JP2008511799A - 冠歯車を備えたロッキングディファレンシャル - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車のパワートレーンに用いられるロッキングディファレンシャル（２）に関する。このロッキングディファレンシャル（２）は、回転軸線（Ａ）を中心にして回転駆動可能なディファレンシャルケース（３）と、回転軸線（Ａ）に対して同軸的に配置された、ディファレンシャルケース（３）内で軸方向に浮動保持されている２つのサイドシャフト歯車（１３，１４）と、ディファレンシャルケース（３）内で半径方向の軸線（Ｂ）を中心にして回転可能に支承された、ディファレンシャルケース（３）と一緒に回転するようになっていて、両サイドシャフト歯車（１３，１４）と噛み合っている補償歯車（９）とを有している。サイドシャフト歯車（１３，１４）は冠歯車の形に、補償歯車（９）は円筒状の平歯車の形に形成されている。サイドシャフト歯車（１３，１４）とディファレンシャルケース（３）との間に摩擦面対偶（１９，２０）が設けられていて、これらの摩擦面対偶（１９，２０）がトルクに関連して摩擦力を形成するようになっている。

Description

本発明は、ロッキングディファレンシャルであって、回転軸線を中心にして回転駆動可能にハウジング内に支承可能であるディファレンシャルケースが設けられていて、回転軸線に対して同軸的に配置された、２つのサイドシャフト歯車が設けられていて、ディファレンシャルケース内に半径方向の軸線を中心にして回転可能に支承された補償歯車が設けられていて、この補償歯車が、ディファレンシャルケースと一緒に回転するようになっていて、両サイドシャフト歯車に噛み合っている形式のものに関する。ロッキングディファレンシャルはロック作用を、外部で制御された調節手段を介して形成することができるか、または外部の影響無しに差回転数または伝達するトルクに関連して自己調節して変動することができる。

ディファレンシャルの普及した構造が、傘歯車ディファレンシャルであり、この傘歯車ディファレンシャルの場合、サイドシャフト歯車と補償歯車とが傘歯車である。ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８１４２０６号明細書から、セルフロック式のロッキングディファレンシャルが公知であり、このロッキングディファレンシャルは、一方のサイドシャフト歯車に対して軸方向で隣接して摩擦クラッチを有している。導入されたトルクが、補償歯車の周方向調節を生ぜしめ、これらの補償歯車が、押圧片を介して摩擦クラッチを操作する。この場合、摩擦クラッチの操作は、ビスカスクラッチのハウジングの連行を生ぜしめる。このビスカスクラッチは、クラッチハブとハウジングとの間に相応な回転数差がある場合、サイドシャフト歯車の間にトルクを形成する。

欧州特許出願公開第１２０３９００号明細書から、ディファレンシャルケースと、その中で回転軸線に配置されている、冠歯車の形をした２つのサイドシャフト歯車と、このサイドシャフト歯車に噛み合っている、平歯車の形をした複数の補償歯車とを備えた冠歯車ディファレンシャルが公知である。補償歯車は、ディファレンシャルケースと共に回転する星形の支持エレメントのピンに回転可能に支承されている。摩擦力を僅かに保持するために、冠歯車は、ディファレンシャルケースに対してスラスト軸受けを介在させて軸方向に支持されている。

本発明の根底にある課題は、セルフロック作用を備えた、高められたロック作用を有するディファレンシャルギアを提案することである。

この課題は、本発明によれば、ロッキングディファレンシャルであって、回転軸線を中心にして回転駆動可能なディファレンシャルケースと、回転軸線に対して同軸的に配置された、ディファレンシャルケース内に軸方向で浮動保持されている２つのサイドシャフト歯車と、ディファレンシャルケース内に、半径方向の軸線を中心にして回転可能に支承された、ディファレンシャルケースと一緒に回転するようになっていて、両サイドシャフト歯車に噛み合っている補償歯車とが設けられている形式のものにおいて、この場合、サイドシャフト歯車が冠歯車であり、補償歯車が円筒状の平歯車であり、この場合、サイドシャフト歯車とディファレンシャルケースとの間に摩擦面対偶が設けられていて、これらの摩擦面対偶が、トルクに関連して摩擦力を形成するようになっていることにより解決される。

このようなロッキングディファレンシャルは、補償歯車からサイドシャフト歯車に伝達されるトルクが、回転軸線に対して平行に延びる力成分しか形成しないという利点を有している。したがって、サイドシャフト歯車は、ピン軸線により規定された中心平面から離れる方向に負荷され、ディファレンシャルケースに圧着される。したがって、サイドシャフト歯車とディファレンシャルケースとの間の摩擦面対偶は、トルクに関連した摩擦力を形成し、この摩擦力が、サイドシャフト歯車とディファレンシャルケースとの間の相対運動を制動する。補償歯車が、円筒状の平歯車の形に構成されていることにより、補償歯車には、半径方向外側に向かう力成分は全く生ぜしめられない。したがって、摩擦面対偶の間の摩擦力は、従来の傘歯車ディファレンシャルの場合よりも大きくなっている。

第１の構成によれば、摩擦面対偶は複数の摩擦クラッチによって形成され、これらの摩擦クラッチの摩擦板は、交互にディファレンシャルケースとサイドシャフト歯車とに相対回動不能に結合されている。さらに択一的な構成によれば、摩擦面対偶はディファレンシャルケースの円錐状の支持面とサイドシャフト歯車の円錐状の押圧面とを有している。円錐状の面を有するこのような形式のロッキングディファレンシャルは、同じ噛合い力および中心平面から離れるサイドシャフト歯車の軸方向の同じ移動量の場合、より大きな摩擦力を摩擦面対偶に形成するという利点を提供する。なぜならば、摩擦面対偶の間における効果的な摩擦力は、軸方向および半径方向の互いに相互関係にある力成分をそれぞれ有しているからである。回転軸線と摩擦面との間の円錐角が小さく選択されればされるほど、半径方向の力成分がますます大きくなるのと同時に、軸方向の力成分は減少させられる。したがって、付加された軸方向力が同じであれば、平坦な突き当たり面を有するロッキングディファレンシャルに比べて、より高い摩擦モーメントを達成することができる。このことはより大きなロック作用を結果的に伴う。さらに円錐状の面は、回転軸線上でのサイドシャフト歯車のセンタリングをもたらし、その結果、生ぜしめられる不均衡は僅かである。

有利な改良形によれば、支持面および／または押圧面が、回転軸線と鋭角を成していて、この鋭角はセルフロック角よりも大きくなっている。これに関連して、セルフロックとは、摩擦面が、軸方向力の減少時でも、もはや互いに解離されないように互いに固着していることを意味している。この場合、セルフロック角φ_１＝逆タンジェントμであり、この場合、μは摩擦面の摩擦係数である。したがって、摩擦面の僅かな摩擦係数μによって、ロック作用に必要な軸方向力は減少され得る。

具体的には、支持面と押圧面との間に円錐状の摩擦ディスクが嵌め込まれていることが提案されている。この摩擦ディスクは有利には金属薄板から製造されている。さらに、摩擦面対偶の少なくとも一方の摩擦面が、コーティング層を有しているということが提案されている。このことは、摩擦板を有する構成にも円錐状の摩擦面を有する構成にも関係する。摩擦面対偶のコーティング層として、板コーティング層に有利な全ての素材が考慮の対象となる。可能な限り大きなロックモーメントを達成するために、摩擦面対偶が有利には半径方向外側でサイドシャフト歯車に作用する。半径方向外側とは、摩擦面対偶が可能な限り大きな曲率半径で配置されている、つまり有利にはサイドシャフト歯車の外周面の近くに配置されていることを意味する。

１つの改良形によれば、ディファレンシャルケースは、ポット状のケース部分と、これに固く結合可能なカバー状のケース部分とを有していることが提案されている。この場合、ポット状のケース部分は肩部を備えた内部旋削加工部を有していて、この肩部に対してカバー状のケース部分が支持されており、位置固定リングによって軸方向で位置固定されている。ディファレンシャルケースは、トルク導入するリング歯車に接続するためにさらにフランジを有していて、このフランジはディファレンシャルケースのカバー側でもポット側でも設けることができる。カバー状のディファレンシャルケースを備えた構成に対する択一的な構成として、またはこれに対する補足において、ディファレンシャルケースは、サイドシャフト歯車と補償歯車とを組み付けるための少なくとも１つの半径方向の貫通孔を有している。

以下に有利な実施例を図面につき説明する。

図１には、固定されたハウジング（図示せず）内に支承され得るディファレンシャルケース３を有するディファレンシャルロック２が示してある。このディファレンシャルロック２は、自動車のパワートレーンにおけるディファレンシャルギアの一部であり、駆動軸（図示せず）から２つのサイドシャフトへのトルク伝達のために働く。このために、複数の部分から形成されていて、ポット状の第１のケース部分４とカバー状の第２のケース部分５とを有するディファレンシャルケース３は、フランジ６を有している。このフランジ６に、トルクをディファレンシャルロック２に導入するためのリング歯車を取り付けることができる。

回転軸線Ａ（この回転軸線Ａを中心にして両サイドシャフトが回転可能である）を規定するディファレンシャルケース３内には支持エレメント７が配置されていて、この支持エレメント７は、ディファレンシャルケース３と一緒に回転軸線Ａを中心にして回転する。支持エレメント７は複数のピン８を有していて、これらのピン８が、回転軸線Ａに対して半径方向のピン軸線Ｂを規定している。各ピン８には、円筒状の平歯車の形のそれぞれ１つの補償歯車９が回転可能に支承されている。この場合、軸受けとして滑り軸受けが設けられている。本実施例では、支持エレメント７は２つのピン８を有している。しかし、所属の補償歯車９を備えた３つまたはそれ以上のピンを設けることもできる。第１のケース部分４には、ピン８の数に相当する数の半径方向の貫通孔１０が設けられている。これらの貫通孔１０にピン８が収容されていて、位置固定リング１２によって軸方向で位置固定されている。補償歯車９は所属のピン８に対して軸方向で制限されて可動である。この場合、補償歯車９は、サイドシャフト歯車１３，１４との噛合いによりピン８に軸方向で浮動保持されている。ディファレンシャルケース３の回転時には、補償歯車９は、回転軸線Ａに対して半径方向外側で、遠心力に基づきディファレンシャルケース３の内面に突き当たる。ディファレンシャルケース３の静止時には、補償歯車９は、回転軸線Ａに対して半径方向内側で、ピンを横断面で見て拡大する当接面（図示せず）に支持されていてよい。

支持エレメント７と補償歯車９とを介して、第１、第２のサイドシャフト歯車１３，１４が駆動される。これらのサイドシャフト歯車１３，１４は、冠歯車として構成されていて、これらの冠歯車は、それぞれピン軸線Ｂを含む中心平面に向けられた冠歯車歯列を有している。この冠歯車歯列に、それぞれ相当の平歯車歯列を備えた補償歯車９が噛み合う。両サイドシャフト歯車１３，１４は、それぞれ内歯を備えたスリーブ状のハブ１５，１６を有している。これらのハブ１５，１６にそれぞれ１つの所属のサイドシャフト（図示せず）を相対回動不能に差し込むことができる。この場合、ハブの長さは、伝達したいトルクに左右される。

両サイドシャフト歯車１３，１４は、半径方向外側で円錐状の押圧面１７，１８を有している。これらの押圧面１７，１８は、ゆるく挿入された摩擦ディスク２４，２５を介在して、ディファレンシャルケース３の相応の円錐状の支持面２２，２３に軸方向で間接的に支持されている。この場合、一方では押圧面１７，１８と摩擦ディスク２４，２５とが一緒に、他方では摩擦ディスク２４，２５と支持面２２，２３とが一緒に、それぞれ摩擦面対偶１９，２０を形成している。摩擦ディスク２４，２５はそれぞれ、所属のサイドシャフト歯車１３，１４の対応する環状の内部旋削加工部内に係合する半径方向区分２６と、この半径方向区分２６に半径方向外側で続く、摩擦面を備えた円錐区分２７とを有している。選択された構造により、補償歯車９から、サイドシャフト歯車１３，１４への回転軸線Ａに対して平行な力成分が形成される。サイドシャフト歯車１３，１４自体は、その円錐状の押圧面１７，１８で、摩擦ディスク２４，２５を介在して円錐状の支持面２２，２３に当接している。こうして、サイドシャフト歯車１３，１４の一方とディファレンシャルケース３との間の相対回転が制動され、ロック作用が形成される。摩擦面対偶１９，２０の間の有効な摩擦力は、互いに相互関係にある軸方向のかつ半径方向の力成分をそれぞれ有している。サイドシャフト歯車１３，１４の同じ軸方向移動量を前提として、回転軸線Ａと摩擦面との間の円錐角が小さく選択されればされるほど、半径方向の力成分がますます大きくなるのと同時に、軸方向の力成分は減少させられる。この場合、ディファレンシャルケース３に対するサイドシャフト歯車１３，１４の圧着力は、導入されたトルクの大きさに左右される。

ケース部分４はフランジ側に、半径方向の肩部２９を形成する内部旋削加工部２８を有している。この内部旋削加工部２８にカバー状のケース部分５が挿入されていて、このケース部分５は、軸方向で中心平面に向かって肩部２９に当接している。軸方向で見て逆側での位置固定のために位置固定リング３０が設けられていて、この位置固定リング３０は、全周にわたって延びる環状溝に嵌め込まれている。カバー状のケース部分５とポット状のケース部分４との間の軸方向での遊び無しの結合により、トルク導入によりディファレンシャルケース３に生ぜしめられる傾倒モーメントの良好な支持が保証される。ハウジング（図示せず）内での支承のために、ディファレンシャルケース３は、転がり軸受けを取り付けるための、互いに逆方向に向けられた２つの支承突設部３２，３３を有している。

図２には、本発明によるロッキングディファレンシャルの第２の実施例が示してある。このロッキングディファレンシャルは、構造および機能形式に関して、図１のロッキングディファレンシャルにほぼ相当しており、この限りにおいて、図１の記載が関連している。同様の構成部材は同様の符号を有していて、異なる構成部材は、「′」を備えた符号を有している。相違は、図２のロッキングディファレンシャルが、摩擦クラッチの形で構成されている摩擦面対偶１９′，２０′を有しているという点にある。各摩擦クラッチは、相対回動不能にディファレンシャルケース３に保持されている複数の外摩擦板３４と、相対回動不能に所属のサイドシャフト歯車１３，１４に結合されている複数の内摩擦板３５とを有している。この場合、外摩擦板３４と内摩擦板３５とは、軸方向で交互に配置されている。サイドシャフト歯車１３，１４は、それぞれ中心平面とは反対の側を向いたそれぞれ１つの押圧面１７′，１８′を有している。この押圧面１７′，１８′は、軸方向で隣接した所属の摩擦クラッチをディファレンシャルケース３の支持面２２′，２３′に向かって負荷する。補償歯車９からサイドシャフト歯車１３，１４に伝達されるトルクは、回転軸線Ａに対して平行な力成分を形成し、この力成分が、サイドシャフト歯車１３，１４をディファレンシャルケース３に圧着する。この場合、摩擦クラッチは、トルクに関連した摩擦力を形成し、この摩擦力が、サイドシャフト歯車１３，１４とディファレンシャルケース３との間の相対運動を制動する。ディファレンシャルケース３は、図１のディファレンシャルケースに相応に構成されていて、ポット状のケース部分４と、このケース部分４を閉鎖するカバー状のケース部分５とを有している。このケース部分５は、位置固定リング３０を介して軸方向に支持されている。

図３には、本発明によるロッキングディファレンシャルの第３の実施例が示してある。この第３の実施例は、構造および機能形式に関しては図２のロッキングディファレンシャルにほぼ相当しており、この限りにおいて、図２の記載が関連している。異なる構成部材は、「″」を備えた符号を有している。図示のロッキングディファレンシャルも同様に摩擦面対偶として摩擦クラッチ１９″，２０″を有している。これらの摩擦クラッチ１９″，２０″は、冠歯車１３，１４により軸方向でディファレンシャルケース３″に圧着される。このディファレンシャルケース３″は、上述のディファレンシャルケースとは異なり、一体に構成されていて、サイドシャフト歯車１３，１４と補償歯車９とをディファレンシャルケース３″内に組み付けるための半径方向の貫通孔３６を有している。支承突設部３２，３３に隣接して、全周にわたって分配された軸方向の複数の開口３７が、ディファレンシャルケース３″の半径方向のケース区分に位置している。ハウジング内でのディファレンシャルケース３″の回転時には、転がり軸受け（図示せず）によりオイルが中心平面に向かって搬送される。このオイルは開口３７，３８を通ってディファレンシャルケース３″内に到達し、そこで、回転する構成部材の冷却および潤滑のために働く。

本発明によるディファレンシャルロックの第１の実施例の縦断面図である。 本発明によるディファレンシャルロックの第２の実施例の縦断面図である。 本発明によるディファレンシャルロックの第３の実施例の縦断面図である。

符号の説明

２ ディファレンシャルロック、 ３ ディファレンシャルケース、 ４ ポット状のケース部分、 ５ カバー状のケース部分、 ６ フランジ、 ７ 支持エレメント、 ８ ピン、 ９ 補償歯車／平歯車、 １０ 貫通孔、 １２ 位置固定リング、 １３，１４ サイドシャフト歯車／冠歯車、 １５，１６ ハブ、 １７，１８ 押圧面、 １９，２０ 摩擦面対偶、 ２２，２３ 支持面、 ２４，２５ 摩擦ディスク、 ２６ 半径方向区分、 ２７ 円錐区分、 ２８ 内部旋削加工部、 ２９ 肩部、 ３０ 位置固定リング、 ３２，３３ 支承突設部、 ３４ 外摩擦板、 ３５ 内摩擦板、 ３６ 貫通孔、 ３７，３８ 開口、 Ａ 回転軸線、 Ｂ ピン軸線

Claims (10)

1. ロッキングディファレンシャルであって、
   −回転軸線（Ａ）を中心にして回転駆動可能なディファレンシャルケース（３）が設けられており、
   −回転軸線（Ａ）に対して同軸的に配置された、２つのサイドシャフト歯車（１３，１４）が設けられており、両サイドシャフト歯車（１３，１４）が、ディファレンシャルケース（３）内に軸方向で浮動保持されており、
   −ディファレンシャルケース（３）内に、半径方向の軸線（Ｂ）を中心にして回転可能に支承された補償歯車（１９）が設けられており、該補償歯車（１９）が、ディファレンシャルケース（３）と一緒に回転するようになっていて、両サイドシャフト歯車（１３，１４）に噛み合っている形式のものにおいて、
   サイドシャフト歯車（１３，１４）が、冠歯車であり、補償歯車（９）が、円筒状の平歯車であり、
   サイドシャフト歯車（１３，１４）とディファレンシャルケース（３）との間に摩擦面対偶（１９，２０）が設けられており、該摩擦面対偶（１９，２０）が、トルクに関連して摩擦力を形成するようになっていることを特徴とする、ロッキングディファレンシャル。
2. 摩擦面対偶（１９，２０）が、摩擦クラッチによって形成されるようになっており、該摩擦クラッチの摩擦板（３４，３５）が、交互にディファレンシャルケース（３）と一方のサイドシャフト歯車（１３，１４）とに相対回動不能に結合されている、請求項１記載のロッキングディファレンシャル。
3. 摩擦面対偶（１９，２０）が、それぞれディファレンシャルケース（３）のそれぞれ１つの円錐状の支持面（２２，２３）と、サイドシャフト歯車（１３，１４）のそれぞれ１つの円錐状の押圧面（１７，１８）とを有している、請求項１記載のロッキングディファレンシャル。
4. 支持面（２２，２３）および／または押圧面（１７，１８）が、回転軸線（Ａ）と鋭角を成しており、該鋭角が、セルフロックよりも大きく設定されている、請求項３記載のロッキングディファレンシャル。
5. 支持面（２２，２３）と押圧面（１７，１８）との間に、円錐状の摩擦ディスク（２４，２５）が嵌め込まれている、請求項３または４記載のロッキングディファレンシャル。
6. 摩擦ディスク（２４，２５）が、金属薄板から成っている、請求項５記載のロッキングディファレンシャル。
7. 摩擦面対偶（１９，２０）の少なくとも１つの摩擦面が、コーティング層を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のロッキングディファレンシャル。
8. 摩擦面対偶（１９，２０）が、半径方向外側でサイドシャフト歯車（１３，１４）に作用するようになっている、請求項１から７までのいずれか１項記載のロッキングディファレンシャル。
9. ディファレンシャルケース（３）が、ポット状のケース部分（４）と、該ポット状のケース部分（４）に固く結合可能なカバー状のケース部分（５）とを有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のロッキングディファレンシャル。
10. ディファレンシャルケース（３）が、補償歯車とサイドシャフト歯車との組付けのための少なくとも１つの半径方向の貫通孔（３６）を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のロッキングディファレンシャル。

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