JP2010518343A - 弾性ディスク手段を含む改善されたロッキングディファレンシャル - Google Patents

Abstract

ロッキングディファレンシャルは、弾性ディスクと摩擦パックアッセンブリによって、車両の駆動軸によって駆動され、スプライン結合された一対のサイドギヤ（１５４、１５６）及び出力軸を駆動させる円筒状のハウジング（１０４）の中央チャンバを直径方向に横切って延びるクロスピン（１４４）側に向けて共に付勢される一対のクラッチ部材（１４６、１４８）を含んでいる。クロスピンが各クラッチ部材の隣接面内に含まれる動作カム溝（１５０）内へ延び、その結果、一方の出力軸の回転速度が他の出力軸の回転速度よりも所定量オーバランしたとき、高速側の出力軸の摩擦パックアッセンブリ（１６４、１６６）が非圧縮状態へ作動して、それにより、オーバランした出力軸が駆動軸から切り離される。弾性ディスク手段は、環状波形スプリングまたは弾性ディスクスプリングである。

Description

ロッキングディファレンシャルは、弾性ディスクと摩擦パックアッセンブリによって、車両の駆動軸によって駆動され、スプライン結合された一対のサイドギヤ及び出力軸を駆動させる円筒状のハウジングの中央チャンバを直径方向に横切って延びるクロスピン側に向けて共に付勢される環状の同一直線上で軸方向に間隔を有する一対のクラッチ部材を含んでいる。クロスピンが各クラッチ部材の隣接面内に含まれる動作カム溝内へ延び、その結果、一方の出力軸の回転速度が他の出力軸の回転速度よりも所定量オーバランしたとき、高速側の出力軸の摩擦パックアッセンブリが非圧縮状態へ作動して、それにより、オーバランした出力軸が駆動軸から切り離される。弾性ディスク手段は、環状波形スプリングまたは弾性ディスクスプリングである。

ショウによる特許文献１，ジェントマイヤによる特許文献２，ディセッツによる特許文献３及びバレンテによる特許文献４その他の従来技術によって証明されているように、他方の出力軸よりも所定の回転速度超過して回転する一方の出力軸を駆動軸から切り離すために作動する車両のロッキングディファレンスを備えた従来の特許技術が知られている。さらに、バレンテによる特許文献５及びディセッツによる特許文献６に記載の従来技術においては、これらロッキングディファレンシャルの配置内に、ディファレンシャルの環状クラッチ部材を、出力軸にスプライン結合されたサイドギヤに接続及び接続離脱するための軸方向圧縮摩擦パック手段を含むことが提案されている。

これら公知の従来技術の配置において、所望のディファレンシャル機能を達成するために、各クラッチ部材間に配置されるクロスピンに対して相対的に各クラッチ部材が離れるように付勢する複数の圧縮スプリングを使用することが一般的である。通常、クラッチスプリングの第１端部は、一方のクラッチ部材の面内に含まれ周方向に配置された第１ボアに嵌合され、第２スプリング端部は他方のクラッチ部材の面に含まれ対応する第２ボア内に延びるか、あるいはこれら第２ボア内に延びるピンに係合されている。

バックラッシュを減少させることによってディファレンシャル動作を改善させようとする様々な試みがなされてきた。さらに、ディファレンシャルの構成部品のコストを削減して、ディファレンシャルハウジングの中央チャンバ内の構成部品のアッセンブリを簡素化させようとする継続的な努力がなされてきた。本発明では、結果として伴うコスト削減により改善された生産工程を提供すること、及び公知のロッキングディファレンシャルの欠点を解消することが開発された。本発明は、各クラッチ部材が外方へ離れるように付勢する機能を有する従来の圧縮スプリングを、各クラッチ部材を共に内方へ付勢するためにサイドギヤ周りに同心上に取り付けられた弾性ディスク手段で代替することによって特徴付けられる。

米国特許第４４９８３５５号明細書 米国特許第５４１３０１５号明細書 米国特許第５７１５７３３号明細書 米国特許第５８３６２２０号明細書 米国特許第５７２７４３０号明細書 米国特許第６６８８１９４号明細書

したがって、本発明の主要な目的は、サイドギヤ周りに同心上に取り付けられた環状弾性ディスク手段で、ハウジングチャンバの対向する端壁部との反作用により、各クラッチ部材を共にクロスピンとの係合方向に付勢して、それによって、摩擦パックを通常の圧縮状態に予圧を付与する弾性ディスク手段を有するロッキングディファレンシャルを提供することである。

本発明のさらなる具体的な目的によれば、弾性ディスク手段は、環状波形スプリングの積み重ねか、あるいはディスクスプリングすなわち皿ばね（belleview washers）の積み重ねで構成される。弾性ディスク手段は、環状クラッチ部材をその同心上に取り付けられたサイドギヤに接続する各摩擦パックに直接係合するために、２つのクラッチ部材の座ぐり内に取り付けられる。弾性ディスク手段は、摩擦パックの端部か、あるいは摩擦パックアッセンブリの両端間の中間位置に取り付けられる。

さらに、本発明の目的は、ハウジングの側壁部内に含まれるウィンドに通じる、ディファレンシャルハウジングの中央チャンバ内のアッセンブリが簡素化されるロッキングディファレンシャルを提供することである。本発明の弾性ディスク手段にて摩擦パック手段に予圧を付与することによって、惰性駆動によるバックラッシュがより円滑でより静かな動作で排除される。クロスピンは、各クラッチ部材の隣接面内に含まれる略Ｖ字状溝への継続的な接触が維持される。さらに、弾性ディスク手段は、同じ力が摩擦パックアッセンブリの摩擦及び反発プレートに均一に付与されることを確実にする。従来技術の圧縮スプリングを排除することによって、各クラッチ部材の対向面への加工穴の必要性及びコストが避けられる。

本発明の他の目的及び効果は、添付図を考慮して視認しながら、以下の明細書の熟読して明りょうになるであろう。

図１は、従来のロッキングディファレンシャルの縦断面図である。 図２は、図１の直交する縦断面図である。 図３は、図１のディファレンシャルの各クラッチ部材の一つの斜視図である。 図４は、本発明に係る改善されたロッキングディファレンシャルの断面図である。 図５は、クロスピン及びクラッチ部材の配置を示す図４の５−５線に沿う横断面図である。 図６は、図４のディファレンシャルの直角方向からの詳細縦断面図である。 図７は、図６の装置の正面図である。 図８は、波形スプリングで形成された弾性ディスク手段の平面図である。 図９は、波形スプリングで形成された弾性ディスク手段の側面図である。 図１０は、図４のハウジングの縦断面図である。 図１１は、図４のディファレンシャルの弾性ディスク手段として適用されるための最適なディスクワッシャの積み重ねの断面図である。 図１２は、摩擦パックアッセンブリに対する図１１のディスクスプリングの配置を示す図である。 図１３は、摩擦パックアッセンブリに対する図１１のディスクスプリングの他の配置を示す図である。 図１４は、摩擦パックアッセンブリに対する図１１のディスクスプリングのさらに他の配置を示す図である。 図１５は、摩擦パックアッセンブリに対する図８の波形スプリングの配置を示す図である。 図１６は、摩擦パックアッセンブリに対する図８の波形スプリングの他の配置を示す図である。 図１７は、摩擦パックアッセンブリに対する図８の波形スプリングのさらに他の配置を示す図である。

ディセッツによる米国特許第６６８８１９４号明細書のディファレンシャルを示す図１〜図３をまず参照すると、従来技術において、環状スリーブ４０を介して一直線状に配置される一対の出力軸８及び１０を駆動させるために駆動軸１８によって回転駆動されるハウジング４と、一対のクラッチ部材４６及び４８の対向面に含まれ直径方向に配置される一対の溝５０（図３）に収容されるクロスピン４４と、環状の摩擦パック６４及び６８と、サイドギヤ５４及び５６とから構成されるロッキングディファレンシャルを提供することが公知である。各クラッチ部材の隣接面に含まれる対向するボア７２に嵌合された圧縮スプリング７０は、各クラッチ部材を、摩擦パックが通常の圧縮状態に維持するために互いに離れるように付勢し、それによって、各クラッチ部材４６及び４８が、通常サイドギヤ５４及び５６にそれぞれ連結される。各クラッチ部材間の相対的なわずかな角度変位は、各クラッチ部材の隣接面に含まれるオーバサイズの凹部８０に対応する突起（図３）によって許容される。

この従来のロッキングディファレンシャルにおいては、一方の出力軸の回転速度が、他方の出力軸よりも所定量オーバランしたとき（例えば、旋回時に発生するように）、各クラッチ部材４６及び４８は相対的にわずかに角度変位して、クロスピン４４が溝５０の斜壁部に沿って上昇するとすぐ、オーバランした出力軸に対応する摩擦パックはもう圧縮されず、該オーバランした出力軸は自由状態となる。旋回が終了して各出力軸の回転速度が等しくなったとき、クロスピン４４は溝５０の駆動面に接触するように位置して、両方の摩擦パックが出力軸８及び１０を駆動させるために通常の圧縮状態に戻る。

図４〜図７に示す本発明を次に参照すると、従来技術のディファレンシャルの圧縮スプリングが、摩擦パックアッセンブリ１６４及び１６６のそれぞれが直接連携するサイドギヤ周囲で同心上に取り付けられる弾性環状ディスク手段１６９によって代替される。さらに、詳述すると、改善されたディファレンシャルでは、円筒状のハウジング１０４は中央チャンバ１０５（図１０）を含み、その長手軸Ｌ周りを回転するように配置されている。ハウジングは、出力軸１０８及び１１０にそれぞれスプライン結合された一対のサイドギヤ１５４及び１５６が回転自在に挿入される一対の対向する開口部１０７及び１０９を含む一対の端壁部１０４ａを含む。ハウジングは、またハウジングチャンバを対角線上に横切るように延びるクロスピン１４４の両端が挿入される直角に配置された一対の開口部１４３を含む。クロスピンは、サイドギヤ周りに同心上に配置された環状クラッチ部材１４６及び１４８の隣接面に含まれる対向した溝１５０内に延びる。各クラッチ部材間でわずかに制御された相対的な角度変位が、各クラッチ部材の隣接端面に備えられた突起１７８及びオーバサイズの溝１８０間の連携によって許容される。

クラッチ部材１４６及び１４８の遠端部は、環状摩擦パック１６４及び１６６をそれぞれ収容する座ぐり１４７を含む。従来から公知であるように、摩擦パックは、サイドギヤ及びクラッチ部材のそれぞれに相対的に軸方向へスライド移動可能で、内周にサイドギヤがスプライン結合された摩擦プレートと、外周にクラッチ部材がスプライン結合された反発プレートとが交互に含まれて構成される。本発明の特徴によれば、摩擦パックは、通常、サイドギヤ周りで同心上に設けた座ぐり１４７内に配置される環状弾性ディスク手段１６９によって圧縮状態で維持される。これら弾性ディスク手段は、ハウジング１０４の対向する端壁部１０４ａとの反作用により、各クラッチ部材を共にクロスピン１４４の方向に付勢している。図１０に示すように、ハウジング端壁部１０４ａは、以下に詳述しているように、弾性ディスク及び摩擦パックの位置を維持するために配置される環状突起１０４ｂを備えている。

本発明によれば、環状弾性ディスク手段１６９は、１つまたはそれ以上の波形ワッシャー１７１（図８及び図９）の配列、または、図１１に示すような複数のディスクスプリングすなわち皿ばね（belleview washers）１７０の配列で構成してもよい。ディスクスプリング１７０は、摩擦パックの自由端（図１２）、摩擦プレートと反発プレートの間（図１３）、または図１４に示されるように座ぐりの底壁部１４７ａの近接した部位のいずれかに選択的に配置される。同様に、弾性ディスク手段が環状波形スプリングで構成されるとき、それらは、図１５、図１６及び図１７に示されるように対応した態様で配置される。弾性ディスク手段をその場所に保持するために、環状ビード１０４ｃを各環状突起部の面の周端部に溶接してもよい。

作動中、ハウジング１０４がそれに接続される駆動軸（図示略）によって一定方向に回転されたとき、各出力軸１０８及び１１０は、クロスピン１４４、溝１５０、クラッチ部材１４６及び１４８、圧縮摩擦パック１６４及び１６６、及びサイドギヤ１４６及び１４８のそれぞれを経由して同一回転速度で駆動される。一方の出力軸が他方の出力軸よりも所定量オーバランしたとき、各クラッチ部材は、溝１５０の対応する斜壁部に沿って上昇するクロスピン１４４によって相対的にわずかに角度変位して、それによって、弾性ディスク手段１６９によって生じる付勢力に抗して各クラッチ部材が離れるように変位する。オーバランした出力軸に対応する摩擦パックは圧縮されない状態となり、するとすぐ、サイドギヤ及びオーバランした出力軸はディファレンシャルとの接続が断たれ自由状態となる。オーバラン状態が終了したとき、各クラッチ部材１４６及び１４８は、両方の摩擦パック１６４及び１６６の圧縮を生じさせるために互いの方向に再び付勢され、するとすぐ、各出力軸は再び同一回転速度で駆動される。

本発明の他の特徴によれば、ロッキングディファレンシャルのより有益な動作は、摩擦パックの摩擦プレート及び反発プレートが、硬度Ｒｃ４４〜Ｒｃ４７のＳＡＥ１０７４〜１０７５のバネ鋼で形成されたとき達成されることが判明した。

また各環状突起１０４ｂの面上に溶接された厚さ略０．０７２インチを有する環状ボス１０４ｃを備えることが好ましいことが判明した。ハウジング１０４の側壁部内に含まれるウィンド開口部１１１に通じるチャンバ１０５内の構成部品のアッセンブリは、以前使用されていた圧縮スプリングを本発明の環状弾性ディスク手段に代替したことにより、従来のロッキングディファレンシャルよりも簡素化される。

ハウジング１０４は、他のディファレンシャルハウジング内に組み込まれるために設計された管状スリーブとして形成できることは明りょうである。

特許法の規定に従って本発明の好ましい形状及び具体例が示され記載されているが、当業者にとって上述した本発明の記載から逸脱することのない変更がなされることは明白である。

Claims (9)

1. 駆動軸及び一対の同一直線上に配置された出力軸を有する自動車のロッキングディファレンシャルにおいて、
   （ａ）略円筒状のハウジング（１０４）は、駆動軸によって長手軸周りに回転駆動されることに適し、該ハウジングは中央チャンバ（１０５）と、前記長手軸に沿って一直線上に配置され前記チャンバに連通する一対の第１開口部（１０７）を含む一対の対向する第１端壁部（１０４ａ）とを含み、
   （ｂ）クロスピン（１４４）は、前記長手軸に垂直で前記チャンバを横切るように直径方向に延び、該クロスピンは、前記ハウジングの一対の対向する第２壁部にそれぞれ含まれる一対の一直線上に配置された第２開口部（１４３）に嵌合される一対の端部を有し、
   （ｃ）一対の管状のサイドギヤ（１５４；１５６）は、前記クロスピンと反対側の前記第１ハウジング開口部に回転自在にそれぞれ嵌合され、前記サイドギヤの内側が出力軸の近接した端部に互いに回転不能でそれぞれスプライン結合され、
   （ｄ）同軸上で軸方向に間隔をあけて配置された一対の環状クラッチ部材（１４６；１４８）は、前記クロスピンと反対側で前記サイドギヤ周りに同心上にそれぞれ配置され、前記各クラッチ部材の遠端部は座ぐり（１４７；１４９）をそれぞれ含み、前記各クラッチ部材の隣接面には、前記クロスピンを収容する対向して直径方向に延びるカム溝（１５０）を含み、前記各クラッチ部材は、該クラッチ部材の相対的な角度変位を制限するように係合されるロッキング手段（１７８、１８０）を含み、
   （ｅ）一対の環状摩擦パック手段（１６４、１６６）は、前記サイドギヤ周りに同心上の前記座ぐり内にそれぞれ配置され、各前記摩擦パック手段は、複数の環状の摩擦及び反発プレートを交互に含み、前記摩擦プレートは、その内側が対応するサイドギヤの外側スプラインに対して互いに回転不能で軸移動可能にスプライン結合され、前記反発プレートは、その外側が対応するクラッチ部材の座ぐり面に含まれる内側スプラインに対して互いに回転不能で軸移動可能にスプライン結合され、各前記摩擦パック手段は、前記摩擦及び反発プレートが互いに相対的に自由回転となる非圧縮状態と、前記摩擦及び反発プレートの対向面が互いに回転不能に接触して、それによりクラッチ部材の回転を対応するサイドギヤに連結する軸方向圧縮状態との間で作動可能であり、
   （ｆ）スプリング手段は、通常前記摩擦パック手段を圧縮状態の方向へ付勢して、前記スプリング手段は、前記サイドギヤ周りに同心上に設けられた座ぐり内に配置される弾性環状ディスク手段（１７０；１７１）を含み、
   （ｇ）前記クラッチ部材のカム溝は、一方の出力軸の回転速度が他方の出力軸の回転速度よりも所定量オーバランしたとき、オーバランしたサイドギヤ及びクラッチ部材が前記クロスピンと相対的に角度変位するような形状を有し、その結果、オーバランした摩擦パックは通常の圧縮状態から非圧縮状態に作動され、オーバランした出力軸は、自由な非接続状態となる、
   ことを特徴とするロッキングディファレンシャル。
2. 前記弾性ディスク手段は、少なくとも一つのディスクスプリングを含むことを特徴とする請求項１に記載のロッキングディファレンシャル。
3. 前記弾性ディスク手段は、少なくとも一つの環状波形スプリングを含むことを特徴とする請求項１に記載のロッキングディファレンシャル。
4. 前記摩擦パック手段の各々は、クラッチ部材の座ぐりの底壁部（１４７ａ）と、対応するハウジングの第１端壁部の近接面上で第１壁部開口部の周囲に同心上の環状突起（１０４ｂ）との間で圧縮されることを特徴とする請求項１に記載のロッキングディファレンシャル。
5. さらに、対応する摩擦パック手段に対向する前記各環状突起の端面上に配置される環状ビード（１０４ｃ）を含むことを特徴とする請求項４に記載のロッキングディファレンシャル。
6. 前記環状ビードは、略２．０２８インチの直径及び略０．０７２インチの厚さを有する環状の溶接されたボスで構成されることを特徴とする請求項５に記載のロッキングディファレンシャル。
7. 前記摩擦及び反発プレートは、表面仕上げ率が略Ｒａ２５〜略Ｒａ５５に設定されることを特徴とする請求項４に記載のロッキングディファレンシャル。
8. 前記摩擦及び反発プレートは、硬度略Ｒｃ３８〜略Ｒｃ４４の高炭素低合金鋼で形成されることを特徴とする請求項７に記載のロッキングディファレンシャル。
9. 前記波形弾性ディスクは、略７２３ポンド／インチのバネ定数及び０．９３インチで略３４ポンドのバネ荷重を有することを特徴とする請求項３に記載のロッキングディファレンシャル。

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