(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の摩擦面を含む第１のカップリング部材と、
第１の支持面と第１の支持面に設けられた第１の凹部とを含む第２のカップリング部材と、
第１及び第２のカップリング部材の間に配設されたチューブ状スリッパであって、前記スリッパは、第１の摩擦面と係合する第２の摩擦面及び第１の摩擦面と同軸である第２の支持面を備えており、前記第１及び第２の支持面は内部に複数のローラエレメントを受容する溝を両者間に画成し、前記第２の支持面は第２の凹部を備えており、前記第１及び第２の凹部は内部に少なくとも１個のローラエレメントを保持する溝へのポケット穴を画成し、前記ポケットは前記スリッパ及び第２のカップリング部材が相互に対して回転する際に第１のカップリング部材を第２のカップリング部材に連結するように構成されているものである、前記スリッパと、を含むカップリング。
【請求項２】
第１の凹部が第１のアーチ形凹部を備えており、第２の凹部が第１のアーチ形凹部と略対向して配設された第２のアーチ形凹部を備え、第２のアーチ形凹部のアーチの形状は、第１のアーチ形凹部のアーチの形状に対して反対方向に向いている請求項１記載のカップリング。
【請求項３】
アーチ形凹部が、インボリュート曲線、対数級数、等比級数及びアルキメデスうず巻き線の少なくともいずれかに従った形状とされている請求項２記載のカップリング。
【請求項４】
第１及び第２の支持面がそれぞれ円筒形支持面を成す請求項１〜３のいずれかに記載のカップリング。
【請求項５】
溝が、溝に沿ってほぼ接触してローラエレメントを保持する複数の前記ポケットを備える請求項１〜４のいずれかに記載のカップリング。
【請求項６】
スリッパが、第２の摩擦面と第２の支持面との間でスリッパの軸方向の長さに沿って延びるスリットを備える弾性チューブ状スリッパを含む請求項１記載のカップリング。
【請求項７】
カップリングが、
第２のカップリング部材に対する第１のカップリング部材の自由回転を助成するために一方向で第２のカップリングに対するスリッパの相対回転を防止し、
第２のカップリング部材に対する第１のカップリング部材の連結を助成するために反対方向で第２のカップリングに対するスリッパの相対回転を助成するアクチュエータを含む請求項６記載のカップリング。
【請求項８】
アクチュエータが、一側面に傾斜がかけられたスピゴットを含み、前記傾斜は、反対の相対方向でのスリッパの制限された相対回転を可能にしつつ、一方の相対方向でのスリッパの相対回転を防止するためにスリッパとの第１のモードの係合を付与し、前記傾斜は更に両方の相対方向でのスリッパの相対回転を防止するためにスリッパとの第２のモードの係合を付与する請求項７記載のカップリング。
【請求項９】
傾斜付きスピゴットが、その先端に隣接した緩斜部分及び、緩斜部分に隣接し荷重時に第１のカップリング部材を第２のカップリング部材から解放するための急斜部分を備える請求項８記載のカップリング。
【請求項１０】
アクチュエータが、その両側面に傾斜がかけられたスピゴットを含み、前記傾斜は、両方の相対方向でのスリッパの制限された相対回転を可能にするためにスリッパとの第１のモードの係合及び、両方の相対方向でのスリッパの相対回転を防止するためにスリッパとの第２のモードの係合を付与する請求項７記載のカップリング。
【請求項１１】
アクチュエータが、反対の相対方向でのスリッパの制限された相対回転を可能にしつつ、一方の相対方向でのスリッパの相対回転を防止するためにスリッパとの第１のモードの係合を付与するピンアクチュエータを含み、前記ピンは更に、両方の相対方向でのスリッパの相対回転を防止するためにスリッパとの第２のモードの係合を付与する請求項７記載のカップリング。
【請求項１２】
カップリングが、一対のカム表面を備え、第１の相対方向でのみ第２のカップリング部材に対する第１のカップリング部材の連結を助成するために第１の相対方向で第２のカップリング部材に対するスリッパの回転を可能にするスリッパとの係合の第１の位置と、第２の相対方向でのみ連結を助成するために第１の相対方向と反対の第２の相対方向で第２のカップリング部材に対するスリッパの回転を可能にするスリッパとの係合の第２の位置との間で回転可能である、回転可能カムアクチュエータを含む請求項６記載のカップリング。
【請求項１３】
回転可能カムアクチュエータが更に、第１及び第２の相対方向で第２のカップリング部材に対する第１のカップリング部材の連結を防止するために第１及び第２の両方の相対方向で第２のカップリング部材に対するスリッパの回転を防止するスリッパとの係合の第３の位置に回転可能である請求項１２記載のカップリング。
【請求項１４】
カップリングが、第１の相対方向でのみ第２のカップリング部材に対する第１のカップリング部材の連結を助成するために第１の相対方向で第２のカップリング部材に対するスリッパの回転を可能にする第１の係合のモードと、第２の相対方向でのみ連結を助成するために第１の相対方向と反対の第２の相対方向で第２のカップリング部材に対するスリッパの回転を可能にする第２の係合のモードと、第１及び第２の相対方向で連結を助成するために第１及び第２の両方の相対方向で第２のカップリング部材に対するスリッパの回転を可能にする第３の係合のモードと、第１及び第２の相対方向で連結を防止するために第１及び第２の両方の相対方向で第２のカップリング部材に対するスリッパの回転を防止する第４の係合のモードとを備える、スリッパと係合可能である一対のピンを有するピンアクチュエータを含む請求項６記載のカップリング。
【請求項１５】
第１の摩擦面が円錐形摩擦面を含み、第２の摩擦面が円錐形摩擦面と嵌合するような形状とされており、カップリングが、第２のカップリング部材に対する第１のカップリング部材の連結を選択的に制御するために第２の摩擦面との第１の摩擦面の係合を制御するアクチュエータリングを含む請求項１記載のカップリング。
【請求項１６】
第１の摩擦面を備える第１のカップリング部材と、
第１の円筒形支持面及び、第１の円筒形支持面に設けられた複数の第１の凹部を備える第２のカップリング部材と、
第１及び第２のカップリング部材の間に配設されたチューブ状スリッパであり、前記スリッパは、第１の摩擦面と係合する第２の摩擦面及び第１の摩擦面と同軸である第２の円筒形支持面を備えており、前記第１及び第２の支持面は両者間に溝を画成し、前記第２の支持面は複数の第２の凹部を備えており、前記第１の凹部の各々は各自の第２の凹部とともに溝へのポケット穴を画成するものである、前記チューブ状スリッパと、
前記ポケットに配設され、スリッパ及び第２のカップリング部材が相互に対して回転する際に第１のカップリング部材を第２のカップリング部材に連結する複数のローラエレメントと、
第２のカップリング部材に対するスリッパの回転運動を制御するアクチュエータとを含むプログラム可能な多方向カップリング。
【請求項１７】
第１の凹部がアーチ形凹部を備えており、第２の凹部が、第１の凹部と形状に関して相補的であり、第１の凹部とほぼ対向して配設されたアーチ形凹部を備えている請求項１６記載の多方向カップリング。
【請求項１８】
アーチ形凹部が、インボリュート曲線、対数級数、等比級数及びアルキメデスうず巻き線の少なくともいずれかに従った形状とされている請求項１７記載の多方向カップリング。
【請求項１９】
前記各ポケットが内部に単一のローラエレメントを保持する請求項１８記載の多方向カップリング。
【請求項２０】
前記ポケットが、溝に沿ってほぼ接触してローラエレメントを保持するように配設されている請求項１７記載の多方向カップリング。
【請求項２１】
ディファレンシャルケージ、左車輪出力軸及び右車輪出力軸と、
ケージと左車輪出力軸との間に結合された請求項１３記載の第１のカップリングと、
ケージと右車輪出力軸との間に結合された請求項１３記載の第２のカップリングと、
左車輪出力軸を上回る右車輪出力軸の回転速度の増加に応答して第１のカップリングのカムを第３の係合位置に回転させ、右車輪出力軸を上回る左車輪出力軸の回転速度の増加に応答して第２のカップリングのカムを第３の係合位置に回転させるクロスアクチュエータとを含むギヤレスディファレンシャルケージアセンブリ。
【請求項２２】
クロスアクチュエータが、右車輪出力軸とディファレンシャルケージとの間に結合された第１の相対回転速度センサと、第１の相対回転速度センサと第１のカムとの間に結合された第１のトリガと、左車輪出力軸とディファレンシャルケージとの間に結合された第２の相対回転速度センサと、第２の相対回転速度センサと第２のカムとの間に結合された第２のトリガとを含む請求項２１記載のギヤレスディファレンシャルケージアセンブリ。
【請求項２３】
第１の相対回転速度センサが、右車輪出力軸と結合された歯付き摩擦円板と、歯付き摩擦円板とディファレンシャルケージとの間に結合された歯付きカムとを含む請求項２１記載のギヤレスディファレンシャルケージアセンブリ。
【請求項２４】
作動油を含むトランスファケースであって、
トルク入力部材と、
トルク入力部材と結合された後輪トルク出力部材と、
前輪トルク出力部材と、
トルク入力部材から前輪トルク出力部材へトルクを伝達するトルクトランスファアセンブリであり、前記トルクトランスファアセンブリは、トルク入力部材と前輪トルク出力部材との間に結合された請求項１６〜２０のいずれかに記載の多方向カップリングを、作動油による抗力を受けてトルク入力部材の回転運動方向と独立に前輪トルク出力部材のオーバランを可能にするアクチュエータとともに含むものである、前記トルクトランスファアセンブリとを含むトランスファケース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルク入力部材からトルク出力部材へトルクを選択的に伝達するカップリングに関する。詳細には、本発明は、完全に充足された支持状態(a full complement of bearings)を有すると共に、クラッチハウジングとレースとの間でトルクを選択的に伝達するための複数の動作モードを有するプログラム可能なカップリングに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
入力軸が出力軸に対して一方向に回転している時に入力軸と出力軸との間でトルクを伝達し、入力軸が逆方向において自由回転できるようにするワンウェイクラッチ及びカップリングは、自動車産業において広範に使用されている。その結果、ワンウェイクラッチは、必要な時に入力部材と被動部材との間で自由回転が生起可能にさせながら入力部材が被動部材を駆動できるようにするために、トルクコンバータ及び自動変速装置において使用されてきた。現在使用されているそのようなワンウェイクラッチ又はオーバランニングクラッチの例には、英国特許第３０９３７２号及び国際出願ＷＯ９２／１４０７２号に開示されたような、スプラグクラッチ及びローラランプ形クラッチが含まれる。
【０００３】
スプラグクラッチは一般に、外レース、内レース及び内レースと外レースの間に配設された複数のくさび状要素を含む。そのスプラグエレメントの幾何学形状は、クラッチが一方向において自由回転を可能にするが、逆方向ではクラッチをロックするために内レースと外レースとの間でのくさびとなるようなものである。ローラランプ形クラッチは、スプラグクラッチと類似であるが、スプラグエレメントに代わり複数のローラエレメントを備える。両装置ともロックアップするためにくさび作用に依存しているので、スプラグエレメント、ローラエレメント及びレースは、ロックアップの間に極めて大きい半径方向応力を受ける。さらに、スプラグ及びローラエレメントは、自由回転の間クラッチを振動にさらす。その結果、こうしたワンウェイクラッチは頻繁に故障を生じやすい。
【０００４】
スパイラル形ワンウェイクラッチは、スプラグクラッチ及びローラランプ形クラッチに対する改良として開発されてきた。技術水準のスパイラル形ワンウェイクラッチは、スパイラル形内レースを有する外部部材、スパイラル形内レースと合致するスパイラル形外レースを有する内部部材及び内レースと外レースとの間に配設された複数の細長いローラベアリングを含む。細長いローラベアリングは、ローラベアリング及びレースにおける圧縮力の均一な分布を付与しつつ、スパイラル形表面の差動回転による摩擦抵抗を低減させる。しかし、従来のスパイラル形ワンウェイクラッチ、更にワンウェイクラッチは全般に、単一の動作モード、即ち一方向でのロックアップ及び逆方向での自由回転しか備えていないので、当該クラッチを使用する自動車装置の設計は不必要に過度に複雑である。
【０００５】
さらに、スパイラル形ワンウェイクラッチは特性上、望ましい角度より大きいワインドアップアングルを有する。例えば、従来のスパイラル形ワンウェイクラッチのレースが完全なロックアップまでに６０００ｆｔ・ｌｂのトルク時に１０°以上回転することはまれではない。このような大きいワインドアップアングルは、高性能の自動車装置の開発を困難にする。従って、カップリングのコストを著しく増大させることなく、複数の動作モード及び小さいワインドアップアングルを備えるカップリングを提供することが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、複数の動作モードを有するカップリングを提供することによって従来技術のワンウェイクラッチに関係した課題を克服又は軽減することである。
【０００７】
本発明によれば、カップリングは、第１のチューブ状摩擦面を備えるレースと、第１の円形支持面を備えるチューブ状部材と、第１のチューブ状摩擦面と連結する第２のチューブ状摩擦面及び第２の摩擦面の反対側の第２の円形支持面を備えるチューブ状スリッパであり、前記第２の支持面は第１の支持面と同軸であり、第１の支持面とともに、両者の間に配設された溝を画成するものである、前記チューブ状スリッパとより構成される。複数のローラエレメントが支持面と接触して溝に配設され、溝は、チューブ状部材及びスリッパが相互に対して回転する際にレースをチューブ状部材に連結するために少なくとも１個のローラエレメントを内部に保持するポケットを備える。カップリングの連結モードを制御するためにチューブ状部材に対するスリッパの回転運動を選択的に制限するためのアクチュエータが設けられる。
【０００８】
好ましくは、ポケットは、第１の支持面に配設された第１のアーチ形凹部及び、第１のアーチ形凹部にごく近接して第２の支持面に配設された相補的なアーチ形凹部より構成される。ポケットは、溝に沿って接触してローラエレメントを保持するために溝に沿って配設されており、インボリュート曲線、対数級数、等比級数及びアルキメデスうず巻き線の少なくともいずれかに従った形状とされる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を添付図面を参照して例示としてのみ説明するが、図面中、同一参照番号は同一要素を指示する。
図１ａ、１ｂ及び１ｃについて説明する。全体として１０で指示され、チューブ状クラッチハウジング１２、クラッチハウジング１２と同軸且つその外部に配設された弾性チューブ状Ｃ形スリッパ１４及び、スリッパ１４と同軸且つその外部に配設された円筒形レース１６を含む、全数多方向カップリングが示されている。クラッチハウジング１２は、複数のアーチ形凹部１８ａを含む円筒形支持面１８を有する。
【００１０】
スリッパ１４は、外側円筒形摩擦面２０及び内側円筒形支持面２２を備える。スリッパ１４には、スリッパ１４を拡張及び収縮可能とするためにスリッパ１４の長さに沿って外側円筒形摩擦面２０と内側円筒形支持面２２との間で軸方向に延びるスリット２４が備わっている。内側円筒形支持面２２は、外側円筒形支持面１８と同軸であり、複数のアーチ形凹部２２ａを備える。アーチ形凹部２２ａは、第１のアーチ形凹部１８ａにほぼ対向して設けられており、アーチ形凹部２２ａは外方にアーチ形をなし、アーチ形凹部１８ａは内方にアーチ形をなすという点で、アーチ形凹部１８ａと相補的である。
【００１１】
外側円筒形支持面１８及び内側円筒形支持面２２は一体に、クラッチハウジング１２とスリッパ１４との間に位置し、クラッチハウジング１２及びスリッパ１４の長さに延びる溝２８を画成し、アーチ１８ａ及び２２ａは溝２８の長さに延びる複数のポケット２８ａを画成する。複数のローラベアリング３０が溝２８内に配設され、支持面１８及び２２と接触し、スリッパ１４とクラッチハウジング１２との間において後述する態様で制限された回転運動を可能にする。好ましくは、個々のアーチ形凹部１８ａ及び２２ａは、各ポケット２８ａが単一のローラベアリング３０を保持するように、単一のローラベアリング３０の一部を保持するための形状とする。
【００１２】
レース１６は、外側円筒形摩擦面２０と嵌合する内側円筒形摩擦面３６を含む。アクチュエータは、クラッチハウジング１２に対するスリッパ１４の回転運動を選択的に制限することによりレース１６をスリッパ１４及びクラッチハウジング１２と連結するために設けられている。アクチュエータは、外側円筒形支持面１８から半径方向外方に延出しているフランジ３８と、内側円筒形支持面２２に設けられた嵌合溝４０とを含む。
【００１３】
カップリング１０の２つの動作モードについて以下に説明する。クラッチハウジング１２にトルクが時計回り方向に加わった場合、ローラベアリング３０は各ポケット２８ａにおいて溝２８に沿って時計回りに移動する。しかし、図１ｃの右側の破断図に示すように、ローラベアリング３０は、移動し始めてまもなく、凹部１８ａ及び２２ａの側壁４２で転動せざるをえなくなる。スリット２４及びスリッパ１４の弾性により、ローラベアリング３０は、溝２８及びスリッパ１４を半径方向外方へ拡張させ、それによりスリッパ１４によりレース１６に行使される半径方向の力を増大させる。クラッチハウジング１２が時計回りに回転し続けると、溝２８は、スリッパ１４及びレース１６がクラッチハウジング１２にロックされるまで拡張し続けることになる。この時点で、クラッチハウジング１２からの入力トルクは、レース１６に結合され、レース１６をクラッチハウジング１２とともに時計回りに回転させる。あるいはまた、入力トルクが、クラッチハウジング１２ではなくレース１６に、反時計回りで加わった場合、レース１６からの入力トルクはクラッチハウジング１２に結合され、クラッチハウジング１２をレース１６とともに反時計回りに回転させる。
【００１４】
クラッチハウジング１２の回転方向が逆になった場合、溝２８の幅は、ローラベアリングが凹部１８ａ及び２２ａの谷へ復帰するにつれて縮小するであろう。クラッチハウジング１２にアクチュエータフランジ３８及び嵌合溝４０が設けられていない場合、ローラベアリング３０は再び溝２８及びスリッパ１４を半径方向外方へ拡張させ、それによりクラッチハウジング１２をレース１６に連結させるであろう。しかし、図１ｃの左側の破断図に示すように、アクチュエータフランジ３８は、隣り合うローラベアリング３０の中間点に配設されておらず、中間点のやや左に配設されている。その結果、アクチュエータフランジ３８は、ローラベアリング３０が溝２８及びスリッパ１４を半径方向外方へ拡張させる前に、嵌合フランジ４０の左側壁と好適に係合する。結果として、スリッパ１４によりレース１６に行使される半径方向力は、クラッチハウジング１２が反時計回りに回転しても増大せず、クラッチハウジング１２はレース１６から分離されたままとなる。
【００１５】
図１に示した実施例がワンウェイクラッチの形態であることは理解されるであろう。しかし、図１に示した実施例は、ストラットアングルがより大きく、ローラベアリング３０の少ない変形によってカップリング１０のロックアップを可能にするという点で、従来技術のワンウェイクラッチに対する大きな改良である。さらに、完全充足型構造により、入力トルクがローラベアリング３０のセット全体によりレース１６に伝達され、また、小さなワインドアップアングルにより、クラッチが過渡回転力を受けた時にローラベアリング３０が不動になる危険をほとんど伴わずに、ロックアップが行われることが保証される。この構成は、ウエッジエレメントが群としてではなく個々に作用する、スプラグ式ワンウェイクラッチ及びローラランプ形ワンウェイクラッチと対比されなければならない。従って、完全充足型の隣接するローラベアリング３０が使用され、また、ローラベアリング３０の不動を防止するために各ポケット２８に単一のベアリング３０を配設し、両方の支持面１８及び２２の長さ全体にわたりアーチ形凹部が設けられることが好ましい。しかし、用途に応じて、アーチ形凹部は、支持面１８及び２２の一方に、又はその一部に対してのみ設けることができる。さらに、クラッチが過渡回転力を受けないものであれば、複数のベアリング３０を単一のポケット２８に保持させることもできよう。
【００１６】
アーチ形凹部１８ａ及び２２ａは、ローラベアリング３０を保持し、ローラベアリング３０が凹部の側壁で転動可能にし、それによりレース１６をクラッチハウジング１２にロックさせるために適切なあらゆる形状を採用することができる。適切な形状の例は、インボリュート曲線、対数級数、等比級数、アルキメデスうず巻き線又はそれらの組合せにもとづくものを含む。しかし、クラッチハウジング１２がスリッパ１４に対して回転するにつれてストラットアングルを増大可能にすることから、対数級数にもとづく凹部形状が好ましい。その結果、クラッチハウジング１２に加わるトルクは、最初に、ベアリング３０への比較的小さい圧縮力に変換され、ベアリング３０が変形を伴わずに支持面１８及び２２にかみ合えるようにする。ベアリング３０が支持面１８及び２２と係合し、クラッチハウジング１２がスリッパ１４に対して回転し続けると、拡大したストラットアングルは、レース１６が最小限のヘルツ応力及びスポーリングでクラッチハウジング１２とロックすることを可能にする。
【００１７】
図２ａ〜２ｃには、完全充足型多方向カップリング１０の１変更例を示す。図示の通り、カップリング１１０は、スリッパ１１４及びクラッチハウジング１１２を通って伸びる溝４４を備える。アクチュエータは、一側面に傾斜がかけられ、溝４４に嵌入する大きさであるスピゴット４６を含む。スピゴット４６が図２ｃの破断図に示された深さまで溝４４に一部挿入されると、カップリング１１０は、カップリング１０とほとんど同様にして応答する。詳細には、クラッチハウジング１１２が時計回りに回転した場合、クラッチハウジング１１２は、ローラベアリング３０が溝２８及びスリッパ１１４を半径方向外方へ拡張させる前にスピゴット４６の左側壁に好適に係合する。結果的に、スリッパ１１４によりレース１６に行使される半径方向の力は、クラッチハウジング１１２が時計回りに回転しても増大せず、クラッチハウジング１１２はレース１６から分離されたままとなる。クラッチハウジング１１２の回転方向が逆になった場合、クラッチハウジング１１２は、スリッパ１１４を半径方向外方へ拡張させるようにスリッパ１１４に対して十分に遠位まで移動でき、それによりクラッチハウジング１１２をレース１６に連結させる。従って、スピゴット４６が図２ｃの破断図に示された深さまで溝４４に一部挿入されると、カップリング１１０はワンウェイカップリングとして機能する。
【００１８】
スピゴット４６が溝４４に完全に挿入されると、クラッチハウジング１１２はスリッパ１１４に対する両方向での回転が防止され、レース１６を両方向で自由回転させる。
【００１９】
スピゴット４６の特に有利な変更例を図３に示す。図示の通り、スピゴット１４６は、スピゴット１４６の先端に隣接した緩斜部分１４６ａ及び、その緩斜部分１４６ａの後方に位置し、荷重時にカップリング１１０を解放するための急斜部分１４６ｂを備える。理解される通り、緩斜部分１４６ａが最初に溝４４に挿入され、傾斜の程度により、適用トルクの方向と反対方向にスリッパ１１４を容易に回転させる。スリッパ１１４がそのように回転すると、クラッチハウジング１１２とスリッパ１１４との間の連結の程度は十分に低減し、急斜部分１４６ｂが溝４４に挿入可能になる。スピゴット４６が溝４４に完全に挿入されると、レース１６はクラッチハウジング１１２から分離される。
【００２０】
完全充足型多方向カップリング１０の他の変更例は、図４、５及び６に示される。図４ａ〜４ｃに示された多方向カップリング２１０は、チューブ状クラッチハウジング２１２、クラッチハウジング２１２と同軸かつその外部に配設された弾性チューブ状Ｃ形スリッパ２１４及び、スリッパ２１４と同軸かつその外部に配設された円筒形レース１６を含む。軸方向に配設された溝２４４が、スリッパ２１４及びクラッチハウジング２１２を通って伸びている。カップリング２１０は、溝２４４を通り軸方向に伸びるように配設された複数のスピゴット２４６を有するアクチュエータ円板２４８を含むアクチュエータを備える。図５に例示するように、スピゴット２４６は、２つの反対側面に傾斜がかけられており、溝２４４に嵌入するような大きさである。その結果、スピゴット２４６が溝２４４に部分的にのみ入るようにアクチュエータ円板２４８が位置づけられると、カップリング２１０は、回転の両方向でクラッチハウジング２１２をレース１６にロックさせる。しかし、スピゴット２４６が溝２４４に完全に入るようにアクチュエータ円板２４８が位置づけられた場合、カップリング２１０は解放され、回転の両方向でクラッチハウジング２１２がレース１６に対して自由回転できるようにする。
【００２１】
図６ａ〜６ｃに示された多方向カップリング３１０は、カップリング２１０とほぼ同一であるが、チューブ状クラッチハウジング３１２、クラッチハウジング３１２の内部に配設された弾性チューブ状Ｃ形スリッパ３１４及び、スリッパ３１４の内部に配設された円筒形レース３１６を備える。
【００２２】
ここで、図７によって３つの付加的なアクチュエータ構造を説明する。最下位の列の図において、アクチュエータは、クラッチハウジングを通り半径方向内方に伸び、２つの個別の動作モードを付与するためにスリッパに設けられたフランジ３４８と係合するピン３４６を含む。第１のモードでは、ピン３４６は、反時計回り方向でのスリッパの制限された相対回転運動を可能にしつつ、時計回り方向でのスリッパの相対回転運動を防止するためにスリッパに設けられたフランジと係合する。第２のモードでは、ピン３４６はフランジ３４８から移動し、カップリングは両方向でロックされる。従って、この構造は、時計回り方向で自由回転するか、又は、両方向でロックアップするという、プログラム可能なワンウェイクラッチを付与する。
【００２３】
図７の中間の列の図では、アクチュエータは、ステム３５２及び、スリッパに設けられたフランジ３５６及び３５７とそれぞれ係合可能な一対の対立するカム表面３５４及び３５５を備える回転可能カム３５０を含む。左端の図に示す通り、カム３５０がそのステムを中立又は直立位置にさせると、カップリングは両方向でロックされる。カム３５０がステムを反時計回りに回転させると、スリッパが時計回り方向に回転する時にカム表面３５４がフランジ３５６と係合する。従って、このモードでは、カップリングは、レースが反時計回り方向に回転する時にレースをクラッチボディに連結するワンウェイカップリングとして機能する。カム３５０がステムを時計回りに回転させると、スリッパが反時計回り方向に回転する時にカム表面３５５がフランジ３５７と係合する。従って、このモードでは、カップリングは、レースが時計回り方向に回転する時にレースをクラッチボディに連結するワンウェイカップリングとして機能する。
【００２４】
図７の最上位の列の図では、アクチュエータは、クラッチハウジングを通り半径方向内方に伸び、４つの個別の動作モードを付与するためにスリッパに設けられたフランジ３６０ａ及び３６０ｂとそれぞれ係合する、１対のピン３５８ａ及び３５８ｂを含む。第１のモードでは、ピン３５８ａ及び３５８ｂは、フランジ３６０ａ及び３６０ｂと係合し両方向での自由回転を可能にする。第２のモードでは、ピン３５８ａがフランジ３６０ａから脱離し、それにより、レースが時計回り方向に回転する時にはレースをクラッチボディに連結させるが、反時計回り方向では自由回転を可能にする。第３のモードでは、ピン３５８ｂがフランジ３６０ｂから脱離し、それにより、レースが反時計回り方向に回転する時にはレースをクラッチボディに連結させるが、時計回り方向では自由回転を可能にする。第４のモードでは、ピン３５８ａ及び３５８ｂがフランジ３６０ａ及び３６０ｂから脱離し、両方向での完全な連結を可能にする。
【００２５】
次に、図８ａ及び８ｂについて説明する。チューブ状クラッチハウジング４１２、クラッチハウジング４１２と同軸且つその外部に配設された円錐形スリッパ４１４、及び、円錐形スリッパ４１４と同軸且つその外部に配設された円錐形レース４１６を含む、多方向カップリング４１０が示されている。円錐形スリッパ４１４は、上述の変更例に見られたスリットがないという点で、完全な円錐形スリッパである。スリッパ４１４の内側円筒形表面とクラッチハウジング４１２の円筒形外面との間に形成されたポケット付きの溝４２８は、その中に配設された複数のローラベアリング３０を保持する。スリッパ４１４は外側円錐形摩擦面４２０を備え、レース４１６は、外側円錐形摩擦面４２０と対になる内側円錐形摩擦面４３６を備える。アクチュエータリング（図示せず）は、内側円錐形摩擦面４３６が外側円錐形摩擦面４２０と係合するように、円錐形レース４１６を選択的に押圧し円錐形スリッパ４１４と係合させる。そのようにして係合すると、レース４１６は両方向においてクラッチハウジング４１２と連結される。アクチュエータリングが円錐形レース４１６を円錐形スリッパ４１４から引き離すと、クラッチハウジング４１２は両方向においてレース４１６に対して自由回転する。カップリング４１０の１変更例では、アクチュエータリングは、円錐形スリッパ４１４がクラッチハウジング４１２及び円錐形レース４１６と滑動可能に係合するように、軸方向滑動可能な円錐形レース４１６に対してよりも軸方向滑動可能な円錐形スリッパ４１４に作用する。
【００２６】
図９ａ及び９ｂは、カップリング４１０とほぼ同一であるが、チューブ状クラッチハウジング５１２、クラッチハウジング５１２の内部に配設された完全円錐形スリッパ５１４及びスリッパ５１４の内部に配設された円錐形レース５１６を含む、多方向カップリング５１０を示す。アクチュエータリング（図示せず）は、円錐形レース５１６を選択的に押圧し円錐形スリッパ５１４と係合させる。あるいはまた、アクチュエータリングは円錐形スリッパを押圧し円錐形レース５１６及びクラッチハウジング５１２と係合させる。
【００２７】
図１０は、図７の中間の列の図によって説明した本発明のカップリング及びアクチュエータアセンブリを使用した、ディファレンシャル用のギヤレスディファレンシャルケージアセンブリを示す。全体として６００で指示されたディファレンシャルケージアセンブリは、ディファレンシャルケージ６０２、左車輪出力軸６０４及び右車輪出力軸６０６を含む。第１の多方向カップリング６１０ａは、ケージ６０２と左車輪出力軸６０４との間で連結される。第２のの多方向カップリング６１０ｂは、ケージ６２０と右車輪出力軸６０６との間で連結される。
【００２８】
多方向カップリング６１０ａは、ケージ６０２と結合されたチューブ状クラッチハウジング６１２ａ、クラッチハウジング６１２ａと同軸でかつその内部に配設された弾性チューブ状Ｃ形スリッパ６１４ａ、及び、スリッパ６１４ａと同軸でかつその内部に配設された円筒形レース６１６ａを含む。円筒形レース６１６ａは左車輪出力軸６０４と連結される。カップリング６１０ａは、図７のカム３５０に類似であり、ステム６５２ａ及び、スリッパ６１２ａに設けられたフランジ６５６ａ及び６５７ａとそれぞれ係合する一対の対立するカム表面６５４ａ及び６５５ａを備える回転可能トグル６５０ａを有するアクチュエータを含む。
【００２９】
同様に、多方向カップリング６１０ｂは、ケージ６０２と結合されたチューブ状クラッチハウジング６１２ｂ、クラッチハウジング６１２ｂと同軸でかつその内部に配設された弾性チューブ状Ｃ形スリッパ６１４ｂ、及び、スリッパ６１４ｂと同軸でかつその内部に配設された円筒形レース６１６ｂを含む。円筒形レース６１６ｂは右車輪出力軸６０６と連結される。カップリング６１０ｂは、図７のカム３５０に類似であり、ステム６５２ｂ及び、スリッパ６１２ｂに設けられた各フランジとそれぞれ係合する一対の対立するカム表面６５４ｂ及び６５５ｂを備える回転可能トグル６５０ｂを有するアクチュエータを含む。
【００３０】
クロスアクチュエータは、第１及び第２のカップリング６１０ａ及び６１０ｂとのの間で結合され、左車輪出力軸６０４を上回る右車輪出力軸６０６の回転速度の増加に応答して第１の多方向カップリング６１０ａのトグル６５０ａを中立又は直立位置に回転させ、右車輪出力軸６０６を上回る左車輪出力軸６０４の回転速度の増加に応答して第２の多方向カップリング６１０ｂのトグル６５０ｂを中立又は直立位置に回転させる。クロスアクチュエータは、右車輪出力軸６０６と結合され、一連の歯６６２ａを外縁に設けられている第１の摩擦円板６６０ａ及び、摩擦円板６６０ａと結合され、ステム６５２ｂを受容するためのガイド６６６ａ及び歯６６２ａとかみ合うための歯６６８ａを有する、回転可能カムトリガ６６４ａを備える。また、クロスアクチュエータは、左車輪出力軸６０４と結合され、一連の歯６６２ｂを外縁に設けられている第２の摩擦円板６６０ｂ及び、摩擦円板６６０ｂと結合され、ステム６５２ａを受容するためのガイド６６６ｂ及び歯６６２ｂとかみ合うための歯６６８ｂを有する、回転可能なカムトリガ６６４ｂを備える。クロスアクチュエータは、クロスアクチュエータをケージ６０２に連結しクロスアクチュエータをケージ６０２によって回転させる、プレート６７０ａ及び６７０ｂにより両側面で包囲されている。
【００３１】
動作時、車両が直線的に前進している時、ケージ６０２に加えられるトルクはクラッチハウジング６１２を前進方向に回転させ、それによりプレート６７０を前進方向に引きずる。その結果、ステム６５２はディファレンシャル内の作動油による抗力を受け、トグル６５０を反対方向に回転させ、カップリング６１０を前進方向にロックさせる。従って、トルクは左右両方の車輪出力軸６０４及び６０６に適用される。
【００３２】
ケージ６０２への入力トルクが低減すると、左右の車輪出力軸６０４及び６０６はオーバランし、摩擦円板６６０をケージ６０２に先んじて回転させる。その結果、右車輪出力軸６０６のカムトリガ６６４ａは、左車輪出力軸６０４のトグル６５２ｂを中立位置に動かし、カップリング６１０ａを両方向においてロックさせる。同様に、左車輪出力軸６０４のカムトリガ６６４ｂは右車輪出力軸６０６のトグル６５２ａを中立位置に動かし、カップリング６１０ｂを両方向においてロックさせる。結果として、後輪はエンジンを駆動せざるをえなくなる。
【００３３】
車両操縦中、右車輪出力軸６０６が左車輪出力軸６０４より高速に回転するように強制される時などに、右車輪出力軸６０６はオーバランし、摩擦円板６６０ａをケージ６０２に先んじて回転させ、事実上、左右車輪出力軸６０４及び６０６の間の回転速度の差を検出するための相対回転速度センサとして機能する。その結果、右車輪出力軸６０６のカムトリガ６６４ａは左車輪出力軸６０４のトグル６５２ｂを中立位置に動かし、カップリング６１０ａを両方向においてロックさせる。右車輪出力軸６０６のトグル６５２ａの位置は変わらないので、右車輪はオーバランすることができ、その間にトルクが左車輪に伝達される。左車輪が両方向においてケージと連結されるので、トルクがディファレンシャルに連続的に適用された場合、トルクは左車輪に適用され、入力トルクが低減した場合、トルクは左車輪からエンジンに伝達される。
【００３４】
図１１は、図７の中間の列の図に関して説明した進歩的なカップリング及びアクチュエータアセンブリを同じく使用した四輪駆動トランスファケースの前輪駆動部を示している。全体として７００で指示された四輪駆動トランスファケースは、トルク入力軸（図示せず）、トルク入力軸と結合された後輪トルク出力軸（図示せず）、前輪トルク出力軸７０２、トルク入力軸にスプライン嵌めされた第１の前輪駆動スプロケット（図示せず）、前輪トルク出力軸７０２と結合されたトルクトランスファアセンブリ７１０、及び、第１の前輪駆動スプロケット及びトルクトランスファアセンブリ７１０の周囲に掛架されたチェーン７０６を含む。
【００３５】
明白となるように、トルクトランスファアセンブリ７０４は、入力軸の回転方向にかかわらずに、前輪トルク出力軸７０２のオーバランを可能にしながら、第１の前輪駆動スプロケットからのトルクを前輪トルク出力軸７０２へ伝達する。
【００３６】
トルクトランスファアセンブリ７１０は、前輪トルク出力軸７０２の周囲に回動可能に配設された外歯付き環状スプロケット７１２、環状スプロケット７１２と同軸でかつその内部に配設された弾性チューブ状Ｃ形スリッパ７１４、及び、スリッパ７１４と同軸でかつその内部に配設された円筒形レース７１６を含む。円筒形レース７１６は前輪出力軸７０２と連結される。トルクトランスファアセンブリ７１０は、図７のカム３５０と類似であり、ステム７５２及び、スリッパ７１２に設けられたフランジ７５６及び７５７とそれぞれ係合する一対の対立するカム表面７５４及び７５５を備える回転可能トグル７５０より成るアクチュエータを含む。
【００３７】
動作時、入力軸が前進方向で回転している場合、後輪トルク出力軸は、前進方向で回転するように強制され、従って前輪環状スプロケット７１２及び前輪トルク出力軸６０２を前進方向に回転させる。その結果、ステム７５２はトランスファケースの作動油による抗力を受け、トグル７５０を反対方向に回転させ、トルクトランスファアセンブリ７１０を前進方向にロックさせる。従って、トルクは前輪出力軸７０２に適用される。
【００３８】
車両が転回に入り前輪を後輪より高速に回転させた場合、前輪トルク出力軸７０２は環状スプロケット７１２をオーバランさせ、転回が円滑に完了できるようにする。いずれかの時点で後輪がスリップし始めた場合、車両は、トルクトランスファアセンブリ７１０を介して前輪に伝達される動力によりその速度を維持しようとする。
【００３９】
入力軸の方向が逆転した場合、後輪トルク出力軸及び環状スプロケット７１２は、反時計回り（後進）方向に回転するように強制され、それにより自動車を後進させる。従って、前輪トルク出力軸７０２は、反時計回り方向に回転するように強制され、トグル７５０を反対方向に回転させ、トルクトランスファアセンブリ７１０を後進方向にロックする。
【００４０】
上述の好適実施例の説明は、本発明を例示しようと意図している。当業者は、ここに明示的には開示していないが、請求の範囲により画成される本発明の範囲に包含される望ましい実施例に対して一定の追加、削除及び／又は修正を想到することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】  本発明の第１の態様による完全充足型多方向カップリングの軸方向断面図である。
【図１ｂ】  図１ａに示す完全充足型多方向カップリングの横断面図である。
【図１ｃ】  図１ａに示す完全充足型多方向カップリングのアクチュエータの略拡大図である。
【図２ａ】  本発明の第２の態様による完全充足型多方向カップリングの軸方向断面図である。
【図２ｂ】  図２ａに示す完全充足型多方向カップリングの横断面図である。
【図２ｃ】  図２ａに示す完全充足型多方向カップリングのアクチュエータの略拡大図である。
【図３】  図２ｃに示すアクチュエータの変更例の略拡大図である。
【図４ａ】  本発明の第３の態様による完全充足型多方向カップリングのアクチュエータの正面平面図である。
【図４ｂ】  図４ａに示すアクチュエータに関する完全充足型多方向カップリングの軸方向断面図である。
【図４ｃ】  図４ｂに示す完全充足型多方向カップリングの横断面図である。
【図５】  図４ａに示すアクチュエータの変更例の略拡大図である。
【図６ａ】  本発明の第４の態様による完全充足型多方向カップリングのアクチュエータの正面平面図である。
【図６ｂ】  図６ａに示すアクチュエータに関する完全充足型多方向カップリングの軸方向断面図である。
【図６ｃ】  図６ｂに示す完全充足型多方向カップリングの横断面図である。
【図７】  本発明の第５、第６及び第７の態様によるアクチュエータの略拡大図である。
【図８ａ】  本発明の第８の態様による完全充足型多方向カップリングの軸方向断面図である。
【図８ｂ】  図８ａに示す完全充足型多方向カップリングの横断面図である。
【図９ａ】  本発明の第９の態様による完全充足型多方向カップリングの軸方向断面図である。
【図９ｂ】  図９ａに示す完全充足型多方向カップリングの横断面図である。
【図１０】  完全充足型多方向カップリングを組込んだギヤレスディファレンシャルの各図である。
【図１１】  完全充足型多方向カップリングを組込んだ四輪駆動トランスファケースの各図である。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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