JPH06213289A - 差動制限装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 差動制限状態の解除時における作動応答性を
高めるとともに、高トルクの入力時においても差動制限
をより完全に行う。 【構成】 アクチュエータによって締結されるパイロッ
トクラッチＹ₁と噛合歯を備えたドグクラッチでなるメ
インクラッチＹ₂とを備えるとともに、該パイロットク
ラッチＹ₁とメインクラッチＹ₂との間に、所定のカム力
を発生するカム手段Ｒと、該カム力を受けて上記メイン
クラッチＹ₂に所定の押圧力を付与してこれを噛合させ
る押圧手段Ｑとを配設したものにおいて、上記メインク
ラッチＹ₂の噛合歯３１a,３２aの歯面３１b,３２bを傾
斜させて軸方向に所定の分離力を発生させ得る如くする
とともに、該歯面３１b,３２bの傾斜角を、上記分離力
が上記カム力よりも小さくなるように設定し、差動制限
解除時には上記分離力で瞬時にメインクラッチＹ₂を締
結解除させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は、差動制限装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、差動装置における差動作用を
必要に応じて制限する差動制限装置として種々の構造の
ものが提案されており、その一つとして例えば、特開平
３ー２１９１２３号公報に開示される如く、差動装置の
一対の出力軸の間に、アクチュエータによって締結され
るパイロットクラッチと、該パイロットクラッチの締結
により作動するカム機構と該カム機構の作動により所定
の押圧力を発生する押圧機構と、該押圧機構の押圧力に
よって締結されるメインクラッチとを配置し、差動制限
時には上記パイロットクラッチの締結力を増幅した状態
でメインクラッチに伝達してこれを締結させるようにし
たものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上掲の差動
制限装置においては、パイロットクラッチとメインクラ
ッチの両方を多板クラッチで構成していることから、特
に分担トルクの大きいメインクラッチにおいては、例え
ば高負荷運転中での差動制限時には摩擦板間に滑りが生
じて完全な差動制限作用を得にくく、また摩擦板が発熱
して焼き付きを起こすということも考えられる。

【０００４】かかる問題を解決する一つの方法として、
メインクラッチとして、伝達トルクが大きく完全な差動
制限が可能で且つ焼き付き等の心配のないドグクラッチ
を採用することが考えられる。ところが、このドグクラ
ッチは対向配置される一対のドグの噛合歯を相互に噛合
させることで締結される構造であることから、該一対の
ドグを噛合させた差動制限状態からこれらを分離させて
差動状態とする場合に比較的時間がかかることになる。
従って、このようなドグクラッチをメインクラッチとし
て採用した差動制限装置と、自動車の各車輪のスリップ
制御を行う所謂アンチブレーキングシステム(以下、Ａ
ＢＳ制御という)とが並設されたものにおいては、差動
制限状態下においてＡＢＳ制御が開始されると可能な限
り瞬時に差動制限状態を解除して差動状態としもって各
車輪の個別制御が可能なる如くすることが要求される
が、上記ドグクラッチの特性上、これが達成できないと
いう問題が生じることになる。

【０００５】そこで本願発明は、特に差動制限状態の解
除時における作動応答性を高めるとともに、高トルクの
入力時においても差動制限をより完全に行うことができ
るようにした差動制限装置を提案せんとしてなされたも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願発明ではかかる課題
を解決するための具体的手段として、請求項１記載の発
明では、入力軸と一体的に回転するピニオンシャフトに
設けられたピニオンギヤと該ピニオンギヤに噛合する一
対のサイドギヤにそれぞれ連結された一対の出力軸とを
備えてなる差動装置の上記一対の出力軸の間に、アクチ
ュエータによって締結されるパイロットクラッチと、軸
方向に対して所定の傾斜角をもつカム面を形成した相対
回転可能な一対のカム部材と該一対のカム部材のカム面
間に配置されたボールとからなり上記パイロットクラッ
チが締結されたときに上記一対のカム部材が相対回転し
て該一対のカム部材の軸方向距離を拡大する方向に所定
のカム力を発生するカム手段と、該カム手段が作動した
際にそのカム力を受けて軸方向へ移動して所定の押圧力
を発生する押圧手段と、該押圧手段の押圧力によって締
結されるメインクラッチとを配置し、上記パイロットク
ラッチが締結されることで上記カム手段及び押圧手段を
介して上記メインクラッチが締結され、上記一対の出力
軸間の差動が制限されるようにした差動制限装置におい
て、上記メインクラッチを、複数の噛合歯を備えた一対
のドグを接離可能に対向配置してなるドグクラッチで構
成する一方、該噛合歯の歯面を軸方向に対して所定の傾
斜角をもって傾斜させて該メインクラッチの負荷トルク
により上記歯面の傾斜角に対応した軸方向への分離力を
発生させ得る如くするとともに、該歯面の傾斜角を、上
記分離力が上記カム手段のカム力よりも小さくなるよう
に設定したことを特徴としている。

【０００７】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
差動制限装置において、上記カム手段のカム面の傾斜角
を、上記メインクラッチの噛合歯の歯面の傾斜角よりも
小さく設定したことを特徴としている。

【０００８】請求項３記載の発明では、請求項１記載の
差動制限装置において、上記カム手段の有効径を上記メ
インクラッチの有効径よりも小さく設定したことを特徴
としている。

【０００９】

【作用】本願各発明ではかかる構成とすることによって
それぞれ次のような作用が得られる。

【００１０】請求項１記載の発明では、差動制限解除状
態においては、パイロットクラッチが非締結とされカム
手段及び押圧手段が非作動状態とされることからメイン
クラッチも締結解除状態にあり、従って、差動装置の一
対の出力軸の差動が許容される。

【００１１】これに対して、差動制限時には、パイロッ
トクラッチの締結によってカム手段及び押圧手段が作動
してメインクラッチが締結され、上記差動装置の一対の
出力軸が一体的に連結されその差動が制限される。この
場合、メインクラッチの噛合歯の歯面を傾斜させること
で所定の分離力が発生する構造となっているが、上記カ
ム手段が上記分離力よりも大きなカム力を発生し得る如
く構成されているので、上記分離力の存在にかかわらず
迅速且つ確実にメインクラッチを締結させて差動制限に
移行することができるものである。また、メインクラッ
チがドグクラッチで構成されていることから、例え高負
荷運転時の如く入力トルクが大きい時であっても該メイ
ンクラッチの滑り等の問題もなく確実な差動制限作用が
達成されるものである。

【００１２】一方、差動制限状態を解除して差動状態と
する場合には、パイロットクラッチの締結解除に伴って
上記カム手段及び押圧手段が非作動とされ上記メインク
ラッチにかかっていた押圧力が解除されると、メインク
ラッチはその噛合歯の歯面の傾斜によって生じる分離力
によって素早く締結解除され、迅速な差動状態への移行
が可能となるものである。

【００１３】請求項２記載の発明ではカム手段のカム面
の傾斜角をメインクラッチの噛合歯の歯面の傾斜角より
も小さく設定することで、また請求項３記載の発明では
カム手段の有効径をメインクラッチの有効径よりも小さ
く設定することで、それぞれメインクラッチの分離力よ
りもカム手段のカム力(即ち、押圧手段の押圧力)を大き
くして差動制限操作及び差動制限解除操作を迅速且つ確
実に行うことが可能となるものてある。

【００１４】

【発明の効果】従って、本願各発明の差動制限装置によ
れば、メインクラッチがドグクラッチで構成されている
ことから、大トルクの入力時であっても確実にこれを締
結して完全な差動制限状態を達成することができ、例え
ば従来のようにメインクラッチを多板クラッチで構成し
た場合に比して、作動の確実性・信頼性及び装置の耐久
性の向上が図れるものである。

【００１５】また、差動制限状態の解除時には、メイン
クラッチに作用する分離力によってより素早くこれを締
結解除して差動状態により迅速に移行し得ることから、
その作動応答性が向上し、例えばＡＢＳ制御が行なわれ
る自動車にあっては各車輪の個別制御に迅速に移行し得
ることからその制御上の信頼性が高められるものであ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本願発明の差動制限装置を実施例に基
づいて具体的に説明すると、図１には本願発明の実施例
にかかる差動制限装置を備えた四輪駆動車のセンターデ
ィファレンシャルの要部が示されており、同図において
符号１はエンジントルクの入力部となる入力軸、２は上
記入力軸１と同軸状に配置された後輪側出力軸、３は上
記入力軸１の外側に相対回転可能に嵌挿された前輪側出
力軸であって、この後輪側出力軸２と前輪側出力軸３と
の間に後述の差動装置Ｘと、差動制限装置を構成するパ
イロットクラッチＹ₁とメインクラッチＹ₂とカム手段Ｒ
と押圧手段Ｑとが配置されている。

【００１７】差動装置Ｘ 上記差動装置Ｘは、上記入力軸１に一体的に突設された
ピニオンシャフト４に回転可能に支持されたピニオンギ
ヤ５と、上記後輪側出力軸２の端部に一体形成され且つ
上記ピニオンギヤ５に噛合せしめられたフロント側サイ
ドギヤ６と、上記前輪側出力軸３の端部に一体的に形成
され且つ上記ピニオンギヤ５に噛合せしめられたリヤ側
サイドギヤ７と、上記前輪側出力軸３の外側に相対回転
可能に配置されるとともに上記ピニオンシャフト４に連
結されて上記入力軸１と一体的に回転するケーシング８
とを備えている。尚、図１において符号９は上記前輪側
出力軸３にスプライン結合された前輪側への出力ギヤ９
である。

【００１８】パイロットクラッチＹ₁ 上記パイロットクラッチＹ₁は、上記後輪側出力軸２に
そのボス部２１aがスプライン結合されてこれと一体的
に回転するクラッチドラム２１と、該クラッチドラム２
１の縦壁部２１bの軸方向内側位置に積層配置され且つ
外周壁２１cに対してスライド可能に支持された複数の
外側摩擦板２３,２３,・・と一枚の押圧リング２２と、
上記各外側摩擦板２３,２３,・・間に挟まれた状態で配
置されるともに後述の第１カムリング２５に対してスラ
イド可能に支持された複数の内側摩擦板２４,２４,・・
と、上記クラッチドラム２１の縦壁部２１bの軸方向外
側位置においてデフケース１９に支持された状態で配置
された電磁石２０(特許請求の範囲中のアクチュエータ
に該当する)とで構成されている。

【００１９】このパイロットクラッチＹ₁は、上記電磁
石２０が励磁され、上記外側摩擦板２３が該電磁石２０
側に吸引されることで上記各外側摩擦板２３,２３,・・
とかく内側摩擦板２４,２４,・・との間に所定の摩擦力
を発生させてこれを締結し、もって上記クラッチドラム
２１(即ち、後輪側出力軸２)と後述の第１カムリング２
５とを一体的に結合する如く作用する。

【００２０】カム手段Ｒ 上記カム手段Ｒは、対向状態で近接配置されるとともに
上記クラッチドラム２１のボス部２１aに遊嵌された第
１カムリング２５と第２カムリング２６(これらがそれ
ぞれ特許請求の範囲中のカム部材に該当する)と、これ
らの間に介在せしめられたボール２７とで構成される。
そして、上記第１カムリング２５及び第２カムリング２
６には、図２に示すように、その側面に対して傾斜角β
をもつ略Ｖ字状のカム面２５a,２６aが凹設されてお
り、上記ボール２７はこの第１カムリング２５のカム面
２５aと第２カムリング２６のカム面２６aとで形成され
る空間部に嵌装されている。

【００２１】このカム手段Ｒは、第１カムリング２５と
第２カムリング２６との間に差動が生じない状態では上
記ボール２７によって周方向に係合されて一体的に回転
するが、これらの間に差動が生じて所定のトルクが発生
した場合には、上記ボール２７が上記各カム面２５a,２
６aに乗り上げて一種のクサビ作用をなし、第２カムリ
ング２６が第１カムリング２５から離間する方向に移動
せしめられ、これによって該第２カムリング２６には上
記トルクの大きさとカム面２５a,２６aの傾斜角βとに
応じた所定のカム力Ｐ₂が軸方向に発生する。

【００２２】メインクラッチＹ₂ 上記メインクラッチＹ₂は、上記差動装置Ｘのケーシン
グ８の外周側に一体的に延設されたフロント側ドグ３１
と、該フロント側ドグ３１に対向状態で配置されるとと
もに上記クラッチドラム２１の外周壁２１cに対して軸
方向にスライド可能に支持されたリヤ側ドグ３２とを備
えている。このフロント側ドグ３１とリヤ側ドグ３２に
は、図３に示すように、その対向面上に、傾斜角αの歯
面３１b,３２bを有する複数の噛合歯３１a,３１a,・
・、同３２a,３２a,・・がそれぞれ形成されている。そ
して、このメインクラッチＹ₂は、上記フロント側ドグ
３１に対してリヤ側ドグ３２が接近して上記各噛合歯３
１a,３２aが噛合することで締結状態とされ、また該リ
ヤ側ドグ３２がフロント側ドグ３１から離間して上記各
噛合歯３１a,３２aの噛合状態が解除されることで締結
解除される。

【００２３】さらに、このメインクラッチＹ₂において
は、上記フロント側ドグ３１とリヤ側ドグ３２とが噛合
した締結状態でこれらの間に所定のトルクがかかると、
このトルクの大きさと上記歯面３１b,３２bの傾斜角α
とに応じた所定の分離力Ｐ₁を軸方向に向けて発生する
ようになっている。従って、このフロント側ドグ３１と
リヤ側ドグ３２との噛合状態を達成・維持するためには
少なくとも上記分離力Ｐ₁以上の大きさの押圧力をリヤ
側ドグ３２にかける必要があり、このリヤ側ドグ３２に
対する押圧作用が後述の押圧手段Ｑによって行なわれる
ものである。

【００２４】押圧手段Ｑ 上記押圧手段Ｑは、上記カム手段Ｒの第２カムリング２
６の外周側に一体的に延設形成され且つ上記メインクラ
ッチＹ₂のリヤ側ドグ３２の背面側に対向配置された押
圧部２８で構成される。そして、この押圧部２８は、上
記ケーシング８にスプライン係合されており、該ケーシ
ング８と一体的に(即ち、上記入力軸１と一体的に)回転
駆動されるとともに、上記カム手段Ｒが作動してその第
２カムリング２６に上記カム力がかかって該第２カムリ
ング２６が第１カムリング２５から離間する方向(図面
上の左方向)に移動する際に、該第２カムリング２６と
一体的に移動して上記リヤ側ドグ３２を所定の押圧力
(即ち、上記カム手段Ｒにより発生せしめられるカム力
と同じ力)で押圧して上記メインクラッチＹ₂を締結状態
とさせる如く作用する。

【００２５】以上の如く構成することにより、差動制限
が行なわれない通常の運転状態においては、パイロット
クラッチＹ₁が締結解除され、カム手段Ｒの第１カムリ
ング２５と第２カムリング２６及び該第２カムリング２
６に一体形成された押圧部２８とはケーシング８を介し
て入力軸１と一体的に結合されるとともに、上記後輪側
出力軸２との相対回転が可能となっている。従って、こ
の状態において、上記入力軸１(即ち、前輪側出力軸３)
と後輪側出力軸２との間に差動が生じた場合には、上記
差動装置Ｘのピニオンギヤ５が適宜に回転してこの入力
軸１と後輪側出力軸２との間の差動が許容される。

【００２６】一方、運転者から差動制限要求が出されて
上記電磁石２０が励磁されると、上記メインクラッチＹ
₂が締結され、カム手段Ｒの第１カムリング２５が後輪
側出力軸２と一体的に連結される。従って、この状態下
において上記入力軸１と後輪側出力軸２との間に差動が
生じると、上記カム手段Ｒの第１カムリング２５と第２
カムリング２６との間に相対回転が生じ、該カム手段Ｒ
が作動状態となって該第２カムリング２６をして上記押
圧部２８が所定の押圧力でメインクラッチＹ₂のリヤ側
ドグ３２を締結側に押圧移動させ、該メインクラッチＹ
₂が締結状態とされる。このようにメインクラッチＹ₂が
締結されると、入力軸１と後輪側出力軸２とが一体化さ
れ、上記差動装置Ｘによる差動作用が制限される。

【００２７】この場合、上記メインクラッチＹ₂が従来
のような多板式クラッチではなくドグクラッチで構成さ
れていることから、例え大きな伝達トルクの入力時にお
ける差動制限要求であっても、メインクラッチＹ₂は滑
り等を生じることなく確実に締結して差動制限状態を達
成することができ、また滑りによる発熱及びこれに伴う
焼き付き等の不都合の発生もなく、その作動上の信頼性
が飛躍的に高められるものである。

【００２８】また、差動制限状態において、例えば運転
者から差動制限の解除要求が出されるとか、ＡＢＳ制御
の実行に伴って差動制限の解除要求信号が出された場合
には、上記電磁石２０への通電が停止され上記パイロッ
トクラッチＹ₁が締結解除される。これに伴ってカム手
段Ｒによるカム力及び押圧手段Ｑによる押圧力が消滅す
ることから、上記メインクラッチＹ₂も締結解除され、
再び差動状態に復帰する。

【００２９】ところで、このようにメインクラッチＹ₂
をドグクラッチで構成した場合には、該ドグクラッチの
構造上の特質からその締結解除に時間がかかり、特に瞬
時の差動制限解除が要求されるＡＢＳ制御時においては
問題となることは既述の通りである。

【００３０】このためこの実施例のものにおいては、本
願発明を適用して上述の如く、メインクラッチＹ₂の噛
合歯３１a,３２aの歯面３１b,３２bの傾斜角αを、該歯
面３１b,３２bの傾斜に起因して軸方向への分離力が発
生するようにするとともに、この分離力が上記カム手段
Ｒによるカム力(即ち、押圧手段Ｑの押圧力)よりも大き
くならないないように上記傾斜角αを設定し、さらにこ
のような条件を達成するための具体的方法として、上記
ドグクラッチの歯面傾斜角αを上記カム手段Ｒのカム面
傾斜角βよりも大きくするとともに、上記メインクラッ
チＹ₂の有効径を上記カム手段Ｒの有効径よりも大きく
設定している。

【００３１】かかる構成とすることで、パイロットクラ
ッチＹ₁の締結解除に伴ってカム手段Ｒのカム力が消滅
した場合にはメインクラッチＹ₂が自己の分離力によっ
て瞬時に締結解除され、また差動制限操作時には上記メ
インクラッチＹ₂の分離力の存在にもかかわらず上記カ
ム手段Ｒのカム力によって確実に上記メインクラッチＹ
₂を締結状態とし且つその状態を維持し得るものであ
る。

【００３２】これを力学的に証明すると次の通りであ
る。即ち、パイロットクラッチＹ₁のロックトルクを
(t)、メインクラッチＹ₂にかかるロックトルクを(Ｔ)、
メインクラッチＹ₂の有効径を(Ｄ)、カム手段Ｒの有効
径を(d)とすると、メインクラッチＹ₂に上記歯面傾斜角
αに起因して上記ロックトルク(Ｔ)によって発生する分
離力(Ｐ₁)は、Ｐ₁＝(２・Ｔ／Ｄ)・(１／tanα)と表
せ、また、カム手段Ｒにそのカム面傾斜角βに起因して
上記パイロットクラッチＹ ₁のロックトルク(t)により発
生するカム力(即ち、押圧部２８による押圧力)Ｐ₂は、
Ｐ₂＝(２・t／d)・(１／tanβ)と表せる。

【００３３】ここで、上記メインクラッチＹ₂の分離力
Ｐ₁の存在にかかわらず、差動状態から差動制限状態に
設定し且つこれを維持するための条件は、Ｐ₁＜Ｐ₂、即
ち、〔(Ｐ₂／Ｐ₁)＞１〕であるから、これを整理する
と、(Ｐ₂／Ｐ₁)＝(t／Ｔ)・(Ｄ／d)・(tanα／tanβ)＞
１となる。

【００３４】この条件式から、(t／Ｔ)のロックトルク
関係の下で、(傾斜角α＞傾斜角β)とし且つ(Ｄ＞d)と
することで上記条件が成立し、上記メインクラッチＹ₂
の分離力Ｐ₁の存在にかかわらず、差動状態から差動制
限状態に設定し且つこれを維持するとともに、差動制限
の解除時には上記分離力Ｐ₁で瞬時にメインクラッチＹ₂
を締結解除させることができるものである。

【００３５】このように、差動制限操作時におけるメイ
ンクラッチＹ₂の締結作動が該メインクラッチＹ₂におけ
る分離力Ｐ₁の存在にもかかわらず確実に行なわれると
ともに、差動制限解除操作時にはパイロットクラッチＹ
₁の締結解除に伴ってメインクラッチＹ₂が自己の分離力
Ｐ₁によって瞬時に締結解除されることで、差動制限装
置の高い作動応答性が確保され精度の良い差動制限が実
現されるとともに、ＡＢＳ制御を行うものにあっては該
ＡＢＳ制御の制御特性も良好に維持されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の実施例にかかる差動制限装置の要部
縦断面図である。

【図２】図１のII-II横断面図である。

【図３】図１のIII-III横断面図である。

【符号の説明】

１は入力軸、２は後輪側出力軸、３は前輪側出力軸、４
はピニオンシャフト、５はピニオンギヤ、６はフロント
側サイドギヤ、７はリヤ側サイドギヤ、８はケーシン
グ、９は出力ギヤ、１９はデフケース、２０は電磁石、
２１はクラッチドラム、２２は押圧リング、２３は外側
摩擦板、２４は内側摩擦板、２５は第１カムリング、２
６は第２カムリング、２７はボール、２８は押圧部、３
１はフロント側ドグ、３２はリヤ側ドグ、Ｑは押圧手
段、Ｒはカム手段、Ｙはクラッチ手段、Ｙ₁はパイロッ
トクラッチ、Ｙ₂はメインクラッチ、Ｘは差動装置であ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力軸と一体的に回転するピニオンシャ
   フトに設けられたピニオンギヤと該ピニオンギヤに噛合
   する一対のサイドギヤにそれぞれ連結された一対の出力
   軸とを備えてなる差動装置の上記一対の出力軸の間に、 アクチュエータによって締結されるパイロットクラッチ
   と、 軸方向に対して所定の傾斜角をもつカム面を形成した相
   対回転可能な一対のカム部材と該一対のカム部材のカム
   面間に配置されたボールとからなり上記パイロットクラ
   ッチが締結されたときに上記一対のカム部材が相対回転
   して該一対のカム部材の軸方向距離を拡大する方向に所
   定のカム力を発生するカム手段と、 該カム手段が作動した際にそのカム力を受けて軸方向へ
   移動して所定の押圧力を発生する押圧手段と、 該押圧手段の押圧力によって締結されるメインクラッチ
   とを配置し、 上記パイロットクラッチが締結されることで上記カム手
   段及び押圧手段を介して上記メインクラッチが締結さ
   れ、上記一対の出力軸間の差動が制限されるようにした
   差動制限装置であって、 上記メインクラッチを、複数の噛合歯を備えた一対のド
   グを接離可能に対向配置してなるドグクラッチで構成す
   る一方、 該噛合歯の歯面を軸方向に対して所定の傾斜角をもって
   傾斜させて該メインクラッチの負荷トルクにより上記歯
   面の傾斜角に対応した軸方向への分離力を発生させ得る
   如くするとともに、該歯面の傾斜角を、上記分離力が上
   記カム手段のカム力よりも小さくなるように設定したこ
   とを特徴とする差動制限装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記カム手段のカム
   面の傾斜角を、上記メインクラッチの噛合歯の歯面の傾
   斜角よりも小さく設定したことを特徴とする差動制限装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１において、上記カム手段の有効
   径を上記メインクラッチの有効径よりも小さく設定した
   ことを特徴とする差動制限装置。