JP6112097B2

JP6112097B2 - ４輪駆動車両のディスコネクト機構付左右駆動力配分ユニット

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Publication number: JP6112097B2
Application number: JP2014225629A
Authority: JP
Inventors: 吉村　孝広; 孝広吉村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-11-25
Filing date: 2014-11-05
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2034-11-05
Also published as: US10144283B2; JP2015120501A; US20170036540A1; WO2015075541A1; CN105764734A; CN105764734B

Description

本発明は、４輪駆動車両において、選択的に作動させられることにより所定の回転要素を回転停止させるディスコネクト機構付の左右駆動力配分ユニットに関するものである。

４輪駆動車両では、駆動源から前または後の左右の主駆動輪へ駆動力を伝達する２輪駆動状態と駆動源から前後および左右の副駆動輪へ駆動力を伝達する４（全）輪駆動状態とが選択される。２輪駆動状態では、２輪駆動のために駆動源から前または後の左右の主駆動輪へ駆動力を伝達する動力伝達部材以外に、４輪駆動のために副駆動輪へ駆動力を伝達する他の動力伝達部材が回転させられると、その他の動力伝達部材の回転により発生する回転抵抗によって動力の一部が消費されて、車両の燃費に好ましくない影響を与える場合がある。

これに対して、２輪駆動状態では、４輪駆動のために駆動力を伝達する他の動力伝達部材（プロペラシャフト）を４輪駆動時の駆動輪から切り離すためのディスコネクト機構付の左右駆動力配分ユニットを備える４輪駆動車両が提案されている。たとえば、特許文献１の図１に示す４輪駆動車がそれである。

米国特許第８３１３４０７号（ＵＳ８３１３４０７Ｂ２）

ところで、上記特許文献１の図１に示す後輪側の左右駆動力配分ユニットでは、左右の駆動輪に駆動力を配分するために差動歯車装置が備えられているが、その差動歯車装置に替えて、たとえば特許文献１の図７に示すような左右駆動力配分のための一対の摩擦クラッチをディスコネクト機構と直列となるように左右の車軸に設けることが考えられる。このようにすれば、差動歯車装置のリングギヤに固定された差動歯車ケ−ス、差動歯車ケ−ス内に相対向して位置する一対のサイドギヤ、差動歯車ケ−スに固定されたピニオンピンにより回転可能に支持されたピニオン等が不要となるとともに、リングギヤを小径とすることができる。

しかしながら、上記のようにディスコネクト機構に加えて左右駆動力配分機構を設ける場合は、ディスコネクト機構を構成する、同心に設けられた一対の歯車を相互に連結する噛合リング、それに係合するスライドフォーク、そのアクチュエータに加えて、左右駆動力配分機構として機能する一対の摩擦クラッチが必要となるので、ユニットの形状および重量が大きくなって製造コストがかさむだけでなく、左右駆動力配分ユニットの左右の対称性も低いという欠点があった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、ユニットの形状および重量が大きくならず、左右駆動力配分ユニットの左右の対称性が高い４輪駆動車両のディスコネクト機構付左右駆動力配分ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するための、第１発明の要旨とするところは、（a）駆動源から左右の主駆動輪へ駆動力を伝達する２輪駆動状態と、該駆動源から左右の副駆動輪へも伝達する４輪駆動状態とが選択的に実行される４輪駆動車両において、２輪駆動状態では、４輪駆動状態において専ら前記副駆動輪へ駆動力を伝達する動力伝達部材を該副駆動輪から切り離す左右駆動力配分ユニットであって、（b）一軸線まわりに回転可能に片持状に支持されて前記４輪駆動状態において駆動力が伝達される円筒状のリングギヤと、（c）該リングギヤを貫通し且つ該リングギヤと同心状態で回転可能に支持され、該リングギヤに伝達された駆動力を前記左右の副駆動輪へ出力する出力軸と、（d）前記一軸線方向に移動させられる可動係合部材を有し、該可動係合部材の移動位置に応じて前記リングギヤの内周面と該出力軸の外周面との間を断接するディスコネクト機構と、（e）前記リングギヤの外周係合歯に対して該リングギヤが支持される側とは反対側に位置し、該可動係合部材を、前記リングギヤと前記出力軸とを相対回転不能に連結するコネクト位置と該リングギヤと該出力軸との相対回転を許容するディスコネクト位置との間で移動させるアクチュエータとを、含み、前記ディスコネクト機構は、前記円筒状のリングギヤの内周面に形成された内周係合歯と、前記可動係合部材の外周面に形成され、前記リングギヤの内周係合歯と係合可能な外周係合歯とを含み、前記可動係合部材は、少なくとも長手方向の一部が前記リングギヤの内側に挿入され、前記出力軸の外周面に軸線方向の移動可能且つ軸線まわりの相対回転不能に設けられた円筒状部材であり、当該左右駆動力配分ユニットは、前記可動係合部材を前記ディスコネクト位置から前記コネクト位置へ向かって前記軸線方向に付勢するスプリングと、ディスコネクト指令信号にしたがって作動する電磁石が、所定のストロークで前記コネクト位置にある前記可動係合部材を前記ディスコネクト位置へ向かって前記スプリングの付勢力に抗して移動させてそのディスコネクト位置で掛け止め、コネクト指令信号にしたがって作動する電磁石が該ディスコネクト位置にある該可動係合部材を掛け外して前記スプリングの付勢力にしたがって前記コネクト位置へ移動させる電磁掛外し機構とが、備えられていることにある。

このようにすれば、一軸線まわりに回転可能に片持状に支持された円筒状のリングギヤを貫通し且つ該リングギヤと同心状態で回転可能に支持され、該リングギヤに伝達された駆動力を前記左右の副駆動輪へ出力する出力軸と、前記一軸線方向に移動させられる可動係合部材を有し、該可動係合部材の移動位置に応じて前記リングギヤの内周面と該出力軸の外周面との間を断接するディスコネクト機構と、前記リングギヤの外周係合歯に対して該リングギヤが支持される側とは反対側に位置し、該可動係合部材を、前記リングギヤと前記出力軸とを相対回転不能に連結するコネクト位置と該リングギヤと該出力軸との相対回転を許容するディスコネクト位置との間で移動させるアクチュエータとを、含むことから、ディスコネクト機構が、同心に設けられた一対の歯車を相互に連結する噛合リング、それに係合するスライドフォーク、そのアクチュエータから構成される場合に比較して、左右駆動力配分ユニットの形状および重量が大きくならず、その左右駆動力配分ユニットの左右の対称性が高くなり、車両への搭載性が高められる。また、前記ディスコネクト機構は、前記円筒状のリングギヤの内周面に形成された内周係合歯と、前記可動係合部材の外周面に形成され、前記リングギヤの内周係合歯と係合可能な外周係合歯とを含み、前記可動係合部材は、少なくとも長手方向の一部が前記リングギヤの内側に挿入され、前記出力軸の外周面に軸線方向の移動可能且つ軸線まわりの相対回転不能に設けられた円筒状部材であるので、所謂ドグクラッチの形状および重量が大幅に小さくされるとともに、その左右駆動力配分ユニットの左右の対称性が高くなる。さらには、前記可動係合部材を前記ディスコネクト位置から前記コネクト位置へ向かって前記軸線方向に付勢するスプリングと、ディスコネクト指令信号にしたがって作動する電磁石が、所定のストロークで前記コネクト位置にある前記可動係合部材を前記ディスコネクト位置へ向かって前記スプリングの付勢力に抗して移動させてそのディスコネクト位置で掛け止め、コネクト指令信号にしたがって作動する電磁石が該ディスコネクト位置にある該可動係合部材を掛け外して前記スプリングの付勢力にしたがって前記コネクト位置へ移動させる電磁掛外し機構とが、備えられているので、前記アクチュエータによって前記電磁掛外し機構を介してリングギヤの内側に位置する可動係合部材が軸線方向に動作させられてディスコネクト位置およびコネクト位置に選択的に位置させられる。

また、好適には、前記出力軸の両端部には、該出力軸から前記左右の副駆動輪へ伝達される駆動力を制御する一対の電子制御カップリングがそれぞれ連結されている。このようにすると、一対の電子制御カップリングにより左右の副駆動輪への駆動力配分を制御することができるので、差動歯車装置が不要となるだけでなく、たとえば路面或いは操舵操作に関連して車両の挙動を過渡的に制御するための左右駆動輪への駆動力配分制御をおこなうことができる。

また、好適には、前記一対の電子制御カップリングは、前記出力軸とその左右両端部において一体的にそれぞれ固定された状態で前記左右駆動力配分ユニットのケース内に収容され、前記出力軸と前記一対の電子制御カップリングは、該一対の電子制御カップリングを直接支持する左右一対の軸受けを介して前記ケースにより回転可能に支持されている。このようにすれば、前記出力軸と前記一対の電子制御カップリングは、左右一対の軸受けを介して前記ケースにより回転可能に支持されるので、軸受機構が簡単に構成され、左右駆動力配分ユニットが一層小型となる。

また、好適には、前記リングギヤの前記電磁掛外し機構側に相対回転不能に設けられたギヤ側摩擦係合部材と、前記出力軸の外周面において相対回転不能且つ軸線方向の相対移動可能に設けられて前記スプリングにより付勢された可動側摩擦係合部材とを有し、前記ディスコネクト位置にある前記可動係合部材を前記コネクト位置へ移動させるに先立って該ギヤ側摩擦係合部材と該可動側摩擦係合部材とを相互に摺接させることにより前記可動係合部材の回転と前記リングギヤの回転とを同期させる同期機構を、含む。このようにすれば、同期機構により、前記可動係合部材を前記コネクト位置へ移動させるに先立って該ギヤ側摩擦係合部材と該可動側摩擦係合部材とが相互に摺接させられるので、前記可動係合部材の回転と前記リングギヤの回転とを同期させられ、リングギヤの内周面に形成された内周係合歯と前記可動係合部材の外周面に形成された外周係合歯とが円滑に噛み合わされる。

また、好適には、前記４輪駆動車両には、駆動源から出力される駆動力を前記左右駆動力配分ユニットのドライブピニオンへ入力させるプロペラシャフトが備えられ、該左右駆動力配分ユニットは該４輪駆動車両の左右の後輪へその駆動力を配分するものであり、前記リングギヤは、前記ドライブピニオンと噛み合うハイポイドギヤが形成された傘歯車である。

また、好適には、前記４輪駆動車両には、駆動源から出力される駆動力を前記プロペラシャフトへ伝達するためのトランスファ装置と、２輪駆動状態であるときには前記駆動源から該プロペラシャフトへの駆動力の伝達を遮断する断接装置とが設けられ、該プロペラシャフトは、２輪駆動状態であるときには、前記駆動源との間が前記断接装置により遮断され、後輪との間が前記ディスコネクト機構により遮断される。上記断接装置は、摩擦式クラッチ、かみ合いクラッチなどから構成される。

本発明の一実施例の左右駆動力配分ユニットを含む４輪駆動車両の駆動系の構成を概略的に説明する骨子図である。図１の左右駆動力配分ユニットを概略的に説明する骨子図である。図１および図２の左右駆動力配分ユニットを詳しく説明する断面図である。図３の左右駆動力配分ユニットに備えられた電磁掛け外し機構を詳しく説明する図である。図４の電磁掛け外し機構を構成する円環状の掛止部材および往復移動部材の全体構成を説明する斜視図である。本発明の他の実施例を説明する図２に相当する骨子図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が好適に適用された４輪駆動車両１０の構成を概略的に説明する骨子図である。図１において、４輪駆動車両１０は、エンジン１２を駆動源とし、エンジン１２の動力を主駆動輪に対応する左右の前輪１４Ｌ、１４Ｒ（特に区別しない場合には、前輪１４という）に伝達する第１の動力伝達経路と、エンジン１２の動力を副駆動輪に対応する左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒ（特に区別しない場合には、後輪１６という）に伝達する第２の動力伝達経路とを備えているＦＦベースの４輪駆動装置を備えている。この４輪駆動車両１０の２輪駆動状態では、エンジン１２から自動変速機１８を介して伝達された駆動力を前輪用駆動力配分ユニット２０および左右の車軸２２Ｌ、２２Ｒを通して左右の前輪１４Ｌ、１４Ｒへ伝達される。この２輪駆動状態では、少なくとも第１クラッチ４４が開放され、トランスファ２４、プロペラシャフト２８、および、後輪用駆動力配分ユニット３４および後輪１６へは動力が伝達されない。しかし、４輪駆動状態では、上記２輪駆動状態に加えて、第１クラッチ４４および第２クラッチ６２が共に係合されるとともに、左カップリング６４Ｌにより左車軸３６Ｌおよび左後輪１６Ｌへの伝達トルクが制御され、且つ右カップリング６４Ｒにより右車軸３６Ｒおよび左後輪１６Ｌへの伝達トルクが制御されるようになっている。なお、図１では図示されていないが、エンジン１２と自動変速機１８との間には、流体伝動装置であるトルクコンバータ或いはクラッチが設けられている。

自動変速機１８は、例えば、複数の遊星歯車装置および摩擦係合装置（クラッチ、ブレーキ）を備えてそれら摩擦係合装置を選択的に係合させることで変速段が選択される形式の有段式自動変速機、常時噛合型平行軸式変速機の変速段がシフトアクチュエータおよびセレクトアクチュエータによって選択される形式の有段式自動変速機、或いは、伝動ベルトが巻き掛けられた一対の有効径が可変の可変プーリの有効径を変化させることで変速比が連続的に変化させられる形式の無段変速機などで構成されている。なお、自動変速機１８は公知の技術であるため、具体的な構造や作動の説明については省略する。

差動歯車装置から構成される前輪用駆動力配分ユニット２０は、一軸線まわりに回転可能に設けられ、自動変速機１８の出力歯車１８ａと噛み合うリングギヤ２０ｒと、それに固定されたデフケース２０ｃと、そのデフケース２０ｃ内に収容された差動歯車機構２０ｄとを有しており、前輪１４の左右の車軸２２Ｌ、２２Ｒにそれらの差回転を許容しつつ駆動力を伝達する。上記デフケース２０ｃには、トランスファ２４の第１回転部材４０の軸端に形成された外周嵌合歯４６と嵌合する内周嵌合歯３８が形成されている。これにより、前輪用駆動力配分ユニット２０のデフケース２０ｃには、エンジン１２から出力された駆動力を後輪１６へ伝達されるようにするトランスファ２４が連結されている。

上記トランスファ２４は、外周嵌合歯４６が形成されている第１回転部材４０と、後輪１６側に動力を伝達するためのリングギヤ４２ｒが形成されている第２回転部材４２とを含んで構成されている。それら第１回転部材４０と第２回転部材４２とは、噛合式のドグクラッチからなる第１クラッチ４４により選択的に断接される。

第１回転部材４０は、その内周側を車軸２２Ｒが貫通する円筒状部材であって、車軸２２Ｒおよび第２回転部材４２と同心に回転可能に設けられている。第１回転部材４０の軸方向の一端には外周嵌合歯４６が形成されており、その外周嵌合歯４６がデフケース２０ｃに形成されている内周嵌合歯３８と嵌合されることで、第１回転部材４０は前輪用駆動力配分ユニット２０のデフケース２０ｃと一体的に回転する。また、第１回転部材４０の軸方向の他端部には第１クラッチ４４を構成するクラッチ歯４８が形成されている。

第２回転部材４２は、その内周側を車軸２２Ｒおよび第１回転部材４０が貫通している円筒状部材である。第２回転部材４２の軸方向の一端部には、ドリブンピニオン２６と噛み合うリングギヤ４２ｒが形成されている。また、第２回転部材４２の軸方向の他端部には、第１クラッチ４４を構成するクラッチ歯５０が形成されている。なお、ドリブンピニオン２６は、プロペラシャフト２８の前端に接続され、そのプロペラシャフト２８後端にはドライブピニオン３０が設けられている。

第１クラッチ４４は、第１回転部材４０と第２回転部材４２との間を断接するための噛合クラッチであり、第１回転部材４０に形成されているクラッチ歯４８と軸方向の相対移動可能に常時噛み合い且つ軸方向の移動により第２回転部材４２に形成されているクラッチ歯５０にも噛合可能な内周歯５８が形成されているスリーブ５２と、そのスリーブ５２をその非噛合位置と噛合位置とに軸方向に駆動させる第１クラッチアクチュエータ５４とを、含んで構成される噛合式のドグクラッチ（断接装置）である。なお、第１クラッチアクチュエータ５４は、電磁石を含み電気的に制御可能なアクチュエータから構成される。また、第１クラッチ４４には、好適には、内周歯５８がクラッチ歯５０と噛み合うに際して両者の相対回転差を小さくする同期機構１１２が備えられる。図１は、第１クラッチ４４が開放された状態を示している。

後輪用駆動力配分ユニット３４は、プロペラシャフト２８から左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒへの動力伝達経路に、プロペラシャフト２８と左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒとの間を断接するための噛合式のドグクラッチ（断接装置）である第２クラッチ６２と、第２クラッチ６２と左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒとの間の伝達トルクをそれぞれ制御する摩擦係合式の電子制御カップリングである左カップリング６４Ｌおよび右カップリング６４Ｒとを直列に備えている。

後輪用駆動力配分ユニット３４では、左カップリング６４Ｌは中央車軸６０と左車軸３６Ｌとの間に介在させられ、右カップリング６４Ｒは中央車軸６０と右車軸３６Ｒとの間に介在させられている。後輪用駆動力配分ユニット３４には、ドライブピニオン３０と噛み合うスプライン状の外周係合歯６８ａを有するリングギヤ６８が中央車軸６０と同心で且つ相対回転可能に設けられており、第２クラッチ６２は、それら中央車軸６０とリングギヤ６８との間を断接するように配設されている。リングギヤ６８は、たとえばハイポイドギヤが形成された傘歯車である。リングギヤ６８は、上記外周係合歯６８ａと軸線方向位置が共通するか或いは重なる部分がある内周係合歯６８ｂを備えており、第２クラッチ６２は、その内周係合歯６８ｂと係合可能な外周歯７０ａを有して相対回転不能且つ軸線方向の相対移動可能に中央車軸６０に設けられた可動スリーブ７０と、その可動スリーブ７０を軸線方向に駆動して外周歯７０ａが内周係合歯６８ｂと噛み合うコネクト位置（係合位置）と外周歯７０ａが内周係合歯６８ｂから離れるディスコネクト位置（非係合位置）との間で位置決めする第２クラッチアクチュエータ７２とを備えている。

図２および図３は、上記の後輪用駆動力配分ユニット３４の具体例を説明する骨子図および断面図である。図２および図３において、ユニットケース７４内では、左カップリング６４Ｌ、中央車軸６０、その中央車軸６０の外周側に位置する第２クラッチ６２およびリングギヤ６８、右カップリング６４Ｒが、車両の横方向に平行な一軸線Ｃと同心で順次配設されるとともに、ボールベアリングから成る左右一対の軸受７６Ｌ、７６Ｒによりその一軸線Ｃまわりの回転可能に支持されている。

左カップリング６４Ｌおよび右カップリング６４Ｒは、非回転部材であるユニットケース７４に固定された位置固定の環状電磁石７８Ｌおよび７８Ｒと、その環状電磁石７８Ｌおよび７８Ｒに発生する磁力によって副押圧部材８０Ｌおよび８０Ｒに摩擦トルクを発生させる副摩擦係合装置８２Ｌおよび８２Ｒと、傾斜凹溝内の球状転動体８４Ｌおよび８４Ｒを副押圧部材８０Ｌおよび８０Ｒとの間で挟持する主押圧部材８６Ｌおよび８６Ｒと、副押圧部材８０Ｌおよび８０Ｒの主押圧部材８６Ｌおよび８６Ｒに対する相対回転により発生するスラスト力を受けて摩擦トルクを発生させる主摩擦係合装置８８Ｌおよび８８Ｒとを備えている。この主摩擦係合装置８８Ｌおよび８８Ｒは、左車軸３６Ｌおよび右車軸３６Ｒと嵌合してそれに相対回転不能に連結されてそれと共に回転するクラッチハブ９０Ｌおよび９０Ｒと、クラッチドラム９２Ｌおよび９２Ｒと、それらクラッチハブ９０Ｌおよび９０Ｒとクラッチドラム９２Ｌおよび９２Ｒとにそれぞれ相対回転不能に装着され且つ互い違いに重ねられたハブ側摩擦板９４およびケース側摩擦板９６とを、備えている。これにより、左カップリング６４Ｌおよび右カップリング６４Ｒは、図示しない電子制御装置から環状電磁石７８Ｌおよび７８Ｒに供給されるの励磁電流（トルク指令値）に応じた伝達トルクを、左右の後輪１６Ｌおよび１６Ｒへ伝達する。

上記左右のクラッチドラム９２Ｌおよび９２Ｒは、それらの中心部から軸線Ｃ方向に互いに近づく向きで突き出すボス９２ａに管状の中央車軸６０の両端部が嵌合され、左右のクラッチドラム９２Ｌおよび９２Ｒは中央車軸６０の両端部に相対回転不能に連結されている。中央車軸６０の外周面には、その長手方向の全体にスプライン歯６０ａが形成されているとともに、左右のクラッチドラム９２Ｌおよび９２Ｒの外周部には、互いに近づく側に突き出す内周歯車９２ｂがそれぞれ一体に形成されており、中央車軸６０のスプライン歯６０ａと左右のクラッチドラム９２Ｌおよび９２Ｒの外周部から突き出す内周歯車９２ｂとに、内周部および外周部がそれぞれ噛み合う円盤状のトルク伝達部材９８Ｌおよび９８Ｒがそれぞれ設けられている。

ドライブピニオン３０と噛み合う外周係合歯６８ａと、第２クラッチ６２を介して選択的に中央車軸６０のスプライン歯６０ａに噛み合う内周係合歯６８ｂとを備えるリングギヤ６８は、円筒状の軸部６８ｃを備え、中央車軸６０を貫通させた状態でその軸部６８ｃに嵌合された軸受１００を介してユニットケース７４により軸線Ｃまわりに回転可能に支持されている。

第２クラッチ６２は、プロペラシャフト２８と左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒとの間を断接するための、第１クラッチ４４と同様の噛合式のドグクラッチ（断接装置）である。この第２クラッチ６２は、第１クラッチ４４が開放されている２輪駆動状態では、プロペラシャフト２８と左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒとの間を開放することで左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒからプロペラシャフト２８が回転駆動伝達されることを抑制し、そのプロペラシャフト２８の回転抵抗による車両の走行抵抗を低減する。本実施例では、第２クラッチ６２がディスコネクト機構に対応している。

第２クラッチ６２を解放（断）状態と係合（接）状態とに作動させる第２クラッチアクチュエータ７２は、リングギヤ６８の外周係合歯６８ａに対してそのリングギヤ６８が軸受１００を介してユニットケース７４により支持される軸部６８ｃ側とは反対側にすなわちリングギヤ６８に噛み合うドライブピニオン３０の回転軸線Ｄに対してそのリングギヤ６８とは反対側に位置している。上記第２クラッチアクチュエータ７２は、ユニットケース７４の内側に一軸心Ｃ方向の移動可能に配設された円板状の可動片１０８と、その円板状の可動片１０８を磁気的に吸着する環状の電磁石１１０と、その電磁石１１０と可動片１０８との間に圧縮された状態で配設された皿バネ１０９とから構成されている。また、リングギヤ６８すなわちそのリングギヤ６８の軸部６８ｃと中央車軸６０との間には、トルク伝達部材９８Ｌと可動スリーブ７０との間に介挿され、可動スリーブ７０をその外周歯７０ａがリングギヤ６８の内周係合歯６８ｂと係合する側へ向かって移動するように常時付勢するスプリング１０２が備えられている。また、可動スリーブ７０と後述するラチェット機構１０６との間には、中央車軸６０および可動スリーブ７０に対して相対回転可能に設けられ、スプリング１０２の付勢力に抗して可動スリーブ７０を非係合側に向かって駆動するためのピストン１０４が備えられている。また、ピストン１０４と第２クラッチアクチュエータ７２との間には、その第２クラッチアクチュエータ７２において電磁石１１０により可動片１０８が皿バネ１０９の付勢力に抗して吸着されることによって、ピストン１０４を介してコネクト位置にある可動スリーブ７０をディスコネクト位置に向かってスプリング１０２の付勢力に抗して移動させてそのディスコネクト位置で掛け止め、更に第２クラッチアクチュエータ７２において電磁石１１０により可動片１０８が皿バネ１０９の付勢力に抗して吸着されることによって、そのディスコネクト位置にある可動スリーブ７０を掛け外してスプリング１０９の付勢力にしたがってコネクト位置に移動させるラチェット機構１０６が備えられている。これにより、電磁石１１０による可動片１０８の吸着作動がたとえば３乃至５回程度の所定回数で続けて行なわれることでピストン１０４が可動スリーブ７０を図３の軸線Ｃの下側に示すディスコネクト位置側へ順次移動させることで、可動スリーブ７０の外周歯７０ａとリングギヤ６８の内周係合歯６８ｂとの係合が解かれて第２クラッチ６２が解放される。また、電磁石１１０による可動片１０８の吸着作動が上記の所定回数を超えると、ピストン１０４および可動スリーブ７０がスプリング１０２の付勢力にしたがって図３の軸線Ｃの上側に示すコネクト位置へ移動させることで、可動スリーブ７０の外周歯７０ａとリングギヤ６８の内周係合歯６８ｂとが係合されて第２クラッチ６２が係合される。

なお、上記可動スリーブ７０の外周歯７０ａとリングギヤ６８の内周係合歯６８ｂとの係合に先立ってそれらの回転数を同期させるための同期機構１１２が設けられている。同期機構１１２は、図３に示されているように、リングギヤ６８の内周係合歯６８ｂと係合する外周係合歯１１４ａが形成された小径円筒部１１４ｂとリングギヤ６８の内径よりも大径且つリングギヤ６８の外周係合歯６８ａよりも小径であって軸線Ｃに対して僅かに傾斜した円錐状内周摩擦面１１４ｃが形成された大径円筒部１１４ｄとを有し、大径円筒部１１４ｄの段付面がリングギヤ６８に当接した状態で小径円筒部１１４ｂがリングギヤ６８内に相対回転不能に嵌合されたギヤ側摩擦係合部材１１４と、円錐状内周摩擦面１１４ｃに摺接可能な円錐状外周摩擦面１１６ａが形成され、可動スリーブ７０のピストン１０４側の軸端から外周側へ一体的に突き出した可動側摩擦係合部材１１６とを、備えている。それらギヤ側摩擦係合部材１１４および可動側摩擦係合部材１１６は、電磁石１１０による可動片１０８の吸着作動が前記所定回数を超える過程でピストン１０４および可動スリーブ７０が最もリングギヤ６８側へ移動させられたとき、円錐状内周摩擦面１１４ｃと円錐状外周摩擦面１１６ａとが相互に摺接するように、装着位置或いは形状寸法が設定されている。

図４は、ラチェット機構１０６の一例の作動原理を説明する模式図であり、図５に示す円環状の掛止部材１２２および往復移動部材１２４を展開した形状で示している。ラチェット機構１０６は、電磁掛外し機構として機能するものであり、ピストン１０４の右側(電磁石１１０側)端面に突設された突起１２０を掛け止めるための複数段の鋸歯が円周方向に連なる掛止歯１２２ａおよび１２２ｂが周期的に形成され、ユニットケース７４に直接または間接的に固定された位置固定の掛止部材１２２と、掛止部材１２２と相対回転不能且つ可動片１０８と共に軸線Ｃ方向の相対移動可能に設けられ、掛止部材１２２の掛止歯１２２ａおよび１２２ｂと同様の鋸歯形状であるが周方向に半位相がずれた形状で周方向に連なり、ピストン１０４の先端部を受け止める受止歯１２４ａおよび１２４ｂが周期的に形成され、スプリング１０２の付勢力に抗してピストン１０４を可動片１０８の１ストローク分だけ移動させる往復移動部材１２４とを、備えている。なお、上記掛止部材１２２の高さの異なる２つの掛止歯１２２ａおよび１２２ｂは、可動片１０８の１ストローク分以下の寸法でリングギヤ６８側に近接するように形成されているとともに、往復移動部材１２４の高さの異なる２つの受止歯１２４ａおよび１２４ｂは、掛止歯１２２ａおよび１２２ｂと同様の形状で形成され、周方向に半波長ずらされて位置させられている。また、図４では、掛止部材１２２および往復移動部材１２４は、理解を容易とするために意図的に軸線Ｃ方向にずらして示されているが、初期には、受止歯１２４ｂの斜面と掛止歯１２２ｂの斜面とが略一致させられている。また、往復移動部材１２４の移動ストロークＳＴは、位置固定の掛止歯１２２ａｂの斜面の下端であるベース位置Ｂ１から示されている。

可動スリーブ７０がコネクト位置にあるときにピストン１０４から突設された突起１２０が掛止歯１２２ａに掛け止められた位置１２０ａに位置している初期状態において、往復移動部材１２４が電磁石１１０により移動ストロークＳＴにて１回目の往復駆動されると、突起１２０は往復移動部材１２４の掛止歯１２４ｂに持ち上げられることによりスプリング１０２に付勢力に抗して掛止歯１２２ｂの先端を越えて掛止歯１２２ｂの斜面の最下端まで滑り、位置１２０ｂに掛け止められる。次いで、往復移動部材１２４が電磁石１１０により移動ストロークＳＴにて２回目の往復駆動されると、突起１２０は往復移動部材１２４の掛止歯１２４ａに持ち上げられることによりスプリング１０２の付勢力に抗して掛止歯１２２ａの先端を越え、その掛止歯１２２ａの斜面の最下端まで滑り、位置１２０ｃに掛け止められて位置１２０ａと同じ初期状態に戻される。すなわち、電磁石１１０により往復移動部材１２４が所定回数である２回目の往復駆動されると、可動スリーブ７０がコネクト位置へ戻されることで、可動スリーブ７０の外周歯７０ａとリングギヤ６８の内周係合歯６８ｂとが係合されて第２クラッチ６２が係合される。

これにより、ラチェット機構１０６は、電磁石１１０による可動片１０８の１回の移動ストロークよりも大きなストロークでピストン１０４を１回ずつ周方向へ送りつつディスコネクト位置へ向かって順次移動させ、所定回数に到達するとピストン１０４をディスコネクト位置に位置させる。また、ラチェット機構１０６は、電磁石１１０による可動片１０８の吸着回数が上記所定の回数を越えると、ピストン１０４を掛け外してスプリング１０２の付勢力により可動スリーブ７０をコネクト位置へ移動することを許容する。

往復移動部材１２４が電磁石１１０により２回目の往復駆動される過程で、突起１２０が掛止歯１２２ａの先端を越えようとするときには、可動スリーブ７０が最もリングギヤ６８側に位置させられ、ギヤ側摩擦係合部材１１４と可動側摩擦係合部材１１６とが摺接させられて、リングギヤ６８の内周係合歯６８ｂと可動スリーブ７０の外周歯７０ａとの噛み合いに先立って、リングギヤ６８の回転と可動スリーブ７０の回転とが同期させられる。なお、上記掛止部材１２２には２段階の掛止歯１２２ａおよび１２２ｂが形成され、往復移動部材１２４には２種の掛止歯１２４ａおよび１２４ｂが形成されていたが、可動片１０８の１ストローク分よりもピストン１０４のストロークを一層大きく得るために、それぞれ３段階以上の歯が形成されていてもよい。

上述のように、本実施例の４輪駆動車両１０の後輪用駆動力配分ユニット（左右駆動力配分ユニット）３４によれば、一軸線Ｃまわりに回転可能に片持状に支持された円筒状のリングギヤ６８を貫通し且つそのリングギヤ６８と同心状態で回転可能に支持され、そのリングギヤ６８に伝達された駆動力を左右の副駆動輪１６Ｌおよび１６Ｒへ出力する中央車軸（出力軸）６０と、一軸線Ｃ方向に移動させられる可動スリーブ（可動係合部材）７０を有し、その可動スリーブ７０の移動位置に応じてリングギヤ６８の内周面とその中央車軸（出力軸）６０の外周面との間を断接する第２クラッチ（ディスコネクト機構）６２と、リングギヤ６８の外周係合歯６８ａに対してそのリングギヤ６８が軸受１００を介してユニットケース７４に支持される側とは反対側に位置し、可動スリーブ（可動係合部材）７０を、リングギヤ６８と中央車軸（出力軸）６０とを相対回転不能に連結するコネクト位置とリングギヤ６８と中央車軸（出力軸）６０との相対回転を許容するディスコネクト位置との間で移動させる第２クラッチアクチュエータ７２とを、含む。これにより、ディスコネクト機構が、同心に設けられた一対の歯車を相互に連結する噛合リング、それに係合するスライドフォーク、そのアクチュエータから構成される場合に比較して、後輪用駆動力配分ユニット３４の形状および重量が大きくならず、その後輪用駆動力配分ユニット３４の左右の対称性が高くなり、車両への搭載性が高められる。

また、本実施例の後輪用駆動力配分ユニット（左右駆動力配分ユニット）３４によれば、第２クラッチ（ディスコネクト機構）６２は、円筒状のリングギヤ６８の内周面に形成された内周係合歯６０ｂと、可動スリーブ（可動係合部材）７０の外周面に形成され、リングギヤ６８の内周係合歯６８ｂと係合可能な外周係合歯７０ａとを含み、可動スリーブ（可動係合部材）７０は、少なくともその長手方向の一部がリングギヤ６８の内側に挿入され、中央車軸（出力軸）６０の外周面に軸線Ｃ方向の移動可能且つ軸線Ｃまわりの相対回転不能に設けられた円筒状部材である。このため、所謂ドグクラッチから成る第２クラッチ（ディスコネクト機構）６２の形状および重量が大幅に小さくされるとともに、その左右駆動力配分ユニット３４の左右の対称性が高くなる。

また、本実施例の後輪用駆動力配分ユニット（左右駆動力配分ユニット）３４によれば、中央車軸（出力軸）６０の両端部には、その中央車軸６０から左右の副駆動輪１６Ｌおよび１６Ｒへ伝達される駆動力を制御する左右一対の電子制御カップリング（カップリング）６４Ｌおよび６４Ｒがそれぞれ連結されている。このため、一対の電子制御カップリング６４Ｌおよび６４Ｒにより左右の副駆動輪１６Ｌおよび１６Ｒへの駆動力配分を電子制御装置により制御することができるので、差動歯車装置が不要となるだけでなく、たとえば路面或いは操舵操作に関連して車両の挙動を過渡的に制御するための左右駆動輪への駆動力配分制御をおこなうことができる。

また、本実施例の後輪用駆動力配分ユニット（左右駆動力配分ユニット）３４によれば、左右一対の電子制御カップリング（カップリング）６４Ｌおよび６４Ｒは、中央車軸（出力軸）６０とその左右両端部において一体的にそれぞれ固定された状態で左右駆動力配分ユニット３４のユニットケース（ケース）７４内に収容され、中央車軸６０と一対の電子制御カップリング６４Ｌおよび６４Ｒは、その一対の電子制御カップリング６４Ｌおよび６４Ｒを直接支持する左右一対の軸受け７６Ｌおよび７６Ｒを介してユニットケース７４により回転可能に支持されている。このため、中央車軸６０と一対の電子制御カップリング６４Ｌおよび６４Ｒは、左右一対の軸受け７６Ｌおよび７６Ｒを介してユニットケース７４により回転可能に支持されるので、軸受機構が簡単に構成され、左右駆動力配分ユニットが一層小型となる。

また、本実施例の後輪用駆動力配分ユニット（左右駆動力配分ユニット）３４によれば、可動スリーブ（可動係合部材）７０をディスコネクト位置からコネクト位置へ向かって軸線Ｃ方向に付勢するスプリング１０２と、電子制御装置からのディスコネクト指令信号にしたがって作動する電磁石１１０が、所定のストロークでコネクト位置にある可動スリーブ７０をディスコネクト位置へ向かってスプリング１０２の付勢力に抗して移動させてそのディスコネクト位置で掛け止め、コネクト指令信号にしたがって作動する電磁石１１０がそのディスコネクト位置にある可動スリーブ７０を掛け外してスプリング１０２の付勢力にしたがって前記コネクト位置へ移動させる電磁掛外し機構１０６とが、備えられている。このようにすれば、第２クラッチアクチュエータ７２によって電磁掛外し機構１０６を介してリングギヤ６８の内側に位置する可動スリーブ７０が軸線Ｃ方向に動作させられてディスコネクト位置およびコネクト位置に選択的に位置させられる。

また、本実施例の後輪用駆動力配分ユニット（左右駆動力配分ユニット）３４によれば、リングギヤ６８の電磁掛外し機構１０６側に相対回転不能に設けられたギヤ側摩擦係合部材１１４と、中央車軸６０の外周面において相対回転不能且つ軸線方向の相対移動可能に設けられてスプリング１０２により付勢された可動側摩擦係合部材１１６とを有し、ディスコネクト位置にある可動スリーブ（可動係合部材）７０をコネクト位置へ移動させるに先立ってそのギヤ側摩擦係合部材１１４と可動側摩擦係合部材１１６とを相互に摺接させることにより可動スリーブ７０の回転とリングギヤ６８の回転とを同期させる同期機構１１２を、含む。このようにすれば、同期機構１１２により、可動スリーブ７０をコネクト位置へ移動させるに先立ってギヤ側摩擦係合部材１１４と可動側摩擦係合部材１１６とが相互に摺接させられるので、可動スリーブ７０の回転とリングギヤ６８の回転とが同期させられ、リングギヤ６８の内周面に形成された内周係合歯６８ｂと可動スリーブ７０の外周面に形成された外周係合歯７０ａとが円滑に噛み合わされる。

また、本実施例の後輪用駆動力配分ユニット（左右駆動力配分ユニット）３４によれば、４輪駆動車両１０には、エンジン（駆動源）１２から出力される駆動力を後輪用駆動力配分ユニット３４のドライブピニオン３０へ入力させるプロペラシャフト２８が備えられ、その後輪用駆動力配分ユニット３４は４輪駆動車両１０の左右の後輪１６Ｌおよび１６Ｒへその駆動力を配分するものであり、リングギヤ６８は、ドライブピニオン３０と噛み合うハイポイドギヤが形成された傘歯車であるので、車体を低くできる利点がある。

次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、前述の実施例１と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

図６は、本発明の他の実施例の後輪用駆動力配分ユニット１３４を説明する図２に相当する骨子図である。この後輪用駆動力配分ユニット１３４は、実施例１の後輪用駆動力配分ユニット３４では、ピストン１０４を駆動するアクチュエータとして電磁石１１０が用いられていたのに対して、本実施例２の後輪用駆動力配分ユニット１３４では、ピストン１０４を駆動するアクチュエータとして電動モータ１３６が用いられている点で相違する。図６に示すように、後輪用駆動力配分ユニット１３４では、可動片１０８にラック１３８が設けられているとともに、位置固定に設けられた電動モータ１３６の出力軸にはそのラック１３８と噛み合うピニオン１４０が固設されており、電動モータ１３６によって可動片１０８が軸線Ｃ方向において駆動されるようになっている。本実施例２では、可動片１０８の移動ストロークが大きく得られるので、可動片１０８とピストン１０４とを直結することができ、この場合はラチェット機構１０６が不要となる。本実施例では、上記ラック１３８とそれに噛み合うピニオン１４０を備える電動モータ１３６とが、第３クラッチアクチュエータ１４２を構成している。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例では、後輪用駆動力配分ユニット３４を備えるＦＦベースの車両であったが、本発明はＦＲベース、ＲＲベースなど適宜組み合わせて実施することができる。ＦＲベース、ＲＲベースでは、上記後輪用駆動力配分ユニット３４と同様の構成を有する左右駆動力配分ユニットが前輪に用いられる。

また、前述の実施例の４輪駆動車両１０の後輪用駆動力配分ユニット３４において、リングギヤ６８は、ドライブピニオンと噛み合う傘歯車であったが、軸線Ｃに平行な軸線まわりに設けられた変速機の出力歯と噛み合う平歯車であってもよい。

また、前述の実施例の４輪駆動車両１０の後輪用駆動力配分ユニット３４において、左右一対のカップリング６４Ｌおよび６４Ｒに代えて、差動歯車装置が中央車軸６０の左端部または右端部に設けられていてもよい。たとえば、差動歯車装置が中央車軸６０の左端部に設けられる場合、差動歯車装置のデファレンシャルケースは中央車軸６０に連結され、左側の車軸３６Ｌは差動歯車装置の左側サイドギヤに連結され、右側の車軸３６Ｒは中央車軸６０内を通して差動歯車装置の右側サイドギヤに連結される。

また、前述の実施例の４輪駆動車両１０において、第２クラッチ６２を作動させるための第２クラッチアクチュエータ７２とピストン１０４との間には、その第２クラッチアクチュエータ７２において電磁石１１０による可動片１０８の作動ストロークＳＴよりも大きいストロークでピストン１０４を作動させるためのラチェット機構１０６を備えていた。しかし、その第２クラッチアクチュエータ７２として作動ストロークの大きい電磁アクチュエータ、油圧でピストン１０４を移動させる油圧シリンダが用いられてもよく、その場合には、ラチェット機構１０６が不要となる。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１０：４輪駆動車両
１２：エンジン（駆動源）
１６：後輪（副駆動輪）
２０：前輪用駆動力配分ユニット
２４：トランスファ
２８：プロペラシャフト
３４：後輪用駆動力配分ユニット（左右駆動力配分ユニット）
４４：第１クラッチ
６０：中央車軸（出力軸）
６２：第２クラッチ（ディスコネクト機構）
６４Ｌ、６４Ｒ：カップリング（電子制御カップリング）
６８：円筒状のリングギヤ
６８ａ：外周係合歯
６８ｂ：内周係合歯
７０：可動スリーブ（可動係合部材）
７０ａ：外周係合歯
７２：第２クラッチアクチュエータ（アクチュエータ）
７４：ユニットケース
７６Ｌ、７６Ｒ：一対の軸受
１００：軸受
１０２：スプリング
１０４：ピストン
１０６：ラチェット機構（電磁掛外し機構）
１１０：電磁石
１１２：同期機構
１３６：電動モータ
１４２：第３クラッチアクチュエータ（アクチュエータ）

Claims

駆動源から左右の主駆動輪へ駆動力を伝達する２輪駆動状態と、該駆動源から左右の副駆動輪へも伝達する４輪駆動状態とが選択的に実行される４輪駆動車両において、２輪駆動状態では、４輪駆動状態において専ら前記副駆動輪へ駆動力を伝達する動力伝達部材を該副駆動輪から切り離す左右駆動力配分ユニットであって、
一軸線まわりに回転可能に片持状に支持されて前記４輪駆動状態において駆動力が伝達される円筒状のリングギヤと、
該リングギヤを貫通し且つ該リングギヤと同心状態で回転可能に支持され、該リングギヤに伝達された駆動力を前記左右の副駆動輪へ出力する出力軸と、
前記一軸線方向に移動させられる可動係合部材を有し、該可動係合部材の移動位置に応じて前記リングギヤの内周面と該出力軸の外周面との間を断接するディスコネクト機構と、
前記リングギヤの外周係合歯に対して該リングギヤが支持される側とは反対側に位置し、該可動係合部材を、前記リングギヤと前記出力軸とを相対回転不能に連結するコネクト位置と該リングギヤと該出力軸との相対回転を許容するディスコネクト位置との間で移動させるアクチュエータと
を、含み、
前記ディスコネクト機構は、
前記円筒状のリングギヤの内周面に形成された内周係合歯と、
前記可動係合部材の外周面に形成され、前記リングギヤの内周係合歯と係合可能な外周係合歯とを含み、
前記可動係合部材は、少なくとも長手方向の一部が前記リングギヤの内側に挿入され、前記出力軸の外周面に軸線方向の移動可能且つ軸線まわりの相対回転不能に設けられた円筒状部材であり、
当該左右駆動力配分ユニットは、
前記可動係合部材を前記ディスコネクト位置から前記コネクト位置へ向かって前記軸線方向に付勢するスプリングと、
ディスコネクト指令信号にしたがって作動する電磁石が、所定のストロークで前記コネクト位置にある前記可動係合部材を前記ディスコネクト位置へ向かって前記スプリングの付勢力に抗して移動させてそのディスコネクト位置で掛け止め、コネクト指令信号にしたがって作動する電磁石が該ディスコネクト位置にある該可動係合部材を掛け外して前記スプリングの付勢力にしたがって前記コネクト位置へ移動させる電磁掛外し機構と
が、備えられていることを特徴とする４輪駆動車両のディスコネクト機構付左右駆動力配分ユニット。
前記出力軸の両端部には、該出力軸から前記左右の副駆動輪へ伝達される駆動力を制御する一対の電子制御カップリングがそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項１の４輪駆動車両のディスコネクト機構付左右駆動力配分ユニット。
前記一対の電子制御カップリングは、前記出力軸とその左右両端部において一体的にそれぞれ固定された状態で前記左右駆動力配分ユニットのケース内に収容され、
前記出力軸と前記一対の電子制御カップリングは、該一対の電子制御カップリングを直接支持する左右一対の軸受けを介して前記ケースにより回転可能に支持されていることを特徴とする請求項２のディスコネクト機構付左右駆動力配分ユニット。
前記リングギヤの前記電磁掛外し機構側に相対回転不能に設けられたギヤ側摩擦係合部材と、前記出力軸の外周面において相対回転不能且つ軸線方向の相対移動可能に設けられて前記スプリングにより付勢された可動側摩擦係合部材とを有し、前記ディスコネクト位置にある前記可動係合部材を前記コネクト位置へ移動させるに先立って該ギヤ側摩擦係合部材と該可動側摩擦係合部材とを相互に摺接させることにより前記可動係合部材の回転と前記リングギヤの回転とを同期させる同期機構
を、含むことを特徴とする請求項１の４輪駆動車両のディスコネクト機構付左右駆動力配分ユニット。