JP4847726B2 - 駆動力切換装置及び終減速装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば農業機械、建設土木機械、運搬機械等の作業用車両、バギー車及び自動車などの各種の車両に使用することができる駆動力切換装置及び駆動力切換装置を備えた終減速装置に係わり、特に、構造を簡略化してコンパクト化を図ることができるとともに、容易に且つ正確に組立作業を行うことができる駆動力切換装置及び終減速装置に関する。

従来から、例えば自動車等の各種車両において、２輪駆動状態と４輪駆動状態とに切換えることができる各種の２輪・４輪駆動力切換機構が提案されている（例えば特許文献１参照。）。この特許文献１に記載された車両の駆動力切換機構は、操舵輪側である前輪側車軸１０１，１０２を連結する終減速装置内に形成されている。この駆動力切換機構は、図７に示すように、被駆動側の第１軸１０３と、第１軸１０３と同軸上に設けられる駆動側の第２軸１０４と、第１軸１０３と第２軸１０４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１０３は、図７に示すように、ハウジング１０５に対して回転自在に取付けられている。ハウジング１０５内には、ディファレンシャル１０６が設けられている。ディファレンシャル１０６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１０７内に設けられている。ディファレンシャルケース１０７には、ピニオンギア１０８と噛み合うリングギア１０９が取付けられている。

一方の第２軸１０４は、図７に示すように、第１軸１０３の外端部に隣接してハウジング１０５に対して回転自在に取付けられている。第２軸１０４の端部には、図示せぬ変速機からの出力軸に連結されるとともに、第２軸１０４に駆動力を伝達するヨーク１１０が固定されている。

クラッチ機構には、図７に示すように、第１軸１０３と第２軸１０４の間に両軸間を連結・離脱可能な切換部材１１１が設けられている。切換部材１１１は、第１軸１０３の外周及び第２軸１０４の外周にわたりスプライン結合することで軸方向に摺動可能とされている。

切換部材１１１を軸方向に摺動させるクラッチ機構は、図７及び図８に示すように、出力ギア１１２及びラック１１３を有している。ラック１１３には、フォーク１１４が軸方向に移動可能に固設されている。フォーク１１４の端部には、切換部材１１１が固設されている。ラック１１３は、図８に示すように、出力ギア１１２が回転することによって、ハウジング１０５に取付けられたシャフト１１５に対して摺動するようになっている。フォーク１１４には、スイッチ押付部１１４ａが一体に設けられている。この従来の駆動力切換機構は、フォーク１１４の移動によりスイッチ押付部１１４ａがスイッチ１１６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。

出力ギア１１２は、ギアが噛み合うタイミングや離れるタイミングまで待つ待ち機構である図示を省略したスパイラルスプリングを介して、同じく図示せぬモータに取付けられている。出力ギア１１２は、図示せぬモータの駆動に応じて回転される。モータの駆動は、図示せぬ制御装置により制御される。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１１２に駆動力が伝達される。出力ギア１１２が回転駆動すると、ラック１１３が軸方向に移動し、ラック１１３に固設されたフォーク１１４が軸方向に移動する。フォーク１１４の移動により、フォーク１１４の端部に固設された切換部材１１１は、第１軸１０３及び第２軸１０４上を摺動するようになっている。

この従来の駆動力切換機構は、終減速装置内にクラッチ機構を設けているため、ディファレンシャル１０６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輪駆動の切換機構を構成する車両とすることができる。また、クラッチ機構をディファレンシャル１０６の入力側に設けたので、ディファレンシャル１０６の各歯車により減速される前にクラッチ機構が第１軸１０３と第２軸１０４とを係合・離脱することになる。ディファレンシャル１０６の出力側に設けられるクラッチ機構と比べると、強度を必要としない。従って、同一材料を用いた場合には、クラッチ機構を小さくすることができるとしている。

一方、この種の駆動力切換機構の他の一例としては、例えば被駆動側の第１軸１０３及び駆動側の第２軸１０４における係合状態と係合解除状態とを電気的に検出する２つのオン・オフスイッチを備えた２輪・４輪駆動力切換機構がある。図９は、従来の２輪・４輪駆動力切換機構の他の構成例を概略的に示している。なお、この従来例において、図７及び図８に示す従来例と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。

第１軸と第２軸とを連結・離脱可能なクラッチ機構は、図９に示すように、２輪駆動側に切換える時にコイルばね１１８が撓んで、フォーク１１４の端部に固設された図示せぬ切換部材を被駆動側の第１軸及び駆動側の第２軸における係合を解除する方向に付勢する。クラッチ機構を４輪駆動側に切換える時は、コイルばね１１７が撓んで、フォーク１１４を被駆動側の第１軸及び駆動側の第２軸を係合する方向に付勢する。これにより、２輪駆動と４輪駆動の切換機構の待ち機構が構成されている。

２輪・４輪駆動状態を電気的に検知する２つのスイッチのうち第１スイッチ１１６ａは、ラック１１３側のハウジング１０５に固定されている。第１スイッチ１１６ａの接触子は、フォーク１１４が２輪駆動状態にあるとき、ラック１１３に傾斜して形成されたスイッチ押付部１１３ａによって押し込まれることでオン状態となり、オン信号を図示せぬ制御部へ送るようになっている。一方の第２スイッチ１１６ｂは、シャフト１１５側のハウジング１０５に固定されている。第２スイッチ１１６ｂの接触子は、フォーク１１４が４輪駆動位置（図９に破線で示す位置）に移動すると、ラック１１３に突設されたスイッチ押付部１１３ｂによって押し込まれてオン状態となり、オン信号を図示せぬ制御部へ送るようになっている。
特開平１０−２９７３１３号公報（図２、図３、その説明部分）

ところで、上記特許文献１に記載された駆動力切換装置は、図８に示すように、４輪駆動状態であることを電気的に検知するスイッチ１１６をハウジング１０５内に突設した構成とされており、フォーク１１４のスイッチ押付部１１４ａがスイッチ１１６の接触子を押し付けることで、４輪駆動状態と２輪駆動状態との切換えを電気的に行っている。しかしながら、スイッチ１１６を設置する部位に加えて、出力ギア１１２、ラック１１３、フォーク１１４等の各構成部材間の相互位置の設定や位置合わせを正確に行う必要がある。このため、製品に高い寸法精度が必要であり、製品ごとにバラツキが発生しやすく、不良品の発生も少なくない。その結果、スイッチ１１６、出力ギア１１２、ラック１１３、フォーク１１４等の各構成部材間の位置関係や間隔などを高度に組み付け調整し、それらの調整を厳格に検査しなければならない。それに伴い、これらの組立作業に極めて手間がかかり、相当な時間と労力が費やされ、組立工数が増大する。それに伴い生産効率の悪化と人件費、設備費や製造コスト等の増加を招き易い。

また、スイッチ１１６等の故障、ハーネスの断線やショート等による異常、回路の短絡故障という様々な問題を有している。装着すべき部品点数が多くなり、内部構造が複雑化するだけでなく、小型軽量化を図ることもできない。ハウジング１０５に対するスイッチ１１６の組立性や寸法精度の関係から、潤滑油がハウジング１０５とスイッチ１１６との間の隙間を介して外部へ流出し易いという様々な問題を有している。

また、ハウジング１０５内に密集して配されたクラッチ機構等の各種の構成部品の設置空間や移動空間に加えて、スイッチ１１６を設置する設置空間が必要となる。スイッチ１１６の配置位置や大きさなどにより設計上の制約を受けて出力ギア１１２、ラック１１３、フォーク１１４等の各種の構成部品の設置位置、大きさや形状によって設置スペースに制約を生じるという諸々の問題を有している。図９に示した従来の２輪・４輪駆動力切換機構にあっても、上記様々な問題点を有している点では従前どおり変わるところはない。

本発明は、上記従来の課題を解消すべくなされたものであり、構造の簡略化、組立の容易化、装置全体の小型化、コンパクト化、及びコスト低減を実現することができる駆動力切換装置及び終減速装置を提供することを目的としている。

本発明は、被駆動側の第１軸と、前記第１軸と同軸上に配された駆動側の第２軸と、前記第１軸と前記第２軸とを係合する係合位置及び前記第１軸と前記第２軸との係合を解除する係合解除位置に切換える切換え部材と、前記第１軸と前記第２軸の軸方向と直交する方向に出力軸を有する正逆回転可能なモータと、前記モータの正逆回転に連動して前記切換え部材を前記第１軸と前記第２軸の軸方向に往復動させることにより、前記第１軸と前記第２軸とを係合・係合解除するクラッチ機構とを備えてなり、前記クラッチ機構が、前記モータの前記出力軸に設けられたピニオンと、前記切換え部材に連結されたシフト部材と、前記ピニオンと噛み合うとともに、前記シフト部材を前記第１軸と前記第２軸の軸方向に往復動させるラック部材と、前記ラック部材が前記モータの正逆回転により前記係合位置側又は前記係合解除位置側に移動するとき前記シフト部材に対してシフト力を伝達する一対のコイルばねと、を有してなる駆動力切換装置であって、前記ラック部材が、前記係合位置及び前記係合解除位置間にラック歯を有し、最終の前記ラック歯と前記ピニオンの歯とが間歇的に当接し合うことで、前記コイルばねが前記シフト部材に対してシフト力を蓄積する構成を有してなることを特徴とする駆動力切換装置にある。

本発明は、被駆動側の第１軸と駆動側の第２軸とを係合する係合位置及び第１軸と第２軸との係合を解除する係合解除位置の２つの位置に対応して、係合位置側又は係合解除位置側に移動するラック部材における最終のラック歯とピニオンの歯との噛合・噛合解除を行うことができるクラッチ機構の構成に主要な特徴部を有している。
本発明の好適な一例としては、例えばラック部材の最終のラック歯がピニオンの歯を超えるまで移動し、最終のラック歯がピニオンの歯を超えた後、ピニオンを回転駆動するモータを空回り(空転)させるとともに、ラック部材とピニオンとの係合を解除することによりラック部材を確実に停止させることができるようになる。

上記構成を備えることにより、例えば被駆動側の第１軸と駆動側の第２軸とを係合する係合状態及び第１軸と第２軸との係合を解除する係合解除状態を電気的に検出し、その検出信号に基づきモータの回転を停止させる構成を排除することができるようになり、限られた設置空間を有効に使用することが可能となる。しかも、設置空間の省スペース化を達成することができるとともに、設置空間がコンパクトにできるようになり、装置全体の簡略化、小型化及びコンパクト化などを達成することができ、経済効果も極めて大きくなる。

本発明では、装置の大幅な設計変更を伴うことなく、被駆動側の第１軸及び駆動側の第２軸における係合状態と係合解除状態とを電気的に検出するスイッチ、スイッチ専用の配線や回路基板などの電気構成部品を排除することができる。このため、部品点数が少なくなり、効率的に容易に且つ正確に組立作業を行うことが可能となる。それに加えて、組立不良品による修正作業を回避することができるとともに、品質の優れた安価な製品を得ることができる。

本発明にあっては、例えば駆動力切換装置にモータの正逆回転駆動を制御するモータ駆動制御手段を備えることができる。このモータ駆動制御手段では、所定の時間だけモータの回転を継続させた後、モータを停止させて、ラック部材とピニオンとの噛合状態が解除された位置において、所定のシフトストロークを得ることができる。このモータ駆動制御手段としては、特に限定されるものではないが、例えばラック部材とピニオンとの噛合状態が解除されたとき、所定の時間だけモータの回転駆動を継続させるとともに停止させるタイマ手段を備えることができる。

本発明においては、被駆動側の第１軸及び駆動側の第２軸における係合状態と係合解除状態とを検出するスイッチ類などの電気構成部品を必要としないため、ハウジング内に取り付けられるクラッチ機構等の各構成部品間に格別な位置関係や間隔などの製作精度を要求されることもない。その結果、クラッチ機構等の各構成部品を高度に組付け調整することを要求されず、安定して駆動力切換装置を作動させることができるようになる。

一般に、２輪駆動状態から４輪駆動状態に切換えるのにあたり、ラック部材が、モータの回転により被駆動側の第１軸及び駆動側の第２軸における係合解除位置側から係合位置側へ移動するとき、第１軸及び第２軸の位相がずれることで、２輪駆動状態及び４輪駆動状態を切換える切換え部材により第１軸及び第２軸に係合することができない場合がある。
また、４輪駆動状態から２輪駆動状態に切換えるのにあたり、ラック部材が、モータの回転により被駆動側の第１軸及び駆動側の第２軸における係合位置側から係合解除位置側へ移動するとき、第１軸及び第２軸に対して切換え部材の係合解除に要する力が過大となり、切換え部材と第１軸及び第２軸との係合状態を解除することができない場合がある。

本発明の好適な一例としては、例えばラック部材が、モータの正逆回転により被駆動側の第１軸及び駆動側の第２軸における係合位置側又は係合解除位置側に移動するとき、２輪駆動状態及び４輪駆動状態を切換える切換え部材に連結されたシフト部材に対して、シフト力を伝達する一対のコイルばねを備えることができる。

本発明にあっては、ラック部材が、モータの回転により係合解除位置から係合位置へ移動するとき、切換え部材と被駆動側の第１軸及び駆動側の第２軸との位相が合致するまでは、一方のコイルばねにシフト操作力が蓄えられる。それらの位相が合致すると、蓄えられたシフト操作力によって切換え部材と被駆動側の第１軸との係合が行われる。

上記操作とは逆の操作により、ラック部材が、モータの回転により係合位置から係合解除位置へ移動するとき、切換え部材と被駆動側の第１軸及び駆動側の第２軸との位相が合致するまでは、他方のコイルばねにシフト操作力が蓄えられる。それらの位相が合致すると、蓄えられたシフト操作力によって係合解除が行われる。このように、一対のコイルばねによる待ち機構をモータの正逆回転方向の双方に機能させることができるようになる。
また、この待ち機構の作動中においては、上述したように、ラック部材における最終のラック歯がピニオンの歯を超えた後、ラック部材とピニオンとの係合を解除するとともに、モータを空転させることができるため、モータに対して過大な負荷が作用しない。その結果、モータの破損や焼損等を防止することができるとともに、ラック部材等の各構成部品に対する強度を厳格に設定する必要がない。

本発明は、特に限定されるものではないが、例えば農業機械、建設土木機械、運搬機械等の作業用車両、バギー車及び自動車などの各種の車両における終減速装置内に上記駆動力切換装置を効果的に使用することができる。

本発明は、被駆動側の第１軸と駆動側の第２軸とを係合する係合位置及び第１軸と第２軸との係合を解除する係合解除位置において、モータを空転させることができるクラッチ機構を備えることにより、構造を簡略化してスリム化を達成することができるようになり、組立作業を効率よく確実に行うことができる簡単な構造を備えた高品質の駆動力切換装置及び終減速装置が得られる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。

図１は、本発明の代表的な実施形態である駆動力切換装置を備えた車両の終減速装置の内部構造を概略的に示す説明図であり、図２は、本発明の実施形態である駆動力切換装置の一構成例を概略的に示す説明図である。なお、図１は、図面を見やすくするため、駆動力切換装置２０のハウジング１１から少し外側に離間した部位にモータ２２を設けたように示されているが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１において、符号１０は、一方の左右車輪のディファレンシャルを収容する車両の終減速装置の全体構成を示している。この終減速装置１０は、例えば図示せぬエンジンの出力側に連結される変速機の出力側に連結される。終減速装置１０のハウジング１１内には、差動制限装置（ディファレンシャル）１２が設けられている。この差動制限装置１２は、車軸に回転可能に取付けられるディファレンシャルケース１３内に設けられている。差動制限装置１２には、図示を省略した左右前輪が取り付けられる同じく図示せぬ前輪側車軸が連結される。

図１に示す終減速機構１０内には、本発明の特徴部をなす駆動力切換装置２０が設けられている。この駆動力切換装置２０は、前輪側の差動制限装置１２の入力軸である第１軸１４（被駆動側の第１軸１４）と、第１軸１４と同軸上に配される第２軸１５（駆動側の第２軸１５）とを備えている。

差動制限装置１２の第１軸１４は、図１に示すように、ハウジング１１に対して回転自在に取付けられており、差動制限装置１２側にリングギア１６と噛み合うピニオンギア１７を有している。一方の第２軸１５は、第１軸１４の外端部に隣接してハウジング１１に回転自在に支承されている。第２軸１５の端部には、図示せぬ変速機からの出力軸に連結されるヨーク１８が固設されている。第２軸１５は、ヨーク１８を介して駆動力を伝達されるようになっている。

上記のように構成された終減速装置１０の構成部分は、駆動力切換装置２０の構造を除くと、従来のものと基本的な構成において変わるところはない。従って、図示例に限定されるものではない。

本発明の駆動力切換装置２０の基本構成としては、図１に示すように、被駆動側の第１軸１４と駆動側の第２軸１５とを係合する係合位置Ａ、及び第１軸１４及び第２軸１５との係合状態を解除する係合解除位置Ｂの２つの位置に切換えることができる切換え部材である筒状のスリーブ２１と、第１軸１４及び第２軸１５の軸方向と直交する方向に出力軸を有する正逆回転可能なモータ２２と、モータ２２の正逆回転駆動に連動して、スリーブ２１を第１軸１４及び第２軸１５の軸方向に往復動させることで、第１軸１４及び第２軸１５の両軸間を係合・係合解除することができるクラッチ機構とを備えている。このクラッチ機構は、本発明の最も主要な特徴部を有している。

被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５における係合位置Ａ及び係合解除位置Ｂの双方に移動するスリーブ２１の内周面には、図１に示すように、内スプラインが形成されている。内スプラインは、第１軸１４の外周に形成される外スプライン及び第２軸１５の外周に形成される外スプラインに対応して形成されている。このスリーブ２１は、これらの外スプラインに沿って軸方向に摺動自在に配されており、被駆動側の第１軸１４と係脱可能とされている。ハウジング１１内には、シフトロッド２６が被駆動側の第１軸１４と駆動側の第２軸１５の軸方向に向けて固設されている。

本発明におけるクラッチ機構は、図１及び図２に示すように、モータ２２の出力軸に設けられたピニオン２３及びピニオン２３と噛み合うラック部材２４からなるラックピニオン機構と、先端部がスリーブ２１に連結されるとともに、基端部がシフトロッド２６に対して摺動するシフト部材であるシフトフォーク２５とを備えている。ラック部材２４及びシフトフォーク２５間のシフトロッド２６には、それぞれ一対のコイルばね２７，２７が介装されている。ラック部材２４は、図２に示すように、被駆動側の第１軸１４と駆動側の第２軸１５の軸方向に一対の折曲部を有する平面略コ字状をなしており、シフトフォーク２５の基端部を跨いでシフトロッド２６に対して摺動自在に支承されている。

図示例によれば、ラック部材２４のピニオン２３と面する部位には、２つのラック歯２４ａ，２４ａが形成されている。ラック部材２４は、図１及び図２に示すように、被駆動側の第１軸１４と駆動側の第２軸１５とを係合する係合位置Ａ及び第１軸１４と第２軸１５との係合を解除する係合解除位置Ｂ間を超えて移動する必要がないことから、係合位置Ａ及び係合解除位置Ｂ間だけに所定数のラック歯２４ａを有している。係合位置Ａ及び係合解除位置Ｂ間を超える領域においては、ラック部材２４の移動限を規制するためにラック歯２４ａが形成されていない。

この実施形態によると、ピニオン２３は、ラック部材２４の最終のラック歯２４ａが通過する係合位置Ａ又は係合解除位置Ｂの位置まで所定角度回転させることができる。ラック部材２４の最終のラック歯２４ａに対してピニオン２３の歯を通過させることで、モータ２２を空転させることができるとともに、所定の時間を経過した後、モータ２２の回転駆動を停止させることができる。ラック部材２４の最終のラック歯２４ａがピニオン２３の歯を超えるまで移動し、最終のラック歯２４ａがピニオン２３の歯を超えた後、ラック部材２４を確実に停止させることができる。これにより、例えば被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５における係合状態と係合解除状態とを電気的に検出するスイッチ類などの電気構成部品を排除することができる。

ラック部材２４のラック歯２４ａは、図示例に限定されるものではない。ラック歯２４ａとしては、例えば係合位置Ａ又は係合解除位置Ｂに移動する側の最終のラック歯２４ａであってピニオン２３の歯と噛合する側の歯面に、ピニオン２３との噛合状態を解除する逃げ面を有する歯先形態に構成することができる。これにより、係合位置Ａ及び係合解除位置Ｂの２つの位置においてピニオン２３の歯をラック歯２４ａに対して円滑に通過させることができるようになり、モータ２２を円滑に数回転空回りをさせることが可能となる。

本発明におけるクラッチ機構として上記ラックピニオン機構を備えることにより、被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５における係合状態と係合解除状態とを電気的に検出するスイッチ、スイッチ専用の配線や回路基板などの電気構成部品を排除することができるようになり、限られた設置空間を有効に使用することが可能となる。しかも、設置空間の省スペース化を達成することができるので、設置空間をコンパクトにすることができるようになり、駆動力切換装置２０の大幅な設計変更を伴わずに装置全体の簡略化、小型化及びコンパクト化などを達成することができる。

また、被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５における係合状態と係合解除状態とを検出するスイッチ、スイッチ専用の配線や回路基板などの電気構成部品を排除することができることと相まって、部品点数が少なくなり、簡単に、効率的に且つ正確に組立作業を行うことが可能となる。それに加えて、組立不良品による修正作業を防止することができるとともに、品質の優れた安価な製品が得られる。

本発明のクラッチ機構を作動するモータ２２には、図１に示すように、モータ２２の正逆回転駆動を制御するモータ駆動制御手段２８が電気的に接続されている。モータ駆動制御手段２８は、ピニオン２３とラック部材２４との噛合状態が解除されたとき、所定の時間だけモータ２２の回転を継続させるとともに停止させるタイマ手段を有している。このモータ駆動制御手段２８としては、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータにより構成することができる。本発明にあっては特に限定されるものではないが、例えばモータ駆動制御手段２８には、ピニオン２３とラック部材２４との噛合状態が解除されたときの信号が読み込まれ、その読み込んだ信号に基づいてモータ２２の回転を継続・停止する時間を制御することができる。

上記モータ駆動制御手段２８を備えることにより、所定の時間だけモータ２２の回転を継続させた後、モータ２２を停止させることができるようになり、ピニオン２３とラック部材２４との噛合状態が解除された位置において、シフトフォーク２５に対して所定のシフトストロークが得られる。スリーブ２１、モータ２２、ピニオン２３、シフトフォーク２５、ラック部材２４、シフトロッド２６等の各構成部品間に格別な位置関係や間隔などの製作精度を要求されることはなくなる。高度に組み付け調整することを要求されることもなく、クラッチ機構を安定して作動させることができるようになる。

ところで、２輪駆動（２ＷＤ）から４輪駆動（４ＷＤ）に切換えるのにあたっては、ラック部材２４がピニオン２３の回転駆動により、被駆動側の第１軸１４と駆動側の第２軸１５との係合を解除する係合解除位置Ｂから第１軸１４と第２軸１５とを係合する係合位置Ａへ移動するとき、第１軸１４と第２軸１５との位相がずれることで、例えばスリーブ２１と第１軸１４とを係合することができない場合がある。
また、４輪駆動状態から２輪駆動状態に切換えるのにあたり、ラック部材２４がピニオン２３の回転駆動により、係合位置Ａ側から係合解除位置Ｂ側へ移動するとき、例えば第１軸１４及び第２軸１５とスリーブ２１との間の係合解除に要する力が過大となり、第１軸１４とスリーブ２１との係合状態を解除することができない場合がある。

本実施形態の好適な一例としては、ラック部材２４及びシフトフォーク２５間にそれぞれ介装された一対のコイルばね２７，２７は、ラック部材２４がモータ２２の正逆方向の回転により係合位置Ａ側又は係合解除位置Ｂ側に移動するとき、シフトフォーク２５に対してシフト力を付与するように構成されている。各コイルばね２７は、ラック部材２４がモータ２２の正逆回転により係合位置Ａ側又は係合解除位置Ｂ側へ移動したときからスリーブ２１の作動を許容するまでの間、シフトフォーク２５に対してシフト力を蓄積する待ち機構としての機能を有している。コイルばね２７による待ち機構をモータ２２の正逆回転方向の双方に機能させることができるようになり、一対のコイルばね２７，２７を両待ち機構として使用することができる。

また、一対のコイルばね２７，２７による待ち機構の作動中においては、ラック部材２４における最終のラック歯２４ａがピニオン２３の歯を超えた後、ラック部材２４とピニオン２３との係合状態を解除するとともに、モータ２２を空回りさせることができる。モータ２２に対して過大な負荷が作用しない。このため、モータ２２の破損や焼損等を防止することができるようになり、ピニオン２３、ラック部材２４等の各構成部品に対する強度を厳格に設定する必要がなくなる。

図２〜図４は、本発明の駆動力切換装置２０を４輪駆動から２輪駆動へ切換える作動の一例を示している。以下、図２〜図４を参照しながら、駆動力切換装置２０を４輪駆動から２輪駆動へ切換える作動の一例を説明する。図２は、駆動力切換装置２０が４輪駆動側に切換えられた状態を示している。なお、図２に示す４輪駆動状態においては、スリーブ２１及びシフトフォーク２５は、図１に実線で示す位置にある。

いま、運転者が図示せぬ切換スイッチを４輪駆動側から２輪駆動側へ作動すると、駆動力切換装置２０のモータ２２へ通電される。モータ２２が時計回り方向に正回転すると、クラッチ機構のピニオン２３に駆動力が伝達される。ピニオン２３が正回転すると、クラッチ機構のラック部材２４は、図１及び図２に示すように、被駆動側の第１軸１４と駆動側の第２軸１５とを係合する係合位置Ａから第１軸１４と第２軸１５との係合を解除する係合解除位置Ｂへ向かってシフトロッド２６上を摺動する。ラック部材２４が係合解除方向へ移動すると、クラッチ機構のシフトフォーク２５がコイルばね２７を介して係合位置Ａ及び係合解除位置Ｂ間の距離だけ移動する。シフトフォーク２５の移動により、図１に示すスリーブ２１は、被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５の外スプライン上を摺動する。スリーブ２１が係合位置Ａから駆動側の第２軸１５上の係合解除位置Ｂへ切換わると、図示を省略した変速機の出力軸からの駆動トルクは、同じく図示せぬ後輪に伝達される。

このとき、スリーブ２１の内スプラインと被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５の外スプラインとの位相が不一致であり、第１軸１４及び第２軸１５とスリーブ２１との間の係合解除に要する力が過大となり、スリーブ２１が摺動できない場合がある。この場合には、モータ２２を作動させても、シフトフォーク２５は、図３に示すように、ラック部材２４と一緒にシフトロッド２７に沿って摺動できない。このため、一方のコイルばね２７は、図３に示すように、ラック部材２４及びシフトフォーク２５間で撓むこととなる。図３は、一方のコイルばね２７による４輪駆動の抜き待ち状態を示している。スリーブ２１の内スプラインと被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５の外スプラインとの位相が合致するまでは、一方のコイルばね２７にシフト操作力が蓄えられる。それらの位相が合致すると、蓄えられたシフト操作力によって、スリーブ２１の内スプラインと被駆動側の第１軸１４との係合解除が行われるとともに、スリーブ２１の内スプラインと駆動側の第２軸１５の外スプラインとの係合が行われる。

ラック部材２４が、図３に示すように、ピニオン２３の歯を通過してラック歯２４ａの最終の歯を超える位置まで移動すると、モータ２２が時計回り方向に数回転空回りする。回転駆動されるピニオン２３の歯とピニオン２３の歯を通過したラック歯２４ａの最終の歯とが、間歇的に当接し合うので、ラック部材２４は、ラック歯１ピッチ分だけ往復動を繰り返す状態となる。このとき、モータ駆動制御手段２８では、常法に従いラック部材２４とピニオン２３との噛合状態が解除されたときの信号が読み込まれる。その読み込んだ信号に基づいて、モータ駆動制御手段２８のタイム手段によってモータ２２の回転を所定の時間だけ継続させている。その所定の時間を経過した後、モータ２２の回転を停止させる。

スリーブ２１の内スプラインと被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５の外スプラインとの位相が合致すると、一方のコイルばね２７に蓄えられたシフト操作力によって、シフトフォーク２５が係合位置Ａ及び係合解除位置Ｂ間の距離だけシフトロッド２６上を移動する。それに伴い、スリーブ２１の内スプラインが被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５の外スプラインに沿って摺動する。そして、駆動力切換装置２０が、４輪駆動状態から２輪駆動状態に機械的に切換わる。この状態を図４に示す。図４は、駆動力切換装置２０が、４輪駆動側から２輪駆動側に機械的に切換えられた状態を示している。図４に示す２輪駆動状態においては、スリーブ２１及びシフトフォーク２５は、図１に一点鎖線で示す位置にある。

次に、２輪駆動から４輪駆動への切換えについて説明する。図４〜図６は、本発明の駆動力切換装置２０を２輪駆動から４輪駆動へ切換える作動の一例を示している。以下、図４〜図６を参照しながら、駆動力切換装置２０を２輪駆動から４輪駆動へ切換える作動の一例を説明する。

２輪駆動から４輪駆動に戻る場合には、上記操作と逆の操作となる。いま、運転者が図示せぬ切換スイッチを作動して、駆動力切換装置２０のモータ２２への通電方向を切換える。すると、モータ２２は、反時計回り方向に逆回転する。モータ２２が逆回転すると同時に、ピニオン２３がモータ２２と同一方向に回転駆動される。それに伴い、ラック部材２４は、図４及び図６に示すように、上記操作とは逆の係合解除位置Ｂから係合位置Ａへ向かってシフトロッド２６上を摺動しながら、ピニオン２３の歯を通過してラック歯２４ａの最終の歯を超える位置まで移動する。ここで、上記操作と同様の操作を繰り返すことによりラック部材２４とピニオン２３との噛合状態が解除され、モータ２２が反時計回り方向に数回転空回りする。モータ駆動制御手段２８のタイム手段では、常法に従いラック部材２４とピニオン２３との噛合状態が解除されたときの信号に基づいて、モータ２２の回転を所定の時間だけ継続させた後、モータ２２の回転を停止させる。

ラック部材２４が、係合解除位置Ｂから係合位置Ａへ向かってシフトロッド２６上を摺動するとき、スリーブ２１の内スプラインと被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５の外スプラインとの位相が不一致であり、ラック部材２４と一緒にシフトフォーク２５及びスリーブ２１が摺動できない場合がある。このため、他方のコイルばね２７は、図５に示すように、ラック部材２４及びシフトフォーク２５間で撓んだ状態となる。図５は、他方のコイルばね２７による２輪駆動の入り待ち状態を示している。

このとき、スリーブ２１の内スプラインと被駆動側の第１軸１４及び駆動側の第２軸１５の外スプラインとの位相が合致すると、シフトフォーク２５は、図５及び図６に示すように、他方のコイルばね２７に蓄えられたシフト操作力によって、係合位置Ａ及び係合解除位置Ｂ間の距離だけシフトロッド２６上を移動する。スリーブ２１の内スプラインは、シフトフォーク２５と一緒に駆動側の第２軸１５及び被駆動側の第１軸１４の外スプライン上を摺動する。そして、スリーブ２１が駆動側の第２軸１５上の係合解除位置Ｂから係合位置Ａへ切換わると、駆動力切換装置２０は、図６に示すように、２輪駆動状態から４輪駆動状態に機械的に切換わることとなる。図示を省略した変速機の出力軸からの駆動トルクは、図示せぬ後輪だけではなく、同じく図示せぬ前輪にも伝達されることとなる。

なお、この実施形態では、２輪駆動と４輪駆動との切換えは、運転者が図示せぬ切換スイッチを作動することによってモータ２２への通電のオン・オフ、あるいは通電方向を切換えることで、２輪駆動と４輪駆動との切換えを任意に行う構成となっている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば回転数センサにより前後輪の回転数に差が発生したことを検知することで、モータ２２への通電を行い、４輪駆動状態から２輪駆動状態へ切換えるとともに、前後輪の回転数差がなくなったことを検知することで、２輪駆動への切換時とはモータ２２の通電方向を逆に操作して、２輪駆動状態から４輪駆動状態に切換えることもできることは勿論である。

以上の説明からも明らかなように、上記実施形態では、常に前後輪に駆動力が伝達されており、２輪駆動時に前輪への駆動力を切り離す形式の車両に駆動力切換装置２０を用いた場合について説明している。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、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構成のものにも適用が可能である。また、マニュアルトランスミッションにおける２輪駆動と４輪駆動との切換えに用いられるシフトフォーク、オートマチックトランスミッションにおける２輪駆動と４輪駆動との切換えに用いられるシフトフォークに好適に使用することができるものである。本発明にあってはこれに限定されるものではなく、例えば入力側と出力側の２つの位置に切換えることができる各種の駆動力切換装置に使用することができることは勿論であり、本発明の初期の目的を十分に達成することができる。従って、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した範囲内で様々に設計変更が可能である。

本発明の代表的な実施形態である駆動力切換装置を備えた車両の終減速装置の内部構造を概略的に示す説明図である。 本発明の実施形態である駆動力切換装置の一構成例を概略的に示す説明図である。 図２の４輪駆動から２輪駆動へ切換える作動の一例を概略的に示す説明図である。 図３の次の作動を概略的に示す説明図である。 図４の２輪駆動から４輪駆動へ切換える作動の一例を概略的に示す説明図である。 図５の次の作動を概略的に示す説明図である。 従来の駆動力切換装置を説明するための説明図である。 従来の駆動力切換装置の要部拡大図である。 従来の駆動力切換装置における他の構成例を示す要部概略図である。

符号の説明

１０ 終減速装置
１１，１０５ ハウジング
１２ 差動制限装置
１３ ディファレンシャルケース
１４，１０３ 第１軸
１５，１０４ 第２軸
１６ リングギア
１７ ピニオンギア
１８ ヨーク
２０ 駆動力切換装置
２１ スリーブ
２２ モータ
２３ ピニオン
２４，１１３ ラック部材
２４ａ ラック歯
２５ シフトフォーク
２６ シフトロッド
２７，１１７，１１８ コイルばね
２８ モータ駆動制御手段
１０１，１０２ 前輪側車軸
１０６ ディファレンシャル
１０７ ディファレンシャルケース
１０８ ピニオンギア
１０９ リングギア
１１０ ヨーク
１１１ 切換部材
１１２ 出力ギア
１１４ フォーク
１１４ａ，１１３ａ，１１３ｂ スイッチ押付部
１１５ シャフト
１１６，１１６ａ，１１６ｂ スイッチ
Ａ 係合位置
Ｂ 係合解除位置

Claims (3)

1. 被駆動側の第１軸と、
   前記第１軸と同軸上に配された駆動側の第２軸と、
   前記第１軸と前記第２軸とを係合する係合位置及び前記第１軸と前記第２軸との係合を解除する係合解除位置に切換える切換え部材と、
   前記第１軸と前記第２軸の軸方向と直交する方向に出力軸を有する正逆回転可能なモータと、
   前記モータの正逆回転に連動して前記切換え部材を前記第１軸と前記第２軸の軸方向に往復動させることにより、前記第１軸と前記第２軸とを係合・係合解除するクラッチ機構とを備えてなり、
   前記クラッチ機構が、
   前記モータの前記出力軸に設けられたピニオンと、
   前記切換え部材に連結されたシフト部材と、
   前記ピニオンと噛み合うとともに、前記シフト部材を前記第１軸と前記第２軸の軸方向に往復動させるラック部材と、
   前記ラック部材が前記モータの正逆回転により前記係合位置側又は前記係合解除位置側に移動するとき前記シフト部材に対してシフト力を伝達する一対のコイルばねと、
   を有してなる駆動力切換装置であって、
   前記ラック部材が、前記係合位置及び前記係合解除位置間にラック歯を有し、
   最終の前記ラック歯と前記ピニオンの歯とが間歇的に当接し合うことで、前記コイルばねが前記シフト部材に対してシフト力を蓄積する構成を有してなることを特徴とする駆動力切換装置。
2. 前記駆動力切換装置が、前記モータの正逆回転を制御するモータ駆動制御手段を更に有してなり、
   前記モータ駆動制御手段により、所定の時間だけ前記モータの回転を継続させた後、前記モータを停止させて、前記ラック部材と前記ピニオンとの噛合状態が解除された位置において、前記シフト部材に対して所定のシフトストロークを得ることを特徴とする請求項１記載の駆動力切換装置。
3. 上記請求項１又は２記載の駆動力切換装置を備えた終減速装置。