差動装置およびこれを用いた車両の駆動力伝達ユニット
【課題】 モータおよび減速機構の体格の大型化および構造の複雑化を招くことなく、精度の確保が容易な差動装置およびこれを用いた駆動力伝達ユニットを提供する。
【解決手段】 第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２とは歯数がわずかに異なっている。これら第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の双方に第一プラネタリギヤ８１が噛み合っているので、大きな減速比が得られる。そのため、減速機構９０を多段化したり、モータ５３の出力を増大する必要がなく、差動装置５０は体格を小型化することができる。また、第一サンギヤ７１、第二サンギヤ７２、第一プラネタリギヤ８１および第一キャリヤ８３などは、いずれも外歯のギヤである。そのため、内歯のギヤに比較して精度の確保が容易であり、かつギヤの支持も容易である。したがって、構造の複雑化および部品点数の増大を招くことなく、高い精度が確保される。
【解決手段】 第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２とは歯数がわずかに異なっている。これら第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の双方に第一プラネタリギヤ８１が噛み合っているので、大きな減速比が得られる。そのため、減速機構９０を多段化したり、モータ５３の出力を増大する必要がなく、差動装置５０は体格を小型化することができる。また、第一サンギヤ７１、第二サンギヤ７２、第一プラネタリギヤ８１および第一キャリヤ８３などは、いずれも外歯のギヤである。そのため、内歯のギヤに比較して精度の確保が容易であり、かつギヤの支持も容易である。したがって、構造の複雑化および部品点数の増大を招くことなく、高い精度が確保される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つの出力要素との間に回転差を発生させる差動装置およびこれを用いた車両の駆動力伝達ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二つの出力要素の間に回転数の差を発生させる差動装置として、プラネタリギヤを用いるものが公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている差動装置の場合、モータのトルクをプラネタリギヤを用いて二つの出力要素へ伝達し、二つの出力要素の間に発生する差動を制限または増幅している。
【０００３】
【特許文献１】特許第３２４７４８４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に開示されている差動装置は、内歯のギヤを備えている。そのため、ギヤの加工、およびギヤの精度の確保が困難である。また、特許文献１に開示されている差動装置は、モータの回転をモータに接続するギヤとプラネタリギヤとによって減速している。そのため、減速比が１／６程度となり、大きな減速比を確保することは困難である。これにより、差動を発生させるための十分なトルクを得るには、モータの出力増強あるいは減速機構のギヤ段の増加が必要となる。その結果、モータおよび減速機構の体格の増大、および部品点数の増大を招く。さらに、特許文献１に開示されている差動装置は、ギヤとしてインターナルギヤを用いている。そのため、インターナルギヤの回転を支持する軸受が必要となり、構成が複雑になるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、モータの体格の大型化および構造の複雑化を招くことなく、精度の確保が容易な差動装置およびこれを用いた車両の駆動力伝達ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、主動力源からトルクが入力される入力軸と、前記入力軸から前記主動力源のトルクが入力される入力要素、および前記入力要素から入力されたトルクを二つの出力要素に、前記出力要素間の差動を許容して配分する歯車要素を有するディファレンシャル機構と、前記出力要素の一方である第一出力要素の外周側に前記第一出力要素と同軸に配置され、前記入力要素と一体に回転する第一サンギヤと、前記第一サンギヤと噛み合う第一プラネタリギヤと、前記第一出力要素の外周側に前記第一出力要素と同軸に配置され、前記第一プラネタリギヤに前記第一サンギヤとともに噛み合い、前記第一サンギヤとわずかに歯数が異なる第二サンギヤと、前記第一プラネタリギヤを、前記第一出力要素、前記第一サンギヤおよび前記第二サンギヤの外周側で前記第一出力要素および前記第一サンギヤと同軸に公転可能かつ自転可能に支持する第一キャリヤと、前記第一出力要素とともに同軸に回転し、前記第一サンギヤと歯数が同一の第三サンギヤと、前記第二サンギヤおよび前記第三サンギヤと噛み合う第二プラネタリギヤと、前記第二プラネタリギヤを、前記第一出力要素、前記第二サンギヤおよび前記第三サンギヤの外周側で自転可能に支持するとともに、前記第二プラネタリギヤの前記第一出力要素の周方向への公転を規制する第二キャリヤと、前記第一キャリヤを前記第一出力要素の周方向へ公転させるトルクを発生する副動力源と、を備える。
【０００７】
第一プラネタリギヤが噛み合っている第一サンギヤと第二サンギヤとは歯数がわずかに異なっている。そのため、第一プラネタリギヤが公転および自転することにより、第一サンギヤと第二サンギヤとの間には相対的な回転差が生じる。その結果、第一プラネタリギヤを支持する第一キャリヤには、回転が大きく減速されて入力される。これにより、二つの出力要素に差動が生じるとき、第一キャリヤの駆動に必要な副動力源のトルクは低減される。したがって、第一キャリヤを駆動する副動力源は体格の大型化および構造の複雑化を招くことがない。また、例えば副動力源と第一キャリアとの間にモータのトルクを伝達する減速機構を設置する場合、減速機構の多段化を招かず、体格を小型化することができる。
【０００８】
また、請求項１記載の発明では、第一サンギヤ、第一プラネタリギヤ、第二サンギヤ、第二プラネタリギヤおよび第三ギヤは、いずれも外歯のギヤで構成することができる。そのため、内歯のギヤまたは外歯および内歯の両方を有するギヤと比較して加工が容易であるとともに、高い精度を容易に確保することができる。
【０００９】
さらに、請求項１記載の発明では、第二サンギヤは、第一プラネタリギヤを介して第一サンギヤと噛み合うとともに、第二プラネタリギヤを介して第一出力要素とともに回転する第三サンギヤと噛み合っている。第三サンギヤは、歯数が第一サンギヤと同一である。そのため、第一プラネタリギヤと第二プラネタリギヤとを同一の歯数とすると、二つの出力要素の間に差動が生じないとき、第一プラネタリギヤおよび第二プラネタリギヤは公転しない。これにより、第一キャリヤ、ならびに第一キャリヤに噛み合う減速機構および副動力源は回転しない。その結果、差動が生じないとき、回転する要素は低減され、第一キャリヤおよび減速機構などに加わる負荷が低減される。また、入力軸、第一出力要素および第二出力要素が回転しても、出力要素間において差動が生じない限り、副動力源は回転する必要がない。したがって、信頼性および耐久性を向上することができ、主動力源および副動力源の負荷も低減できる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、前記第一サンギヤと前記第二サンギヤとの歯数の差は、最小が１であり、最大が３である。減速比を大きくするためには、第一サンギヤと第二サンギヤとの歯数の差は小さいことが望ましい。そこで、請求項２記載の発明では、歯数の差を、最小で１とし、最大で３としている。
請求項３記載の発明では、前記第一出力要素、前記第一サンギヤ、前記第一プラネタリギヤ、前記第一キャリヤ、前記第二サンギヤ、前記第三サンギヤおよび前記第二プラネタリギヤを収容するケーシングを備え、前記第二キャリヤは、前記ケーシングに固定されている。これにより、構造の複雑化および部品点数の増大を招くことなく、第二プラネタリギヤを支持する第二キャリヤは公転を規制することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、上述の作動装置を備えた車両の駆動力伝達ユニットであり、前輪側または後輪側のいずれか一方において、左輪と右輪との差動を発生させる請求項１から３のいずれか一項記載の差動装置と、前記主動力源からのトルクを前記前輪側および前記後輪側へ分配する駆動力伝達装置と、前記差動装置を収容する第一ハウジングと、前記駆動力伝達装置を収容する第二ハウジングとを備え、前記第一ハウジングは、内部に前記入力軸を収容する部分に前記ディファレンシャル機構を収容する部分よりも外径が小さな小径部を有し、前記副動力源は、重力方向において前記小径部の上方に設置されている。
【００１２】
請求項４記載の発明では、差動装置および駆動力伝達装置とを駆動力伝達ユニットとして構成する場合、差動装置を収容する第一ハウジングと駆動力伝達装置を収容する第二ハウジングとは一体に接続される。このとき、差動装置のディファレンシャル機構および駆動力伝達装置は、入力軸に対応する部分に比較して外径が大きくなる。すなわち、差動装置のディファレンシャルと駆動力伝達装置との間には、外径が小さな小径部が形成される。この小径部に差動装置の副動力源を設置することにより、差動装置と駆動力伝達装置との間に形成されるデッドスペースを有効に活用することができる。したがって、副動力源がハウジングの外部に突出することがなく、駆動力伝達ユニットの搭載スペースを低減することができる。また、副動力源を重力方向において小径部の上方に設置することにより、副動力源は差動装置および駆動力伝達装置と車体との間に配置される。そのため、副動力源は下方を差動装置および駆動力伝達装置で保護され、例えば車両の走行中に巻き上げられた異物が副動力源に衝突することは防止される。したがって、耐久性および信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による差動装置を適用した車両を図２に示す。図２に示す車両１０は前輪１１および後輪１２にトルクが加わる四輪駆動車である。車両１０は、主動力源としての内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）１３、トランスミッション１４、トランスファ５、駆動力伝達装置２０および差動装置５０を備えている。差動装置５０と駆動力伝達装置２０とは、図１に示すように一体の駆動力伝達ユニット１を構成している。図２に示す本実施形態の車両では、前輪１１は左輪１１Ｌおよび右輪１１Ｒを有し、後輪１２は左輪１２Ｌおよび右輪１２Ｒを有する。図２において、上方が前輪１１であり、左方が左輪１１Ｌ、１２Ｌである。
【００１４】
エンジン１３には、例えばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンなどが適用される。なお、主動力源としては、エンジン１３に代えて電気モータを適用してもよい。エンジン１３は、前輪１１および後輪１２を駆動するトルクを発生する。エンジン１３で発生したトルクは、トランスミッション１４において変速され駆動軸１５を介してトランスファ５へ入力される。トランスファ５は、駆動軸１５から入力されたトルクを前輪１１および後輪１２に分配する。トランスファ５から出力されたトルクは、入力軸２１を介して前輪１１側へ伝達されるとともに、プロペラシャフト１５１を介して駆動力伝達装置２０へ入力される。
【００１５】
トランスファ５から入力軸２１を介して前輪１１側へ伝達されたトルクは、ディファレンシャル１６を介して前輪１１の左輪１１Ｌおよび右輪１１Ｒに分配される。本実施形態の場合、ディファレンシャル１６は、入力軸２１から入力されたトルクを左輪１１Ｌおよび右輪１１Ｒに均等に分配する。なお、例えばディファレンシャル１６にはＬＳＤ（Limited Slip Differential）を適用し、左輪１１Ｌおよび右輪１１Ｒの差動を制限する構成としてもよい。一方、駆動力伝達装置２０へ入力されたトルクは、後述するように電子制御されて入力軸５１へ伝達される。
【００１６】
差動装置５０は、図１および図２に示すように車両１０の後輪１２側に設置されている。差動装置５０は、入力軸５１、ディファレンシャル６０、出力要素としての左出力軸５２Ｌ、右出力軸５２Ｒ、第一サンギヤ７１、第二サンギヤ７２、第三サンギヤ７３、第一プラネタリギヤ８１、第二プラネタリギヤ８２、第一キャリヤ８３、第二キャリヤ８４、減速機構９０、副動力源としてのモータ５３、およびケーシング１００を備えている。入力軸５１は、駆動力伝達装置２０とディファレンシャル６０とを接続しており、エンジン１３から入力され駆動力伝達装置２０から出力されたトルクをディファレンシャル６０に伝達する。本実施形態の場合、左出力軸５２Ｌは特許請求の範囲の第一出力要素であり、右出力軸５２Ｒは第二出力要素である。
【００１７】
ディファレンシャル６０は、周知のディファレンシャルである。ディファレンシャル６０はリングギヤ６１を有している。リングギヤ６１は、入力軸５１の駆動力伝達装置２０とは反対側の端部に設置されているドライブピニオンギヤ５４と噛み合っている。リングギヤ６１は、特許請求の範囲の入力要素を構成している。また、ディファレンシャル６０は、リングギヤ６１から伝達されたトルクを左出力軸５２Ｌおよび右出力軸５２Ｒへ分配する複数のギヤ６２、６３、６４、６５からなる歯車要素を有している。左出力軸５２Ｌは、入力されたトルクを左輪１２Ｌに伝達する。同様に、右出力軸５２Ｒは、入力されたトルクを右輪１２Ｒに伝達する。
【００１８】
第一サンギヤ７１は、リングギヤ６１の内周側にスプライン接続している。これにより、第一サンギヤ７１はリングギヤ６１とともに同軸に回転する。第一サンギヤ７１は、左出力軸５２Ｌの外周側に、リングギヤ６１および左出力軸５２Ｌと同軸に配置されている。第一サンギヤ７１は、リングギヤ６１とは反対側の端部において第一プラネタリギヤ８１と噛み合っている。第一サンギヤ７１は、左出力軸５２Ｌと接しておらず、左出力軸５２Ｌとは独立してリングギヤ６１とともに回転する。第一サンギヤ７１は外歯のギヤである。
【００１９】
第二サンギヤ７２は、第一サンギヤ７１と第三サンギヤ７３との間に配置されている。第二サンギヤ７２は、第一サンギヤ７１と同様に左出力軸５２Ｌの外周側に、左出力軸５２Ｌと同軸に配置されている。第二サンギヤ７２は、第一サンギヤ７１と同様に、左出力軸５２Ｌと独立して回転する。第二サンギヤ７２は、歯数が第一サンギヤ７１とわずかに異なっている。第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との歯数の差は、最小で１であり、最大で３である。第三サンギヤ７３は、左出力軸５２Ｌに噛み合っており、左出力軸５２Ｌと一体に回転する。第三サンギヤ７３は、歯数が第一サンギヤ７１と同一である。なお、第三サンギヤ７３は、左出力軸５２Ｌと一体に形成してもよい。第二サンギヤ７２および第三サンギヤ７３は、第一サンギヤ７１と同様に外歯のギヤである。
【００２０】
第一プラネタリギヤ８１は、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２に噛み合っている。第二プラネタリギヤ８２は、第二サンギヤ７２および第三サンギヤ７３に噛み合っている。第一プラネタリギヤ８１および第二プラネタリギヤ８２は外歯のギヤである。第一プラネタリギヤ８１は、第一キャリヤ８３の支持軸８３１によって支持されている。第一キャリヤ８３は、左出力軸５２Ｌ、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の外周側をこれらと同軸に周方向へ回転することができる。また、第一キャリヤ８３は、第一プラネタリギヤ８１を自転可能に支持している。これにより、第一プラネタリギヤ８１は、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の外周側において自転可能であるとともに、これらの外周側を公転可能である。第一キャリヤ８３は、外周側に減速機構９０と噛み合う歯部８３２を有している。
【００２１】
第二プラネタリギヤ８２は、第二キャリヤ８４の支持軸８４１によって支持されている。第二キャリヤ８４は、第二プラネタリギヤ８２を自転可能に支持している。一方、第二キャリヤ８４は、ボルト８５によりケーシング１００に固定されている。これにより、第二キャリヤ８４は、第二プラネタリギヤ８２を自転可能に支持するものの、第二プラネタリギヤ８２の公転を規制する。
【００２２】
減速機構９０は、ピニオンギヤ９１およびピニオンギヤ９２を有している。ピニオンギヤ９１は、ベアリング９３、９４によりケーシング１００に回転可能に支持されている。ピニオンギヤ９２は、ベアリング９５、９６によりケーシング１００に回転可能に支持されている。ピニオンギヤ９１は、モータ５３の回転軸５５に取り付けられており、モータ５３の回転軸５５とともに回転する。ピニオンギヤ９２は、ピニオンギヤ９１および第一キャリヤ８３の歯部８３２と噛み合っている。これにより、モータ５３から発生したトルクは、ピニオンギヤ９１およびピニオンギヤ９２を介して第一キャリヤ８３に伝達される。
【００２３】
モータ５３は、ケーシング１００に固定されている。モータ５３は、周知の直流モータである。モータ５３は、図示しない制御部から供給される電力により正回転または逆回転する。ケーシング１００は、入力軸５１、ディファレンシャル６０、第一サンギヤ７１、第二サンギヤ７２、第三サンギヤ７３、第一プラネタリギヤ８１、第二プラネタリギヤ８２、第一キャリヤ８３、第二キャリヤ８４、減速機構９０およびモータ５３など差動装置５０を構成する各部材を収容している。また、ケーシング１００は、ベアリング５６を介して左出力軸５２Ｌを回転可能に支持している。さらに、ケーシング１００は、ベアリング５７、５８を介して第一キャリヤ８３を回転可能に支持している。なお、モータ５３は、直流モータに限らず、交流モータでもよく、直流のブラシレスモータであってもよい。
【００２４】
駆動力伝達装置２０はカバー２２に収容されている。カバー２２は、差動装置５０のケーシング１００と一体に組み付けられている。駆動力伝達装置２０は、通電することにより磁界を発生するコイル２３、および発生した磁界によりヨーク２４に吸引されるアーマチャ２５を有している。アーマチャ２５をヨーク２４側へ吸引すると、パイロットクラッチ２６が係合する。パイロットクラッチ２６は、外側回転部材３０にスプライン係合するパイロットアウタクラッチプレートと、第一カム部材３１にスプライン係合するパイロットインナクラッチプレートとから構成されている。第一カム部材３１は、ボール３２を挟んで第二カム部材３３と対向している。第二カム部材３３は、内側回転部材４０にスプライン係合している。これにより、コイル２３への通電によってパイロットクラッチ２６が係合すると、パイロットクラッチ２６を介して外側回転部材３０と係合する第一カム部材３１と、内側回転部材４０に係合する第二カム部材３３との間には相対的な回転が生じる。
【００２５】
第一カム部材３１と第二カム部材３３との間にはボール３２が挟まれているため、相対的な回転力はスラスト力、すなわち図１の上方向への力に変換される。これにより、第二カム部材３３は、図１の上方へ移動し、メインクラッチ２７を摩擦係合させる。メインクラッチ２７は、外側回転部材３０にスプライン係合しているメインアウタクラッチプレートと、内側回転部材４０にスプライン係合しているメインインナクラッチプレートとから構成されている。上記の構成により、駆動力伝達装置２０は、コイル２３へ通電する電力を制御することにより、パイロットクラッチ２６の係合力が制御されるとともに、メインクラッチ２７の係合力が制御される。外側回転部材３０は、前輪１１へトルクを伝達する入力軸２１とスプライン係合している。また、内側回転部材４０は、後輪１２へトルクを伝達する入力軸５１とスプライン係合している。その結果、コイル２３へ通電する電力を制御することにより、前輪１１または後輪１２に伝達されるエンジン１３のトルクが電子的に制御される。
【００２６】
次に、差動装置５０の作動について詳細に説明する。
上述のように第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２とは歯数がわずかに異なっている。また、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２には第一プラネタリギヤ８１が噛み合っている。そのため、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２が一回転したとき、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２とは歯数の差の分だけ相対的な回転が生じる。その結果、第一プラネタリギヤ８１は歯数の差に対応する分だけ第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の周囲を公転し、第一キャリヤ８３には大きな減速比により回転が入力される。
【００２７】
車両１０が直進しているとき、すなわち左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとの間に回転数の差が生じていないとき、入力軸５１から入力されたトルクはディファレンシャル６０により左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとに均等に配分される。このとき、ディファレンシャル６０のリングギヤ６１とともに回転する第一サンギヤ７１と左出力軸５２Ｌとともに回転する第三サンギヤ７３とは歯数が同一である。これにより、第一サンギヤ７１と第三サンギヤ７３とは同一の回転数で回転する。また、第一プラネタリギヤ８１と第二プラネタリギヤ８２とは歯数が同一である。そのため、第一サンギヤ７１に噛み合っている第一プラネタリギヤ８１と、第三サンギヤ７３に噛み合っている第二プラネタリギヤ８２とは同一の回転数で回転する。これにより、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との間に相対回転が生じても、生じた相対回転は第二サンギヤ７２と第三サンギヤ７３との相対回転によって吸収される。その結果、第一サンギヤ７１と第三サンギヤ７３、および第一プラネタリギヤ８１と第二プラネタリギヤ８２とは同一の回転数で回転し、第一キャリヤ８３は回転しない。また、このとき第一キャリヤ８３が回転しないので、第一キャリヤ８３に噛み合っている減速機構９０のピニオンギヤ９１、９２、およびモータ５３はいずれも回転しない。
【００２８】
車両１０が旋回するとき、車両１０の旋回を補助するため、左出力軸５２Ｌおよび右出力軸５２Ｒに伝達されるトルクの配分比は変更される。車両１０が直進している状態のとき、第一キャリヤ８３にモータ５３からトルクを入力する。モータ５３は、通電することにより回転軸５５が回転する。これにより、モータ５３で発生したトルクは、ピニオンギヤ９１およびピニオンギヤ９２を介して第一キャリヤ８３に入力される。モータ５３から伝達されたトルクによって、第一キャリヤ８３は回転する。一方、第二キャリヤ８４はケーシング１００に固定されている。そのため、第一キャリヤ８３と第二キャリヤ８４との間には、相対的な回転が生じる。
【００２９】
このとき、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２とは歯数がわずかに異なっているので、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の双方に噛み合う第一プラネタリギヤ８１によって大きな減速比が得られる。本実施形態では、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との歯数の差は、最小で１であり、最大で３である。第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との歯数の差は、小さくなるほど減速比が大きくなる。一方、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との歯数に差がないと、減速効果はない。したがって、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との歯数の差は１から３に設定している。
【００３０】
例えば、第一サンギヤ７１の歯数を３３とし、第二サンギヤ７２の歯数を３２とし、第一プラネタリギヤ８１の歯数を１８としたとき、減速比は約１／３３となる。これにより、減速機構９０を構成するピニオンギヤ９１およびピニオンギヤ９２の減速比を大きく確保する必要はない。また、減速比が大きくなることにより、モータ５３の発生トルクを低減することができる。その結果、モータ５３を大型化する必要はない。
【００３１】
第一キャリヤ８３と第二キャリヤ８４との間に相対的な回転が生じると、第一プラネタリギヤ８１と第二プラネタリギヤ８２との間で公転の回転数に差が生じる。そして、第一プラネタリギヤ８１または第二プラネタリギヤ８２にそれぞれ噛み合っている第一サンギヤ７１と第三サンギヤ７３との間にも回転数に差が生じる。その結果、第一サンギヤ７１からトルクが伝達される右出力軸５２Ｒと、第三サンギヤ７３からトルクが伝達される左出力軸５２Ｌとの間には、回転数の差にともなって配分されるトルクに差が生じる。
【００３２】
例えば、車両が直進状態で左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒの回転速度が等しく、かつ、モータ５３に電流が流れていない場合、エンジン１３からディファレンシャル６０へ入力されるトルクを１０とすると、入力されたトルクはディファレンシャル６０により左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとに均等に配分される。すなわち、左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとに配分されるトルクは５：５となる。一方、モータ５３が駆動され、モータ５３から第一キャリヤ８３に入力されるトルクを２とした場合、そのトルクは一方の出力軸のトルクを増すとともに、他方の出力軸のトルクを減ずる。その結果、左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとに配分されるトルクは、６：４または４：６となる。これにより、車両１０の旋回初期に左輪１１Ｌ、１２Ｌまたは右輪１１Ｒ、１２Ｒに配分されるトルクは不均等になり、車両１０は滑らかに旋回する。このとき、モータ５３を正回転または逆回転させることにより、左出力軸５２Ｌまたは右出力軸５２Ｒに配分されるトルクが逆転する。
【００３３】
一方、車両１０の旋回時に限らず直進時においても、モータ５３から積極的にトルクを入力してもよい。これにより、左出力軸５２Ｌおよび右出力軸５２Ｒに伝達されるトルクを均等に維持し、車両１０の直進性を安定させることができる。また、モータ５３を発電機として機能させ、左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとの間に差動が生じたとき、その差動を吸収し、車両１０の直進性を安定させる構成としてもよい。
【００３４】
第１実施形態では、歯数がわずかに異なる第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の双方に第一プラネタリギヤ８１が噛み合うことによって大きな減速比を得ている。そのため、減速機構９０の多段化、およびモータ５３の出力の増大を招かない。したがって、差動装置５０は体格を小型化することができる。また、第一サンギヤ７１、第二サンギヤ７２、第一プラネタリギヤ８１および第一キャリヤ８３などは、いずれも外歯のギヤである。そのため、内歯のギヤに比較して精度の確保が容易であり、かつギヤの支持も容易である。したがって、構造の複雑化および部品点数の増大を招くことなく、高い精度を確保することができる。
【００３５】
また、第１実施形態では、車両１０が直進しているとき、すなわち左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとの間に差動が生じていないとき、第一キャリヤ８３、減速機構９０およびモータ５３は回転しない。また、第一プラネタリギヤ８１は自転のみ行い公転を行わない。そのため、車両１０が直進しているとき、各ギヤの回転数は小さくなる。したがって、各ギヤを支持する軸受の負荷が低減され、耐久性および信頼性を向上することができる。また、回転する要素が低減するので、回転部分で生じる摩擦が低減され、効率を高めることができる。
【００３６】
またさらに、第１実施形態では、モータ５３のトルクは減速機構９０および第一キャリヤ８３を介して第一プラネタリギヤ８１に伝達され、第一プラネタリギヤ８１に伝達されたトルクは第一サンギヤ７１及び第二サンギヤ７２に伝達される。第二サンギヤ７２に伝達されたトルクは第二プラネタリギヤ８２、第三サンギヤ７３を介して左出力軸５２Ｌへ伝達される一方、第一サンギヤ７１に伝達されたトルクはディファレンシャル６０のギヤ６２、６３、６４、６５へ伝達される。これにより、モータ５３が駆動され、積極的に左右輪の差動を生じさせるときには、左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒの回転方向およびこれら出力軸へ伝達されるトルクがディファレンシャル６０で適切に調整される。したがって、簡単な構成で左右輪の差動を発生させることができる。また、モータ５３に電流が流れていない場合には従来の一般的なディファレンシャル装置の機能と同様の機能を果たし、旋回時には左右輪の差動回転を許容しつつ、駆動力の伝達がなされる。
【００３７】
なお、上述した本発明の複数の実施形態では、差動装置５０を四輪駆動車の後輪に適用する構成について説明した。しかし、差動装置５０は、例えば図３に示すように前輪駆動の車両１１０の前輪１１側に適用してもよい。
また、差動装置５０は、図４に示すようにエンジン１３と動力用電気モータ１７とを備えるハイブリッド型の車両１２０に適用してもよい。この場合、後輪１２側に設置されている差動装置５０には、動力用電気モータ１７からトルクが伝達される。前輪１１側には、エンジン１３からトルクが伝達される。
【００３８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による差動装置を図５および図６に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態では、図５および図６に示すようにモータ５３の配置が第１実施形態と異なっている。その他の構成は、第１実施形態と同一である。モータ５３は、差動装置５０と駆動力伝達装置２０との間に配置されている。差動装置５０と駆動力伝達装置２０とは、一体の駆動力伝達ユニット２を構成している。駆動力伝達ユニット２は、差動装置５０を収容する第一ハウジングとしてのケーシング１００および駆動力伝達装置２０を収容する第二ハウジングとしてのカバー２２とを備えている。ケーシング１００は、ディファレンシャル６０を収容する大径部１０１および入力軸５１を収容する小径部１０２を有している。入力軸５１は駆動力伝達装置２０と差動装置５０とを接続する軸状の部材であるため、ケーシング１００は入力軸５１を収容する部位の外径が小さくなる。すなわち、ケーシング１００は、入力軸５１を収容する部分がディファレンシャル６０を収容する部分に比較して外径が小さくなる。
【００３９】
一方、駆動力伝達装置２０を収容するカバー２２は、ケーシング１００の大径部１０１に近い外径を有している。そのため、ケーシング１００の大径部１０１とカバー２２との間には、径方向内側へ窪んだ小径部１０２が形成される。そこで、第２実施形態の駆動力伝達ユニット２は、モータ５３をこの小径部１０２に配置している。駆動力伝達ユニット２を車両に搭載したとき、駆動力伝達ユニット２と車両の図示しないシャーシとの間には空間が形成される。小径部１０２にモータ５３を配置することにより、モータ５３は駆動力伝達ユニット２とシャーシとの間に収容される。その結果、駆動力伝達ユニット２は、図１に示す第１実施形態と比較して、左右方向すなわち車軸方向の占有スペースが低減される。したがって、駆動力伝達ユニット２の設置スペースを低減することができる。
【００４０】
また、第２実施形態では、モータ５３は駆動力伝達ユニット２とシャーシとの間に収容される。これにより、モータ５３は、重力方向において差動装置５０の上方に配置される。駆動力伝達ユニット２は、シャーシの下方に設置されるため、巻き上げられた異物や路面上の突起などが衝突しやすい。モータ５３を差動装置５０の上方に配置することにより、モータ５３への異物などの衝突が低減される。したがって、モータ５３の耐久性を向上させることができる。
【００４１】
なお、上記の複数の実施形態では、第一プラネタリギヤ８１は一体の歯部で第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２と噛み合い、第二プラネタリギヤ８２は一体の歯部で第二サンギヤ７２および第三サンギヤ７３と噛み合っている例について説明した。しかし、第一プラネタリギヤ８１には第一サンギヤ７１に噛み合う歯部と第二サンギヤ７２に噛み合う歯部とを別個に設けてもよく、第二プラネタリギヤ８２には第二サンギヤ７２に噛み合う歯部と第三サンギヤ７３と噛み合う歯部とを別個に設けてもよい。このように、第一プラネタリギヤ８１および第二プラネタリギヤ８２に各サンギヤと噛み合う別個の歯部を設けることにより、各ギヤ同士の噛み合いが良好となり、トルクの伝達効率が向上する。
【００４２】
また、上記の複数の実施形態では、副動力源であるモータ５３と第一キャリヤ７１との間に減速機構９０を設置する例について説明した。しかし、ダイレクトドライブ方式のモータ５３を使用し、モータ５３から第一キャリヤ７１へ直接トルクを入力する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態による差動装置を適用した駆動力伝達ユニットを示す部分断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による差動装置を適用した車両を示すスケルトン図である。
【図３】本発明の第１実施形態による差動装置を適用した前輪駆動の車両を示すスケルトン図である。
【図４】本発明の第１実施形態による差動装置を適用したハイブリッド型の車両を示すスケルトン図である。
【図５】本発明の第２実施形態による差動装置を適用した駆動力伝達ユニットを示す部分断面図である。
【図６】図５の矢印ＶＩ方向から見た矢視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１、２ 駆動力伝達ユニット、１０、１１０、１２０ 車両、１１ 前輪、１１Ｒ 右輪（前輪）、１１Ｌ 左輪（前輪）、１２ 後輪、１２Ｒ 右輪（後輪）、１２Ｌ 左輪（後輪）、１３ エンジン（主動力源）、２０ 駆動力伝達装置、２２ カバー（第二ハウジング）、５０ 差動装置、５１ 入力軸、５２Ｒ 右出力軸（出力要素）、５２Ｌ 左出力軸（第一出力要素）、５３ モータ（副動力源）、６０ ディファレンシャル、６１ リングギヤ（入力要素）、６２、６３、６４、６５ ギヤ（歯車要素）、７１ 第一サンギヤ、７２ 第二サンギヤ、７３ 第三サンギヤ、８１ 第一プラネタリギヤ、８２ 第二プラネタリギヤ、８３ 第一キャリヤ、８４ 第二キャリヤ、９０ 減速機構、９１、９２ ピニオンギヤ（減速機構）、１００ ケーシング（第一ハウジング）、１０２ 小径部１
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つの出力要素との間に回転差を発生させる差動装置およびこれを用いた車両の駆動力伝達ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二つの出力要素の間に回転数の差を発生させる差動装置として、プラネタリギヤを用いるものが公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されている差動装置の場合、モータのトルクをプラネタリギヤを用いて二つの出力要素へ伝達し、二つの出力要素の間に発生する差動を制限または増幅している。
【０００３】
【特許文献１】特許第３２４７４８４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１に開示されている差動装置は、内歯のギヤを備えている。そのため、ギヤの加工、およびギヤの精度の確保が困難である。また、特許文献１に開示されている差動装置は、モータの回転をモータに接続するギヤとプラネタリギヤとによって減速している。そのため、減速比が１／６程度となり、大きな減速比を確保することは困難である。これにより、差動を発生させるための十分なトルクを得るには、モータの出力増強あるいは減速機構のギヤ段の増加が必要となる。その結果、モータおよび減速機構の体格の増大、および部品点数の増大を招く。さらに、特許文献１に開示されている差動装置は、ギヤとしてインターナルギヤを用いている。そのため、インターナルギヤの回転を支持する軸受が必要となり、構成が複雑になるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、モータの体格の大型化および構造の複雑化を招くことなく、精度の確保が容易な差動装置およびこれを用いた車両の駆動力伝達ユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、主動力源からトルクが入力される入力軸と、前記入力軸から前記主動力源のトルクが入力される入力要素、および前記入力要素から入力されたトルクを二つの出力要素に、前記出力要素間の差動を許容して配分する歯車要素を有するディファレンシャル機構と、前記出力要素の一方である第一出力要素の外周側に前記第一出力要素と同軸に配置され、前記入力要素と一体に回転する第一サンギヤと、前記第一サンギヤと噛み合う第一プラネタリギヤと、前記第一出力要素の外周側に前記第一出力要素と同軸に配置され、前記第一プラネタリギヤに前記第一サンギヤとともに噛み合い、前記第一サンギヤとわずかに歯数が異なる第二サンギヤと、前記第一プラネタリギヤを、前記第一出力要素、前記第一サンギヤおよび前記第二サンギヤの外周側で前記第一出力要素および前記第一サンギヤと同軸に公転可能かつ自転可能に支持する第一キャリヤと、前記第一出力要素とともに同軸に回転し、前記第一サンギヤと歯数が同一の第三サンギヤと、前記第二サンギヤおよび前記第三サンギヤと噛み合う第二プラネタリギヤと、前記第二プラネタリギヤを、前記第一出力要素、前記第二サンギヤおよび前記第三サンギヤの外周側で自転可能に支持するとともに、前記第二プラネタリギヤの前記第一出力要素の周方向への公転を規制する第二キャリヤと、前記第一キャリヤを前記第一出力要素の周方向へ公転させるトルクを発生する副動力源と、を備える。
【０００７】
第一プラネタリギヤが噛み合っている第一サンギヤと第二サンギヤとは歯数がわずかに異なっている。そのため、第一プラネタリギヤが公転および自転することにより、第一サンギヤと第二サンギヤとの間には相対的な回転差が生じる。その結果、第一プラネタリギヤを支持する第一キャリヤには、回転が大きく減速されて入力される。これにより、二つの出力要素に差動が生じるとき、第一キャリヤの駆動に必要な副動力源のトルクは低減される。したがって、第一キャリヤを駆動する副動力源は体格の大型化および構造の複雑化を招くことがない。また、例えば副動力源と第一キャリアとの間にモータのトルクを伝達する減速機構を設置する場合、減速機構の多段化を招かず、体格を小型化することができる。
【０００８】
また、請求項１記載の発明では、第一サンギヤ、第一プラネタリギヤ、第二サンギヤ、第二プラネタリギヤおよび第三ギヤは、いずれも外歯のギヤで構成することができる。そのため、内歯のギヤまたは外歯および内歯の両方を有するギヤと比較して加工が容易であるとともに、高い精度を容易に確保することができる。
【０００９】
さらに、請求項１記載の発明では、第二サンギヤは、第一プラネタリギヤを介して第一サンギヤと噛み合うとともに、第二プラネタリギヤを介して第一出力要素とともに回転する第三サンギヤと噛み合っている。第三サンギヤは、歯数が第一サンギヤと同一である。そのため、第一プラネタリギヤと第二プラネタリギヤとを同一の歯数とすると、二つの出力要素の間に差動が生じないとき、第一プラネタリギヤおよび第二プラネタリギヤは公転しない。これにより、第一キャリヤ、ならびに第一キャリヤに噛み合う減速機構および副動力源は回転しない。その結果、差動が生じないとき、回転する要素は低減され、第一キャリヤおよび減速機構などに加わる負荷が低減される。また、入力軸、第一出力要素および第二出力要素が回転しても、出力要素間において差動が生じない限り、副動力源は回転する必要がない。したがって、信頼性および耐久性を向上することができ、主動力源および副動力源の負荷も低減できる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、前記第一サンギヤと前記第二サンギヤとの歯数の差は、最小が１であり、最大が３である。減速比を大きくするためには、第一サンギヤと第二サンギヤとの歯数の差は小さいことが望ましい。そこで、請求項２記載の発明では、歯数の差を、最小で１とし、最大で３としている。
請求項３記載の発明では、前記第一出力要素、前記第一サンギヤ、前記第一プラネタリギヤ、前記第一キャリヤ、前記第二サンギヤ、前記第三サンギヤおよび前記第二プラネタリギヤを収容するケーシングを備え、前記第二キャリヤは、前記ケーシングに固定されている。これにより、構造の複雑化および部品点数の増大を招くことなく、第二プラネタリギヤを支持する第二キャリヤは公転を規制することができる。
【００１１】
請求項４記載の発明は、上述の作動装置を備えた車両の駆動力伝達ユニットであり、前輪側または後輪側のいずれか一方において、左輪と右輪との差動を発生させる請求項１から３のいずれか一項記載の差動装置と、前記主動力源からのトルクを前記前輪側および前記後輪側へ分配する駆動力伝達装置と、前記差動装置を収容する第一ハウジングと、前記駆動力伝達装置を収容する第二ハウジングとを備え、前記第一ハウジングは、内部に前記入力軸を収容する部分に前記ディファレンシャル機構を収容する部分よりも外径が小さな小径部を有し、前記副動力源は、重力方向において前記小径部の上方に設置されている。
【００１２】
請求項４記載の発明では、差動装置および駆動力伝達装置とを駆動力伝達ユニットとして構成する場合、差動装置を収容する第一ハウジングと駆動力伝達装置を収容する第二ハウジングとは一体に接続される。このとき、差動装置のディファレンシャル機構および駆動力伝達装置は、入力軸に対応する部分に比較して外径が大きくなる。すなわち、差動装置のディファレンシャルと駆動力伝達装置との間には、外径が小さな小径部が形成される。この小径部に差動装置の副動力源を設置することにより、差動装置と駆動力伝達装置との間に形成されるデッドスペースを有効に活用することができる。したがって、副動力源がハウジングの外部に突出することがなく、駆動力伝達ユニットの搭載スペースを低減することができる。また、副動力源を重力方向において小径部の上方に設置することにより、副動力源は差動装置および駆動力伝達装置と車体との間に配置される。そのため、副動力源は下方を差動装置および駆動力伝達装置で保護され、例えば車両の走行中に巻き上げられた異物が副動力源に衝突することは防止される。したがって、耐久性および信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による差動装置を適用した車両を図２に示す。図２に示す車両１０は前輪１１および後輪１２にトルクが加わる四輪駆動車である。車両１０は、主動力源としての内燃機関（以下、内燃機関を「エンジン」という。）１３、トランスミッション１４、トランスファ５、駆動力伝達装置２０および差動装置５０を備えている。差動装置５０と駆動力伝達装置２０とは、図１に示すように一体の駆動力伝達ユニット１を構成している。図２に示す本実施形態の車両では、前輪１１は左輪１１Ｌおよび右輪１１Ｒを有し、後輪１２は左輪１２Ｌおよび右輪１２Ｒを有する。図２において、上方が前輪１１であり、左方が左輪１１Ｌ、１２Ｌである。
【００１４】
エンジン１３には、例えばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンなどが適用される。なお、主動力源としては、エンジン１３に代えて電気モータを適用してもよい。エンジン１３は、前輪１１および後輪１２を駆動するトルクを発生する。エンジン１３で発生したトルクは、トランスミッション１４において変速され駆動軸１５を介してトランスファ５へ入力される。トランスファ５は、駆動軸１５から入力されたトルクを前輪１１および後輪１２に分配する。トランスファ５から出力されたトルクは、入力軸２１を介して前輪１１側へ伝達されるとともに、プロペラシャフト１５１を介して駆動力伝達装置２０へ入力される。
【００１５】
トランスファ５から入力軸２１を介して前輪１１側へ伝達されたトルクは、ディファレンシャル１６を介して前輪１１の左輪１１Ｌおよび右輪１１Ｒに分配される。本実施形態の場合、ディファレンシャル１６は、入力軸２１から入力されたトルクを左輪１１Ｌおよび右輪１１Ｒに均等に分配する。なお、例えばディファレンシャル１６にはＬＳＤ（Limited Slip Differential）を適用し、左輪１１Ｌおよび右輪１１Ｒの差動を制限する構成としてもよい。一方、駆動力伝達装置２０へ入力されたトルクは、後述するように電子制御されて入力軸５１へ伝達される。
【００１６】
差動装置５０は、図１および図２に示すように車両１０の後輪１２側に設置されている。差動装置５０は、入力軸５１、ディファレンシャル６０、出力要素としての左出力軸５２Ｌ、右出力軸５２Ｒ、第一サンギヤ７１、第二サンギヤ７２、第三サンギヤ７３、第一プラネタリギヤ８１、第二プラネタリギヤ８２、第一キャリヤ８３、第二キャリヤ８４、減速機構９０、副動力源としてのモータ５３、およびケーシング１００を備えている。入力軸５１は、駆動力伝達装置２０とディファレンシャル６０とを接続しており、エンジン１３から入力され駆動力伝達装置２０から出力されたトルクをディファレンシャル６０に伝達する。本実施形態の場合、左出力軸５２Ｌは特許請求の範囲の第一出力要素であり、右出力軸５２Ｒは第二出力要素である。
【００１７】
ディファレンシャル６０は、周知のディファレンシャルである。ディファレンシャル６０はリングギヤ６１を有している。リングギヤ６１は、入力軸５１の駆動力伝達装置２０とは反対側の端部に設置されているドライブピニオンギヤ５４と噛み合っている。リングギヤ６１は、特許請求の範囲の入力要素を構成している。また、ディファレンシャル６０は、リングギヤ６１から伝達されたトルクを左出力軸５２Ｌおよび右出力軸５２Ｒへ分配する複数のギヤ６２、６３、６４、６５からなる歯車要素を有している。左出力軸５２Ｌは、入力されたトルクを左輪１２Ｌに伝達する。同様に、右出力軸５２Ｒは、入力されたトルクを右輪１２Ｒに伝達する。
【００１８】
第一サンギヤ７１は、リングギヤ６１の内周側にスプライン接続している。これにより、第一サンギヤ７１はリングギヤ６１とともに同軸に回転する。第一サンギヤ７１は、左出力軸５２Ｌの外周側に、リングギヤ６１および左出力軸５２Ｌと同軸に配置されている。第一サンギヤ７１は、リングギヤ６１とは反対側の端部において第一プラネタリギヤ８１と噛み合っている。第一サンギヤ７１は、左出力軸５２Ｌと接しておらず、左出力軸５２Ｌとは独立してリングギヤ６１とともに回転する。第一サンギヤ７１は外歯のギヤである。
【００１９】
第二サンギヤ７２は、第一サンギヤ７１と第三サンギヤ７３との間に配置されている。第二サンギヤ７２は、第一サンギヤ７１と同様に左出力軸５２Ｌの外周側に、左出力軸５２Ｌと同軸に配置されている。第二サンギヤ７２は、第一サンギヤ７１と同様に、左出力軸５２Ｌと独立して回転する。第二サンギヤ７２は、歯数が第一サンギヤ７１とわずかに異なっている。第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との歯数の差は、最小で１であり、最大で３である。第三サンギヤ７３は、左出力軸５２Ｌに噛み合っており、左出力軸５２Ｌと一体に回転する。第三サンギヤ７３は、歯数が第一サンギヤ７１と同一である。なお、第三サンギヤ７３は、左出力軸５２Ｌと一体に形成してもよい。第二サンギヤ７２および第三サンギヤ７３は、第一サンギヤ７１と同様に外歯のギヤである。
【００２０】
第一プラネタリギヤ８１は、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２に噛み合っている。第二プラネタリギヤ８２は、第二サンギヤ７２および第三サンギヤ７３に噛み合っている。第一プラネタリギヤ８１および第二プラネタリギヤ８２は外歯のギヤである。第一プラネタリギヤ８１は、第一キャリヤ８３の支持軸８３１によって支持されている。第一キャリヤ８３は、左出力軸５２Ｌ、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の外周側をこれらと同軸に周方向へ回転することができる。また、第一キャリヤ８３は、第一プラネタリギヤ８１を自転可能に支持している。これにより、第一プラネタリギヤ８１は、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の外周側において自転可能であるとともに、これらの外周側を公転可能である。第一キャリヤ８３は、外周側に減速機構９０と噛み合う歯部８３２を有している。
【００２１】
第二プラネタリギヤ８２は、第二キャリヤ８４の支持軸８４１によって支持されている。第二キャリヤ８４は、第二プラネタリギヤ８２を自転可能に支持している。一方、第二キャリヤ８４は、ボルト８５によりケーシング１００に固定されている。これにより、第二キャリヤ８４は、第二プラネタリギヤ８２を自転可能に支持するものの、第二プラネタリギヤ８２の公転を規制する。
【００２２】
減速機構９０は、ピニオンギヤ９１およびピニオンギヤ９２を有している。ピニオンギヤ９１は、ベアリング９３、９４によりケーシング１００に回転可能に支持されている。ピニオンギヤ９２は、ベアリング９５、９６によりケーシング１００に回転可能に支持されている。ピニオンギヤ９１は、モータ５３の回転軸５５に取り付けられており、モータ５３の回転軸５５とともに回転する。ピニオンギヤ９２は、ピニオンギヤ９１および第一キャリヤ８３の歯部８３２と噛み合っている。これにより、モータ５３から発生したトルクは、ピニオンギヤ９１およびピニオンギヤ９２を介して第一キャリヤ８３に伝達される。
【００２３】
モータ５３は、ケーシング１００に固定されている。モータ５３は、周知の直流モータである。モータ５３は、図示しない制御部から供給される電力により正回転または逆回転する。ケーシング１００は、入力軸５１、ディファレンシャル６０、第一サンギヤ７１、第二サンギヤ７２、第三サンギヤ７３、第一プラネタリギヤ８１、第二プラネタリギヤ８２、第一キャリヤ８３、第二キャリヤ８４、減速機構９０およびモータ５３など差動装置５０を構成する各部材を収容している。また、ケーシング１００は、ベアリング５６を介して左出力軸５２Ｌを回転可能に支持している。さらに、ケーシング１００は、ベアリング５７、５８を介して第一キャリヤ８３を回転可能に支持している。なお、モータ５３は、直流モータに限らず、交流モータでもよく、直流のブラシレスモータであってもよい。
【００２４】
駆動力伝達装置２０はカバー２２に収容されている。カバー２２は、差動装置５０のケーシング１００と一体に組み付けられている。駆動力伝達装置２０は、通電することにより磁界を発生するコイル２３、および発生した磁界によりヨーク２４に吸引されるアーマチャ２５を有している。アーマチャ２５をヨーク２４側へ吸引すると、パイロットクラッチ２６が係合する。パイロットクラッチ２６は、外側回転部材３０にスプライン係合するパイロットアウタクラッチプレートと、第一カム部材３１にスプライン係合するパイロットインナクラッチプレートとから構成されている。第一カム部材３１は、ボール３２を挟んで第二カム部材３３と対向している。第二カム部材３３は、内側回転部材４０にスプライン係合している。これにより、コイル２３への通電によってパイロットクラッチ２６が係合すると、パイロットクラッチ２６を介して外側回転部材３０と係合する第一カム部材３１と、内側回転部材４０に係合する第二カム部材３３との間には相対的な回転が生じる。
【００２５】
第一カム部材３１と第二カム部材３３との間にはボール３２が挟まれているため、相対的な回転力はスラスト力、すなわち図１の上方向への力に変換される。これにより、第二カム部材３３は、図１の上方へ移動し、メインクラッチ２７を摩擦係合させる。メインクラッチ２７は、外側回転部材３０にスプライン係合しているメインアウタクラッチプレートと、内側回転部材４０にスプライン係合しているメインインナクラッチプレートとから構成されている。上記の構成により、駆動力伝達装置２０は、コイル２３へ通電する電力を制御することにより、パイロットクラッチ２６の係合力が制御されるとともに、メインクラッチ２７の係合力が制御される。外側回転部材３０は、前輪１１へトルクを伝達する入力軸２１とスプライン係合している。また、内側回転部材４０は、後輪１２へトルクを伝達する入力軸５１とスプライン係合している。その結果、コイル２３へ通電する電力を制御することにより、前輪１１または後輪１２に伝達されるエンジン１３のトルクが電子的に制御される。
【００２６】
次に、差動装置５０の作動について詳細に説明する。
上述のように第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２とは歯数がわずかに異なっている。また、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２には第一プラネタリギヤ８１が噛み合っている。そのため、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２が一回転したとき、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２とは歯数の差の分だけ相対的な回転が生じる。その結果、第一プラネタリギヤ８１は歯数の差に対応する分だけ第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の周囲を公転し、第一キャリヤ８３には大きな減速比により回転が入力される。
【００２７】
車両１０が直進しているとき、すなわち左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとの間に回転数の差が生じていないとき、入力軸５１から入力されたトルクはディファレンシャル６０により左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとに均等に配分される。このとき、ディファレンシャル６０のリングギヤ６１とともに回転する第一サンギヤ７１と左出力軸５２Ｌとともに回転する第三サンギヤ７３とは歯数が同一である。これにより、第一サンギヤ７１と第三サンギヤ７３とは同一の回転数で回転する。また、第一プラネタリギヤ８１と第二プラネタリギヤ８２とは歯数が同一である。そのため、第一サンギヤ７１に噛み合っている第一プラネタリギヤ８１と、第三サンギヤ７３に噛み合っている第二プラネタリギヤ８２とは同一の回転数で回転する。これにより、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との間に相対回転が生じても、生じた相対回転は第二サンギヤ７２と第三サンギヤ７３との相対回転によって吸収される。その結果、第一サンギヤ７１と第三サンギヤ７３、および第一プラネタリギヤ８１と第二プラネタリギヤ８２とは同一の回転数で回転し、第一キャリヤ８３は回転しない。また、このとき第一キャリヤ８３が回転しないので、第一キャリヤ８３に噛み合っている減速機構９０のピニオンギヤ９１、９２、およびモータ５３はいずれも回転しない。
【００２８】
車両１０が旋回するとき、車両１０の旋回を補助するため、左出力軸５２Ｌおよび右出力軸５２Ｒに伝達されるトルクの配分比は変更される。車両１０が直進している状態のとき、第一キャリヤ８３にモータ５３からトルクを入力する。モータ５３は、通電することにより回転軸５５が回転する。これにより、モータ５３で発生したトルクは、ピニオンギヤ９１およびピニオンギヤ９２を介して第一キャリヤ８３に入力される。モータ５３から伝達されたトルクによって、第一キャリヤ８３は回転する。一方、第二キャリヤ８４はケーシング１００に固定されている。そのため、第一キャリヤ８３と第二キャリヤ８４との間には、相対的な回転が生じる。
【００２９】
このとき、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２とは歯数がわずかに異なっているので、第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の双方に噛み合う第一プラネタリギヤ８１によって大きな減速比が得られる。本実施形態では、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との歯数の差は、最小で１であり、最大で３である。第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との歯数の差は、小さくなるほど減速比が大きくなる。一方、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との歯数に差がないと、減速効果はない。したがって、第一サンギヤ７１と第二サンギヤ７２との歯数の差は１から３に設定している。
【００３０】
例えば、第一サンギヤ７１の歯数を３３とし、第二サンギヤ７２の歯数を３２とし、第一プラネタリギヤ８１の歯数を１８としたとき、減速比は約１／３３となる。これにより、減速機構９０を構成するピニオンギヤ９１およびピニオンギヤ９２の減速比を大きく確保する必要はない。また、減速比が大きくなることにより、モータ５３の発生トルクを低減することができる。その結果、モータ５３を大型化する必要はない。
【００３１】
第一キャリヤ８３と第二キャリヤ８４との間に相対的な回転が生じると、第一プラネタリギヤ８１と第二プラネタリギヤ８２との間で公転の回転数に差が生じる。そして、第一プラネタリギヤ８１または第二プラネタリギヤ８２にそれぞれ噛み合っている第一サンギヤ７１と第三サンギヤ７３との間にも回転数に差が生じる。その結果、第一サンギヤ７１からトルクが伝達される右出力軸５２Ｒと、第三サンギヤ７３からトルクが伝達される左出力軸５２Ｌとの間には、回転数の差にともなって配分されるトルクに差が生じる。
【００３２】
例えば、車両が直進状態で左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒの回転速度が等しく、かつ、モータ５３に電流が流れていない場合、エンジン１３からディファレンシャル６０へ入力されるトルクを１０とすると、入力されたトルクはディファレンシャル６０により左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとに均等に配分される。すなわち、左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとに配分されるトルクは５：５となる。一方、モータ５３が駆動され、モータ５３から第一キャリヤ８３に入力されるトルクを２とした場合、そのトルクは一方の出力軸のトルクを増すとともに、他方の出力軸のトルクを減ずる。その結果、左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとに配分されるトルクは、６：４または４：６となる。これにより、車両１０の旋回初期に左輪１１Ｌ、１２Ｌまたは右輪１１Ｒ、１２Ｒに配分されるトルクは不均等になり、車両１０は滑らかに旋回する。このとき、モータ５３を正回転または逆回転させることにより、左出力軸５２Ｌまたは右出力軸５２Ｒに配分されるトルクが逆転する。
【００３３】
一方、車両１０の旋回時に限らず直進時においても、モータ５３から積極的にトルクを入力してもよい。これにより、左出力軸５２Ｌおよび右出力軸５２Ｒに伝達されるトルクを均等に維持し、車両１０の直進性を安定させることができる。また、モータ５３を発電機として機能させ、左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとの間に差動が生じたとき、その差動を吸収し、車両１０の直進性を安定させる構成としてもよい。
【００３４】
第１実施形態では、歯数がわずかに異なる第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２の双方に第一プラネタリギヤ８１が噛み合うことによって大きな減速比を得ている。そのため、減速機構９０の多段化、およびモータ５３の出力の増大を招かない。したがって、差動装置５０は体格を小型化することができる。また、第一サンギヤ７１、第二サンギヤ７２、第一プラネタリギヤ８１および第一キャリヤ８３などは、いずれも外歯のギヤである。そのため、内歯のギヤに比較して精度の確保が容易であり、かつギヤの支持も容易である。したがって、構造の複雑化および部品点数の増大を招くことなく、高い精度を確保することができる。
【００３５】
また、第１実施形態では、車両１０が直進しているとき、すなわち左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒとの間に差動が生じていないとき、第一キャリヤ８３、減速機構９０およびモータ５３は回転しない。また、第一プラネタリギヤ８１は自転のみ行い公転を行わない。そのため、車両１０が直進しているとき、各ギヤの回転数は小さくなる。したがって、各ギヤを支持する軸受の負荷が低減され、耐久性および信頼性を向上することができる。また、回転する要素が低減するので、回転部分で生じる摩擦が低減され、効率を高めることができる。
【００３６】
またさらに、第１実施形態では、モータ５３のトルクは減速機構９０および第一キャリヤ８３を介して第一プラネタリギヤ８１に伝達され、第一プラネタリギヤ８１に伝達されたトルクは第一サンギヤ７１及び第二サンギヤ７２に伝達される。第二サンギヤ７２に伝達されたトルクは第二プラネタリギヤ８２、第三サンギヤ７３を介して左出力軸５２Ｌへ伝達される一方、第一サンギヤ７１に伝達されたトルクはディファレンシャル６０のギヤ６２、６３、６４、６５へ伝達される。これにより、モータ５３が駆動され、積極的に左右輪の差動を生じさせるときには、左出力軸５２Ｌと右出力軸５２Ｒの回転方向およびこれら出力軸へ伝達されるトルクがディファレンシャル６０で適切に調整される。したがって、簡単な構成で左右輪の差動を発生させることができる。また、モータ５３に電流が流れていない場合には従来の一般的なディファレンシャル装置の機能と同様の機能を果たし、旋回時には左右輪の差動回転を許容しつつ、駆動力の伝達がなされる。
【００３７】
なお、上述した本発明の複数の実施形態では、差動装置５０を四輪駆動車の後輪に適用する構成について説明した。しかし、差動装置５０は、例えば図３に示すように前輪駆動の車両１１０の前輪１１側に適用してもよい。
また、差動装置５０は、図４に示すようにエンジン１３と動力用電気モータ１７とを備えるハイブリッド型の車両１２０に適用してもよい。この場合、後輪１２側に設置されている差動装置５０には、動力用電気モータ１７からトルクが伝達される。前輪１１側には、エンジン１３からトルクが伝達される。
【００３８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による差動装置を図５および図６に示す。なお、第１実施形態と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態では、図５および図６に示すようにモータ５３の配置が第１実施形態と異なっている。その他の構成は、第１実施形態と同一である。モータ５３は、差動装置５０と駆動力伝達装置２０との間に配置されている。差動装置５０と駆動力伝達装置２０とは、一体の駆動力伝達ユニット２を構成している。駆動力伝達ユニット２は、差動装置５０を収容する第一ハウジングとしてのケーシング１００および駆動力伝達装置２０を収容する第二ハウジングとしてのカバー２２とを備えている。ケーシング１００は、ディファレンシャル６０を収容する大径部１０１および入力軸５１を収容する小径部１０２を有している。入力軸５１は駆動力伝達装置２０と差動装置５０とを接続する軸状の部材であるため、ケーシング１００は入力軸５１を収容する部位の外径が小さくなる。すなわち、ケーシング１００は、入力軸５１を収容する部分がディファレンシャル６０を収容する部分に比較して外径が小さくなる。
【００３９】
一方、駆動力伝達装置２０を収容するカバー２２は、ケーシング１００の大径部１０１に近い外径を有している。そのため、ケーシング１００の大径部１０１とカバー２２との間には、径方向内側へ窪んだ小径部１０２が形成される。そこで、第２実施形態の駆動力伝達ユニット２は、モータ５３をこの小径部１０２に配置している。駆動力伝達ユニット２を車両に搭載したとき、駆動力伝達ユニット２と車両の図示しないシャーシとの間には空間が形成される。小径部１０２にモータ５３を配置することにより、モータ５３は駆動力伝達ユニット２とシャーシとの間に収容される。その結果、駆動力伝達ユニット２は、図１に示す第１実施形態と比較して、左右方向すなわち車軸方向の占有スペースが低減される。したがって、駆動力伝達ユニット２の設置スペースを低減することができる。
【００４０】
また、第２実施形態では、モータ５３は駆動力伝達ユニット２とシャーシとの間に収容される。これにより、モータ５３は、重力方向において差動装置５０の上方に配置される。駆動力伝達ユニット２は、シャーシの下方に設置されるため、巻き上げられた異物や路面上の突起などが衝突しやすい。モータ５３を差動装置５０の上方に配置することにより、モータ５３への異物などの衝突が低減される。したがって、モータ５３の耐久性を向上させることができる。
【００４１】
なお、上記の複数の実施形態では、第一プラネタリギヤ８１は一体の歯部で第一サンギヤ７１および第二サンギヤ７２と噛み合い、第二プラネタリギヤ８２は一体の歯部で第二サンギヤ７２および第三サンギヤ７３と噛み合っている例について説明した。しかし、第一プラネタリギヤ８１には第一サンギヤ７１に噛み合う歯部と第二サンギヤ７２に噛み合う歯部とを別個に設けてもよく、第二プラネタリギヤ８２には第二サンギヤ７２に噛み合う歯部と第三サンギヤ７３と噛み合う歯部とを別個に設けてもよい。このように、第一プラネタリギヤ８１および第二プラネタリギヤ８２に各サンギヤと噛み合う別個の歯部を設けることにより、各ギヤ同士の噛み合いが良好となり、トルクの伝達効率が向上する。
【００４２】
また、上記の複数の実施形態では、副動力源であるモータ５３と第一キャリヤ７１との間に減速機構９０を設置する例について説明した。しかし、ダイレクトドライブ方式のモータ５３を使用し、モータ５３から第一キャリヤ７１へ直接トルクを入力する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態による差動装置を適用した駆動力伝達ユニットを示す部分断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による差動装置を適用した車両を示すスケルトン図である。
【図３】本発明の第１実施形態による差動装置を適用した前輪駆動の車両を示すスケルトン図である。
【図４】本発明の第１実施形態による差動装置を適用したハイブリッド型の車両を示すスケルトン図である。
【図５】本発明の第２実施形態による差動装置を適用した駆動力伝達ユニットを示す部分断面図である。
【図６】図５の矢印ＶＩ方向から見た矢視図である。
【符号の説明】
【００４４】
１、２ 駆動力伝達ユニット、１０、１１０、１２０ 車両、１１ 前輪、１１Ｒ 右輪（前輪）、１１Ｌ 左輪（前輪）、１２ 後輪、１２Ｒ 右輪（後輪）、１２Ｌ 左輪（後輪）、１３ エンジン（主動力源）、２０ 駆動力伝達装置、２２ カバー（第二ハウジング）、５０ 差動装置、５１ 入力軸、５２Ｒ 右出力軸（出力要素）、５２Ｌ 左出力軸（第一出力要素）、５３ モータ（副動力源）、６０ ディファレンシャル、６１ リングギヤ（入力要素）、６２、６３、６４、６５ ギヤ（歯車要素）、７１ 第一サンギヤ、７２ 第二サンギヤ、７３ 第三サンギヤ、８１ 第一プラネタリギヤ、８２ 第二プラネタリギヤ、８３ 第一キャリヤ、８４ 第二キャリヤ、９０ 減速機構、９１、９２ ピニオンギヤ（減速機構）、１００ ケーシング（第一ハウジング）、１０２ 小径部１
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主動力源からトルクが入力される入力軸と、
前記入力軸から前記主動力源のトルクが入力される入力要素、および前記入力要素から入力されたトルクを二つの出力要素に前記出力要素間の差動を許容して配分する歯車要素を有するディファレンシャル機構と、
前記出力要素の一方である第一出力要素の外周側に前記第一出力要素と同軸に配置され、前記入力要素と一体に回転する第一サンギヤと、
前記第一サンギヤと噛み合う第一プラネタリギヤと、
前記第一出力要素の外周側に前記第一出力要素と同軸に配置され、前記第一プラネタリギヤに前記第一サンギヤとともに噛み合い、前記第一サンギヤとわずかに歯数が異なる第二サンギヤと、
前記第一プラネタリギヤを、前記第一出力要素、前記第一サンギヤおよび前記第二サンギヤの外周側で前記第一出力要素および前記第一サンギヤと同軸に公転可能かつ自転可能に支持する第一キャリヤと、
前記第一出力要素とともに同軸に回転し、前記第一サンギヤと歯数が同一の第三サンギヤと、
前記第二サンギヤおよび前記第三サンギヤと噛み合う第二プラネタリギヤと、
前記第二プラネタリギヤを、前記第一出力要素、前記第二サンギヤおよび前記第三サンギヤの外周側で自転可能に支持するとともに、前記第二プラネタリギヤの前記第一出力要素の周方向への公転を規制する第二キャリヤと、
前記第一キャリヤを前記第一出力要素の周方向へ公転させるトルクを発生する副動力源と、
を備えることを特徴とする差動装置。
【請求項２】
前記第一サンギヤと前記第二サンギヤとの歯数の差は、最小が１であり、最大が３であることを特徴とする請求項１記載の差動装置。
【請求項３】
前記第一出力要素、前記第一サンギヤ、前記第一プラネタリギヤ、前記第一キャリヤ、前記第二サンギヤ、前記第三サンギヤおよび前記第二プラネタリギヤを収容するケーシングを備え、
前記第二キャリヤは、前記ケーシングに固定されていることを特徴とする請求項１または２記載の差動装置。
【請求項４】
前輪側または後輪側のいずれか一方において、左輪と右輪との差動を発生または制限する請求項１から３のいずれか一項記載の差動装置と、
前記主動力源からのトルクを前記前輪側および前記後輪側へ分配する駆動力伝達装置と、
前記差動装置を収容する第一ハウジングと、
前記駆動力伝達装置を収容する第二ハウジングとを備え、
前記第一ハウジングは、内部に前記入力軸を収容する部分に前記ディファレンシャル機構を収容する部分よりも外径が小さな小径部を有し、
前記副動力源は、重力方向において前記小径部の上方に設置されていることを特徴とする車両の駆動力伝達ユニット。
【請求項１】
主動力源からトルクが入力される入力軸と、
前記入力軸から前記主動力源のトルクが入力される入力要素、および前記入力要素から入力されたトルクを二つの出力要素に前記出力要素間の差動を許容して配分する歯車要素を有するディファレンシャル機構と、
前記出力要素の一方である第一出力要素の外周側に前記第一出力要素と同軸に配置され、前記入力要素と一体に回転する第一サンギヤと、
前記第一サンギヤと噛み合う第一プラネタリギヤと、
前記第一出力要素の外周側に前記第一出力要素と同軸に配置され、前記第一プラネタリギヤに前記第一サンギヤとともに噛み合い、前記第一サンギヤとわずかに歯数が異なる第二サンギヤと、
前記第一プラネタリギヤを、前記第一出力要素、前記第一サンギヤおよび前記第二サンギヤの外周側で前記第一出力要素および前記第一サンギヤと同軸に公転可能かつ自転可能に支持する第一キャリヤと、
前記第一出力要素とともに同軸に回転し、前記第一サンギヤと歯数が同一の第三サンギヤと、
前記第二サンギヤおよび前記第三サンギヤと噛み合う第二プラネタリギヤと、
前記第二プラネタリギヤを、前記第一出力要素、前記第二サンギヤおよび前記第三サンギヤの外周側で自転可能に支持するとともに、前記第二プラネタリギヤの前記第一出力要素の周方向への公転を規制する第二キャリヤと、
前記第一キャリヤを前記第一出力要素の周方向へ公転させるトルクを発生する副動力源と、
を備えることを特徴とする差動装置。
【請求項２】
前記第一サンギヤと前記第二サンギヤとの歯数の差は、最小が１であり、最大が３であることを特徴とする請求項１記載の差動装置。
【請求項３】
前記第一出力要素、前記第一サンギヤ、前記第一プラネタリギヤ、前記第一キャリヤ、前記第二サンギヤ、前記第三サンギヤおよび前記第二プラネタリギヤを収容するケーシングを備え、
前記第二キャリヤは、前記ケーシングに固定されていることを特徴とする請求項１または２記載の差動装置。
【請求項４】
前輪側または後輪側のいずれか一方において、左輪と右輪との差動を発生または制限する請求項１から３のいずれか一項記載の差動装置と、
前記主動力源からのトルクを前記前輪側および前記後輪側へ分配する駆動力伝達装置と、
前記差動装置を収容する第一ハウジングと、
前記駆動力伝達装置を収容する第二ハウジングとを備え、
前記第一ハウジングは、内部に前記入力軸を収容する部分に前記ディファレンシャル機構を収容する部分よりも外径が小さな小径部を有し、
前記副動力源は、重力方向において前記小径部の上方に設置されていることを特徴とする車両の駆動力伝達ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１１２４７４（Ｐ２００６−１１２４７４Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９８５７７（Ｐ２００４−２９８５７７）
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（０００００３４７０）豊田工機株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１３日（２００４．１０．１３）
【出願人】（０００００３４７０）豊田工機株式会社 (198)
【Ｆターム（参考）】
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