JP6135634B2

JP6135634B2 - 車両用トランスファ

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Publication number: JP6135634B2
Application number: JP2014206779A
Authority: JP
Inventors: 瑞樹今福; 昭徳宝満; 智洋荒川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-07
Filing date: 2014-10-07
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2034-10-07
Also published as: US10525828B2; CN105480085B; JP2016074342A; EP3009294B1; CN105480085A; US20160096429A1; EP3009294A1

Description

本発明は、入力回転部材と第１の出力回転部材と第２の出力回転部材とハイロー切替機構とクラッチとを備える車両用トランスファに関するものである。

入力回転部材の回転を変速して第１の出力回転部材へ伝達するハイロー切替機構と、第１の出力回転部材から第２の出力回転部材へ伝達する伝達トルクを調整する単板又は多板のクラッチとを備える車両用トランスファが良く知られている。例えば、特許文献１に記載された、ハイロー切替機構と、副駆動輪側へ伝達するトルクを調整する多板のクラッチとを備えたトランスファがそれである。特許文献１に記載されたトランスファでは、ハイロー切替機構の切替作動と、クラッチのトルク調整とを一つのモータで行っている。その為、特許文献１のトランスファでは、モータの回転を直線運動に変換する変換機構は、ハイロー切替機構の切替作動用にはドラムカム式を採用し、クラッチのトルク調整用にはボールカム＋レバー式を採用している。

米国特許出願公開第２００７／０２５１３４５号明細書

ところで、一般的に、ハイロー切替機構は比較的長いストロークが必要とされ、又、クラッチは比較的短いストロークでも良いが大きな推力が必要とされる。一方で、上述したドラムカム式はクラッチのトルク調整用には推力不足であり、又、上述したボールカム＋レバー式はハイロー切替機構の切替作動用にはストローク不足である。その為、ハイロー切替機構の切替作動用とクラッチのトルク調整用とで、ドラムカム式かボールカム＋レバー式かの何れか一方の同じ方式を採用することは困難である。つまり、ドラムカム式とボールカム＋レバー式との何れの方式も、モータの回転を直線運動に変換できるが、長いストロークと大きな推力とを両立できる方式ではないので、ハイロー切替機構の切替作動用とクラッチのトルク調整用とで、各々別の方式を採用せざるを得ない。そうすると、構成部品数が増加し、重量増、コスト増、及び全長や軸間距離増による搭載性悪化等を招くおそれがある。尚、上述したような課題は未公知である。

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、部品点数、重量、コスト、及び体格の低減が可能となる車両用トランスファを提供することにある。

前記目的を達成する為の第１の発明の要旨とするところは、(a) 入力回転部材と、第１の左右の車輪へ動力を出力する第１の出力回転部材と、第２の左右の車輪へ動力を出力する第２の出力回転部材と、前記入力回転部材の回転を変速して前記第１の出力回転部材へ伝達するハイロー切替機構と、前記第１の出力回転部材から前記第２の出力回転部材へ伝達する伝達トルクを調整する単板又は多板のクラッチとを備える車両用トランスファであって、(b) モータと、(c) 前記モータの回転運動を直線運動に変換するねじ機構と、(d) 前記ねじ機構の直線運動力を前記ハイロー切替機構及び前記クラッチへそれぞれ伝達する伝達機構とを、更に備えており、(e) 前記ねじ機構は、前記モータに直接的又は間接的に連結された回転部材と、前記回転部材の回転に伴って前記回転部材の軸心と平行な方向に移動可能に前記回転部材に連結された直線運動部材とを有しており、(f) 前記ハイロー切替機構は、回転を出力するハイ側ギヤ歯と、前記ハイ側ギヤ歯よりも低速側の回転を出力するロー側ギヤ歯と、前記第１の出力回転部材にスプライン嵌合されて、前記第１の出力回転部材の軸心と平行な方向への移動によって前記ハイ側ギヤ歯と前記ロー側ギヤ歯とにそれぞれ噛み合うハイロースリーブとを有しており、(g) 前記伝達機構は、前記直線運動部材に連結された、前記クラッチを押し付ける押付部材と、前記回転部材の軸心と平行な別の軸心回りに設けられて、前記直線運動部材に連結されたフォークシャフトと、前記フォークシャフトに固設されて、前記ハイロースリーブに連結されたフォークとを有していることにある。

このようにすれば、ねじ機構が有する高い倍力機能によってクラッチへ高い推力を付与することができる。又、ねじ機構によってハイロー切替機構の作動に必要なストロークを得ることができる。従って、一つのモータとねじ機構と伝達機構とでハイロー切替機構の切替作動とクラッチのトルク調整(すなわち第２の出力回転部材(換言すれば第２の左右の車輪)へ伝達する伝達トルクの調整)とが可能となる。つまり、モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構としてねじ機構を用いたことにより、同一の方式でハイロー切替機構の切替作動とクラッチのトルク調整とが可能となる。よって、車両用トランスファにおいて、部品点数、重量、コスト、及び体格の低減が可能となる。

ここで、第２の発明は、前記第１の発明に記載の車両用トランスファにおいて、前記第２の出力回転部材に設けられたロック歯と、前記第１の出力回転部材にスプライン嵌合されて、前記第１の出力回転部材の軸心と平行な方向への移動によって前記ロック歯に噛み合うロックスリーブとを有するドグクラッチを更に備え、前記伝達機構は、前記ねじ機構の直線運動力を前記ハイロースリーブを介して前記ロックスリーブへ伝達することにある。このようにすれば、ねじ機構を用いた同一の方式で、ドグクラッチの切替作動(すなわち第２の出力回転部材への動力の伝達／遮断)が可能となる。

また、第３の発明は、前記第２の発明に記載の車両用トランスファにおいて、前記ハイロースリーブは、前記入力回転部材の支持ベアリングに対して前記第２の出力回転部材側の空間に設けられており、前記ロックスリーブは、前記ハイロー切替機構と前記第２の出力回転部材との間の空間に、前記ハイロースリーブと隣接して別体で設けられており、前記伝達機構は、前記ハイロースリーブと前記ロックスリーブとを相互に離間させる側へ付勢する第１のスプリングと、前記ロックスリーブを前記ロック歯から離す側へ付勢する第２のスプリングとを有していることにある。このようにすれば、ロックスリーブの移動の可否に拘わらずハイロースリーブの移動が可能となる。又、ハイロースリーブとロックスリーブとが別体で設けられていても、ハイロースリーブがロックスリーブから離間する側へ移動させられれば、ロックスリーブがロック歯から離れる側へ移動させられる。

また、第４の発明は、前記第３の発明に記載の車両用トランスファにおいて、前記ハイロースリーブは、前記ロックスリーブから離間する側にて前記ハイ側ギヤ歯に噛み合い、前記ロックスリーブに接近する側にて前記ロー側ギヤ歯に噛み合うものであり、前記ロックスリーブは、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ロー側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記ロック歯に噛み合うものであり、前記単板又は多板のクラッチは、前記第１の出力回転部材の軸心方向で、前記第２の出力回転部材に対して前記ハイロー切替機構とは反対側に前記第１の出力回転部材の軸心回りに配置されて、前記第２の出力回転部材側に移動する前記押付部材によって押し付けられるものであり、前記単板又は多板のクラッチは、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ハイ側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記押付部材によって押し付けられ、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ロー側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記押付部材によって押し付けられないものであり、前記伝達機構は、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ハイ側ギヤ歯に噛み合わせる位置のままで、前記単板又は多板のクラッチが前記押付部材によって押し付けられる位置と押し付けられない位置との間で前記直線運動部材の移動を許容する、前記直線運動部材と前記フォークシャフトとを連結する連結機構を有していることにある。このようにすれば、ハイロースリーブがハイ側ギヤ歯に噛み合わされて比較的高速側の回転を第１の出力回転部材(換言すれば第１の左右の車輪)へ伝達することができる車両状態では、単板又は多板のクラッチを介して調整されたトルクを第２の出力回転部材(換言すれば第２の左右の車輪)へ伝達することができる。又、この車両状態では、ロックスリーブがロック歯に噛み合わされないことはもちろんのこと、単板又は多板のクラッチが押付部材によって押し付けられないようにすることができるので、第１の左右の車輪のみに動力を伝達することができる。一方で、ハイロースリーブがロー側ギヤ歯に噛み合わされて比較的低速側の回転を第１の出力回転部材へ伝達することができる車両状態では、ロックスリーブがロック歯に噛み合わされてドグクラッチにより第１の出力回転部材と第２の出力回転部材とが直結状態とされる。

また、第５の発明は、前記第１の発明乃至第４の発明の何れか１つに記載の車両用トランスファにおいて、前記回転部材は、ねじ軸部材であり、前記直線運動部材は、ナット部材であり、前記ねじ機構は、前記ねじ軸部材と前記ナット部材がボールを介して作動するボールねじである。このようにすれば、ボールねじが有する高い倍力機能によってクラッチへ高い推力を付与することができる。又、ボールねじによってハイロー切替機構の作動に必要なストロークを得ることができる。又、モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構としてすべりねじを用いることと比較して、回転運動を直線運動に変換する機械効率が高くされる。

本発明が適用される車両の概略構成を説明する図であると共に、車両における各種制御の為の制御系統の要部を説明する図である。トランスファの概略構成を説明する断面図であって、高速側ギヤ段にて４ＷＤ走行状態とする為の態様を示す図である。トランスファの概略構成を説明する骨子図である。トランスファの概略構成を説明する断面図であって、低速側ギヤ段にてセンターデフロック状態での４ＷＤ走行状態とする為の態様を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される車両１０の概略構成を説明する図であると共に、車両１０における各種制御の為の制御系統の要部を説明する図である。図１において、車両１０は、駆動力源としてのエンジン１２、左右の前輪１４Ｌ，１４Ｒ(特に区別しない場合には前輪１４という)、左右の後輪１６Ｌ，１６Ｒ(特に区別しない場合には後輪１６という)、エンジン１２の動力を前輪１４と後輪１６とへそれぞれ伝達する動力伝達装置１８などを備えている。後輪１６は、二輪駆動(２ＷＤ)走行中及び四輪駆動(４ＷＤ)走行中のときに共に駆動輪となる主駆動輪である。前輪１４は、２ＷＤ走行中のときに従動輪となり且つ４ＷＤ走行中のときに駆動輪となる副駆動輪である。従って、車両１０は、前置エンジン後輪駆動(ＦＲ)をベースとする四輪駆動車両である。

動力伝達装置１８は、エンジン１２に連結された変速機２０、変速機２０に連結された前後輪動力分配装置である車両用トランスファ２２(以下、トランスファ２２という)、トランスファ２２にそれぞれ連結されたフロントプロペラシャフト２４及びリヤプロペラシャフト２６、フロントプロペラシャフト２４に連結された前輪用差動歯車装置２８、リヤプロペラシャフト２６に連結された後輪用差動歯車装置３０、前輪用差動歯車装置２８に連結された左右の前輪車軸３２Ｌ，３２Ｒ(特に区別しない場合には前輪車軸３２という)、後輪用差動歯車装置３０に連結された左右の後輪車軸３４Ｌ，３４Ｒ(特に区別しない場合には後輪車軸３４という)などを備えている。このように構成された動力伝達装置１８において、変速機２０を介してトランスファ２２へ伝達されたエンジン１２の動力は、トランスファ２２から、リヤプロペラシャフト２６、後輪用差動歯車装置３０、後輪車軸３４等の後輪側の動力伝達経路を順次介して後輪１６へ伝達される。又、後輪１６側へ伝達されるエンジン１２の動力の一部は、トランスファ２２にて前輪１４側へ分配されて、フロントプロペラシャフト２４、前輪用差動歯車装置２８、前輪車軸３２等の前輪側の動力伝達経路を順次介して前輪１４へ伝達される。

前輪用差動歯車装置２８は、フロント側クラッチ３６を前輪車軸３２Ｒ側に(すなわち前輪用差動歯車装置２８と前輪１４Ｒとの間に)備えている。フロント側クラッチ３６は、前輪用差動歯車装置２８と前輪１４Ｒとの間の動力伝達経路を選択的に接続又は遮断する、電気的(電磁的)に制御されるドグクラッチ(すなわち噛合式クラッチ)である。尚、フロント側クラッチ３６において、更に、同期機構(シンクロ機構)が備えられていても構わない。

図２及び図３は、トランスファ２２の概略構成を説明する図であって、図２はトランスファ２２の断面図であり、図３はトランスファ２２の骨子図である。図２、図３において、トランスファ２２は、非回転部材としてのトランスファケース４０を備えている。トランスファ２２は、トランスファケース４０内において、入力回転部材としての入力軸４２と、第１の左右の車輪としての後輪１６へ動力を出力する第１の出力回転部材としての後輪側出力軸４４と、第２の左右の車輪としての前輪１４へ動力を出力する第２の出力回転部材としてのドライブギヤ４６と、入力軸４２の回転を変速して後輪側出力軸４４へ伝達する副変速機としてのハイロー切替機構４８と、後輪側出力軸４４からドライブギヤ４６へ伝達する伝達トルクを調整する多板のクラッチとしての前輪駆動用クラッチ５０とを共通の軸心Ｃ１回りに備えている。又、トランスファ２２は、トランスファケース４０内において、前輪側出力軸５２と、前輪側出力軸５２に一体的に設けられたドリブンギヤ５４とを共通の軸心Ｃ２回りに備え、更に、ドライブギヤ４６とドリブンギヤ５４との間を連結する前輪駆動用チェーン５６と、後輪側出力軸４４とドライブギヤ４６とを一体的に連結するドグクラッチとしてデフロック機構５８とを備えている。

入力軸４２は、変速機２０の出力回転部材(不図示)にスプライン嵌合継手などを介して連結されており、エンジン１２から変速機２０を介して入力された駆動力(トルク)によって回転駆動させられる。後輪側出力軸４４は、リヤプロペラシャフト２６に連結された主駆動軸である。ドライブギヤ４６は、後輪側出力軸４４回りに相対回転可能に設けられている。前輪側出力軸５２は、フロントプロペラシャフト２４に連結された副駆動軸である。

このように構成されたトランスファ２２は、例えばドライブギヤ４６へ伝達するトルクを調整して、変速機２０から伝達された動力を後輪１６のみへ伝達したり、或いは前輪１４及び後輪１６のそれぞれに分配する。又、トランスファ２２は、例えばリヤプロペラシャフト２６とフロントプロペラシャフト２４との間の回転差動が制限されない差動状態とそれらの間の回転差動が制限された非差動状態(所謂センターデフロック状態)とを切り替える。又、トランスファ２２は、例えば高速側ギヤ段(高速側変速段)Ｈ及び低速側ギヤ段(低速側変速段)Ｌの何れかを成立させて、変速機２０からの回転を変速して後段へ伝達する。つまり、トランスファ２２は、入力軸４２の回転をハイロー切替機構４８を介して後輪側出力軸４４へ伝達すると共に、前輪駆動用クラッチ５０を介した伝達トルクが零とされ且つデフロック機構５８が解放された状態では、後輪側出力軸４４から前輪側出力軸５２への動力伝達は行われない一方で、前輪駆動用クラッチ５０を介してトルクが伝達されるか或いはデフロック機構５８が係合された状態では、後輪側出力軸４４からドライブギヤ４６、前輪駆動用チェーン５６、及びドリブンギヤ５４を介して前輪側出力軸５２への動力伝達が行われる。

具体的には、ハイロー切替機構４８は、シングルピニオン型の遊星歯車装置６０と、ハイロースリーブ６２とを備えている。遊星歯車装置６０は、入力軸４２に対して軸心Ｃ１回りの回転不能に連結されたサンギヤＳと、そのサンギヤＳに対して略同心に配置され、トランスファケース４０に軸心Ｃ１回りの回転不能に連結されたリングギヤＲと、これらサンギヤＳ及びリングギヤＲに噛み合う複数のピニオンギヤＰを自転可能且つサンギヤＳ回りの公転可能に支持するキャリヤＣＡとを有している。よって、サンギヤＳの回転速度は入力軸４２に対して等速であり、キャリヤＣＡの回転速度は入力軸４２に対して減速される。このサンギヤＳの内周面にはハイ側ギヤ歯６４が固設されており、又、キャリヤＣＡにはハイ側ギヤ歯６４と同径のロー側ギヤ歯６６が固設されている。ハイ側ギヤ歯６４は、入力軸４２と等速の回転を出力する、高速側ギヤ段Ｈの成立に関与するスプライン歯である。ロー側ギヤ歯６６は、ハイ側ギヤ歯６４よりも低速側の回転を出力する、低速側ギヤ段Ｌの成立に関与するスプライン歯である。ハイロースリーブ６２は、後輪側出力軸４４に軸心Ｃ１と平行な方向の相対移動可能にスプライン嵌合されており、フォーク連結部６２ａと、フォーク連結部６２ａと隣接して一体的に設けられた、後輪側出力軸４４の軸心Ｃ１と平行な方向への移動によってハイ側ギヤ歯６４とロー側ギヤ歯６６とにそれぞれ噛み合う外周歯６２ｂとを有している。ハイ側ギヤ歯６４と外周歯６２ｂとが噛み合うことで、入力軸４２の回転と等速の回転が後輪側出力軸４４へ伝達され、ロー側ギヤ歯６６と外周歯６２ｂとが噛み合うことで、入力軸４２の回転に対して減速された回転が後輪側出力軸４４へ伝達される。ハイ側ギヤ歯６４とハイロースリーブ６２とは、高速側ギヤ段Ｈを形成する高速側ギヤ段用クラッチとして機能し、ロー側ギヤ歯６６とハイロースリーブ６２とは、低速側ギヤ段Ｌを形成する低速側ギヤ段用クラッチとして機能する。ハイロー切替機構４８は、ハイロースリーブ６２がハイ側ギヤ歯６４とロー側ギヤ歯６６との何れとも噛み合わないことにより動力伝達遮断状態(ニュートラル状態)になり、高速側ギヤ段Ｈと低速側ギヤ段Ｌとの間でギヤ段が切り替えられる際には、この動力伝達可能状態を経てから切り替えられる。

デフロック機構５８は、ドライブギヤ４６の内周面に固設されたロック歯６８と、後輪側出力軸４４に軸心Ｃ１と平行な方向の相対移動可能にスプライン嵌合されて、軸心Ｃ１と平行な方向への移動によってロック歯６８に噛み合う外周歯７０ａが外周面に固設されたロックスリーブ７０とを有している。トランスファ２２は、ロックスリーブ７０の外周歯７０ａとロック歯６８とが噛み合ったデフロック機構５８の係合状態では、後輪側出力軸４４とドライブギヤ４６とが一体的に回転させられて、センターデフロック状態が形成される。

ハイロースリーブ６２は、入力軸４２の支持ベアリング７１に対して(より具体的には遊星歯車装置６０に対して)ドライブギヤ４６側の空間に設けられている。ロックスリーブ７０は、ハイロー切替機構４８とドライブギヤ４６との間の空間に、ハイロースリーブ６２と隣接して別体で設けられている。トランスファ２２は、ハイロースリーブ６２とロックスリーブ７０との間に、それぞれに当接してハイロースリーブ６２とロックスリーブ７０とを相互に離間させる側へ付勢する第１のスプリング７２(以下、第１スプリング７２という)を備えている。トランスファ２２は、ドライブギヤ４６とロックスリーブ７０との間に、後輪側出力軸４４の凸部４４ａとロックスリーブ７０とに当接してロックスリーブ７０をロック歯６８から離す側へ付勢する第２のスプリング７４(以下、第２スプリング７４という)を備えている。凸部４４ａは、ドライブギヤ４６の径方向内側の空間においてロック歯６８側に突出して設けられた後輪側出力軸４４の鍔部である。ハイ側ギヤ歯６４は、軸心Ｃ１に平行な方向に見てロー側ギヤ歯６６よりもロックスリーブ７０から離れた位置に設けられている。ハイロースリーブ６２の外周歯６２ｂは、ハイロースリーブ６２がロックスリーブ７０から離間する側(図２，３において左側)にてハイ側ギヤ歯６４に噛み合い、ハイロースリーブ６２がロックスリーブ７０に接近する側(図２，３において右側)にてロー側ギヤ歯６６に噛み合う。ロックスリーブ７０の外周歯７０ａは、ロックスリーブ７０がドライブギヤ４６に接近する側(図２，３において右側)にてロック歯６８に噛み合う。従って、ロックスリーブ７０の外周歯７０ａは、ハイロースリーブ６２がロー側ギヤ歯６６と噛み合う位置にてロック歯６８に噛み合う。

前輪駆動用クラッチ５０は、後輪側出力軸４４に相対回転不能に連結されたクラッチハブ７６と、ドライブギヤ４６に相対回転不能に連結されたクラッチドラム７８と、クラッチハブ７６とクラッチドラム７８との間に介挿されこれらを選択的に断接する摩擦係合要素８０と、摩擦係合要素８０を押圧するピストン８２とを備える、多板の摩擦クラッチである。前輪駆動用クラッチ５０は、後輪側出力軸４４の軸心Ｃ１方向で、ドライブギヤ４６に対してハイロー切替機構４８とは反対側に後輪側出力軸４４の軸心Ｃ１回りに配置されて、ドライブギヤ４６側に移動するピストン８２によって摩擦係合要素８０が押し付けられる。前輪駆動用クラッチ５０は、ピストン８２がドライブギヤ４６から軸心Ｃ１に平行な方向に離れる側である非押圧側(図２，３において右側)に移動させられて摩擦係合要素８０に当接しない状態では、解放状態となる。一方で、前輪駆動用クラッチ５０は、ピストン８２がドライブギヤ４６に軸心Ｃ１に平行な方向に近づく側である押圧側(図２，３において左側)に移動させられて摩擦係合要素８０に当接する状態では、ピストン８２の移動量によって伝達トルク(トルク容量)が調整され、解放状態又はスリップ状態又は係合状態となる。

トランスファ２２は、前輪駆動用クラッチ５０の解放状態且つロックスリーブ７０の外周歯７０ａとロック歯６８とが噛み合っていないデフロック機構５８の解放状態では、後輪側出力軸４４とドライブギヤ４６との間の動力伝達経路が遮断されて、変速機２０から伝達された動力を後輪１６のみへ伝達する。トランスファ２２は、前輪駆動用クラッチ５０のスリップ状態又係合状態では、変速機２０から伝達された動力を前輪１４及び後輪１６のそれぞれに分配する。トランスファ２２は、前輪駆動用クラッチ５０のスリップ状態では、後輪側出力軸４４とドライブギヤ４６との間の回転差動が許容されて、差動状態(非センターデフロック状態)が形成される。トランスファ２２は、前輪駆動用クラッチ５０の係合状態では、後輪側出力軸４４とドライブギヤ４６とが一体的に回転させられて、センターデフロック状態が形成される。前輪駆動用クラッチ５０は、伝達トルクが制御されることで、前輪１４と後輪１６とのトルク配分を例えば０：１００〜５０：５０の間で連続的に変更することができる。

トランスファ２２は、ハイロー切替機構４８、前輪駆動用クラッチ５０、及びデフロック機構５８を作動させる装置として、モータ８４と、モータ８４の回転運動を直線運動に変換するねじ機構８６と、ねじ機構８６の直線運動力をハイロー切替機構４８、前輪駆動用クラッチ５０、及びデフロック機構５８へそれぞれ伝達する伝達機構８８とを、更に備えている。

ねじ機構８６は、後輪側出力軸４４と同じ軸心Ｃ１回りに配置されており、トランスファ２２に備えられたウォームギヤ９０を介してモータ８４に間接的に連結された回転部材としてのねじ軸部材９２と、ねじ軸部材９２の回転に伴って軸心Ｃ１と平行な方向に移動可能にねじ軸部材９２に連結された直線運動部材としてのナット部材９４とを備えている。ねじ機構８６は、ねじ軸部材９２とナット部材９４が多数のボール９６を介して作動するボールねじである。ウォームギヤ９０は、モータ８４のモータシャフトと一体的に形成されたウォーム９８と、軸心Ｃ１回りに配置されてねじ軸部材９２と一体的に形成されたウォームホイール１００とを備えた歯車対である。例えばブラシレスモータであるモータ８４の回転は、ウォームギヤ９０を介してねじ軸部材９２へ減速されて伝達される。ねじ機構８６は、ねじ軸部材９２に伝達されたモータ８４の回転を、ナット部材９４の直線運動に変換する。

伝達機構８８は、ねじ軸部材９２の軸心Ｃ１と平行な別の軸心Ｃ３回りに設けられて、ナット部材９４に連結されたフォークシャフト１０２と、フォークシャフト１０２に固設されて、ハイロースリーブ６２に連結されたフォーク１０４とを備えている。伝達機構８８は、ねじ機構８６におけるナット部材９４の直線運動力を、フォークシャフト１０２、及びフォーク１０４を介してハイロー切替機構４８のハイロースリーブ６２へ伝達する。ハイロースリーブ６２とロックスリーブ７０とは第１スプリング７２を介して相互に力が付与され、又、ロックスリーブ７０は第２スプリング７４を介して後輪側出力軸４４の凸部４４ａから力を付与されている。従って、伝達機構８８は、ねじ機構８６におけるナット部材９４の直線運動力を、ハイロースリーブ６２を介してデフロック機構５８のロックスリーブ７０へ伝達する。その為、第１スプリング７２及び第２スプリング７４は、伝達機構８８の一部を構成する部材として機能する。

ねじ機構８６は、前輪駆動用クラッチ５０に対してドライブギヤ４６とは反対側に配置されている。前輪駆動用クラッチ５０のピストン８２は、ねじ機構８６のナット部材９４とは軸心Ｃ１と平行な方向の相対移動不能且つ軸心Ｃ１回りの相対回転可能に連結されている。従って、ねじ機構８６におけるナット部材９４の直線運動力は、ピストン８２を介して前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０に伝達される。その為、ピストン８２は、ナット部材９４に連結された、前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０を押し付ける押付部材であり、伝達機構８８の一部を構成する部材として機能する。このように、伝達機構８８は、ねじ機構８６におけるナット部材９４の直線運動力を、前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０へ伝達する。

伝達機構８８は、ナット部材９４とフォークシャフト１０２とを連結する連結機構１０６を備えている。連結機構１０６は、軸心Ｃ３と平行な方向にフォークシャフト１０２と摺動可能に軸心Ｃ３回りに配置された、一端部に設けられた鍔どうしが相対する２つの鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂ、２つの鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂの間に介在させられた円筒状のスペーサ１１０、及びスペーサ１１０の外周側に配置された第３のスプリング１１２(以下、第３スプリング１１２という)と、２つの鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂを軸心Ｃ３と平行な方向に摺動可能に把持する把持部材１１４と、把持部材１１４とナット部材９４とを連結する連結部材１１６とを備えている。把持部材１１４は、鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂの鍔に当接することで鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂをフォークシャフト１０２上で摺動させる。鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂの鍔が共に把持部材１１４と当接した状態における鍔間の長さは、スペーサ１１０の長さよりも長くされている。従って、鍔が共に把持部材１１４と当接した状態は、第３スプリング１１２の付勢力によって形成される。

フォークシャフト１０２は、鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂの各々を軸心Ｃ３と平行な方向の摺動不能とするストッパ１１８ａ，１１８ｂを、外周面に備えている。ストッパ１１８ａ，１１８ｂにより鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂが摺動不能とされることで、伝達機構８８は、ナット部材９４の直線運動力を、フォークシャフト１０２、及びフォーク１０４を介してハイロー切替機構４８へ伝達することができる。

ロックスリーブ７０の外周歯７０ａは、フォークシャフト１０２がハイロースリーブ６２の外周歯６２ｂをロー側ギヤ歯６６に噛み合わせる位置(ローギヤ位置と称す)にてロック歯６８に噛み合う。前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０は、フォークシャフト１０２がハイロースリーブ６２の外周歯６２ｂをハイ側ギヤ歯６４に噛み合わせる位置(ハイギヤ位置と称す)にてピストン８２によって押し付けられ、フォークシャフト１０２のローギヤ位置にてピストン８２によって押し付けられない。

フォークシャフト１０２のハイギヤ位置では、鍔付円筒部材１０８ａ，１０８ｂの鍔間の長さを、鍔が共に把持部材１１４と当接した状態での長さと、スペーサ１１０の長さとの間で変化させることができる。従って、連結機構１０６は、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置のままで、前輪駆動用クラッチ５０の摩擦係合要素８０がピストン８２によって押し付けられる位置と押し付けられない位置との間で、ナット部材９４の軸心Ｃ１と平行な方向の移動を許容する。

トランスファ２２は、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置を保持し、又、フォークシャフト１０２のローギヤ位置を保持するギヤ位置保持機構１２０を備えている。ギヤ位置保持機構１２０は、フォークシャフト１０２が摺動するトランスファケース４０の内周面に形成された収容孔１２２と、収容孔１２２に収容されたロックボール１２４と、収容孔１２２に収容されてロックボール１２４をフォークシャフト１０２側へ付勢するロック用スプリング１２６と、フォークシャフト１０２の外周面に形成された、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置においてロックボール１２４の一部を受け入れる凹部１２８ｈ及びフォークシャフト１０２のローギヤ位置においてロックボール１２４の一部を受け入れる凹部１２８ｌとを備えている。ギヤ位置保持機構１２０によりフォークシャフト１０２の各ギヤ位置が保持されることで、その各ギヤ位置においてモータ８４からの出力を停止してもフォークシャフト１０２の各ギヤ位置が保持される。

トランスファ２２は、フォークシャフト１０２のローギヤ位置を検出するローギヤ位置検出スイッチ１３０を備えている。ローギヤ位置検出スイッチ１３０は、例えばボール型の接触スイッチである。ローギヤ位置検出スイッチ１３０は、ローギヤ位置に移動したフォークシャフト１０２と接触する位置において、トランスファケース４０に形成された貫通孔１３２に固設される。ローギヤ位置検出スイッチ１３０によってローギヤ位置が検出されると、例えば低速側ギヤ段Ｌにてセンターデフロック状態であることを運転者に知らせる為のインジケータが点灯される。

図１に戻り、車両１０には、例えば２ＷＤ状態と４ＷＤ状態とを切り替える車両１０の制御装置を含む電子制御装置(ＥＣＵ)２００が備えられている。電子制御装置２００は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えた所謂マイクロコンピュータを含んで構成されており、ＣＰＵはＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ予めＲＯＭに記憶されたプログラムに従って信号処理を行うことにより車両１０の各種制御を実行する。例えば、電子制御装置２００は、エンジン１２の出力制御、車両１０の駆動状態の切替制御等を実行するようになっており、必要に応じてエンジン制御用や駆動状態制御用等に分けて構成される。電子制御装置２００には、図１に示すように、車両１０に備えられた各種センサ(例えばエンジン回転速度センサ２０２、モータ回転角度センサ２０４、各車輪速センサ２０６、アクセル開度センサ２０８、運転者の操作によって高速側ギヤ段Ｈを選択する為のＨレンジ選択スイッチ２１０、運転者の操作によって４ＷＤ状態を選択する為の４ＷＤ選択スイッチ２１２、運転者の操作によってセンターデフロック状態を選択する為のデフロック選択スイッチ２１４など)による検出信号に基づく各種実際値(例えばエンジン回転速度Ｎe、モータ回転角度θm、前輪１４Ｌ，１４Ｒ、及び後輪１６Ｌ，１６Ｒの各車輪速Ｎwfl，Ｎwfr，Ｎwrl，Ｎwrr、アクセル開度θacc、Ｈレンジ選択スイッチ２１０が操作されたことを示す信号であるＨレンジ要求Ｈon、４ＷＤ選択スイッチ２１２が操作されたことを示す信号である４ＷＤ要求4WDon、デフロック選択スイッチ２１４が操作されたことを示す信号であるLOCKonなど)が、それぞれ供給される。電子制御装置２００からは、図１に示すように、例えばエンジン１２の出力制御の為のエンジン出力制御指令信号Ｓe、フロント側クラッチ３６の状態を切り替える為の作動指令信号Ｓd、モータ８４の回転量を制御する為のモータ駆動指令信号Ｓmなどが、エンジン１２の出力制御装置、フロント側クラッチ３６のアクチュエータ、モータ８４などへそれぞれ出力される。

以上のように構成された車両１０では、モータ８４の回転量が制御されることでナット部材９４の移動量(ストローク)が制御される。フォークシャフト１０２のハイギヤ位置において、ピストン８２が摩擦係合要素８０に当接した位置からモータ８４を所定の回転量だけ駆動して非押圧側に所定のストローク分だけナット部材９４を移動させることで前輪駆動用クラッチ５０を解放状態とした位置が、車両１０を高速側ギヤ段Ｈにて後輪１６のみを駆動する２ＷＤ走行状態とする為の位置(Ｈ２位置と称す)とされる。このＨ２位置においてフロント側クラッチ３６が解放状態とされると、２ＷＤ走行中において、ドライブギヤ４６から前輪用差動歯車装置２８までの動力伝達経路を構成する各回転要素(ドライブギヤ４６、前輪駆動用チェーン５６、ドリブンギヤ５４、前輪側出力軸５２、フロントプロペラシャフト２４、前輪用差動歯車装置２８等)には、エンジン１２側からも前輪１４側からも回転が伝達されない。従って、２ＷＤ走行中において、これらの各回転要素が回転停止し、前記各回転要素の連れ回りが防止され、走行抵抗が低減される。

又、例えば図２に示すように、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置において、ピストン８２が摩擦係合要素８０に当接した位置からモータ８４の回転量を制御して押圧側にナット部材９４を移動させることで前輪駆動用クラッチ５０をスリップ状態とした位置が、車両１０を高速側ギヤ段Ｈにて前輪１４及び後輪１６共に動力が伝達される４ＷＤ走行状態とする為の位置(Ｈ４位置と称す)とされる。このＨ４位置では、前輪駆動用クラッチ５０の伝達トルクが制御されることで、前輪１４と後輪１６とのトルク配分が必要に応じて調整される。

又、例えば図２に示すように、前記Ｈ４位置からモータ８４の回転量を制御して押圧側にナット部材９４を更に移動させることで前輪駆動用クラッチ５０を係合状態とした位置が、車両１０を高速側ギヤ段Ｈにてセンターデフロック状態での４ＷＤ走行状態とする為の位置(Ｈ４Ｌ位置と称す)とされる。

又、フォークシャフト１０２のローギヤ位置では、図４に示すように、前輪駆動用クラッチ５０が解放状態とされ且つデフロック機構５８が係合状態とされるので、車両１０を低速側ギヤ段Ｌにてセンターデフロック状態での４ＷＤ走行状態とする為の位置(Ｌ４位置と称す)とされる。

フォークシャフト１０２のハイギヤ位置とローギヤ位置との切替えは、例えば車両１０の停止時に変速機２０のニュートラル状態において行われる。その為、デフロック機構５８において、ロックスリーブ７０の外周歯７０ａとロック歯６８との位相が合っていないと、係合と解放との間の移行がスムーズにできない可能性がある。このような問題に対して、ハイロースリーブ６２はロックスリーブ７０とは別体で設けられているので、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置とローギヤ位置との切替え時にロックスリーブ７０が移動できない場合でもハイロースリーブ６２は移動することが可能である。従って、フォークシャフト１０２のハイギヤ位置とローギヤ位置との切替え時に、ハイロー切替機構４８をニュートラル状態とする位置でハイロースリーブ６２の移動が止められるということはなく、少なくとも後輪１６側への動力伝達は確保される。

上述のように、本実施例によれば、トランスファ２２は、モータ８４とねじ機構８６と伝達機構８８とを備えているので、ねじ機構８６が有する高い倍力機能によって前輪駆動用クラッチ５０へ高い推力を付与することができる。又、ねじ機構８６によってハイロー切替機構４８の作動に必要なストロークを得ることができる。従って、一つのモータ８４とねじ機構８６と伝達機構８８とでハイロー切替機構４８の切替作動と前輪駆動用クラッチ５０のトルク調整(すなわちドライブギヤ４６(換言すれば前輪１４)へ伝達する伝達トルクの調整)とが可能となる。つまり、モータ８４の回転運動を直線運動に変換する変換機構としてねじ機構８６を用いたことにより、同一の方式でハイロー切替機構４８の切替作動と前輪駆動用クラッチ５０のトルク調整とが可能となる。よって、トランスファ２２において、部品点数、重量、コスト、及び体格の低減が可能となる。

また、本実施例によれば、伝達機構８８は、ねじ機構８６の直線運動力をデフロック機構５８へ伝達するので、ねじ機構８６を用いた同一の方式で、デフロック機構５８の切替作動(すなわちドライブギヤ４６への動力の伝達／遮断)が可能となる。

また、本実施例によれば、ロックスリーブ７０は、ハイロー切替機構４８とドライブギヤ４６との間の空間に、ハイロースリーブ６２と隣接して別体で設けられており、伝達機構８８は、第１スプリング７２と第２スプリング７４とを有しているので、ロックスリーブ７０の移動の可否に拘わらずハイロースリーブ６２の移動が可能となる。又、ハイロースリーブ６２とロックスリーブ７０とが別体で設けられていても、ハイロースリーブ６２がロックスリーブ７０から離間する側へ移動させられれば、ロックスリーブ７０がロック歯６８から離れる側へ移動させられる。

また、本実施例によれば、伝達機構８８は連結機構１０６を有しているので、ハイロースリーブ６２がハイ側ギヤ歯６４に噛み合わされて比較的高速側の回転を後輪側出力軸４４(換言すれば後輪１６)へ伝達することができる車両状態では、前輪駆動用クラッチ５０を介して調整されたトルクをドライブギヤ４６(換言すれば前輪１４)へ伝達することができる。又、この車両状態では、ロックスリーブ７０がロック歯６８に噛み合わされないことはもちろんのこと、前輪駆動用クラッチ５０がピストン８２によって押し付けられないようにすることができるので、後輪１６のみに動力を伝達することができる。一方で、ハイロースリーブ６２がロー側ギヤ歯６６に噛み合わされて比較的低速側の回転を後輪側出力軸４４へ伝達することができる車両状態では、ロックスリーブ７０がロック歯６８に噛み合わされてデフロック機構５８により後輪側出力軸４４とドライブギヤ４６とが直結状態とされる。

また、本実施例によれば、ねじ機構８６はボールねじであるので、ボールねじが有する高い倍力機能によって前輪駆動用クラッチ５０へ高い推力を付与することができる。又、ボールねじによってハイロー切替機構４８の作動に必要なストロークを得ることができる。又、モータ８４の回転運動を直線運動に変換する変換機構としてすべりねじを用いることと比較して、回転運動を直線運動に変換する機械効率が高くされる。

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、前述の実施例において、ねじ機構８６としてボールねじを例示したが、この態様に限らない。例えば、ねじ機構８６は、モータ８４の回転運動を直線運動に変換する変換機構であれば良く、単純なボルトの軸とナットとを組み合わせたような機構であっても良い。具体的には、ねじ機構８６は、すべりねじなどであっても良い。すべりねじの場合には、ボールねじと比較して回転運動を直線運動に変換する機械効率が低くされるが、前輪駆動用クラッチ５０へ高い推力を付与することができたり、ハイロー切替機構４８の作動に必要なストロークを得ることができるという、一定の効果は得られる。

また、前述の実施例では、ねじ機構８６はウォームギヤ９０を介してモータ８４に間接的に連結されたが、この態様に限らない。例えば、ねじ機構８６のねじ軸部材９２とモータ８４とは、ウォームギヤ９０を介すことなく直接的に連結されても良い。具体的には、ねじ軸部材９２とモータ８４とは、モータ８４のモータシャフトに設けられたピニオンとねじ軸部材９２に形成されたギヤ歯とが噛み合うように、直接的に連結されても良い。

また、前述の実施例では、トランスファ２２が適用される車両１０としてＦＲをベースとする四輪駆動車両を例示したが、これに限らない。例えば、トランスファ２２が適用される車両１０は、前置エンジン前輪駆動(ＦＦ)をベースとする四輪駆動車両であっても良い。又、前輪駆動用クラッチ５０は、多板のクラッチであったが、単板のクラッチであっても本発明は適用され得る。又、トランスファ２２は、ギヤ位置保持機構１２０やローギヤ位置検出スイッチ１３０を備えなくても良い。

また、前述の実施例において、駆動力源として例示したエンジン１２は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられる。又、駆動力源としては、例えば電動機等の他の原動機を単独で或いはエンジン１２と組み合わせて採用することもできる。又、変速機２０は、遊星歯車式多段変速機、無段変速機、同期噛合型平行２軸式変速機(公知のＤＣＴ含む)などの種々の自動変速機、又は公知の手動変速機である。又、フロント側クラッチ３６は、電磁ドグクラッチであったが、これに限らない。例えば、フロント側クラッチ３６は、スリーブを軸方向に移動させるシフトフォークを備え、電気制御可能な或いは油圧制御可能なアクチュエータによって、そのシフトフォークが駆動される形式のドグクラッチ、又は、摩擦クラッチなどであっても良い。

尚、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。

１４(１４Ｌ，１４Ｒ)：前輪(第２の左右の車輪)
１６(１６Ｌ，１６Ｒ)：後輪(第１の左右の車輪)
２２：車両用トランスファ
４２：入力軸(入力回転部材)
４４：後輪側出力軸(第１の出力回転部材)
４６：ドライブギヤ(第２の出力回転部材)
４８：ハイロー切替機構
５０：前輪駆動用クラッチ(クラッチ)
５８：デフロック機構(ドグクラッチ)
６２：ハイロースリーブ
６４：ハイ側ギヤ歯
６６：ロー側ギヤ歯
６８：ロック歯
７０：ロックスリーブ
７１：支持ベアリング
７２：第１のスプリング
７４：第２のスプリング
８２：ピストン(押付部材)
８４：モータ
８６：ねじ機構(ボールねじ)
８８：伝達機構
９２：ねじ軸部材(回転部材)
９４：ナット部材(直線運動部材)
１０２：フォークシャフト
１０４：フォーク
１０６：連結機構

Claims

入力回転部材と、第１の左右の車輪へ動力を出力する第１の出力回転部材と、第２の左右の車輪へ動力を出力する第２の出力回転部材と、前記入力回転部材の回転を変速して前記第１の出力回転部材へ伝達するハイロー切替機構と、前記第１の出力回転部材から前記第２の出力回転部材へ伝達する伝達トルクを調整する単板又は多板のクラッチとを備える車両用トランスファであって、
モータと、
前記モータの回転運動を直線運動に変換するねじ機構と、
前記ねじ機構の直線運動力を前記ハイロー切替機構及び前記クラッチへそれぞれ伝達する伝達機構と
を、更に備えており、
前記ねじ機構は、前記モータに直接的又は間接的に連結された回転部材と、前記回転部材の回転に伴って前記回転部材の軸心と平行な方向に移動可能に前記回転部材に連結された直線運動部材とを有しており、
前記ハイロー切替機構は、回転を出力するハイ側ギヤ歯と、前記ハイ側ギヤ歯よりも低速側の回転を出力するロー側ギヤ歯と、前記第１の出力回転部材にスプライン嵌合されて、前記第１の出力回転部材の軸心と平行な方向への移動によって前記ハイ側ギヤ歯と前記ロー側ギヤ歯とにそれぞれ噛み合うハイロースリーブとを有しており、
前記伝達機構は、前記直線運動部材に連結された、前記クラッチを押し付ける押付部材と、前記回転部材の軸心と平行な別の軸心回りに設けられて、前記直線運動部材に連結されたフォークシャフトと、前記フォークシャフトに固設されて、前記ハイロースリーブに連結されたフォークとを有していることを特徴とする車両用トランスファ。
前記第２の出力回転部材に設けられたロック歯と、前記第１の出力回転部材にスプライン嵌合されて、前記第１の出力回転部材の軸心と平行な方向への移動によって前記ロック歯に噛み合うロックスリーブとを有するドグクラッチを更に備え、
前記伝達機構は、前記ねじ機構の直線運動力を前記ハイロースリーブを介して前記ロックスリーブへ伝達することを特徴とする請求項１に記載の車両用トランスファ。
前記ハイロースリーブは、前記入力回転部材の支持ベアリングに対して前記第２の出力回転部材側の空間に設けられており、
前記ロックスリーブは、前記ハイロー切替機構と前記第２の出力回転部材との間の空間に、前記ハイロースリーブと隣接して別体で設けられており、
前記伝達機構は、前記ハイロースリーブと前記ロックスリーブとを相互に離間させる側へ付勢する第１のスプリングと、前記ロックスリーブを前記ロック歯から離す側へ付勢する第２のスプリングとを有していることを特徴とする請求項２に記載の車両用トランスファ。
前記ハイロースリーブは、前記ロックスリーブから離間する側にて前記ハイ側ギヤ歯に噛み合い、前記ロックスリーブに接近する側にて前記ロー側ギヤ歯に噛み合うものであり、
前記ロックスリーブは、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ロー側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記ロック歯に噛み合うものであり、
前記単板又は多板のクラッチは、前記第１の出力回転部材の軸心方向で、前記第２の出力回転部材に対して前記ハイロー切替機構とは反対側に前記第１の出力回転部材の軸心回りに配置されて、前記第２の出力回転部材側に移動する前記押付部材によって押し付けられるものであり、
前記単板又は多板のクラッチは、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ハイ側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記押付部材によって押し付けられ、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ロー側ギヤ歯に噛み合わせる位置にて前記押付部材によって押し付けられないものであり、
前記伝達機構は、前記フォークシャフトが前記ハイロースリーブを前記ハイ側ギヤ歯に噛み合わせる位置のままで、前記単板又は多板のクラッチが前記押付部材によって押し付けられる位置と押し付けられない位置との間で前記直線運動部材の移動を許容する、前記直線運動部材と前記フォークシャフトとを連結する連結機構を有していることを特徴とする請求項３に記載の車両用トランスファ。
前記回転部材は、ねじ軸部材であり、
前記直線運動部材は、ナット部材であり、
前記ねじ機構は、前記ねじ軸部材と前記ナット部材がボールを介して作動するボールねじであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用トランスファ。