JP4037295B2 - 差動装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に使用のための差動歯車装置に関する。とくに本発明は、差動歯車の2つの態様、すなわち、装置への入力トルクの制御および装置からの出力トルクの制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に差動装置と呼ばれる差動歯車装置は、自動車の駆動ラインに使用される良く知られた装置である。差動歯車は2つの出力要素を一定の条件下で異なる速度で回転させながら1つの入力要素から2つの出力要素へトルクを分配するように設計される。出力要素は各々反対側に配置された左右2つの車輪に接続され、自動車がコーナーを曲がるとき、または差動装置が多重車輪駆動系の中軸差動装置であるとき、2本の車軸の車輪は相互に異なる速度で回転するように要求され、その場合に左右の2本の軸上の車輪は、例えば、コーナーを曲がるとき、同様に互いに異なる速度で回転するように要求される。
【0003】
2輪駆動車両において、車両がより大きな牽引力(トラクション)を必要とする場合には、4輪駆動系に切り換える手段を備えていることが望ましい。このよな4輪駆動系を達成するために、電気駆動モータを車両の第2軸に補助駆動装置として設けることが知られている。その場合、第2軸に補助駆動装置を係合するための切り換え手段として制御可能なクラッチが必要となる。
【0004】
また、その場合、差動作用を阻止するための手段を備えた差動装置を設けることも知られている。差動作用は完全に錠止(ロック)されることで、その2つの出力軸間に相対回転が生じないようにロックするための装置である。差動出力の一方によって駆動される1または複数の車輪が滑り易い、即ち、良好なトラクション性能を有する走行路面にありかつ出力の他方によって駆動される1または複数の車輪が滑り難い走行表面上にあるような不均一なトラクション性能を有する路面を自動車が走行する場合に生ずる問題を克服するように実施される。これらの条件下において、差動作用を阻止またはロックするような手段を持たない差動装置では、滑っている車輪から伝達される制限された僅かなトルクのみを両方の車輪に伝達することとなり、従って、車両は停止する可能性が生ずる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
第2軸への補助駆動装置および差動阻止手段の両方を組み込んでいる現存の装置に関して、これら2つの装置を係合する方法は2つの別個のクラッチによって達成される。この方法は据え付けに要する費用が非常に高価でありかつまた装置の係合時間に関して、ドライバがもはや自動車の制御が不能な緊急事態に反応するのに十分な早さが得られない。
【0006】
それゆえ、広い意味で、本発明の目的は、トラクション性能が不安定な路面を走行する際の上述した問題に対処するために、補助駆動装置に設けられた差動装置の差動作用を阻止しながら、2輪駆動車両を素早く4輪駆動車両に切り換えるような補助駆動装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、自動車に使用するための差動装置であって、該差動装置に回転トルクを与えるためのスパーギヤが固着されたスリーブで形成される駆動部材と、前記駆動部材内部を回転軸線に沿って貫通すると共に回転可能に支持されかつ先端部分に一方のベベルサイドギヤをスプライン結合した第1の出力軸である第1出力部材と、前記回転軸線上で前記一方のベベルサイドギヤに対向配置された他方のベベルサイドギヤを先端部分にスプライン結合した第2の出力軸である第2出力部材と、前記駆動部材から前記第1および第2出力部材へ回転トルクを伝達するための差動キャリヤである入力部材と、前記第1出力部材および第2出力部材に相対的な差動回転を与えるために、前記入力部材と該入力部材内に配置された前記第1および第2出力部材との間で作動する前記一方及び他方のベベルサイドギヤと、これらサイドギヤの相対回転を可能にするために噛み合う前記回転軸線に対して垂直に伸びて前記入力部材に固定された軸と、該軸に回転可能に支持された2つのベベル作動ギヤとから構成される差動歯車手段と、前記駆動部材と前記入力部材との間の駆動接続を確立するための前記入力部材内に設けられた第1クラッチと、前記第1出力部材と前記第2出力部材との相対回転を阻止するための前記入力部材内に設けられた第2クラッチと、前記第1クラッチと第2クラッチとを軸方向押圧力によって順次作動させるためのアクチュエータ部材と、前記駆動部材と前記入力部材とを相対回転不能に接続する際に、前記第1クラッチの最も外方の端部に隣接しかつ該第1クラッチを前記軸方向押圧力に反発する方向に前記駆動部材上において予め付勢している第2のばねと、前記第1クラッチに更に軸方向押圧力を作用し前記第2クラッチを押圧して前記入力部材と共に前記第1の出力部材と前記第2の出力部材との相対回転を阻止する際に、前記第1のクラッチと前記第2のクラッチとの間に配設されかつ前記駆動部材上で前記軸方向押圧力に対して同じく反発する方向に予め付勢している第1のばねとを有し、更に、前記第1のばねが、前記第2のばねより高い剛性を有していることを特徴とする差動装置を提供する。
【0008】
好ましくは、前記第1のクラッチが、多重プレートクラッチパックである。
【0009】
好ましくは、前記第2のクラッチが、多重プレートクラッチパックである。
【0010】
好ましくは、前記アクチュエータ部材が、アクチュエータ電動機により作動される。
【0011】
好ましくは、前記第2クラッチが、前記第1のばねによってかつ前記入力部材に抗して前記第1のクラッチに作用する前記アクチュエータ部材の軸方向押圧力によって作動される。
【0012】
好ましくはまた、前記第1のばねが、前記第2のクラッチをその初期位置に戻す。
【0013】
好ましくは、前記第2のばねが、前記第1のクラッチをその初期位置に戻す。
【0014】
好ましくは、前記アクチュエータ部材が、ボール傾斜溝アクチュエータである。
【0015】
好ましくは、前記駆動部材に取付けられたスパーギヤが、電動機により駆動される。
【0016】
本発明を以下で添付図面を参照して例として説明する。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1を参照すると、スリーブ12に接続されたスパーギヤ10の形のトルク入力部材を含んでいる差動装置が示されている。スパーギヤ10およびスリーブ12はスパーギヤ10のいずれかの側に配置されかつスリーブ12に固定されたベアリング14,16によってハウジング(図示せず)内に支持される。ベアリング14,16は軸28のまわりのスパーギヤ10およびスリーブ12の回転を可能にする。
【0018】
入力部材の形の差動キャリヤ18は、スパーギヤ10およびスリーブ12と共に軸線28の周りを回転可能に1列に配置され、かつハウジング内で差動キャリヤ18の一端で差し込み口(スピゴット)20上でかつ差動キャリヤ18の外側でベアリング座22上にそれぞれベアリング24及び26によってハウジングに対して回転可能に支持されている。
【0019】
2つのベベルサイドギヤ30,32は、差動キャリヤ18に相対回転可能に支持され、同じく差動キャリヤ18にその回転軸28に対して垂直に伸びるピンまたは軸38によって回転可能に支持されたベベル差動ギヤ34,36と噛み合っている。サイドギヤ30の内側は、第1の出力軸42とトルク伝達接続のために、この第1の出力軸の周りに形成された符号40で示されたスプラインに係合している。
【0020】
同様に、サイドギヤ32は、第2の出力軸46とトルク伝達接続のために、この第2の出力軸の周りに形成された符号44で示されたスプラインに係合している。第1の出力軸42は、スリーブ12内を通って延びかつブッシュ47a,47bを介してスリーブ12内に回転可能に支持されている。第2の出力軸46は差動キャリヤ18の差し込み口20を通って延びる。
【0021】
差動キャリヤ18の前方部分48内には、差動キャリヤ18の内部とを半径方向に画成している環状端壁52を有する符号50で総括的に示される環状室がある。壁52に隣接して、阻止手段を構成しているクラッチパック54がある。クラッチパック54は、サイドギヤ30と相対回転不能に固定されたの複数の環状プレート56および隣接する環状プレート56間にそれぞれ挿入されかつ差動キャリヤ18と相対回転不能に固定された複数の環状プレート58を含んでいる。
【0022】
環状プレート56,58は、互いに摩擦係合するために、軸方向に可動でかつ共に押圧されることができる。クラッチパック54に隣接して、スリーブ12と相対回転不能に固定された複数の環状プレート62および環状プレート62間にそれぞれ挿入されかつ差動キャリヤ18と相対回転不能に固定された複数の環状プレート64を有するさらに他の係合手段を構成するクラッチパック60があり、これらのプレートは互いに摩擦係合可能である。
【0023】
クラッチパック54および60の間には、皿ばね68によってクラッチパック60を壁52から離れる方向に押圧する環状係合部材66があり、皿ばね68はスリーブ12上の周部凹所内に収容される円環体70に当接することによって、その内周縁部を差動キャリヤ18から離れる方向への軸方向移動を不可能に固定されている。クラッチパック60の軸方向における最も軸方向外方の端部に隣接して、皿ばね74が、その内周縁部をスリーブ12上に形成された肩部に当接することによって、差動キャリヤ18内部に向かう軸方向移動を不可能に固定されている。なお、皿ばね74は皿ばね68より低い剛性を有している。
【0024】
ベアリング16の近傍には、ベアリング16とスラストベアリング83との間でスリーブ12上の凹所に係合する円環体85に当接するスラストベアリング83がある。スラストベアリング83に軸方向に向かい合ってかつそれと接触して、ボール傾斜溝アクチュエータ75を構成するアクチュエータ部材である一方の環状円板76がある。アクチュエータ75はその軸方向図が図2に示される環状円板76、および6個のボール80を含んでいる。環状円板76は、曲線からなりかつ環状円板76の中心から外周部に向かって実質上各々接線方向に伸びる円弧状の螺旋である6個の凹所78を有している。各凹所78の深さはその螺旋が環状円板の中心から離れるに連れて減少する。
【0025】
環状円板76に隣接して、凹所78に向かい合いかつそれと反対方向に螺旋である螺旋凹所を有するさらに他の環状円板81がある。凹所78はボール80の断面と一致する断面を有している。環状円板81に当接しているのは、また環状円板で形成された環状係合部材72に当接するさらに他のスラストベアリング82である。環状円板81は図示されない手段によって回転不能に保持されている。
【0026】
環状円板76は、その周部のまわりに歯付き輪郭を備えており、減速歯車装置84を介してアクチュエータ電動機86の回転軸に接続されており、アクチュエータ電動機の回転が伝達されている。
【0027】
環状円板76がアクチュエータ電動機86によって回転されるとき、ボール80は、それぞれ向かい合っている凹所78の対に沿って全体的に半径方向外方に転動する。凹所78が深さを減少するとき、環状円板81は軸線28に沿ってかつ差動キャリヤ18の内部に向かって移動される。スラストベアリング82及び83はアクチュエータ部材75が停止位置に固定されている間に差動キャリヤ18とスリーブ12を軸28周りの回転を可能とする。
【0028】
本発明による差動装置が、例えば、電気制御式4輪駆動付加装置または電気制御式一体型組込み装置として2輪駆動車両に適用されるとき、車両の後輪は2本の左右の半軸に接続され、そして別の差動装置を介して本発明による差動装置の第1の出力軸42に一体化された第2の出力軸46に接続される。スパーギヤ10は、適宜な歯車装置を介してスリーブ12にトルクを印加する駆動電動機(図示せず)に接続されている。
【0029】
2輪駆動が十分な牽引力を発揮しない状態において、車両の後輪を電動機によって駆動するには望ましい場合もあり得る。これは、スリーブ12と差動キャリヤ18を駆動接続するために、クラッチパック60を係合することによって実施される。この係合は軸線28を中心として環状円板76を回転させるアクチュエータ電動機86によって実施され、ボール80が、互いに向かい合って対を成す凹所78に沿って略半径方向外方に動くので、環状円板81の軸方向の移動を発生する。
【0030】
環状円板81は、クラッチパック60の最も外方の環状プレート62または64とスラストベアリング82及び環状係合部材72を介して接触して、環状係合部材72を比較的弱い皿状復帰ばね74の弾性押圧作用に抗して軸方向に移動する。これは、環状係合部材72に最も近い環状プレート62または64が反対側の環状係合部材66および比較的強い皿状復帰ばね68によって軸方向に動くことが制限されるので環状プレート62または64を互いに摩擦係合させる。
【0031】
環状プレート62または64は摩擦係合するので、それらは、差動キャリヤ18とスリーブ12の間の相対的な回転がなくなるまで差動キャリヤ18とスリーブ12の相対的な回転を漸次阻止する。それゆえ、クラッチパック60のこの係合はスリーブ12と差動キャリヤ18との間の回転固定接続を生じ、それによってまた2本の出力軸42,46間の差動回転を発生しながら、スパーギヤ10に接続された図示していない電動機によって両方の出力軸42および46は回転駆動される。
【0032】
しかしながら、車両の後輪が相対的に異なるトラクション表面上にあるならば(すなわち、一方の車輪が他方の車輪よりも大きなグリップ力を有するならば)、より高いトルクが大きいグリップを有する方の車輪に向いている1本の出力軸42または46によって印加されるように差動作用を阻止することが有益であろう。環状円板76を同一の方向にさらに回転することにより、それぞれ向かい合って対を成している凹所78内でさらにボール80を回転させることとなり、環状円板76は軸線28に沿って環状円板81をさらに軸方向に移動する。
【0033】
この環状円板81のさらなる移動は、強い皿状の復帰ばね68の作用に打ち勝ちかつ、それゆえ環状端壁52に最も近いクラッチパック54の環状プレート56及び58が環状端壁52によって軸方向移動を制限されることとなるので、環状プレート56または58を互いに摩擦係合させる。
【0034】
環状プレート56,58が摩擦係合することによって、サイドギヤ32がともに回転するまで差動キャリヤ18とサイドベベルギヤ30との間の相対的な回転を漸次阻止する。それゆえ、クラッチパック54の摩擦係合は、結局、道路と左右輪の相対的なグリップに依存して、スリーブ12とベベルギヤ30との間の相対回転不可能な固定接続を確立し、それによってより高いトルクがグリップ面上で車輪に印加されるようにトルクを再び分配する。
【0035】
一度車輪の両方が相対的に平らなトラクション面上に復帰すると、アクチュエータ電動機86は僅かに逆に回転され、それによってばね68が元の状態に復帰し、環状円板81を初期の位置へ反対方向に移動させ、かつそれゆえクラッチパック54の摩擦係合を解除する。これは出力軸42,46の差動回転を許容する。
【0036】
また、4輪駆動が必要とされないことが決定されるならば、アクチュエータ電動機86はさらに逆にされることができ、それによって皿ばね74は環状円板81をその初期位置に戻しかつそれゆえクラッチパック60を係合解除させ、それによってスリーブ12と差動キャリヤ18との間の駆動接続を解除する。
【0037】
本明細書において、「有する(コンプライズ)」は「含む(インクルード)またはからなる(コンシスト・オブ)」を意味しそして「有している(コンプライズィング)」は「含んでいる(インクルーディング)」または「からなっている(コンシスティングオブ)」を意味している。
【0038】
それらの特別な形状でまたは開示された作用を実施するための手段、または開示された結果を達成するための方法または過程として表された、前記説明、または前記の請求項の範囲、または添付図面で開示された特徴は、適宜に、別個に、またはかかる特徴の組み合わせにおいて、その種々の形状において本発明を実現するのに利用され得る。
【0039】
叙上のごとく、本発明は、自動車に使用するための差動装置であって、該差動装置に回転トルクを与えるためのスパーギヤが固着されたスリーブで形成される駆動部材と、前記駆動部材内部を回転軸線に沿って貫通すると共に回転可能に支持されかつ先端部分に一方のベベルサイドギヤをスプライン結合した第1の出力軸である第1出力部材と、前記回転軸線上で前記一方のベベルサイドギヤに対向配置された他方のベベルサイドギヤを先端部分にスプライン結合した第2の出力軸である第2出力部材と、前記駆動部材から前記第1および第2出力部材へ回転トルクを伝達するための差動キャリヤである入力部材と、前記第1出力部材および第2出力部材に相対的な差動回転を与えるために、前記入力部材と該入力部材内に配置された前記第1および第2出力部材との間で作動する前記一方及び他方のベベルサイドギヤと、これらサイドギヤの相対回転を可能にするために噛み合う前記回転軸線に対して垂直に伸びて前記入力部材に固定された軸と、該軸に回転可能に支持された2つのベベル作動ギヤとから構成される差動歯車手段と、前記駆動部材と前記入力部材との間の駆動接続を確立するための前記入力部材内に設けられた第1クラッチと、前記第1出力部材と前記第2出力部材との相対回転を阻止するための前記入力部材内に設けられた第2クラッチと、前記第1クラッチと第2クラッチとを軸方向押圧力によって順次作動させるためのアクチュエータ部材と、前記駆動部材と前記入力部材とを相対回転不能に接続する際に、前記第1クラッチの最も外方の端部に隣接しかつ該第1クラッチを前記軸方向押圧力に反発する方向に前記駆動部材上において予め付勢している第2のばねと、前記第1クラッチに更に軸方向押圧力を作用し前記第2クラッチを押圧して前記入力部材と共に前記第1の出力部材と前記第2の出力部材との相対回転を阻止する際に、前記第1のクラッチと前記第2のクラッチとの間に配設されかつ前記駆動部材上で前記軸方向押圧力に対して同じく反発する方向に予め付勢している第1のばねとを有し、更に、前記第1のばねが、前記第2のばねより高い剛性を有している構成としたので、不均一な牽引面についての上述した問題に対処するために補助駆動装置上の差動装置の差動作用を阻止することができながら、2輪駆動車両を一時的に4輪駆動車両に変換させるような補助駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による差動装置を示す断面図である。
【図2】 本発明によるアクチュエータ部材を示す端面図である。
【符号の説明】
10 トルク入力部材(スパーギヤ)
12 駆動部材(スリーブ)
18 入力部材(差動キャリヤ)
30 ベベルサイドギヤ
32 ベベルサイドギヤ
34 ベベル差動ギヤ
36 ベベル差動ギヤ
42 第1の出力軸
46 第2の出力軸
54 阻止手段(クラッチパック)
56 環状プレート
58 環状プレート
60 係合手段(クラッチパック)
68 第1ばね手段(皿ばね)
74 第2ばね手段(皿ばね)
75 アクチュエータ部材(ボール傾斜アクチュエータ)
86 アクチュエータ電動機
Claims (10)
- 自動車に使用するための差動装置であって、
該差動装置に回転トルクを与えるためのスパーギヤ(10)が固着されたスリーブ(12)で形成される駆動部材と、
前記駆動部材内部を回転軸線(28)に沿って貫通すると共に回転可能に支持されかつ先端部分に一方のベベルサイドギヤ(30)をスプライン結合した第1の出力軸(42)である第1出力部材と、
前記回転軸線上で前記一方のベベルサイドギヤに対向配置された他方のベベルサイドギヤ(32)を先端部分にスプライン結合した第2の出力軸(46)である第2出力部材と、
前記駆動部材(12)から前記第1および第2出力部材(42,46)へ回転トルクを伝達するための差動キャリヤ(18)である入力部材と、
前記第1出力部材(42)および第2出力部材(46)に相対的な差動回転を与えるために、前記入力部材(18)と該入力部材内に配置された前記第1および第2出力部材との間で作動する前記一方及び他方のベベルサイドギヤ(30,32)、これらサイドギヤの相対回転を可能にするために噛み合う前記回転軸線(28)に対して垂直に伸びて前記入力部材(18)に固定された軸(38)及び該軸に回転可能に支持された2つのベベル作動ギヤ(34,36)から構成される差動歯車手段と、
前記駆動部材(12)と前記入力部材(18)との間の駆動接続を確立するための前記入力部材(18)内に設けられた第1クラッチ(60)と、
前記第1出力部材(42)と前記第2出力部材(46)との相対回転を阻止するための前記入力部材(18)内に設けられた第2クラッチ(54)と、
前記第1クラッチ(60)と第2クラッチ(54)とを軸方向押圧力によって順次作動させるためのアクチュエータ部材(75)と、
前記駆動部材(12)と前記入力部材(18)とを相対回転不能に接続する際に、前記第1クラッチ(60)の最も外方の端部に隣接しかつ該第1クラッチを前記軸方向押圧力に反発する方向に前記駆動部材上において予め付勢している第2のばね(74)と、
前記第1クラッチ(60)に更に軸方向押圧力を作用し前記第2クラッチ(54)を押圧して前記入力部材(18)と共に前記第1の出力部材(42)と前記第2の出力部材(46)との相対回転を阻止する際に、前記第1のクラッチ(60)と前記第2のクラッチ(54)との間に配設されかつ前記駆動部材上で前記軸方向押圧力に対して同じく反発する方向に予め付勢している第1のばね(68)とを有し、
更に、前記第1のばね(68)が、前記第2のばね(74)より高い剛性を有していることを特徴とする差動装置。 - 前記第1のクラッチ(60)が、多重プレートクラッチパックであることを特徴とする請求項1に記載の差動装置。
- 前記第2のクラッチ(54)が、多重プレートクラッチパックであることを特徴とする請求項1に記載の差動装置。
- 前記アクチュエータ部材(75)が、アクチュエータ電動機(86)により作動されることを特徴とする請求項1〜3の内の何れか1項に記載の差動装置。
- 前記第2クラッチ(54)が、前記第1のばね(68)によってかつ前記入力部材(18)に抗して前記第1のクラッチ(60)に作用する前記アクチュエータ部材(75)の軸方向押圧力によって作動されることを特徴とする請求項1〜4の内の何れか1項に記載の差動装置。
- 前記第1のばね(68)が、前記第2のクラッチ(54)をその初期位置に戻すことを特徴とする請求項1〜5の内の何れか1項に記載の差動装置。
- 前記第2のばね(74)が、前記第1のクラッチ(60)をその初期位置に戻すことを特徴とする請求項1〜6の内の何れか1項に記載の差動装置。
- 前記アクチュエータ部材(75)が、ボール傾斜溝アクチュエータであることを特徴とする請求項1〜7の内の何れか1項に記載の差動装置。
- 前記駆動部材(12)に取付けられたスパーギヤ(10)が、電動機により駆動されることを特徴とする請求項1に記載の差動装置。
- 請求項1〜9の内の何れか1項に記載の差動装置を含んでいることを特徴とする自動車。
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