JP2002213496A - 回転部材結合用ボール斜面機構 - Google Patents

回転部材結合用ボール斜面機構

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JP2002213496A
JP2002213496A JP2001356271A JP2001356271A JP2002213496A JP 2002213496 A JP2002213496 A JP 2002213496A JP 2001356271 A JP2001356271 A JP 2001356271A JP 2001356271 A JP2001356271 A JP 2001356271A JP 2002213496 A JP2002213496 A JP 2002213496A
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pressure plate
plate
ball
circumferential
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Charles S Roscoe
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 向上した感度と、向上したカム斜面軸線方向
移動距離対カム斜面角とを持つと同時に前進及び後進の
両作用を提供するデフ・クラッチ作動システムを提供す
ることにある。 【解決手段】 ボール斜面径路が前進及び後進の両方向
に作動することのできる互いに重なり合う偏心みぞ８４
ａ、８４ｂに追従するようにした二重ボール斜面アクチ
ュエータ８０を備える。重なり合う偏心ボール斜面によ
り、斜面角度を減らす（半分に）と共に角度移動距離を
増大する（有効に倍増）する。前進及び後進の両方向で
クラッチ作動作用を生ずる。二重斜面スリーピース・サ
ンドイッチ構造により中央制御リング８４が各側部の２
組のボール８６を転動させる。この構造により、２個の
斜面だけしか含まない単一斜面システムに比べて円板パ
ックを押圧し同じボール斜面角を持つディファレンシャ
ルを鎖錠するのに利用できる軸線方向移動距離を倍にす
る

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、車両デフ・クラッチ
（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｌｕｔｃｈ）、ことに
一方向クラッチを使い有効なクラッチ作動作用（ｃｌｕ
ｔｃｈ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）を生ずるボール斜面ア
クチュエータ（ｂａｌｌ ｒａｍｐ ａｃｔｕａｔｏ
ｒ）を使って各摩擦円板を選択的に係合させるデフ・ク
ラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】デフ・クラッチは一般的に、オープン・
ディファレンシャル、リミテッド・スリップ・ディファ
レンシャル又はロック・ディファレンシャルの種種の条
件を生ずるのに手動式、流体圧式又は電気式のシステム
により作動する１連のクラッチ板を使う。
【０００３】電子装置を使いクラッチの作動を自動化す
る提案は現存実施されている。本質的に操作者が滑りや
すい条件のもとで一層正確なクラッチ作動ができるよう
にするのに、機械的リンケージに連結した電気機械式又
は流体圧式のアクチュエータを使うことはよく知られて
いる。このようなアクチュエータを使うと機械的リンケ
ージは、種種の車両センサ入力及びその他の作動条件を
処理してデフ・クラッチをいつ又どのようにして作動す
るか又は非作動にするのかを定めるのに使う中央マイク
ロプロセッサにより生ずる電気制御信号に応答して動か
される。
【０００４】車両ドライブライン・ディファレンシャル
のクラッチ・パックに荷重を加えるボール斜面アクチュ
エータの使用は従来からよく知られている。このディフ
ァレンシャルは、サーボ・モータの回転により又は作動
リングのソレノイド駆動ブレーキ・シューにより生ずる
ボール斜面アクチュエータの作動に応答してクラッチ・
パックに荷重が加えられるようにしたリミテッド・スリ
ップ・ディファレンシャルを含む。ボール斜面機構の他
のアクチュエータに対する利点はこの機構が極めて強い
力多くの場合１００対１又はそれ以上の力によって回転
運動を軸線方向運動に変えることである。ボール斜面ア
クチュエータは又車両変速機に利用され信号に応答して
ギヤ・クラッチ・パックに荷重を加えることにより各ギ
ヤ・セットをかみ合わせ又かみ合いをはずすようにす
る。
【０００５】これ等の応用例では共に、通常制御リング
と呼ばれるボール斜面アクチュエータの一方の側は、コ
イルにより生ずる電磁界によって誘起する力によりケー
ス・アースに対し作用を及ぼし、又はケース・アースに
対し電動機により回転する。一層強い締付け力をを生ず
るには、コイル又は電動機に供給する電流を強めること
によりケース・アースに対する制御リングの作用を増大
する。この作用により制御リングを作動リングに対し回
転することによって各転動部材を制御リング及び作動リ
ングの各斜面に衝合させ、クラッチ・パックの軸線方向
運動及び締付け力を増大する。
【０００６】ボール斜面アクチュエータは、複数個の転
動部材、制御リング及び対向する作動リングを備え、こ
れ等の作動リング及び制御リングにより円周方向の半円
形みぞとして形成した少なくとも３組の互いに対向する
単一の斜面を形成する。各対の互いに対向するみぞは１
個のころ部材を含む。複数個のスラスト・ボール（又は
その他の種類のスラスト・ボール（又はその他の種類の
スラスト軸受）は制御リング及びハウジング部材の間に
挿入されフライホイールのような入力部材と共に回転し
この部材に連結してある。電磁コイルは制御クラッチの
１個の部材に隣接して配置され、ボール斜面アクチュエ
ータの制御リングに力を加える制御クラッチに荷重を加
える磁界を誘起するようにする。
【０００７】クラッチ締付け力を供給するのにボール斜
面アクチュエータの使用に伴う１つの問題は、従来の単
方向ボール斜面機構の力学により、制限された空間によ
るボール斜面アセンブリの移動距離が短かいことによっ
て感度が制限されるようになる。一定の半径を持つ斜面
又は同心のカム径路を設けると、ボールに対し制限され
た移動径路を生ずることにより感度を制限する。さらに
従来のボール斜面アクチュエータは一方向だけに作用す
るカム斜面（単純斜面）を使う。しかし固定した車両は
前進及び後進の向きに自由に動き、そしてこれ等の各状
態で駆動軸及び車軸に逆転トルクが生じ又予知される。
単純斜面構造は、係合状態を保持するのにワンウェイ・
クラッチ又は一定の電気信号を使わないと前進方向及び
後進方向の両方向にトルクを有効に伝えることができな
い。
【０００８】単純斜面構造が作用するようにするには、
ディファレンシャルに回転できないように取付けたスリ
ー・ピース・カム板アセンブリの両側部にスラスト受軸
を配置しなければならない。
【０００９】向上した感度と向上したカム斜面軸方向移
動距離対カム斜面角とを持つと同時に前進及び後進の両
作動を提供するデフ・クラッチ作動システムが必要にな
る。
【００１０】
【発明の要約】本発明は、ボール斜面アクチュエータが
前方及び後方の傾斜の斜面と、向上した感度及びカム斜
面軸線方向移動距離対カム斜面角度とを持つ、車両に使
われるような電子制御クラッチ用のボール斜面アクチュ
エータを提供する。
【００１１】本発明は、カム斜面移動距離を２倍にする
と共にカム角度は保持する双方向重なり斜面にスリー・
ピース・カム板構造を介し結合したデフ・クラッチ・ア
センブリを特長とする。各クラッチ円板を摩擦を介して
結合する制御クラッチを作動するのに電磁コイルを使
う。ボール斜面アクチュエータは、コイルを使い複雑な
電子装置を設けないで入力軸及び出力軸間の差動速度と
共に振幅が即座に増大する締付け力をクラッチ摩擦板に
加える。
【００１２】本発明では、固定し又は滑動する車両を前
進又は後進させ能動的牽引作用の得られるようにする双
方向カム板構造を使用する。すなわち本発明は、駆動軸
及び車軸にトルク逆転の生ずるときに作動する。
【００１３】又本発明は、入力回転を時計回り又は逆時
計回りにすることができボール斜面の係合用機構に対し
制限された空間が存在する車軸間用途が得られる。
【００１４】なお本発明によれば、一方クラッチ、スラ
スト軸受及び歯車減速アセンブリを使用しない。
【００１５】本発明のこれ等の利点及びその他の利点は
添付図面による以下の説明から明らかである。
【００１６】
【実施例】図１は後輪駆動車両１の線図的平面図であ
る。車両１は、前輪２、３、後輪４、５、エンジン６、
ギヤ・ボックス７、デフ単位８及び駆動軸９、１０を備
える。しかしこの場合、後輪４、５を駆動するようにも
ちろん後部に取付けたデフ単位８にギヤ・ボックス７か
ら延びるプロペラ軸５２を設けてある。
【００１７】図２に示したデフ単位は、軸受１５、１９
によりデフ・ケース１２を回転できるように内部に支え
たハウジング１１を備える。デフ・ケース１２は、ケー
ス１２の回転軸線に直交する軸線のまわりに回転できる
駆動ピニオン（図示してない）にかみあうようにリング
・ギヤ２０をボルト締めしたフランジを持つ。
【００１８】説明のための例としてケース１２は３個の
部品１２ａ、１２ｂ、１２ｃを備える。部品１２ｂは一
般的にカップ形であるが、部品１２ｂに固定した（リン
グ・ギヤ２０を保持するボルトにより）部品１２ａは部
品１２ｂの開いた端部を閉じる。部品１２ｃは別のボル
トにより閉鎖部品１２ａに固定した部品１２ｂ内にはま
る。各部品１２ａ、１２ｃは、一方のピン１８を含み相
互に直角を挟んで横方向に延びる２本のピンを支える。
各ピンは、デフ単位の出力部材を形成するベベル・サイ
ド・ギヤ１６、１７にかみあうベベル・ピニオン・ギヤ
２９を支える。サイド・ギヤ１６、１７は、駆動軸９、
１０に連結する駆動フランジを設けた出力軸１３、１４
に連結してある。
【００１９】相互に挿入した摩擦板２２、２４を備えた
摩擦アセンブリ２１はデフ・ケース１２内に配置してあ
る。これ等の摩擦板のうち摩擦板２２は板外周辺２３で
歯を介してかみあうケース部分１２ｂに回転できるよう
に固定してあるが、摩擦板２４は出力部材１７及び出力
軸１４に回転できるように固定してある。摩擦板２４は
それぞれ内周辺が出力軸１４にスプラインばめしたスリ
ーブ１７ａに歯を介してかみあう。各摩擦板２２のうち
端部の摩擦板はケース部分１２ｃの表面２６に衝合する
が、摩擦板２４の反対側の端部摩擦板は圧力板５７に衝
合する。タペット４１はケース部分１２ｂを貫いて延び
圧力板８２に係合する。圧力板８２はボール斜面アクチ
ュエータ・アセンブリ７０の一部である。
【００２０】ボール斜面アクチュエータ・アセンブリ７
０は、主としてコイル７５及びボール斜面アクチュエー
タ８０から成る。アクチュエータ８０の圧力板８２（又
作動リングとしても知られている）は、制御リング８４
により作用を受けると各クラッチ板２２、２４に軸線方
向の力を加えるのに使う。本発明のこの構造は、制御リ
ング８４を間に挟む１対の圧力板８２、８３から成る。
【００２１】制御リング８４と第１及び第２の圧力板８
２、８３との間の相対回転により複数の転動部材（ｒｏ
ｌｌｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ）８６を重なりみぞ８２Ａ、
８３Ａ（図４ないし６）に沿って移動させる。第１圧力
板８２の面に形成した板みぞ８２Ａは制御リング８４の
対応するリングみぞ８４Ａに対向する。又第２圧力板８
３の面に形成した板みぞ８３Ａは制御リングの対応する
リングみぞ８４Ｂに対向する。リングみぞ８４Ａは、第
２圧力板８３に向き合うリングみぞ８４Ｂに比べて制御
リング８４の対向面にある。第２圧力板８３は部分１２
ｄでケースにキー止めしてその場で固定し、又第１圧力
板８２を部分１２ｄでキー止めしてタペット４１に向か
い又遠ざかる方向に沿い移行するようにしてある。同様
に制御リング８４は第２圧力板８３に対して軸線方向に
移行するようにしてある。すなわち制御リング８４及び
圧力板８２、８３の相対回転により各転動部材８６にそ
れぞれの板みぞ８２Ａ、８３Ａを移行させることによ
り、制御リング８４を第２圧力板８３に対して軸線方向
に移動させる。第１圧力板８２及び第２圧力板８３は、
ケース１２のケース部分１２ｄのハブに軸線方向に可動
で回転できるように結合してある。
【００２２】すなわちボール斜面アクチュエータ８０が
広がって圧力板８２を軸線方向に移動させると、この力
がタペット４１を介し最終的にクラッチ板２２、２４に
作用する。
【００２３】制御リング８４の相対回転は若干の差動装
置によって生ずる。好適な実施例では制御リング８４
は、制御リング８４に隣接してたとえば固定のデフ・ハ
ウジング１１に取付けた制御コイル７５に対し磁気的に
相互作用し、制御単位（図示してない）により制御コイ
ル７５に電流を供給すると、制御リング８４を軸１３、
１４の軸線のまわりに時計回り及び逆時計回りのうちの
一方の方向に対し選択的に回転させる。制御リング８４
は２個の圧力板の間に挟まれたディファレンシャルと共
に回転する。コイル７５を作動するとリング８４の回転
が減速され各圧力板８２、８３に対し相対回転を生ず
る。浮動磁束板７６は制御リング８４に部分７８でキー
止めしてある。付勢したコイル７５は磁束板７６を摩擦
を伴う接触状態７７に引付け保持能力を増す。このよう
にして制御リング８４及び圧力板８２、８３の間に相対
回転を生ずる作用が向上すると共に制御リング８４をコ
イル７５から遠ざかる向きに軸線方向に移動させる。
【００２４】図４に示すように制御リング８４は、一方
の側に形成した重なり合って円周方向に延びる複数のリ
ングみぞ８４Ａと他方の側に形成した重なり合う半径方
向の複数条のみぞ８４Ｂとを持つ円板形に形成してあ
る。各リングみぞ８４Ａは転動部材８６を含む。同様に
各圧力板８２、８３は制御リング８４に同様な条数及び
配向で一方のリング側に形成したリングみぞ８４Ａに対
向する重なり合って円周方向に延びる板みぞ８２Ａと他
方のリング側に形成したリングみぞ８４Ｂに対向する板
みぞ８３Ａとを含む。
【００２５】制御リング８４及び各圧力板８２、８３の
相対回転時に球形部材８６は制御リングみぞ８４Ａ、８
４Ｂ及び圧力板みぞ８２Ａ、８３Ａ内で転動する。この
場合これ等のみぞにより、制御リング８４及び圧力板８
２、８３を互いに隔てる軸線方向運動が生ずる。
【００２６】制御リング８４及び圧力板８２、８３の運
動は、図５及び６に一層明らかに示されこれ等の図を参
照する。図５及び６は図２に示した本発明の制御リング
８４及び圧力板８２、８３を示す図４の５−５線に沿う
断面図である。図５は、転動部材８６を制御リングみぞ
８４Ａ、８４Ｂの最も深い部分と圧力板みぞ８２Ａ、８
３Ａの最も深い部分とに位置させることにより比較的狭
い分離すきまＧを生ずる付勢してない状態のボール斜面
機構８０を示す。圧力板８２、８３に対する制御リング
８４の、図６に示した付勢状態への回転後に分離すきま
Ｇははるかに広くなる。この軸線方向の運動を使い圧力
板８２をタペット４１に向かい軸線方向に動かすことに
より各クラッチ板２２、２４に締付け力を加える。
【００２７】本発明によればクラッチ・アセンブリ２１
をボール斜面アクチュエータ７０の作用により係合させ
ると、クラッチ・アセンブリ２１は車両車軸１３、１４
にトルクを均等に配分することにより滑りやすい表面上
でも車両を推進することができる。
【００２８】以上述べた所から明らかなように本発明に
よれば、ボール斜面アクチュエータが前方及び後方への
傾斜角を持つ斜面と向上した感度とカム斜面軸線方向移
動距離対カム斜面角度とを備え車両に使われるような電
子制御クラッチ用ボール斜面アクチュエータが得られ
る。
【００２９】なおとくに、デフ・クラッチ・アセンブリ
はカム斜面移動距離を２倍にすると共にカム角度は保持
することのできる双方向重なり斜面にスリーピース・カ
ム板構造を介し結合してある。電磁コイルを使い制御ク
ラッチを作動し各クラッチ板を摩擦を介し結合する。ボ
ール斜面アクチュエータは、コイルを使用する複雑な電
子装置を介在させないで入力軸及び出力軸間の作動速度
によって強さが直ちに増す締付け力を各クラッチ摩擦板
に及ぼす。
【００３０】双方向カム板構造の使用により固定し又は
滑動する車両を能動的な牽引作用が得られるように前進
及び後進の向きに走行させることができる。すなわち本
発明は、駆動軸及び車軸に逆転トルクが生ずるときに作
動する。従って車軸間用では、ボール斜面に衝合する機
構に対する空間が限定されていても入力回転は時計回り
又は逆時計回りにすることができる。本発明では又従来
必要であったワンウェイ・クラッチ又は歯車減速アセン
ブリを設けない。
【００３１】本発明は又、２個の外部圧力板がディファ
レンシャルにキー止めされ一緒に回転するから、従来必
要としたスラスト軸受が不要である。
【００３２】以上本発明を詳細に説明したが本発明はな
おその精神を逸脱しないで種種の変化変型を行うことが
できるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】後輪駆動車両のドライブライン構造を示す線図
的配置図である。
【図２】本発明ボール斜面機構を協働させたデフ単位の
部分軸断面図である。
【図３】図２に示したボール斜面機構の一部を拡大して
示す軸断面図である。
【図４】本発明ボール斜面機構のアクチュエータの作動
リング、制御リング及び圧力板を示す図３の４−４線に
沿う断面図である。
【図５】非付勢状態のアクチュエータを持つ本発明ボー
ル斜面機構を示す図４の５−５線に沿う断面図である。
【図６】図４のボール斜面アクチュエータを付勢状態に
して示す図４の５−５線に沿う断面図である。
【符号の説明】
６ 原動機 １６、１７ 出力部材（サイド・ギヤ） ２１ クラッチ機構 ５２ プロペラ軸 ７０ ボール斜面アクチュエータ・アセンブ
リ ７５ 制御装置（コイル） ８０ ボール斜面機構（ボール斜面アクチュ
エータ） ８２、８３ 圧力板 ８２ａ、８３ａ 板みぞ ８４ 制御リング

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 原動機により駆動され、回転軸線のまわ
    りに回転する入力部材と、 出力装置を回転するための出力部材と、 前記入力部材から前記出力部材にトルクを送出すための
    クラッチ機構と、 制御リングと、第１の圧力板と、第２の圧力板と、前記
    制御リングと前記第１及び第２の各圧力板との間に挿入
    した複数個の転動部材と、前記制御リングを前記第１及
    び第２の圧力板に対し回転するための制御装置とを備
    え、前記クラッチ機構を作動するためのボール斜面アク
    チュエータと、を包含し、 前記第２の圧力板に少なくとも２つの円周方向板みぞを
    成形し、 前記制御リングを、前記第１及び第２の圧力板の間に配
    置し、前記制御リングの互いに対向する第１及び第２の
    面に、少なくとも２つの円周方向制御斜面を形成し前記
    対向する第２の面が前記第２の圧力板に形成した前記の
    少なくとも２つの円周方向板みぞの方に向き、前記制御
    リングを、前記第２の圧力板に対し回転し並進するのに
    適するようにし、 前記第１の圧力板に、少なくとも２つの付加的な円周方
    向板みぞを形成し、これ等の付加的な円周方向板みぞ
    が、前記制御リングの前記対向する第１の面の方に向
    き、前記第１の圧力板が、前記第２の圧力板に対し回転
    しないで並進するのに適するようにし、 前記円周方向板みぞと、前記円周方向制御斜面と、前記
    付加的な円周方向板みぞとを、それぞれ互いに重なり合
    うように配置し、前記転動部材の移動距離を有効に長く
    するようにし、前記円周方向板みぞと、前記円周方向制
    御斜面と、前記付加的な円周方向板みぞとが、それぞれ
    ほぼ中間点で最大の深さを持ち、前進及び後進のクラッ
    チ作動アセンブリを形成するようにして成る、２個の回
    転部材を互いに結合するボール斜面機構。
  2. 【請求項２】 前記第１の圧力板と、前記制御リングと
    が時計回り及び逆時計回りの両方向における前記制御リ
    ングの相対回転時に、前記第２の圧力板に対し並進する
    ようにした請求項１のボール斜面機構。
  3. 【請求項３】 前記制御リングと、前記第１の圧力板
    と、前記第２の圧力板とにそれぞれ形成した前記各円周
    方向みぞにより得られる全移動距離が、前記制御リング
    と、前記第１の圧力板と、前記第２の圧力板とのそれぞ
    れの最大周辺より大きくなるようにした請求項１のボー
    ル斜面機構。
  4. 【請求項４】 前記入力部材を、フライホイールにより
    構成し、前記出力部材を変速機入力軸により構成し、前
    記フライホイールを、前記結合手段に回転できるように
    接合した請求項１のボール斜面機構。
  5. 【請求項５】 前記制御装置に、前記制御リングに隣接
    して磁界を生成することにより前記制御リングの相対回
    転を生ずるようにするための付勢コイルを設けた請求項
    １のボール斜面機構。
  6. 【請求項６】 前記付勢コイルを、デフ・ハウジング及
    びデフ・ケースのうちの一方に取付けた請求項５のボー
    ル斜面機構。
  7. 【請求項７】 前記転動部材を球面形にした請求項１の
    ボール斜面機構。
  8. 【請求項８】 前記制御装置に、前記付勢コイルの付勢
    時に前記制御リングの相対回転を生ずるように配置した
    磁気区分を設けた請求項１のボール斜面機構。
  9. 【請求項９】 前記制御リングに対して軸線方向に可動
    であるが回転できるように取付けることにより、前記制
    御リングを前記付勢コイルの面に摩擦を伴って接触する
    ように、磁束板にキー止めすると共に前記制御リング
    を、相対回転中に前記付勢コイルに対して軸線方向に動
    かすことができるようにした請求項１のボール斜面機
    構。
  10. 【請求項１０】 前記磁束板の表面と前記付勢コイルの
    前記面とのうちの一方に、相対回転を生ずるのに必要な
    摩擦抗力を高める摩擦材料を被覆した請求項１のボール
    斜面機構。
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