(57)【要約】電子作動式デファレンシャルロック装置は、デファレンシャルケースと、１つ以上のピニオンギヤと、一対のサイドギヤとを含んでいる。サイドギヤの一方とデファレンシャルケースとの間に、クラッチパックが配置されており、デファレンシャルケースとサイドギヤとの間の相対的な回転を遅らせる。クラッチパックと隣接してカム部材が配置されているため、カム部材がランプアップ動作した場合に、クラッチパックが連結する。連結シャフトは、カム部材と噛合う一端部と、デファレンシャルケースを貫いて延び、スプロケットと噛合う他端部とを有している。磁気コイルと磁束コンダクターとは、コイルが印加された場合に、スプロケットをデファレンシャルケースに磁気結合する。この結合は、連結シャフトとカム部材の、ギヤケースに対する回転を遅くし、デファレンシャル装置をロックするために、クラッチパックの結合を開始する。
2013541686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の電子作動式デファレンシャル装置であって、
回転軸とギヤ室とを定めるデファレンシャルケースと、
入力ギヤとして機能する１つ以上のピニオンギヤと、出力ギヤとして機能する第１及び第２サイドギヤとを含み、前記ピニオンギヤと前記第１及び第２サイドギヤとは、前記第１及び第２サイドギヤの少なくとも１つが第１のカム面を構成するように、前記ギヤ室内に配置され、
更に、前記デファレンシャルケースと前記第１及び第２サイドギヤとの間の回転を遅らせる連結状態と、非連結状態との間で作動可能なクラッチパックと、
第２のカム面を有し、前記クラッチパックと連結するために、前記第１及び第２のカム面間の相関的な回転に応じて軸方向に移動可能なカム部材と、
前記カム部材と噛合う第１端部及び前記デファレンシャルケースを貫通して延びる第２端部を有する連結シャフトとを含み、前記第２端部に平歯車が配置され、前記第１及び第２サイドギヤの少なくとも一方の、前記デファレンシャルケースに対する回転が、前記連結シャフトの軸に沿った回転を引き起こし、
更に、非印加状態と印加状態との間で作動可能であり、前記印加状態である場合に磁束を発生する磁気コイルと、
前記磁気コイルを支持する軸受レースと、
前記デファレンシャルケース上に配置される磁束コンダクターと、
前記平歯車に結合され、前記デファレンシャルケースと前記磁束コンダクターとの間に配置されるスプロケットとを含み、該スプロケットは、前記デファレンシャルケースの回転軸上で回転し、前記磁気コイルが前記印加状態である場合、磁気抗力が、前記デファレンシャルケースに対する前記スプロケットの回転を遅延させ、これにより、前記連結シャフトの軸上での回転を遅延させ、
前記連結シャフトの回転遅延は、前記サイドギヤに対する前記カム部材の回転を遅らせて、前記第１及び第２のカム面の相互回転を引き起こし、その結果として、前記クラッチパックを連結させるように前記カム部材を軸方向に移動させて、当該デファレンシャル装置がロックされるように構成されていることを特徴とする電子作動式デファレンシャルロック装置。
【請求項２】
前記磁気コイルは、外部からの電気信号に基づいて、前記非印加状態と前記印加状態との間で作動することを特徴とする請求項１記載の電子作動式デファレンシャルロック装置。
【請求項３】
前記スプロケットが磁性材料で作製され、前記磁気抗力が前記スプロケットと前記磁束コンダクターとの間で発生することを特徴とする請求項１記載の電子作動式デファレンシャルロック装置。
【請求項４】
前記軸受レースが磁性材料で作製されていることを特徴とする請求項１記載の電子作動式デファレンシャルロック装置。
【請求項５】
前記軸受レースは、パイロット・ジャーナルと複数の垂直支持部とを有し、更に複数のエアギャップを有していることを特徴とする請求項４記載の電子作動式デファレンシャルロック装置。
【請求項６】
前記複数のエアギャップは、前記パイロット・ジャーナルに配置された第１のエアギャップと、前記垂直支持部に配置された第２のエアギャップとを含み、前記第１及び第２のエアギャップが交互に配置されていることを特徴とする請求項５記載の電子作動式デファレンシャルロック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年１１月３日に出願され、タイトルが「電子作動式デファレンシャルロック装置」である米国仮出願番号６１／４０９，６９６の利益を主張するものであり、その開示の全てが本明細書に参照として組み込まれる。
【０００２】
本発明は、車両のデファレンシャル装置、より詳しくは、少なくとも部分的に入力信号に基づいて応答する電子作動式デファレンシャルロック装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
デファレンシャルロック装置は、一般的に、ギヤ室を有するギヤケースと、この内部に配置される、１つ以上の入力ピニオンギヤを有する差動歯車一式と、一対の出力サイドギヤとを含んでいる。ギヤケースと一方のギヤとの相関的な回転を防ぐことができるように、少なくともサイドギヤの１つとギヤケースの隣接面との間に、クラッチパックを配置することが可能である。クラッチパックは、高衝撃の負荷から、デファレンシャル装置と動力伝達コンポーネントとを保護する間に、動力をより効果的に吸収し、かつ、より速い連結速度と、より滑らかな連結動作とを有する傾向があるので、クラッチパックは噛み合いクラッチより好ましい。クラッチパックと、隣接するサイドギヤとの間に、カム部材の相対回転によりクラッチパックと連結するように、カム部材を配置できる。デファレンシャルロック装置の１つの形態において、カム部材は、クラッチパックとの連結に応じて傾斜することにより、デファレンシャルケースに対してサイドギヤを固定する。
【０００４】
多くのデファレンシャル装置は、クラッチパックを連結状態にするための駆動機構を有している。従来の装置は、車輪間に所定の速度差が検知されることに呼応して、クラッチパックを連結する。他の装置は、検知速度差の代わりに、電気信号に応じてクラッチパックを連結するアクチュエータを有している。採用し得るアクチュエータとしては、ピストン形シリンダ・アクチュエータや、デファレンシャルケース内に多重巻コイルを擁する電磁式装置がある。これらの装置は、複雑であり、デファレンシャル装置内の総部品数を増やすこととなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両には機械式のデファレンシャルロック装置が現在でもよく用いられているが、このような装置と、アンチロック・ブレーキシステムや横滑り防止装置との間の、相性に関連する懸念が、時により存在する。しかしながら、機械式のデファレンシャル装置を、従来の電子作動式デファレンシャル装置へと置き換えることは、過度な複雑化を招き、潜在的にコストが非常に高くなるとされている。
【０００６】
単純でコスト的に有利な設計の、電子作動式デファレンシャルロック装置が求められている。更に、電子作動式デファレンシャル装置へ簡単に切り替わるように、従来の機械式デファレンシャルロック装置に容易に適合できる電子作動式デファレンシャルロック装置が要求されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の態様）
車両の電子作動式デファレンシャル装置は、回転軸とギヤ室とを画定するデファレンシャルケースを含んでいる。このギヤ室は、入力ギヤとして機能する１つ以上のピニオンギヤと、出力ギヤとして機能する第１及び第２サイドギヤとを収容でき、第１及び第２サイドギヤの少なくとも１つが、第１のカム面として構成されている。更に、デファレンシャル装置は、デファレンシャルケースと第１及び第２サイドギヤとの間の回転を遅らせる連結状態と、非連結状態との間で作動可能なクラッチパック、及び、第２のカム面を有するカム部材を含んでいる。このカム部材は、クラッチパックと連結するために、第１及び第２のカム面間の相関的な回転に応じて、軸方向に移動可能である。更に、デファレンシャル装置は、カム部材と噛合う第１端部と、デファレンシャルケースを貫通して延びる第２端部とを有する連結シャフトを含んでいる。第２端部には平歯車が配置されており、前記第１及び第２サイドギヤの少なくとも一方の、デファレンシャルケースに対する回転が、連結シャフトの軸に沿った回転を引き起こす。
【０００８】
電子作動式の機能を提供するために、デファレンシャル装置は、非印加状態と磁束を発生する印加状態との間で作動可能な磁気コイル、磁気コイルを支持する軸受レース、デファレンシャルケース上に配置される磁束コンダクター、及び、平歯車に結合され、デファレンシャルケースと磁束コンダクター（the flux collector）との間に配置されるスプロケットを含んでいる。スプロケットは、デファレンシャルケースの回転軸上で回転することができる。磁気コイルが印加状態である場合、磁気抗力が、デファレンシャルケースに対するスプロケットの回転を遅延させることができ、これにより、シャフトの軸上での連結シャフトの回転を遅延させる。連結シャフトの回転遅延は、サイドギヤに対するカム部材の回転を遅らせ、第１及び第２のカム面の相互回転を引き起こし、結果として、クラッチパックと連結するようにカム部材を軸方向に移動させ、デファレンシャル装置がロックされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の１つの形態に係るデファレンシャルロック装置の模式的な軸方向の断面図である。
【図２】図１のデファレンシャルロック装置の分解図である。
【図３】図１のデファレンシャルロック装置の、デファレンシャル装置内の構成要素間の連結を示す軸方向図である。
【図４】磁気エアギャップを示すための、デファレンシャルロック装置の一部分の拡大図である。
【図５】図４と異なる磁気エアギャップを示すための、一部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
さて、図を参照すると、これらは本発明が採り得るいかなる形態も制限するように意図されたものではないが、図１は、本発明の１つの形態に係る電子作動式デファレンシャルロック装置１０の軸方向の断面図である。このデファレンシャル装置１０は、内部にギヤ室１４を備えるデファレンシャルケース１２を含んでいる。
【００１１】
デファレンシャルケース１２内の差動歯車一式は、ピニオンシャフト２０上に固定された複数のピニオン１８を含んでいる。ピニオンシャフト２０自体が、任意の適切な手段によってデファレンシャルケース１２に保持されていてもよい。ピニオン１８は、デファレンシャル装置１０の入力歯車として機能するものであり、デファレンシャル装置１０の出力歯車として機能する一対のサイドギヤ２２、２４と噛合っている。
【００１２】
デファレンシャルケース１２は、環状のハブ部２６及び２８を含んでいる。外部ハウジング（図示省略）に対して上記デファレンシャルコンポーネントを回転可能に支持するために、ハブ部２６、２８の少なくとも１つに、軸受レース３０を固定することができる。
【００１３】
通常動作中、すなわち、車両の直進動作中には、デファレンシャル装置１０に接続された左右の車軸（図示省略）間に、回転差は発生しない。従って、ピニオン１８は、ピニオンシャフト２０に対して回転しない。デファレンシャルケース１２、ピニオン１８、サイドギヤ２２、２４、及び、車軸は、全て一体化したユニットとして、車軸の回転軸上で回転する。
【００１４】
車両が曲がる場合のような、ある車両動作状況下において、デファレンシャル装置１０は、サイドギヤ２２、２４の回転速度間に、一定量の速度差を許容する。しかしながら、サイドギヤ２２、２４間の速度差が一定の所定値を超えた場合、過剰な回転差を防ぐために、デファレンシャルケース１２とサイドギヤ２２、２４との間の相対的な回転を遅くすることが望ましい。更に、デファレンシャル装置１０全体をロックすることにより、あらゆる差動動作を、それらが起こる以前に妨げることが望ましい動作状況もあり得る。
【００１５】
デファレンシャル装置１０をロックするロック機構は、デファレンシャルケース１２にスプライン接続された複数のクラッチディスクを有する第１クラッチパック３１と、サイドギヤ２２、２４にスプライン接続された第２クラッチパック３２とを含んでいる。更に、このロック機構は、クラッチパック３１、３２を非連結位置から連結位置へと移動するための、カムアセンブリ３６を含んでいる。クラッチパック３１、３２が連結されている場合、これらは、デファレンシャルケース１２とサイドギヤ２２、２４との間の相対的な回転を遅くさせるか、停止させることができる。
【００１６】
カムアセンブリ３６は、サイドギヤ２２とカム部材３８とを含んでいる。サイドギヤ２２は、第１のカム面４０を備え、カム部材３８は、第２のカム面４２を備えている。更に、カム部材３８は、一式の外側スプライン（図示省略）を備えている。僅かな回転差が発生するか、又は回転差が発生しない、通常動作（車両の直進動作）中、カム面４０、４２は中立位置にあり、カム部材３８は、サイドギヤ２２と共に同じ回転速度で回転する。クラッチパック３０を連結することで、カム部材３８（cam member 32）の回転速度を、サイドギヤ２２の回転速度に対して遅くすることができ、これによって、カム面４０、４２にランプ動作を引き起こす。このランプ動作により、カム部材３８が軸方向に移動され、クラッチパック３０が連結することとなる。
【００１７】
デファレンシャル装置１０は、図に示されているように、カム部材３２の回転を遅くするために、電子作動式駆動機構５０を用いることができる。この駆動機構５０は、連結シャフト５２を有している。連結シャフト５２の少なくとも一端には、平歯車５４が配置されている。この平歯車５４は、複数の外側スプラインを有しており、デファレンシャルケース１２の外側に配置されている。更に、デファレンシャルケース１２の外側に、平歯車５４と噛合う複数の内部スプラインを有するスプロケット５６が配置されている。内周にスプラインを有するスプロケット５６が示されているが、スプロケット５６は、本発明の例示されている形態の範囲から外れることなく、外周上にスプラインを有していてもよい。
【００１８】
本説明における「スプライン」という用語の使用は、連結シャフト５２からカム部材３８（cam member 32）に十分な制動トルクを伝える、歯や様々な他の要素を含むことができることは、本明細書に照らして当業者に理解されるであろう。連結シャフト５２は、車輪速度差がある場合に回転し、そして、連結シャフト５２に、デファレンシャルケース１２の回転に比例するトルクが与えられる場合、デファレンシャル装置１０は常にロックされる。
【００１９】
駆動機構５０の電子部は、磁束コンダクター５８及び磁気コイル６０を有している。コネクタ６２が磁気コイル６０を電源（図示省略）に接続しているため、磁気コイル６０は、電気信号に応じて、電圧の印加と非印加が選択的に行われる。軸受レース３０とスプロケット５６とは、磁性材料で作製されているため、磁束コンダクター５８を介してデファレンシャルケース１２と磁気結合できる。
【００２０】
磁束コンダクター５８は、デファレンシャルケース１２上の対応する切欠き６５と係合する、内周部に配置された複数の耳部６４を有している。磁気コイル６０と軸受レース３０とは、デファレンシャルケース１２上の磁束コンダクター５８の上段に配置されている。
【００２１】
デファレンシャル装置１０が差動状態である場合（すなわち、コイル６０が非印加状態であり、かつ、ピニオン１８及びサイドギヤ２２、２４がデファレンシャルケース１２内部で回転している場合）、サイドギヤ２２、２４とデファレンシャルケース１２とは、異なる速度で回転する。この状態では、カム部材３８が、サイドギヤ２２、２４と同じ速度で回転する。
【００２２】
ロック動作を開始するために、コイル６０に電圧が印加される。コイル６０への電圧の印加により、スプロケット５６と磁束コンダクター５８との間に磁気結合が発生する。更に、この磁気結合は、スプロケット５６をデファレンシャルケース１２に結合する。車輪速度差がある間は、連結シャフト５２が回転するため、デファレンシャルケース１２へのスプロケット５６の結合は、スプロケット５６の回転速度を遅延させ、これにより、連結シャフト５２にトルクが与えられる。更に、コイル６０への電圧の印加は、サイドギヤ２２、２４が各々の速度で回転している一方で、カム部材３８がデファレンシャルケース１２の速度に合わせようとする際に、抗力を生み出すことができる。上述したように、度々に、デファレンシャルケース１２の回転に伴う連結シャフト５２へのトルクと、サイドギヤ２２及びカム部材３８の速度差とが、カム面４０、４２の傾斜によって引き起こされる。この傾斜に起因するランプ動作は、カム部材３８を軸方向に移動させ、デファレンシャル装置１０をロックするためにクラッチパック３１が連結される。
【００２３】
図４及び図５は、性能改善のためにデファレンシャル装置１０内に組み込むことが可能な実施例の詳細を示している。上述したように、軸受レース３０は、磁性材料で作製することができ、かつ、デファレンシャルケース１２や取り囲んでいる部材内への磁界損失を低減するべく、磁界を、効果的に利用することができる、磁気コイル６０、磁束コンダクター５８、及び、軸受レース３０内の位置に集中させるように構成することができる。図４は、軸受レース３０のパイロット・ジャーナル６７（すなわち、コイル６０の内周部に沿う又は内周部を案内する、軸受レース３０の面）に設けられ、磁気コイル６０の同心円上に配置された、一連の第１のエアギャップ６６を有する、本装置の１つの形態を示している。図５は、軸受レース３０の垂直支持部７０に設けられた、一連の第２のエアギャップ６８を示している。ある形態において、第１及び第２のエアギャップ６６、６８は、スカラップ（scallops）６６とポケット（pockets）６８として交互に形成してもよい。この軸受レース３０の構造は、磁気コイル６０により発生された磁界を捕捉することができ、デファレンシャル装置１０のロックに利用可能な位置に、磁界を集中させることができる。より詳しくは、第１及び第２のエアギャップ６６、６８は、磁束をスプロケット５６及び磁束コンダクター５８へ集中させるように、より大きな抵抗を有する磁束用の通路を作り出すことができる。従って、第１及び第２のエアギャップ６６、６８は、デファレンシャルケース１２内への短絡状態とならないように、磁束を制約することができる。
【００２４】
上述したように、連結シャフト５２は、車輪速度差がある場合に回転するものである。連結シャフト５２の回転は、平歯車５４を経由してスプロケット５６を回転させる。ロック動作を開始するために、磁気コイル６０に電圧が印加されて磁界が発生するように、コネクタ６２を介して電流が送られる。結果として生じる磁束は、コイル６０から磁束コンダクター５８を通って流れ、スプロケット５６を通り、コイル６０に戻る。これにより、スプロケット５６、磁束コンダクター５８、デファレンシャルケース１２が磁気結合され、スプロケット５６がデファレンシャルケース１２と共に回転する。
【００２５】
スプロケット５６と磁束コンダクター５８との間の磁気抗力は、スプロケット５６の回転を遅らせ、平歯車５４と連結シャフト５２とにトルクを与えることができ、これによって、デファレンシャルケース１２（differential case 52）に対する連結シャフト５２の回転を遅くさせる。次に、これは、サイドギヤ２２に対するカム部材３８の回転を遅らせて、カム面４０、４２のランプ動作を引き起こすと共にクラッチパック３０を連結させ、デファレンシャル装置をロックする。
【００２６】
結果として、本発明は、デファレンシャルロック装置において標準的に利用される電子駆動機能を提供することができる。例えば、上述したように、本発明の形態に係る装置は、既存の、クラッチパック、平歯車、連結シャフトを組み入れている。これは、既存のデファレンシャル装置と容易に置き換え可能な電子作動式デファレンシャルロック装置を作り出し、機械式装置から電子式装置への転換を低コストで提供するものとなる。
【００２７】
上述した教示が単に模範的なものに過ぎず、本発明や、これらの適用及び使用の制限を意図するものではないことは、認識されるであろう。具体例について、本明細書で説明し、図面に示してきたが、クレームで規定された本発明の範囲から外れることなく、様々な変更が可能であり、それらの要素が同等品と置き換え可能であることは、当分野における通常の技術を有する者によって理解されるであろう。更に、様々な実施例間における、特徴、要素、かつ／或いは、機能の、結合と適用とが、ここで明白に企図されているため、当分野における通常の技術を有する者が、ある実施例の特徴、要素、かつ／或いは、機能を、他や上記に記載がないとしても、別の実施例に適切に組み込めることは、この開示から理解するであろう。その上、特別な状況や要素に適応するように、その本質的な範囲から外れずに、本発明の教示に多くの修正を加えてもよい。従って、本発明の教示を実行するために目下熟考された最良の形態として、図面により示され、明細書に記載された各実施例に、本発明を限定するのではなく、本発明の範囲が、先の記載や添付のクレーム内に収まるどんな実施形態も含むように意図されていることは、理解されるであろう。
【符号の説明】
【００２８】
１０：電子作動式デファレンシャルロック装置、１２：デファレンシャルケース、１４：ギヤ室、１８：ピニオン、２２、２４：サイドギヤ、３０：軸受レース、３１：第１クラッチパック、３２：第２クラッチパック、３８：カム部材、４０：第１のカム面、４２：第２のカム面、５２：連結シャフト、５４：平歯車、５６：スプロケット、５８：磁束コンダクター、６０：磁気コイル、６６：第１のエアギャップ、６７：パイロット・ジャーナル、６８：第２のエアギャップ、７０：垂直支持部
【図１】
2013541686.tif 000003
【図２】
2013541686.tif 000004
【図３】
2013541686.tif 000005
【図４】
2013541686.tif 000006
【図５】
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【国際調査報告】
2013541686.tif 000008