JP4063155B2

JP4063155B2 - 車両用差動歯車装置

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Publication number: JP4063155B2
Application number: JP2003183383A
Authority: JP
Inventors: 誠西地
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: EP1491796B1; US20050054472A1; JP2005016643A; US7097585B2; EP1491796A2; EP1491796A3

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は車両用差動歯車装置に係り、特に、トルク感応型の差動制限機能を備えたプラネタリギヤ式の車両用差動歯車装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内周面に内歯が形成されたインターナルギヤと、このインターナルギヤの内周側の同心円上に配置されたサンギヤと、前記インターナルギヤおよびサンギヤの間に配置され、これら両ギヤに噛み合う複数のプラネットギヤと、これらプラネットギヤを保持して前記インターナルギヤおよびサンギヤの回転軸線を中心に公転させるとともに、各プラネットギヤの自転を許容するプラネタリキャリアとを備え、例えば、前記プラネタリキャリアにエンジン側からの駆動を伝達するシャフトを連結するとともに、インターナルギヤおよびサンギヤを四輪駆動車の前後輪にそれぞれ連結した構成のプラネタリギヤ式車両用差動歯車装置はすでに知られている。
【０００３】
図８は、前記のようなプラネタリギヤ式の車両用差動歯車装置の一例を示すものであり、この図８により従来の差動歯車装置の構成について簡単に説明する。プラネタリキャリア１０２とケース１０４とを固定して形成されたハウジング１０８の内部にインターナルギヤ１１０が収容され、このインターナルギヤ１１０の内周側の同心円上にサンギヤ１１２が配置されている。これらインターナルギヤ１１０とサンギヤ１１２の間に、プラネタリキャリア１０２に保持された複数個のプラネットギヤ１１４が配置され、両ギヤ１１０、１１２に噛み合っている。この図８に示す構成では、インターナルギヤ１１０、サンギヤ１１２およびプラネットギヤ１１４がいずれもはす歯を有して互いに噛み合っている。
【０００４】
プラネタリキャリア１０２は、図示はしないが、前記インターナルギヤ１１０の内部側に延びる円筒状の部分を有しており、この円筒部に所定の間隔で複数のプラネットギヤ保持孔が形成されている。これら各プラネットギヤ保持孔内にそれぞれプラネットギヤ１１４が回転自在に保持されており、プラネットギヤ１１４の回転（自転）時には、その歯先が前記保持孔の内面を摺動する。
【０００５】
前記インターナルギヤ１１０は、円筒状の部分１１０ｂとその一端部（図８の右端）から内周側へ伸びる内向きフランジ部１１０ｃとを有しており、円筒状の部分１１０ｂの内周面に内歯１１０ａが、フランジ部１１０ｃの内周面にスプライン１１０ｄが形成されている（図１０参照）。このフランジ部１１０ｃのスプライン１１０ｄに、カップリング１１６の外周に形成されたスプライン１１６ａが係合している。これらインターナルギヤ１１０とカップリング１１６とを連結して動力を伝達するスプライン１１０ｄ、１１６ａは、従来の構成では、ストレートスプラインである。
【０００６】
インターナルギヤ１１０とストレートスプラインによって連結されたカップリング１１６の一方の端面（図８の右側の端面）とケース１０４の内面との間、カップリング１１６の他方の端面とサンギヤ１１２の端面との間およびサンギヤ１１２の他端面とプラネタリキャリア１０２の内面との間にそれぞれワッシャ１２０、１１８、１２４が介装されている。また、インターナルギヤ１１０のフランジ部１１０ｃの外面（図８の右側の面）とケース１０４の内面との間およびそのフランジ部１１０ｃの内面とプラネットギヤ１１４の先端面との間にそれぞれワッシャが１２８、１２６が介装されている。
【０００７】
前記構成の車両用差動歯車装置では、例えば、プラネタリキャリア１０２に、エンジン側からの駆動を伝えるとともに、インターナルギヤ１１０にスプライン係合されたカップリング１１６の内周に形成されているスプライン１１６ｂに、四輪駆動車の前後輪のいずれか一方を、そして、サンギヤ１１２の内周に形成されたスプライン１１２ｂに、前後輪の他方をそれぞれ連結する。
【０００８】
この車両用差動歯車装置は、エンジンの駆動力が伝達されると、プラネットギヤ１１４を保持しているプラネタリキャリア１０２が回転駆動され、良好な路面を直進しているときには、プラネタリキャリア１０２に保持されたプラネットギヤ１１４と、このプラネットギヤ１１４に噛み合うインターナルギヤ１１０およびサンギヤ１１２が相対回転せずに一体的に回転する。また、コーナリング時等には、プラネタリキャリア１０２に保持されたプラネットギヤ１１４が自転することによって、インターナルギヤ１１０とサンギヤ１１２にそれぞれ連結されている前後駆動輪の回転差を補正する。
【０００９】
さらに、前後の路面のμが異なり、前後の駆動輪のグリップ力に相違が出たときには、プラネタリキャリア１０２のプラネットギヤ保持孔の内周面とこの保持孔内に保持されて回転するプラネタリキャリア１０２の歯先との摺動による摩擦力、および、インターナルギヤ１１０、プラネットギヤ１１４、サンギヤ１１２のはす歯による噛み合いによって生ずるスラスト力を利用した摩擦力等によってトルク分配、つまり差動制限機能を行う。
【００１０】
例えば、前述のように、エンジンからの入力をプラネタリキャリア１０２に、そして、インターナルギヤ１１０からの出力を後輪に、サンギヤ１１２からの出力を前輪に接続した場合に、ドライブモードでは、プラネットギヤ１１６とインターナルギヤ１１０との噛み合いによるスラスト力（図８中の矢印Ａ参照）が、インターナルギヤ１１０のケース１０４側のワッシャ１２８に作用して摩擦力を生ずるとともに、プラネットギヤ１１４とサンギヤ１１２との噛み合いによるスラスト力（同図の矢印Ｂ参照）が、サンギヤ１１２のプラネタリキャリア１０２側のワッシャ１２４に作用して摩擦力を生ずる。この場合には、摩擦力が生ずる部位が前記ワッシャ１２８、１２４だけなので、得られるバイアス比は低い。
【００１１】
また、コーストモード（図９参照）では、プラネットギヤ１１４とインターナルギヤ１１０との噛み合いによるスラスト力（同図の矢印Ｃ参照）が、インターナルギヤ１１０とプラネットギヤ１１４との間のワッシャ１２６に作用して摩擦力を生ずるとともに、プラネットギヤ１１４とサンギヤ１１２との噛み合いによるスラスト力（同図の矢印Ｄ参照）が、サンギヤ１１２とカップリング１１６との間のワッシャ１１８に作用して摩擦力を生ずる。さらにこの場合には、サンギヤ１１２のスラスト力により、中間のワッシャ１１８に加えて、カップリング１１６の端面のワッシャ１２０にも摩擦力が生ずるので、前記ドライブモードよりは大きい中程度のバイアス比を得ることができる。
【００１２】
前記従来の構成の車両用差動歯車装置では、車両の特性に応じて所望のバイアス比を得るためには、はすば歯車のねじれ角により調整する方法があるが、ねじれ角には製作上の限界があり、この調整だけでは最適なバイアス比を得ることが困難であった。特に、駆動力の限界や動的車両挙動の向上のためには、より高いバイアス比を得る必要があるが、従来の構成では、充分な高バイアス比を得ることができなかった。
【００１３】
そこで、高バイアス比（差動制限機能）を得るための構成を備えた差動歯車装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された発明は、インターナルギヤとプラネットギヤ（この特許文献１ではピニオンギヤと呼ぶ）との間に差動制限力増強手段としての多板クラッチを配置している。
【００１４】
【特許文献１】
特開平９−１４４８４４号公報（第４−６頁、図１）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１に記載された従来の構成では、差動制限機能を増大させることはできるが、例えば、差動制限機能を低減させることも含めて、差動制限機能の調整範囲を広げることはできないという問題があった。
【００１６】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、スラスト力の発生部位を追加することにより、大幅な構成の変更をすることなく、差動制限機能（バイアス比）の調整を容易に、しかも広範囲に行うことができる車両用差動歯車装置を提供することを目的とするものである。また、特に、高バイアス比を得ることが容易な車両用差動歯車装置を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明に係る車両用差動歯車装置は、ハウジング内に収容されたインターナルギヤと、このインターナルギヤの内側の同心円上に配置されたサンギヤと、前記インターナルギヤとサンギヤとの間に配置され、これら両ギヤと噛み合うプラネットギヤと、プラネットギヤを公転および自転可能に保持したプラネタリキャリアとを備え、これら各ギヤが、はす歯によって噛み合うようになっており、特に、前記ハウジングから入力された駆動力を、インターナルギヤに連結されたカップリングから後輪に分配し、サンギヤから前輪に分配するよう構成し、前記インターナルギヤのカップリングとの連結部には、インターナルギヤの内歯の傾斜と逆方向の傾斜を有するはす歯を形成し、かつ、前記カップリングとハウジングとの間に、前記連結部で車両のコースト時のみにカップリングに発生するスラスト力が作用する多板クラッチを設けたものである。
【００１８】
従来のプラネタリギヤ式車輌用差動歯車装置は、差動制限機能（バイアス比）を、プラネットギヤの歯先とこのプラネットギヤを支持しているプラネタリキャリアのプラネットギヤ支持孔の内周面との間の摺動による摩擦、および、インターナルギヤ、プラネットギヤ、サンギヤの噛み合いによるスラスト力を利用した各部ワッシャとの摩擦によって得ている。これに対して、請求項１に記載した発明に係る差動歯車装置では、ハウジングから入力された駆動力を、インターナルギヤに連結されたカップリングから後輪に分配し、サンギヤから前輪に分配するよう構成し、前記インターナルギヤのカップリングとの連結部には、インターナルギヤの内歯の傾斜と逆方向の傾斜を有するはす歯を形成し、かつ、前記カップリングとハウジングとの間に、前記連結部で車両のコースト時のみにカップリングに発生するスラスト力が作用する多板クラッチを設けたので、この連結部で追加のスラスト力を発生させることができ、差動制限機能としてのバイアス比を増大させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態により本発明を説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るプラネタリギヤ機構を備えた車両用差動歯車装置の横断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、図４はこの車両用差動歯車装置を分解して示す斜視図である。この差動歯車装置は、プラネタリキャリア２とケース４とを突き合わせて複数のボルト６により固定したハウジング８の内部に、インターナルギヤ１０、サンギヤ１２およびプラネタリキャリア２に保持されたプラネットギヤ１４からなるプラネタリギヤ機構が収容されている。
【００２６】
前記ハウジング８の内部に、内周面に内歯１０ａが形成されたインターナルギヤ１０（図５参照）が回転自在に嵌合している。このインターナルギヤ１０の内周側に、インターナルギヤ１０の回転軸線Ｌ１と同一軸線を中心に回転するサンギヤ１２が配置されている。このサンギヤ１２は、外周面に歯１２ａが形成されている。さらに、前記インターナルギヤ１０とサンギヤ１２との間に、プラネタリキャリア２に保持された複数のプラネットギヤ１４が配置されている。
【００２７】
プラネタリキャリア２は、車両の前方側（図２および図３の左側）の壁面を構成する底面２ａ上に直立して形成された円筒状の部分２ｂを有しており、この円筒部２ｂに所定の間隔で複数のプラネットギヤ保持孔２ｃが形成されている。これら各プラネットギヤ保持孔２ｃ内にそれぞれプラネットギヤ１４が保持されており、その歯先が保持孔２ｃの内面に摺接する。
【００２８】
プラネタリキャリア２は、前記インターナルギヤ１０およびサンギヤ１２の回転軸線Ｌ１を中心に回転し、このプラネタリキャリア２に形成されたプラネットギヤ保持孔２ｃ内に保持されているプラネットギヤ１４は、プラネタリキャリア２の回転によって、その中心軸線Ｌ２が前記プラネタリキャリア２の回転軸線Ｌ１を中心に回転、つまり公転するとともに、プラネタリキャリア２の前記プラネットギヤ保持孔２ｃ内で、自らの軸線Ｌ２を中心に回転（自転）できるようになっている。この実施の形態では、これらインターナルギヤ１０、サンギヤ１２およびプラネットギヤ４は、いずれもはす歯を有しており、各プラネットギヤ１４がそれぞれ外周側のインターナルギヤ１０と、内周側のサンギヤ１２に噛み合っている。
【００２９】
前記インターナルギヤ１０は、円筒状の部分１０ｂと、その一端部（図２および図５の右端）側に形成された内周側へ延びる内向きフランジ部１０ｃとを有しており、円筒状の部分１０ｂの内周面に内歯１０ａが、フランジ部１０ｃの内周面にスプライン１０ｄが形成されている。この実施の形態では、インターナルギヤ１０に形成されたスプライン１０ｄは、図５に示すように、内歯１０ａの傾斜と逆方向の傾斜を有するヘリカルスプラインである。
【００３０】
このインターナルギヤ１０のフランジ部１０ｃに形成されたスプライン１０ｄに、カップリング１６の外周に形成されたヘリカルスプライン１６ａが係合している。このようにインターナルギヤ１０の内歯１０ａの傾斜と逆方向の傾斜を有するヘリカルスプライン１０ｄに、カップリング１６の外面に形成されたヘリカルスプライン１６ａを噛み合わせて、インターナルギヤ１０からの動力を伝達するようにしたので、従来のインターナルギヤ、プラネットギヤおよびサンギヤの噛み合いによるスラスト力の発生に加えて、追加のスラスト力を発生させることができるようになっている。
【００３１】
このカップリング１６の端面（図２および図３の左側端面）と前記サンギヤ１２との間にワッシャ１８が介装されている。また、カップリング１６の逆の端面とケース４の内面との間には、３枚のワッシャ２１、２２、２３から成るクラッチ機構２０が設けられている。これら３枚のワッシャ２１、２２、２３のうち、両側のワッシャ２１、２３はハウジング８（ハウジング８を構成するケース４）の内面に係合して回り止めがされ、中間のワッシャ２２はカップリング１６に係合して一体的に回転するようになっている。また、サンギヤ１２の端面とハウジング８（ハウジング８を構成するプラネタリキャリア２）の内面との間にワッシャ２４が介装されている。
【００３２】
さらに、前記プラネタリキャリア２およびプラネットギヤ１４と、インターナルギヤ１０のフランジ部１０ｃの内面との間、インターナルギヤ１０のフランジ部１０ｃの外面とケース４の内面との間に、それぞれワッシャ２６、２８が介装されている。
【００３３】
前記構成の車輌用差動歯車装置は、例えば、ハウジング８の外周側からエンジンの駆動が入力されるとともに、インターナルギヤ１０にスプライン係合されたカップリング１６の内周に形成されているスプライン溝１６ｂに、四輪駆動車の後輪を、そして、サンギヤ１２の内周に形成されたスプライン溝１２ｂに、前輪をそれぞれ接続する。
【００３４】
以上の構成に係るプラネタリギヤ機構を備えた車輌用差動歯車装置の作用について、前述のように、ハウジング８、インターナルギヤ１０およびサンギヤ１２にそれぞれ、四輪駆動車のエンジン、後輪および前輪を接続した場合を例として説明する。通常の平坦路を直進走行している時には、前後の駆動輪は同一回転をしているため、インターナルギヤ１０とプラネットギヤ１４とサンギヤ１２とは噛み合ったまま相対回転はせずに、この差動歯車装置全体が一体となって前記回転軸線Ｌ１を中心に公転する。
【００３５】
コーナリング時など前後駆動輪に回転差が生じたときには、プラネタリキャリア２に保持されたプラネットギヤ１４が、前記回転軸線Ｌ１を中心に公転しつつその中心軸線Ｌ２を中心に自転することによって前記回転差を補正する。つまり、前後駆動輪の回転差により、これら駆動輪にそれぞれ接続されているインターナルギヤ１０とサンギヤ１２の一方が加速する方向に、他方が減速する方向に、前記プラネットギヤ１４が自転することにより差動機能を行う。
【００３６】
四輪駆動車等での悪路走行時等において、前後輪のグリップ力に差が生じたときには、この差動歯車装置により差動制限を行う。つまり、各ギヤ１０、１２、１４の噛み合いにより発生するスラスト力を利用した摩擦力あるいは、プラネットギヤ１４の歯先とこのプラネットギヤ１４を保持しているプラネタリキャリア２の保持孔２ｃの内周面との間の摩擦により、空転している方の駆動輪の回転力を減じ、その減じられたトルクをそのままトラクションの高い方の駆動輪に伝えることによりトルク分配機能、すなわち差動制限機能を行う。
【００３７】
具体的には、一方の駆動輪がスリップすると、インターナルギヤ１０およびサンギヤ１２と噛み合うプラネットギヤ１４が自転する。これらインターナルギヤ１０、サンギヤ１２およプラネットギヤ１４いはいずれもはす歯を有しており、相対回転すると軸方向のスラスト力が発生する。例えば、ドライブモードでは、インターナルギヤ１０とプラネットギヤ１４との相対回転により、図６に矢印Ａで示すスラスト力が発生するとともに、このインターナルギヤ１０とカップリング１６との間も、ヘリカルスプライン１０ｄ、１６ａによる噛み合いで動力を伝達するようになっているので、インターナルギヤ１０に前記スラスト力と同一方向のスラスト力（図６中の矢印Ｅ参照）が発生する。これらスラスト力の作用により、インターナルギヤ１０のフランジ部１０ｃの外面とケース４の内面との間のワッシャ２８に摩擦力を生ずる。
【００３８】
一方、インターナルギヤ１０とカップリング１６との噛み合いの反力として、カップリング１６に、図６中に矢印Ｆで示すスラスト力が発生する。このスラスト力Ｆは、カップリング１６とサンギヤ１２との間のワッシャ１８に作用し、さらに、前記プラネットギヤ１４とサンギヤ１２との噛み合いによるスラスト力Ｂとともに、サンギヤ１２とプラネタリキャリア２との間のワッシャ２４に作用して摩擦力を発生する。この実施の形態では、インターナルギヤ１０とカップリング１６との間のヘリカルスプライン１０ｄ、１６ａによる動力伝達によってスラスト力Ｅ、Ｆが追加されるので、前記従来の構成に比較して高バイアス比を得ることができる。
【００３９】
前記構成に係る車両用差動歯車装置のコーストモードでは、前記従来の（図９参照）構成と同様の、プラネットギヤ１４とインターナルギヤ１０との噛み合いおよびプラネットギヤ１４とサンギヤ１２との噛み合いにより発生するスラスト力（図７中の矢印ＣおよびＤ参照）に加えて、インターナルギヤ１０とカップリング１６とのヘリカルスプライン１０ｄ、１６ａによる動力の伝達によって、インターナルギヤ１０に矢印Ｇの、また、カップリング１６に矢印Ｈのスラスト力が発生する。特に、この実施の形態では、カップリング１６とケース４との間に３枚のワッシャ２１、２２、２３によるクラッチ機構２０を配置してあるので、コーストモード時における矢印ＤおよびＨによるスラスト力が、このクラッチ機構２０に作用して大きい摩擦力を発生するため、極めて高いバイアス比を得ることができる。
【００４０】
この実施の形態では、カップリング１６の端面とケース４の内面との間に３枚のワッシャ２１、２２、２３を組み付けているので、非常に高いバイアス比を得ることができる。
【００４４】
さらに、前記実施の形態では、インターナルギヤ１０の端部に設けたフランジ部１０ｃの内周面にスプライン１０ｄ、１０ｅを形成してカップリング１６と連結しているが、この新たなスラスト力発生機構は、インターナルギヤ１０の内歯１０ａよりも小径である必要はなく、内歯１０ａの径と同径または大径のスラスト発生機構を設けることも可能である。また、インターナルギヤ１０とプラネットギヤ１４との噛み合いにより、インターナルギヤ１０に発生するスラスト力と、インターナルギヤ１０とカップリング１６との間のスラスト力発生機構で、インターナルギヤ１０に発生するスラスト力の大きさは、両ギヤ１０、１６のはすばのねじれ角や、スプライン１０ｄ、１６ａの傾き、および内歯１０ａとスプライン１０ｄ、１６ａの径の大小等により調整することができ、どちらのスラスト力を大きくすることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ハウジング内に収容されたインターナルギヤと、このインターナルギヤの内側の同心円上に配置されたサンギヤと、前記インターナルギヤとサンギヤとの間に配置され、これら両ギヤと噛み合ってトルクの伝達を行うプラネットギヤと、プラネットギヤを公転および自転可能に保持したプラネタリキャリアとを備え、これら各ギヤが、ヘリカルギヤによって噛み合う車輌用差動歯車装置において、前記ハウジングから入力された駆動力を、インターナルギヤに連結されたカップリングから後輪に分配し、サンギヤから前輪に分配するよう構成し、前記インターナルギヤのカップリングとの連結部には、インターナルギヤの内歯の傾斜と逆方向の傾斜を有するはす歯を形成し、かつ、前記カップリングとハウジングとの間に、前記連結部で車両のコースト時のみにカップリングに発生するスラスト力が作用する多板クラッチを設けたことにより、従来の構成と同様の構成であっても、バイアス比の設定範囲を広くすることができる。また、従来の構成と比較して大きなバイアス比を得ることもできる。しかも、異なるバイアス性能を有する差動歯車装置でも、ギヤの共通化を図ることができる。特に、前記カップリングとハウジングとの間に多板クラッチを設けたことにより、一層高いバイアス比を得ることができる。また、前記多板クラッチが、コースト時のみに作用するようにスラスト力の発生する方向を設定したことにより、コースト時に特に高いバイアス比を得るとともに、負荷の大きい多板クラッチの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る車輌用差動歯車装置の横断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】前記車輌用差動歯車装置の分解斜視図である。
【図５】前記車輌用差動歯車装置のインターナルギヤの斜視図である。
【図６】前記実施の形態に係る車輌用差動歯車装置の、ドライブモードにおけるスラスト力の発生部位およびスラスト力の作用方向を示す縦断面図である。
【図７】前記実施の形態に係る車輌用差動歯車装置の、コーストモードにおけるスラスト力の発生部位およびスラスト力の作用方向を示す縦断面図である。
【図８】従来の車輌用差動歯車装置の構成およびドライブモードにおけるスラスト力の発生部位およびスラスト力の作用方向を示す縦断面図である。
【図９】従来の車輌用差動歯車装置の、コーストモードにおけるスラスト力の発生部位およびスラスト力の作用方向を示す縦断面図である。
【図１０】従来の車輌用差動歯車装置のインターナルギヤを示す斜視図である。
【符号の説明】
８ハウジング
１０インターナルギヤ（分割された部材）
１０ｄスラスト力発生機構（ヘリカルスプライン）
１２サンギヤ
１４プラネットギヤ
１６カップリング（分割された部材）
１６ａスラスト力発生機構（ヘリカルスプライン）

Claims

ハウジング内に収容されたインターナルギヤと、このインターナルギヤの内側の同心円上に配置されたサンギヤと、前記インターナルギヤとサンギヤとの間に配置され、これら両ギヤと噛み合うプラネットギヤと、プラネットギヤを公転および自転可能に保持したプラネタリキャリアとを備え、これら各ギヤが、はす歯によって噛み合う車両用差動歯車装置において、
前記ハウジングから入力された駆動力を、インターナルギヤに連結されたカップリングから後輪に分配し、サンギヤから前輪に分配するよう構成し、前記インターナルギヤのカップリングとの連結部には、インターナルギヤの内歯の傾斜と逆方向の傾斜を有するはす歯を形成し、かつ、前記カップリングとハウジングとの間に、前記連結部で車両のコースト時のみにカップリングに発生するスラスト力が作用する多板クラッチを設けたことを特徴とする車両用差動歯車装置。