部材７４の駆動突起８８がピニオンギア７６の非駆動突起９０に当接し、ピニオンギア７６を右方向に回転することで、クラッチ押付力を増加させ、更に図１２（Ｃ）の矢印１３２に示すように駆動部材７４を右方向または左方向に移動することで、右方向の回転でクラッチ押付力を増加し、左方向の回転でクラッチ押付力を低下させることができる。

図１３及び図１４は、図９の実施形態におけるシフト制御の説明図である。図１３（Ａ）は制御原点であり、シフトピン８２はＨポジションにある。この状態で駆動部材７４を左方向に回転すると、図１３（Ｂ）のように往路回転が矢印１３４のように行われ、このときスライドキー１１０はシフト制御板１１４の案内で押し込まれ、反対側をシフト用円筒カム７８の嵌合溝１１２−１に嵌合する。

これによって駆動部材７４と一体にシフト用円筒カム７８を左方向に回転し、シフト用カム溝９６による案内でシフトピン８２がＨポジションからＬポジションに移動を始める。

図１３（Ｃ）はシフト位置への到達であり、シフトピン８２はチェックボール９８のチェック溝１０２−２に対する嵌着でなるＬポジションに移動している。このシフト位置への到達で、スライドキー１１０はシフト制御板１１４の開口から飛び出して初期位置に戻っており、嵌合溝１０２−１との嵌合は解除されている。

続いて図１４（Ｄ）のように、シフト位置から制御原点に戻す復路回転を矢印１３６のように行うと、スライドキー１１０は図１１のスライドキー１１０−４に示したように、背後の逃し溝１１８の部分にシフト制御板１１４を位置させた状態で制御原点に戻る。

図１４（Ｅ）は制御原点に戻る復路回転の途中の状態であり、スライドキー１１０はシフト制御板１１４の先端側に屈曲形成したガイド片１２２（図１０参照）を乗り越えて突出した後、図１４（Ｆ）のように再び初期位置に戻り、制御原点の状態即ち図１３（Ａ）と同じスライドキーの初期位置に戻り、このときシフトピンはＬポジションに切り替わっている。

図１５は図９の実施形態においてシフトの途中で戻した場合のシフト制御の説明図である。図１５（Ａ）は制御原点であり、この状態で駆動部材７４を左方向に回転して往路回転を行うと、図１５（Ｂ）の状態となり、更に回転すると図１５（Ｃ）の状態となる。

この図１５（Ｃ）の往路回転の途中でシフトを解除すると、シフト制御板１１４に沿ったスライドキー１１０の押し込みでシフト用円筒カム７８の嵌合溝１１２−１との嵌合状態は維持されているため、駆動部材７４の戻り回転に追従してシフト用円筒カム７８も原点位置に戻り、図１５（Ｅ）のようにチェックボール９８がチェック溝１０２−１に嵌まり合う直前の位置を経て、再び図１５（Ａ）の制御原点の状態となる。

このような図９の実施形態は、シフトの途中でシフトを解除してもシフト用円筒カムを制御原点に駆動部材７４の動きに連動して戻せるようにしたことで、例えば運転者が押しボタン操作などによるモータ駆動でシフト操作を行ったが状況が変化したことでシフト解除するような操作に対し、このシフト操作途中でのシフト解除操作に連動したモータによるシフト解除制御を適確に行うことができる。

なお上記の実施形態は副変速機構としてＨポジションとＬポジションの２段切替えを例に取るものであったが、本発明にあっては、副変速機構における切替ポジションとして更にニュートラルや４ＷＤロックなどの第３ポジション、第４ポジションなどのポジション増加も容易に設定できる。このポジション設定数が増加した場合には、切替段数Ｎ＝４であるから、切替えのための配置角度θを、θ＝３６０°／Ｎ＝３６０°／４＝８５°とすればよい。

また、副変速機構のシフト段数が増加してシフト操作のための往復回転の回転角θが小さくなっても、逆方向の回転で行う摩擦クラッチのクラッチ制御についてはシフト用の回転角との相関関係はなく、クラッチ制御のための例えば右回転における適宜の回転角により独立してクラッチ制御を行うことができる。

また図４の実施形態にあってはラチェット９２とラチェット溝９４−１，９４−２で構成されるラチェットキーをシフト制御機構８６に設けているが、ラチェット９２として、スライド構造のものではなくピンにより回動するラチェットいわゆるラチェットを用いた構造としてもよい。

また本発明は、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４輪駆動車用駆動力分配装置の実施形態を示した断面図 図１のボールカム機構を取出して軸方向から見た説明図 図１のモータ出力軸の回転方向に対するクラッチ制御とシフト制御の説明図 図１のクラッチ制御機構とシフト制御機構を取出して示した説明図 図４のシフト制御機構に組み付けるシャッター部材の説明図 図４のクラッチ制御機構とシフト制御機構の組立状態の説明図 図６におけるクラッチ制御の説明図 図６におけるシフト制御の説明図 図１のクラッチ制御機構とシフト制御機構の他の実施形態の説明図 図９のスライドキーとシフト制御板の詳細を示した説明図 図１０のシフト制御板に対するスライドキーの動きを示した説明図 図９におけるクラッチ制御の説明図 図９におけるシフト制御の説明図 図１３に続くシフト制御の説明図 シフト途中で戻した場合のシフト制御の説明図 従来のモータ回転に応じてシフト制御とクラッチ制御を行なう制御の説明図 Ｈポジションの単独シフトとＨポジションとＬポジションの両側シフトにおけるクラッチ制御用ボールカム機構の駆動ギアの大きさの説明図

符号の説明

１０：ケース
１２：入力軸
１４：副変速機構
１６：サンギア
１８：プラネタリギア
２０：キャリアケース
２２：リングギア
２４：後輪出力軸
２５，３１：スプロケットギア
２６：摩擦クラッチ
２８：チェーンベルト
３０：前輪出力軸
３２：ボールカム機構
３４：固定カムプレート
３５：固定プレート
３６：回転カムプレート
３８：ボール
４０：駆動ギア
４２：押付部材
４４：クラッチハブ
４６：クラッチドラム
４８：多板クラッチ
５０：シフト機構
５２：シフトギア
５３：クラッチギア（Ｈポジション）
５４：クラッチギア（Ｌポジション）
５６：シフトフォーク（Ｈ−Ｌ切替用）
５８：シフトロッド
６０：待ち機構
６２：スプリング
６４：ストッパリング
７０：モータ
７２：モータ出力軸
７４：駆動部材
７５：固定ピン
７６：ピニオンギア
７７：ベアリング
７８：シフト用円筒カム
８０：カム溝
８１：クラッチ制御特性
８２：シフトピン
８３：シフト制御機構
８４：クラッチ制御機構
８５：Ｌポジション
８６：Ｈポジション
８８：駆動突起
９０：被駆動突起
９２：ラチェット
９４−１，９４−２：ラチェット溝
９６：シフト用カム溝
９８：チェックボール
１００：バネ
１０２−１，１０２−２：チェック溝
１０４：シャッター部材
１０５：嵌合切欠
１０６：シャッター
１１０：スライドキー
１１２−１，１１２−２：嵌合溝
１１４：シフト制御板
１１５：キー溝
１１６：キー先端
１１８：逃し溝
１２０：バネ
１２２：ガイド片
１２４，１２６：バネ収納部
１２８：開口

Claims (8)

1. 入力軸への動力を少なくとも高速と低速の２段に切り替えて主出力軸へ伝達する副変速機構と、
   前記主出力軸の動力を副出力軸に選択的に伝達する摩擦クラッチと、
   を備えた４輪駆動車用駆動力配分装置に於いて、
   モータと、
   前記モータの出力軸に回転自在に同軸配置されたピニオンギアの回転に応じて前記摩擦クラッチの押付力を無段階に変化させるボールカム機構と、
   前記モータの出力軸に回転自在に同軸配置されたシフト用円筒カムの回転を直線シフト運動に変換して前記副変速機構をシフトさせるシフト機構と、
   前記モータの出力軸に固定された駆動部材と、
   前記駆動部材と前記ピニオンギアとの間に設けられ、前記モータによる前記駆動部材の制御原点を起点とした一方向回りの回転に応じて前記ボールカム機構によるクラッチ押付力を変化させるクラッチ制御機構と、
   前記駆動部材と前記シフト用円筒カムとの間に設けられ、前記モータによる前記駆動部材の制御原点を起点とした他方向回りの往復回転毎に前記シフト機構による副変速機構の変速を一定の順番で繰り返すシフト制御機構と、
   を設けたことを特徴とする４輪駆動車用駆動力配分装置。
   
2. 請求項１記載の４輪駆動車用駆動力配分装置に於いて、前記クラッチ制御機構は、
   前記駆動部材の前記ピニオンギア側の端面に駆動突起を形成し、前記ピニオンギアの前記駆動部材側の端面に被駆動突起を形成し、前記駆動部材の制御原点からの一方向回りの回転により前記駆動突起を前記被駆動突起に当接して前記ピニオンギアを前記一方向にのみ回転し、前記駆動部材の前記制御原点への戻り回転に対しては前記摩擦クラッチの反力で前記ピニオンギアを戻し回転させることを特徴とする４輪駆動車用駆動力配分装置。
   
3. 請求項１記載の４輪駆動車用駆動力配分装置に於いて、前記シフト制御機構は、
   前記駆動部材に装着されたラチェットと、
   前記シフト用円筒カムの駆動部材側の端面に形成されたラチェット溝と、
   を備え、前記駆動部材の前記他方向回りの往路回転で前記ラチェットを前記ラチェット溝に嵌着して前記シフト用円筒カムを回転して現在のシフト位置から次のシフト位置に切替え、復路回転で前記ラチェットを前記ラチェット溝から離脱して前記シフト用円筒カムを残した状態で前記駆動部材を制御原点に戻すことを特徴とする４輪駆動車用駆動力配分装置。
   
4. 請求項１記載の４輪駆動車用駆動力配分装置に於いて、前記シフト制御機構は、前記駆動部材を前記一方向回りに回転して前記クラッチ制御機構を作動させる際に、前記ラチェットを収納して前記ラチェット溝との嵌着を抑止するシャッター部材を設けたことを特徴とする４輪駆動車用駆動力配分装置。
   
5. 請求項１記載の４輪駆動車用駆動力配分装置に於いて、前記副変速機構の切替段数をＮ段とした場合、制御原点を起点に３６０°を前記切替段数Ｎで割った角度θ間隔で前記ラチェット溝をＮ個設け、前記シフト用円筒カムの外周に前記角度θ間隔でシフト位置を変化させる外周カム溝を形成したことを特徴とする４輪駆動車用駆動力配分装置。
   
6. 請求項１記載の４輪駆動車用駆動力配分装置に於いて、前記シフト制御機構は、
   前記駆動部材に装着され内蔵スプリングにより引込み位置に保持されたスライドキーと、
   前記シフト用円筒カムの駆動部材側の端面に形成された前記スライドキーが嵌合する嵌合溝と、
   前記駆動部材の前記他方向回りの往路回転で前記スライドキーの後部を押してキー先端を前記嵌合溝に嵌着した状態で前記シフト用円筒カムを回転させて現在のシフト位置から次のシフト位置に切替え、次のシフト位置で前記スライドキーを引込み位置に戻して前記スライド溝から離脱させた状態で前記駆動部材のみを制御原点に戻し、更に、前記駆動部材を次のシフト位置へ向かう前記往路回転の途中で制御原点に戻す場合には、前記スライドキーと嵌合溝との嵌合を維持した状態で前記シフト用円筒カムを制御原点に戻すシフト制御板と、
   を備えたことを特徴とする４輪駆動車用駆動力配分装置。
   
7. 請求項６記載の４輪駆動車用駆動力配分装置に於いて、前記副変速機構の切替段数をＮ段とした場合、制御原点を起点に３６０°を前記切替段数Ｎで割った角度θ間隔で前記シフト用円筒カム端面に前記嵌合溝をＮ個設け、前記シフト用円筒カムの外周に前記角度θ間隔でシフト位置を変化させる外周カム溝を形成したことを特徴とする４輪駆動車用駆動力配分装置。
   
8. 請求項１記載の４輪駆動車用駆動力配分装置に於いて、前記シフト機構は、前記シフト制御機構と前記シフト機構との間にシフト待ち機構を設けたことを特徴とする４輪駆動車用駆動力配分装置。

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