JP4581272B2 - 四輪駆動車の動力分配装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は四輪駆動車の動力分配装置（以下トランスファともいう）に係り、特にフルタイム四駆を可能にしつつ前後輪の差動吸収を行うセンターディファレンシャル（以下センターデフともいう）を装備したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＲＶ車等の四輪駆動車において、エンジン動力を前後輪側に分配するためトランスファが設けられる。そしてこのトランスファの中にあって、前後輪の差動を吸収しつつフルタイム四駆を実現するためセンターデフを装備したものが多く見受けられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トランスファの開発に当たり、最も基本的な構成であるパートタイム方式をベースにしてセンターデフを装備したフルタイム方式を考えることがある。即ち、パートタイム式の二駆・四駆切換機構をそのままセンターデフ（そのロック機構を含む）と置換し、他の部品をそのまま流用してコストを削減しつつ、バリエーション拡大、汎用性向上等を図るのである。
【０００４】
しかし、一般的にセンターデフは二駆・四駆切換機構よりも構造が複雑で軸方向の寸法が大きくなる傾向にある。従って置換は必ずしも容易でなく、置換しようとすればその分広いスペースが必要となり、パートタイム式に比較して軸方向寸法の拡大を余儀なくされてしまう。
【０００５】
そこで、かかる問題に鑑みて本発明は創案され、その目的はパートタイム式の二駆・四駆切換機構と同等の軸方向寸法を有するセンターデフを装備した四輪駆動車の動力分配装置を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の目的は、センターデフを装備するフルタイム式でありながらパートタイム式と同等の軸方向寸法（全長）に抑えることができる四輪駆動車の動力分配装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る四輪駆動車の動力分配装置は、主駆動輪出力軸上に、入力側から順に遊星歯車式副変速機と、遊星歯車式センターディファレンシャルとを設け、上記副変速機のサンギヤとキャリアとの内周側に空洞部を設け、この空洞部に、上記センターディファレンシャルのリングギヤから一体的に延出された円筒部と、該円筒部に噛合可能な上記副変速機の切換スリーブとを挿入し、該切換スリーブの外周部と上記副変速機のサンギヤ及びキャリアの内周部とにそれぞれスプラインを設け、上記切換スリーブの外周部のスプラインを、上記副変速機のサンギヤ及びキャリアのスプラインのいずれか一方に選択的に噛合可能としたものである。
上記主駆動輪出力軸に回転可能に取り付けられ従駆動輪出力軸に連結された駆動部材を上記センターディファレンシャルに隣接して設け、上記センターディファレンシャルのデフキャリアを上記駆動部材に結合すると共に、上記センターディファレンシャルのリングギヤの外周部に第一スプラインを設け、上記デフキャリアに上記第一スプラインと同径の第二スプラインを設け、上記第一スプラインにスリーブをスライド可能に設けても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
まず、本発明が適用される四輪駆動車と、ベースとなるパートタイム式トランスファとを説明する。図４に示すように、四輪駆動車はＦＲベースのパートタイム４ＷＤ車で、車両前部に縦置きされたエンジンＥの動力を後方に向かって変速機（主変速機）Ｔ／Ｍ、トランスファＴ／Ｆへと伝達し、トランスファＴ／Ｆにて前後側に分配した後、主駆動輪である後輪ＲＷと、従駆動輪である前輪ＦＷとに伝達して四輪を駆動するようになっている。ただしトランスファＴ／Ｆがパートタイム式なので後輪ＲＷは常時駆動、前輪ＦＷの駆動は選択的である。変速機Ｔ／Ｍは摩擦クラッチを含むマニュアル式か、流体コンバータを含む自動変速式のいずれかである。
【００１２】
図２にパートタイム式トランスファを示す。トランスファＴ／Ｆは前方に位置する入力軸１から変速機Ｔ／Ｍの出力を入力し、後方の後輪出力軸２（主駆動輪出力軸）から後輪側に動力を出力すると共に、前輪出力軸３（従駆動輪出力軸）から前輪側に動力を選択的に出力する。後輪出力軸２と前輪出力軸３とがチェーン・スプロケット機構からなる動力分配機構４で連結され、各軸に動力が分配伝達されるようになっている。前輪出力軸３への動力分配は二駆・四駆切換機構５を切り換えることにより選択的に行われる。これは通常の手動変速機における変速機構部と同様の構成である。
【００１３】
トランスファ全体の高速段（Hi）又は低速段（Lo）への切換えを行うため、遊星歯車式の副変速機６が設けられる。副変速機６はHiのとき１の減速比つまり直結となり、Loのとき１より大きい値（本実施形態では2.5 ）の減速比となり、入力軸１の回転を減速して出力側に伝達する。また副変速機６はHiとLoとの間にニュートラル（Ｎ）のポジションも備える。これら入力軸１〜副変速機６の全体が共通のトランスファケーシング７に収容されている。
【００１４】
トランスファＴ／Ｆの前端付近において、入力軸１と後輪出力軸２とが同軸に嵌合接続され、互いに相対回転自在となっている。接続部にはニードルベアリング８が設けられる。入力軸１は中空とされ、その前端部がケーシング７から突出されると共に、内周部にスプライン９が形成され、変速機出力軸（図示せず）をスプライン嵌合接続させ得るようになっている。入力軸１はニードルベアリング１０、キャリア軸受部３０ａを介してボールベアリングからなる前部軸受１１によって外周側からも軸支される。これによって入力軸１はニードルベアリング８と前部軸受１１によって内外周側から支持されることになる。入力軸１とケーシング７との隙間がオイルシール１２でシールされる。
【００１５】
後輪出力軸２はほぼトランスファ全長に亘って延出され、後端側がボールベアリングからなる後部軸受１３によって軸支される。後端部がケーシング７から突出され（図示せず）、図４の如く後輪駆動軸（プロペラシャフト）Ｓ／Ｒを連結し得るようになっている。
【００１６】
動力分配機構４は、後輪出力軸２のほぼ中間位置に設けられ、後輪出力軸２の外周側に回転可能に取り付けられる駆動スプロケット（駆動部材）１４と、前輪出力軸３に固設される被駆動スプロケット（被駆動部材）１５と、これらスプロケット同士を連結するチェーン１６とから構成される。前輪出力軸３は、前部側がボールベアリング１７、後端部がニードルベアリング１８で軸支され、前端部がケーシング７から突出される。その突出部にフランジ１９がナット２１により締結されており、ボルト２０を用いて図４の如く前輪駆動軸Ｓ／Ｆを連結し得るようになっている。突出部とケーシング７との隙間がオイルシール２２でシールされる。
【００１７】
ここで図３に示すように、トランスファＴ／Ｆは正面視において鉛直でなく斜めに傾斜されている。そして入力軸１及び後輪出力軸２の斜め下に前輪出力軸３が配置され、これら軸位置が左右方向にオフセットされる。これにより図４に示すようにエンジンＥや変速機Ｔ／Ｍと前輪駆動軸Ｓ／Ｆとの干渉が防止される。
【００１８】
二駆・四駆切換機構５は駆動スプロケット１４の前方（入力側）に隣接して設けられる。二駆・四駆切換機構５は、駆動スプロケット１４に設けられたドグギヤ２３と、後輪出力軸２に固設されたクラッチハブ２４と、クラッチハブ２４の外周部に軸方向スライド自在にスプライン嵌合された選択スリーブ２５と、ドグギヤ２３及びクラッチハブ２４間に設けられたシンクロナイザリング２６とから構成される。図示するのは二駆状態で、このとき選択スリーブ２５はクラッチハブ２４にのみ噛合される。この状態から選択スリーブ２５が後方にスライドされるとシンクロナイザリング２６による同期後、選択スリーブ２５がドグギヤ２３に噛合する。これによってクラッチハブ２４とドグギヤ２３、ひいては後輪出力軸２と駆動スプロケット１４が連結され、後輪出力軸２の回転動力が前輪出力軸３に分配伝達されて四駆状態となる。
【００１９】
副変速機６は、二駆・四駆切換機構５の所定距離前方で且つ入力軸１と後輪出力軸２との接続部付近に設けられる。副変速機６は、遊星歯車式であり、入力軸１に一体に設けられたサンギヤ２７と、サンギヤ２７の外周部に噛合される複数のプラネタリギヤ２８と、各プラネタリギヤ２８をシャフト２９を介して軸支するキャリア３０と、各プラネタリギヤ２８に噛合される内周ギヤを有したリングギヤ３１とから構成される。
【００２０】
キャリア３０は、プラネタリギヤ２８の無い周方向位置においてブリッジ３２が設けられ、サンギヤ２７及びプラネタリギヤ２８の後方にも回り込んでシャフト２９を両端支持する。前述のキャリア軸受部３０ａはキャリア３０の一部であり、キャリア３０から前方に突出してニードルベアリング１０と前部軸受１１との間に軸支される。サンギヤ２７とキャリア３０の間のスラスト荷重を低減するためスラスト用のニードルベアリング３３が設けられる。リングギヤ３１はケーシング７にスプライン嵌合されるが、リングギヤ３１とケーシング７との間には僅かな径方向隙間があり、リングギヤ３１が僅かに偏心移動可能となっている（所謂フローティング支持構造）。リングギヤ３１とケーシング７との直接衝突を緩衝するためゴム材を用いたダンパリング５８が設けられている。
【００２１】
リングギヤ３１は、ケーシング７に設けられたリングギヤ嵌合穴５６に後方から挿入され、スナップリング５７で軸位置が固定される。リングギヤ嵌合穴５６の最前端にダンパリング５８が予め挿入され、この後リングギヤ３１が挿入されてリングギヤ３１の最前端部がダンパリング５８に圧入されると共に、ダンパリング５８がリングギヤ３１とリングギヤ嵌合穴５６との間に装入される。
【００２２】
サンギヤ２７とキャリア３０との内周側に、後輪出力軸２との隙間を形成するための空洞部６０が設けられ、そこに切換スリーブ３４が後輪出力軸２上を軸方向スライド可能に設けられる。後輪出力軸２の外周部とスリーブ３４の内周部とにスプライン３５ａ，３５ｂが設けられ、これらが互いにスプライン嵌合されてスリーブ３４の軸方向のスライド移動が許容され、且つ後輪出力軸２上での回転が防止される。
【００２３】
サンギヤ２７とキャリア３０との内周部及び切換スリーブ３４の外周部にスプライン３６，３７，３８が設けられる。切換スリーブ３４をスライドさせ、そのスプライン３８をサンギヤ及びキャリアスプライン３６，３７のいずれか一方に選択的に噛合させることでHi-Lo の切換えがなされる。サンギヤ及びキャリアスプライン３６，３７の間に切換スリーブ３４のスプライン３８を非係合状態（フリー）にするためのニュートラル（Ｎ）ポジションが設けられる。この副変速機にはシンクロ機構が設けられておらず、Hi-Lo間のギヤ比差が大きい（1又は2.5）。従って機械構造上、切換えは車速ゼロ又はその付近の極低速（実質的な停車状態）で行わなければならない。
【００２４】
図示の如く、切換スリーブ３４がサンギヤ２７に噛合しているときには実質入力軸１と後輪出力軸２とが直結状態となり、入力軸１の回転動力がそのまま後輪出力軸２に伝達される。これがHiのポジションである。このときプラネタリギヤ２８はサンギヤ２７に追従回転する。
【００２５】
一方、切換スリーブ３４が図示状態から後方にスライドされ、Ｎポジションを越えてキャリア３０に噛合されると、入力軸１の回転動力がサンギヤ２７→プラネタリギヤ２８→キャリア３０→切換スリーブ３４→後輪出力軸２と伝達され、後輪出力軸２が入力軸１に対し減速回転される。これがLoのポジションである。
【００２６】
このトランスファでは、二駆・四駆切換機構５の切換えと、副変速機６のHi-Lo 切換え（Ｎへの切換えを含む）とが共通のアクチュエータ３９により自動的に行われるようになっている。アクチュエータ３９は、図示しない電子制御ユニットにより位相制御されるモータ４０と、このモータ４０により複数の位相位置にステップ状に回転され、二駆・四駆切換機構５及び副変速機６の切換えのための二つのカム溝４１，４２を有した円柱カム４３と、カム溝４１及び選択スリーブ２５に係合してカム溝４１の回転に応じて選択スリーブ２５を移動させる選択アーム４４と、カム溝４２及び切換スリーブ３４に係合してカム溝４２の回転に応じて切換スリーブ３４を移動させる切換アーム４５と、それぞれのアーム４４，４５を軸方向移動自在に支持する２本のシャフト（一本のシャフト４６のみ図示）とを備える。各アーム４４，４５にはバネ（一つのバネ４７のみ図示）を用いた緩衝装置４８が設けられ、スプラインの噛合時に過負荷を与えぬようになっている。それぞれのシャフトに対して位置決めのためチェック機構４８ａが設けられる。
【００２７】
ケーシング７内には潤滑オイルが貯留されるが、このトランスファは図３に示すような傾斜配置のため、オイルは下部の前輪出力軸３側に溜まっており、上部に行きづらい。そこで、オイルポンプ４９により上部の各部を強制潤滑するようになっている。
【００２８】
オイルポンプ４９は動力分配機構４の後側に隣接して設けられ、後輪出力軸２によって駆動されるトロコイドポンプとなっている。オイルポンプ４９は、矢視の如く、ケーシング内底部に貯留されたオイルを吸引管５０によって吸引し、後輪出力軸２の中心部に形成されたオイル穴５１に吐出する。オイル穴５１のオイルは各給油穴５２を通じて駆動スプロケット１４の支持部、二駆・四駆切換機構５及び副変速機６へと供給される。オイル穴５１の前端は開放され、ここからニードルベアリング８への給油がなされる。後輪出力軸２の前端に近接して入力軸１にキャップ５３が取り付けられ、オイルの外部への漏洩が防止される。
【００２９】
後部軸受１３の後側に隣接して後輪出力軸２にメータギヤ５４が取り付けられ、メータギヤ５４の回転がウォームギヤ５５を介して図示しない車速センサにより検出される。
【００３０】
さて、このようなベースとなるパートタイム式トランスファを一部改変してフルタイム式としたのが図１に示すトランスファである。以下相違部分についてのみ説明し、同一部分については図中同一符号を付し説明を省略する。
【００３１】
図示するように、このトランスファＴ／Ｆでは、パートタイム式の二駆・四駆切換機構５に代えてセンターデフ６１が設けられる。そしてセンターデフ６１には、軸方向寸法が比較的短くて済む遊星歯車式が採用される。センターデフ６１は、後輪出力軸２に一体的に設けられたサンギヤ６２と、サンギヤ６２の外周部に噛合される複数のプラネタリギヤ６３と、各プラネタリギヤ６３をシャフト６４を介して軸支するデフキャリア６５と、各プラネタリギヤ６３に噛合される内周ギヤを有したリングギヤ６６とを有する。
【００３２】
デフキャリア６５も副変速機６のキャリア３０と同様シャフト６４を両端支持している。そしてこのデフキャリア６５は駆動スプロケット１４に一体的に結合されている。リングギヤ６６の外周部に第一スプライン６７が設けられ、駆動スプロケット１４の前方に隣接したデフキャリア６５の後部にも、第一スプライン６７と同径の第二スプライン６８が設けられる。第一スプライン６７にスリーブ６９が軸方向スライド可能に噛合して設けられる。これら第一スプライン６７、第二スプライン６８及びスリーブ６９により、センターデフ６１を選択的にロックするためのデフロック機構７３が実現される。以上の説明で分かるようにデフロック機構７３はリングギヤ６６の外周側に設けられる。
【００３３】
図示するのはセンターデフアンロック（フリー）状態で、このときにはスリーブ６９が第一スプライン６７のみに噛合されている。この状態からスリーブ６９が後方に移動されると第二スプライン６８にも噛合するようになり、センターデフロック状態となる。スリーブ６９を前後移動させるため、前述の選択アーム４４がスリーブ６９に係合されている。但し前述の二駆・四駆切換機構５に比べセンターデフ６１は大径であるため選択アーム４４の長さが短くなっている。
【００３４】
後輪出力軸２においては、センターデフ６１のサンギヤ６２の直前から、副変速機６に給油するためのオイル穴５２ａまでの位置において、パートタイム式のものに比べ外径が縮小されており、そこにリングギヤ６６の一部である円筒部７０が嵌合されている。円筒部７０はリングギヤ６６から一体的に延出され、後輪出力軸２の外径縮小部の外周側に相対回転可能に嵌合される。円筒部７０によって後輪出力軸２の外径縮小分が補われ、全体としてパートタイム式のものと同等の外径を保っている。
【００３５】
円筒部７０の外周部に前述のスプライン３５に代わるスプライン７１ａが設けられ、これに切換スリーブ３４が軸方向スライド可能にスプライン嵌合される。
パートタイム式のものに比べ、切換スリーブ３４のアーム係合部７２が大径とされ、その分切換アーム４５が短くされている。
【００３６】
このフルタイム式トランスファの作動を説明する。入力軸１に入力されている動力は、副変速機６がHiのときはサンギヤ２７から、Loのときはキャリア３０から出力される。この動力は切換スリーブ３４を介してセンターデフ６１の円筒部７０即ちリングギヤ６６に伝達される。リングギヤ６６が、サンギヤ６２を一体的に有する後輪出力軸２に固定されていることから、センターデフ６１においてはリングギヤ６６とサンギヤ６２とが入力側となる。これらに入力された動力の一部が後輪出力軸２を通じて後輪側に送られ、残りの動力がプラネタリギヤ６３→デフキャリア６５→駆動スプロケット１４という経路を経て前輪側に送られる。
【００３７】
図示状態即ちセンターデフアンロック状態においては、リングギヤ６６及びサンギヤ６２とプラネタリギヤ６３とが差動可能であり、前後輪の差動が許容される。一方、図示状態からスリーブ６９を後方に移動してセンターデフロック状態にすると、リングギヤ６６及びサンギヤ６２とプラネタリギヤ６３との差動が禁止されるので、前後輪の差動も禁止される。
【００３８】
このフルタイム式トランスファには構造上以下の特徴がある。即ち、センターデフ６１に軸方向寸法が短かくて済む遊星歯車式を採用し、そのリングギヤ６６の外周側にデフロック機構７３を設けたので、デフロック機構７３を含むセンターデフ全体の軸方向寸法が大幅に短縮でき、トランスファ全体の軸方向寸法の拡大も防止できる。またセンターデフ６１がパートタイム式の二駆・四駆切換機構５と同等の軸方向寸法になり、これらの置換が容易となる。よってフルタイム式とパートタイム式という二つのバリエーションを多くの部品を流用しつつ低コストで実現できる。また同一のケーシングを使用でき、トランスファ全体の軸方向寸法（全長）を変えずに済むため、周辺レイアウトの変更も行わなくて済み、高い汎用性をもたらす。このようにセンターデフを装備するフルタイム式でありながらパートタイム式と同等の軸方向寸法（全長）に抑えることができる。
【００３９】
従来のセンターデフは、特許公報第3003330号等に示されるように、デフロック機構が遊星歯車機構に対し軸方向に突出されるものが一般的であった。本発明はかかる問題点を解消し、デフロック機構を遊星歯車機構の軸方向範囲内に収め、センターデフ全体の軸方向寸法を大幅に短縮できるものである。
【００４０】
加えて、上記トランスファでは、センターデフ６１のリングギヤ６６の一部が副変速機６の内周側に入り込む構造であり、且つその内周側に副変速機６のHi-Lo切換機構も入り込む構造であるため、トランスファ全体の軸方向寸法の短縮及びコンパクト化に大きく寄与できるものである。
【００４１】
なお、本発明の実施の形態は上記実施の形態に限られない。上記実施形態ではＦＲベースのもの、即ち後輪を主駆動輪、前輪を従駆動輪とするものを示したが、ＦＦベースのもの、即ち前輪を主駆動輪、後輪を従駆動輪とするものでも構わない。この場合、上記後輪出力軸２は前輪出力軸となって前輪に連結され、上記前輪出力軸３は後輪出力軸となって後輪に連結される。これらＦＲ、ＦＦベースのものを含め、上記後輪出力軸２が主駆動輪出力軸、上記前輪出力軸３が従駆動輪出力軸となる。
【００４２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば次の如き優れた効果が発揮される。
(1) デフロック機構を含むセンターデフ全体の軸方向寸法が大幅に短縮できる。
(2) センターデフがパートタイム式の二駆・四駆切換機構と同等の軸方向寸法になり、これらの置換が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フルタイム式トランスファを示す縦断側面図で、左側が前、右側が後である。
【図２】パートタイム式トランスファを示す縦断側面図で、左側が前、右側が後である。
【図３】トランスファの概略正面図である。
【図４】四輪駆動車を示す平面図で、左側が前（Ｆ）、右側が後（Ｒ）である。
【符号の説明】
２ 後輪出力軸（主駆動輪出力軸）
３ 前輪出力軸（従駆動輪出力軸）
６ 副変速機
１４ 駆動スプロケット（駆動部材）
２７ サンギヤ
３０ キャリア
３４ 切換スリーブ
３５ｂ，３６，３７，３８，７１ａ スプライン
６０ 空洞部
６１ センターディファレンシャル（センターデフ）
６５ デフキャリア
６６ リングギヤ
６７ 第一スプライン
６８ 第二スプライン
６９ スリーブ
７０ 円筒部
７３ デフロック機構
Ｔ／Ｆ 動力分配装置（トランスファ）
Ｔ／Ｍ 変速機

Claims (2)

1. 主駆動輪出力軸上に、入力側から順に遊星歯車式副変速機と、遊星歯車式センターディファレンシャルとを設け、上記副変速機のサンギヤとキャリアとの内周側に空洞部を設け、該空洞部に、上記センターディファレンシャルのリングギヤから一体的に延出された円筒部と、該円筒部に噛合可能な上記副変速機の切換スリーブとを挿入し、該切換スリーブの外周部と上記副変速機のサンギヤ及びキャリアの内周部とにそれぞれスプラインを設け、上記切換スリーブの外周部のスプラインを、上記副変速機のサンギヤ及びキャリアのスプラインのいずれか一方に選択的に噛合可能としたことを特徴とする四輪駆動車の動力分配装置。
2. 上記主駆動輪出力軸に回転可能に取り付けられ従駆動輪出力軸に連結された駆動部材を上記センターディファレンシャルに隣接して設け、上記センターディファレンシャルのデフキャリアを上記駆動部材に結合すると共に、上記センターディファレンシャルのリングギヤの外周部に第一スプラインを設け、上記デフキャリアに上記第一スプラインと同径の第二スプラインを設け、上記第一スプラインにスリーブをスライド可能に設けた請求項１に記載の四輪駆動車の動力分配装置。

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