JP5943769B2 - 四輪駆動車両のカップリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、四輪駆動車両における駆動源と副駆動輪との間に設置するビスカスカップリングなどのカップリング装置に関する。

従来、駆動源からの駆動力を主駆動輪及び副駆動輪に伝達する四輪駆動車両では、駆動源と副駆動輪との間のプロペラシャフト上に配置したビスカスカップリング（ＶＣ）などのカップリング装置からなるトルク伝達装置を備えるものがある。

このような四輪駆動車両では、主駆動輪と副駆動輪の車輪速差がプロペラシャフト上のビスカスカップリングに対する入力差回転数となり、四輪駆動トルク（４ＷＤトルク）を出力する構造である。すなわち、例えば、車両のフロント側にエンジン及びトランスミッションを配置し、前輪を主駆動輪とし後輪を副駆動輪とする前輪駆動車（ＦＦ車）では、車両が低摩擦抵抗（低μ）路面を走行中にドライバーがアクセルペダルを踏み込んだ場合、まず、前輪に駆動トルクが伝達される。そして、前輪が路面のグリップ限界を超えて空転するとビスカスカップリングに差回転が入力されて後輪に駆動トルクが伝達される。

上記のような四輪駆動車両では、通常走行時には、主駆動輪と副駆動輪の回転差によりビスカスカップリングに差回転が入力され続ける四輪駆動（４ＷＤ）状態である。しかしながら、車両の走行状態に関わらずこのような四輪駆動状態が継続すると、駆動伝達系における各部の損失や走行抵抗の増大による車両の燃費（燃料消費率）の悪化を招く一因となる。また、転舵旋回など前後輪差で発生する４ＷＤタイトターンブレーキング現象が顕著に出るため、車両の走行性能（走行商品性）の悪化も招くおそがある。さらには、低摩擦抵抗の路面でのＡＢＳ（Anti-lock Braking System）作動時のカスケードロックを誘発することでも知られている。

そこで、上記の各種問題に対する従来の手法として、車両の走行状態に応じてカップリング装置による副駆動輪へのトルク伝達量を可変する機構が採用されている。このような機構として、電気的にクラッチのオンオフ制御を行うもの（特許文献１）や、手動で異なるトルク特性のビスカスカップリングの切替を行うもの（特許文献２）や、ワンウェイクラッチで異なるトルク特性のビスカスカップリングの切替を行うもの（特許文献３）がある。

しかしながら、特許文献１乃至３に記載の従来技術は、対応する制御回路を備えた電子制御ユニット（ＥＣＵ）や、操作用のレバーなどの付帯物が必要となることで、車両の構造の複雑化や部品点数の増加、制御処理の煩雑化につながる。そのため、車両のコスト・重量・サイズ増を招くという問題がある。また、車速が所定以上の高速域では、ビスカスカップリングなどのカップリング装置による副駆動輪へのトルク伝達の必要性が減少するところ、電子制御により副駆動輪へのトルク伝達量を可変するもの以外は、高速域での伝達トルクを適切に低減することができない、という問題もある。

特開２００９−１４４７７９号公報 特開平３−２０１２５号公報 実開平４−４５３７号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、部品点数を少なく抑えた簡単な構成で、かつ電子制御や手動操作などを行うことなく、車両の走行状態に応じた副駆動輪への適切なトルク伝達が可能となる四輪駆動車両のカップリング装置を提供することにある。

本発明にかかる四輪駆動車両のカップリング装置は、駆動源（３）からの駆動力を主駆動輪（Ｗ１，Ｗ２）及び副駆動輪（Ｗ３，Ｗ４）に伝達する駆動力伝達経路（２０）における駆動源（３）と副駆動輪（Ｗ３，Ｗ４）との間に配置された四輪駆動車両のカップリング装置（１０）であって、駆動源（３）と副駆動輪（Ｗ３，Ｗ４）との間に設けた回転軸（７）と、回転軸（７）の駆動源（３）側に接続されたハウジング（１１）と、回転軸（７）の副駆動輪（Ｗ３，Ｗ４）側に接続された出力軸（１２）と、ハウジング（１１）内で駆動源（３）側から駆動輪（Ｗ３，Ｗ４）側に向かって直列に配置された第１カップリング部（３０）及び第２カップリング部（４０）と、第１カップリング部（３０）と第２カップリング部（４０）との間で出力軸（１２）周りに回転可能に設置された慣性質量を有するイナータ部材（２５）と、を備え、イナータ部材（２５）は、第１カップリング部（３０）の一部を構成する第１部材（２５ａ）と、第２カップリング部（４０）の一部を構成する第２部材（２５ｂ）と、第１部材（２５ａ）と第２部材（２５ｂ）とを連結してなる第３部材（２５ｃ）と、第３部材（２５ｃ）の第１部材（２５ａ）と連結される側の端部から第２部材（２５ｂ）の方向に延設される第４部材（２５ｄ）と、を一体に備え、第１カップリング部（３０）は、ハウジング（１１）と第１部材（２５ａ）との間に形成した作動油を充填してなる第１作動室（１６ａ）を備え、ハウジング（１１）の内面に結合された第１アウタープレート群（１３ａ）の各プレートと第１部材（２５ａ）に結合された第１インナープレート群（１４ａ）の各プレートとを第１作動室（１６ａ）内で回転軸（７）の軸方向に沿って交互に配列した構成であり、第２カップリング部（４０）は、第２部材（２５ｂ）と出力軸（１２）との間に形成した作動油を充填してなる第２作動室（１６ａ）を備え、第２部材（２５ｂ）に連結された第２アウタープレート群（１３ｂ）の各プレートと出力軸（１２）に連結された第２インナープレート群（１４ｂ）の各プレートとを第２作動室（１６ａ）内で軸方向に沿って交互に配列した構成であることを特徴とする。

本発明にかかる四輪駆動車両のカップリング装置によれば、第１カップリング部と第２カップリングとの２つのカップリング部を直列に配置し、それらの間をイナータ部材で連結したことで、第１カップリング部と第２カップリング部に入力される差回転数をカップリング装置全体に入力される差回転数の１／２とすることができる。これにより、カップリング装置を従来よりも低い回転領域で使用できるので、カップリング装置の作動油として高粘度の作動油を用いて装置の小型・軽量化を図る場合にも、作動油のニュートン粘性領域を使用可能となる。したがって、定常使用領域で発生するトルクを低く抑えることができるため、走行抵抗の低減を図ることができ、タイトターンブレーキ現象を防止できる。

また、上記のカップリング装置では、イナータ部材（２５）は、第２カップリング部（４０）を押圧するための押圧部材（２７）と、第３部材（２５ｃ）と押圧部材（２７）との間に介在する付勢手段（２８）と、を備え、車両の加速度又は走行路の登坂勾配が所定以上になると、押圧部材（２７）が付勢手段（２８）の付勢力に抗して第２カップリング部（４０）側に向かって移動して、該第２カップリング部（４０）の第２アウタープレート群（１３ｂ）及び第２インナープレート群（１４ｂ）に積層方向への押圧力を付与するように構成してよい。

この構成によれば、車両の加速度や傾斜角に応じた前後方向の慣性力が押圧部材に作用することで、押圧部材で第２カップリング部が押圧される。これにより、車両の加速度や傾斜角に応じて、第２カップリング部のプレート間のクリアランスを変化させることができる。したがって、第２カップリング部及びカップリング装置全体の伝達トルク特性を可変させることができる。これにより、例えば、登坂路の走行など従動輪の駆動力を必要とする状況において、カップリング装置の伝達トルクを一時的に上昇させることが可能である。

また、上記のカップリング装置では、イナータ部材（２５）の第１部材（２５ａ）は、第１カップリング部（３０）の内径側に設置された筒状部分であり、第２部材（２５ｂ）は、第２カップリング部（４０）の外径側に設置された第１部材（２５ａ）よりも大径の筒状部分であり、第３部材（２５ｃ）は、第１カップリング部（３０）と第２カップリング部（４０）との間で第１部材（２５ａ）から第２部材（２５ｂ）に向かって径方向に延びる平板状の部分であってよい。これによれば、車両の加速度や傾斜角又は回転軸の回転速度の変化に応じてカップリング装置のトルク特性を変化させることが可能なイナータ部材を簡単な構成で実現できる。さらに、第４部材（２５ｄ）は、第１カップリング部（３０）と第２カップリング部（４０）との間で出力軸（１２）の外周面に沿って延びる筒状の部分であり、押圧部材（２７）は、第２部材（２５ｂ）と第４部材（２５ｄ）とにガイドされて軸方向に進退移動可能に設置され、押圧部材（２７）と第２部材（２５ｂ）または第４部材（２５ｂ）との間には、シール部材（２９）が設置されていることとしてもよい。
なお、上記で括弧内に記した参照符号は、後述する実施形態における対応する構成要素に付した符号を参考のために例示したものである。

本発明にかかる四輪駆動車両のカップリング装置によれば、部品点数を少なく抑えた簡単な構成で、かつ電子制御や手動操作などを行うことなく、車両の走行状態に応じた副駆動輪への適切なトルク伝達が可能となる。

本発明の一実施形態にかかるカップリング装置（ビスカスカップリング）を備える四輪駆動車両の概略構成を示す図である。 ビスカスカップリングを示す側断面図である。 ビスカスカップリングにおけるピストンの動作を説明するための図で、（ａ）は、ピストンの非作動状態、（ｂ）は、ピストンの作動状態を示す図である。 ビスカスカップリングの作動油のせん断速度と動粘度との関係を示すグラフである。 ビスカスカップリングの入出力差回転と伝達トルクの関係を示すグラフである。 前後スプリットμ路での発進時について説明するための図である。 低μ路でのブレーキング時について説明するための図である。 タイトターンブレーキング時について説明するための図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかるトルク伝達装置を備えた四輪駆動車両の概略構成を示す図である。同図に示す四輪駆動車両１は、車両の前部に横置きに搭載したエンジン（駆動源）３と、エンジン３と一体に設置したトランスミッション（変速機）４と、エンジン３からの駆動力を前輪Ｗ１，Ｗ２及び後輪Ｗ３，Ｗ４に伝達するための駆動力伝達経路２とを備えている。

エンジン３の出力軸（図示せず）は、トランスミッション４、フロントディファレンシャル（以下「フロントデフ」という）５、左右のフロントドライブシャフト６，６を介して、主駆動輪である左右の前輪Ｗ１，Ｗ２に連結されている。さらに、エンジン３の出力軸は、トランスミッション４、フロントデフ５、プロペラシャフト７、リアデファレンシャル（以下「リアデフ」という）８、左右のリアドライブシャフト９，９を介して副駆動輪である左右の後輪Ｗ３，Ｗ４に連結されている。なお、以下の説明で軸方向というときは、車両の進行方向（前後方向）に沿って延伸するプロペラシャフト７の軸方向を指すものとする。また、前又は後というときは、当該軸方向の前（車両の前進方向）及び後（後進方向）を指すものとする。

プロペラシャフト７上には、フロントデフ５からリアデフ８への駆動力伝達経路２上に配置したビスカスカップリング（カップリング装置）１０が設けられている。ビスカスカップリング１０は、駆動力伝達経路２において後輪Ｗ３，Ｗ４に配分するトルクを制御するためのトルク伝達装置（回転差応動型トルク伝達装置）である。

図２は、ビスカスカップリング１０を示す側断面図である。同図に示すように、ビスカスカップリング１０は、前側のプロペラシャフト７ａ（図１参照）と一体に回転する筒状のハウジング１１と、ハウジング１１内において該ハウジング１１と同一軸線回りで後側のプロペラシャフト７ｂ（図１参照）と一体に回転する出力軸１２と、ハウジング１１及び後述するイナータ部材２５の外径部２５ｂの内周面に所定間隔で相対回転不能に係合する複数のアウタープレート１３（１３ａ，１３ｂ）と、出力軸１２及びイナータ部材２５の内径部２５ａの外周面に所定間隔で相対回転不能に係合し、アウタープレート１３と軸方向に交互に配置される複数のインナープレート１４（１４ａ，１４ｂ）と、ハウジング１１と出力軸１２との間を閉塞するカバー部材１５と、ハウジング１１の内径側に形成された作動室１６（１６ａ，１６ｂ）とを備える。作動室１６は、後述する第１カップリング部３０の第１作動室１６ａと第２カップリング部４０の第２作動室１６ｂの二室が設けられている。

また、ハウジング１１における前壁１１ａの内周面と出力軸１２の外周面との間には、それらの隙間をシールするシール部材２０が設置されている。また、出力軸１２の外周面とカバー部材１５の内周面との間には、それらの隙間をシールするシール部材２１が設置されている。また、ハウジング１１の内周面とカバー部材１５の外周面との間には、それらの隙間をシールするシール部材２２が設置されている。また、ハウジング１１の内周面と出力軸１２の外周面との間には、軸受２３が介装されている。

そして、本実施形態のビスカスカップリング１０は、ハウジング１１内の軸方向に沿って前後に直列に配置された第１カップリング部３０と第２カップリング部４０を備えている。また、第１カップリング部３０と第２カップリング部４０との間には、慣性質量を有するイナータ部材２５が設置されている。イナータ部材２５は、ハウジング１１の内周面及び出力軸１２の外周面に対して相対回転自在に設置されている。イナータ部材２５は、第１カップリング部３０の一部を構成する内径部（第１部材）２５ａと、第２カップリング部４０の一部を構成する外径部（第２部材）２５ｂと、内径部２５ａと外径部２５ｂとを連結してなる連結部（第３部材）２５ｃと、連結部２５ｃの内径端から軸方向に沿って後側に延びるフランジ部２５ｄとを一体に備えた構成である。

イナータ部材２５の内径部２５ａは、第１カップリング部３０（第１作動室１６ａ）の内径側に設置された円筒状の部材（部分）であり、外径部２５ｂは、第２カップリング部４０（第２作動室１６ｂ）の外径側に設置された内径部２５ａよりも大径の円筒状の部材（部分）であり、連結部２５ｃは、第１カップリング部３０と第２カップリング部４０との間で内径部２５ａから外径部２５ｂに向かって径方向に延びる略平板状の部材（部分）である。内径部２５ａは、出力軸１２の外周面に沿って軸方向に延びており、外径部２５ｂは、ハウジング１１の内周面に沿って軸方向に延びている。また、フランジ部２５ｄは、第１カップリング部３０と第２カップリング部４０との間で出力軸１２の外周面に沿って延びる筒状の部分である。

また、イナータ部材２５は、第２カップリング部４０を軸方向に押圧するためのピストン（押圧部材）２７と、連結部２５ｃとピストン２７との間に介在するコイルバネ（付勢手段）２８とを備える。ピストン２７は、イナータ部材２５の外径部２５ｂとフランジ部２５ｄとにガイドされて、それら間を軸方向に沿って進退移動可能に設置されている。また、ピストン２７と外径部２５ｂとの隙間、及びピストン２７とフランジ部２５ｄとの隙間には、シール部材２９が設置されている。このシール部材２９を設けたことにより、ピストン２７の作動時に該ピストン２７とイナータ部材２５との隙間に作動油（シリコンオイル）の介入による粘性抵抗が生じないようにして、ピストン２７の作動がスムーズになるようにしている。

また、コイルバネ２８は、出力軸１２の軸方向に沿って延伸する弾性金属製のバネ材であり、ピストン２７とイナータ部材２５の連結部２５ｃとの間に引張力を付与しており、当該引張力にて、ピストン２７を第２カップリング部４０から離間する方へ付勢している。そして、車両の加速度又は走行路の登坂勾配が所定以上になると、ピストン２７に車両の前後方向の慣性力が作用することで、該ピストン２７がコイルバネ２８の付勢力（引張力）に抗して第２カップリング部４０側に向かって移動する。これにより、第２カップリング部４０のアウタープレート１３ｂ及びインナープレート１４ｂに対して積層方向への押圧力が付与されるように構成している。

第１カップリング部３０は、ハウジング１１内の前側に配置されており、ハウジング１１内で該ハウジング１１の前壁１１ａとイナータ部材２５の外径部２５ｂとの間に区画された第１作動室１６ａを有している。第１作動室１６ａ内には、シリコンオイルなどの粘性流体からなる作動油が充填されていると共に、ハウジング１１の内周面にスプライン係合する複数のプレート（摩擦板）からなる第１アウタープレート群１３ａと、イナータ部材２５の内径部２５ａの外周面にスプライン係合する複数のプレート（摩擦板）からなる第１インナープレート群１４ａとが軸方向に沿って交互に積層されている。イナータ部材２５の連結部２５ｃは、第１アウタープレート群１３ａと第１インナープレート群１４ａの積層方向の後端に設置されている。

したがって、第１カップリング部３０は、ハウジング１１の内面に結合された第１アウタープレート群１３ａの各プレートとイナータ部材２５の内径部２５ａに結合された第１インナープレート群１４ａの各プレートとをハウジング１１と内径部２５ａとの間に所定間隔で交互に配列した構成である。

一方、第２カップリング部４０は、ハウジング１１内の後側に配置されており、ハウジング１１内でピストン２７とカバー部材１５との間に区画された第２作動室１６ｂを有している。第２作動室１６ｂ内には、イナータ部材２５の外径部２５ｂの内周面にスプライン係合する複数のプレート（摩擦板）からなる第２アウタープレート群１３ｂと、出力軸１２の外周面にスプライン係合する複数のプレート（摩擦板）からなる第２インナープレート群１４ｂとが交互に積層されている。ピストン２７は、第２アウタープレート群１３ｂと第２インナープレート群１４ｂの積層方向の前端に設置されている。

したがって、第２カップリング部４０は、イナータ部材２５の外径部２５ｂに連結された第２アウタープレート群１３ｂの各プレートと出力軸１２に連結された第２インナープレート群１４ｂの各プレートとをイナータ部材２５の外径部２５ｂと出力軸１２との間に所定間隔で交互に配列した構成である。

なお、本実施形態のビスカスカップリング１０では、第１カップリング部３０と第２カップリング部４０は、第１、第２アウタープレート群１３ａ，１３ｂ及び第１、第２インナープレート群１４ａ，１４ｂのプレート積層数が同一の数になっており、互いが同一のトルク特性を有するように設定されている。

次に、ビスカスカップリング１０の動作について説明する。図１に示すエンジン３から出力されたトルクがトランスミッション４を介してフロントデフ５に伝達される。フロントデフ５に伝達されたトルクの一部は、フロントドライブシャフト６，６を介して前輪Ｗ１，Ｗ２に伝達され、前輪Ｗ１，Ｗ２の駆動力により車両が走行する。また、フロントデフ５に伝達されたトルクの一部はプロペラシャフト７に伝達される。プロペラシャフト７に伝達されたトルクは、ビスカスカップリング１０のハウジング１１に伝達される。

車両１の走行中は、後輪Ｗ３，Ｗ４から入力されるトルクが、リアデフ８を介して出力軸１２に伝達される。そして、ハウジング１１の回転数と出力軸１２の回転数とが等しい場合は、第１カップリング部３０及び第２カップリング部４０のアウタープレート１３（１３ａ，１３ｂ）の回転数とインナープレート１４（１４ａ，１４ｂ）の回転数が等しく、プロペラシャフト７のトルクは後輪Ｗ３，Ｗ４には伝達されない。これにより、車両は二輪駆動（前輪駆動）により走行する。

一方、前輪Ｗ１，Ｗ２がスリップしてハウジング１１と出力軸１２に差回転が生じた場合は、第１カップリング部３０及び第２カップリング部４０のアウタープレート１３とインナープレート１４とに差動回転が生じ、その回転差に応じて第１カップリング部３０の作動室１６ａ内及び第２カップリング部４０の作動室１６ｂ内の作動油（粘性流体）にせん断力が発生する。このせん断力により、プロペラシャフト７からハウジング１１に伝達されたトルクが出力軸１２に伝達されるとともに、リアデフ８を介して後輪Ｗ３，Ｗ４に伝達される。これにより、車両は四輪駆動状態になる。

本実施形態のビスカスカップリング１０は、同一のトルク特性を有する第１カップリング部３０と第２カップリング部４０を駆動力（トルク）の伝達方向に対して直列に配置し、第１カップリング部３０の第１インナープレート群１４ａと第２カップリング部４０の第２アウタープレート群１３ｂとを慣性質量を有するイナータ部材２５で連結し、第１インナープレート群１４ａと第２アウタープレート群１３ｂが一体に回転するように構成している。これにより、ビスカスカップリング１０全体の入力回転と出力回転との差動（差回転）に対して、第１、第２カップリング部３０、４０の差動が共に１／２となるようにしている。したがって、下記で詳細に説明するように、差回転に対するトルク線形領域を使用してビスカスカップリング１０のトルク特性を改善できるので、タイトターンブレーキングの抑制、及び定常走行でビスカスカップリング１０に生じる引き摺りトルクの低減など図ることができる。

次に、ビスカスカップリング１０が伝達する定常トルク特性について説明する。図３は、ビスカスカップリング１０の作動油のせん断速度と動粘度との関係を示す図である。同図に示すように、作動油（作動室１６の封入油）にシリコンオイルを使用したビスカスカップリングでは、シリコンオイルのせん断速度による動粘度が非ニュートン粘性のため、ビスカスカップリングの差回転に対する出力トルクの特性が線形にならないことで知られている。これは、静粘度が高いシリコンオイル程、差回転に対する動粘度が低下し、合わせてトルク上昇も小さくなる現象である。すなわち、図３のグラフに示すように、静粘度（せん断速度０での動粘度）が高いシリコンオイルの特性（一点鎖線で示す特性）では、せん断速度が高くなるにつれて動粘度が低下する傾向を有する。これに対して、静粘度（せん断速度０での動粘度）が低いシリコンオイルの特性（実線で示す特性）では、せん断速度が変化しても動粘度がほぼ一定の傾向を有している。

なお、ビスカスカップリングの入力差回転に対する発生トルクを線形に近づける手法として、低粘度オイルに対してプレート枚数の増加で出力トルクを確保する手法が挙げられる。しかしながら、その手法では、ビスカスカップリングの重量増加及びユニットサイズの拡大などを招いてしまう。

そこで、本実施形態のビスカスカップリング１０では、第１カップリング部３０と第２カップリング部４０とを直列に配置して、それらの間をイナータ部材２５で連結している。このイナータ部材２５に、第１カップリング部３０の第１インナープレート群１４ａと第２カップリング部４０の第２アウタープレート群１３ｂとを固定している。これにより、各々のカップリング部３０，４０の入力回転数がビスカスカップリング１０の入力回転数に対して半減する（１／２となる）ように構成している。したがって、ビスカスカップリング１０（第１カップリング部３０及び第２カップリング部４０）の作動油として高粘度オイルを用いることで小型化・軽量化を図る場合でも、作動油のニュートン粘性領域を使用可能となる。よって、ビスカスカップリング１０の定常使用領域では、発生トルク（伝達トルク）を低く抑えることができるため、車両の走行抵抗の低減を図ることができ、タイトターンブレーキ現象の発生を抑制できる。

また、イナータ部材２５は、回転方向の慣性力を生じるウエイト（慣性質量体）としての機能を兼ね備えている。そのため、ビスカスカップリング１０の入力回転数の変動に応じてビスカスカップリング１０のトルク特性を変化させる作用を有している。

また、イナータ部材２５に第２カップリング部４０を押圧可能なピストン２７を設けたことで、車両の加速度や傾斜角に応じた前後方向の慣性力が作用した場合に当該ピストン２７で第２カップリング部４０が押圧されることで、第２カップリング部４０のプレート間（第２アウタープレート群１３ｂの各プレートと第２インナープレート群１４ｂの各プレートとの間を指す、以下同じ。）のクリアランスを変化させることができる。これにより、第２カップリング部４０及びビスカスカップリング１０全体の伝達トルク特性を可変させることができる。

図４は、ビスカスカップリング１０におけるピストン２７の動作を説明するための図で、（ａ）は、ピストン２７の非作動状態、（ｂ）は、ピストン２７の作動状態を示す図である。なお、図４には、ビスカスカップリング１０のトルク伝達経路を一点鎖線で併記している。車両が平地路面（勾配が無いか極めて小さい路面をいう、以下同じ。）を走行している場合や、加速・減速状態以外の場合には、車両の慣性力が所定以下となる通常の走行状態である。このような通常の走行状態では、ピストン２７に車両の進行方向（前後方向）の慣性力が作用しないか又は作用する慣性力が小さい。そのため、この状態では、図４（ａ）に示すように、ピストン２７は、コイルバネ２８の付勢力（引張力）で第１カップリング部３０側の初期位置（非作動位置）にあり、第２カップリング部４０に押圧力を付与していない状態である。したがって、第２カップリング部４０では、プレート間のクリアランスが狭められていない状態であり、ビスカスカップリング１０では、第１カップリング部３０のトルク伝達特性と第２カップリング部４０のトルク伝達特性とが等しい状態になっている。

その一方で、車両が勾配路を走行している場合や加速状態の場合には、ピストン２７に車両の進行方向で後向きの慣性力が作用する。そのため、図４（ｂ）に示すように、ピストン２７は、コイルバネ２８の付勢力（引張力）に抗して第２カップリング部３０側の作動位置へ移動することで、第２カップリング部４０に押圧力を付与する状態となる。これにより、第２カップリング部４０では、プレート間のクリアランスが狭められ、第２カップリング部４０のトルク伝達特性が変化する。

図５は、ビスカスカップリング１０の差回転（入出力差回転）と伝達トルクとの関係を示すグラフである。同図のグラフには、定常時のトルク特性Ｓ１と、ピストン２７による第２カップリング部４０の押圧時（加圧時）のトルク特性Ｓ２とを示している。なお、加圧時のトルク特性Ｓ２は、ピストン２７による最大加圧時のトルク特性である。ビスカスカップリングでは、一般的に、プレート間のクリアランスを狭めることによって、伝達トルクが高くなる。これに対して、本実施形態のビスカスカップリング１０では、ピストン２７の作動で第２カップリング部４０のプレート間のクリアランスを狭めることが可能である。これにより、第２カップリング部４０の差動に対する発生トルクが高くなることで、定常時の伝達トルク特性Ｓ１と比較して、加圧時の伝達トルク特性Ｓ２では、同じトルクを出力するために必要な入出力差回転が小さくなる。結果として、ピストン２７の作動によって、ビスカスカップリング１０の入力差回転に対する伝達トルクがより大きくなるようなトルク特性に変化させることが可能となる。すなわち、車両の加速度や勾配の程度に応じてピストン２７にかかる慣性力が変化することで、カップリング機構４０のトルク特性は、図５（ａ）に示す定常時のトルク特性Ｓ１と加圧時（最大加圧時）のトルク特性Ｓ２との間で変化する。

つまり、登坂路の走行など後輪（従動輪）Ｗ３，Ｗ４の駆動力を必要とする状況において、ビスカスカップリング１０の伝達トルクを一時的に上昇させることが可能である。その後、定常状態や平坦路での走行になった場合には、ピストン２７に加わる加速側の慣性力による軸方向の力が弱まる。そのため、コイルバネ２８による復元力もしくは減速加速度側の慣性力によりピストン２７が押し戻されて初期位置へ戻り、ビスカスカップリング１０の伝達トルク特性が加圧時の伝達トルク特性Ｓ２から定常時の伝達トルク特性Ｓ１に切り替わる。以下、車両の各走行状態におけるビスカスカップリング１０の過渡トルク特性について詳細に説明する。

（１）乾燥路及び雪上での走行時
乾燥路及び雪上での通常走行時には、ビスカスカップリング１０の伝達トルク特性は、図５に示す定常時のトルク特性Ｓ１となる。一方、乾燥路及び雪上での登坂走行時及び急加速時は、イナータ部材２５のピストン２７が慣性力で第２カップリング部４０側へ付勢されることで、第２カップリング部４０が加圧されて伝達トルクが上昇する。これにより、ビスカスカップリング１０の伝達トルク特性が定常時のトルク特性Ｓ１から加圧時のトルク特性Ｓ２に変化する。これにより、ビスカスカップリング１０の伝達トルクを一時的に上昇させることで、車両の走破性能を確保することを可能としている。

（２）前後スプリットμ路での発進時
図６は、前後スプリットμ路（前輪Ｗ１，Ｗ２が踏む路面の摩擦係数が後輪Ｗ３，Ｗ４が踏む路面の摩擦係数よりも小さい路面をいう。）での発進時について説明するための図で、（ａ）は、ビスカスカップリング１０の入力差回転と、第１、第２カップリング部３０，４０の差回転と、入出力トルクの時間変化を示すグラフであり、（ｂ）は、ビスカスカップリング１０の入力トルクＴ１及び出力トルクＴ２を示す車両の模式図である。

図５のグラフに示すように、前後スプリットμ路での発進時に、第１カップリング部３０からの入力負荷に対して角加速度が大きい場合は、イナータ部材２５による回転方向の慣性抵抗が作用することで、第１カップリング部３０の入力差回転に対して、第２カップリング部４０の入力差回転を低く抑えることができる。そのため、ビスカスカップリング１０の伝達トルクの一時的な上昇（過渡トルク状態）を制限することが可能となる。これにより、リアデフ８の保障強度を下げることができる。

（３）低μ路でのブレーキング時
図７は、低μ路（比較的に低摩擦係数の路面をいう。）での走行中のブレーキング時について説明するための図で、（ａ）は、ブレーキフラグ（ブレーキのオンオフ）と、ビスカスカップリング１０の入出力トルクと、前後輪車輪速及び推定車体速の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）は、ビスカスカップリング１０の入力トルクＴ１及び出力トルクＴ２を示す車両の模式図である。

低μ路での走行中のブレーキング時には、前輪Ｗ１，Ｗ２の回転数の大幅な低下（落ち込み）による減速トルクが大きくなる。そして、単一のカップリング部のみを備えた従来のビスカスカップリングでは、後輪Ｗ３、Ｗ４の回転数が前輪Ｗ１，Ｗ２の回転数に同期して落ち込むことでカスケードロックを誘発する可能性が高い。これに対して、本実施形態のビスカスカップリング１０では、イナータ部材２５の回転方向の慣性力が第１カップリング部３０から第２カップリング部４０へ伝達される減速側の差回転に抵抗するように作用する。そのため、図７（ａ）に示すように、第２カップリング部４０の減速トルクを効果的に低減することが可能となる。また、前輪Ｗ１，Ｗ２の車輪速が後輪Ｗ３，Ｗ４の車輪速に引き摺られて落ち込むことを抑制できる。これらにより、カスケードロックを防止することができる。また、ブレーキング時に車両にかかる減速加速度によって、イナータ部材２５のピストン２７が初期位置（非作動位置）へ復帰する。そのため、車両の加速中であってもブレーキが作動したときには、瞬時にビスカスカップリング１０の伝達トルク特性を定常時のトルク特性Ｓ１に切り替えて伝達トルクを低減することが可能である。

（４）タイトターンブレーキング時
図８は、タイトターンブレーキング時について説明するための図で、（ａ）は、アクセルフラグ（アクセルのオンオフ）、ビスカスカップリング１０（ＶＣ）のトルク（伝達トルク）、車体速の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）は、ビスカスカップリング１０の入力トルク及び出力トルクを示す車両の模式図である。なお、同図（ａ）のグラフには、本実施形態のビスカスカップリング１０のデータ（実線）と、従来構成のビスカスカップリングのデータ（一点鎖線）とを併記している。本実施形態のような主駆動輪（前輪Ｗ１，Ｗ２）と副駆動輪（後輪Ｗ３，Ｗ４）を有する四輪駆動車両では、転舵時の前後輪の旋回半径差によって前後差回転が発生する。そのため、従動輪が４ＷＤトルクで引き摺られるタイトターンブレーキング現象が起こる。このタイトターンブレーキング現象は、アクセルオフの際などに減速感を顕著に伴う事象である。

これに対して、本実施形態のビスカスカップリング１０では、車両の減速に伴う回転軸７の回転数減少に対して、イナータ部材２５の慣性力（回転方向の慣性力）が回転数の減少を抑制する方向（回り続けようとする方向）へ作用する。そのため、図８（ａ）のグラフに示すように、アクセルオフ時のビスカスカップリング１０の伝達トルク（負荷トルク）を低減することができる。これにより、車体の減速加速度を緩和してタイトターンブレーキング現象を抑制できる。また、ビスカスカップリング１０の引き摺りトルクを低減することで、車両の空走距離（アクセルオフ後の走行距離）及び空走時間を延ばすことができる。また、タイトターンブレーキング時には、通常のブレーキング時と同様に、ビスカスカップリング１０の伝達トルク特性は、定常時のトルク特性Ｓ１に切り替わる。そのため、ビスカスカップリング１０での引き摺りトルクを低減できる。

以上説明したように、本実施形態の四輪駆動車両が備えるビスカスカップリング１０では、第１カップリング部３０と第２カップリング部４０との２つのカップリング部をトルク伝達方向（プロペラシャフト７の軸方向）に沿って直列に配置し、それらの間をイナータ部材２５で連結したことで、ビスカスカップリング１０に入力される差回転数に対して、第１カップリング部３０及び第２カップリング部４０に入力される差回転を半減することができる。これにより、ビスカスカップリング１０の作動油に高粘度の作動油を用いて小型・軽量化した際にも、作動油のニュートン粘性領域を使用可能となる。したがって、定常使用領域で発生するトルクを低く抑えることができるため、走行抵抗の低減を図ることができ、タイトターンブレーキ現象を防止できる。

また、上記のイナータ部材２５は、第２カップリング部４０を押圧するためのピストン２７と、連結部２５ｃとピストン２７との間に介在するコイルバネ２８とを備える。そして、車両の加速度又は走行路の登坂勾配が所定以上になると、ピストン２７がコイルバネ２８の付勢力に抗して第２カップリング部４０側に向かって移動して、該第２カップリング部４０の第２アウタープレート群１３ｂ及び第２インナープレート群１４ｂに積層方向への押圧力を付与するように構成している。

この構成によれば、車両の加速度や傾斜角に応じた前後方向の慣性力がピストン２７に作用することで、該ピストン２７で第２カップリング部４０が押圧される。これにより、車両の加速度や傾斜角に応じて、第２カップリング部４０のプレート間のクリアランスを変化させることで、第２カップリング部４０及びビスカスカップリング１０全体の伝達トルク特性を可変させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ビスカスカップリング１０が備える複数のカップリング部として、第１カップリング部３０と第２カップリング部４０の二つのカップリング部を備える場合を示したが、これ以外にも、更に他のカップリング部を含む三つ以上のカップリング部を備えてもよい。

また、上記実施形態では、ビスカスカップリング１０が備える第１カップリング部３０と第２カップリング部４０は、互いが等しい伝達トルク特性を有するものであるが、本発明にかかる第１、第２カップリング部は、必ずしも互いが等しい伝達トルク特性を有する必要はなく、互いが異なる伝達トルク特性を有するものであってもよい。

また、本発明にかかるカップリング装置が備えるイナータ部材は、車両の加速度や傾斜角又は回転軸の回転速度の変化に応じてカップリング装置のトルク特性を変化させることが可能な構成であれば、その具体的な形状等は、上記実施形態に示すものには限定されず、他の形状等であってもよい。

１ 四輪駆動車両
２ 駆動力伝達経路
３ エンジン（駆動源）
４ トランスミッション
５ フロントデフ
６，６ フロントドライブシャフト
７ プロペラシャフト（回転軸）
８ リアデフ
９，９ リアドライブシャフト
１０ ビスカスカップリング（カップリング装置）
１１ ハウジング
１２ 出力軸
１３（１３ａ，１３ｂ） アウタープレート群
１４（１４ａ、１４ｂ） インナープレート群
１６（１６ａ，１６ｂ） 作動室
２５ イナータ部材
２５ａ 内径部（第１部材）
２５ｂ 外径部（第２部材）
２５ｃ 連結部（第３部材）
２５ｄ フランジ部
２７ ピストン（押圧部材）
２８ コイルバネ（付勢手段）
２９ シール部材
３０ 第１カップリング部
４０ 第２カップリング部
Ｗ１，Ｗ２ 前輪
Ｗ３，Ｗ４ 後輪

Claims (1)

1. 駆動源からの駆動力を主駆動輪及び副駆動輪に伝達する駆動力伝達経路における前記駆動源と前記副駆動輪との間に配置された四輪駆動車両のカップリング装置であって、
   前記駆動源と前記副駆動輪との間に設けた回転軸と、
   前記回転軸の前記駆動源側に接続されたハウジングと、前記回転軸の前記副駆動輪側に接続された出力軸と、
   前記ハウジング内で前記駆動源側から前記駆動輪側に向かって直列に配置された第１カップリング部及び第２カップリング部と、
   前記第１カップリング部と前記第２カップリング部との間で前記出力軸周りに回転可能に設置された慣性質量を有するイナータ部材と、を備え、
   前記イナータ部材は、前記第１カップリング部の一部を構成する第１部材と、前記第２カップリング部の一部を構成する第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを連結してなる第３部材と、前記第３部材の前記第１部材と連結される側の端部から前記第２部材の方向に延設される第４部材と、
   を一体に備え、
   前記第１カップリング部は、前記ハウジングと前記第１部材との間に画成した作動油を充填してなる第１作動室を備え、前記ハウジングの内面に結合された第１アウタープレート群の各プレートと前記第１部材に結合された第１インナープレート群の各プレートとを前記第１作動室内で前記回転軸の軸方向に沿って交互に配列した構成であり、
   前記第２カップリング部は、前記第２部材と前記出力軸との間に画成した作動油を充填してなる第２作動室を備え、前記第２部材に連結された第２アウタープレート群の各プレートと前記出力軸に連結された第２インナープレート群の各プレートとを前記第２作動室内で前記軸方向に沿って交互に配列した構成であり、
   前記イナータ部材は、前記第２カップリング部を押圧するための押圧部材と、前記第３部材と前記押圧部材との間に介在する付勢手段と、を備え、
   車両の加速度又は走行路の登坂勾配が所定以上になると、前記押圧部材が前記付勢手段の付勢力に抗して前記第２カップリング部側に向かって移動して、該第２カップリング部の前記第２アウタープレート群及び前記第２インナープレート群に積層方向への押圧力を付与するように構成し、
   前記イナータ部材の前記第１部材は、前記第１作動室の内径側に設置された筒状部分であり、
   前記第２部材は、前記第２作動室の外径側に設置された前記第１部材よりも大径の筒状部分であり、
   前記第３部材は、前記第１カップリング部と前記第２カップリング部との間で前記第１部材から前記第２部材に向かって径方向に延びる平板状の部分であり、
   前記第４部材は、前記第１カップリング部と前記第２カップリング部との間で前記出力軸の外周面に沿って延びる筒状の部分であり、
   前記押圧部材は、前記第２部材と前記第４部材とにガイドされて軸方向に進退移動可能に設置され、
   前記押圧部材と前記第２部材及び前記第４部材との間には、シール部材が設置されている
   ことを特徴とする四輪駆動車両のカップリング装置。

Images