JP6894531B2

JP6894531B2 - ２段階に差動制限可能なデファレンシャル装置

Info

Publication number: JP6894531B2
Application number: JP2019557719A
Authority: JP
Inventors: 宏倫福田
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-12-04
Also published as: JPWO2019111294A1; CN111433490B; CN111433490A; US20200292045A1; US11174928B2; WO2019111294A1

Description

以下の開示は、２段階に差動制限可能な車両用のデファレンシャル装置に関し、特に、第１段階において差動を制限し、第２段階においてロックすることが可能なデファレンシャル装置に関する。

自動車において、左右のアクスルは必ずしも等速で回転するわけではないので、その間の差動を許容する必要がある。差動を許容しながら両アクスルへトルクを伝達するために、デファレンシャル装置が利用される。

左右の駆動輪の何れかがトラクションを失ったときにはデファレンシャル装置は空転してしまい、他方の駆動輪にもトルクを伝えることができなくなる。かかる事態を回避するために、幾つかのデファレンシャル装置は差動を制限する機構を備える。その一例は、摩擦クラッチを利用したリミテッドスリップデフ（ＬＳＤ）である。摩擦クラッチに押圧力を印加する手段と、それを制御する電子機器とを組み合わせた電子制御ＬＳＤも実用にされている。押圧手段としては、油圧やカム機構が提案されている。

また所謂フリーランニングデフは、デファレンシャル装置をプロペラシャフトから断続することができ、例えば２輪駆動と４輪駆動との切り替えに利用される。かかる断続にも摩擦クラッチと押圧手段とが利用されることがある。電子制御ＬＳＤとフリーランニングデフとを複合した装置も提案されており、かかる装置は独立した２組の摩擦クラッチと押圧手段とを備える。特許文献１は、関連する技術を開示する。

特表２０１２−５１２９９６号公報

摩擦クラッチは、押圧力により決まる閾値を越えたトルクが印加されたときには滑り始めるので、差動を制限するのには適しているが、デファレンシャル装置をロックする用途には向いていない。噛み合いクラッチはデファレンシャル装置をロックする用途には向いているが、滑りがないので差動を制限する用途には利用できない。これら２種のクラッチと、それぞれに個別の駆動手段とがあれば、差動制限とロックとを自由に選択できるデファレンシャル装置が実現できるが、これは装置の構造を著しく複雑化してしまう。複雑な構造は、もちろん、信頼性と重量の両方の点で不利である。

以下の開示は、一のアクチュエータのみによって差動制限とロックとの両方を実現する装置に関する。

一局面によれば、デファレンシャル装置は、トルクを受容して軸の周りに回転する入力部材と、前記軸の周りに回転可能な出力ギアを備え、前記入力部材から前記出力ギアへ差動を許容しながら前記トルクの伝達を仲介するべく前記入力部材と結合したギア組と、前記差動を制限するべく前記入力部材と前記出力ギアとに結合した第１のクラッチと、前記第１のクラッチに軸方向に隣接し、前記第１のクラッチを押圧するべく軸方向に可動な第１のプレッシャプレートと、前記第１のプレッシャプレートを前記第１のクラッチに向けて押圧するべく前記第１のプレッシャプレートに隣接した第１のカム機構と、噛合すると前記出力ギアを前記入力部材に駆動的に連結する第２のクラッチと、前記第２のクラッチに軸方向に隣接し、前記第２のクラッチを噛合せしめるべく軸方向に可動な第２のプレッシャプレートと、第１の位置から第２の位置を経由して第３の位置まで回転運動が可能なドライバディスクであって、前記第１の位置から前記第２の位置まで前記第１のカム機構を共に回転せしめ、前記第２の位置から前記第３の位置まで前記第１のカム機構に回転差を許容するべく前記第１のカム機構と結合した押圧部材を備え、前記第２のプレッシャプレートとの組み合わせが前記第２のクラッチを噛合せしめる第２のカム機構を構成するドライバディスクと、を備える。

図１は、一実施形態によるデファレンシャル装置の立面断面図である。図２Ａは、主に第１，第２のクラッチを示すデファレンシャル装置の部分分解斜視図である。図２Ｂは、主に第１，第２のカム機構およびドライバディスクを示すデファレンシャル装置の部分分解斜視図である。図３は、軸方向に見たドライバディスクおよびカムプレートの平面図である。図４は、周方向に切断した第１のカム機構の部分断面図である。図５は、周方向に切断した第２のカム機構の部分断面図である。図６Ａは、主に第１，２のクラッチおよび第１，２のカム機構を示すデファレンシャル装置の部分立面断面図であって、第１のクラッチは連結したが第２のクラッチは噛合する前の状態を示す。図６Ｂは、主に第１，２のクラッチおよび第１，２のカム機構を示すデファレンシャル装置の部分立面断面図であって、第２のクラッチが噛合した状態を示す。図７は、主に第２のクラッチおよびケーシングの貫通孔を示すデファレンシャル装置の部分断面図であって、腕と貫通孔の壁面とが接した状態を示す。

添付の図面を参照して以下に幾つかの例示的な実施形態を説明する。以下の説明および請求の範囲を通じて、特段の説明がなければ、軸はデファレンシャル装置の回転軸の意味であり、また軸方向はこれに平行な方向であり径方向はこれに直交する方向を意味する。かかる回転軸は、通常にはカム機構やドライバディスクの回転軸とも一致するが、一致は必須ではない。また説明の便宜のために右と左を区別するが、かかる区別は実施形態を限定するものではない。

ベベルギア式のデファレンシャル装置の例を以下に説明するが、本明細書に開示されるものは、フェースギア式や遊星ギア式等、入力部材から出力ギアへトルクの伝達を仲介しながら、その間に差動が生じうる何れのギア装置にも、一般的に利用することができる。

主に図１を参照するに、デファレンシャル装置は、概して、入力部材たるケーシング１と、差動を許容しながらトルクを伝達するデファレンシャルギア組３と、差動を制限する第１のクラッチ５と、差動をロックアップする第２のクラッチ７と、これらのクラッチを作動せしめるアクチュエータ９と、を備える。

ケーシング１は、デファレンシャルギア組３を収容するのみならず、エンジン／モータからトルクを受容して軸Ｃ周りに回転する入力部材でもある。ケーシング１は、複数に分割して内部を開放し、以って各種の部材を組み込む便宜を図ることができるようになっていてもよく、例えば本体１１とカバー１３とに分割される。本体１１とカバー１３とを互いに結合する便宜のために、例えば径方向に外方に突出したフランジを備えることができ、かかるフランジはトルクを受容するリングギアの結合にも利用できる。もちろん互いの結合は他の構造によってもよく、またトルクの受容はケーシング１の他の部分が担ってもよい。

ケーシング１の例えば本体１１は、シャフト１５を結合するための貫通孔をその周面に備え、シャフト１５はピン等で本体１１に固定される。ケーシング１の例えばカバー１３は、クラッチ５，７とアクチュエータ９との連絡のための貫通孔１７，１９をその側面に備える。

デファレンシャルギア組３は、概して複数のピニオン３１と、それぞれピニオン３１に噛合するサイドギア３３，３５とを備える。ピニオン３１はシャフト１５によりその軸周りに回転可能なように支持され、またシャフト１５を介してケーシング１からトルクを受容する。

サイドギア３３，３５は、それぞれアクスルとの結合のためにスプラインのごとき構造を備え、両アクスルにトルクを出力する出力ギアである。すなわちデファレンシャルギア組３は、入力部材たるケーシング１から出力ギアたるサイドギア３３，３５へ、ギア組内の噛合を介して、差動を許容しながらトルクの伝達を仲介する。

サイドギア３３，３５の一方、例えば左サイドギア３５のボス部３５Ｂは、好ましくは軸方向に延長され、第１のクラッチ５との結合、特に後述のインナプレート５３やプレッシャプレート５５との周方向の係合に供される。

図１に組み合わせて図２Ａを参照するに、第１のクラッチ５は好ましくは、一対以上の互いに摩擦する摩擦板よりなる摩擦クラッチであり、例えば複数のアウタプレート５１と、複数のインナプレート５３と、プレッシャプレート５５と、を備えた多板クラッチである。図２Ａには一対しか見えていないが、複数対のアウタプレート５１とインナプレート５３とが交互に軸方向に並べられており、アウタプレート５１はケーシング１に、インナプレート５３はボス部３５Ｂに、それぞれラグ等により係合している。またプレート５１，５３，５５は何れも軸方向には僅かに可動であり、プレッシャプレート５５はプレート５１，５３に軸方向に隣接してこれらを押圧することができる。プレッシャプレート５５が僅かにプレート５１，５３に向けて移動して押圧力をプレート５１，５３に及ぼすと、プレート５１，５３はサイドギア３５をケーシング１に対して摩擦的に制動し、すなわち差動を制限する。

ケーシング１にはさらにクラッチ部材７５が収容されており、軸方向に可動である。クラッチ部材７５においてプレッシャプレート５５に向いた面には、第１のクラッチ歯７１が切られており、これに噛合する第２のクラッチ歯７３との組み合わせは第２のクラッチ７を構成する。第２のクラッチ歯７３は、プレッシャプレート５５とは別体の部材に形成されていてもよく、あるいはプレッシャプレート５５に一体に形成されていてもよい。何れにせよ、かかる別体の部材またはプレッシャプレート５５は、サイドギア３５のボス部３５Ｂにラグ等により係合している。

クラッチ部材７５において第１のクラッチ歯７１とは反対方向に向いた面からは、軸対称に複数の脚７７が軸方向に延びており、これらは図７に特によく示される通り、カバー１３の貫通孔１９にそれぞれ嵌入して係合している。各脚の端は、貫通孔１９を通って外部に臨んでおり、ケーシング１外部のリング１０７とボルト等により結合していてもよい。リング１０７は後述の第２のカム機構１０１との連絡に供される。

クラッチ部材７５がプレッシャプレート５５に向けて軸方向に移動してクラッチ歯７１，７３が互いに噛合すると、第２のクラッチ７は、脚７７によるカバー１３への係合を介して、サイドギア３５をケーシング１に駆動的に結合し、すなわち差動を禁止する（デファレンシャルギアをロックアップする）。噛合の解除を促すべく、リング１０７とカバー１３との間にはリターンスプリングが介在していてもよい。

図１，２Ａに組み合わせて図２Ｂを参照するに、アクチュエータ９は、概して、第１のクラッチ５を駆動する第１のカム機構９１と、第２のクラッチ７を駆動する第２のカム機構１０１と、これらを作動させるドライバディスク９５と、を備える。

第１のカム機構９１には、比較的に大きな押圧力を生ずるカム機構を適用することができる。図示の例による第１のカム機構９１は、概して、軸周りに回転可能なカムプレート８１と、軸対称に配置された複数のカムボール８３と、回り止めされたカウンタプレート８５と、を備える。カムプレート８１とカウンタプレート８５とは、それぞれ例えば概して円環ないし円盤状であり、カムボール８３はそれぞれこれらの間に挟まれて転動可能である。ボールに代えて、転動可能な円柱ないし円錐台のごときローラでもよく、あるいはカムプレート８１とカウンタプレート８５との何れかまたは両方に形成されたカム突起であってもよい。

カムプレート８１は、それぞれカムボール８３に対応した複数のカム面８１Ｆを有し、各カム面８１Ｆは周方向に伸び、また周方向に緩やかに傾斜した底を有する。これに加えて、あるいは代えて、カウンタプレート８５も対応してカム面を有してもよい。カムプレート８１はまた、ドライバディスク９５と結合するための例えば一対のグリップ８１Ｇを備える。グリップ８１Ｇは、ドライバディスク９５そのもの、あるいは後述の押圧部材９７と係合し、以ってドライバディスク９５に回転駆動される。

図４に最もよく示されている通り、ドライバディスク９５により駆動されてカムプレート８１が回転運動Ｒ_Ｄを起こすと、カム面８１Ｆ上をカムボール８３が転動してその傾斜した底を昇り、以ってカウンタプレート８５には軸方向の押圧力Ｆ_１が発生する。

図１，２Ａ，２Ｂに戻り、主に図２Ｂを参照するに、第１のカム機構９１と第１のクラッチ５とを仲介するべく、媒介部材３７を利用することができる。媒介部材３７は例えば概してリング状であって、第１のクラッチ５に向けて軸対称の複数の突起３７Ｐを備え、突起３７Ｐはカバー１３の貫通孔１７を通ってプレッシャプレート５５に隣接する。突起３７Ｐによる押圧力を均等化するべく、また制限される以前の相対回転を吸収するべく、ケーシング１内であって突起３７Ｐとプレッシャプレート５５との間には介在部材１０３が介在してもよい。かかる介在部材１０３は例えばスラストベアリングおよび／またはリングプレートである。さらに媒介部材３７と第１のカム機構９１との間にもスラストベアリング／リングプレート１０５が介在していてもよい。

アクチュエータ９は、さらに第２のプレッシャプレート９３を備えており、これは既に述べたリング１０７を介して第２のクラッチ７に隣接する。第２のプレッシャプレート９３は、第２のクラッチ７とは反対方向に、すなわちドライバディスク９５に向けて延びた複数の脚９３Ｌを備え、これらはまた軸対称に並んでいる。これに対応するようにドライバディスク９５はカム面９９を備え、各カム面９９は図５に示す通り周方向に傾斜した底を含む。かかる傾斜は比較的に急峻にすることができる。脚９３Ｌとカム面９９との組み合わせは第２のカム機構１０１を構成する。

カムプレート８１は脚９３Ｌに対応するように貫通孔８１Ｈを備え、図５に示す通り、脚９３Ｌはそれぞれ貫通孔８１Ｈを通ってカム面９９に臨んでいる。ドライバディスク９５が回転運動Ｒ_Ｄを起こし、かつカムプレート８１との間に回転差が生じると、脚９３Ｌはカムプレート８１に従動する。すると脚９３Ｌはカム面９９上を摺動してその傾斜した底を登るので、第２のプレッシャプレート９３は軸方向に移動し、リング１０７を介して第２のクラッチ７を噛合せしめる。

図２Ｂに組み合わせて図３を参照するに、アクチュエータ９はドライバディスク９５を備え、これはカムプレート８１と重ねられている。ドライバディスク９５は概してカムプレート８１と同程度の径の半円盤と、それより大径の半円盤とを結合したような形状の円盤である。例えばその大径の側はギア歯を備えることができ、これは外部のモータとの結合に利用することができる。あるいはドライバディスク９５自体がモータのロータを構成してもよく、さらにあるいはモータ以外の何らかの駆動装置に駆動され、または駆動装置の一部を構成してもよい。ドライバディスク９５はケーシング１に対して同軸であって相対回転可能に支持される。回転可能な支持のために、例えばボールベアリング１１１を利用することができる。

またかかる大径の側を利用して、第１のカム機構９１を駆動するための押圧部材９７と結合することができる。図示の例では押圧部材９７はコイルバネであり、ドライバディスク９５はコイルバネが嵌り込む半円筒上の溝９５Ｓを備える。押圧部材９７の両端は溝９５Ｓの両端に突き当たって支持され、またこれを外れ止めするべくブラケット等を利用してもよい。コイルバネよりなる押圧部材９７の両端は、またグリップ８１Ｇにそれぞれ突き当たり、以ってカムプレート８１をドライバディスク９５と共に回転せしめる。

主に図６Ａを参照するに、ドライバディスク９５が当初の位置（第１の位置）から一定の位置（第２の位置）に回転するまでは、コイルバネの弾発力はカムプレート８１から受ける反力に打ち勝つので、ドライバディスク９５はカムプレート８１を共に回転せしめ、第１のカム機構９１は回転角に応じた押圧力を第１のクラッチ５に及ぼし、以って第１のクラッチ５を作動せしめる。第１のカム機構９１は、緩やかな傾斜面上を転動するカムボールを利用して大きな押圧力を生じるので、摩擦クラッチである第１のクラッチ５を作動させるのに有利である。

主に図６Ｂを参照するに、第２の位置を越えて回転すると、弾発力が反力に負けてコイルバネの圧縮が始まるので、ドライバディスク９５とカムプレート８１との間に回転差が生じる。既に述べた通り、回転差が生じると脚９３Ｌがカム面９９を登ることにより第２のプレッシャプレート９３は軸方向に移動し、以ってクラッチ部材７５を軸方向に移動せしめる。

ドライバディスク９５が第２の位置を越えて第３の位置にまで回転すると、第２のクラッチ７が噛合する。第２のカム機構１０１による押圧力は第１のカム機構９１に比べれば弱いが、反力に抗する必要がないので比較的に小さな押圧力で十分である。また図７に示すごとく、噛合の後には脚７７の側面は貫通孔１９の側面に当接してその状態を維持するので、噛合を保持するのに大きな押圧力は必要がない。

さらには脚７７の側面と貫通孔１９の側面とは、対応して僅かに周方向に傾いていてもよい。かかる構造は、カバー１３の回転Ｒｃを押圧力Ｆ_２に変換し、以って噛合を保持するのに役立つ。

回転が第２の位置から第３の位置に進む間、第１のカム機構９１においてカムボール８３は殆ど転動せず、あるいは静止している。カムボール８３はカム面のより奥の位置にまで進まないので、ドライバディスク９５が逆転した際には速やかに当初の位置に戻ることができる。

第２の位置はコイルバネの弾発力と反力との釣り合いによりほぼ一意的に決まる。すなわちコイルバネのバネ係数を調整することにより第２の位置を任意に定めることができるし、また第１のカム機構９１の押圧力、ひいては第１のクラッチ５による制動力の上限を任意に定めることができる。

本実施形態によれば、差動を制限する第１のクラッチと差動を禁止する第２のクラッチとの両方が、単一のドライバディスクのみにより作動される。これらの作動はドライバディスクの回転角のみによって制御されるので、第１，第２のクラッチの作動を制御することは容易である。第２のクラッチが噛合するとき、第１のクラッチが予め差動を制限しているので、クラッチ歯間に相対回転がなく、従って噛合が阻害されることがない。

上述の説明では押圧部材９７はコイルバネであったが、他の弾発部材であってもよい。あるいはこれに代えて、または加えて、第１の位置から第２の位置まで係合を維持し、第２の位置において係合が外れるラッチ機構やラチェット機構を利用してもよい。さらにあるいは、押圧部材によらずに、カム面の構成のみにより第２のカム機構が第１のカム機構より遅れて作動するように構成されていてもよい。

幾つかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正ないし変形をすることが可能である。

Claims

トルクを受容して軸の周りに回転する入力部材と、
前記軸の周りに回転可能な出力ギアを備え、前記入力部材から前記出力ギアへ差動を許容しながら前記トルクの伝達を仲介するべく前記入力部材と結合したギア組と、
前記差動を制限するべく前記入力部材と前記出力ギアとに結合した第１のクラッチと、
前記第１のクラッチに軸方向に隣接し、前記第１のクラッチを押圧するべく軸方向に可動な第１のプレッシャプレートと、
前記第１のプレッシャプレートを前記第１のクラッチに向けて押圧するべく前記第１のプレッシャプレートに隣接した第１のカム機構と、
噛合すると前記出力ギアを前記入力部材に駆動的に連結する第２のクラッチと、
前記第２のクラッチに軸方向に隣接し、前記第２のクラッチを噛合せしめるべく軸方向に可動な第２のプレッシャプレートと、
第１の位置から第２の位置を経由して第３の位置まで回転運動が可能なドライバディスクであって、前記第１の位置から前記第２の位置まで前記第１のカム機構を共に回転せしめ、前記第２の位置から前記第３の位置まで前記第１のカム機構に回転差を許容するべく前記第１のカム機構と結合した押圧部材を備え、前記第２のプレッシャプレートとの組み合わせが前記第２のクラッチを噛合せしめる第２のカム機構を構成するドライバディスクと、
を備えた、デファレンシャル装置。
前記第２のクラッチは、前記入力部材に周方向に係合して軸方向に可動な第１のクラッチ歯と、前記出力ギアに結合し前記第１のクラッチ歯に噛合する第２のクラッチ歯と、を備え、前記第２のクラッチ歯は前記第１のプレッシャプレートに一体に形成されている、請求項１のデファレンシャル装置。
前記第２のプレッシャプレートは前記ドライバディスクに向けて延びた脚を備え、前記ドライバディスクは前記脚が当接するカム面を備え、前記第２の位置から前記第３の位置まで前記回転運動に伴い前記第２のプレッシャプレートを前記第２のクラッチに向けて前記脚を押圧するように前記カム面は寸法づけられている、請求項１のデファレンシャル装置。
前記第１のカム機構は、前記押圧部材に駆動的に係合したカムプレートと、前記回転運動に伴い前記カムプレート上を転動して軸方向に押圧力を生じるカムボールと、を備える、請求項１のデファレンシャル装置。
前記入力部材は前記ギア組を収容するケーシングを備え、前記第１のカム機構と前記第２のカム機構と前記ドライバディスクとは前記ケーシングの外側に配置され、前記ケーシングは、前記第１のカム機構と前記第１のクラッチとを連絡する第１の貫通孔と、前記第２のカム機構と前記第２のクラッチとを連絡する第２の貫通孔と、を備える、請求項１のデファレンシャル装置。
前記第２のクラッチは前記第２の貫通孔に嵌入する腕を備え、前記ケーシングの回転を前記第２のクラッチの噛合を保持する力に変換するべく、前記腕の側面および前記第２の貫通孔の側面とは周方向に傾いている、請求項５のデファレンシャル装置。
前記第１のクラッチは、前記入力部材に駆動的に結合した第１の摩擦板と、前記出力ギアに駆動的に結合した第２の摩擦板とを備え、前記第１の摩擦板と前記第２の摩擦板とは前記第１のプレッシャプレートにより押圧されて互いに回転を摩擦的に制限するべく配置されている、請求項１のデファレンシャル装置。