| 【発明の名称】 |
デファレンシャル装置及びその操作方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】木村 拓夫
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| 【要約】 |
【課題】Ｃ．Ｓ．Ｄ機能と差動ロック機能とを同一の操作系で制御可能にし、構造簡単、軽量、低コストにする。
【解決手段】デフケース３の回転を出力側サイドギヤ３９、４１を介して分配する差動機構５と、サイドギヤ３９、４１とデフケース３との間に配置された摩擦クラッチ７と、これを押圧し締結させるアクチュエータ９と、サイドギヤ３９、４１側のクラッチ部材５５とデフケース３側のクラッチ部材４５との間に設けられた噛み合いクラッチ１１と、両クラッチ部材４５、５５の間に配置されこれらを噛み合いクラッチ１１の噛み合い解除方向に付勢するスプリング１３とを備え、摩擦クラッチ７の押圧過程でスプリング１３が圧縮されると、噛み合いクラッチ１１が噛み合い差動がロックされる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 エンジンの駆動力によって回転駆動されるデフケースと、デフケースの回転をピニオンギヤから一対の出力側サイドギヤを介して出力軸側に配分する差動機構と、サイドギヤとデフケースとの間に配置された差動制限用の摩擦クラッチと、この摩擦クラッチを押圧し締結させるアクチュエータと、摩擦クラッチのサイドギヤ側に移動自在に係合したクラッチ部材とデフケースと一体に回転するクラッチ部材との間に設けられた噛み合いクラッチと、両クラッチ部材の間に配置されこれらを噛み合いクラッチの噛み合い解除方向に付勢するスプリングとを備えると共に、前記噛み合いクラッチとスプリングとがアクチュエータによる摩擦クラッチ押圧経路内に直列配置され、摩擦クラッチの押圧過程でスプリングが圧縮されると、噛み合いクラッチが噛み合って差動がロックされることを特徴とするデファレンシャル装置。
【請求項２】 請求項１記載の発明であって、摩擦クラッチとアクチュエータとが両サイドギヤ側にそれぞれ配置されていると共に、噛み合いクラッチとスプリングとをいずれか一方のサイドギヤ側にだけ設けたことを特徴とするデファレンシャル装置。
【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の発明であって、摩擦クラッチが、出力軸を介してこのサイドギヤに連結されたサイドギヤ側部材上に設けられていることを特徴とするデファレンシャル装置。
【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発明であって、差動機構が、デフケースと一体に回転するピニオンシャフトと、このピニオンシャフト上で回転自在に支承されたピニオンギヤと、このピニオンギヤとそれぞれ噛み合った一対の出力側サイドギヤとを有するベベルギヤ式の差動機構であることを特徴とするデファレンシャル装置。
【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発明であって、スプリングが、皿ばね又はコイルばねであることを特徴とするデファレンシャル装置。
【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の発明において、アクチュエータの押圧力からスプリングの撓み量及び各クラッチ部材の間隔を検知し、この間隔が一定値以下になると、噛み合いクラッチが完全に噛み合うまでアクチュエータの押圧力を増大させることを特徴とするデファレンシャル装置の操作方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両のデファレンシャル装置と、その操作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平４−３６６０４７号公報に図３のようなデファレンシャル装置２０１が記載されている。
【０００３】このデファレンシャル装置２０１は、ベベルギヤ式の差動機構２０３と、そのサイドギヤ２０５、２０７側とデフケース２０９との間にそれぞれ配置された差動制限用の多板クラッチ２１１と、各多板クラッチ２１１をそれぞれ押圧する油圧アクチュエータ２１３などから構成されている。
【０００４】油圧アクチュエータ２１３はベアリング２１５と押圧部材２１７とを介して多板クラッチ２１１を押圧して締結し、差動機構２０３の差動を制限する。多板クラッチ２１１の差動制限力は油圧アクチュエータ２１３の押圧力によって自由に制御できるから（Ｃ．Ｓ．Ｄ機能）、その差動制限機能は、伝達トルクに応じて制御すればトルク感応型相当の差動制限機能になり、差動回転速度に応じて制御すれば速度感応型相当の差動制限機能になる。
【０００５】車両は、このような差動制限機能によって、発進時や加速時は駆動輪の差動回転が防止されて車体の安定性と操縦性が向上し、悪路などで片輪が空転すると、グリップ側の駆動輪にトルクが送られて悪路の走破性と脱出性が向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような制御可能な差動制限機能に加えて、四輪駆動（４ＷＤ）車やＲ．Ｖ．（レクレーショナル・ビークル）、レース車両のような車種では、強大な駆動トルクを得るため差動をロックする機構が必要な場合がある。
【０００７】一般に、差動ロック機構はサイドギヤとデフケースとの間に設けられるが、差動ロック機構にもアクチュエータが必要であるから、デファレンシャル装置２０１のように油圧アクチュエータ２１３と多板クラッチ２１１からなる差動制限機構を用いるデファレンシャル装置に、差動ロック機構を組み込むと、２種類の操作系（アクチュエータ）が必要になって、構造が極めて複雑になり、重くなり、コスト高になる。
【０００８】そこで、この発明は、制御可能な差動制限機能（コントロールスリップデファレンシャル／Ｃ．Ｓ．Ｄ機能）と差動ロック機能とを同一の操作系で制御可能であり、構造簡単で、軽量で、低コストのデファレンシャル装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載のデファレンシャル装置は、エンジンの駆動力によって回転駆動されるデフケースと、デフケースの回転をピニオンギヤから一対の出力側サイドギヤを介して出力軸側に配分する差動機構と、サイドギヤとデフケースとの間に配置された差動制限用の摩擦クラッチと、この摩擦クラッチを押圧し締結させるアクチュエータと、摩擦クラッチのサイドギヤ側に移動自在に係合したクラッチ部材とデフケースと一体に回転するクラッチ部材との間に設けられた噛み合いクラッチと、両クラッチ部材の間に配置されこれらを噛み合いクラッチの噛み合い解除方向に付勢するスプリングとを備えると共に、前記噛み合いクラッチとスプリングとがアクチュエータによる摩擦クラッチ押圧経路内に直列配置され、摩擦クラッチの押圧過程でスプリングが圧縮されると、噛み合いクラッチが噛み合って差動がロックされることを特徴とする。
【００１０】アクチュエータは摩擦クラッチを締結して差動機構の差動を制限すると共に、この差動制限力はアクチュエータの押圧力を調整すことによって任意に制御可能であり、Ｃ．Ｓ．Ｄ機能が得られる。
【００１１】又、サイドギヤ側のクラッチ部材とデフケース側のクラッチ部材との間に設けた噛み合いクラッチと、各クラッチ部材の間に配置したスプリングとをアクチュエータによる摩擦クラッチの押圧経路内に直列配置したことにより、摩擦クラッチを押圧すると、その過程でスプリングが圧縮され、噛み合いクラッチが噛み合って差動がロックされる。
【００１２】又、運転席にロックアップボタンを設け、このロックアップボタンを押すとアクチュエータの押圧力が増大しスプリングを圧縮して噛み合いクラッチを噛み合わせるように構成すれば、Ｃ．Ｓ．Ｄ領域内であっても、必要なときは何時でも作動をロックさせることができる。
【００１３】こうして、本発明のデファレンシャル装置は、同一のアクチュエータと押圧系とで摩擦クラッチと差動ロック機構の両方を操作できるから、差動ロック機能と制御可能な差動制限機能とを持ちながら、構造簡単で、軽量で、低コストである。
【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載のデファレンシャル装置であって、摩擦クラッチとアクチュエータとが両サイドギヤ側にそれぞれ配置されていると共に、噛み合いクラッチとスプリングとをいずれか一方のサイドギヤ側にだけ設けたことを特徴とし、請求項１と同等の効果を得る。
【００１５】これに加えて、噛み合いクラッチとスプリングとを一方のサイドギヤ側にだけ設けたことにより、差動ロック機能を持ちながら、それだけ軽量に構成できる。
【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載のデファレンシャル装置であって、摩擦クラッチが、出力軸を介してこのサイドギヤに連結されたサイドギヤ側部材上に設けられていることを特徴とし、請求項１又は請求項２と同等の効果を得る。
【００１７】これに加えて、摩擦クラッチと差動ロック機構とをサイドギヤ側の別部材上に設けたこの構成は、これらをサイドギヤに直接設けた構成に較べて、通常のデファレンシャル装置との間でサイドギヤの共用が可能であり、互換性が高く保たれて有利である。
【００１８】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のデファレンシャル装置であって、差動機構が、デフケースと一体に回転するピニオンシャフトと、このピニオンシャフト上で回転自在に支承されたピニオンギヤと、このピニオンギヤとそれぞれ噛み合った一対の出力側サイドギヤとを有するベベルギヤ式の差動機構であることを特徴とし、請求項１乃至請求項３のいずれかと同等の効果を得る。
【００１９】これに加えて、ベベルギヤ式の差動機構を用いたことにより、サイドギヤの周囲に摩擦クラッチと差動ロック機構の配置スペースを設け易くなるから、本発明のデファレンシャル装置を実施し易い。
【００２０】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のデファレンシャル装置であって、スプリングが、皿ばね又はコイルばねであることを特徴とし、請求項１乃至請求項４のいずれかと同等の効果を得る。
【００２１】これに加えて、スプリングに用いた皿ばね又はコイルばねは、リング状にしてサイドギヤと同軸配置することが容易であるから、噛み合いクラッチとスプリングとからなる差動ロック機構とサイドギヤと同軸配置された摩擦クラッチとを、アクチュエータの押圧経路内で直列に配置する本発明のデファレンシャル装置が構成し易い。
【００２２】請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のデファレンシャル装置において、アクチュエータの押圧力からスプリングの撓み量及び各クラッチ部材の間隔を検知し、この間隔が一定値以下になると、噛み合いクラッチが完全に噛み合うまでアクチュエータの押圧力を増大させることを特徴とする操作方法である。
【００２３】請求項１乃至請求項５のいずれかデファレンシャル装置では、スプリングの撓み量がある程度増加すると、噛み合いクラッチが噛み合わない状態で各クラッチ部材が断続的に接触を繰り返すラチェッティングが生じることがある。
【００２４】そこで、この操作方法によれば、例えば、アクチュエータの押圧力とスプリングの撓み量とのグラフをコントローラに予め記憶させておき、アクチュエータの押圧力からスプリングの撓み量及び各クラッチ部材の間隔を検知して、この間隔が一定値以下になると、アクチュエータの押圧力を増大させ、噛み合いクラッチを一気に噛み合わせるから、ラチェッティングが未然に防止され、これに伴う噛み合いクラッチの破損や騒音が防止される。
【００２５】
【発明の実施の形態】図１と図２によって本発明の一実施形態を説明する。この実施形態は請求項１、３、４、５、６の特徴を備えている。図１はこの実施形態のデファレンシャル装置１を示し、左右の方向は図１での左右の方向である。又、符号を与えていない部材等は図示されていない。
【００２６】デファレンシャル装置１は４ＷＤ車の後輪車軸上に配置されており（リヤデフ）、デフケース３、ベベルギヤ式の差動機構５、多板クラッチ７、７（摩擦クラッチ）、油圧アクチュエータ９、９（アクチュエータ）、噛み合いクラッチ１１、１１（差動ロック機構）、複数枚の皿ばね１３、１３などから構成されている。
【００２７】デファレンシャル装置１はオイル溜りが設けられたデフキャリヤ１５の内部に配置されている。デフケース３はケーシング本体１７の左右にカバー１９をボルトで固定して形成されており、ベアリング２１によって左右のボス部２３をデフキャリヤ１５に支承されている。
【００２８】デフケース３にはリングギヤ２５がボルト２７によって固定されており、このリングギヤ２５はドライブピニオンギヤ２９と噛み合っている。ドライブピニオンギヤ２９はドライブピニオンシャフト３１の後端に一体形成されており、このドライブピニオンシャフト３１は継ぎ手を介して後輪側のプロペラシャフトに連結されている。
【００２９】こうして、デフケース３はエンジンの駆動力によって回転駆動される。
【００３０】ベベルギヤ式の差動機構５は、中空のボス部３３を介して放射状に配置された複数本のピニオンシャフト３５と、各ピニオンシャフト３５上に回転自在に配置されたピニオンギヤ３７と、これらのピニオンギヤ３７と左右から噛み合った一対の出力側サイドギヤ３９、４１とから構成されている。
【００３１】各ピニオンシャフト３５はピン４３によってケーシング本体１７に固定されて廻り止めされており、ケーシング本体１７には各ピニオンギヤ３７の噛み合い反力を受ける球面ワッシャ４５が固定されている。
【００３２】又、各サイドギヤ３９、４１はそれぞれ左右の後輪側出力軸４７、４９にスプライン連結され、止め輪５１によって位置決めされている。
【００３３】デフケース３を回転させるエンジンの駆動力は、ピニオンシャフト３５とピニオンギヤ３７からサイドギヤ３９、４１を介して左右の後輪側に分配される。又、後輪間に駆動抵抗差が生じるとエンジンの駆動力はピニオンギヤ３７の自転によって左右各側に差動分配される。
【００３４】左右の後輪側出力軸４７、４９にはそれぞれクラッチハブ５３（サイドギヤ側部材）がスプライン連結されており、各多板クラッチ７は、このクラッチハブ５３とデフケース３との間に配置されている。
【００３５】又、各噛み合いクラッチ１１は、クラッチハブ５３にスプライン連結されたクラッチ部材５５（サイドギヤ側クラッチ部材）に形成された噛み合い歯５７と、球面ワッシャ４５（デフケース側クラッチ部材）に形成された噛み合い歯５９とで構成されている。
【００３６】皿ばね１３は、球面ワッシャ４５とクラッチ部材５５との間に配置され、クラッチ部材５５を各噛み合いクラッチ１１の噛み合い解除側に付勢している。
【００３７】下記のように、噛み合いクラッチ１１と皿ばね１３は油圧アクチュエータ９による多板クラッチ７の押圧経路内に直列配置されている。
【００３８】デフキャリヤ１５の左右両端部にはシリンダハウジング６１がボルト６３で固定されており、各シリンダハウジング６１とデフキャリヤ１５との間には０リング６５が配置されオイル洩れを防止している。各シリンダハウジング６１には油圧アクチュエータ９のシリンダ６７が設けられている。油圧アクチュエータ９のピストン６９はＸリング７１、７３（断面がＸ字状のシール）を介してシリンダ６７に係合しており、ピン７５によって廻り止めされている。
【００３９】各出力軸４７、４９とデフケース３のボス部２３との間には多板クラッチ７の押圧部材７７が配置されており、各押圧部材７７は出力軸４７、４９にそれぞれスプライン連結されている。押圧部材７７とピストン６９との間にはベアリング７９が配置され、静止側のピストン６９と回転側の押圧部材７７との摺動を防止している。
【００４０】シリンダ６７には外部のオイルポンプからオイルプラグ８１を介して油圧が送られる。この作動圧はコントローラによって制御される。
【００４１】シリンダ６７に作動圧が与えられると、ピストン６９はベアリング７９と押圧部材７７とを介して多板クラッチ７を押圧し締結させる。このとき、クラッチ部材５５と皿ばね１３と球面ワッシャ４５は多板クラッチ７の受圧側になる。
【００４２】このように、噛み合いクラッチ１１と皿ばね１３は油圧アクチュエータ９による多板クラッチ７の押圧経路に直列配置されている。
【００４３】各多板クラッチ７が締結されると、サイドギヤ３９、４１とデフケース３との間で差動機構５の差動が制限される。
【００４４】作動圧を更に大きくすると、皿ばね１３が撓み、噛み合いクラッチ１１が噛み合う。
【００４５】各噛み合いクラッチ１１が噛み合うと、サイドギヤ３９、４１とデフケース３との間で差動機構５の差動がロックされる。
【００４６】コントローラは車体各部に配置された各種センサーによって検知したアクセル開度、舵角、車輪速度、ヨーレート、前後Ｇ、左右Ｇなどに応じて油圧アクチュエータ９の作動圧を調整し、各多板クラッチ７による差動制限機能を制御すると共に、各噛み合いクラッチ１１によって差動をロックする。
【００４７】車両は、この差動制限機能及び差動ロック機能によって、例えば、発進時や加速時は駆動輪の差動回転が防止されて車体の安定性と操縦性が向上し、悪路などで片輪が空転すると、グリップ側の駆動輪にトルクが送られて悪路の走破性と脱出性が向上する。
【００４８】図２のグラフ８３は、油圧アクチュエータ９に作動圧を与えたときの、ピストン６９のストロークと皿ばね１３の荷重（撓み量）との変化を示している。
【００４９】領域８５は各多板クラッチ７が締結され、各噛み合いクラッチ１１が噛み合っていない差動制限力可変領域（Ｃ．Ｓ．Ｄ領域）である。領域８７は各噛み合いクラッチ１１が噛み合い寸前の状態で、クラッチ部材５５と球面ワッシャ４５との間でラチェッティングが生じる恐れのある過渡的な領域である。領域８９は各噛み合いクラッチ１１が噛み合った差動ロック領域である。
【００５０】コントローラには油圧アクチュエータ９の作動圧と皿ばね１３の撓み量との函数を予め記憶させてある。コントローラはそのときの作動圧から皿ばね１３の撓み量を検知し、更に、この撓み量から各噛み合いクラッチ１１のクラッチ部材５５と球面ワッシャ４５との間隔を検知し、この間隔が一定値以下になると、ラチェッティングを未然に防止するために、作動圧を増大して噛み合いクラッチ１１を一気に噛み合わせる。
【００５１】この操作方法によって、グラフ８３は、ラチェッティングの恐れがある破線部分９１を辿らずに、実線部分９３上を差動ロック領域８９に入るから、噛み合いクラッチ１１のラチェッティングと、これに伴う破損と騒音が防止される。
【００５２】更に、運転席にはロックアップボタンが設けられており、コントローラはこのロックアップボタンが押されるとその信号を受けてアクチュエータの押圧力を増大させ皿ばね１３を圧縮して噛み合いクラッチ１１を噛み合わせるようにプログラムされている。
【００５３】従って、このロックアップボタンを押せば、必要なときは、Ｃ．Ｓ．Ｄ領域内であっても、何時でも作動をロックさせることができる。
【００５４】こうして、デファレンシャル装置１が構成されている。
【００５５】上記のように、デファレンシャル装置１は、クラッチ部材５５と球面ワッシャ４５との間に設けた噛み合いクラッチ１１と皿ばね１３とを多板クラッチ７の押圧経路内に直列配置したから、多板クラッチ７を押圧すると、その押圧過程で皿ばね１３が圧縮され、噛み合いクラッチ１１が噛み合って差動がロックされる。
【００５６】このように、デファレンシャル装置１は、同一の油圧アクチュエータ９と押圧系（押圧部材７７とベアリング７９）とで多板クラッチ７と噛み合いクラッチ１１の両方を操作できるから、差動ロック機能と差動制限力制御機能（Ｃ．Ｓ．Ｄ機能）とを持ちながら、構造簡単で、軽量で、低コストである。
【００５７】又、多板クラッチ７と噛み合いクラッチ１１とをサイドギヤ３９、４１側のクラッチハブ５３上に設けた構成は、これらをサイドギヤ３９、４１上に直接設ける構成に較べて、通常のデファレンシャル装置との間でサイドギヤ３９、４１を共用できるから、互換性が高く保たれて有利である。
【００５８】又、ベベルギヤ式の差動機構５を用いたことにより、サイドギヤ３９、４１の周囲に多板クラッチ７と噛み合いクラッチ１１などを配置するスペースを設け易い。
【００５９】又、皿ばね１３は、リング状にしてサイドギヤ３９、４１と同軸に配置することが容易であるから、油圧アクチュエータ９の押圧経路内で、噛み合いクラッチ１１と皿ばね１３とを多板クラッチ７と直列に配置する本発明の構成を実施し易い。
【００６０】又、請求項６の操作方法によれば、噛み合いクラッチ１１の間隔が一定値以下になりラチェッティングが起こり易くなると、油圧アクチュエータ９の作動圧を増大させて噛み合いクラッチ１１を一気に噛み合わせるから、噛み合いクラッチ１１のラチェッティングと破損と騒音とが防止される。
【００６１】なお、本発明において、摩擦クラッチは多板クラッチに限らず、例えば、円錐クラッチのように他の形式の摩擦クラッチでもよい。
【００６２】又、スプリングにコイルばねを用いて、サイドギヤと同軸に配置してもよい。又、複数個の小径のコイルばねを各クラッチ部材の間で周方向に配置してもよい。
【００６３】又、摩擦クラッチは、実施形態と異なって、サイドギヤ側の別部材（クラッチハブ５３）ではなく、サイドギヤ上に直接設けてもよい。
【００６４】又、本発明のデファレンシャル装置は、フロントデフ（エンジンの駆動力を左右の前輪に配分するデファレンシャル装置）と、リヤデフ（エンジンの駆動力を左右の後輪に配分するデファレンシャル装置）と、センターデフ（エンジンの駆動力を前輪と後輪に配分するデファレンシャル装置）のいずれにも用いることができる。
【００６５】
【発明の効果】請求項１記載のデファレンシャル装置では、クラッチ部材の間に設けた差動ロック用の噛み合いクラッチと、クラッチ部材の間に配置したスプリングとを摩擦クラッチの押圧経路内に直列配置したことにより、摩擦クラッチを押圧すると、その過程でスプリングが圧縮され、噛み合いクラッチが噛み合って差動がロックされる。
【００６６】こうして、同一のアクチュエータと押圧系とで摩擦クラッチと差動ロック機構の両方を操作できるから、このデファレンシャル装置は、差動ロック機能とＣ．Ｓ．Ｄ機能とを持ちながら、構造簡単で、軽量で、低コストである。
【００６７】請求項２記載の発明は、請求項１と同等の効果を得ると共に、噛み合いクラッチとスプリングとを一方のサイドギヤ側にだけ設けたから、差動ロック機能を持ちながら、それだけ軽量になる。
【００６８】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２と同等の効果を得ると共に、摩擦クラッチと差動ロック機構とをサイドギヤ側の別部材上に設けた構成は、これらをサイドギヤに直接設けた構成に較べて、通常のデファレンシャル装置との間でサイドギヤを共用できるから、互換性が高く保たれる。
【００６９】請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかと同等の効果を得ると共に、ベベルギヤ式の差動機構を用いたことにより、サイドギヤの周囲に摩擦クラッチと差動ロック機構とを配置するスペースを設け易い。
【００７０】請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかと同等の効果を得ると共に、皿ばね又はコイルばねは、リング状にしてサイドギヤと同軸配置することが容易であるから、アクチュエータの押圧経路内で、噛み合いクラッチとスプリングとを摩擦クラッチと直列に配置する本発明を実施し易い。
【００７１】請求項６記載の操作方法によれば、噛み合いクラッチの間隔が一定値以下になると、アクチュエータによって噛み合いクラッチを一気に噛み合わせるから、噛み合いクラッチのラチェッティングと破損と騒音とが防止される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２５０５０
【氏名又は名称】栃木富士産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月１３日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和 （外８名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１１８０２２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）４月３０日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２７９２５２ |
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