JP6728690B2 - 噛み合いクラッチ及び差動装置 - Google Patents

Description

本発明は、噛み合いによって回転部材間でトルクを伝達する噛み合いクラッチ、及びその噛み合いクラッチを備えた差動装置に関する。

従来、車両の左右の車輪に差動を許容して駆動力を配分するディファレンシャル装置（差動装置）には、相対回転可能な回転部材間の差動を規制する噛み合いクラッチを備えたものがある（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載のディファレンシャル装置は、四輪駆動車の前輪側に配置され、相対回転可能なアウタデフケース及びインナデフケースを備えている。アウタデフケースの外周にはリングギヤが固定され、インナデフケースにはピニオンシャフトが固定されている。インナデフケースの内部には、ピニオンシャフトに軸支された一対のピニオンギヤ、及び一対のピニオンギヤにギヤ軸を直交させて噛合する一対のサイドギヤが収容されている。

インナデフケースとアウタデフケースとは、噛み合いクラッチ（ドッグクラッチ）の作動時に相対回転が規制され、噛み合いクラッチの非作動時には相対回転が許容される。噛み合いクラッチは、電磁コイルの磁力を受けて軸方向に移動するプランジャと、プランジャによって押圧されるクラッチ部材とを有している。クラッチ部材は、複数の扇形脚部と、インナデフケースに噛み合う複数の噛み合い歯とを一体に有し、リターンスプリングによってインナデフケースから離間する方向に付勢されている。クラッチ部材の複数の扇形脚部は、それぞれアウタデフケースの扇形孔に挿通されている。扇形脚部の周方向端面と、この周方向端面に対向する扇形孔の端縁とは、互いに平行に軸線方向に対して傾斜している。この構成により、アウタデフケースの扇形孔及びクラッチ部材の扇形脚部がカム機構を構成し、クラッチ部材は、このカム機構の推力によってインナデフケースとの噛み合い方向への押圧力を受ける。

特許文献２に記載のディファレンシャル装置は、車軸を挿通させる挿通孔が形成された円板状のリングギヤと、リングギヤの側面に固定されたデフケースと、デフケースに収容された一対のピニオンギヤ及び一対のサイドギヤとを有している。また、特許文献２に記載のディファレンシャル装置は、リングギヤ及びデフケースと一方のサイドギヤとの相対回転を規制するための構成として、モータを有するアクチュエータと、アクチュエータによって軸方向に移動するフォーク状の操作金具と、操作金具と共に軸方向に移動する環状のデフロックスライダと、デフロックスライダとの間に配置された押付バネを介して操作金具からの操作力を受けるクラッチ部材と、リングギヤの本体部とクラッチ部材との間に設けられた複数のボール部材とを有している。ボール部材は、リングギヤの本体部に形成された椀状凹部に一部が収容されると共に、クラッチ部材に形成された椀状凹部に一部が収容され、リングギヤ及びクラッチ部材と共にボールカム機構を構成する。

クラッチ部材は、デフケースのバネ受け部との間に配置された復帰バネによって一方のサイドギヤから離間する方向に付勢されている。また、クラッチ部材は、一方のサイドギヤに噛み合う複数の噛み合い歯と、リングギヤに形成された複数の操作孔にそれぞれ挿通された複数のロックピンとを一体に有している。ロックピンの先端部は、デフロックスライダのピン孔に摺動可能に嵌合されている。電動モータの正転によるアクチュエータの作動によって操作金具が軸方向に移動すると、クラッチ部材が押付バネによってサイドギヤ側に押し付けられ、クラッチ部材とリングギヤとの相対回転によってボールカム機構が作動する。そして、ボールカム機構の推力によってクラッチ部材がサイドギヤ側により強く押し付けられ、クラッチ部材の複数の噛み合い歯がサイドギヤに噛み合う。

このように、特許文献２に記載のディファレンシャル装置は、電動モータの正転によってクラッチ部材が一方のサイドギヤにデフロックスライダ及び押付バネを介して押し付けられ、ボールカム機構が作動してクラッチ部材と一方のサイドギヤとが噛み合う。また、電動モータを逆転させることで、クラッチ部材が一方のサイドギヤから離間し、クラッチ部材と一方のサイドギヤとの噛み合いが解除される。

特開２００３−３２２２４０号公報 特開２００８−９５７１１号公報

特許文献１に記載のディファレンシャル装置は、クラッチ部材の扇形脚部における周方向端面の傾斜角が小さいので、インナデフケースと噛み合わせるための十分な押圧力をクラッチ部材に作用させるためには、大きな磁力を発生させることが可能な電磁コイルを用いる必要がある。また、扇形脚部の周方向端面の傾斜角を大きくした場合には、クラッチ部材とインナデフケースとの噛み合いを解除するためのリターンスプリングの付勢力を大きくする必要があり、この付勢力に抗してプランジャを移動させるため、やはり大きな磁力を発生させることが可能な電磁コイルを用いる必要がある。このため、特許文献１のように構成されたディファレンシャル装置では、大きな磁力を発生させることが可能な電磁コイルを用いる必要があり、装置が大型化すると共に、消費電力も大きくなってしまう。

また、特許文献２に記載のディファレンシャル装置は、正転及び逆転可能な電動モータを有するアクチュエータによってフォーク状の操作金具を軸方向に移動させるので、装置が大型化すると共に部品点数が多くなり、コストの上昇を招来してしまう。また、ボールカム機構の推力は、リングギヤとデフケースとを軸方向に離間させるように作用するので、リングギヤ及びデフケースの強度を高める必要があり、これによっても装置が大型化してしまう。

本願の発明者らは、従来のディファレンシャル装置が有する上記の問題点に鑑みて、カム機構の推力によってクラッチ部材を回転部材に噛み合わせると共に、クラッチ部材と回転部材とが噛み合った後は、カム機構の推力を抑制する構成を備えることで、これらの問題を解決できるという着想を得た。

本発明は、この着想に基づいてなされたものであり、小型化が可能な噛み合いクラッチ、及びその噛み合いクラッチを備えた差動装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、共通の回転軸を中心として相対回転可能に配置された第１回転部材及び第２回転部材と、前記第１回転部材と前記第２回転部材との間でトルクを伝達することが可能なクラッチ部材と、前記クラッチ部材を押圧して前記回転軸方向に移動させる押圧機構とを備え、前記クラッチ部材は、前記回転軸方向への移動によって前記第２回転部材に噛み合う噛み合い部と、前記第１回転部材に形成された被係合部と周方向に係合する係合部と、前記第１回転部材との相対回転によって前記回転軸方向のカム推力を発生させるカム面とを有し、前記第１回転部材と前記クラッチ部材とは、所定の角度範囲で相対回転可能であり、前記クラッチ部材が前記第２回転部材に噛み合う方向に移動したとき、前記第２回転部材との噛み合い深さが前記カム推力によって深くなった後に前記係合部が前記被係合部に係合して前記第１回転部材からのトルクを受け、前記クラッチ部材には、前記所定の角度範囲よりも大きい角度範囲に亘って前記カム面が形成されている、噛み合いクラッチを提供する。

また、本発明は、上記の目的を達成するため、上記の噛み合いクラッチと、前記回転軸を中心として前記第１回転部材及び前記第２回転部材と相対回転可能な第３回転部材と、前記クラッチ部材の前記噛み合い部が前記第２回転部材に噛み合わない状態で、前記第１回転部材に入力されたトルクを前記第２回転部材及び前記第３回転部材に差動を許容して配分され、前記クラッチ部材の前記噛み合い部が前記第２回転部材に噛み合うことにより、前記第１回転部材と前記第２回転部材及び前記第３回転部材との差動が規制される、差動装置を提供する。

本発明によれば、噛み合いクラッチ及び差動装置の小型化が可能となる。

本発明の実施の形態に係る差動装置の構成例を示す断面図である。 差動装置の分解斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、差動装置の押圧機構を構成するクラッチ部材の斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、差動装置の一部を拡大して示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、カム機構の動作を模式的に示す説明図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る差動装置の構成例を示す断面図である。図２は、差動装置の分解斜視図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、差動装置の押圧機構を構成するクラッチ部材の斜視図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、差動装置の一部を拡大して示す断面図である。

この差動装置１は、エンジンや電動モータからなる車両の駆動源の駆動力を一対の出力軸に差動を許容して配分するために用いられる。より具体的には、本実施の形態に係る差動装置１は、例えば駆動源の駆動力を左右の車輪に配分するディファレンシャル装置として用いられ、入力された駆動力を一対の出力軸としての左右のドライブシャフトに配分する。なお、以下の説明では、便宜上、図１の右側及び左側を単に「右側」及び「左側」という場合があるが、この「右側」及び「左側」は、必ずしも車両に搭載された状態における車幅方向の左右をいうものではない。

差動装置１は、デフケース２と、デフケース２に収容された第１サイドギヤ３１及び第２サイドギヤ３２と、第１ピニオンギヤ４１及び第２ピニオンギヤ４２を互いに噛み合せてなる複数（本実施の形態では５組）のピニオンギヤ組４０と、デフケース２と第１サイドギヤ３１との間でトルクを伝達することが可能なクラッチ部材５と、クラッチ部材５に押力圧を付与する押圧機構１０とを備える。デフケース２、第１サイドギヤ３１、クラッチ部材５、及び押圧機構１０は、噛み合いクラッチ１１を構成する。

第１サイドギヤ３１は右側に、第２サイドギヤ３２は左側に、それぞれ配置されている。第１サイドギヤ３１及び第２サイドギヤ３２は筒状であり、第１サイドギヤ３１の内周面には一方の出力軸が相対回転不能に連結されるスプライン嵌合部３１０が形成され、第２サイドギヤ３２の内周面には他方の出力軸が相対回転不能に連結されるスプライン嵌合部３２０が形成されている。

デフケース２、第１サイドギヤ３１、及び第２サイドギヤ３２は、共通の回転軸線Ｏを中心として、互いに相対回転可能に配置されている。以下、回転軸線Ｏに平行な方向を軸方向という。

デフケース２は、駆動源の駆動力が入力される入力回転部材として機能し、第１サイドギヤ３１及び第２サイドギヤ３２は、それぞれ第１出力ギヤ及び第２出力ギヤとして機能する。デフケース２には、各ピニオンギヤ組４０の第１ピニオンギヤ４１及び第２ピニオンギヤ４２を回転可能に保持する複数の保持孔２０が形成されている。第１ピニオンギヤ４１及び第２ピニオンギヤ４２は、回転軸線Ｏを中心として公転すると共に、それぞれの中心軸を回転軸として保持孔２０内で自転可能である。

第１サイドギヤ３１及び第２サイドギヤ３２は、共通の外径を有し、外周面には複数の斜歯からなる歯車部３１１，３２１がそれぞれ形成されている。第１サイドギヤ３１と第２サイドギヤ３２との間には、センタワッシャ８１が配置されている。また、第１サイドギヤ３１の右側にはサイドワッシャ８２が配置され、第２サイドギヤ３２の左側にはサイドワッシャ８３が配置されている。

第１ピニオンギヤ４１は、長歯車部４１１と、短歯車部４１２と、長歯車部４１１と短歯車部４１２とを軸方向に連結する連結部４１３とを一体に有している。同様に、第２ピニオンギヤ４２は、長歯車部４２１と、短歯車部４２２と、長歯車部４２１と短歯車部４２２とを軸方向に連結する連結部４２３とを一体に有している。

第１ピニオンギヤ４１は、長歯車部４１１が第１サイドギヤ３１の歯車部３１１及び第２ピニオンギヤ４２の短歯車部４２２と噛み合い、短歯車部４１２が第２ピニオンギヤ４２の長歯車部４２１と噛み合っている。第２ピニオンギヤ４２は、長歯車部４２１が第２サイドギヤ３２の歯車部３２１及び第１ピニオンギヤ４１の短歯車部４１２と噛み合い、短歯車部４２２が第１ピニオンギヤ４１の長歯車部４１１と噛み合っている。なお、図２では、これら各歯車部の斜歯の図示を省略している。

第１サイドギヤ３１及び第２サイドギヤ３２が同じ速度で回転する場合、第１ピニオンギヤ４１及び第２ピニオンギヤ４２は、保持孔２０内で自転することなくデフケース２と共に公転する。また、例えば車両の旋回時等において第１サイドギヤ３１及び第２サイドギヤ３２の回転速度が異なると、第１ピニオンギヤ４１及び第２ピニオンギヤ４２が保持孔２０内で自転しながら公転する。これにより、デフケース２に入力された駆動力が第１サイドギヤ３１及び第２サイドギヤ３２に差動を許容して配分される。なお、デフケース２が本発明の「第１回転部材」に、第１サイドギヤ３１が本発明の「第２回転部材」に、第２サイドギヤ３２が本発明の「第３回転部材」に、それぞれ相当する。

クラッチ部材５は、デフケース２と第１サイドギヤ３１とを相対回転不能に連結する連結位置、及びデフケース２と第１サイドギヤ３１との相対回転を許容する非連結位置との間を軸方向に移動する。図４（ａ）は、クラッチ部材５が非連結位置にある状態を、図４（ｂ）は、クラッチ部材５が連結位置にある状態を、それぞれ示している。

クラッチ部材５が連結位置にあるとき、デフケース２と第１サイドギヤ３１との差動が規制されることにより、第１ピニオンギヤ４１及び第２ピニオンギヤ４２が自転不能となり、デフケース２と第２サイドギヤ３２との差動も規制される。クラッチ部材５は、第１サイドギヤ３１との間に配置された復帰バネ８４によって、非連結位置に向かって付勢されている。

押圧機構１０は、電磁力を発生させる電磁石６と、電磁石６の磁力によって軸方向に移動し、クラッチ部材５を押圧して軸方向に移動させるプランジャ７とを有する。電磁力石６は、円筒状の電磁コイル６０と、電磁コイル６０への通電によって発生する磁束の磁路となるヨーク６１とを有する。電磁コイル６０は、通電によりクラッチ部材５を軸方向に移動させる磁力を発生する。

ヨーク６１は、電磁コイル６０の内周面に対向する内環部６１１と、電磁コイル６０の外周面に対向する外環部６１２と、電磁コイル６０の軸方向の両端面にそれぞれ対向する第１及び第２軸端部６１３，６１４とを有している。第１軸端部６１３は電磁コイル６０の左側の端部に対向し、第２軸端部６１４は電磁コイル６０の右側の端部に対向する。本実施の形態では、ヨーク６１が、内環部６１１及び第１軸端部６１３を有する内側部材６２と、外環部６１２及び第２軸端部６１４を有する外側部材６３とからなり、内側部材６２と外側部材６３とが溶接により一体化されている。

ヨーク６１の内環部６１１には、電磁コイル６０の磁束の磁路が不連続となる不連続部６１１ａが周方向に沿って形成されている。本実施の形態では、ヨーク６１の内環部６１１の軸方向長さが外環部６１２の軸方向長さよりも短く、内環部６１１の軸方向の端部と第２軸端部６１４との間に形成された空隙が不連続部６１１ａとなっている。

また、内環部６１１には、不連続部６１１ａよりも第１軸端部６１３側の内周面に、径方向の切れ込み６１１ｂが形成されている。この切れ込み６１１には、非磁性体からなる扇状の複数（本実施の形態では３つ）の固定板８５の外周端部が嵌合している。図２では、このうち２つの固定板８５を示している。それぞれの固定板８５は、ピン８６によってデフケース２に固定されている。ヨーク６１は、固定板８５が切れ込み６１１ｂに嵌合することで、デフケース２に対する軸方向の位置が固定されている。

プランジャ７は、軟磁性体からなる環状の磁性体コア７０と、磁性体コア７０と一体に軸方向に移動してクラッチ部材５を押圧する非磁性体からなる押圧部材７１とを有する。磁性体コア７０は、ヨーク６１の不連続部６１１ａを挟む両端部のうち少なくとも一方の端部と軸方向に対向する。本実施の形態では、磁性体コア７０の外周側の一部が、ヨーク６１の内環部６１１における第２軸端部６１４側の端部と軸方向に対向する。

より具体的には、磁性体コア７０の左側の端部における外周側の一部に軸方向に対して傾斜した傾斜面７０ａが形成され、ヨーク６１の内環部６１１における不連続部６１１ａ側の軸方向の端部には、磁性体コア７０の傾斜面７０ａと平行に軸方向に対して傾斜した傾斜面６１１ｃが形成されている。磁性体コア７０の傾斜面７０ａは、ヨーク６１の内環部６１１における傾斜面６１１ｃと軸方向に対向している。また、磁性体コア７０の外周面７０ｂは、ヨーク６１の第２軸端部６１４の内周側の端部に対向している。

押圧部材７１は、磁性体コア７０の軸方向端面に対向する環状板部７１１と、磁性体コア７０の内周面に対向する円筒状板部７１２と、円筒状板部７１２から軸方向に延出され、クラッチ部材５の軸方向端面（後述する係合部５３の先端面５３ｂ）に当接してクラッチ部材５を押圧する複数（本実施の形態では３つ）の延出部７１３とを有している。

デフケース２は、複数のネジ２００によって互いに固定された第１ケース部材２１及び第２ケース部材２２と、第１ケース部材２１に固定され、プランジャ７を軸方向に案内する複数（本実施の形態では３本）の柱状のガイド部材２３とを有している。プランジャ７は、ガイド部材２３に案内されてデフケース２に対して軸方向に移動可能である。

ガイド部材２３は、例えばオーステナイト系ステンレスやアルミニウムからなる非磁性体であり、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、円柱状の軸部２３１と、軸部２３１の一端部に設けられた抜け止め部２３２とを一体に有している。プランジャ７には、ガイド部材２３の軸部２３１を挿通させる挿通孔７ａが複数箇所（本実施の形態では３箇所）に形成されている。挿通孔７ａは、軸方向に延びて磁性体コア７０及び押圧部材７１を軸方向に貫通している。

ガイド部材２３の軸部２３１は、プランジャ７の挿通孔７ａの内径よりも僅かに小さな外径を有し、その中心軸に沿う長手方向が回転軸線Ｏと平行である。抜け止め部２３２は、プランジャ７の挿通孔７ａの内径よりも大きな外径を有する円板状であり、プランジャ７のクラッチ部材５とは反対側の端部に当接してプランジャ７を抜け止めする。

第１ケース部材２１は、複数のピニオンギヤ組４０を回転可能に保持する円筒状の円筒部２１１と、円筒部２１１の一端部から内方に延在する底部２１２と、第２ケース部材２２に突き当てられるフランジ部２１３とを一体に有している。円筒部２１１と底部２１２との間の角部には、電磁石６が装着される環状凹部２１０が形成されている。

第１サイドギヤ３１及び第２サイドギヤ３２は、円筒部２１１の内側に配置されている。また、第１ケース部材２１は、ヨーク６１よりも透磁率が低い金属からなり、フランジ部２１３には図略のリングギヤが固定される。デフケース２は、リングギヤから伝達される駆動力により回転軸線Ｏを中心として回転する。リングギヤは、第１ケース部材２１の底部２１２側からデフケース２に装着される。この際、電磁石６は環状凹部２１０に収容され、電磁石６の外径が第１ケース部材２１の円筒部２１１の外径と同等であるので、電磁石６を固定したままリングギヤを装着することができる。

第１ケース部材２１の底部２１２には、図２に示すように、ガイド部材２３の軸部２３１の一端部が圧入される複数の圧入孔２１２ａと、押圧部材７１の延出部７１３を挿通させる複数の挿通孔２１２ｂとが形成されている。挿通孔２１２ｂは、底部２１２を軸方向に貫通している。本実施の形態では、３つの圧入孔２１２ａ及び３つの挿通孔２１２ｂが、底部２１２の周方向に沿って等間隔に形成されている。図２では、このうち２つの圧入孔２１２ａと１つの挿通孔２１２ｂとを示している。

電磁コイル６０に通電されると、図４（ｂ）に破線で示す磁路Ｇに磁束が発生し、磁性体コア７０の傾斜面７０ａがヨーク６１の内環部６１１における傾斜面６１１ｃに近づくように、プランジャ７が内環部６１１に引き寄せられる。これにより、磁性体コア７０が磁力を受けて押圧部材７１の延出部７１３の先端部がクラッチ部材５の軸方向端面に当接し、クラッチ部材５を押圧する。

クラッチ部材５は、その最外径（最も外側の部分の直径）が、ヨーク６１の内径（内環部６１１の最小径）よりも小さく、ヨーク６１の内側に配置されている。また、クラッチ部材５は、図３に示すように、一方の軸方向端面５１ａに複数の椀状凹部５１０が形成された円環板状の円板部５１と、第１サイドギヤ３１と軸方向に対向する円板部５１の他方の軸方向端面５１ｂに形成された噛み合い部５２と、円板部５１の一方の軸方向端面５１ａから軸方向に突出して形成された台形柱状の係合部５３とを一体に有している。

円板部５１は、電磁石６が装着される環状凹部２１０の径方向内側に配置されている。円板部５１の一方の軸方向端面５１ａは、第１ケース部材２１の底部２１２と軸方向に対向する。係合部５３は、第１ケース部材２１の底部２１２に形成された挿通孔２１２ｂに一部が挿入されている。噛み合い部５２には、軸方向に突出する複数の噛み合い歯５２１が形成されている。複数の噛み合い歯５２１は、円板部５１の他方の軸方向端面５１ｂの外周側の一部に形成され、噛み合い部５２よりも内側の軸方向端面５１ｂは、復帰バネ８４が当接して非連結位置への付勢力を受ける平坦な受け面として形成されている。

第１サイドギヤ３１には、歯車部３１１よりも外周側に突出して設けられた環状壁部３１２に、クラッチ部材５の複数の噛み合い歯５２１に噛み合う複数の噛み合い歯３１３が形成されている。

クラッチ部材５は、プランジャ７に押圧されて軸方向に移動することで、噛み合い部５２の複数の噛み合い歯５２１が第１サイドギヤ３１の複数の噛み合い歯３１３に噛み合う。つまり、クラッチ部材５と第１サイドギヤ３１とは、クラッチ部材５が第１サイドギヤ３１側に移動したとき、複数の噛み合い歯５２１，３１３同士の噛み合いによって相対回転不能に連結される。

第１ケース部材２１は、クラッチ部材５の係合部５３が周方向に係合する被係合部が、挿通孔２１２ｂによって形成されている。クラッチ部材５の係合部５３は、挿通孔２１２ｂの内面２１２ｃ（図２参照）に当接して第１ケース部材２１からのトルクを受ける当接面５３ａを有している。当接面５３ａは、係合部５３における周方向の端面である。係合部５３の当接面５３ａ、及びこの当接面５３ａが当接する挿通孔２１２ｂの内面２１２ｃは、回転軸線Ｏと平行な平坦面である。クラッチ部材５が第１ケース部材２１からのトルクを受けるとき、係合部５３の当接面５３ａは、挿通孔２１２ｂの内面２１２ｃに面接触する。

また、係合部５３の先端面５３ｂは、押圧部材７１の延出部７１３の先端部が当接する被押圧面として形成されている。電磁コイル６０に通電されたとき、プランジャ７は、押圧部材７１の延出部７１３が係合部５３の先端面５３ｂに当接して、クラッチ部材５を第１サイドギヤ３１の環状壁部３１２側に押圧する。

椀状凹部５１０の内面５１０ａは、第１ケース部材２１との相対回転によって軸方向のカム推力を発生させるカム面として形成されている。換言すれば、クラッチ部材５は、円板部５１における第１ケース部材２１の底部２１２との対向面（一方の軸方向端面５１ａ）の一部がカム面として形成されている。

図１に示すように、第１ケース部材２１の底部２１２には、椀状凹部５１０の内面５１０ａに当接する突起２１２ｄが軸方向に突出して設けられている。本実施の形態では、この突起２１２ｄが、底部２１２に固定された球体２４によって形成されている。球体２４は、その一部が底部２１２に設けられた軸方向の窪み２１２ｅに収容されて、第１ケース部材２１に保持されている。ただし、突起２１２ｄを、底部２１２の一部として一体に形成してもよい。この場合でも、突起２１２ｄの先端部は球面状であることが望ましい。

底部２１２の挿通孔２１２ｂは、周方向の幅がクラッチ部材５の係合部５３の周方向の幅よりも広く、デフケース２とクラッチ部材５とは、挿通孔２１２ｂの周方向幅と係合部５３の周方向幅との差に応じた所定の角度範囲で相対回転可能である。クラッチ部材５には、この所定の角度範囲よりも大きい角度範囲に亘って、椀状凹部５１０の内面５１０ａが形成されている。これにより、クラッチ部材５がデフケース２に対して相対回転しても、突起２１２ｄ（球体２４）の先端部が常に椀状凹部５１０に収容されて内面５１０ａと軸方向に向かい合う。

第１ケース部材２１の底部２１２の突起２１２ｄとクラッチ部材５の円板部５１の椀状凹部５１０とは、クラッチ部材５を底部２１２から離間させる軸方向の推力を発生させるカム機構１２を構成する。次に、図５を参照して、このカム機構１２の動作について説明する。

図５（ａ）〜（ｃ）は、カム機構１２の動作を、クラッチ部材５、第１ケース部材２１の底部２１２、及び第１サイドギヤ３１の環状壁部３１２の周方向断面で模式的に示す説明図である。図５（ａ）及び（ｂ）では、デフケース２（第１ケース部材２１）に対する第１サイドギヤ３１の回転方向を矢印Ａで示している。

図５（ａ）に示すように、椀状凹部５１０の内面５１０ａは、クラッチ部材５の周方向に対して一方に傾斜した第１傾斜面５１０ｂと、クラッチ部材５の周方向に対して他方に傾斜した第２傾斜面５１０ｃとからなる。クラッチ部材５の周方向に対する第１傾斜面５１０ｂの傾斜角と第２傾斜面５１０ｃの傾斜角とは同じである。

クラッチ部材５の噛み合い歯５２１、及び第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３は、共に断面台形状である。周方向に隣り合う噛み合い歯３１３の間には、クラッチ部材５の噛み合い歯５２１が嵌合する複数の凹部３１３ａが形成されている。クラッチ部材５の噛み合い歯５２１の歯面５２１ａ、及び第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３の歯面３１３ｂは、クラッチ部材５及び第１サイドギヤ３１の周方向に対して斜めに傾斜している。

クラッチ部材５の椀状凹部５１０における第１傾斜面５１０ｂ及び第２傾斜面５１０ｃの傾斜角（カム角）をα、クラッチ部材５の周方向に対する噛み合い歯５２１の歯面５２１ａの傾斜角をβ、第１サイドギヤ３１の周方向に対する噛み合い歯３１３の歯面３１３ｂの傾斜角をγとすると、β＝γであり、αはβ及びγよりも小さい。これにより、カム機構１２が作動してクラッチ部材５の噛み合い歯５２１が第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３に噛み合ったとき、カム機構１２のカム推力が噛み合い歯５２１，３１３の噛み合い反力よりも大きくなり、この噛み合い反力によってクラッチ部材５が第１ケース部材２１の底部２１２側に押し戻されることがない。

電磁コイル６０に通電されていないとき、クラッチ部材５は、復帰バネ８４の付勢力によって第１ケース部材２１の底部２１２側に押し付けられている。この状態を図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、底部２１２の突起２１２ｄは、椀状凹部５１０の最奥部に当接し、クラッチ部材５の噛み合い歯５２１と第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３とは噛み合わない。この状態では、デフケース２と第１サイドギヤ３１とが相対回転可能であり、デフケース２に入力されたトルクが第１サイドギヤ３１及び第２サイドギヤ３２に差動を許容して配分される。

電磁コイル６０に通電されると、プランジャ７の押圧部材７１がクラッチ部材５を押圧し、その後カム機構１２が作動して、クラッチ部材５が第１サイドギヤ３１に噛み合う。図５（ｂ）は、この噛み合いの開始時の状態を示し、図５（ｃ）は、噛み合いが完了した状態を示している。

図５（ｂ）に示すように、電磁コイル６０に通電されてクラッチ部材５がプランジャ７の押圧部材７１に押圧されると、まずクラッチ部材５の噛み合い歯５２１及び第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３の先端部同士が噛み合う。この噛み合いにより、クラッチ部材５が第１サイドギヤ３１に連れ回りしてデフケース２と相対回転し、底部２１２の突起２１２ｄが椀状凹部５１０の第１傾斜面５１０ｂ又は第２傾斜面５１０ｃを摺動する。図５（ｂ）では、底部２１２の突起２１２ｄが椀状凹部５１０の第１傾斜面５１０ｂを摺動する場合を示している。この摺動により、底部２１２の突起２１２ｄが当接する部分が徐々に椀状凹部５１０の浅い部分に移動し、クラッチ部材５がカム推力によって第１サイドギヤ３１側に移動する。これにより、クラッチ部材５の噛み合い歯５２１と第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３との噛み合い深さ（噛み合い歯５２１，３１３が軸方向にオーバーラップする距離）ｄ_１が徐々に深くなる。

デフケース２に対するクラッチ部材５の相対回転は、クラッチ部材５の係合部５３の当接面５３ａが、第１ケース部材２１における挿通孔２１２ｂの内面２１２ｃに接触することで規制される。つまり、図５（ｃ）に示すようにクラッチ部材５の係合部５３の当接面５３ａが挿通孔２１２ｂの内面２１２ｃに当接すると、デフケース２に対するクラッチ部材５の相対回転が停止し、クラッチ部材５のデフケース２に対する軸方向移動も停止する。

このとき、第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３の間の凹部３１３ａの底面３１３ｃと、クラッチ部材５の噛み合い歯５２１の先端面５２１ｂとの間には、図５（ｃ）に示すように、軸方向寸法がｄ_２の隙間Ｓ_１が形成される。つまり、デフケース２に対してクラッチ部材５が相対回転しても、クラッチ部材５の噛み合い歯５２１が第１サイドギヤ３１の環状壁部３１２に突き当たらず、カム機構１２のカム推力によってクラッチ部材５が直接的に第１サイドギヤ３１を軸方向に押圧することがない。また、第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３の先端面３１３ｄとクラッチ部材５の円板部５１との間にも、同様に隙間Ｓ_２が形成される。

クラッチ部材５の噛み合い歯５２１と第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３との噛み合いが完了した状態では、クラッチ部材５の係合部５３が第１ケース部材２１の挿通孔２１２ｂに係合してデフケース２とクラッチ部材５との相対回転が規制され、かつクラッチ部材５の噛み合い歯５２１と第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３との噛み合いによりクラッチ部材５と第１サイドギヤ３１との相対回転が規制される。これにより、デフケース２と第１サイドギヤ３１との相対回転が規制され、デフケース２からクラッチ部材５を介して第１サイドギヤ３１にトルクが伝達される。

このように、クラッチ部材５が第１サイドギヤ３１に噛み合う方向に移動したとき、第１サイドギヤ３１との噛み合い深さがカム推力によって深くなった後にクラッチ部材５の係合部５３が第１ケース部材２１の挿通孔２１２ｂに係合して、クラッチ部材５がデフケース２からのトルクを受ける。

また、デフケース２と第１サイドギヤ３１との差動が規制されることによって第１ピニオンギヤ４１及び第２ピニオンギヤ４２が自転不能となり、デフケース２と第２サイドギヤ３２との差動も規制され、デフケース２から第１ピニオンギヤ４１及び第２ピニオンギヤ４２を介して第２サイドギヤ３２にトルクが伝達される。

図５（ｃ）に示すように、カム機構１２のカム推力をＦｃ、電磁コイル６０への通電によるプランジャ７の押圧力をＦｐ、クラッチ部材５の噛み合い歯５２１と第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３との噛み合い反力をＦｄ、復帰バネ８４の付勢力をＦｒとすると、Ｆｐ＞Ｆｒであれば、図５（ａ）に示す状態から図５（ｂ）に示す状態に移行することができ、その後はカム機構１２のカム推力Ｆｃによってクラッチ部材５の噛み合い歯５２１と第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３との噛み合わせが完了する。

クラッチ部材５の噛み合い歯５２１と第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３とが噛み合うことにより噛み合い反力Ｆｄが発生するが、前述のようにα＜β，γの関係にあるため、噛み合い反力Ｆｄはカム推力Ｆｃよりも小さい。クラッチ部材５の噛み合い歯５２１と第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３との噛み合いを維持するための条件は、Ｆｄ＋Ｆｒ＜Ｆｃ＋Ｆｐである。

また、電磁コイル６０への通電が遮断されると、クラッチ部材５は、噛み合い反力Ｆｄ及び復帰バネ８４の付勢力Ｆｒにより図５（ａ）に示す非連結位置に復帰する。このための条件は、Ｆｄ＋Ｆｒ＞Ｆｃである。すなわち、クラッチ部材５の椀状凹部５１０における第１傾斜面５１０ｂ及び第２傾斜面５１０ｃの傾斜角α、クラッチ部材５の噛み合い歯５２１の歯面５２１ａの傾斜角β、第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３の歯面３１３ｂの傾斜角γ、電磁石６の磁力、及び復帰バネ８４のバネ定数は、Ｆｄ＋Ｆｒ＜Ｆｃ＋Ｆｐの不等式、及びＦｄ＋Ｆｒ＞Ｆｃの不等式を満たすように設定される。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明した本実施の形態によって得られる主な作用及び効果は次のとおりである。

（１）クラッチ部材５が第１サイドギヤ３１に噛み合う方向に移動したとき、クラッチ部材５の噛み合い歯５２１と第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３との噛み合い深さがカム機構１２のカム推力によって深くなり、その後、クラッチ部材５の係合部５３が第１ケース部材２１の挿通孔２１２ｂに係合してクラッチ部材５がデフケース２からのトルクを受ける。このため、電磁石６は、復帰バネ８４の付勢力に抗してクラッチ部材５を軸方向に移動させるだけの電磁力をプランジャ７に付与すればよく、差動装置１の大型化及び消費電力の増大を抑制することができる。

（２）クラッチ部材５の噛み合い歯５２１と第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３との噛み合いが完了したとき、第１サイドギヤ３１の噛み合い歯３１３の間の凹部３１３ａの底面３１３ｃとクラッチ部材５の噛み合い歯５２１の先端面３１３ｂとの間に隙間ｓが形成される。これにより、カム機構１２のカム推力によってクラッチ部材５が第１サイドギヤ３１を軸方向に押圧することがなく、第１サイドギヤ３１を支持するために必要なデフケース２の剛性を抑制することができ、デフケース２の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。

（３）クラッチ部材５は、係合部５３が第１ケース部材２１の挿通孔２１２ｂに係合してデフケース２からのトルクを受けるので、デフケース２からクラッチ部材５へのトルク伝達構造を簡素化しながら、デフケース２とクラッチ部材５との相対回転を所定の角度範囲に制限することができる。また、クラッチ部材５の係合部５３における当接面５３ｂ及び第１ケース部材２１の挿通孔２１２ｂの内面２１２ｃは、回転軸線Ｏと平行な面であり、係合部５３の当接面５３ｂと挿通孔２１２ｂの内面２１２ｃとが面接触するので、トルク伝達時の応力集中が緩和される。

（４）第１ケース部材２１の底部２１２の突起２１２ｄが、底部２１２の窪み２１２ｅに収容された球体２４によって形成されているので、第１ケース部材２１の加工が容易となる。

（付記）
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、一対のサイドギヤ（第１サイドギヤ３１及び第２サイドギヤ３２）と一対のピニオンギヤ（第１ピニオンギヤ４１及び第２ピニオンギヤ４２）のそれぞれの回転軸が平行な平行軸タイプの差動装置に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、一対のサイドギヤと一対のピニオンギヤとがギヤ軸を直交させて噛み合う構成の差動装置に本発明を適用することも可能である。

１…差動装置 １０…押圧機構
１１…噛み合いクラッチ １２…カム機構
２…デフケース（第１回転部材） ２１…第１ケース部材
２１１…円筒部 ２１２…底部
２１２ｂ…挿通孔（被係合部） ２１２ｃ…内面
２１２ｄ…突起 ２４…球体
３１…第１サイドギヤ（第２回転部材） ３１２…環状壁部
３１３…噛み合い歯 ３１３ａ…凹部
３１３ｃ…底面 ３２…第２サイドギヤ（第３回転部材）
５…クラッチ部材 ５１…円板部
５１０…椀状凹部 ５１０ａ…内面（カム面）
５２…噛み合い部 ５２１…噛み合い歯
５２１ｂ…先端面 ５３…係合部
５３ａ…当接面 ７…プランジャ

Claims (9)

1. 共通の回転軸を中心として相対回転可能に配置された第１回転部材及び第２回転部材と、
   前記第１回転部材と前記第２回転部材との間でトルクを伝達することが可能なクラッチ部材と、
   前記クラッチ部材を押圧して前記回転軸方向に移動させる押圧機構とを備え、
   前記クラッチ部材は、前記回転軸方向への移動によって前記第２回転部材に噛み合う噛み合い部と、前記第１回転部材に形成された被係合部と周方向に係合する係合部と、前記第１回転部材との相対回転によって前記回転軸方向のカム推力を発生させるカム面とを有し、
   前記第１回転部材と前記クラッチ部材とは、所定の角度範囲で相対回転可能であり、
   前記クラッチ部材が前記第２回転部材に噛み合う方向に移動したとき、前記第２回転部材との噛み合い深さが前記カム推力によって深くなった後に前記係合部が前記被係合部に係合して前記第１回転部材からのトルクを受け、
   前記クラッチ部材には、前記所定の角度範囲よりも大きい角度範囲に亘って前記カム面が形成されている、
   噛み合いクラッチ。
2. 前記クラッチ部材の前記噛み合い部には、前記回転軸と平行な軸方向に突出する噛み合い歯が複数形成され、
   前記第２回転部材には、前記噛み合い歯が嵌合する複数の凹部が形成され、
   前記クラッチ部材の前記係合部が前記第１回転部材の前記被係合部に係合してトルクを受けるとき、前記噛み合い歯の先端面と前記凹部の底面との間に隙間が形成される、
   請求項１に記載の噛み合いクラッチ。
3. 前記第１回転部材は、前記被係合部が前記クラッチ部材の前記係合部が挿入される挿通孔によって形成され、
   前記クラッチ部材の前記係合部は、前記挿通孔の内面に当接して前記第１回転部材からのトルクを受ける当接面を有する、
   請求項１又は２に記載の噛み合いクラッチ。
4. 前記クラッチ部材の前記係合部における前記当接面、及び前記当接面が当接する前記第１回転部材の前記挿通孔の内面は、前記回転軸と平行な面である、
   請求項３に記載の噛み合いクラッチ。
5. 前記押圧機構は、前記クラッチ部材の前記係合部を押圧するプランジャを有する、
   請求項３又は４に記載の噛み合いクラッチ。
6. 前記第１回転部材は、前記第２回転部材が内側に配置される円筒部と、前記円筒部の一端部から内方に延在する底部とを有し、
   前記クラッチ部材は、円環板状の円板部における前記底部との対向面の一部が前記カム面として形成され、
   前記底部には、前記カム面に当接する突起が設けられている、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の噛み合いクラッチ。
7. 前記突起は、前記底部に固定された球体によって構成されている、
   請求項６に記載の噛み合いクラッチ。
8. 前記クラッチ部材は、前記円板部における前記底部側とは反対側の面に前記噛み合い部が形成されている、
   請求項６又は７に記載の噛み合いクラッチ。
9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の噛み合いクラッチと、
   前記回転軸を中心として前記第１回転部材及び前記第２回転部材と相対回転可能な第３回転部材と、
   前記クラッチ部材の前記噛み合い部が前記第２回転部材に噛み合わない状態で、前記第１回転部材に入力されたトルクを前記第２回転部材及び前記第３回転部材に差動を許容して配分され、
   前記クラッチ部材の前記噛み合い部が前記第２回転部材に噛み合うことにより、前記第１回転部材と前記第２回転部材及び前記第３回転部材との差動が規制される、
   差動装置。

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