JP6291588B2 - 機械式噛み合いロックディファレンシャル - Google Patents

Description

本出願は、ディファレンシャルに関し、特に、差動回転により車輪速度を検知して自動的に装置をロックするように設計されたディファレンシャルに関する。

既存の機械式ロックディファレンシャル（Ｍ−ロッカーズ）は、車輪速度の差分が予め定められた値を超えると、ディファレンシャルを自動的にロックするように設計されている。しかしながら、既存の設計は、湿式クラッチパックにフリクションディスクを使用するので、連結のための液体潤滑を必要とする。液体は、劣化しやすく、且つ、温度および劣化により性状が変化する問題がある。

ここに開示される装置は、前述の不利点を解消し、第１サイドギアと、該第１サイドギアに面する第２サイドギアと、を含む既存のディファレンシャルを進歩させるものである。ピニオンギアセットは、第１サイドギアと第２サイドギアとの間に設けることができる。カムプレートは、第１サイドギアのランプ面に面するランプ面を含む。第１ロックプレートは、カムプレートの第２面に隣接する第１面を含む。第１ロックプレートは、歯状面をさらに含む。第２ロックプレートは、第１ロックプレートの歯状面に面する歯状面を含む。

付加的な目的および利点は、後述する説明の一部に記載され、また、説明の一部から明白であり、または、開示内容を実施することで学ぶことができる。目的および利点は、添付されたクレームに個別に示された要素およびそれら要素を組み合わせることでも理解および達成することができる。

前述の概略的な説明および後述の詳細な説明はどちらも、例示的かつ典型的なだけであり、特許請求の範囲に記載された発明を限定するものではない。

ケースとリングギアとが取り除かれた状態のディファレンシャルの内部構造を示す図である。 カムプレートとサイドギアとに関する連結機構を例示する図である。 図１のディファレンシャルの分解斜視図である。 カムプレートの第１面側の斜視図である。 カムプレートの第２面側の斜視図である。 部分的に組み立てられたディファレンシャルの斜視図であり、特に、サイドギアのランプ面を示す。 耳付きロックプレートの斜視図である。 スプライン付きロックプレートの斜視図である。

参照符号は、添付の図面に図解された実例を詳細に説明するためのものである。同一または相当の部品に関して、可能なものについては、図面を通して同一の参照符号を付与する。また、「左」、「右」、「上」、「下」のような方向を示す言及は、図面を用いた説明の理解を容易にするためのものである。

オープンモードにおいて、ディファレンシャルは、車両の２つの車輪が差動することを許容する。ロックモードにおいて、ディファレンシャルは、２つの車輪をロックすることにより同一速度で回転させる。前輪駆動（ＦＷＤ）車両における、一方のトルク伝達経路は、エンジンから、トランスミッション、動力伝達ユニット、ドライブシャフト、ピニオンギア、ディファレンシャルケースの周囲のリングギア、ディファレンシャル内のピニオンシャフト101、までのトルク伝達装置を含む。ピニオンシャフト101が回転すると、関連するピニオンギア103および104は、噛み合うサイドギア190および110へ差動あるいは非差動トルクを伝達することができる。サイドギアは、外周にスプラインが形成されたドライブアクスルへトルクを伝達するための内スプライン112および192を有する。トルクは、それから関連する車輪に伝達される。このトルク伝達経路は、後輪駆動（ＲＷＤ）および全輪駆動（ＡＷＤあるいは４ＷＤ）と同じように周知であるので、車両の駆動系の図解は省略する。また、リングギアおよびディファレンシャルケースの図解も省略する。ＦＷＤ、ＲＷＤ、およびＡＷＤシステムの特定の言及に拘わらず、ディファレンシャルが、２つのシャフトの差動が要求されるあらゆる適当な状況において使用される可能性があることは、理解されるはずである。

機械式ロックディファレンシャル（Ｍ−ロッカーズ）は、ソレノイドあるいは油圧装置を使用するディファレンシャルとは対照的に、ロックモードとオープンモードとの間で動作するための機械式装置を使用する。機械式装置は、例えば、イートンコーポレーションが保有し、かつそれら全体を参照してこの中に組み込まれる米国特許第６,３１９,１６６号、米国特許第７,４３８,６６１号、および米国特許第８,１６７,７６３号に記述された装置の１つを含むことができる。

図１ないし図３の例示において、機械式装置は、連結機構を含み、連結機構は、ディファレンシャルケースに連結するための、第１端200と第２端203との両端を有するシャフトを含むことができる。シャフトは、シャフトギア201を含む。エンドプレート213および214は、両プレート間にフライウエイト210および211を有し、フライウエイト210および211は、フライウエイトばね212により付勢される。少なくともエンドプレート214は、コーンクラッチ215に連結される。シャフトは、シャフトギア歯201がリム歯408に噛み合うことでカムプレート120と一緒に回転する。シャフトが差動のために回転し、その回転速度が予め定められた値を超えると、フライウエイト210および211は、スピンアップする。その遠心力は、フライウエイトばね212の付勢力を超えるのに十分である必要がある。その回転はまた、エンドプレート214とコーンクラッチ215との間のギャップをなくすのに十分である必要がある。

ディファレンシャルをロックする（オープンモードを脱する）ため、フライウエイト210または211の少なくとも１つを、第２シャフトにおけるロックアウト機構の歯止め222に連結する必要がある。第２シャフトは、ディファレンシャルケースに連結するための、第１端220および第２端221の両端を有する。もし車両が予め定められた速度を上回る速度で走行する場合、ロックアウトに生じる遠心力がカウンタウエイト223に作用し、歯止め222がフライウエイト210および211を利用可能な範囲外に引き抜かれることにより、ディファレンシャルは、ロックモードへ移行できなくなる。この場合、ディファレンシャルは、オープンモードでのみ動作することができる。記述された実例は、この中で記述された、ディファレンシャルをロックまたはアンロックするための機械式装置に限定することを意図していない。他の機械式装置は、この中で記述されたディファレンシャルを伴う代替手段として使用される。

図１および図３は、連結機構の非作動状態を示し、例えば、ディファレンシャルが静止している状態、あるいは、差動回転速度が１００ＲＰＭ以下等の、予め定められた差動回転速度を下回る動作状態を示す。この状態で、フライウエイト210および211は、閉位置に付勢される。

図２では、図面を明りょうにするため、エンドプレート214を省略する。フライウエイト210および211がスピンアップし、歯止め222がフライウエイト211の段部を受け止める。これにより、第１シャフトの回転がロックされる。シャフトギア201は、カムプレート120のリム歯408に噛み合わされる。ロックは、カムプレート120を動かすために十分な力を引き起こす。連結機構のさらなる詳細およびそれらの作動は、例えば、米国特許第６,３１９,１６６号、米国特許第７,４３８,６６１号、および米国特許第８,１６７,７６３号等を参照することにより理解することができる。

図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、カムプレート120は、ランプ402と谷403とを有する。ランプ402は、頂部404に続く上向きランプ405を含む。谷403は、底部407に続く下向きランプ406を含む。ランプ402および谷403は、ステップ状の変化で示され、またカムプレート120は、より多いあるいはより少ないステップ状の変化を含むことができ、あるいはカムプレート120は、例えば、それらの間に１つだけのスロープを設ける、あるいはそれらの間に湾曲部を設ける等により、頂部404と底部407との間に円滑な変化を形成することができる。また、５つの頂部404と５つの底部407とが示されるが、実施する上で、より多くのあるいはより少ない数の頂部404と底部407とを使用することができる。

そして、図４Ａには、回り止め401が示される。３つの回り止め401が示されるが、実施する上で、より多くあるいはより少ない数の回り止め401を使用することができる。回り止め401は、左側のサイドギア110の対応する穴115に噛み合う。回り止め401と穴115とのサイズは、前述した、フライウエイト210あるいは211の歯止め222に対するロックが、カムプレート120を動かすために十分な力を引き起こすときに、回り止め401が穴115から外れるように定められる。それから、ランプ402は、対応するサイドギアランプ116に対してスライドする。すなわち、オープンモードにおいて、頂部404は、サイドギア底部118内で静止し、またサイドギア頂部117は、底部407内で静止する。ロックモードにおいて、回り止め401が穴115から外れると、頂部は、「ランプアップ」するとともに底部および対向するランプから抜け出る。ディファレンシャルがロックモードを脱するとき、頂部は、「ランプダウン」するとともに対応する底部に滑り込み、同時に、回り止め401が穴115に再び入り込む。

サイドギアに対するカムプレート動作は、それら全体を参照してこの中に組み込まれる、例えば、米国特許第３,６０６,８０３号、５,４８４,３４７号、６,３１９,１６６号、ＲＥ２８,００４、および米国特許第３,８３１,４６２号等からさらに理解することが可能である。

サイドギア歯111のピニオンギア歯との噛み合いにより、左側のサイドギア110は、ピニオンギア103および104に当接して支持される。カムプレート120が「ランプアップ」するときの左側のサイドギア110のいかなる動作も、ばね荷重ロックプレートを移動させることができる。

示された実施例においては、左側のサイドギア110から右側のサイドギア190まで力を伝達するために使用されるリアクションブロックが無い。それゆえ、カムプレートの「ランプアップ」もまた、クラッチパック180に圧縮を引き起こさない。クラッチパック180は、制限されたすべりを可能にするように作動することが可能であり、あるいはクラッチパック180は、排除することができる。

カムプレート120が左側のサイドギア110に対して動くときに生じる力は、波形ばね130によるいくらかの吸収を伴い、第１ロックプレート140、次に第２ロックプレート150へ伝達することができる。このような配列は、すべての湿式クラッチパックの排除とリアクションブロックの使用とを可能にし、それにより、ディファレンシャルをシンプル化、軽量化、および小型化することができる。右側のサイドギア190は、前述した法人組織が保有するＲＥ２８,００４および米国特許第３,８３１,４６２号に類似するディファレンシャルケースに隣接することができ、あるいは右側のギアに隣接するフリクションディスクを持たない他の設計を適用することができる。

カムプレート120が「ランプアップ」するとき、第１ロックプレート140は、そのロックプレート内スプライン702と一緒に、左側のサイドギアの外スプライン114に沿って軸線方向へ移動する。これにより、波形ばね130が圧縮され、第１ロックプレート歯704が第２ロックプレート歯604をロックする。各第１ロックプレート歯704は、ロックプレート溝703により切り離される。各第２ロックプレート歯604もまた、プレート溝603により切り離される。

波形ばね130は、ばね座601に着座する。波形ばね130は、第１ロックプレート140を第２ロックプレート150から離れる方向へ付勢する。波形ばね130が第１ロックプレート140を押圧すると、第１ロックプレート140は、カムプレート120を押圧する。これは、回り止め401を穴115の中へ付勢する。

第２ロックプレート150が耳602を含む実施形態では、任意の耳保護部151を含むことができる。耳602と任意の耳保護部151とは、第２ロックプレート150をケースに対して回転しないようにロックするため、ディファレンシャルケースにおける対応する溝に連結される。第１ロックプレート140は、内スプライン702をサイドギア外スプライン114に噛み合わせることにより、左側のサイドギア110と共に回転する。

任意のカップリングリング160あるいはスラストワッシャは、第２ロックプレート150に隣接し、また任意のカップリングリングあるいはスラストワッシャ170は、サイドギア110およびディファレンシャルケースに隣接する。

第１ロックプレート歯704が第２ロックプレート歯604をロックすると、左側のサイドギア110は、ロックされ、ディファレンシャルケースと一緒に回転する。任意のロックピン102によりディファレンシャルケースにロックされたピニオンシャフト101もまた、ハウジングと一緒に回転することになる。関連するピニオンギア103および104は、サイドギア歯111がピニオンギア歯に噛み合うことにより、左側のサイドギア110と一緒に回転がロックされる。これにより、右側のサイドギア190における噛み合わされたサイドギア歯191は、左側のサイドギア110に対して同一速度で回転することになる。このギアカップリングは、右側のサイドギア190とディファレンシャルケースとの間のカップリングに加え、後述される。

右側のサイドギア190は、アクスルシャフトとの連結のための内スプライン192と、クラッチパック180との連結のための外スプライン194と、をさらに含む。クラッチパック180は、耳184を有するプレートと、スプライン181を有するフリクションディスクと、を含むことができる。ディスクスプライン181は、右側のサイドギア外スプライン194に連結される。任意の耳保護部182は、ディファレンシャルケース内の対応する溝に噛み合う耳184を囲む。ディファレンシャルケースとクラッチパック180との間に、カップリングリング183あるいはスラストワッシャが設けられる。

耳184がディファレンシャルケースに連結されるので、関連するフリクションディスクが耳付きプレートに摩擦連結するとき、右側のサイドギア190は、スプライン接続を介して、ディファレンシャルケースと一緒に回転することになる。クラッチパック180の摩擦連結は、適切な粘性潤滑液を選択することで容易となる。クラッチパック180は、ディファレンシャルのすべり性能を制限するために使用可能であり、あるいは選択肢として、クラッチパック180を排除することができる。

第１ロックプレート140は、半径方向へ延伸する歯を含み、歯は、第２ロックプレート150の放射状に延伸する歯に噛み合うようにサイズおよび間隔が定められる。オープンモードにおいて、第１ロックプレート140と第２ロックプレート150との間隔は、カムプレート120の頂部404が左側のサイドギアの底部118に位置するようにサイズが定められる。その間隔は、カムプレート120がロックされるとき、カムプレート120の頂部404が左側のサイドギヤの頂部117を通り過ぎることがないように選択される。その設計は、確実なロック動作を可能にし、ディファレンシャルは、完全にロックされるか、あるいはオープンモードで動作することができる。

シンプル設計であるため、ディファレンシャルは、両方向にロックすることができる。すなわち、フライウエイト210あるいは211の１つが歯止め222を係止することができる限り、サイドギアが回転する方向に関わらず、ディファレンシャルは、ロックすることができる。

２つのロックプレートを使用することの利点は、歯対歯の接触により提供される信頼性の向上である。すなわち、ドッグ式カップリングは、すべりが減少した結果、湿式フリクションディスク接触に対してより信頼性が高い。加えて、ロックプレートは、フリクションディスクに対して軸線方向へのスペースがより狭く設計することが可能であり、これにより、ディファレンシャルをさらに小型化することができる。ロックプレート連結およびフリクションディスクに対して発生する熱がより少ない状況下で使用することは、潤滑液の劣化を防ぐことができる。そして、フリクションディスクの排除は、ディファレンシャルケースの機械加工を削減し、製造コストを低下させることができる。

他の手段は、この中で説明された実例の記述および形態の斟酌から当業者に明白である。記述および実例は、例示としてのみ斟酌されるべきであり、本発明の真の範囲および精神は、後述の特許請求の範囲により示される。

Claims (14)

1. ギア面とランプ面とを含む第１サイドギアと、
   第１サイドギアに面するギア面を含む第２サイドギアと、
   第１サイドギアと第２サイドギアとの間に設けられるピニオンギアセットと、
   第１サイドギアのランプ面に面するランプ面を含み、第２面をさらに含むカムプレートと、
   カムプレートの第２面に隣接する第１面を含み、歯状面をさらに含む第１ロックプレートと、
   第１ロックプレートの歯状面に面する歯状面を含む第２ロックプレートと、
   を含むことを特徴とするディファレンシャル。
2. 第１ロックプレートの歯状面は、半径方向へ延伸する歯を含み、第１ロックプレートの歯状面は、半径方向へ延伸する歯を含むことを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャル。
3. 第１ロックプレートと第２ロックプレートとの間に設けられ、第１ロックプレートを第２ロックプレートから離れる方向へ付勢する波形ばねをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャル。
4. 第２ロックプレートは、波形ばねに接触するばね座面をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のディファレンシャル。
5. 第１サイドギアは、外スプラインを含み、第１ロックプレートは、第１サイドギアの外スプラインに連結される内スプラインを含むことを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャル。
6. 第２ロックプレートは、半径方向へ延伸する耳をさらに含み、
   ディファレンシャルは、耳溝を含むケースをさらに含み、
   第２ロックプレートの耳は、耳溝内に嵌り、
   カムプレートは、外ギア歯を含み、
   ディファレンシャルは、カムプレートを選択的にロックするための機械式装置をさらに含み、機械式装置がカムプレートをロックするとき、カムプレートは、第１サイドギアに対して回転し、且つカムプレートは、第１ロックプレートを第２ロックプレートに押し付け、これにより、第１サイドギアのケースに対する回転をロックすることを特徴とする請求項５に記載のディファレンシャル。
7. 第２ロックプレートは、半径方向へ延伸する耳をさらに含み、ディファレンシャルは、耳溝を含むケースをさらに含み、第２ロックプレートの耳は、耳溝に嵌まることを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャル。
8. カムプレートは、外ギア歯を含み、ディファレンシャルは、カムプレートを選択的にロックするための機械式装置をさらに含み、機械式装置がカムプレートをロックするとき、カムプレートは、第１サイドギアに対して回転し、且つカムプレートは、第１ロックプレートを第２ロックプレートに押し付けることを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャル。
9. 湿式クラッチパックと、
   湿式クラッチパック、第１サイドギア、第２サイドギア、第１ロックプレート、第２ロックプレート、カムプレート、およびピニオンセットを囲うケースと、
   をさらに含み、
   湿式クラッチパックは、第２サイドギアとケースとの間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャル。
10. 第１サイドギア、第２サイドギア、第１ロックプレート、第２ロックプレート、カムプレート、およびピニオンセットを囲うケースをさらに含み、第２サイドギアは、ケースに隣接することを特徴とする請求項１に記載のディファレンシャル。
11. 第１サイドギアは、
    ランプ面から離れる方向へ延伸する首部と、
    複数個のサイドギア頂部および複数個のサイドギア底部と、
    首部と複数個のサイドギア頂部および複数個のサイドギア底部との間に設けられる１セットのスプラインと、
    をさらに含み、
    第１ロックプレートは、１セットの内スプラインを含むとともに、第１ロックプレートは、第１サイドギアのスプラインセットにスプライン連結され、
    第１サイドギアの首部は、第２ロックプレートの内側で回転することを特徴とする請求項１−１０のいずれか１項に記載のディファレンシャル。
12. カムプレートは、複数個の頂部および複数個の底部をさらに含み、サイドギアは、複数個のサイドギア頂部および複数個のサイドギア底部をさらに含み、カムプレートは、頂部が、サイドギア底部に対して整列するとともに、サイドギア頂部が、底部に対して整列するオープンモードと、頂部が、サイドギア頂部に接近する方向へ且つサイドギア底部から離れる方向へスライドするロックモードと、の間で移動可能であることを特徴とする請求項１−１０のいずれか１項に記載のディファレンシャル。
13. サイドギアは、穴をさらに含み、カムプレートは、回り止めをさらに含み、カムプレートは、各穴が、各回り止めに関連するオープンモードと、各回り止めが、各穴の中から外へ移動するロックモードと、の間で移動可能であることを特徴とする請求項１−１２のいずれか１項に記載のディファレンシャル。
14. カムプレートがロックモードへ移動するとき、第１ロックプレートの歯状面は、第２ロックプレートの歯状面に噛み合うことを特徴とする請求項１２または１３に記載のディファレンシャル。

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