JP2008121737A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】低回転域でのスタンバイ力を高め、中高回転域でのドラグトルクによる損失を小さくする。
【解決手段】外輪１１と内輪１２との間に複数のスプラグ２０を配置し、前記各スプラグ２０を係合方向に付勢するガータスプリング１３とを備えたディスエンゲージタイプの一方向クラッチにおいて、前記ガータスプリング１３と前記各スプラグ２０ａ，２０ｂとの接触点Ａ，Ｂと、前記各スプラグ２０ａ，２０ｂと前記外輪１１との接触点Ｃａ，Ｃｂとの相対的な位置関係を異ならせて、前記ガータスプリング１３によって生じるモーメント力の異なるスプラグ２０を混在させた。混在させる各スプラグ２０の種別を組み合わせれば、所望のディスエンゲージ特性を得ることができる。中高回転域でのドラグトルクが小さく、低回転域においてのみスタンバイ力の高いスプラグ２０ｂを多く混在させればよい。
【選択図】図４

Description

この発明は、例えば、自動車用トルクコンバータのステータ等に用いられる一方向クラッチに関するものである。

自動車の変速機構として使用されるトルクコンバータにおいて、エンジンの出力軸に連結されるインペラとトランスミッションの入力軸に連結されるタービンとが対向配置されており、そのインペラとタービンとの間に配置されるステータは、ケーシングに固定されるステータシャフトに一方向クラッチを介して取付けられている。

例えば、図５に示すように、エンジン側から駆動される出力軸によりインペラ２を回転させ、ＡＴＦ（オートマチック・トランスミッション用循環油）を介してタ−ビン３を回転させる。なお、エンジン側からの出力軸は、図中のインペラハブ２ａに固定されるようになっており、トランスミッションの入力軸は、同じく図中のタービンハブ３ａに固定されるようになっている。
ステータ４は、それぞれ椀状に形成されたインペラブレード２ｂとタービンブレード３ｂとの間で還流するＡＴＦを、これらの内径側の位置でタービン３側からインペラ２側へ戻す際に、流体の流れ方向を変えてインペラ２に順方向の回転力を付与して伝達トルクを増幅する。その増幅されたタ−ビン３の回転が、トランスミッションの入力軸に伝達される。

一方向クラッチ１０の構成は、前記ステータ４の内径側に設けたステータハブ４ａに結合される外輪１１、前記入力軸の外径側に配置された前記ステータシャフト（図示せず）に結合される内輪１２、その内外両輪１２，１１間の環状の空間に沿って周方向に配置された複数のスプラグ２０が備えられている。

各スプラグ２０には、前記内輪１２の外周円筒面１２ａに対応する内側カム面２２と、前記外輪１１の内周円筒面１１ａに対応する外側カム面２１が形成されている。各スプラグ２０は、保持器１４によって周方向に保持されるとともに、弾性部材１３の弾性力により、前記内外カム面２２，２１が、それぞれ内輪１２の外周円筒面１２ａ及び外輪１１の内周円筒面１１ａに係合する方向へと付勢されており、その各スプラグ２０を介して、外輪１１と一体のステータ４を、内輪１２と一体のステータシャフトに対して、周方向一方向にのみ相対回転を許容する（一方向クラッチの例として、特許文献１参照）。

特開２００６−２０７７９７号公報

この種のスプラグ型の一方向クラッチには、外輪が所定の回転速度に達すると、スプラグの重心に作用する一方向クラッチの軸心周りの遠心力と、弾性部材による弾性力とがスプラグに併せて作用し、そのスプラグの内径側のカム面が内輪から離れるように作用するディスエンゲージタイプと、同じく遠心力の作用により、スプラグが係合方向に姿勢を変えるように機能させ、カム面を内輪に対して積極的に接触させるように作用するエンゲージタイプのものとがある。

前者のディスエンゲージタイプの一方向クラッチでは、本発明の実施形態の説明図である図４に示すように、スプラグ２０の重心位置Ｇが、そのスプラグ２０と外輪１１が接触する接触点Ｃにおける法線ｐａ，ｐｂよりも右側に位置しており、一方向クラッチに遠心力が作用した際に、その接触点Ｃを中心として、スプラグ２０が反時計方向（空転方向）に回転し、スプラグ２０の内側カム面２２が内輪１２の外周円筒面１２ａから離れる特性を有する。
このため、内輪と外輪との空転状態において、スプラグの内側カム面が内輪に対して、比較的非接触に近い状態に保持されるため、フリクションを低減し得るという特性がある。

上記ステータに使用されるディスエンゲージタイプの一方向クラッチでは、ステータおよび外輪の回転数は、主にエンジン出力軸の回転数及びトランスミッションの入力軸回転数に依存する。例えば、発進時などトルク増幅機能が求められるエンジン回転数が小さい領域では、スプラグが外輪と内輪との間に噛み込んで、一方向クラッチがステータ反力を受けるため、ステータや外輪は内輪に対し相対回転せず、ステータ自身の回転数も小さい。エンジン回転数が大きい領域で、エンジン出力軸とトランスミッション入力軸の回転差が小さくなると、ステータ及び外輪は内輪に対し空転方向に回転し、その回転数も大きくなる。

このとき、スプラグは、弾性部材により係合方向に付勢されているため、回転数が小さいほど内側カム面と内輪とのフリクションは大きくなり、回転数が大きくなると、そのフリクションは小さくなる傾向がある。また、外輪の回転数が、ディスエンゲージ回転数（遠心力の作用により、スプラグ２０の内側カム面２２が内輪１２の外周円筒面１２ａから離れる際の回転数）を超えれば、スプラグは内輪から完全に離脱してフリクションはさらに低減される。

このディスエンゲージタイプの一方向クラッチにおいて、低回転域での噛合い不良を防止するために、スプラグの係合方向への付勢力（スタンバイ力）を高めると、中高回転域においてフリクションが大きくなり、ドラグトルクによる損失が増大するという問題がある。これは、図６のグラフに示す特性ａの状態に相当する。
また、損失を低減するために、中高回転域でのドラグトルクを小さく設定すると、低回転域における前記スタンバイ力が足りなくなるという問題がある。これは、同図に示す特性ａ’の状態に相当する。

そこで、この発明は、低回転域でのスプラグのスタンバイ力を高めるとともに、中高回転域でのドラグトルクによる損失を小さくすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、同軸心に配置される外輪及び内輪と、前記内外輪間の空間に配置され前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面にそれぞれ対応する外側カム面及び内側カム面を有する複数のスプラグと、前記内外カム面がそれぞれ前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面に係合する方向に前記各スプラグを付勢するガータスプリングとを備え、前記各スプラグは、前記軸心周りの遠心力により、前記内側カム面が内輪の外周面から離れる方向へ力が作用する重心位置を有するディスエンゲージタイプの一方向クラッチにおいて、前記スプラグは、前記ガータスプリングの弾性力によって、前記外側カム面と前記外輪の内周面との接触点周りにモーメント力を生じるものであり、そのモーメント力の異なる前記スプラグを混在させた構成を採用した。

一つの一方向クラッチに、モーメント力の異なるスプラグを混在させれば、その混在させるスプラグの各モーメント力の大きさ、各モーメント力に対応するスプラグの配置数量、配置比率を任意に組み合わせることにより、各回転領域における所望のスタンバイ力、ディスエンゲージ特性を有する一方向クラッチを得ることができる。
このため、例えば、全体として、中高回転域でのドラグトルクを小さく設定するとともに、その中に、低回転域においてのみスタンバイ力の高いスプラグを所定数混在させることにより、中高回転域でのドラグトルクを阻害することなく低回転域におけるスタンバイ力を高めることが可能となる。

前記の構成において、前記モーメント力の異なるスプラグは、前記ガータスプリングと前記各スプラグとの接触点と、前記各スプラグの外側カム面と前記外輪の内周面との接触点との相対的な位置関係が異なることにより前記モーメント力の差異を生じさせている構成とすることができる。
各スプラグ間に生じるモーメント力に差異を設ける手段としては、例えば、各スプラグ間でその重心位置や重量を異ならせる手法や、あるいは、ガータースプリングとスプラグとの当接方向（当接箇所におけるガータスプリングの接線方向）を各スプラグ間で異ならせる手法などが考えられるが、前記のように、ガータスプリングとスプラグとの接触点と、そのスプラグの外側カム面と前記外輪の内周面との接触点との相対的な位置関係を異ならせれば、ガータスプリングに加工を施すことなく前記モーメント力に差異を生じさせることができる。

なお、前記両接触点間の相対的な位置関係が異なるとは、ガータスプリングとスプラグとの接触点と、そのスプラグの外側カム面と前記外輪の内周面との接触点とを結ぶ距離、又は、その両接触点間を結ぶラインと各スプラグの前記法線との成す角度のいずれか、または両者がそれぞれ異なっていることを指す。

その両接触点間の相対的な位置関係を異ならせた構成において、前記各スプラグは、前記外側カム面及び内側カム面がそれぞれ共通の形状及び寸法を有するとともに、その重量及び重心位置をほぼ同一とするものであり、前記ガータスプリングは、前記スプラグに形成された周方向の溝内に収納されてその溝は直線状に形成されており、前記各溝を異なる傾きとなるよう設定することにより前記相対的な位置関係を異ならせた構成を採用し得る。
このようにすれば、ほぼ同一の形状、寸法、重心位置からなるスプラグにおいて、溝の向きを種々設定することにより、スタンバイ力、ディスエンゲージ特性の異なるスプラグとすることができる。

さらに、前記モーメント力が異なる前記スプラグ同士を、周方向に等分配置すれば、スプラグ相互間のスタンバイ力、ディスエンゲージ特性のばらつきによる周方向の係合力の不均衡を排除し、周方向に沿って均一な係合力、フリクションを確保することができる。

この発明は、ガータスプリングによって生じるモーメント力の異なるスプラグを混在させたので、各回転領域における所望のスタンバイ力、ディスエンゲージ特性を有する一方向クラッチを得ることができる。このため、低回転域でのスプラグのスタンバイ力を高めるとともに、中高回転域でのドラグトルクによる損失を小さくすることができる。

図１乃至図４に一実施形態を示す。この実施形態の一方向クラッチは、自動車の変速機構として使用されるトルクコンバータにおいて、ステータとステータシャフトとの間に設けられるディスエンゲージタイプの一方向クラッチ１０である。

その一方向クラッチ１０の構成は、図１及び図２に示すように、外輪１１及び内輪１２とが同軸心に配置され、その内外輪１２，１１間の環状空間に沿って、一定の間隔で複数のスプラグ２０が配置されている。

各スプラグ２０には、前記外輪１１の内周円筒面（内周面）１１ａに対応する外径側の外側カム面２１、及び前記内輪１２の外周円筒面（外周面）１２ａに対応する内径側の内側カム面２２が形成されている。

前記外側カム面２１及び内側カム面２２は、スプラグ２０の軸直交方向の断面において、上下に突出する凸の曲面状であり、非対称な樽（たる）型に形成されている。また、その外側カム面２１と内側カム面２２とを結ぶ径方向の側面２４，２５は、それぞれフラットに形成されている。

各スプラグ２０の軸方向一方の端面に、周方向に沿ってガータスプリング１３収納用の直線状の溝２３が形成されている。この溝２３内に、コイルスプリングを環状に連結した態様を有するガータスプリング１３が収納されて、そのガータスプリング１３は、外径方向へ拡がろうとする拡径方向の弾性力によって各スプラグ２０を外径側へ押圧する。

この押圧により、各スプラグ２０は、前記外輪１１の内周円筒面１１ａに対し、図４に示す接触点Ｃで接触する。
また、スプラグ２０は、そのガータスプリング１３により、前記外側カム面２１及び内側カム面２２が、それぞれ前記外輪１１の内周円筒面１１ａ及び内輪１２の外周円筒面１２ａに係合する方向へ付勢される。

なお、前記側面２４，２５のうち外径寄りの部分において、スプラグ２０が空転方向（図中の反時計回り）に傾いた際に、外輪１１に近づく側を外径側の空転側側面２４ａといい、その逆側の側面を外径側の係合側側面２５ａという。

配置されている全てのスプラグ２０は、前記外側カム面２１及び内側カム面２２、前記両側面２４，２５がそれぞれ共通の形状及び寸法を有するとともに、その重量及び、スプラグ２０の軸直交方向断面における重心位置Ｇを同一とするものであるが、前記溝２３の傾きが異なる２つのタイプのスプラグ２０ａ，２０ｂ、そのタイプの異なるスプラグ２０が周方向に沿って交互に配置されている。

一のタイプのスプラグ２０ａは、図４に示すように、溝２３ａの向きと、前記スプラグ２０ａの前記係合側側面２５ａに対する角度がαに設定されている。このため、ガータスプリング１３とスプラグ２０ａとの接触点Ａが、前記溝２３ａの外径側周壁と、前記スプラグ２０の前記空転側側面２４ａとの稜線部となっている。図中のｔａは、接触点Ａにおける接線方向であり、前記溝２３ａの外径側周壁と一致している。
他のタイプのスプラグ２０ｂは、同図に示すように、ガータスプリング１３とスプラグ２０ｂとの接触点Ｂが、前記溝２３ｂの外径側周壁の中央部（溝２３ｂの長さ方向中央部）となっている。図中のｔｂは、接触点Ｂにおける接線方向である。

いずれのタイプのスプラグ２０も、その重心位置Ｇは、スプラグ２０と外輪１１との接触点Ｃにおける法線ｐａ，ｐｂよりも図中右側、すなわち外径側の空転側側面２４ａに近い側に位置しており、ディスエンゲージ特性を有するものである。

この一方向クラッチの作用を説明すると、外輪１１に矢印ｆ方向への回転力が付与されると、スプラグ２０は、その矢印f方向と同方向に直立させる方向となり、このため、一方向クラッチが係合されて、外輪１１は固定の内輪１２と結合し一体となる。したがって、外輪１１は内輪１２に対し、相対回転しない。
一方、外輪１１に矢印−ｆ方向への回転力が付与されると、ガータスプリング１３による弾性力に逆らって各スプラグ２０を前記矢印−ｆ方向と同方向に傾かせ、各スプラグ２０は前記直立状態から傾き、クラッチオフ（遮断）の状態となって外輪１１が内輪１２に対して相対回転する。

このとき、スプラグ２０は、その重心位置Ｇが、そのスプラグ２０と外輪１１が接触する接触点Ｃを通り、且つ一方向クラッチの軸心に向かう法線ｐａ，ｐｂよりも右側に位置するディスエンゲージタイプであるので、一方向クラッチに遠心力が作用すると、その接触点Ｃを中心として、スプラグ２０が空転方向に回転し、スプラグ２０の内側カム面２２が内輪１２の外周円筒面１２ａから離れる特性を有する。
また、前記ガータスプリング１３の弾性力によって、前記各スプラグ２０の外側カム面２１と前記外輪１１の内周円筒面１１ａとの接触点Ｃを中心とするモーメント力が前記各スプラグ２０に生じており、そのモーメント力は、前記２つのタイプのスプラグ２０ａ，２０ｂによって異なるものとなっている。各スプラグ２０ａ，２０ｂにおける前記各接触点Ｃａ，Ｃｂと、前記各接触点Ａ，Ｂとの相対的な位置関係、すなわち、両接触点Ｃａ，Ａ間及び両接触点Ｃｂ，Ｂ間を結ぶ距離、及び、両接触点Ｃａ，Ａ間及び両接触点Ｃｂ，Ｂ間を結ぶラインが前記法線ｐａ，ｐｂに対して成す方位がそれぞれ異なるからである。

一つの一方向クラッチ１０に、モーメント力の異なるスプラグ２０が混在するので、その混在させるスプラグ２０の各モーメント力の大きさ、各モーメント力に対応するスプラグ２０の配置数量、配置比率を任意に組み合わせることにより、各回転領域における所望のスタンバイ力、ディスエンゲージ特性を有する一方向クラッチを得ることができる。
この実施形態では、図３（ｂ）に特性ｂで示すように、中高回転域で小さいスタンバイ力を有するスプラグ２０ａ（接触点Ａを有するスプラグ２０が相当）と、図３（ｃ）に特性ｃで示すように、低回転域においてのみスタンバイ力の高いスプラグ２０ｂ（接触点Ｂを有するスプラグ２０が相当）とを周方向に沿って交互に同数ずつ混在させることにより、図３（ａ）に実線で示す特性ｄを有する一方向クラッチを得ている。

特性ｄによれば、低回転域Ｘでは、接触点Ａ，Ｂを有するスプラグ２０はともにディスエンゲージせず、中回転域Ｙでは、接触点Ａを有するスプラグ２０ａのみがディスエンゲージする。高回転域Ｚでは、接触点Ａ，Ｂを有するスプラグ２０ａ,２０ｂはともにディスエンゲージし、その結果、中高回転域Ｙ、Ｚでのドラグトルクを増加させることなく低回転域Ｘにおける高いスタンバイ力を得ることができる。

この実施形態では、前記のように、直線状に形成された溝２３の傾きを異ならせることにより、ガータスプリング１３とスプラグ２０との接触点Ｃと、そのスプラグ２０の外側カム面２１と前記外輪１１の内周円筒面１１ａとの接触点Ａ，Ｂとの相対的な位置関係を異ならせたが、溝２３の態様は直線状のものに限定されず、前記両接触点Ｃａ，Ａ；Ｃｂ，Ｂ間の相対的な位置関係を異ならせる態様のものであれば、前記溝２３は、例えば、一方向クラッチの周方向に沿う曲線状の形状であってもよい。また、その溝２３は、スプラグ２０の軸方向端面に形成してもよいし、内側カム面２２の一部に設けてもよい。

また、各スプラグ２０ａ，２０ｂに作用するモーメント力に差異を生じさせる手段としては、ほかに、前記各スプラグ２０の外形、すなわち前記外側カム面２１及び内側カム面２２の形状及び寸法を異ならせることにより、前記各接触点Ｃａ，Ｃｂの位置を各スプラグ２０ａ，２０ｂ間で異ならせ、モーメント力に差異を生じさせる手法も採用できる。また、各スプラグ２０ａ，２０ｂ間で、その重量又は重心位置Ｇを異ならせた構成も考えられる。

さらに、この実施形態では、前記モーメント力の異なる２つのタイプのスプラグ２０ａ，２０ｂを交互に配置したが、他の実施形態として、３種以上の特性の異なるスプラグ２０を混在させてもよい。
いずれの場合においても、前記モーメント力を同一とする前記スプラグ２０同士は、それぞれ周方向に等分配置とすることが望ましいが、周方向全周に亘る係合力の不均衡が生じることなく、所定の係合力、フリクションを確保することができる限りにおいて、等分配置としない構成を採用することも可能である。

また、この実施形態では、自動車のトルクコンバータ内に配置されるステータに取り付けられるスプラグ式の一方向クラッチにおいて、本発明を適用したが、他の用途からなる一方向クラッチにおいて、本発明を適用することも可能である。
例えば、外輪１１と内輪１２の一方を駆動側、他方を従動側として、一方から他方へ回転を伝達するスプラグ式の一方向クラッチであってもよい。

一実施形態の正面図 同実施形態の斜視図 スプラグのスタンバイ力の特性を示すグラフ スプラグの作用を示す要部拡大図 ステータに一方向クラッチを組み込んだトルクコンバータの正面図 従来例のスタンバイ力の特性を示すグラフ

符号の説明

１０ 一方向クラッチ
１１ 外輪
１１ａ 内周円筒面（内周面）
１２ 内輪
１２ａ 外周円筒面（外周面）
１３ ガータスプリング
２０ スプラグ
２１ スプラグの外側カム面
２２ スプラグの内側カム面
２３ 溝
２４，２５ 側面
２４ａ 外径側の空転側側面
２５ａ 外径側の係合側側面
Ａ，Ｂ，Ｃ 接触点
Ｇ 重心位置

Claims (4)

1. 同軸心に配置される外輪１１及び内輪１２と、前記内外輪１２，１１間の空間に配置され前記外輪１１の内周面１１ａ及び前記内輪１２の外周面１２ａにそれぞれ対応する外側カム面２１及び内側カム面２２を有する複数のスプラグ２０と、前記内外カム面２２，２１がそれぞれ前記外輪１１の内周面１１ａ及び前記内輪１２の外周面１２ａに係合する方向に前記各スプラグ２０を付勢するガータスプリング１３とを備え、前記各スプラグ２０は、前記軸心周りの遠心力により、前記内側カム面２２が内輪１２の外周面１２ａから離れる方向へ力が作用する重心位置Ｇを有するディスエンゲージタイプの一方向クラッチにおいて、
   前記スプラグ２０は、前記ガータスプリング１３の弾性力によって、前記外側カム面２１と前記外輪１１の内周面１１ａとの接触点Ｃ周りにモーメント力を生じるものであり、そのモーメント力の異なる前記スプラグ２０を混在させたことを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記モーメント力の異なるスプラグ２０ａ，２０ｂは、前記ガータスプリング１３と前記各スプラグ２０ａ，２０ｂとの接触点Ａ，Ｂと、前記各スプラグ２０ａ，２０ｂの外側カム面２１，２１と前記外輪１１の内周面１１ａとの接触点Ｃａ，Ｃｂとの相対的な位置関係が異なることにより前記モーメント力の差異を生じさせていることを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 前記各スプラグ２０は、前記外側カム面２１及び内側カム面２２がそれぞれ共通の形状及び寸法を有するものであり、前記ガータスプリング１３は、前記スプラグ２０に形成された周方向の溝２３内に収納されてその溝２３は直線状に形成されており、前記相対的な位置関係が異なるスプラグ２０ａ，２０ｂ同士は、前記各溝２３ａ，２３ｂが異なる向きに設定されていることを特徴とする請求項２に記載の一方向クラッチ。
4. 前記モーメント力が異なる前記スプラグ２０ａ，２０ｂ同士を、それぞれ周方向に等分配置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の一方向クラッチ。

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