JP2000240760A - 差動歯車機構 - Google Patents
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Abstract
構を提供すること。 【解決手段】手動モードと自動モードで作動可能な差動
装置ロック機構であって、該機構は、歯車ケース(11)と
サイド歯車(23)を含む差動歯車装置を備えている。サイ
ド歯車(23)のフランジ部には歯車歯が形成されており、
隣接するロック部材の歯車歯と連結される。ロック部材
と一体の内側作動板と、歯車ケース(11)の外側に配置さ
れた外側作動板と、カムボール(73)とからボールランプ
アクチュエータを構成する。入力信号があると、ボール
ランプアクチュエータに隣接して配置した電磁コイルア
センブリが作動して、外側作動板の回転を遅らせること
により内側作動板を軸方向に移動させて、サイド歯車(2
3)の歯車歯とロック部材の歯車歯を連結させる。
Description
差動歯車装置が電気入力信号に応答してロックされる形
式の差動装置に関する。
区画する歯車ケースを有しており、この歯車室内には、
少なくとも一つの入力ピニオン歯車と、一対の出力サイ
ド歯車を含む差動歯車セットが配設されている。一般的
に、クラッチパックは、少なくとも一方のサイド歯車と
隣接する歯車ケース面との間に配設されており、歯車ケ
ースと一方のサイド歯車との間の相対回転を制限するよ
うに作動する。この形式の差動装置では、種々の手法で
クラッチパックを係合させることができる。
動装置が、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第Re
28、004号に開示されている。この特許は参考とし
て本説明に含まれる。この特許のクラッチパックは普通
に連結解除されるが、車輪の一つが空転し始めると、速
度感知機構により速度差を感知し、ランプ機構を介して
クラッチパックを固くロックする。その後、差動装置の
両出力軸は同じ速度で回転する。
に参考として含まれる米国特許第5、019、021号
には、他の手法が示されている。この「差動制限装置」
では、外部からの電気入力信号に応答してクラッチパッ
ク上の負荷を変化させて、即ち、クラッチパック内のス
リップ量を変化させて、一方のサイド歯車から他方のサ
イド歯車に伝達されるトルク量を変化させる。当業者に
は周知のように、一般的に、差動制限装置では、車両が
最適なトラクション状態にない場合には常に、両サイド
歯車間には、一定の「スリップ」量、即ち、速度差が存
在する。
ク装置の性能は十分であるが、特定の車両に適用する場
合にある種の設計上の不利が存在する。つまり、少なく
とも一つのクラッチパック或は一般的に二つのクラッチ
パックを必要とするため、特に、連続するスリップ状態
での温度上昇に耐えられるように、個々のクラッチディ
スク材として、より高性能の摩擦材を必要とする場合、
差動装置の総コストが増加してしまう。
differential)にかえてトラクション修正式差動装置(tr
action modifying differential)を車両に適用する場
合、周囲の構造を改造することなく、オープン式差動装
置のスペース内にトラクション修正式差動装置を装着し
なければならない。この場合、既存の差動装置のケース
内に、一つあるいは二つのクラッチパックを追加する場
合、ピニオン歯車やサイド歯車を改造したり、或いはこ
れらの歯車のサイズを小さくする必要があるため、実行
可能性が低くなる。
ストで摩擦ディスク用のスペースを必要としない差動装
置ロック機構を提供することにある。
力信号に応答して、素早く連結或いは連結解除される差
動装置ロック機構を提供することにある。
達成すると共に、最低限の構造改造を必要とするコンパ
クトな作動機構を備えた差動装置ロック機構を提供する
ことにある。
は、回転軸を限定し、歯車室を区画する歯車ケースを備
えた差動歯車機構を提供することにより達成される。差
動歯車機構は歯車室内に配設されており、少なくとも一
つの入力歯車と第一及び第二出力歯車を有している。差
動歯車機構は、歯車ケースと共転する第一出力歯車の回
転を制限する手段を有している。差動歯車機構は、回転
制限手段の作動手段を備えており、該作動手段は、カム
−ランプ式アクチュエータを構成する第一及び第二作動
板を有している。第一及び第二作動板が非作動状態から
作動状態に相対的に回転することにより、回転制限手段
を係合状態に移動させる。非作動状態において、第二作
動板は歯車ケースと一緒に回転するように配設されてい
る。第二作動板に隣接して電磁アクチュエータが配設さ
れており、該電磁アクチュエータは、電気入力信号に応
答して第二作動板と摩擦係合する作動位置に移動する摩
擦手段を有しており、第一及び第二作動板を作動状態へ
相対的に回転させる。
隣接して配設されたロック部材を構成する回転制限手段
を特徴としており、ロック部材は、歯車ケースに対して
非回転可能に固定され、軸方向に移動可能である。被ロ
ック部材は第一出力歯車と共転するように固定されてい
る。ロック部材及び被ロック部材は、第一及び第二作動
板が作動状態に回転されると、両部材の相対回転を互い
にロックして、第一出力歯車を歯車ケースに対してロッ
クする。
が、図面を参照すると、図1には、本発明の差動装置ロ
ック機構の軸方向断面が示されている。図1に示す形式
の差動装置の構造及び作用は、上述した特許を参照する
ことによりさらに良く理解できるであろう。
ス11を有する差動歯車機構(差動装置ロック機構)が
示されている。一般的に、差動装置には、歯車ケース1
1のフランジ15にボルト16などの適宜の手段により
取り付けられた入力リング歯車14を介してトルクが入
力される。
に回転可能に装着された一対の入力ピニオン歯車17を
含む差動歯車セットが配設されている。一般的に、ピニ
オンシャフト19は、固定ピン(図示しない)などの適
宜の手段を介して歯車ケース11に固定されている。ピ
ニオン歯車17は、差動歯車セットの入力歯車を構成し
ており、一対のサイド歯車23及び25と噛み合ってい
る。サイド歯車23及び25には、直線状の内側スプラ
イン27及び29が形成されており、一対の出力軸(図
示しない)の外側スプラインとスプライン結合されてい
る。歯車ケース11は、一対の軸受セット35及び37
に装着される環状のハブ部31、33を有しており、差
動歯車機構は一対の軸受セットを介して外側の差動装置
ハウジング(H)に対して回転支持されている。図1に
示す歯車ケース11は、二部材から構成されているが、
これは本発明の本質的な特徴を示すものではないことに
注意すべきである。
中には、左右のサイド歯車23及び25間に差動作用は
起こらないため、ピニオン歯車17はピニオンシャフト
19に関して回転しない。歯車ケース11、ピニオン歯
車17、両サイド歯車23及び25は、一体のユニット
として回転軸Aに関して回転する。
ードで作動できることを理解すべきである。差動装置
は、ドライバーがロックモードを手動的に選択すること
により手動的に操作可能であり、車両が動き始めると、
差動装置は直ちにロックモードで作動される。また、差
動装置ロック機構は、自動モードでも操作でき、例え
ば、車両のマイクロプロセッサが車輪スリップなどの作
動状態を感知して、適宜の電気入力信号を差動装置ロッ
ク機構へ伝達し、サイド歯車23を歯車ケース11に対
してロックして、さらなる差動作用を防止する。
合には、車両の旋回、タイヤサイズの違いなどのある特
定の作動状態では、サイド歯車23と25の間に所定量
の差動作用が生じることを理解すべきである。しかしな
がら、本発明の一つの重要な特徴によれば、図1に示す
差動装置ロック機構は、クラッチパックや差動作用を単
に遅らせたり制限する他の機構を含んでいない。
ク機構は、歯車ケース11内に配設された回転制限機構
39を有している(図5も参照)。また、差動装置ロッ
ク機構は、一部が歯車ケース11の内部に、他の一部が
歯車ケース11の外側に配設された作動機構41を備え
ている。
9は、歯車ケース11の径方向内側で放射方向外側に延
びる「被ロック部材」を構成する環状フランジ部43を
備えたサイド歯車23を有している。好適には、被ロッ
ク部材43は、部品数を減らし、製造コストを低減する
ように、サイド歯車23と一体に形成されているが、被
ロック部材43がサイド歯車23と一緒に回転するよう
にサイド歯車に固定されていることが重要である。フラ
ンジ部43の「外側」表面、即ち、図2の左側には、歯
車歯45が環状に配列されている。歯車歯の形状や形式
は本発明の本質的な特徴ではないが、好適には本発明の
範囲に含まれるべきものであることを理解すべきであ
る。歯車歯45に直に隣接して対面するように環状のロ
ック部材47が配設されており、該環状のロック部材4
7には、歯車歯45と噛み合い連結される環状に配列さ
れた歯車歯49が形成されている。図2には、歯車歯4
5と歯車歯49が噛み合っていない状態が示されてい
る。本発明の本質的な特徴ではないが、好適には、歯車
歯45及び49の列は、回転軸Aにほぼ垂直なピッチ平
面を画定している。しかしながら、歯車歯45及び49
のフランクは、図5に示すように、数度の角度でわずか
に傾斜して配置されることが有利であり、このようにす
ることにより、トルクを反転させることなく容易に歯車
歯の連結を解除することができることに注意すべきであ
る。
ン51が形成されており、歯車ケース11の左側の内径
に形成された一組の内側スプライン53とスプライン係
合される。ロック部材47は歯車ケース11に対して固
定されるが、図2に示す位置から歯車歯45と49が噛
み合い連結される位置まで軸方向に移動可能である。歯
車歯45と49が連結される位置が回転制限機構39の
連結位置である。ロック部材47と歯車ケース11の隣
接面との間には、一組の波形スプリングが配設されてお
り、ロック部材47を図2に示す連結解除位置に向けて
付勢している。
ンブリ、即ち、ボール−ランプアクチュエータと電磁ア
クチュエータから構成される作動機構41が示されてい
る。ボール−ランプアクチュエータは、本発明の特徴の
一つである環状の内側作動板57を備えており、該内側
作動板は環状のロック部材47と一体に成形されてい
る。また、ボール−ランプアクチュエータは環状の外側
作動板59を備えている(図3も参照)。この外側作動
板59は、スナップリング61とスラスト軸受63を介
して歯車ケース11に対して軸方向に保持されている。
が、また、外側作動板59には複数のランプ面67が形
成されている。この実施の形態では、3個のランプ面6
5と3個のランプ面67があり、図2に示す連結解除位
置、即ち、中立位置では、各ランプ面65は、いずれか
一つのランプ面67と周方向に整列されている。さら
に、各ランプ面65及び67の最深部は、歯車ケース1
1の端部壁71に形成されたほぼ円筒状の開口69と周
方向に整列されている。各開口69内には、隣接するラ
ンプ面65及び67と係合するカムボール73が配設さ
れている。本発明はカムボールに限定されるものではな
く、種々の他形式のカム−ランプ配列を用いることがで
きることを理解すべきである。好適には、前述した米国
特許第5,019,021号に開示されているように、
開口69はカムボール73よりもやや大きく形成されて
いる。このように、作動板57及び59、ランプ面65
及び67、開口69及びカムボール73によりボール−
ランプアクチュエータが構成されており、外側作動板5
9の回転を遅らせるように軸方向に比較的低いトルクを
伝達して、ロック部材47を連結位置へ移動させる。
エータを作動させるために、外側作動板59に所定の遅
延トルクを発生させる電磁コイルアセンブリ75を備え
ている。コイルアセンブリ75はほぼ環状で、回転軸A
に関して同心に形成され、ハウジングHに固着されてい
る。コイルアセンブリ75は、電磁コイル79を収容し
た環状のコイルハウジング77を有しており、1対のリ
ード線81を介して電気入力信号を受信している。ここ
では、非常にコンパクトであり、簡単に組付けることが
できるほぼ環状のコイルアセンブリ75が示されてい
る。好適には、コイルアセンブリ75は、1998年1
月2日に、David P.Godlew及びDavid M.Prestonの名前
で出願された「差動歯車機構及びそのボールランプアク
チュエーション」と題する米国特許出願第09/00
2、526号の開示内容にしたがって製造される。この
特許出願は本発明の譲受人に譲渡されたものであり、参
考として本説明に含まれる。
分解炭素(pyrolytic carbon)摩擦材などの適宜の摩擦材
層を具備したステンレススチール製スペーサ83が配設
されている。熱分解炭素摩擦材は、本発明の譲受人に譲
渡され、参考として本説明に含まれる米国特許第4,7
00,823号の開示内容にしたがって製造される。ス
ペーサ83は非磁性材から構成する必要があるため、コ
イル79の回りの磁束線はスペーサ83を通過しない
が、環状の駆動板85を通過する。そのため、コイル7
9が励磁されると、磁束線が駆動板85を通過して、駆
動板85を引き付けて、スペーサ83の摩擦材と摩擦係
合させる。図3に示されると共に、前述した米国特許出
願第09/002、526号に詳細に開示されているよ
うに、駆動板85及び外側作動板59は、複数の駆動ピ
ン87を介して相互に結合されている。駆動ピン87
は、駆動板85及び外側作動板59に形成された円形に
配列された開口にプレス装着されているため、駆動板8
5及び外側作動板59は円周方向には実質的に移動しな
い。
ていない場合は、駆動板85はコイルアセンブリ75か
ら離脱しており、ボール−ランプアクチュエータは、図
2に示すように、中央位置即ち中立位置に留まってお
り、歯車歯45及び49の連結は解除された状態のまま
である。この連結解除状態においては、差動装置はオー
プン式差動装置のように作動され、各駆動軸は単独で自
由に回転することができる。
ード及び自動モードのいずれでも作動させることができ
る。まず、手動モードについて考察すると、ドライバー
は車両が停止している状態で「ロック」モードを選択する
と、車両は移動していないのでロックアップは起こらな
い。しかしながら、コイル79は励磁され、駆動板85
を引き寄せる。車両が動き始めると、サイド歯車23と
歯車ケース11との間には如何なる差動作用も起こらな
いので、差動装置全体は一つのユニットとして回転を継
続する。しかしながら、本発明の一つの重要な特徴によ
れば、差動装置がハウジングHに関して回転し始めるや
否や、実質的なスリップ速度が形成される前に、ボール
−ランプアクチュエータが作動して、ロック部材47は
軸方向に移動され歯車歯45及び49が噛み合い連結さ
れる。ロック部材47は歯車ケース11にスプライン結
合され、非ロック部材43はサイド歯車23と一体であ
るため、歯車歯45及び49が噛み合い連結されると、
サイド歯車23は歯車ケース11に対して回転しないよ
うに固定され、その後、差動装置は、差動装置全体が一
つのユニットとして回転するロックモードで作動され
る。
輪の空転或は他の車両パラメータが感知されるまで、差
動装置は図2に示すような非連結状態で作動される。車
両のマイクロプロセッサから所定の信号がリード線81
に送信されるとコイル79が励磁される。コイル79が
励磁されるや否や、ボール−ランプアクチュエータが作
動して、歯車歯45及び49が連結される。自動モード
では、作動が開始される時にロック部材47と被ロック
部材43は相対的に回転している。しかしながら、歯車
歯45及び49の損傷を防止するために、所定の作動状
態が感知されたら直ちに連結させる方が好ましい。本発
明の利点の一つは、特に、自動モードで作動されている
場合に、機構は素早く反応できることである。つまり、
本発明の機構は、「連結」が指令されると200ミリセコ
ンド以内に連結状態を達成し、また、「連結解除」が指令
されると150ミリセコンド以内に連結解除状態を達成
できることである。
に、車両のマイクロプロセッサからのブレーキ信号に応
答して素早く連結解除させることができるため、差動機
構が車両のABSシステム(アンチロックブレーキシス
テム)の作動を妨げることはない。差動装置が連結解除
されると、各車輪には個々にブレーキが作用する。
してきたが、明細書を読んで理解することにより、本発
明を変更したり修正することは当業者であれば明らかで
あり、そのような変更や修正は、請求の範囲内にある限
り本発明に含まれるものである。
ク状態を示す軸方向断面図である。
ク状態を示す図1の部分拡大図である。
の右方から見た平面図である。
状態を示す図2と同様の部分拡大図である。
り欠いた本発明の差動装置ロック機構の斜視図である。
Claims (11)
- 【請求項1】回転軸(A)を限定し、歯車室(13)を
区画する歯車ケース(11)と;前記歯車室(13)内
に配置され、少なくとも一つの入力歯車(17)と第一
出力歯車(23)及び第二出力歯車(25)を含む差動
歯車手段と;前記歯車ケース(11)に対する前記第一
出力歯車(23)の回転を制限して、前記歯車ケース
(11)と共転するように作動可能な手段と;前記回転
制限手段の作動手段であって、該作動手段はカム−ラン
プ式アクチュエータを構成する第一作動板(57)及び
第二作動板(59)を有しており、第一作動板(57)
及び第二作動板(59)が非作動状態から作動状態へ相
対的に回転することにより、前記回転制限手段を連結状
態に移動させる作動手段と;前記非作動状態において前
記歯車ケース(11)と共転するように配置された前記
第二作動板(59)と;前記第二作動板(59)に隣接
して配置され、電気入力信号(81)に応答して前記第
二作動板(59)と摩擦係合して、前記両作動板(5
7,59)を相対的に回転させることにより、作動位置
へ移動させるように作動可能な摩擦手段(83)を有す
る電磁アクチュエータ(75)と;を備えた差動歯車機
構であって、(a)前記回転制限手段は、前記第一作動板
(57)に隣接して配置され、前記歯車ケース(11)
に対して非回転関係に装着されると共に前記歯車ケース
に対して軸方向に移動可能なロック部材(47)を有し
ており、(b)被ロック部材(43)が前記第一出力歯車
(23)と共転するように装着されており、また、(c)
前記ロック部材(47)と前記被ロック部材(43)に
は、前記作動板(57、59)が前記作動状態に回転さ
れた場合、共同して互いに非回転関係にロックする手段
(45、49)が形成されており、前記作動状態におい
て、前記第一出力歯車(23)が前記歯車ケース(1
1)にロックされる、ことを特徴とする差動歯車機構。 - 【請求項2】前記第一作動板(57)は前記歯車ケース
(11)の内側に配置されており、前記第二作動板(5
9)は前記歯車ケース(11)の外側に配置されている
ことを特徴とする請求項1に記載の差動歯車機構。 - 【請求項3】前記歯車ケース(11)は、前記歯車ケー
ス(11)に対して、前記第二作動板(59)の軸方向
の移動を制限するが、前記第二作動板(59)の回転方
向の移動は制限しないように作動可能な手段(61、6
3)を有することを特徴とする請求項2に記載の差動歯
車機構。 - 【請求項4】前記歯車ケース(11)は、複数の開口
(69)が形成された端部壁(71)を有しており、各
開口(69)は、非作動状態において、前記第一作動板
(57)に形成された第一ランプ面(65)及び第二作
動板(59)に形成された第二ランプ面(67)と共に
周方向に整列されていることを特徴とする請求孔2に記
載の差動歯車機構。 - 【請求項5】前記作動手段は、さらに、前記第一ランプ
面(65)及び前記第二ランプ面(67)に係合するカ
ムボール(73)を有しており、該カムボール(73)
は前記歯車ケース(11)の前記端部壁(71)に形成
された前記開口(69)に配置されていることを特徴と
する請求項4に記載の差動歯車機構。 - 【請求項6】前記ロック部材(47)は前記第一作動板
(57)と一体に形成されており、また、前記歯車ケー
ス(11)には内側スプライン(53)が形成されると
共に、前記第一作動板(57)には前記内側スプライン
(53)と係合する外側スプライン(51)が形成されて
いることを特徴とする請求項1に記載の差動歯車機構。 - 【請求項7】前記被ロック部材(43)は前記第一出力
歯車(23)と一体に形成されており、また、前記ロッ
ク部材(47)と前記被ロック部材(43)は、互いに
対面するように配置された環状部材であることを特徴と
する請求項6に記載の差動歯車機構。 - 【請求項8】前記ロック手段は、環状に配列された第一
歯(45)を形成した前記被ロック部材(43)と環状
に配列された第二歯(49)を形成した前記ロック部材
(47)から構成されており、これらの歯(45、4
9)は、前記作動板(57、59)が前記非作動状態に
ある場合は噛み合わないように、また、前記作動板(5
7,59)が前記作動状態にある場合は噛み合い連結さ
れるように配設されていることを特徴とする請求項7に
記載の差動歯車機構。 - 【請求項9】前記第一歯(45)及び前記第二歯(4
9)は、前記回転軸(A)とほぼ直交する方向のピッチ
面に形成されていることを特徴とする請求項8に記載の
差動歯車機構。 - 【請求項10】前記電磁アクチュエータ(75)は、ほ
ぼ環状の電磁コイル(79)を有しており、該電磁コイ
ルは、前記第二作動板(59)と軸方向に間隔を有して
対面するように配設されていることを特徴とする請求項
1に記載の差動歯車機構。 - 【請求項11】前記第二作動板(59)と前記電磁コイ
ル(79)との間の軸方向の隙間には環状駆動板(8
5)が配設されており、また、前記第二作動板(59)
と前記環状駆動板(85)を連結可能な手段(87)を
有し、該手段(87)は、前記第二作動板(59)及び
前記環状駆動板(85)を一体に回転させるが、前記駆
動板(85)を前記軸方向の隙間内で自由に移動させ
て、前記電磁コイル(79)の摩擦面(83)と係合さ
せることを特徴とする請求項10に記載の差動歯車機
構。
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