JP2013522568A - 改良された液圧ポーティング通路構造を有する液圧継手 - Google Patents

Abstract

一対の回転メンバを連結させるために車両の駆動系に使用される液圧継手であって、液圧継手は、ケーシングによって支持されるとともに一対の回転メンバを共に連結させるために作動可能な継手機構を含む。ピストンは、ポンプによって発生させた圧液に応答して第１位置と第２位置との間を移動して、それによって継手機構が結合される。ポンプは、ピストンから離れる方向へ向けて配置されたアウトレットを有する。内通路は、ポンプのアウトレットとピストンに隣接して形成される拡張チャンバとの間に流体連通をもたらす。コントロールバルブは、サンプと拡張チャンバとの間のポンプからの圧液の流れを制御する。

Description

本発明は、液圧継手に関するものであり、特に、改良された液圧ポーティング通路構造を有する液圧継手に関する。

液圧継手は、車両の駆動系で使用される周知の装置である。典型的に、液圧継手は、ハウジングによって機能的に支持されるとともに圧液源に流体連通される。これらの装置は、回転軸の周囲のドライブシャフトまたはアクスルハーフシャフト等の一対の回転メンバを連結させるために作動する。このように、液体継手は、当業者に周知である他の適用同様、アクスルハーフシャフトを連結させるために使用されるリミテッドスリップディファレンシャル及びロッキングディファレンシャルにおける、車両のフロントアクスルとリアアクスルとを機能的に連結させるトランスファケースの一部として使用される。

周知技術の液圧継手は、それらの意図した目的のために作動する一方で、避けられない不備が依然として残る。例えば、液圧継手は、結合関係にある回転シャフトを共に連結させるため、典型的に、カプリングメンバを動作させるために圧液源を使用する。しかしながら、シャフトの連結が望ましくない場合、継手を介する抵抗の増加が引き起こされるとともに、液圧継手が開状態で作動しているときのノイズ、バイブレーション及びハーシュネス（NVH）を増大させるシステムの残余背圧が、残ったままの状態である可能性がある。加えて、液圧継手のために必要とされるパッキングスペースを減少させるとともに、これらを適用するために使用される装置の全体的なデザインを簡易化するための技術における要求が残る。

本発明は、一対の回転メンバを含む車両の駆動系で使用される液圧継手の技術に関連する欠点を解消するものである。液圧継手は、一対の回転メンバを機能的に支持するケーシングを含む。継手機構は、ケーシングによって支持されるとともに、一対の回転メンバを相互に選択的に連結させるように機能する。ピストンは、第１位置と第２位置との間を移動可能にケーシングによって支持されて、それによって、拡張チャンバが画定される。ポンプは、一対の回転メンバ間の差動に応えて圧液源を供給するように機能する。ポンプは、ピストンから離れる方向のアウトレットを有する。内通路は、ポンプのアウトレットと拡張チャンバとの間に流体連通をもたらす。加えて、本発明の液圧継手は、圧液がサンプの方向へ流れる開位置と、圧液が拡張チャンバの方向へ流れて、その結果、ピストンがその第２位置へ移動されて、継手機構が作動されて、回転メンバが相互に連結される閉位置と、を有する制御バルブを含む。

このように、そして以下により詳細に説明されるように、本発明は、クラッチトルク背圧を減少させる改良されたポーティング戦略を使用するものであり、これにより、それがその開状態で動作しているときの液圧継手による損失が低減される。同様に、本発明は、液圧継手が開状態であるときのNVHが低減される。さらに、本発明の液圧継手は、以下により詳細に説明されるように、システムに必要とされるパッキングスペースが縮小されるとともに、装置の全体的なデザインを簡易化することができる。

本発明の他の形態、特徴及び利点は、添付された図面に関連する以下の説明を読んだ後により深く理解されて、同様に、容易に認識されるであろう。
本発明の液圧継手の側方視の断面図である。 本発明の液圧継手に使用されるポンプの断面図である。 継手機構が開状態で作動しているときの継手機構及び流路を図解する図１に示される液圧継手の断面の部分的な拡大図である。 閉位置における液圧継手を図解する本発明の液圧継手の側方視の断面図である。 継手機構がその閉位置にあるときの継手機構及び流路を図解する図４に示される液圧継手の側方視の断面の部分的な拡大図である。

図１に符号10で示されるのは、車両の駆動系で使用される液圧継手の典型例であり、同一の符号は、図面を通して同じ構成を示すために使用される。当業者は、車両のフロントアクスルとリアアクスルとを機能的に連結させるトランスファケースの一部、アクスルハーフシャフトを連結させるために使用されるリミテッドスリップディファレンシャルまたはロッキングディファレンシャル、同様に周知技術である車両の駆動系の他の適用として液圧継手が使用されることを、理解するであろう。このように、当業者は、図面の目的が本発明の一例を図解するものであるとともにそれを限定することを意図していないことを、以下の説明から理解するであろう。

前述したように、液圧継手10は、一対の回転メンバ12、14を含む車両の駆動系で使用される。この目的を達成するため、図１及び図４に最もよく示されるように、液圧継手は、概して符号16で示されるトルク入力メンバによって車両のエンジンから回転駆動されるとともに、回転軸Aの回りに回転する一対の回転メンバに各々が組み込まれる一対のアクスルハーフシャフト12及び14を駆動するために作動する。液圧継手は、典型的に作動圧液を含んでいる符号18で仮想線内に示されるハウジングを含むとともに、回転メンバ12、14及びトルク入力メンバ16の突出部に適当な図示しないシールを有する。ここに図解された典型的な例において、液圧継手は、概して符号15で示されてハウジング18によって支持されるディファレンシャルを含む。ここで図解された実施形態において、トルク入力メンバ16によって駆動されるアクスルハーフシャフト12及び14は、以下により詳細に説明されるように、選択的に相互に連結することができる。

このために、液圧継手10は、概して符号20で示されて一対の回転メンバ12、14を機能的に支持するケーシングをさらに含む。ケーシング20は、ハウジング18によって支持される。概して符号22で示される継手機構は、ケーシング20によって支持されるとともに、一対の回転メンバ12、14を相互に選択的に連結させるように機能する。ピストン24は、ケーシング20によって支持されて、拡張チャンバ26が第１位置と第２位置との間に画定されるように、第１位置と第２位置との間で移動可能である。概して図１及び図４に符号28で示されるポンプは、一対の回転メンバ12、14の間の差動に応えて圧液源をもたらすように機能する。各コンポーネントは、以下により詳細に説明される。

より具体的には、そしてここで図解された典型的な実施形態に示されるように、トルクがハウジング18及びケーシング20を介して一対の回転メンバ12、14へ伝達されるように、ケーシング20は、トルク入力メンバ16によって回転駆動される。このために、トルク入力メンバ16は、ドライブシャフト30とピニオンギア32とを含む。リングギア34は、ケーシング20に設けられてピニオンギア32と噛み合わされる。ケーシング20は、オープンエンド38を有するギアケース36と、オープンエンド38を閉塞させるためにギアケース36に取付けられて概して符号40で示されるエンドキャップとを含む。ここで図解された実施形態において、エンドキャップ40は、「左側のケース」とも呼ぶ。このコンポーネントは、これらの図に図解されるように、それがギアケース36の左手側に取付けられている事実からその名称を得る。しかしながら、当業者は、これらの見方が相対的であるとともに、「左側のケース」が異なる方向の視線から見た場合、「右側のケース」であると認識されることは容易に理解できるであろう。このように、ここで使用されるような「左側」に対する言及は、説明の目的のためだけのものであり、方向を限定するものではない。概して符号42で示されるプレナムハウジングは、左側のケース40によって回転不可能に支持される。このために、図３、図５に最もよく示されるように、プレナムハウジング42は、プレナムハウジング42と左側のケース40のハブ48との間のインターフェースに複数個のシール44、46が使用される。ギアケース36と左側のケース40との両方は、それぞれハブ48、50を含む。回転メンバ12、14の各々は、ギアケース36または左側のケース40のいずれかのハブ48、50によって回転可能に支持される。

差動機構15は、ケーシング20内の一対の回転メンバ12、14の各々の一方に対して回転可能に設けられる一対のサイドギア52、54を含む。クロスピン56は、それらと共に回転するようにギアケース36に固定的に取付けられる。一対のピニオンギア58は、クロスピン56と共に回転するように取り付けられるとともに、一対のサイドギア52、54の各々に噛み合わされる。このように、差動機構は、回転メンバ12、14が異なる速度で回転することを許容するように機能する。

継手機構22は、図１、図３に図解されるサイドギア52、54が異なる速度で回転する開位置と、図４、図５に図解されるサイドギア52、54が実質上同一速度で回転するように液圧継手10がロックされる閉位置とを有するクラッチアセンブリ60を含む。

より詳細には、図３、図５に最もよく示されるように、クラッチアセンブリ60は、ギアケース36の内径64にスプライン溝が形成された複数枚の環状プレート62と、一対のサイドギア52、54の一方の外径68にスプライン溝が形成された複数枚の環状フリクションディスク66とを含む。環状プレート62は、環状フリクションディスク66間に差込まれる。しかしながら、当業者は、環状フリクションディスク66がサイドギア52または54あるいはその両方のいずれかによって回転可能に支持されることを理解するであろう。複数枚の環状プレート62及び環状フリクションディスク66は、例えば、図３に図解されるように、相互間に差込まれるとともに、クラッチアセンブリ60がその開位置にあるとき、実質上非接触の関係で相互に擦れ違って回転するように動作する。しかしながら、ここで使用される用語「非接触の関係」は、相対的な関係であって、クラッチアセンブリ60が開状態であるとき、プレート62及びフリクションディスク66が全く接触していない状態を示すことを意味していないことを、当業者は理解するであろう。環状プレート62及びフリクションディスク66はまた、相互間の摩擦結合のために軸線方向へ移動可能であり、それによって、図４、図５に示されるように、クラッチアセンブリ60がその閉位置にあるとき、環状プレート62とディスク66との間の相対回転が減少する。このように、クラッチアセンブリ60がその閉位置にあるとき、サイドギア52、54は、回転メンバ12、14同様に、共に回転する。

本発明の液圧継手10はまた、ケーシング20によってポンプ28とピストン24との間に支持されるピストンプレート68を含む。拡張チャンバ26は、ピストンプレート68とピストン24との間に画定される。ピストン24は、ピストンの内周及び外周の各々に配置されるシール69、71を含む。シール69、71は、ピストンプレート68に形成された下部環状リップ73と上部環状リップ75とに接触される。環状リップ73、75は、相互に平行に軸線方向へ間隔をあけて延びる。ピストン24と環状リップ73及び75とは共に、ピストンプレート68のボディと協働して拡張チャンバ26を画定する。ピストン24は、図１、図３に図解されてクラッチアセンブリ60が開位置にある第１位置と、回転メンバ12、14同様に、サイドギア52、54が共に回転することができるように、図４、図５に図解されてピストン24がクラッチアセンブリ60を閉位置へ移動させる第２位置とから、拡張チャンバ26内の圧液によって引き起こされるバイアスに応えて移動可能である。

図２に最もよく示されるように、本発明の一実施形態のポンプ28は、ジェロータポンプ型を適用することができる。ジェロータポンプは、一対の回転メンバ12、14の一方に回転可能に接続されるとともに外歯72を有するインペラ70を含む。ポンプ28はまた、歯付きインペラ70に対して偏心して回転のためにケーシング20に設けられた内リングギア74を含むとともに、インペラ歯72よりも数量が１つ多く且つそれらと噛み合い関係にある内歯76を含む。このようにして、内リングギア74とインペラ70との間の相互作用によって、ギアケース36と歯付きインペラ70との間の相対回転によるポンプ動作がもたらされる。相対回転は、アクスルハーフシャフト12、14の回転速度に差異があるときに発生する。この相対回転は、圧液源を発生させる。

ポンプ28は、ピストン24から離れる方向に配置されたアウトレット78を有する。概して符号80で示される内通路は、以下により詳細に説明されるように、ポンプ28のアウトレット78と拡張チャンバ26との間に流体連通をもたらす。液圧継手10はまた、ポンプ28からサンプ（図示省略）への圧液の流れ、または拡張チャンバ26及びピストン24への圧液の流れを制御する、図１、図４において概して符号82で示されるコントロールバルブを含む。ここで図解された実施形態において、コントロールバルブ82は、プレナムハウジング42に取り付けられる。しかしながら、コントロールバルブ82がどのような適当な場所にでも取り付け可能であることは、当業者は理解されるであろう。コントロールバルブ82は、圧液がサンプの方向へ流れる開位置と、圧液が拡張チャンバ26の方向へ流れる閉位置とを有して、閉位置では、ピストン24が第２位置へ移動されて継手機構22が機能することにより、回転メンバ12、14が共に連結される。

加えて、図３、図５を再び参照すると、液圧継手10は、ポンプ28のアウトレット78と内通路80との間に配置されて、概して符号84で示されるチェックバルブを使用する。チェックバルブ84は、ポンプ28のアウトレット78と内通路80との流体連通を阻止する閉位置から移行させるため、同様に、ポンプ28のアウトレット78と内通路80との流体連通をもたらす開位置から移行させるために使用することができる。ここで図解された典型的な実施形態において、チェックバルブ84は、ボール86と、ボール86をその閉位置に付勢させるばね88とを含む。チェックバルブ84は、ポンプ28が発生した予め定められたレベルを超える液圧に応えて、このレベルに到達すると迅速に開弁される。同様に、ここで図解された典型的な実施形態において、図１、図４に最もよく示されるように、コントロールバルブ82は、ソレノイド90とバルブメンバ92とを含み、バルブメンバ92は、圧液がサンプの方向へ流れる開位置と圧液が内通路80を通って拡張チャンバ26へ流れる閉位置との間を移動可能である。

内通路80は、チェックバルブ84のアウトレットに流体連通される通路94を含む。通路94は、単一平面上で左側のケース40内に画定される。加えて、内通路80はまた、通路94のように左側のケース40に画定される通路98を含む。別の中間通路96は、通路94と通路98との間に流体連通をもたらす。別の通路99は、通路98と内リングギア74を貫通して延びるポート100との間に流体連通をもたらす。ピストンプレート68に画定された一列に配列されたポート102は、ポート100と拡張チャンバ26との間に流体連通をもたらす。適当なＯリング104、106は、ジェロータポンプの内リングギア74を貫通して形成されたポート100の各端部に配置される。重要な点であるが、左側のケース40に画定された通路94、96、98及び99の各々は、全てが単一平面上で延びる。さらに特定すると、これらの通路の各々はストレートである。通路94、96、98及び99を形成するための左側のケースに画定されたいくつかの開口は、例えば、符号108、110及び112で示されるプラグによって閉塞される。これらの通路に加えて、内通路80はまた、コントロールバルブ82とポンプ28のアウトレット78との間に流体連通をもたらすポート114を含む。ここで図解された実施形態において、ポート114は、プレナムハウジングに画定されるとともに、ポンプのアウトレット78とコントロールバルブ82との間に流体連通を確立する。同様に、上述したように、コントロールバルブ82は、システム全体を通じた圧液の流れを制御するとともに、望ましくないあるいは不必要な圧液をサンプあるいはリザーバの方向へ流すことができる。加えて、当業者は、ポート114が、他の通路同様に、左側のケース40に画定することができることを理解されるであろう。しかしながら、上の説明を考慮して、内通路80は、いかなる適当な手段で左側のケース40及びプレナムハウジング42に形成することができるとともに、クレームされた本発明の目的の範疇でいかなる数量の適当な通路及びポートを含むことができることを、当業者は理解されるであろう。

その作動モードにおいて、液圧継手10に取り付けられた回転メンバ12、14間の差動回転は、ポンプ28の作動を引き起し、これにより、拡張チャンバ26が加圧されるとともに、ソレノイドバルブ82の閉弁時にピストン24がクラッチアセンブリ60に結合する方向へ移動される。この作動状況下で、図５に最もよく図解されるように、ポンプアウトレット78からの圧液流れは、チェックバルブ84を通過して、通路94、96、98及び99を通って、ジェロータポンプ28の内リングギア74に形成されたポート100、同様に、ピストンプレート68に形成された一列に配列されたポート102を通って、それから、ピストン24とピストンプレート68との間に画定された拡張チャンバ26に流入する。しかしながら、重要なことは、ポンプ28のアウトレット78が、最初に、拡張チャンバ26及びピストン24に対して反対方向に向けられていることである。これは、以下により詳細に説明されるように、本発明の重要な特徴である。

当業者は、例えば、アクスルハーフシャフト12、14等の回転メンバ間に差動回転があるが、例えば、100RPM等の予め定められたレベルを下回るときには、特に回転メンバを連結させる必要がないことを認識するであろう。これは、例えば、車両がターンしているときに発生する。これらの運転状況下では、ソレノイドコントロールバルブ82は開弁されて、液圧継手は開モードで作動される。それにもかかわらず、アクスルハーフシャフト12、14間の差動回転が、このような状況下でディファレンシャルギアセットによって促進されるため、圧液がポンプ28によって生み出される。これが発生すると、圧液はチェックバルブ84を通過して流れることが可能である。ポンプ28のアウトレット78が拡張チャンバ26、ピストン24及びクラッチアセンブリ60から離れる方向に向けられているので、図３において矢印によって示されるように、圧液は、ポート114を通ってサンプまたはリザーバ（図示省略）へ直接流れる。この作動状況において、圧液は、拡張チャンバ26の方向へまたは拡張チャンバ26に決して流れることはない。このように、残留圧力はピストン24に作用せず、また、圧力はクラッチアセンブリ60を機能させることはない。

このように、圧液がポンプに到達するとともにクラッチパックに偶発的に抵抗が発生する前に圧液が拡張チャンバを経由するようにした関連技術において、多くの場合に別な方法が見出されるが、本発明は、背圧クラッチトルクを減少させるまたは本質上排除するポーティング通路を使用する。加えて、これらの状況下でクラッチアセンブリ60が加圧されていないので、本発明は、液圧継手が開状態で作動しているときにNVHを低減させることができる。同様に、チェックバルブ84が左側のケース40に取り付けられるので、これは、液圧継手のために必要とされるパッキングスペースを削減するとともに、装置の全体的なデザインを簡易化することができる。

また、本発明の液圧継手は、左側のケース40に形成された通路94、96、98及び99が本質上単一平面上に形成されているので、製造コストを削減することができる。さらに特定すると、上述したように、通路94、96、98及び99の各々は、本質上直線で構成されているとともに左側のケース40に容易に構成することができる。

本発明は、上述した明細書で詳細に説明された、そして、本発明の様々な変形及び改良は、明細書の解釈及び理解から当業者に明白になるであろうと思料する。全てのこのような変形及び改良は、それらが添付されたクレームの目的の範疇となる限りにおいて、本発明に包含される。

Claims (12)

1. 一対の回転メンバを含む車両の駆動系に使用する液圧継手であって、
   前記液圧継手は、
   前記一対の回転メンバを動作可能に支持するケーシングと、
   前記ケーシングによって支持されて前記一対の回転メンバを共に選択的に連結させるように機能する継手機構と、
   前記ケーシングによって移動可能に支持されて第１位置と第２位置との間に拡張チャンバが画定されるピストンと、
   前記一対の回転メンバ間の差動動作に応えて圧液源を提供するために作動可能であるとともに、前記ピストンから離れる方向のアウトレットを有するポンプと、
   前記ポンプのアウトレットと前記拡張チャンバとの間に流体連通をもたらす内通路と、
   サンプの方向へ圧液が向かう開位置と、前記ピストンを前記第２位置へ移動させて、前記継手機構を作動させて、回転メンバを共に連結させるために、圧液が前記拡張チャンバの方向へ向かう閉位置とを有するコントロールバルブと、
   を含むことを特徴とする液圧継手。
2. 前記ポンプの前記アウトレットと前記内通路との間に配置されて、前記ポンプの前記アウトレットと前記内通路との間の流体連通を阻止する閉位置と、前記ポンプの前記アウトレットと前記内通路との間の流体連通をもたらす開位置と、から移動させるために動作可能なチェックバルブを含むことを特徴とする請求項１に記載の液圧継手。
3. 前記チェックバルブは、ボールと前記ボールを前記閉位置へ向けて付勢するばねとを含むことを特徴とする請求項２に記載の液圧継手。
4. 前記コントロールバルブは、ソレノイドと、圧液がサンプの方向へ向かう開位置と圧液が前記内通路を通って前記拡張チャンバの方向へ向かう閉位置との間を移動可能であるバルブメンバと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の液圧継手。
5. 前記ケーシングは、オープンエンドと、前記オープンエンドを閉塞させるために前記ギアケースに機能的に取り付けられるエンドキャップと、を有して、前記エンドキャップに前記ポンプの前記アウトレットが画定されることを特徴とする請求項１に記載の液圧継手。
6. 前記液圧継手は、前記ケーシングによって前記ポンプと前記ピストンとの間に支持されるピストンプレートをさらに含み、前記拡張チャンバは、前記ピストンプレートと前記ピストンとの間に画定されることを特徴とする請求項１に記載の液圧継手。
7. 前記ケーシングは、トルクが前記ハウジングを介して前記一対の回転メンバへ伝達されるように、トルク入力メンバに回転可能に連結されることを特徴とする請求項１に記載の液圧継手。
8. 前記一対の回転メンバの各々の一方と共に回転させるために前記ケーシングに取り付けられる一対のサイドギアと、開位置を有するクラッチアセンブリを含む前記継手機構と、をさらに含み、前記一対のサイドギアは、異なる速度で且つ開位置で回転することができ、前記液圧継手は、前記サイドギアが同一速度で回転することができるようにロックされることを特徴とする請求項１に記載の液圧継手。
9. 前記ピストンは、前記クラッチアセンブリがその開位置に位置する前記第１位置と、前記サイドギアが共に回転することができるように前記ピストンが前記クラッチアセンブリをその閉位置へ移動させる第２位置と、から前記拡張チャンバ内の圧液によって発生するバイアスに応えて移動可能であることを特徴とする請求項８に記載の液圧継手。
10. 前記クラッチアセンブリは、前記サイドギアケースにスプライン結合される複数枚の環状プレートと、前記一対のサイドギアの一方にスプライン結合されるとともに前記複数枚の環状プレート間に差込まれる複数枚の環状フリクションディスクと、を含み、前記クラッチアセンブリがその開位置に位置するとともに前記環状プレートとフリクションディスクとが相互に作用して摩擦結合の状態になるように軸方向へ移動可能である場合、前記環状プレートと前記環状フリクションディスクとは、非接触状態で相互に擦れ違って回転するように動作して、それによって、前記クラッチアセンブリがその閉位置にある場合、前記環状プレートとディスクとの間の相対回転が減少されることを特徴とする請求項９に記載の液圧継手。
11. 前記ケーシングは、ギアケースを含み、前記ギアケースは、それと共に回転するように前記ギアケースに固定して取り付けられるクロスピンと、前記クロスピンと共に回転するように取り付けられるとともに前記一対のサイドギアの各々に噛み合わされる一対のピニオンギアと、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の液圧継手。
12. 前記ポンプは、前記一対の回転メンバの一方に接続されるとともに外歯を有するインペラと、前記歯付きインペラに対して前記ケーシングと共に回転するように取り付けられるとともに、インペラ歯よりも数量が１つ多い内歯を有して、且つ前記ギアケースと前記歯付きインペラとの間の相対回転に伴うポンピング動作をもたらすためにそれらと共に噛み合わされる内リングギアと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の液圧継手。

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