JP2003194104A - 力増幅機構を有するボールランプクラッチ - Google Patents

力増幅機構を有するボールランプクラッチ

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Dan Joseph Showalter
ダン・ジョセフ・ショウォルター
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】直列式のボールランプ作動装置を有し伝達トル
ク量を高めた多板摩擦クラッチを提供する。 【解決手段】自動車の複合ボールクラッチ組立体は、２
つのボールランプ作動装置１２０、１７０を前後に配置
して力を増幅する組立体を含み、荷重伝達ボール１３０
を挟んで対向するカム板１２２、１３２と、電磁コイル
１４４と、ローター１４０と、電機子を有する第一のボ
ールランプ作動装置１２０を有する。コイルは、通電に
よりドラッグ力を発生し、この力により第一のボールラ
ンプ作動装置のカム板が離され、第二のボールランプ作
動装置１７０のカム板及び荷重伝達ボールと機構的に平
行に配置されている第一（パイロット）クラッチパック
を圧縮する。速度差と、第二のボールランプ作動装置に
働くドラッグ力とにより、第二（メイン）クラッチパッ
クが圧縮される。本願の直列式のボールランプクラッチ
組立体では、トルク伝達容量にかなりの増加が見られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、全体的にはクラッ
チに関し、より具体的には、自動車の駆動系構成部品に
適用され、力を増幅する機器構成を有するボールランプ
クラッチに関する。
【０００２】
【従来技術】摩擦クラッチパックは、動力及びトルクを
伝達するシステムで広範囲に用いられている。このよう
なクラッチパックは、回転力を伝えるために、複数の交
互配置された摩擦板を一体に締付ける、クラッチパック
の軸に平行な力を必要とする。何れの摩擦表面において
も、伝達されるトルクは、接触個所の締付力に摩擦表面
の平均半径を掛け合わせた積に等しい。このようなクラ
ッチのトルク伝達量を増すには、クラッチ板の平均半径
を大きくしても、追加のクラッチ板を加えても、圧縮力
を上げてもよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】摩擦板の平均半径を大
きくするのは、クラッチ、特に自動車の駆動系構成部品
場合、利用できるスペースが厳しく制約されているの
で、しばしば、実行不能な解決策となる。クラッチ板の
数を増やしても、クラッチパック内で発生する軸方向の
滑り摩擦による収穫逓減の法則（ｌａｗ ｏｆ ｄｉｍ
ｉｎｉｓｈｉｎｇｒｅｔｕｒｎ）に支配されることにな
る。
【０００４】前述のことは、クラッチパックに加える力
を増やすのがクラッチのトルク伝達量を増やす最も都合
の良い方法であることを示唆している。しかし、より大
きな圧縮力を発生させるには、より大きく、より重く、
より高価で、普通は作動の緩慢な力発生装置が、通常必
要となる。この状況は、多板摩擦クラッチパックによっ
てトルク伝達量を増やすという手軽に提示されている目
標も、外側寸法と作動装置の重量及び速度が設計の制約
条件である場合、改良には骨が折れることを示唆してい
る。本発明は、トルク伝達量と性能を上げるボールラン
プ型多板摩擦クラッチの改良に向けられている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】好適な実施形態である、
自動車駆動系構成部品用の複合ボールクラッチ組立体に
は、直列に配置された２つのボールランプ作動装置を有
する力増幅組立体が含まれている。このクラッチ組立体
は、荷重伝達ボールを挟んで対向するカム板と、電磁コ
イルと、ローターと、電機子を有する第一のボールラン
プ作動装置を含んでいる。コイルは、通電されると摩擦
力を発生し、この力により第一のボールランプ作動装置
のカム板が離され、第二のボールランプ作動装置のカム
板及び荷重伝達ボールと機構的に平行に配置された第一
の（パイロット）クラッチパックを圧縮する。速度差
と、第二のボールランプ作動装置に働く摩擦力とによ
り、第二の（主）クラッチパックが圧縮される。このよ
うな複合又は直列式のボールランプクラッチ組立体で
は、トルク伝達容量にかなりの増加が見られる。別の実
施形態では、電磁コイルと第一のボールランプ作動装置
は、液圧作動装置組立体に置き換えられている。
【０００６】従って、本発明の目的は、直列式のボール
ランプ作動装置を有し伝達トルク量を高めた多板摩擦ク
ラッチを提供することである。本発明の更なる目的は、
トランスファーケースや差動装置のような自動車の駆動
系構成部品用に伝達トルク量の高い多板摩擦クラッチを
提供することである。
【０００７】本発明の更に別の目的は、電磁式又は油圧
式の作動装置と、それぞれの作動装置で作動する第一及
び第二のクラッチパックを有する多板摩擦クラッチを提
供することである。
【０００８】本発明の更に別の目的は、それぞれのボー
ルランプ作動装置組立体を起動する電磁式又は液圧式の
作動装置を有する多板摩擦クラッチを提供することであ
る。本発明のこの他の目的と利点は、好適及び代替の実
施形態に関する以下の発明の実施の形態と、添付図面を
参照頂けば明らかになるであろう。図中、類似の参照番
号は、同一の構成部品、要素、又は機構を指している。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１に、四輪自動車の駆動系を概
略的に図示し、全体を参照番号１０で示している。四輪
自動車の駆動系１０には、変速機１４に連結されこれを
直接駆動する原動機１２が含まれている。変速機１４
は、自動、手動の何れのタイプであってもよい。変速機
１４の出力は、第一のすなわち後プロペラ軸２２、第一
のすなわち後差動装置２４、一対の第一のすなわち後活
車軸２６、一対の第一のすなわち後タイヤ及びホイール
組立体２８から成る第一のすなわち後駆動系２０へ動力
を供給するトランスファーケース組立体１６を直接駆動
する。
【００１０】トランスファーケース組立体１６は、第二
のすなわち前プロペラ軸３２、第二のすなわち前差動装
置組立体３４、一対の第二のすなわち前活車軸３６、一
対の第二のすなわち前タイヤ及びホイール組立体３８か
ら成る、第二のすなわち前駆動系３０にも、動力を選択
的に供給する。前タイヤ及びホイール組立体３８は、一
対の第二すなわち前車軸３６のそれぞれ一つへ直接連結
することもできるが、所望であれば、タイヤ及びホイー
ル組立体と車軸とを選択的に接続するために、一対の手
動又は遠隔操作可能なロックハブ４２を、一対の前車軸
３６の夫々一つと一対の前タイヤ及びホイール組立体３
８の夫々一つとの間に配置してもよい。最終的に、第一
の駆動系２０と第二の駆動系３０は、各種軸と構成部品
との間の静的及び動的片寄り（オフセット）及び芯ずれ
を許容するために通常の様式で機能する、適正適切に配
置された自在継手４４を含んでいる。車両運転者に都合
のよい範囲内に好ましく設けられた制御コンソール４６
には、トランスファーケース組立体１６の運転モードを
選び易くする複数の独立したスイッチ又は押しボタン４
８が含まれており、これについては以下で更に説明す
る。
【００１１】以上及び以下の記述は、後駆動系２０が、
実質的に常時係合して作動する第一駆動系として機能
し、従って、前駆動系３０が、パートタイムで、すなわ
ち二次的又は補完的に係合して作動する第二駆動系とし
て機能する車両に関するものである。
【００１２】しかし、本文書で開示され請求されている
本発明は、第一駆動系２０が車両の前方に配置され第二
駆動系３０が車両の後方に配置されるトランスファーケ
ースで利用し易いだけなので、「前」及び「後」ではな
く、これら「第一」及び「第二」の呼称が使われてい
る。従って、このような「第一」及び「第二」の呼称
は、駆動系の特定の位置ではなく個別の駆動系の機能
を、幅広くかつ適切に特徴付けるものである。
【００１３】図１及び図２には、本発明を組み込んだト
ランスファーケース組立体１６が、トランスファーケー
ス組立体１６の種々の構成部品及び組立体を収容するた
めに、平面及び円形のシール面、軸及び軸受け用の穴、
及び種々の凹部、肩部、フランジ、座ぐり等を設けた、
通常は鋳物製の複数の部品から構成されるハウジング組
立体５０を含んでいる様子を示している。入力軸５２
は、図１に示された変速機１４の出力を入力軸５２へ駆
動的に連結する、雌すなわち内歯スプライン又は歯５４
又は他の適切な構造物を含んでいる。入力軸５２は、軸
受け組立体５６のような減摩軸受け又は転がり軸受けに
より回転可能に支持され、その内側はローラー軸受け組
立体５８のような転がり軸受けにより支持されている。
ローラ軸受け組立体５８は、出力軸６０の縮径部分の上
に配置されている。軸５２及び６０とハウジング組立体
５０との間に配置された適切なオイルシール６２によっ
て、両者の間には適切な流体密封シールが形成される。
出力軸６０の反対側の端は、玉軸受け組立体６４のよう
な減摩軸受け又は転がり軸受けで支持されている。端蓋
すなわちシール６６により、出力軸６０内に設けられた
軸方向通路６８の端部が塞がれている。潤滑及び冷却用
の流体を軸方向通路６８へ流すために、通常はジェロ−
ター（ｇｅｒｏｔｅｒ）ポンプＰが利用され、この流体
は、通路６８から出力軸６０内に設けられた複数の半径
方向ポートを通してトランスファーケース組立体１６の
構成部品へ分配される。
【００１４】トランスファーケース組立体１６には、概
ね入力軸５２周りに配置された２速遊星（周転円）ギヤ
減速組立体７０も含まれている。遊星ギヤ組立体７０に
は、内歯スプライン又は歯を有するサンギヤ７２が含ま
れており、このサンギヤ７２は、入力軸５２上に形成さ
れた相補的な外歯スプライン又は歯７４と噛み合ってい
る。リングギヤ７６が、サンギヤ７２に対し半径方向に
整列配置されている。リングギヤ７６は、スナップリン
グのような適当な保持構造物（図示せず）により、ハウ
ジング組立体５０内に固定保持されている。複数のピニ
オンギヤ７８が、同じ複数のころ軸受け上に回転可能に
支承され、このころ軸受けは同じ複数のスタブ軸８２に
よって支持され位置決めされている。複数のスタブ軸８
２は、遊星キャリア８４内に嵌め込まれ固定されてい
る。遊星キャリア８４には、複数の内歯スプライン又は
歯８６が設けられている。遊星歯車組立体７０は、本出
願人と同じ出願人による米国特許第４，４４０，０４２
号に、より詳しく記述されており、同特許を参考文献と
してここに援用する。
【００１５】遊星歯車組立体７０と隣接して配置されか
つこれと協働する噛み合いクラッチカラー９０が配設さ
れており、このクラッチカラー９０には細長い内歯スプ
ライン又は歯が設けられ、この歯は、出力軸６０上に設
けられた相補的な複数の外歯スプライン又は歯９２上に
摺動可能に噛み合わされている。従って、クラッチカラ
ー９０は、出力軸６０と共に回転するが、同出力軸に沿
って二方向に並進移動できるようになっている。クラッ
チカラー９０には、一方の端部の上に一組の外歯スプラ
イン又は歯９４が設けられ、この歯９４は、遊星キャリ
ア８４上に設けられた内歯スプライン又は歯８６と全て
の点で相補的になっている。クラッチカラー９０のスプ
ライン又は歯９４とは反対側の端部には、外周半径方向
に伸張するフランジ９６が形成されている。
【００１６】クラッチカラー９０は、三つの位置と作動
モードを取ることができる。図２はクラッチカラー９０
が中央すなわちニュートラル位置にある状態を示してお
り、入力軸５２と遊星キャリア８４は共に、出力軸６０
から切り離され、動力は伝達されていない。カラーが左
側へ移動し、クラッチカラー９０の内歯スプライン又は
歯が入力軸５２上の外歯スプライン又は歯７４と噛み合
うと、直結駆動の状態となり、これにより、入力軸５２
と出力軸６０が直接的に連結され、両者間で直結すなわ
ち高ギヤ比の駆動が行われる。
【００１７】クラッチカラー９０が図２の位置から右側
へ移動すると、遊星歯車組立体７０が、クラッチカラー
９０の外歯スプライン又は歯９４の、遊星キャリア８４
の内歯スプライン又は歯８６との噛み合いを介して係合
し、減速状態が形成される。この噛み合い状態により、
遊星歯車組立体７０が作動し、入力軸５２と出力軸６０
の間で、通常は３：１から４：１の範囲での減速が行わ
れる。
【００１８】クラッチカラー９０の位置は、電気シフト
制御器組立体１００によって命令される。シフト制御器
組立体１００は、スイッチ又は押しボタン４８から発せ
られる制御信号又は指示を受信する電気駆動モータ１０
２を備える。駆動モータ１０２は、カム従動子１１０を
軸方向に位置決めするカム１０８へ、望ましくはエネル
ギ蓄積型のスプリング１０６を介して連結された出力軸
１０４を有している。カム従動子１１０は、噛み合いク
ラッチカラー９０のフランジ９６と噛み合うシフトレー
ル１１４上に摺動可能に配置されたシフトフォーク１１
２を並進移動させる。
【００１９】図２、図３、図４に示すように、トランス
ファーケース組立体１６は、本発明による好適な実施形
態の複合又は力増幅ボールランプクラッチ組立体１１８
を備えている。好適な実施形態の複合ボールランプクラ
ッチ組立体１１８には、内歯スプライン又は歯１２４を
備えた第一の円形駆動部材１２２を有する第一のボール
ランプ組立体すなわちパイロットボールランプ組立体１
２０が含まれており、この歯１２４は、主のすなわち一
次出力軸６０に設けられた雄スプライン又は歯１２６と
噛み合っている。従って、第一の円形駆動部材１２２は
一次出力軸６０と共に回転する。第一の円形駆動部材１
２２には、螺旋状円環体の斜断面形状をした複数の窪み
１２８が形成され、各窪みには荷重伝達ボール１３０が
収容されている。第一の円形駆動部材１２２と対する反
対側には、第一の円形被駆動部材１３２が配置されてい
る。窪み１２８及び１３４は出力軸の軸線の周りの円周
方向に伸びていて、図４に示されるように深さが徐々に
変化してランプすなわち傾斜面を形成している。窪み１
２８及び１３４と荷重伝達ボール１３０とは、円形部材
１２２と１３２の間の相対的回転に応じて、両者を軸方
向に変位させる、他の相似な機械的要素に置き換え可能
なことが理解頂けよう。例えば、相補的に構成されてい
る円錐状螺旋内に配置されたテーパ付ローラーを利用し
てもよい。第一の円形被駆動部材１３２には、同様に、
窪み１２８に対して相補的な螺旋状円環体の斜断面形状
をした複数の窪み１３４が形成され、この窪みに荷重伝
達ボール１３０が収容される。窪み１２８及び１３４と
荷重伝達ボール１３０は、円形部材１２２と１３２の間
の相対的回転に応じて、両者を軸方向に変位させる、他
の相似な機械的要素に置き換え可能なことが理解頂けよ
う。例えば、相補的に構成されている円錐状螺旋内に配
置されたテーパ付ローラーを利用してもよい。
【００２０】第一の円形駆動部材１２２と第一の円形被
駆動部材１３２の表面には、一対のスラスト軸受け１３
６が設けられている。一次出力軸６０周りに自由に回転
できる第一の円形被駆動部材１３２は、スプライン、締
まり嵌め、溶接、又は遊びのない類似手段により、Ｕ字
形の軟鉄ローター１４０へ固定されている。ローター１
４０には、内部に電磁コイル１４４を配置した定置コイ
ルハウジング１４２が収容されている。電気エネルギ
は、電気導体１４６を通して電磁コイル１４４へ供給さ
れる。
【００２１】ローター１４０の前面には、ローター１４
０とこれに隣接する円形電機子１５０との間に磁束を向
かわせ集中させる、複数の不連続な円弧をなすバナナ形
状のスロット１４８が設けられている。円形電機子１５
０には、複数の不連続な円弧状でバナナ形状のスロット
１５２が設けられ、このスロット１５２は、ローター１
４０に設けられたバナナ形状のスロット１４８の間の半
径方向中央に配置されるのが好ましい。円形電機子１５
０には、外歯すなわち雄スプライン又は歯１５４が設け
られ、この歯１５４は、ベル形の出力ハウジング１６０
内に設けられた内歯すなわち雌スプライン又は歯１５６
と噛み合いこれを駆動する。円形電機子１５０の軸方向
位置は、出力ハウジング１６０内の適当な溝の中に収容
される一対のスナップリング１６２によって固定される
のが好ましい。電磁コイル１４４に通電され、一次出力
軸６０と出力ハウジング１６０との間に速度差が存在す
る場合、ローター１４０と電機子１５０の境界面に生じ
る抵抗力により、第一の円形駆動部材１２２と第一の円
形被駆動部材１３２との間に相対的な回転が生じ、荷重
伝達ボール１３０は窪み１２８及び１３４により画成さ
れるランプを這い上がり、第一の円形駆動部材１２２
が、図３に示す軸方向左側へ移動する。
【００２２】第一のすなわちパイロットボールランプ組
立体１２０に隣接し、具体的には、（図３で見た場合）
左側のスラスト軸受け組立体１３６に隣接して、第一作
用板１６６が配置されている。１つ又は複数の波形ワッ
シャ又は皿バネの形態をした圧縮スプリング１６８が、
第一の作用板１６６を、図３に示す右側へ付勢してい
る。第一の作用板１６６は、円形で、第二のすなわち主
のボールランプ組立体１７０に対して軸方向及び半径方
向に隣接して配置された張出し部又は面を備えている。
第二のボールランプ組立体１７０は、内歯すなわち雌ス
プライン又は歯１７４を有するクラッチハブ１７２を含
んでおり、このスプライン１７４は、一次出力軸６０上
に設けられた雄すなわち外歯スプライン又は歯１２６と
噛み合って駆動される。クラッチハブ１７２は、第二の
円形駆動部材１８６内に設けられた雌すなわち内歯スプ
ライン又は歯１８４と駆動的に噛み合う外歯すなわち雄
スプライン又は歯１８２を含んでいる。第二の円形駆動
部材１８６は、螺旋状円環体の傾斜断面形状を有する、
円周方向に間隔を空けて設けられた複数の傾斜付き窪み
１８８を備え、各窪みには荷重伝達ボール１９０が収容
されている。複数の荷重伝達ボール１９０は、第二の円
形被駆動部材１９４に設けられた同じ複数の傾斜付き窪
み１９２内に収容される。窪み１８８及び１９２は出力
軸の軸線の周りの円周方向に伸びていて、図４に示され
るのと同様に深さが徐々に変化してランプすなわち傾斜
面を形成している。窪み１８８及び１９２と荷重伝達ボ
ール１９０は、円形部材１８６と１９４の間の相対的回
転に応じて両者を軸方向に変位させる、他の相似な機械
的要素に置き換え可能なことが理解頂けよう。例えば、
相補的に構成されている円錐状螺旋内に配置されたテー
パ付ローラーを利用してもよい。
【００２３】第一の作用板１６６からの力は第二の円形
被駆動部材１９４へ加えられる。第二の円形被駆動部材
１９４は、一組の雄、すなわち外歯スプライン又は歯１
９６を含んでおり、この歯１９６は、雌すなわち内歯ス
プライン又は歯２００を有する第一の複数の摩擦クラッ
チ板１９８と噛み合い、これを駆動する。第一の複数の
摩擦クラッチ板１９８は、外歯スプライン又は歯２０４
を有する第二の複数の摩擦クラッチ板２０２と交互配置
され、この歯２０４は、出力ハウジング１６０上に設け
られた内歯すなわち雌スプライン又は歯１５６と噛み合
っている。
【００２４】図示のように、摩擦クラッチ板１９８と２
０２は、第二の円形駆動部材１８６と第二の円形被駆動
部材１９４の相対する平行な面の間に配置されている。
摩擦クラッチ板１９８及び２０２は、第一のすなわちパ
イロットクラッチパック組立体を形成している。第二の
クラッチパック組立体すなわち主クラッチパック組立体
２０６は、内歯すなわち雌スプライン又は歯２１０を有
する第一の複数の小径の主摩擦クラッチ板２０８を含ん
でおり、この歯２１０は、クラッチハブ１７２上に設け
られたスプライン１８２と噛み合い、駆動される。複数
の雄すなわち外歯スプライン又は歯２１４を有する第二
の複数の大径の主摩擦クラッチ板２１２が、複数の小径
の主摩擦クラッチ板２１０と交互に配置され、この歯２
１４は、出力ハウジング１６０上に設けられた内歯すな
わち雌スプライン又は歯１５６と噛み合っている。
【００２５】出力ハウジング１６０は、内側へ向いたラ
グすなわち雌スプライン２１６を含んでおり、このスプ
ライン２１６は、チェーン駆動スプロケット２２０上に
相補的に形成されたラグすなわち外歯スプライン又は歯
２１８と噛み合っている。チェーン駆動スプロケット２
２０は、駆動チェーン２２４に噛み合うチェーン駆動歯
２２２を含んでいる。チェーン駆動スプロケット２２０
は、一次出力軸周りに自由に回転するよう、ニードル又
はジャーナル軸受け２２６で支承されている。
【００２６】駆動チェーン２２４は、内歯スプライン又
は歯２３２を有する被駆動チェーンスプロケット２３０
上に相補的に形成されたチェーン歯２２８に巻き付けら
れており、この歯２３２は、第二出力軸２３６と噛み合
い、被駆動チェーンスプロケット２３０を二次出力軸２
３６へ連結している。二次出力軸２３６は、ハウジング
組立体５０内で自由に回転できるように、ボール軸受け
組立体２３８のような間隔を置いて設けられた一対の減
摩軸受けすなわち転がり軸受け組立体によって支承され
ている。適当なオイルシール２４０によって、回転する
二次出力軸２３６とハウジング組立体５０の間には、液
体密封シールが形成される。
【００２７】図２と図５を参照しながら、別の実施形態
である、本発明による複合又は力を増幅するボールラン
プ組立体を説明するが、このボールランプ組立体は全体
を参照番号２５０で示している。この実施形態の複合ボ
ールランプ組立体２５０には、主すなわちパイロットボ
ールランプ組立体１２０ではなく油圧作動装置組立体２
５２が含まれているが、直前に記述した好適実施形態の
ボールランプ組立体１１８と他の多くの点で同じであ
る。
【００２８】油圧作動装置組立体２５２には、ベル形の
油圧作動装置ハウジング２５４が含まれており、このハ
ウジング２５４は、主すなわち一次出力軸６０’周りに
組み付けられ、その出力軸６０’周りに複数のＯリング
シール２５６によって油圧的にシールされている。定置
カラー２５８が、やはり第一出力軸６０’周りに配置さ
れ、油圧作動装置ハウジング２５４と第一出力軸６０’
の周囲とに対して複数のＯリングシール２６２によりシ
ールされている。カラー２５８は、適切な油圧流体の制
御源（図示せず）に連結された油圧配管２６６と接続す
るための油圧入口取り付け具が設けられている。
【００２９】油圧作動装置ハウジング２５４には、油圧
供給配管２６６と流体連通する複数の内部半径方向通路
２６８が形成されている。複数の油圧通路２６６は、一
次出力軸６０’の軸線の周りに円周方向に配列された複
数の油圧シリンダ２７０に至っている。シリンダ２７０
は、少なくとも３個、１２０度間隔で配列されているの
が好ましい。４個、６個、８個、或いはそれ以上のシリ
ンダ２７０を、円周方向で等間隔に、例えば９０度、６
０度、４５度等と並べて使用しても一向に構わない。各
シリンダ２７０には、軸方向に摺動するピストン２７２
が入っている。ピストン２７２は、適したＯリングシー
ル２７４と、ピストン２７２の背面と適当なスナップリ
ング２７８との間に伸張する適当な圧縮スプリング２７
６とを含んでいる。従って、圧縮スプリング２７４は、
ピストン２７２を、図５に示す右側、すなわち、引き込
み位置へ付勢している。
【００３０】一次出力軸６０’には、クラッチハブ１７
２を組み付ける、雄すなわち外歯スプライン又は歯１２
６’の形成された領域が設けられている。クラッチハブ
１７２には、内歯すなわち雌スプライン又は歯１７４が
形成されており、この歯１７４が、スプライン又は歯１
２６’と噛み合い、クラッチハブ１７２を第一出力軸６
０’へ連結している。スラスト軸受け１７６が、クラッ
チハブ１７２の周りに配置され、クラッチハブ１７２の
適当な円周方向に設けられた溝に装着されたスナップリ
ング１７８によって、クラッチハブ１７２上に保持され
ている。
【００３１】油圧作動装置組立体２５２に隣接し、具体
的にはピストン２７２に整列して、中間のボールランプ
作動装置２８０が設けられている。中間のボールランプ
作動装置２８０は、雌すなわち内歯スプライン又は歯２
８４を有する円形被駆動部材２８２を備え、この歯２８
４は、クラッチハブ１７２上に設けられた雄すなわち外
歯スプライン又は歯１８２と噛み合っている。従って、
円形被駆動部材２８２はクラッチハブ１７２及び一次出
力軸６０’と共に回転する。円形被駆動部材２８２に
は、或る定められた螺旋状円環体の傾斜断面形状を有す
る複数の傾斜付窪み２８６が形成されている。複数の傾
斜付窪み２８６には、同じ複数の荷重伝達ボール２８８
が配置されている。円形状駆動部材２８２に相対する反
対側には、円形駆動部材２９２が配置されている。円形
被駆動部材２９２には、やはり荷重伝達ボール２８８を
収容する同じ複数の傾斜付窪み２９４が形成されてい
る。窪み２８６及び２９４は出力軸の軸線の周りの円周
方向に伸びていて、図４に示されるのと同様に深さが徐
々に変化してランプすなわち傾斜面を形成している。窪
み２８６及び２９４と荷重伝達ボール２８８は、円形部
材２８２と２９２の間の相対的回転に応じて両者を軸方
向に変位させる、他の相似な機械的要素に置き換え可能
なことが理解頂けよう。例えば、相補的に構成されてい
る円錐状螺旋内に配置されたテーパ付ローラーを利用し
てもよい。
【００３２】円形駆動部材２９２は、オフセットして、
複数の外歯すなわち雄スプライン又は歯２９６を有する
張出し部を形成しており、この歯２９６は、適切な内歯
すなわち雌スプライン又は歯３０２を有する第一の複数
の小径摩擦クラッチ板２９８と噛み合っている。第一の
複数のクラッチ板２９８は、外歯すなわち雄スプライン
又は歯３０６を有する第二の複数の大径摩擦クラッチ板
３０４と交互に配置され、この歯３０６は、ベル形の出
力ハウジング１６０’上に設けられた内歯すなわち雌ス
プライン又は歯１５６と噛み合い連結されている。
【００３３】第一の円形駆動部材２８２と、出力ハウジ
ング１６０’の半径方向外周に伸張する部分との間に
は、主摩擦クラッチパック３１０が配置されている。主
摩擦クラッチパック３１０は、スプライン３１４を有す
る第一の複数の小径の摩擦クラッチ板３１２を含んでお
り、このスプライン３１４は、クラッチハブ１７２上に
設けられたスプライン１８２と噛み合っている。従っ
て、第一の複数の小径摩擦クラッチ板３１２は、クラッ
チハブ１７２及び一次出力軸６０’と共に回転する。第
一の複数の摩擦クラッチ板３１２に対して、外歯すなわ
ち雄スプライン又は歯３１８を有する第二の複数の大径
摩擦クラッチ板３１６が交互配置され、この歯３１８
は、出力ハウジング１６０’に設けられた内歯すなわち
雌スプライン又は歯１５６と噛み合って連結し、第二の
複数の摩擦クラッチ板３１６は共に回転するようになっ
ている。
【００３４】ベル形の出力ハウジング１６０’は、ラグ
すなわち雌スプライン又は歯２１６を備えていて、この
スプライン２１６は、チェーン駆動スプロケット２２０
上に相補的に構成されたラグすなわち外歯スプライン又
は歯２１８と噛み合っており、このスプロケット２２０
には、駆動チェーン２２４と噛み合って駆動する複数の
チェーン駆動歯２２２が設けられている。チェーン駆動
スプロケット２２０は、出力軸６０’にニードル又はジ
ャーナル軸受け２２６により回転自由に支承されてい
る。
【００３５】好適な実施形態の、本発明による複合又は
力を増幅するボールランプクラッチ組立体１１８の作動
について説明する。一次出力軸６０と出力ハウジング１
６０との間（及び、関連するチェーン駆動スプロケット
２２０と二次出力軸２３６との間）に速度差が存在し、
電磁コイル１４４が通電される場合、ローター１４０と
電機子１５０の間の磁気吸引により、第一の円形被駆動
部材１３２の速度を第一の円形駆動部材１２２の速度に
合わせようとする抵抗力が発生し、これにより、荷重伝
達ボール１３０は傾斜付き窪み１２８及び１３４に乗り
上げ、円形駆動部材１２２が第一の円形被駆動部材１３
２から離れ、作用板１６６が第二の円形被駆動部材１９
４へ向かって図３に示す左側へ移動する。
【００３６】続いて、第二のボールランプ組立体１７０
の摩擦クラッチ板２００と２０２の摩擦によって、第二
の円形被駆動部材１９４と第二の円形駆動部材１８６と
の間に速度差と抵抗力が同様に発生し、両者が相対的に
回転して荷重伝達ボール１９０を傾斜付き窪み１８８及
び１９２に乗り上げさせ、第二の円形駆動部材１８６を
主クラッチパック組立体２０６へ向け並進移動させる。
主クラッチパック組立体２０６が圧縮されると、トルク
は、一次出力軸６０からクラッチハブ１７２を通して出
力ハウジング１６０とチェーン駆動スプロケット２２０
へ伝達される。電磁コイル１４４の通電が切れると、圧
縮スプリング１６８によって、作用板１６６を図３に示
す右側へ移動する復元力が与えられ、第二のボールラン
プ組立体１７０及び主クラッチパック組立体２０６上の
圧縮力が取り除かれ、これにより、ボールランプクラッ
チ組立体１１８を介するトルク及びエネルギの伝達が終
了する。
【００３７】別の実施形態の、複合すなわち力増幅ボー
ルランプ組立体２５０は、最初の軸方向の力が、第一の
すなわちパイロットボールランプ組立体１２０ではなく
液圧作動装置組立体２５２によって生成される点を除
き、同じである。すなわち、加圧された圧力流体が、液
圧配管２６６を通して複数のシリンダ２７０へ供給され
る。ピストン２７２が、加えられた液圧に従って図５に
示す軸方向左側へ並進移動し、円形被駆動部材２９２と
係合してそれを並進移動させ、抵抗力を発生させる摩擦
板２９８及び３０４を圧縮し、部材２８２と２９２を相
対的に回転させ、荷重伝達ボール２８８が傾斜付窪み２
８６及び２９４を登って、円形駆動部材２８２を円形被
駆動部材２９２から離して、これにより、メイン又は第
一の摩擦クラッチパック組立体３１０を圧縮し、組立体
３１０が、第一の入力軸とクラッチハブ１７２の間でト
ルク又はエネルギを伝達して、出力ハウジング１６０’
及びチェーン駆動スプロケット２００へと伝える。
【００３８】ボールランプ作動装置組立体１２０、１７
０、２８０の全ての構成部品に関して設計上考慮すべき
重要な点は、窪みの傾斜角度、圧縮スプリングのスプリ
ングレート、組立体内のクリアランスのような幾何的な
寸法構造によって、組立体が自動的な噛み合いもセルフ
ロックすなわち自己係止も、絶対に起こさないようにす
ることである。ボールランプ作動装置組立体１２０、１
７０、２８０は、自動的に噛み合ってはならず、関連す
るクラッチを制御下で比例的に係合し、制御入力に直接
的かつ比例的に応答してトルクを伝達することができな
ければならない。
【００３９】本発明に従ってクラッチ組立体１１８及び
２５０を順次又は複合的に作動させることにより、より
大きなトルク伝達が達成できることを理解頂けよう。本
発明によるクラッチ組立体１１８及び２５０を順次又は
複合的に作動させることにより、関連する両駆動系の方
向反転の間の性能が改良できることを理解頂けよう。
【００４０】上記開示は、本発明を実施するために発明
者が考案した最善のモードでなされている。しかし、開
示した装置に修正及び変更を織り込めることは、複合又
は力を増幅するクラッチの技術分野に携わる当業者には
自明のことであろう。上記開示は、当業者が本発明を実
施できるようにすること意図しているものであり、これ
によって本発明を制限的に解釈してはならず、前記明白
な変更点を含むように解釈すべきであり、本発明は、特
許請求の範囲に述べる精神と範囲によってのみ制限され
るものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、クラッチが組み込まれたトラン
スファーケースを有する四輪駆動車の概略平面図であ
る。
【図２】本発明による、ボールランプクラッチが組み込
まれたトランスファーケースの全体断面図である。
【図３】第一及び第二クラッチパックと、電磁作動装置
で起動されるそれぞれのボールランプ作動装置とを有す
る摩擦クラッチ組立体の拡大部分断面図である。
【図４】図３の線４−４に沿う、ボールランプ作動装置
の平面展開図である。
【図５】第一及び第二クラッチパックと、油圧作動装置
で起動されるボールランプ作動装置とを有する、別の実
施形態の摩擦クラッチ組立体の拡大部分断面図である。
【符号の説明】
１０ 自動車の駆動系 １２ 原動機 １４ 変速機 １６ トランス
ファーケース組立体 ２０ 第一駆動系 ３０ 第二駆動
系 ４６ 制御コンソール ５０ ハウジン
グ組立体 ５２ 入力軸 ５４、８６、１２４、１５６、１７４、１８４、２０
０、２１０、２１６、２８４、３０２、３１４ 内歯
スプライン ６０、６０’ 出力軸 ７０ 遊星歯車
組立体 ７２ サンギヤ ７４、９２、９４、１２６、１２６’、１５４、１８
２、１９６、２０４、２１４、２１８、２９６、３０
６、３１８ 外歯スプライン ７６ リングギヤ ７８ ピニオン
ギヤ ８２ スタブ軸 ８４ 遊星キ
ャ後 ９０ クラッチカラー ９６ フランジ １００ 制御器組立体 １０２ 駆動モ
ータ １１２ シフトフォーク １１８ ボール
ランプクラッチ組立体 １２０ 第一のボールランプ組立体 １２２ 第の一
円形駆動部材 １２８、１３４、１８８、２８６、２９４ 窪み １３０、１９０、２８８ 荷重伝達ボール １３２ 第一の円形被駆動部材 １４０ ロータ
ー １４４ 電磁コイル １５０ 円形電
機子 １６０、１６０’ 出力ハウジング １６６ 第一の作用板 １６８ 圧縮ス
プリング １７０ 第二のボールランプ組立体 １７２ クラッ
チハブ １８６ 第二の円形駆動部材 １９４ 第二の
円形被駆動部材 １９８、２０２、２０８、２１０、２１２、２９８、３
０４、３１２、３１６摩擦クラッチ板 ２０６ 第二の主クラッチパック組立体 ２２０、２３０ スプロケット ２２４ チェー
ン ２３６ 第二の出力軸 ２５０ ボール
ランプ組立体 ２５２ 液圧作動装置組立体 ２５４ 液圧作
動装置ハウジング ２５８ カラー ２６６、２６８
流体通路 ２７０ シリンダ ２７２ ピスト
ン ２７６ スプリング ２８０ 中間ボールランプ作動装置 ２８２ 円形
（被）駆動部材 ２９２ 円形被駆動部材 ３１０ 主摩擦
クラッチパック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D043 AA07 AB01 AB17 EA02 EA18 EA32 EA40 EA42 EB03 EB07 EB14 EF12 EF14 EF16 EF19 3J057 AA01 AA04 AA09 BB04 DA11 FF11 FF17 GA64 HH02 JJ05

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸線を有する軸と、前記軸の周囲に配置
    され、前記軸線に対し平行に移動する少なくとも一つの
    出力部材を有する第一の軸方向力発生組立体と、 前記出力部材により作動し、複数の傾斜付き窪みを形成
    する被駆動部材、前記軸と共に回転するように連結され
    同じ複数の傾斜付き窪みを形成する駆動部材、及び前記
    の傾斜付き窪み内に配置された複数の荷重伝達ボールを
    有する第二の軸方向力発生組立体と、 出力部材と、 前記駆動部材と前記被駆動部材との間に配置され、前記
    被駆動部材と共に回転するように連結された第一の複数
    のクラッチ板、及び前記出力部材と共に回転するように
    連結される第二の交互に配置された複数のクラッチ板を
    有する第一の摩擦クラッチパックと、 前記駆動部材と前記出力部材の間に配置され、前記軸と
    共に回転するように連結された第三の複数のクラッチ
    板、及び前記第三の複数のクラッチ板と交互に配置され
    ていて前記出力部材へ連結された第四の複数のクラッチ
    板を有する第二の摩擦クラッチパックと、を組み合わせ
    て備える複合クラッチ組立体。
  2. 【請求項２】 前記第一の軸方向力発生組立体が複数の
    液圧ピストン及びシリンダの組立体を含んでいる、請求
    項１に記載のクラッチ組立体。
  3. 【請求項３】 前記第一の軸方向力発生組立体が、ボー
    ルを受け入れる傾斜付き窪みを形成する２枚の板と、前
    記窪みに配置されるボールと、ローターと、電磁コイル
    と、電機子とを有するボールランプ作動装置組立体を含
    んでいる、請求項１に記載のクラッチ組立体。
  4. 【請求項４】 前記出力部材に連結されるチェーン駆動
    スプロケットを更に含んでいる、請求項１に記載のクラ
    ッチ組立体。
  5. 【請求項５】 前記第二の軸方向力発生組立体と、前記
    第一の摩擦クラッチパックと、前記第二の摩擦クラッチ
    パックとが、前記出力部材のハブに配置されている、請
    求項１に記載のクラッチ組立体。
  6. 【請求項６】 トランスファーケースを更に含んでお
    り、前記クラッチ組立体が前記軸から第二の出力軸へエ
    ネルギを選択的に伝えるようになっている、請求項１に
    記載のクラッチ組立体。
  7. 【請求項７】 軸線を有する軸と前記軸の周囲に配置さ
    れ、前記軸線に対し平行に移動するように配置された少
    なくとも一つの第一の出力部材を有する第一の軸方向力
    発生組立体と、 前記出力部材によって作動し、複数の傾斜付き窪みを形
    成する第一の被駆動部材、前記軸共に回転するように連
    結され同じ複数の傾斜付き窪みを形成する駆動部材、及
    び前記傾斜付き窪み内に配置された複数の荷重伝達ボー
    ルを有する第二の軸方向力発生組立体と、 第二の出力部材と、 前記駆動部材と前記被駆動部材との間に配置され、前記
    被駆動部材と共に回転するように連結された第一の複数
    のクラッチ板、及び前記出力部材と共に回転するように
    配置された第二の交互に配置された複数のクラッチ板を
    有する第一の摩擦クラッチパックと、 前記駆動部材と前記出力部材との間に配置され、前記軸
    と共に回転するように連結された第三の複数のクラッチ
    板、及び前記第三の複数のクラッチ板と交互に配置され
    ていて前記出力部材へ連結された第四の複数のクラッチ
    板を有する第二の摩擦クラッチパックと、を組み合わせ
    て備える複合クラッチ組立体。
  8. 【請求項８】 前記第一の軸方向力発生組立体が複数の
    液圧ピストン及びシリンダの組立体を含んでいる、請求
    項７に記載のクラッチ組立体。
  9. 【請求項９】 前記第一の軸方向力発生組立体が、ボー
    ルを受け入れる複数の傾斜付き窪みを形成する２枚の板
    と、複数のボールと、ローターと、電磁コイルと、電機
    子とを有するボールランプ作動装置組立体を含んでい
    る、請求項７に記載のクラッチ組立体。
  10. 【請求項１０】 前記出力部材に連結されたチェーン駆
    動スプロケットを更に含んでいる、請求項７に記載のク
    ラッチ組立体。
  11. 【請求項１１】 二次出力軸を有するトランスファーケ
    ースを更に含んでおり、前記クラッチ組立体が前記軸か
    ら前記二次出力軸へエネルギを選択的に伝達する、請求
    項７に記載のクラッチ組立体。
  12. 【請求項１２】 対向する傾斜付窪みを形成する第一の
    対の部材、前記窪み内に配置された荷重伝達部材、ロー
    ター、電磁コイル、電機子、及び作用板を有する第一の
    ボールランプ作動装置組立体と、 対向する傾斜付窪みを形成する第二の対の部材、及び前
    記窪み内に配置された荷重伝達部材を有し、前記作用板
    が前記部材の一方と軸方向に係合するようになっていた
    第二のボールランプ作動装置組立体と、 前記第二のボールランプ作動装置組立体の前記第二の対
    の部材の間に配置された第一クラッチパックと、 前記対の部材のうちの他方に隣接して配置され、前記入
    力部材から前記出力部材へトルクを伝えるようになって
    いる第二のクラッチパックと、を組み合わせて備える複
    合クラッチ組立体。
  13. 【請求項１３】 前記第一の対の部材と第二の対の部材
    が円板である、請求項１２に記載のクラッチ組立体。
  14. 【請求項１４】 前記荷重伝達部材がボールである、請
    求項１２に記載のクラッチ組立体。
  15. 【請求項１５】 前記第一のクラッチパックと第二のク
    ラッチパックとが、第一組の小径の摩擦クラッチ板と、
    前記第一組のクラッチ板と交互に配置された第二組の大
    径の摩擦クラッチ板とを含んでいる、請求項１２に記載
    のクラッチ組立体。
  16. 【請求項１６】 前記入力部材と共に回転するように配
    置されたクラッチハブを更に含んでおり、前記出力部材
    が前記第二のクラッチパックの複数の板と噛み合うよう
    になっている、請求項１２に記載のクラッチ組立体。
  17. 【請求項１７】 入力部材及び出力部材と、 複数のピストン及びシリンダの組立体を有する液圧作動
    装置組立体と、 対向する傾斜付き窪みを形成する対の部材、及び前記窪
    み内に配置された荷重伝達部材を有し、前記ピストンが
    前記対の部材の一方と軸方向に係合するようになってい
    るボールランプ作動装置組立体と、 前記第二の対の部材の間に配置された第一のクラッチパ
    ックと、 前記対の部材の他方に隣接して配置され、前記入力部材
    から前記出力部材へトルクを伝えるようになっている第
    二のクラッチパックと、を組み合わせて備える複合クラ
    ッチ組立体。
  18. 【請求項１８】 前記第一のクラッチパックと第二のク
    ラッチパックとが、第一組の小径の摩擦クラッチ板と、
    前記第一組のクラッチ板と交互に配置された第二組の大
    径の摩擦クラッチ板とを含んでいる、請求項１７に記載
    のクラッチ組立体。
  19. 【請求項１９】 前記液圧作動装置の前記ピストンが、
    スプリング付勢手段を含んでいる、請求項１７に記載の
    クラッチ組立体。
  20. 【請求項２０】 前記入力軸と共に回転するように配置
    されたクラッチハブを更に含んでおり、前記出力部材
    が、前記第二のクラッチパック内の複数のクラッチ板と
    噛み合うスプラインを有するハウジングである、請求項
    １７に記載のクラッチ組立体。
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