JPWO2015121967A1

JPWO2015121967A1 - クラッチおよびそれを備えたデファレンシャル装置

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Publication number: JPWO2015121967A1
Application number: JP2015562638A
Authority: JP
Inventors: 秀之猪瀬; 康雄山中; 豊史丸山
Original assignee: Ｇｋｎドライブラインジャパン株式会社
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: EP3106695B1; JP6240687B2; US20160341294A1; CN105960539B; US9797495B2; WO2015121967A1; CN105960539A; EP3106695A1; EP3106695A4

Abstract

軸の周りに回転する回転装置と組み合わされるクラッチは、前記軸に直交する第１の面と、前記第１の面より軸方向に後退した第１の底面と、周方向に並び前記第１の面および前記底面よりもそれぞれ軸方向に突出した複数の第１のクラッチ歯と、を備えた回転部材と、第２の底面と、周方向に並び前記第２の底面からそれぞれ軸方向に突出して前記複数の第１のクラッチ歯にそれぞれ係合可能な複数の第２のクラッチ歯と、前記複数の第２のクラッチ歯の各内周端を互いに連結して前記回転部材に向けて軸方向に突出した内周壁と、を備え、前記回転部材に対して軸方向に可動なクラッチ部材と、を備える。

Description

本発明は、デファレンシャル装置やパワーテークオフユニット等の回転装置のためのクラッチおよびそれを備えたデファレンシャル装置に関する。

自動車は、デファレンシャル装置やパワーテークオフユニット等の種々の回転装置を利用する。これらの回転装置の幾つかには、しばしばクラッチが組み込まれている。

例えば、車両が左右の何れかに曲がるときには、左右の車輪の間に差動が生じなければならない。デファレンシャル装置は差動を許容しながら左右の車軸にエンジン／モータのトルクを分配するが、クラッチを利用して車軸間の差動を制限することがある。クラッチによって差動をロックする形式のデファレンシャル装置は、ロックアップデファレンシャルと呼ばれる。その他、幾つかの目的のためにクラッチが回転装置に組み込まれることがある。

クラッチと組み合わせて、油圧装置やソレノイドのごときアクチュエータが利用される。アクチュエータは、クラッチの一方を回転装置の軸に沿う方向に駆動し、以ってクラッチの連結および脱連結を実現する。

特許文献１は関連する技術を開示している。

日本国特許公開２００７−９２９９０号

クラッチが連結したとき、デファレンシャル装置が伝えようとするトルクの大部分がクラッチ歯に印加される。またクラッチ歯には、クラッチの連結を保持する目的の軸力も作用する。これらに起因する応力を負担して十分な耐久性を発揮するためには、クラッチ歯は周方向に幅広である（クラッチ歯の数は少ない）ことが好ましい。

一方、回転装置に組み込まれたクラッチは、かつては自動車が停止している時にのみ操作可能であればよかったが、近年は走行中に操作可能なクラッチが求められている。相対回転するクラッチの連結を容易にするためには、クラッチ歯は周方向に幅狭である（クラッチ歯の数が多い）ことが好ましい。

すなわち、クラッチの耐久性と操作性とは、互いにトレードオフの関係にあり、両者を共に改善することは困難である。本発明は、かかる問題に鑑みて為されたものである。

本発明の第１の局面によれば、軸の周りに回転する回転装置と組み合わされるクラッチは、前記軸に直交する第１の面と、前記第１の面より軸方向に後退した第１の底面と、周方向に並び前記第１の面および前記底面よりもそれぞれ軸方向に突出した複数の第１のクラッチ歯と、を備えた回転部材と、第２の底面と、周方向に並び前記第２の底面からそれぞれ軸方向に突出して前記複数の第１のクラッチ歯にそれぞれ係合可能な複数の第２のクラッチ歯と、前記複数の第２のクラッチ歯の各内周端を互いに連結して前記回転部材に向けて軸方向に突出した内周壁と、を備え、前記回転部材に対して軸方向に可動なクラッチ部材と、を備える。

本発明の第２の局面によれば、軸の周りに回転して一対の車軸にトルクを分配するデファレンシャル装置は、一以上の貫通孔を有し、前記トルクを受容して前記軸の周りに回転可能なケーシングと、前記ケーシングに結合した入力ギアと、前記入力ギアと噛み合い、それぞれ前記車軸に結合して前記トルクを分配する第１および第２のサイドギアと、を含むデファレンシャルギア組であって、前記第１のサイドギアが前記軸に直交する第１の面と、前記第１の面より軸方向に後退した第１の底面と、周方向に並び前記第１の面および前記底面よりもそれぞれ軸方向に突出した複数の第１のクラッチ歯と、を備えたデファレンシャルギア組と、第２の底面と、周方向に並び前記第２の底面からそれぞれ軸方向に突出して前記複数の第１のクラッチ歯にそれぞれ係合可能な複数の第２のクラッチ歯と、前記複数の第２のクラッチ歯の各内周端を互いに連結して前記第１のサイドギアに向けて軸方向に突出した内周壁と、前記貫通孔にそれぞれ係合した一以上の凸部と、を備え、前記第１のサイドギアに対して軸方向に可動なクラッチ部材と、を備える。

図１は、本発明の一実施形態に係るクラッチが組み込まれたデファレンシャル装置の断面図である。図２は、クラッチ部材の斜視図であって、クラッチ歯を有する側を主に見せる図である。図３は、クラッチ部材の他の斜視図であって、カム凸部を有する側を主に見せる図である。図４は、クラッチ部材と噛み合うクラッチ歯を有するサイドギアの斜視図である。図５は、クラッチが連結した状態のサイドギア及びクラッチ部材の断面図である。図６は、クラッチ部材のクラッチ歯の拡大斜視図である。図７は、サイドギアのクラッチ歯の拡大斜視図である。図８は、クラッチが連結した状態のサイドギア及びクラッチ部材の周方向に沿う断面図である。

図１ないし８を参照して以下に本発明の幾つかの例示的な実施形態を説明する。

ベベルギア式のロックアップデファレンシャル装置を例にとり実施形態を説明するが、本発明の実施形態は必ずしもこれに限られない。本実施形態は、例えばフリーランニングデファレンシャル装置やパワーテークオフユニットのごとき他の回転装置に転用することができる。またデファレンシャル装置が車軸に適用された例を挙げるが、プロペラシャフト等の他のシャフトに適用されてもよい。また以下の説明において右および左は便宜的な区別に過ぎず、本実施形態は向きに依存しない。さらには、幾つかの構成については、内外を入れ替えた態様も可能である。

図１を参照するに、デファレンシャル装置１は、軸周りに回転可能なデフケース３と、これに収容された差動ギア組５と、クラッチ７と、クラッチ７を操作するプランジャ９およびアクチュエータ１１の組み合わせと、を備える。

デフケース３は、ケース本体と、その一方の端を覆うカバー体とよりなり、その中に差動ギア組５とクラッチ部材７１とが収容される。ケース本体とカバー体とは、それぞれ軸方向に突出したボス部３１を備え、ボス部３１がベアリングを介してキャリアに回転可能に支持され、以ってデフケース３はその軸の周りに回転可能である。通常、デフケース３は車両のエンジン／モータからトルクを受容して回転し、これに収容された差動ギア組５とクラッチ部材７１とは、デフケース３と共に回転する。

差動ギア組５は、一例としてベベルギア式の場合、複数のピニオンギア５１と、これらに噛み合った第１のサイドギア５３および第２のサイドギア５５と、よりなる。ピニオンギア５１はデフケース３からトルクを受け取る入力ギアである。サイドギア５３，５５は、それぞれ右車軸，左車軸と結合し、受容したトルクをこれらに差動的に分配する。

デフケース３内には、右サイドギア５３と対向するようにクラッチ部材７１が収容される。図１と組み合わせて図２，３を参照するに、クラッチ部材７１はリング状であり、リングの内周面８３が例えば右サイドギア５３のボス部８１上に摺動可能に嵌合し、以って軸方向に可動である。

さらに図４を参照するに、右サイドギア５３は、クラッチ部材７１に向いた面において周方向に並んだ複数の第１のクラッチ歯７３を備える。これに対応するように、クラッチ部材７１は、右サイドギア５３に向いた面において周方向に並んだ複数の第２のクラッチ歯７５を備える。クラッチ歯７３，７５は互いに係合可能であり、すなわち右サイドギア５３とクラッチ部材７１との組み合わせはクラッチ７を構成する。クラッチ歯７３，７５については、後により詳しく述べる。

主に図１，３を参照するに、クラッチ部材７１は、第２のクラッチ歯７５とは反対の面から軸方向に突出した複数の凸部７７を備える。デフケース３は、これに対応するように貫通孔３３を備え、これに凸部７７が係合し、以ってクラッチ部材７１とデフケース３とは共に回転する。

また凸部７７は貫通孔３３を通して外部にその先端を露出させている。プランジャ９は凸部７７に対応するように複数の爪を備え、凸部７７の先端にそれぞれ当接する。アクチュエータ１１がクラッチ部材７１に向けてプランジャ９を軸に沿う方向に駆動すると、爪が凸部７７を押圧することによりクラッチ７が連結する。プランジャ９が反対方向に移動すると、クラッチ７は脱連結する。脱連結を促すべく、右サイドギア５３とクラッチ部材７１との間、あるいは他の適宜の場所に、クラッチ部材７１を右方に付勢するスプリングのごとき弾性体が介在していてもよい。

主に図１を参照するに、アクチュエータ１１としては、油圧装置、空圧装置、モータとギアの組み合わせ、あるいはソレノイドを利用することができる。以下においてはソレノイド１３を利用する例を説明する。ソレノイド１３は、概して電磁コイル１５と、電磁コイル１５が発生する磁束を導くコア１７とよりなり、軸に関して対称であって軸回りに環状である。ソレノイド１３は、デフケース３と同軸であり、またその右の壁部に隣接するように配置されている。

ソレノイド１３をデフケース３に対して位置決めするべく、デフケース３の壁部は周方向に走る溝を備え、これにコア１７が摺動可能に嵌合していてもよい。また、コア１７は、デファレンシャル装置１を収容するキャリア（静止部材）に対して回り止めされる。すなわち、回り止めされたソレノイド１３に対してデフケース３は相対回転する。

コア１７は、ギャップを残して電磁コイル１５を囲む磁気回路を構成するが、あるいはかかる磁気回路はデフケース３の右の壁部をその一部として含んでもよい。ギャップは図示の例では電磁コイル１５の径方向に内側であるが、外側でもよい。

プランジャ９は、ソレノイド１３に面するようにこれに摺動可能に嵌合し、ギャップを跨ぐように配置される。プランジャ１１は、また、好ましくはデフケース３のボス部３１に摺動可能に嵌合してこれに支持される。プランジャ９は、少なくともギャップに面した側において磁性材料よりなる。電磁コイル１５が発生する磁束は、専ら磁気回路のギャップを跳躍せずに、迂回してプランジャ９を流れ、かかる磁束がプランジャ９を軸に沿う方向に駆動する。

上述のごとくプランジャ９はクラッチ部材７１の凸部７７に当接するので、電磁コイル１５の励磁によってアクチュエータ１１はクラッチ部材７１を操作して、図５に示すごとくクラッチ７を連結することができる。クラッチ７が連結すると、クラッチ部材７１はもとよりデフケース３と共に回転するので、右サイドギア５３もデフケース３に対して相対的に回転できなくなり、結果的にサイドギア５３，５５間の差動が制限される。このときデファレンシャル装置１は、ロックアップされた状態となる。

図１と組み合わせて図３を参照するに、クラッチ部材７１を右サイドギア５３に向けて押圧する軸力を補助するべく、凸部７７の側面７７Ｓは、それぞれ周方向に対して傾いていてもよい。また貫通孔３３の側面も、凸部７７の側面７７Ｓに対応して、それぞれ周方向に対して傾いていてもよい。互いに当接したこれら側面は、デフケース３のトルクの一部を軸力に変換するカムとして機能し、以ってクラッチ部材７１を右サイドギア５３に向けて押圧する。従ってアクチュエータ１１の出力が比較的に小さくても、十分な押圧力をもってクラッチ７の連結が維持される。

次にクラッチ歯７３，７５についてより詳しく述べる。

図１，２と組み合わせて図６を参照するに、クラッチ部材７１において右サイドギア５３に向いた面は、クラッチ部材７１の軸に直交している。かかる面において、周方向に等間隔に、複数の溝が形成されており、各溝は、右サイドギア５３のクラッチ歯７３を個別に受容するべく構造付けられている。溝の形成は、鍛造あるいは機械加工による溝切りでもよいし、他の適宜の方法によってもよい。

隣接する溝の間において、各溝の底面（歯底）７５Ｂから軸方向に突出している部分が、複数のクラッチ歯７５を構成する。クラッチ歯７５より内周側は、溝を形成せずに残されて一の内周壁７９を構成する。内周壁７９は、複数のクラッチ歯７５の各内周端を互いに連結し、以ってクラッチ歯７５を補強する。クラッチ歯７５の歯先面７５Ｔと内周壁７９とは段差があってもよいが、図６に示すごとく同一面にすることができる。

各溝は、内周側において内周壁７９によって閉じているが、外周に向かっては開放されている。これは歯底７５Ｂに流入した潤滑油の排出を促し、以ってクラッチ７の固着を防止するに有利である。

図１，４と組み合わせて図７を参照するに、右サイドギア５３においてクラッチ部材７１に向いた面５９は、右サイドギア５３の軸に直交している。面５９より軸方向に後退した複数の溝が、周方向に等間隔に形成されており、各溝は、クラッチ部材７１のクラッチ歯７５を受容するべく構造付けられている。かかる溝も鍛造あるいは機械加工または他の適宜の方法により形成できる。

隣接する溝の間において、各溝の底面（歯底）７３Ｂから軸方向に突出している部分が、複数のクラッチ歯７３を構成する。クラッチ歯７３の各歯先面７３Ｔは、底面７３Ｂと面５９との何れよりも突出している。各溝は、内周と外周の何れに向かっても開放されており、すなわち潤滑油の排出を促し、クラッチ７の固着を防止するに有利である。

クラッチ歯７３，７５において、通常、各歯先面７３Ｔ，７５Ｔの両側のエッジ７３Ｅ，７５Ｅは鋭利であってもよく、歯底７３Ｂ，７５Ｂとクラッチ歯７３，７５との間の隅７３Ｒ，７５Ｒは適宜に丸みを有してもよい。これらは加工の都合による。

クラッチ歯７３，７５、面５９および内周壁７９は上述のごとき寸法関係にあるので、クラッチ歯７５がクラッチ歯７３に係合するとき、図５に示すごとく、内周壁７９が面５９に当接し、クラッチ部材７１はこれ以上に左方に移動できない。図５と組み合わせて図８に明瞭に示されているごとく、歯先面７３Ｔが底面７５Ｂに当接することは妨げられ、歯先面７５Ｔが底面７３Ｂに当接することも妨げられる。

結果的に、アクチュエータ１１が生ずる軸力、および貫通孔３３および凸部７７の組み合わせが構成するカムが生ずるであろう軸力は、専ら内周壁７９と面５９との当接が負担して、クラッチ歯７３，７５には作用しない。クラッチ歯７３，７５は周方向の力のみ負担すればよく、クラッチ歯７３，７５に複雑な応力を生ずる要因がない。すなわちかかる構造は、クラッチ歯７３，７５の寿命の延長に有利であり、あるいは過酷な使用環境に対する耐久力の向上に有利である。内周壁７９と面５９との当接面積は比較的に大きくはないが、上述の軸力は合計しても過大になることはなく、当接面を損なうことはない。

本実施形態は、また、歯先面のエッジ７３Ｅ，７５Ｅにおける異常な応力集中も防止する。すなわち、上述のごとき寸法的関係がなければ、鋭利なエッジ７３Ｅは丸みのある隅７５Ｒに突き当たり、また鋭利なエッジ７５Ｅは丸みのある隅７３Ｒに突き当たる。これはエッジ７３Ｅ，７５Ｅに異常な応力集中を生じ、クラッチ歯７３，７５の寿命を短縮する要因となりうる。本実施形態によれば、エッジ７３Ｅ，７５Ｅがそれぞれ丸みのある隅７５Ｒ，７３Ｒに突き当たることがなく、異常な応力集中が生じない。すなわちかかる構造は、クラッチ歯７３，７５の寿命の延長にさらに有利であり、あるいは過酷な使用環境に対する耐久力の向上にさらに有利である。

クラッチ歯７３，７５は、クラッチ部材７１の最外周にまで延長されている。伝達するトルクが同一であれば、より径の大きな部位がトルク伝達に寄与するのであるから、クラッチ歯７３，７５に作用する応力はより小さくなる。これは、クラッチ歯７３，７５を幅広にする必要性を減ずる。すなわち本実施形態は、クラッチ歯７３，７５を幅狭にすることができるために、翻ってクラッチ７の連結をも容易にするのであり、クラッチの耐久性と操作性とを共に向上している。

クラッチ７が連結すると、差動ギア組５の差動を制限するべくクラッチ部材７１に比較的に大きな捻れトルクが作用する。かかる捻れトルクは、例えば凸部７７の脚部に比較的に大きな応力集中を生ずる（例えば図３の参照符号７７Ｆの部位を参照）。しかし本実施形態によれば、かかる応力集中部位７７Ｆのすぐ裏側に内周壁７９が位置しており、以って大きな断面積がかかる応力を負担している。集中した応力を大きな断面積に負担せしめることができ、この点においても本実施形態は耐久性の向上に寄与している。

クラッチ部材は、ロックアップデファレンシャル装置において破損の懸念が比較的に高い部材である一方、一旦デファレンシャル装置に組み込まれると、取り外しに多大な労力を要する。実用的には、クラッチ部材が破損したときには、デファレンシャル装置の全体を交換することが多い。従ってクラッチ部材の寿命あるいは耐久性は、デファレンシャル装置の全体の寿命あるいは耐久性を支配する。本実施形態は、かかる部材の寿命を延長し、耐久力を向上することにより、デファレンシャル装置の全体の寿命を延長し、耐久性を向上することに寄与する。

上述の説明においてはロックアップデファレンシャル装置を例にとったが、パワーテークオフユニットやアクスルディスコネクト等の他の回転装置においても同様な効果が享受できる。

好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。

耐久性と操作性とが共に向上したクラッチおよびそれを備えたデファレンシャル装置が提供される。

Claims

軸の周りに回転する回転装置と組み合わされるクラッチであって、
前記軸に直交する第１の面と、前記第１の面より軸方向に後退した第１の底面と、周方向に並び前記第１の面および前記底面よりもそれぞれ軸方向に突出した複数の第１のクラッチ歯と、を備えた回転部材と、
第２の底面と、周方向に並び前記第２の底面からそれぞれ軸方向に突出して前記複数の第１のクラッチ歯にそれぞれ係合可能な複数の第２のクラッチ歯と、前記複数の第２のクラッチ歯の各内周端を互いに連結して前記回転部材に向けて軸方向に突出した内周壁と、を備え、前記回転部材に対して軸方向に可動なクラッチ部材と、
を備えたクラッチ。
各前記複数の第１のクラッチ歯は、それぞれ前記第２の底面に対向した複数の第１の歯先面を備え、各前記複数の第２のクラッチ歯は、それぞれ前記第１の底面に対向した第２の歯先面を備え、前記第２のクラッチ歯が前記第１のクラッチ歯に係合するときに前記内周壁は前記第１の面に当接するべく寸法づけられ、以って前記第１の歯先面が前記第２の底面に当接することを妨げ、前記第２の歯先面が前記第１の底面に当接することを妨げる、請求項１のクラッチ。
前記内周壁と、前記複数の第２のクラッチ歯と、前記第２の底面とによりそれぞれ囲まれ、前記第１のクラッチ歯をそれぞれ受容する複数の第２の溝は、外周に向かって開放されている、請求項１または２のクラッチ。
軸の周りに回転して一対のシャフトにトルクを分配するデファレンシャル装置であって、
一以上の貫通孔を有し、前記トルクを受容して前記軸の周りに回転可能なケーシングと、
前記ケーシングに結合した入力ギアと、前記入力ギアと噛み合い、それぞれ前記シャフトに結合して前記トルクを分配する第１および第２のサイドギアと、を含むデファレンシャルギア組であって、前記第１のサイドギアが、前記軸に直交する第１の面と、前記第１の面より軸方向に後退した第１の底面と、周方向に並び前記第１の面および前記底面よりもそれぞれ軸方向に突出した複数の第１のクラッチ歯と、を備えたデファレンシャルギア組と、
第２の底面と、周方向に並び前記第２の底面からそれぞれ軸方向に突出して前記複数の第１のクラッチ歯にそれぞれ係合可能な複数の第２のクラッチ歯と、前記複数の第２のクラッチ歯の各内周端を互いに連結して前記第１のサイドギアに向けて軸方向に突出した内周壁と、前記貫通孔にそれぞれ係合した一以上の凸部と、を備え、前記第１のサイドギアに対して軸方向に可動なクラッチ部材と、
を備えたデファレンシャル装置。
各前記複数の第１のクラッチ歯は、それぞれ前記第２の底面に対向した複数の第１の歯先面を備え、各前記複数の第２のクラッチ歯は、それぞれ前記第１の底面に対向した第２の歯先面を備え、前記第２のクラッチ歯が前記第１のクラッチ歯に係合するときに前記内周壁は前記第１の面に当接するべく寸法づけられ、以って前記第１の歯先面が前記第２の底面に当接することを妨げ、前記第２の歯先面が前記第１の底面に当接することを妨げる、請求項４のデファレンシャル装置。
前記内周壁と、前記複数の第２のクラッチ歯と、前記第２の底面とによりそれぞれ囲まれ、前記第１のクラッチ歯をそれぞれ受容する複数の第２の溝は、外周に向かって開放されている、請求項４または５のデファレンシャル装置。
前記凸部は周方向に対して傾いた側面を備え、前記貫通孔は前記凸部に対応して周方向に傾いた側壁を備え、前記側面と前記側壁との当接は前記トルクの一部を軸力に変換して前記クラッチ部材を前記第１のサイドギアに向けて押圧する、請求項４または５のデファレンシャル装置。