JPH10338050A - 中央差動装置 - Google Patents

中央差動装置

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JPH10338050A
JPH10338050A JP10166091A JP16609198A JPH10338050A JP H10338050 A JPH10338050 A JP H10338050A JP 10166091 A JP10166091 A JP 10166091A JP 16609198 A JP16609198 A JP 16609198A JP H10338050 A JPH10338050 A JP H10338050A
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torque
input
ramp
coupling member
viscous
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JP10166091A
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Erlen Busch Walton
ブッシュ ウオルトン アーレン
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Eaton Corp
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    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 前輪がスピンを開始するまで後輪には実質的
なトルクを伝達せず、前輪がスピンし始めると実質的な
量のトルクを後輪へ自動的に伝達する、四輪駆動車両の
中央差動装置を提供する。 【解決手段】 前輪(11)がスリップし始めると、入
力軸(15)と入力継手部材(35)が出力継手部材
(43)より早く回転するため、出力継手部材へ粘性剪
断トルクが伝達され、このトルクが第1の斜面プレート
(51)に伝達されて、ボール斜面アクチュエータ(3
1)を中立位置から変位させ、第2の斜面プレート(5
2)がクラッチパック(33)に負荷を加えて、トルク
をハウジング(25)から出力軸(19)、そして後輪
(23)へ伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は四輪駆動車両の動力
伝達系に関し、さらに詳細にはかかる動力伝達系に用い
る中央差動装置に関する。本明細書において用いる用語
「差動」は従来型差動歯車装置の存在を意味するもので
なく、主として本発明の装置が典型的な従来型中央差動
装置にとって代わるという理由で使用するものである。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】今日に
おいて製造されている車両の多くは、その基本的な様式
が前輪駆動である。しかしながら、かかる車両の大部
分、特にバンやスポーツ仕様の車両では、少なくともあ
る特定の運転状態のもとで四輪駆動に移行できるのが好
ましいと考えられている。
【0003】一次的に四輪駆動を実現する種々の構成は
通常、複雑で高価であり、ある特定の所定運転状態に応
答して四輪駆動(または後輪駆動)を実現するためにあ
る種の制御方式を必要とする場合がある。
【0004】車両のある特定の用途では、ほとんどの運
転状態において前輪だけを駆動すれば充分であるが、前
置駆動輪がスリップする(例えば、牽引状態が不十分で
ある)場合に限り後輪駆動を必要とする。しかしなが
ら、前輪がスリップを開始するまで、後輪へ実質的なト
ルクを伝達させずに、前輪駆動だけを行う適当な装置
は、従来技術には存在しなかった。例えば、米国特許第
4,562,897号は前置トランスアクスルと後輪と
の間の動力伝達系に用いる粘性クラッチを開示するが、
これはトルクを粘性継手を介して伝達するか、または粘
性継手を切り離すか、若しくは粘性継手をバイパスする
かの選択を行うためのセレクタ装置を必要とする。かか
るセレクタ装置を組み込むと、動力伝達系全体が一段と
複雑になり、コストも実質的に増大する。
【0005】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的
は、前置駆動輪がスピンを開始するまで後輪には実質的
なトルクを伝達せず、スピンし始めると実質的な量のト
ルクを後方駆動輪へ自動的に伝達するという点で「速度
感知型」である、一次的に四輪駆動式の車両の動力伝達
系に用いる改良型中央差動装置を提供することにある。
【0006】本発明の別の目的は、別個の制御装置、速
度センサー等を必要とせずに上記目的を達成する、構造
が比較的簡単でコンパクトな改良型中央差動装置を提供
することにある。
【0007】本発明の上記及び他の目的は、一対の一次
駆動輪の回転速度を表わす回転速度で入力トルクを受け
る入力軸と、一対の二次駆動輪へ駆動トルクを供給する
出力軸と、入力軸と共に回転するように固定された少な
くとも第1の摩擦ディスク、出力軸と共に回転するよう
固定された少なくとも第2の摩擦ディスク、及び第1及
び第2の摩擦ディスクを係合位置と非係合位置の間で移
動させるように作動可能な手段を含むクラッチパックと
よりなる中央差動装置であって、(a)第1及び第2の摩
擦ディスクを移動させるように作動可能な前記手段は第
1及び第2の斜面プレートを含むボール斜面アクチュエ
ータと、複数のボールとよりなり、各ボールは第1及び
第2の斜面プレート間に位置して第1及び第2の斜面と
それぞれ係合し、(b)第2の斜面プレートは第1及び第
2の摩擦ディスクと軸方向に隣接して設けられ且つ第1
及び第2の摩擦ディスクを係合位置の方へ移動させるよ
うに作動可能であり、第2の斜面プレートは出力軸と共
に回転するように固定されており、(c)第1及び第2の
摩擦ディスクを移動させるように作動可能な前記手段は
さらに、入力軸と共に回転するように固定された入力継
手部材と、出力継手部材とを含む粘性継手よりなり、
(d)出力継手部材は第1の斜面プレートと共に回転する
ように固定され、入力軸の速度と出力軸の速度の間に差
が生じると入力継手部材と出力継手部材の間のその差に
対応するスリップ速度を表わす粘性剪断トルクが発生
し、この粘性剪断トルクが第1の斜面プレートへ印加さ
れてボール斜面アクチュエータを中立位置からクラッチ
作動位置へ変位させることを特徴とする中央差動装置に
より達成される。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
を実施例につき詳細に説明する。
【0009】本発明の限定を意図しない図面を参照し
て、図1は本発明が利用される四輪駆動車両の動力伝達
系の略図である。図1の動力伝達系は、前置トランスア
クスル13により駆動される一対の前置駆動輪11を含
む。前置トランスアクスル13からは後方に入力軸15
が延びるが、この入力軸15は通常、前置トランスアク
スル13の直角歯車装置(図1には図示せず)を介して
入力トルクを受ける。このため、入力軸15の回転速度
は前置駆動輪11の回転速度を表わす。
【0010】入力軸15は、出力軸19を含む中央差動
装置17と作動的に関連するが、この出力軸19により
トルクが後置差動装置21へ、次いで一対の後置駆動輪
23へ伝達される。叙上のように、用語「中央差動装
置」は従来型差動歯車装置を意味するものでなく、広義
に、入力軸15と出力軸19の間において差動作用を行
なえる装置を意味することを理解されたい。この実施例
では、前置駆動輪11は一次駆動輪、後置駆動輪23は
二次駆動輪であるにすぎない。しかしながら、この逆、
即ち、後置駆動輪を一次駆動輪とし、前輪を二次駆動輪
とすることも本発明の技術的範囲に含まれる。
【0011】主として図2を参照して、中央差動装置1
7をさらに詳細に説明する。この装置17はハウジング
25を備えるが、ハウジングの前壁は図示を簡単にする
ため入力軸15と一体的に形成されるものとして示して
ある。ハウジング25は軸受装置27により出力軸19
に関し回転自在に支持されている。
【0012】ハウジング25の内部において、この中央
差動装置17は以下の3つの部分、即ち粘性継手29、
ボール斜面アクチュエータ31及びクラッチパック33
よりなることが分かる。
【0013】粘性継手29は、一組のスプライン37の
ような手段によりハウジング25に固定された入力継手
部材35を含むが、このスプラインの代わりに任意適当
な手段、例えば耳状部またはキー等を用いてもよい。こ
のハウジング25にはハウジング39も係合するため、
入力継手部材35とハウジング39の協働により粘性剪
断チェンバ41が画定される。この粘性剪断チェンバ4
1内には出力継手部材43が位置するが、この入力継手
部材35と出力継手部材43は、粘性継手の技術分野の
当業者によく知られた態様で、総括的に45で示す、櫛
歯がからまった形の複数の突条及び溝を画定する。突条
と溝45には粘性流体(通常はシリコン流体)が存在す
るため、入力継手部材35と出力継手部材43との間で
相対的な回転が生じると、剪断トルクが出力継手部材4
3へ伝達される。これら入力継手部材35と出力継手4
3の間の速度の差を通常、「スリップ速度」と呼ぶ。
【0014】ハウジング39の半径方向内側の周面には
47で示す軸受装置が設けてあり、その内側レースは軸
部分49の上にある。この軸部分49は、図2において
出力継手部材43と一体的に形成されるものとして示し
てある。軸部分49の機能については後述する。
【0015】ボール斜面アクチュエータ31は、第1の
斜面プレート51、第2の斜面プレート52及び複数の
ボール53を含む。第1の斜面プレート51とハウジン
グ39の間には、軸方向にスラスト軸受装置55が配設
してある。軸部分49はパイロット開口部を画定する
が、その開口部内には出力軸19の前方パイロット部分
57が嵌入している。その軸部分49はまた一組のスプ
ライン59を具備し、このスプラインに第1の斜面プレ
ート51がスプライン係合している。このため、粘性継
手29の出力継手部材43は第1の斜面プレート51と
同一速度で回転する。第2の斜面プレート52は出力軸
19により画定される一組のスプライン60とスプライ
ン係合関係にあるため、第2の斜面プレート52と出力
軸19は同一速度で回転する。
【0016】当業者によく知られた態様で、この第1の
斜面プレート51は複数の第1の斜面61を画定し、第
2の斜面プレート52は複数の第2の斜面61を画定す
る。図3において、ボール斜面アクチュエータ31はそ
の中立位置で示してある。即ち、この位置で、各ボール
53は、斜面プレート51と52の間の軸方向距離が最
小、換言すれば斜面プレート51と52の全軸方向寸法
が最小となるように斜面61及び62の谷の部分内にあ
る。当業者により知られているように、ボール斜面アク
チュエータ31の中立位置は一般的には、クラッチパッ
ク33の非係合位置に相当するであろう。好ましくは、
第1及び第2の斜面61、62はそれぞれ第1及び第2
のもどり止61d、62dを具備する。このため、ボー
ル斜面アクチュエータ31の斜動作用(ramping)を始動
するために粘性継手29内において非常に明確な速度差
(スリップ速度)が必要である。かかる斜動作用は速度
差が非常に少なければそれに応答せず、発生しない。
【0017】第2の斜面プレート51のすぐ近くにクラ
ッチパック33があり、このクラッチパックは複数の外
側摩擦ディスク65と複数の内側摩擦ディスク67とを
含む。外側摩擦ディスクは、ハウジング25の内周面に
形成した1組の内側スプライン69によりハウジング2
5とスプライン係合している。内側摩擦ディスク67は
出力軸19上の一組のスプライン60とスプライン係合
している。図示説明する摩擦ディスクは平坦な形を有し
ているが、本発明はそれに限定されず、円錐型部材のよ
うな種々の他の摩擦装置を用いることが可能である。か
くして、以後また頭書した特許請求の範囲において用い
る用語「ディスク」はかかる適当な摩擦装置を全てを包
含するものと理解されたい。
【0018】本発明の本質的な特徴ではないが、摩擦デ
ィスク65及び67はそれぞれ、本発明の出願人に譲渡
され本明細書の一部を形成するものとして引用する米国
特許第4,700,823号の教示に従って製造され
た、好ましくはパイロリティック炭素摩擦材である適当
な摩擦材を具備する。ボール斜面アクチュエータ31が
中立位置にあり、クラッチパック33が非係合位置にあ
るとき、摩擦ディスク65、67は、文字通り、無接触
であるという意味で「非係合状態」と言えるが、実際、
それらは互いに接触している可能性の方が高く、一部の
トルクを伝達することができる。しかしながら、そのト
ルクはクラッチパック33へ伝達できる最大トルクより
も実質的に小さい。
【0019】内側摩擦ディスク67はそれぞれ、好まし
くは複数の円形開口部71を画定し、軸受装置27のす
ぐ前方で、ばね座部材73が出力軸19を囲んでいる。
ばね座部材73には複数の圧縮コイルばね75が配置さ
れ、内側摩擦ディスク67の整列した円形開口部71を
貫通する。複数の圧縮コイルばね75の前端部は、第2
の斜面プレート52の背側と係合している。圧縮コイル
ばね75の機能は、協働して、第2の斜面プレート52
を前方へ(図2で左方へ)付勢することによりボール斜
面アクチュエータ31をその中立位置へ戻すことであ
る。
【0020】動作について説明すると、通常の運転状態
のもとでは、前置駆動輪11と後置駆動輪13は実質的
に同一速度で回転するため、入力軸15と出力軸19の
回転速度は同じである。この通常運転状態では、ボール
斜面アクチュエータ31は図3に示す中立位置にあり、
入力継手部材35と出力継手部材43は同一速度で回転
し、クラッチパック33は叙上のようにその非係合状態
にある。この状態において、中央差動装置17は全体が
実質的に一体的に回転する。
【0021】前置駆動輪11が牽引力を失ってスピンを
開始すると、入力軸15とハウジング25は出力軸19
よりも早い速度で回転し始める。この状態が起こると、
粘性継手29は典型的な粘性結合と同じように動作す
る。即ち、入力軸が出力軸よりも早く回転するため、粘
性剪断ドラッグにより、ある特定量のトルクが入力継手
部材35から出力継手部材43へ伝達される。本発明の
1つの重要な特徴は、粘性継手29を用いるため中央差
動装置17が「速度感知型」になっていることである。
即ち、出力継手部材43へ送られるトルクの大きさが、
叙上のように、前置駆動輪11のスリップの量を表わす
スリップ速度にほぼ比例する。出力継手部材43へ伝達
されるトルクは、その後第1の斜面プレート51へ伝達
される。
【0022】粘性継手29を用いてボール斜面アクチュ
エータ31の斜動作用を始動すると別の利点が得られ
る。粘性クラッチの技術分野の当業者にはよく知られて
いるように、トルクを粘性剪断ドラッグにより伝達する
と本質的に「制動」または「クッション」効果が得られ
るため、装置が後置駆動輪23へのトルクの伝達を開始
する時(または、伝達中のトルクが実質的に増加する
時)、係合が急激にまた突然に発生するということには
ならない。換言すれば、本発明の中央差動装置17は、
典型的な従来型装置よりも柔らかい係合を可能にする。
【0023】本発明の別の重要な特徴として、ボール斜
面アクチュエータ31は従来技術で知られた多くのボー
ル斜面アクチュエータとは幾分異なるものである。従来
技術のボール斜面アクチュエータは斜面プレートの相対
的な回転に応答するという点で、事実上、「位置感知
型」である。しかしながら、本発明では、圧縮コイルば
ね75の付勢力があるため、第1の斜面プレート51と
第2の斜面プレート52とを相対的にある特定量、回転
変位させ、これに対応する量だけ第2の斜面プレート5
2を軸方向に移動させ、さらにこれに対応する量の負荷
をクラッチパック33に加えるには、ある特定量のトル
クを第1の斜面プレート51へ加える必要がある。換言
すれば、前置駆動輪11のスリップ量が大きくなればな
るほど、粘性継手29のスリップ速度が大きくなり、ま
た第1の斜面プレート51へ伝達されるトルクが大きく
なり、さらにクラッチパック33への負荷が大きくな
り、これにより出力軸19を介して後置駆動輪23へよ
り大きな量のトルクが伝達される。
【0024】かくして、本発明の中央差動装置17は、
通常の運転状態のもとで、実質的に全部の駆動トルクが
前置駆動輪11へ伝達され、後置駆動輪23へはほとん
どあるいは全くトルクが伝達されないが(所望の状
態)、前置駆動輪11がスリップを開始すると駆動トル
クが自動的に(運転者の介入または外部的制御によらず
に)出力軸19を介して後置駆動輪23へ伝達され、そ
のトルクの量が前置駆動輪11のスリップの量に比例す
る、動力伝達系を提供する。当業者にとって明らかなよ
うに、本発明の中央差動装置17は前置駆動輪11に実
質的なスリップが発生していない状態であっても、ある
中間的な量のトルクを後置駆動輪23へ伝達するように
設計することも可能であり、これも本発明の技術的範囲
内に含まれる。これを実現する1つの方法は、クラッチ
パック33に所定の負荷またはバイアスを予め加えて粘
性継手29にスリップ速度が存在しない場合でも所定量
のトルクが入力軸15から出力軸19へ伝達されるよう
にすることである。
【0025】叙上の説明から、当業者にとっては、前置
駆動輪11の車輪のスピン量(または、粘性継手29の
スリップ速度)は出力軸19へ伝達されるトルクの量と
関係があり、かかる関係は粘性継手29内の流体の粘
性、突条と溝45の間のクリアランス、第1及び第2の
斜面61,62の傾斜角、隣接する外側摩擦ディスク6
5と内側摩擦ディスク67の間のクリアランス、及び圧
縮コイルばね75の付勢力を含む多数の要因に依存する
ことが明らかであろう。出力軸19のトルクと前置駆動
輪11のスリップの間において所望の関係を得るため、
叙上の各ファクタにつき適当な値を選択するのは、当業
者の力量の範囲内であると思料する。
【0026】さらに、中央差動装置17の動作態様を鑑
みて、摩擦ディスク65、67を設計し、使用すべき適
当な摩擦材を選択するのも当業者の力量の範囲内であ
る。例えば、クラッチパック33が通常の運転状態のも
とで「非係合状態」(実質的にトルクを伝達しない)で
あれば、普通の鋼製のディスクを用いることで充分であ
ろう。一方、この「非係合状態」が、例えば通常の運転
状態のもとで出力軸19へ全トルクの例えば30%を伝
達することを意味するものであれば、上述したパイロリ
ティック炭素摩擦材のような、スリップ継続状態のもと
で比較的高温に耐え得る適当な摩擦材を用いることがさ
らに重要であろう。
【0027】本発明を詳しく説明したが、種々の変形例
及び設計変更が当業者にとって明らかであろう。かかる
変形例及び設計変更はそれらが頭書した特許請求の範囲
に含まれる限り本発明の技術的範囲内にあるものと意図
されている。
【0028】
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の中央差動装置を備えた四輪駆
動車両の動力伝達系の略図。
【図2】図2は、本発明の中央差動装置の軸方向断面
図。
【図3】図3は、図2の中央差動装置に含まれるボール
斜面アクチュエータの断片的な略図。
【符号の説明】
11 前置駆動輪 15 入力軸 17 中央差動装置 19 出力軸 23 後置駆動輪 25 ハウジング 29 粘性継手 31 ボール斜面アクチュエータ 33 クラッチパック 35 入力継手部材 43 出力継手部材 51 第1の斜面プレート 51 第2の斜面プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Eaton Center,Clevel and,Ohio 44114,U.S.A.

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の一次駆動輪の回転速度を表わす回
    転速度で入力トルクを受ける入力軸と、一対の二次駆動
    輪へ駆動トルクを供給する出力軸と、入力軸と共に回転
    するように固定された少なくとも第1の摩擦ディスク、
    出力軸と共に回転するよう固定された少なくとも第2の
    摩擦ディスク、及び第1及び第2の摩擦ディスクを係合
    位置と非係合位置の間で移動させるように作動可能な手
    段を含むクラッチパックとよりなる中央差動装置であっ
    て、 (a)第1及び第2の摩擦ディスクを移動させるように作
    動可能な前記手段は第1及び第2の斜面プレートを含む
    ボール斜面アクチュエータと、複数のボールとよりな
    り、各ボールは第1及び第2の斜面プレート間に位置し
    て第1及び第2の斜面とそれぞれ係合し、 (b)第2の斜面プレートは第1及び第2の摩擦ディスク
    と軸方向に隣接して設けられ且つ第1及び第2の摩擦デ
    ィスクを係合位置の方へ移動させるように作動可能であ
    り、第2の斜面プレートは出力軸と共に回転するように
    固定されており、 (c)第1及び第2の摩擦ディスクを移動させるように作
    動可能な前記手段はさらに、入力軸と共に回転するよう
    に固定された入力継手部材と、出力継手部材とを含む粘
    性継手よりなり、 (d)出力継手部材は第1の斜面プレートと共に回転する
    ように固定され、入力軸の速度と出力軸の速度の間に差
    が生じると入力継手部材と出力継手部材の間のその差に
    対応するスリップ速度を表わす粘性剪断トルクが発生
    し、この粘性剪断トルクが第1の斜面プレートへ印加さ
    れてボール斜面アクチュエータを中立位置からクラッチ
    作動位置へ変位させることを特徴とする中央差動装置。
  2. 【請求項2】 一次駆動輪は前置駆動輪よりなり、二次
    駆動輪は後置駆動輪よりなることを特徴とする請求項1
    の装置。
  3. 【請求項3】 ハウジング手段が入力軸と共に回転する
    ように固定され、入力継手部材と第1の摩擦ディスクが
    ハウジング手段に固定されていることを特徴とする請求
    項1の装置。
  4. 【請求項4】 粘性継手は入力継手部材と出力継手部材
    のうちの一方と協働して粘性剪断チェンバを画定するハ
    ウジング部材を含み、入力継手部材と出力継手部材のも
    う一方は粘性剪断チェンバ内に位置することを特徴とす
    る請求項1の装置。
  5. 【請求項5】 出力継手部材は粘性剪断チェンバ内にあ
    り、またハウジング部材を軸方向に貫通して第1の斜面
    プレートと回転係合する軸部分を含むことを特徴とする
    請求項4の装置。
  6. 【請求項6】 ボール斜面アクチュエータを中立位置の
    方へ付勢するように作動可能な付勢手段を具備し、出力
    軸へ伝達されるトルクと粘性継手内のスリップ速度との
    関係が付勢手段の付勢力の関数であることを特徴とする
    請求項1の装置。
  7. 【請求項7】 第1及び第2の斜面はそれぞれ第1及び
    第2のもどり止を画定し、ボール斜面アクチュエータを
    中立位置から変位させるに要する粘性剪断トルクは粘性
    継手の少なくとも所定のスリップ速度最小値を表わすこ
    とを特徴とする請求項1の装置。
  8. 【請求項8】 トルク源から入力トルクを受ける入力軸
    と、出力装置へ駆動トルクを供給する出力軸と、入力軸
    と共に回転するように固定された少なくとも第1の摩擦
    ディスク、出力軸と共に回転するよう固定された少なく
    とも第2の摩擦ディスク、及び第1及び第2の摩擦ディ
    スクを係合位置と非係合位置の間で移動させるように作
    動可能な手段を含むクラッチパックとよりなる中央差動
    装置であって、 (a)第1及び第2の摩擦ディスクを移動させるように作
    動可能な前記手段は第1及び第2の斜面プレートを含む
    ボール斜面アクチュエータと、複数のボールとよりな
    り、各ボールは第1及び第2の斜面プレート間に位置し
    て第1及び第2の斜面とそれぞれ係合し、 (b)第2の斜面プレートは第1及び第2の摩擦ディスク
    と軸方向に隣接して設けられ且つ第1及び第2の摩擦デ
    ィスクを係合位置の方へ移動させるように作動可能であ
    り、第2の斜面プレートは出力軸と共に回転するように
    固定されており、 (c)第1及び第2の摩擦ディスクを移動させるように作
    動可能な前記手段はさらに、入力軸と共に回転するよう
    に固定された入力継手部材と、出力継手部材とを含む粘
    性継手よりなり、 (d)出力継手部材は第1の斜面プレートと共に回転する
    ように固定され、入力軸の速度と出力軸の速度の間に差
    が生じると入力継手部材と出力継手部材の間のその差に
    対応するスリップ速度を表わす粘性剪断トルクが発生
    し、この粘性剪断トルクが第1の斜面プレートへ印加さ
    れてボール斜面アクチュエータを中立位置からクラッチ
    作動位置へ変位させることを特徴とする中央差動装置。
JP10166091A 1997-05-30 1998-05-30 中央差動装置 Pending JPH10338050A (ja)

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