JP4527372B2 - 油圧式動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、四輪駆動車のリアデファレンシャルに組み込まれて前後輪及び又左右輪の回転差に応じてトルク配分を行う油圧式動力伝達装置に関する。

従来の動力伝達装置を備えたＦＦ方式の４輪駆動車を図７に示す。図７において、エンジン１００からの動力は左右の前輪１０６，１０８に伝達され、またプロペラシャフト１０２からツインカップリング型として知られた油圧式動力伝達装置１１０を介して左右の後輪１１２，１１４に伝達される。

図８は従来のツインカップリング型の油圧式動力伝達装置１１０の油圧回路を示す。図８において、ツインカップリング型油圧式動力伝達装置１１０は左右にカップリング１１６、１１８を備える。カップリング１１６，１１８は、右側カム１２０及び左側カム１２２を備え、内側面に２つ以上の山を有する１対のカム面１２０ａ，１２２ａを形成し、プロペラシャフト１０２側のハウジングに固定される。

カム１２０及びカム１２２に対しては、ピストン１２４、１２６が各々２個以上配置され、それぞれのピストン室１２８，１３０は左右後輪のアクスルシャフト側が連結される。左右のピストン室１２８，１３０に対しては吸入チェック弁１３２と吐出チェック弁１３４が設けられ、それぞれ吸入連通路１３６及び吐出連通路１３８で共通接続し、吸入連通路１３６と吐出連通路１３８の間にオリフィス１４０を設けている。

この油圧式動力伝達装置の動作は次のようになる。いま図９（Ａ）のように、前輪１０６，１０８側が低μ路面１４２でスリップしたとすると、後輪１１２，１１４側との間に回転差を生じ、油圧式動力伝達装置１１０は図８の左右のカップリング１１６，１１８が作動し、それぞれ回転差に応じたトルクを左右の後輪１１２，１１４に発生する。

また図９（Ｂ）のように、前輪１０６，１０８側が低μ路面１４２でスリップし、同時に右後輪１１４が低μ路面１４４でスリップしたとすると、油圧式動力伝達装置１１０は図８の左側のカップリング１１８のみが作動し、回転差に応じたトルクが左後輪１１２に発生する。

例えば図９（Ａ）のように図８の油圧式動力伝達装置１１０における両側のカップリング１１６，１１８が作動した場合、右側のカップリング１１６の動作を例にとると、上側のピストン１２４がカム山１２０ａにより左に押されてピストン室１２８から油を吐出チェック弁１３４を開いて吐出し、同時に下側のピストン１２４がカム山１２０ａに沿って右に押し戻されることで、吸入チェック弁１３２を開いて油をピストン室１２８に吸入し、これによりオリフィス１４０を通る油の抵抗により回転速度差に応じた高圧を発生し、右後輪１１４にトルクを発生させる。

同時に左側のカップリング１１８も同様に動作し、これによりオリフィス１４０を通る油の抵抗により回転速度差に応じた高圧を発生し、これにより左後輪１１２にトルクを発生させる。

ここでオリフィス１４０を通過する油の流量をＱ、トルクをＴとすると、左右のカップリング１１６，１１８が作動した場合には、両者の間には次の関係式がある。

Ｔ＝ｆ（Ｑ²）
このため図９（Ａ）のように、左右のカップリング１１６，１１８が作動した場合の差回転に対するトルクの特性は、図１０のトルク特性１４６のように、流量Ｑの２乗、即ち差回転の２乗に比例して増加する関係となる。

これに対し図９（Ｂ）のように、片側のカップリング１１８のみが作動した場合には、流量は両側作動時の１／２、ピストン１本あたりのトルクをｔとすると、片側作動時はピストン本数も１／２となる。このため左側作動時のトルクＴ_Lは、
Ｔ_L＝Ｔ×（１／２）×（１／２）²＝Ｔ×（１／８）
となる。即ち、片側作時のトルクは、図１０の両側作動時の差回転に対するトルク特性１４６に対しトルクが１／８となるトルク特性１４８となる。
特開平５−０４４７４２号公報

しかしながら、このような従来のツインカップリング型の油圧式動力伝達装置のトルク特性は、オリフィス１４０の流量によって、両側作動時と片側作動時のトルク特性が固定的に決まってしまい、そのため両側作動時のトルク特性が最適になるようにオリフィスを決めると、片側作動時のトルク特性が１／８に低下し、トルクが低すぎて車両走破性、即ち対角スタック脱出性能が低いという問題がある。逆に片側作動時のトルク特性が最適になるようにオリフィスを決めると、両側作動時のトルクが高くなりすぎ、カップリング強度や性能面での問題を生ずる。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、両側作動時と片側作動時の発生トルクを個別に設定可能として車両の走破性を向上させることができる油圧式動力伝達装置を提供することを目的としている。

この目的を達成するため本発明は次のように構成する。本発明の油圧式動力伝達装置は、互いに相対回転可能な３軸間に設けられ、第１軸に連結され、両内側面に２つ以上の山を有する１対のカム面を形成し、内部が低圧室となるハウジングと、第２軸及び第３軸に連結されると共に、ハウジング内に回転自在にかつ対向的に収納され、複数のピストン室をカム面に対して軸方向に形成した１対のロータと、複数のピストン室の各々に、リターンスプリングの押圧を受けて往復移動自在に収納されるとともに、第１と第２あるいは第１と第３の軸間の相対回転時にカム面によって駆動される複数のピストンと、ピストンを貫通してピストン室外部の低圧室からピストン室に連通する吸入ポートに設けられ、各ピストンの後退時にのみ開いて油を吸入させる複数の吸入チェック弁と、ピストン室を貫通してピストン室からピストン室の外部に連通する吐出ポートに設けられ、各ピストンの前進時にのみ開いて油を吐出させる複数の吐出チェック弁と、複数の吐出チェック弁の吐出ポートを低圧室に連通する吐出連通路を備え、吐出連通路に第１オリフィスを配置した一対のロータの間に配置されてハウジングに固定されたブロック部材とを設け、第１軸、第２軸及び第３軸の軸間の回転速度差に応じたトルクを伝達する油圧式動力伝達装置に於いて、ブロック部材の吐出連通路に設けた第１オリフィスの上流側となる一対のロータの吐出ポートからの連通路の各々に、第１オリフィスより開口面積の小さい第２オリフィス及び第３オリフィスを設けたことを特徴とする。

ここで第２オリフィスと第３オリフィスの開口面積を同じＡ２とし、第１オリフィスの開口面積をＡ１すると、第２及び第３オリフィスの各開口面積Ａ２より大きく、第２及び第３オリフィスの合計開口面積未満、即ち
Ａ２＜Ａ１＜（２×Ａ２）
としたことを特徴とする。

本発明の油圧式動力伝達装置は、カム面によりピストンを押し込み、押し出された油がオリフィスを通るとき、オリフィスの抵抗によりピストン室の油圧が上昇し、ピストンに反力が発生する。このピストン反力に逆ってカム面をもつハウジングを回転させることによりトルクが発生する。このトルクはオリフィス通過流量Ｑの２乗、即ち差回転の２乗に比例したものになる。

このため両側のカップリングが作動した場合は、第１オリフィスの抵抗に依存してその通過流量Ｑの２乗に比例したトルクを左右後輪に発生するが、片側のカップリングのみが作動した場合には、第１オリフィスには依存せずに第２オリフィスの抵抗にのみ依存してその通過流量Ｑの２乗に比例したトルクを左後輪又は右後輪に発生する。

これにより一対のカップリングの両側作動時と片側作動時のオリフィスとトルク特性の関係を、第１オリフィスと第２オリフィスにより個別に設定でき、単一のオリフィスを設けていた場合に両側作動時のトルク特性に対し片側作動時のトルク特性が８：１の関係に固定されるという制約をなくして設計上の自由度を高め、更に両側作動時と片側作動時の発生トルクを最適化し、車両の走破性を向上させることができる。

図１は、本発明による油圧式動力伝達装置の一実施形態を示した断面図である。図１において、本発明の油圧式動力伝達装置１０は、ハウジングとして機能するデフケース１２を有し、デフケース１２は左右に開放した円筒形状を持ち、中央のブロック部材６８に対し左右に一対のカップリング（油圧式動力伝達継手）を組み込んでいる。

即ち、デフケース１２の左右には右カム１４と左カム１６が固定され、右カム１４及び左カム１６は内面にカム面１８，２０を形成している。

図２は、図１の左カム１６を取り出して、その側面図と内側の斜視図を示している。図２の左カム１６にあっては、内面にカム面２０を形成しており、中心部分にロータを支持する貫通穴２９を設けている。左カム１６のカム面２０は、例えばこの例では４つのカム山を形成しており、駆動対象となるピストンは９個となっている。カム山の数及びピストンの数は必要に応じて適宜に定めることができる。

再び図１を参照するに、右カム１４及び左カム１６に続いては、その内側に回転自在に右ロータ２２と左ロータ２４を組み込んでいる。右ロータ２２及び左ロータ２４には外側に開いたピストン室３０，３２が形成され、ピストン室３０，３２にピストン３４，３６を摺動自在に組み込んでおり、右ロータ２２及び左ロータ２４の中心部には左右輪のアクスルシャフトをそれぞれスプラインにて連結する連結穴２６，２８を設けている。

ピストン３４，３６と右カム１４と左カム１６のカム面１８，２０との間には、ボール３８，４０が介在され、カム面１８，２０に対し右ロータ２２，左ロータ２４が滑らかに相対回転できるようにしている。また、ピストン室３０，３２にはリターンスプリング４０，４２が組み込まれており、ピストン３４，３６をボール３８，４０を介してカム面１８，２０に押圧している。

ピストン３４，３６にはデフケース１２の内側となる低圧室７５に連通する吸入溝４４，４６が設けられており、吸入溝４４からピストン３４，３６を貫通して吸入ポート４８，５０が設けられている。この吸入ポート４８，５０のそれぞれには吸入チェック弁５２，５４が組み込まれており、ピストン３４，３６がカム面１８，２０に向かって動くピストン後退時に流路を開いて、低圧室７５からの油をピストン室３０，３２に流入させる。

ピストン室３０，３２の中央のブロック部材６８側には吐出ポート５６，５８が設けられ、この吐出ポート５６，５８のそれぞれに吐出チェック弁６０，６２を設けている。吐出チェック弁６０，６２は、カム面１８，２０により、ボール３８，４０を介してピストン３４，３６が押されて前進する際に開いて、ピストン室３０，３２からの油をバルブプレート６４，６６の通路を通って、ブロック部材６８の連通路７０，７２からデフケース１２の低圧室７５に吐出させる。

右ロータ２２及び左ロータ２４と中央のブロック部材６８との間にはバルブプレート６４，６６が配置され、バルブプレート６４，６６は、それぞれピンにより右ロータ２２，左ロータ２４に固定されている。

図３は、図１の左ロータ２４側に設けているバルブプレート６６を取り出し、図３（Ａ）にその右端面を、図３（Ｂ）にその左端面を示している。このバルブプレート６６にあっては、左ロータ２４の端面に設けた吐出チェック弁６２を備えた吐出ポート５８の開口位置を連通する連通溝８４をリング状に形成しており、連通溝８４の３箇所に連通穴を設け、ここに後の説明で明らかにする第３オリフィス７８を形成している。バルブプレート６６の左ロータ２４側の端面には摺接面８８ａ，８８ｂ，８８ｃ，８８ｄが形成されている。

また図３（Ｂ）のバルブプレート６６のブロック部材６８側の端面には、ブロック部材６８の連通路７０の開口部に密着する摺接面８６ａ，８６ｂ，８６ｃが形成されている。なお、ピン穴９０，９１は左ロータ２４に対する位置決め固定のピンの打ち込みに利用される。このようなバルブプレート６６の構造は、図１の右ロータ２２に対し設けているバルブプレート６４についても同様である。

図４は、図１のデフケース１２の中央に固定したブロック部材６８の断面図である。ブロック部材６８は、両側に位置するバルブプレート６４，６６に設けている第２オリフィス７６及び第３オリフィス７８の開口部を相互に連通させる連通溝８４を備えており、この連通溝８４に連通して内部に連通路７０を貫通し、連通路７０の略中央に、直交する外周方向から連通路７２を開口し、この連結部分に第１オリフィス７４を形成している。

また、ブロック部材６８は左右２箇所に切欠８２を形成しており、ここにデフケース１２の内側の突起８０を嵌合して位置決め固定している。更に、ブロック部材６８の内部から外周部に向かって連通穴８５が形成され、外周側の低圧室７５を内部のアキュームレータ室８７に連通している。

再び図１を参照するに、ブロック部材６８の中心部にはアキュームレータピストン９４とリターンスプリング９６によりアキュームレータ室８７が形成され、温度変化に伴う油の体積膨張に応じ低圧室の容積を可変して、低圧側の圧力を常時スプリング調整圧に調整できるようにしている。

ここで、図１のブロック部材６８に設けている第１オリフィス７４の開口面積をＡ１、左右のバルブプレート６４，６６に設けている第２オリフィス７６及び第３オリフィス７８の開口面積をそれぞれＡ２とすると、第１オリフィス７４の開口面積Ａ１に対し第２及び第３オリフィス７６，７８の各開口面積Ａ２を小さい開口面積としている。具体的には、第１オリフィス７４の開口面積Ａ１は第２及び第３オリフィス７６，７８の各開口面積Ａ２より大きく、その合計面積となる（２×Ａ２）より小さい範囲に設定する。即ち
Ａ２＜Ａ１＜（２×Ａ２）
となる関係に設定している。

図５は、図１の実施形態による油圧式動力伝達装置の油圧回路を示したもので、ツインカップリングとして設けている右カップリング１０Ｒと左カップリング１０Ｌのうち、右カップリング１０Ｒにおいて差回転が生じて作動した場合を例に取っている。この右カップリング１０Ｒのみが作動する状態は、前輪側及び右後輪側が低μ路面でスリップして、デフケース１２及び左カップリング１０Ｌに対し、右カップリング１０Ｒにおける右カム１４側即ち右後輪側に差回転が発生した場合である。

このように右カップリング１０Ｒのみが作動すると、デフケース１２側に固定されている右カム１４に対しピストン３４を組み込んでいる右ロータ２２側が相対回転を起こし、カム面１８の動きにより下側のピストン３４が後退して吸入チェック弁５２を開き、低圧室７５から油をピストン室３０に吸入する。

同時に上側のピストン３４がカム面１８により前進し、ピストン室３０の油を圧縮することで、吐出チェック弁６０を開き、第２オリフィス７６、連通路７０、第１オリフィス７４、連通路７２となる経路で低圧室７５に油を流す。

このような上側のピストン３４の前進による油の流れに対し、第１オリフィス７４の開口面積Ａ１に対し第２オリフィス７６の開口面積Ａ２が小さいことから、開口面積の小さい第２オリフィス７６の抵抗によりピストン室３０の油圧が上昇し、ピストン３４に反力が発生する。このピストン３４に加わる反力に逆らって右後輪のアクスルシャフトを連結している右ロータ２２側を回転させることにより、差回転の２乗に比例したトルクを発生する。

一方、図５において、右カップリング１０Ｒ及び左カップリング１０Ｌの両方が作動した場合には、右側カム１４及び左側カム１６のカム山１８，２０によるピストン３４，３６のうちの吐出工程となるピストン室から吐出された油が、吐出チェック弁６０，６２を通って第２オリフィス７６及び第３オリフィス７８からそれぞれ連通路７０に流入した後、第１オリフィス７４を通って連通路７２から低圧室７５に流れる。

このとき、第１オリフィス７４の開口面積Ａ１は第２オリフィス７６と第３オリフィス７８の合計開口面積（２×Ａ２）より小さいことから、第１オリフィス７４の抵抗によって右カップリング１０Ｒ及び左カップリング１０Ｌにおけるピストン室３０，３２の油圧が上昇し、ピストン３４，３６に反力が発生し、デフケース１２側に固定されている右カム１４，左カム１６に対し、ピストン３４，３６を組み込んでいる右ロータ２２，左ロータ２４側に連結している左右後輪の各アクスルシャフトにトルクを発生させる。

図６は、本発明の油圧式動力伝達装置における両側作動時のトルク特性９７と片側作動時のトルク特性９８を示している。まず両側作動時のトルク特性９７は、第１オリフィス７４の開口面積Ａ１に基づき、第１オリフィス７４を通る流量Ｑの２乗に比例したトルク、即ち差回転ΔＮの２乗に比例したトルクＴを発生し、これは図１０の従来装置における両側作動時のトルク特性１４６と同じになる。

これに対し本発明の油圧式動力伝達装置にあっては、右カップリング１０Ｒ又は左カップリング１０Ｌのいずれか一方が作動した片側作動時のトルク特性９８は、それぞれに対応して設けている第２オリフィス７６又は第３オリフィス７８の開口面積Ａ２の流量Ｑに依存して定まり、第１オリフィス７４の開口面積Ａ１のみによる場合の８対１といった固定的な関係を解消することができる。

このため、第１オリフィス７４の開口面積Ａ１で決まる両側作動時のトルク特性９７に対し、片側作動時のトルク特性９８を第２オリフィス７６及び第３オリフィス７８の開口面積Ａ２が
Ａ２＜Ａ１＜（２×Ａ２）
という関係を維持する範囲で自由に設計することができる。

なお上記の実施形態にあっては、第２オリフィス７６と第３オリフィス７８をブロック部材６８の両側に位置するバルブプレート６４，６６に設けているが、バルブプレート６４，６６ではなくブロック部材６８の連通路７０に設けてもよい。即ち第２オリフィス７６及び第３オリフィス７８は、第１オリフィス７４の上流側で右ロータ２２及び左ロータ２４の各吐出ポート５６，５８に至る流路の途中であれば適宜の位置に設けることができる。

また上記の実施形態にあっては、左右のカップリングに設けているピストン貫通穴に吸入チェック弁を設け、ピストン室の吐出側に吐出チェック弁を設けた切換構造を例にとるものであったが、このようなワンウェイのチェック弁によらず、左ロータ２４と右ロータ２２の間にバルブプレートを配置して吸入と吐出の流路を切り換える構造であってもよいことはもちろんである。

また上記の実施形態はＦＦ方式の四輪駆動車を対象に後輪側に本発明の油圧式動力伝達装置を設ける場合を例にとっているが、ＦＲの四輪駆動車についてはフロント側に本発明の油圧式動力伝達装置を設けることで全く同様に適用することができる。

本発明の一実施形態を示した断面図 図１で用いるカムの説明図 図１の左側のバルブプレートの左右の端面図 図１のブロック部材の断面図 図１の実施形態の油圧回路につき左側のカップリングのみが作動した場合の説明図 本発明による差回転に対するトルク特性を示したグラフ図 ツインカップリング型の油圧式動力伝達装置を備えた四輪駆動車の説明図 従来のツインカップリング型油圧式動力伝達の油圧回路図につき両側のカップリングが作動した場合の説明図 両側作動と片側作動を起こす路面状態の説明図 従来装置による差回転に対するトルク特性を示したグラフ図

符号の説明

１０：油圧式動力伝達装置
１０Ｒ：右カップリング
１０Ｌ：左カップリング
１２：デフケース（ハウジング）
１４：右カム
１６：左カム
１８，２０：カム面
２２：右ロータ
２４：左ロータ
２５：スラストベアリング
２６，２８：連結軸穴
２９：貫通穴
３０，３２：ピストン室
３４，３６：ピストン
３８，４０：ボール
４１，４２：リターンスプリング
４４，４６：吸入溝
４８，５０：吸入ポート
５２，５４：吸入チェック弁
５６，５８：吐出ポート
６０，６２：吐出チェック弁
６４，６６：バルブプレート
６８：ブロック部材
７０，７２：吐出連通路
７４：第１オリフィス
７５：低圧室
７６：第２オリフィス
７８：第３オリフィス
８０：嵌合溝
８２：嵌合突起
８４：連通溝
８６ａ〜８６ｃ，８８ａ〜８８ｄ：摺接面
８７：アキュームレータ室
９０，９１：ピン穴
９２：圧着面
９４：アキュームレータピストン
９６：リターンスプリング

Claims (2)

1. 互いに相対回転可能な３軸間に設けられ、第１軸に連結され、両内側面に２つ以上の山を有する１対のカム面を形成し、内部が低圧室となるハウジングと、
   第２軸及び第３の軸に連結されると共に、前記ハウジング内に回転自在にかつ対向的に収納され、複数のピストン室を前記カム面に対して軸方向に形成した１対のロータと、
   前記複数のピストン室の各々に、リターンスプリングの押圧を受けて往復移動自在に収納されるとともに、第１と第２あるいは第１と第３の軸間の相対回転時に前記カム面によって駆動される複数のピストンと、
   前記ピストンを貫通して前記ピストン室外部の前記低圧室から前記ピストン室に連通する吸入ポートに設けられ、各ピストンの後退時にのみ開いて油を吸入させる複数の吸入チェック弁と、
   前記ピストン室を貫通して前記ピストン室から前記ピストン室の外部に連通する吐出ポートに設けられ、各ピストンの前進時にのみ開いて油を吐出させる複数の吐出チェック弁と、
   前記複数の吐出チェック弁の吐出ポートを前記低圧室に連通する吐出連通路を備え、前記吐出連通路に第１オリフィスを配置した前記一対のロータの間に配置されて前記ハウジングに固定されたブロック部材と、
   を設け、第１軸、第２軸及び又は第３軸の軸間の回転速度差に応じたトルクを伝達する油圧式動力伝達装置に於いて、
   前記ブロック部材の吐出連通路に設けた第１オリフィスの上流側となる前記一対のロータの吐出ポートからの連通路の各々に、前記第1オリフィスより開口面積の小さい第２オリフィス及び第３オリフィスを設けたことを特徴とする油圧式動力伝達装置。
   
2. 請求項１記載の油圧式動力伝達装置に於いて、前記第２オリフィスと第３オリフィスの開口面積を同一とした場合、前記第1オリフィスの開口面積を、前記第２及び第３オリフィスの各開口面積より大きく、前記第２及び第３オリフィスの合計開口面積未満としたことを特徴とする油圧式動力伝達装置。

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