JP4807023B2

JP4807023B2 - 一方向クラッチ

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Publication number: JP4807023B2
Application number: JP2005282301A
Authority: JP
Inventors: 伸志山根
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: JP2007092870A

Description

本発明は、一方向クラッチに関するものである。

一方向クラッチは、内輪と外輪との間に複数のスプラグを周方向に所定間隔をおいて配置したものが一般的であり、内輪と外輪とが一方向に相対回転することによりスプラグが内外輪間に噛合って動力が伝達され、内輪と外輪とが他方向に相対回転した場合はスプラグの噛合が解除されて動力伝達が遮断される。（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−１２６１６９号公報

一方向クラッチに要求される性能として、「安定した噛合性」と「空転時の低トルク」とが挙げられる。このうち「安定した噛合性」を確保するため、一方向クラッチではリボンスプリング等の付勢部材を設けてスプラグを噛合方向に付勢している。しかしながら、かかる付勢部材は、空転時においてもスプラグを噛合方向に付勢することとなるため、空転時におけるスプラグと内外輪との接触を増加させ、「空転時の低トルク」を妨げる要因となる。

本発明は、かかる状況に鑑みなされたものであり、空転時の低トルクと安定した噛合性との両立性を高めることのできる一方向クラッチを提供することを目的としている。

本発明は、外輪及び内輪と、これら内外輪間において周方向に所定間隔で複数個配置されるスプラグと、これらのスプラグを保持する保持器と、前記スプラグを噛合方向に付勢するスプラグ付勢部材とを備えた一方向クラッチにおいて、前記保持器又は前記スプラグは、クラッチ空転時における内外輪間での流体の相対流れを受けて前記スプラグを噛合解除方向に自転させるモーメントを発生し且つクラッチ噛合回転時における前記内外輪間での流体の相対流れを受けて前記スプラグを噛合方向に自転させるモーメントを発生する突起部を有することを特徴とする一方向クラッチである。
この場合突起部は、内外輪間での流体の力を利用して、空転時にはスプラグを噛合解除方向に自転させるモーメントを発生し且つ噛合回転時にはスプラグを噛合方向に自転させるモーメントを発生することが可能となるので、安定した噛合性と空転時の低トルクとの両立性が更に高まる。

上記突起部はスプラグ又は保持器のいずれか（又は両方）に設けることができるが、突起部を保持器に設けた一方向クラッチの発明は、前記スプラグが外輪回転に伴い周方向に回転する上記一方向クラッチであって、前記保持器は、周方向所定間隔おきに設けられたスプラグポケットにより前記スプラグの内側部分を保持する内保持器と、周方向所定間隔おきに設けられたスプラグポケットにより前記スプラグの外側部分を保持する外保持器とからなるとともに、これら内外保持器間で前記スプラグポケットの位相を相違させることによりスプラグを噛合解除方向に傾斜させつつ保持しており、前記突起部は、前記内保持器に設けられ、前記流体の相対流れにより前記外輪回転の方向と逆方向の力を当該内保持器に付与しうるように突出していることを特徴とするものである。

この場合、スプラグは外輪回転に伴い周方向に回転するので、スプラグに対する流体の相対流れ方向は外輪の回転方向と逆方向となる。そうすると、保持器に突起部を設けてかかる流体の相対流れを受けるようにすることで、保持器は流体の相対流れ方向、すなわち外輪回転と逆方向の力を得ることができる。
ここでクラッチ空転時を考えると、空転時には外輪をスプラグ傾斜方向に回転させることになるので、流体の相対流れ方向はスプラグ傾斜方向とは逆方向となる。このスプラグ傾斜方向と逆方向の回転を内保持器に与えると、内保持器は外保持器よりもスプラグの内側を保持しているから、スプラグの噛合解除方向への傾斜角度を大きくする（すなわちスプラグを噛合解除方向に自転させる）力がスプラグに作用することになる。よって、空転時のトルクを小さくすることができる。
さらにクラッチ噛合回転時を考えると、この場合は外輪（さらには内輪及びスプラグ）をスプラグ傾斜方向とは逆の方向に回転させることになるので、流体の相対流れ方向はスプラグ傾斜方向と同じ方向となる。このスプラグ傾斜方向と同方向の回転を内保持器に与えると、内保持器は外保持器よりもスプラグの内側を保持しているから、スプラグの噛合解除方向への傾斜角度を小さくする（すなわちスプラグを噛合方向に自転させる）力がスプラグに作用することになる。よって、噛合の安定性を高めることができる。

内外輪間での流体の相対流れを利用して空転時のトルクを低減させることができ、空転時の低トルクと安定した噛合性との両立性を高めることができる。

以下に本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
なお、以下において「径方向」及び「周方向」というときは、クラッチ（あるいは内外輪）における径方向及び周方向を意味するものとする。
図１は、参考例であるクラッチ（以下、単にクラッチともいう）１の側面図であり、図２はクラッチ１の拡大断面図である。この一方向クラッチ１は、図示しない外輪及び内輪と、これら内外輪間において周方向に所定間隔で等配される複数個のスプラグ４と、スプラグ４を噛合方向に付勢するスプラグ付勢部材としてのリボンスプリング５とを備えている。更に、各スプラグ４は、内保持器２及び外保持器３により保持されている。なお、図１では、図面が煩雑となるのを避けるため、後述する羽根状部６の記載を省略している。

リボンスプリング５（図１、図２等において太線で示す）は、全体として略環状とされるとともに、周方向所定間隔おきに設けられスプラグ４を収容するポケット５ｐと、このポケット５ｐの内方に向かって突出する舌片状の板ばね部５ａとを有している（図２参照）。リボンスプリング５は、スプラグ４が回転するとそれに伴って回転する。板ばね部５ａの先端は、スプラグ４の姿勢に関わらず常にスプラグ４と当接しており、スプラグ４を噛合方向に自転するように付勢している。

内保持器２及び外保持器３は、それぞれ全体として略円環状をなすとともに、周方向の所定間隔おきにスプラグポケットを有している。このうち内保持器２は、周方向所定間隔おきに設けられたスプラグポケット２ｐ（図２参照）によりスプラグ４の内側部分を保持している。また外保持器３は、周方向所定間隔おきに設けられたスプラグポケット３ｐによりスプラグ４の外側部分を保持している。そして、これら内外保持器２，３間でスプラグポケット２ｐ、３ｐの位相を相違させることによりスプラグ４を噛合解除方向に傾斜させつつ保持している。

このクラッチ１では、外保持器３は外輪に対して固定されている。すなわち、図１に示すように、外保持器３は、その外周縁部に周方向所定間隔おきに設けられ径方向外側に延びる鍔部（突起部）３ａを有しており、この鍔部３ａにより形成される外保持器３の最大径は外輪の内径よりもやや大きく設定されている。そして、この鍔部３ａの外側面を外輪内周面１１に押し付けた状態で外保持器３を外輪内周面に内嵌することにより外保持器３は外輪に対して固定されている。このように、外保持器３は外輪に固定されているから、外輪が回転するとそれに伴って外保持器３が回転し、さらに外保持器３に保持されているスプラグ４も周方向に回転（周方向に移動）する。なお、スプラグ４を外輪とともに回転させる構成としては、上述のように外輪側に固定された保持器によりスプラグ４を回転させる場合の他、例えばスプラグ４を外輪側に回動可能に軸支する等、保持器を介さない手法も採用できる。また、図１においては、外保持器３を突起部によって外輪に固定しているが、その形状は問わない他、別部品を用いて外輪に固定する手法も採用できる。

一方の内保持器２は、内輪とは固定されておらず、内保持器２と内輪とは自由に相対回転可能である。また内保持器２は外保持器３に対しても固定されていない。だだし、内保持器２及び外保持器３はいずれも共通のスプラグ４を保持しているから、外輪回転により外保持器３が回転するとそれに伴って内保持器２も回転する。

この一方向クラッチ１は、図示しない外輪と内輪とを一方向に相対回転（例えば外輪を図２の矢印ａ方向に回転）させると噛合状態となり、内外輪間で動力が伝達される。一方、外輪と内輪とを他方向に相対回転（例えば内輪を図２の矢印ｂ方向に回転）させると、スプラグ４は傾動してスプラグ４の内輪に対する係合が解除され、外輪と内輪とは互いに空転する。

図３は、図２のＡ−Ａ線によるスプラグ４の断面図である。スプラグ４は、その軸方向端面から軸方向に向かって延びクラッチ空転時における内外輪間での流体の相対流れを受けて径方向外向きの力を発生しうる羽根状部６を有している。羽根状部６は、略平板状の板状部材６２であり、外輪を空転方向（図２の矢印ｂ方向）に回転させた場合において当該外輪空転方向と逆方向（図２の矢印ｃ方向）に生ずる流体（潤滑油や空気等）の相対流れを受けて径方向外向きの力Ｆ１を生じるように、クラッチ周方向の接線方向に対して傾斜している。なお、ここで径方向外向きの力とは、径方向外向きの成分を有する力という意味である。

この径方向外向きの力Ｆ１により、スプラグ４と内輪内周面１０（図２で二点鎖線で示す）との間の摩擦力が低減でき、又はスプラグ４と内輪内周面１０とを離脱させることができる。よって、空転時のトルクを低減することができる。
また、この板状部材６２は、上述したようにクラッチ周方向の接線方向に対して傾斜しているから、クラッチ噛合回転時において、当該噛合回転方向と逆方向（図２の矢印ｄ）に生ずる流体の相対流れが当たると径方向内向きの力Ｆ２が発生する。なお、ここで径方向内向きの力とは、径方向内向きの成分を有する力という意味である。この径方向内向きの力Ｆ２により、スプラグ４は内輪内周面１０に押し付けられ、スプラグ４と内輪内周面１０との間の摩擦力が大きくなる。なお、板状部材６２は平板状のものに限られず、例えば曲面で構成されたものなどでもよい。
このように、羽根状部６としての板状部材６２は、クラッチ空転時にはスプラグ４を内輪から離脱させる方向の力Ｆ１を発生し、且つクラッチ噛合回転時にはスプラグ４を内輪側に押し付ける力Ｆ２を発生する。よって、空転時の低トルクと噛合の安定性との両立性が高められている。

図４は、変形例の羽根状部を備えたスプラグ４の側面図である。この羽根状部６１は、断面が飛行機の翼のような形状をなしている。すなわちこの羽根状部６１の断面形状は、その径方向外側面（図４における上面）６１ａが滑らかな曲線で凸状に膨出する一方、その径方向内側面（図４における下面）６１ｂは略平坦面とされている。さらに羽根状部６１の厚み（径方向厚み）は、上述した空転時における相対流れ方向（図２の矢印ｃ方向）の流体が先に当たる前側端部が比較的厚く、後側端部にいくに従って徐々にうすくなる形状である。このようにすると、飛行機の翼が揚力を発生するのと同様の原理により、前述した径方向外向きの力Ｆ１を効果的に高めることができ、空転時の低トルク化に寄与する。

図５は、本発明の一実施形態の一方向クラッチ２０の拡大断面図である。この一方向クラッチ２０の基本構成は上述したクラッチ１と同様であるので、以下ではクラッチ１と同じ構成の部分の説明を省略する。
この一方向クラッチ２０においては、スプラグ４は羽根状部を有しておらず、スプラグ４としては従来ものと同様である。そして、内保持器２の形状がクラッチ１とそれとは異なる。この内保持器２は、クラッチ空転時における内外輪間での流体の相対流れを受けてスプラグ４を噛合解除方向に自転させるモーメントを発生しうる突起部７を有している。図６は、この突起部７近傍を拡大して示す内保持器２の斜視図である。この突起部７は、クラッチ空転時において発生する流れ方向（矢印ｃ方向）の流体流れにより、当該流体流れ方向と同一方向の力（スプラグ４の傾斜方向と逆方向の力）Ｆ３を受ける（図５参照）。この力Ｆ３は、外保持器３と内保持器２との位相ズレ（同一のスプラグ４を保持するスプラグポケット２ｐとスプラグポケット３ｐとの位相ズレ）を大きくする方向に作用するから、スプラグ４には噛合解除方向に自転しようとするモーメントが作用する。よって、空転時のトルクが低減されている。

一方、内保持器２は、クラッチ噛合回転時における相対流れ方向（矢印ｄ方向）に流れる流体により当該流体流れ方向と同一方向の力（スプラグ４の傾斜方向と同一方向の力）Ｆ４を受ける。力Ｆ４の向きは、上述した力Ｆ３とは逆向きとなる。この力Ｆ４は、外保持器３と内保持器２との位相ズレ（同一のスプラグ４を保持するスプラグポケット２ｐとスプラグポケット３ｐとの位相ズレ）を小さくする方向に作用するから、スプラグ４には噛合方向に自転しようとするモーメントが作用する。よって、噛合の安定性が高められている。

このように、突起部７は、流体の相対流れを受けることができればよいので、流体の相対流れの当たる面を有する限りにおいてその形状は特に限定されない。例えば、図５の実施形態では突起部７は周方向の接線方向に対して斜めに延びているが、径方向に沿って延びていても良い。

図６に示すように、突起部７は、スプラグ４の回転する軸方向領域（スプラグポケット２ｐの軸方向範囲に略等しい）よりも軸方向外側に設けられている。よって、上述した羽根状部６の場合と同様、ポンプ効果による流体希薄化の影響が最小限に抑えられており、流体からの力をより効果的に受け取ることができる。

なお、図５及び図６の内保持器２は、金属製であり、且つプレス成形により作製されたものである。突起部７を有する保持器をプレス成形可能な形状とすることにより、保持器の製造コストを低減することができる。

図５の実施形態では突起部を保持器に設けたが、突起部をスプラグ４に設けることもできる。図７は、クラッチ空転時における内外輪間での流体の相対流れを受けてスプラグ４を噛合解除方向に自転させるモーメントを発生しうる突起部７１が設けられた変形例のスプラグ４を用いた一方向クラッチ３０の側面図である。この一方向クラッチ３０においては、突起部７１はスプラグ４の軸方向両端面から軸方向にむかって突出しており、略径方向に配向した板状部材である。この突起部７１は、上述した内保持器２と同様に、クラッチ空転時において発生する流れ方向（矢印ｃ方向）の流体流れにより当該流体流れ方向と同一方向の力Ｆ５を受け、クラッチ噛合回転時にも流体の相対流れ方向（矢印ｄ方向）と同一方向の力Ｆ６を受ける。そして、スプラグ４の上部は外保持器３により拘束されている一方で係合子４の下部を保持する内保持器２は周方向に回転自在であるから、上述した実施形態と同様の原理によりスプラグ４には噛合解除方向に自転するモーメントが作用する。つまり、力Ｆ５によりスプラグ４には噛合解除方向に自転するモーメントが発生し、力Ｆ６によりスプラグ４には噛合方向に自転するモーメントが発生する。よってこの場合も、空転時の低トルク化と噛合の安定性とのいずれも向上させることができる。

上記の実施形態では、突起部７と羽根状部６とを別々に設けたが、内保持器２の突起部７とスプラグ４の羽根状部６とを併用してもよい。また、突起部を保持器とスプラグとの両方に設けても良い。

なお、本発明は、オートマチックトランスミッション内に配置されるトルクコンバータ用の一方向クラッチに応用するのが好ましい。この場合、内外輪間には潤滑油が多く存在するので、流体が空気である場合と比較して流体から受ける力が大きくなり、本発明の効果が更に高まる。また、かかるトルクコンバータ用の一方向クラッチの場合、空転化率が比較的高く一般的に外輪回転であるため、空転時の低トルク化が燃費向上に大きく寄与することから、この点においても本発明の一方向クラッチが好ましい。

参考例である一方向クラッチの側面図である。図１の一方向クラッチの拡大断面図である。図２のＡ−Ａ線におけるスプラグの断面図である。変形例の羽根状部を有するスプラグの断面図である。本発明の一実施形態の一方向クラッチの拡大断面図である。図５の一方向クラッチにおける内保持器の斜視図である。変形例の突起部を有するスプラグの側面図である。

符号の説明

１一方向クラッチ
２内保持器
２ｐ内保持器のスプラグポケット
３外保持器
３ｐ外保持器のスプラグポケット
４スプラグ
５リボンスプリング
６羽根状部
６１羽根状部
６２板状部材
７突起部
７１突起部
Ｆ１径方向外向きの力
Ｆ２径方向内向きの力
２０一方向クラッチ

Claims

外輪及び内輪と、これら内外輪間において周方向に所定間隔で複数個配置されるスプラグと、これらのスプラグを保持する保持器と、前記スプラグを噛合方向に付勢するスプラグ付勢部材とを備えた一方向クラッチにおいて、
前記保持器又は前記スプラグは、クラッチ空転時における内外輪間での流体の相対流れを受けて前記スプラグを噛合解除方向に自転させるモーメントを発生し且つクラッチ噛合回転時における前記内外輪間での流体の相対流れを受けて前記スプラグを噛合方向に自転させるモーメントを発生する突起部を有することを特徴とする一方向クラッチ。
前記スプラグが外輪回転に伴い周方向に回転する請求項１に記載の一方向クラッチであって、
前記保持器は、周方向所定間隔おきに設けられたスプラグポケットにより前記スプラグの内側部分を保持する内保持器と、周方向所定間隔おきに設けられたスプラグポケットにより前記スプラグの外側部分を保持する外保持器とからなるとともに、これら内外保持器間で前記スプラグポケットの位相を相違させることによりスプラグを噛合解除方向に傾斜させつつ保持しており、
前記突起部は、前記内保持器に設けられ、前記流体の相対流れにより前記外輪回転の方向と逆方向の力を当該内保持器に付与しうるように突出していることを特徴とする一方向クラッチ。