ハイブリッド伝動装置を備えた全牽引差動装置
コンパクトな全歯車全牽引差動装置は「ハイブリッド」デザインを有する噛み合い対の側ギヤウォーム及びウォームホイールバランス用歯車を含む。好ましくは、各側ギヤウォームの歯はインボリュート輪郭を有するが、プランジ送りのみで切削され、一方、バランス用歯車のウォームホイール部分の歯は凹状形状のカッタにより行われた歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームである。側ギヤウォームの歯は４５°に等しいか又はこれより大きい螺旋角度及び顕著に面取りされた端部を有し、歯車は１．５：１及び２．５：１の間の歯車比を提供するように設計される。平歯車部分及び各バランス用歯車のウォームホイール部分における並びに各側ギヤウォームにおける歯の数はすべて２又は３で割りきれ、好ましくは２及び３の双方で割りきれる。
【発明の詳細な説明】
【関連出願に対するリファレンス】
【０００１】
この出願は２００６年１０月２７日に出願された「ＦＵＬＬ ＴＲＡＣＴＩＯＮ ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ ＷＩＴＨ ＨＹＢＲＩＤ ＧＥＡＲＩＮＧ」という名称の米国特許出願番号第１１／５５３，６０３号に開示された１又はそれ以上の発明を請求する。上述の出願は参照としてここに組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は主として自動車に使用するように設計された「制限スリップ」として普通参照される形式の全歯車差動装置に関し、特に、効率、空間、コスト及び重量が重要であるような車両に使用するように設計されたそのような差動装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの形式の制限スリップ差動装置が存在するが、最も商業的に成功したものはベルノン・イー・グリースマン(Vernon E. Gleasman)のデザインに基礎をおく全歯車差動装置であり、その最も有効なものはＴｏｒｓｅｎ（登録商標名）タイプ１の差動装置として商業的に特定された交差軸線デザインに基礎をおく全歯車差動装置である。交差軸線遊星伝動装置を使用するこのような既知の制限スリップ差動装置の最近の改善は参照としてここに組み込む米国特許第６，７８３，４７６号明細書に開示されている（本発明と同じ譲受人に譲渡され、商標名「ＩｓｏＴｏｒｑｕｅ」により特定される「コンパクト全牽引差動装置」）。上述の特許明細書に開示された改善された差動装置は他の従来の交差軸線差動装置の早期のデザインよりも寸法及び重量が一層小さく、製造コストが一層少ないが、同様の荷重運搬仕様を満たす。
【０００４】
すべての伝統的なグリースマン交差軸線差動装置は例えば図１Ａ、１Ｂにおける１３１、１３２及び１３１ａ、１３２ａのような対をなす異常バランス用（組み合わせ）歯車を含み、これらの歯車は（ａ）各端部に形成された平歯車部分１３３を介して互いに噛み合い、（ｂ）２つの平歯端部間に位置する砂時計形状のウォームホイール内に形成された螺旋歯を介して側ギヤウォーム１４１、１４２と噛み合う。古いデザイン（例えばＴｏｒｓｅｎ（登録商標名）タイプ１）を含むグリースマン全歯車交差軸線差動装置の重要な特徴は、差動装置のバランス用歯車の各々の中央部分上の「ウォームホイール」歯に対する、「ウォーム」として作用するように意図した各側ギヤの関係である。
【０００５】
「ウォーム」は伝統的には「ウォームギヤ」又は「ウォームホイール」(ここでは後者の用語即ちウォームホイールを使用する)として一般に特定される一層大きな歯車と噛み合うスクリューネジ部の形をした歯を備えた円筒歯車である。しかし、グリースマン形式の差動装置に使用されているように、側ギヤウォームは２つの歯車のうちの大きい方である。伝統的なウォーム／ウォームホイール伝動装置においては、エネルギがウォームからウォームホイールに伝達される際に機械的な利点が存在し、エネルギがウォームホイールからウォームに伝達される際に付随的に機械的な欠点が存在する。この同じ機械的な利点／欠点の関係はまた、先に説明しここで開示するグリースマン形式の差動装置の側ギヤウォームとバランス用歯車のウォームホイールとの間のエネルギの伝達に関しても真実である。
【０００６】
従来の差動装置においては、車両の一方の駆動車輪が牽引力を失った場合、大半のエンジントルクはスリップしている車輪へ直ちに送給される。グリースマン形式の差動装置では、エンジンから車輪へのウォームホイール／ウォーム接続により生じる機械的な欠点は低牽引車輪の過剰なスリップを強制する。この同じ接続は、ウォーム／ウォームホイール方向に作動しているときには、車両がコーナーを旋回し、外側の車輪が同じ時間期間内で内側の車輪よりも一層長い距離にわたって走行する際に、駆動車輪の速度変化に対して差動装置の応答性を向上させる。
【０００７】
円滑な転がり歯車噛み合いのための幾何学的な要求は通常、実際のウォーム／ウォームホイール歯車セットの歯比（即ち、歯車対の他方の部材における歯の数に対する一方の部材における歯の数の比）を少なくとも３．５：１の比に制限し、このクラスの歯車セットに対しては一層大きな歯比が通常設計される。この比の制限はスクリューネジ部形式の直線フランクウォームに対して及び生成(generated) 形式のインボリュートヘリコイドウォームに対して真実である。多くの幾何学的な抵触は通常、３．５：１よりも低い比でウォーム／ウォームホイール歯セットを設計するいかなる試みからも由来する。
【０００８】
しかし、交差軸線差動装置における歯車部材の比較的小さなパッケージ寸法及び比較的高い強度の要求のため、最適なウォーム／ウォームホイール比は理想的には１．５：１及び２．５：１の歯車比範囲に入るが、従来の歯車でこれらの比を満たすことのできるものはない。それ故、実際問題として、従来の交差軸線差動装置の側ギヤ「ウォーム」歯及びバランス用歯車「ウォームホイール」歯は実際のウォーム／ウォームホイールデザインとして実行されなかったが、むしろ、両方の素子が単純な螺旋（はすば）歯車幾何学形状を有するような交差はすば歯車セットとして実行された。このアプローチの重大な制限は、交差はすば歯車セットが、広い面積接触パターンではなく、瞬間的な「点」接触を有することであり、従って、負荷制限及び加速磨耗に影響されやすい。
【０００９】
既存技術における交差はすば歯車幾何学形状はまた、その極めて制限された接触面積にわたって主として転がり接触で作動するので、その摩擦成分において制限される。大きな牽引力を伴う車輪へのトルク伝達の効果がこの摩擦成分に依存するので、この重要な側ギヤ／バランス用歯車の噛み合いにおいて摩擦を増大させることが望ましい。このような摩擦の増大は駆動ラインの全体の効率について殆ど効果を有しない。その理由は、このセットの低い相対回転速度が、実際には通常０−２０ｒｐｍの範囲内に入る車輪速度においてのみ差動を行わせるからである。
【００１０】
伝統的な螺旋（はすば）形状からの部分的な変更は上述の米国特許第６，７８３，４７６号明細書に開示されている。この特許明細書は「上包絡線(supra-enveloping)」接触パターンを有する螺旋ウォーム／ウォームホイール歯を開示している。すなわち、バランス用歯車のウォームホイール部分は依然として伝統的なはすば歯車形状（従来の直線側部のホブで切削されたインボリュートヘリコイド形状）を有し、一方、噛み合うウォーム（即ち側ギヤ）はインボリュートホブで切削された番いの「逆インボリュート」歯を有する。この特許はまた他の従来技術と同じように「閉じた端部」の側ギヤの使用を提案する。
【００１１】
従来の交差軸線はすば歯車は直線側部の歯を備えるようにホブにより切削され、ホブはプランジ（突進）送りと軸方向の送りとの組み合わせにより回転させられる。従来のウォームホイールはまた直線側部の歯を備えるホブにより切削されるが、ホブは、軸方向の送り無しに、プランジ送りだけで回転させられる。
【００１２】
上述のように、全歯車交差軸線差動装置は（ａ）各端部に形成された平歯車を介して互いに噛み合い、（ｂ）２つの平歯端部間に形成された螺旋歯を介して側ギヤと噛み合う異常バランス用歯車を含む。組立て中、このような異常用の歯は等しい負荷分担を保証するように適正な噛み合い及び方位に位置決めしなければならない。この方位決め工程は「タイミング」と呼ぶ。
【００１３】
すべての従来のデザインにおいては、歯車は奇数及び偶数の歯の混合を有する。典型的な従来の例は次の通りである：バランス用歯車の各端部での平歯の数は１８であり、各バランス用歯車のウォームホイールにおける歯の数は７であり、各側ギヤにおける歯の数は１３である。このような異常用の従来の歯数は偶然には生ずるのではなく、むしろ、交差はすば歯車セットの点又は線接触特徴に関連する特殊な歯車セット磨耗問題を部分的に除去しようとするために特に選択される。それにも拘わらず、このような異なる歯車数は複雑なタイミング問題を生じさせる。たとえば、すべての従来のデザインは、タイミング用目印を各組み合わせ歯車上に配置し、組立て中にインストラクションチャートへの注意深い配慮を行うことを必要とする。歯車の組立て順序は、組立てるときに各歯車のために目印が回転しなければならない個々に異なる距離等と共に、示される。たとえば「内部負荷は歯車中で均一にバランスされず、ある負荷は厳しくオーバーロードする。これは最終的にしばしば破滅的な故障に通じる」という従来の教示は、不正確なタイミングが危険な結果を招くことかあることを警告している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６，７８３，４７６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
コンパクトな全歯車全牽引差動装置は、「ハイブリッド即ち混成」デザインを有する、噛み合う対の側ギヤウォーム及びウォームホイールバランス用歯車を含み、このデザインは側ギヤとバランス用歯車の中央部分との間に改善された歯接触パターンをもたらし、真のウォーム／ウォームホイール特性に一層近似し、一層大きな牽引力を備えた車輪へのトルク伝達の効率を本質的に増大させ、衝撃抵抗を増大させ、組立てを著しく簡単化する差動装置のすべての歯車間のタイミング関係を許容する。好ましくは、各側ギヤウォームの歯はインボリュート輪郭を有するが、プランジ送りのみで切削され、一方、バランス用歯車のウォームホイール部分の歯は凹状のカッターにより作られる歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームである。側ギヤウォームの歯は４５°に等しいか又はこれより大きな螺旋角度及び顕著に面取りした端部を有し、歯車は１．５：１及び２．５：１の間の歯車比を提供するように設計される。各バランス用歯車の（ａ）平歯車部分内及び（ｂ）ウォームホイール部分内並びに（ｃ）各側ギヤウォーム内の歯の数はすべて、２又は３で、好ましくは２及び３の双方で割りきれる。さらに、いかなる不適正に位置するバランス用歯車もがハウジング内のそのそれぞれの装着穴と適正に整合せず、このような不整合のバランス用歯車を単に１歯分だけいずれかの方向に回転させることにより、正しい整合及び歯車タイミングが達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａはここで改善される形式の従来のコンパクトな全牽引差動装置の概略部分断面図であり、図１Ｂは図１Ａの面１Ｂ−１Ｂにおける、図１Ｂの差動装置の概略部分断面図である。
【図２】明瞭のために一部を省略し一部ハッチングを省略して示す本発明に係る２セット差動装置を示す、図１Ａと類似であるが９０°回転させた状態の概略部分断面図である。
【図３】これまた明瞭のために一部を省略し一部ハッチングを省略して示す本発明に係る３セット差動装置を示す、図１Ｂと類似の概略部分断面図である。
【図４】修正されたホブ工具により切削されている本発明に係るバランス用歯車のウォームホイール部分上の歯を示す部分概略図である。
【図５】図４に示すウォームホイール歯及び修正されたホブ工具の大いに拡大した部分の概略図である。
【図６】ウォームホイール歯を切削するために従来使用される方法で従来のホブ工具により切削されている本発明に係る側ギヤウォームの歯を示す部分概略図である。
【図７】図６に示すホブ工程の前に顕著に面取りされた側ギヤブランクを備えた、本発明に係るバランス用歯車及び側ギヤの斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
好ましくは、各側ギヤウォームの歯はインボリュート輪郭を有するが、プランジ送りによってのみ切削され、一方、バランス用歯車のウォームホイール部分の歯は凹状のカッターにより作られる歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームである。側ギヤウォームの歯は４５°に等しいか又はこれより大きな螺旋角度及び顕著に面取りした端部を有し、歯車は１．５：１及び２．５：１の間の歯車比を提供するように設計される。各バランス用歯車の（ａ）平歯車部分内及び（ｂ）ウォームホイール部分内並びに（ｃ）各側ギヤウォーム内の歯の数はすべて、２又は３で、好ましくは２及び３の双方で割りきれる。さらに、いかなる不適正に位置するバランス用歯車もがハウジング内のそのそれぞれの装着穴と適正に整合せず、このような不整合のバランス用歯車を単に１歯分だけいずれかの方向に回転させることにより、正しい整合及び歯車タイミングが達成される。
【００１８】
ここで開示する新規な歯デザインは標準のウォーム／ウォームホイール伝動装置と螺旋状伝動装置との間の「ハイブリッド」として最良に述べられ、これは（点又は線接触とは異なった）「箱様の」広い歯接触パターンを生じさせる。新規な側ギヤウォームはもはや従来の交差軸線はすば歯車のように切削されない。代わりに、このウォームは従来のウォームホイールと同じ方法で切削され、すなわち、軸方向の送りの無いプランジ送りのみで切削される。さらに、側ギヤウォームは、バランス用歯車のウォームホイールとの関係においてウォームとして有効に機能するように、４５°よりも大きな急激な螺旋角度を具備する。従来の交差はすば歯車セットと比べて、本発明において説明するハイブリッドウォーム／ウォームホイールセットは噛み合う歯の特定の部分上の単位負荷を減少させる顕著に広くて長い歯接触パターンの利点を有する。側ギヤウォームが真の砂時計（プランジ発生）幾何学形状を有するので、この新規な側ギヤ歯の両端での歯梁(tooth beam)区分はまた従来の交差はすば側歯車デザインよりも一層厚く、一層丈夫である。
【００１９】
その特性により、ウォーム／ウォームホイールセットはその噛み合い作用においてはすばセットよりも顕著に大きな摺動成分を有し、これは噛み合いにおける一層大きな摩擦成分に対応する。真のウォーム／ウォームホイールセットは、バランス用歯車のウォームホイールが側ギヤウォームを後退駆動させようとするときに、一層大きな機械的欠点を提供する。したがって、真のウォーム／ウォームホイールセットでは、一層大きな牽引力を備えた車輪にトルクを伝達する際の交差軸線差動装置の効果は、典型的には交差はすば歯車噛み合いに基づく従来技術よりも、本質的に大きい。
【００２０】
従来技術と対照的に、本発明の各バランス用歯車のウォームホイール中央部分は、従来のはすば歯車と同じ方法で、即ち軸方向送り及び回転で、切削される。しかし、はすば歯車の歯を切削するために伝統的に使用される従来の直線側部ホブ工具は、各ウォームホイールの歯の結果としての輪郭が歯先及び歯元の干渉を回避するために従来のインボリュート形状の意図的な修正となるように、僅かに「凹状の」形に修正され、そのため、これはウォーム／ウォームホイールセットの異常に低い歯車比においてウォームホイールとして有効に機能できる。
【００２１】
上述のように、従来のウォーム／ウォームホイールデザインは、歯の比が少なくとも３．５：１でなければならないことを必要とし、一方、従来のグリースマン形式の差動装置におけるデザインは１．５：１よりも小さかった。これらの既知のデザインからのさらなる主要な変形においては、本発明の各ハイブリッド対の側ギヤウォーム及びバランス用歯車のウォームホイール部材は１．５：１ないし２．５：１の間のみの歯比を有する。
【００２２】
この新規なハイブリッドウォーム／ウォームホイールデザインは２歯車セット及び３歯車セットの双方において荷重運搬特性及びトルク伝達効果について顕著な改善をもたらす。幅広くて比較的長い歯接触パターンは優れた衝撃抵抗特性を伴った円滑な差動を提供する。
【００２３】
本発明の新規なハイブリッドウォーム／ウォームホイールデザインは、主に極めて限られた面積にわたって転がり接触する従来の交差はすばセットよりも大きな接触面積にわたって平均した、噛み合い時の一層大きな摺動成分を提供する。したがって、本発明におけるハイブリッド歯車セットは基本的には一層大きな牽引力を備えた車輪へのトルク伝達の効果を増大させる。バランス用歯車と側ギヤとの間の任意の与えられた螺旋角度組み合わせに対しては、バランス用歯車による側ギヤの後退駆動はこの摩擦成分の増大に比例して一層困難になる。しかし、歯車噛み合い摩擦のこの増大は駆動ラインの効率に対して極めて小さな効果を有する。その理由は、被駆動車輪の差動回転速度にのみ等しい、側ギヤ／バランス用歯車セットの極めて小さな典型的な回転速度のためである。同様に、低速作動のためだけではなく磨耗がこれらの部材間の一層大きな接触面積にわたって平均化されるため、歯車セット内の磨耗の増大は極めて小さい。
【００２４】
さらに、差動装置における歯車間の比は全体として極めて顕著な組立ての利点を提供するように合理化された。従来のデザインにおける奇数の比は交差はすば歯車セットの点又は線接触特性に関連する特殊な歯車セット磨耗問題を克服するようにある程度選択された。本発明の関連する歯車比の簡素化は、組立て中に個々の歯車の適正な方位決めに関連して従来の差動装置を悩ませてきた上述の「タイミング」の問題を克服する。本発明の相互関連する歯車は、適正に噛み合い、すべての状態の下で負荷を均一に分配するように、簡単かつ迅速に組立てられる。
【００２５】
ここで開示する好ましいバランス用歯車においては、各端部での平歯の各セットにおける歯の数はバランス用歯車の中央部分における歯の数の精確に２倍である。それ故、歯車上にいかなるタイミング目印をも必要とせずに、側ギヤとバランス用歯車との間の不正確な方位決めは、バランス用歯車とハウジング内のバランス用歯車のための装着ボアとの目に見える不整合を生じさせ、バランス用歯車の平歯をいずれかの方向に１歯分だけ回転させることにより、すべての場合において正確な組立てをもたらす。
【００２６】
好ましい実施の形態においては、側ギヤはバランス用歯車の平歯車部分と同じ歯数を有する（例えば、平歯車＝１２；ウォームホイール＝６；側ギヤウォーム＝１２）。すべての比が２及び３の双方で割りきれるので、上述のように、１歯分だけの平歯車の回転による組立体の修正は２又は３セットのバランス用歯車を有する差動装置について説明したように作用する。タイミングについてのこの顕著な簡単化は上述の従来の歯車歯数（例えば、平歯車＝１８；ウォームホイール＝７；側ギヤウォーム＝１３）との比較により理解することができる。
【００２７】
最後に、すべての歯車に偶数の歯を使用すると、２又は３セットの差動装置となるように任意の順序で任意のバランス用歯車を組み立てることができる。
ここでの本発明は上記米国特許第６，７８３，４７６号明細書に開示された従来のコンパクト全牽引差動装置について改善を行い、その従来の差動装置と同様の基本的なフォーマットを有する。それ故、２セットのみのバランス用歯車を使用する従来の差動装置の１つの実施の形態の完全な従来のウォーム／ウォームホイール歯車複合体の２つの図を示す図１Ａ、１Ｂを最初に参照する。
【００２８】
ハウジング１２０は好ましくは金属で形成又は鋳造され、３つのみの開口を有する。すなわち、第１のセットの適当な開口１２１、１２２は出力軸（図示せず）のそれぞれの内側端部を受け入れるために第１の軸線１２５に沿って整合し；矩形の形状を有しハウジング１２０を通って直接延びる単一のさらなる開口１２６は軸線１２５に垂直にセンタリングされる。
【００２９】
２対の組み合わせ歯車１３１、１３２及び１３１ａ、１３２ａは各々砂時計形状のウォームホイール部分１３４により分離されたそれぞれの平歯車部分１３３を有する。各対のそれぞれの平歯車部分１３３は互いに噛み合い、これらすべての組み合わせ歯車は対向する対の装着板１３８、１３９と一体的に形成された組をなす対のハブ１３６、１３７上で回転自在に支持される。組み合わせ歯車対１３１、１３２のそれぞれのウォームホイール部分１３４は一対の側ギヤウォーム１４１、１４２のそれぞれ１つと噛み合い、一方、組み合わせ歯車対１３１ａ、１３２ａのそれぞれのウォームホイール部分１３４は同様に同じ対の側ギヤウォーム１４１、１４２とそれぞれ噛み合う。
【００３０】
側ギヤウォーム１４１、１４２の内側端部の中間に位置するスラスト板１５０はそれぞれの軸受表面１５２、１５３と、装着タブ１５６、１５７と、重量節約潤滑開口とを有する。装着タブ１５６、１５７は同一の装着板１３８、１３９の中央に形成された溝穴１６０、１６１と番うように設計される。溝穴１６０、１６１は側ギヤウォーム１４１、１４２の内側端部の中間でスラスト板１５０を位置決めするのみならず、スラスト板１５０の横方向運動を阻止する。それ故、特に図１Ａを参照すると、側ギヤウォーム１４１、１４２に適用された駆動トルクが左方へのスラストを生じさせたとき、ウォーム１４２はスラスト板１５０の固定の軸受表面１５２に対して運動し、一方、ウォーム１４１はスラスト板１５０の固定の表面１５３から離れてハウジング１２０に当接（または、ウォーム１４１とハウジング１２０との間で普通に位置する適当なワッシャに当接）するように運動する。ウォーム１４１の回転に対するその結果の摩擦はウォーム１４２上に作用するスラスト力により影響を受けない。同様に、側ギヤウォーム１４１、１４２に適用された駆動トルクが右方へのスラストを生じさせたとき、ウォーム１４１はスラスト板１５０の固定の軸受表面１５３に対して運動し、一方、ウォーム１４２はスラスト板１５０の固定の表面１５２から離れてハウジング１２０に当接（または、ウォーム１４２とハウジング１２０との間で普通に位置する適当なワッシャに当接）するように運動する。同様に、ウォーム１４２の回転に対するその結果の摩擦はウォーム１４１上に作用するスラスト力により影響を受けない。したがって、駆動トルクの方向に関係なく、各側ギヤウォームの回転に対して作用する摩擦は他方の側ギヤウォーム上に作用するスラスト力により影響を受けない。差動装置のトルクバイアスが摩擦力により影響を受けるので、付加的なスラスト力のこの阻止はトルク不平衡即ち車両の異なる方向への旋回中のトルクの差を最小にする補助を行う。
【００３１】
基本的な構造
図２は本発明に係るコンパクト全牽引差動装置を示す。しかし、この図は軸線２５のまわりで９０°だけ回転した状態のものである。ハウジング２０は同様に形づくられ、好ましくは金属で形成又は鋳造され、３つのみの開口を有する。すなわち、第１のセットの適当な開口は出力軸２１、２２のそれぞれの内側端部を受け入れるために軸線２５に沿って整合する。矩形の形状を有しハウジング２０を通って直接延びる単一のさらなる開口２６は軸線２５に垂直にセンタリングされる。
【００３２】
２対のバランス用歯車３１、３２（この図では１対のみを示す）は各々ウォームホイール部分３４により分離されたそれぞれの平歯車部分３３を有する。ここで開示する新規なハイブリッド伝動装置デザインでは、各バランス用歯車のこの中央部分は従来技術の砂時計形状を有しないことに留意されたい。各対のそれぞれの平歯車部分３３は互いに噛み合うが、従来の装着板はハウジング２０内に形成された貫通穴３８と交換されており、各バランス用歯車は各バランス用歯車を通って軸方向でセンタリングされた適当なそれぞれの装着貫通穴３９を通って嵌合するそれぞれのジャーナルピン３６上で回転自在に支持される。初期の組立てに続き、それぞれの停止ピン４４はそれぞれの貫通穴３８に垂直にこれまたハウジング２０に形成されたそれぞれの停止ピン穴４６内に圧入され、各それぞれの対のバランス用歯車３１、３２のジャーナルピン３６の位置を維持する。
【００３３】
図３は本発明に係る別の差動装置の３歯車セットを示し、この概略断面図は軸線２５´に垂直に取ったものである。当業者なら、このような３歯車セットの差動装置は高性能車両の例外的なトルク要求を支えるために使用されることを理解できよう。この実施の形態は３対のバランス用歯車を含むが、この図では、各セットの１つのバランス用歯車３１´のみを見ることができる。ハウジング２０´は３つの対向する装着区分２７´、２８´、２９´を有し、各装着区分は２４０°で遭遇する装着表面を形成する２つの内部の表面を備えたセグメントとして形状づけられ、各々は装着貫通穴３８´を有する。各バランス用歯車３１´のための回転可能な支持を提供するため、複数のジャーナルピン３６´は各バランス用歯車３１´を通って形成されたジャーナル穴３９´内にそれぞれ番うように受け入れられ、各それぞれのジャーナルピン３６´はハウジング２０´のそれぞれの対の装着区分２７´、２８´、２９´の対向する装着表面に形成されたそれぞれのセットの整合した貫通穴３８´内に受け入れられる。
【００３４】
図２に示す差動装置のデザインと同様、複数の停止ピン４４´は好ましくは任意のそれぞれのジャーナルピン３６´の偶発的な脱落を阻止するために使用することができる。それぞれの停止ピン４４´は各それぞれの貫通穴３８´に垂直にそれぞれの装着区分２７´、２８´、２９´に形成されたそれぞれの適当に寸法決めされた停止ピン穴４６´内に圧入される。
【００３５】
ハイブリッド伝動装置
本発明の主要な特徴は各バランス用歯車の側ギヤウォーム及びウォームホイール部分により分担される伝動装置のデザインである。上述のように、従来の全牽引交差軸線歯車差動装置はバランス用歯車の双方の側ギヤウォームの歯及びウォームホイール部分の歯のための円筒状のはすば歯車の伝統的なインボリュートヘリコイド歯デザインを使用してきた。本発明は、（従来のデザインの点又は線接触とは異なる）「箱様の」幅広い歯接触パターンを提供しながら、伝統的なウォーム／ウォームホイールの組み合わせの特徴に緊密に近似するハイブリッド伝動装置を提供するようにこれら双方の歯のデザインを修正する。このようなハイブリッド歯の特徴は好ましくは以下に述べる方法で各対のそれぞれの歯車に適用される。
【００３６】
バランス用歯車のウォームホイール部分の歯の修正に関して、図４はバランス用歯車５５のウォームホイール部分５６の歯の切削中のホブ５４の相対運動を示す。ホブ５４の初期の運動は深さに対するプランジ送り（ＰＦ）９２であり、ホブ及び歯車が共に回転している間、バランス用歯車５５に対し、軸方向の送り（ＡＦ）９４がプランジ送りに続く。当業者なら、これは従来のはすば歯車を切削するために使用されるものと同じ工程であることを認識できよう。しかし、伝統的な工程では、ホブ切削工具は直線的な側部を有し、結果として生じる螺旋歯はインボリュート輪郭を有する。
【００３７】
本発明はホブカッターの形状を変えることによりこの伝統的な工程を修正する。これを図５に概略的に示すが、図５はホブ５４の拡大切削工具５７及びバランス用歯車５５のウォームホイール部分５６の２つの拡大ハイブリッド歯５８、５９を示す。ホブ切削工具５７は（点線で示すような）直線的な側部を有せず、むしろ、実線で示すような僅かに凹状の形状を有する。この凹状形状のカッタは実線で示すように各歯の歯先６２及び歯元６３の双方において切削の深さを増大させるように（点線で誇張して示したような）歯５８、５９のインボリュート形状を変える。
【００３８】
上述のように、側ギヤウォームのデザインもまた修正される。新規な側ギヤウォームは従来の交差軸線螺旋のようには切削されない。代わりに、側ギヤウォームは従来のウォームホイールと同じ方法即ち図６に概略的に示す方法で切削される。側ギヤウォーム６５の歯６６は従来の直線側部切削工具を有する従来のインボリュートヘリコイドホブ６７により切削される。しかし、円筒状の螺旋歯を切削するために普通に使用される（例えば図４に示すような）伝統的なプランジ送り及び軸方向送りの代わりに、側ギヤウォーム６５及びホブ６７が共に回転するときに、ホブ６７は深さに対してプランジ送り（ＰＦ）９２のみを行う。上述のように、側ギヤ歯が「閉じた」端部を伴って切削されないように、歯６６は急激な螺旋角度（即ち４５°以上）を具備し、側ギヤフランクはホブ工程前に顕著な面取りを有する。ここで定義するような面取りは、側ギヤウォームの縁部を切削することにより作られる平坦な表面である。ここで定義するような顕著な面取りは、過剰に鋭利な縁部を平坦化するために製造において単に使用される従来の面取りとは異ならせるように側ギヤウォームの半径の少なくとも５％の幅を有する面取りである。好ましくは、顕著な面取りは側ギヤウォームの半径の少なくとも１０％の幅を有する。
【００３９】
上述のように、側ギヤ歯は好ましくはプランジ送りのみによって生じるインボリュート輪郭を有し、ウォームホイール歯は好ましくは凹状形状のカッタにより行われた歯先及び歯元の修正を有するヘリコイドウォームであるが、代わりの実施の形態においては：ウォームホイール歯はプランジ送りのみによって生じるインボリュート輪郭を有し、側ギヤ歯は同様に形状づけられた凹状形状のカッタにより行われた歯先及び歯元の修正を有するヘリコイドウォームである。
【００４０】
先に述べた修正は図７に示す側ギヤウォーム６５及びバランス用歯車５５のための好ましい形を生じさせる。この最後の図に明示するように、側ギヤウォーム６５の面取りは顕著な面取り７０を備えた側ギヤウォーム６５の歯を提供し、これは歯車対の歯間の締め付けを阻止することにより作動を改善する。この改善された対の歯車は、従来の螺旋セットと比較して顕著に大きなその噛み合い作用時の摺動成分を含む、真のウォーム／ウォームホイール対に一層緊密に類似する特性を伴って機能する。この増大した摺動成分は噛み合いにおいて一層大きな摩擦成分をもたらす。上述のように、このような増大した摩擦成分は、バランス用歯車のウォームホイールが側ギヤウォームの後退駆動を試みるときに生じる機械的な欠点を生じさせ、それによって一層大きな牽引力を有する車輪へのトルクの伝達の際に本発明の交差軸線差動装置の有効性を増大させる。
【００４１】
また、本発明の歯車は幅広い側ギヤ歯面にわたって幅広い「箱様の」接触パターンで噛み合い、各対がその普通ではない１．５：１−２．５：１の低い歯車比でのウォーム／ウォームホイール組み合わせ体として有効に機能できるように、歯先及び歯元の干渉が回避される。これらの利点のすべてはいかなる効率の損失をも伴わずに新規なウォーム／ウォームホイールにより達成される。
【００４２】
伝動装置のタイミング
この有効で新規なデザインは別の重要な利点をもたらす。歯車デザインは、１以上の歯が各歯車セットにおいて常時噛み合い、すべての歯車セットが常に噛み合うことを保証する。図７に示す好ましいデザインにおいては、各バランス用歯車の平歯車セット６８は各々１２個の歯を有し、一方、ウォームホイール部分５６は側ギヤウォーム６５の１２個の歯６６と噛み合う６個のみの歯を有する。
【００４３】
これらの歯数がすべて２又は３で割りきれるので、すべての歯は常時負荷を等しく分担する。また、不正確なタイミングで歯車を組立てることは不可能である。すなわち、いかなる不適正に位置決めされたバランス用歯車もがそのそれぞれのハウジング２０、２０´のそのそれぞれの装着穴３８、３８´と適正に整合できない。さらに、このような不整合のバランス用歯車をいずれかの方向に１歯分だけ単に回転させることにより、正確な整合及び歯車タイミングが達成される。
【００４４】
また、図７の好ましい１２−６−１２のデザインでは、任意のバランス用歯車は図２に示すデザインのような差動装置における任意の２歯車セット内で任意の噛み合わせに使用することができるか、または、同じバランス用歯車は図３に示すデザインのような３歯車セット性能の車両の差動装置内で任意の噛み合わせに使用することができる。この重要な特徴は組立ての時間及びコストの大幅な減少及び部品目録の貯蔵の減少を保証する。
【００４５】
したがって、ここで述べた本発明の実施の形態は本発明の原理の応用の単なる例示であることを理解すべきである。図示の実施の形態の詳細についてのここでの参照は特許請求の範囲の要旨を限定することを意図するものではなく、それ自体は本発明にとって本質的であると思われる特徴を列挙する。
【関連出願に対するリファレンス】
【０００１】
この出願は２００６年１０月２７日に出願された「ＦＵＬＬ ＴＲＡＣＴＩＯＮ ＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＬ ＷＩＴＨ ＨＹＢＲＩＤ ＧＥＡＲＩＮＧ」という名称の米国特許出願番号第１１／５５３，６０３号に開示された１又はそれ以上の発明を請求する。上述の出願は参照としてここに組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は主として自動車に使用するように設計された「制限スリップ」として普通参照される形式の全歯車差動装置に関し、特に、効率、空間、コスト及び重量が重要であるような車両に使用するように設計されたそのような差動装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの形式の制限スリップ差動装置が存在するが、最も商業的に成功したものはベルノン・イー・グリースマン(Vernon E. Gleasman)のデザインに基礎をおく全歯車差動装置であり、その最も有効なものはＴｏｒｓｅｎ（登録商標名）タイプ１の差動装置として商業的に特定された交差軸線デザインに基礎をおく全歯車差動装置である。交差軸線遊星伝動装置を使用するこのような既知の制限スリップ差動装置の最近の改善は参照としてここに組み込む米国特許第６，７８３，４７６号明細書に開示されている（本発明と同じ譲受人に譲渡され、商標名「ＩｓｏＴｏｒｑｕｅ」により特定される「コンパクト全牽引差動装置」）。上述の特許明細書に開示された改善された差動装置は他の従来の交差軸線差動装置の早期のデザインよりも寸法及び重量が一層小さく、製造コストが一層少ないが、同様の荷重運搬仕様を満たす。
【０００４】
すべての伝統的なグリースマン交差軸線差動装置は例えば図１Ａ、１Ｂにおける１３１、１３２及び１３１ａ、１３２ａのような対をなす異常バランス用（組み合わせ）歯車を含み、これらの歯車は（ａ）各端部に形成された平歯車部分１３３を介して互いに噛み合い、（ｂ）２つの平歯端部間に位置する砂時計形状のウォームホイール内に形成された螺旋歯を介して側ギヤウォーム１４１、１４２と噛み合う。古いデザイン（例えばＴｏｒｓｅｎ（登録商標名）タイプ１）を含むグリースマン全歯車交差軸線差動装置の重要な特徴は、差動装置のバランス用歯車の各々の中央部分上の「ウォームホイール」歯に対する、「ウォーム」として作用するように意図した各側ギヤの関係である。
【０００５】
「ウォーム」は伝統的には「ウォームギヤ」又は「ウォームホイール」(ここでは後者の用語即ちウォームホイールを使用する)として一般に特定される一層大きな歯車と噛み合うスクリューネジ部の形をした歯を備えた円筒歯車である。しかし、グリースマン形式の差動装置に使用されているように、側ギヤウォームは２つの歯車のうちの大きい方である。伝統的なウォーム／ウォームホイール伝動装置においては、エネルギがウォームからウォームホイールに伝達される際に機械的な利点が存在し、エネルギがウォームホイールからウォームに伝達される際に付随的に機械的な欠点が存在する。この同じ機械的な利点／欠点の関係はまた、先に説明しここで開示するグリースマン形式の差動装置の側ギヤウォームとバランス用歯車のウォームホイールとの間のエネルギの伝達に関しても真実である。
【０００６】
従来の差動装置においては、車両の一方の駆動車輪が牽引力を失った場合、大半のエンジントルクはスリップしている車輪へ直ちに送給される。グリースマン形式の差動装置では、エンジンから車輪へのウォームホイール／ウォーム接続により生じる機械的な欠点は低牽引車輪の過剰なスリップを強制する。この同じ接続は、ウォーム／ウォームホイール方向に作動しているときには、車両がコーナーを旋回し、外側の車輪が同じ時間期間内で内側の車輪よりも一層長い距離にわたって走行する際に、駆動車輪の速度変化に対して差動装置の応答性を向上させる。
【０００７】
円滑な転がり歯車噛み合いのための幾何学的な要求は通常、実際のウォーム／ウォームホイール歯車セットの歯比（即ち、歯車対の他方の部材における歯の数に対する一方の部材における歯の数の比）を少なくとも３．５：１の比に制限し、このクラスの歯車セットに対しては一層大きな歯比が通常設計される。この比の制限はスクリューネジ部形式の直線フランクウォームに対して及び生成(generated) 形式のインボリュートヘリコイドウォームに対して真実である。多くの幾何学的な抵触は通常、３．５：１よりも低い比でウォーム／ウォームホイール歯セットを設計するいかなる試みからも由来する。
【０００８】
しかし、交差軸線差動装置における歯車部材の比較的小さなパッケージ寸法及び比較的高い強度の要求のため、最適なウォーム／ウォームホイール比は理想的には１．５：１及び２．５：１の歯車比範囲に入るが、従来の歯車でこれらの比を満たすことのできるものはない。それ故、実際問題として、従来の交差軸線差動装置の側ギヤ「ウォーム」歯及びバランス用歯車「ウォームホイール」歯は実際のウォーム／ウォームホイールデザインとして実行されなかったが、むしろ、両方の素子が単純な螺旋（はすば）歯車幾何学形状を有するような交差はすば歯車セットとして実行された。このアプローチの重大な制限は、交差はすば歯車セットが、広い面積接触パターンではなく、瞬間的な「点」接触を有することであり、従って、負荷制限及び加速磨耗に影響されやすい。
【０００９】
既存技術における交差はすば歯車幾何学形状はまた、その極めて制限された接触面積にわたって主として転がり接触で作動するので、その摩擦成分において制限される。大きな牽引力を伴う車輪へのトルク伝達の効果がこの摩擦成分に依存するので、この重要な側ギヤ／バランス用歯車の噛み合いにおいて摩擦を増大させることが望ましい。このような摩擦の増大は駆動ラインの全体の効率について殆ど効果を有しない。その理由は、このセットの低い相対回転速度が、実際には通常０−２０ｒｐｍの範囲内に入る車輪速度においてのみ差動を行わせるからである。
【００１０】
伝統的な螺旋（はすば）形状からの部分的な変更は上述の米国特許第６，７８３，４７６号明細書に開示されている。この特許明細書は「上包絡線(supra-enveloping)」接触パターンを有する螺旋ウォーム／ウォームホイール歯を開示している。すなわち、バランス用歯車のウォームホイール部分は依然として伝統的なはすば歯車形状（従来の直線側部のホブで切削されたインボリュートヘリコイド形状）を有し、一方、噛み合うウォーム（即ち側ギヤ）はインボリュートホブで切削された番いの「逆インボリュート」歯を有する。この特許はまた他の従来技術と同じように「閉じた端部」の側ギヤの使用を提案する。
【００１１】
従来の交差軸線はすば歯車は直線側部の歯を備えるようにホブにより切削され、ホブはプランジ（突進）送りと軸方向の送りとの組み合わせにより回転させられる。従来のウォームホイールはまた直線側部の歯を備えるホブにより切削されるが、ホブは、軸方向の送り無しに、プランジ送りだけで回転させられる。
【００１２】
上述のように、全歯車交差軸線差動装置は（ａ）各端部に形成された平歯車を介して互いに噛み合い、（ｂ）２つの平歯端部間に形成された螺旋歯を介して側ギヤと噛み合う異常バランス用歯車を含む。組立て中、このような異常用の歯は等しい負荷分担を保証するように適正な噛み合い及び方位に位置決めしなければならない。この方位決め工程は「タイミング」と呼ぶ。
【００１３】
すべての従来のデザインにおいては、歯車は奇数及び偶数の歯の混合を有する。典型的な従来の例は次の通りである：バランス用歯車の各端部での平歯の数は１８であり、各バランス用歯車のウォームホイールにおける歯の数は７であり、各側ギヤにおける歯の数は１３である。このような異常用の従来の歯数は偶然には生ずるのではなく、むしろ、交差はすば歯車セットの点又は線接触特徴に関連する特殊な歯車セット磨耗問題を部分的に除去しようとするために特に選択される。それにも拘わらず、このような異なる歯車数は複雑なタイミング問題を生じさせる。たとえば、すべての従来のデザインは、タイミング用目印を各組み合わせ歯車上に配置し、組立て中にインストラクションチャートへの注意深い配慮を行うことを必要とする。歯車の組立て順序は、組立てるときに各歯車のために目印が回転しなければならない個々に異なる距離等と共に、示される。たとえば「内部負荷は歯車中で均一にバランスされず、ある負荷は厳しくオーバーロードする。これは最終的にしばしば破滅的な故障に通じる」という従来の教示は、不正確なタイミングが危険な結果を招くことかあることを警告している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６，７８３，４７６号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
コンパクトな全歯車全牽引差動装置は、「ハイブリッド即ち混成」デザインを有する、噛み合う対の側ギヤウォーム及びウォームホイールバランス用歯車を含み、このデザインは側ギヤとバランス用歯車の中央部分との間に改善された歯接触パターンをもたらし、真のウォーム／ウォームホイール特性に一層近似し、一層大きな牽引力を備えた車輪へのトルク伝達の効率を本質的に増大させ、衝撃抵抗を増大させ、組立てを著しく簡単化する差動装置のすべての歯車間のタイミング関係を許容する。好ましくは、各側ギヤウォームの歯はインボリュート輪郭を有するが、プランジ送りのみで切削され、一方、バランス用歯車のウォームホイール部分の歯は凹状のカッターにより作られる歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームである。側ギヤウォームの歯は４５°に等しいか又はこれより大きな螺旋角度及び顕著に面取りした端部を有し、歯車は１．５：１及び２．５：１の間の歯車比を提供するように設計される。各バランス用歯車の（ａ）平歯車部分内及び（ｂ）ウォームホイール部分内並びに（ｃ）各側ギヤウォーム内の歯の数はすべて、２又は３で、好ましくは２及び３の双方で割りきれる。さらに、いかなる不適正に位置するバランス用歯車もがハウジング内のそのそれぞれの装着穴と適正に整合せず、このような不整合のバランス用歯車を単に１歯分だけいずれかの方向に回転させることにより、正しい整合及び歯車タイミングが達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１Ａはここで改善される形式の従来のコンパクトな全牽引差動装置の概略部分断面図であり、図１Ｂは図１Ａの面１Ｂ−１Ｂにおける、図１Ｂの差動装置の概略部分断面図である。
【図２】明瞭のために一部を省略し一部ハッチングを省略して示す本発明に係る２セット差動装置を示す、図１Ａと類似であるが９０°回転させた状態の概略部分断面図である。
【図３】これまた明瞭のために一部を省略し一部ハッチングを省略して示す本発明に係る３セット差動装置を示す、図１Ｂと類似の概略部分断面図である。
【図４】修正されたホブ工具により切削されている本発明に係るバランス用歯車のウォームホイール部分上の歯を示す部分概略図である。
【図５】図４に示すウォームホイール歯及び修正されたホブ工具の大いに拡大した部分の概略図である。
【図６】ウォームホイール歯を切削するために従来使用される方法で従来のホブ工具により切削されている本発明に係る側ギヤウォームの歯を示す部分概略図である。
【図７】図６に示すホブ工程の前に顕著に面取りされた側ギヤブランクを備えた、本発明に係るバランス用歯車及び側ギヤの斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
好ましくは、各側ギヤウォームの歯はインボリュート輪郭を有するが、プランジ送りによってのみ切削され、一方、バランス用歯車のウォームホイール部分の歯は凹状のカッターにより作られる歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームである。側ギヤウォームの歯は４５°に等しいか又はこれより大きな螺旋角度及び顕著に面取りした端部を有し、歯車は１．５：１及び２．５：１の間の歯車比を提供するように設計される。各バランス用歯車の（ａ）平歯車部分内及び（ｂ）ウォームホイール部分内並びに（ｃ）各側ギヤウォーム内の歯の数はすべて、２又は３で、好ましくは２及び３の双方で割りきれる。さらに、いかなる不適正に位置するバランス用歯車もがハウジング内のそのそれぞれの装着穴と適正に整合せず、このような不整合のバランス用歯車を単に１歯分だけいずれかの方向に回転させることにより、正しい整合及び歯車タイミングが達成される。
【００１８】
ここで開示する新規な歯デザインは標準のウォーム／ウォームホイール伝動装置と螺旋状伝動装置との間の「ハイブリッド」として最良に述べられ、これは（点又は線接触とは異なった）「箱様の」広い歯接触パターンを生じさせる。新規な側ギヤウォームはもはや従来の交差軸線はすば歯車のように切削されない。代わりに、このウォームは従来のウォームホイールと同じ方法で切削され、すなわち、軸方向の送りの無いプランジ送りのみで切削される。さらに、側ギヤウォームは、バランス用歯車のウォームホイールとの関係においてウォームとして有効に機能するように、４５°よりも大きな急激な螺旋角度を具備する。従来の交差はすば歯車セットと比べて、本発明において説明するハイブリッドウォーム／ウォームホイールセットは噛み合う歯の特定の部分上の単位負荷を減少させる顕著に広くて長い歯接触パターンの利点を有する。側ギヤウォームが真の砂時計（プランジ発生）幾何学形状を有するので、この新規な側ギヤ歯の両端での歯梁(tooth beam)区分はまた従来の交差はすば側歯車デザインよりも一層厚く、一層丈夫である。
【００１９】
その特性により、ウォーム／ウォームホイールセットはその噛み合い作用においてはすばセットよりも顕著に大きな摺動成分を有し、これは噛み合いにおける一層大きな摩擦成分に対応する。真のウォーム／ウォームホイールセットは、バランス用歯車のウォームホイールが側ギヤウォームを後退駆動させようとするときに、一層大きな機械的欠点を提供する。したがって、真のウォーム／ウォームホイールセットでは、一層大きな牽引力を備えた車輪にトルクを伝達する際の交差軸線差動装置の効果は、典型的には交差はすば歯車噛み合いに基づく従来技術よりも、本質的に大きい。
【００２０】
従来技術と対照的に、本発明の各バランス用歯車のウォームホイール中央部分は、従来のはすば歯車と同じ方法で、即ち軸方向送り及び回転で、切削される。しかし、はすば歯車の歯を切削するために伝統的に使用される従来の直線側部ホブ工具は、各ウォームホイールの歯の結果としての輪郭が歯先及び歯元の干渉を回避するために従来のインボリュート形状の意図的な修正となるように、僅かに「凹状の」形に修正され、そのため、これはウォーム／ウォームホイールセットの異常に低い歯車比においてウォームホイールとして有効に機能できる。
【００２１】
上述のように、従来のウォーム／ウォームホイールデザインは、歯の比が少なくとも３．５：１でなければならないことを必要とし、一方、従来のグリースマン形式の差動装置におけるデザインは１．５：１よりも小さかった。これらの既知のデザインからのさらなる主要な変形においては、本発明の各ハイブリッド対の側ギヤウォーム及びバランス用歯車のウォームホイール部材は１．５：１ないし２．５：１の間のみの歯比を有する。
【００２２】
この新規なハイブリッドウォーム／ウォームホイールデザインは２歯車セット及び３歯車セットの双方において荷重運搬特性及びトルク伝達効果について顕著な改善をもたらす。幅広くて比較的長い歯接触パターンは優れた衝撃抵抗特性を伴った円滑な差動を提供する。
【００２３】
本発明の新規なハイブリッドウォーム／ウォームホイールデザインは、主に極めて限られた面積にわたって転がり接触する従来の交差はすばセットよりも大きな接触面積にわたって平均した、噛み合い時の一層大きな摺動成分を提供する。したがって、本発明におけるハイブリッド歯車セットは基本的には一層大きな牽引力を備えた車輪へのトルク伝達の効果を増大させる。バランス用歯車と側ギヤとの間の任意の与えられた螺旋角度組み合わせに対しては、バランス用歯車による側ギヤの後退駆動はこの摩擦成分の増大に比例して一層困難になる。しかし、歯車噛み合い摩擦のこの増大は駆動ラインの効率に対して極めて小さな効果を有する。その理由は、被駆動車輪の差動回転速度にのみ等しい、側ギヤ／バランス用歯車セットの極めて小さな典型的な回転速度のためである。同様に、低速作動のためだけではなく磨耗がこれらの部材間の一層大きな接触面積にわたって平均化されるため、歯車セット内の磨耗の増大は極めて小さい。
【００２４】
さらに、差動装置における歯車間の比は全体として極めて顕著な組立ての利点を提供するように合理化された。従来のデザインにおける奇数の比は交差はすば歯車セットの点又は線接触特性に関連する特殊な歯車セット磨耗問題を克服するようにある程度選択された。本発明の関連する歯車比の簡素化は、組立て中に個々の歯車の適正な方位決めに関連して従来の差動装置を悩ませてきた上述の「タイミング」の問題を克服する。本発明の相互関連する歯車は、適正に噛み合い、すべての状態の下で負荷を均一に分配するように、簡単かつ迅速に組立てられる。
【００２５】
ここで開示する好ましいバランス用歯車においては、各端部での平歯の各セットにおける歯の数はバランス用歯車の中央部分における歯の数の精確に２倍である。それ故、歯車上にいかなるタイミング目印をも必要とせずに、側ギヤとバランス用歯車との間の不正確な方位決めは、バランス用歯車とハウジング内のバランス用歯車のための装着ボアとの目に見える不整合を生じさせ、バランス用歯車の平歯をいずれかの方向に１歯分だけ回転させることにより、すべての場合において正確な組立てをもたらす。
【００２６】
好ましい実施の形態においては、側ギヤはバランス用歯車の平歯車部分と同じ歯数を有する（例えば、平歯車＝１２；ウォームホイール＝６；側ギヤウォーム＝１２）。すべての比が２及び３の双方で割りきれるので、上述のように、１歯分だけの平歯車の回転による組立体の修正は２又は３セットのバランス用歯車を有する差動装置について説明したように作用する。タイミングについてのこの顕著な簡単化は上述の従来の歯車歯数（例えば、平歯車＝１８；ウォームホイール＝７；側ギヤウォーム＝１３）との比較により理解することができる。
【００２７】
最後に、すべての歯車に偶数の歯を使用すると、２又は３セットの差動装置となるように任意の順序で任意のバランス用歯車を組み立てることができる。
ここでの本発明は上記米国特許第６，７８３，４７６号明細書に開示された従来のコンパクト全牽引差動装置について改善を行い、その従来の差動装置と同様の基本的なフォーマットを有する。それ故、２セットのみのバランス用歯車を使用する従来の差動装置の１つの実施の形態の完全な従来のウォーム／ウォームホイール歯車複合体の２つの図を示す図１Ａ、１Ｂを最初に参照する。
【００２８】
ハウジング１２０は好ましくは金属で形成又は鋳造され、３つのみの開口を有する。すなわち、第１のセットの適当な開口１２１、１２２は出力軸（図示せず）のそれぞれの内側端部を受け入れるために第１の軸線１２５に沿って整合し；矩形の形状を有しハウジング１２０を通って直接延びる単一のさらなる開口１２６は軸線１２５に垂直にセンタリングされる。
【００２９】
２対の組み合わせ歯車１３１、１３２及び１３１ａ、１３２ａは各々砂時計形状のウォームホイール部分１３４により分離されたそれぞれの平歯車部分１３３を有する。各対のそれぞれの平歯車部分１３３は互いに噛み合い、これらすべての組み合わせ歯車は対向する対の装着板１３８、１３９と一体的に形成された組をなす対のハブ１３６、１３７上で回転自在に支持される。組み合わせ歯車対１３１、１３２のそれぞれのウォームホイール部分１３４は一対の側ギヤウォーム１４１、１４２のそれぞれ１つと噛み合い、一方、組み合わせ歯車対１３１ａ、１３２ａのそれぞれのウォームホイール部分１３４は同様に同じ対の側ギヤウォーム１４１、１４２とそれぞれ噛み合う。
【００３０】
側ギヤウォーム１４１、１４２の内側端部の中間に位置するスラスト板１５０はそれぞれの軸受表面１５２、１５３と、装着タブ１５６、１５７と、重量節約潤滑開口とを有する。装着タブ１５６、１５７は同一の装着板１３８、１３９の中央に形成された溝穴１６０、１６１と番うように設計される。溝穴１６０、１６１は側ギヤウォーム１４１、１４２の内側端部の中間でスラスト板１５０を位置決めするのみならず、スラスト板１５０の横方向運動を阻止する。それ故、特に図１Ａを参照すると、側ギヤウォーム１４１、１４２に適用された駆動トルクが左方へのスラストを生じさせたとき、ウォーム１４２はスラスト板１５０の固定の軸受表面１５２に対して運動し、一方、ウォーム１４１はスラスト板１５０の固定の表面１５３から離れてハウジング１２０に当接（または、ウォーム１４１とハウジング１２０との間で普通に位置する適当なワッシャに当接）するように運動する。ウォーム１４１の回転に対するその結果の摩擦はウォーム１４２上に作用するスラスト力により影響を受けない。同様に、側ギヤウォーム１４１、１４２に適用された駆動トルクが右方へのスラストを生じさせたとき、ウォーム１４１はスラスト板１５０の固定の軸受表面１５３に対して運動し、一方、ウォーム１４２はスラスト板１５０の固定の表面１５２から離れてハウジング１２０に当接（または、ウォーム１４２とハウジング１２０との間で普通に位置する適当なワッシャに当接）するように運動する。同様に、ウォーム１４２の回転に対するその結果の摩擦はウォーム１４１上に作用するスラスト力により影響を受けない。したがって、駆動トルクの方向に関係なく、各側ギヤウォームの回転に対して作用する摩擦は他方の側ギヤウォーム上に作用するスラスト力により影響を受けない。差動装置のトルクバイアスが摩擦力により影響を受けるので、付加的なスラスト力のこの阻止はトルク不平衡即ち車両の異なる方向への旋回中のトルクの差を最小にする補助を行う。
【００３１】
基本的な構造
図２は本発明に係るコンパクト全牽引差動装置を示す。しかし、この図は軸線２５のまわりで９０°だけ回転した状態のものである。ハウジング２０は同様に形づくられ、好ましくは金属で形成又は鋳造され、３つのみの開口を有する。すなわち、第１のセットの適当な開口は出力軸２１、２２のそれぞれの内側端部を受け入れるために軸線２５に沿って整合する。矩形の形状を有しハウジング２０を通って直接延びる単一のさらなる開口２６は軸線２５に垂直にセンタリングされる。
【００３２】
２対のバランス用歯車３１、３２（この図では１対のみを示す）は各々ウォームホイール部分３４により分離されたそれぞれの平歯車部分３３を有する。ここで開示する新規なハイブリッド伝動装置デザインでは、各バランス用歯車のこの中央部分は従来技術の砂時計形状を有しないことに留意されたい。各対のそれぞれの平歯車部分３３は互いに噛み合うが、従来の装着板はハウジング２０内に形成された貫通穴３８と交換されており、各バランス用歯車は各バランス用歯車を通って軸方向でセンタリングされた適当なそれぞれの装着貫通穴３９を通って嵌合するそれぞれのジャーナルピン３６上で回転自在に支持される。初期の組立てに続き、それぞれの停止ピン４４はそれぞれの貫通穴３８に垂直にこれまたハウジング２０に形成されたそれぞれの停止ピン穴４６内に圧入され、各それぞれの対のバランス用歯車３１、３２のジャーナルピン３６の位置を維持する。
【００３３】
図３は本発明に係る別の差動装置の３歯車セットを示し、この概略断面図は軸線２５´に垂直に取ったものである。当業者なら、このような３歯車セットの差動装置は高性能車両の例外的なトルク要求を支えるために使用されることを理解できよう。この実施の形態は３対のバランス用歯車を含むが、この図では、各セットの１つのバランス用歯車３１´のみを見ることができる。ハウジング２０´は３つの対向する装着区分２７´、２８´、２９´を有し、各装着区分は２４０°で遭遇する装着表面を形成する２つの内部の表面を備えたセグメントとして形状づけられ、各々は装着貫通穴３８´を有する。各バランス用歯車３１´のための回転可能な支持を提供するため、複数のジャーナルピン３６´は各バランス用歯車３１´を通って形成されたジャーナル穴３９´内にそれぞれ番うように受け入れられ、各それぞれのジャーナルピン３６´はハウジング２０´のそれぞれの対の装着区分２７´、２８´、２９´の対向する装着表面に形成されたそれぞれのセットの整合した貫通穴３８´内に受け入れられる。
【００３４】
図２に示す差動装置のデザインと同様、複数の停止ピン４４´は好ましくは任意のそれぞれのジャーナルピン３６´の偶発的な脱落を阻止するために使用することができる。それぞれの停止ピン４４´は各それぞれの貫通穴３８´に垂直にそれぞれの装着区分２７´、２８´、２９´に形成されたそれぞれの適当に寸法決めされた停止ピン穴４６´内に圧入される。
【００３５】
ハイブリッド伝動装置
本発明の主要な特徴は各バランス用歯車の側ギヤウォーム及びウォームホイール部分により分担される伝動装置のデザインである。上述のように、従来の全牽引交差軸線歯車差動装置はバランス用歯車の双方の側ギヤウォームの歯及びウォームホイール部分の歯のための円筒状のはすば歯車の伝統的なインボリュートヘリコイド歯デザインを使用してきた。本発明は、（従来のデザインの点又は線接触とは異なる）「箱様の」幅広い歯接触パターンを提供しながら、伝統的なウォーム／ウォームホイールの組み合わせの特徴に緊密に近似するハイブリッド伝動装置を提供するようにこれら双方の歯のデザインを修正する。このようなハイブリッド歯の特徴は好ましくは以下に述べる方法で各対のそれぞれの歯車に適用される。
【００３６】
バランス用歯車のウォームホイール部分の歯の修正に関して、図４はバランス用歯車５５のウォームホイール部分５６の歯の切削中のホブ５４の相対運動を示す。ホブ５４の初期の運動は深さに対するプランジ送り（ＰＦ）９２であり、ホブ及び歯車が共に回転している間、バランス用歯車５５に対し、軸方向の送り（ＡＦ）９４がプランジ送りに続く。当業者なら、これは従来のはすば歯車を切削するために使用されるものと同じ工程であることを認識できよう。しかし、伝統的な工程では、ホブ切削工具は直線的な側部を有し、結果として生じる螺旋歯はインボリュート輪郭を有する。
【００３７】
本発明はホブカッターの形状を変えることによりこの伝統的な工程を修正する。これを図５に概略的に示すが、図５はホブ５４の拡大切削工具５７及びバランス用歯車５５のウォームホイール部分５６の２つの拡大ハイブリッド歯５８、５９を示す。ホブ切削工具５７は（点線で示すような）直線的な側部を有せず、むしろ、実線で示すような僅かに凹状の形状を有する。この凹状形状のカッタは実線で示すように各歯の歯先６２及び歯元６３の双方において切削の深さを増大させるように（点線で誇張して示したような）歯５８、５９のインボリュート形状を変える。
【００３８】
上述のように、側ギヤウォームのデザインもまた修正される。新規な側ギヤウォームは従来の交差軸線螺旋のようには切削されない。代わりに、側ギヤウォームは従来のウォームホイールと同じ方法即ち図６に概略的に示す方法で切削される。側ギヤウォーム６５の歯６６は従来の直線側部切削工具を有する従来のインボリュートヘリコイドホブ６７により切削される。しかし、円筒状の螺旋歯を切削するために普通に使用される（例えば図４に示すような）伝統的なプランジ送り及び軸方向送りの代わりに、側ギヤウォーム６５及びホブ６７が共に回転するときに、ホブ６７は深さに対してプランジ送り（ＰＦ）９２のみを行う。上述のように、側ギヤ歯が「閉じた」端部を伴って切削されないように、歯６６は急激な螺旋角度（即ち４５°以上）を具備し、側ギヤフランクはホブ工程前に顕著な面取りを有する。ここで定義するような面取りは、側ギヤウォームの縁部を切削することにより作られる平坦な表面である。ここで定義するような顕著な面取りは、過剰に鋭利な縁部を平坦化するために製造において単に使用される従来の面取りとは異ならせるように側ギヤウォームの半径の少なくとも５％の幅を有する面取りである。好ましくは、顕著な面取りは側ギヤウォームの半径の少なくとも１０％の幅を有する。
【００３９】
上述のように、側ギヤ歯は好ましくはプランジ送りのみによって生じるインボリュート輪郭を有し、ウォームホイール歯は好ましくは凹状形状のカッタにより行われた歯先及び歯元の修正を有するヘリコイドウォームであるが、代わりの実施の形態においては：ウォームホイール歯はプランジ送りのみによって生じるインボリュート輪郭を有し、側ギヤ歯は同様に形状づけられた凹状形状のカッタにより行われた歯先及び歯元の修正を有するヘリコイドウォームである。
【００４０】
先に述べた修正は図７に示す側ギヤウォーム６５及びバランス用歯車５５のための好ましい形を生じさせる。この最後の図に明示するように、側ギヤウォーム６５の面取りは顕著な面取り７０を備えた側ギヤウォーム６５の歯を提供し、これは歯車対の歯間の締め付けを阻止することにより作動を改善する。この改善された対の歯車は、従来の螺旋セットと比較して顕著に大きなその噛み合い作用時の摺動成分を含む、真のウォーム／ウォームホイール対に一層緊密に類似する特性を伴って機能する。この増大した摺動成分は噛み合いにおいて一層大きな摩擦成分をもたらす。上述のように、このような増大した摩擦成分は、バランス用歯車のウォームホイールが側ギヤウォームの後退駆動を試みるときに生じる機械的な欠点を生じさせ、それによって一層大きな牽引力を有する車輪へのトルクの伝達の際に本発明の交差軸線差動装置の有効性を増大させる。
【００４１】
また、本発明の歯車は幅広い側ギヤ歯面にわたって幅広い「箱様の」接触パターンで噛み合い、各対がその普通ではない１．５：１−２．５：１の低い歯車比でのウォーム／ウォームホイール組み合わせ体として有効に機能できるように、歯先及び歯元の干渉が回避される。これらの利点のすべてはいかなる効率の損失をも伴わずに新規なウォーム／ウォームホイールにより達成される。
【００４２】
伝動装置のタイミング
この有効で新規なデザインは別の重要な利点をもたらす。歯車デザインは、１以上の歯が各歯車セットにおいて常時噛み合い、すべての歯車セットが常に噛み合うことを保証する。図７に示す好ましいデザインにおいては、各バランス用歯車の平歯車セット６８は各々１２個の歯を有し、一方、ウォームホイール部分５６は側ギヤウォーム６５の１２個の歯６６と噛み合う６個のみの歯を有する。
【００４３】
これらの歯数がすべて２又は３で割りきれるので、すべての歯は常時負荷を等しく分担する。また、不正確なタイミングで歯車を組立てることは不可能である。すなわち、いかなる不適正に位置決めされたバランス用歯車もがそのそれぞれのハウジング２０、２０´のそのそれぞれの装着穴３８、３８´と適正に整合できない。さらに、このような不整合のバランス用歯車をいずれかの方向に１歯分だけ単に回転させることにより、正確な整合及び歯車タイミングが達成される。
【００４４】
また、図７の好ましい１２−６−１２のデザインでは、任意のバランス用歯車は図２に示すデザインのような差動装置における任意の２歯車セット内で任意の噛み合わせに使用することができるか、または、同じバランス用歯車は図３に示すデザインのような３歯車セット性能の車両の差動装置内で任意の噛み合わせに使用することができる。この重要な特徴は組立ての時間及びコストの大幅な減少及び部品目録の貯蔵の減少を保証する。
【００４５】
したがって、ここで述べた本発明の実施の形態は本発明の原理の応用の単なる例示であることを理解すべきである。図示の実施の形態の詳細についてのここでの参照は特許請求の範囲の要旨を限定することを意図するものではなく、それ自体は本発明にとって本質的であると思われる特徴を列挙する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の動力源から同外部の動力源により回転駆動されるハウジング内で支持された歯車複合体の一対の側ギヤウォームへ回転力を伝達する全牽引差動装置であって、各側ギヤウォームが複数の側ギヤ歯を有し、上記歯車複合体が、第１の軸線のまわりで回転し、各々上記ハウジング内に受け入れられた２つの出力軸のそれぞれ１つに固定された上記側ギヤウォームと、少なくとも２セットの対をなすバランス用歯車とを含み、各セットの各バランス用歯車が上記第１の軸線に実質上垂直な軸線のまわりで回転するように装着され、各バランス用歯車が複数のウォームホイール歯を有するウォームホイール部分から離間した複数の平歯車歯を有する一対の平歯車部分を有し、各バランス用歯車が上記平歯車部分を介して対の他方のバランス用歯車と番い係合し、かつ上記ウォームホイール部分を介して上記側ギヤウォームのそれぞれ１つと番い係合するような全牽引差動装置において、改善は、
番い係合する各対の側ギヤ歯及びウォームホイール歯に対して、上記側ギヤ歯又は上記ウォームホイール歯のいずれかがプランジ送りのみで切削されたインボリュート輪郭を有し、当該側ギヤ歯又は当該ウォームホイール歯ののうちの他方が凹状形状のカッターにより作られた複数の歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームであり；
上記側ギヤウォームが４５°に等しいか又はこれより大きな螺旋角度を有し；
上記側ギヤウォーム及び上記ウォームホイール部分が１．５：１及び２．５：１の間の歯車比を提供する；
ことを特徴とする全牽引差動装置。
【請求項２】
上記側ギヤ歯がプランジ送りのみでのインボリュート輪郭を有し、上記ウォームホイール歯が歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームであることを特徴とする請求項１に記載の全牽引差動装置。
【請求項３】
上記側ギヤウォーム及び上記バランス用歯車の上記ウォームホイール部分が、番い係合における摺動成分を分担し、これにより上記外部の動力源からそれぞれの上記出力軸へ導かれる伝達トルクの効率を減少させ、かつ当該出力軸から当該外部の動力源の方に導かれる伝達トルクの効率を増大させることを特徴とする請求項２に記載の全牽引差動装置。
【請求項４】
上記側ギヤウォームの各インボリュート歯の各端部が顕著に面取りされることを特徴とする請求項２に記載の全牽引差動装置。
【請求項５】
上記ウォームホイール歯がプランジ送りのみでのインボリュート輪郭を有し、上記側ギヤ歯が歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームであることを特徴とする請求項１に記載の全牽引差動装置。
【請求項６】
上記平歯車歯、上記ウォームホイール歯及び上記側ギヤ歯の数がすべて２で割りきれることを特徴とする請求項１に記載の全牽引差動装置。
【請求項７】
上記平歯車歯、上記ウォームホイール歯及び上記側ギヤ歯の数がすべて３で割りきれることを特徴とする請求項１に記載の全牽引差動装置。
【請求項８】
上記平歯車歯、上記ウォームホイール歯及び上記側ギヤ歯の数がすべて２で割りきれることを特徴とする請求項７に記載の全牽引差動装置。
【請求項９】
各バランス用歯車の上記平歯車歯の数が同じバランス用歯車の上記ウォームホイール歯の数の２倍であることを特徴とする請求項１に記載の全牽引差動装置。
【請求項１０】
各平歯車部分が１２個の平歯車歯を有し、各ウォームホイールが６個のウォームホイール歯を有し、各側ギヤウォームが１２個の側ギヤ歯を有することを特徴とする請求項９に記載の全牽引差動装置。
【請求項１】
外部の動力源から同外部の動力源により回転駆動されるハウジング内で支持された歯車複合体の一対の側ギヤウォームへ回転力を伝達する全牽引差動装置であって、各側ギヤウォームが複数の側ギヤ歯を有し、上記歯車複合体が、第１の軸線のまわりで回転し、各々上記ハウジング内に受け入れられた２つの出力軸のそれぞれ１つに固定された上記側ギヤウォームと、少なくとも２セットの対をなすバランス用歯車とを含み、各セットの各バランス用歯車が上記第１の軸線に実質上垂直な軸線のまわりで回転するように装着され、各バランス用歯車が複数のウォームホイール歯を有するウォームホイール部分から離間した複数の平歯車歯を有する一対の平歯車部分を有し、各バランス用歯車が上記平歯車部分を介して対の他方のバランス用歯車と番い係合し、かつ上記ウォームホイール部分を介して上記側ギヤウォームのそれぞれ１つと番い係合するような全牽引差動装置において、改善は、
番い係合する各対の側ギヤ歯及びウォームホイール歯に対して、上記側ギヤ歯又は上記ウォームホイール歯のいずれかがプランジ送りのみで切削されたインボリュート輪郭を有し、当該側ギヤ歯又は当該ウォームホイール歯ののうちの他方が凹状形状のカッターにより作られた複数の歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームであり；
上記側ギヤウォームが４５°に等しいか又はこれより大きな螺旋角度を有し；
上記側ギヤウォーム及び上記ウォームホイール部分が１．５：１及び２．５：１の間の歯車比を提供する；
ことを特徴とする全牽引差動装置。
【請求項２】
上記側ギヤ歯がプランジ送りのみでのインボリュート輪郭を有し、上記ウォームホイール歯が歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームであることを特徴とする請求項１に記載の全牽引差動装置。
【請求項３】
上記側ギヤウォーム及び上記バランス用歯車の上記ウォームホイール部分が、番い係合における摺動成分を分担し、これにより上記外部の動力源からそれぞれの上記出力軸へ導かれる伝達トルクの効率を減少させ、かつ当該出力軸から当該外部の動力源の方に導かれる伝達トルクの効率を増大させることを特徴とする請求項２に記載の全牽引差動装置。
【請求項４】
上記側ギヤウォームの各インボリュート歯の各端部が顕著に面取りされることを特徴とする請求項２に記載の全牽引差動装置。
【請求項５】
上記ウォームホイール歯がプランジ送りのみでのインボリュート輪郭を有し、上記側ギヤ歯が歯先及び歯元修正を有するヘリコイドウォームであることを特徴とする請求項１に記載の全牽引差動装置。
【請求項６】
上記平歯車歯、上記ウォームホイール歯及び上記側ギヤ歯の数がすべて２で割りきれることを特徴とする請求項１に記載の全牽引差動装置。
【請求項７】
上記平歯車歯、上記ウォームホイール歯及び上記側ギヤ歯の数がすべて３で割りきれることを特徴とする請求項１に記載の全牽引差動装置。
【請求項８】
上記平歯車歯、上記ウォームホイール歯及び上記側ギヤ歯の数がすべて２で割りきれることを特徴とする請求項７に記載の全牽引差動装置。
【請求項９】
各バランス用歯車の上記平歯車歯の数が同じバランス用歯車の上記ウォームホイール歯の数の２倍であることを特徴とする請求項１に記載の全牽引差動装置。
【請求項１０】
各平歯車部分が１２個の平歯車歯を有し、各ウォームホイールが６個のウォームホイール歯を有し、各側ギヤウォームが１２個の側ギヤ歯を有することを特徴とする請求項９に記載の全牽引差動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２０１０−５０８４７５（Ｐ２０１０−５０８４７５Ａ）
【公表日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３４８８１（Ｐ２００９−５３４８８１）
【出願日】平成１９年１０月２６日（２００７．１０．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０８２６１９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０５５０５３
【国際公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【出願人】（５０１０５０９５５）トーヴェック・インコーポレーテッド (9)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月２６日（２００７．１０．２６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０８２６１９
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０５５０５３
【国際公開日】平成２０年５月８日（２００８．５．８）
【出願人】（５０１０５０９５５）トーヴェック・インコーポレーテッド (9)
【Ｆターム（参考）】
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