JP2001311461A - デファレンシャル装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クラッチ接続時にラチェット音等の発生がな
く、また、引きずりトルクも発生せず、伝達トルクの制
御が可能であり、構造簡単で低コストに構成されたデフ
ァレンシャル装置の提供を図る。 【解決手段】 エンジンの駆動力を車輪側に配分する差
動機構７と、トルクの伝達を断続するクラッチと、この
クラッチの連結手段１１とを備えたデファレンシャル装
置において、前記のクラッチをコーンクラッチ９とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、動力の断続機能
を持ったデファレンシャル装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特公平５−５４５７４号公報に図２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、４輪
駆動車において、２輪駆動状態にするとき切り離される
前輪、または、後輪の車軸上に配置されている。

【０００４】デファレンシャル装置２０１はデフキャリ
ヤ２０３に収容されており、アウタ−ケ−ス２０５、イ
ンナ−ケ−ス２０７、ベベルギヤ式の差動機構２０９、
噛み合いクラッチ２１１、圧力式のアクチュエ−タ２１
３などから構成されている。

【０００５】噛み合いクラッチ２１１は、クラッチリン
グ２１５とアウタ−ケ−ス２０５との間に形成されてお
り、クラッチリング２１５はインナ−ケ−ス２０７上に
移動自在に連結されている。また、アクチュエ−タ２１
３はデフキャリヤ２０３上に固定されており、シフトフ
ォ−ク２１７を介してクラッチリング２１５を移動操作
し、噛み合いクラッチ２１１を噛み合わせ、また、噛み
合いを解除する。

【０００６】アウタ−ケ−ス２０５は、ドライブピニオ
ンギヤ２１９とリングギヤ２２１とを介して入力するエ
ンジンの駆動力によって回転駆動される。

【０００７】噛み合いクラッチ２１１が噛み合うと、エ
ンジンの駆動力はインナ−ケ−ス２０７と差動機構２０
９から車軸２２３，２２５を介して左右の車輪に配分さ
れ、車両は４輪駆動状態になって、悪路などでの走破性
や脱出性が向上する。

【０００８】また、噛み合いクラッチ２１１の噛み合い
が解除されると、インナ−ケ−ス２０７から左右の車輪
までがエンジン側から切り離され、車両は２輪駆動状態
になり、エンジンの燃費が向上する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の、噛み合いクラ
ッチ２１１を用いたデファレンシャル装置２０１では、
噛み合いクラッチ２１１は、連結時の噛み合いにあたっ
て、噛み合い歯の位相が合うまでラチェット音が発生
し、静粛性という面で問題があった。

【００１０】このようなラチェッティングを防止もしく
は最小限に抑えるためには、噛み合い歯の位相を合わせ
るシンクロ機構が別途必要であるが、これに伴って、コ
ストの上昇、構造の複雑化、装置の大型化などが生じ
る。

【００１１】例えば、２−４切換機構（トランスファ
等）にシンクロ機構を持たせるなどしている。

【００１２】また、噛み合いクラッチ２１１は、クラッ
チを切る場合、トルクが掛かった状態で噛み合い歯に生
じる摩擦抵抗によって噛み合いが抜けにくくなるので、
引きずりトルクが発生する恐れもあった。

【００１３】このように、引きずりトルクが発生する
と、後輪を切り離すタイミングが遅れ、駆動力にロスが
生じてエンジン燃費が低下する上に、車両の旋回性等に
も影響を与えてしまう恐れがある。

【００１４】さらに、噛み合いクラッチでは、当然のこ
とながら、多板クラッチ等の摩擦クラッチと異なり、ク
ラッチを滑らせて伝達トルクを制御することはできな
い。

【００１５】そこで、この発明は、クラッチ接続時にラ
チェット音等の発生がなく、また、引きずりトルクも発
生せず、伝達トルクの制御が可能であり、構造簡単で低
コストに構成されたデファレンシャル装置の提供を目的
とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のデファ
レンシャル装置は、エンジンの駆動力を車輪側に配分す
る差動機構と、トルクの伝達を断続するクラッチと、ク
ラッチの連結手段とを備え、このクラッチが、コーンク
ラッチであることを特徴としている。

【００１７】このように、本発明のデファレンシャル装
置では、クラッチにコーンクラッチを用いたことによっ
て、コーンクラッチは、従来の噛み合いクラッチと異な
って、連結時のラチェッティングがないから、静粛性が
高く保たれる。

【００１８】また、位相合わせのシンクロ機構が不要で
あるから、これに伴うコスト上昇、構造の複雑化、装置
の大型化などが避けられる。

【００１９】さらに、コーンクラッチは、噛み合いクラ
ッチと異なり、摩擦面を滑らせて伝達トルクを制御でき
るから、車両の操縦性などを大きく向上させることがで
きる。

【００２０】また、クラッチの連結を解除する際に、噛
み合いクラッチのような噛み合い歯の摩擦抵抗による引
きずりトルクが生じない。

【００２１】従って、所望のタイミングで車輪を切り離
すことができるから、駆動力のロスとエンジン燃費の低
下と操縦性低下などが防止される。

【００２２】また、コーンクラッチは、部品点数が少な
く、構造が簡単であるから、デファレンシャル装置はそ
れだけ軽量でコンパクトになり、車載性が向上する。

【００２３】また、コーンクラッチは、潤滑に対する特
別な配慮が不要であるから、部品点数が少ないことによ
る効果と併せて、コストが大幅に低減される。

【００２４】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のデファレンシャル装置であって、連結手段が、操作手
段によって断続操作されるパイロットクラッチと、パイ
ロットクラッチが連結されるとトルクを受けて作動しメ
インクラッチを押圧するカム機構とからなり、コーンク
ラッチが、このメインクラッチであることを特徴とし、
請求項１の構成と同等の作用・効果を得ることができ
る。

【００２５】パイロットクラッチが連結されると、カム
機構がトルク（差動制限トルク、あるいは、伝達トル
ク）を受けて作動し、そのカムスラスト力によってメイ
ンクラッチであるコーンクラッチが締結され、差動が制
限され、また、トルクが伝達される。

【００２６】このとき、操作手段によってパイロットク
ラッチの滑りを調整すると、カム機構に掛かるトルクが
変化し、カムスラスト力が変わるから、コーンクラッチ
の連結力（伝達トルク）を制御することができる。

【００２７】パイロットクラッチの連結を解除すると、
カム機構のスラスト力が消失してコーンクラッチの連結
が解除され、トルクの伝達が停止される。

【００２８】また、この構成では、コーンクラッチの押
圧力がカム機構によって増幅されるから、小型軽量のコ
ーンクラッチを用いても充分なクラッチ容量が得られ
る。

【００２９】従って、大きなクラッチ容量によって車輪
に充分な駆動力を伝達することができる。

【００３０】また、小型軽量のコーンクラッチを用いる
ことにより、デファレンシャル装置がコンパクトにな
り、車載性がさらに向上する。

【００３１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
のデファレンシャル装置であって、操作手段が、電磁石
であることを特徴とし、請求項２の構成と同等の作用・
効果を得ることができる。

【００３２】電磁石は励磁電流の微調整が可能であり、
パイロットクラッチの滑りとカム機構のカムスラスト力
を調整することにより、コーンクラッチの連結力を精密
に制御することができる。

【００３３】このように、操作手段に電磁石を用いたこ
の構成では、伝達トルクの精密な制御が可能である。

【００３４】また、操作手段に電磁石を用いたこの構成
は、油圧アクチュエータのような流体圧アクチュエータ
を用いた構成と較べて、構造が簡単でコンパクトにな
り、車載性がさらに向上すると共に、低コストで実施す
ることができる。

【００３５】また、圧力漏れによる機能不良から解放さ
れ、信頼性が大幅に向上する。

【００３６】また、比較的押圧力の小さい電磁石を用い
ても、上記のようにカム機構によってコーンクラッチの
押圧力が増幅されるから、充分な伝達トルクが得られ
る。

【００３７】

【発明の実施の形態】図１によってフロントデフ１（本
発明の一実施形態）の説明をする。

【００３８】このフロントデフ１は請求項１，２，３の
特徴を備えている。なお、左右の方向はフロントデフ１
を用いた車両及び図１での左右の方向であり、符号のな
い部材等は図示されていない。

【００３９】この車両は後輪駆動ベースの４輪駆動車で
あり、その動力系は、エンジン、トランスミッション、
トランスファ、トランスファに内蔵された２−４切り換
え機構、フロントデフ１（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）、前車軸、左右の
前輪、後輪側のプロペラシャフト、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）、後車軸、左右の後輪などから構成されている。

【００４０】エンジンの駆動力はトランスミッションで
変速された後、トランスファと２−４切り換え機構から
フロントデフ１に伝達され、また、トランスファからプ
ロペラシャフトを介してリヤデフに伝達される。

【００４１】伝達された駆動力は、フロントデフ１から
前車軸を介して左右の前輪に配分され、リヤデフから後
車軸を介して左右の後輪に配分される。

【００４２】フロントデフ１は、トランスファーケース
に収容されており、アウターケース３、インナーケース
５、ベベルギヤ式の差動機構７、コーンクラッチ９（メ
インクラッチ）、連結手段１１などから構成されてい
る。

【００４３】アウターケース３は、カバー１３と入力部
材１５とケーシング本体１７とをボルト１９で固定して
構成されている。

【００４４】入力部材１５にはリングギヤ２１（入力ギ
ヤ：スパーギヤ）が一体に形成されており、このリング
ギヤ２１はトランスファ（２−４切り換え機構）の出力
ギヤと噛み合って、アウターケース３にエンジンの駆動
力を伝達する。

【００４５】また、ケーシング本体１７は、円筒部材２
３と、非磁性材料のリング２５と、磁性材料のロータ２
７（右側の隔壁部材）などからなり、リング２５は円筒
部材２３とロータ２７にそれぞれ溶接され、これらを一
体にしている。

【００４６】アウターケース３はカバー１３のボス部２
９とロータ２７のボス部３１でベアリングによってトラ
ンスファーケースに支承されている。

【００４７】差動機構７は、複数本のピニオンシャフト
３３、各ピニオンシャフト３３上に支承されたピニオン
ギヤ３５、これらのピニオンギヤ３５と噛み合った出力
側のサイドギヤ３７，３９から構成されている。

【００４８】各ピニオンシャフト３３の先端部はインナ
ーケース５の軸方向溝４１に移動自在に連結されてい
る。また、各サイドギヤ３７，３９はスプライン連結さ
れた前車軸を介して左右の前輪にそれぞれ連結されてい
る。

【００４９】連結手段１１は、パイロットクラッチ４
３、ボールカム４５（カム機構）、カムリング４７、プ
レッシャープレート４９、クラッチリング５１、アーマ
チャ５３、電磁石５５（操作手段）、コントローラなど
から構成されている。

【００５０】連結手段１１は、下記のように、コーンク
ラッチ９を連結操作及び連結解除操作し、コーンクラッ
チ９はこれに伴ってアウターケース３とインナーケース
５とを連結し、また、連結を解除する。

【００５１】コーンクラッチ９によってアウターケース
３とインナーケースが連結されると、アウターケース３
を回転させるエンジンの駆動力は、インナーケース５、
ピニオンシャフト３３、ピニオンギヤ３５から各サイド
ギヤ３７，３９と前車軸とを介して左右の前輪に配分さ
れ、車両が４輪駆動状態になり、悪路の脱出性と走破
性、発進性、加速性、車体の安定性などが向上する。

【００５２】また、悪路などで前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３５の自転に
よって左右の前輪に差動配分される。

【００５３】また、コーンクラッチ９の連結を解除する
と、インナーケース５(差動機構７)から左右の前輪まで
がエンジンから切り離され、車両は後輪駆動による２輪
駆動状態になり、旋回性とエンジンの燃費が向上する。

【００５４】また、このとき、コントローラは２−４切
り換え機構（トランスファ）の連結を解除し、アウター
ケース３までの前輪側駆動系の連れ回りを防止する。

【００５５】コーンクラッチ９は、入力部材１５（アウ
ターケース３）とクラッチリング５１及びインナーケー
ス５（差動機構７）との間に形成されたコーン部５７，
５７によって構成されている。

【００５６】なお、これらの入力部材１５、クラッチリ
ング５１、インナーケース５は焼結金属材料で作られて
おり、充分な耐磨耗性を備えている。

【００５７】パイロットクラッチ４３は、リング２５
（アウターケース３：ケーシング本体１７）とカムリン
グ４７との間に配置されている。

【００５８】ボールカム４５は、カムリング４７とプレ
ッシャープレート４９との間に配置されている。また、
カムリング４７とロータ２７との間には、ボールカム４
５のカム反力を受けるスラストベアリング５９とワッシ
ャとが配置されている。

【００５９】プレッシャープレート４９は右のサイドギ
ヤ３９に、互いの間に設けられたスプライン部６１によ
って移動自在に連結されており、クラッチリング５１は
スプライン部６３によってケーシング本体１７（円筒部
材２３）の内周に移動自在に連結されている。

【００６０】なお、プレッシャープレート４９は、サイ
ドギヤ３９とではなく、インナーケース５と移動自在に
連結させてもよい。

【００６１】アーマチャ５３は、パイロットクラッチ４
３とプレッシャープレート４９との間に軸方向移動自在
に配置されており、止め輪によってアウターケース３側
に軸方向に位置決めされている。

【００６２】電磁石５５のコア６５は連結部材によって
トランスファーケースに連結されており、そのコイル６
７から引き出されたリード線は車載のバッテリに接続さ
れている。

【００６３】コア６５とロータ２７との間にはエアギャ
ップが形成されている。ロータ２７は電磁石５５の磁気
回路の一部を構成する磁性材料であり、ステンレス鋼の
リング６９によって分断され磁力の短絡を防止してい
る。また、リング２５は上記のように、非磁性材料で作
られており磁力が円筒部材２３側に漏洩することを防止
している。

【００６４】コントローラは、電磁石５５の励磁、励磁
電流の制御、励磁停止を行うと共に、電磁石５５と２−
４切り換え機構の作動と作動停止とを連動して行う。

【００６５】電磁石５５を励磁すると、アーマチャ５３
がパイロットクラッチ４３を押圧して締結させ、パイロ
ットクラッチ４３によってカムリング４７がアウターケ
ース３に連結される。このとき、差動機構７に差動回転
が生じると、その差動トルクが、アウターケース３側の
カムリング４７とサイドギヤ３９側のプレッシャープレ
ート４９とを介してボールカム４５に掛かり、発生した
カムスラスト力によってプレッシャープレート４９が左
方に移動し、クラッチリング５１を介してコーン部５
７，５７を押圧し、コーンクラッチ９を締結させる。

【００６６】コーンクラッチ９が締結されると、上記の
ように、車両が４輪駆動状態になる。

【００６７】このとき、電磁石５５の励磁電流を制御す
ると、パイロットクラッチ４３に滑りが生じてボールカ
ム４５のカムスラスト力が変わり、コーン部５７，５７
の滑りによってコーンクラッチ９の連結力が変化するこ
とにより、前輪側に伝達される駆動力の大きさを変える
ことができる。

【００６８】このような駆動力の制御を旋回時に行え
ば、旋回性と車体の安定性とが大きく向上する。

【００６９】また、電磁石５５の励磁を停止すると、パ
イロットクラッチ４３が開放されてボールカム４５のカ
ムスラスト力が消失し、コーンクラッチ９の連結が解除
されて、車両が２輪駆動状態になる。

【００７０】アウターケース３には、開口７１，７３が
設けられており、ボス部２９，３１の内周には螺旋状の
オイル溝７５，７７がそれぞれ設けられている。

【００７１】アウターケース３の回転に伴って、トラン
スファーケースのオイル溜まりからこれらの開口７１，
７３とオイル溝７５，７７とを介してアウターケース３
にオイルが流出入し、流入したオイルは、コーンクラッ
チ９、差動機構７の各ギヤの噛み合い部、パイロットク
ラッチ４３、ボールカム４５、ベアリング５９などを充
分に潤滑・冷却する。

【００７２】また、電磁石５５のコイル６７はその熱に
よりオイル溜まりのオイルを暖めて粘度を適度に低くす
ると共に、周辺のパイロットクラッチ４３やボールカム
４５などを暖め、加温されたオイルはコーンクラッチ９
を暖める。

【００７３】パイロットクラッチ４３とコーンクラッチ
９は、それぞれがこのように暖められる上に、オイルの
粘度が低く調整されることによって、連結を解除する際
のレスポンスが共に大きく向上している。

【００７４】こうして、フロントデフ１が構成されてい
る。

【００７５】フロントデフ１は、上記のように、動力を
断続するクラッチにコーンクラッチ９を用いたことによ
り、連結を解除する際に、噛み合いクラッチのような噛
み合い歯の摩擦抵抗による引きずりトルクが生じない。

【００７６】これに加えて、上記のような電磁石５５
（コイル６７）のヒータ機能によりオイルの粘度が下が
ると共に、パイロットクラッチ４３とコーンクラッチ９
が暖められることによって、引きずりトルクがさらに低
減される。

【００７７】従って、所望のタイミングで前輪を切り離
すことが可能になり、前輪の切り離し遅れによる駆動力
のロス、エンジン燃費の低下、操縦性（旋回性）の低下
などが防止される。

【００７８】また、引きずりトルクを軽減するために、
特別な手段を用いてオイルの粘度を下げること、オイル
の温度を上げること、あるいは、オイル量を減らすこと
などの対策が不要になるから、これらに伴うコストの上
昇と、潤滑性の低下などが避けられる。

【００７９】また、コーンクラッチ９は部品点数が少な
く、構造が簡単であるから、フロントデフ１はそれだけ
軽量でコンパクトに構成され、車載性が向上する。

【００８０】また、コーンクラッチ９は、潤滑に対する
特別な配慮が不要であるから、部品点数が少ないことに
よる効果と併せて、コストが大幅に低減される。

【００８１】また、コーンクラッチ９は、従来の噛み合
いクラッチと異なって、噛み合い時のラチェット音が発
生しないから静粛性が高く保たれる。

【００８２】また、位相合わせのシンクロ機構が不要で
あるから、これに伴うコストの上昇、構造の複雑化、フ
ロントデフ１の大型化などが避けられる。

【００８３】また、噛み合いクラッチと異なって、コー
ンクラッチ９は、上記のようにコーン部５７，５７を滑
らせることにより、前輪に送られる駆動力の大きさを制
御することができるから、車両の操縦性、旋回性などを
大きく向上させることができる。

【００８４】また、本実施形態のコーンクラッチ９は、
ボールカム４５によって押圧力が増幅されるから、充分
なクラッチ容量が得られ、大きな駆動力を前輪に伝達で
きる。

【００８５】さらにこのように、大きな容量が得られる
から、コーンクラッチ９はそれだけ小型軽量にすること
が可能になり、小型軽量のコーンクラッチ９を用いるこ
とによってフロントデフ１がさらにコンパクトになり、
車載性が向上する。

【００８６】また、電磁石５５は励磁電流の微調整が可
能であり、上記のように、パイロットクラッチ４３の滑
りとボールカム４５のカムスラスト力を調整することに
より、コーンクラッチ９の連結力を精密に制御できるか
ら、電磁石５５を制御手段に用いたことによって、フロ
ントデフ１は前輪側への伝達トルクを精密に制御し、車
両の操縦性や旋回性を大幅に向上させることができる。

【００８７】また、操作手段に電磁石５５を用いたフロ
ントデフ１は、油圧アクチュエータのような流体圧アク
チュエータを用いた構成と較べて、構造が簡単でコンパ
クトになり、車載性がさらに向上すると共に、低コスト
で実施できる。

【００８８】また、圧力漏れによる機能不良から解放さ
れ、信頼性が大幅に向上する。

【００８９】また、油圧アクチュエータなどに較べて押
圧力が小さい電磁石５５を操作手段に用いても、上記の
ようにボールカム４５によってコーンクラッチ９の押圧
力が増幅されるから、フロントデフ１は充分なトルク容
量が得られる。

【００９０】なお、本発明に用いる差動機構は、実施形
態のようなベベルギヤ式の差動機構に限らず、例えば、
プラネタリーギヤ式の差動機構、デフケースの収容孔に
摺動自在に収容されたピニオンギヤで出力側の両サイド
ギヤを連結した差動機構、ウォームギヤを用いた差動機
構など、どのような差動機構でもよい。

【００９１】

【発明の効果】請求項１に記載のデファレンシャル装置
は、コーンクラッチを用いたことによって、噛み合いク
ラッチのようなラチェッティングが発生せず、静粛性が
高く保たれる。

【００９２】また、位相合わせのシンクロ機構が不要で
あり、これに伴うコスト上昇、構造の複雑化、装置の大
型化などが避けられる。

【００９３】しかも、コーンクラッチを用いたことによ
り、摩擦面を滑らせて差動制限力を制御し、あるいは、
伝達トルクを制御することが可能であり、車両の操縦
性、旋回性などを大きく向上させることができる。

【００９４】さらに、引きずりトルクが防止されるか
ら、差動制限力の立ち下がりが速くなって車両の操縦性
（旋回性）が向上し、また、所望のタイミングで車輪を
切り離すことが可能になって駆動力のロスとエンジン燃
費の低下と操縦性（旋回性）低下とが防止される。

【００９５】また、引きずりトルクを防止するための対
策が不要になり、これらに伴うコスト上昇と、潤滑性低
下などから解放される。

【００９６】また、部品点数が少なく構造が簡単であ
り、潤滑に対する特別な配慮が不要なコーンクラッチを
用いたことにより、デファレンシャル装置は軽量でコン
パクトになり、車載性が向上する上に、コストが大幅に
低減される。

【００９７】請求項２に記載のデファレンシャル装置
は、請求項１の構成と同等の効果を得ることができる。

【００９８】また、カム機構の増幅機能により、小型軽
量のコーンクラッチを用いても充分なクラッチ容量が得
られ、大きなクラッチ容量によって車輪に充分な駆動力
を伝達することができる。

【００９９】また、小型軽量のコーンクラッチを用いる
ことにより、デファレンシャル装置がコンパクトにな
り、車載性がさらに向上する。

【０１００】請求項３に記載のデファレンシャル装置
は、請求項２の構成と同等の効果を得ることができる。

【０１０１】また、操作手段に電磁石を用いたことによ
り、差動制限力と伝達トルクを精密に制御できる。

【０１０２】また、油圧アクチュエータを用いた構成と
較べて、構造が簡単でコンパクトであり、車載性がさら
に向上すると共に、低コストで実施することが可能であ
り、圧力漏れによる機能不良から解放され、信頼性が大
幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。

【図２】従来例の断面図である。

【符号の説明】

１ フロントデフ（デファレンシャル装置） ７ 差動機構 ９ コーンクラッチ（メインクラッチ） １１ 連結手段 ４３ パイロットクラッチ ４５ ボールカム（カム機構） ５５ 電磁石（操作手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの駆動力を車輪側に配分する差
   動機構と、トルクの伝達を断続するクラッチと、クラッ
   チの連結手段とを備え、このクラッチが、コーンクラッ
   チであることを特徴とするデファレンシャル装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の発明であって、連結手
   段が、操作手段によって断続操作されるパイロットクラ
   ッチと、パイロットクラッチが連結されるとトルクを受
   けて作動しメインクラッチを押圧するカム機構とからな
   り、コーンクラッチが、このメインクラッチであること
   を特徴とするデファレンシャル装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の発明であって、操作手
   段が、電磁石であることを特徴とするデファレンシャル
   装置。