JP2007533913A - 多板クラッチ用のディスクとその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ディスク（１９）及びその製造方法に関する。ディスクの摩擦を防ぐために、はすば歯車（３０ａ、３０ｂ）が提供され、歯付きホイール対が同歯車装置で追加的に得られるように駆動装置の形式で具化される。シャフトのはすば歯車がディスクギヤの縁部領域を押しつぶすのを防止するために、ディスクの歯は、それらが前記はすば歯車に水平に作用するような形状にされる。１つの想定される用途は、一体伝動ラインの動力断接要素／センタデフの組み合わせシステムであり、動力断接要素の動作は主にディスクの歯とシャフトとの間の遊びの欠如に依存する。

Description

本発明は、請求項１の前段による多板クラッチのディスクと、請求項８に記載のその製造方法に関する。

特許文献１の図４の例示的実施形態はすでに動力断接要素として設計される多板クラッチを有する総輪駆動用ドライブトレインを示す。同特許文献１の図６の例示的実施形態は、トランスファクラッチとして設計される多板クラッチを示す。

非特許文献１において、粘性クラッチとして設計される多板クラッチが示されている。この多板クラッチにおいて、ディスクは、それらの内縁部に歯を供えており、これらの歯は自動車の外歯付き伝動シャフトへの回転固定式の強制係止接続をもたらす。

欧州特許出願公開第１ ２７３ ４７３ Ａ２号明細書 ２００３年２月１２日付け、ｍｏｔ、第５巻、９７ページ

本発明の目的は、多板クラッチの回転方向の遊びを僅少に保つことと、このような多板クラッチの製造方法を提供することである。

この目的は、請求項１の特徴によって、及び請求項１に従属する請求項８に記載の製造方法によってそれぞれ達成される。

特に有利な方法において、多板クラッチ用の本発明によるディスクは、所定トルクピークにおいて多板クラッチの滑りが望まれる全てのセクターに動力断接要素として使用されても良い。そのような動力断接要素によって、多板クラッチに接続される構成要素は、過負荷の結果生じる損傷から保護できる。動力断接要素が自動車で使用されると、明らかに不快となる動力断接は、自動車の乗員から遠ざけられる。多板クラッチは、特に欧州特許出願公開第１ ２７３ ４７３ Ａ２号明細書による動力断接要素として、又は欧州特許出願公開第１ ２３８ ８４７ Ａ２号明細書による温度依存スリップトルクを有する動力断接要素として設計されても良い。これら２つの明細書の内容は、この明細書に包含されるものと考えられる。正確に規定されたスリップトルク及び動力断接要素の操作性には、ディスクと、それらのディスクを収容する回転体の位置決め歯との間の回転方向の遊びが僅かであることが重要である。理想的な場合、回転方向に遊びがない。技術的な問題で起こるこの回転方向の遊びは、かなりの程度まで、ディスクの歯と回転体の位置決め歯との間に形成する歯の遊びによる。本発明による多板クラッチ内の位置決め歯は、はす歯として設計されるので、はす歯上の縁部の線状接触が、構造に関わる厚みの板材から単に打ち抜かれるだけであるディスクに起こる。これらの縁部は、一方向の回転でのトルク伝達中に押しつぶされることになるので、永久塑性変形の結果、回転方向の遊びの許容範囲を超えることになり、動力断接要素の正確に規定された機能は、この許容範囲内である回転方向の遊びによって確保される。この不都合な効果は、動力断接要素が両方向の回転でトルクを伝達する場合には二倍になるので、ディスクの歯の縁部が両面で駆動される。この場合、動力断接要素は完全に故障してしまうことさえある。

本発明によれば、特に有利な方法において、歯は回転体のはす歯と平面接触する。伝達されることになるトルクは、したがって、より大面積に分布されるので、ディスクの材料及びはす歯付き回転体の材料における両者の応力は僅かとなる。この場合、平面接触を可能にする考え得る形状の全てが可能となる。ここで特に有利であるのはディスクの歯のねじれである。しかしながら、歯を斜めに削成することも同様に可能である。材料の応力が平面接触の結果として僅かであるので、塑性変形が全く、特にディスクで起こらない。したがって、歯の遊びは、弾性回復後も一定のままであり、動力断接要素の機能性が、はす歯の利点にもかかわらず完全に確保される。

歯とはす歯との間の平面接触は、特に歯幅全体にわたり行われる。この場合、歯面全体がはす歯と接触する必要はない。歯面の一区画が、はす歯と―特に全歯幅にわたり―平面接触状態となれば十分である。しかしながら、全歯面の平面接触は、ディスクの材料の特に低応力の利点につながる。

特に有利な方法において、ディスクの歯元の応力はそこに提供された凹所によって防ぐことができる。凹所の半径の最適値を見つけることが必要である。この場合、歯先から歯元までの歯のねじれ角度は１００％から０％まで振れても良い。ねじれ角度は均一に又は不均一に振れても良い。

特に有利な方法において、欧州特許出願公開第１ ２７３ ４７３ Ａ２号明細書による動力断接要素は、総輪駆動用ドライブトレインに使用できる。この場合、動力断接要素の働きは、プッシュプル変更中及びプルプッシュ変更中の動力断接を防止することである。本発明の特に有利な構成において、動力断接要素のディスクの歯は、回転体の駆動歯に回転固定式に噛み合う。この歯は次に、例えば総輪駆動用ドライブトレインの駆動トルクを伝達する他のギヤと噛み合う。駆動歯ははす歯として本発明により設計されるので、これは、関連の歯対用のはす歯には典型的な次の利点によって達成される：
−荷重下での均一の伝動を行うための高負担能力及び周速度、及び
−平滑な運動。

ディスクの歯を収容するための駆動歯の使用の結果、個別の位置決め歯がディスクに不要となるので、製造及び費用に関する利点が得られる。

総輪駆動用ドライブトレインで使用されると、本発明によるディスク又は多板クラッチは必ずしも動力断接要素として使用される必要がなく、むしろ欧州特許出願公開第１ ２７３ ４７３ Ａ２号明細書の図６による制御可能なトランスファクラッチして設計されても良い。

さらに、多板クラッチは、総輪駆動用ドライブトレインのセンタデフのセンタデフロックとして設計されても良い。センタデフのこのようなセンタデフロックは、例えばオフロード使用又は滑りやすい路面走行時に、前車軸と後車軸との間の剛結スルードライブを得るために三部材遊星伝動装置の２つのプラネット部材を接続する。特に有利な方法において、前車軸及び後車軸への駆動力配分は、このようなセンタデフロックの場合無段階に調整可能となる。このために、２つのプラネット部材間の多板クラッチ内で摩擦伝達された駆動トルクはディスクの接触圧力によって無段階に変更される。特に有利な方法において、このような無段階に調整可能なセンタデフロックは二重の機能となり、追加的に動力断接要素として設計できる。

はす歯の結果として、回転方向により、軸方向の力が一方又は他方の軸方向のディスクに加えられる。例えば、多板クラッチが皿ばねによって一方の軸方向側から他方の軸方向側の固定隣接部に弾性的に押し付けられる場合、回転方向は多板クラッチのディスク間に異なる圧力を生成させる。弾性圧力手段の構造により、多板クラッチによって伝達できる最大トルクは、したがって、回転方向の関数として設定できる。動力断接要素を利用するには、このことは、プッシュプル変更中、多板クラッチがプルプッシュ変更中と異なる動力断接の大きさで滑ることを意味する。しかしながら、一方の軸方向側の弾性手段が極めて堅い、すなわち実質的に柔軟でないように設計される場合、多板クラッチの特性は実質的に両回転方向で同じになる。

請求項８は、本発明によるディスクの製造方法を示す。この場合、ディスクの歯は、それらがこのディスクに割り当てられた回転体のはす歯の歯と平面接触する位置となるように曲げられる。この場合の曲げは、歯中心軸回りに行われることが好ましい。他の製造方法と比べて、曲げは、都合よく、材料を全く取り除く必要のない非常に費用効果の高い方法である。

請求項１０及び１２は、材料の塑性変形後の弾性回復を製造工程において考慮に入れている製造方法の特に有利な構成を示す。

本発明の他の利点は他の請求項、説明及び図面から得られる。

本発明を総輪駆動用ドライブトレインに使用される例示的実施形態を参考にして以下で説明する。

図１は、長手方向に装備された自動車用の総輪駆動用ドライブトレインの一部を示す。自動変速機１に加えて、総輪駆動用ドライブトレインは、装備状態で自動車の後部に向く伝動出力シャフト２を有する。この伝動出力シャフト２はセンタデフ３の入力シャフト６を形成する。

自動変速機１は、横出力７用の一体形成された軸受ハウジング５を備えた変速機ハウジング４を有するので、自動変速機１は総輪駆動タイプへの「追加方式」に従って費用効果的に高く使用できる。

このような総輪駆動タイプにおいて、純粋の後輪駆動タイプと比べて延長された変速機出力シャフト２又は入力シャフト６は、駆動トルクの第１の分が後車軸変速機に伝達されるようにセンタデフ３と後駆動カルダンシャフトを介して後車軸変速機のピニオンシャフト（さらに詳細に図示せず）に接続される。駆動トルクの第２の分は、
− センタデフ３、
− 駆動ピニオン８、
− 出力ピニオン９、
− 横出力７のカルダンシャフト１０、及び
− 前車軸変速機のベベルピニオンシャフト（さらに詳細に図示せず）
を介して入力シャフト６によって前車軸に伝達される。

センタデフ３によって、出力トルクを前車軸変速機及び後車軸変速機に分配でき、さらに速度差を補正できる。

横出力７のカルダンシャフト１０は、ドライブトレインの長手方向軸１１に対し約８゜の角度だけ水平方向に回転される。横出力７のカルダンシャフト１０は、ドライブトレインの長手方向軸１１に対し約４゜の角度だけ垂直方向に回転される。

横出力７は、２つのギヤによって、正確には駆動ピニオン８と駆動ピニオン８と噛み合う出力ピニオン９とによって、形成される。駆動ピニオン８は、センタデフ３のサンギヤと一体に設計される中空シャフト１２に回転固定式に接続される。伝動出力シャフト２及び入力シャフト６はこの中空シャフト１２内部を通っている。出力ピニオン９は、軸受ハウジング５内にｘ状に配置した規定のテーパ付きころ軸受によって取り付けられる基本的には中空の外歯付きシャフトである。

水平角度及び垂直角度（さらに詳細に図示せず）を付与するために、カルダンシャフト１０は、自在継手によって出力ピニオン９の半径方向内部に自在に配置される。さらに、走行方向の前部、すなわち、その他端において、カルダンシャフト１０は他の自在継手によって前車軸変速機のベベルピニオンシャフトに自在に連結される。

総輪駆動用ドライブトレインにおいて、駆動ピニオン８とそれと噛み合う出力ピニオン９とは、それぞれすぐばかさ歯車として設計される。カルダンシャフト１０は、走行方向の右手にある駆動機関（さらに詳細に図示せず）側に配置される。

さらに、総輪駆動用ドライブトレインはセンタデフ３用の制御可能なデフロック１３を有し、このデフロック１３は、動力断接要素又はフリクションクラッチとして追加的に設計される。デフロック１３は、自動変速機１と駆動ピニオン８との間にその自動変速機１に直接隣接して配置される。

デフロック１３は多板クラッチ１４を有し、それによって
− 中空シャフト１２又は
− 中空差動歯車装置３のサンギヤ又は
− 駆動ピニオン８を回転固定式に又は摩擦トルク伝達方式で
− 伝動出力シャフト２又は
− 入力シャフト６又は
− センタデフ３のリングギヤに摩擦連結できる。

デフロック１３の２つのクラッチ半分割部１５、１６の間で伝達される摩擦トルクを調整するために、２つのクラッチ半分割部１５、１６は、環状調整ピストン１７によって互いに軸方向に押圧できる。この場合、調整ピストン１７は、変速機ハウジング４の一方の側と、第１のクラッチ半分割１５のディスク１８上の軸方向転がり接触軸受を介して他方の側とで軸方向に支えられる。前方に向く方向に交互に軸方向にこのディスク１８の次に来るのは、２つのクラッチ半分割部１５、１６の他方のディスクであり、隣接ディスク２０は第２のクラッチ半分割部１６の最後のディスク１９に隣接し、この隣接ディスク２０は支持ポット２１に軸方向に当接し、この支持ポット２１はスプラインシャフトの歯によって回転固定式に変速機出力シャフト２に接続される。この支持ポットは、回転体２１として設計され、変速機出力シャフト２の段で軸方向前方に向く方向に支えられるので、調整ピストン１７の係合が解除されると、デフロック１３の全ディスクは変速機ハウジング４と変速機出力シャフト２との間の力の流れが抑止される。変速機出力シャフト２への回転固定式接続用のスプラインシャフト内歯９５に加えて、支持ポット２１は第２のクラッチ半分割部１６のディスクへの回転固定式及び軸方向可動接続用の内歯９４を有する。このために、第２のクラッチ半分割部１６のディスクは、それらの外縁領域において、支持ポット２１の内歯に噛み合う外歯を有する。支持ポット２１の内歯は、はす歯として設計される。第２の連結半分割部１６のディスクの外歯の歯はこのはす歯と平面接触している。このために、これらのディスクの歯は、図４に見られるディスクのものと同様にそれらの歯の中心軸回りに７７．７゜の角度だけねじれている。

内縁領域において、第１のクラッチ半分割部１５のディスクは、スプラインシャフトの歯によって回転固定式に中空シャフト１２の前端部に配置される外部はす歯付きソケット２２に強制係止してトルクを伝達する内歯を有する。ソケット２２は、回転体を形成し、軸方向係止リングで変速機出力シャフト２の前端部における一方の側で支えられる。他方の側で、ソケット２２は、駆動ピニオン８を担持するテーパ付きころ軸受の軸受内部リングで支えられる。ソケット２２の外歯ははす歯として設計される。第１のクラッチ半分割部１５のディスクの内歯の歯は、このはす歯と平面接触している。このために、歯は図２〜４に見られるように設計される。

図２は、互いに同じように設計される、第１のクラッチ半分割部１５のディスクの例としての１つのディスク１９を示す。半径方向外部には環状摩擦表面が両面に提供され、オイルガイド溝を有する。半径方向中心領域において、ディスクは、周方向湾曲細長穴を有する。内歯は内縁領域に配置され、その歯はねじれている。

図３はディスクの細部を示す。図４はドライブトレインの長手方向軸１１又はドライブトレインの長手方向軸１１と一致する回転軸９９から見た内歯の歯の図を示す。この場合の歯は歯中心軸９８回りにねじられるので、角度α＝７７．７が歯先端部の側縁部において回転軸９９と接線９７との間で画定される。その結果、歯面３０ａ、３０ｂは外部はす歯付きソケット２２の歯面と平面接触する。したがって、ソケット２２のはす歯は、αに対応する角度を有するので、ディスク１９の歯の歯面３０ａ、３０ｂはソケット２２のはす歯の歯面と平行に延びる。

第２のクラッチ半分割部１６のディスクは、第１のクラッチ半分割部と同様に対応して適合、及び設計される。重要な違いは、歯がディスクの外縁部にあることだけである。特に、第２のクラッチ半分割部のディスクの外歯の歯のねじれは、ディスク１９の内歯のねじれに対応する。

図５は、内歯付きディスク１００を基準にしたディスクの歯の代替構成の細部を示す。この場合、円形凹所１０４が、それぞれ２つの歯１０１間の歯元に提供される。ここでは、各歯は段１０２に至るまでは中心軸１９８回りに前記７７．７゜だけねじられ、その段１０２から凹所１０４が拡がる。ねじれの角度はゆえにこの点から連続的に減少するので、凹所１０４の根元１０３においてはもはやいかなるねじれもない。つまり、ディスク１００の半径方向外部環状領域の表面は回転軸に対して垂直又は９０゜をなす。取り付けた状態において、段１０２に至る歯面だけがはす歯付きシャフト又は第１の例示的実施形態によるソケット２２の外歯と接触する。ディスクの作動中のトルク伝達時の高応力は、凹所１０４の半径長で緩やかに低減されるので、応力亀裂が歯元で起こらない。

図１による例示的実施形態の多板クラッチは、追加的に動力断接要素として設計される。このような動力断接要素は、独国特許第１０１ １１２５７．２に記載のように、プルプッシュ変更やプッシュプル変更時に動力断接を緩和する。クラッチ半分割部１５、１６の互いに対する接触圧力が調整ピストン１７によって自在に設定できるという事実のため、動力断接要素の滑りトルクもまた自在に選択可能である。例えば、滑りトルクは、自動車運転者がボタン「オフロード」又は「冬季」を押したかどうかにより設定できる。同様に滑りトルクは、車速、現在伝動比の関数として又は自動車が雨で濡れた路面を検出するかどうかにより設定できる。特に、滑りトルクの無段階の設定が可能である。

図６は、他の例示的構成における、動力断接要素２１３を有するセンタデフ２０３を有する総輪駆動用ドライブトレインを示す。センタデフロックはこの例示的構成には提供されないが、そのようなセンタデフロックは、動力断接要素２１３と同領域にあるいは図１による設置に従って提供される。以下の説明において、図１による第１の例示的構成と基本的に同構造のものである構成要素についてはさらに詳述しない。センタデフ２０３のサンギヤ２５０は３つの機能がある。サンギヤ２５０は、
− センタデフ２０３から前車軸用の駆動トルクの一部を受け、
− 動力断接要素２１３の内部ディスク２１８の内歯を、この内歯の歯がサンギヤ２５０の駆動はす歯２９４と平面接触するように、収容し、
− 駆動ピニオン２５１用の軸方向ストッパを形成する。

半径方向外部領域において、内部ディスク２１８は予め圧縮応力を掛けた皿ばね２９９によって外部ディスク２１９に対して予め軸方向に圧縮応力が掛けられる。この場合、内部ディスク２１８は、サンギヤ２５０に対して回転固定式及び軸方向可動にされるが、外部ディスク２１９はセンタデフ２０３のプラネットキャリヤ２５２に対して回転固定式及び軸方向可動にされる。このために、外部ディスク２１９の外歯はプラネットキャリヤ２５２の内歯と噛み合う。この接続は、平歯として或いははす歯として設計されても良く、はす歯の場合の外部ディスク２１９の歯はプラネットキャリヤ２５２の内部はす歯と平面接触する。前記予め圧縮応力を掛けた皿ばね２９９も欧州特許出願公開第１ ２３８ ８４７ Ａ２号明細書にしたがって設計されても良いので、動力断接要素の滑りトルクは温度依存的となる。特に内部ディスク２１８は図５による凹所を有するように設計されても良い。

変速機は任意の所望変速機であっても良い。例えば、それは：
− 遊星自動変速機、
− 自動副軸変速機、
− ツインクラッチ変速機、
− 手動式変速機、
− 無段変速機、又は
− トロイダル変速機であっても良い。

本発明によるディスクはセンタデフに限定されない。これらのディスクは、なかでも、後車軸及び／又は前車軸のデフのデフロックに使用するのにも適している。本発明によるディスクは、例えば、遊星自動変速機又はツインクラッチ変速機のような、自動変速機の多板クラッチ／ブレーキにも適している。本発明によるディスクは、例えば無段変速機の、バックギヤ用の遊星逆転セットにも同様に使用される。

しかしながら、非公告独国特許第１０１ １１ ２５７．２号明細書に記載されるように、多板クラッチは温度の関数として動力断接を抑止する動力断接要素として設計されても良い。

カルダンシャフトは継手のない側方シャフトとして構成されても良い。

回転体は必ずしも回転対称である必要もなく、クラッチにおいて、２つのクラッチ半分割部の間での相対的回転だけが機能するのに不可欠であるので、むしろ他の所望形状を有しても良い。なかでも、２つのクラッチ半分割部の一方が、例えば、ハウジングに固定されたブレーキ構成要素のような、静止構成要素である場合、回転対称の形状はゆえに無くても良い。

ディスク又は多板クラッチは目的とした自動車での使用に限定されない。他の分野、特に機械製造での使用も考えられる。例えば、工作機械又は製造機械の変速機又はフリクションクラッチへの使用も考えられる。

説明した実施形態は単に例示的な構成である。説明した特徴の組み合わせは、異なる実施形態でも同様に可能である。本発明に属する装置部品の、他の特徴、特に説明しなかった特徴は、図面に示された装置部品の配置から収集できる。

多板クラッチを有するセンタデフロックを備えた総輪駆動用ドライブトレインを示す。 多板クラッチ内に使用されるディスクを示す。 図２の細部ＩＩＩを示す。 ディスクの歯付き内縁部の図を示す。 内歯付きディスクを基準にしたディスクの歯の代替構成の細部を示す。 動力断接要素を有するセンタデフロックを備えた総輪駆動用ドライブトレインの他の例示的構成を示す。

Claims (12)

1. 縁部領域に歯を有し、その歯を用いて強制係止して回転体（ソケット２２、サンギヤ２５０）の歯（９４、２９４）にトルクを伝達できる、多板クラッチ（１３、２１３）用のディスク（１８、２１８）であって、
   前記歯が前記回転体（ソケット２２、サンギヤ２５０）のはす歯と平面接触して配置されることを特徴とする多板クラッチ用ディスク。
2. 前記回転体（サンギヤ２５０）の前記はす歯が駆動歯（２９４）であることを特徴とする請求項１に記載の多板クラッチ用ディスク。
3. 前記歯が前記ディスク（１８、２１８）の内歯の縁部領域に配置され、同内歯が外部はす歯付きシャフト（ソケット２２、サンギヤ２５０）に強制係止してトルクを伝達することを特徴とする請求項１あるいは２のいずれかに記載の多板クラッチ用ディスク。
4. 凹所（１０４）が前記ディスク（１００）の前記歯間に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の多板クラッチ用ディスク。
5. ねじれの角度が歯の先端から前記凹所（１０４）まで延びることを特徴とする請求項４に記載の多板クラッチ用ディスク。
6. 前記ディスク（１８、２１８）が自動車のトランスファケース（センタデフ３、２０３）の、又は差動歯車システムの３つのセンタデフ部品（サンギヤ又はプラネットキャリヤ又はリングギヤ）の２つを接続することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の多板クラッチ用ディスク。
7. 前記多板クラッチが動力断接要素（２１３）を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の多板クラッチ用ディスク。
8. 前記歯が曲げられる請求項１〜７のいずれか一項に記載のディスクの製造方法。
9. 前記ディスクの前記歯が２つの対応するダイ間に前記ディスクを押し付けることによって曲げられ、同ダイが前記ディスクのねじれ角にプレス成形するための成形部分を有することを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
10. 前記成形部分が前記ディスクのねじれ角よりも大きな角度を有することを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
11. 前記ディスクのねじれ角は、打ち抜きディスクがはす歯付きツールを介して引き抜かれることによって付与されることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
12. 前記ツールのはす歯のねじれ角が前記ディスクのねじれの角度のねじれ角よりも大きいことを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。

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