JP4145817B2 - 差動制限機構付き差動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディファレンシャルケースに入力される原動機の駆動力を二つの出力軸に配分して出力する差動機構と、二つの出力軸間の差回転を制限する摩擦クラッチとを備えた差動制限機構付き差動装置に関し、特に摩擦クラッチを締結する締結力を発生させるアクチュエータを、出力軸の軸線上であって、かつディファレンシャルケースの外部に設けたものに関する。

自動車の左右の車輪に駆動力を配分する差動機構の機能を制限すべく、ディファレンシャルケース内に設けた差動制限用の摩擦クラッチを締結するアクチュエータを該ディファレンシャルケースから外部に延びるハーフシャフト上に配置し、アクチュエータが発生する締結力でハーフシャフトを軸方向に移動させて摩擦クラッチを締結する差動制限機構付き差動装置が、本出願人の出願に係る特願２００２−２７５１２８号により既に提案されている。この差動制限機構付き差動装置によれば、アクチュエータをディファレンシャルケースに対して外付けできるので、既存の差動機構に施す設計変更を少なくしてコストの削減に寄与することができる。

しかしながら、上記特願２００２−２７５１２８号で提案されたものは、ハーフシャフトに、内燃機関の駆動力を駆動輪に伝達する機能と、アクチュエータが発生する締結力を摩擦クラッチに伝達する機能とを併せ持たせているので、次のような問題があった。

即ち、内燃機関の駆動力が駆動輪に伝達されているときに、アクチュエータでハーフシャフトを軸方向に移動させて摩擦クラッチを締結しようとすると、内燃機関の駆動力によって差動機構のサイドギヤとハーフシャフトとのスプライン結合部に大きな荷重が作用しているため、その荷重による摩擦力でアクチュエータが発生する締結力が減じられてしまい、大型で高出力のアクチュエータが必要になるという問題があった。また前記摩擦力は内燃機関の駆動力の大きさに応じて変化するため、アクチュエータから摩擦クラッチに伝達される締結力が変化してしまい、摩擦クラッチの締結により差動機構に発生する差動制限トルクの大きさが不安定になる問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、ディファレンシャルケースの外部に配置したアクチュエータが発生する締結力で、ディファレンシャルケースの内部に配置した差動機構の摩擦クラッチを安定して締結できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、ディファレンシャルケースに入力される原動機の駆動力を二つの出力軸に配分して出力する差動機構と、二つの出力軸間の差回転を制限する摩擦クラッチとを備えた差動制限機構付き差動装置であって、摩擦クラッチを締結する締結力を発生させるアクチュエータを、出力軸の軸線上であって、かつディファレンシャルケースの外部に設け、出力軸の外周にアクチュエータからディファレンシャルケースの内部に延びる中空軸を設け、この中空軸を介してアクチュエータが発生した締結力を摩擦クラッチに伝達するものにおいて、中空軸に、ディファレンシャルケース内で拡径させた拡径部を設け、この拡径部を貫通して差動機構のサイドギヤ側へ延出する延出部をディファレンシャルケースに形成し、この延出部でサイドギヤのスラスト力を支持することを特徴とする差動制限機構付き差動装置が提案される。

尚、実施例のハーフシャフト１１および左車軸１３は本発明の出力軸に対応し、実施例の第１〜第３中空軸４７〜４９は本発明の中空軸に対応し、実施例の内燃機関Ｅは本発明の原動機に対応する。

請求項１の構成によれば、ディファレンシャルケースの内部に設けられた差動機構の摩擦クラッチに、ディファレンシャルケースの外部に設けられたアクチュエータが発生する締結力を、出力軸の外周に設けられて内燃機関の駆動力を伝達しない中空軸を介して伝達するので、アクチュエータの締結力を前記駆動力により発生する摩擦力で減じることなく摩擦クラッチに伝達し、摩擦クラッチを安定良く締結することができる。

また特に中空軸に、ディファレンシャルケース内で拡径させた拡径部を設け、ディファレンシャルケースからサイドギヤ側に延出する延出部が、前記拡径部を貫通してサイドギヤのスラスト力を支持するので、サイドギヤのスラスト力が中空軸に伝達されてアクチュエータが発生する摩擦クラッチの締結力が相殺されてしまうのを防止し、アクチュエータが発生する締結力で摩擦クラッチを精度良く締結することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図８は本発明の一実施例を示すもので、図１は自動車用内燃機関の後面図、図２は差動機構およびアクチュエータの拡大断面図、図３は差動機構の構造を示す図２の３部拡大図、図４はアクチュエータの構造を示す図３の４部拡大図、図５は摩擦クラッチの構造を示す図３の５部拡大図、図６は図３の６−６線断面図、図７は図３の７−７線断面図、図８は図４の８−８線断面図である。

図１に示すように、フロントエンジン・フロントドライブの自動車の車体前部に横置きに搭載された内燃機関Ｅは、その左側面に変速機Ｔが一体に結合され、変速機Ｔの後面に差動機構Ｄが設けられる。車体中心線から左方向にずれて配置された差動機構Ｄから右方向にハーフシャフト１１（インターミディエイトシャフト）が延びており、ハーフシャフト１１に右駆動輪（図示せず）を駆動する右車軸１２が接続され、また差動機構Ｄから左方向に延びる左車軸１３を介して左駆動輪（図示せず）が駆動される。ハーフシャフト１１の右端はエンジンブロック２２に固定したステー１０に支持される。

図２を併せて参照すると明らかなように、差動機構Ｄを収納するハウジング１４は、変速機Ｔのケーシングと一体に形成されたハウジング本体１５と、ハウジング本体１５の左端開口部を覆うように複数本のボルト１６…で固定されたカバープレート１７とを備える。差動機構Ｄの右側に離間して取り付けられたアクチュエータＡは、差動機構Ｄのハウジング本体１５の右端開口部に嵌合するアクチュエータケース１８と、アクチュエータケース１８の右端開口部を覆うように複数本のボルト１９…で固定されたアクチュエータカバー２０とを備えており、アクチュエータケース１８を貫通する複数本のボルト２１…でエンジンブロック２２に固定される。差動機構ＤおよびアクチュエータＡは差動装置を構成する。

ハウジング１４の内部に収納された差動機構Ｄは、ハウジング本体１５にローラベアリング２３で支持された右側の第１ケース２４と、カバープレート１７にローラベアリング２５で支持された左側の第２ケース２６とを複数本のボルト２７…で結合したディファレンシャルケース２８を備えており、第１ケース２４の外周に変速機Ｔにより駆動されるアクスルドライブギヤ２９が複数本のボルト３０で固定される。

次に、図３および図５〜図７を参照して差動機構Ｄの構造を説明する。

ハウジング１４内に収納される差動機構Ｄは、十字状に交差するように一体化された４本のピニオンシャフト３１…を備える。円形断面を有するピニオンシャフト３１…は端部に面取３１ａ…が形成されており、その面取３１ａ…が第１ケース２４の内周面に形成された４本の支持溝２４ａ…に嵌合する。４本のピニオンシャフト３１…には４個のピニオン３２…が回転自在に支持される。ピニオン３２…と第１ケース２４の内周面との間にスペーサ３３…が配置されており、これらのスペーサ３３…によってピニオン３２…の径方向の位置が規制される。

第１ケース２４の内部に挿入されたハーフシャフト１１の外周は、右側のサイドギヤ３４Ｒにスプライン結合されてスナップリング３５で抜け止めされる。また第２ケース２６を貫通して第１ケース２４の内部に挿入された左車軸１３の右端は、クラッチインナー３７にスプライン結合されてスナップリング３８で抜け止めされる。クラッチインナー３７の右側面に左側のサイドギヤ３４Ｌが一体に形成される。左右のサイドギヤ３４Ｌ，３４Ｒは４個のピニオン３２…に噛み合っている。

クラッチインナー３７の外周に対向するように第１ケース２４の内周にクラッチアウター４０が一体に形成されており、クラッチアウター４０の内周面に複数枚（実施例では５枚）のクラッチプレート４１…の外周部がスプライン嵌合するとともに、クラッチインナー３７の外周面に複数枚（実施例では６枚）のクラッチディスク４２…の内周部がスプライン嵌合する。クラッチディスク４２…の両面に貼り付けた摩擦材４３…がクラッチプレート４１…に接触するように、クラッチプレート４１…およびクラッチディスク４２…は交互に配置される。

クラッチアウター４０の内周面にプレッシャプレート４４の外周部がスプライン嵌合し、このプレッシャプレート４４の左側面は最右端に位置するクラッチディスク４２の右側面に当接可能に対向する。プレッシャプレート４４の右側面に対向する第１ケース２４の内面に、径方向に延びる複数個（実施例では４個）の梃子レバー収納凹部２４ｂが形成されており、各々の梃子レバー収納凹部２４ｂの径方向外端に梃子レバー４５の径方向外端の支点４５ａが揺動自在に係合する。

アクチュエータケース１８の内部において、ハーフシャフト１１の外周にニードルベアリング４６（図１参照）を介して第１中空軸４７が相対回転自在かつ軸方向移動自在に嵌合する。第１ケース２４の内部において、第１中空軸４７の左端に第２中空軸４８の右端が相対回転不能に凹凸係合し、更に第２中空軸４８の左端に第３中空軸４９の右端が相対回転不能に凹凸係合する。第２中空軸４８の左端側に第１ケース２４の内周面に沿うように拡径した拡径部４８ａが形成されており、第３中空軸４９の直径は拡径部４８ａの最大直径に一致している。

第２中空軸４８の拡径部４８ａに複数個（実施例では６個）の貫通孔４８ｂが形成されており、第１ケース２４の内面から突出する４個の延出部２４ｃ…が貫通孔４８ｂを緩く貫通して拡径部４８ａの内側に突出する。各々の延出部２４ｃの先端は摩擦ワッシャ５０を介して右側のサイドギヤ３４Ｒの背面に当接する。尚、左側のサイドギヤ３４Ｌの背面、つまりクラッチインナー３７の左側面は、摩擦ワッシャ５１を介して第２ケース２６の内面に当接する。

第３中空軸４９には、その左端側に開口するＵ字状の切欠４９ａ…が９０°間隔で４個形成されている。これらの切欠４９ａ…によって４本のピニオンシャフト３１…と、その外周に嵌合するスペーサ３３…との干渉を回避しながら、第３中空軸４９は軸方向に移動することができる。そして第３中空軸４９の左端に、梃子レバー４５の径方向内端に設けられた力点４５ｂを押圧する押圧部４９ｂが形成される。そして梃子レバー４５の中間部に、プレッシャプレート４４の右側面に当接する作用点４５ｃが設けられる。

このようにして、クラッチインナー３７、クラッチアウター４０、クラッチプレート４１…、クラッチディスク４２…、プレッシャプレート４４および梃子レバー４５…により、左車軸１３をディファレンシャルケース２８に締結するための摩擦クラッチ５２が構成される。

次に、図２、図４および図８に基づいて、第１〜第３中空軸４７，４８，４９を介して摩擦クラッチ５２を締結するアクチュエータＡの構造を説明する。

アクチュエータケース１８およびアクチュエータカバー２０の内部に延びる第１中空軸４７の右端に第１フランジ部材６１が摺動自在に嵌合しており、第１中空軸４７にクリップ６２で係止したスプリングシート６３と第１フランジ部材６１の背面との間にコイルスプリング６４が圧縮状態で配置される。第１フランジ部材６１の右側のハーフシャフト１１上に第２フランジ部材６５が摺動自在に嵌合しており、第２フランジ部材６５の背面とアクチュエータカバー２０の内面との間にロードセル６６が設けられる。

第１フランジ部材６１および第２フランジ部材６５の間のハーフシャフト１１上に、第１カムプレート６７および第２カムプレート６８がそれぞれニードルベアリング６９，７０を介して回転自在、かつ軸方向移動自在に支持される。第１カムプレート６７はスラストベアリング８５を介して第１フランジ部材６１に当接し、第２カムプレート６８はスラストベアリング８６を介して第２フランジ部材６５に当接する。第１、第２カムプレート６７，６８の対向面に傾斜したカム溝６７ａ…，６８ａ…が形成されており、相対向するカム溝６７ａ…，６８ａ…にそれぞれボール７１…が収納される。第１、第２カムプレート６７，６８およびボール７１…はボールカム機構７２を構成する。

アクチュエータケース１８に、第１軸７３がボールベアリング７４およびニードルベアリング７５を介して支持され、また第２軸７６がボールベアリング７７，７８を介して支持される。アクチュエータケース１８に支持したモータ７９の出力軸７９ａに直列に接続された第１軸７１に設けられた第１ギヤ８０が、第２軸７６に設けられた第２、第３ギヤ８１，８２のうちの第２ギヤ８１に噛合する。また第１、第２カムプレート６７，６８の外周にそれぞれ第４、第５ギヤ８３，８４が形成されており、第４ギヤ８３が第２軸７６の第２ギヤ８１に噛合するとともに、第５ギヤ８４が第２軸７６の第３ギヤ８２に噛合する。第２ギヤ８１および第４ギヤ８３間のギヤ比と、第３ギヤ８２および第５ギヤ８４間のギヤ比は僅かに異なっている。

尚、図４におけるスプリングシート６３およびコイルスプリング６４の機能は以下のとおりである。

アクチュエータケース１８、アクチュエータカバー２０、ボールカム機構７２、モータ７９、ハーフシャフト１１、第１中空軸４７等は予めサブアセンブリとして組み立てられた後に、そのアクチュエータケース１８が差動機構Ｄのハウジング本体１５に結合される。サブアセンブリのアクチュエータケース１８を差動機構Ｄのハウジング本体１５に結合する前の状態では、第１中空軸４７がアクチュエータケース１８から抜け出るように左側に移動可能なため、ボールカム機構７２の第１カムプレート６７および第２カムプレート６８が開いてカム溝６７ａ…，６８ａ…からボール７１…が脱落してしまう可能性がある。

しかしながら、本実施例では、第１中空軸４７の右端にクリップ６２で係止したスプリングシート６３と第１フランジ部材６１との間にコイルスプリング６４を配置したので、図４に鎖線で示すように、スプリングシート６３がアクチュエータケース１８の内面の段部に当接した状態でコイルスプリング６４によって第１フランジ部材６１を右方向に付勢することで、ボールカム機構７２を組立状態に保持してボール７１…の脱落を防止することができる。アクチュエータケース１８をハウジング本体１５に結合し、第１中空軸４７を第２中空軸４８に結合すると、第１中空軸４７は図４の鎖線位置から実線位置へと移動する。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。

差動機構Ｄは通常の差動機能に加えて差動制限機能を発揮するもので、その差動制限機能により発生する差動制限トルクはアクチュエータＡの作動により発生する。

先ず、差動機構Ｄの通常の差動機能について説明する。

内燃機関Ｅの駆動力が変速機Ｔを介して差動機構Ｄのアクスルドライブギヤ２９に入力されると、アクスルドライブギヤ２９にボルト３０…で結合されたディファレンシャルケース２８が回転する。車両が直進状態にあるとき、４個のピニオン３２…はピニオンシャフト３１…に対して回転せず、ピニオン３２…に噛み合う左側のサイドギヤ３４Ｌと一体の左車軸１３と、ピニオン３２…に噛み合う右側のサイドギヤ３４Ｒと一体のハーフシャフト１１とは同速で回転し、左右の駆動輪に駆動力が均等に配分される。

例えば、車両が左旋回状態にあるとき、左側の駆動輪に連なる左車軸１３が減速されて右側の駆動輪に連なるハーフシャフト１１が増速されるため、左右のサイドギヤ３４Ｌ，３４Ｒに差回転が発生するが、その差回転は左右のサイドギヤ３４Ｌ，３４Ｒに噛み合うピニオン３２…の回転により吸収される。同様に、車両が右旋回状態にあるとき、左側の駆動輪に連なる左車軸１３が増速されて右側の駆動輪に連なるハーフシャフト１１が減速されるため、左右のサイドギヤ３４Ｌ，３４Ｒに差回転が発生するが、その差回転は左右のサイドギヤ３４Ｌ，３４Ｒに噛み合うピニオン３２…の回転により吸収される。

次に、アクチュエータＡの作動により発生する差動制限機能について説明する。

アクチュエータＡのモータ７９を駆動すると、その出力軸７９ａに結合した第１軸７３の第１ギヤ８０の回転が第２ギヤ８１に伝達されて第２軸７６が回転する。第２軸７６が回転すると、第２ギヤ８１および第４ギヤ８３を介して第１カムプレート６７が回転し、かつ第３ギヤ８２および第５ギヤ８４を介して第２カムプレート６８が回転するが、第２ギヤ８１および第４ギヤ８３間のギヤ比と、第３ギヤ８２および第５ギヤ８４間のギヤ比とが僅かに異なっているため、ボールカム機構７２の第１、第２カムプレート６７，６８が相対回転する。その結果、第１、第２カムプレート６７，６８のカム溝６７ａ…，６８ａ…の相対位置が、図８（Ａ）の状態から図８（Ｂ）の状態に変化し、ボール７１…によって第１、第２カムプレート６７，６８が相互に離反する方向に駆動される。

ボールカム機構７２により発生する右向きの荷重を受けた第２カムプレート６８は、アクチュエータカバー２０によって右方向への移動を阻止される。従って、ボールカム機構７２により発生する左向きの荷重、つまり摩擦クラッチ５２を締結する締結力を受けた第１カムプレート６７は左方向に移動し、スラストベアリング８５および第１フランジ部材６１を介して第１中空軸４７を左方向に押圧する。このとき、ボールカム機構７２により発生する摩擦クラッチ５２の締結力はロードセル６６により検出され、その締結力が所定値に一致するようにモータ７９の出力がフィードバック制御される。

アクチュエータＡによって第１中空軸４７に左向きの締結力が作用すると、第１中空軸４７に結合された第２中空軸４８および第３中空軸４９が左方向に移動し、第３中空軸４９の左端に設けた押圧部４９ｂ…が４個の梃子レバー４５…の力点４５ｂ…を押圧する。その結果、各梃子レバー４５は支点４５ａを中心に揺動し、その作用点４５ｃがプレッシャプレート４４を左方向に押圧することで、クラッチプレート４１…およびクラッチディスク４２…が相互に密着し、クラッチインナー３７およびクラッチアウター４０が一体に結合される。

梃子レバー４５の支点４５ａおよび力点４５ｂ間の距離Ｌ１は、支点４５ａおよび作用点４５ｃ間の距離Ｌ２よりも大きく設定されているため、梃子レバー４５に入力される締結力Ｆ１をＬ１／Ｌ２倍に倍力した締結力Ｆ２でプレッシャプレート４４を押圧することができ、これによりアクチュエータＡのモータ７９を小型化しても摩擦クラッチ５２に充分な締結力を加えることができる。

このようにして摩擦クラッチ５２が締結されると、クラッチインナー３７と一体の左車軸１３がディファレンシャルケース２８と一体化されることで、左車軸１３とハーフシャフト１１とが、つまり左車軸１３と右車軸１２とが相対回転不能に一体化され、差動機構Ｄの作動機能が制限されてぬかるみ等の軟弱地からの脱出を可能にしたり、高速直線走行時の安定性を高めたりすることができる。このとき、モータ７９を駆動する電流を制御してアクチュエータＡが発生する締結力を変化させ、摩擦クラッチ５２に所定のスリップを発生させることで、差動機構Ｄに任意の大きさの差動制限トルクを発揮させることができる。

以上のように、アクチュエータＡが発生した摩擦クラッチ５２の締結力を、内燃機関Ｅの駆動力が伝達されるハーフシャフト１１を介さずに、そのハーフシャフト１１の外周に軸方向移動可能かつ相対回転可能に配置された第１〜第３中空軸４７，４８，４９を介して伝達するので、内燃機関Ｅの駆動力を伝達することでハーフシャフト１１のスプライン結合部に作用する摩擦力でアクチュエータＡが発生する締結力が減じられることがなくなり、摩擦クラッチ５２を安定良く締結することが可能になる。

尚、第１〜第３中空軸４７，４８，４９はディファレンシャルケース２８と共に回転するが、その回転は内燃機関Ｅの駆動力の伝達を伴わない空転であるため、軸方向の移動時に大きな摩擦力が発生することはない。

ところで、差動機構Ｄが作動するとき、ピニオン３２…に噛合する左右のサイドギヤ３４Ｌ，３４Ｒには軸方向のスラスト力が作用する。このとき、右側のサイドギヤ３４Ｒのスラスト力を第２中空軸４８の拡径部４８ａの内面で支持すると、そのスラスト力でアクチュエータＡが発生する締結力が減じられてしまう問題がある。しかしながら、本実施例では、右側のサイドギヤ３４Ｒのスラスト力を作動機構Ｄの第１ケース２４の延出部２４ｃ…で受け止めているので、そのスラスト力が第２中空軸４８に伝達されるのを防止して上記問題を解決することができる。

尚、右側のサイドギヤ２４Ｒと第１ケース２４との間に摩擦ワッシャ５０を配置し、左側のサイドギヤ３４Ｌと第２ケース２６との間に摩擦ワッシャ５１を配置したので、両サイドギヤ３４Ｒ，３４Ｌに作用するスラスト力で第１、第２ケース２４，２６との間に摩擦力が発生する。このように摩擦クラッチ５２の締結によらずに、両サイドギヤ３４Ｒ，３４Ｌに作用するスラスト力により発生する摩擦力で所定の作動制限トルクを発生させることで、車両の直進安定性を高めることができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、アクチュエータＡは電気式のものに限定されず、油圧式のアクチュエータを採用することも可能である。

また実施例では中空軸を第１〜第３中空軸４７，４８，４９に分割し、第２中空軸４８に拡径部４８ａを設けているが、その分割のしかたは任意である。

自動車用内燃機関の後面図 差動機構およびアクチュエータの拡大断面図 差動機構の構造を示す図２の３部拡大図 アクチュエータの構造を示す図３の４部拡大図 摩擦クラッチの構造を示す図３の５部拡大図 図３の６−６線断面図 図３の７−７線断面図 図４の８−８線断面図

符号の説明

１１ ハーフシャフト（出力軸）
１３ 左車軸（出力軸）
２４ｃ 延出部
２８ ディファレンシャルケース
３４Ｒ サイドギヤ
４７ 第１中空軸（中空軸）
４８ 第２中空軸（中空軸）
４８ａ 拡径部
４９ 第３中空軸（中空軸）
５２ 摩擦クラッチ
Ａ アクチュエータ
Ｄ 差動機構
Ｅ 内燃機関（原動機）

Claims (1)

1. ディファレンシャルケース（２８）に入力される原動機（Ｅ）の駆動力を二つの出力軸（１１，１３）に配分して出力する差動機構（Ｄ）と、二つの出力軸（１１，１３）間の差回転を制限する摩擦クラッチ（５２）とを備えた差動制限機構付き差動装置であって、 摩擦クラッチ（５２）を締結する締結力を発生させるアクチュエータ（Ａ）を、出力軸（１１，１３）の軸線上であって、かつディファレンシャルケース（２８）の外部に設け、出力軸（１１，１３）の外周にアクチュエータ（Ａ）からディファレンシャルケース（２８）の内部に延びる中空軸（４７，４８，４９）を設け、この中空軸（４７，４８，４９）を介してアクチュエータ（Ａ）が発生した締結力を摩擦クラッチ（５２）に伝達するものにおいて、
   中空軸（４７，４８，４９）に、ディファレンシャルケース（２８）内で拡径させた拡径部（４８ａ）を設け、この拡径部（４８ａ）を貫通して差動機構（Ｄ）のサイドギヤ（３４Ｒ）側へ延出する延出部（２４ｃ）をディファレンシャルケース（２８）に形成し、この延出部（２４ｃ）でサイドギヤ（３４Ｒ）のスラスト力を支持することを特徴とする、差動制限機構付き差動装置。

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