(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディファレンシャルギアアセンブリであって、
互いから隔てられ且つ互いに同軸に揃えられた第１のサンギア及び第２のサンギアであって、前記第１のサンギアは、前記第２のサンギアの方を向いた第１の表面を含み、前記第２のサンギアは、前記第１のサンギアの方を向いた第２の表面を含む、第１のサンギア及び第２のサンギアと、
前記第１のサンギアと前記第２のサンギアとの間に配置されたプリロード部材であって、前記第１のサンギアの方を向いた第３の表面と、前記第２のサンギアの方を向いた第４の表面とを含む、プリロード部材と、
を備え、前記第１の表面及び前記第３の表面の各自は、カムプロフィールを有しており、
前記第１の表面と前記第３の表面との相対的な回転運動は、前記第１のサンギア及び前記第２のサンギアの軸方向運動を生じさせ、
前記第２の表面及び前記第４の表面は、互いに相対的に回転可能であり、
前記第２の表面及び前記第４の表面は、実質的に平坦であり、
前記第１の表面が連続曲線を形成する部分を有し、前記第３の表面が連続曲線を形成する部分を有し、動作中において、前記第１の表面の前記部分が前記第３の表面の前記部分に沿って滑る、ディファレンシャルギアアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記第１の表面及び前記第３の表面の前記カムプロフィールは、相補的である、アセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載のアセンブリであって、
前記第１の表面は、約０．０５ｍｍから約０．１５ｍｍまでの隆起を有する、アセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記プリロード部材は、第１のプリロードハブと、第２のプリロードハブと、前記第１のプリロードハブと前記第２のプリロードハブとの間に配置されたバネパックとを含む、
アセンブリ。
【請求項５】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記第４の表面は、約０．０１から約０．７０までの摩擦係数を有する、アセンブリ。
【請求項６】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記第１の表面及び前記第３の表面は、前記第１のサンギアと前記プリロード部材との相対的な回転運動に応えて前記第１のサンギアと前記第２のサンギアとを互いから離れさせるように成形される、アセンブリ。
【請求項７】
請求項６に記載のアセンブリであって、
前記プリロード部材は、前記第１のサンギア及び第２のサンギアに向かって軸方向の力を提供するように構成されたバネを含む、アセンブリ。
【請求項８】
ディファレンシャルギアアセンブリを動作させる方法であって、
請求項１に記載のディファレンシャルギアアセンブリを含む車両を提供することと、
前記第１のサンギアが前記プリロードアセンブリに相対的に回転していない間に、前記プリロードアセンブリを前記第２のサンギアに相対的に回転させることと、
前記第２のサンギアが前記プリロードアセンブリに相対的に回転している間に、前記プリロードアセンブリを前記第１のサンギアに相対的に回転させることと、
を備える方法。
【請求項９】
請求項１に記載のアセンブリであって、
前記プリロード部材は、前記ディファレンシャルギアアセンブリが基本垂直抗力を維持するように構成されている、アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願＞
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、２００７年８月１４日出願の米国仮出願第６０／９５５，８３１号、２００７年９月７日出願の米国仮出願第６０／９７０，８６６号、及び２００７年１０月３０日出願の米国仮出願第６０／９８３，８８３号の優先権の利益を主張し、これらは、参照によって本明細書に全開示内容を組み込まれるものとする。
＜技術分野＞
本発明は、全体として、自動車に関するものであり、特に、自動車のディファレンシャルギアに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両は、エンジンからの回転動力を被駆動車輪に伝達するためのギアシステムを含む。車両が角を曲がるとき、車両の被駆動車輪は、異なる長さの経路を移動する。すなわち、カーブの内側の車輪は、カーブの外側の車輪よりも短い距離を移動する。したがって、このような場合は、異なる回転速度を被駆動車輪に提供する必要がある。
【０００３】
通常、車両は、車両の被駆動車輪を異なる回転速度で駆動することを可能にするために、ディファレンシャルギアを用いる。図１を参照すると、車両１は、エンジン１０と、車輪２０ａ〜２０ｄと、トランスミッション３０と、ディファレンシャルギア４０と、ホイールシャフト５０ａ、５０ｂとを含む。図示された車両１は、前輪駆動タイプであり、したがって、２つの前輪２０ａ、２０ｂが駆動される。トランスミッション３０は、エンジン１０からの回転動力を、ディファレンシャルギア４０及びホイールシャフト５０ａ、５０ｂを通じて被駆動車輪２０ａ、２０ｂに伝達する。車両１が直進しているときは、ディファレンシャルギア４０は、ホイールシャフト５０ａ、５０ｂを実質的に同じ速度で回転させる。他方、車輪１が角を曲がるときは、ディファレンシャルギア４０は、ホイールシャフト５０ａ、５０ｂを異なる速度で回転させる。ディファレンシャルギア４０は、駆動系の平均回転速度に相対的な、大きさが等しく且つ方向が反対の量だけ、カーブの外側の車輪の回転速度を加速させるとともにカーブの内側の車輪の回転速度を減速させるように構成される。
【０００４】
たとえ直進している間でも、車両は、被駆動車輪が実質的に同じ速度で回転しない状況に出くわすことがある。このような状況は、通常は、被駆動車輪が異なる路面条件を受けるときに起きる。例えば、もし一方の被駆動車輪が氷の地面の上にあり、他方がそうでない場合は、氷の地面の上にある方の車輪が空転する間に、他方の車輪の回転速度がディファレンシャルギアを通じて減少されると考えられる。いずれか一方のアクスルシャフトの最大伝達トルクは、反対側のアクスルシャフトの最大支持トルク又は最大持続トルクによって制限されるので、その効果は、十分に支持されているアクスルシャフトにかかるトルクが、そのアクスルシャフトの回転速度の減少とともに減少することである。この効果は、他方の車輪に供給されるトルクの減少を招くような状況として顕在化する。したがって、被駆動車輪のセットが異なる路面条件を受けるときに、高い抵抗負荷を受ける車輪（例えばタイヤと路面との間の相対摩擦係数が高い車輪）に取り付けられた十分に支持されている被駆動アクスルに効果的にトルクを提供することができるような、ディファレンシャルギアを提供する必要がある。
【０００５】
（発明の概要）
一実施形態は、ディファレンシャルギアアセンブリである。ディファレンシャルギアアセンブリは、互いに同軸に揃えられた第１のサンギア及び第２のサンギアを含む。第１及び第２のサンギアの各自は、第１の方向に伸びた中心軸を有する。ディファレンシャルギアは、また、第１のサンギアと嵌め合わせ係合している第１のプラネタリギアのセットを含む。第１のプラネタリギアのセットの各自は、第１の方向に伸びた軸を有する。第１のプラネタリギアのセットの各自は、その軸に実質的に垂直な第１の軸方向外面を有する。第１の軸方向外面は、第２のサンギアの方を向いていない。ディファレンシャルギアアセンブリは、更に、第２のサンギアと嵌め合わせ係合している第２のプラネタリギアのセットを含み、第１及び第２のプラネタリギアのセットは、互いに嵌め合わせ係合している。第２のプラネタリギアのセットの各自は、第１の方向に伸びた軸を有する。第２のプラネタリギアのセットの各自は、その軸に実質的に垂直な第２の軸方向外面を有する。第２の軸方向外面は、第１のサンギアの方を向いていない。ディファレンシャルギアアセンブリは、更に、第１のプラネタリギアのセットのそれぞれの第１の軸方向外面に各自面している摩擦部材を通じて提供される第１の対地面摩擦界面と、第２のプラネタリギアのセットのそれぞれの第２の軸方向外面に各自面している摩擦部材を通じて提供される第２の対地面摩擦界面とを含む。ディファレンシャルギアアセンブリは、更に、上記第１の摩擦部材のセットの少なくとも複数の部材をつなぎあわせる第１のボディと、上記第２の摩擦部材のセットの少なくとも複数の部材をつなぎあわせる第２のボディとを含む。
【０００６】
別の実施形態は、互いから隔てられ且つ互いに同軸に揃えられた第１のサンギア及び第２のサンギアを含むディファレンシャルギアアセンブリである。第１のサンギアは、第２のサンギアの方を向いた第１の表面を含む。第２のサンギアは、第１のサンギアの方を向いた第２の表面を含む。ディファレンシャルギアアセンブリは、更に、第１のサンギアと第２のサンギアとの間に配置されたプリロード部材又はバイアス部材を含む。プリロード部材は、第１のサンギアの方を向いた第３の表面と、第２のサンギアの方を向いた第４の表面とを含む。プリロード部材は、システムの２つの出力間においてトルクバイアスを提供するように設計され開発される。第１の表面及び第３の表面の各自は、カムプロフィールを有する。上記第１の表面と上記第３の表面との相対的な回転運動は、上記第１のサンギア及び上記第２のサンギアの軸方向運動を生じさせる。第２の表面及び第４の表面は、互いに相対的に回転する。
【０００７】
更に別の実施形態は、互いから隔てられ且つ互いに同軸に揃えられた第１のサンギア及び第２のサンギアを含むディファレンシャルギアアセンブリである。第１のサンギアは、第２のサンギアの方を向いた第１の表面を含む。第２のサンギアは、第１のサンギアの方を向いた第２の表面を含む。ディファレンシャルギアアセンブリは、更に、第１のサンギアと第２のサンギアとの間に配置されたプリロード部材又はバイアス部材を含む。プリロード部材は、第１のサンギアの方を向いた第３の表面と、第２のサンギアの方を向いた第４の表面とを含む。第１の表面及び第３の表面は、上記第１のサンギアと上記プリロード部材との相対的な回転運動に応えて上記第１のサンギアと上記第２のサンギアとを互いから離れさせるように成形される。第４の表面は、実質的に平坦な摩擦表面を形成する。
【０００８】
本発明、及びそれによって達成される先行技術に優る利点の概要を述べる目的で、本発明の幾つかの目的及び利点が、以上で説明されている、そして更に後述される。もちろん、このような目的又は利点は、本発明のどの特定の実施形態にしたがっても必ずしも全てを達成可能であるとは限らないことを理解されるべきである。したがって、例えば、当業者ならばわかるように、本発明は、本明細書で教示される１つ又は一連の利点を本明細書で教示される又は示唆されるであろうその他の目的又は利点も必ずしも達成することなく達成する又は最適化する方式で、具現化又は実施することが可能である。
【０００９】
これらの実施形態は、全て、本明細書で開示される本発明の範囲内であることを意図される。当業者にならば、本発明のこれらの及びその他の実施形態が、添付の図面を参照に
した好ましい実施形態の以下の詳細な説明から容易に明らかになる。本発明は、開示されるどの特定の（１つ又は２つ以上の）好ましい実施形態にも限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ディファレンシャルギアを伴う従来の自動車の概略斜視図である。
【図２】一実施形態にしたがったディファレンシャルギアアセンブリの断面である。
【図３Ａ】図２のディファレンシャルギアアセンブリの、線３Ａ−３Ａに沿った断面である。
【図３Ｂ】図２のディファレンシャルギアアセンブリの、線３Ｂ−３Ｂに沿った断面である。
【図４】図２のディファレンシャルギアアセンブリの分解斜視図である。
【図５Ａ】中心プリロードアセンブリ又は中心バイアスアセンブリ、及びサイドギアの一実施形態の側面図である。
【図５Ｂ】図５Ａの中心プリロードアセンブリ及びサイドギアの分解斜視図である。
【図６】ピニオンギア及び摩擦板の一実施形態の分解斜視図である。
【図７Ａ】カムプロフィールを有する中心プリロードアセンブリ及びサイドギアの別の実施形態の側面図である。
【図７Ｂ】図７Ａの中心プリロードアセンブリ及びサイドギアの分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ディファレンシャルギアアセンブリ
上述のように、被駆動車輪が異なる路面条件を受けるときにそれらの被駆動車輪に効果的にトルクを提供することができる差動動作（又は運動）を提供することが、必要とされている。一実施形態では、ディファレンシャルギアは、被駆動車輪のセットのうちスリップしている方の車輪の回転速度の増加を遅らせるために、その内部に摩擦を提供するように構成される。この構成は、スリップしていない方の被駆動車輪のトルクの減少を効果的に抑えることによって、スリップしていない方の車輪に供給されるトルクの減少を抑える。
【００１２】
図２〜３Ｂは、車両に使用するためのディファレンシャルギアアセンブリ１００を図示している。図４は、同じディファレンシャルギアアセンブリ１００を、分解した形で図示している。車両は、前輪駆動タイプ、後輪駆動タイプ、及び四輪駆動タイプのいずれかであってよい。
【００１３】
図２を参照すると、図示されたディファレンシャルギアアセンブリ１００は、フランジ端ハウジング１１０ａと小端ハウジング１１０ｂとを含むケーシング１１０を含む。フランジ端ハウジング１１０ａと小端ハウジング１１０ｂとは、ボルト１１７（図３Ａ）及び止めピン１１８（図４）によって、互いに剛結合されている。ボルト１１７及び止めピン１１８の数は、ケーシング１１０の設計に応じて大きく異なってよい。
【００１４】
フランジ端ハウジング１１０ａ及び小端ハウジング１１０ｂは、円筒状の内部通路１１２（図２）を画定している。通路１１２の各端１１２ａ、１１２ｂは、車両の被駆動車輪を取り付けられたハーフシャフト（不図示。例えば、図１のホイールシャフト５０ａ、５０ｂ）を納めるように成形される。また、フランジ端ハウジング１１０ａ及び小端ハウジング１１０ｂは、第１のサイドギア１２０ａ、第２のサイドギア１２０ｂ、第１の複数のピニオンギア１３０ａ、第２の複数のピニオンギア１３０ｂ（図３Ｂ）、中心プリロードアセンブリ又は中心バイアスアセンブリ１４０、第１の摩擦板１５０ａ、及び第２の摩擦
板１５０ｂを含む、各種の部材を収容するように、あわせて構成される。
【００１５】
図３Ａを参照すると、第１のサイドギア１２０ａが、サンギアとしての働きをする一方で、第１の複数のピニオンギア１３０ａは、第１のサイドギア１２０ａに噛み合わせ係合してそれを取り囲むプラネタリギアとして機能する。同様に、第２のサイドギア１２０ｂが、別のサンギアとしての働きをする一方で、第２の複数のピニオンギア１３０ｂ（図３Ｂ）は、第２のサイドギア１２０ｂに噛み合わせ係合してそれを取り囲むプラネタリギアとして機能する。図２を再び参照すると、第１のサイドギア１２０ａと第２のサイドギア１２０ｂとは、互いに同軸に揃えられている。第１及び第２のサイドギア１２０ａ、１２０ｂの各自は、その中を第１の方向に伸びた中心軸Ｓａ、Ｓｂを有する。
【００１６】
図示された実施形態では、第１のサイドギア１２０ａは、外側ねじれ歯１２１ａを含み、各歯は、第１のサイドギア１２０ａの外側軸方向端から見たときにねじれ角を画定している。第２のサイドギア１２０ｂは、外側ねじれ歯１２１ｂを含み、各歯は、上記と同じ基準点から見たときに別のねじれ角を画定している。第１のサイドギア１２０ａは、フランジ端ハウジング１１０ａの円筒状凹所１１３ａによって、ケーシング１１０内に維持される。第２のサイドギア１２０ｂは、小端ハウジング１１０ｂの円筒状凹所１１３ｂによって、ケーシング１１０内に維持される。
【００１７】
第１及び第２のサイドギア１２０ａ、１２０ｂの各自は、第１及び第２のサイドギア１２０ａ、１２０ｂとハーフシャフトとが同じ回転速度で回転するような回転固定方式で、それぞれのハーフシャフトに取り付けられる。好ましくは、第１及び第２のサイドギア１２０ａ、１２０ｂの各自は、各ハーフシャフトの持つ相補的な溝付き外面と嵌り合う溝付き内面１２２（図３Ａ）を有する。第１及び第２のサイドギア１２０ａ、１２０ｂは、通路１１２内に回転可能に取り付けられるので、第１及び第２のサイドギア１２０ａ、１２０ｂ並びにハーフシャフトは、ケーシング１１０に対して回転可能である。
【００１８】
図３Ａを参照すると、図示されたケーシング１１０は、ケーシング１１０内に形成されたポケット壁１１６ａによって画定された第１の６つの円筒状ポケット１１５ａのセットを含む。図３Ａに示されるように、各ポケット１１５ａは、部分的に形成された円、又は不完全な円を形成している。ポケット１１５ａは、ケーシング１１０、サイドギア１２０ａ、１２０ｂ、及びハーフシャフトの回転軸を中心に、等しい又は等しくない角度間隔で円状に配置される。第１のポケット１１５ａのセットは、フランジ端ハウジング１１０ａ内の揃った軸方向穴によって形成される。その他の実施形態では、ポケット１１５ａは、非円筒形状、不均一なサイズ、直径、又は長さ、及び不均一な相対的位置を有してよい。各ポケット１１５ａは、そのポケットに入れられる（又は位置決めされる）第１の複数のピニオンギア１３０ａのうちの対応する１つを包囲するように、サイズを設定され適応され、これにより、第１の６つのピニオンギア１３０ａのセットが提供される。第１の複数のピニオンギア１３０ａの各自は、ねじれ歯を含み、各歯は、第１のサイドギア１２０ａの外側軸方向端から見たときに角度を画定している。図３Ａに示されるように、第１の複数のピニオンギア１３０ａは、第１のサイドギア１２０ａと噛み合わせ係合している。
【００１９】
図３Ｂを参照すると、図示されたケーシング１１０は、ケーシング１１０内に形成されたポケット壁１１６ｂによって画定された第２の６つの円筒状ポケット１１５ｂのセットも含む。図３Ｂに示されるように、各ポケット１１５ｂは、部分的に形成された円、又は不完全な円を形成している。ポケット１１５ｂは、ケーシング１１０、サイドギア１２０ａ、１２０ｂ、及びハーフシャフトの回転軸を中心に、円状に配置される。ポケット１１５ｂは、小端ハウジング１１０ｂ内の揃った軸方向穴によって形成される。その他の実施形態では、ポケット１１５ｂは、非円筒形状、不均一なサイズ、直径、又は長さ、及び不均一な相対的位置を有してよい。各ポケット１１５ｂは、そのポケット内に入れられる（
又は位置決めされる）第２の複数のピニオンギア１３０ｂのうちの対応する１つを包囲するように、サイズを設定され適応され、これにより、第２の６つのピニオンギア１３０ｂのセットが提供される。第２の複数のピニオンギア１３０ｂの各自は、ねじれ歯を含み、各歯は、第２のサイドギア１２０ｂの外側軸方向端から見たときに角度を画定している。第２の複数のピニオンギア１３０ｂは、第２のサイドギア１２０ｂと噛み合わせ係合している。
【００２０】
第１の複数のピニオンギア１３０ａの各自は、サイドギア１２０ａ、１２０ｂの軸Ｓａ、Ｓｂ（図２）が伸びる第１の方向に伸びた軸Ｐａ（図３Ａ）を有する。第１の複数のピニオンギア１３０ａの各自は、端表面のペアを有し、そのうちの１つは、ギアの軸Ｐａに実質的に垂直な軸方向外面１３２ａ（図２）を画定している。第１の複数のピニオンギア１３０ａの各自の軸方向外面１３２ａは、第２のサイドギア１２０ｂの方を向いていない。同様に、第２の複数のピニオンギア１３０ｂの各自は、サイドギア１２０ａ、１２０ｂの軸Ｓａ、Ｓｂが伸びる第１の方向に伸びた軸Ｐｂ（図２）を有する。第２の複数のピニオンギア１３０ｂの各自は、端表面のペアを有し、そのうちの１つは、ギアの軸Ｐｂに実質的に垂直な軸方向外面を画定している。第２の複数のピニオンギア１３０ｂの各自の軸方向外面１３２ｂは、第１のサイドギア１２０ａの方を向いていない。
【００２１】
また、図３Ｂに最も良くみられるように、ポケット１１５ａ、１１５ｂの各自は、隣接する２つのポケット１１５ｂ、１１５ａと交わっており、逆もまた同様である。ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂの各自は、隣接する２つのピニオンギア１３０ｂ、１３０ａと噛み合わせ係合しており、逆もまた同様である。したがって、当該分野でよく知られているように、一方のピニオンギア１３０ａ、１３０ｂのセットが、第１の方向に回転する間に、もう一方のピニオンギア１３０ｂ、１３０ａのセットは、反対方向に回転する。
【００２２】
中心プリロードアセンブリ
図５Ａ及び５Ｂを参照すると、第１及び第２のサイドギア１２０ａ、１２０ｂは、中心プリロードアセンブリ又は中心バイアスアセンブリ１４０によって隔てられている。第１のサイドギア１２０ａが、第２のサイドギア１２０ｂの方を向いた第１の環状側面１２５ａを含む一方で、第２のサイドギア１２０ｂは、第１のサイドギア１２０ａの方を向いた第２の環状側面１２５ｂを含む。環状側面１２５ａ、１２５ｂの各自は、各サイドギア１２０ａ、１２０ｂの最外部分に画定され、ギアの歯はそこから広がっている。図示されたプリロードアセンブリ１４０は、バネパック１４１と、第１のプリロードハブ１４５ａと、第２のプリロードハブ１４５ｂとを含む。バネパック１４１は、第１のプリロードハブ１４５ａと第２のプリロードハブ１４５ｂとの間に配置される。第１のプリロードハブ１４５ａ及び第２のプリロードハブ１４５ｂの各自は、その内側軸方向側に内部環状隆条１４６ａ、１４６ｂを含み、バネパック１４１を納めるための凹所がそれら２つの隆条によって形成されるようにしている。第１のプリロードハブ１４５ａは、第１のサイドギア１２０ａの第１の表面１２５ａの方を向いた第１の環状ハブ側面１４７ａを含む。第２のプリロードハブ１４５ｂは、第２のサイドギア１２０ｂの第２の表面１２５ｂの方を向いた第２の環状ハブ側面１４７ｂを含む。第１及び第２のプリロードハブ１４５ａ、１４５ｂは、摩擦に起因する接線トルクを第１のサイドギア１２０ａ及び第２のサイドギア１２０ｂの軸方向端にそれぞれ付与する。この構成は、ディファレンシャルギアアセンブリ１００の動作に関する以下の説明からより良く理解されるように、サイドギア１２０ａ、１２０ｂの回転を遅らせる。
【００２３】
バネパック１４１は、例えば、Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅタイプの皿バネ、又はコイルバネ、又はその他の任意のエネルギ蓄積装置を含んでよい。バネパック１４１は、第１及び第２のプリロードハブ１４５ａ、１４５ｂをそれぞれ軸方向外向きに第１及び第２のサイドギア１２０ａ、１２０ｂに対抗して付勢する垂直な力を提供する。バネパック１４１によ
って生成される垂直な力は、したがって、２つのサイドギア１２０ａ、１２０ｂの１つと、対応するプリロードハブ１４５ａ、１４５ｂの１つとの間に、軸方向の垂直な力を生成する。この場合、垂直な力は、２つの平行な表面１２５ａと１４７ａ又は１２５ｂと１４７ｂをこれらの表面に垂直な方向に押し合わせる正味の力である。この垂直な力に、２つの回転部材（すなわち、第１のサイドギア１２０ａと第１のプリロードハブ１４５ａや、第２のサイドギア１２０ｂと第２のプリロードハブ１４５ｂ）の摩擦係数を乗じると、抵抗力が生成される。この抵抗力に、サイドギア１２０ａ、１２０ｂの各自における摩擦表面の平均半径を乗じると、抵抗トルクが生成され、これは、ゼロ（又は近ゼロ）駆動系トルク条件におけるバイアス効果を形成する。「ゼロ駆動系トルク条件」という用語は、例えば、滑りやすい路面上で被駆動車輪がスリップしているときに、少なくとも１つの被駆動車輪にトルクが供給されない状況を言う。
【００２４】
摩擦板
次に、図２、図４、及び図６を参照にして、第１及び第２の摩擦板１５０ａ、１５０ｂの構成について詳しく説明する。第１及び第２の摩擦板１５０ａ、１５０ｂは、制御可能で且つ定義可能な摩擦係数を提供する働きをし、それを通じて、駆動系によるトルクの管理及びバイアスを差動動作に特有に設計することができる。摩擦板は、第１及び第２のピニオンギア１３０ａ、１３０ｂのセットの回転エネルギをそれぞれ熱として散失させる働きをする。図示された実施形態では、第１の摩擦板１５０ａは、第１のピニオンギア１３０ａのセットの軸方向外面１３２ａに接触するように成形され位置決めされる。第２の摩擦板１５０ｂは、第２のピニオンギア１３０ｂのセットの軸方向外面１３２ｂに接触するように成形され位置決めされる。好ましくは、摩擦板１５０ａ、１５０ｂは、設計によって、ケーシング１１０に対して回転しないように固定される。
【００２５】
第１及び第２の摩擦板１５０ａ、１５０ｂは、第１及び第２のピニオンギア１３０ａ、１３０ｂのセットの軸方向外面１３２ａ、１３２ｂ上に摩擦係数を提供するように、摩擦材料を保持している。ディファレンシャルギアアセンブリ１００の動作に関する以下の説明からより良く理解されるように、ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂが、摩擦板１５０ａ、１５０ｂにスラスト荷重を作用させるにつれ、ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂと摩擦板１５０ａ、１５０ｂとの間に発生する摩擦は、ケーシング１１０に相対的なピニオンギア１３０ａ、１３０ｂのスピン速度を減少させる。この構成は、スリップしている被駆動車輪に結合されたピニオンギアのセットがスピンする量を、効果的に減少させることによって、スリップしていないもう一方の被駆動車輪に結合されたもう一方のピニオンギアのセットに伝達されるトルクを増大させる。所望の摩擦係数を有する材料を、摩擦板１５０ａ、１５０ｂ用に選択することによって、ディファレンシャルギアアセンブリは、所定の応用にあわせて調整することができる。
【００２６】
図４に示されるように、第１の摩擦板１５０ａは、第２の摩擦板１５０ｂと同じ構成を有することができるが、そうである必要はない。第１及び第２の摩擦板１５０ａ、１５０ｂの各自は、花弁の形又は向日葵の形を有することができる。第１及び第２の摩擦板１５０ａ、１５０ｂの各自は、リング状ボディ１５２ａ、１５２ｂと、摩擦パッド部分１５４ａ、１５４ｂとを含む。リング状ボディ１５２ａ、１５２ｂは、ボディ１５２ａ、１５２ｂから径方向に外向きに広がる複数の突出１５３ａ、１５３ｂを含む。突出は、摩擦材料がピニオンの軸方向面に重心を置く形で配されるように、間隔が空いている。パッド部分１５４ａ、１５４ｂは、突出１５３ａ、１５３ｂに結合することができる。当業者ならば、摩擦パッド部分１５４ａ、１５４ｂが、各種の方式でボディ１５２ａ、１５２ｂに結合可能であることがわかる。
【００２７】
第１の摩擦板１５０ａのパッド部分１５４ａの各自は、第１のピニオンギア１３０ａのセットのそれぞれの軸方向外面１３２ａに接触するように構成される（図４）。同様に、
第２の摩擦板１５０ｂのパッド部分１５４ｂの各自は、第２のピニオンギア１３０ｂのセットのそれぞれの軸方向外面１３２ｂに接触するように構成される。パッド部分１５４ａ、１５４ｂが、ボディ１５２ａ、１５２ｂに取り付けられるゆえに、第１及び第２の摩擦板１５０ａ、１５０ｂの構成は、パッド部分１５４ａ、１５４ｂの素早い交換を可能にする。また、パッド部分１５４ａ、１５４ｂが、ボディ１５２ａ、１５２ｂに固定されるゆえに、パッド部分１５４ａ、１５４ｂは、動作時にスピンせず、したがって、材料の摩擦効果を均一に受けさせて、ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂに対して一定摩擦力を所望の量で生成することを可能にする。その他の実施形態では、ボディ１５２ａ、１５２ｂは、全部ではないが複数の摩擦パッド部分１５４ａ、１５４ｂをつなぐように成形されてよい。
【００２８】
第１及び第２の摩擦板１５０ａ、１５０ｂは、工学的摩擦材料（例えば鋼や炭素繊維）で形成されてよい。摩擦材料は、車両の種類及び用途に適した摩擦係数を有してよい。一実施形態では、摩擦材料は、約０．０１から約０．７０までの、好ましくは約０．１０から約０．２０までの摩擦係数を有してよい。摩擦材料の例は、Ｋｅｖｌａｒ、炭素、真鍮、青銅、半金属などを含むが、これらの限定されない。
【００２９】
その他の実施形態では、摩擦板１５０ａ、１５０ｂのパッド部分１５４ａ、１５４ｂのみが、工学的摩擦材料で形成されてよい。このような実施形態では、ボディ１５２ａ、１５２ｂは、非摩擦材料で形成されてよい。当業者ならば、ディファレンシャルギアアセンブリ１００で使用するために、その他の各種の摩擦板構成が適応可能であることがわかる。当業者ならば、また、任意の数のデフピニオン及び摩擦セットが提供可能であることもわかる。
【００３０】
ディファレンシャルギアアセンブリの動作
動作時において、ディファレンシャルギアアセンブリ４０（図１）を含む車両は、ディファレンシャルギアアセンブリ１００（図２）を通じて被駆動車輪のペアに動力を送る。ディファレンシャルギアアセンブリ１００は、駆動条件に適合するために、車両の動力を被駆動車輪間で分配する。車両のトランスミッションは、エンジンからのトルクを直接的にケーシング１１０ａに伝達し、次いで、ボルト１１７を通じて間接的に小端ハウジング１１０ｂに伝達することによって、車輪の回転軸を中心にケーシング１１０を回転させる。ケーシング１１０は、次いで、ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂを押し、それらを同じ軸を中心に周回させる。ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂは、サイドギア１２０ａ、１２０ｂと噛み合わせ係合しているので、ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂの円運動は、サイドギア１２０ａ、１２０ｂをハーフシャフト及び車輪とともに回転させる。
【００３１】
車両が粘着摩擦の損失なしに直進しているときは、車両の車輪は、実質的に同じ速度で回転する。この条件では、車両の動力は、２つの車輪間で実質的に等分される。ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂは、サイドギア１２０ａ、１２０ｂの周囲を周回するが、それぞれの個々の軸を中心にしてスピンすることはない。したがって、サイドギア１２０ａ、１２０ｂの各自は、互いに、そしてケーシング１１０と、実質的に同じ速度で回転する。
【００３２】
車両がカーブを走行しているときは、車輪は、異なる速度で回転する。カーブの内側にある車輪（「内車輪」）は、カーブの外側にある車輪（「外車輪」）よりも低い速度で回転する。例えば、内車輪を、第１のサイドギア１２０ａにつながれた車輪と仮定し、外車輪を、第２のサイドギア１２０ｂにつながれた車輪と仮定する。第１のサイドギア１２０ａと噛み合わせ係合している第１のピニオンギア１３０ａのセットは、それぞれの軸を中心に、車輪の回転の方向にスピンする。第１のピニオンギア１３０ａのセット及び第２のサイドギア１２０ｂと噛み合わせ係合している第２のピニオンギア１３０ｂのセットは、それぞれの軸を中心に、車輪の回転の方向と反対の方向にスピンする。第１及び第２のピ
ニオンギア１３０ａ、１３０ｂのセットの反対方向への回転は、内車輪及び外車輪に異なるトルクを伝達する働きをする。第１及び第２のピニオンギア１３０ａ、１３０ｂのセットは、互いに係合されたはすば歯車のペアであるので、反対方向に回転しているときに、ケーシング１１０の接触面に対抗して軸方向のスラストを生成する傾向がある。
【００３３】
幾つかの状況では、車両の２つの被駆動車輪が、路面との間で異なる量の摩擦を受けることがある。とあるケースでは、一方の車輪（「スリップしている車輪」）が氷の地面の上又はぬかるみの中にある一方で、他方の車輪（「スリップしていない車輪」が通常の路面上にあることがある。別のケースでは、車両がカーブに沿って走行しているときに、カーブの内側にある車輪（「内車輪」）が路面から持ち上げられる一方で、カーブの外側にある車輪（「外車輪」）が路面に密着していることがある。
【００３４】
例として、スリップしている車輪が、第１のサイドギア１２０ａにつながれていると仮定する。摩擦板１５０ａ、１５０ｂがない場合は、スリップしている車輪は、空転すると考えられ、スリップしている車輪と噛み合わせ係合している第１のサイドギア１２０ａもやはり、空転すると考えられる。これは、第１のピニオンギア１３０ａのセットを、それらの軸を中心に、スリップしている車輪の回転の方向と反対の方向に回転させることによって、第２のピニオンギア１３０ｂのセットを、それらの軸を中心に、スリップしていない車輪の回転の方向に回転させる。第２のピニオンギア１３０ｂのこのような回転は、第２のサイドギア１２０ｂを、スリップしていない車輪の回転の方向と反対の方向に回転させると考えられる。これは、エンジンからのトルクの大半を、スリップしている車輪に伝達する一方で、スリップしていない車輪には、ほとんどトルクを提供しない結果となり、したがって、原動力を生成できなくなると考えられる。
【００３５】
摩擦板１５０ａ、１５０ｂは、ピニオンによって生成される垂直な又は軸方向のスラストと相まって、二次的な抵抗トルクを形成する。このトルクは、ひいては、このような状況でディファレンシャルギアアセンブリ１００の回転動作を減少させる働きをする。上述のように、第１及び第２のピニオンギア１３０ａ、１３０ｂのセットは、反対方向に回転しているときに、ケーシング１１０の接触面に対抗して軸方向のスラストを生成する。摩擦板１５０ａ、１５０ｂは、ケーシング１１０の接触面を形成するように位置決めされる。第１及び第２のピニオンギア１３０ａ、１３０ｂのセットと、摩擦板１５０ａ、１５０ｂとのそれぞれの接触は、第１及び第２のピニオンギア１３０ａ、１３０ｂのセットの回転を減少させる抵抗トルク（又は摩擦力）を形成する。したがって、ディファレンシャルギアアセンブリ１００の差動動作は、工学原理を通じて減少させる及び制御することができる。この構成によって、スリップしていない車輪は、トルクを増大させることが実際的に可能になり、したがって、車両を動かすのに十分なトルクを提供することができる。
【００３６】
サイドギア１２０ａ、１２０ｂは、加えられたトルクの関数として軸方向のスラストを生成することができ、このスラストは、ひいては、中心プリロードアセンブリ又は中心バイアスアセンブリ１４０を通じて追加の力になる。この合算された垂直な力は、静的（無荷重）プリロードを増大させることができ、これは、２つの被駆動車輪間のバイアス比を増大させる。また、加えられたトルク荷重は、ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂからケーシング１１０への軸方向の力として顕在化することができる。この軸方向の力は、摩擦板１５０ａ、１５０ｂへのプリロード力に対する追加の力である。実効摩擦係数の関数としての軸方向の力は、ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂの回転運動に対抗して抵抗トルクを提供する。抵抗トルクは、ディファレンシャルギアアセンブリ１００内の全ての部品の相対的回転の抵抗を増大させる。
【００３７】
一実施形態では、２つの被駆動車輪間のバイアス比は、所望の摩擦係数を有する材料を摩擦板１５０ａ、１５０ｂ及び／又はプリロードハブ１４５ａ、１４５ｂ用に選択するこ
とによって、調整することができる。もし一組の工学的摩擦材料が、摩擦板１５０ａ、１５０ｂ及び／又はプリロードハブ１４５ａ、１４５ｂ用に使用されたならば、それらの材料は、加えられたトルク荷重及び速度差の関数としてディファレンシャルギアアセンブリ１００の応答を調整するメカニズムを提供することができる。中心プリロードアセンブリ１４０及び摩擦板１５０ａ、１５０ｂによって生成される抵抗力は、ピニオンギア１３０ａ、１３０ｂのセットからの軸方向の力の関数であるので、一定でない。抵抗トルクの不均衡は、ディファレンシャルギアアセンブリ１００内において不均一なエネルギ吸収として顕在化して、トルクバイアスを生じさせ、これは、スリップしていない車輪に伝達されるトルクの減少を実際的に最小限に抑える。
【００３８】
ディファレンシャルギアアセンブリ１００の構成は、車輪間のトルクバイアス比、及び（車両の静止時又は運転から停止若しくはバックへの移行時に駆動系を通して荷重が加えられていないときに存在する）「ゼロトルク」条件におけるトルクバイアス比を調整する手段を提供する。
【００３９】
カムプロフィールを伴う中心プリロードアセンブリ
図７Ａ及び図７Ｂは、ディファレンシャルギアアセンブリ７００の別の実施形態を図示している。ディファレンシャルギア７００は、第１のサイドギア７２０ａと、第２のサイドギア７２０ｂと、中心プリロードアセンブリ又は中心バイアスアセンブリ７４０とを含む。明確にするために、ディファレンシャルギア７００のその他の部品（例えばケーシングやピニオンギア）は省略される。第１及び第２のサイドギア７２０ａ、７２０ｂには、ハーフシャフト（不図示）が係合される。プリロードアセンブリ７４０は、第１のプリロードハブ７４５ａと、第２のプリロードハブ７４５ｂと、プリロードハブ７４５ａと７４５ｂとの間に配置されたバネパック７４１とを含む。第１及び第２のプリロードハブ７４５ａ、７４５ｂは、互いに相対的に回転しないように、それらに通されたピン（不図示）によって互いに固定されてよい。プリロードアセンブリ７４０は、第１のサイドギア７２０ａと第２のサイドギア７２０ｂとの間に配置される。サイドギア７２０ａ、７２０ｂ、ケーシング、及びピニオンギアの構成は、図２に関して上述されたとおりであってよい。
【００４０】
プリロードアセンブリ７４０と、サイドギア７２０ａ、７２０ｂの少なくとも１つとは、それらの間の境界に、相補的な波形プロフィール又はカムプロフィールを有する。図示された実施形態では、第１のサイドギア７２０ａは、第１のプリロードハブ７４５ａの方を向くとともに同ハブ７４５ａに接触する環状側面７２５ａを有する。第１のサイドギア７２０ａの側面７２５ａは、第１の一連の収束発散カム（波形）プロフィールを有する。一実施形態では、カムプロフィールは、約３０度から約６０度の相対的な角回転のための約０．０５ｍｍから約０．１５ｍｍの隆起を有する。「隆起」という用語は、カムプロフィールの収束部分におけるＤ度（図７Ａ）の突出を言う。
【００４１】
第１のプリロードハブ７４５ａは、第１のサイドギア７２０ａの側面７２５ａの方を向くとともに同側面７２５ａに接触する環状側面７４６ａも有する。第１のプリロードハブ７４５ａの側面７４６ａは、第２の一連の収束／発散カム（波形）プロフィールを有する。第２の一連のカムプロフィールは、第１の一連のカムプロフィールと相補的であることができる。カムプロフィールは、連続曲線を形成することによって、第１のサイドギア７２０ａの側面７２５ａと第１のプリロードハブ７４５ａの側面７４６ａとの間の滑り運動を促進することができる。
【００４２】
図示された実施形態では、第２のサイドギア７２０ｂは、第２のプリロードハブ７４５ｂの方を向くとともに同ハブ７４５ｂに接触する環状側面７２５ｂを有する。第２のプリロードハブ７４５ｂは、第２のサイドギア７２０ｂの側面７２５ｂの方を向くとともに同
側面７２５ｂに接触する環状側面７４６ｂを有する。第２のサイドギア７２０ｂ及び第２のプリロードハブ７４５ｂの側面７２５ｂ、７４６ｂは、実質的に平坦であるとともに高摩擦表面を形成することが好ましい。第２のプリロードハブ７４５ｂの側面７４６ｂは、摩擦係数が約０．０１から約０．７０までの、好ましくは約０．１０から約０．２０までの材料で形成されてよい。図示された実施形態では、第２のプリロードハブ７４５ｂは、高摩擦係数の表面を形成する独立した摩擦層７４７を含む。別の実施形態では、高摩擦係数の独立した層が、第２のサイドギア７２０ｂの側面７２５ｂに施されてよい。幾つかの実施形態では、高実効摩擦係数の表面が、第２のサイドギア７２０ｂ及び第２のプリロードハブ７４５ｂの側面７２５ｂ、７４６ｂの各自に提供されてよい。
【００４３】
動作時において、ディファレンシャルギア７００を含む車両が角を曲がるときに、２つのサイドギア７２０ａ、７２０ｂは、異なる速度で回転する。この状況では、第２のサイドギア７２０ｂが、第２のプリロードハブ７４５ｂに相対的に回転する一方で、第１のサイドギア７２０ａは、第１のプリロードハブ７４５ａに相対的に回転しない。第１及び第２のプリロードハブ７４５ａ、７４５ｂは、互いに相対的に回転しない。
【００４４】
幾つかの状況では、車両の２つの被駆動車輪が、路面から実質的に摩擦を受けないことがある。とあるケースでは、両方の車輪が、氷の地面の上又はぬかるみの中にあることがある。別のケースでは、車両がＳ字ターンをするときに、例えば左に曲がり、そのあとすぐに右に曲がることがある。車両が左に曲がるときは、左の車輪が路面から持ち上げられる一方で、右の車輪が路面に密着していることがある。車両が右に曲がるときは、右の車輪が路面から持ち上げられる一方で、左の車輪が路面に密着していることがある。左曲がりから右曲がりへの移行点では、両方の車輪が、路面から実質的に摩擦を受けないことがある。このような移行点は、「ゼロトルク点」と称されてよい。ディファレンシャルギアアセンブリは、その動作のために車輪を通じて少なくとも幾らかの摩擦を必要とするので、これらの状況では、エンジンから車輪に効果的にトルクが伝達されないことがある。
【００４５】
このような状況では、プリロードアセンブリ又はバイアスアセンブリ７４０は、二次的な力荷重（又は非駆動系荷重）をディファレンシャルギアアセンブリに対して生成する。プリロードアセンブリ又はバイアスアセンブリ７４０は、サイドギア７２０ａ、７２０ｂに向けて軸方向の力（すなわちバネ力）を作用させる。第２のサイドギア７２０ｂと第２のプリロードハブ７４５ｂとの接触は、垂直な力及び摩擦力に起因する抵抗トルクを形成する。また、カム表面７２５ａ、７４６ａが互いに相対的に回転するにつれ、第１のサイドギア７２０ａのカム表面７２５ａの収束部分は、第１のプリロードハブ７４５ａのカム表面７４６ａの収束部分を登ることができる。これは、第１のサイドギア７２０ａと第１のプリロードハブ７４５ａとを軸方向に離れさせる。この軸方向運動は、すると、制御された摩擦係数を持つ工学的材料と相まって、更に増した横荷重／軸方向の力を第２のサイドギア７２０ｂ及び第２のプリロードハブ７４５ｂの側面７２５ｂ、７４６ｂに付与する。これらの構成は、ディファレンシャルギアアセンブリから被駆動車輪に駆動系トルクを移行させる二次的な抵抗トルクを、車両を動かすためにこの力を吸収して地面に伝える能力とともに、実際的に提供する。車輪がゼロトルク点にある状況では、プリロードアセンブリ又はバイアスアセンブリ７４０は、ディファレンシャルギアアセンブリが摩擦ワッシャに向けて基本的な垂直な力を維持することを可能にすることによって、車両の潜在的な走行性能を高める（例えばＳ字ターンをするときに車両が滑らかに移動することを可能にする）。
【００４６】
幾つかの実施形態では、プリロードアセンブリ７４０は、図２の摩擦板１５０ａ、１５０ｂと組み合わせて使用することができる。上述されたプリロードアセンブリ７４０は、摩擦板１５０ａ、１５０ｂによって生成される抵抗力を高めることができる。
【００４７】
サイドギア７２０ａ、７２０ｂがカムプロフィールを登るにつれ、加えられる垂直な力
は増大し、これは、被駆動車輪間のバイアス比を荷重の関数として増大させる。バイアス比は、ロックされるまで増大することができ、その時点でディファレンシャルギアアセンブリは、２つのハーフシャフト間で差動動作を提供しないスプールとして機能する。
【００４８】
上述された実施形態のディファレンシャルギアアセンブリは、たとえ被駆動車輪が異なる路面条件を受ける場合でも、それらの被駆動車輪に効果的にトルクを提供することができる。また、各種の道路条件に対するディファレンシャルギアアセンブリの応答は、摩擦係数を管理可能な異なる材料を使用して、システム内に生成される印加トルク荷重の関数として垂直な（分離）力を制御し、システムの応答を調節することによって、調整することができる。
【００４９】
本発明は、幾つかの好ましい実施形態及び実施例との関連で開示されてきたが、当業者にならば、本開示が、具体的に開示された実施形態の範囲を超えて、本発明のその他の代替の実施形態及び／又は用途並びにそれらの自明の変更形態及び等価形態にまで及ぶことを理解される。また、本発明の数々のヴァリエーションが詳細に図示され説明されてきたが、当業者にならば、本開示内容に基づいて、本発明の範囲内であるその他の変更形態が容易に明らかになる。また、実施形態の特定の特徴及び態様の各種の組み合わせ又は部分組み合わせもなされえると考えられ、それらもやはり、本発明の範囲内である。したがって、開示された発明を様々な形態で実施するためには、開示された実施形態の各種の特徴及び態様を互いに組み合わせる又は置き換えることが可能であることが、理解されるべきである。したがって、本明細書に開示された本発明の範囲は、以上に開示された特定の実施形態によって限定されるのではなく、特許請求の範囲を偏見なく読むことによってのみ決定されることが望ましいとされる。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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