JP4894017B2 - 電気作動型の差動固定装置 - Google Patents

Description

本発明は、牽引調整を行う差動装置に関し、より特徴的には、電気入力信号等の入力信号に応じて、差動歯車を“固定”するタイプの差動装置に関する。

本発明が関するタイプの牽引調整を行う差動固定装置は、典型的に、歯車室を定めるギアケースと、この中に配置されて、少なくとも一つの入力ピニオンギアと一対の出力サイドギアを含む差動歯車セットを有する。典型的に、このような“差動固定装置”は、サイドギアの一方の、ギアケースに対する回転を防ぐため、任意の種類の固定機構を有しており、さらに任意の種類の作動装置を用いて、この固定機構の係合を開始している。例としてのみ示すと、従来技術はボール−ランプ機構を含み、ランププレートの近くに配置された電磁コイルに伝えられる信号に応じて、ランププレートのギアケースに対する回転を遅らせることで、ランプを開始する、作動装置（アクチュエータ）を有している。
上記タイプの差動固定装置の例として、特許文献１及び２に開示されたものがあるが、双方とも本発明の譲受人に譲渡されており、これらの内容は本明細書に参考として包含される。

本明細書に包含される上記特許文献に図示され、説明されている差動固定装置のいずれも、適当な入力信号を電磁コイルに伝えて、作動装置（電磁コイルを含む）のすぐ近くに置かれている、差動サイドギアと関連する噛合部と、固定部材とを係合させている。本明細書に包含される上記特許文献の技術思想に従って構成された電気作動型の差動固定装置は、既に商業的に生産されて、満足行くように実施されているものの、本明細書に包含される上記特許文献に図示され、説明された構成には、差動固定装置の性能を制限させる固有の特徴があった。つまり、作動装置が、従来のボール−ランプ装置（即ち、二つのランププレートと、これらの間にカムボールのセットを配置したもの）を用いるため、ボール−ランプ装置のためだけに、径方向と軸方向の双方で、かなりの量の収容スペースを要している。さらに、ボール−ランプ装置は、装置の“ランプ−アップ”のため、比較的に小さな軸方向の変位を本質的に有するため、以下において詳述するように、差動固定装置に短所をもたらしている。

当該技術分野における当業者には理解可能なように、差動固定装置内の固定機構のトルク性能は、固定状態と非固定状態の間で移動するように、固定機構の軸方向移動（また、これとほぼ比例する）機能を有する。さらに、本明細書に包含される上記特許文献の装置の固定機構の移動は、ボール−ランプ装置の軸方向の移動、即ち、差動ケースの近くに配置された“内側のランププレート”の軸方向移動によって制限されている。従って、理解可能なように、本明細書に包含される上記特許文献の装置では、固定機構の移動、従って、固定機構のトルク性能は、作動装置（電磁コイルとボール−ランプ装置）の近くのサイドギアと、固定機構を関連させた構成によってさらに制限されるので、“収容部”内で、固定機構が“移動”するためのスペースの大きさが限られている。例としてのみ示すと、上記本発明に包含される特許文献２の技術思想に従って構成された差動固定装置の商業的な実施形態では、固定部材の軸方向の移動は約４ｍｍだけであり、従って、効果的な“固定係合”は約３ｍｍだけとなっている。

また、当該技術分野の当業者には公知なように、固定機構の移動（非固定状態から固定状態への移動）は、付勢ばね構成と合う必要があるが、これは、上記“移動”と等しい距離で、しかし反対方向で、固定状態から非固定状態に向って、固定機構を移動可能にしたものである。固定機構に求められる“移動”と等しい距離で、固定機構を移動可能にした付勢ばね構成への要求が、固定機構の収容をより一層困難にしており、特に、作動装置のすぐ近くで、装置の一方の端部に固定機構を設ける上記装置の場合に顕著になっている。
米国特許第６，０８３，１３４号明細書 米国特許第６，５５１，２０９号明細書

従って、本発明は、入力信号によって固定を開始するタイプの、上記従来技術に関する問題点を克服するように、より改良された差動固定装置を提供することを目的とする。

より特徴的には、本発明は、従来技術の差動固定装置と比べて実質的により大きく移動できる固定機構を備えることで、上記問題点を克服する、より改良された差動固定装置を提供することを目的とする。

関連して、本発明は、従来技術と比べて、固定機構と作動機構の双方のために、差動装置内で有効となるスペースをより効果的に利用できるようにした、より改良された差動固定装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的と他の目的を達成するために、回転軸と歯車室を定めるギアケースを含むタイプの差動歯車機構を提供する。特に、歯車室内に、少なくとも一つの入力歯車と第一と第二の出力歯車を含む差動歯車手段を設ける。また、第一出力歯車のギアケースに対する回転を防ぐように操作可能な回転防止手段と、入力信号に応じて回転防止手段を作動させる作動手段を備える。作動手段は、第二出力歯車の近くでギアケースの一部に、ここから幾分径方向外側にランププレートを設けて、作動手段が非作動状態の場合には、ギアケースと共に回転するようにランププレートを配置する。作動手段はさらに、作動手段が作動状態の場合には、ギアケースの回転速度とは異なる回転速度でランププレートを回転させるように操作可能な作動装置を備える。

本発明のより改良された差動歯車機構の特徴として、ギアケースと共に回転するが、ギアケースに対して軸方向に移動可能となるようにカラー部材を備えて、第一出力歯車と共に作用して、固定部材を定めて、カラー部材が固定位置の時、第一出力歯車のギアケースに対する回転を防止させるように操作可能とする。また、カラー部材とギアケースの間で、軸方向に付勢手段を備えて、固定位置から、第二出力歯車に向う方向で、非固定位置に、カラー部材を付勢させる。また、複数の細長い作動部材を備えて、夫々にカラー部材と係合する第一端部と、ランププレートと係合する第二端部を備える。作動手段が作動状態にあり、ランププレートがギアケースに対して回転する時、細長い作動部材がランププレート上でランプ−アップして、第一出力歯車に向って軸方向に移動して、付勢手段の付勢力に逆らって、非固定位置から固定位置にカラー部材を移動させる。

以下、添付した図面を参照するが、これら図面は、本発明を限定することを意図したものではない。図１を参照すると、本発明を含む差動固定装置の軸方向の断面図が示されている。図１に示した一般的なタイプの差動固定装置の構造と操作をより明瞭に理解するため、本明細書に包含される上記特許文献を参照してもよい。

図１に示した差動固定装置は、ギアケース１１とエンドキャップ１２を含み、複数のボルト（図示せず）のような適当な手段を用いて、エンドキャップ１２をギアケース１１に取付けている。ギアケース１１とエンドキャップ１２は共に歯車室を定めるが、これは符号１３で概略的に示されている。差動固定装置に対するトルク入力は、典型的に、入力リングギア（図示せず）によって行われるが、これはフランジ１５（図１には部分的に示されているが、図３と４により大きく示されている）に取付けることができる。

歯車室１３内には、一対の入力ピニオンギア又は小歯車１７（図１には、一つのみが示されている）を含む、差動歯車セットが設けられる。典型的に、入力ピニオンギア（入力歯車）１７は、ピニオン軸１８に回転自在に取付けられ、ピニオン軸１８は、任意の適当な手段（図示せず）によって、ギアケース１１に対し取付けられる。ピニオンギア１７は、差動歯車セットの入力歯車を構成し、一対のサイドギア又は側方の歯車１９と２１と噛合する。差動装置技術では従来公知なように、サイドギア（出力歯車）１９と２１は、内側に、まっすぐなスプラインのセット２３と２５を定めて、夫々、一対の車軸（図示せず）の外側のスプラインとスプライン係合させる。また、ギアケース１１は、環状のハブ部２７と２９を定め、この上に一対のベアリングセット（図示せず）を取付けることができるようにし、これによって、外側の差動ハウジング又は“キャリア”（図示せず）に対して、回転する差動装置を回転可能に支持してもよい。

当該技術分野では公知なように、通常のまっすぐに進行する自動車の操作中、左右の車軸の間、つまり左右のサイドギア１９と２１の間には差動が生じないため、ピニオンギア１７は、ピニオン軸１８に対して回転しない。この結果、ギアケース１１、ピニオンギア１７、及びサイドギア１９と２１は、あたかも単一の装置を構成するように全て回転軸Ａに関して回転する。

本発明の差動固定装置は、一対のモードのいずれかで制御されてもよいことを理解されたい。差動装置は、手動的に制御されてもよく、つまり、運転手が固定モードを手動的に選択して（非固定モードではなく）、自動車の発進のほとんどすぐ後で、差動装置が固定モードで操作されるようにする。あるいは、差動固定装置は、自動モードで操作されてもよく、例としてのみ示すと、自動車のマイクロプロセッサが、例えば初期の車輪のスリップ等の操作状態を感知すると、適当な電気信号を差動固定装置に送信して、サイドギア１９をギアケース１１に対して固定して、これらの間でさらなる差動が生じることを防止させる。

差動固定装置を自動的に作動させる場合には、幾つかの操作状況下で、例えば、自動車が旋回したり、タイヤの大きさにわずかな差が生じた場合、サイドギア１９と２１の間に何らかの量の差動作用が生じるようにする。しかしながら、本発明の重要な特徴の一つでは、図１に示した差動固定装置は、差動作用を単に遅らせたり、制限させる、任意のクラッチパックや他の機構を備えるのではなく、非作動、非固定モード（“オープンデフ”状に作用する）か、作動、固定モードのいずれかで作用させる。

図２と合わせて、主に、図１を参照すると、本発明の差動固定装置は、符号３１で概略的に示しているように（参照番号“３１”は、図１、３及び４にだけ示されている）、回転防止機構を備え、サイドギア１９（“第一出力歯車”）と関連して操作されるように、ギアケース１１内に全体を収容している。また、符号３３で概略的に示しているように、差動固定装置は、作動機構（“作動装置”）を含み、以下において詳述するように、ギアケース１１に対して主に外部に配置している。

さらに図１と２を主に参照すると、回転防止機構３１は、略環状のカラー部材３５を含み、この外周に、図２と４に最良に示されるように、複数の耳部３７を備えている。図示した実施形態では、例としてのみ示すと、６つの耳部３７を備えている。各耳部３７は、ギアケース１１内に定められた、対に合う、軸方向に延びる溝部３９内に取付けられて、カラー部材３５がギアケース１１に対して回転することを防止するが、図１に示す固定位置と図３、４及び５に示す非固定位置との間で、軸方向に移動可能となっている。

カラー部材３５の内周には複数の固定部材４１が設けられ、また、これらと互いに噛合するように、サイドギア１９の外周には複数の固定部材４３が設けられており、図５を参照すると、固定部材４１と４３の各一つが示されている。図２に最良に示されているように、６つの固定部材４１と６つの固定部材４３があるが、これは例としてのみ示されたものである。固定部材の隣接する一対の各々は、これらの間に周方向に隙間を定めて、この大きさを、図１から理解できるように、隙間内に配置される、互いに噛合する固定部材の周方向の幅よりも実質的に大きくする。このような構成は、カラー部材３５を、この非固定位置（図３、４及び５参照）から固定位置（図１及び２参照）に移動させるのに好ましい。

当該技術分野にける当業者ならば、十分な強さ（固定トルク）を有しながら、“移動中”に固定する能力を維持するように固定機構を提供するために、固定部材４１と４３の適当な構成と、これらの間の周方向の“隙間”を選択可能であると思料する。従って、図１と２は、回転防止機構３１の“固定”状態を示しているが、実際の使用では、固定部材４１と４３は相対的に“中心”にはされず、むしろ、各固定部材４１は隣接する固定部材４３と対面して係合することを理解されたい。

図３と合わせて、再度、主に図１を参照すると、ギアケース１１は、複数の円筒形状の開口部４５を定めて、細長い、略円筒形状の作動部材４７を、各開口部４５内にスライド自在に配置する。図示した実施形態では、３つの作動装置４７があるが、これは例としてのみ示したに過ぎない。各作動装置４７は、カラー部材３５と係合する第一端部４９と、ギアケース１１から幾分外に延びる第二端部５１を有する。これは本発明にとって必須ではないが、好ましくは、各端部５１は、以下において詳述する理由のために、幾分、半球状に構成される。図示した実施形態では、例としてのみ示すと、３つの作動部材４７が、図２に示す、２時、６時、及び１０時の位置で、耳部３７と係合する。図３に示した作動部材４７は、図２の６時の位置で示された耳部３７と係合する作動装置４７である。

主に図１と３を参照すると、サイドギア２１に近接する端部で、ギアケース１１に関して設けられている作動装置３３には、複数のランプ面５５を定める単一のランププレート５３が設けられており、各ランプ面５５を各作動部材４７と対応させている。背景技術で説明したように、従来のボール−ランプ機構は、二つのランププレートと、これらの間に一つのボールのセットを含み、典型的に、軸方向の移動が比較的にわずかであった。しかしながら、本発明の特徴の一つでは、“ピン−ランプ”装置として参照することができ、一つのランププレートと一セットの“ピン”（即ち、作動部材４７）を用いることで、従来のボール−ランプ作動装置と比べて、作動部材４７の軸方向の移動をはるかに大きくしており、“内側”のランププレートを“移動”を有する部材としている。そして、作動部材４７の第二端部５１を半球状に形成して、この端部５１をランプ面５５上に乗り上がるようにしたことが理解されよう。

さらに、作動装置３３は、符号５７で概略的に示されているように、電磁コイルを含み、この機能として、ランププレート５３上に必要とされる遅れトルク（retarding torque）を及ぼして、作動部材４７のランプ−アップを開始させる。作動部材４７に関して、本明細書で用いられる用語“ランプ−アップ”は、コイル５７が印加されていない、図３と４に示した完全に引き込められた位置（非作動、非固定状態に相当）から、コイル５７が印加される、図１に示した完全に伸ばされた位置（作動、固定位置に相当）まで、部材４７を移動させることを意味することを理解されたい。また、図３に断面で、図４で外側からの平面で示しているウェーブスプリング６１を用いて、カラー部材３５を、非作動、非固定状態に向って付勢している。本発明の範囲内で、複数の様々な付勢用の構成を利用することができるが、ウェーブスプリング６１は回転防止機構３１をコンパクトに収容することに利点がある。また、図１に幾分概略的に示しているように、電磁コイル５７は、参照番号“５９”で示されている、一対の電線５９によって印加され、これはまた、以下において、作動装置３３に対する電気入力信号を示すのに用いられる。

背景技術で説明したように、従来のボール−ランプ装置は、固定機構（作動部材４７とカラー部材３５）に所望の“移動”を提供する性能が幾分制限されていた。また、上述したように、本明細書に包含される特許文献２に従って形成される従来技術の差動固定装置では、固定機構は４ｍｍだけ移動し、固定係合は３ｍｍだけであった。これに対して、本発明に従って形成される差動固定装置では、図５に最良に示されているように、固定状態（図１参照）と非固定状態（図３、４及び５参照）の間で移動する、カラー部材３５の移動“Ｔ”は、約９ｍｍとなる。但し、これは例としてのみ示したに過ぎない。この結果、固定部材４１と４３の間の“固定係合”（つまり、係合の軸方向の長さ）は、約８ｍｍとなり、従来技術と比べて、装置の物理的な大きさが全体的にほぼ等しいと仮定すると、２倍以上の長さが得られる。本発明を用いる差動装置の全体的な物理的な大きさに基づき、移動“Ｔ”（これは、作動部材４７のランプ−アップにほぼ等しい）は、約８ｍｍから約１２ｍｍの範囲内にすることができる。但し、これは例としてのみ示したに過ぎない。

本発明の重要な特徴の一つでは、図１と３から理解できるように、本発明の差動固定装置は、ほぼ同じ大きさとトルク性能を備えたピニオンギアとサイドギアを用いる従来のオープンデフと比べて、より大きくならない（ギアケース１１とエンドキャップ１２の外部寸法に関する）。本発明では、回転防止機構３１を第一サイドギア１９の近くに（囲むように）配置し、作動装置３３を第二サイドギア２１の近くのギアケース１１の一部に、ここから幾分径方向外側に配置するので、上述のように収納を向上させている。

以上、本発明について詳細に説明したが、当該技術分野における当業者であれば、この説明を読み、理解することで、本発明に対して様々な変更や修正を加えることが可能になると思料する。このような修正や変更の全ては、添付した特許請求の範囲に収まる限り、本発明に含まれることを理解されたい。

本発明の技術思想に従って形成された差動固定装置の軸方向の断面図であって、作動、固定状態を示した図である。 図１の要部拡大図であって、本発明の重要な特徴の一つを示すためにエンドキャップを除いて示した図である。 図１に示した差動固定装置の軸方向断面の要部拡大図であって、非作動、非固定状態を示した図である。 軸方向の断面としてよりは平面で、図１と３と同様の要部を示す図であり、本発明の重要な特徴の一つを構成する付勢ばね構成を示す図である。 さらに拡大して示す、軸方向断面の要部拡大図であり、本発明の差動固定装置を非作動、非固定状態で示し、固定機構の“移動”を例示した図である。

Claims (6)

1. 回転軸（Ａ）と歯車室（１３）を定めるギアケース（１１）と；少なくとも一つの入力歯車（１７）と第一出力歯車（１９）と第二出力歯車（２１）を含み、前記歯車室（１３）内に配置される差動歯車手段と；前記第一出力歯車（１９）の前記ギアケース（１１）に対する回転を防ぐように操作可能な回転防止手段と；入力信号（５９）に応じて前記回転防止手段を作動可能な作動手段（３３）とを含むタイプの差動歯車機構であって、前記作動手段は、前記第二出力歯車（２１）の近くで前記ギアケース（１１）の一部に、ここから幾分径方向外側に配置されるようにランププレート（５３）を含み、前記作動手段が非作動状態（図３）の場合には、前記ギアケースと共に回転するように前記ランププレート（５３）を配置し、前記作動手段はさらに作動装置（３３、５７）を含み、前記作動手段が作動状態（図１）の場合には、前記ランププレート（５３）を、前記ギアケース（１１）の回転速度と異なる回転速度で回転させるように操作可能とし、さらに、
   （ａ）前記ギアケース（１１）と共に回転するように取付けられるが、前記ギアケースに対して軸方向に移動可能となるようにカラー部材（３５）を含み、前記第一出力歯車（１９）と共に作用して固定部材（４１、４３）を定めて、前記カラー部材（３５）が固定位置（図１及び２）の時、前記第一出力歯車（１９）の前記ギアケース（１１）に対する回転を防止させるように操作可能とし、
   （ｂ）前記カラー部材（３５）と前記ギアケース（１１）の間で軸方向に配置されるように付勢手段（６１）を含み、前記固定位置（図１）から、前記第二出力歯車（２１）に向う方向で、非固定位置（図３）に、前記カラー部材を付勢させ、
   （ｃ）前記カラー部材（３５）と係合する第一端部（４９）と、前記ランププレート（５３）と係合する第二端部（５１）を夫々有する、複数の細長い作動部材（４７）を含み、前記作動手段（３３）が前記作動状態の時、前記ランププレート（５３）を前記ギアケース（１１）に対して回転させ、前記細長い作動部材（４７）を前記ランププレート（５３）上でランプ−アップさせて、前記第一出力歯車（１９）に向って軸方向に移動させて、前記付勢手段（６１）の付勢力に逆らって、前記非固定位置（図３、４及び５）から、前記固定位置（図１）まで、前記カラー部材（３５）を移動させることを特徴とする差動歯車機構。
2. 前記カラー部材（３５）は略環状であって、前記第一出力歯車（１９）の一部の外側の円筒形状面を囲むことを特徴とする請求項１に記載の差動歯車機構。
3. 前記カラー部材（３５）の内面は第一の複数の前記固定部材（４１）を定めて、前記第一出力歯車（１９）の前記外側の円筒形状面は、第二の複数の前記固定部材（４３）を定めて、前記第一固定部材と前記第二固定部材とを対に噛合させる（図２）ことを特徴とする請求項２に記載の差動歯車機構。
4. 前記固定部材（４１、４３）は、ほぼＴの軸方向の大きさを有し、前記カラー部材が前記固定位置（図１）と前記非固定位置（図３、４及び５）の間で移動する際、前記カラー部材（３５）は前記ほぼＴの軸方向の大きさで移動することを特徴とする請求項１に記載の差動歯車機構。
5. 前記ランププレート（５３）は複数のランプ面（５５）を定め、夫々、前記複数の細長い作動部材（４７）のいずれかと対応して、前記ランプ面（５５）の各々が前記軸方向の大きさＴとほぼ等しいランプの大きさを有し、この際、前記Ｔの大きさは約８ｍｍから約１２ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載の差動歯車機構。
6. 前記作動装置（３３）は電磁コイル（５７）を含み、前記入力信号は電気信号（５９）を含むことを特徴とする請求項１に記載の差動歯車機構。

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