JP4136264B2 - 一方向クラッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ころを係合子とする一方向クラッチに関し、特にトルクコンバータのステータ用に好適な一方向クラッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のオートマチックトランスミッション等に使用されるトルクコンバータのステータ用クラッチには、一般的にスプラグを係合子とする一方向クラッチが使用されている。このステータ用クラッチは、内輪が固定軸であるステータシャフトに、外輪が回転体であるステータに係止され、タービンランナからポンプインペラに還流する流体の流れ方向を変えるステータの反力を一方向で支えるものである。この還流する流体には、オートマチックトランスミッションフルードと呼ばれる低粘度のオイルが使用される。
【０００３】
上記スプラグタイプの一方向クラッチは、内外輪の間に収容した複数のスプラグを起立、転倒させてクラッチを入切するものである。このため、スプラグタイプの一方向クラッチは、内外輪の間に収容した係合子としての複数のころを、傾斜カム面と係合する方向へ移動させてクラッチを入切する通常のころタイプの一方向クラッチより、クラッチの入切に伴う係合子の周方向への移動量が少なく、周方向により多くの係合子を配することができ、トルク容量をころタイプのものよりも大きくできる。したがって、コンパクトで大きなトルク容量を必要とするトルクコンバータのステータ用クラッチには、スプラグタイプの一方向クラッチが多く使用されている。
【０００４】
しかしながら、スプラグタイプの一方向クラッチは、スプラグを起立させるために、スプラグを収容する内外輪間の空間の高さが高くなり、直径寸法はころタイプのものより大きくなる難点がある。また、スプラグは空転時の内外輪との摺動面が一定しているので、ころよりも摩耗しやすい難点もある。
【０００５】
一方、ころタイプでトルク容量を増大させた一方向クラッチとしては、特開昭４７−４３６４５号公報に開示されたものがある。この一方向クラッチは、図４および図５に示すように、外部中空部材５１の内周面と内部軸部材５２の外周面との間に、ころ５３が相互に当接し合うように内部軸部材５２を取り囲んで、いわゆる総ころ状態で収容され、各ころ５３が外部中空部材５１の内周面に設けられた複数の傾斜カム面５４に楔効果で一方向に係合されるようにしたものである。
【０００６】
図４に示す一方向クラッチは、ころ５３が内部軸部材５２の全周を囲む状態で収容され、外部中空部材５１または内部軸部材５２が前記回転方向に回転するときのこれらの回転部材ところ５３との間の摩擦力により、ころ５３をカム面５４に係合させるようにしている。この実施例ではいずれか一つのころ５３に摩擦力が作用すると、相互のころ５３の係合で全てのころ５３がカム面５４に係合されるとしている。
【０００７】
図５に示す一方向クラッチは、前記総ころ状態で収容されたころ５３の一つをばねローラ５５で置き換えたものであり、その弾性変形に伴う弾性力でばねローラ５５と当接するころ５３を押圧することにより、相互に当接し合う全てのころ５３をカム面５４に係合させる。なお、ばねローラ５５の替わりに、ゴム等の弾性ローラや板ばね等の弾性体を使用してもよいとしている。
【０００８】
これらの総ころ形式の一方向クラッチは、ころの配置本数を増加させてトルク容量を増大するとともに、ころの保持器を不要としてコンパクトな設計を可能とし、かつ、コスト低減も図るものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の総ころ形式の一方向クラッチは、以下の問題点を有する。すなわち、図４に示した一方向クラッチは、前記摩擦力の発生が不安定であるので、傾斜カム面にころを確実に係合させることができず、クラッチが作用しない場合がある。一方、図５に示した形式の一方向クラッチは、総ころ状態で収容されたころの間に介在するばねローラ等の弾性体が、弾性変形により過大に縮むことがあるので、いずれかのころ同士の間、または弾性体ところとの間に隙間が生じ、前記弾性体の押圧力を確実、かつ瞬時に全てのころに伝達することができず、トルク伝達能力の低下や、クラッチ入切の遅れが生じる問題がある。したがって、確実なクラッチの入切が要求されるトルクコンバータのステータ用クラッチには、これらの一方向クラッチを採用することはできない。
【００１０】
上記従来の総ころ形式の一方向クラッチの問題点を解消するため、本発明者は、特願２０００−３４８１１号に記載した一方向クラッチを発明した。すなわち、この一方向クラッチは、係合子としてのころをカム面に係合される方向へ付勢する弾性体を外輪の内周面または内輪の外周面に係止することにより、弾性体をころの間に介在させず、総ころ状態で収容された全てのころが常に直接または補助ころを介して相互の当接状態を保てるようにし、弾性体の付勢力を確実、かつ瞬時に全てのころに伝達できるようにしたものである。したがって、この一方向クラッチは、上述したトルクコンバータのステータ用クラッチで要求される大きなトルク容量、コンパクト性、クラッチ入切の確実性等の厳しいクラッチ特性を基本的に満足するものであり、ステータ用クラッチ等に採用できれば、大きなメリットが得られる。
【００１１】
また、前述したように、トルクコンバータのステータ用クラッチは、低粘度のオートマチックトランスミッションフルードに晒されるので、ころを係合子としても、空転時にころが摩耗しやすい問題がある。
【００１２】
そこで、この発明の課題は、トルクコンバータのステータ用クラッチ等に採用できる、大きなトルク容量、コンパクト性およびクラッチ入切の確実性を備え、かつ、ころが摩耗し難い総ころ形式の一方向クラッチを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明の一方向クラッチは、外周に複数の傾斜カム面が形成され、内周にトルク伝達手段が形成された内輪と、内周に円筒面が形成された外輪と、これらのカム面と円筒面との間に収容された複数のころと、前記内輪の外周に装着され、前記ころを前記カム面に係合する方向へ付勢する少なくとも１つの弾性体とから成り、前記弾性体が装着された周方向位置に、前記ころよりも小径の補助ころを介在させ、前記各ころを周方向両側で、直接相互に当接させるか、または前記補助ころを介して相互に当接させて配し、前記弾性体の付勢力を前記相互に当接するころを介して、全てのころに伝達する構成を採用した。
【００１４】
すなわち、内輪の内周にトルク伝達手段を形成し、外周に複数の傾斜カム面を形成して、ころをカム面に係合する方向へ付勢する少なくとも１つの弾性体を装着し、弾性体を総ころ状態のころの間に介在させず、全てのころが常に直接または補助ころを介して相互の当接状態を保つようにして、弾性体の付勢力を確実、かつ瞬時に全てのころに伝達可能とし、大きなトルク容量、コンパクト性およびクラッチ入切の確実性を確保できるようにした。内輪側にカム面と弾性体を配設したのは、トルクコンバータのステータ用クラッチ等のように、外輪回転の場合に、これらが遠心力の影響を受けず、空転特性が安定する。
【００１５】
前記弾性体としては、前記ころを押圧する舌片を有する鋼板製のばねを採用することができる。
【００１６】
前記内輪の内周に形成するトルク伝達手段は、凹凸面とすることができる。
【００１７】
前記外輪の外周にトルク伝達手段を一体に形成することにより、部品点数を減らすとともに、クラッチの組み込み作業を簡素化することができる。
【００１８】
前記外輪の外周に形成するトルク伝達手段は、凹凸面とすることができる。
【００１９】
前記補助ころを、前記弾性体が係止される位置に介在させることにより、弾性体を係止するスペースを広く確保し、より大寸法の弾性体を用いて、前記ころの付勢力を大きくすることができる。
【００２０】
前記ころの表面に無数の独立した微小なくぼみをランダムに形成することにより、ころの表面に十分な油膜を形成し、空転トルクを低減するとともに、空転時の摺動による摩耗を抑制することができる。
【００２１】
前記くぼみをランダムに形成したころの表面を、平均表面粗さを最小二乗平均ＲＭＳで表示したときに、ころの軸方向の平均表面粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向の平均表面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）が１．０以下で、表面粗さのパラメータＳＫ値が、ころの軸方向および円周方向でいずれも−１．６以下とすることにより、ころの円周方向の摺動に対して油膜がより形成されやすくなり、空転時の摺動による摩耗の抑制効果をさらに高めることができる。
【００２２】
上記のようなころの表面は、特殊なバレル研磨により形成することができる。なお、前記パラメータＳＫ値は、基準表面に対する表面粗さの凹凸分布のバランス度を表すものであり、基準表面に対して凹凸が対称に分布するときに０となり、凸部に対して凹部の割合が多くなるほど負の値が大きくなる。したがって、ＳＫ値を−１．６以下とすることにより、潤滑油を保持する凹部を十分に設けることができる。
【００２３】
前記外輪の内周円筒面に環状溝を形成することにより、この円筒面での潤滑油保持能力を高め、空転トルクを低減することができる。
【００２４】
上述した各一方向クラッチは、トルクコンバータのステータに組み込むことにより、優れたクラッチ特性を確保するとともに、コスト低減を図ることができる。
【００２５】
【実施の形態】
以下、図１乃至図３に基づき、この発明の実施形態を説明する。図１および図２は、第１の実施形態を示す。この一方向クラッチ１は自動車のオートマチックトランスミッションに使用されるトルクコンバータのステータ用のものであり、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、内輪２の外周面に複数の傾斜カム面３が形成され、これらのカム面３と外輪４の内周円筒面との間に、ころ５が総ころ状態で相互に当接し合って収容されている。内輪２および外輪４は、いずれも焼結金属製のものである。
【００２６】
内輪２の外周面には２ヵ所に軸方向溝６が設けられ、各溝６に弾性体としての鋼板製のばね７が装着されており、その舌片７ａに当接されたころ５ａがカム面３で係合される方向に押圧され、この舌片７ａの押圧による付勢力が相互のころ５の当接によって全てのころ５に伝達され、各ころ５がカム面３で一方向に係合されるようになっている。各ばね７の装着位置には、小径の補助ころ８が両側のころ５ａ、５ｂの間に介在している。したがって、補助ころ８の介在部では、各ばね７によるカム面３と係合側への付勢力が補助ころ８を介して伝達される。
【００２７】
内輪２は内周側に幅広の段差部が設けられ、その内周にはトルク伝達手段としての凹凸であるセレーション９が形成されており、後の図２に示すように、このセレーション９による結合でステータシャフト１８に固定される。また、外輪４も外周にトルク伝達手段としての凹凸である複数の突条１０が形成されており、この突条１０により回転体としてのステータ１９の内周に結合される。したがって、この一方向クラッチ１は、内輪２が固定され、外輪４が反時計回りに回転すると、全てのころ５がカム面３で係合され、これと逆向きの回転では係合が解除されて、外輪４がステータ１９とともに空転する。
【００２８】
前記各ころ５の表面には無数の独立した微小なくぼみがランダムに形成されており、その表面粗さは、ころ５の軸方向の平均表面粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向の平均表面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）が１．０以下で、表面粗さのパラメータＳＫ値が、ころ５の軸方向および円周方向でいずれも−１．６以下となっている。したがって、ころ５の円周方向の摺動に対して十分な油膜が形成されるので、空転時の摺動によるころ５の摩耗が効果的に抑制され、かつ、空転トルクも低減される。また、外輪４の内周円筒面には環状溝１１が形成されており、この円筒面での潤滑油保持能力を高めて、空転トルクを低減するようになっている。
【００２９】
図２は、一方向クラッチ１をオートマチックトランスミッションのトルクコンバータ１２に組み込んだ状態を示す。このトルクコンバータ１２は、エンジンの出力軸１３に連結されるポンプインペラ１４と、ポンプインペラ１４と対向して配置され、トランスミッションの入力軸１５に連結されるタービンランナ１６と、ポンプインペラ１４とタービンランナ１６の間に配置され、ケーシング１７に固定されたステータシャフト１８に、一方向クラッチ１を介して取り付けられステータ１９とで基本的に構成されている。
【００３０】
ステータ１９は、それぞれ椀状に形成されたポンプインペラ１４とタービンランナ１６の間で還流する流体を、これらの内径側でタービンランナ１６からポンプインペラ１４へ戻す際に、流体の流れ方向を変えてポンプインペラ１４に順方向の回転力を付加し、伝達トルクを増幅するものである。
【００３１】
前述したように、一方向クラッチ１の内輪２は、セレーション９によりステータシャフト１８に固定され、外輪４は突条１０によりステータ１９の内周に結合されており、ステータ１９が前記流体の流れ方向を変えるための反力を受ける際に、各ころ５がカム面３と係合し、この反力を支える。
【００３２】
図３（ａ）、（ｂ）は、参考例を示す。この一方向クラッチは、内輪２１の外周面に複数の傾斜カム面２２が形成され、これらのカム面２２と外輪２３の内周円筒面との間に、ころ２４が総ころ状態で相互に当接し合って収容されている。内輪２１および外輪２３は、鋼板を打ち抜き加工して形成したものである。
【００３３】
内輪２の外周面には１ヵ所に軸方向溝２５が設けられ、この溝２５に弾性体としての鋼板製のばね２６が装着され、その舌片２６ａに当接されたころ２４ａがカム面２２で係合される方向に押圧され、舌片２６ａの押圧による付勢力が相互のころ２４の当接によって全てのころ２４に伝達され、各ころ２４がカム面２２で一方向に係合されるようになっている。
【００３４】
内輪２１の内周は、トルク伝達手段としてコーナを丸めた矩形孔２７に形成され、外輪２３の外周円筒面は、トルク伝達手段としての面取２８が９０°の位相で４ヵ所に施されている。この一方向クラッチは、内輪２１が時計回りに回転するか、外輪２３が反時計回りに回転すると、全てのころ２４がカム面２２で係合され、これらと逆向きの回転の場合は係合が解除される。
【００３５】
第１の実施形態と同様に、各ころ２４の表面には無数の独立した微小なくぼみがランダムに形成され、その表面粗さは、ころ２４の軸方向の平均表面粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向の平均表面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）が１．０以下で、表面粗さのパラメータＳＫ値が、ころ２４の軸方向および円周方向でいずれも−１．６以下となっている。また、外輪２３の内周円筒面にも環状溝２９が形成されており、優れたころ２４の摩耗抑制効果と良好な空転特性が得られるようになっている。
【００３６】
上述した実施形態では、ころを付勢する弾性体を鋼板製のばねとしたが、ゴム等、その他の弾性体を用いることもできる。また、内輪の内周に形成するトルク伝達手段としては、スプライン、キー溝、切欠き等も採用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、この発明の一方向クラッチは、内輪の内周にトルク伝達手段を形成し、外周に複数の傾斜カム面を形成して、ころをカム面に係合する方向へ付勢する少なくとも１つの弾性体を装着し、弾性体を総ころ状態のころの間に介在させず、全てのころが常に直接または補助ころを介して相互の当接状態を保つようにして、弾性体の付勢力を確実、かつ瞬時に全てのころに伝達可能としたので、大きなトルク容量、コンパクト性およびクラッチ入切の確実性を確保でき、かつ、内輪側にカム面と弾性体を配設したので、トルクコンバータのステータ用クラッチ等のように、外輪回転の場合に、これらが遠心力の影響を受けず、空転特性も安定なものとすることができる。
【００３８】
また、ころの表面に無数の独立した微小なくぼみをランダムに形成することにより、ころの表面に十分な油膜を形成し、空転トルクを低減するとともに、空転時の摺動による摩耗を抑制することができる。
【００３９】
前記くぼみをランダムに形成したころの表面を、平均表面粗さを最小二乗平均ＲＭＳで表示したときに、ころの軸方向の平均表面粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向の平均表面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）が１．０以下で、表面粗さのパラメータＳＫ値が、ころの軸方向および円周方向でいずれも−１．６以下とすることにより、ころの円周方向の摺動に対して油膜がより形成されやすくなり、空転時の摺動による摩耗の抑制効果をさらに高めることができる。
【００４０】
さらに、外輪の内周円筒面に環状溝を形成することにより、この円筒面での潤滑油保持能力を高め、より空転トルクを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ａは第１の実施形態の一方向クラッチを示す正面図、ｂはａの側面断面図
【図２】図１の一方向クラッチをトルクコンバータに組み込んだ状態を示す縦断面図
【図３】ａは参考例の一方向クラッチを示す正面図、ｂはａの側面断面図
【図４】従来の一方向クラッチを示す一部省略断面図
【図５】他の従来の一方向クラッチを示す一部省略断面図
【符号の説明】
１ 一方向クラッチ
２ 内輪
３ カム面
４ 外輪
５、５ａ、５ｂ ころ
６ 溝
７ ばね
７ａ 舌片
８ 補助ころ
９ セレーション
１０ 突条
１１ 環状溝
１２ トルクコンバータ
１３ エンジン出力軸
１４ ポンプインペラ
１５ ミッション入力軸
１６ タービンランナ
１７ ケーシング
１８ ステータシャフト
１９ ステータ
２１ 内輪
２２ カム面
２３ 外輪
２４、２４ａ ころ
２５ 溝
２６ ばね
２６ａ 舌片
２７ 矩形孔
２８ 面取
２９ 環状溝

Claims (5)

1. 外周に複数の傾斜カム面が形成され、内周にトルク伝達手段が形成された内輪と、内周に円筒面が形成された外輪と、これらのカム面と円筒面との間に収容された複数のころと、前記内輪の外周に装着され、前記ころを前記カム面に係合する方向へ付勢する少なくとも１つの弾性体とから成り、前記弾性体が装着された周方向位置に、前記ころよりも小径の補助ころを介在させ、前記各ころを周方向両側で、直接相互に当接させるか、または前記補助ころを介して相互に当接させて配し、前記弾性体の付勢力を前記相互に当接するころを介して、全てのころに伝達するようにした一方向クラッチ。
2. 前記ころの表面に無数の独立した微小なくぼみをランダムに形成した請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 前記くぼみをランダムに形成したころの表面が、平均表面粗さを最小二乗平均ＲＭＳで表示したときに、ころの軸方向の平均表面粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向の平均表面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）が１．０以下で、表面粗さのパラメータＳＫ値が、ころの軸方向および円周方向でいずれも−１．６以下である請求項２に記載の一方向クラッチ。
4. 前記外輪の内周円筒面に環状溝を形成した請求項１乃至３のいずれかに記載の一方向クラッチ。
5. 前記一方向クラッチが、トルクコンバータのステータに組み込まれたものである請求項１乃至４のいずれかに記載の一方向クラッチ。

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