WO2016063733A1

WO2016063733A1 - 四輪駆動車の差動制限装置

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Publication number: WO2016063733A1
Application number: PCT/JP2015/078509
Authority: WO
Inventors: 真史大杉; 石島　実; 齋藤　隆英
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2016-04-28
Also published as: JP2016078759A

Abstract

　アクスルシャフトへのセレーションやスプラインの加工を不要とし、加工コストの低減を図ることができるようにした四輪駆動車の差動制限装置を提供する。スライド部材（５０）を外輪（３１）に向けて二段階に移動自在とし、一段階の移動によって二方向クラッチ（３０）を係合させて四輪駆動状態に切り換える。二段階の移動により、スプライン歯（５４ａ、５４ｂ）をガイド筒（２０）の内周および中間シャフト（２８）の外周に形成されたスプライン歯（５５、５６）に噛合させて、ディファレンシャル（９）をデフロックし、ディファレンシャル（９）の回転を中間シャフト（２８）からアクスルシャフト（１１ｂ）に伝達し、スライド部材（５０）からアクスルシャフト（１１ｂ）へのトルク伝達を不要とする。

Description

四輪駆動車の差動制限装置

　この発明は、パートタイム式四輪駆動車のディファレンシャルにデフロック機能が付加された四輪駆動車の差動制限装置に関する。

　エンジンからの動力伝達系に四輪駆動と二輪駆動の駆動切換え手段が設けられたパートタイム式四輪駆動車のディファレンシャルにデフロック機能が付加された四輪駆動車の差動制限装置として下記特許文献１に記載されたものが従来から知られている。

　上記特許文献１に記載された四輪駆動車の差動制限装置においては、ディファレンシャルの一側部にローラ式の二方向クラッチとドグクラッチとを設け、上記２方向クラッチの係合によりディファレンシャルのサイドギヤとアクスルシャフトとを結合して四輪駆動に切換えるようにしている。また、ドグクラッチの係合によりサイドギヤをデフケースに結合してディファレンシャルをデフロックし、差動を制限するようにしている。

　上記四輪駆動車の差動制限装置においては、ドグクラッチにおけるスライダをラック・ピニオン機構により二段階に移動可能とし、その一段階での移動により二方向クラッチを係合状態に切り換えて四輪駆動とし、二段階での移動によりドグクラッチを係合状態に切り換えてディファレンシャルをデフロックして、単一の切換え手段で二方向クラッチおよびドグクラッチの係合、解除の切換えとしているため、二方向クラッチおよびドグクラッチを個別の切換え手段で切換えとする場合と比較して、構成の簡素化を図ることができるとういう特徴を有している。

特開２００７－１８２９６５号公報

　ところで、上記四輪駆動車の差動制限装置においては、ローラ式二方向クラッチにおける外輪が車輪側に向かって開口しているため、二方向クラッチの係合による四輪駆動への切換えやドグクラッチの係合によるディファレンシャルのデフロックに際し、スライダをディファレンシャル側に向かって移動させる必要がある。

　そのため、ドグクラッチが係合した際、動力はディファレンシャルからドグクラッチを通り、アクスルシャフトに伝える必要がある。その動力伝達に際し、スライド部材をアクスルシャフトに対してセレーションあるいはスプラインによる嵌合により回り止めし、かつ、スライド自在に支持する必要があり、アクスルシャフトの加工に手間がかかり、コストを高める要因となっている。

　この発明の課題は、アクスルシャフトへのセレーションやスプラインの加工を不要とし、加工コストの低減を図ることができるようにした四輪駆動車の差動制限装置を提供することである。

　上記の課題を解決するため、この発明においては、エンジンからの動力を左右一対のアクスルシャフトに分配するディファレンシャルの側部に、デフケース内に組み込まれたサイドギヤとアクスルシャフトの締結、解除によって四輪駆動と二輪駆動の切換えを行う二方向クラッチを設け、その二方向クラッチが、外輪と内輪間に係合子を組み込み、その係合子を保持する保持器の回転制御により係合子を外輪の内周と内輪の外周に係合させるようにした二方向クラッチからなる四輪駆動車の差動制限装置において、前記二方向クラッチを、その外輪の開口端が前記ディファレンシャルに向く組み込みとし、その二方向クラッチの内輪と前記サイドギヤを中間シャフトで連結し、前記デフケースの一側部に設けられたガイド筒と前記二方向クラッチの対向部間に、移動手段により移動され、外輪に向けての移動時に二方向クラッチの保持器端部に設けられたフランジを弾性部材を介して外輪の開口端面に押し付けて二方向クラッチの係合状態への切換えとするスライド部材を設け、そのスライド部材に前記中間シャフトと前記ガイド筒間においてスライド可能な筒部を設け、その筒部と前記ガイド筒の相互間および筒部と前記中間シャフトの相互間のそれぞれに、二方向クラッチを係合状態に切り換えたスライド部材が外輪に向けてさらに移動する二段階目の移動により互いに結合する係合手段を設けた構成を採用したのである。

　上記の構成からなる四輪駆動車の差動制限装置において、スライド部材を二方向クラッチの外輪に向けて移動させると、保持器のフランジが弾性部材を介して外輪の開口端面に押し付けられて回転が制御され、内輪に対する保持器の相対回転により係合子が内輪の外周と外輪の内周に係合し、サイドギヤとアクスルシャフトが結合され、四輪駆動の切換えとされる。

　スライド部材をさらに同方向に移動させると、筒部とガイド筒および筒部と中間シャフトの相互間に設けられた係合手段が係合して筒部とガイド筒および筒部と中間シャフトが結合状態とされ、その結合によりサイドギヤがデフケースに結合されてディファレンシャルがデフロックされ、差動が制限される。

　上記ディファレンシャルのデフロックにより、エンジンからの動力はディファレンシャルを介して中間シャフトからアクスルシャフトに伝達されることになるため、スライド部材からアクスルシャフトへの動力伝達を不要とし、セレーションやスプラインのような動力の伝達に必要な嵌合部をアクスルシャフトに設ける必要がない。

　この発明に係る四輪駆動車の差動制限装置において、筒部とガイド筒および筒部と中間シャフトを結合する係合手段は、スプライン歯の噛合によるものであってもよく、セレーション歯の噛合によるものであってもよい。

　また、スライド部材を移動させる移動手段としては、モータを駆動源として回転駆動されるピニオンと、そのピニオンに噛合するラックと、そのラックに設けられ、スライド部材の外周に形成された周溝に回転自在に嵌合されたシフト部材とからなるものを採用することができる。

　さらに、保持器のフランジを外輪に押し付ける弾性部材は、コイルスプリングであってもよく、皿ばねであってもよい。

　さらに、また、二方向クラッチは、ローラを係合子とするローラ式のものであってもよく、あるいは、スプラグを係合子とするスプラグ式のものであってもよい。

　ここで、ガイド筒内にシール部材を組み込むことにより、デフケース内のギヤ粉等の異物が混入する潤滑オイルが二方向クラッチに向けて漏洩するのを防止し、二方向クラッチへの異物の混入を抑制することができる。

　この発明に係る四輪駆動車の差動制限装置においては、スライド部材の二方向クラッチの外輪に向けての２段階への移動によって二方向クラッチの係合状態への切り換えとディファレンシャルのデフロックとを行うものであるため、スライド部材を移動させる移動手段として、上記のように、モータを駆動源として回転駆動されるピニオンと、そのピニオンに噛合するラックと、そのラックに設けられ、スライド部材の外周に形成された周溝に回転自在に嵌合されたシフト部材とからなる簡単な構成のものを採用することができる。シフト部材はピンであってもよく、フォークであってもよい。

　この発明においては、上記のように、外輪の開口端とディファレンシャルの対向部間に組み込まれたスライド部材を外輪に向けて移動させる一段階目の移動で二方向クラッチを係合させることができ、その係合状態に切換え後におけるスライド部材の二段階目の移動によりディファレンシャルをデフロックすることができ、そのデフロックによってエンジンからの動力をディファレンシャルを介して中間シャフトからアクスルシャフトに伝達することができるため、スライド部材からアクスルシャフトへの動力伝達を不要とし、セレーションやスプラインのような動力の伝達に必要な嵌合部をアクスルシャフトに設ける必要がなくなり、コストの低減を図ることができる。

この発明に係る差動制限装置を採用したパートタイム式四輪駆動車の概略平面図この発明に係る差動制限装置の実施の形態を示す縦断面図図２の二方向クラッチ部を示す拡大断面図図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図図４に示すスイッチばねの作動状態を示す断面図二方向クラッチの係合状態を示す断面図スライド部材の係合状態を示す断面図サイドギヤが中間シャフトに一体化された状態の断面図二方向クラッチの他の例を示す断面図

　以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、後輪１が常時駆動され、前輪２が駆動状態と非駆動状態とに切換えられるパートタイム式四輪駆動車の動力伝達系を示す。エンジン３からの動力はトランスミッション４に入力され、そのトランスミッション４からの出力はトランスファ５を介してリヤ側プロペラシャフト６およびフロント側プロペラシャフト７に分配される。四輪駆動時には、これらプロペラシャフト６、７からの駆動力がリヤ側ディファレンシャル８およびフロント側ディファレンシャル９を介して、リア側の左右のアクスルシャフト１０ａ、１０ｂおよびフロント側の左右のアクスルシャフト１１ａ、１１ｂに伝達される。

　図２に示すように、フロント側ディファレンシャル９は、外装ケース１２内に収容されている。外装ケース１２は、デフケース部１２ａと、クラッチケース部１２ｂと、その両ケース部１２ａ、１２ｂを仕切る隔壁１２ｃからなり、上記フロント側プロペラシャフト７の軸端部はデフケース部１２ａの周壁を貫通し、その貫通部に組み込まれた軸受１３によって回転自在に支持されている。

　フロント側ディファレンシャル９は、フロント側プロペラシャフト７の軸端部に取り付けられたピニオン１４と、そのピニオン１４に噛合するリングギヤ１５と、そのリングギヤ１５を支持するデフケース１６と、そのデフケース１６内に組み込まれた対向一対のデフピニオン１７ａ、１７ｂおよびその一対のデフピニオン１７ａ、１７ｂのそれぞれに噛合する一対のサイドギヤ１８ａ、１８ｂとを有し、上記一対のデフピニオン１７ａ、１７ｂは、フロント側アクスルシャフト１１ａ、１１ｂと直交して両端部がデフケース１６に支持されたピニオン軸１９を中心にして回転自在に支持されている。

　デフケース１６の上記リングギヤ１５を支持する一側部にはガイド筒２０がねじ止めによる手段を介して接続され、そのガイド筒２０の端部が隔壁１２ｃに形成された支持孔２１に挿入されている。支持孔２１には軸受２２が組み込まれ、その軸受２２によってガイド筒２０が回転自在に支持されている。

　また、支持孔２１内にはシール部材２３が組み込まれ、そのシール部材２３は、デフケース部１２ａ内に貯留される潤滑オイルが支持孔２１内からクラッチケース部１２ｂ内にリークするのを防止している。

　デフケース１６の他側部はデフケース部１２ａの端壁に形成された段付き孔２４の大径孔部内に挿入され、その段付き孔２４の大径孔部内に組み込まれた軸受２５によって回転自在に支持されている。

　また、段付き孔２４の小径孔部内にはフロント側アクスルシャフト１１ａを回転自在に支持する軸受２６が組み込まれている。フロント側アクスルシャフト１１ａの軸端部はデフケース１６の端壁を貫通し、そのデフケース１６内に位置する端部に左右一対の一方のサイドギヤ１８ａが一体回転可能に支持されている。

　他方のサイドギヤ１８ｂは、ボス部１８ｃがデフケース１６の端壁を貫通し、そのボス部１８ｃの端部外周とガイド筒２０の内周間に、デフケース１６内の潤滑オイルがボス部１８ｃの貫通部からクラッチケース部１２ｂ内にリークするのを防止するシール部材２７が組み込まれている。

　他方のサイドギヤ１８ｂは中間シャフト２８の一端部にセレーション嵌合されて一体回転可能な支持とされ、その嵌合部にＯリング２９が組み込まれている。Ｏリング２９は、デフケース１６内の潤滑オイルが嵌合部からクラッチケース部１２ｂ内にリークするのを防止するようになっている。

　なお、図８に示すように、サイドギヤ１８ｂと中間シャフト２８を一体化してＯリング２９を省略してもよい。

　中間シャフト２８は左側のフロント側アクスルシャフト１１ｂと同軸上の配置とされて軸端面が対向し、その中間シャフト２８とフロント側アクスルシャフト１１ｂの相互間に、両軸を結合、解除する二方向クラッチ３０が設けられている。

　図２乃至図４に示すように、二方向クラッチ３０は、外輪３１と、その内側に組み込まれた内輪３２と、上記外輪３１と内輪３２の対向部間に組み込まれた係合子としてのローラ３３およびそのローラ３３を保持する保持器３４を有し、上記保持器３４の回転制御によりローラ３３を内輪３２の外周に形成されたカム面３５と外輪３１の内周に設けられた円筒面３６とで形成されるくさび空間の狭小部に噛み込ませるようにしたローラ式の二方向クラッチからなる。

　二方向クラッチ３０は、外輪３１がフロント側アクスルシャフト１１ｂの軸端部に取り付けられ、内輪３２が中間シャフト２８の軸端部に取り付けられて、外輪３１の開口端がディファレンシャル９に向く組み込みとされている。

　内輪３２には、ディファレンシャル９と対向する端面にリング溝３７が形成され、そのリング溝３７内にスイッチばね３８が組み込まれている。スイッチばね３８は周方向の一部に切り離し部を有し、その切り離し部の両端から外方に向く一対の押圧片３９はリング溝３７の外周壁の一部に形成された切欠部４０から保持器３４の端部に形成された周方向に長い長孔４１内に挿入されて切欠部４０および長孔４１の周方向で対向する両端を押圧し、その押圧によってローラ３３は係合解除される中立位置に保持されている。

　保持器３４の端部には外輪３１の開口端面と対向するフランジ４２が設けられ、そのフランジ４２を外輪３１の開口端面の押し付けることにより保持器３４が外輪３１と一体化されて回転制御され、内輪３２と外輪３１の相対回転によりローラ３３がカム面３５と円筒面３６で形成されるくさび空間の狭小部に噛み込んで二方向クラッチ３０が係合状態とされる。

　二方向クラッチ３０とガイド筒２０の対向部間にはスライド部材５０が組み込まれている。スライド部材５０は環状をなし、その内周および外周に筒部５１、５２が設けられ、内周側の筒部５１はガイド筒２０と中間シャフト２８の径方向での対向部間でスライド自在とされている。

　スライド部材５０と二方向クラッチ３０における保持器３４のフランジ４２間には弾性部材５３が組み込まれている。スライド部材５０は移動装置６０によって外輪３１に向けて二段階に移動され、一段階での移動時に弾性部材５３を介して保持器３４のフランジ４２を外輪３１の開口端面に押し付けて、保持器３４を回転制御する。

　弾性部材５３として、ここでは、複数のコイルスプリングを示したが、弾性部材５３はコイルスプリングに限定されるものではない。例えば、皿ばねであってもよい。

　スライド部材５０の内周側の筒部５１とガイド筒２０および筒部５１と中間シャフト２８の相互間には、二方向クラッチ３０の係合後におけるスライド部材５０の二段階目の移動により筒部５１とガイド筒２０および筒部５１と中間シャフト２８を結合する係合手段Ｘが設けられている。

　係合手段Ｘは、筒部５１の端部外周および端部内周にそれぞれスプライン歯５４ａ、５４ｂを設け、一方、ガイド筒２０の内周および中間シャフト２８の外周にスプライン歯５５、５６を設け、スライド部材５０の二段階目の移動により筒部５１のスプライン歯５４ａ、５４ｂをガイド筒２０の内周および中間シャフト２８の外周のスプライン歯５５、５６に互いに噛合させるようにしている。その係合によってサイドギヤ１８ｂとデフケース１６は結合状態とされる。

　係合手段Ｘとして、スプライン歯５４ａ、５４ｂ、５５、５６を示したが、セレーション歯であってもよい。

　図３に示すように、移動装置６０は、図示省略したモータを駆動源として定位置で回転されるピニオン６１と、そのピニオン６１に噛合するラック６２と、そのラック６２に連結されたシフト部材としてのピン６３とを有し、上記ピン６３をスライド部材５０の外周側筒部５２の外径面に形成された周溝６４に回転自在に嵌合し、上記ピニオン６１の回転によりラック６２を移動させ、ラック６２と共に移動するピン６３でスライド部材５０を移動させるようにしている。

　ここで、ラック６２は、中間シャフト２８に平行配置されたガイド軸６５に沿って移動自在とされており、ガイド軸６５はクラッチケース部１２ｂによって両端部が支持されている。

　実施の形態で示す四輪駆動車の差動制限装置は上記の構造からなり、図２および図３は二方向クラッチ３０が係合解除された状態を示している。その二方向クラッチ３０の係合解除状態において、図１に示すパートタイム式四輪駆動車のエンジン３を駆動すると、四輪駆動車は後輪１のみが回転される二輪駆動状態で走行する。

　上記のような二輪駆動での走行状態において、図３に示す移動装置６０のピニオン６１を同図の時計方向に回転させると、ラック６２が同図の左方向に移動し、スライド部材５０が二方向クラッチ３０に向けて移動する。

　スライド部材５０の移動により、二方向クラッチ３０の保持器３４に設けられたフランジ４２が弾性部材５３を介して外輪３１の開口端面に押し付けられる。

　図６は、フランジ４２が外輪３１の開口端面に押し付けられた状態を示し、フランジ４２と外輪３１の開口端面の接触部に作用する摩擦によって保持器３４が外輪３１に回り止めされ、内輪３２に対する保持器３４の相対回転により、図５に示すように、ローラ３３が外輪３１の円筒面３６と内輪３２のカム面３５で形成されるくさび空間の狭小部に噛み込み、二方向クラッチ３０は係合状態とされる。

　上記のような二方向クラッチ３０の係合により、サイドギヤ１８ｂを支持する中間シャフト２８とフロント側アクスルシャフト１１ｂが締結されて四輪駆動状態に切り換えられ、フロント側プロペラシャフト７の回転がフロント側ディファレンシャル９を介してフロント側の左右のアクスルシャフト１１ａ、１１ｂに伝達され、前輪２が駆動される。

　二方向クラッチ３０の係合後、スライド部材５０を二方向クラッチ３０に向けてさらに移動させると、図７に示すように、スライド部材５０の内周側の筒部５１の外周および内周に設けられたスプライン歯５４ａ、５４ｂがガイド筒２０の内周に設けられたスプライン歯５５および中間シャフト２８の外周に設けられたスプライン歯５６に噛合し、図２に示されるサイドギヤ１８ｂが内輪３２、スライド部材５０およびガイド筒２０を介してデフケース１６に結合され、フロント側ディファレンシャル９がデフロックされて差動が制限される。

　ディファレンシャル９のデフロックにより、エンジン３からの動力はディファレンシャル９を介して中間シャフト２８からアクスルシャフト１１ｂに伝達されることになる。このため、スライド部材５０からアクスルシャフト１１ｂへの動力伝達を不要とし、スプラインやセレーションのような動力の伝達に必要な嵌合部をアクスルシャフト１１ｂに設ける必要がなく、コストの低減を図ることができる。

　また、ガイド筒２０内に組み込まれたシール部材２７は、デフケース１６内の潤滑オイルのガイド筒２０内からの外部への漏洩を防止するため、二方向クラッチ３０内に潤滑オイルが侵入し、その潤滑オイルに混入するギヤ粉等の異物が二方向クラッチ３０で噛み込まれるという不都合の発生を未然に防止することができる。

　ここで、内輪３２に対する保持器３４の相対回転により二方向クラッチ３０が係合状態とされるとき、図５に示すように、スイッチばね３８が弾性変形し、その復元弾性によってローラ３３を係合解除する中立位置に戻そうとする。

　このため、スライド部材５０をディファレンシャル９に向けて後退動させてフランジ４２の押圧を解除すると、スイッチばね３８の復元弾性により保持器３４が復帰回動されてローラ３３は中立位置に戻され、二方向クラッチ３０は係合解除状態とされる。

　実施の形態においては、フロント側のディファレンシャル９の一側方に二方向クラッチ３０およびディファレンシャル９をデフロックする機構を設けるようにしたが、リヤ側のディファレンシャル８の一側方に二方向クラッチ３０およびデフロック機構を設けるようにしてもよい。

　また、図２乃至図４では、二方向クラッチ３０として、ローラ式のものを示したが、これに限定されるものではない。例えば、図９に示すように、外輪７１と内輪７２間に径の異なる保持器７３、７４を組み込み、内輪７２に固定された小径側保持器７４のポケット７５にスプラグ７７の一端部を挿入し、スプラグ７７の他端部を大径側保持器７３に形成されたポケット７６に挿入し、上記大径側保持器７３の内径面に取り付けられたリボンスプリング７８に対向一対のばね片７９を設け、その一対のばね片７９でスプラグ７７を中立位置に弾性保持し、上記大径側保持器７３の端部に設けられた図示省略のフランジを外輪７１の端面に押し付け、外輪７１と内輪７２の相対回転によりスプラグ７７を周方向に傾動させて外輪７１の円筒形内面７１ａおよび内輪７２の円筒形外径面７２ａに係合させるようにしたスプラグタイプのものであってもよい。

３　　エンジン
９　　ディファレンシャル（フロント側）
１１ａ　アクスルシャフト（フロント側）
１１ｂ　アクスルシャフト（フロント側）
１６　デフケース
１８ｂ　サイドギヤ
２０　ガイド筒
２７　シール部材
３０　二方向クラッチ
３１　外輪
３２　内輪
３３　ローラ（係合子）
３４　保持器
４２　フランジ
５０　スライド部材
５１　筒部
５３　弾性部材
Ｘ　係合手段
５４ａ　スプライン歯
５４ｂ　スプライン歯
５５　スプライン歯
５６　スプライン歯
６０　移動装置（移動手段）
６１　ピニオン
６２　ラック
６３　ピン（シフト部材）
６４　周溝
７１　外輪
７１ａ　円筒形内面
７２　内輪
７２ａ　円筒形外面
７３　保持器
７４　保持器
７７　スプラグ（係合子）

Claims

　エンジンからの動力を左右一対のアクスルシャフトに分配するディファレンシャルの側部に、デフケース内に組み込まれたサイドギヤとアクスルシャフトの締結、解除によって四輪駆動と二輪駆動の切換えを行う二方向クラッチを設け、その二方向クラッチが、外輪と内輪間に係合子を組み込み、その係合子を保持する保持器の回転制御により係合子を外輪の内周と内輪の外周に係合させるようにした二方向クラッチからなる四輪駆動車の差動制限装置において、
　前記二方向クラッチを、その外輪の開口端が前記ディファレンシャルに向く組み込みとし、その二方向クラッチの内輪と前記サイドギヤを中間シャフトで連結し、前記デフケースの一側部に設けられたガイド筒と前記二方向クラッチの対向部間に、移動手段により移動され、外輪に向けての移動時に二方向クラッチの保持器端部に設けられたフランジを弾性部材を介して外輪の開口端面に押し付けて二方向クラッチの係合状態への切換えとするスライド部材を設け、そのスライド部材に前記中間シャフトと前記ガイド筒間においてスライド可能な筒部を設け、その筒部と前記ガイド筒の相互間および筒部と前記中間シャフトの相互間のそれぞれに、二方向クラッチを係合状態に切り換えたスライド部材が外輪に向けてさらに移動する二段階目の移動により互いに結合する係合手段を設けたことを特徴とする四輪駆動車の差動制限装置。
　前記係合手段が、前記筒部の端部外周および内周にスプライン歯を設け、そのスプライン歯を前記ガイド筒の内周に形成されたスプライン歯および中間シャフトの外周に形成されたスプライン歯の噛合による請求項１に記載の四輪駆動車の差動制限装置。
　前記ガイド筒内にデフケース内の潤滑オイルが二方向クラッチに向けて漏洩するのを防止するシール部材を組み込んだ請求項１又は２に記載の四輪駆動車の差動制限装置。
　前記移動手段が、モータを駆動源として回転されるピニオンと、そのピニオンに噛合するラックと、そのラックに設けられ、前記スライド部材の外周に形成された周溝に挿入されたシフト部材からなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の四輪駆動車の差動制限装置。
　前記二方向クラッチが、ローラを係合子とするローラ式のものからなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載の四輪駆動車の差動制限装置。