JP2022526746A

JP2022526746A - 潤滑制御を伴う脱連結可能カップリング

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Publication number: JP2022526746A
Application number: JP2021556488A
Authority: JP
Inventors: レイヤング; クリストファーエムザガキー
Original assignee: GKN Automotive Ltd
Current assignee: GKN Automotive Ltd
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2022-05-26
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: JP7149432B2; US11773919B2; WO2020194020A1; US20220120322A1; DE212019000482U1; CN216158157U

Abstract

軸周りに回転可能な切断可能カップリング装置（１）は、端と前記端に形成されたハブ（３１）とを有する第１のシャフト（１３）であって、前記ハブ（３１）が前記端から径方向に広がったフランジと前記フランジから軸方向に突出した丸壁とを備えて空洞を囲む第１のシャフト（１３）と、前記第１のシャフト（１３）と同軸に揃えられて前記第１のシャフト（１３）の前記端に対向し、前記ハブ上に差し掛かるドラム（３７）を備えた第２のシャフト（１５）と、前記ハブ（３１）と前記ドラム（３７）との間に保持されて前記ハブ（３１）を前記ドラム（３７）へ脱連結可能に連結する多板クラッチ（４８）と、前記ハブに固定されて前記第１のシャフト周りにガター（２１）を囲むカップと、前記フランジを軸方向に貫通して前記ガターと前記空洞の間で流体連通を確立する一以上の貫通孔（２３）と、を備える。

Description

本開示は、ＡＷＤ車のファイナルドライブユニットに適用可能な潤滑制御を伴う脱連結可能カップリングに関する。

全輪駆動（ＡＷＤ）車において、エンジンおよび／または電気モータが生ずるトルクは、トランスミッションを介して主駆動輪に伝達されると共に、パワートランスファユニット（ＰＴＵ）へ部分的に抽出されて他の駆動輪に伝達される。ファイナルドライブユニット（ＦＤＵ）は、この抽出されたトルクを受容して左右輪に分配する。パートタイムないしオンデマンドＡＷＤシステムを構築する目的で、クラッチシステムはＦＤＵの一部として含まれ、あるいは外部装置として設けられて、トルク伝達を切断することができる。かかるクラッチシステムには湿式多板クラッチが利用可能であり、またこれは限定的な滑りを許容でき、滑りは駆動モード変更のときのショックを吸収するのに利用できるから、好ましいものであろう。

特許文献１，２は関連する技術を開示する。

国際特許出願公開ＷＯ２０１８／０３１０１６国際特許出願公開ＷＯ２０１７／１４１８２９

湿式多板クラッチは適度な潤滑を要する。さもなくば隣接するプレート同士で固着が起こりかねないからである。共通のハウジングがデファレンシャルと多板クラッチとを収容し、収容された全ての要素に潤滑油を供給するのにかかるデファレンシャルの回転を利用するシステムにおいて、本発明者らは、潤滑に相当の困難さがあることを見出した。デファレンシャルの回転は潤滑油を散布するが、ハウジング中のパーティションのごとき介在障害物を越えさせる駆動力を生むには十分ではないことが見出された。以下に説明する装置は、かかる課題を扱っている。

一局面によれば、軸周りに回転可能な切断可能カップリング装置は、端と前記端に形成されたハブとを有する第１のシャフトであって、前記ハブが前記端から径方向に広がったフランジと前記フランジから軸方向に突出した丸壁とを備えて空洞を囲む第１のシャフトと、前記第１のシャフトと同軸に揃えられて前記第１のシャフトの前記端に対向し、前記ハブ上に差し掛かるドラムを備えた第２のシャフトと、前記ハブと前記ドラムとの間に保持されて前記ハブを前記ドラムへ脱連結可能に連結する多板クラッチと、前記ハブに固定されて前記第１のシャフト周りにガターを囲むカップと、前記フランジを軸方向に貫通して前記ガターと前記空洞の間で流体連通を確立する一以上の貫通孔と、を備える。

図１は、ファイナルドライブを備えたＡＷＤ車の模式図である。図２は、ファイナルドライブに適用可能な、一実施形態による脱連結可能カップリング装置の断面図である。図３は、脱連結可能カップリング装置における構成部品の分解斜視図である。図４は、潤滑油の流れの模式図とともに表す脱連結可能カップリング装置の拡大断面図である。図５は、第１のシャフトおよびこれに固定されたカップの側面図である。図６は、他の実施形態による脱連結可能カップリング装置の拡大断面図である。

図１ないし図５を参照して以下にいくつかの例示的な実施形態を説明する。

これらの図面において、符号Ｆは前方を、Ａは後方を、Ｒは右方を、Ｌは左方を、それぞれ表す。しかしながらこれらの区別は説明の便宜のために過ぎず、右と左を、また前と後ろを入れ替えた変形形態が可能である。

以下に説明する何れの脱連結可能カップリング装置も、車両の動力伝達系、特に図１に例示された全輪駆動（ＡＷＤ）車におけるファイナルドライブユニット（ＦＤＵ）に適用することができるが、これに限られない。ＡＷＤ車は、トルクを発生するための、燃焼機関１Ｅおよび／または電気モータ１Ｍのごときモータと、かかるトルクを車輪に伝えるトランスミッション３と、部分的にトルクを抽出するパワートランスファユニット（ＰＴＵ）５と、これに結合したプロップシャフト７と、抽出されたトルクを受容して他の車輪へ分配するＦＤＵ９と、を備える。トランスミッション３とＦＤＵ９の両方は、差動を許容しながらトルクを右および左の車輪へ配分するためのデファレンシャル３Ｄ，９Ｄを、典型的には備える。

本実施形態による脱連結可能カップリング装置１１は、ＦＤＵ９内に据えられ、デファレンシャル９Ｄと組み合わせて使用される。言うまでもなく、装置１１は車両において何れに据えられてもよく、何れの装置と組み合わせて使用してもよい。図１と組み合わせて図２を参照するに、装置１１の第１のシャフト１３はデファレンシャル９Ｄのサイドギアの一方と結合し、第２のシャフト１５は他方と結合する。装置１１は、典型的には、第１のシャフト１３と第２のシャフト１５の間のトルク伝達を切断するために使用される。トルク伝達が切断された時、第１のシャフト１３に結合したサイドギアは他方のサイドギアから自由になる。この時デファレンシャル９Ｄはどちらのサイドギアにもトルクを出力しない。それゆえ車両は２ＷＤモードで走行し、そうでないときにはＡＷＤモードで走行する。２ＷＤモードにおいてプロップシャフト７を停止する目的で、車両はＰＴＵ５内に他の切断装置を備えてもよい。

脱連結可能カップリング装置１１は、概して、ハブ３１を備えた第１のシャフト１３と、第２のシャフト１５と、第１のシャフト１３を第２のシャフト１５へ脱連結可能に連結する多板クラッチ１７と、ハブ３１に固定されたカップ１９と、クラッチ１７へ押圧力を印加するアクチュエータ２５と、を備える。これらの要素は、典型的には、しかし必然的にではなく、第１の部分４１と第２の部分４３とよりなり、またＦＤＵ９のハウジングの一部を構成するハウジングに携行される。

第１の部分４１はこのようにデファレンシャル９Ｄと装置１１との流体連通を、部分的に、しかし全体的にではなく遮る。デファレンシャル９Ｄにより散布された潤滑油は、第１のシャフト１３周りの限定された空間を主に通って装置１１へと流れる。カップ１９は、それ自体が、またはハブ３１との組み合わせで、相当量の潤滑油を集め、また第１のシャフト１３からハブ３１の内側を通って多板クラッチ１７へ導くための、ガター２１を囲む。カップ１９およびガター２１の詳細は後述する。

第１のシャフト１３は回転軸Ｃ周りに回転可能なシャフトである。第１のシャフト１３は、第１の部分４１の開口を通ってデファレンシャル９Ｄへ引き出され、換言すれば延びており、またその引き出された端の付近には、デファレンシャル９Ｄと連結するためのスプラインのごとき何らかの構造が形成されていてもよい。第１のシャフト１３と第１の部分４１の開口との間には、既に述べた通り、多少の空間があってもよい。

図２に組み合わせて図３，４を参照するに、クラッチ１７の内部構造であるハブ３１は、第１のシャフト１３の他方の端１３Ｅに形成される。種々の形状が可能だが、ハブ３１は例えば深鍋形状にすることができる。ハブ３１は第１のシャフト１３の端１３Ｅを越えて第２のシャフト１５に向けて軸方向に突出する。すなわち、図５をさらに参照するに、ハブ３１は、端１３Ｅから径方向に延びたフランジ３１Ｆと、フランジ３１Ｆから軸方向に突出した丸壁３１Ｗとを備え、以って壁３１Ｗとフランジ３１Ｆとが空洞３３を囲む。壁３１Ｗの外周は、多板クラッチ１７のインナプレートと係合するためのキーないしラグのごとき構造を有する。

上述の構造は、第１のシャフト１３とハブ３１とを、鋳造、鍛造、鋳塊からの切削加工、ないし適当な成型方法により、一体に成形するに有利である。それにも関わらず、第１のシャフト１３とハブ３１とは別体にすることができ、その後に係合、圧入、溶接ないし接合法により一体化してもよい。

ハブ３１は、潤滑油が第１のシャフト１３付近から多板クラッチ１７へ流れるのを許容する開口のごとき構造を有することができる。図３，４はその例を例示しており、一以上の貫通孔２３がフランジ３１Ｆを軸方向に貫通し、これらは第１のシャフト１３付近からハブ３１が囲む空洞３３へ流体連通を確立する。同じ例において、一以上の貫通穴が壁３１Ｗを径方向に貫通し、これらは空洞３３と多板クラッチ１７との流体連通を確立する。

図２，３に戻って参照するに、第２のシャフト１５も軸Ｃ周りに回転可能であり、第１のシャフト１３と軸方向に揃えられ、また対向している。第２のシャフト１５は第２の部分４３にボールベアリングにより回転可能に支持される。さらに、第１のシャフト１３と第２のシャフト１５との間には、第１のシャフト１３を回転可能に支持する目的で、ボールベアリング３９が介在していてもよい。

第２のシャフト１５は中空構造にすることができ、その内部はアクスルに、またはアクスルへのシャフトに結合するためのスプラインのごとき構造を有してもよい。その外部からはフランジが径方向に突出し、ドラム３７はフランジと一体に、言い換えれば単一の部材として、固定され又は形成されている。ドラム３７はハブ３１に差し掛かり、それゆえクラッチ１７の外部構造をなす。ドラム３７の内周は多板クラッチ１７のアウタプレートと係合するためのキーないしラグのごとき構造を有する。

クラッチ１７のインナおよびアウタプレートは交互に並んでおり、それぞれハブ３１およびドラム３７のラグと係合している。多板クラッチ１７はそれによりハブ３１とドラム３７の間に保持される。これに十分な押圧力が印加されると、クラッチ１７はハブ３１をドラム３７に連結し、トルクを第１のシャフト１３から第２のシャフト１５へ伝達する。

アクチュエータ２５は多板クラッチ１７へ押圧力を及ぼす装置である。適用可能な装置は、けして網羅的ではないが、油圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、電磁アクチュエータ、および図２，３に例示されるカム機構２５である。

カム機構２５はトルクを押圧力に変換する装置である。カム機構２５は、図２，３から最もよく理解できるように、相対的に回転可能なプレート２５Ａ，２５Ｂと、その間に挟まれたカムボールのごときカム片と、プレート２５Ａを回転させる電気モータ２７と、を備えることができる。カム機構２５はモータ２７の力を増倍する減速ギア２５Ｃを含んでもよい。プレート２５Ａ，２５Ｂの一方ないし両方は、周方向に延びた傾斜路を有し、カムボールはこれらの傾斜路を転動することができる。プレート２５Ａがモータ２７により回転させられると、カムボールが傾斜路を転動して昇り、そのためにプレート２５Ａをクラッチ１７に向けて押す。

カップ１９は、図２および５に最もよく見て取れる通り、穴開き底１９Ｂのある、比較的に広くまた浅いカップ状ないし鍋状形にすることができる。すなわちカップ１９は、径方向外壁と、外壁から径方向に内側に突出して開口を残す底１９Ｂと、を有することができる。このような単純な構造は費用効率的な製造を許す点で有利であり、もっともカップ１９は、ガター２１を画し、あるいはガター２１との間で潤滑油の流れを促すための、内側リブのような他の構造を追加的に含んでもよい。

カップ１９の外壁はハブ３１に、特に例えばフランジ３１Ｆおよび／または壁３１Ｗに、嵌合し、または固定される。外壁はフランジ３１Ｆに関して壁３１Ｗとは反対の方向に延び、第１のシャフト１３は底１９Ｂの開口を通過する。かかる嵌合ないし固定は、圧入によることができ、対応して壁３１Ｗは、図４に示すごとく、嵌合するカップ１９を受容する段状幅狭部を含んでもよい。これらの構造的方策は、製造における費用効率の点で有利であり、また設計の、特にハブ３１と貫通孔２３の配置と寸法の点で、自由を許容する。カップ１９は、単独で、またハブ３１のフランジとの組み合わせで、第１のシャフト１３を囲むガター２１を画する。

図４は、装置１１内の潤滑油の流れを、特にガター２１および空洞３３付近について、一連の白抜き矢印により模式的に図示している。装置１１が回転すると、回転するデファレンシャル９Ｄにより散布された潤滑油は第１のシャフト１３に沿って流れ、第１の部分４１の開口を通過することができる。回転する第１のシャフト１３による遠心力は潤滑油を径方向外方に向け、第１のシャフト１３を囲むガター２１は潤滑油の相当量を捕集することができる。

装置１１は、必然的にではないが、他の潤滑油流路を有してもよい。その一例は、図６に示す通路４５であり、これは第１の部分４１を貫いてデファレンシャル９Ｄのためのキャビティと装置１１のためのキャビティとを流体連通する。通路４５の入り口は、デファレンシャル９Ｄが散布した潤滑油を捕集するべく、デファレンシャル９Ｄの外周に露出してもよく、あるいはオイルガターと連通してもよい。これに代えて、あるいは加えて、その駆動力を潤滑油を送給するのに利用するべく、通路４５はモータ２７に、あるいは減速ギア２５Ｃに連結されていてもよい。通路４５の出口は、ガター２１に向けられていてもよい。デファレンシャル９Ｄにより供給された潤滑油は、主に、あるいは第１のシャフト１３に沿う流れと並行して、図６の各白抜き矢印により示される通り、通路４５を通って流れてガター２１へと流入する。

これらの何れの場合においても、ガター２１は相当量の潤滑油を貯留し、回転するカップ１９が貯留された潤滑油へ遠心力を及ぼすが径方向にはこれを堰き止め、以って軸方向の駆動力を生じ、これは潤滑油を隣接する貫通孔２３を越えて空洞３３へ流れるよう促す。

十分な量の潤滑油を貯留し、および／あるいは貫通孔２３への軸方向流れを促すべく、図５に示すように、穴開き底１９Ｂのリム１９Ｒの外壁からの高さは好ましくは貫通孔２３の底に比して十分に高くする。あるいは、貫通孔２３は好ましくはリム１９Ｒより少なくとも部分的に径方向外方に配置される。

再び図４を参照するに、装置１１が回転し続ける限り、空洞３３中の潤滑油は遠心力を再び受け、以って貫通孔３５および／またはハブ３１とドラム３７の間の何れかの隙間を通って、多板クラッチ１７へと流れる。このようにして潤滑油はクラッチ１７を十分に潤滑する。

これと対比して、装置１１が、特に第１のシャフト１３がその回転を停止している時には、遠心力が働かないので潤滑油の供給も同時に停止する。過剰な潤滑油が互いに離間したクラッチ板の間に侵入することがないので、これはクラッチ１７が連結するのに有利である。クラッチの１７の脱連結および第１のシャフト１３の回転の停止は、特にＰＴＵ５が既に述べた通りプロップシャフト７を停止する切断装置を含む場合に、同時に起こることにさらに注意を要する。ここに開示した装置は、それゆえ、必要かつ十分な潤滑制御を自動的に提供する。

また、上に述べた構造がなければ、潤滑油の主要経路としては空洞３３を利用し難いことを特筆しておく。なぜならば、空洞３３はハブ３１およびドラム３７の後ろに隠れるが、上述の実施形態は十分な量の潤滑油を貫通孔２３を通って吐出し、空洞３３中の遠心力を利用して潤滑油をクラッチ１７へ送給するからである。

いくつかの実施形態を説明したが、上記開示内容に基づいて実施形態の修正または変形をすることが可能である。

Claims

軸周りに回転可能な切断可能カップリング装置であって、
端と前記端に形成されたハブとを有する第１のシャフトであって、前記ハブが前記端から径方向に広がったフランジと前記フランジから軸方向に突出した丸壁とを備えて空洞を囲む第１のシャフトと、
前記第１のシャフトと同軸に揃えられて前記第１のシャフトの前記端に対向し、前記ハブ上に差し掛かるドラムを備えた第２のシャフトと、
前記ハブと前記ドラムとの間に保持されて前記ハブを前記ドラムへ脱連結可能に連結する多板クラッチと、
前記ハブに固定されて前記第１のシャフト周りにガターを囲むカップと、
前記フランジを軸方向に貫通して前記ガターと前記空洞の間で流体連通を確立する一以上の貫通孔と、を備えた装置。
前記カップは、径方向に外側の壁と、前記外側壁から径方向に内側に突出して前記第１のシャフトが通る開口を残す底と、を含み、以って前記ハブの前記フランジと前記外側壁と前記底との組み合わせが前記ガターを囲む、請求項１の装置。
前記貫通孔は、前記開口の縁よりも少なくとも部分的には径方向に内方に配置されている、請求項２の装置。
請求項１の装置であって、
前記ハブを径方向に貫通して前記空洞と前記多板クラッチとの流体連通を確立する、一以上の貫通穴を、さらに備えた装置。
前記ハブは前記第１のシャフトの前記端を越えて前記第２のシャフトに向けて軸方向に突出している、請求項１の装置。
前記カップは前記ハブの外周に嵌合している、請求項１の装置。
請求項１の装置であって、
ハウジングを貫通して前記ガターに向けられた流路を、さらに備えた装置。