(57)【要約】  動力伝達装置は、ハウジングと、回動可能な入力部材と、ハウジング内部で１対のベアリングにより支持される回動可能な出力部材とを備える。摩擦クラッチは、入力部材と出力部材との間で要求される大きさのトルクを選択的に伝達する操作が可能である。クラッチはベアリングの間に軸方向に配置されている。アクチュエータは、要求される大きさのトルクを発生させるために、作動力を摩擦クラッチに供給する操作が可能である。
2010513799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
回動可能な入力部材と、
前記ハウジング内部で１対のベアリングにより支持される回動可能な出力部材と、
前記入力部材と前記出力部材との間で要求される大きさのトルクを選択的に伝達する操作が可能で、前記ベアリングの間に軸方向に配置される摩擦クラッチと、
要求される大きさのトルクを発生させるために、作動力を前記摩擦クラッチに供給する操作が可能なアクチュエータと、
を備える動力伝達装置。
【請求項２】
回動可能な前記出力部材がピニオンギアに固定されている請求項１の動力伝達装置。
【請求項３】
前記ピニオンギアが前記出力部材と一体形成されている請求項２の動力伝達装置。
【請求項４】
さらに前記ピニオンギアにより駆動され、軸を中心に回動可能で、前記ハウジング内部で支持されるリングギアを備え、
前記出力部材は、前記リングギアの回動軸に対して略垂直に延びた軸を中心に回動可能である請求項３の動力伝達装置。
【請求項５】
前記入力部材は同軸状に前記出力部材を囲んでいる請求項１の動力伝達装置。
【請求項６】
前記摩擦クラッチは、摩擦板の第１のセットを備え、
前記第１のセットは摩擦板の第２のセットに交互に差し込まれる請求項１の動力伝達装置。
【請求項７】
前記アクチュエータは、前記摩擦クラッチに作動力を供給する軸方向に移動可能なピストンを備える請求項６の動力伝達装置。
【請求項８】
さらに前記アクチュエータは、加圧流体をアキュムレータに供給するためのポンプを駆動する電動モータを備え、
前記加圧流体は、前記アキュムレータと流体連通する弁の位置に基づいて前記ピストンに選択的に作用する請求項７の動力伝達装置。
【請求項９】
前記流体は、給油のため回動可能な前記出力部材に接触している請求項８の動力伝達装置。
【請求項１０】
車軸ハウジングと、
前記車軸ハウジング内部で回動可能に支持されるキャリアを有する差動アセンブリと、
前記キャリアに固定されるリングギアと、
前記リングギアと駆動係合するピニオンギアを有し、１対のベアリングにより支持される回動可能なピニオンと、
回動可能な入力部材と、
前記入力部材と前記ピニオンとの間で必要な大きさのトルクを選択的に伝達する操作が可能で、前記ベアリングの間に軸方向に配置される摩擦クラッチと、
を備える動力伝達装置。
【請求項１１】
さらに前記車軸ハウジングに取り付けられるクラッチハウジングを備え、
前記入力部材及び前記クラッチが前記クラッチハウジング内に配置される請求項１０の動力伝達装置。
【請求項１２】
前記ベアリングは、前記クラッチハウジング内に配置される請求項１１の動力伝達装置。
【請求項１３】
前記ベアリングの１つは前記ピニオンを覆い、前記入力部材に覆われている請求項１２の動力伝達装置。
【請求項１４】
前記摩擦クラッチは、摩擦板の第１のセットを備え、
前記第１のセットは摩擦板の第２のセットに交互に差し込まれる請求項１０の動力伝達装置。
【請求項１５】
さらに、要求される大きさのトルクを発生するために、前記摩擦クラッチに作動力を供給する操作が可能なアクチュエータを備える請求項１０の動力伝達装置。
【請求項１６】
前記アクチュエータは、前記摩擦クラッチに作動力を供給する軸方向に移動可能なピストンを備え、
前記ピストンは、前記ベアリングの間に軸方向に配置される請求項１５の動力伝達装置。
【請求項１７】
さらに前記アクチュエータは、加圧流体をアキュムレータに供給するためのポンプを駆動する電動モータを備え、
前記加圧流体は、前記アキュムレータと流体連通する弁の位置に基づいて選択的に前記ピストンに作用する請求項１６の動力伝達装置。
【請求項１８】
前記流体は、給油のため前記ピニオンに接触している請求項１７の動力伝達装置。
【請求項１９】
さらに前記アキュムレータ内部の既定流体圧を維持するために、前記モータ及び前記ポンプを制御する圧力スイッチを備える請求項１７の動力伝達装置。
【請求項２０】
さらに少なくとも部分的に前記クラッチハウジングの外側に延設される入力フランジを備え、
前記入力フランジは前記入力部材に駆動連結され、回動のため前記ピニオンにより支持されている請求項１１の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）  
本出願は、２００７年１１月３０日に出願された米国特許出願１１／９４８２０３号及び２００６年１２月１５日に出願された米国仮出願６０／８７５１８５号の利益を主張している。上記出願での開示は、ここでの記載に含まれている。
【０００２】
一般に本発明は、車の駆動可能な車輪（drivable wheels）の第１及び第２のセット（sets）の間で、選択的にトルクを伝達する操作可能な動力伝達装置に関する。特に、本発明では、駆動車軸構成要素を一体に伴うクラッチを備えるトルク伝達装置について記述する。
【背景技術】
【０００３】
４輪駆動車の需要の増加により、駆動トルクを車輪に伝達するため、一般に多くの動力伝達システムが車のドライブラインアプリケーション（driveline applications）に採用されている。多くの車は、第１及び第２のドライブラインとの間で操作可能に取り付けられる動力伝達装置を備える。一般にこのような動力伝達装置は、４輪駆動モードによる操作を確立するために、第１のドライブラインから第２のドライブラインまで選択的に駆動トルクを伝達するトルク伝達機構を備える。少なくともある周知のトルク伝達機構では、車が４輪駆動モードで操作される際に、第２のドライブラインを第１のドライブラインに強固に連結するために、選択的に係合される噛合型ロックアップクラッチが設けられている。ロックアップクラッチが解放され、車が２輪駆動モードで操作される際には、駆動トルクは第１のドライブラインにのみ伝達される。
【０００４】
別の型の動力伝達装置は、車の操作者側でのいかなる入力又は行為を行うことなく駆動トルクを第２のドライブラインに向けるための操作が可能である。第１の車輪で牽引力を損失した際には、４輪駆動モードに入る。車の速度、スロットルの位置、ステアリング角度等の車の操作特性を変化させる関数である第２の出力シャフトに伝達される駆動トルクの量を、規制する操作が可能な電気制御クラッチアクチュエータを伴って、伝達を行う場合がある。一般に動力伝達装置は、伝達ケースハウジング内に位置するクラッチを備える。
【０００５】
現在多くの動力伝達装置が４輪駆動車に用いられているが、技術を発達させ、システムの限界を認識する必要性が存在する。例えば、動力伝達装置の大きさ、重量、パッケージの必要性により、ある４輪駆動アプリケーションにおいて、このようなシステムコストの面から採用できなくなるかもしれない。
【発明の概要】
【０００６】
動力伝達装置は、ハウジングと、回動可能な入力部材と、ハウジング内部で１対のベアリングにより支持される回動可能な出力部材とを備える。摩擦クラッチは、入力部材と出力部材との間で要求される大きさのトルクを選択的に伝達する操作が可能である。クラッチはベアリングの間に軸方向に配置されている。アクチュエータは、要求される大きさのトルクを発生させるために、作動力を摩擦クラッチに供給する操作が可能である。
【０００７】
本発明は、発明の詳細な説明及び添付の図面から、より十分に理解される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に従って攻勢されるトルク伝達機構を備える例示的な車の概略図。
【図２】トルク伝達機構の断面図。
【図３】トルク伝達機構の別の断面での断面図。
【図４】トルク伝達機構を補助する液圧回路を示す概略図。
【発明の詳細な説明】
【０００９】
好ましい実施形態の以下の記載は、単に例示的なものであり、開示、その適用又は使用を制限するものではない。
【００１０】
本発明は、回動可能な入力部材と回動可能な出力部材との間で伝達されるトルクの調整を適応制御する、動力伝達装置を示している。トルク伝達機構は、自動車のドライブラインの内部で、プロペラシャフトの部分の間に簡単に組込み可能で、駆動車軸アセンブリに直接連結される独立装置、又は、他に一列のトルクカップリングアプリケーション（torque coupling applications）として用いられる。すなわち、ドライブラインアプリケーション内で用いるための特定の構成の実施形態に関する動力伝達装置について後述するが、これは単に例示的なものであり、変形例も容易に理解される。
【００１１】
図１は、４輪車のドライブトレイン１０を示す図である。ドライブトレイン１０は、第１の車軸アセンブリ１２と、第２の車軸アセンブリ１４と、車軸アセンブリに駆動トルクを伝達するための動力伝達装置１６とを備える。示された特定の配置では、第１の車軸１２が前側ドライブラインであり、第２の車軸１４が後側ドライブラインである。動力伝達装置１６は、エンジン１８と、車軸シャフト２６を介して前輪２４を駆動するために取り付けられた前側差動装置（differential）ユニット２２を有する多速度変速装置２０と、を備える。また、伝達ユニット２８は、ドライブシャフト３２を介してカップリング３０の入力部材２９にトルクを伝達するために、変速装置２０により駆動される。カップリングの出力部材が後側差動装置３６の駆動構成要素に連結され、カップリング３０の入力部材２９はドライブシャフト３２に連結される。また、第２の車軸アセンブリ１４は、後側車軸シャフト４０を介して後側差動装置３６に連結される一対の後輪３８を備える。
【００１２】
ドライブトレイン１０は、カップリング３０を備えた電気的に制御される動力伝達システム４２を備えることが示されている。動力伝達システム４２は、２輪駆動モード又は４輪駆動モードで選択的に駆動トルクを供給するための操作が可能である。２輪駆動モードでは、トルクがカップリング３０を介して伝達されない。変速装置２０により伝達される駆動トルクの１００％が、前輪２４に供給される。４輪駆動モードでは、トルクを後輪３８に供給するために、動力がカップリング３０を通って伝達される。さらに動力伝達システム４２は、自動車の力学及び操作特性を検出するための車センサ５２に接続される、コントローラ５０を備える。コントローラは、車センサ５２からの信号に応じてカップリング３０の動作を制御する操作が可能となっている。コントローラ５０は、車輪の第１及び第２のセットとの間で既定の目標トルクを分配するようにプログラム化されてもよい。またコントローラ５０は、その他の方法により、カップリング３０を通って伝達される所望トルクを決定するように機能してもよい。伝達されるトルクの大きさを決定するために用いられる方法にかかわりなく、コントローラ５０は、所望のトルクの大きさを維持するためにカップリング３０を操作する。
【００１３】
図２乃至図４は、カップリング３０をより詳細に示す。カップリング３０は、摩擦クラッチ７４を介して出力シャフト又はピニオン７２に選択的に駆動連結される入力シャフト７０を備える。ドライブシャフト３２等のドライブライン構成要素の取付け手段（provision）を提供するため、入力フランジ７６が入力シャフト７０の一端に取り付けられている。
【００１４】
カップリング３０は、後側車軸ハウジング８２に固定されるハウジング８０を備える。後側車軸ハウジング８２は後側差動装置３６の差動装置ケース８４を回動可能に支持している。リングギア８６は、差動装置ケース８４に固定されている。ピニオン７２は、ピニオンに一体形成され、リングギア８６と噛合（meshed engagement）するように配置されるピニオンギア８８を備える。適切なギア噛合を達成するため、高さ設定シム９０が、ハウジング８０と後側車軸ハウジング８２との間に配置されている。
【００１５】
ピニオン７２は、ピニオンヘッドベアリング９２及び内側テールベアリング９４により回動可能に支持されている。ピニオンヘッドベアリング９２はハウジング８０に押付けられている。クリップ９５は、入力シャフト７０の内部に形成されるポケット内で内側テールベアリング９４を保持している。ナット９７は、ピニオン７２上で内側テールベアリング９４を保持している。入力シャフト７０は、ハウジング８０の内部で外側テールベアリング９６により回動可能に支持されている。ナット９８は、入力シャフト７０上で外側テールベアリング９６を保持している。この配置により、ピニオン７２及び入力シャフト７０の軸移動が規制される。
【００１６】
前述したように、摩擦クラッチ７４は、入力シャフト７０及びピニオン７２を駆動相互連結するように、選択的に作動される。摩擦クラッチ７４は、ピニオン７２と共に回動するようにインボリュートスプライン（involute splines）を介して固定される多数の内側クラッチ板１００を備える。多数の外側クラッチ板１０２は、ドラム１０４と共に回動するように別のセットのインボリュートスプラインを介して固定されている。ドラム１０４は、入力シャフト７０に固定されている。レーザ溶接技術を、この作業を達成するために用いることができる。また、入力シャフト７０とドラム１０４のツーピースアセンブリを、成形操作（shaping operation）によって形成されるスプラインを有するワンピースシャフトとしてもよい。
【００１７】
ピストン１０６は、ハウジング８０内に形成されるピストン空洞１０８の内部にスライド可能に配置されている。ピストン１０６は、摩擦クラッチ７４を通してトルクを伝達するため、クラッチ作動力を内側クラッチ板１００及び外側クラッチ板１０２に選択的に適用するように、加圧流体によって作動される。ピストン及び摩擦クラッチが互いの間で相対的に回動できるように、スラストベアリング１１０がピストン１０６と摩擦クラッチ７４との間に配置されている。
【００１８】
入力フランジ７６は、入力シャフト７０と共に回動するようにインボリュートスプラインを介して連結されている。スナップリング１１６は、入力シャフト７０上で入力フランジ７６を軸方向について保持している。ブッシュ１１８は、ピニオン７２上で入力フランジ７６を回動可能に支持し、ピニオンと入力フランジが互いの間で相対的に回動するようになっている。シール１２０は、入力フランジ７６とハウジング８０との間での油の流出（egress）及び汚れの侵入（ingress）を防止するために、配置されている。キャップ１２２及びＯリング１２４は、入力フランジ７６に沿って延設される内孔（bore）１２６をシールしている。フリンガ１２８は、異物（debris）をシール１２０から離すように、入力フランジ７６に連結されている。ベアリングの予荷重は、構成要素を計測し、外側テールベアリング９６が締め付けられる適切な大きさのスペーサ１３０を選択することによって、達成される。通常の駆動状態の際、外側テールベアリング９６が回動し、内側テールベアリング９４は静止している。内側テールベアリング９４は、前輪２４と後輪３８との間に速度差が存在する際にのみ、回動する。
【００１９】
さらに、摩擦クラッチ７４が、ピニオンヘッドベアリング９２と内側テールベアリング９４との間に軸方向に配置されることが好ましい。この構成により、多くの設計上の利点が実現される。特に、後側車軸アセンブリとカップリングとの連結体の長さを従来の（competitive）設計に比べ大きく削減しているため、最小化されたパッキング覆いが必要となる。一般に、従来のカップリングは後側車軸に取り付けられず、代わりにピニオンを回動可能に支持する車軸ハウジングにボルト留めされている。周知の車軸ハウジングは、ピニオンを適切に支持するためピニオンヘッドベアリングとピニオンテールベアリングとの間に十分なスペースを確保するように、既定の長さを有する。本出願では、この場所に摩擦クラッチ７４を配置することによって、ピニオンヘッドベアリング９２と内側テールベアリング９４との間のスペースを利用している。この覆いの特徴により、車製造者は、燃料タンク体積を最大化する等その他の挑戦のために車の車体スペース（body space）を利用可能となる。
【００２０】
ピニオンヘッドベアリング９２と内側テールベアリング９４との間に摩擦クラッチ７４を配置することにより、ピニオンヘッドベアリング９２と内側テールベアリング９４との間の距離は少なくとも最小に維持される。ピニオンベアリングの間のスペースの増加により、ギア寿命が増加し、ベアリング寿命が増加し、ベアリング及びギア噛合により発生する騒音が減少することが利点となる。
【００２１】
また、カップリング３０は特有のベアリング荷重配置を実現している。一般にハイポイドギア（hypoid gearing）を備える後側車軸では、ハイポイドピニオンより負荷されるスラスト荷重により、駆動モードとオーバランモードとの間で繰り返し操作を行う。駆動モードでは、ギア力のスラストが入力フランジ７６に向かう第１の方向１３２に作用する。オーバラン又は惰性走行モードでは、スラストは反対方向１３４に作用する。大抵、テーパ状の傾斜角のローラベアリングが、繰返し荷重（reciprocating loads）に対応するために、ピニオンヘッド及びピニオンテールの位置に必要となる。ピニオンヘッドベアリングが駆動モードでのギアスラスト荷重に対応し、ピニオンテールベアリングが操作のオーバランモードでのスラスト荷重に対応する。さらに、繰返し荷重により生じる騒音の可能性を削減するために、相対的に高い予荷重がピニオンヘッドとピニオンテールベアリングとの間に必要となる。高いベアリング予荷重によりドラッグ（drag）が増加するため、動力伝達装置の機械的効率が低下する。
【００２２】
本出願のトルク伝達装置は、繰返し荷重から生じる問題の解決手段を提供する。カップリング３０がトルクを伝達する際、スラスト荷重が入力シャフト７０上で入力フランジ７６に向かう第１の方向１３２に生じる。荷重は内側テールベアリング９４及びナット９７を通り、ピニオン７２に伝達される。また操作の駆動モードでは、ギアスラスト荷重がピニオン７２に生じ、第１の方向１３２に作用している。したがって、正味スラスト荷重は、同一の方向１３２である。このスラスト荷重は、ピニオンヘッドベアリング９２を通り、ハウジング８０に作用している。
【００２３】
オーバランモードでの操作では、摩擦クラッチ７４により生じるスラスト荷重は第１の方向１３２に作用し続けていて、前述のようにピニオン７２に伝達される。しかし、ピニオン７２に入力されるスラスト荷重は反対方向１３４である。オーバランモードの間に生じるピニオンギアスラスト荷重の大きさは、クラッチスラスト荷重より小さい。すなわち、ピニオン７２上の正味スラスト荷重は第１の方向であり、前述のようにピニオンヘッドベアリング９２を通り、ハウジング８０に作用する。ピニオン７２に生じる正味ピニオンスラスト荷重が一貫して第１の方向１３２に作用することが利点となる。この予測可能な荷重によりベアリング配置における予荷重が減少する。また、ドラッグが減少するため、機械的効率が増加する。スラスト荷重が１方向であるため、より高効率のベアリングを絶えず回動する外側テールベアリング９６の位置に用いてもよい。
【００２４】
図４は、カップリング３０に接続される液圧式回路２００を示す概略図である。液圧式回路２００は、電動モータ２０６によって駆動される液圧ポンプ２０４により供給される加圧された液圧流体を溜めるための、アキュムレータ２０２を備える。ポンプ２０４の入口２０８は、低圧フィルタ２１０に連通されている。流体はタンク（sump）２１２から低圧フィルタ２１０及びポンプ２０４を通って汲み出される。高圧に加圧された流体はポンプ２０４を出て、高圧フィルタ２１４を通る。加圧流体は、逆止め弁２１６を通り、アキュムレータ２０２を充填する。逆止め弁２１６は、流体がポンプ２０４に向かう逆方向に流れるのを規制している。
【００２５】
アキュムレータ２０２の内部で所望の流体圧を維持するため、圧力スイッチ２１８はモータ２０６及びポンプ２０４を制御している。アキュムレータ２０２の内部の圧力が既定値より下がった際には、モータ２０６によりポンプ２０４を駆動し、アキュムレータ２０２に加圧流体を供給するため、圧力スイッチ２１８を閉じる。定比減圧弁２２０は、アキュムレータ２０２内部の流体と連通している。定比減圧弁２２０は、加圧流体がピストン１０６に作用するように選択的に作動されるソレノイド２２２を備える。ある変形例では、ピストン１０６に適用される圧力を適切に制御するために、コントローラ５０がソレノイド２２２にパルス幅被変調信号を供給している。圧力がピストン１０６に適用されると、圧縮力が摩擦クラッチ７４に作用する。摩擦クラッチ７４の出力トルクは、定比減圧弁２２０を介してピストン１０６に適用される圧力を変化させることにより、制御される。ソレノイド２２２が作動されない際には、ピストン空洞１０８内部の流体は、タンク２１２に戻り、トルクが摩擦クラッチ７４を通って伝達されない。圧力リリーフ弁２２４は、既定値を越えた際にアキュムレータ２０２内部の圧力を解放するために、アキュムレータ２０２と定比減圧弁２２０との間に配置されている。
【００２６】
カップリング３０は給油及び作動システムを内蔵し、タンク２１２からの単動給油は、後側車軸の給油、摩擦クラッチ７４の給油及び冷却、そして、ピストン１０６に作用するアキュムレータ２０２内に溜められた作動流体としての作用に、用いられる。摩擦変性添加物（friction modifier additives）を含むＧＬ５合成油又はオートマティックトランスミッション流体は、本適用のために所望の特性を示す。システムに渡って共通の液圧流体が用いられるため、摩擦クラッチ７４はカーボンファイバ摩擦ブレーキライニングを備える。単一の潤滑剤を用いることにより給油の相互汚染の危険性が取り除かれる。
【００２７】
また、モータ２０６及びポンプ２０４は、ピニオンギア８８及びリングギア８６上へ噴霧される、給油の低圧出力の実現に用いられる。タンク２１２の内部での流体液位は、リングギア８６の下端より下側に維持されている。撹拌損失（churning loss）の削減により、後側車軸１４の機械的効率は増加する。また、エネルギ損失を削減するために、通常の後側車軸アセンブリに比べ減少した量だけ、リングギア８６をタンク２１２内部に含まれる液体内に延設してもよい。
【００２８】
さらに、前述の記述では、本発明の実施形態を単に例示的に開示及び記述したものである。当業者はこのような記述、添付の図面及び請求項から、請求項で定義される発明の範囲を逸脱することなく様々な変形例を認識できる。
【図１】
2010513799.tif 000003
【図２】
2010513799.tif 000004
【図３】
2010513799.tif 000005
【図４】
2010513799.tif 000006
【国際調査報告】
2010513799.tif 000007
2010513799.tif 000008