JP6085293B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

関連出願

本願は、２０１１年４月１８日付で出願した、米国仮特許出願第６１／４７６，６９３号の優先権を主張するものである。この米国仮特許出願第６１／４７６，６９３号全体が、本明細書の内容となる。

本願は、概して、自動車用ドライブトレインの分野に関する。特に、本願は、駆動トルクを後輪に選択的に供給するためにドライブトレインシステムで使用する動力伝達装置であって、ロスを軽減し、潤滑を向上させる改良したシールシステムを含む動力伝達装置に関する。

幾つかの自動車では（トラックやスポーツユーティリティビークルでは、より一般的に）、切替可能な四輪駆動を提供するドライブトレインを有することが知られている。これらのシステムは、通常、トランスミッションによって駆動するプロペラシャフトからのトルクによって、連続的に駆動する後輪を有する。これらのシステムは、ユーザがレバー（例えば、シフタ、スイッチ）を通じてトルクの一部を後輪から前輪に再供給するトランスファケースを係合するように、ユーザが切替可能な四輪駆動を有する傾向がある。これらのシステムは、雪やオフロードといった状態で発生する滑りやすい状態等の、低トラクション状態中に動作するように主に設計されている。

他の自動車（より一般的には、セダン等の乗用車）では、全輪駆動（ＡＷＤ）を提供するドライブトレインを有することが知られている。これらのシステムは、通常、片方の組の車輪（通常、前輪）をトランスミッションからのトルクによって駆動させ、必要に応じて、クラッチシステムを作動することによって、他方の組の車輪（通常、後輪）にトルクを再供給する。前輪の角速度が、後輪の角速度から所定量異なる、つまりトルクがトラクションを上回ったために、前輪のスリップが発生していることを示すと、自動車が判定すると、このトルクの再供給を、自動車が自動的に伝達できる。

自動車が、車輪間にそうした角速度差があると判定すると、自動車は、クラッチ機構を係合させ、該クラッチ機構が、ドライブシャフトを、パワートレインを介して生成したトルクの一部を後輪に再供給する動作用パワートレインシステムに結合する。このシステムは、スリップ車輪に対して駆動するトルクを、再びトラクションを達成するポイントまで、低減させ、低減したトルクをスリップしていない車輪に再供給する。

より効率的にトルクを再供給する（即ち、パワー損失を低減する）ことによって、運転者が選択可能なＡＷＤ性能を提供するドライブトレインシステムを有すると、有利であろう。また、従来のＡＷＤシステムより低コストで、且つ高い信頼性で製造できるＡＷＤドライブトレインシステムを有すると、有利であろう。

一実施形態は、第１車両部品からの入力トルクを受承するよう構成した第１シャフト；第１シャフトからトルクを選択的に受承し、該トルクを第２車両部品に伝達するよう構成した第２シャフト；係合機構；動力伝達装置の少なくとも一部を囲むよう構成したハウジング；及び第１シール及び第２シールを有するシールシステムを備える、動力伝達装置に関する。第２シャフトは、第１端及び第２端を含む。係合機構を、第１モード及び第２モードで動作するよう構成する。第１モードでは、係合機構は、第２シャフトを第１シャフトに選択的に結合させ、第２モードでは、第２シャフトを第１シャフトから切断させる。第１シールを、ハウジングと第２シャフトの第１端との間に配置し、第２シールを、ハウジングと第２シャフトの第２端との間に配置する。

例示的な実施形態によるドライブトレインシステムの概略平面図である。 図１のドライブトレインシステム等のドライブトレインシステム内で使用する動力伝達装置の例示的な実施形態の断面斜視図である。 二輪駆動動作モードで構成した車両に対応する、分離シャフトをインプットシャフトから切断して構成した、図２の動力伝達装置の平面図である。 全輪駆動動作モードで構成した車両に対応する、分離シャフトをインプットシャフトと結合して構成した、図３の動力伝達装置の平面図である。 シールアセンブリを分離シャフトとハウジングとの間に設けて示した、図３の動力伝達装置の詳細図である。 図５の動力伝達装置の内部（又はインボード）シールアセンブリの詳細図である。 図５の動力伝達装置の外部（又はアウトボード）シールアセンブリの詳細図である。 動力伝達装置で使用するシールアセンブリの別の例示的な実施形態の一部に関する斜視図である。 図８のシールアセンブリの断面図である。

全体的に図面を参照して、本明細書で開示するのは、前駆動輪組から後駆動輪組へ等、推進力を伝達する車両のパワートレイン又はドライブトレインシステムで使用する動力伝達装置である。動力伝達装置は、第１シャフト（例えば、インプットシャフト）、該第１シャフトから係合機構（例えば、クラッチ機構）によって選択的に結合及び切断する第２シャフト（例えば、分離シャフト）、動力伝達装置の少なくとも一部を囲むハウジング、及びシールシステムを含む。シールシステムは、第２シャフトとハウジングとの間に設ける又は配置する第１シールを含む。例えば、第１シールを、第２シャフトの第１端とハウジングの第１延伸部との間に設けることができる。また、シールシステムは、更なるシールを含むこともできる。例えば、シールシステムは、第２シャフトの第２端とハウジングの第２延伸部との間に配置する第２シールを含むことができ、第１シール及び第２シールにより、動力伝達装置の容積を囲み、容積内の作動要素を湿潤するギヤ潤滑油等の第１流体を含むことができる。

図１は、自動車で使用するよう構成され、推進力を提供して、自動車を推進又は走行させるパワートレイン又はドライブトレインシステム１０について説明している。例示的な実施形態によると、ドライブトレインシステム１０は、エンジン１３、トランスミッション１５、ファイナルドライブユニット１７、フロントディファレンシャルアセンブリ１９、第１（又は前部右側）ドライブシャフト２１、第２（又は前部左側）ドライブシャフト２３、第３（又は後部右側）ドライブシャフト２５、第４（後部左側）ドライブシャフト２７、第１（又は前部右側）車輪２２、第２（又は前部左側）車輪２４、第３（又は後部右側）車輪２６、第４（又は後部左側）車輪２８、プロペラシャフト２９、動力伝達装置３０、及びリヤドライブユニット９０を含む。エンジン１３を、車両下で横断方向、又は直列に長手方向に取付けることができ、出力及びトルクをトランスミッション１５に供給するよう構成し、該トランスミッション１５を、適宜、パワー及びトルクをファイナルドライブユニット１７に供給するよう構成する。ファイナルドライブユニット１７を、パワー及びトルクをフロントディファレンシャルアセンブリ１９に供給するよう構成し、ファイナルドライブユニット１７は、トルクをフロントディファレンシャルアセンブリ１９の噛合う相手方のギヤにトルクを伝達するよう構成できる、少なくとも１つのベベルギヤ、ハイポイドギヤ、又はハスバギヤを含むことができる。第１及び第２ドライブシャフト２１、２３を、フロントディファレンシャルアセンブリ１９に回転可能に結合し、それにより、駆動トルクをエンジン１３から、トランスミッション１５を通じて、ファイナルドライブユニット１７を通じてフロントディファレンシャルアセンブリ１９に伝達可能になり、その結果、第１及び第２ドライブシャフト２１、２３を駆動する。フロントディファレンシャルアセンブリ１９は、第１及び第２ドライブシャフト２１、２３を異なる角速度で回転可能にして、１本のドライブシャフトによって車両の旋回又はトラクション損失を調節するギヤトレインを含む。

動力伝達装置（ＰＴＵ：ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｕｎｉｔ）３０は、フロントディファレンシャルアセンブリ１９の部品（例えば、ケース、キャリヤ、サイドギヤ）と結合できるインプットシャフト３１、及び該インプットシャフト３１をギヤアセンブリを通じてプロペラシャフト２９と選択的に（分断）又は切断できる第１クラッチ機構５０を含む。動力伝達装置３０及びギヤアセンブリについて、以下でより詳細に述べる。例示的な実施形態によると、ドライブトレインは、車両の第１車輪２２を回転するために第１ドライブシャフト２１に連結する中間ドライブシャフト２０を含む。

車両の電子制御装置（ＥＣＵ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）又は電子制御モジュール（ＥＣＭ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ）は、第１クラッチ機構５０の係合を作動させ、ＰＴＵ３０を通じてプロペラシャフト２９をインプットシャフト３１に結合させることができる。プロペラシャフト２９を、リヤディファレンシャルアセンブリ９２を含むリヤドライブユニット（ＲＤＵ：ｒｅａｒ ｄｒｉｖｅ ｕｎｉｔ）９０に結合する。従って、プロペラシャフト２９を通じて伝達したトルクを、リヤディファレンシャルアセンブリ９２に伝達できる。リヤディファレンシャルアセンブリ９２は、第３及び第４ドライブシャフト２５、２７を異なる角速度で回転可能にして、１本のドライブシャフトによって車両の旋回又はトラクション損失を調節するギヤトレインを含む。また、車両のＥＣＵは、ＲＤＵ９０内に含む１つ又は複数の第２クラッチ機構９４を、略同時に係合させる真空システム又は別の作動システム（例えば、油圧システム、電子システム）も作動させ、それにより、トルクをリヤディファレンシャルアセンブリ９２から第３及び第４ドライブシャフト２５、２７の両方に伝達する。真空又は作動システムを、第１クラッチ機構５０の作動に続き、ドライブトレインシステム１０の速度を上げた後に、起動又は係合できる、或いはクラッチ機構５０を作動する前に起動できる。

図２乃至図５は、図１のドライブトレインシステム１０等のドライブトレインシステムで使用するＰＴＵ３０の例示的な実施形態を説明している。ＰＴＵ３０は、インプットシャフト３１、分離シャフト３６、少なくとも１つのシールアセンブリ７０、及びＰＴＵ３０の少なくとも一部を囲むよう構成したハウジング４０を含む。インプットシャフト３１を、フロントディファレンシャルアセンブリ１９の部品（例えば、ケース、キャリヤ、サイドギヤ）から等の入力トルクを受承し、回転軸３４周りにインプットシャフト３１を回転させるよう構成する。例示的な実施形態によると、インプットシャフト３１を、フロントディファレンシャルアセンブリ１９のケースと結合して、ディファレンシャルアセンブリからトルクを受承する中空管部材とする。インプットシャフト３１を、鋼鉄、アルミニウム、アルミ合金、又は自動車の耐用期間中必要なトルクを伝達できる程十分頑丈な、他の適当な材料から作製することができる。例示的な実施形態によると、インプットシャフト３１を、車両の長手（又は走行）方向を横断する方向に延伸するよう構成し、インプットシャフト３１は、第１端３２及び第２端３３を含む。第１端３２を、フロントディファレンシャルアセンブリ１９と結合でき、その結果、フロントディファレンシャルアセンブリ１９を通じて伝達するトルクにより、略同じトルク及び回転数で、対応する回転方向に、インプットシャフト３１を駆動できる。第２端３３を、受承したトルクを、起動又は係合機構（例えば、第１クラッチ機構５０）を通じて分離シャフト３６等へ、出力又は伝達するよう構成できる。

分離シャフト３６を、回転軸３４周りに選択的に回転させてトルクを伝達するよう構成する。例示的な実施形態によれば、分離シャフト３６を、起動機構（例えば、第１クラッチ機構５０）を通じてインプットシャフト３１に選択的に結合して、トルクをインプットシャフト３１から分離シャフト３６に伝達するよう構成する。インプットシャフト３１と分離シャフト３６を結合すると、両シャフトは、略同じトルク及び回転数で回転する。また、分離シャフト３６を、インプットシャフト３１から選択的に切断することができ、それによって、インプットシャフト３１から分離シャフト３６にトルクが全く伝達されなくなる。インプットシャフト３１と分離シャフト３６を切断すると、両シャフトは、異なる回転数とトルクで回転できる。

例示的な実施形態によると、分離シャフト３６を、第１端３７、第２端３８及び第１端３７と第２端３８との間に設けてトルクを伝達するギヤ３９を含むよう構成する。他の実施形態によると、このギヤを、第１端に、第２端に、又は分離シャフト３６の長さに沿った任意の場所に設けることができる。第１及び第２端３７、３８を、同様な又は異なる直径を有する中空管として構成できる。例えば、分離シャフト３６を、同様の内径を有することができ、異なる外径を有することができる第１及び第２端３７、３８と共に構成できる。ギヤ３９を、スパーギヤ、ハスバギヤ、ベベルギヤ、又は運動（例えば、円運動）を通じてトルクを伝達する適切に形成した任意のギヤとして、構成できる。図４及び図５に示すように、分離シャフト３６は、概して平滑な内面と、不規則な外面を有し、該外面から延在するギヤ３９を有する中空管を含む。中空管状の分離シャフト３６を、インプットシャフト３１を受容するよう構成できる。例えば、インプットシャフト３１は、分離シャフト３６を通過し、分離シャフト３６の第１端３７及び／又は第２端３８を超えて延伸できる。分離シャフト３６を、鋼鉄、アルミニウム、アルミ合金、又は自動車の耐用期間中必要なトルクを伝達できる程十分頑丈な、他の適当な材料から作製することができる。

ＰＴＵ３０は、ＰＴＵ部品間で相対回転可能にするため、且つ分離シャフト３６に対するインプットシャフト３１の回転等といった、ＰＴＵ部品の回転で発生する摩擦を軽減すること等によって、効率を高めるために、ベアリングを含むことができる。例示的な実施形態によると、ベアリング（又はニードルベアリング又はブッシュ又はジャーナル）４１を、分離シャフト３６とインプットシャフト３１との間に設けて、分離シャフト３６に対してインプットシャフト３１を回転可能にできる。例えば、ＰＴＵ３０は、分離シャフト３６の第２端３８とインプットシャフト３１の第１端３２との間に設ける第１ニードルベアリング４１を含むことができ、分離シャフト３６の第１端３７とインプットシャフト３１の第２端３３との間に設ける第２ニードルベアリング４１を含むことができ、両ベアリング４１により、分離シャフト３６に対してインプットシャフト３１が同心で効率的に回転可能になる。即ち、インプットシャフト３１は、分離シャフト３６の第２端３８の内面とインプットシャフト３１の外面との間に設けた第１ニードルベアリング４１と、分離シャフト３６の第１端３７の内面とインプットシャフト３１の外面との間に設けた第２ニードルベアリング４１とを用いて、中空の分離シャフト３６を通過できる。ＰＴＵ３０は、更なるベアリングを含むことができる。例えば、ＰＴＵ３０は、ハウジング４０及び／又はインプットシャフト３１に対して分離シャフト３６を同心に効率的に回転可能にするために、ハウジング４０と分離シャフト３６との間に設けるベアリング４２を含むことができる。

また、ＰＴＵ３０は、起動すると、分離シャフト３６をインプットシャフト３１に結合でき、停止すると、分離シャフト３６をインプットシャフト３１から切断するクラッチ機構５０を含むことができる。例示的な実施形態によると、クラッチ機構５０は、係合ギヤ５１とハブ５５を含む。第１クラッチ機構５０のハブ５５の内面を、インプットシャフト３１の第２端３３の外面等、インプットシャフト３１の外面に固着でき、ハブ５５は、略同じトルク及び回転数を有するインプットシャフト３１と共に、回転軸３４周りに回転する。係合ギヤ５１を、ハブ５５と摺動可能に結合でき、係合ギヤ５１は、ハブ５５と同じトルク及び回転数で、回転軸３４周りに回転できるが、係合ギヤ５１を、アクチュエータ等によって、起動又は駆動すると、ハブ５５に対して回転軸３４に沿った方向に摺動するよう構成する。係合ギヤ５１の内面は、分離シャフト３６又はギヤ部材５６を係合させて、トルクをインプットシャフト３１から第１クラッチ機構５０を通じて分離シャフト３６に伝達するギヤ歯を含むことができる。ギヤ部材５６を、分離シャフト３６とは別に形成し、その後分離シャフト３６に連結できる、又は分離シャフト３６の第１端３７等、分離シャフト３６と一体的に形成できる。

ＰＴＵ３０及び／又はクラッチ機構５０は、シンクロナイザ５３を含むことができ、該シンクロナイザは、係合ギヤ５１のギヤ歯を係合する前にギヤ部材５６に係合するよう構成した少なくとも１つの摩擦リング又はコーンを含むことができる。シンクロナイザ５３は、係合ギヤ５１とギヤ部材５６との間で歯を係合させる前に、異なる回転数及びトルクで回転する両ギヤの歯が互いに係合する結果、係合時に歯同士が衝突するのを防ぐために、係合ギヤ５１及びギヤ部材５６を、略同じトルク及び回転数で回転させる。シンクロナイザ５３は、分離シャフト３６をインプットシャフト３１に選択的に結合する間に、第１クラッチ機構５０及び分離シャフト３６及び／又はギヤ部材５６に対する摩耗及び損傷を軽減することによって、ＰＴＵ３０の耐久性を向上させる。例示的な実施形態によると、シンクロナイザ５３の効率を高めるために、及び縮径で荷重に対応可能にするために、シンクロナイザ５３は、両側に摩擦材料（通常、炭素系材料）を有するダブルコーンを含む。他の実施形態によると、シンクロナイザ５３は、摩耗を低減することによって耐久性を向上するために、シングルコーン、トリプルコーン又は他の形状を含むことができる。

また、ＰＴＵ３０は、ＰＴＵ３０から、車両のプロペラシャフト２９又はリヤドライブユニット９０等に出力トルクを伝達するよう構成したアウトプットシャフト４３を含むこともできる。アウトプットシャフト４３は、トルクを受けるよう構成したピニオン４４と、トルクを伝達するシャフト４５を含むことができる。ピニオン４４とシャフト４５を、別々に形成し、次に互いに連結して、１部材として動作させることができる、又は１部材として一体的に形成できる。アウトプットシャフト４３を、鋼鉄、アルミニウム、アルミ合金、又は自動車の耐用期間中必要なトルクを伝達できる程十分頑丈な、他の適当な材料から作製することができる。ピニオン４４を、シャフト４５の片端から延伸するよう構成した、ベベルギヤ等のギヤとすることができる。ピニオン４４のギヤを、トルクを受承するために、分離シャフト３６又はリングギヤ等、別のギヤとのギヤ噛合を通じて、回転可能に結合することができる。シャフト４５は、車両の長手方向に延伸でき、シャフト４５を、トルクを横断方向にインプットシャフトに伝達するよう構成できる。受承したトルクをプロペラシャフトに伝達するために、シャフト４５を、プロペラシャフト２９に結合できる。アウトプットシャフト４３を、ＰＴＵ３０のハウジング４０内に設けることができる、又はハウジング４０から分離した構造体内に設けることができる。

例示的な実施形態によると、ＰＴＵ３０は、分離シャフト３６からトルクを受承し、該トルクをアウトプットシャフト４３に又はプロペラシャフト２９に直接伝達するよう構成した第２シャフトアセンブリ６０も含む。第２シャフトアセンブリ６０は、第２シャフト６１と第２リングギヤ６３を含み、第２シャフト６１を、インプットシャフト３１と平行に、インプットシャフト３１から離隔して設ける。第２シャフト６１を、インプットシャフト３１の回転軸３４と平行することができる第２回転軸周りに回転するよう構成できる。第２シャフト６１は、スパーギヤ、ハスバギヤ、又は運動（例えば、回転運動）を通じてトルクを伝達する適切な任意のギヤとして構成できるギヤ６２を含むことができる。ギヤ６２の歯は、分離シャフト３６からトルクを受承するために、ギヤの噛合によって、分離シャフト３６のギヤ３９の歯に係合できる。第２リングギヤ６３を、第２シャフト６１とは別に形成し、その後連結できる、又は１部材として、第２シャフト６１と一体的に形成できる。第２リングギヤ６３を、ベベルギヤ（又はスパーギヤ、ハスバギヤ、又は任意の適当なギヤ）とすることができ、トルクを第２シャフト６１からアウトプットシャフト４３のピニオン４４等に伝達するよう構成する。第２シャフトアセンブリ６０を、ＰＴＵ３０のハウジング４０内に設けることができる、又はハウジング４０から分離した構造体内に設けることができる。第２シャフト６１を、ハウジング４０に対して第２回転軸周りに回転可能にするために、１つ又は複数のベアリングによって、ハウジング（又は構造体）に回転可能に結合できる。

別の例示的な実施形態によると、トルクを、分離シャフト３６から直接アウトプットシャフト４３に伝達する。別の例示的な実施形態によると、トルクを、分離シャフト３６から直接、車両のプロペラシャフト２９等、ＰＴＵ３０の外部にある部品に伝達する。

通常、トランスミッション及び／又は差動装置は、動粘性率等の異なる特性を持つ必要があるために、ＰＴＵの潤滑流体とは異なる潤滑流体を使用する。例えば、トランスミッション及び／又は差動装置は、内部部品を潤滑するのに、自動変速機潤滑油（ＡＴＦ：ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｌｕｉｄ）を使用でき、一方で、ＰＴＵは、従来のギヤ潤滑油を使用できる。従来、シールを使用して、流体がシールを越えるのを防止してきた。従って、流体の混合又はクロスコンタミネーションを防止するために、シールをＰＴＵ内に設けることができる。例えば、潤滑油がＰＴＵに浸入するのを防止するために、及び／又はギヤ潤滑油がＰＴＵから流出して、トランスミッション内に浸入するのを防止するために、シールをＰＴＵ内に設けることができる。

図５に示した例示的な実施形態によると、流体（例えば、ＡＴＦ、ギヤ潤滑油等）がシールアセンブリ７０を越えるのを防止するために、ＰＴＵ３０は、ハウジング４０と分離シャフト３６との間に設ける２シールアセンブリ７０ａ、７０ｂを含む。第１又はインナーシールアセンブリ７０ａを、ハウジング４０と分離シャフト３６の第２端３８との間に設ける。ハウジング４０は、インナーシールアセンブリ７０ａと当接し、支持するよう構成した延長部を含むことができる。インナーシールアセンブリ７０ａは、ＡＴＦ（又は他の潤滑剤若しくは流体）の流れがトランスミッション又は差動装置からＰＴＵ３０内に浸入するのを防止することができ、また、ギヤ潤滑油又は他の潤滑剤若しくは流体の流れがＰＴＵ３０からトランスミッション又は差動装置内に浸入するのを防止することもできる。第２又はアウターシールアセンブリ７０ｂを、ハウジング４０と、クラッチ機構５０に隣接する分離シャフト３６の第１端３７との間に設ける。ハウジング４０は、アウターシールアセンブリ７０ｂと当接し、支持するよう構成した第２延長部を更に含むことができる。アウターシールアセンブリ７０ｂは、ギヤ潤滑油又は他の流体の流れがシールを越えてＰＴＵ３０の外に出ることを防止することができる。例えば、アウターシールアセンブリ７０ｂは、摩擦クラッチ等のクラッチ機構の性能に影響を与える虞がある、ギヤ潤滑油がＰＴＵ３０から流出して、クラッチ機構５０に浸透することを防止できる。また、クラッチ機構を、流体圧力を変化させて起動又は停止するよう構成することもできる。この場合、アウターシールアセンブリ７０ｂは、クラッチ機構とＰＴＵとの間で流体が混合するのを防止する可能性がある。

図６及び図７は、各シールアセンブリ７０ａ、７０ｂの例示的な実施形態を示している。図６は、分離シャフト３６の第２端３８とハウジング４０との間に設けるインナーシールアセンブリ７０ａを示している。図７は、分離シャフト３６の第１端３７とハウジング４０との間に設けるシールアセンブリ７０ｂを示している。各シールアセンブリ７０ａ、７０ｂは、リップ部材７１、支持部材７２、及び付勢部材７３を含むことができる。

各シールアセンブリ７０のリップ部材７１は、シールアセンブリ７０及び／又はリップ部材７１に対して運動状態であるかも知れない分離シャフト３６等の第１装置に対してシールを提供できる。リップ部材７１を、自動車の耐用期間に亘り、動作中にシールアセンブリ７０が受ける温度、化学物質、及び応力に耐え得る任意の適当な材料から作製できる。例として、リップ部材７１を、エラストマ（例えば、ＦＫＭ）若しくはエラストマ材料、先進複合材料、又は重合体若しくは先進重合体マトリックス複合材料から作製できる。別の例として、リップ部材７１を、従来のエラストマと比べると比較的高い耐熱性及び耐化学薬品性を持たせるために、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）を含むフルオロエラストマ（ＦＫＭ）から作製できる。リップ部材７１を、シールアセンブリ７０と、ハウジング４０及び分離シャフト３６等の当接する部品との間に形成するシールを向上するために、弾力的にできる。例えば、弾力的にすることによって、リップ部材７１を、分離シャフト３６と接触するように移動（変位又は曲折）させて、比較的不浸透性のシールを形成することができる。リップ部材７１と分離シャフト３６を接触させた後、付勢部材７３で引き続き保持力をリップ部材７１に付与して、効果的に不浸透性シールを維持するように、リップ部材７１を、付勢部材７３によって移動させることができる。

各シールアセンブリの支持部材７２は、ハウジング４０に等、第２装置に連結する、及び／又はシールを提供できる。例えば、支持部材７２を、ハウジング４０の延長部に結合して、又は当接して、ハウジング４０とシールアセンブリ７０との間でシールを形成することができる。支持部材７２を、リップ部材７１に対して構造的支持を提供するよう構成できる。例えば、リップ部材７１は、支持部材７２と結合する（及び／又は支持部材７２によって保持する）第１部分を含むことができる。支持部材７２を、鋼鉄、アルミニウム、アルミ合金又は自動車の耐用期間に亘り動作中にシールアセンブリ７０が受ける温度、化学物質、及び応力に耐え得る任意の適当な材料から作製できる。

各シールアセンブリ７０の付勢部材７３を、リップ部材７１の少なくとも一部を支持部材７２の少なくとも一部から離すよう付勢するように、バネ力等の力を提供するよう構成して、シールアセンブリ７０によって形成するシールを向上させることができる。例えば、付勢部材７３を、支持部材７２に結合する及び／又は支持部材７２によって保持するリップ部材７１の第２部分に対して、リップ部材７１の第２部分を付勢するよう構成できる。

例示的な実施形態によると、各シールアセンブリ７０は、第１リップ部材７１ａ、第２リップ部材７１ｂ、第１支持部材７２ａ、第２支持部材７２ｂ、第１付勢部材７３ａ、及び第２付勢部材７３ｂを含む。第２支持部材７２ｂは、ハウジング４０の一部と当接して、それに対してシールを形成でき、該部材７２ｂに結合できる第２リップ部材７１ｂを支持できる。第１支持部材７２ａを、第２支持部材７２ｂに連結でき、第１支持部材７２ａは、該部材７２ａに結合できる第１リップ部材７１ａを支持できる。第１及び第２リップ部材７１ａ、７１ｂは、分離シャフト３６の第２端３８と当接し、該第２端３８とシールを形成するよう構成した接触面７４ａ、７４ｂを含むことができる。各リップ部材７１の各接触面を、リップ部材７１が支持部材７２に連結し、リップ部材７１を支持部材７２によって支持する箇所から離隔した各リップ部材７１の一部に、設けることができる。この構成により確実に、ＰＴＵ３０の圧力が高くなるのに従い、隣接する分離シャフト３６との係合方向でリップ部材７１に印加するシール力が高まり、適切なシール強度を維持して、流体がシール全体に伝わるのを防止できる。つまり、シールアセンブリ７０の不浸透性を、動力伝達装置３０の内圧の増加に対応して、高めるよう構成する。

付勢部材７３ａ、７３ｂも、接触面７４ａ、７４ｂを有する各リップ部材７１ａ、７１ｂの部分に隣接させて、確実に適切にシールするよう構成できる。例えば、リップ部材７１ａは、付勢部材７３ａを受容するよう構成した凹部を含むことができ、該凹部を、接触面７４ａに隣接して配置する。従って、付勢部材７３からの力を、凹部から、例えば、分離シャフト３６に接触する接触面７４ａに指向させて、分離シャフト３６との間のシールを向上できる。その結果、第１リップ部材７１ａの第１接触面７４ａを、第１付勢部材７３ａによって付勢して、分離シャフト３６と係合させることができる。第２リップ部材７１ｂを、第１リップ部材７１ａと同様に構成できる。例えば、第２リップ部材７１ｂの第２接触面７４ｂを、第２付勢部材７３ｂによって付勢して、分離シャフト３６と係合させることができる。

各シールアセンブリ７０は、ゲート又は水抜き孔（ｗｅｅｐ ｈｏｌｅ）７５を含み、該ゲート又は水抜き孔を、リップ部材７１ａ、７１ｂ間に設けることができ、ハウジング４０の開口部（図示せず）と位置合せできる。リップ部材７１が流体を漏出し、流体がシールを形成する接触面７４を通過した場合、ゲート７５は、流体を、ハウジングの開口部を通してハウジング外に送出する。車両のハウジング下の地面等に流体が存在すると、シールアセンブリ７０が適切にシールしていないとして、自動車の運転者に警告できる。ゲート７５は、ＡＴＦ等の流体がギヤ潤滑油と混合するのを、一方のシールが漏れて、流体がシールシステム７０及び／又はＰＴＵ３０から漏出していないかを確認することによって、防止できる。

図８及び図９は、ＰＴＵ３０等のＰＴＵで使用するシールアセンブリ１７０の別の例示的な実施形態を示している。別の例示的な実施形態によれば、シールアセンブリ１７０を、シールアセンブリ７０として使用するために、ＰＴＵ３０の内側位置及び外側位置其々に設けることを意図する。各シールアセンブリ１７０は、リップ部材１７１、該リップ部材を支持する支持部材１７２、及びバネ力を印加して、リップ部材１７１の端を支持部材１７２から離して、組合せる分離シャフト３６と接触させるように付勢する２付勢部材１７３を含む。リップ部材１７１は、２端又は端部を有し、各端は、支持部材１７２によって支持するよう構成した中心部から延伸する。また、リップ部材１７１の各端は、分離シャフト３６等といったＰＴＵ３０の装置又は部品に対して当接及びシールするよう構成した接触面１７４ａ、１７４ｂも含む。図６乃至図９に示した例示的な実施形態は、限定を意味するものではない点に注意されたい。これらの実施形態は、二重シールを提供するよう構成したシールアセンブリ７０について説明しているが、単独のシール又は複数のシールを設けるよう構成したシールアセンブリも使用でき、該シールアセンブリの構成を、本明細書で開示した構成から変更することができる。

本明細書に開示したようなＰＴＵ３０を、インプットシャフト３１とハウジング４０との間に設けるのと対照的に、分離シャフト３６とハウジング４０との間に設けるシールアセンブリを有するよう構成する。シールアセンブリをハウジングと分離シャフトとの間に配置すると、幾つかの利点がある。

シールアセンブリ７０、１７０を分離シャフト３６とハウジング４０との間に設けるこの構成に関する１利点は、ＰＴＵ３０を通じてエネルギ損失を抑えられ、それに相関して、自動車のドライブトレインシステムの効率も高まる点である。ＰＴＵ３０のシールアセンブリ７０、１７０を、可動部品（例えば、インプットシャフト３１、分離シャフト３６）と非可動部品（例えば、ハウジング４０）との間に設ける。可動部品が運転状態にあると、シールアセンブリ７０、１７０が、可動部品と動的に接触される、又は可動部品と共にシールされるため、摩擦、熱等が発生し、その結果エネルギが損なわれ、ＰＴＵ及び自動車のドライブトレインの効率が低下する。そのために、ＰＴＵのシールアセンブリが動的接触状態で動作する時間を短縮できれば、エネルギ損失を低減でき、効率も高められる。車両のフロントディファレンシャルアセンブリ１９によってインプットシャフト３１を駆動するので、自動車が運転状態にある際には必ず、ＰＴＵ３０のインプットシャフト３１は運転状態となる。そのために、シールアセンブリ７０、１７０を、インプットシャフト３１とハウジング４０との間に構成すると、自動車が運転状態にあれば必ず、ＰＴＵ３０は、シールアセンブリ７０、１７０の動的接触によるエネルギ損失を被る。従って、この構成では、自動車のドライブトレイン及びＰＴＵ３０は、自動車が、二輪駆動モード、全輪駆動モードのどちらで動作中であっても、動的シール損失によりエネルギが低減してしまう。

本明細書で開示したような、ハウジング４０と分離シャフト３６との間に設けたシールアセンブリ７０、１７０は、ＰＴＵ３０がトルク及びパワーを自動車の後輪又はプロペラシャフトに伝達する際（即ち自動車が全輪駆動で動作している場合）にのみ、動的接触状態になる。従って、本明細書で開示したように構成したＰＴＵ３０を有する自動車は、シールアセンブリが動的動作状態にはならないため、シールアセンブリからのエネルギ低減なしに二輪駆動モードで動作する。自動車は通常、悪天候下等で片方又は両方の前輪がスリップした場合のみ、ＰＴＵ３０を係合して、トルクを後輪に伝達するので、全輪駆動動作モードを提供するＰＴＵ３０を有する車両は、通常、殆どの時間を二輪駆動動作モードで動作するため、結果的に向上する効率は、相当なものになる。

シールアセンブリ７０、１７０のこの構成に関する別の利点は、特別な方法を使用せずに、又は更なる部品を必要とせずに、ニードルベアリング４１の潤滑を可能にして（図５に示したように）、ＰＴＵ３０の費用を低減し、寿命を伸ばせる点である。ニードルベアリング４１を、分離シャフト３６とインプットシャフト３１との間に設けて、ＰＴＵ３０が、分離シャフト３６をインプットシャフト３１から切断した状態で動作する際に、シャフト間の同心を維持し、分離シャフト３６に対してインプットシャフト３１を効率的に回転可能にできる。シールアセンブリを、インプットシャフト３１とハウジング４０の間に設けると、該シールは、潤滑流体（例えば、ＡＴＦ）が、シールを超えてニードルベアリング４１を潤滑できなくしてしまう。しかしながら、本明細書に開示したような、ハウジング４０と分離シャフト３６との間に設けたシールアセンブリ７０、１７０は、潤滑流体を、分離シャフト３６とインプットシャフト３１との間のクリアランスによって形成した間隙に流入可能にさせて、自動車の耐用期間中、ニードルベアリングの適切な潤滑を維持できる。例えば、流体が流入する間隙を、分離シャフト３６の第２端３８の縁部とインプットシャフト３１との間のクリアランスによって形成できる。ＰＴＵ３０が、インプットシャフト３１と分離シャフト３６との間に複数のニードルベアリングを含むことができるため、潤滑流体が流体流入間隙部に入ると、潤滑流体は、分離シャフト３６の内径とインプットシャフト３１の外径との間のクリアランスによって形成した径方向の間隙に、両シャフト長に沿って流入して、ＰＴＵ３０内にある全てのニードルベアリングを潤滑することができる。ニードルベアリング４１を適切に潤滑させることで、ＰＴＵ３０の動作寿命を長くできるだけでなく、発生する摩擦や動的エネルギ損失を抑えられ、ＰＴＵ３０や車両のドライブトレインの効率を更に向上できる。

シールアセンブリ７０、１７０のこの構成に関する別の利点は、第１クラッチ機構５０に設けたシンクロナイザ５３等のシンクロナイザが、ギヤ潤滑油によって潤滑した場合よりも、ＡＴＦによって潤滑した場合に一層良好に機能する点である。例えば、インプットシャフト３１とハウジング４０との間に設けた外側シールとは対照的に、分離シャフト３６とハウジング４０の間に設けた外側シール７０ｂは、ＰＴＵ３０にギヤ潤滑油を保持して、ＰＴＵ３０を潤滑でき、ギヤ潤滑油が、第１クラッチ機構５０のシンクロナイザ５３等のシンクロナイザ５３を潤滑するのに使用できるＡＴＦに混入する又は該ＡＴＦを汚染するのを防止できる。また、シールアセンブリ７０、１７０は、ＡＴＦを保持でき、ＡＴＦがＰＴＵ３０に流入して、ＰＴＵ内に供給したギヤ潤滑油と混合しないようにできる。

本明細書で使用したように、用語「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、「約（ａｂｏｕｔ）」、「略（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」、及び類似の用語を、本開示の主題が有する、当業者に周知且つ許容できる用法と一致する広範な意味を有するものとする。これらの用語は、これらの特徴の範囲を、提供した厳密な数値範囲に限定することなく、特定の特徴に関する記述を、記載及び請求可能にするためのものと、本開示を検討する当業者は、理解すべきである。従って、これらの用語については、記載及び請求した主題に関する極僅かな又は些細な変形或いは変更も、付記した特許請求の範囲で述べるような本発明の範囲内にあると見なすことを示すものとして、解釈すべきである。

様々な実施形態を記載するために本明細書で使用したような用語「例示的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」は、そうした実施形態が、可能な実施形態に関する可能な例、表現、及び／又は説明であることを示すものであること（及び、かかる用語は、かかる実施形態が必ずしも特別な又は最良な実施例であると含意するものではないこと）に、注意すべきである。

本明細書で使用したような「結合する（ｃｏｕｐｌｅｄ）」、「連結する（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」等は、直接的又は間接的に２部材を互いに接合することを意味する。かかる接合を、固定（例えば、永久的な）又は可動（例えば、取外可能又は解除可能）とすることができる。かかる接合を、２部材又は２部材と任意の更なる中間部材を、互いに単一体として一体形成して、或いは２部材又は２部材と任意の更なる中間部材を互いに取着して、達成することができる。

本明細書における要素の位置に関する言及（例えば、「上部（ｔｏｐ）」、「下部（ｂｏｔｔｏｍ）」、「上に（ａｂｏｖｅ）」、「下に（ｂｅｌｏｗ）」等）は、図面での様々な要素の方位について記載するのに単に使用している。様々な要素の方位は、他の例示的な実施形態に応じて異なる可能性があり、かかるバリエーションも、本開示が包含するものとすることに、注意すべきである。

様々な例示的な実施形態で示したような動力伝達装置の構造及び構成は、一例に過ぎないことに注意しなくてはならない。本開示では、数例の実施形態のみについて詳細に記載したが、本開示を検討する当業者は、多くの変更例（例えば、大きさ、寸法、構造、形状、様々な要素の比率、パラメータの値、取付方法、材料の使用、色、方位等に関するバリエーション）が、本明細書に記載した主題に関する教示及び効果から実質的に逸脱せずに、可能であることを容易に理解するであろう。例えば、一体形成したように示した要素を、複数の部分又は要素から構成することができ、要素の位置を逆にする、又は別の方法で変更することができ、個別要素の性質若しくは数又は位置を変える又は変更することができる。如何なる工程又は方法ステップの順番又は順序も、代替実施形態に応じて、変更する又は並べ替えることができる。また、置換、変形、変更、及び省略も、様々な例示的な実施形態の設計、動作条件、構成について、本発明の範囲から逸脱せずに、行うことができる。

Claims (14)

1. 車両用の動力伝達装置であって、
   第１車両部品からの入力トルクを受承するよう構成した第１シャフト；
   前記第１シャフトからのトルクを選択的に受承し、該トルクを第２車両部品に伝達するよう構成し、第１端と第２端を有する第２シャフト；
   第１モード及び第２モードで動作するよう構成した係合機構であって、前記第１モードでは、前記係合機構は、前記第２シャフトを前記第１シャフトに選択的に結合させ、前記第２モードでは、前記第２シャフトを前記第１シャフトから切断する係合機構；
   前記動力伝達装置の少なくとも一部を囲むよう構成したハウジング；及び
   第１シール及び第２シールを有するシールシステムであって、前記第１シールを前記ハウジングと前記第２シャフトの前記第２端との間に配置し、前記第２シールを、前記ハウジングと前記第２シャフトの前記第１端との間に配置するシールシステム
   を備え、
   前記第１シール及び前記第２シールの其々は、第１支持部材と、前記第１支持部材に結合する第１部分および前記第２シャフトと係合する第２部分を有する第１リップ部材と、第２支持部材と、前記第２支持部材に結合する第１部分および前記第２シャフトと係合する第２部分を有する第２リップ部材とを含み、
   前記第２支持部材は、前記ハウジングに当接し、
   前記第１支持部材は、前記第２支持部材と直接結合する、車両用動力伝達装置。
2. 前記第１シール及び前記第２シールの其々は、第１付勢部材を含み、前記第１リップ部材の前記第２部分が、前記第１付勢部材によって前記第２シャフトに対して付勢される、請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記第１シール及び前記第２シールの其々は、第２付勢部材を更に含み、前記第２リップ部材の前記第２部分が、前記第２付勢部材によって前記第２シャフトに対して付勢される、請求項２に記載の動力伝達装置。
4. 前記第１リップ部材の前記第２部分を付勢して、前記第２シャフトの第１部分と係合させ、前記第２リップ部材の前記第２部分を付勢して、前記第２シャフトの第２部分と係合させる、請求項３に記載の動力伝達装置。
5. 前記シールシステムは、適切にシールされていないとき前記動力伝達装置の外部に流体が送出するように、前記ハウジングの開口部を通って前記ハウジングの外面にまで延伸するゲートを更に含む、請求項１に記載の動力伝達装置。
6. 前記ゲートを、第１リップ部材と第２リップ部材との間に配置する、請求項５に記載の動力伝達装置。
7. 前記第１リップ部材は、前記第１付勢部材によって付勢され、前記第２シャフトの第１部分と係合する第１接触面を含む、請求項２に記載の動力伝達装置。
8. 前記第１シール及び前記第２シールの其々は、前記第２リップ部材の第２接触面を付勢して、前記第２シャフトの第２部分と係合させるよう構成した第２付勢部材を更に含む、請求項７に記載の動力伝達装置。
9. 第１流体を、前記第１シール及び前記第２シールによって囲む容積内に保持する、請求項１に記載の動力伝達装置。
10. 前記第１シャフトと前記第２シャフトとの間に設けて、前記第２シャフトを前記第１シャフトから切断する際に、前記第２シャフトに対して前記第１シャフトを効率的に回転可能にするニードルベアリングを更に備える、請求項９に記載の動力伝達装置。
11. 前記第１流体と異なる第２流体を使用して、前記ニードルベアリングを潤滑し、前記シールシステムは、前記第１流体と前記第２流体とが混合するのを防止する、請求項１０に記載の動力伝達装置。
12. 前記第１車両部品を、フロントディファレンシャルアセンブリとし、前記第２車両部品を、トルクを車両の後輪組に伝えるプロペラシャフトとする、請求項１に記載の動力伝達装置。
13. 前記係合機構を、前記第１シール及び前記第２シールによって囲む容積に対して外部に配置するクラッチ機構とする、請求項１に記載の動力伝達装置。
14. 前記第２シャフトを、中空シャフトとし、前記第１シャフトを前記第２シャフトによって受容する、請求項１に記載の動力伝達装置。

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