KR20000047959A - 1방향 클러치를 갖는 점성 구동 볼 램프 클러치 - Google Patents

Abstract

클러치 팩(33), 마찰원판(65, 67)을 연결 위치로 이동시키는 볼 램프 액츄에이터(31), 및 전륜(11)과 후륜(23) 사이의 속도차인 "미끄럼 속도(slip speed)"를 갖는 점성 커플링(29)을 포함하는 중앙 차동장치(17)를 개시한다. 점성 커플링(29)의 출력축(49)과 제1 램프판(51) 사이에 배치되어, 차량이 전진 기어 상태로 있을 때는 정의 토크(positive torque)를 전달하나, 예컨대 제동중인 경우의 부의 토오크(negative torque)는 전달하지 않는 1방향 클러치(57)가 구비되어 있다. 소정의 회전 속도 이하에서는, 차량이 후진 기어로 있을 때라도 정의 토크를 또한 전달하는 다수의 스프링력 핀(107)을 포함하는 오버라이드 메카니즘(55)을 구비하고 있다. 핀(107)은, 중량 부재(97)와 결합되어, 소정의 속도 이상에서는 분리됨으로써, 정의 토크는 전진 기어 상태에만 전달된다.

Description

1방향 클러치를 갖는 점성 구동 볼 램프 클러치{VISCOUS ACTUATED BALL RAMP CLUTCH HAVING ONE-WAY CLUTCH}

본 출원은, 얼른 비 월튼(Erlen B. Walton)의 이름으로 1997년 5월 30일 출원되어 출원계속중인 미합중국 특허출원 865,901호의 "점성 구동 볼 램프 클러치(VISCOUS ACTUATED BALL RAMP CLUTCH)"의 일부계속출원(CIP)인, 역시 얼른 비 월튼의 이름으로 1998년 7월 2일 출원되어 출원계속중인 미합중국 특허출원 109,354호의 "점성 구동 볼 램프 클러치"의 일부계속출원(CIP)이다.

본 발명은 4륜 구동 차량의 구동계 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이러한 구동계 시스템에 사용하는 차동장치에 관한 것이다. "차동"이라는 용어는, 통상적 차동 기어의 존재를 의미하지는 않으나, 본 발명의 장치가 종래의 통상적 중앙 차동장치를 대체하기 때문에, 이 용어를 주로 사용한다. 그러나, 본 명세서상에서 설명하고 또한 권리로 청구하는 바의 장치는 중앙 차동장치로서 보다는 다른 용도로 사용됨을 이해하여야 한다.

현재 생산되는 많은 차량에 있어서, 기본적인 차량 평하대(vehicle platform)는 전륜 구동이다. 그러나, 이들 차량, 특히 밴 및 스포츠용 차량의 경우, 적어도 어떤 운전 조건하에서는 4륜 구동이 바람직한 때가 있다.

일반적으로, 파트타임(part-time) 4륜 구동을 성취하는 각종 구성은 복잡하고 고 비용이 소요되며, 몇몇의 경우에는, 어떤 소정의 운전 조건에 응답하여 4륜 구동(또는 후륜 구동)을 이루기 위한 일종의 제어 체계를 필요로 한다.

미합중국 특허 5,070,975호 및 유럽 출원 EP 0 314 420호에서는, 4륜 구동 형식의 구동계(driveline)내 중앙 차동장치로서, 전륜 및 후륜간에 속도 차이가 있을 때 후차축으로 토오크를 전달하기 위하여 점성 구동 볼 램프 형식 마찰 클러치를 사용하는 것이 공지되어 있다. 상기 인용된 특허 및 출원상 장치의 토크 전달 능력은, 볼 램프판들중 하나가 점성 커플링으로의 입력측을 구성한다는 사실로 볼 때 다소 제한되는 것으로 생각된다. 이러한 단점에도 불구하고, 인용 특허 및 출원상의 장치는, "정(positive)"의 토크를 전달할 때, 즉 차량이 전진 방향으로 이동할 때는 언제나 입력측으로부터 중앙 차동장치를 통해 출력측으로의 토크 전달이 있는 경우에는 제대로 그 기능을 발휘하게 된다.

그러나, 대부분의 차량예의 경우, 중앙 차동장치는, "부(negative)"의 토크, 즉 차량이 전진 이동을 계속하는 가운데 후차축으로부터 전차축으로 토크가 전달되는 경우에 대처할 필요가 있다. 예를 들면, 이러한 차량은 일반적으로 후륜 보다는 전륜에 더 많은 무게를 보유하기 때문에, 후륜 보다는 전륜에서 더 많은 제동력이 소비된다. 따라서, 제동중에 있어서는, 단지 표준 중앙 차동장치만을 이용함에 따라, 후차축으로부터 상기 차동장치를 통해 전차축으로 부의 토크가 전달된다. 어떤 운전 조건하에서는, 상기와 같은 부의 토크 전달은 어떤 특별한 문제점을 야기하지 않는다. 그러나, 차량이 고속도로로 향한 또는 고속도로로부터의 램프(ramp)상, 및 낮은 마찰계수 표면상을 점진적으로 선회할 때마다, 부의 토크 발생으로 인해 후륜의 견인력 손실이 초래되어 차량이 불안정해지고, 또한 후륜이 헛돌수도 있다.

차량의 전진 방향 이동중에 있어 중앙 차동장치를 통한 부의 토크 전달을 방지하기 위하여, 구동계내에 어떤 형태의 1방향 클러치를 활용하는 것이 공지되어 있다. 구동계내 1방향 클러치를 구비하면, 차량 전진시에 있어 후륜으로부터 전륜으로의 부의 토크 전달을 방지함으로써 부의 토크 문제를 해결할 수 있지만, 차량을 반대로 운전할 때, 상기 1방향 클러치의 존재는 차동장치 입력측(전륜)으로부터 출력(후륜)으로의 정의 토크 전달을 억제하게 된다. 환언하면, 차량을 반대 방향, 즉 "후진"시키는 것이 가능은 하지만, 4륜 구동 형식의 차량이라면, 후진함에 있어서도 전륜의 구동 토크에만 의존하게 된다.

후륜에 구동력을 제공하기 위하여, 차량 구동계 분야에 있어서는, 상기 1방향 클러치를 무력화하거나 우회하는 몇가지 수단이 공지되어 있다. 예를 들면, 차량을 후진 변속할 때마다 조(jaw) 클러치와 연결시키는 것이 공지되어 있는 바, 상기 조 클러치는 1방향 클러치와 평행이며, 또한 1방향 클러치를 효과적으로 우회함에 따라, 상기 구동계는, 차량 후진 기어시에 있어 상기 조 클러치를 통해 정의 토크를 전달할 수 있게 된다.

시중에서 사용중인 하나의 공지 시스템에 따르면, 중앙 차동장치와 후차축 사이에, 1방향 클러치와, 속도 감지 및 중량추(flyweight) 작동식 슬라이딩 클러치를 포함하는, 상기 1방향 클러치와 평행 경로의 어셈블리가 구비되어 있다. 중앙 차동장치의 하류측 구동계에 속하는 선행 기술상의 상기 시스템은, 실질적으로 구동계 토크를 모두 전달해야 하며, 따라서 구동계 시스템의 총중량 및 비용을 사실상 증대시키는 형태로 이루어져 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 선행 기술의 구동계 시스템이 갖는 상기 단점을 극복할 수 있는, 차량 구동계용의 개선된 차동 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 더 구체적 목적은, 구동계 시스템의 실질적 무게 및 비용은 추가하지 않으면서 부의 토크의 전달을 방지하는 1방향 클러치를 포함하는, 4륜 구동 구동계 시스템용의 개선된 중앙 차동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 보다 더 구체적 목적은, 1방향 클러치를 우회 또는 오버라이드(override)하는 수단을 포함하는 개선된 중앙 차동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 더욱 구체적 목적은, 1방향 클러치, 및 1방향 클러치를 오버라이드하는 메카니즘이 전체 구동계 토크의 비교적 적은 부분만을 전달할 필요가 있는, 개선된 중앙 차동장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기 및 기타 목적은, 토크원으로부터의 입력 토크를 받아들이는 입력부와, 구동 토크를 출력 장치로 공급하는 출력부와, 입력부에 고정되어 함께 회전하는 적어도 제1 마찰원판, 및 출력부에 고정되어 함께 회전하는 적어도 제2 마찰원판을 포함한 클러치 팩을 포함하는 형식의 개선된 차동장치를 구성함에 따라 이루어진다. 이 장치는, 분리 및 연결 위치 사이에서 상기 마찰원판을 이동시키는 수단을 포함하며, 제1 및 제2 램프판(ramp plate)을 포함한 캠 램프 액츄에이터(볼 램프 엑츄에이터), 및 각각 제1 및 제2 램프판 사이에서 작동하는 다수의 캠 부재를 또한 포함한다. 상기 제2 램프판은, 마찰원판에 인접하여 축방향으로 배치되고, 마찰원판을 연결 위치로 이동시키는 역할을 한다. 마찰원판을 이동시키는 수단은, 입력부에 고정되어 회전하는 입력 커플링 부재를 포함한 점성 커플링과, 출력 커플링 어셈블리를 추가로 포함한다.

개선된 차동장치는, 출력 커플링 어셈블리와 제1 램프판 사이에 일렬로 배치된 1방향 클러치 수단에 그 특징이 있다. 1방향 클러치 수단에 있어서, 전진 방향 운전중 정의 토크는 입력측으로부터 점성 커플링을 통하고, 1방향 클러치 수단을 통하여 제1 램프판에 전달되는 반면, 부의 토크는 상기 1방향 클러치 수단을 통하여 전달되지 않도록 되어 있다.

본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 상기 개선된 차동장치는, 출력 커플링 어셈블리 및 제1 램프판과 연동하는 오버라이드 메카니즘을 추가로 포함하는 것에 그 특징이 있다. 오버라이드 메카니즘은, 소정의 회전 속도 이하로 후진 방향 운전중에는 입력으로부터 제1 램프판으로 정의 토크가 전달되는 구조로 되어 있다.

도 1은 본 발명에서 이용하는 형식의 구동계 시스템의 약도.

도 2는 본 발명의 차동장치의 축방향 단면도.

도 3은 도 2의 3-3선을 따른 확대 부분 횡단면도.

도 4는 도 2와 대략 동일한 축척으로서, 도 2의 4-4선을 따른 횡단면도.

도 5는 도 4와 유사하나, 오버라이드(override) 메카니즘의 하우징 부재만을 나타낸 도면.

도 6은 오버라이드 메카니즘의 부품을 포함하는 중량 부재의 사시도.

도 7은 본 발명의 오버라이드 메카니즘상의 연결 부재의 평면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 전륜 17 : 중앙 차동장치

23 : 후륜 29 : 점성 커플링

31 : 볼 램프 엑츄에이터 33 : 클러치 팩

51 : 제1 램프판 52 : 제2 램프판

55 : 오버라이드 메카니즘 57 : 1방향 클러치

97 : 중량 부재 107 : 핀

본 발명을 제한하려는 의도는 없는 첨부 도면을 참조하자면, 도 1은, 본 발명상에서 이용되는 형식의 4륜 구동 차량에 대한 구동계 시스템의 약도를 나타낸다. 도 1의 구동계 시스템은, 전방 트랜스액슬(13)에 의해 구동되는 한쌍의 전륜구동휠(11)을 포함한다. 트랜스액슬(13) 후방으로는, 트랜스액슬(13)상의 직각 기어 셋(gear set)(도 1에 도시하지 않음)을 통해 입력 토크를 받아들이는 입력축(15)이 연장됨으로써, 이 입력축(15)의 회전속도는 구동 전륜(11)의 회전속도를 나타내게 된다.

입력축(15)은, 후방 차동장치(21) 및 그에 이어 한쌍의 후륜구동휠(23)로 토크를 전달하는 수단이 되는 출력축(19)을 포함하는, 참조번호(17)로 나타낸 중앙 차동장치와 결합되어 있다. 일반적으로, 장치(17)는 역전 가능, 즉 축(19)이 입력측이 되고 축(15)이 출력측이 될 수도 있으므로, 본 명세서상에서 사용하는 "입력" 및 "출력"이라는 용어는, 특별히 달리 표현하지 않는 한, 제한적이 아닌 단지 설명만을 위한 것으로 이해해야 한다. 앞서 언급한 바와 같이, 당업자라면, "중앙 차동장치"라는 용어는 통상적인 차동 기어 셋을 포함하는 장치를 의미하는 것이 아니고, 그 대신, 상기 장치(17)가 입력축(15) 및 출력축(19) 사이에서 차동 작용을 일으킴을 의미하는, 보다 넓은 뜻으로 이해할 것이다. 본 실시예에서, 전륜구동 휠(11)은 1차구동 휠이고, 후륜구동 휠(23)은 단지 2차구동 휠이다. 그러나, 본 발명의 범주내에서 이들은 역전 가능, 즉 후륜이 1차구동 휠이 되고 전륜이 2차구동 휠이 될 수도 있다.

본 명세서상에서는, 차량이 전방을 향해 직진함에 따라 전륜(11) 및 후륜(23)이 동일 속도로 회전하는 것으로 하여 설명하겠지만, 당업자는, 이러한 경우만 있는 것이 아님을 이해할 것이다. 전륜은 통상 더 작은 구름 반경을 갖는다는 사실 등의 여러가지 이유 때문에, 전륜(11)은 일반적으로 후륜(23)보다 어느 정도 빠르게 회전한다. 따라서, 도 1에 나타낸 형식의 일반적인 구동계 시스템에서는, 중앙 차동장치(17)에 의해 전달되는 적어도 약간의 토크가 거의 항상 존재한다. 결과적으로, 상기 장치(17)에 대한 성능 조건은, 그 장치가 단지 대부분의 듀티사이클(duty cycle) 동안 "고형체(solid)" 유닛으로 회전하는 경우보다 더욱 엄격성을 띠게 된다.

도 2를 참조하면, 이는 도 1의 반대 방향으로서, 중앙 차동장치(17)를 약간 상세하게 나타낸다. 상기 장치(17)는 하우징(25)을 포함하며, 또한 하우징(25)내에 배치된 상태로서, 중앙 차동장치(17)는 세개의 분리된 부분, 즉 점성 커플링(29), 볼 램프 액츄에이터(31), 및 클러치 팩(33)을 포함하는 것으로 볼 수 있다. 점차 명백해지겠지만, 이들 부분들이, 서로 별개의 다소 독립적 기능을 갖는 장치를 구성하는 것은 하나의 중요한 특징이다.

상기 점성 커플링(29)은, 후술하는 방법으로 하우징(25)에 고정된 입력 커플링 부재(35)를 포함한다. 입력 커플링 부재(35)에는 바람직하게 다수의 나사식 보어(37)가 형성되어 있으며, 이를 통하여, 입력축(15)을 차동장치(17)의 입력측에 볼트 체결할 수 있다. 점성 커플링(29)은 또한 하우징(몸체)(39)을 포함하며, 이들 부재(35) 및 하우징(39)은 상호 연계됨으로써, 전체로서의 기능을 갖는 자체 내장형 점성 커플링 출력 어셈블리를 구성하는데, 그 내부에는 점성 시어 챔버(shear chamber)(41)가 형성된다. 바람직하게는, 부재(35) 및 하우징(39)은, 당업자에게 잘 알려진 바의 방법으로, 하우징(39) 외주변에 대해 부재(35) 일부가 구부러진 형태로 조립된다. 본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 장치(17)의 나머지 부분의 오일로부터 상기 챔버(41)내 점성유체를 분리하는 회전 실(seal)(베어링 셋(bearing set)에 필요한 것과는 다름)이 필요치 않을 가능성이 매우 높으며, 점성 챔버(41)가 영구적으로 밀폐되기 때문에, 토크 대 커플링(29)의 미끄럼 속도는 일정하고 예측 가능하게 된다.

점성 시어 챔버(41)내에는 출력 커플링 부재(43)가 배치되며, 또한 점성 커플링 분야의 당업자에게 잘 알려진 방법으로, 이들 입력 커플링 부재(35) 및 출력 커플링 부재(43)에는, 참조번호(45)로 표시된 다수의 서로 맞물린 랜드(land) 및 홈이 형성되어 있다. 랜드 및 홈(45)내에 배치된 점성유체(일반적으로 실리콘 유체)로 인하여, 부재(35)와 부재(43) 사이의 어떤 상대적 회전은, 부재(43)로 전달되는 시어토크(shear torque)를 가져오게 되고, 상기 부재(35 및 43) 사이의 속도 차를 일반적으로 "미끄럼 속도"라 한다.

하우징(39)의 반경방향 내주변에는, 축부분(49)상에 그 내륜이 결합된 참조번호(47)의 베어링 셋이 배치되는데, 도 2에 따르면, 상기 축부분(49)은 그에 압착된 출력 커플링 부재(43)를 갖는 것으로 나타낸다. 축부분(49)은, 점성 커플링(29)을 벗어나 축방향으로 연장되고, 또한 볼 램프 액츄에이터(31)내로 축방향 연장되는 후방부분(50)을 포함한다. 축부분(49)의 나머지 기능을 계속 설명한다.

볼 램프 액츄에이터(31)는 제1 램프판(51), 제2 램프판(52), 및 다수의 볼(53)을 포함하나, 어떤 형태의 캠 부재라도 사용될 수 있음을 알아야 한다. 제1 램프판(51) 및 하우징(39) 사이에는, 참조번호(55)로 표시되고 이어 더욱 상세히 설명될 오버라이드 메카니즘이 축방향으로 배치된다. 오버라이드 메카니즘(55)과 하우징(39) 사이에는 베어링 셋(56)이 축방향으로 배치되어 있는데, 축방향 부하만 해결하면 될 것 같으면 청동 부싱(bronze bushing) 등을 사용할 수도 있겠으나, 상기 베어링(56)을 니들형 베어링 같은 진정 "구름" 베어링으로 구성함은 중요한 의미를 갖는다.

후방 축부분(50)은, 바람직하게는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 참조번호(57)로 표기된 상기 1방향 클러치에 의해 제1 램프판(51)과 구동 연결된다. 따라서, 점성 커플링(29)의 출력 커플링 부재(43)는, 정의 토크가 있을 때, 즉 차량이 전진 방향으로 이동하며 입력축(15)으로부터 출력축(19)으로 토크가 전달되는 경우, 상기 축부분(49)을 수단으로 하여 제1 램프판(51)과 동일한 속도로 회전한다. 제2 램프판(52)은 일련의 스플라인(59)을 매개로 하여 출력축(19)과 스플라인 연결됨으로써, 이들 제2 램프판(52) 및 출력축(19)은 동일 속도로 회전한다. 또는, 출력축(19)의 전단부를 육각형 등의 형상으로 하고, 상기 램프판(52)의 인접한 내면을 그에 상응하는 형상으로 해도 무방하다.

당업자에게 잘 알려진 방법으로, 제1 램프판(51)에는 다수의 제1 램프면(61)을 형성하고, 또한 제2 램프판(52)에는 다수의 제2 램프면(62)을 형성한다. 도 2에 있어서, 볼 램프 액츄에이터(31)는 "중립" 위치, 즉 각각의 볼(53)이 램프면(61 및 62)상의 "골 부분(valley)"내에 배치되어 램프판(51 및 52) 상호간에 최소한의 축방향 거리를 갖는, 또는 환언하면, 판(51 및 52)의 축방향 전체 치수가 최소로 되는 상태를 나타낸다. 역시 당업자들이 잘 알고 있는 바와 같이, 볼 램프 액츄에이터(31)의 중립 위치는, 전형적으로, 클러치 팩(33)의 분리 상태에 상응한다. 바람직하게는, 제1 및 제2 램프면(61 및 62)은 제1 및 제2 멈춤쇠(도시하지 않음)를 포함함으로써, 볼 램프 액츄에이터(31)의 램핑(ramping)을 유발함에 있어서는 상기 점성 커플링(29)내 매우 한정적 소정의 속도 차(미끄럼 속도)를 필요로 하며, 이러한 램핑은, 타이어 크기 등과 같은 요인의 변화에 따라 발생할 수 있는 단지 매우 미소한 차이로 인해서는 발생하지 않는다.

제2 램프판(52)에 인접하여 다수의 외부 마찰원판(65)과 다수의 내부 마찰원판(67)을 포함하는 클러치팩(33)이 배치된다. 외부 원판(65)은, 본 발명의 양수인에게 양수되고 본 명세서상에서 참고문헌으로 인용되는, 웨인 비 라힐리터(Wayne B. Leichliter) 및 얼른 비 월튼(Erlen B. Walton)의 이름으로 1998년 9월 9일 출원되어 출원계속중인 미합중국 특허출원 149,991호의 "점성 구동 볼 램프 클러치 및 이를 위한 개선 하우징"에 설명된 바의 어떤 적정 수단에 의하여, 상기 하우징(25)과 연결되어 있다. 내부 마찰원판(67)은, 출력축(19)의 외부 원통 표면 상에 형성된 일련의 스플라인(도시하지 않음)과 스플라인 연결된다. 명세서상으로는 상기 마찰원판을 평평한 형상으로 하여 설명하고 있지만, 본 발명에서는 그러한 형상만을 한정하는 것이 아니고, 원뿔형 부재 등 각종의 다른 마찰 장치를 사용할 수도 있다. 따라서, 이하의 설명 및 첨부 특허청구범위상의 용어 "원판"은 적정 마찰 장치 모두를 포함하는 것으로 이해해야 한다.

본 발명의 본질적 특징에 해당하지는 않지만, 각각의 마찰원판(65 및 67)은, 본 발명의 양수인에게 양수되고 본 명세서상에서 참고문헌으로 인용되는 미합중국 특허 4,700,823호의 내용에 따라 제조된, 바람직하게는 열분해 카본 마찰재 같은 적정 마찰재, 또는 아마도 특정 적용예 및 환경에 적합한 다른 마찰재를 구비하고 있다. 당업자라면, 볼 램프 액츄에이터(31)가 중립 위치로서 클러치 팩(33)이 "분리된" 상태인 경우, 상기 마찰원판(65 및 67)은, 상호 접촉조차 하지 않는 문자 그대로 분리될 수도 있으나, 통상적으로는, 상호 접촉을 통하여 어느 정도의 토크를 전달할 수는 있으며, 그렇지만, 그 토크량은, 클러치 팩(33)을 통해 전달 가능한 최대 토크보다는 실질적으로 작다.

출력축(19) 전방(도 2의 우측단)의 개구 또는 홈내에는, 상기 주실시예에 있어 파형 또는 판형 스프링 팩을 구성하는 다수의 스프링 어셈블리(69)가 배치된다. 이들 스프링 어셈블리(69)의 전단은 제2 램프판(52)과 연결되며, 스프링 어셈블리(69)는, 상기 제2 램프판(52)을 전방으로 밀어부쳐 볼 램프 액츄에이터(31)를 중립 위치 방향으로 복귀시키려 한다. 볼 램프 액츄에이터 분야의 당업자에게 통상 잘 알려진 바와 같이, 상기 액츄에이터(31)를 중립쪽으로 밀어부치는 스프링 어셈블리(69)가 구비됨으로써, 램프판(51 및 52)이 중립 위치로부터 회전 이동함에 있어서는 그에 앞서 볼 램프 액츄에이터(31)를 가로지르는 어떤 소정의 최소 토크를 필요로 하게 된다.

도 3에 제일 잘 나타낸 바와 같이, 상기 1방향 클러치(57)는, 점성 커플링 출력축 부분(49)의 후단(50)과 제1 램프판(51) 사이에 반경방향으로 배치된다. 당업자는, 1방향 클러치(57)의 특정 구조 자체가 본 발명의 본질이 아님을 이해할 것이다. 실시예에 있어서, 1방향 클러치(57)는, 단지 후방 축부분(50)의 외주면을 구성할 수도 있고, 또는 강화 레이스(race) 부재를 포함할 수도 있는 내륜(71)을 포함한다. 상기 1방향 클러치는 다수의 구동 포켓(pocket)(77)을 구성하는 외륜(75)을 포함한다. 각각의 구동 포켓(77)내에는, 본 명세서상으로는 원통형 롤러 부재를 이루는 것으로 나타낸 구동 부재(79)가 배치된다. 이들 구동 부재(79)는 압축 스프링(80)에 의해 밀쳐진다. 주실시예의 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이, 반시계 방향으로의 축부분(50)의 회전은 제1 램프판(51)에 정의 토크를 전달하는 반면, 시계 방향(후진 기어에 따름)으로의 축부분(50)의 회전은 제1 램프판(51)에 대해 토크를 전달하지 않는다.

도 4 내지 도 7을 주로 참조하여 오버라이드 메카니즘을 다소 상세히 설명한다. 오버라이드 메카니즘(55)은 축(49)의 후방 부분(50)을 둘러싸고 있는데, 후방 부분(50)에는 3개의 반경방향 보어(81)가 형성되어 있으며, 이들 3개의 보어(81)는 원주위로 등거리 간격으로 배치된다. 오버라이드 메카니즘(55)은, 소결 금속 부품으로 구성됨이 바람직한 하우징 부재(83)를 포함한다. 하우징 부재(83)에는, 도시되지 않은 다수의 볼트 또는 패스너(fastener)를 삽입하여 상기 하우징 부재를 제1 램프판(51)에 볼트 체결할 수 있도록 하는 다수의 축방향 구멍(85)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 오버라이드 메카니즘(55)은 제1 램프판(51)에 대하여 회전되지 않도록 고정되나, 이것이 본 발명의 본질적 특징은 아니다.

하우징 부재(83)는 전방 표면(87)(도 2에만 도시됨) 및 후방 표면(89)(도 2 및 도 5에 도시됨)을 포함한다. 후방 표면(89)에는 3개의 홈(91)이 형성되어 있으며, 이들 3개의 홈(91)은 보어(81)와 동일한 방법으로 원주위 균등한 간격으로 배치된다. 상기 홈(91)은, 다음에서 명백해지는 이유로 하여, 평행면을 가짐이 바람직하다. 각각의 홈(91)은 반경방향으로 배치되는 중앙 축선(A)(도 5참조)을 형성한다. 홈(91)과 연결되어, 하우징 부재(83)에는 반경방향의 내부 보어(93) 및 외부 보어(95)가 형성되어 있다. 이들 보어(93 및 95)는, 다음에서 명백해지는 이유로 하여, 상기 축선(A)과 동심축이 되어야 한다.

각각의 홈(91)내에는, 도 6의 사시도에 나타낸 중량 부재(97)가 배치되어 있다. 이들 중량 부재(97)는, 상기 홈(91)의 횡단 바닥면(101)과 면대면 연결 상태로 배치된 전방 표면(99)(도 6 참조)을 포함한다. 각 중량 부재(97)는 또한, 하우징 부재(83)의 후방 표면(89)과 거의 동일면을 이루는 후방 표면을 포함한다. 각각의 중량 부재(97)에는 중앙 스프링 챔버(105)가 형성되며, 이 챔버(105)는, 홈(91)에 의해 형성된 상기 축선(A)과 실질적으로 일치하는 중앙 축선(A1)을 갖는다.

도 4 및 도 7에서 제일 잘 나타낸 바와 같이, 오버라이드 메카니즘(55)은 또한 다수의 연장된 연결 부재(핀)(107)를 포함하고, 이들 각각은 상기 축선(A 및 A1)과 또한 일치하는 축선(A2)을 갖는다. 따라서, 연결 부재(107)는, 상기 스프링 챔버(105)내 중앙에 배치되고, 반경방향의 내부 보어(93)내에 배치된 내부 부분(109)을 포함하며, 또한 반경방향 외부 보어(95)내에 배치된 외부 부분(111)을 형성하고 있다. 연결 부재(107)상의 이들 부분(109 및 111)은, 중량 부재(97)내에 형성된 통상 U자 모양의 개구(115)로 연결되는 감소 직경부(113)로 분리되고, 스프링 챔버(105)로부터 내부를 향해 반경방향으로 배치된다. 따라서, 오버라이드 메카니즘을 일단 조립하고 나면, 중량 부재(97)가 각각의 연결 부재(107)와 연결됨으로써, 이들 부재(97 및 107)는 홈(91)내에서 일체로 이동하게 된다.

상기 연결 부재(107) 및 스프링 챔버(105) 사이에는, 도 4에만 나타낸 헬리컬 압축 스프링(117)이 배치된다. 각 스프링(117)의 반경방향 외측단은, 상기 홈(91)에 의해 형성된 외측 아치형(arcuate) 표면(119)에 대해 설치되는 반면, 스프링(117)의 반경방향 내측단은, 중량 부재(97)에 의해 형성된, 개구(115)에 인접한 표면에 대해 설치된다. 스프링(117)의 탄발력을 선택함에 있어서는, 차량이 비교적 저속인 때, 예를 들면 시간당 약 20 내지 25마일 이하인 경우, 상기 보어(81)내 핀(107)과의 연결을 통하여 축 부분(49)이 상기 제1 램프판(51)과 효과적으로 연결되는 위치인 도 4의 위치로 상기 연결 부재(107)가 밀쳐지도록 한다. 따라서, 비교적 저속시, 정의 토크는, 입력축(15)으로부터 점성 커플링(29)을 통하고, 볼 램프 액츄에이터(31) 및 클러치 팩(33)을 통하여 출력축(19)으로 전달된다. 앞서 설명한 바와 같이, 차량의 전진 또는 후진 기어시중 어느쪽 상태이든 정의 토크는 전달되지만, 상기 오버라이드 메카니즘을 통해 토크를 전달할 필요성이 있는 경우는, 후진 기어 상태에 있을 때뿐임을 주목해야 한다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이, 후진 기어 상태에 있을 경우, 정의 토크는 상기 1방향 클러치(57)로 인해 정상적 방법으로는 전달될 수 없다.

차량 속도가 증가함에 따라, 중량 부재(97)는, 핀(107)이 개구(81)를 벗어남에 따라 상기 축부분(49)이 제1 램프판(51)으로부터 "분리"될 때까지, 스프링(117)의 탄발력에 대항하여 반경방향 외측으로 이동을 시작함으로써, 소정 속도 이상에서는, 단지 정의 토크만이 전달되는 반면, 부의 토크는 전달되지 않게 된다.

상기 1방향 클러치(57) 및 오버라이드 메카니즘(55)을 점성 커플링(29)의 출력부와 볼 램프 액츄에이터의 입력부 사이에 일렬로 배치하는 것은 본 발명의 중요한 특징이다. 따라서, 클러치(57)와 메카니즘(55)으로 하여금, 클러치 팩(33)으로부터 출력축(19)으로 전달되는 비교적 높은 수준의 토크보다는 점성 커플링으로부터 볼 램프 액츄에이터로 전달되는 비교적 낮은 수준의 토크만을 전달하도록 설계하는 것이 반드시 필요하다.

이상의 명세서를 통해 본 발명을 상세히 설명한 바, 당업자라면 그 내용을 충분히 이해함은 물론 다양한 변형이 가능할 것으로 믿어진다. 첨부된 특허청구범위내에 포함되는 그러한 상기 변형 및 수정 역시 본 발명의 범위에 속하는 것임을 밝혀둔다.

본 발명의 볼 램프 클러치에 따르면, 간단하면서 값이 싼 합리적 구조의 차동장치를 얻을 수 있다.

Claims (8)

1. 토크원(13)으로부터 입력 토크를 받아들이는 입력부(35), 구동 토크를 출력 장치(21)로 공급하는 출력부(19), 및 상기 입력부(35)에 고정되어 함께 회전하는 적어도 제1 마찰원판(65)과 상기 출력부(19)에 고정되어 함께 회전하는 적어도 제2 마찰원판(67)을 포함한 클러치 팩(33)과; 분리 및 연결 위치 사이에서 마찰원판을 이동시키며, 제1 램프판(51) 및 제2 램프판(52), 및 이들 제1 및 제2 램프판 사이에 각각 배치되어 작동하는 다수의 캠 부재(53)를 포함한 볼 램프 액츄에이터(31)를 포함하는 수단을 포함하며; 상기 제2 램프판(52)은, 상기 마찰원판(65, 67)에 인접하여 축방향으로 배치되고, 마찰원판을 상기 연결 위치쪽으로 이동시키며; 상기 마찰원판을 이동시키는 수단은, 상기 입력측(35)에 고정되어 함께 회전하는 입력 커플링 부재(35), 및 출력 커플링 어셈블리(43, 49)를 포함한 점성 커플링(29)을 추가로 포함하는 형식의 차동 장치에 있어서,

   가) 상기 출력 커플링 어셈블리(43, 49) 및 제1 램프판(51) 사이에 일렬로 배치된 1방향 클러치 수단(57)을 포함하며;

   나) 상기 1방향 클러치 수단(57)은, 전진 방향으로 운전중일 때에는 정의 토크를 상기 입력축(15)으로부터 상기 점성 커플링(29)을 통하고, 상기 1방향 클러치(57)를 통해 상기 제1 램프판(51)으로 전달하는 반면, 전진 방향으로 운전중일 때에는, 상기 1방향 클러치 수단(57)으로부터의 부의 토크는 전달하지 않는 것을 특징으로 하는 차동 장치(17).
2. 제1항에 있어서, 상기 출력 커플링 어셈블리는, 출력 커플링 부재(43)와, 이 출력 커플링 부재(43)에 고정되어 함께 회전하고, 상기 점성 커플링(29)을 벗어나 축방향으로 연장되며, 상기 제1 램프판(51)과 연동 상태로 결합된 후방 부분(50)을 포함한 점성 출력축(49)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치(17).
3. 제2항에 있어서, 상기 1방향 클러치 수단(57)을 상기 점성 출력축(49)의 후방 부분(50)과 상기 제1 램프판(51)의 내측 원통변 사이에 반경방향으로 장착하는 것을 특징으로 하는 차동 장치(17).
4. 제3항에 있어서, 상기 장치는, 상기 출력 커플링 어셈블리(43, 49) 및 제1 램프판(51)과 연동 상태로 결합된 오버라이드 메카니즘(55)을 추가로 포함하며, 후진 방향 운전시에는 상기 오버라이드 메카니즘(55)이 정의 토크를 상기 입력축(15)으로부터 상기 제1 램프판(51)으로 전달하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 차동 장치(17).
5. 제4항에 있어서, 상기 오버라이드 메카니즘(55)은, 상기 출력 커플링 어셈블리(43, 49)중 하나 및 상기 제1 램프판(51)에 고정되어 회전하는 하우징 부재(83)를 포함하며, 상기 하우징 부재(83)에 대하여 이동 가능하고 상기 출력 커플링 어셈블리(43, 49) 및 상기 제1 램프판(51) 일방과 연결되는 적어도 하나의 연결 부재(107)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치(17).
6. 제5항에 있어서, 상기 오버라이드 메카니즘(55)상의 상기 하우징 부재(83)는, 상기 제1 램프판(51)에 고정되어 회전하며, 상기 연결 부재는, 부재(107)와, 이 부재를 상기 점성 출력축(49)과 연결되는 쪽으로 밀어부치는 수단(117)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치(17).
7. 제4항에 있어서, 상기 오버라이드 메카니즘(55)은, 후진 방향으로 운전중 소정의 회전 속도 이상에서는, 상기 입력축(15)으로부터 상기 제1 램프판(51)으로의 정의 토크의 전달을 방지하는 속도 감응 수단(97, 117)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 차동 장치(17).
8. 제6항에 있어서, 상기 오버라이드 메카니즘(55)은, 오버라이드 메카니즘상의 상기 하우징 부재(83) 및 상기 연결 부재(107)와 연동 상태로 결합된 중량 부재(97)를 추가로 포함하며, 상기 중량 부재(97)는, 소정의 회전 속도 이상에서는 상기 점성 출력축(49)과의 연결 상태로부터 상기 연결 부재(107)를 이동시키는 것을 특징으로 하는 차동 장치(17).