JP5996506B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの動力が、入力側回転部材、弾性部材、出力側回転部材の順で伝達される動力伝達装置に関する。

切り替え操作により、二輪駆動と四輪駆動とが選択でき、差動機構を差動状態と非差動状態に選択できる車両が実用に供されている。これらの切り替えを一括して行うことができる動力伝達装置が、例えば特開２００８−２７９８８０号公報に開示されているように知られている。

特開２００８−２７９８８０号公報に開示されている動力伝達装置は、モータで回転部材を回し、この回転部材でスプリングを介して連結部材を回し、この連結部材で作動軸を回し、この作動軸に設けられている第１カム溝により作動軸の軸方向へ第１フォークを移動し、この第１フォークで第１スリーブを移動して噛み合いクラッチを接続状態から分離状態に切り替えることで四輪駆動から二輪駆動に切り替える。さらには、作動軸の先端に設けられている第２カム溝により作動軸の軸直角方向へ第２フォークを移動し、この第２フォークで第２スリーブを移動してピンを差動機構のカム面に挿入することで差動機構を非差動状態にする。動力伝達装置を構成する回転要素や摺動要素は、作動油中に置かれる。作動油の潤滑作用で回転抵抗や摺動抵抗が軽減される。

特開２００８−２７９８８０号公報に開示されている動力伝達装置は、回転部材と連結部材との間にスプリングを介在させている。このスプリングの撓みを利用して、噛み合いクラッチが噛み合い状態になるまでの時間を稼ぐ、又は、カム面にピンが挿入されるまでの時間を稼ぐ。このように時間を稼ぐことで、モータに過大な負荷が及ぶことを防止している。このように時間を稼ぐ機構は、ロストモーション機構と呼ばれる。

ところで、作動油は温度により粘度が大きく変化する。寒冷地での始動時には、作動油が固くなる。すると、回転部材が回っても連結部材がなかなか回らないことなる。すると、モータの運転時間が長くなり、スプリングが大きく圧縮されることによりモータに対する負荷が増大する。

モータ保護の観点から、寒冷地であっても運転時間の短縮化及び負荷の軽減が望まれる。

本発明は、モータの運転時間の短縮及びモータへの負荷の軽減を図ることができる動力伝達機構を提供することを課題とする。

本発明によれば、モータ（６２）と、このモータ（６２）で回される入力側回転部材（６６）と、この入力側回転部材（６６）の回転軸（６７）と同軸上に配置され前記入力側回転部材（６６）の回転力が弾性部材（６９）を介して伝達される出力側回転部材（６８）とを具備しており、前記モータ（６２）の動力が、前記入力側回転部材（６６）、前記弾性部材（６９）、前記出力側回転部材（６８）の順で伝達される動力伝達装置であって、前記出力側回転部材（６８）に、受部（９２，９３）が設けられ、前記入力側回転部材（６６）に、前記弾性部材（６９）が所定量撓んだときに前記受部（９２，９３）に当たって前記出力側回転部材（６８）を回転させる押し部（８６）が設けられ、前記入力側回転部材（６６）に、前記弾性部材（６９）を収納する弾性部材収納溝（７７，７８）が設けられ、この弾性部材収納溝（７７，７８）が前記出力側回転部材（６８）で塞がれ、前記押し部（８６）は、前記回転軸（６７）に沿って突出するように前記入力側回転部材（６６）に一体形成され、前記受部（９２，９３）は、前記回転軸（６７）に直交する方向に延びるように前記出力側回転部材（６８）に一体形成されている動力伝達装置が提供される。

作動油が固い等の理由で負荷が過大であるときは、入力側回転部材に設けられている押し部が出力側回転部材の受部に当たることで、出力側回転部材が回転し始める。弾性部材が所定量圧縮された時点で出力側回転部材が回転し始めるため、モータへの負荷は所定値を超えることはない。弾性部材が所定量圧縮された時点で出力側回転部材が回転し始めるため、モータの運転時間は短くなる。本発明により、モータの運転時間の短縮及びモータへの負荷の軽減を図ることができる。受部は、回転軸に直交する方向に延びるように出力側回転部材に一体形成されているため、出力側回転部材が回転軸に沿った方向へ張り出すことはない。

また、本発明によれば、モータ（６２）と、このモータ（６２）で回される入力側回転部材（６６）と、この入力側回転部材（６６）の回転軸（６７）と同軸上に配置され前記入力側回転部材（６６）の回転力が弾性部材（６９）を介して伝達される出力側回転部材（６８）とを具備しており、前記モータ（６２）の動力が、前記入力側回転部材（６６）、前記弾性部材（６９）、前記出力側回転部材（６８）の順で伝達される動力伝達装置であって、前記出力側回転部材（６８）に、受部（９２，９３）が設けられ、前記入力側回転部材（６６）に、前記弾性部材（６９）が所定量撓んだときに前記受部（９２，９３）に当たって前記出力側回転部材（６８）を回転させる押し部（８６）が設けられ、前記出力側回転部材（６８）が、第１の位置と、この第１の位置とは異なる第２の位置と、前記第１の位置と前記第２の位置の中間に位置する中立位置とで少なくとも停止するように、前記モータ（６２）を制御するモータ制御部（７３）を具備しており、前記受部（９２，９３）は、前記出力側回転部材（６８）が前記中立位置から前記第１の位置へ移動するときに前記押し部（８６）に当たる第１受部（９２）と、前記出力側回転部材（６８）が前記中立位置から前記第２の位置へ移動するときに前記押し部（８６）に当たる第２受部（９３）とからなり、前記モータ制御部（７３）に位置情報を提供するスイッチパターンを具備しており、前記中立位置から前記第１の位置又は前記第２の位置までは、前記スイッチパターンを変化しないように設定されている動力伝達装置が提供される。

正転と逆転の一方の方向にモータを回転させることで、出力側回転部材は中立位置から第１の位置まで移動する。正転と逆転の他方の方向にモータを回転させることで、出力側回転部材は中立位置から第２の位置まで移動する。移動角度が半減するため、モータの運転時間が大幅に短くなり、モータへの負担が大幅に軽減できる。押し部で受部を押して入力側回転部材と出力側回転部材とを同期して回転させる場合は、移動中の位置を検出する必要がない。よって、この区間はスイッチパターンを変化させないようにすることができる。結果、スイッチパターンが単純になる。

好ましくは、前記弾性部材はコイルばねであり、前記弾性部材収納溝に、前記出力側回転部材の一部をガイドしながら前記出力側回転部材の撓みを防止する小溝が設けられている。

出力側回転部材は小溝でガイドされるため、コイルばねの伸縮に伴う出力回転部材の移動が円滑になる。

本発明に係る動力伝達装置が適用される車両の模式図。 動力伝達装置の断面図。 第１カム溝を説明する展開図。 四輪駆動時の第１スリーブの位置を説明する図。 二輪駆動時の第１スリーブの位置を説明する図。 差動状態にあるときの差動装置の説明図。 図６の７−７矢視図。 非差動状態にあるときの差動装置の説明図。 アクチュエータの内部を示す図。 アクチュエータの主要部の分解図。 アクチュエータの主要部の平面図。 図１１の１２−１２線断面図。 図１１の１３−１３線断面図。 通常負荷時での弾性部材の作用を説明する図。 通常負荷時における出力側回転部材の作用を説明する図。 スイッチパターンを説明する図。 押し部と受部の作用を説明する図。 押し部と受部の作用を説明する別の図。

図１に示されるように、車両１０には、エンジン１１が配置され、このエンジン１１から前プロペラシャフト１２と後プロペラシャフト１３に延びている。一対の前輪１４、１４の間に本発明の動力伝達装置２０が配置され、この動力伝達装置２０に前プロペラシャフト１２の先端が接続される。動力伝達装置２０からドライブ軸１５、１５が延び、各々前輪１４、１４に接続される。一対の後輪１６、１６の間に後輪用差動装置１７が配置され、この後輪用差動装置１７に後プロペラシャフト１３の先端が接続される。後輪用差動装置１７からドライブ軸１８、１８が延び、各々後輪１６、１６に接続される。動力伝達装置２０は、アクチュエータ６０を備えている。このアクチュエータ６０の作動により、四輪駆動、二輪駆動、差動機構の非差動状態を選択することができる。

図２に示されるように、動力伝達装置２０は、前プロペラシャフト１２の先端に連結される駆動部材２１と、この駆動部材２１に軸方向移動可能に取付けられている第１スリーブ２２と、駆動部材２１と同軸に配置され第１スリーブ２２を噛み合わせることができる第１スプライン２３を有する従動部材２４と、従動部材２４に設けられるピニオンギヤ２５と、このピニオンギヤ２５と噛み合うリングギヤ２６と、このリングギヤ２６と共に回転し差動機室を形成するデフケース（デファレンシャルケース）２７と、このデフケース２７に収納され左右前輪の回転速度差を設けることができる差動機構３０と、この差動機構３０の一部を構成しリングギヤ２６に伝達された動力をドライブシャフト１５、１５に伝達する左右出力側カム３１Ｌ、３１Ｒと、リングギヤ２６及びデフケース２７を収納するギヤケース３２とを具備している。リングギヤ２６と左出力側カム３１Ｆとの間に、シム３３と皿ばね３４が介設され、左出力側カム３１Ｌが右出力側カム３１Ｒ側へ付勢される。

ギヤケース３２は、ピニオンギヤ２５を回転自在に支える第１ケース半体３５と、この第１ケース半体３５にボルト３６で連結する第２ケース半体３７とからなる。

デフケース２７は、リングギヤ２６と反対側が筒状軸３８とされ、この筒状軸３８に第２スリーブ３９が軸方向移行自在に嵌められている。

第２ケース半体３７には、駆動部材２１と平行になるようにして作動軸４１が取付けられ、この作動軸４１に第１フォーク４２が取付けられている。作動軸４１はアクチュエータ６０で回される。作動軸４１の側面に第１カム溝４３が設けられ、この第１カム溝４３に第１フォーク４２から延びる第１ピン４４が嵌っている。第１フォーク４２の先端は第１スリーブ２２に嵌っている。さらに、第２ケース半体３７に、ディスク４６が回転自在に取付けられ、このディスク４６の一方の面に作動軸４１の端部が嵌っている。ディスク４６の他方の面に第２カム溝４７が設けられ、この第２カム溝４７に第２フォーク４８から延びる第２ピン４９が嵌っている。第２フォーク４８の先端は第２スリーブ３９に嵌っている。

アクチュエータ６０は、第２ケース半体３７に取付けられるケース６１と、このケース６１に収納されるモータ６２と、このモータ６２のモータ軸に取付けられているウオーム６３と、ケース６１に回転自在に支持されウオーム６３で回されるホイール６４と、このホイール６４に一体形成されている小径ギヤ６５と、この小径ギヤ６５で回される入力側回転部材６６と、ケース６１に回転自在に支持され入力側回転部材６６を回転自在に支える回転軸部材６７と、この回転軸部材６７に嵌められている出力側回転部材６８と、入力側回転部材６６と出力側回転部材６８との間に配置される弾性部材６９Ａ、６９Ｂと、ケース６１内に配置され出力側回転部材６８の回転位置を検出する基板７１とからなる。アクチュエータ６０に、スイッチパターン認識部７２と、モータ６２を制御するモータ制御部７３とが付属される。

基板７１にはスイッチパターンがプリントされ、スイッチパターン認識部７２でスイッチパタンが認識され、この認識に基づいてモータ制御部７３でモータ６２が制御される。この制御は、モータ６２の正転、停止、逆転を実施する。

作動軸４１の側面展開図である図３に示されるように、作動軸４１の側面に第１カム溝４３が設けられ、この第１カム溝４３の第１ポジションＰ１に第１ピン４４がある。このときには、図４に示されるように、第１スリーブ２２は第１スプライン２３に嵌合する。駆動部材２１に従動部材２４が連結され、四輪駆動状態になる。

図３において、作動軸４１が回されると第１ピン４４は相対的に軸方向に移動して第２ポジションＰ２に至る。第２ポジションＰ２では、図５に示されるように、第１スリーブ２２が第１スプライン２３から外れて、二輪駆動状態になる。

図６に示されるように、ディスク４６の回転中心４６ａから半径Ｒ１のポジションに第２ピン４９がある。第２スリーブ３９からロックピン７５が延びている。半径Ｒ１のときは、ロックピン７５が出力側カム３１Ｒに設けた凹部７６から抜ける。結果、差動機構３０は差動状態となる。

図７に示されるように、第２カム溝４７は半径Ｒ１の溝と、この半径Ｒ１より小なり半径Ｒ２の溝とからなる。ディスク４６が回ると、第２ピン４９は半径Ｒ２のポジションに相対的に移動する。すると、図８に示されるように、第２スリーブ３９が前進し、ロックピン７５が凹部７６に嵌る。このロックピン７５により筒状軸３８に出力側カム３１Ｒが機械的に結合され、出力側カム３１Ｒの自由回転が阻止される。差動機構３０は非差動状態になる。

図９に示されるように、ケース６１にモータ６２、ウオーム６３、ホイール６４、小径ギヤ６５、入力側回転部材６６、出力側回転部材６８及び弾性部材６９Ａ、６９Ｂが収納されている。

図１０に示されるように、入力側回転部材６６は、形状が複雑であるため、樹脂ギヤが好適である。入力側回転部材６６に中心角が１８０°未満の円弧溝であって第１弾性部材６９Ａを収納する第１弾性部材収納溝７７と、第２弾性部材６９Ｂを収納する第２弾性部材収納溝７８との間に設けられる第１ばね受け８３及び第２ばね受け８４とを有する。

出力側回転部材６８は、中央に欠円穴８７を備える円板部８８と、この円板部８８の縁を図面奥へ折り曲げ形成される第１弾性受部８９及び第２弾性受部９１と、円板部８８の縁を延ばして形成される第１受部９２及び第２受部９３とからなる。出力側回転部材６８は、炭素鋼に代表される金属のブランク材を打ち抜き、曲げることで容易に製造することができる。回転軸部材６７の円柱部８１に入力側回転部材６６を嵌め、通路８５、８５に弾性受部８９、９１を差し込みながら欠円円柱部８２に出力側回転部材６８を嵌め、最後にサークリップ９４を回転軸部材６７に嵌める。組立て後の形態は、図１１に示される。

図１２に示されるように、第１ばね受け８３及び第２ばね受け８４には、小溝７９と同等の幅の通路８５が設けられている。さらに、第１ばね受け８３に回転軸に沿って突出する押し部８６が形成されている。図１１に示されるように、押し部８６の上面に三角のマーク８６ａが施されている。マーク８６ａは、目印であって、組立ミスを防止する。

図１３に示されるように、入力側回転部材６６は、外周に歯６６ａを有し、この歯６６ａより回転中心側の位置に弾性部材６９Ａ，６９Ｂを収納する第１・第２弾性部材収納溝７７、７８を有している。これらの第１・第２弾性部材収納溝７７、７８は、底に小溝７９を具備している。小溝７９に、第１弾性受部８９の先端部８９ａ及び第２弾性受部９１の先端部が嵌る。そのため、小溝７９の幅は、第１弾性受部８９の先端部８９ａの厚さ及び第２弾性受部９１の先端部９１ａの厚さより少し大きくなっている。

弾性部材６９はコイルスプリングが好適である。コイルスプリングは圧縮されると蛇行する性質を有する。図１２に示される第１弾性受部８９及び第２弾性受部９１は、回転軸部材６７に直交する力を受けると弾性変形する。コイルスプリングが蛇行して、第１弾性受部８９や第２弾性受部９１に斜め方向から力が加わると、第１弾性受部８９や第２弾性受部９１が撓む心配がある。

しかし、第１弾性受部８９の先端部８９ａ及び第２弾性受部９１の先端部９１ａが小溝７９に収納されているので、第１弾性受部８９や第２弾性受部９１が撓む心配はない。結果、回転軸部材６７に偏った力が加わる心配が無くなる。又、弾性部材６９が弾性受部８９、９１の下側にかみこむことも防ぐことができる。

図１３に示されるように、回転軸部材６７は上部に円柱部８１と、この円柱部８１から上に延びる欠円円柱部８２を備えている。入力側回転部材６６は円柱部８１に嵌っているため、回転自在に回転軸部材６７に支えられていることになる。一方、弾性部材収納溝７７、７８を塞ぐようにして配置される出力側回転部材６８は、欠円円柱部８２に嵌っているため、回転軸部材６７と一緒に回転する。欠円とは、正円の一部が欠けている図形を意味する。

図１４−図１５に示されるように、小径ギヤ６５を図面時計方向に回すと、入力側回転部材６６が図面反時計方向に回る。第１弾性部材６９Ａは一端が第１ばね受け８３に当たっている。第２ばね受け８４が第２弾性受部９１から離れる。第２弾性受部９１が残るため、第１弾性部材６９Ａの他端は第２弾性受部９１に当たる。第２弾性部材６９Ｂは一端が第２ばね受け８４に当たり他端が第１弾性受部８９に当たっている。第１・第２弾性部材６９Ａ、６９Ｂは圧縮長さに比例したばね反力を発生する。第１・第２弾性部材６９Ａ、６９Ｂが所定量撓んだときに発生するばね反力が蓄えられ、第１スリーブ２２と第１スプライン２３の噛み合いや、第２スリーブ３９と出力側カム３１Ｒの噛み合いに用いられる。

図１６に示されるように、本発明では、少なくともＬＳ１〜ＬＳ６で示すスイッチパターンが具備される。ＬＳ１〜ＬＳ３で入力側回転部材６６の回転位置を検知し、ＬＳ４〜ＬＳ６は出力側回転部材６８の回転位置を検知する。モータ制御部は、四輪駆動状態にあるときに二輪駆動状態に切り替える指示を受けたときには、モータ６２を回す。ＬＳ２、ＬＳ３の接点がＯＮになったことを検知することにより、入力側回転部材６６が、二輪駆動への切り替え方向へ回転していることが検知される。次に、ＬＳ４がＯＦＦになったことで、四輪駆動への噛み合いが解消したが検知される。そして、ＬＳ２だけがＯＮになるまで回転を維持し、二輪駆動の初期位置である第１の位置まで、入力側回転部材６６及び出力側回転部材６８を戻す。Ｌ２だけがＯＮになったら、モータ６２を停止し、二輪駆動状態を維持する。また、モータ制御部は、四輪駆動にあるときに差動機構を非差動に切り替える指示を受けたときには、モータ６２を逆方向に回し、ＬＳ１、ＬＳ３の接点がＯＮになったことを検知することにより、入力側回転部材６６が、差動機構の非作動方向に回転していることが検知される。出力側回転部材６８が回り、ＬＳ４がＯＦＦに替わり、ＬＳ５がＯＮに替わり、さらにＬＳ６がＯＮに替わることが検知されると、差動機構が非差動状態になったことが検知される。そして、ＬＳ３がＯＦＦになってＬＳ１だけがＯＮになるまで回転を維持する。ＬＳ１だけがＯＮになったら、モータ６２を停止し、非差動状態を維持する。

ところで、図１４−図１５において、回転軸部材６７に作用する負荷が標準値より大きい場合は、出力側回転部材６８は止まったままで、入力側回転部材６６が回り続ける。放置すると、弾性部材６９が密着状態になるまで、入力側回転部材６６が回る。すると、モータ６２の運転時間が標準よりも大きくなり、モータ６２に長時間にわたって負荷が作用し続ける。モータ６２に過大の負担が加わるため好ましくない。本発明ではそのための対策を講じた。

図１７に示されるように、出力側回転部材６８が止まった状態で、入力側回転部材６６が図面反時計方向に回り続けると、押し部８６が第１受部９２に当たる。以降、出力側回転部材６８が入力側回転部材６６と一緒に回る。モータ６２の運転時間が過大になる心配はない。押し部８６は、図１２に示されるように、回転軸部材６７の軸方向に突出するように延びている。入力側回転部材６６の一般的厚さをＷ１、押し部８６での厚さをＷ２とすると、Ｗ２はＷ１の１．２５倍程度とすることができる。第１・第２受部９２、９３は、単純に放射方向へ延ばしただけである。第１・第２受部９２、９３での厚さＷ３は、Ｗ２より小さい。第１・第２受部９２、９３が軸直角方向において入力側回転部材６６から突出しない。よって、軸方向及び軸直角に寸法を増やすことなく、上記の対策を講じることができ、動力伝達装置が大きくなる心配もない。

図１８に示されるように、出力側回転部材６８が止まった状態で、入力側回転部材６６が図面時計方向に回り続けると、押し部８６が第２受部９３に当たる。以降、出力側回転部材６８が入力側回転部材６６と一緒に回る。モータ６２の運転時間が過大になる心配はない。

図１６にて、ＬＳ４がＯＮのときを中立位置、二輪駆動のときを第１の位置、非差動状のときを第２の位置と読み替える。中間位置から第１の位置までの第１中間域では、ＬＳ２、ＬＳ３が共にＯＮであってスイッチパターンは変化しない。また、中間位置から第２の位置までの第２中間域では、ＬＳ１、ＬＳ３が共にＯＮであってスイッチパターンは変化しない。図１７−図１８に示されように、押し部８６が第１受部９２（又は第２受部９３）を押して出力側回転部材６８を強制的に回すため、第１・第２中間域で、移動中の位置を個別に判断する必要がない。

２０ 動力伝達装置
６６ 入力側回転部材
６８ 出力側回転部材
６９ 弾性部材
８６ 押し部
９２、９３ 受部

Claims (3)

1. モータ（６２）と、
   このモータ（６２）で回される入力側回転部材（６６）と、
   この入力側回転部材（６６）の回転軸（６７）と同軸上に配置され前記入力側回転部材（６６）の回転力が弾性部材（６９）を介して伝達される出力側回転部材（６８）とを具備しており、
   前記モータ（６２）の動力が、前記入力側回転部材（６６）、前記弾性部材（６９）、前記出力側回転部材（６８）の順で伝達される動力伝達装置であって、
   前記出力側回転部材（６８）に、受部（９２，９３）が設けられ、
   前記入力側回転部材（６６）に、前記弾性部材（６９）が所定量撓んだときに前記受部（９２，９３）に当たって前記出力側回転部材（６８）を回転させる押し部（８６）が設けられ、
   前記入力側回転部材（６６）に、前記弾性部材（６９）を収納する弾性部材収納溝（７７，７８）が設けられ、この弾性部材収納溝（７７，７８）が前記出力側回転部材（６８）で塞がれ、
   前記押し部（８６）は、前記回転軸（６７）に沿って突出するように前記入力側回転部材（６６）に一体形成され、
   前記受部（９２，９３）は、前記回転軸（６７）に直交する方向に延びるように前記出力側回転部材（６８）に一体形成されている動力伝達装置。
2. モータ（６２）と、
   このモータ（６２）で回される入力側回転部材（６６）と、
   この入力側回転部材（６６）の回転軸（６７）と同軸上に配置され前記入力側回転部材（６６）の回転力が弾性部材（６９）を介して伝達される出力側回転部材（６８）とを具備しており、
   前記モータ（６２）の動力が、前記入力側回転部材（６６）、前記弾性部材（６９）、前記出力側回転部材（６８）の順で伝達される動力伝達装置であって、
   前記出力側回転部材（６８）に、受部（９２，９３）が設けられ、
   前記入力側回転部材（６６）に、前記弾性部材（６９）が所定量撓んだときに前記受部（９２，９３）に当たって前記出力側回転部材（６８）を回転させる押し部（８６）が設けられ、
   前記出力側回転部材（６８）が、第１の位置と、この第１の位置とは異なる第２の位置と、前記第１の位置と前記第２の位置の中間に位置する中立位置とで少なくとも停止するように、前記モータ（６２）を制御するモータ制御部（７３）を具備しており、
   前記受部（９２，９３）は、前記出力側回転部材（６８）が前記中立位置から前記第１の位置へ移動するときに前記押し部（８６）に当たる第１受部（９２）と、前記出力側回転部材（６８）が前記中立位置から前記第２の位置へ移動するときに前記押し部（８６）に当たる第２受部（９３）とからなり、
   前記モータ制御部（７３）に位置情報を提供するスイッチパターンを具備しており、
   前記中立位置から前記第１の位置又は前記第２の位置までは、前記スイッチパターンを変化しないように設定されている動力伝達装置。
3. 前記弾性部材（６９）はコイルばねであり、
   前記弾性部材収納溝（７７，７８）に、前記出力側回転部材（６８）の一部をガイドしながら前記出力側回転部材（６８）の撓みを防止する小溝（７９）が設けられる、請求項１に記載の動力伝達装置。

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