JP7515016B2 - ファイナルドライブ - Google Patents

Description

以下の開示は、特に幅方向にコンパクトなファイナルドライブに関する。

よく知られているように、例えば後輪駆動（ＦＲ）型の自動車において、エンジンおよび／またはモータが発生するトルクは、トランスミッションからプロペラシャフトを介してファイナルドライブに伝達される。ファイナルドライブはデファレンシャルギア組を内蔵しており、伝達されたトルクを右および左の駆動輪に差動的に分配する。

ファイナルドライブはさらに、デファレンシャルギア組の差動を制限したり、あるいは駆動輪へのトルク伝達を切断する等の目的のために、クラッチとそのアクチュエータとを包含することがある。

特許文献１はアクチュエータの全体がハウジングの内部にある装置の例を開示し、特許文献２，３はモータを外部に置いて、カム機構によって内部のクラッチを操作する装置の例を開示する。

日本国特許出願公開２０１７－０６７２５７号 国際特許出願公開ＷＯ２０１７／０６０９６３Ａ１ 日本国特許出願公開昭６１－１３０６４６号

比較的に軽量な車両、例えば三輪スクータ、ゴルフカート、マイクロカーあるいはバギーは、左右の駆動輪間を狭くせざるを得ない。その間に介在するファイナルドライブの幅が大きければ、車軸が揺動する余地を削ってしまう。すなわち軽量車においては特に、ファイナルドライブをいかに幅方向にコンパクトにするかが重要な技術的課題である。以下に開示されるものは、かかる課題に鑑みて創作された。

一局面によれば、第１の軸に向けられたシャフトに入力されたトルクを第２の軸に向けられた一対の車軸へ伝達するファイナルドライブは、前記シャフトと噛合するリングギアを備えて前記第２の軸の周りに回転可能なケーシングと、前記ケーシングに収容され前記車軸とそれぞれ結合するサイドギアと、を備えたデファレンシャル装置と、前記ケーシングに収容され、前記サイドギアの一方と連結して前記ケーシングにロックするドッグ歯またはキーを備えたクラッチ部材と、前記ケーシング外に配置されたアクチュエータであって、少なくとも部分的に前記第２の軸に直角に向けられた平板であり、前記第２の軸周りに回転可能であって前記第２の軸の方向に可動なアクションメンバであって、前記クラッチ部材に駆動的に結合したアクションメンバと、前記アクションメンバにギア結合して前記第２の軸周りに回転させるモータと、少なくとも部分的に前記第２の軸に直角に向けられた平板であり、前記アクションメンバに当接したカウンタメンバと、前記カウンタメンバに対する前記アクションメンバの回転を前記第２の軸の方向の運動に変換して前記クラッチ部材を前記サイドギアの一方から脱連結させるカム構造と、を備えたアクチュエータと、前記デファレンシャル装置と前記アクションメンバと前記カウンタメンバとを囲み、前記カウンタメンバを回り止めするハウジングと、を備え、前記カム構造は、前記アクションメンバおよび前記カウンタメンバからそれぞれ一体的に前記第２の軸の方向に突出して互いに当接したカム斜面である。

図１は、後輪駆動車の基本構成を表した模式図である。 図２は、本実施形態によるファイナルドライブの一部を切断してその内部を見せた斜視図である。 図３は、ファイナルドライブの縦断面図である。 図４は、アクチュエータの分解斜視図である。 図５は、主にアクチュエータとクラッチ部材とが結合する部分を見せる、デファレンシャル装置の斜視図である。 図６は、アクチュエータの動作を説明する、周方向に沿うアクションメンバおよびカウンタメンバの断面図である。

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。図面は必ずしも正確な縮尺により示されておらず、従って相互の寸法関係は図示されたものに限られないことに特に注意を要する。

本実施形態によるファイナルドライブは、例えば三輪スクータ、ゴルフカート、マイクロカーあるいはバギーのごとき軽量車の後輪を駆動するのに利用できるが、もちろん例えば前輪駆動車や四輪駆動（４ＷＤ）車に利用してもよく、あるいは他の駆動形式に応用することができる。添付の各図は例示的な後輪駆動車に関し、図１，３に共通して、図の上方が車両に対して前方Ｆであり、図の右および左がそれぞれ右方Ｒおよび左方Ｌだが、図２においては図の右下方が前方Ｆである。もちろん前後および左右はそれぞれ任意に入れ替えて実施することができる。

図１を参照するに、車両１は、概して、エンジン／モータ３と、トランスミッション５とを備える。エンジン／モータ３が生み出したトルクの一部はトランスミッション５を介して両前輪へ分配されてもよく、他の一部はパワートランスファユニット７を介してプロペラシャフト９へ引き出され、ファイナルドライブ１１を介して両後輪１７Ｒ，１７Ｌへ分配される。

後輪１７Ｒ，１７Ｌは、路面の凹凸を吸収するべく、通常は車体に対して浮動可能である。後輪１７Ｒ，１７Ｌを浮動可能にするべく、例えば車軸１９Ｒ，１９Ｌにはそれぞれ等速ジョイント２５が介在し、これらを支点として車軸１９Ｒ，１９Ｌが揺動できるように構成される。ファイナルドライブ１１が幅方向にコンパクトであれば、支点間をより長くすることができ、従って車軸１９Ｒ，１９Ｌの揺動の余地を確保するのに有利である。軽量車では後輪１７Ｒ，１７Ｌ間に十分なスパンが得られないので、かかる利点は軽量車に特に有利に働く。

主に図２を参照するに、ファイナルドライブ１１は、概して横向きのドラム形であるハウジング１３を備える。ハウジング１３からは軸Ｃ１の方向に前方Ｆにジャケット部が延び、かかるジャケット部から引き出されたシャフト２１は軸Ｃ１周りに回転可能である。シャフト２１は入力トルクを受容し、ハウジング１３内のデファレンシャル装置３３は軸Ｃ１と平行でない軸Ｃ２周りにかかるトルクを車軸１９Ｒ，１９Ｌへ伝達する。デファレンシャル装置３３は、ロックされていない時には、トルクを差動的に分配する。

シャフト２１は、その外端に、例えばコンパニオンフランジを固定的に備え、以ってプロペラシャフト９と駆動的に結合することができる。あるいはコンパニオンフランジに代えて、スプラインや他の結合手段を備えてもよい。

シャフト２１からデファレンシャル装置３３へのトルクの伝達はピニオンギア２３とリングギア３１との組み合わせによる。異なる軸方向にトルク伝達するために、これらは通常はスパイラルないしハイポイドギアであるが、必ずしもこれらに限られない。ピニオンギア２３はシャフト２１の内端に一体であってもよい。

デファレンシャル装置３３は、軸Ｃ２周りに回転可能なケーシング３５を備え、リングギア３１はケーシング３５の外周に結合する。結合は、締結、溶接、または他の手段によることができる。ピニオンギア２３及びリングギア３１を介してデファレンシャル装置３３は軸Ｃ２周りにトルクを受容して回転する。

図２に組み合わせて図３を参照するに、ケーシング３５は、その内部に、トルクをそれぞれ車軸１９Ｒ，１９Ｌへ出力するためのサイドギア３７Ｒ，３７Ｌを備えたデファレンシャルギア組と、サイドギア３７Ｒ，３７Ｌ間の差動をロックするためのクラッチ部材４３とを収容する。

デファレンシャルギア組は、単純なデファレンシャルであってもよく、あるいは所謂リミテッドスリップデフ（ＬＳＤ）であってもよい。また図２，３に示した例ではデファレンシャルギア組はベベルギア式だが、あるいはフェースギア式やプラネタリギア式等の他のギア組を利用することができる。

サイドギア３７Ｒ，３７Ｌの一方、例えば右サイドギア３７Ｒはドッグ歯を備え、クラッチ部材４３は対応するドッグ歯を備え、互いに噛合することにより右サイドギア３７Ｒをケーシング３５にロックし、以ってサイドギア３７Ｒ，３７Ｌ間の差動をロックする。ドッグ歯に代えて他の連結構造、例えばキーとキー溝の組み合わせを利用してもよい。

図２，３に組み合わせて図４を参照するに、ファイナルドライブ１１は、クラッチ部材４３を駆動するために、モータ３９とアクチュエータ４１とを備える。モータ３９はギアシャフト３９Ｇを介してアクチュエータ４１に回転運動を与え、アクチュエータ４１は回転運動を軸方向の運動に変換してクラッチ部材４３を駆動する。

アクチュエータ４１は、ハウジング１３内だがケーシング３５外であって、クラッチ部材４３に近接して配置される。アクチュエータ４１は、概して、モータ３９に駆動されて軸Ｃ２周りに回転するアクションメンバ５１と、これに当接する回り止めされたカウンタメンバ５３と、を備える。これらをハウジング１３に対して位置決めするために、ベースメンバ５９をさらに備えてもよい。

アクションメンバ５１、カウンタメンバ５３およびベースメンバ５９は、何れも、例えば機械構造用鋼よりなる平板を輪環状に打ち抜き、切削加工したものである。カウンタメンバ５３とベースメンバ５９との一方または両方は、互いの係合のために部分的に曲げられた爪構造を備え、またアクションメンバ５１とカウンタメンバ５３との一方または両方は、部分的にプレス加工されてカム斜面５１Ｃ，５３Ｃを備えるものの、何れも概ね比較的薄い平板である。何れも軸Ｃ２に対して略直角に向けられ、アクションメンバ５１とカウンタメンバ５３とは互いに当接し、ベースメンバ５９はこれらから僅かに離れるに過ぎないので、その全体は軸Ｃ２の方向にごく小寸法である。

アクションメンバ５１は、既に述べた通り概ね輪環状だが、その外周の比較的限られた部分が径方向に外方に僅かに延びていてもよく、例えばかかる部分に、ギアシャフト３９Ｇと噛合するためのギア歯５１Ｇを備える。アクションメンバ５１はギア歯５１Ｇを介して駆動力を受けて、軸Ｃ２の周りに回転する。言うまでもなく、正転と逆転の両方がありうる。

図２，３に示した例ではモータ３９はハウジング１３に固定され、その本体はハウジング１３外に突出しており、専らギアシャフト３９Ｇのみがハウジング１３内に突き出てギア歯５１Ｇと噛合する。モータ３９の配置はこれに限られず、その大部分がハウジング１３内であってもよい。またモータ３９は軸Ｃ２と同軸であってアクチュエータ４１を囲む中空軸モータであってもよい。その場合に中空軸はアクションメンバ５１の外周に結合してもよく、あるいは中空軸とアクションメンバ５１とが一体であってもよい。

カウンタメンバ５３は、ベースメンバ５９と互いに係合しており、以って軸方向と周方向の両方に移動が規制されており、あるいは固定されていてもよい。ベースメンバ５９は、また、ハウジング１３に係合し、あるいは固定され、以ってこれらの全体が回り止めされる。あるいは図２に最もよく示されている通り、回り止めのためにブラケット４５がアクチュエータ４１から延びて、ハウジング１３に係合していてもよい。

図２，３に組み合わせて、図４に戻って参照するに、これまでの説明から理解される通り、カウンタメンバ５３は軸Ｃ２の周りに回り止めされ、また軸Ｃ２の方向に移動が規制されているが、アクションメンバ５１は軸Ｃ２の周りに回転可能であり軸Ｃ２の方向にも可動である。アクションメンバ５１をカウンタメンバ５３に向けて適度に付勢して常時これに当接させるべく、スプリング５５を利用することができる。スプリング５５は、例えば、アクションメンバ５１とベースメンバ５９との間に弾発的に介在することができる。あるいは可能ならば、スプリング５５に代えて、他の適宜の付勢手段を利用してもよい。

アクションメンバ５１の軸方向運動をクラッチ部材４３に伝えるべく、その間にトランスファメンバ５７が介在してもよい。トランスファメンバ５７はアクションメンバ５１に係合してもよく、かかる係合は周方向の摺動を許容するが、あるいは相対回転を円滑にするべくボールベアリング等が介在してもよい。クラッチ部材４３とトランスファメンバ５７との結合は、例えばボルト６１によることができ、ボルト結合のためにトランスファメンバ５７から延びた脚５７Ｌを利用することができる。

クラッチ部材４３は概して肉厚の円環であり、その一方の面においてアクションメンバ５１ないしトランスファメンバ５７と結合し、他方の面はドッグ歯を備える。また例えばその外周には、ケーシング３５と結合するためのラグ４３Ｌを備え、これに対応してケーシング３５はラグ４３Ｌと係合しつつ軸方向の移動を許容する溝を備える。

クラッチ部材４３を適度に付勢してサイドギア３７Ｒに常時連結せしめるべく、クラッチ部材４３とケーシング３５の内面との間にはスプリング２９が介在してもよい。可能ならばスプリング２９に代えて、他の適宜の付勢手段を利用してもよい。かかる例ではクラッチ部材４３はサイドギア３７Ｒから常時連結しており、アクチュエータ４１が作動した時にのみ脱連結する。あるいはこれとは逆に、クラッチ部材４３はサイドギア３７Ｒに常時脱連結しており、アクチュエータ４１が作動した時にのみ連結する構成であってもよい。アクチュエータ４１は、クラッチ部材４３を双方向に駆動できるので、スプリング２９が付勢する方向により、何れの構成も容易に実現できる。

図２ないし４に組み合わせて図５を参照するに、ケーシング３５の一端は一以上の貫通孔３５Ｐを備え、トランスファメンバ５７の脚５７Ｌはそれぞれ貫通孔３５Ｐを通ってクラッチ部材４３に届き、ボルト６１等によりこれに結合する。貫通孔３５Ｐは比較的に小さくてよく、従ってケーシング３５の強度および剛性が損なわれることはない。

図２ないし５に組み合わせて図６を参照するに、アクションメンバ５１とカウンタメンバ５３との組み合わせは、モータ３９によるアクションメンバ５１の回転運動を軸方向の運動に変換するカム構造を備える。その一例は、既に述べたカム斜面５１Ｃ，５３Ｃである。アクションメンバ５１とカウンタメンバ５３とがそれぞれ対応してカム斜面５１Ｃ，５３Ｃを備えてもよく、あるいは何れか一方のみがカム斜面を備え、他方はカム斜面を受容する開口のごとき構造を備えてもよい。何れにせよ、アクションメンバ５１とカウンタメンバ５３とはカム構造において互いに当接し、好ましくは互いに面接触する。

カム斜面５１Ｃ，５３Ｃは、それぞれアクションメンバ５１，カウンタメンバ５３から一体的に突出した斜面であり、それぞれ軸Ｃ２の回りに周方向に傾きを有する。言うまでもなく、斜面が突出する方向は図と反対であってもよく、傾きも反対向きであってもよい。アクションメンバ５１に周方向の回転運動Ｒｍが生じると、カム斜面５１Ｃ，５３Ｃはアクションメンバ５１を案内してこれに軸方向の運動Ｍを生じさせる。

図６において実線の位置においては、クラッチ部材４３はサイドギア３７Ｒに連結したままであり、二点鎖線の位置に押し上げられるとアクションメンバ５１はクラッチ部材４３を脱連結させる。このときデファレンシャル装置３３の差動が許容される。既に述べた通り、スプリング５５の付勢力により互いの当接は維持されるので、アクションメンバ５１が反対方向に回転すれば、二点鎖線の位置から実線の位置へ復帰する。このとき再びデファレンシャル装置３３の差動はロックされる。

上述の説明より理解される通り、モータ３９の回転角はクラッチ部材４３の軸方向の運動を正確に反映する。このことを利用して、モータ３９の回転角からクラッチが連結しているか脱連結しているかを判定してもよい。

図２，３に戻って参照するに、少なくともデファレンシャル装置３３とアクチュエータ４１とは、ハウジング１３とこれに結合したカバー１５との組み合わせに収容される。ハウジング１３とカバー１５とは、縦方向に（軸Ｃ１に沿う方向に）ではなく、幅方向に（軸Ｃ２に沿う方向に）分離および結合される、所謂サイドカバー式の形態である。ハウジング１３は、デファレンシャル装置３３および他の要素を囲む本体部１３Ｂと、これと一体であってその側面を覆う壁部１３Ｗとを備える。壁部１３Ｗは本体部１３Ｂから分離不能だが、カバー１５は分離可能であって、壁部１３Ｗとは反対の側面を覆う。壁部１３Ｗは左車軸（言うまでもなく、右車軸であってもよい）を受容する開口を備え、カバー１５は右車軸（あるいは左車軸）を受容する開口を備えるが、両車軸を挿入したときには内部は外部から遮断される。

ジャケット部は本体部１３Ｂから前方Ｆに突出し、その前端において開口している。ジャケット部内のボアは、シャフト２１を受容して支持する。ボアは少なくともピニオンギア２３の通過を許容するに十分な大きさにすることができ、あるいはシャフト２１を回転可能に支持するベアリングユニットを支持するべく寸法づけられていてもよい。

カバー１５がハウジング１３から分離すると、本体部１３Ｂの内部へのアクセスを許容する開口が現れ、かかる開口を通ってデファレンシャル装置３３およびアクチュエータ４１を内部に据え付けることができる。開口は、リングギア３１の通過を許容するに十分な大きさであり、また内部の室は、開口から挿入されたリングギア３１が軸Ｃ２に沿って壁部１３Ｗの近傍まで移動可能なように寸法づけられている。

リングギア３１は壁部１３Ｗにごく近接しており、ピニオンギア２３はこれよりもやや中央よりにあって、互いに噛合する。壁部１３Ｗからカバー１５に向かって、あるいは軸Ｃ２に沿って見たときに、壁部１３Ｗ、リングギア３１、ピニオンギア２３を含むシャフト２１、クラッチ部材４３、アクチュエータ４１は、この順に配列している。また軸Ｃ２に沿って見たときには、ケーシング３５とピニオンギア２３とが互いにオーバーラップした配置にすることができる。このような配置は、ファイナルドライブ１１を幅方向に小型化するのに有利である。

ケーシング３５の左端（あるいは右端）３５Ｌは壁部１３Ｗに支持され、右端（あるいは左端）３５Ｒはカバー１５に支持される。回転を許容するべく、それぞれボールベアリングが介在してもよく、もちろんボールベアリングに代えて、ローラーベアリングないしその他の軸受要素であってもよい。

それぞれの車軸の周囲から潤滑油のごとき流体が漏れるのを防ぐべく、開口は、それぞれに固定されたシールを備えることができる。シールは、ベアリングよりも径方向に内方に配置することができ、また軸Ｃ２の方向には互いにオーバーラップしていてもよい。このような配置は、開口の周囲に軸Ｃ２の方向に突出した構造を不要にし、すなわち幅方向の小型化に役立つ。

既に述べた通り、リングギア３１はピニオンギア２３を含むシャフト２１よりも壁部１３Ｗ寄りであるために、ハウジング１３内においてカバー１５寄りに利用可能な空間が残されており、ここにアクチュエータ４１を配置することができる。アクチュエータ４１は概して平板の組み合わせによるのでごく薄く、それゆえアクチュエータ４１を収納する空間を確保するためにカバー１５は側方に突出する必要がない。カバー１５を含むハウジング１３の全体を幅方向にコンパクトにすることができる。リングギアは全ての内部部品の中で最も大径であるから、これを最も内奥に配置できるようにハウジング１３を寸法づけることは、常識に従えばハウジングの小型化に不利であると予想されたところである。本実施形態では敢えてそのような常識に反した配置を採用して幅方向にコンパクトな構成を実現している。既に述べた通り、幅方向にコンパクトな構成は、車軸１９Ｒ，１９Ｌの揺動の余地を確保できるなど、様々な利益をもたらす。

またかかる配置によれば、モータ３９はカバー１５と共に後から組み込むことができ、ハウジング１３内の要素の組み立てはごく容易である。

一方、本実施形態による配置では、ピニオンギア２３とリングギア３１とをどのようにして噛合せしめるかが問題である。従来技術と異なり、ピニオンギア２３を先に配置し、後からリングギア３１を噛合せしめることはできないからである。本実施形態では、先にリングギア３１を配置しておき、後からシャフト２１をジャケット部の開口を通って挿入して組み込むことができるので、かかる問題を解決することができる。ギア噛合の調整のために、シャフト２１は噛み合い調節機構を備えてもよい。

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 (3)

1. 第１の軸に向けられたシャフトに入力されたトルクを第２の軸に向けられた一対の車軸へ伝達するファイナルドライブであって、
   前記シャフトと噛合するリングギアを備えて前記第２の軸の周りに回転可能なケーシングと、前記ケーシングに収容され前記車軸とそれぞれ結合するサイドギアと、を備えたデファレンシャル装置と、
   前記ケーシングに収容され、前記サイドギアの一方と連結して前記ケーシングにロックするドッグ歯またはキーを備えたクラッチ部材と、
   前記ケーシング外に配置されたアクチュエータであって、
   少なくとも部分的に前記第２の軸に直角に向けられた平板であり、前記第２の軸周りに回転可能であって前記第２の軸の方向に可動なアクションメンバであって、前記クラッチ部材に駆動的に結合したアクションメンバと、
   前記アクションメンバにギア結合して前記第２の軸周りに回転させるモータと、
   少なくとも部分的に前記第２の軸に直角に向けられた平板であり、前記アクションメンバに当接したカウンタメンバと、
   前記カウンタメンバに対する前記アクションメンバの回転を前記第２の軸の方向の運動に変換して前記クラッチ部材を前記サイドギアの一方から脱連結させるカム構造と、を備えたアクチュエータと、
   前記デファレンシャル装置と前記アクションメンバと前記カウンタメンバとを囲み、前記カウンタメンバを回り止めするハウジングと、
   を備え、
   前記カム構造は、前記アクションメンバおよび前記カウンタメンバからそれぞれ一体的に前記第２の軸の方向に突出して互いに当接したカム斜面である、ファイナルドライブ。
2. 前記カム斜面は、前記第２の軸の周りに周方向に傾いている、請求項１のファイナルドライブ。
3. 前記ハウジングは、前記車軸の一方が貫通する壁部と、前記車軸の他方が貫通する分離可能なカバーと、を備え、前記壁部から前記カバーに向かって、前記壁部、前記リングギア、前記クラッチ部材、前記アクションメンバ、前記カバーの順に配列している、請求項１のファイナルドライブ。

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