JP6772969B2

JP6772969B2 - 車両用動力伝達装置

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Publication number: JP6772969B2
Application number: JP2017124667A
Authority: JP
Inventors: 瑞樹今福
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-06-26
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2037-06-26
Also published as: RU2018122512A3; BR102018012723A2; EP3421282A1; RU2018122512A; JP2019007570A; KR20190001539A; CN109114191A; US20180370354A1

Description

本発明は、動力源から伝達される動力を一対の車輪に伝達する車両用動力伝達装置に関するものである。

動力源から伝達される動力を一対の車輪に伝達する車両用動力伝達装置において、動力源からの動力が伝達されるアウタケースと、一対のサイドギヤに動力を伝達するインナケースとの間に、摩擦係合要素をピストンによって押圧するクラッチ機構を備え、ピストンの押圧力によってアウタケースからインナケースに伝達されるトルクを調整する機構を備えたものが知られている。特許文献１に記載の動力伝達装置がそれである。特許文献１では、第１の回転部材２０３（アウタケース）と第２の回転部材２０５（インナケース）との間に、断続部材２０７（摩擦係合要素）と押圧部材２０９（ピストン）とを含んで構成されるクラッチ機構が設けられ、第２押材２０９の押圧力によって、第１の回転部材２０３と第２の回転部材２０５との間で伝達されるトルクが調整される。

特開２０１３−１９００７６号公報

ところで、特許文献１の車両用動力伝達装置では、例えば比較的ハードなオフロードなどの悪路を走行中において、クラッチ機構のトルク容量不足によって摩擦係合要素に滑りが生じ、摩擦係合要素に焼き付けが発生するという問題があった。これに対して、クラッチ機構のトルク容量を大きくすることも考えられるが、トルク容量を大きくするには、例えば摩擦係合要素を構成する摩擦材の枚数を増やしたり、摩擦材を径方向に長くする必要があり、結果としてクラッチ機構が大きくなってしまう。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、アウタケースからインナケースに伝達されるトルクをクラッチ機構によって調整する機構を有する車両用動力伝達装置において、走行中のクラッチ機構のトルク容量不足に起因する摩擦係合要素の焼き付けを防止できる構造を提供することにある。

第１発明の要旨とするところは、（ａ）動力源からの動力を一対の車輪に伝達する車両用動力伝達装置であって、（ｂ）前記一対の車輪に動力を伝達する一対のサイドギヤと、前記一対のサイドギヤを収容し、前記一対のサイドギヤに動力を伝達するインナケースと、前記インナケースの外周側に前記インナケースに対して相対回転可能に配置され、前記動力源からの動力が入力されるアウタケースとを、含んで構成されるデファレンシャル機構と、（ｃ）前記一対のサイドギヤにそれぞれ連結され、前記一対の車輪に動力を伝達する一対のサイドギヤシャフトと、（ｄ）前記インナケースに連結されたクラッチハブと、前記アウタケースに連結されたクラッチドラムと、前記クラッチハブと前記クラッチドラムとの間に設けられ、前記クラッチハブに相対回転不能に嵌合する少なくとも１枚の第１摩擦板および前記クラッチドラムに相対回転不能に嵌合する少なくとも１枚の第２摩擦板が交互に重ねられて構成される摩擦係合要素と、前記摩擦係合要素を押圧するピストンとを、含んで構成されるクラッチ機構と、（ｅ）前記ピストンを駆動するアクチュエータと、を備え、（ｆ）前記クラッチハブおよび前記クラッチドラムには、それぞれ前記ピストンに相対回転不能に噛み合うための噛合歯が形成され、（ｇ）前記ピストンには、前記クラッチハブの噛合歯と噛合可能な第１噛合歯、および、前記クラッチドラムの噛合歯と噛合可能な第２噛合歯が形成され、（ｈ）前記アクチュエータによって前記ピストンを駆動することにより、動作モードを、前記インナケースおよび前記アウタケースを差動可能としつつ前記ピストンの押圧力によって前記アウタケースから前記インナケースに伝達されるトルクを調整可能な第１モードと、前記第１噛合歯および前記クラッチハブの噛合歯と前記第２噛合歯および前記クラッチドラムの噛合歯とを噛み合わせることにより、前記インナケースおよび前記アウタケースを差動不能とする第２モードとに、切替可能に構成されていることを特徴とする。

また、第２発明の要旨とするところは、第１発明の車両用動力伝達装置において、（ａ）前記ピストンには、前記サイドギヤシャフトの一方に形成される噛合歯と噛合可能な第３噛合歯が形成され、（ｂ）前記アクチュエータによって前記ピストンを駆動することにより、前記第１噛合歯および前記クラッチハブの噛合歯と、前記第２噛合歯および前記クラッチドラムの噛合歯と、前記第３噛合歯および前記サイドギヤシャフトの一方の噛合歯とをそれぞれ噛み合わせることにより、前記インナケースと前記アウタケースとを差動不能とし、且つ、前記一対のサイドギヤを差動不能とする第３モードに切替可能に構成されていることを特徴とする。

また、第３発明の要旨とするところは、第１発明または第２発明の車両用動力伝達装置において、（ａ）前記ピストンが前記摩擦係合要素を押圧する位置において、前記第１モードに切り替えられ、（ｂ）前記ピストンが、前記摩擦係合要素を押圧する位置から離れる側に移動すると、前記第１噛合歯および前記クラッチハブの噛合歯と、前記第２噛合歯および前記クラッチドラムの噛合歯とが、それぞれ噛み合う前記第２モードに切り替えられることを特徴とする。

また、第４発明の要旨とするところは、第２発明の車両用動力伝達装置において、（ａ）前記ピストンが前記摩擦係合要素を押圧する位置において、前記第１モードに切り替えられ、（ｂ）前記ピストンが、前記摩擦係合要素を押圧する位置から離れる側に移動すると、前記第１噛合歯および前記クラッチハブの噛合歯と、前記第２噛合歯および前記クラッチドラムの噛合歯とが、それぞれ噛み合う前記第２モードに切り替えられ、（ｃ）前記ピストンが、前記第２モードの位置よりも前記摩擦係合要素から離れる側に移動すると、前記第１噛合歯および前記クラッチハブの噛合歯と、前記第２噛合歯および前記クラッチドラムの噛合歯と、前記第３噛合歯および前記サイドギヤシャフトの一方の噛合歯とが、それぞれ噛み合う前記第３モードに切り替えられることを特徴とする。

また、第５発明の要旨とするところは、第１発明から第４発明の何れか１の車両用動力伝達装置において、前記第１モードに切り替えられた状態において、前記クラッチハブの噛合歯と前記第１噛合歯とが噛み合わされることを特徴とする。

また、第６発明の要旨とするところは、第１発明から第５発明の何れか１の車両用動力伝達装置において、前記アクチュエータは、電動モータと、互いに螺合するネジ軸部材およびナット部材の一方が、前記電動モータによって前記サイドギヤシャフトの軸線まわりに回転駆動させられることにより、前記電動モータの回転を前記ナット部材の前記軸線の方向への並進運動に変換するネジ機構とを、備えることを特徴とする。

第１発明の車両用動力伝達装置によれば、アクチュエータによってピストンを駆動させることにより、第１モードおよび第２モードに切替可能に構成されているため、例えば比較的ハードなオフロードなどの悪路を走行中に第２モードに切り替えることで、インナケースおよびアウタケースが機械的に差動不能にロックされる。このとき、インナケースとアウタケースとの間で伝達されるトルクは、各噛合歯の噛合部を介して伝達されるため、摩擦係合要素のトルク容量不足による焼き付けを防止することができる。

また、第２発明の車両用動力伝達装置によれば、第３モードに切り替えられることで、アウタケースおよびインナケースが差動不能にロックされるとともに、一対のサイドギヤについても差動不能にロックされる。従って、例えば悪路を走行中に、さらに一対の車輪の一方がぬかるみにはまった場合であっても、第３モードに切り替えられることで、一対の車輪の他方にトルクが伝達されるために走行が可能となる。

また、第３発明の車両用動力伝達装置によれば、ピストンが摩擦係合要素を押圧する第１モードの位置から、ピストンを摩擦係合要素から離れる側に移動させることで、第２モードに切り替えることができる。

また、第４発明の車両用動力伝達装置によれば、ピストンが摩擦係合要素を押圧する第１モードの位置から、ピストンを摩擦係合要素から離れる位置に移動させることで、第２モードに切り替えることができる。さらに、ピストンを第２モードの位置よりもさらに摩擦係合要素から離れる側に移動させることで、第３モードに切り替えることができる。

また、第５発明の車両用動力伝達装置によれば、第１モードにおいて予めピストンの第１噛合歯とクラッチハブの噛合歯とが予め噛み合わされるため、第２モードに切り替える際には、ピストンの第２噛合歯とクラッチドラムの噛合歯とを噛み合わせるだけで済み、第１モードから第２モードに切り替える際に必要な時間を短くすることができる。

また、第６発明の車両用動力伝達装置によれば、電動モータによってネジ軸部材およびナット部材の一方が回転駆動させられると、ナット部材が軸線方向へ並進運動させられるため、ピストンをナット部材とともに軸線方向に駆動させることができる。

本発明が適用された車両の概要を説明する骨子図である。図１の後輪用デファレンシャル装置の構成を説明するための骨子図である。各走行モード毎のピストンに形成される噛合歯の噛合状態を示す図である。図２の後進用デファレンシャル装置において、前後デフロックモードに切り替えられたときの状態を示す図である。図２の後進用デファレンシャル装置において、前後左右デフロックモードに切り替えられたときの状態を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

図１は、本発明が適用された車両１０の概要を説明する骨子図である。車両１０は、動力源として機能するエンジン１２と、左右の前輪１４Ｌ、１４Ｒ（特に区別しない場合には、前輪１４という）と、左右の後輪１６Ｌ、１６Ｒ（特に区別しない場合には、後輪１６という）と、エンジン１２の動力を前輪１４および後輪１６へそれぞれ伝達する動力伝達ユニット１８とを、含んで構成されている。前輪１４は、２輪駆動（２ＷＤ）走行中および４輪駆動（４ＷＤ）走行中に駆動輪となる主駆動輪である。後輪１６は、２ＷＤ走行中は従動輪となり、且つ、４ＷＤ走行中は駆動輪となる副駆動輪である。すなわち、車両１０は、前置エンジン前輪駆動（ＦＦ）をベースとする４輪駆動車両である。なお、後輪１６が、本発明の一対の車輪に対応している。

動力伝達ユニット１８は、エンジン１２にトルクコンバータ１９を介して動力伝達可能に連結されている変速機２０（トランスミッション）と、変速機２０に動力伝達可能に連結されている前後輪動力分配装置であるトランスファ２２と、トランスファ２２に対して並列に設けられている前輪用デファレンシャル装置２４と、トランスファ２２に動力伝達可能に連結されているプロペラシャフト２６と、プロペラシャフト２６に動力伝達可能に連結されている後輪用デファレンシャル装置２８と、前輪用デファレンシャル装置２４と前輪１４との間を連結する左右一対の前輪車軸３２Ｌ、３２Ｒ（特に区別しない場合には前輪車軸３２という）と、後輪用デファレンシャル装置２８と後輪１６との間を連結する左右一対の後輪車軸３４Ｌ、３４Ｒ（特に区別しない場合には後輪車軸３４という）とを、含んでいる。前輪用デファレンシャル装置２４は、左右の前輪１４の差動（相対回転）を許容しつつ、エンジン１２からの動力を左右の前輪１４に伝達するものであり、後輪用デファレンシャル装置２８は、左右の後輪１６の差動（相対回転）を許容しつつ、エンジン１２からの動力を左右の後輪１６に伝達するものである。

このように構成された動力伝達ユニット１８において、２ＷＤ走行中は、エンジン１２の動力は、トルクコンバータ１９、変速機２０、前輪用デファレンシャル装置２４、および左右の前輪車軸３２を介して左右の前輪１４に伝達される。また、４ＷＤ走行中は、左右の前輪１４への動力伝達に加えて、エンジン１２の動力の一部が、トランスファ２２、プロペラシャフト２６、後輪用デファレンシャル装置２８、および左右の後輪車軸３４を介して左右の後輪１６に伝達される。

図２は、図１に示す後輪用デファレンシャル装置２８の概要を説明するための骨子図である。なお、後輪用デファレンシャル装置２８が、本発明の動力源からの動力を一対の車輪に伝達する車両用動力伝達装置に対応している。

図２に示すように、後輪用デファレンシャル装置２８は、後輪車軸３４に連結されている後述するサイドギヤシャフト６３Ｌ、６３Ｒの回転軸線Ｃ１（以下、軸線Ｃ１と記載する）を中心にして配置されている。後輪用デファレンシャル装置２８は、非回転部材であるハウジング３８内において、走行状態に応じて左右の後輪車軸３４の差回転を許容しつつ後輪車軸３４に動力を伝達するデファレンシャル機構４６と、デファレンシャル機構４６と軸線Ｃ１方向で並列に配置されているクラッチ機構４８とを、主に備えて構成されている。

デファレンシャル機構４６は、エンジン１２からの動力が伝達されるアウタケース４４と、左右の後輪１６に動力を伝達する左右一対のサイドギヤ６２Ｌ、６２Ｒ（特に区別しない場合にはサイドギヤ６２という）と、そのサイドギヤ６２を収容し、そのサイドギヤ６２に動力を伝達するインナケース５４と、軸線Ｃ１に対して直交する姿勢でその両端がインナケース５４に固定されているピニオンシャフト５８と、内周をピニオンシャフト５８が貫通することによりピニオンシャフト５８の回転軸線まわりに回転可能に支持されている一対のピニオンギヤ６０とを、含んで構成されている。左右一対のサイドギヤ６２Ｌ、６２Ｒは、軸線Ｃ１まわりに回転可能に配置され、一対のピニオンギヤ６０とそれぞれ噛み合っている。

アウタケース４４は、インナケース５４の外周側に配置され、ハウジング３８に軸受５０、５２を介して軸線Ｃ１まわりに回転可能に支持されている。アウタケース４４には、プロペラシャフト２６の軸端に接続されているドライブギヤ４０と噛み合うリングギヤ４２が接続されている。これより、アウタケース４４には、変速機２０、トランスファ２２、プロペラシャフト２６等を介してエンジン１２の動力が伝達される。これより、アウタケース４４は、後輪用デファレンシャル装置２８の入力回転部材として機能する。

左右一対のサイドギヤ６２Ｌ、６２Ｒは、それぞれ左右一対のサイドギヤシャフト６３Ｌ、６３Ｒに連結されている。サイドギヤシャフト６３Ｌは、後輪車軸３４Ｌに連結されているとともに、サイドギヤシャフト６３Ｒは、後輪車軸３４Ｒに連結されていることから、サイドギヤシャフト６３は、サイドギヤ６２から伝達された動力を左右の後輪車軸３４を介して左右の後輪１６に伝達する。サイドギヤシャフト６３Ｌは、軸受６５Ｌを介してハウジング３８に軸線Ｃ１まわりに回転可能に支持され、サイドギヤシャフト６３Ｒは、軸受６５Ｒを介してハウジング３８に軸線Ｃ１まわりに回転可能に支持されている。また、サイドギヤシャフト６３Ｒには、クラッチ機構４８を構成する後述するピストン７６の第３噛合歯８６と噛み合うための外周歯６８が形成されている。なお、外周歯６８が、本発明のサイドギヤシャフトの一方に形成される噛合歯に対応している。

インナケース５４は、アウタケース４４の内周側に配置されている軸受６４、６６によって、アウタケース４４に対して軸線Ｃ１まわりに相対回転可能に支持されている。言い換えれば、インナケース５４の外周側に配置されるアウタケース４４は、インナケース５４に対して相対回転可能に配置されている。インナケース５４は、ピニオンシャフト５８と、ピニオンシャフト５８の外周面に回転可能に嵌め付けられている一対のピニオンギヤ６０と、一対のピニオンギヤ６０と噛み合う左右一対のサイドギヤ６２とを内部に収容している。また、インナケース５４に伝達された動力が、ピニオンシャフト５８、ピニオンギヤ６０を介して左右一対のサイドギヤ６２Ｌ、６２Ｒに伝達される。このとき、デファレンシャル機構４６の差動作用によって、サイドギヤ６２Ｌとサイドギヤ６２Ｒとの間で差回転が許容される。なお、デファレンシャル機構４６は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。

アウタケース４４とインナケース５４とは、クラッチ機構４８を介してトルクが伝達される。以下、クラッチ機構４８の構造について説明する。クラッチ機構４８は、軸線Ｃ１を中心にして配置され、アウタケース４４とインナケース５４との間で伝達されるトルクの大きさを調整する機能を有している。

クラッチ機構４８は、アウタケース４４に連結されているクラッチドラム７０と、インナケース５４に連結されているクラッチハブ７２と、クラッチドラム７０とクラッチハブ７２との間に設けられている摩擦係合要素７４と、摩擦係合要素７４と軸線Ｃ１方向で隣り合う位置に配置され、その摩擦係合要素７４を押圧するピストン７６とを、含んで構成されている。

クラッチドラム７０は、軸線Ｃ１まわりに回転可能に配置され、軸線Ｃ１方向でアウタケース４４から離れる側が開口する円筒状の部材である。クラッチドラム７０は、アウタケース４４に図示しないスプライン嵌合部を介して相対回転不能に連結されている。クラッチドラム７０の軸線Ｃ１方向で開口側の内周面には、ピストン７６の後述する第２噛合歯８４と噛み合うための内周歯７１（噛合歯）が形成されている。なお、内周歯７１が、本発明のクラッチドラムの噛合歯に対応している。

クラッチハブ７２は、クラッチドラム７０の内周側に配置されている。クラッチハブ７２は、軸線Ｃ１まわりに回転可能に配置され、軸線Ｃ１方向でインナケース５４から離れる側が開口する円筒状の部材である。クラッチハブ７０は、インナケース５４に図示しないスプライン嵌合部を介して相対回転不能に連結されている。クラッチハブ７２の軸線Ｃ１方向で開口側の外周面には、ピストン７６の後述する第１噛合歯８２と噛み合うための外周歯７３（噛合歯）が形成されている。なお、外周歯７３が、本発明のクラッチハブの噛合歯に対応している。

摩擦係合要素７４は、径方向において、クラッチハブ７２とクラッチドラム７０との間に設けられている。摩擦係合要素７４は、クラッチドラム７０の内周面に、相対回転不能かつ軸線Ｃ１方向への相対移動可能にスプライン嵌合する複数枚の外側摩擦板７８と、クラッチハブ７２の外周面に、相対回転不能かつ軸線Ｃ１方向への相対移動可能にスプライン嵌合する複数枚の内側摩擦板８０とを、含んで構成されている。外側摩擦板７８および内側摩擦板８０は、何れも円板形状を有し、交互に重なり合うようにして積層されている。なお、外側摩擦板７８が、本発明の第２摩擦板に対応し、内側摩擦板８０が、本発明の第１摩擦板に対応している。

ピストン７６は、軸線Ｃ１方向で摩擦係合要素７４と隣り合う位置であって、軸線Ｃ１まわりに回転可能に配置されている。ピストン７６は、有底二重円筒状に形成されている。具体的には、ピストン７６は、径方向においてクラッチハブ７２とクラッチドラム７０との間に配置されている円筒状の外側円筒部７６ａと、径方向においてクラッチハブ７２の内周側に配置されている円筒状の内側円筒部７６ｂと、外側円筒部７６ａと内側円筒部７６ｂとを連結する壁部７６ｃとを、備えている。さらに、ピストン７６の外側円筒部７６ａの軸端部に、押圧部７６ｄが形成されている。

外側円筒部７６ａの軸線Ｃ１方向で摩擦係合要素７４から離れる側の端部と、内側円筒部７６ｂの軸線Ｃ１方向で摩擦係合要素７４から離れる側の端部とが、壁部７６ｃによって連結されている。壁部７６ｃは、円板形状を有し、軸線Ｃ１に対して垂直な姿勢で配置されている。

ピストン７６の押圧部７６ｄの内周側には、クラッチハブ７２の外周歯７３と噛合可能な内周歯である第１噛合歯８２が形成されている。また、押圧部７６ｄの外周側には、クラッチドラム７０の内周歯７１と噛合可能な外周歯である第２噛合歯８４が形成されている。また、内側円筒部７６ｂの軸線Ｃ１方向において壁部７６ｃと反対側には、サイドギヤシャフト６３Ｒに形成されている外周歯６８と噛合可能な内周歯である第３噛合歯８６が形成されている。第２噛合歯８４および第３噛合歯８６は、ピストン７６の軸線Ｃ１方向の位置に応じて、対応する各噛合歯７１、７３と選択的に噛み合わされる。

ピストン７６は、アクチュエータ８８によって駆動、すなわち軸線Ｃ１方向へ移動させられる。アクチュエータ８８は、電動モータ９０と、電動モータ９０によって回転駆動させられるウォーム９２と、ウォーム９２と噛み合うウォームホイール９４と、電動モータ９０およびウォームホイール９４の回転を軸線Ｃ１方向への並進運動に変換するネジ機構９６とを、含んで構成されている。

電動モータ９０は、例えばブラシレスモータから構成されており、図示しない制御装置によって制御される。ウォームホイール９４は、軸線Ｃ１まわりに回転可能に配置され、外周部にウォーム９２と噛み合う外周歯が形成されている円盤状の部材である。電動モータ９０が回転すると、ウォームホイール９４が電動モータ９０の回転よりも減速されて回転させられる。

ネジ機構９６は、ウォームホイール９４の内周端部に連結されている円筒状のナット部材９８と、ナット部材９８と螺合するネジ軸部材１００と、ナット部材９８とネジ軸部材１００との間に介挿されている複数個のボール１０２とを、含んで構成されている。ネジ機構９６は、ナット部材９８とネジ軸部材１００とがボール１０２の間で相対回転することにより、一方の部材が他方の部材に対して軸線Ｃ１方向に相対移動するボールネジである。

ネジ軸部材１００は、図示しない連結部材を介してハウジング３８に回転不能に固定されている。従って、電動モータ９０の回転が、ウォーム９０およびウォームホイール９４を介してナット部材９８に伝達されることで、ナット部材９８が軸線Ｃ１まわりに回転駆動させられると、ネジ機構９６において、ナット部材９８とネジ軸部材１００とが相対回転させられるため、ナット部材９８が軸線Ｃ１方向に移動させられる。このように、電動モータ９０によってナット部材９８が軸線Ｃ１まわりに回転駆動させられることにより、電動モータ９０の回転がナット部材９８の軸線Ｃ１方向への並進運動に変換される。なお、ウォームホイール９４の軸線Ｃ１方向の位置に拘わらず、ウォームホイールの外周歯とウォーム９２とが常時噛み合うように、ウォームホイール９４の軸線Ｃ１方向の寸法が設定されている。

また、軸線Ｃ１方向においてウォームホイール９４とピストン７６の壁部７６ｃとの間に、スラスト軸受１０４が配置されている。従って、ウォームホイール９４が軸線Ｃ１方向に移動した際には、スラスト軸受１０４を介してピストン７６がウォームホイール９４に連動して軸線Ｃ１方向に駆動させられる。

上記のように構成される後輪用デファレンシャル装置２８において、アクチュエータ８８によってピストン７６を駆動させ、ピストン７６の軸線Ｃ１方向の位置を調整することにより、車両１０の走行モードを複数の動作モード（走行モード）に切替可能に構成されている。具体的には、インナケース５４およびアウタケース４４を差動可能（相対回転可能）としつつ、ピストン７６の押圧力によってアウタケース４４とインナケース５４との間に伝達されるトルクを調整可能な制御４ＷＤモード（Ｍ１）と、インナケース５４およびアウタケース４４を差動不能（相対回転不能）にロックする前後デフロックモード（Ｍ２）と、インナケース５４およびアウタケース４４を差動不能にロックし、且つ、一対のサイドギヤ６２を差動不能（相対回転不能）にロックする前後およびリヤ左右デフロックモード（以下、前後左右デフロックモード（Ｍ３））とに、切替可能に構成されている。なお、制御４ＷＤモード（Ｍ１）が、本発明の第１モードに対応し、前後デフロックモード（Ｍ２）が、本発明の第２モードに対応し、前後左右デフロックモード（Ｍ３）が、本発明の第３モードに対応している。

図３は、各動作モード毎のピストン７６の第１噛合歯８２〜第３噛合歯８６と噛合可能な各噛合歯６８、７１、７３との噛合状態を示している。図３において、噛合部Ａ（図２参照）は、ピストン７６の第１噛合歯８２とクラッチハブ７２の外周歯７３との噛合状態を示し、「噛合」が第１噛合歯８２と外周歯７３とが噛み合っていることを示し、「解放」が第１噛合歯８２と外周歯７３との噛合が解放（解除）された状態を示している。また、噛合部Ｂ（図２参照）は、ピストン７６の第２噛合歯８４とクラッチドラム７０の内周歯７１との噛合状態を示し、「噛合」が第２噛合歯８４と内周歯７１とが噛み合っていることを示し、「解放」が第２噛合歯８４と内周歯７１との噛合が解放（解除）された状態を示している。また、噛合部Ｃ（図２参照）は、ピストン７６の第３噛合歯８６とサイドギヤシャフト６３Ｒの外周歯６８との噛合状態を示し、「噛合」が第３噛合歯８６と外周歯６８とが噛み合っていることを示し、「解放」が第３噛合歯８６と外周歯６８との噛合が解放（解除）された状態を示している。

図３に示すように、例えば、噛合部Ａに対応する第１噛合歯８２および外周歯７３が噛み合う一方、噛合部Ｂに対応する第２噛合歯８４および内周歯７１の噛合が解放されるとともに、噛合部Ｃに対応する第３噛合歯８６および外周歯６８の噛合が解放されることで制御４ＷＤモード（Ｍ１）が成立する。また、第１噛合歯８２および外周歯７３と、第２噛合歯８４および内周歯７１とが噛み合う一方、第３噛合歯８６および外周歯６８の噛合が解放されることで前後デフロックモード（Ｍ２）が成立する。また、第１噛合８２および外周歯７３と、第２噛合歯８４および内周歯７１と、第３噛合歯８６および外周歯６８とがそれぞれ噛み合うことで前後左右デフロックモード（Ｍ３）が成立する。

図２は、上記制御４ＷＤモード（Ｍ１）の状態に対応している。図２に示すように、電動モータ９０が制御されることにより、ウォームホイール９４およびナット部材９８が軸線Ｃ１方向で摩擦係合要素７４側に移動させられ、さらに、スラスト軸受１０４を介してピストン７６についても摩擦係合要素７４に向かって移動させられ、摩擦係合要素７４を押圧している。このとき、摩擦係合要素７４においてピストン７６の押圧力に応じたトルク容量が発生する。従って、アウタケース４４から摩擦係合要素７４を介してインナケース５４にトルクが伝達される。このように、制御４ＷＤモード（Ｍ１）は、ピストン７６の押圧力によって摩擦係合要素７４のトルク容量が調整されることにより、アウタケース４４からインナケース５４に伝達されるトルク、すなわち後輪１６に伝達されるトルクが調整される動作モードとなる。なお、ピストン７６が摩擦係合要素７４を押圧する直前の位置にある場合には、摩擦係合要素７４のトルク容量がゼロになり、後輪１６へのトルク伝達が遮断されるため、２ＷＤ走行モードとなる。また、図２に示すように、制御４ＷＤモード（Ｍ１）に切り替えられた状態にあっては、ピストン７６の第１噛合歯８２とクラッチハブ７２の外周歯７３との噛合部Ａが噛み合わされている。

図４は、上記前後デフロックモード（Ｍ２）の状態に対応している。図４に示すように、前後デフロックモード（Ｍ２）では、ピストン７６が図２に示す制御４ＷＤモード（Ｍ１）に比べて軸線Ｃ１方向で摩擦係合要素７４から離れる側（軸受６５Ｒ側、紙面右側）に移動させられる。このとき、ピストン７６が摩擦係合要素７４から離れるため、摩擦係合要素７４のトルク容量がゼロとなる。また、ピストン７６の第１噛合歯８２とクラッチハブ７２の外周歯７３との噛合部Ａが噛み合うとともに、ピストン７６の第２噛合歯８４とクラッチドラム７０の内周歯７１との噛合部Ｂが噛み合わされる。このとき、クラッチドラム７０とクラッチハブ７２とが、ピストン７６を介して機械的に連結されるため、クラッチドラム７０とクラッチハブ７２とが一体的に回転することとなる。これに関連して、クラッチドラム７０に連結されたアウタケース４４とクラッチハブ７２に連結されたインナケース５４とが機械的に連結されるため、アウタケース４４とインナケース５４とが差動不能（相対回転不能）な前後デフロックモード（Ｍ２）となる。この前後デフロックモード（Ｍ２）では、直結の４ＷＤ走行となり、前後輪のトルク配分が５０：５０となる。この前後デフロックモード（Ｍ２）は、例えば比較的ハードなオフロードなどの悪路を走行中に切り替えられ、後輪１６側にも走行に必要なトルクが伝達されるため、悪路での走行性が確保される。

また、前後デフロックモード（Ｍ２）では、噛合部Ａが噛み合うことでクラッチハブ７２がピストン７６に相対回転不能に機械的に連結され、噛合部Ｂが噛み合うことでクラッチドラム７４がピストン７６に相対回転可能に機械的に連結されるため、クラッチドラム７０のトルク（すなわちアウタケース４４のトルク）が、噛合部Ｂ、ピストン７６、および噛合部Ａを介してクラッチハブ７２（すなわちインナケース５４）に伝達される。このとき、ピストン７６は、摩擦係合要素７４から離れており、摩擦係合要素７４を介してトルクが伝達されないため、摩擦係合要素７４の焼き付けが防止される。

図５は、上記前後左右デフロックモード（Ｍ３）の状態に対応している。図５に示すように、前後左右デフロックモード（Ｍ３）では、ピストン７６が図３に示す前後デフロックモード（Ｍ２）に比べて軸線Ｃ１方向で摩擦係合要素７４から離れる側（軸受６５Ｒ側、紙面右側）に移動させられている。このとき、ピストン７６の第１噛合８２およびクラッチハブ７２の外周歯７３の噛合部Ａと、ピストン７６の第２噛合歯８４およびクラッチドラム７０の内周歯７１の噛合部Ｂと、ピストン７６の第３噛合歯８６およびサイドギヤシャフト６３Ｒの外周歯６８の噛合部Ｃとが、それぞれ噛み合わされる。これに関連して、噛合部Ａおよび噛合部Ｂが噛み合うことによる前後デフロック状態に加えて、噛合部Ｃが噛み合うことにより、インナケース５４とサイドギヤシャフト６３Ｒとが機械的に連結されるため、デファレンシャル機構４６が差動不能な左右デフロック状態に切り替えられる。従って、左右のサイドギヤシャフト６３が一体的に回転させられる。この前後左右デフロックモード（Ｍ３）は、直結の４ＷＤ走行状態であって、且つ、左右の後輪１６に駆動力が伝達される。従って、例えば悪路走行中に左右の後輪１６の一方がぬかるみにはまった場合において、前後左右デフロックモード（Ｍ３）に切り替えられることで、後輪１６の他方に駆動力が伝達されるため走行性が確保される。

図２に示すように、後輪用デファレンシャル装置２８において、ピストン７６が摩擦係合要素７４を押圧する位置において、第１噛合歯８２および外周歯７３の噛合部Ａが噛み合わされた状態となる制御４ＷＤモード（Ｍ１）に切り替えられる。また、ピストン７６が、摩擦係合要素７４を押圧する位置から軸線Ｃ１方向で摩擦係合要素７４から離れる側に移動すると、噛合部Ａの噛合が維持され、且つ、第２噛合歯８４および内周歯７１の噛合部Ｂが噛み合う前後デフロックモード（Ｍ２）に切り替えられる。さらに、ピストン７６が、前後デフロックモード（Ｍ２）に対応する位置よりも軸線Ｃ１方向で摩擦係合要素７４から離れる側に移動すると、噛合部Ａおよび噛合部Ｂの噛合が維持され、且つ、第３噛合歯８６およびサイドギヤシャフト６３Ｒの外周歯６８が噛み合う前後左右デフロックモード（Ｍ３）に切り替えられる。

このように、ピストン７６が軸線Ｃ１方向において摩擦係合要素７４を押圧する位置から離れる（遠ざかる）に従って、噛合部Ａ、噛合部Ｂ、噛合部Ｃの順番で順次噛み合うとともに、既に噛み合っている噛合部は、ピストン７６が摩擦係合要素７４から離れる側に移動してもその噛合状態が保持されるように構成されている。従って、動作モードを制御４ＷＤモード（Ｍ１）、前後デフロックモード（Ｍ２）、前後左右デフロックモード（Ｍ３）の順番で切り替えるに際して、１つの噛合部のみ噛み合わせるだけで足りるため、動作モードの切替に要する時間を短くすることができる。

これを実現するため、噛合部Ａ〜噛合部Ｃは、ピストン７６が摩擦係合要素７４から離れる側に移動するに従って噛合部Ａ、噛合部Ｂ、噛合部Ｃの順番で順次噛み合う位置に設定されている。また、噛合部Ａを構成する外周歯７３は、ピストン７６の軸線Ｃ１の位置に拘わらず常時第１噛合部８２と噛み合うように軸線Ｃ１方向への寸法が設定されている。噛合部Ｂを構成する内周歯７１は、前後デフロックモード（Ｍ２）の状態からピストン７６が摩擦係合要素７４から離れる位置に移動することで前後左右デフロックモード（Ｍ３）に切り替わっても、第２噛合歯８４との噛合が維持されるように軸線Ｃ１方向の寸法が設定されている。噛合部Ｃを構成する外周歯６８は、前後左右デフロックモード（Ｍ３）において第３噛合歯８６と噛み合うように軸線Ｃ１方向の寸法が設定されている。これより、本実施例では、外周歯７３の軸線Ｃ１方向の寸法が、内周歯７１および外周歯６８に比べて長くなり、内周歯７１の軸線Ｃ１方向の寸法が外周歯６８に比べて長くなり、外周歯６８の軸線Ｃ１方向の寸法が、外周歯７３および内周歯７１に比べて短くなっている。

上述のように、本実施例によれば、アクチュエータ８８によってピストン７６を駆動させることにより、制御４ＷＤモード（Ｍ１）および前後デフロックモード（Ｍ２）に切替可能に構成されているため、例えば比較的ハードなオフロードなどの悪路を走行中に前後デフロックモード（Ｍ２）に切り替えることで、インナケース５４およびアウタケース４４が機械的に差動不能にロックされる。このとき、インナケース５４とアウタケース４４との間で伝達されるトルクは、噛合部Ａ、Ｂを介して伝達されるため、摩擦係合要素７４のトルク容量不足による焼き付けを防止することができる。さらに、前後左右デフロックモード（Ｍ３）に切替可能に構成されているため、前後左右デフロックモード（Ｍ３）に切り替えられることで、アウタケース４４およびインナケース５４が差動不能にロックされるとともに、一対のサイドギヤ６２についても差動不能にロックされる。従って、例えば悪路を走行中に、さらに左右の後輪１６の一方がぬかるみにはまった場合であっても、前後左右デフロックモード（Ｍ３）に切り替えられることで、左右の後輪１６の他方にトルクが伝達されるために走行が可能となる。

また、本実施例によれば、制御４ＷＤモード（Ｍ１）において予めピストン７６の第１噛合歯８２とクラッチハブ７２の外周歯７３とが予め噛み合わされるため、前後デフロックモード（Ｍ２）に切り替える際には、ピストン７６の第２噛合歯８４とクラッチドラム７０の内周歯７１とを噛み合わせるだけで済み、制御４ＷＤモード（Ｍ１）から前後デフロックモード（Ｍ２）に切り替える際に必要な時間を短くすることができる。また、前後デフロックモード（Ｍ２）から前後左右デフロックモード（Ｍ３）に切り替える際には、ピストン７６の第３噛合歯８６とサイドギヤシャフト６３Ｒの外周歯６８とを噛み合わせるだけで済み、前後デフロックモード（Ｍ２）から前後左右デフロックモード（Ｍ３）に切り替える際に必要な時間を短くすることができる。

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

例えば、前述の実施例では、制御４ＷＤモード（Ｍ１）および前後デフロックモード（Ｍ２）に加えて、さらにピストン７６の第３噛合歯８６およびサイドギヤシャフト６３Ｒの外周歯６８が噛み合う前後左右デフロックモード（Ｍ３）が設定されていたが、この前後左右デフロックモード（Ｍ３）が省略されて実施されても構わない。すなわち、制御４ＷＤモード（Ｍ１）と前後デフロックモード（Ｍ２）とに切替可能に構成されるものであっても構わない。

また、前述の実施例では、ピストン７６の押圧部７６ｄに第１噛合歯８２および第２噛合歯８４が形成されていたが、必ずしもこれに限定されない。例えば、ピストン７６の外側円筒部７６ａに第１噛合歯８２および第２噛合歯８４が形成されるものであっても構わない。

また、前述の実施例では、制御４ＷＤモード（Ｍ１）において、ピストン７６の第１噛合歯８２とクラッチハブ７２の外周歯７３とが噛み合っているが、必ずしもこれに限定されず、第１噛合歯８２と外周歯７３との噛合に代わって、ピストン７６の第２噛合歯８４とクラッチドラム７０の内周歯７１とが噛み合うものであっても構わない。或いは、制御４ＷＤモード（Ｍ１）において、全ての噛合歯の噛合が解放されても構わない。

また、前述の実施例では、ネジ機構９６は、ナット部材９８とネジ軸部材１００との間に複数個のボール１０２が介挿されているボールネジであるが、必ずしもボール１０２が介挿される必要はなく、ナット部材９８とネジ軸部材１００とが直接螺合されるものであっても構わない。

また、前述の実施例では、アクチュエータ８８において、電動モータ９０によってナット部材９８を回転駆動させることによりナット部材９８を軸線Ｃ１方向に移動させるものであったが、ネジ軸部材１００を電動モータ９０によって回転駆動させることでも、ナット部材９８を軸線Ｃ１方向に移動させることができる。例えばナット部材９８を、回転不能、且つ、軸線Ｃ１方向への移動可能にハウジング３８と嵌合させることで、電動モータ９０によってネジ軸部材１００が回転させられた際には、ナット部材９８が軸線Ｃ１方向に移動することとなる。

また、前述の実施例では、摩擦係合要素７４を構成する外側摩擦板７８および内側摩擦板８０は、何れも複数枚用いられていたが、外側摩擦板７８および内側摩擦板８０の一方が、一枚から構成されていても構わない。

また、前述の実施例では、後輪用デファレンシャル装置２８において、クラッチ機構４８が右後輪１６Ｒ側に設けられていたが、クラッチ機構４８が左後輪１６Ｌ側に設けられるものであっても構わない。

また、前述の実施例では、車両１０は、前置エンジン前輪駆動をベースとする４輪駆動車両であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば前置エンジン後輪駆動（ＦＲ）をベースとする４輪駆動車両にも適用され得る。前置エンジン後輪駆動の場合には、前輪用デファレンシャル装置２４側に上述した機構が設けられる。

また、前述の実施例では、電動モータ９０とネジ機構９６との間に、ウォーム９２およびウォームホイール９４が介挿されていたが、必ずしもウォーム９２およびウォームホイール９４を介挿する必要はなく、例えばヘリカルギヤを介して電動モータ９０の回転がウォームホイール９４に伝達されるなど、電動モータ９０の回転をウォームホイール９４に伝達するものであれば適宜用いることができる。或いは、直接電動モータ９０によってネジ機構９６を作動させるものであっても構わない。

また、前述の実施例では、アクチュエータ８８は、回転運動を並進運動に変換するネジ機構９６を含んで構成されていたが、アクチュエータ８８は、ピストン７６を軸線Ｃ１方向に駆動させる限りにおいて適宜変更しても構わない。例えば、ネジ機構９６に代わってカム機構が用いられても構わない。カム機構は、例えば、相対回転可能な２つの部材と、２つの部材の間に介挿されるカムとから構成され、一方の部材の回転位置が電動モータによって調整可能に構成される。カム機構において、一方の部材が電動モータによって回転させられることで２つの部材が相対回転すると、これらの間に介挿されているカムによって２つの部材が軸線Ｃ１方向に相対移動させられる。上記のようなカム機構であっても、電動モータ９０の回転運動が並進運動に変換されるため、本発明に適用することができる。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

１２：エンジン（動力源）
１６：後輪（一対の車輪）
２８：後輪用デファレンシャル装置（動力伝達装置）
４４：アウタケース
４６：デファレンシャル機構
４８：クラッチ機構
５４：インナケース
６２：一対のサイドギヤ
６３：一対のサイドギヤシャフト
６３Ｒ：サイドギヤシャフトの一方
６８：外周歯（サイドギヤシャフトの一方に形成される噛合歯）
７０：クラッチドラム
７１：内周歯（クラッチドラムの噛合歯）
７２：クラッチハブ
７３：外周歯（クラッチハブの噛合歯）
７４：摩擦係合要素
７６：ピストン
７８：外側摩擦板（第２摩擦板）
８０：内側摩擦板（第１摩擦板）
８２：第１噛合歯
８４：第２噛合歯
８６：第３噛合歯
８８：アクチュエータ
９０：電動モータ
９６：ネジ機構
９８：ナット部材
１００：ネジ軸部材
Ｃ１：軸線
Ｍ１：制御４ＷＤモード（第１モード）
Ｍ２：前後デフロックモード（第２モード）
Ｍ３：前後左右デフロックモード（第３モード）

Claims

動力源からの動力を一対の車輪に伝達する車両用動力伝達装置であって、
前記一対の車輪に動力を伝達する一対のサイドギヤと、前記一対のサイドギヤを収容し、前記一対のサイドギヤに動力を伝達するインナケースと、前記インナケースの外周側に前記インナケースに対して相対回転可能に配置され、前記動力源からの動力が入力されるアウタケースとを、含んで構成されるデファレンシャル機構と、
前記一対のサイドギヤにそれぞれ連結され、前記一対の車輪に動力を伝達する一対のサイドギヤシャフトと、
前記インナケースに連結されたクラッチハブと、前記アウタケースに連結されたクラッチドラムと、前記クラッチハブと前記クラッチドラムとの間に設けられ、前記クラッチハブに相対回転不能に嵌合する少なくとも１枚の第１摩擦板および前記クラッチドラムに相対回転不能に嵌合する少なくとも１枚の第２摩擦板が交互に重ねられて構成される摩擦係合要素と、前記摩擦係合要素を押圧するピストンとを、含んで構成されるクラッチ機構と、
前記ピストンを駆動するアクチュエータと、を備え、
前記クラッチハブおよび前記クラッチドラムには、それぞれ前記ピストンに相対回転不能に噛み合うための噛合歯が形成され、
前記ピストンには、前記クラッチハブの噛合歯と噛合可能な第１噛合歯、および、前記クラッチドラムの噛合歯と噛合可能な第２噛合歯が形成され、
前記アクチュエータによって前記ピストンを駆動することにより、動作モードを、前記インナケースおよび前記アウタケースを差動可能としつつ前記ピストンの押圧力によって前記アウタケースから前記インナケースに伝達されるトルクを調整可能な第１モードと、前記第１噛合歯および前記クラッチハブの噛合歯と前記第２噛合歯および前記クラッチドラムの噛合歯とを噛み合わせることにより、前記インナケースおよび前記アウタケースを差動不能とする第２モードとに、切替可能に構成されている
ことを特徴とする車両用動力伝達装置。
前記ピストンには、前記サイドギヤシャフトの一方に形成される噛合歯と噛合可能な第３噛合歯が形成され、
前記アクチュエータによって前記ピストンを駆動することにより、前記第１噛合歯および前記クラッチハブの噛合歯と、前記第２噛合歯および前記クラッチドラムの噛合歯と、前記第３噛合歯および前記サイドギヤシャフトの一方の噛合歯とをそれぞれ噛み合わせることにより、前記インナケースと前記アウタケースとを差動不能とし、且つ、前記一対のサイドギヤを差動不能とする第３モードに切替可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１の車両用動力伝達装置。
前記ピストンが前記摩擦係合要素を押圧する位置において、前記第１モードに切り替えられ、
前記ピストンが、前記摩擦係合要素を押圧する位置から離れる側に移動すると、前記第１噛合歯および前記クラッチハブの噛合歯と、前記第２噛合歯および前記クラッチドラムの噛合歯とが、それぞれ噛み合う前記第２モードに切り替えられる
ことを特徴とする請求項１または２の車両用動力伝達装置。
前記ピストンが前記摩擦係合要素を押圧する位置において、前記第１モードに切り替えられ、
前記ピストンが、前記摩擦係合要素を押圧する位置から離れる側に移動すると、前記第１噛合歯および前記クラッチハブの噛合歯と、前記第２噛合歯および前記クラッチドラムの噛合歯とが、それぞれ噛み合う前記第２モードに切り替えられ、
前記ピストンが、前記第２モードの位置よりも前記摩擦係合要素から離れる側に移動すると、前記第１噛合歯および前記クラッチハブの噛合歯と、前記第２噛合歯および前記クラッチドラムの噛合歯と、前記第３噛合歯および前記サイドギヤシャフトの一方の噛合歯とが、それぞれ噛み合う前記第３モードに切り替えられる
ことを特徴とする請求項２の車両用動力伝達装置。
前記第１モードに切り替えられた状態において、前記クラッチハブの噛合歯と前記第１噛合歯とが噛み合わされる
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１の車両用動力伝達装置。
前記アクチュエータは、電動モータと、互いに螺合するネジ軸部材およびナット部材の一方が、前記電動モータによって前記サイドギヤシャフトの軸線まわりに回転駆動させられることにより、前記電動モータの回転を前記ナット部材の前記軸線の方向への並進運動に変換するネジ機構とを、備える
ことを特徴とする請求項１から５の何れか１の車両用動力伝達装置。