JP2010203573A - 差動装置を機械的にロックするためのカムギア - Google Patents

Abstract

【課題】差動装置の噛み合い精度及び耐久性改善。
【解決手段】改良した差動ギア機構は、出力ギア23,25の一方と共転する第１カム部材42と、該第１カム部材42と出力ギア23,25に対して自由回転する第２カム部材43とを含むカム機構41によって特徴づけられる。第１カム部材42は、第１カム表面45を形成し、また、第２カム部材43は、第１カム表面と係合可能な第２カム表面47を形成して、回転軸A-Aに沿って第２カム部材43に軸方向移動を与える。第１カム部材42は、粉末金属部品からなり、そのカム表面の形状に整合性を与え、かつこの第１カム表面45を機械加工するのに必要な資本設備をなくす。
【選択図】図１

Description

本発明は、差動装置のギア機構に関し、特に、差動動作を制限するためのカム機構を含む装置に関する。さらに、特定すれば、本発明は、「機械式ロッカー」と呼ばれる形式の機構、すなわち、油圧作動又は電磁気作動に対抗する機械式装置の動作に応答してロック機能が生じるロッキング差動装置に関する。

本発明の譲渡人によって作られた従来のロッキング作動装置は、差動クラッチのロックアップを開始するためにフライウエイト機構を用いており、このフライウエイト機構は、差動入力（即ち、リングギア及び差動ケース）に対してカムプレートの回転を遅らせている。

この形式のロッキング差動装置は、フライウエイト機構を用いてクラッチ係合を開始するもので、現在良く知られており、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３の１つまたはそれ以上の技術に従って作ることができる。これらの全ては、参考としてここに包含されている。

本発明の譲渡人によって製造されかつ商業的に販売された形式のロッキング差動装置は、長い年月の間、広く商業的に使用されてきたものであり、十分に満足のいく方法で、実行されてきた。しかし、サイドギアの中にあって、カムプレートに係合するカム表面を機械加工する現在の作業では、部品のカム表面において、望ましくない寸法変動をもたらす結果となり、この部品は、差動装置の差動を制限する動作に大いに影響を及ぼすことになる。

また、この結果、差動装置のかみあい精度及び耐久性における整合性を欠いたものを作り出す。

米国特許第3,606,803号明細書 米国特許第5,484,347号明細書 米国特許第6,319,166号明細書

本発明は、差動装置のかみあい精度及び耐久性を有する差動ギア機構を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の改良した差動ギアセットは、ギア室を形成するギアケースと、該ギア室内に配置され、かつ少なくとも１つの入力ギアと回転軸を形成する一対の出力ギア（23,25）を含む差動ギアセットとが設けられている。また、ロックアップクラッチが、差動動作を遅らせるように作動し、ロックアップクラッチを動作させる動作手段を含んでいる。このロックアップクラッチは、ギアケースと出力ギアとの間の相対回転を遅らせる係合状態と、非係合状態との間で動作可能である。この動作手段は、ロックアップクラッチの係合状態時に作動するカム機構と、該カム機構に係合してこの機構の一部品が遅れて回転する遅れ機構を有している。

また、改良した差動ギア機構は、出力ギアの1つと共転する第１カム部材と、該第１カム部材及び出力ギアに対して自由に回転する第２カム部材とを含んでいる。第１カム部材は、第１カム表面を形成し、第２カム部材は、第１カム表面と係合して、差動ギア機構の回転軸に沿って第２カム部材を移動させるための第２カム表面を形成する。

第１カム部材は、粉末金属部品からなり、カム表面の形状を不変にし、かつ従来のロッキング差動装置におけるカム表面を機械加工するために必要とされる資本設備をなくすことができる。

本発明は、差動装置の噛み合い精度及び耐久性における整合性を維持し、かつカム表面の機械加工をなくして、製造コストを低減することができる。

本発明の実施形態に従うロッキング差動機構の軸方向断面図である。 図１のロッキング差動機構の第１カム部材とサイドギアの斜視図である。 図１のロッキング差動機構の第１カム部材とサイドギアの第２の斜視図である。 図１のロッキング差動機構の第１カム部材とサイドギアの分解斜視図である。 図１に示す差動装置において、フライウエイト機構を詳細に示す拡大断面図である。 フライウエイト機構およびロックアウト機構の詳細図である。

本発明を制限するものではないが、図面を参照すると、図１は、本発明を有効に利用できる形式のロッキング差動装置におけるギア機構の軸方向断面図である。図１に示すように、作動装置のギア機構は、ギア室１３を形成するギアケース１１を含んでいる。ロッキング差動装置へのトルク入力は、一般的に、入力ギア１５（図１に、部分的にのみ示す）によって行われる。入力ギア１５（又、リングギアとも呼ばれる。）は、入力ピニオンギア（図１では省略）と噛み合うようになっていて、車両ドライブラインから入力駆動トルクを受ける。この入力ギア１５は、複数のボルト１７によってギアケース１１に取り付けることができる。

ギア室１３内には、差動ギアセットが配置されており、この差動ギアセットは、１つのピニオン軸２１（図１に、その一部分が示されている。）に回転可能に取り付けた複数のピニオンギア１９（図１に、その１つが示されている。）を含んでいる。

ピニオン軸２１は、ここでは図示しない適当な手段によってギアケース１１に固定されている。ピニオンギアは、差動ギアセットの複数の入力ギアからなり、差動ギアセットの出力ギアを構成する一対のサイドギア２３,２５と噛み合い係合する。サイドギア２３,２５は、一対の車軸２７,２９とそれぞれスプライン係合している。ギアケース１１は、それぞれ車軸２７,２９を取り囲む環状のハブ部分３１,３３を含む。一般的に、ベアリングセット（図示略）は、ハブ部分３１,３３に取り付けられ、主たる外側差動ハウジング（ここでは、図示略）に対して、差動装置のギア機構用の回転支持体を与える。

車両の通常の、前進走行時、差動動作は、左右の車軸２７,２９との間で生じない。それゆえ、ピニオンギア１９は、ピニオン軸２１に対して回転しない。従って、ギアケース１１、ピニオンギア１９、サイドギア２３,２５及び車軸２７,２９は、全て、固定ユニットとして、車軸２７,２９の回転軸（Ａ−Ａ）回りに回転する。

ある作動状態では、例えば、車両が回転するとき、または車軸２７,２９と関連するタイヤの寸法にわずかな差があるとき、サイドギア２３,２５間に、速度差による所定のレベルまで、ある程度の差動動作が可能になる。この所定レベル以上（例えば、約１００ｒｐｍの差以上）になると、ホイールのスピンアウトが生じ、車軸２７,２９間に過度の差動動作が生じるのを防止するために、サイドギア２３,２５の各々とギアケース１１との間の相対回転を遅らせることが望ましい。

差動動作を遅らせるために、差動ギア手段には、差動ギアセットをロックアップするためのロックアップ手段と、このロックアップ手段を動作させるための動作手段が設けられている。ロックアップ手段及び動作手段の一般的な構成及び動作は、従来技術として良く知られており、ここでは簡単に記載する。ロックアップ手段及び動作手段の詳細な説明については、上記特許文献、さらに、米国再発行特許第28,004号と米国特許第3,831,462号明細書を参考すべきであり、両文献は、本発明の譲渡人に譲渡されており、参考として包含される。

本発明の実施形態において、ロックアップ手段は、参照番号３５で示すクラッチパックを含む。当業者に良く知られるように、クラッチパック３５は、ギアケース１１にスプライン結合された複数の外側クラッチ板と、サイドギア２３にスプライン結合された複数の内側クラッチ板を含んでいる。

図１を参照すると、ロックアップ手段は、さらに、参照番号４１で示すカム機構を含む。ロッキング差動装置における当業者に良く知られているように、カム機構４１の主たる機能は、図１に示すように、非係合状態から、係合状態に、つまり負荷状態（ここで、特に示されていない。）クラッチパック３５を移動させることである。この係合状態において、クラッチパック３５は、ギアケース１１とサイドギア２３との間の相対回転を遅らせるのに有効であり、その結果、サイドギア２３,２５間の差動動作を遅らせかつ最小にする。

本発明の実施形態において、カム機構４１は、スプラインインターフェースによって、サイドギア２３と共転するように取り付けた第１カム部材４２と、第１カム部材４２とサイドギア２３に対して自由に回転する第２カム部材４３とを含む。第１カム部材４２は、第１カム表面４５を形成し、第２カム部材４３は、第２カム表面４７を形成する。第２カム部材４３は、また、一組の外歯４９を形成し、この機能は、以下に記載される。

車両の通常の、つまり直進走行時、ほとんど差動動作は起こらず、カム表面４５,４７は、図１で示すニュートラル位置にとどまる。第２カム部材４３は、第１カム部材４２とサイドギア２３と共に同一速度で回転する。係合状態でのクラッチパック３５の移動は、第１カム部材４２に対して、第２カム部材４３の回転を遅らせることによって成し遂げられる。カム表面４５,４７の「ランピング」が生じる。このようなランピングは、図１の左側に第２カム部材４３を軸方向移動させ、その結果、クラッチパック３５の係合を開始させる。

米国再発行特許第28,004号明細書及び米国特許第3,831,462号明細書におけるカム面を有するサイドギアは、一般的に、工作機械で製作した形状またはミーリング作業を介して機械加工されたカム形状を有している。上述したように、1つの工程から他の工程へ、また、1つの機械作業の形式から別の形式への機械加工の整合性については、変動が伴う。これは、最終製品の噛み合い精度及び耐久性において、問題を生じさせる。

本発明では、対照的に、サイドギア２３,２５は、例えば、機械加工を行わない部品からなり、また、第１カム部材４２は、粉末金属部品からなる。第１カム部材４２は、粉末冶金を用いて製造され、そのため、この部品は、最終寸法でまたはそれに近い寸法で製造されることから、従来のサイドギアカム表面における機械加工を不要にする。

この特徴は、カム表面形状に一貫性を与え、カム表面を機械加工するために必要な資本設備をなくし、その結果、かなり製造コストを削減する。

サイドギア２３に対する第２カム部材４３の遅れ回転のために、ロッキング差動ギア機構は、一般的に参照番号５１で示す遅れ機構を含んでいる。この遅れ機構は、ロックアップ手段を動作させるための動作手段を含む。本発明の範囲内で、遅れ機構の多くの異なる構成及び形式を利用できることが当業者には明らかであろう。

本発明の実施形態において、例示としての遅れ機構５１は、上記特許に詳細に記載されかつ説明されているフライウエイトタイプのもので、以下で説明する。遅れ機構５１は、それ自体の軸回りに回転するギアケース１１内に取り付けられ、円筒形状のフライウエイト部分５３を含む。遅れ機構５１は、さらに、外歯部分５５を含み、これは、カム部材４３の外側ギアの歯４９にかみ合っている。

フライウエイト部分５３は、差動動作の程度を表す速度で、図６に示した軸（a-a）回りに回転可能であり、かつ回転軸（Ａ−Ａ）にほぼ平行に指向している。フライウエイト部分５３は、ストップ表面５７をそれぞれ形成する一対のフライウエイト部材５６を含む。このストップ表面５７は、差動動作の予め定めた範囲に応答して、遅れ位置（図２）から延長した位置（図示略）に移動可能である。また、フライウエイト部材は、フライウエイト部分５３の軸線aから略平行でかつ間隔を置いて配置されたピボット軸を形成するピボット部分５９を形成している。このストップ表面５７は、ピボット軸に対してほぼ対向して配置されている。ストップ表面が広がった位置にあるとき、ストップ表面５７に係合するために、動作手段はラッチ表面６１を含む。

動作中、車軸２７,２９、サイドギア２３、第１カム部材４２及び第２カム部材４３の間に差動動作が起こり始める場合、第１カム部材４２及び第２カム部材４３は、ギアケース１１の速度よりも異なる速度で、一緒に回転を始め、遅れ機構５１は、差動動作の大きさの関数である所定の回転速度で、軸線（a-a）の回りに回転を生じさせるだろう。

この遅れ機構５１の回転速度が増加すると、遠心力がフライウエイト５６に生じて、フライウエイトの一方のストップ表面５７が、ラッチ表面６１に係合し、そして遅れ機構５１の更なる回転をやめるまで、フライウエイト５６を外側に移動させる。

遅れ機構５１が回転を停止するとき、ギア部分５５と歯４９の係合により、第２カム部材４３が、ギアケース１１（サイドギア２３と第１カム部材４２の回転速度とは異なっている）と同一の速度で回転し、それによりランピングを生じさせて、クラッチパック３５の係合を開始する。

上述したように、本発明について詳細に記載してきたが、当業者には、本明細書を読みかつ理解することによって、本発明の種々の変形及び修正が可能であることが明らかになると考えられる。このような変形及び修正のすべては、添付の特許請求の範囲内に入るものである限り、本発明に包含されるものである。

１1：ギアケース
１３：ギア室
１５：入力ギア
２３,２５：出力ギア
３５：ロックアップクラッチ
４１：カム機構
４２：第１カム部材
４３：第２カム部材
４５：第１カム表面
４７：第２カム表面
５１：遅れ機構

Claims (4)

1. ギア室（13）を形成するギアケース（11）と、該ギア室（13）内に配置され、かつ少なくとも１つの入力ギア（15）と回転軸（A-A)を形成する一対の出力ギア（23,25）を含む差動ギアセットと、差動動作を遅らせるためのロックアップクラッチ（35）と、該ロックアップクラッチを動作させるための動作手段とを含み、前記ロックアップクラッチは、前記ギアケース（11）と前記出力ギア（23,25）との間の相対回転を遅らせる係合状態と、非係合状態との間で動作可能になり、前記動作手段は、前記ロックアップクラッチ（35）の前記係合状態時に作動するカム機構（41）と、前記カム機構（41）に係合してこの機構の一部品が遅れて回転する遅れ機構（51）を有している、差動ギア機構において、
   前記カム機構（41）は、前記出力ギア（23,25）の1つと共転する第１カム部材（42）と、該第１カム部材（42）及び前記出力ギア（23,25）に対して自由に回転する第２カム部材（43）とを含み、
   前記第１カム部材（42）は、第１カム表面（45）を形成し、前記第２カム部材（43）は、前記第１カム表面と係合して、前記回転軸（A-A)に沿って前記第２カム部材（43）を軸方向移動させるための第２カム表面（47）を形成しており、
   前記第１カム部材（42）は、機械加工されていない第１カム表面（45）を有する粉末金属部品からなることを特徴とする差動ギア機構。
   遅れで作動し、
2. 前記前記第１カム部材（42）は、前記出力ギア（23,25）にスプライン結合されていることを特徴とする請求項１記載の差動ギア機構。
3. 前記遅れ手段は、前記差動動作の及ぶ範囲を表す速度で、前記回転軸（A-A)と略平行な回転軸（a-a）の回りに回転可能なフライウエイト機構（53）を含み、かつ前記差動動作の予め決めた程度に応答して後退位置から前進位置に移動可能なストップ表面（57）を形成し、前記差動手段は、さらに、前記ストップ表面が前記前進位置にあるとき、前記ストップ表面（57）に係合するように配置されたラッチ表面（61）を含んでいることを特徴とする請求項１記載の差動ギア機構。
4. 前記フライウエイト機構（53）は、前記ストップ表面（57）を形成するフライウエイト部材（56）を含み、前記フライウエイト部材は、前記フライウエイト機構（53）の回転軸（a）に平行でかつ間隔を置いて配置されたピボット軸を形成するピボット部分（59）を形成し、前記ストップ表面（57）は、前記ピボット軸に対向して配置されていることを特徴とする請求項３記載の差動ギア機構。

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