(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達機構の動力伝達の断続を行う切換えユニットによって、２輪駆動と４輪駆動との切換えを行う不整地走行車両の２輪４輪駆動切換え装置において、動力伝達機構中に設けたインナーリングと、前記インナーリングと同心状に固定された中空のアウターリングと、このアウターリングとインナーリングとの環状空間内に介在するリテーナと、このリテーナの周方向位置に形成したポケット内に収容される係脱部材と、前記インナーリングまたはアウターリングに対して前記リテーナの位相を変えることにより、前記係脱部材と前記インナーリング、および前記アウターリングとの間に楔係合状態を形成して、前記インナーリングとアウターリングの両方向の結合、および切り離しを行うクラッチ装置とによって前記切換えユニットを構成し、前記クラッチ装置を、インナーリングに相対的に回動可能に設けられたクラッチ板と、アウターリングと相対回転不能に設けられたロータと、これらクラッチ板とロータを吸着する電磁コイルと、この電磁コイルの電流がＯＦＦの時、リテーナの位相をインナーリングとアウターリングが空転する中立位置に付勢するスイッチばねと、前記不整地走行車両の車軸の角加速度が大きいときに、その変動を感知するセンサー信号に依存して、電磁コイルに供給する電流を大きくするように変化させる制御器とを備える電磁クラッチによって構成し、前記電磁クラッチがＯＮの時、クラッチ板とロータの接触トルクが、リテーナおよび係脱部材をインナーリングとアウターリングが空転する中立位置に付勢するスイッチばねのトルクと、インナーリング、アウターリングの角加速度によるリテーナと係脱部材の慣性トルクとの和よりも上回るようにし、走行中においても２輪駆動と４輪駆動との切換えを運転者によって適宜行えるようにしたことを特徴とする不整地走行車両の２輪４輪駆動切換え装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、いわゆるＡＴＶ（All  Terrain  Vehicle）と称される不整地走行車両における２輪４輪駆動切換え装置、即ち、前輪へ伝達される動力の断続を行うことにより、後輪駆動の形態と４輪駆動の形態とに切換える装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２輪駆動と４輪駆動を切換えて走行できる不整地走行車両が知られている。図６および図７は、この不整地走行車両の一例を示すもので、これらの図において符号１で示す車両は、エンジン２が中央部に搭載される車体フレーム３と、この車体フレーム３の前部および後部の両側に配設される前輪４および後輪５と、前記車体フレーム３の前方上部に配設されて、前記前輪４の操舵を行うステアリングハンドル６と、前記エンジン２の上方で、前記車体フレーム３に取り付けられた燃料タンク７の後方に取り付けられたシート８とによって概略構成されている。
【０００３】
前記各前輪４は、図７に示すように、前記車体フレーム３の前部両側部に設けられた懸架装置９によって上下動可能に支持され、また、前記各後輪５は、前記車体フレーム３の後部両側部に設けられた懸架装置１０とによって、それぞれ上下可能に支持されている。
【０００４】
また、前記車体フレーム３の前方中央部および後方中央部には、前記エンジン２にプロペラシャフト１１、１２によって連結された前輪用最終減速器１３と後輪用最終減速器１４が設けられ、これらの前輪用最終減速器１３と後輪用最終減速器１４のそれぞれに、左右の前輪４および左右の後輪５が接続されている。
【０００５】
そして、たとえば、前記前輪用最終減速器１３とプロペラシャフト１１との間に、前記前輪４へ伝達される動力の断続を行い、後輪駆動の形態と４輪駆動の形態とに切換える２輪４輪駆動切換え装置が設けられている。
【０００６】
この駆動形態の切換えは、路面状態や走行形態等に応じ、運転者によって適宜切換えられるものである。
【０００７】
この２輪４輪駆動切換え装置として、たとえば、図８に示す構造のものが提案されている。
【０００８】
この図において符号１５で示す２輪４輪駆動切換え装置は、前輪用最終減速器１３の入力軸１６を軸方向に２分割して形成され、同一軸線上において突き合わされる２つの入力軸構成体１６ａ・１６ｂと、これらの接続と切り離しを行う切換えユニット１７とによって構成されている。
【０００９】
詳述すれば、前記前輪用最終減速器１３側に位置させられる入力軸構成体１６ａの端面中央には円柱状の位置決め突起１８が突設され、また、外側に位置させられる入力軸構成体１６ｂの端面中央には、前記位置決め突起１８が回転自在に嵌合させられる位置決め凹部１９が形成され、両入力軸構成体１６ａ・１６ｂを、位置決め突起１８と位置決め凹部１９とを嵌合させるようにして突き合わせることにより、両入力軸構成体１６ａ・１６ｂが、同一軸線上に位置させられるとともに、相対回転自在に連結されるようになっている。
【００１０】
また、前記両入力軸構成体１６ａ・１６ｂのそれぞれの突き合わせ部の外周面には、スプラインＳ１、Ｓ２が形成されているとともに、この突き合わせ部を取り囲むように前記切換えユニット１７が設けられている。
【００１１】
この切換えユニット１７は、内面にスプラインが形成されて、前記入力軸構成体１６ａ・１６ｂの突き合わせ部に摺動可能に被嵌されて、それぞれのスプラインＳ１、Ｓ２に係脱させられる切換えリング２０と、この切換えリング２０を前記両入力軸構成体１６ａ・１６ｂの軸方向に摺動させて、一方の入力軸構成体１６ａのみに噛合させる位置と、両入力軸構成体１６ａ・１６ｂのスプラインＳ１、Ｓ２に同時に噛合させる位置とに選択的に移動させるソレノイドからなる駆動機構２１とによって構成されている。
【００１２】
このように構成された２輪４輪駆動切換え装置１５は駆動機構２１によって、前記切換えリング２０を一方向に移動させて、一方の入力軸構成体１６ａのみに噛合させて前輪４への駆動力の伝達を遮断することにより、後輪のみを駆動する２輪駆動の形態とし、また、前記切換えリング２０を摺動させることにより、この切換えリング２０を、一方の入力軸構成体１６ａに噛合させた状態で他方の入力軸構成体１６ｂへ噛合させ、これによって、両入力軸構成体１６ａ・１６ｂを連結することにより前輪４へ駆動力を伝達し、前輪４および後輪５を同時駆動する４輪駆動の形態とするようになっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の２輪４輪駆動切換え装置１５にあっては、次のような改善すべき課題が残されている。
【００１４】
すなわち、駆動形態の切換え時に、前輪４と後輪５との間に少しでも周速差があると、切換えリング２０と入力軸構成体１６ｂとの噛合がうまく行かない可能性がある。
【００１５】
また、切換えが行われた場合にあっても、その切換え時にスプライン同士がぶつかり、音が発生するといった課題もある。
【００１６】
車両が２輪駆動で走行中には、エンジンやブレーキによる加減速や旋回等で前後輪の間には少なからず周速差が発生している。また不整地走行車両においては４輪駆動時の操縦安定性を向上させるために、前後の最終減速器を異なる減速比として４輪駆動時には前後輪間にトルクが常に発生するよう設定しているものもあり、この場合２輪駆動走行時は常に駆動切換え装置の駆動側と従動側には、走行中においては周速差が発生している。したがって、基本的には車両を一旦停止させて切換える必要がある。
【００１７】
そして、このような課題を解消するためには、切換えリング２０のスプラインと入力軸構成体１６ｂのスプラインとを同期させる、即ち、位置合わせを行う機構が必要となることから、構造が複雑になり、また、２輪４輪駆動切換え装置１５を組み込む際に、組み込み位置の部材を、既存の構造から大幅に変更する必要がある。
【００１８】
そこで、この発明の課題は、上述の問題を解決し、前輪と後輪との間に周速差があっても確実に４輪駆動に切換えられる切換え装置で、しかも構成が簡素でコンパクトなものを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、不整地走行車両における２輪駆動の切換えを行う切換えユニットを、動力伝達機構中に設けたインナーリングと、前記インナーリングと同心状に固定された中空のアウターリングと、このアウターリングとインナーリングとの環状空間内に介在するリテーナと、このリテーナの周方向位置に形成したポケット内に収容される係脱部材と、前記インナーリングまたはアウターリングに対して前記リテーナの位相を変えることにより、前記係脱部材と前記インナーリング、および前記アウターリングとの間に楔係合状態を形成して、前記インナーリングとアウターリングの両方向の結合、および切り離しを行うクラッチ装置とによって構成し、前記クラッチ装置を、インナーリングに相対的に回動可能に設けられたクラッチ板と、アウターリングと相対回転不能に設けられたロータと、これらクラッチ板とロータを吸着する電磁コイルと、前記不整地走行車両の車軸の回転変動が大きいときに、その変動を感知するセンサー信号に依存して、電磁コイルに供給する電流を変化させる制御器とを備える電磁クラッチによって構成することにより、走行中においても２輪駆動と４輪駆動との切換えを可能にしたものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。
図１において符号３０で示す２輪４輪駆動切換え装置は、前輪４とエンジン２との間に設けられた動力伝達機構に設けられたもので、この動力伝達機構における動力伝達の断続を行う切換えユニット３１からなる。
【００２１】
この切換えユニット３１は、駆動側に連結された駆動軸３２と、この駆動軸３２と従動軸３３との隙間に介装され、これらの対向面に係脱させられることにより、これらの駆動軸３２と従動軸３３との接続および切り離しを行う複数の係脱部材３４と、これらの係脱部材３４を、前記駆動軸３２と従動軸３３とを接続する位置と切り離す位置とに選択的に位置させる電磁クラッチ３５と、これらを取り囲むケーシング３６とによって概略構成されている。
【００２２】
前記ケーシング３６内には、エンジン２側へ突出する円筒状のアウターリング３７が軸受３８を介して回転自在に設けられている。
【００２３】
このアウターリング３７の前記エンジン２側の端部内周面には、スプライン３９が形成されており、このアウターリング３７に、前記スプライン３９と噛合するようにして前記駆動軸３２が挿入されることにより、この駆動軸３２と前記アウターリング３７とが連結されている。
【００２４】
また、前記アウターリング３７の内部には、円筒状のインナーリング４０が、前記アウターリング３７の内周面との間に所定幅の環状空間をおいて配設されている。
【００２５】
このインナーリング４０の内面にはスプライン４１が形成されており、前記ケーシング３６内に挿入される前記従動軸３３が、前記スプライン４１を介して前記インナーリング４０に連結されている。
【００２６】
そして、この従動軸３３の長さ方向の中間部は、前記ケーシング３６に取り付けられた軸受４２によって回転自在に支持されている。
【００２７】
また、前記従動軸３３の先端部にはベベルギヤ４３が一体に設けられており、前輪用最終減速器１３のリングギヤ４４に噛合させられている。
【００２８】
前記切換えユニット３１は、図２に示すように、インナーリング４０と、このインナーリング４０と同心状に固定された中空のアウターリング３７と、前記アウターリング３７を、軸受３８を介して支持するハウジング３６と、このアウターリング３７とインナーリング４０との環状空間内に介在するリテーナ４５と、このリテーナ４５の周方向位置に形成したポケット内に収容される係脱部材３４としてのローラと、前記インナーリング４０またはアウターリング３７に対して前記リテーナ４５の位相を変えることにより、前記係脱部材３４を前記インナーリング４０とアウターリング３７との間に係合することで、前記インナーリング４０とアウターリング３７との係合、脱離を行う電磁クラッチ３５とからなる。
【００２９】
前記インナーリング４０の内周には、従動軸３３がスプライン４１によって嵌合されている。前記インナーリング４０の外周には、複数のカム面４６を設け、このインナーリング４０と同心状に固定された中空のアウターリング３７の内周に円筒面４７を設け、インナーリング４０のカム面４６とアウターリング３７の円筒面４７とにより、環状の楔形空間を形成している。この楔形空間内には、リテーナ４５を設けており、リテーナ４５に形成した複数のポケットに係脱部材３４としてのローラを組み込み、ローラが円筒面４７とカム面４６に係合しない中立位置へリテーナ４５を支持付勢するスイッチばね５３を設け、このリテーナ４５の位相を、電磁クラッチ３５によって変えることにより、前記係脱部材３４が前記インナーリング４０とアウターリング３７との間で係合、脱離するようにしている。
【００３０】
前記リテーナ４５は、支持プレート５５を介して両端でインナーリング４０に対し、回転方向には揺動可能で、軸方向にはスライド不能に支持されている。リテーナ４５の一端には２つの切欠が設けられ、支持プレート５５に一体に形成された対称２つの爪部がその切欠に嵌合し、かつ支持プレート５５の爪部は、クラッチ板５０の方に折れ曲がっている。折れ曲がった爪部の先端は、円盤状のクラッチ板５０に設けられたスリットにルーズに嵌合されおり、クラッチ板５０と支持プレート５５とは相対回転不可能かつ軸方向にはスライド可能になっている。
【００３１】
このクラッチ板５０は、その内径面でインナーリング４０に一体に形成された円筒形の案内軸部５６に案内嵌合され、このインナーリング４０の案内軸部５６に対し、軸方向及び回転方向に移動可能になっている。
【００３２】
また、アウターリング３７には、非磁性体材料によって形成した円筒状のロータ支持部４８を有し、このロータ支持部４８内に固定された断面コ字状のロータ５４が固定されている。
【００３３】
前記ロータ５４には、適当な隙間を介して前記クラッチ板５０が重ね合わされ、そのロータ５４とクラッチ板５０を電磁力により圧接させるための電磁コイル４９が設けられている。
【００３４】
この電磁コイル４９の電流がＯＦＦの時、スイッチばね５３によってリテーナ４５及び係脱部材３４としてのローラは、図５（ａ）に示すように、インナーリング４０に設けたカム面４６の中立位置に付勢されており、インナーリング４０とアウターリング３７が空転する状態になる。そして、インナーリング４０とアウターリング３７を係合駆動させたいときは電磁コイル４９ヘ電流を流すことにより、リテーナ４５に支持プレート５５を介して連結しているクラッチ板５０を、アウターリング３７に固定されたロータ５４に電磁力でもって吸引圧接させる。圧接による摩擦トルクは、クラッチ板５０、ロータ５４を介してリテーナ４５とアウターリング３７間に作用し、インナーリング４０とアウターリング３７が相対回転すると、摩擦トルクがスイッチばね５３のトルクに打勝って、リテーナ４５、係脱部材３４としてのローラはアウターリング３７と同回転する。その結果、図５（ｂ）に示すように、係脱部材３４としてのローラはカム面４６の中立位置から楔係合位置に移動し、インナーリング４０とアウターリング３７が係合駆動する。
【００３５】
そして、前記アウターリング３７、インナーリング４０、および電磁クラッチ３５は、前記ケーシング３６内に組み込まれてユニット化され、図１に示すように、従動軸３３が装着された状態において、ケーシング３６が前記前輪用最終減速器１３のケースにボルト締めされることによって、この前輪用最終減速器１３に取り付けられる。
【００３６】
また、前記電磁コイル４９には、そのＯＮ・ＯＦＦを制御するコントロールユニット５１と、前記電磁コイル４９の駆動電力を供給する電源５２が接続されている。
【００３７】
このように構成されたこの実施形態に係る駆動切換え装置３０は、前輪４への駆動力の伝達を解除するために、前記電磁コイル４９への通電を遮断して、電磁クラッチ３５によるリテーナ４５とアウターリング３７との固定を解除する。
【００３８】
これによって、図５（ａ）に示すように、前記係脱部材３４が、前記カム面４６の中立位置に位置させられて、前記アウターリング３７から離間した位置に保持される。
【００３９】
この結果、前記アウターリング３７とインナーリング４０とが切り離されることとなり、前記駆動軸３２の回転が従動軸３３へ伝達されることが阻止され、前輪４の駆動が停止される。
【００４０】
また、４輪駆動の駆動形態にするには、前記電磁コイル４９へ通電して電磁クラッチ３５をつなぐことにより、前記リテーナ４５をアウターリング３７に固定する。これによって、前記リテーナ４５に保持されている係脱部材３４がアウターリング３７と共に移動させられて、図５（ｂ）に示すように、前記インナーリング４０に形成されている前記カム面４６の楔係合位置に移動させられるとともに、アウターリング３７の内面に当接させられる。
【００４１】
この結果、前記アウターリング３７とインナーリング４０とが、前記係脱部材３４を介して連結され、これに伴い、駆動軸３２と従動軸３３とが連結され、駆動軸３２の回転が従動軸３３へ伝達され、前輪４の駆動が開始される。
【００４２】
このように構成された２輪４輪駆動切換え装置３０にあっては、２輪駆動から４輪駆動に切り換わる時、切換えユニット３１内で軸方向に動くのはクラッチ板５０のみであり、係脱部材３４は、周方向に移動してアウターリング３７とインナーリング４０との間に挟み込まれる。そのため、切換えユニットの入出力間に周速差があっても、従来例のように軸方向にスプラインが嵌まらず異音を生じることなく、容易に係脱部材３４はインナーリング４０とアウターリング３７に噛合することができ、前輪側に動力伝達が可能になる。
【００４３】
また、前後輪４、５に周速差があっても駆動軸３２と従動軸３３との接続および切り離しが可能であるから、車両が走行中であっても２輪駆動と４輪駆動の切換えが容易に可能となる。
【００４４】
また、同期装置等の補助的な機構を設ける必要が無く、この点からも構成が簡素化される。
【００４５】
この発明の切換えユニット３１においては、４輪駆動の駆動形態時は電磁クラッチ３５のクラッチ板５０とロータ５４の接触トルクは、リテーナ４５およびローラをインナーリング４０の中立位置に付勢するスイッチばね５３が発生するトルクに打勝つように設定されているが、インナーリング４０、アウターリング３７の回転変動（角加速度）によってはリテーナ４５やローラ等の慣性トルクも加わっている。このため、切換えユニット３１のローラを両楔係合位置に遅れなく的確に移動させ、正逆両方向にも正常な駆動を保つためには、電磁クラッチ３５のトルクはスイッチばね５３のトルクと前記慣性トルクの和よりも上回っていることが望ましい。
【００４６】
特にＡＴＶにおいては走行時にジャンプする機会が多く、着地時には路面と車輪との衝撃的な接触や前後の重量配分変化などで、車軸の回転が急激な変化が生じてもクラッチの係合がはずれないよう電磁クラッチ３５のトルクが大きいことが必要である。
【００４７】
この場合でも、異常なく４輪駆動を保持するために電磁クラッチ３５のトルクは前記のようにスイッチばね５３のトルクに対して、ある程度のマージンをもったトルクが必要であり、そのトルクを確保するために電磁クラッチ３５の構成部材を大きくし、電磁コイル４９に大きな電流を流すことが必要となる。
【００４８】
しかし、前記のような回転変動が急激である時間は走行時間としては極めて短いため、前記のような回転変動が急激であることをコントロールユニット５１で感知し、その時間のみ電磁クラッチ３５への駆動電流を大きくするように制御することによって、電磁クラッチ３５に一時的に、必要な時だけ電磁クラッチ３５に大きなトルクを発生させることができる。回転変動の感知する検出器としては、例えば回転センサーを用いることができ、その他振動センサー等を用いてＡＴＶがジャンプした状態を検知してもよい。これらの入力信号から電流を増加させる閾値を設定して制御すればよい。電流の増減には例えばＰＷＭ制御等の手法を用いてもよい。
【００４９】
このような制御をすることで、むやみに電磁クラッチ３５を大きくする必要が無く、小型、軽量化することが可能であり、また経済的である。
【００５０】
尚、前記の制御で行う電流増加は実用上過渡的なため、消費電力や発熱に影響はほとんど無い。
【００５１】
【発明の効果】
この発明は、不整地走行車両における２輪駆動の切換えを行う切換えユニットを、動力伝達機構中に設けたインナーリングと、前記インナーリングと同心状に固定された中空のアウターリングと、このアウターリングとインナーリングとの環状空間内に介在するリテーナと、このリテーナの周方向位置に形成したポケット内に収容される係脱部材と、前記インナーリングまたはアウターリングに対して前記リテーナの位相を変えることにより、前記係脱部材と前記インナーリング、および前記アウターリングとの間に楔係合状態を形成して、前記インナーリングとアウターリングの両方向の結合、および切り離しを行うクラッチ装置とによって構成し、前記クラッチ装置を、インナーリングに相対的に回動可能に設けられたクラッチ板と、アウターリングと相対回転不能に設けられたロータと、これらクラッチ板とロータを吸着する電磁コイルと、前記不整地走行車両の車軸の回転変動が大きいときに、その変動を感知するセンサー信号に依存して、電磁コイルに供給する電流を変化させる制御器とを備える電磁クラッチによって構成したものである。
【００５２】
したがって、この発明に係る切換え装置では、２輪駆動から４輪駆動に切り換わる時、切換えユニット３１内で軸方向に動くのはクラッチ板５０のみであり、係脱部材３４は、周方向に移動してアウターリング３７とインナーリング４０との間に挟み込まれる。そのため、切換えユニットの入出力間に周速差があっても、従来例のように軸方向にスプラインが嵌まらず音を生じることなく、容易に係脱部材３４はインナーリング３７とアウターリング４０に噛合することができ、前輪側に動力伝達が可能になる。
【００５３】
また、前後輪４、５に周速差があっても駆動軸３２と従動軸３３との接続および切り離しが可能であるから、車両が走行中であっても２輪駆動と４輪駆動の切換えが容易に可能となる。
【００５４】
また、同期装置等の補助的な機構を設ける必要が無く、この点からも構成が簡素化される。
【００５５】
また、車軸の回転変動等をセンサーによって感知演算し、必要に応じて電磁石への駆動電流の大きさを制御することにより、電磁石のサイズや消費電力を小さく抑えたままで、車両の状況に応じて必要な電磁クラッチトルクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る２輪４輪駆動切換え装置の切換えユニット部分の全体断面図
【図２】同上の部分拡大図
【図３】図２のＡ−Ａ線の断面図
【図４】図２のＢ−Ｂ線の断面図
【図５】（ａ）は係脱部材がカム面の中立位置にある状態を示す部分断面図、（ｂ）は係脱部材がカム面の楔係合位置にある状態を示す部分断面図
【図６】不整地走行車両の一例を示す側面図
【図７】不整地走行車両の駆動機構の一例を示す平面図
【図８】従来例の２輪４輪駆動切換え装置の切換えユニット部分の全体断面図
【符号の説明】
１  車両
２  エンジン
３  車体フレーム
４  前輪
５  後輪
６  ステアリングハンドル
７  燃料タンク
８  シート
９、１０  懸架装置
１１、１２  プロペラシャフト
１３  前輪用最終減速器
１４  後輪用最終減速器
３０  ２輪４輪駆動切換え装置
３１  切換えユニット
３２  駆動軸
３３  従動軸
３４  係脱部材
３５  電磁クラッチ
３６  ケーシング
３７  アウターリング
３８  軸受
３９  スプライン
４０  インナーリング
４１  スプライン
４２  軸受
４３  ベベルギヤ
４４  リングギヤ
４５  リテーナ
４６  カム面
４７  円筒面
４８  ロータ支持部
４９  電磁コイル
５０  クラッチ板
５１  コントロールユニット
５２  電源
５３  スイッチばね
５４  ロータ
５５  支持プレート
５６  案内軸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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