JP2001506949A - トルク伝達装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２本の回転可能で同軸のシャフト部材（１、２）間でトルクを伝達する装置は、２本のシャフト部材間の回転速度差を相殺するような複数の交互クラッチディスク（５、６）が含まれる。遊星歯車手段（１１、１５、１６−２０）は第１のシャフト手段（１）と連結され、圧力プレート（７）が第２のシャフト部材（２）と連結され、クラッチディスク（５、６）に対し軸方向に変位可能に係合可能でありローラ（１０）としての伝達手段はギア手段と圧力プレートとの間に配設され、ギア手段と圧力プレートとの間の所定の回転速度差でクラッチディスクに対抗し圧力プレートを軸方向に変位させ得るよう構成され、ギア手段と連結される電気ブレーキ手段（２１−２４）は力を伝達手段に対し与え軸方向に変位可能に構成されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】 トルク伝達装置 （技術分野） 本発明は２本の回転可能な同軸シャフト部材間においてトルクを伝達する装置 に係り、詳細には装置に含まれる複数の交互クラッチディスクが２本のシャフト 部材に連結され、シャフト部材間の差動回転速度を相殺するよう連係するトルク 伝達装置に関する。 （背景技術） ２本の回転可能なシャフト間においてトルクを伝達する装置は多数の特許公報 に開示されていて周知であり、代表的な一例が本願と同一出願人の米国特許出願 第５４６９９５０号に示される。この場合２本のシャフトは自動車の差動機構の 出力シャフトであり、この装置は差動ブレーキと呼ぶことができる。一方２本の シャフト間に生じるある回転速度差を打ち消すことが望ましい態様の代表的な一 例は、４輪駆動車の被駆動軸であるそれぞれの前輪軸及び後輪軸に対する２シャ フトである。 回転速度差を打ち消す方法は種々提供されているが、周知の方法のいくつかは 流体システムに依存している。上記特許による装置もその一例である。 上記目的のための流体システムは相対的に複雑であり、製造コストあるいは保 守コストが高くなる。 路上自動車における種々のシステムにおいてその制御は電気的に行う態様が増 えており、各種の制御システムは併合利 用することも多い。本発明による態様の装置において制御信号は、殆どの場合電 気信号であり、他の車載システムからの信号による影響も受け易い。従って流体 システムに対し電気・機械システムを採用することが望まれる。 （発明の開示） 上述した種類のトルク伝達装置を改良するため、シャフト部材間の回転速度差 を打ち消す手段に回転運動を制動するブレーキ手段が含まれ、ブレーキ手段の回 転速度はシャフト部材間の回転速度差に比例する。 このように回転速度差及びシャフト部材間で伝達されるトルクの両方ともブレ ーキ手段の回転速度に応じて制御され、これにより装置自体の内部要素に関係な く更に有効な制御が可能になる。 本発明によれば上記の目的を達成する装置は第１のシャフト手段に連結される ギア手段と、第２のシャフト部材と連結されクラッチディスクに対し軸方向に変 位可能であり係合可能な圧力プレートと、ギア手段及び圧力プレート間に設けら れギア手段及び圧力プレート間の所定の回転速度差でクラッチディスクに対抗し 圧力プレートを軸方向に変位させる伝達手段と、ギア手段に連結され伝達手段に 対し制動力を与え軸方向に変位させるブレーキ手段とを備える。 この装置の場合ギア手段は遊星歯車型であり、第１のシャフト部材に付設され る歯車と、第１のシャフト部材上で回転可能であり伝達手段と係合する歯車と、 ２個の歯車と係合し遊星ホルダの共通シャフト上に配置される複数の組をなすそ れぞれ２個の遊星歯車と、遊星歯車の一方と係合する固定のギアリムと、内部歯 車が他方の遊星歯車と係合し且つブレーキ手段と係合するギアリングとを包有す る。 更に伝達手段は好ましくはローラを包有し、ローラが圧力プレート及び歯車間 の傾斜部に配設され、第１のシャフト手段上で回転可能にされる。圧力プレート と歯車との間の相対回転では、ローラと傾斜部とからなる構成により軸方向に変 位可能になる。 この伝達手段の必要な軸方向力を得るため、圧縮バネが第２のシャフト部材と 圧力プレートとの間に配設される。 装置の電気制御及び電気作動による利点は、ブレーキ手段が電気ブレーキを包 有し、電気ブレーキがステータとギアリングにより回転可能に駆動されるブレー キシャフト上のロータとからなることにより得られる。 （図面の簡単な説明） 本発明は添付図面を参照して以下に詳細に説明する。 図１は本発明の第１の実施態様の簡略断面図、図２は図１の線II-IIに沿って 切断した断面図、図３は本発明の第２の実施態様の、図１と同様の断面図、図４ は図３の部分拡大図、図５は本発明の第３の実施態様の図１と同様の断面図、図 ６は図５の部分拡大図、図７は図１の第１の実施態様の変更構成の部分断面図で ある。 （発明を実施するための最良の形態） 図１に示す第１の実施態様では、２本のシャフト部材１、２が構造体（図示さ れてないが例えば路上自動車内に装着可 能）内のベアリング３によって回転可能に枢支される。また２本のシャフト部材 はベアリング４により互いに連係させて枢支される。２本のシャフト部材１、２ は更に例えば路上自動車内の別の部品（図示せず）に連結され得る。２本のシャ フト部材間では相対軸移動が阻止されている。 シャフト部材１、２間の回転速度差が比較的低い場合、シャフト部材１、２は 相互に回転自在になる要がある。回転差が高いあるいは所定限界値を越えて増加 される場合には、シャフト部材が互いに摩擦連結即ち摩擦を介して連係動作可能 に設けられ、回転速度差のより大の増大を相殺するように構成する必要がある。 この連結条件は一方より早く回転する他方のシャフト部材の回転方向に対し無効 にする必要がある。 摩擦連結は多数の交互クラッチリング或いはディスク５、６により達成され、 クラッチディスク５、６は図面の左側へ夫々第１のシャフト部材１のほぼスリー ブ状の部品１’の外面並びに第２のシャフト部材２のほぼスリーブ状の部品２’ の内面の各々に対しスプライン（溝）結合される。その外周部はリング状の圧力 プレート７が部品２’を介し右側のシャフト部材２にスプライン係合され、且つ 左側のシャフト部材１に対し回転可能にされる。圧縮バネ８は左側のシャフト部 材１から軸方向のベアリング９を介し圧力プレート上に作用するよう設けられて いる。圧縮バネ８からの力はまた、圧力プレート７を介しローラ１０上に、歯車 １１および軸方向のベアリング１２を介し左側のシャフト部材１上に作用するよ う設けられている。 互いに対向する軸方向面上においては図２に簡略に示すように、圧力プレート ７及び歯車１１には傾斜部１３が具備される。複数の傾斜部１３は外周部に均等 に分配され、その数はローラ１０の数に相当する２以上にされる。これらのロー ラ１０はローラケージ１４により好適な位置に保持される。 圧力プレート７及び歯車１１は互いに連係して旋回されるとき、それぞれのロ ーラ１０が傾斜部１３を転動することは図２から明らかである。 圧縮バネ８からの力及び傾斜部１３の傾斜角によって、圧力プレート７が回転 するとき、トルクが歯車１１に伝達される。このトルクが過剰である場合、圧力 プレート７及び歯車１１は相互に旋回され、ローラ１０は傾斜部１３間に入り込 み、圧力プレート７が図面の右へ向かって変位され、クラッチディスク５、６が 摩擦係合されシャフト部材１、２が連結される。 既述のように、歯車１１は左側のシャフト部材１上で移動可能に構成される。 別の固定歯車１５が左側のシャフト部材自体上に設けられるが、好ましくは可動 の歯車１１と隣接されるが、必ずしもこれに限定するものではない。２個の歯車 １１、１５の周囲に差動遊星歯車装置が配設される。この遊星歯車装置には２個 の遊星歯車１６からなる複数の組が含まれ、これらの遊星歯車１６は２個の歯車 １１、１５と係合され且つ遊星ホルダ１８の共通シャフト１７上に配置される。 遊星歯車１６の一方は固定のギアリム１９と係合され、他方はギアリング２０の 内側歯車と係合される。 遊星歯車装置の構成及び寸法は、歯車１１、１５が同一速度での回転あるいは 非回転に関係なく、ギアリング２０が移動を伝達しないように構成される。 ギアリング２０の外側歯車はブレーキシャフト２１の歯車に係合され、ブレー キシャフト２１は上述した構成と同一の構造体内のベアリング２２により枢支さ れている。 ブレーキシャフト２１にはブレーキロータ２３が具備され、ブレーキロータ２ ３はブレーキステータ２４と協動して電気作動のブレーキ２３、２４を構成する 。電子制御箱２５が固定のブレーキステータ２４に装着可能である。 回転差はブレーキロータ２３内であるいはシャフト部材１、２上で直接的に管 理できる。回転差を検出し伝達する技術は新規の技術である。この回転差はブレ ーキロータ２３、或いはブレーキステータ２４で、或いは回転伝達子により好適 な位置で検出可能である。 上述した装置の機能は以下の通りである。 a) シャフト部材１、２が同一速度で回転せしめられる。 歯車１５はシャフト部材１と一体に形成され、従ってシャフト部材１と同一同 じ速度で回転する。且つ圧力プレート７は右側のシャフト部材２と同一速度で回 転する。圧縮バネ８によりトルクが歯車１１に加わるので、歯車１１もまたシャ フト部材２と同一速度で回転する。歯車１１、１５は同一速度で回転するので、 ギアリング２０が固定状態になる。このときクラッチディスク５、６は作動され ない。 b) シャフト部材１、２は限界値以下では異なる回転数で回 転する。 同様に歯車１５は左側のシャフト部材１と同一速度で回転し、一方圧力プレー ト７は右側のシャフト部材２と同一速度で回転する。圧縮バネ８によりトルクが 歯車１１に加わるので、歯車１１は右側のシャフト部材２と同一速度で回転する 。即ち２個の歯車１１、１５は異なる回転数で回転するので、ギアリング２０お よびブレーキシャフト２１は回転する。一方回転差が設定値より低いので、電気 作動のブレーキ２３、２４は作動されない。クラッチディスク５、６も作動され ない。 c) シャフト部材１、２は大きな回転差で回転する。 当初に説明したように、歯車１５は左側のシャフト部材１と共に回転し、圧力 プレート７は右側のシャフト部材２と共に回転する。バネ８によりトルクが加わ るので、歯車１１も右側のシャフト部材２と同じ速度で回転する。歯車１１、１ ５は異なる速度で回転するので、ギアリング２０及びブレーキシャフト２１も回 転する。回転差が所定値より高い場合、電気作動のブレーキ２３、２４は作動さ れる。ギアリング２０がブレーキシャフト２１を介し制動されると、歯車１１は 圧力プレート７と関連して旋回されるので、クラッチディスク５、６は係合し、 回転差が更に増加することを抑制する。クラッチディスク５、６のこの係合によ り、歯車１１に更にトルクが生じる。このように更に加わるトルクは、回転差の 増加を防止するための所定のトルクに比例する。歯車１１に加わる全トルクはこ の場合上記した２トルクの和である。 以上本発明の第１の実施態様について図１及び図２を併照して説明した。更に 第２の実施態様が図３に示されており、その一部の拡大図が図４に示される。ま た第３の実施態様が図５に示され、その一部の拡大図が図６に示される。以下に 詳述するブレーキサーボ装置を備えた制動機構に関する差違を除き、３つの実施 態様は同様であり、従って図４ないしは図６の拡大図を参照すればより良く理解 されよう（図５及び図６の第３の実施態様の場合、遊星歯車装置に僅かな差違が あるが機能上では同様である）。３つの実施態様においては同様の部材には同一 番号を付してある。簡略化のため図３及び図５には参照番号を付していない。 図３に全体が示され図４にその重要部分を拡大して示される第２の実施態様に おいては電気作動のブレーキの構成が第１の実施態様とは異なっている。 終端部にブレーキロータ２３を有するブレーキシャフトの第１の部分に番号３ ０を付してあり、一方ブレーキシャフトは終端部に歯車を有し、第１のブレーキ シャフト部分３０内へ回転可能に延びる第２の部分に番号３１が付してある。ほ ぼ円筒状のスリーブ３２が第２のブレーキシャフト部分３１に対し共に回転可能 に配設される。固定されたスリーブ３３は回転可能なスリーブ３２を外囲してい る。第１のブレーキシャフト部分３０には半径方向に延びる半径手段３４が具備 され、半径手段３４は回転可能なスリーブ３２の１或いは複数の円周スリット内 に延びている。対向して巻かれた２個の固定バネ３５、３６のそれぞれの端部が 半径手段３４に係合 し、この固定バネ３５、３６は休止位置では固定のスリーブ３３と接触しないよ うに配設される。固定バネ３５、３６は回転可能なスリーブ３２の好適寸法の窪 み部内に配設される。 この構成の場合制動トルクが加わってないとき２個の第１及び第２のブレーキ シャフト部分３０、３１が一体として自在に回転可能である。一方制動トルクが 電気ブレーキ２３、２４（図１参照）から（いずれかの方向に）向けられると、 固定バネ３５、３６の一方が固定のスリーブ３３に対し延び、ブレーキ２３、２ ４により制動トルクより大きな制動トルクが第２のブレーキシャフト部分３１上 に加わる。従ってこの構成はブレーキ２３、２４に対するサーボ装置として機能 し、このサーボ装置は制動機能を損なうことのないような小さな寸法にできる。 図５及び図６に示される実施態様には僅かに異なる構成の対応するサーボ装置 が具備される。この実施態様の場合ブレーキシャフトは終端部にブレーキロータ ２３を有する第１の部分４１と、終端部でギアリング２０と係合する第２の部分 ４２との、２部分に分割される。前者の場合のように第２のブレーキシャフト部 分４２は第１のブレーキシャフト部分４１内に延びている。以下に説明するよう に、図面の左側への力を第２のブレーキシャフト部分４２に加わる圧縮バネ４３ が設けられている。 ２個或いはそれ以上、図示の態様では３個のディスク４４、４５、４６が第２ のブレーキシャフト部分４２に対しスプ ライン結合され、これらのディスクはその半径方向外側の領域で固定の摩擦リン グ４７と協動する。図面の左側の第１のディスク４４は第２のブレーキシャフト 部分４２上で固定リング４８により左側に対し支承され、一方図面の右側の第３ のディスク４６は第１のブレーキシャフト部分４１上でカラー部材４１’により 左側に対し支承される。第２のディスク４５は他の２ディスク間且つ２個の摩擦 リング４７間に配設される。非作動位置ではディスク４４、４５、４６と摩擦リ ング４７とは係合されない。 ピン４９は第２のブレーキシャフト部分４２を貫通し且つ第１のブレーキシャ フト部分４１のスリットを貫通して延び、２個のシャフト部材間は所定の角度移 動及び軸方向移動が可能である。円形リング５０はピン４９の端部に設けられる 。これらのリングはカラー部材４１’の第３のディスク４６と対向する側で傾斜 部と協動可能であるので、第１のブレーキシャフト部分４１は第２のブレーキシ ャフト部分４２と関連して僅かに図面の左側へ移動され、従って３個のディスク ４４、４５、４６は回転方向に関係なく固定の摩擦リング４７と制動係合され、 トルクが伝達される。圧縮バネ４３は確実に自由な遊び機能を与えるため、この 構成に対しあるプレストレスを与えることにある。 図４と同様の構成により、この構成はブレーキ２３、２４に対しサーボ機能を 与え、このブレーキのサイズは存在しない場合より小さくできる。 図７は図１の第１の実施態様の変更例の上部の断面図であ り、同一の番号は同一ではないが相応する部材に対し使用されている。この場合 特にブレーキシャフト２１、ベアリング２２及び図示の例では電子カードとして の電子制御箱２５が具備される。 この変更例では共通シャフト５９上の歯車５７、５８としてギアリング２０と ブレーキシャフト２１との間にギア逓昇装置が設けられ、小さい方の歯車５７は ギアリング２０と係合し、大の歯車５８はブレーキシャフト２１と係合する。ギ ア逓昇装置によりブレーキシャフトに対し高い回転速度が与えられ、この結果信 号の解像度が高くなり設計自由度が高くなる。 他の実施態様においては図示されてないが、異なる部品がハウジング内に設け られ、主部品６０、ネジ６２（この一は図７に示される）を介し主部品６０に連 結されるカバー部材６１及び蓋６３である。 ブレーキシャフト２１はブレーキシャフトの回転速度、従って装置の回転差を 示す信号を与える手段、好ましくはパルスを隣接する電子制御箱２５に与えるパ ルスディスク２４を有する。 ブレーキシャフト２１には更にブレーキディスク６４が具備され、ブレーキデ ィスク６４は電磁ブレーキの第１の部分をなし、電磁ブレーキの第２の部分は固 定され、好ましくは円筒状の電磁石６５である。検出された回転差が所定値を越 えると、電磁石６５は付勢されブレーキディスク６４、延いてはブレーキシャフ ト２１を摩擦制動する。 この構成は回転可能なフィードバック電磁摩擦ブレーキ構成である。ブレーキ シャフトの回転速度、換言するに回転差が連続的にモニターされる。トルク伝達 装置は電磁ブレーキの電流が変化され、ブレーキディスクの回転速度が所定値間 の範囲内に維持されるように制御される。全体の装置により伝達されるトルクは 電磁ブレーキの電流に比例する。 ここに添付の請求項の範囲内において各種の設計変更可能である。一態様とし てブレーキは渦電流式ブレーキを採用し得る。 要約するに本発明の装置は同じ目的に対し現在周知の流体装置より優れたいく つかの利点を有する。即ち、 制御サブシステムが不要である。 回転速度差に対し確実な制御がなされ得る。 回転速度差を優れた方法で制御可能である。 本発明による装置を容易に車に搭載できる。 本装置の動作・機能を回転方向に対し対称にし得る。 クラッチディスク力が隣接する構造体へ伝達されないので重量を軽くできる。 回転速度差、装置のトルク及び回転速度差の方向（即ちより早く回転する方の シャフト部材）に関し、車内の他のシステムに相応して自動的に動作を与えるこ とができる。 トルク伝達装置は全時間期間において一定に維持可能であり、回転速度差をゼ ロにし得る。 ブレーキ及び電子部分またはモジュールに（ブレーキシャフトを除き）可動部 品が含まれない（構成の簡略化を図り得 る）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回転可能で同軸の２本のシャフト部材（１、２）と連結され、シャフト部材 間の回転速度差を相殺するよう係合可能な複数の交互クラッチディスク（５、６ ）を備え、シャフト部材（１、２）間の回転速度差を相殺する手段が回転運動を 制動するブレーキ手段（２１−２４；６４、６５）を備え、ブレーキ手段の回転 速度がシャフト部材間の回転速度差に比例することを特徴とする、２本のシャフ ト部材（１、２）間でトルクを伝達する装置。 ２．第１のシャフト手段（１）に連結されるギア手段（１１、１５、１６−２０ ）と、第２のシャフト部材（２）と連結されクラッチディスク（５、６）に対し 軸方向に変位可能で且つ係合可能な圧力プレート（７）と、ギア手段及び圧力プ レート間に設けられ、ギア手段及び圧力プレート間の所定の回転速度差でクラッ チディスクに対抗し圧力プレートを軸方向に変位させる伝達手段（１０）と、ギ ア手段に連結され伝達手段に対し制動力をあたえ軸方向に変位させるブレーキ手 段（２１−２４、６４、６５）とを備えることを特徴とする請求項１の装置。 ３．ギア手段が遊星歯車型であり、第１のシャフト部材（１）に付設される歯車 （１５）と、第１のシャフト部材上で回転可能であり伝達手段（１０）と係合す る対応する歯車（１１）と、２個の歯車（１１、１５）と係合し遊星ホルダ（１ ８）の共通シャフト（１７）上に配置される複数の組をなす夫々２個の遊星歯車 （１６）と、遊星歯車の一方と係合する固定 のギアリム（１９）と、内部歯車が他方の遊星歯車と係合し且つブレーキ手段（ ２１−２４）と係合するギアリング（２０）とを包有することを特徴とする請求 項２の装置。 ４．伝達手段はローラ（１０）を包有し、ローラ（１０）が圧力プレート（７） 及び歯車（１１）間の傾斜部（１３）に配設され第１のシャフト手段（１）上に おいて回転可能に構成されることを特徴とする請求項２または３の装置。 ５．圧縮バネ（８）が第２のシャフト部材（２）と圧力プレート（７）との間に 配設され、軸方向の力をローラ（１０）及び歯車（１１）に与え、歯車（１１） 第１のシャフト部材（１）の肩部の軸方向ベアリング（１２）上で回転可能に構 成されることを特徴とする請求項４の装置。 ６．ブレーキ手段が電気ブレーキからなり、電気ブレーキがステータ（２４）と ギアリング（２０）により回転可能に駆動されるブレーキシャフト（２１；３０ 、３１；４１、４２）上のロータ（２３）とを包有することを特徴とする請求項 ２または３の装置。 ７．ブレーキ手段が電磁ブレーキからなり、電磁ブレーキが固定の電磁石（６５ ）とブレーキディスク（６４）とを包有し、ブレーキディスク（６４）はギアリ ング（２０）により回転可能に駆動されるブレーキシャフト（２１）上に配設さ れ且つ電磁石により摩擦制動可能であることを特徴とする請求項２または３の装 置。 ８．２個のシャフト部材（１、２）間の回転速度差を検出する手段を備えること を特徴とする請求項１〜７のいずれか一 の装置。 ９．電気ブレーキ（２３、２４）に対しサーボ作用を与える手段（３２−３６； ４３−５０）を備えることを特徴とする請求項６の装置。