JP2727206B2

JP2727206B2 - 車両用差動装置

Info

Publication number: JP2727206B2
Application number: JP63312138A
Authority: JP
Inventors: ダニエル・ウエズレイ・ヘーゼブルツク
Original assignee: GEE KAA ENU BISUKODORAIBU GmbH
Current assignee: GEE KAA ENU BISUKODORAIBU GmbH
Priority date: 1987-12-22
Filing date: 1988-12-12
Publication date: 1998-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: FR2624942A1; IT8822786A0; AU602837B2; US4869129A; BR8806505A; GB8826122D0; KR890009679A; AU2472488A; GB2213887B; DE3842760A1; GB2213887A; ES2012918A6; CN1040421A; JPH02138548A; IT1227639B

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は差動機構に関するものであり、更に詳しくい
えば、一体の粘性流体継手を有する差動制限装置付きの
差動機構に関するものである。

〔従来の技術〕

原動機付き車両の４個の車輪の全ては、原動機付き車
両が走行中に同じ速さで回転しないことがある。そのよ
うな事態は車両が曲る時に一般に起るが、タイヤの寸法
が異なる時、ブレーキをかけた時、路面状況が一様でな
い時にも起ることがある。車輪の自転速度の違いを吸収
し、しかも２個の車輪（四輪駆動装置の場合は４個の車
輪）へエンジン動力を伝えるために、駆動輪の間で差動
させることは長い間の解決すべき問題であつた。差動さ
せることにより車輪を独立した速度で自転させ、しかも
車輪へ動力を伝えることができる。従来の解決技術はほ
とんどの駆動条件において満足できるものであることが
認められているが、駆動輪の一方の接地路面の摩擦係数
が別の駆動輪の接地路面の摩擦係数よりはるかに小さい
場合には満足できないことが判明している。そのような
状況においては、摩擦係数が小さい路面に接地している
車輪は、差動装置の作用により、自転しようとし、摩擦
係数が大きい路面に接地している車輪へは非常に低いト
ルクが供給される。このような事態は、駆動輪の一方が
泥または氷の上に乗つてその車輪が動かなくされた時の
ような路面状況で典型的に起るものである。

上記のような極端な条件の下で車輪の差動回転を変更
するようにしてその状況を正すために、いくつかの試み
が従来行われてきた。それらの解決技術においては、各
駆動輪の軸を同じ速度で回転させるためにある機構が用
いられる。その機構は直接の機械的継手、摩擦継手、ま
たは流体継手の形をとることができる。

摩擦継手機構が米国特許第4,583,424号明細書に開示
されている。その米国特許は、差動かさ歯車と、軸線方
向のアクチユエータにより動作させられる圧力円板とを
有する差動制限された差動装置についてのものである。
また、米国特許第3,987,689号明細書には、差動制限さ
れた差動摩擦遊星ピニオン歯車と速さの差に応じて摩擦
クラツチ板へ圧力を加えるアクチユエータとが開示され
ている。それら２つの解決技術には、クラツチ板が最初
に接触した時に差動抵抗値がジヤンプする傾向がある。

流体継手機構のうち、１つの種類の解決技術は粘性流
体中で動く羽根車がある。それの代表的な例が米国特許
第3,915,031号明細書に開示されている。その米国特許
明細書には、駆動輪の１つに連結された羽根車が内部で
回転する充填可能な粘性液体だめが開示されている。そ
の液体の粘性のために差動運動に抵抗が加えられて、駆
動輪の間のトルクの分布が一層一様にされる。しかし、
この解決技術は高粘性の媒体の内部を動く羽根車を利用
するから、エンジンの出力が無駄に費されることにな
る。米国特許第3,534,633号および第4,493,327号の各明
細書にもそれに類似の技術が開示されている。

第１図は、ハウジング12の内部に含まれる粘性液体10
を利用する別の種類の解決技術を示すものである。ハウ
ジング12の内部には環状の穴あき板14と16が互いに近接
して配置される。各穴あき板は駆動輪の軸18,20の一方
または他方へ交互に取付けられる。この技術の代表的な
例は米国特許第2,949,046号である。ハウジング12の内
部には遊星および軌道歯車差動装置22と、前記一連の穴
あき板14,16を含む。ハウジング12には高粘性の流体10
が含まれる。一方の車輪の軸が他方の車輪の軸とは異な
る速度で回転する場合には、それらの穴あき板は流体中
を互いに異なる速度で回転し、それらの板に粘性継手を
生じ、したがつて車輪の軸を同じ速度で回転させようと
する。米国特許第3,760,922号および第3,869,940号の各
明細書には環状板を挾み合わせた粘性流体継手が開示さ
れている。米国特許第4,040,271号および第4,096,712号
の各明細書には、流体室の容積が、ばねにより偏倚させ
られるピストンにより制御される粘性継手が開示されて
いる。

しかし、そのような粘性流体および板の継手の動作中
に重大な問題が起る。板の間の相対的な回転のために粘
性流体中にニユートン流体の流れが生じ、軸とエネルギ
ーの入力／出力との関係が周知の粘性抗力方程式により
支配される。しかし、板の相対的な回転は粘性流体中に
非ニユートン流体の流れをひき起すようなものであるこ
とがしばしばであり、軸とエネルギーの入力／出力との
関係の正確な性質は前記方程式により支配されることは
ない。

第２図は第１図に示されている装置の応答カーブの典
型的なグラフを示す。この応答カーブは、変数が一定に
保たれている時の出力トルク対時間の関係を示すグラフ
である。継手の変数は板の数と、板の穴の形状・構成
と、穴の寸法と、穴の間隔と、流体の粘性と、ハウジン
グ内での流体の充填率として定められる。

第２図のグラフにより表されている起る事象の分析は
次の通りである。時刻t₀とt₁の間では、板の相対的な回
転のために継手へ入力されるエネルギーが流体の温度を
上昇させ、粘度を低くする。したがつて継手を介して伝
えられるトルクが減少する。時刻t₁とt₂の間では温度上
昇による流体の圧力上昇と膨脹が続き継手を介して伝え
られるトルクの変化する原因として粘度の低下を打消
す。したがつて、継手を介して伝えられるトルクが上昇
を開始する。時刻t₂とt₃の間では流体が十分に膨脹させ
られてハウジングを完全に満すから、圧力が急速に上昇
する。そうするとトルクも急速に高くなる。時刻t₃とt₄
の間では継手の限界に達する。ある場合には、流体と継
手の少くとも一方が破壊させられるまで温度と圧力が上
昇することがある。

したがつて、差動運動を制限するためには、粘性流体
中の板の動きのみに頼ることは望ましいことではない。

更に別の種類の解決技術は、流体で結合された板以外
に、車輪の軸の間に付加結合手段を含ませることにより
前記諸問題を処理している。

これを行う１つのやり方は、板の間の相互接触を利用
することである。そのような解決技術が米国特許第4,02
2,084号明細書に開示されている。板に組合わせて粘性
液体が用いられる。前記のように各車輪の軸に１組の板
が用いられる。付加される特徴は板の組合わせの一方が
軸線方向に自由に動くことである。高い相対的な回転が
起ると、流体の予期しない、かつ不確定の作用により板
は一緒になることがあり、板の摩擦面が接触できるよう
にされる。

それを行う第２のやり方は、ピストンに摩擦面を接触
させるために、継手内に生ずる圧力上昇を用いることで
ある。米国特許第4,031,780号および第4,048,872号の各
明細書には、粘性流体中での板の運動作用によりひき起
こされる圧力上昇による粘性流体の体積膨脹により作動
させられる摩擦クラツチが開示されている。

本発明にとくに関連する米国特許第4,058,027号明細
書に開示されている技術はこのやり方を変更したもので
あつて、互いに挾まれている板で構成された２個の継手
が用いられる。それらの継手では、一方の継手の板が他
方の継手中の粘性流体の膨脹の作用により相互に摩擦接
触させられる。

上記のような種類の粘性流体型解決技術には、クラツ
チ要素が係合した時に、トルク出力が連続して上昇する
代りに段階的に上昇するという欠点がある。

最後に、米国特許第3,924,489号および第4,458,559号
明細書の各明細書には、可変トルク伝達を行えるように
するタービン装置が開示されている。それらのタービン
装置のタービン機構は複雑で、用途が限られる。

したがつて、原動機付き車両とくに前輪駆動車におい
て滑りが限られた差動装置として機能し、最初のトルク
出力が小さく、その後で最高安全運転トルク出力に達す
るまでトルク出力が円滑に上昇する粘性継手を有する差
動装置に対する需要が存在する。

〔発明が解決しようとする課題〕

したがって、本発明の目的は、差動作用を、急激でな
く徐々に、時間的に滑らかに停止させることである。

本発明の別の目的は、差動制限された状態で効率が高
く、かつ効果的であり、しかも曲り道を走行中というよ
うな正常な走行運転中に車両の駆動を妨害しない差動継
手を得ることである。

本発明の別の目的は、滑りやすい路面上を走行中に
「直線操向」を行えるようにし、かつ「立ち往生」して
いる状態から脱出できるようにできる差動継手を得るこ
とである。

本発明の更に別の目的は、流体と継手の少くとも一方
に障害を生じさせることがあるトルクの過大上昇を生じ
ない差動継手を得ることである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、粘性流体継手と組み合わせた差動装置を用
いて、連続トルク出力特性の差動装置を得るものであ
る。これは、粘性流体および環状板の継手を、差動装置
に共働するよう構成することにより達成される。とく
に、差動歯車スリーブを介して差動歯車へおのおの連結
される各駆動輪へ連結される２本の軸を用いて構成され
る。ハウジングの固定された場所に回転できるようにし
て取付けられているかさ歯車に差動歯車はかみ合う。継
手は粘性流体室中に狭い間隔をおいて配置された環状板
を用いて構成される。それらの環状板１枚おきに１本の
軸へ取付けられ残りの環状板はハウジングへ取付けられ
る。各駆動輪が異なる速度で回転させられるために環状
板が相対的に動くと、それに伴つて流体が加熱し、その
加熱のために流体が膨脹するから、流体室の１つの壁を
構成しているカバー板が動かされる。そうするとカバー
板は差動歯車を動かしてかさ歯車により強くかみ合わさ
れる。その結果として、流体の膨脹の増大に伴つて差動
装置は円滑に停止しようとし、カバー板が最大移動点に
達した時に最大となる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明する。

図面を参照して、第３図は、組合わされた差動および
粘性流体継手である本発明の差動装置26を示す。差動部
28は図の左側に示され、粘性流体継手30図の右側に示さ
れている。

本発明はハウジング32を有する。このハウジングの外
側にリング歯車34が取付けられる。そのリング歯車34は
駆動列（図示せず）に連なるピニオン歯車35へ連結され
る。駆動列が動作すると、リング歯車34は回転させられ
る。ハウジングも同様に回転する。ハウジング32は車軸
36と38を中心に回転する。

車軸36,38は、下記のようにして、差動部28の作用に
よるハウジングの回転に応じて回転させられる。各車軸
36,38はそれぞれのハウジングハブ40,42においてハウジ
ングに入る。差動歯車スリーブ44,46は軸受43によりそ
れぞれハウジングハブ40,42により支持される。また、
差動歯車スリーブ46は、スリーブ49上のハウジングに対
して滑ることができる。各差動歯車スリーブ46,49は軸
線方向の空所を有する。その空所の中に車軸36,38がそ
れぞれ挿入される。各車軸36,38はスプライン48を有す
る。それらのスプラインは差動歯車スリーブ44ト46を、
それのそれぞれの車軸に対して回転することが阻止され
る。差動歯車スリーブ44,46はそれぞれ差動歯車50,52に
終端する。差動歯車50,52は、軸56を中心として自由に
回転するかさ歯車54にかみ合う。その軸56はハウジング
32に固定されるから、かさ歯車54はハウジングに対して
取付けられた位置に残る。

エンジンの回転に応じてリング歯車34が回転すると、
かさ歯車54がハウジング32とともに同様に回転して、車
軸36,38を同様に回転させる。一方の車軸が他方の車軸
とは逆向きのトルクを受けたとすると（これは、車両が
曲つて外側の車輪が内側の車輪より速く回らなければな
らないような場合に起る）、差動装置は各車軸が異なる
速度で回転できるようにし、その異なる回転速度はかさ
歯車54により吸収される。

差動回転を吸収するための車軸の間の結合は、下記の
ようにして、粘性流体継手30により行われる。

ハウジング32に流体を洩らさない室58が設けられる。
その室58には高い粘性の流体60が充される。高い粘性と
いうのは粘度が30,000〜350,000センチストークスであ
る流体として定義される。その流体室58の中に２組の環
状板64,66が狭い間隔をおいて、かつ互いに挾まり合つ
て設けられる。１組の環状板64はハウジング32へ連結さ
れ、他の１組の環状板66は差動歯車スリーブ46へ連結さ
れる。流体室58のハウジングハブに向き合う端部は、差
動歯車スリーブ46に取付けられている環状カバー板68に
より封止される。差動スリーブ46は、スプライン48とス
リーブ49により、滑ることができるようにして車軸38へ
連結される。したがつて、環状カバー板68と差動歯車ス
リーブ46は、ハウジング32に対して車軸38に沿つて軸線
方向に滑ることができる。車軸36と38の相対運動により
ひき起される作用に応じて高粘性流体60中の流体圧力が
上昇すると、環状カバー板68に圧力が加えられる。その
流体圧の結果として環状カバー板は第３図で左側へ押さ
れ、取付けられている差動歯車スリーブ46と、それに沿
う差動歯車52とを捕える。その結果、差動歯車52はかさ
歯車54に強くかみ合わされる。そのかみ合わせ力の増大
のためにかさ歯車54は回転を停止し、したがつて滑つて
いる車輪から滑つていない車輪へトルクが伝えられるか
ら、車軸36と38は同じ回転速度になろうとする。

動作時には、車両の駆動列はリング歯車34を回転さ
せ、ハウジング32と、取付けられているかさ歯車54へ回
転を伝える。各車軸に等しい大きさの逆向きトルクが加
えられるとすると、かさ歯車の回転連動により、差動歯
車50,52とスプライン48の作用により、車軸36,38は同期
して回転させられる。

両方の車軸が同じ速度で回転すると、環状板64と66も
同期して回転する。しかし、２本の車軸の受けるトルク
が、回転によりひき起されるようにして、互いに異なる
と、差動装置の作用により車軸は異なる角速度で回転さ
せられる。すなわち、車軸の回転速度の変化を許容する
ために、かさ歯車54は回転する。したがつて、環状板6
4,66は非同期回転する。

差動運動の制限は、環状板64と66、したがつて車軸36
と38の連続非同期回転の結果として起る。車軸が異なる
角速度で回転すると、環状板64,66も異なる角速度で回
転する。これが続くと、高粘性流体60の内部で非同期回
転する環状板の作用により、高粘性流体60は加熱され
る。その加熱のために高粘性流体は膨脹し、環状カバー
板68に圧力を加える。その環状カバー板は差動歯車スリ
ーブ46へ取付けられているから、その差動歯車スリーブ
と、それに取付けられている差動歯車52は高粘性流体の
圧力により同様に押されて動かされる。高粘性流体が膨
脹すると差動歯車52がかさ歯車54に強くかみ合わされ
る。圧力が高くなるとそのかみ合い力も強くなる。差動
歯車とかさ歯車が強くかみ合うとかさ歯車の自由な回転
が制限される。かさ歯車はもはや自由に回転できないか
ら、差動運動は制限され、駆動列のトルクのいくらか
が、最もゆつくり回つている車軸へ伝えられてその車軸
をより速く回転させる。差動運動のこの制限のために、
環状板64と66の回転が同期させられるようになる。すな
わち、２組の環状板の角速度はほとんど同じになる。高
粘性流体中の圧力が上昇を続け、差動歯車とかさ歯車の
かみ合いが強くなるにつれて、駆動列のトルクは、最高
トルク出力が達成されるまで、差動歯車とかさ歯車の間
の滑らかに分布するようになる。したがつて、高粘性流
体中でカバー板が回転すると、乱流と流体の摩擦のため
に流体の温度が上昇し、圧力が流体室内に蓄積される。
その圧力上昇のために環状カバー板はかさ歯車へ向つて
動かされる。その結果として差動歯車とかさ歯車のかみ
合い力が強くなり、かさ歯車の回転に摩擦抵抗が伝えら
れる。トルクが直線的に伝えられると、流体の内部圧が
逃される傾向になる。そうすると次の２つの事象のうち
の１つが起る。すなわち、圧力と温度の上昇を低下させ
るために環状カバー板が十分に動く。あるいは差動運動
に対する抵抗のために入力軸と出力軸の間の速度差が小
さくされて、環状板における乱流と摩擦が減少し、した
がつて温度が低くなる。したがつて、滑りを制限される
直線応答差動装置は自己修正機構である。

本発明の装置の動作と、これと従来の装置を区別する
好ましい動作特性が、本発明の装置の応答線70のグラフ
を示す第４図からわかる。時刻t₀とt₁の間では、カーブ
を曲つたり、車輪の寸法が異なる場合のように、正常な
走行状態の下で車両の運転に影響を及ぼさないように、
トルク出力は低い。時刻t₁とt₂の間は、本発明の差動装
置と継手は、円滑かつ直線的に増大するトルクを２つの
車軸のうち低速回転している方、すなわち、被回転車軸
へ伝える。この特徴により、滑りやすい路面上の走行
と、および「立ち往生」状況から脱出できる性能が与え
られる。立ち往生の状況では、差動作用のために、滑り
やすい路面に接している車輪は回り、良い牽引作用を行
う他の車輪は回らない。時刻t₂とt₃の間ではトルクの出
力は最高値に達する。その値は、差動制限される本発明
の差動装置の安全動作限界内である。

本発明は別の態様で構成することも可能である。差動
歯車の間に、差動歯車スリーブの相対回転に対する抵抗
を高くするための手段として、差動歯車の面の間にスラ
ストブロツクを用いることも可能である。この構造にお
いては、カバー板が動くにつれて差動歯車の面がスラス
トブロツクに接触させられてトルクを直線に伝え、その
結果として両者間の角速度を同期させる。差動歯車スリ
ーブの回転に対する抵抗を増大する他の手段も本発明に
より考えられる。差動制限される本発明の差動装置の特
定の動作特性は、前記変化と粘性結合変数により得るこ
とができる。更に、差動制限される本発明の差動装置を
使用することは、リング歯車を駆動列の第１の部分に
し、差動歯車スリーブを駆動列の第２の部分と第３の部
分へそれぞれ連結することを意図するものである。好ま
しい動作環境においては、駆動列の第１の部分はエンジ
ンの駆動部品へ連結され、駆動列の第２の部分と第３の
部分は駆動輪へそれぞれ連結される。差動制限される本
発明の差動装置は、前輪また後輪の二輪駆動装置または
四輪駆動装置に使用できることが当業者は明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は差動制限される従来のトルクコンバータの断面
図、第２図は第１図に示されている差動制限される従来
のトルクコンバータの応答線を示すグラフ、第３図は本
発明の差動および粘性継手の断面図、第４図は第３図に
示されている差動および粘性継手の応答線を示すグラフ
である。 26……本発明の差動および粘性流体継手、28……差動装
置、30……粘性流体継手、32……ハウジング、34……リ
ング歯車、36,38,56……車軸、40,42……ハウジングハ
ブ、43……軸受、44,46……差動歯車スリーブ、48……
スプライン、49……スリーブ、50,52……差動歯車、54
……かさ歯車、58……流体室、60……流体、64,66……
環状板、68……環状カバー板。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】かさ歯車（54）を回転可能に支持し、第１
および第２の車軸（38,36）の軸受用の第１および第２
のハブ（42,40）を有しているハウジング（32）にし
て、回転駆動されるハウジング（32）を備え、前記ハウジング（32）の回転軸と同心の回転軸を持って
いて、前記第１のハブ（42）に回転可能かつ摺動可能に
設けられた第１の差動歯車スリーブ（46）にして、前記
第１の車軸（38）の端部を相互回転はできないが相互に
摺動可能に受ける第１の差動歯車スリーブ（46）を備
え、この第１の差動歯車スリーブ（46）に固着されていて、
前記かさ歯車（54）にかみ合う第１の差動歯車（52）を
備え、前記ハウジング（32）の回転軸と同心の回転軸を持って
いて、前記第２のハブ（40）に回転可能に設けられた第
２の差動歯車スリーブ（44）にして、前記第２の車軸
（36）の端部を相互回転できない状態で受ける第２の差
動歯車スリーブ（44）を備え、この第２の差動歯車スリーブ（44）に固着されていて、
前記かさ歯車（54）にかみ合う第２の差動歯車（50）を
備え、前記かさ歯車（54）は、その回転により、前記第１およ
び第２の差動歯車スリーブ（46,44）間の非同期回転を
可能とするものであり、前記ハウジング内に液密の流体室（58）を備え、この流体室の少なくとも一部を満たしている、所定の粘
度の粘性流体を備え、前記流体室（58）内に配されていて前記ハウジング（3
2）に固定された第１の複数の環状板（64）を備え、前記流体室（58）内に配されていて前記第１の差動歯車
スリーブ（46）に固定された第２の複数の環状板（66）
にして、前記第１の環状板（64）と交互に配置されてい
る第２の複数の環状板（66）を備え、前記第１の差動歯車スリーブ（46）に固定されていて、
流体室（58）の壁を構成するよう前記ハウジング（32）
にシール状態で接しているカバー板（68）にして、前記
第１および第２の環状板（64,66）が非同期で回転する
際における粘性流体での発熱に応じて増大する、前記か
さ歯車（54）に向かう偏倚力を与えるカバー板（68）を
備え、前記第１の差動歯車スリーブ（46）とともに前記第１の
差動歯車（52）が、前記偏倚力によって前記前記かさ歯
車（54）へ向けて偏倚されると、前記かさ歯車（54）に
よって可能とされていた前記第１および第２の差動歯車
スリーブ（46,44）間の非同期回転に対する抵抗が生じ
て、前記第１および第２の差動歯車スリーブ（46,44）
間でトルクが伝達されることを特徴とする車両用差動装置。