(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状歯車を支持するフランジケース半部と差動スパイダを支持する平坦ケース半部とを有する差動ケース内に支持される差動歯車アセンブリを含む差動装置と、
１つの軸の周りを回転するように前記差動歯車アセンブリによって駆動される一対の車軸であって、少なくとも一方の車軸が少なくとも１組のスプラインを含む一対の車軸と、
前記少なくとも１組のスプラインと協働するスプライン孔を含むシフトカラーであって、前記一対の車軸間の速度差を許容する非ロック位置と、前記差動ケースと前記シフトカラーと前記一対の車軸とが共に回転するべく固定されるように前記シフトカラーが前記差動ケースの前記平坦ケース半部に直接係合するロック位置との間を移動可能なシフトカラーと、
前記シフトカラーの一部を包囲するコイルを含み、電気信号によって前記コイルに電圧を印加した時、前記シフトカラーが電磁石として作用し、前記非ロック位置から前記ロック位置に移動する電子アクチュエータと
を備える駆動車軸用差動ロック機構。
【請求項２】
前記コイルが、車軸ハウジングに取り付けられている、請求項１に記載の差動ロック機構。
【請求項３】
前記コイルが、前記コイルを前記車軸ハウジングに直接固定するための留め具を支持する取付け部を含む、請求項２に記載の差動ロック機構。
【請求項４】
前記コイルに電圧を印加していない時に前記シフトカラーを前記非ロック位置に自動的に復帰させるための弾性部材を含み、前記弾性部材が前記シフトカラーを包囲する、請求項１に記載の差動ロック機構。
【請求項５】
前記コイルと前記シフトカラーの外側端との間で、前記弾性部材が直接的に反作用する、請求項４に記載の差動ロック機構。
【請求項６】
前記弾性部材と相互反作用するように前記外側端に固定された座金を含む、請求項５に記載の差動ロック機構。
【請求項７】
前記差動歯車アセンブリに噛合し且つ各車軸に１個ずつ固定された一対の側部歯車を含み、前記少なくとも１組のスプラインが、１組の内側寄りスプラインと、１組の外側寄りスプラインとを含み、前記１組の内側寄りスプラインが、前記一対の側部歯車の一方と協働して対応する車軸と共に回転するように前記一対の側部歯車の前記一方を固定し、前記１組の外側寄りスプラインが、前記シフトカラーの前記スプライン孔と協働し、前記シフトカラーが、前記ロック位置にある時に前記差動ケースと係合するスプライン面を有する内側端と、弾性部材を支持する外側端とを含み、前記内側端が前記外側端より大きな直径を有し、前記コイルに電圧を印加していない時に前記弾性部材が前記シフトカラーを前記非ロック位置に自動的に復帰させる、請求項２に記載の差動ロック機構。
【請求項８】
前記コイルは前記シフトカラーの前記外側端を包囲する中心孔を画定しており、前記差動ケースと前記一対の車軸とが前記軸の周りを回転するべく相互にロックされるように前記内側端の前記スプライン面が前記差動ケースに形成された相手スプライン面に係合するよう、前記電気信号によって電圧を印加される前記コイルに応じて、前記シフトカラーが内側方向に移動する、請求項７に記載の差動ロック機構。
【請求項９】
ロック差動装置を有する駆動車軸アセンブリであって、
縦軸を画定する駆動入力部と、
前記駆動入力部によって駆動されるピニオン歯車と、前記ピニオン歯車に噛合する環状歯車とを含むキャリアと、
差動ケースによって支持される差動歯車アセンブリを含む差動装置であって、前記差動ケースが前記差動歯車アセンブリを包囲するように協働するフランジケース半部と平坦ケース半部とを有し、前記差動歯車アセンブリを駆動するために、前記環状歯車が前記フランジケース半部に取り付けられた差動装置と、
前記縦軸に対して横方向の横軸の周りに回転するように前記差動歯車アセンブリによって駆動される一対の車軸であって、前記車軸の少なくとも一方が少なくとも１組のスプラインを含む一対の車軸と、
シフトカラーと、前記シフトカラーの移動を制御するための電子アクチュエータとを含むロック機構であって、前記シフトカラーが前記少なくとも１組のスプラインと協働するスプライン孔を含み、前記シフトカラーが前記一対の車軸の間の速度差を許容する非ロック位置と、前記差動ケースと前記シフトカラーと前記一対の車軸とが前記横軸の周りを共に回転するべく固定されるように前記シフトカラーが前記平坦ケース半部にロック係合するロック位置との間を移動可能であり、前記電子アクチュエータが、前記シフトカラーの一部を包囲するコイルを含み、電気信号によって前記コイルに電圧を印加した時、前記シフトカラーが電磁石として作用し、前記非ロック位置から前記ロック位置に移動するロック機構と
を備える駆動車軸アセンブリ。
【請求項１０】
前記キャリアと前記一対の車軸とをほぼ包囲する車軸ハウジングを含み、前記コイルが前記車軸ハウジングによって支持される、請求項９に記載の駆動車軸アセンブリ。
【請求項１１】
前記シフトカラーが、スプライン面を有する内側端と、外側端とを含み、前記内側端が前記外側端の直径より大きい直径を有し、前記コイルが前記シフトカラーの前記外側端を包囲する中心孔を画定し、前記差動ケースが前記一対の車軸にロックされるように前記内側端の前記スプライン面が前記差動ケースに形成された相手スプライン面に係合するよう、前記電気信号によって電圧を印加される前記コイルに応じて、前記シフトカラーが内側方向に移動する、請求項１０に記載の駆動車軸アセンブリ。
【請求項１２】
前記駆動車軸アセンブリは、前記コイルに電圧を印加していない時に前記シフトカラーを前記非ロック位置に自動的に復帰させるための弾性部材を含み、前記弾性部材が前記シフトカラーを包囲する、請求項９に記載の駆動車軸アセンブリ。
【請求項１３】
前記コイルが、前記コイルを車軸ハウジングに直接固定するための留め具を支持する取付け部を含む、請求項１２に記載の駆動車軸アセンブリ。
【請求項１４】
前記一対の車軸の各々に１個ずつ固定された一対の側部歯車を含み、前記差動歯車アセンブリが十字形の全体形状に指向された４個の支持軸を有する差動スパイダと、前記一対の側部歯車と噛合する４個の差動ピニオン歯車とを含み、前記４個の差動ピニオン歯車の１個ずつが前記４個の支持軸の各々に支持され、前記平坦ケース半部が複数のスロットを含み、前記差動スパイダの前記支持軸の各々が前記複数のスロットの１個内に収容される、請求項９に記載の駆動車軸アセンブリ。
【請求項１５】
前記少なくとも１組のスプラインが、１組の内側寄りのスプラインと、１組の外側寄りのスプラインとを含み、前記１組の内側寄りのスプラインが、前記一対の側部歯車の対応する一方と協働して前記一対の車軸の一方と共に回転するように前記一対の側部歯車の前記一方を固定し、前記１組の外側寄りスプラインが、前記シフトカラーの内側端の内側に形成された前記スプライン孔と協働する、請求項１４に記載の駆動車軸アセンブリ。
【請求項１６】
駆動車軸のための差動ロックアセンブリを制御する方法であって、
（ａ）一対の車軸を駆動するための差動装置を設ける工程であって、少なくとも一方の車軸が少なくとも１組のスプラインを含み、前記差動装置が、差動ケース内に支持される差動歯車アセンブリと、前記差動ケースに選択的に係合するシフトカラーとを含み、前記差動ケースが、環状歯車を支持するフランジケース半部と、前記差動歯車アセンブリを支持する平坦ケース半部とを含み、前記シフトカラーが前記少なくとも一方の車軸の前記少なくとも１組のスプラインと協働するスプライン孔を含む、工程と、
（ｂ）前記シフトカラーを包囲するコイルに電圧を印加する工程と、
（ｃ）工程（ｂ）に応じて、前記シフトカラーが電磁石として作用し、所定の条件下で前記車軸間の速度差を許容する非ロック位置から、前記シフトカラーを前記平坦ケース半部に固定することによって前記一対の車軸の両方が共通速度で回転するロック位置まで移動する工程と
を有する方法。
【請求項１７】
前記コイルに電圧を印加していない時に前記シフトカラーを前記非ロック位置に自動的に復帰させる工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記差動歯車アセンブリが、４個の支持軸を含む差動スパイダと、前記４個の支持軸の各々に１個の差動ピニオン歯車が支持される複数の差動ピニオン歯車とを含み、
前記差動スパイダの支持軸を前記平坦ケース半部に形成された対応するスロット内に設置し、前記差動ピニオン歯車と噛合し且つ各車軸に１個ずつ固定された一対の側部歯車を設ける工程を含み、
前記少なくとも１組のスプラインが、１組の内側寄りスプラインと、１組の外側寄りスプラインとを含み、前記１組の内側寄りスプラインが、前記一対の側部歯車の一方と協働して対応する車軸と共に回転するように前記一対の側部歯車の前記一方を固定し、前記１組の外側寄りスプラインが、前記シフトカラーの前記スプライン孔と協働し、前記シフトカラーが、前記ロック位置にある時に前記差動ケースと係合するスプライン面を有する内側端を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記コイルに電圧を印加していない時に前記シフトカラーを前記非ロック位置に復帰させるための弾性部材を設け、且つ前記シフトカラーを包囲するように前記弾性部材を設置する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記コイルに取付け部を設け、且つ前記コイルを前記取付け部において車軸ハウジングに取り付ける工程を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
前記シフトカラーが、前記ロック位置にある時に前記差動ケースの相手スプライン面と係合するスプライン面を有する第１端部と、前記第１端部の反対側の第２端部とを含み、前記第１端部が前記第２端部より大きい直径を有し、前記弾性部材が座金と前記コイルの間で反作用するように、前記座金が前記第２端部に固定されている、請求項４に記載の差動ロック機構。
【請求項２２】
前記シフトカラーが、前記ロック位置にある時に前記差動ケースの相手スプライン面と係合するスプライン面を有する第１端部と、前記第１端部の反対側の第２端部とを含み、前記第１端部が前記第２端部より大きい直径を有し、前記弾性部材が座金と前記コイルの間で反作用するように、前記座金が前記第２端部に固定されている、請求項１２に記載の駆動車軸アセンブリ。
【請求項２３】
前記コイルが前記第１端部と前記座金の間に軸方向に配置され、前記弾性部材が前記座金と前記コイルの間に軸方向に配置されている、請求項２２に記載の駆動車軸アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は差動ロックシフトカラーを作動させるために、電子コイルを利用する差動ロックアセンブリに関するものである。
【０００２】
車輌駆動車軸は一般に、車輌の車輪を駆動するための一対の車軸を含んでいる。駆動車軸は車軸への入力速度およびトルクを制御するために、差動装置を使用している。真っ直ぐな通路に沿って車輌を運転する時の理想的な条件下では、車輪はほぼ同一速度で回転しており、トルクは両方の車輪間に等しく分割される。車輌が旋回しようとする時、外側の車輪は内側の車輪より、一層長い距離を移動しなければならない。差動装置は、車輌が旋回する際、内側の車輪を外側の車輪より一層遅い速度で回転させる。
【０００３】
動力は、車輌駆動軸から、差動環状歯車に常時噛合しているピニオン歯車に伝達される。環状歯車は、環状歯車と共に回転する差動ハウジングまたは差動ケースにボルト締めされている。十字形の形状に指向する４個の支持軸を有する差動スパイダが、４個の差動ピニオン歯車を有する。１個のピニオン歯車が、各支持軸上で回転するように支持されている。動力は差動ハウジングから、車軸にスプライン嵌合された側部歯車に伝達される。側部歯車は側部差動ピニオン歯車に常時噛合している。車軸の外側端はブレーキドラムボスにボルト締めされており、また、このブレーキドラムボスに車輪がボルト締めされている。
【０００４】
車輌を真っ直ぐな通路で運転している時は、環状歯車、差動ハウジング、スパイダおよび差動ピニオン歯車は全て、１個のユニットとして回転し、動力を車軸に伝達する。差動ピニオン歯車と側部歯車との間の相対運動は存在しない。車輌が曲がる時は、差動ピニオン歯車はそれぞれの軸上で回転し、一方の車軸の回転を速くすると共に、他方の車軸の回転を遅くする。
【０００５】
差動装置はしばしば、差動ロック機構を含んでいる。道路が悪い条件の時、すなわち滑り易い表面の、または起伏のある表面の道路の時、差動ロック機構は、改善された制御で、車輪とタイヤの最大限の牽引を可能にする。もしも、差動装置がロック機構を有しておらず、１個のタイヤが氷の上にあれば、トルクおよび速度の全部が氷の上の車輪に伝達される。従って、このタイヤは氷の上でまさに空転（スピン）し、車輌は前方へ移動できなくなる。ロック機構は車軸を同一速度で回転させ、全ての利用できるトルクを氷の上にないタイヤに伝達する。このタイヤでの牽引作用（牽引力）が十分であれば、車輌は氷から離れて動くことができる。差動装置がロックされている時、動力は差動歯車列のみを経るのみでなく、ロックされた差動ハウジング、歯車列（ギヤリング）および車軸を通じて伝達される。
【０００６】
差動ロック機構の一形式は差動ハウジングを車軸にロックする空気作動シフトカラーを備えている。空気作動シフトフォークはシフトカラーと協働して、ドライバ制御スイッチを介して、ロック機構を係合させ、または離脱させる。この形態においては、車軸の一方は２組のスプラインを有している。差動装置に最も近い内側の１組のスプラインが１個の差動側部歯車に係合すると共に、外側の１組のスプラインがシフトカラーと協働する。この時、シフトカラーは外側のスプラインに係合しているが、差動ケーシングには係合しておらず、従って、外側のスプラインはこの側部歯車と同一速度で回転し、この時、主差動装置は非ロック位置、即ち非係合位置にあって、主差動装置は通常のように作動する。
【０００７】
ドライバ制御スイッチが作動されると、空気圧によりシフトリンクが、シフトカラーを差動装置の方に移動させる。これにより、カラーを差動ケーシングに係合させると共に、車軸の外側スプラインに係合されたままにする。この場合、差動装置を通ずる動力の伝達は、差動歯車のみでなく、ロックされた差動ケーシング、歯車列および両方の車軸を通じて達成される。
【０００８】
空気で作動させる方法についてのいくつかの欠点は、必要な著しく多い構成部分の数であり、漏洩や構成部分の磨耗である。このシステムを作動させるのに必要な著しく多い数の構成部分は組立て時間を増大し、全体としてのシステムの費用を高くする。システムを作動させるために、空気連結部を必要とすることは、システムに空気漏洩の可能性をもたらし、そのためにシステムの性能を不十分にすることが起こり得る。更に、差動歯車装置、車軸およびシフトカラーは油で潤滑された環境内で作動しており、この空気作動方法の付加的な構成部分はこのシステム内の油の漏洩の危険を増大している。更に、シフトフォークとシフトカラーとの間の繰り返される係合と離脱とは、特に、歯車が高速で係合すると、構成部分の磨耗を早める可能性があると共に、差動歯車のような関連する構成部分の早すぎる磨耗を誘起する。
【０００９】
従って、構成部分の全体の数を減少させ、一層効率良く作動し、一層安価であると共に、先行技術に関するその他の上述の欠点を克服する差動ロック用の簡略化された操作機構を有するのが望ましい。
【００１０】
（発明の開示）
差動ロック機構は、所定の条件下で車軸速度差が許容される非ロック位置から、車軸速度差が許容されないロック位置まで、電気信号に応答して移動できるクラッチまたはシフトカラーを含む。この差動ロック機構は駆動車軸アセンブリに組み込まれ、この駆動車軸アセンブリは差動ケース内に支持される差動歯車アセンブリを有する差動装置を含む。一対の車軸が差動歯車アセンブリによって駆動され、この差動歯車アセンブリは駆動軸に連結された環状歯車およびピニオン歯車の組からの駆動入力を受け取る。電子アクチュエータはシフトカラーを非ロック位置からロック位置に動かす電気信号を発生する。
【００１１】
好ましくは、電子アクチュエータは、シフトカラーの一部を包囲するコイルを備える。差動装置をロックするための入力コマンドに応答して、このコイルは選択的に電圧を印加される。コイルに電圧が印加された時、シフトカラーは内側方向に、差動装置に向け動かされ、差動ケースに係合して、差動ケースは差動装置をロックする。コイルに電圧が印加されていない時、例えば、ばねの様な弾性部材は自動的にシフトカラーを差動ケースから離し、シフトカラーを非ロック位置に戻すように動かす。
【００１２】
開示された一実施例では、シフトカラーは差動ケース上の相手スプライン面に選択的に係合するようにスプライン面を有する内側端と、コイルによって包囲される外側端とを含む。好ましくは、外側端の直径は内側端の直径より小さい。外側端は一方の車軸の相手スプライン面に常時、係合するスプライン孔を含む。座金がシフトカラーの外側端に取り付けられている。弾性部材はこの座金とコイルとの間に反作用をしていて、シフトカラーを非ロック位置に復帰させる。
【００１３】
差動ロックアセンブリを制御する方法は、シフトカラーを包囲するコイルに電圧を印加する工程と、電圧を印加されるコイルに応答して、シフトカラーを差動ケースに固定することによって、シフトカラーを、所定の条件下で対の車軸間に速度差を許容する非ロック位置から両方の車軸が共通の速度で回転するロック位置まで動かす工程と、を含む。
【００１４】
本発明は構成部分の数を従来の設計から著しく減少させ、組立て時間を減少させ、コストを減少させる簡略化された有効な差動ロック装置を提供する。本発明のこれ等の特徴およびその他の特徴は、以下の明細書の説明および図面から最も良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
空気作動式差動ロック機構を有する従来のパワートレーンが、図１に概して符号１２で示されている。パワートレーン１２は、エンジン１４と、トランスミッション１６と、駆動車軸（ドライブアクスル）２０に連結された駆動軸（ドライブシャフト）１８と、を含む。駆動車軸２０は、知られているように、車軸ハウジング２４内に位置するキャリア２２を含む。キャリア２２は駆動軸１８に作動可能に連結されたピニオン歯車（ピニオンギヤ）２６を含み、このピニオン歯車は環状歯車（リングギヤ）２８に駆動係合している。環状歯車２８が差動装置３０を駆動し、次いで差動装置３０が一対の車軸（アクスルシャフト）３２を駆動し、車軸３２が車輌の車輪（図示せず）を駆動する。
【００１６】
差動装置３０は、概して符号３４で示される差動ロック機構を含み、この差動ロック機構は空気供給連結部３６を介して作動させられる。差動ロック機構３４は、車軸速度差を許容する非ロック位置と、共通速度で回転するように車軸が互いにロックされるロック位置と、の間で移動することができる。差動ロック機構３４は、シフトカラー３８と、空気作動シフトフォーク４０と、を含む。
【００１７】
図２に示すように、差動装置３０は、概して符号４２で示される差動歯車アセンブリと、２部品（ツーピース）差動ハウジングケース４４と、を含む。２部品差動ハウジングケース４４はフランジケース半部４４ａを含み、このフランジケース半部４４ａは、フランジケース半部４４ａと環状歯車２８とが単一ユニットとして共に回転するように、複数の留め具（図示せず）によって環状歯車２８に取り付けられている。差動歯車アセンブリ４２は、十字形に指向する４個の支持軸４８を有する差動スパイダ４６を含み、４個の差動ピ二オン歯車５０を有する。１個１個の差動ピニオン歯車５０が、各指示軸４８上に回転するように支持されている。２部品差動ケース４４の第２部品は平坦ケース半部４４ｂを備え、この平坦ケース半部４４ｂは４個のスロット５２（３個のみが図示されている）を含む。各支持軸４８はスロット５２の１個内に収容され、平坦ケース半部４４ｂは複数の留め具（図示せず）によって、フランジケース半部４４ａに取り付けられている。また、差動歯車アセンブリ４２は一対の側部歯車５４を含み、これ等の側部歯車５４は差動ピニオン歯車５０に噛合している。１個１個の側部歯車５４が各車軸３２にスプライン嵌合している。
【００１８】
動力は、ピニオン歯車２６から側部歯車５４を介して、差動ケース４４に、車軸３２に伝達される。側部歯車５４は常時、差動ピニオン歯車５０に噛合している。車輌を真っ直ぐな道で運転する時は、環状歯車２８、差動ケース４４、差動スパイダ４６および差動ピニオン歯車５０は全て、１つのユニットとして回転し、側部歯車５４を介して、動力を車軸３２に伝達する。差動ピニオン歯車５０と、側部歯車５４との間の相対運動は存在しない。車輌が旋回する時、差動ピニオン歯車５０はそれぞれの軸４８上で回転して、一方の車軸３２の回転を加速すると共に、他方の車軸３２の回転を遅くする。
【００１９】
悪い道路条件の場合には、差動ロック機構３４を作動させて、改善された制御により、車輪およびタイヤの最大限の牽引を行う。ロック機構３４は車軸３２を同一速度で回転させると共に、摩擦がより高い表面上に支持されているタイヤに全ての利用できるトルクを伝達する。例えば車軸２０の一端のタイヤが氷の表面上に支持されており、車軸の反対端のタイヤが舗装路上に支持されているとすれば、全ての利用できるトルクは舗装路上のタイヤに伝達される。これ等のタイヤにおける牽引作用が十分であれば、車は氷から離れて移動することができる。差動装置３０がロックされている時、動力は、差動歯車アセンブリ４２のみを通ずるだけでなく、ロックされている差動ケース４４と、差動歯車アセンブリ４２と、車軸３２と、を通じて伝達される。
【００２０】
上述したように、また図３により詳細に示すように、従来の差動ロック機構３４は、差動ケース４４を車軸３２にロックする空気作動シフトカラー３８を含む。空気作動シフトフォーク４０は、シフトカラー３８と協働して、ドライバ制御スイッチ（図示せず）を介して、ロック機構３４を係合させ、または離脱させる。概して符号５６で示した押し棒ばねアセンブリが、空気連結部５８を介して、空気により作動させられる。
【００２１】
シフトカラー３８は次のように、差動ケース４４にロックされる。一方の車軸３２は差動装置３０に最も近い１組の内側寄りスプライン６０と、１組の外側寄りスプライン６２と、を含む。１組の内側寄りスプライン６０は１個の差動側部歯車５４に係合し、一方１組の外側寄りスプライン６２はシフトカラー３８と協働する。非ロック位置（図３に実線で示す）において、シフトカラー３８は１組の外側寄りスプライン６２に係合しているが、差動ケース４４と係合していないので、１組の外側寄りスプライン６２はそれぞれの側部歯車５４と同一速度で回転し、この時、差動装置３０は非ロック位置、即ち非係合位置にあって、主差動装置は通常の状態で作動している。
【００２２】
ドライバ制御スイッチが作動されると、空気圧により、押し棒ばねアセンブリ５６が、シフトフォーク４０によって、シフトカラー３８を差動装置３０に向けて移動させる。これにより、シフトカラー３８を差動ケース４４に係合させると共に、車軸の１組の外側寄りスプライン６２になお係合したままにして、ロック位置（図３に二点鎖線で示す）を達成する。この場合、差動装置３０を経る動力の伝達は、差動歯車アセンブリ４２のみを経るのでなく、ロックされた差動ケース４４と、差動歯車アセンブリ４２と、両方の車軸３２とを通じて達成される。
【００２３】
シフトフォーク４０、シフトカラー３８および押し棒ばねアセンブリ５６を示す従来の差動ロック機構３４の分解図を図４に示す。押し棒ばねアセンブリ５６は、ピストン６６付きの押し棒（プッシュロッド）６４と、Ｏリング６８と、一端に支持されたガスケット７０と、を含む。４個の押さえねじ７２および４個の関連する座金７４（１組のみを示す）が、空気シリンダカバー７６を関連するプラグ７８と共に、ガスケット７０に取り付ける。ばね８０は、押し棒６４の反対端を包囲し、ピストン６６とシフトフォーク４０との間で相互作用をしている。一対のピン８２が、シフトフォーク４０と協働して適正な方向を維持する。マイクロスイッチ８４および関連する取付けナット８６も差動ロック機構３４内に含まれており、差動装置３０の状態を監視し、ドライバに情報を提供する。従って、従来の差動ロック機構を作動させるには、２０個以上の別個の構成部分が必要である。
【００２４】
材料費を増大させることに加えて、この著しい数の構成部分は組立てを一層困難にし、これにより組立時間を増大し、また全体のコストを高くする。更に、システムを作動させるために空気連結部を必要とすることにより、システムに空気の漏洩を生ずる可能性があり、空気の漏洩はシステムの性能を不十分にする可能性がある。また、差動歯車アセンブリ４２は油で潤滑される環境内で作動しており、空気による作動はシステム内での油の漏洩の危険を増大する。更に、シフトフォーク４０とシフトカラー３８の間で繰り返される係合と離脱は、特に高速で係合すれば、早過ぎる構成部品の摩耗を招くと共に、差動歯車アセンブリ４２のような関連する構成部品にも早過ぎる摩耗を引き起こす。
【００２５】
本発明は構成部分の数を著しく減少させ、全体のコストおよび組立て時間を減少させる改良されたロック機構を提供する。本発明を組み入れているパワートレーンを、図５に概して符号１００で示す。パワートレーン１００は、エンジン１０２、トランスミッション１０４、および駆動車軸（ドライブアクスル）１０８に連結された駆動軸（ドライブシャフト）１０６を含む。駆動車軸１０８は、知られているように、車軸ハウジング１１２内に位置するキャリア１１０を含む。車軸ハウジング１１２は、このハウジング１１２内に車軸（アクスルシャフト）１１８およびキャリア１１０を実質的に包囲しているハウジング部を含んでいることを理解すべきである。更に、ハウジング１１２は、完全な車軸キャリアハウジングを形成するように、単一部品として形成するか、または相互に取り付けられた多数の部品から形成することができる。
【００２６】
キャリア１１０は、駆動軸１０６に作動するように連結されたピニオン歯車（ピニオンギヤ）２１２を含み、このピニオン歯車２１２は環状歯車（リングギヤ）１１４に駆動係合している。環状歯車１１４は差動装置１１６を駆動し、この差動装置１１６は車輌の車輪（図示せず）を駆動する一対の車軸１１８を駆動する。ピニオン歯車２１２は縦軸１２０を画定しており、車軸１１８は縦軸１２０に対し、横方向の横軸１２２を画定している。差動装置１１６は、先に差動装置３０に関して説明し、図２で示したものと類似の構成部分を有し、同様に作動すると理解すべきである。
【００２７】
差動装置１１６は概して符号１２４で示す差動ロック機構を含み、この差動ロック機構はコイル１２８を通じて、電気的に作動するシフトカラー１２６を含む。コイル１２８はシフトカラー１２６の一部を包囲しているコイル状のワイヤから成る。コイル１２８はバッテリーのような動力源１３０に接続され、この動力源１３０は電気信号１３２を介してコイル１２８に選択的に電圧を印加する。ドライバ、またはその他の入力源からの入力コマンド１３４を通じて、コイル１２８に電圧が印加されると、シフトカラー１２６は電磁石として作用し、非ロック位置からロック位置に移動させられることができる。電磁石の作動はこの分野で良く知られており、詳細に説明しない。
【００２８】
差動ロック機構１２４の分解図を図６に示す。コイル１２８は取付け部１３６を含み、この取付け部１３６は留め具ナットアセンブリ１３８と協働して、コイル１２８をキャリアまたは車軸ハウジング１１２の一部に取り付ける。コイル１２８は孔１４０を形成しており、この孔にシフトカラー１２６の一端が収容されている。コイルばね、ばねディスク、またはその他類似の機構のような弾性復帰部材１４２が、座金１４４と協働して、コイル１２８がもはや電圧を印加されなくなると、シフトカラー１２６を非ロック位置に復帰させる。マイクロスイッチ１４６および関連する取付けナット１４８も差動ロック機構１２４内に含まれており、差動装置１１６の状態を監視し、ドライバにその状態を報告する。従って、従来の空気で作動する設計に比較した時、差動ロック機構１２４の構成部分の数は半分以上も減少している。
【００２９】
図７は、コイル１２８が非電圧印加状態であって、非ロック位置、即ち非係合位置の差動ロック機構１２４を示す。上述したものと同様に、車軸１１８にスプライン嵌合されたシフトカラー１２６は、差動ケース４４の外側寄りに位置し、差動ケース４４から離脱している。
【００３０】
図８は、係合位置、即ちロック位置の差動ロック機構１２４を示す。この位置では、コイル１２８は動力源１３０を通じて電圧を印加されており、シフトカラー１２６を横軸１２２に沿って内側寄りの方向に直線状に動かし、スプライン取付け部１５０を差動ケース４４にスプライン嵌合させる。
【００３１】
車軸１１８は差動装置１１６に最も近い１組の内側寄りスプライン１５２と、１組の外側寄りスプライン１５４と、を含む。１組の内側寄りスプライン１５２は１個の差動側部歯車５４に係合し、一方１組の外側寄りスプライン１５４はシフトカラー１２６と協働する。シフトカラー１２６は、非ロック位置（図７に示す）では１組の外側寄りスプライン１５４に係合しているが、差動ケース４４には係合しておらず、従って、１組の外側寄りスプライン１５４はそれぞれの側部歯車５４と同一速度で回転しており、この時、差動装置１１６は非ロック位置、即ち非係合位置にあって、主差動装置を通常のように作動させている。入力コマンド１３４が発せられた時、動力源１３０は励起され、シフトカラー１２６を差動装置１１６に向かって移動させる。これにより、シフトカラー１２６を差動ケース４４に係合させると共に、車軸の１組の外側寄りスプライン１５４に、なお係合させたままにして、ロック位置（図８に示す）を達成する。この場合、差動装置１１６を通しての動力の伝達は、差動歯車アセンブリ４２のみでなく、ロックされた差動ケース４４と、差動歯車アセンブリ４２と、両方の車軸１１８と、を通じて達成される。
【００３２】
シフトカラー１２６は、図９により詳細に示されている。シフトカラー１２６は、内側端１６０と、この内側端１６０より直径がより小さい外側端１６２と、を含む。中心孔１６４はシフトカラー１２６を貫通しており、車軸１１８を収容する。中心孔１６４は車軸１１８の１組の外側寄りスプライン１５４に結合するスプライン面１６６を含む。内側端１６０は符号１５０に示すように（図７および図８参照）、差動ケース４４上の相手スプライン面１７０に係合するスプライン面１６８を含む。
【００３３】
座金１４４はシフトカラー１２６の外側端１６２に取り付けられている。図１０により詳細に示されている座金１４４は、シフトカラー１２６上に受け止められる中心孔１７２を含む。座金１４４の周囲の周りに複数のスロット１７４が形成されており、このスロットの直径は外側端１６２の直径より大きいが、内側端１６０の直径より小さい。弾性部材１４２はシフトカラーを非ロック位置に復帰させるように、座金１４４とコイル１２８との間で反作用をしている。
【００３４】
駆動車軸１０８のために差動ロック機構１２４を制御する方法は、シフトカラー１２６の外側端１６２の一部を包囲しているコイル１２８に電圧を印加する工程と、コイル１２８の電圧印加に応じて、所定の条件下で対をなす車軸１１８間に速度差を許容する非ロック位置から、シフトカラー１２６を差動ケース４４に固定することにより、両方の車軸１１８が共通速度で回転するロック位置まで、シフトカラー１２６を動かす工程と、を含む。更に、動力供給源１３０がコイル１２８から遮断された時、シフトカラーは自動的に非ロック位置に復帰し、即ちシフトカラーは差動ケース４４から切り離される。
【００３５】
本発明は従来の設計より、構成部分の数を著しく減少させ、組立て時間を減少させ、コストを減少させる、簡略化され且つ有効な差動ロック装置を提供する。本発明の好適な実施例を開示してきたが、本発明の範囲内で、ある種の変更が可能であることはこの分野の当業者には明らかである。従って、本発明の真の範囲および内容を決定するためには、特許請求の範囲が研究されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、従来の差動ロック機構を有する車輌パワートレーンの概略図である。
【図２】図２は、従来の駆動車軸用差動装置の分解図である。
【図３】図３は、係合位置および非係合位置を示す従来の差動ロック機構の、一部を除去した横断面図である。
【図４】図４は、図３の差動ロック機構の分解図である。
【図５】図５は、本発明を組み込んだ差動装置を有する駆動車軸付きの車輌パワートレーンの概略図である。
【図６】図６は、本発明の差動ロック機構の分解図である。
【図７】図７は、非係合位置で示す図６の差動ロック機構を組み込んだ差動装置の、一部を切除した横断面図である。
【図８】図８は、係合位置で示す図７と同様の図である。
【図９】図９は、図６に示されたシフトカラーの横断面図である。
【図１０】図１０は、図６に示された座金の上方から見た図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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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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