JP7296453B2 - 時限的に差動可能なファイナルドライブギア装置 - Google Patents

Description

以下の開示は、車両において一対の駆動輪を同一の回転速度で駆動するためのギア装置であって、特定の場合にのみ両駆動輪の間の差動を許容することができるギア装置に関する。

自動車がカーブを切るときには左右の駆動輪は異なる長さの弧を描くために、駆動輪の間で回転速度の差を許容しなければならない。専ら舗装された道路を走行する自動車は、かかる速度差を許容しながら駆動輪にトルクを伝えるために、通常、デファレンシャルを包含するファイナルドライブを利用する。一時的に片方の駆動輪がトラクションを失った時にも残る駆動輪にトルクを伝えるべく、デファレンシャルの差動を制限する装置を包含し（いわゆるリミテッドスリップデフ）、あるいは差動をロックする装置を包含する（ロッキングないしロックアップデフ）ことがある。特許文献１は、関連する技術を開示する。

全地形対応車（Ａｌｌ Ｔｅｒｒａｉｎ Ｖｅｈｉｃｌｅ：略称ＡＴＶ）と呼ばれる自動車は、専らダート路のごとき悪路を走行する目的で使用される。かかる自動車においては、走行中、片方または両方の車輪は頻繁にトラクションを失う。差動を許容することはトルクの伝達をむしろ妨げるし、また空転や差動制限が頻繁に繰り返されることはエンジンやドライブトレインに著しい負担をかけてしまう。それゆえ多くの場合、ＡＴＶはデファレンシャルを利用せずに、左右の車軸は直結されている。悪路において駆動輪は容易に滑ることができるので、回転速度の差は駆動輪の滑りが吸収する。

米国特許出願公開２０１８／０１９５５９６Ａ１

ＡＴＶであっても、ごく限られた機会、例えばトレーラに積み下ろしする機会や車庫に出し入れする機会には、舗装路や芝生等の上を走行することがある。差動がなければ舗装路上ではタイヤが損傷するし、芝生上であれば芝生を台無しにしてしまう。一方、ごく限られた機会のために上述の不利益を被り続けることは不合理であるし、差動のロックには例えば電力のごとき外部エネルギを装置に投入し続ける必要があるので、エネルギ効率を損なってしまう。以下に開示する装置はかかる問題を考慮してなされた。

一局面によれば、駆動軸と第１および第２の車軸とを駆動的に結合するギア装置は、前記駆動軸とギア結合して軸周りに回転するケースと、前記第１の車軸と結合可能なハブと、前記ケースに係合し、前記ハブに脱噛合可能に噛合したクラッチ部材と、前記クラッチ部材に当接したプランジャと、前記クラッチ部材を前記ハブと噛合した位置に保持する付勢手段であって、前記ケースに係合、嵌合、圧入あるいは接合したリングまたは前記ケースを支持するベアリングと、前記プランジャまたは前記クラッチ部材と、の間に介在して前記クラッチ部材を前記ハブに向けて付勢する第１のスプリングを含む付勢手段と、前記ケースと前記第１および第２の車軸とをギア結合し、前記クラッチ部材によって前記第１の車軸と前記第２の車軸との間の差動をロックされたデファレンシャルギア組と、前記クラッチ部材を前記ハブから引き離す方向に付勢する第２のスプリングと、を備える。

図１は、一実施形態によるギア装置の立面断面図である。 図２は、他の実施形態によるギア装置の立面断面図である。 図３は、図１のギア装置においてクラッチおよびアクチュエータ付近を拡大した部分立面断面図である。 図４は、変形例による部分立面断面図である。 図５は、他の変形例による部分立面断面図である。 図６は、さらに他の変形例による部分立面断面図である。 図７は、スイッチと組み合わせた例によるギア装置の部分立面断面図である。 図８は、クラッチ部材とケースの貫通孔との関係を主に表すギア装置の周方向の断面図である。

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、軸は車軸の回転軸の意味であり、通常はギア装置の回転軸とも一致する。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し、周方向は軸の周りの方向を意味する。

主に図１を参照するに、本実施形態によるギア装置は、駆動軸から一対の車軸へトルクを伝達し、時限的にのみ差動を可能にするファイナルドライブとして利用することができ、特にＡＴＶに好適に利用することができる。かかるギア装置は、概して、軸Ｃの周りに回転するケース１と、定常状態では差動をロックされたデファレンシャルギア組３と、差動をロックするためのクラッチ５と、クラッチ５を駆動してロックを解除するためのアクチュエータ７と、駆動軸とギア結合するためのリングギア９と、を備える。

ケース１は、軸Ｃ周りに概して円筒形であり、その全体が単一の部材によってもよい（ワンピース型）。かかる型の場合には、部品を内部に組み込む都合のために、ケース１の例えば周面には相応の寸法の開口を有する。あるいは図２に示すごとく、ケース１は本体１Ａと蓋体１Ｂとに分割可能であってもよい（ツーピース型）。かかる型においては、蓋体１Ｂを固定する前には本体１Ａの内部は外部に向けて開放されるので、内部部品を導入するための開口は必要でない。もちろん３つ以上に分割可能であってもよい。

ケース１の例えば外周にはリングギア９が固定されており、これは駆動軸にギア結合する。ケース１は、リングギア９と当接してこれを位置決めするべく、フランジ状に突出した部位を一体的に備えることができる。図１に示すごとく、かかる部位とリングギア９との間の隙間である溶接部１１に溶け込んだ溶接金属により互いが結合されていてもよい。溶接部１１は、溶接の便宜のために開先を有していてもよい。また溶接を容易にするべく、図１に示すごとく、溶接部１１はケース１の一端において軸方向に露出していてもよく、あるいは径方向に外方に向いていてもよい。

あるいは図２に示すごとく、ケース１とリングギア９との間の固定はボルト１１Ｂによる締結によってもよい。この場合、本体１Ａと蓋体１Ｂとが対応するフランジ１ＡＦ，１ＢＦを備え、ボルト１１Ｂはリングギア９とこれらを共に固定するよう締結されていてもよい。あるいは本体１Ａと蓋体１Ｂとの固定には、ボルト１１Ｂからは独立した他の固定手段を利用してもよい。

駆動軸からリングギア９を介してトルクを受容することにより、ケース１は軸Ｃ周りに回転する。円滑な回転を可能にするべく、例えばケース１は、その両端付近においてそれぞれボールベアリングあるいはローラベアリング１３Ａ，１３Ｂにより回転可能に支持される。ベアリングはケース１から軸方向に突出したボス部に嵌合していてもよいが、これに代えて、あるいは加えて、図５に示すごとくケース１の外周に嵌合したベアリング１３Ｃを利用することができる。ベアリング１３Ｃの位置決めのために、例えばケース１の外周に嵌合、係合、圧入、あるいは接合されたピンないしリング８５を利用することができる。

デファレンシャルギア組３は、ケース１に支持されており、車軸にそれぞれ結合するサイドギア３１Ａ，３１Ｂにギア結合し、以ってケース１からサイドギア３１Ａ，３１Ｂへのトルクの伝達を仲介する。定常的にはクラッチ５によりロックされているので、デファレンシャルギア組３は両車軸を同一の回転速度で回転させるが、ロックが解除されたときにはサイドギア３１Ａ，３１Ｂの間の差動を許容する。図１，２はベベルギア式のデファレンシャルギア組３を例示するが、もちろん他の形式であってもよい。

図１に組み合わせて主に図３を参照するに、クラッチ５は、ドッグ歯５３と、これに噛合するようクラッチ部材５１に刻まれたドッグ歯５５と、よりなる。また互いに噛合するドッグ歯に代えて、キー、スプライン、あるいはラグのごとき係合構造であってもよいし、あるいは他の制限手段であってもよい。

ドッグ歯５３、あるいは他の係合構造は、一方の車軸に結合するハブに刻まれ、ハブは例えばサイドギア３１Ａである。このような構成は装置の構造を簡素にできる点で有利だが、あるいはハブはサイドギア３１Ａからは独立したハブ部材であってもよい。かかるハブ部材はサイドギア３１Ａに、あるいは車軸に、係合または結合して差動を制限するが、あるいは一体化していてもよい。

クラッチ部材５１は図中に実線で表す噛合位置から、二点鎖線で表す脱噛合位置にまで軸方向に移動可能である。定常状態において後述の付勢手段によりクラッチ部材５１は噛合位置に保持されてデファレンシャルギア組３をロックし、両車軸の間の差動をロックする。

クラッチ部材５１は、軸Ｃの周りの円盤状であり、その一面にドッグ歯５５を備え、その反対面からは周方向に等間隔に一以上の脚が突出している。一方ケース１はこれらに対応して貫通孔１５を有する。クラッチ部材５１の脚はそれぞれ貫通孔１５を通ってアクチュエータ７に面している。

アクチュエータ７には、例えば電力の投入により作動する電磁アクチュエータを利用することができる。その一例は、以下に説明するように、電力により励磁されるソレノイド７１がプランジャ７５を駆動するものである。プランジャ７５が軸方向に前進後退するのに応じてクラッチ部材５１が前進後退する。あるいはこれに代えて、ソレノイド７１自身が前進後退し、以ってクラッチ部材５１が前進後退するものであってもよい。

ソレノイド７１は、好ましくは磁束を導くコア７３を備える。コア７３はケース１の一端に隣接するが、ソレノイド７１と共にキャリアに対して回り止めされているので、ケース１に対しては相対的に回転する。図３，５に示すごとく、コア７３はケース１の端面に接して摺動してもよく、この場合にはまた、ケース１の端面をコア７３の一部として利用することができる。あるいは図４に示すごとく、コア７３はケース１のボス部に向けて延長した延長部７３Ｅを備え、かかる延長部７３Ｅにより位置決めされ、以ってケース１の端面からは離れていてもよい。図３，５に示す構造によればプランジャ７５を駆動する反力およびケース１に漏れる磁束によりコア７３とケース１との間に無視し得ない摩擦が生じるが、図４に示す構造では摩擦はより軽減されるし、磁束の漏れによるエネルギロスもより小さくなる。

プランジャ７５は、クラッチ部材５１の脚に当接するように配置される。また例えばコア７３は磁束を跳躍させるギャップを備えることができ、プランジャ７５はかかるギャップに沿うように配置される。プランジャ７５はさらに、ケース１の例えばボス部に摺動可能に嵌合してもよい。通常、プランジャ７５はケース１と共に回転するので、コア７３に対しては相対的に回転する。

プランジャ７５は、圧入等により互いに一体化されたアウタリング７７とインナリング７９とよりなっていてもよい。コア７３に面したアウタリング７７は、磁束を導くべく炭素鋼のごとき磁性材よりなり、インナリング７９は磁束の漏れを防ぐべく非磁性材よりなっていてもよい。

電力が投入されていないとき、すなわち励磁されていないとき、プランジャ７５はクラッチ部材５１に当接して、これを噛合位置にしている。クラッチ部材５１を噛合位置に保持するのを補助するべく、付勢手段を利用することができ、その一例はスプリング８３である。

図３に示されるごとく、例えばケース１のボス部にリング８１を係合しておき、リング８１とプランジャ７５との間にスプリング８３を弾発的に介在させておいてもよい。または図５に示されるごとく、リング８１はボス部に嵌合、圧入、あるいは接合されていてもよい。あるいは図４に示されるごとく、スプリング８３はコア７３あるいはその延長部７３Ｅとプランジャ７５との間に介在してもよい。さらにあるいはスプリング８３は、例えばケース１の内面とクラッチ部材５１との間に介在してもよい。

スプリング８３の反力は、図５に示されるごとく、リング８１のみにより支持してもよいが、図３，４に示されるごとく、ベアリング１３Ａにも負担させるべく、ベアリング１３Ａをリング８１または延長部７３Ｅに当接させてもよい。あるいは、図６に示されるごとく、ベアリング１３Ａのみが負担してもよい。またスプリング８３は、クラッチ部材５１に直接に当接してこれを押圧してもよい。

かかるスプリング８３は、プランジャ７５を介して、または直接に、定常的にクラッチ部材５１を押圧してこれを噛合位置に保持するのに役立つ。また既に述べたように、ソレノイド７１自身が前進後退する構造の場合には、スプリング８３はソレノイド７１を付勢するように配置されていてもよい。

スプリング８３に加えて、または代えて、他の付勢手段を利用することができる。図８はカム機構による例であって、クラッチ部材５１の脚の側面と、ケース１の貫通孔１５の側面とは、対応して傾斜を有し、以って一種のカム機構を構成する。ケース１が回転運動Ｒ_Ｄをすると、傾斜した側面同士が当接し、トルクを部分的に軸方向のスラスト力Ｆに変換する。クラッチ部材５１はかかるスラスト力Ｆを受けて噛合位置に保持される。もちろんカムは脚と貫通孔１５との組み合わせによらず、他の適宜の構造によることができる。

電力が投入されるとソレノイド７１が生ずる磁束はコア７３を流れ、ギャップを跳躍する磁束に引かれてプランジャ７５は軸方向に後退し、クラッチ部材５１は脱噛合位置へ移動する。クラッチ５が脱噛合するのを補助するべく、スプリング５７を利用してもよい。図３ないし５に例示される通り、スプリング５７は例えばサイドギア３１Ａとクラッチ部材５１との間に弾発的に介在していてもよいし、あるいは他の部位に介在してもよい。またクラッチ部材５１をケース１に向けて引っ張るようにスプリング５７を配置してもよい。

あるいはスプリング５７に代えて、または加えて、アクチュエータ７が積極的にクラッチ部材５１を引き出す構成を採用することができる。図６はその一例であって、クラッチ部材５１は、その脚からさらに延長された延長部５１Ｅを一体または別体に備え、プランジャ７５がその一端付近に係合していてもよい。係合のために、延長部５１Ｅに嵌合、係合、圧入、あるいは接合されたピンないしリング８７を利用することができる。電力が投入されるとギャップを跳躍する磁束に引かれてプランジャ７５は軸方向に移動し、延長部５１Ｅに係合してクラッチ部材５１を引き出し、以ってクラッチ５は脱噛合する。かかる構造によれば、スプリング５７を省くことができる。かかる延長部５１Ｅは、また、スプリング８３による付勢力を受けるのに利用することができる。

上述の各実施形態は、電磁的にクラッチ部材を駆動するアクチュエータを利用する例だが、電磁アクチュエータに代えて他の駆動装置、例えば油圧のごとき液圧によりピストンを駆動し、以ってクラッチ部材を駆動する装置を利用してもよい。あるいは液圧に代えて空圧を利用する装置であってもよいし、さらにあるいはモータ駆動されたギアないしカム機構等をアクチュエータ７に採用してもよい。何れによっても、アクチュエータ７に電力を投入しない限り、クラッチ５は噛合したままであり、デファレンシャルギア組３の差動は禁止され、悪路においても常に両方の駆動輪にトルクが伝達される。差動の禁止に電力を消費することはなく、エネルギ効率が損なわれることはない。舗装路や芝生のごとき特定の場面で差動を必要とするときには、その時にのみアクチュエータ７に電力を投入すれば、駆動輪の間で差動が許容され、タイヤや路面を損なうことはない。

クラッチ部材５１が脱噛合位置にあるか噛合位置にあるかは、アクチュエータ７への電力投入の有無により判断することができるが、これに追加して、ギア装置はクラッチ部材５１の位置を検出するための装置を備えることができる。例えば図７に示されるごとく、ネジ等によりクラッチ部材５１に固定されてケース１外に引き出されたフランジ１９を、ギア装置は備えることができる。かかるフランジ１９の軸方向位置は、メカニカルスイッチ、光学センサ、あるいは静電容量、電場または磁場の変化を利用した近接センサ等を利用して検出することができる。これらの検出装置は、ギア装置に付属していてもよいし、車体の何れかに付属していてもよい。

図７は、キャリアの壁面２５に固定されたプルスイッチ２１を利用する例であって、そのロッド２３の先端は傘状に開いた頭部２３Ｈを備え、フランジ１９の縁が頭部２３Ｈに摺動的に係合している。噛合位置ではロッド２３は引き出されてスイッチがオンになるが、脱噛合位置ではロッド２３は後退してスイッチはオフになる。もちろんロッドの位置とオンオフの関係はこれと反対でもよいし、またプルスイッチに代えてプッシュスイッチを利用してもよい。さらに、ロッドを付勢するスプリングにスプリング５７，８３の何れかを補助させ、あるいは代替させることができる。

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 (3)

1. 駆動軸と第１および第２の車軸とを駆動的に結合するギア装置であって、
   前記駆動軸とギア結合して軸周りに回転するケースと、
   前記第１の車軸と結合可能なハブと、
   前記ケースに係合し、前記ハブに脱噛合可能に噛合したクラッチ部材と、
   前記クラッチ部材に当接したプランジャと、
   前記クラッチ部材を前記ハブと噛合した位置に保持する付勢手段であって、前記ケースに係合、嵌合、圧入あるいは接合したリングまたは前記ケースを支持するベアリングと、前記プランジャまたは前記クラッチ部材と、の間に介在して前記クラッチ部材を前記ハブに向けて付勢する第１のスプリングを含む付勢手段と、
   前記ケースと前記第１および第２の車軸とをギア結合し、前記クラッチ部材によって前記第１の車軸と前記第２の車軸との間の差動をロックされたデファレンシャルギア組と、
   前記クラッチ部材を前記ハブから引き離す方向に付勢する第２のスプリングと、
   を備えたギア装置。
2. 電力を投入したときにのみ作動して前記クラッチ部材を前記ハブから脱噛合する方向に駆動するアクチュエータを、
   さらに備えた請求項１のギア装置。
3. 前記クラッチ部材に固定されて前記ケースの外に引き出されたフランジと、
   前記フランジの軸方向位置を検出する検出装置と、
   をさらに備えた請求項１のギア装置。

Images