(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギアセット（10）であって、
少なくとも１つのヘリカル歯（50）を有するヘリカルフェースギアを含むサイドギア（14）と、
該サイドギア（14）とかみ合い係合するヘリカルピニオン（12）と、を含み、
該ヘリカルピニオン（12）が、少なくとも１つのヘリカル歯（20）を有し、かつ、約２０°より小さい頂角を有し、
前記頂角は、次式
【数１】
0005594495.tif 000010
ここで、ｄo.pは、ピニオン（12）の外径であり、ｄl.pは、ピニオン（12）の限界直径であり、ｄo.sgは、サイドギア（14）の外径であり、ｄin.sgは、サイドギア（14）の内径である、に規定されていることを特徴とするギアセット。
【請求項２】
前記サイドギア（14）のヘリカル歯（50）と前記ヘリカルピニオン（12）のヘリカル歯（20）は、鍛造されていることを特徴とする請求項１記載のギアセット。
【請求項３】
前記サイドギア（14）とかみ合い係合するように作られた複数のヘリカルピニオン（12）をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のギアセット。
【請求項４】
前記ヘリカルピニオン（12）は、４〜１０の歯数を有することを特徴とする請求項１記載のギアセット。
【請求項５】
前記ヘリカルピニオン（12）は、該ピニオン（12）の第１端部（30）にボス（28）を含んでいることを特徴とする請求項１記載のギアセット。
【請求項６】
前記ヘリカルピニオン（12）は、該ピニオン（12）の第１端部（30）が平坦であり、かつ前記ヘリカルピニオン（12）の第２端部（34）が半球状であることを特徴とする請求項１記載のギアセット。
【請求項７】
前記サイドギア（14）は、車軸を受け入れるために作られた第１の環状ハブ部分（37）を含んでいることを特徴とする請求項１記載のギアセット。
【請求項８】
前記サイドギア（14）は、円周方向に伸びる外表面（43）を有する主部分（42）を含み、前記外表面（43）から半径方向外側に伸びる少なくとも１つの突起（44）を有することを特徴とする請求項７記載のギアセット。
【請求項９】
前記サイドギア（14）は、さらに前記ヘリカルフェース（46）上にハブ（52）を含み、該ハブ（52）は、前記サイドギア（14）の内径の円周回りに延在し、前記サイドギア（14）のヘリカル歯（50）が前記ハブ（52）に向かって半径方向内方に延在していることを特徴とする請求項１記載のギアセット。
【請求項１０】
前記ハブ（52）は、前記サイドギア（14）上のヘリカル歯（50）と一体であることを特徴とする請求項９記載のギアセット。
【請求項１１】
前記サイドギア（14）上のヘリカル歯（50）の頂部表面は、前記ハブ（52）の頂部表面と同一平面上にあることを特徴とする請求項１０記載のギアセット。
【請求項１２】
前記サイドギア（14）は、１２以下の歯数であることを特徴とする請求項１記載のギアセット。
【請求項１３】
前記サイドギア（14）は、第２の環状ハブ部分（53）を含み、該環状ハブ部分（53）の外径が、第１の環状ハブ部分（37）の外径より大きく、かつ前記第２の環状ハブ部分（53）の外径は、主部分（42）の外径よりも小さいことを特徴とする請求項８記載のギアセット。
【請求項１４】
ディファレンシャルケース（64）と、
ヘリカルフェースギアを含むサイドギア（14）と、
該サイドギア（14）とかみ合い係合するために作られたヘリカルピニオン（12）とを含み、
前記ヘリカルピニオン（12）は、約２０°より小さい頂角を有し、
前記頂角は、次式
【数１】
0005594495.tif 000011
ここで、ｄo.pは、ピニオン（12）の外径であり、ｄl.pは、ピニオン（12）の限界直径であり、ｄo.sgは、サイドギア（14）の外径であり、ｄin.sgは、サイドギア（14）の内径である、に規定されていることを特徴とする差動装置。
【請求項１５】
前記ヘリカルピニオン（12）を支持するために作られたトルクリングをさらに含んでいることを特徴とする請求項１４記載の差動装置。
【請求項１６】
前記ヘリカルピニオン（12）は、半球状の端部を含み、かつ前記ヘリカルピニオン（12）の半球状の端部の曲率半径が、前記トルクリング（18）の外側表面（56）の曲率半径にほぼ等しいことを特徴とする請求項１４記載の差動装置。
【請求項１７】
前記トルクリング（18）は、このトルクリング（18）の外周面から半径方向内方に伸びる少なくとも１つの孔（54）を含み、前記ヘリカルピニオン（1）が前記孔（54）内に配置されることを特徴とする請求項１５記載の差動装置。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの孔（54）は、盲孔であり、該孔（54）は、前記トルクリング（18）の外周面の第１端部を開放し、かつ前記第１端部に対向する第２端部を閉鎖していることを特徴とする請求項１７記載の差動装置。
【請求項１９】
前記トルクリング（18）は、前記ヘリカルピニオン（12）が、前記サイドギア（14）とかみ合い係合できるように、前記トルクリング（18）の側面に少なくとも１つのチャネル（60）を含んでいることを特徴とする請求項１５記載の差動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリカルフェースギアからなる第１ギアと、ヘリカルフェースギアにかみ合うヘリカルピニオンからなる第２ギアを含むギアセットに関する。このギアセットは、差動装置に用いる形状となっている。
【背景技術】
【０００２】
差動装置に用いるためのヘリカルフェースギアは、従来技術として知られ、例えば、特許文献１及び特許文献２に記述されている。しかし、差動装置にヘリカルフェースギアを組み合わせることは、ギア歯の構造の決定及びギアの強度に関して制限があるため、商業的には利用されてこなかった。これらの両方は、ギアセットの性能に悪影響を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３,２５３,４８３号明細書
【特許文献２】米国特許第４,７９１,８３２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの制限を克服できるフェースギア技術を利用することが望ましい。フェースギア技術は、より多くおよび／またはより大きい径のピニオン及び支持がより良い頑丈な第１のヘリカルフェースギアの選択を許容できる。差動装置に関連するフェースギアの使用に関して、トルクリングに関連するフェースギア技術を用いるサイドギアのコンパクトな寸法が、パッケージ及び設計において、より大きな柔軟性をもたらすことができる。このように、ギアセット及びトルクリングのコンパクト化は、ある実施形態において、より有益な方法での動的な力を与え、そして、自動車の種々のモデルのパッケージ設計に関連して用いられる同一のギアセット及び内部コンポーネントを可能にし、これによって、差動装置の輸送能力を増加させることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ギアセットは、少なくとも１つのヘリカル歯を有するヘリカルフェースギアを含むサイドギアと、ヘリカルピニオンとを備えている。ヘリカルピニオンは、少なくとも１つのヘリカル歯を有し、かつ、約２０°より小さい頂角を有する。このヘリカルピニオンは、サイドギアにかみあい係合する形状となっている。また、差動装置が設けられている。差動装置は、ディファレンシャルケースとギアセットを含んでいる。ギアセットは、少なくとも１つのヘリカル歯とヘリカルピニオンを有するヘリカルフェースギアからなるサイドギアを含んでいる。ヘリカルピニオンは、少なくとも１つのヘリカル歯を有し、かつ、約２０°より小さい頂角を有する。差動装置は、さらに、ヘリカルピニオンを支持するように作られたトルクリングを含んでいる。
【０００６】
本発明の実施形態は、例として、以下に、添付の図面と関連して記載されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態に従う第１ギアの斜視図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に従う第２ギアの前面図である。
【図２Ｂ】図２Ａの第２ギアの側面図である。
【図３Ａ】本発明の実施形態に従う図１の第１ギアを用いるためのトルクリングの斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａのトルクリングの側面図である。
【図４】本発明の実施形態に従う第１ギアの頂角を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に従う第１ギアの歯フランク形状を示す概略図である。
【図６Ａ】差動装置に組み込まれた本発明の実施形態に従うギアセットの断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａにおけるギアセットの部分の前面図である。
【図７】差動装置に組み込まれた本発明の実施形態に従うギアセットの断面図である。
【図８】本発明の実施形態に従うギアセットを含む、電気的に選択可能なロッキング・ディファレンシャルの分解図である。
【図９】本発明の実施形態に従う、トルク制限ヒューズとギアセットを含む差動装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に従う、トルク制限クラッチプレートとギアセットを含む差動装置の断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に従う、エア／油圧アクチュエータとギアセットを含む差動装置の部分断面図である。
【図１２】本発明の実施形態に従うギアセットを含む差動装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態について詳細に言及する。この例示は、以下に記載されかつ添付の図面において説明される。本発明は、実施形態に関係して記載され、これらの実施形態は、本発明を制限することを意図するものではないことを理解してほしい。反対に、本発明は、添付の請求項で具体化されるように、本発明の技術的思想及び請求の範囲内に包含される変更例、修正例、及び等価物を包含することを意図している。
【０００９】
本発明に従うギアセット１０は、第１ギア１２と第２ギア１４を含んでいる。図１及び図２を参照すると、第１ギア１２は、ヘリカルピニオンからなり、第２ギア１４は、サイドギアからなる。１つの実施形態において、第１ギア１２は、差動装置に用いるためのヘリカルピニオンを含む。この差動装置用の実施形態では、第１ギア１２は、トルクリング１８から第２ギア１４（例えば、サイドギア１４）にトルクを伝達するために設けられている。
【００１０】
トルクギア１８は、図３Ａ−Ｂに示されて、ここで、さらに詳細に記載されるように作ることができる。代わりに、第１ギア１２は、１つのサイドギア１４から別のサイドギア１４にトルクを伝達するために設けることができる。さらに、この実施形態では、複数のピニオン１２がある。ギアセット１０におけるピニオンの数は、変えることができる。しかし、ピニオン１２が差動装置に用いられるとき、ギアセットには、少なくとも２つのピニオンを有する。より多くのまたは少ないピニオン１２が他の実施形態に用いられるけれども、１つの実施形態では、ピニオンの数をほぼ６個とすることができる。対照的に、差動装置のための通常のギアセットに用いられるベベルピニオンの数は、約４個のみとすることができる。差動装置に用いられるピニオン１２の最大数は、以下の公式を用いて決定することができ、ここで、ピニオン１２の外径は、ｄO.P、また対応するサイドギア１４の内径は、ｄin.sgで示す。
【００１１】
【数１】
0005594495.tif 000002
【００１２】
また、ピニオン１２の寸法は、変えることができる。１つの実施形態では、ピニオン１２は、差動装置に用いられる通常のベベルピニオンギアの約半分の寸法とすることができる。さらに、ピニオン１２は、通常のギア設計と比較すると、小さい頂角θＰを有するように作られている。
図４を参照すると、ピニオン１２の頂角を示す概略図が示されている。１つの実施形態において、頂角θＰは、約２０°未満である。この頂角θＰは、次式に依存し、ここで、ｄO.Pは、ピニオン１２の外径であり、ｄｌ.Pは、ピニオン１２の限界直径であり、ｄO.sgは、サイドギア１４の外径であり、ｄin.sgは、サイドギア１４の内径である。
【００１３】
【数２】
0005594495.tif 000003
【００１４】
ピニオン１２上のヘリカル歯２０の数及びピニオン１２上のヘリカル歯２０の歯フランクの形状は、本発明の実施形態に従って柔軟性がある。ヘリカル歯２０は、鍛造技術によって形成することができる。機械加工技術の代わりに鍛造技術を用いることは、ピニオン１２の強度を改善するのに重要である。また、ヘリカル歯２０の使用は、ピニオン１２が通常のベベルピニオンと比較して回転動作中にあることを軽視でき、インデックスの必要をなくす。ピニオン１２上のヘリカル歯２０の数は、ピニオン１２の寸法に対するロー歯の数とみなすことができる。例えば、歯数（即ち、ヘリカル歯２０の数）は、約４〜１０の間とすることができる。約４〜１０の歯数は、詳細に述べられているが、ピニオン１２の歯数は、本発明の他の実施形態ではより少ないかより大きい数とすることができる。
【００１５】
図５を参照すると、ピニオン１２上のヘリカル歯２０に対する歯フランクの形状Ｇは、次式に従って決定される。ここで、ｒＰ＝ピニオン１２の歯フランクの点の位置ベクトル、ＵＰ,ＶＰ＝ピニオン１２の歯フランクの点の曲線座標（ガウス座標）、ｒｂ.Ｐ＝ピニオン１２のベースシリンダの直径、τｂ.Ｐ＝ピニオン１２の底部らせん角度である。
【００１６】
【数３】
0005594495.tif 000004
【００１７】
ピニオン１２が固定されているとき、ピニオン１２の歯フランクは、式３によって分析的に表される。ピニオン１２が、ある角度ψ内の軸２２回りに回転し、かつサイドギア１４の軸回りに移動するとき、ピニオン１２の現在位置におけるピニオン１２の歯フランクの点の位置ベクトルは、次式で表現される。
【００１８】
【数４】
0005594495.tif 000005
【００１９】
また、ピニオン１２は、種々の実施形態に適合する構造的特徴に対して柔軟性を有するように作ることができる。例えば、ピニオン１２は、図６Ａ−６Ｂに示すように、Ｃ−クリップ２６に接近するように修正することができる。Ｃ−クリップ２６は、軸シャフト上のサイドギア１４を軸方向に位置決めかつ軸シャフトを保持するように設けられている。別の例では、ピニオン１２は、図７に図示するように、第１端部３０にボス２８を、また、第２端部３４に含むように修正することができる。ボス２８とカウンター直径３２は、ピニオンをより良く支持するよう作られ、かつ所望の結果に依存するバイアス比を増加および／または減少するように形成される。ボア３６は、軸線２２に沿ってピニオン１２の中心を通って伸びている。このボア３６は、ピニオン１２を回転する車軸を受け入れるように作られる。ボア３６は、詳細にかつ図示されているが、ピニオン１２は、本発明の他の実施形態では、ボア３６を有しなくてもよい。
【００２０】
本発明の実施形態において、ピニオン１２の第１端部３０は、フラットであり、ピニオン１２の第２端部３４（即ち、第１端部の反対側）は、半球状とすることができる。第２端部３４は、図３に示されたトルクリング１８の外側面５６と同様の曲率半径を有するように半球状に形作られている。さらに、ピニオン１２の第２端部３４はギアセット１０（例えば、ディファレンシャルケース）用のハウジングの内側面に合致するように形作られる。トルクリング１８の外形状を維持するのに別の装置を必要としないので、ピニオン１２の形状は、ギアセット１０の摩擦を制御するのを有効である。ピニオン１２の第１端部３０は、平面とし、ピニオン１２の第２端部３４は半球形状として記載されているが、ピニオン１２は、本発明の他の実施形態において、他の形状とすることもできる。
【００２１】
第２ギア１４は、ヘリカル面のギアとして構成することができる。第２ギア１４は、第１ギア１２とかみ合うように形作ることができる。１つの実施形態において、第２ギア１４は、差動装置に用いるサイドギアとして構成することができる。差動装置用のこの実施形態では、第２ギア１４は、第１ギア１２から出力（例えば、自動車の車軸）へトルクを伝達するように形作られる。さらに、差動装置のこの実施形態において、複数の（たとえば、対の）サイドギア１４とすることができる。各サイドギア１４は、第１の環状のハブ部分３７を有することができる。各環状ハブ部分３７は、たとえば、自動車の車軸（図示略）を受け入れるように形成することができる。環状ハブ部分３７は、内側に、軸方向に整列した開口３８を形成する。開口３８を形成するサイドギア１４の環状ハブ部分３７の内側ラジアル表面は、複数のスプライン４０（即ち、スプライン結合される）を有することができる。車軸（図示略）は、内側に軸方向に整列された開口３７を形成する内側表面上にスプライン４０で相互結合によりサイドギア１４に接続することができる。従って、サイドギア１４は、一対の車軸にスプライン結合されるように形作ることができる。
【００２２】
複数のサイドギア１４（たとえば、差動装置に用いられる実施形態において）は、第１ギア１２の反対側に配置することができる。特に、ある実施形態において、対のサイドギア１４は、ヘリカルピニオン１２を保持するように形作られたトルクリング１８の反対側に配置することができる。各サイドギア１４は、外側表面４３を有する主部分４２を有する。外側表面４３は、サイドギア１４の軸線２４の円周回りに伸びている。外側表面４３は、そこから径方向外側に伸びる少なくとも１つの凸部を有する。この凸部４４は、サイドギア１４を支持するように形成することができる。特に、凸部４４は、トルクリング１８上に対応する要素と接触してサイドギア１４を支持するように形作られる。凸部４４は、トルクリング１８に設けた対応する凹部によって受け入れられるように作ることができる。サイドギア１４は、図示するように６つの凸部４４を含んでいる。６つの凸部４４は、詳細に述べられているが、サイドギア１４は、他の実施形態において、より少数またはより多くの凸部４４を含むことができる。凸部４４は、サイドギア１４を頑丈にするように形成することができる。
【００２３】
サイドギア１４の主部分４２は、さらに、ヘリカル面４６を含んでいる。各サイドギア１４のヘリカル面４６は、トルクリング１８に面する。各サイドギア１４のヘリカル面４６は、ピニオン１２とかみ合い係合している。ピニオン１２とサイドギア１４は、ギアのかみ合いを介してトルクを分け合うことができる。ある実施形態において、各サイドギア１４は、さらに、ヘリカル面４６に対向する平坦な表面４８を有する。ヘリカル面４６に対向する表面４８は、フラットに記載されているが、対向表面は、本発明に実施形態において、必ずしもフラットである必要はない。
【００２４】
ヘリカル面４６は、複数の歯５０を含む。サイドギア１４のヘリカル歯５０は、鍛造される。機械加工技術のかわりに鍛造技術を用いることは、サイドギア１４の強度を十分に改善する。さらに、サイドギア１４と関連した鍛造技術を用いることにより、サイドギア１４にハブ５２を有することができる。ハブ５２は、サイドギア１４と一体となり、さらに、サイドギア１４の内径ｄin.sgの円周回りに延びている。ハブ５２は、径方向に伸びる厚さＴを有する。径方向に伸びる厚さＴは、本発明の異なる実施形態に従って変化することができる。ハブ５２は、サイドギア１４の弱い部分の強度を改善するように形作ることができる。サイドギア１４のヘリカル歯５０の各々は、ハブ５２に向けて半径方向内方に伸びている。ハブ５２は、サイドギア１４のヘリカル歯５０の各々と一体になる。ある実施形態において、各ヘリカル歯５０の頂部表面は、ハブ５２の頂部表面にぴったり重なる。ハブ５２の頂部表面が、実施形態において、各ヘリカル歯の頂部表面にぴったり重なるが、ハブ５２の頂部表面は、本発明の他の実施形態において、各ヘリカル歯５０の頂部表面よりも高くまたは低くすることができる。
【００２５】
サイドギア１４上のヘリカル歯５０の数と、サイドギア１４上の歯フランクの形状は、本発明の実施形態に従って柔軟性を有する。サイドギア１４の歯数（即ち、ヘリカル歯５０の数）は、少ない歯数を考慮することができる。できる限り低い歯数が詳細に記載されているが、歯数は、本発明の他の実施形態において、低くまたは高くすることができる。ピニオン１２がその軸線回りに回転しそしてサイドギア１４の軸線２４の回りに移動するとき、サイドギア１４上のヘリカル歯５０に対する歯フランクは、ピニオン歯のフランクの連続する位置に対する包絡表面として決定される。サイドギア１４上の歯５０の歯フランクの点ｒｓｇの位置ベクトルは、以下に設定されるピニオン歯のフランク（式５）に対する式から導かれる。
【００２６】
【数５】
0005594495.tif 000006
【００２７】
ψＰの置換は、ｒｓｇを決定することが必要とされる。これは、以下に設定した接触（式６）の式を用いて達成できる。
【００２８】
【数６】
0005594495.tif 000007
式６に関連して、ｎＰは、ピニオン歯のフランクに対する単位法線ベクトルを示す。ＶΣは、サイドギア１４に対するピニオン１２の合力のベクトルを示す。ｎＰ及びＶΣは、以下の式(７及び８）に設定されるようにψＰの関数である。
【００２９】
【数７】
0005594495.tif 000008
【００３０】
【数８】
0005594495.tif 000009
式７及び式８において、ψＰを解くことにより、ψＰに対して導出された式は、式５に代入することができ、サイドギア１４の歯５０の歯フランクに対する表現に戻る。
【００３１】
サイドギア１４は、さらに、支持直径５３を含んでいる。特に、支持直径５３は、第２の環状ハブ部分５３（たとえば、第１の環状ハブ部分３７と同様の）を含む。しかし、支持直径５３は、第１の環状ハブ部分３７の外径よりも大きい外径を有する。さらに、支持直径５３は、ヘリカル面４６を含むサイドギア１４の主部分４２の外径よりも小さい外径を有する。支持直径５３は、サイドギア１４を更に補強するように形成される。
【００３２】
図８を参照すると、本発明の実施形態に従うギアセット１０を包含する、電気的に選択可能なロッキング・ディファレンシャルの分解図が図示されている。この差動装置は、更に、スラストワッシャーおよび／またはシム６２を含む。シム６２は、組立中のサイドギア１４の適当な方向／配置を調整するように形成される。シム６２は、支持直径５３に隣接して配置され、かつ第１の環状ハブ３７の回りに配置されている。従来のギアセットでは、シム６２は、ハブ３７の端部に配置される。本発明の実施形態に従うサイドギア１４を含むギアセット１０を包含する差動装置におけるシム６２の配置は、軸方向巻取りに影響を及ぼす。
【００３３】
ある実施形態において、上述のように設定すると、第１ギア１２は、差動装置に用いるヘリカルピニオンを含み、かつ、第１ギア１２は、トルクリング１８から第２ギア（たとえば、サイドギア１４）にトルクを伝達するように設けられている。ギアセット１０は、実施形態ではトルクリング１８の使用に関連して記載されているが、トルクリング１８は、本発明の他の実施形態では省略しても良い。また、第１ギア１２は、ボア３６を貫通して伸びる車軸に支持されるようにすることもできる。トルクリング１８を用いる実施形態において、トルクリング１８は、一般的にリング形状とすることができる。トルクリング１８は、本発明の実施形態において、１つの部品（即ち、単一の、統合したおよび／または単一構造）で作ることができる。トルクリング１８は、サイドギア１４間の放射状パターンに１つ以上のピニオン１２を配置するように構成することができる。トルクリング１８は、トルクリング１８の外周面５６からトルクリング１８内に伸びる複数の径方向内方に伸張する孔５４を有する。トルクリング１８の外周面５６は、図３Ｂに最も良く図示されているように、円筒形状である。したがって、トルクリング１８の最終面５６は、球面ではない。トルクリング１８を備えるギアセット１０の組立体を、球形の外周面で作ることはより難しいが、実施形態に従う外周面５６の円筒形状は、組立てを容易にする。
【００３４】
トルクリング１８の複数の孔５４は、各々軸線を有する。孔５４の軸線は、ほぼ径方向外側に伸びている。制限なしの例示のみであるが、トルクリング１８を貫通する概略６個の孔５４を設けることができる。６個の孔は、詳細に示されているが、本発明の他の実施形態において、孔５４の数を少なく又はより多くすることができる。これらの孔５４は、トルクリング１８の円周方向に等間隔に配置されている。複数の孔５４は、トルクリング１８の円周方向に等間隔に配置されていることが記載されているが、これらの孔５４は、本発明の他の実施形態において、異なる配置および／または形状で配置することができる。ピニオン１２は、トルクリング１８内の孔５４内に配置することができる。このように、ピニオン１２は、トルクリング１８の回りに円周方向に間隔を置いて配置される。ピニオン１２の数は、トルクリング１８内の孔の数に対応する。孔５４の数に対してより少ないピニオン１２が本発明の実施形態において用いることができる。本発明のこれらの実施形態において、少なくとも１つまたはそれ以上の孔５４は、開口したままである。この実施形態において、少なくとも１つまたはそれ以上の孔５４は開口のままであり、開いた孔５４は、トルクリングの回りに間隔を置いて、必ずしも規則的（たとえば、等角度で）に配置されていなくても良い。代わりに、開口した孔５４は、互いに隣接し、互いに離間し、いずれの配置および／または組合せで配置されていても良い。
【００３５】
ピニオン１２は、孔５４内で自由に回転することができる。ピニオン１２は、トルクリング１８のハウジング（ディファレンシャルケース）の内面と、トルクリング１８の半径方向内側部分５８との間で軸方向に捕捉されている。トルクリング１８のハウジング及びトルクリングの半径方向内側部分５８は、ピニオン１２が軸方向移動しないようにする。半径方向内側部分５８は、トルクリング１８の円周方向に伸びている。これにより、孔５８の各々を盲孔に構成する。孔５４の半径方向外側表面にある第１端部は、開口し、一方、半径方向内側部分５８にある孔５４の第２端部は、閉じている。孔５４の第２端部は、孔５４の第１端部に対向している。孔５４は盲孔を形成しているため、ピニオン１２に作用する他の移動部品（たとえば、差動装置の他の移動部品）から付加的な摩擦はないので、ギアセット１０に関連する摩擦量は減少する。さらに、半径方向内側部分５８は、中央車軸（図示略）の大きさをトルクリング１８に修正を必要としないで変更することができる。本発明のいくつかの実施形態では、トルクリング１８は、半径方向内側部分５８を通って中央車軸に伸びる開口を含んでいる。この開口は、ギアセット１０の部分的および／または完全な分解を必要としないで、ツールおよび／または他の道具を中央車軸に近づけられるように形作られている。
【００３６】
トルクリング１８は、トルクリング１８の側面に溝６０を更に含むことができる。このトルクリング１８は、ピニオン１２を外側表面上に支持するように作られ、ピニオン１２がサイドギア１４とかみ合うように規制している。トルクリング１８は、ピニオン１２（たとえば、ピニオン１２の外径ｄO.P）に圧力を加え、サイドギア１４の軸線２４（たとえば、軸中心線）回りにピニオンを半径方向に移動する。ピニオン１２とサイドギア１４とのかみ合いにより、サイドギア１４は、その軸線回りに回転するようになる。出力（たとえば、車軸）がサイドギア１４に結合して、地面に接地されると、ギアセット１０に連結された自動車が動き出す。サイドギア１４は、出力（たとえば、車軸）を介して接地され、異なる速度で回転すると、ピニオン１２は、トルクリング１８内でサイドギア１４とかみ合って補償されて回転する。ピニオン１２のヘリカル歯２０は、トルクリング１８の側面にあるチャネル６０（たとえば、対応するチャネル６０）内に伸びている。サイドギア１４のヘリカル面上のヘリカル歯５０は、トルクリング１８の側面に設けたチャネル６０内の伸びるようにしても良い。この場合、ピニオン１２のヘリカル歯２０は、サイドギア１４のヘリカル歯５０とかみ合うことができる。
【００３７】
トルクリング１８は、種々の実施形態を組み入れるために、構造的特徴に対して柔軟性を有するように形作ることができる。たとえば、トルクリング１８は、たとえば、図６Ａ−Ｂの実施形態で図示するように、車軸のＣクリップ２６に近づきかつ保持するための特徴を含むように修正することができる。別の例では、トルクリング１８は、トルクリング１８に加わる可能な差動トルクの量を支配する所定のせん断値で機能しないように設計された機械的フューズリンク６８を含むように修正することができる。
たとえば、機械的フューズリンク６８は、所定のトルクでせん断するせん断ピンを含む。この機械的フューズリンク６８は、トルクフューズおよび／またはトルク制限のために用いられる。機械的フューズリンク６８は、たとえば、所定のトルクに到達するまで、トルクリング１８をディファレンシャルケース６４に保持することができる。
【００３８】
ここで説明するように、ギアセット１０は、差動装置に用いられる。ギアセット１０は、差動装置と連結して用いるために記載されているが、ギアセット１０は、本発明の他の実施形態において他の応用に使用することができる。ギアセット１０が差動装置に用いられるとき、差動装置は、駆動軸の左右の車輪の両方に動力を維持しながら、自動車が回転することを可能にするように設けられている。本発明に従うギアセット１０と組み合う差動装置は、強度とタフネスを増加し、そして、コンパクトな差動装置の寸法に対して特に強靭である。ギアセット１０に組み合う差動装置のためのギアセットの包絡線は、比較的コンパクトであり、かつパッケージにおいて大いに柔軟性がある。さらに、本発明の実施形態に従うギアセット１０に組み合う差動装置は、部品の共通性（即ち、構成部品が差動装置の種々の形式に共通する）と輸送能力（即ち、自動車の種々のモデルに対して同一のギアセットと内部構成部品を用いる能力）を可能にし、これにより、製造の容易性を改善する。最後に、本発明の実施形態に従うギアセット１０を包含する差動装置は、より高いコストの材料の必要を減らし、かつ他の従来設計に関連するノイズ、振動、及び厳しさ（ＮＶＨ）を減じることができる。
【００３９】
ギアセット１０が差動装置内に組み込まれると、差動装置は、更に、ディファレンシャルケース６４を含む。ディファレンシャルケース６４は、ギアセット１０および／または差動装置の他のいくつかの構成要素を収納するように設ける。１つの実施形態において、ディファレンシャルケース６４は、製造を容易にするピニオンのクロスシャフトの複数のボアを必要としない。
【００４０】
従って、ディファレンシャルケース６４は、ピニオンのクロスシャフトの複数のボアを必要としないこれらの実施形態において、ディファレンシャルケースの各軸方向端部にのみ開口を有するように形作られる。ディファレンシャルケース６４は、低コスト材料から作ることができる。ディファレンシャルケース６４は、最小の負荷を受ける。差動装置は、更に、リングギア（図示略）を含むことができる。このリングギアは、ディファレンシャルケース６４を回転するための従来の方法において、入力源および／または駆動源（図示略）に連結することができる。ギアセット１０がトルクリング１８を用いる実施形態では、トルクリング１８は、従来技術の方法でディファレンシャルケース６４内に取り付けられ、差動装置と共転するように形成される。たとえば、トルクリング１８は、複数の軸方向に延びる開口を含み、この開口を通って、複数の固定具６６がトルクリング１８とディファレンシャルケース６４を貫通する。この方法では、リングギアからのトルクは、リングギアに機械的な接続具および／または取付具（たとえば、リングギアに直接取り付けられる）によってトルクリング１８に加えられる。
【００４１】
ギアセット１０は、種々の実施形態におけるオープン・ディファレンシャル、制限スリップ型差動装置、および／またはロッキング・ディファレンシャルに用いることができる。しかし、オープン・ディファレンシャルは、一般的に、トルクが最小の抵抗路となるように形作られる。この抵抗路は、自動車が、最大牽引を有する車輪にトルクを伝達すべき能力がないために動きが取れないような最も危険な状態を与える。
【００４２】
制限スリップ型差動装置は、オープン・ディファレンシャルに本質的に類似するが、更にクラッチパック６５を含んでいる。このクラッチパックは、１つの車輪から他の車輪に一部の動力を伝達することによって（たとえば、サイドギア１４が牽引のアンバランスによって異なる速度に強いられる場合）、オープン・ディファレンシャルに関連するスリップを制限するように構成される。クラッチパック６５は、図１０に最も良く説明されている。このクラッチパック６５は、機械的にサイドギア１４、トルクギア１８、および／またはディファレンシャルケースに連結され、スリップを制限し、牽引力を保つ。制限スリップ型差動装置において、ピニオン１２がサイドギア１４にかみ合ってトルクリング内で回転するので、分離力が、サイドギア１４を外側に押圧する圧力を加える。サイドギア１４の力は、クラッチパック６５のクラッチ板を押圧するの用いることができる。本発明によれば、トルクリング１８及びサイドギア１４は、サイドギア１４を外側にねじるためのギア分離力をより多く与えるように形作られる。これにより、クラッチパック６５のクラッチ板を押圧するために利用できる圧力を増加させる。代わりに、本発明に従うギアセット１０を包含する制限スリップ型差動装置は、ピニオンがトルクリング１８内で回転するように、ピニオン１２上に抗力を導くように構成される。
【００４３】
ロッキング・ディファレンシャルは、オープン・ディファレンシャルに略類似しているが、自動車の通常運転中、自由な差動動作を維持し、しかし、過度に車輪がスリップするとき、十分にロックされるように、２つの車輪が異なる速度（即ち、オープン・ディファレンシャルと同様に）で作動できるようにする。すなわち、車輪がスリップし始めると、駆動車軸は、両方の車輪に十分な動力を与えて、左右に十分ロックされる。ロッキング・ディファレンシャルは、実施形態に下って、選択可能なロッキング・ディファレンシャルを含む。しかし、このロッキング機能は、他の実施形態において自動的である。
【００４４】
図８を参照すると、ロッキング・ディファレンシャルの分解図が図示されている。本発明の実施形態において、ギアセット１０の少なくとも一部分が収納されるディファレンシャルケース６４は、フランジ本体（たとえば、図示するように）を含んでいる。特に、ディファレンシャルケース１２は、従来設計に対比して比較的短い差動装置の構成部品を収納するために軸方向長さＬを有するように形作られる。従って、ロッキング・ディファレンシャルは、コンパクトな寸法を有するが、差動装置の構成部品を収納するように形成することができる。ある実施形態において、ギアセット１０とトルクリング１８のコンパクト化なしでは、ロッキング用構成要素と同様に、差動装置のために十分な空間を見出すことが困難である。図８を参照すると、ロッキング・ディファレンシャルは、更にカバー７０を含む。カバー７０は、ディファレンシャルケース６４に連結するように形作られる。カバー７０は、ハブ７２とフランジ部分７４とを含む。カバー７０のフランジ部分７４は、差動装置の実施形態において、ディファレンシャルケース６４のフランジ部分に対応するように形作られる。
【００４５】
さらに、図８において、ロッキング・ディファレンシャルは、さらに、ロッキングリング７６を含む。また、このロッキングリング７６は、ロックカラーと呼ばれる。ロッキングリング７６は、このリングが係合するとき、左右の車軸をロックさせるように構成されている。トルクリング１８は、差動または設計のモードに依存するピニオン１２またはロッキングリング７６へのトルク径路を与えるように構成される。ロッキングリング７６は、一般的にリング形状であり、軸方向に伸びる複数の突起７８を含む。複数の突起７８は、ロッキングリング７６の周回りに間隔を置いて配置されている。突起７８は、本発明の実施形態において、等角度に間隔を置いて配置されているが、これらの突起７８は、本発明の他の実施形態において、異なる配置および／または形状で配置することができる。ロッキングリング７６は、実質的に増加した直径に配置され、かつトルクリング１８に直接結合される。
【００４６】
さらに図８において、ロッキング・ディファレンシャルは、アクチュエータ８０を更に含む。このアクチュエータ８０は、ロッキングリング７６を係合し、ロッキングリング７６をサイドギア１４に係合させるように設けられ、左右に車軸を固定させる。アクチュエータ８０は、次の方法：電気、真空、空気圧、油圧、又は機械的手段の１つまたはそれ以上の方法によって駆動および／または信号を送ることができる。図１１によれば、アクチュエータ８０の空気または油圧による機械的手段が図示されている。図８に戻ると、電気手段が、実施形態において、アクチュエータ８０用として用いられる。アクチュエータ８０は、スタータハウジング８２とアーマチュアプレート８４を含む。スタータハウジング８２は、アーマチュアプレート８４を作動させるように構成されたスタータを収納する。アーマチュアプレート８４は、次にロッキングリング７６を作動させるように作られる。このように、アクチュエータ８０は、動作時に、サイドギア１４にスプライン係合し、さらに、補完のフェース歯形状を介してトルクリング１８に連結（例えば、結合）されるロッキングリングにその動きを中継する。フェース歯形状は、負荷されたトルクを利用し、そして、ロッキングリング７６を引っ張って十分に係合させるように、角度付けされた接触面を有している。
【００４７】
例えば、図８に示されるロッキング・ディファレンシャルは、アクチュエータ８０が係合するまでオープン・ディファレンシャルとして機能する。リングギア（図示略）からのトルクが、トルクリング１８に加えられると、ロッキングリング７６（例えば、トルクリング１８に連結された）は、サイドギア１４にトルクを伝達し、そして、サイドギア１４とトルクリング１８との間の相対運動を起こさない。サイドギア１４の一方は、トルクリング１８に直接連結されるが、サイドギア１４の他方は、ピニオン１２とかみ合うギアを介してトルクリング１８に対して移動することはできない。このロック状態は、駆動中、アクチュエータ８０の動力が維持されている限り、惰性、前進、逆転、停止、および始動の動きをし続ける。アクチュエータの動力及びトルク圧力が取り除かれると、サイドギア１４とロッキング構成部品７６との間で作動する戻りばね（図示略）が、ロッキング構成部品７６をデフォルトの非ロック位置に戻す。アクチュエータ８０が電気アクチュエータから構成されるとき、スタータハウジング８２内のスタータを作動させないことにより、アーマチュアプレート８４は、後退し、そして、選択可能なロッキング・ディファレンシャルが、オープン差動状態に戻る。
【００４８】
図８に示すように、例えば、ロッキング・ディファレンシャルは、１２ＶＤＣ電源（即ち、自己充足の）以外、作動のための外部設備を必要としない。ロッキング・ディファレンシャルは、低いバックラッシュを有する改良された作動方法を有し、いくつかの実施形態において、共通のワイヤハーネスを用いる確かなロック指示を有する。ロッキング・ディファレンシャルは、また、異なるおよび／または種々のディファレンシャルケースにおける設備のために形作られ、システムに対して必要な修正部分として、このような伝達能力を達成するために、アクチュエータピンおよび／またはサイドギア１４のハブにスプライン係合した車軸の長さがある。
【００４９】
本発明の特定の実施形態についての上記記述は、説明及び記述を目的として表現してきた。これらは、本発明を開示された正確な形状を包括し、または、これらに限定することを意図するものではなく、種々の修正及び変形が上記考察に照らして可能である。複数の実施形態が、本発明の原理及び実際の利用を説明するために選択されかつ記述された。これにより、当業者が本発明、及び熟慮した特定の使用に適している種々の修正を含む実施形態を利用することができる。本発明は、上記記載において詳細に説明してきたが、本発明の種々の変形及び修正は、この明細書を読みかつ理解することにより当業者には明らかになるであろう。全てのこのような変更及び修正は、添付の請求の範囲内にある限り、本発明に包含されることを意図している。本発明の範囲は、ここに添付された請求項及び等価物によって定められることを意図している。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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