JP2015017701A - トルク伝達機構を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フロントプレート製造に従来よりもコストがかからないトルク伝達機構を製造するための方法を提供する。【解決手段】本方法はフロントプレート（１０）を介してクランクシャフト（４）と回転方向に固定されたアウターリング（８４）を含むワンウェイクラッチ（８）を備えたスターターモーターと内燃エンジンのクランクシャフト（４）との間のトルク伝達機構（Ａ）を製造するためのものである。本方法は、ａ）浸炭スチールからアウターリング（８４）を鍛造するステップ、ｂ）アウターリング（８４）を浸炭させるステップ、ｃ）アウターリング（８４）を焼き戻しするステップ、ｄ）アウターリング（８４）の内面（８４２）を研削するステップ、ｅ）標準低等量炭素含有スチールからフロントプレート（１０）を製造するステップ、ｆ）フロントプレート（１０）とアウターリング（８４）を組み付けるステップを具備する。【選択図】図３

Description

本発明は、スターターモーターと、内燃エンジンのクランクシャフトとの間のトルク伝達機構を製造するための方法に関する。

内燃エンジンのスターターモーターのためのトルク伝達機構に関して、当該機構は、たいてい、フロントプレートを備えるが、これは、ワンウェイクラッチのアウターレースを形成し、かつ、それは、内燃エンジンのクランクシャフトと回転方向に結合される。特許文献１から公知であるように、このフロントプレートは、通常、鍛造によって一体部品として製造され、その後、その最終形状を得るために機械加工される。ワンウェイクラッチのアウターレースは良好な機械的特性を有している必要があるので、フロントプレート全体は高品位スチールから形成される。

特許文献２から、フロントプレートを、（ワンウェイクラッチのアウターレースを形成する）アウターリングおよびフロントフランジを含む二つの部品へと分割することが知られている。だが、当該文献において説明された製造プロセスは、コストおよび製造の複雑さを大幅に低減することができない。

国際公開第２００７/１０５１０９号パンフレット 国際公開第２００７/０１２９４６号パンフレット

本発明の目的は、フロントプレートの製造に従来技術よりもコストがかからない、トルク伝達機構を製造するための新規な方法を提供することである。

このために、本発明は、フロントプレートを介してクランクシャフトと回転方向に固定されたアウターリングを含むワンウェイクラッチを備えた、スターターモーターと、内燃エンジンのクランクシャフトとの間のトルク伝達機構を製造するための方法に関する。当該方法は、ａ）ケース硬化スチールからアウターリングをソフト機械加工するステップと、ｂ）アウターリングをケース浸炭させるステップと、ｃ）アウターリングを硬化させるステップと、ｄ）アウターリングの内面をハード機械加工するステップと、ｅ）標準低等量炭素含有スチールからフロントプレートを製造するステップと、ｆ）フロントプレートおよびアウターリングを組み付けるステップとを具備することを特徴とする。

本発明によれば、ワンウェイクラッチのアウターリングは標準的な製造プロセスを用いて高品位スチールから製造され、その一方で、フロントフランジは標準スチールから製造される。これによって、従来技術の製造方法に対して、製造時間およびコストを低減することが可能となる。

有利ではあるが必須ではない本発明のさらなる態様によれば、そうした方法は、以下の特徴の一つ以上を含むことができる：
ステップａ）において、ソフト機械加工は鍛造からなる。
ステップｂ）において、アウターリングは真空あるいは大気圧浸炭させられる。
本方法は、ステップｃ）の前あるいは後に、炭素が望まれない表面上において炭素を除去するためにアウターリングを機械加工することからなる、さらなるステップｇ）を備える。
ステップｇ）がステップｃ）に先行して実施される場合、機械加工はソフト機械加工であり、一方、ステップｇ）がステップｃ）の後に実施される場合、機械加工はハード機械加工である。
ステップａ）の間、アウターリングは、ユニーク鍛造ケース硬化スチールチューブの一部をスライスすることによって得られる。
ステップｃ）において、硬化は、オーステナイト化、焼き入れおよび焼き戻しからなる。
ステップｄ）において、ハード機械加工は、研削あるいはハード旋削からなる。
ステップｆ）の間、フロントプレートおよびアウターリングは、固着、溶接、接着、圧入嵌めあるいはスプラインによって組み付けられる。
ステップｅ）において、フロントプレートは、打ち抜き加工によって製造される。

以下、例証的実例として、本発明について図面を参照して説明する。

本発明に基づく方法によって製造されたトルク伝達機構の正面図である。 図１のトルク伝達機構の上半分の、平面ＩＩ‐ＩＩに沿った拡大スケールでの断面図である。 図２の細部ＩＩＩの拡大図である。 図３の細部ＩＶの拡大図である。 図１のトルク伝達機構に属するワンウェイクラッチの部分的破断正面図である。 図５のワンウェイクラッチの平面ＶＩ‐ＶＩに沿った断面図である。 図５の細部ＶＩＩの拡大図である。 本発明に基づく方法によって製造されたトルク伝達機構の別な実施形態の、図２と類似の拡大図である。

図１ないし図８に示すトルク伝達機構Ａは、図示していないスターターモーターの図示していないピニオンギアによって駆動されるリングギア２を備える。リングギア２は、図示していない内燃エンジンのクランクシャフト４に対して回転可能である。クランクシャフト４に対するリングギア２の回転は、クランクシャフト４を受けるよう構成されかつクランクシャフト４と回転方向に結合されたインナーリング６２とを含む転がりベアリング６と、筒状部分７（これはリングギア２と回転方向に結合される）の内面７０上で実現された二つのレースウェイトラック７０ａを含むアウターリングと、インナーリング６２とレースウェイトラック７０ａとの間に配置された、ボール６６などの転がり要素によって可能となっている。

トルク伝達機構Ａはまた、ワンウェイクラッチ８を含むが、これは、筒状部分７の外面７２によって形成されたインナーリングと、アウターリング８４と、インナーリング８２と外面７２との間に配置されたケージ８８内に設けられたスプラグ８６とを含む。

筒状部分７はリングギア２と回転方向に結合されており、この結果、スターターモーターによって供給される始動トルクはリングギア２を介して筒状部分７に伝達される。ワンウェイクラッチ８のインナーギアおよび転がりベアリング６のアウターリングは筒状部分７によって形成されるが、これは一体構造である。これによって、トルク伝達機構Ａの部品数およびその製造方法の組み立てステップの数を低減することが可能となる。筒状部分７は、標準化されたベアリングリング研削加工プロセスを用いて製造できるが、これは、その製造を著しく簡素化する。

アウターリング８４は、フロントプレート１０によって、クランクシャフト４と回転方向に結合される。フロントプレート１０は、アウターリング８４の半径方向内面８４０に当接して設けられた外側円形エッジ１０１を備える。

フロントプレート１０は、（ベアリング６に面する）内面１０３に、その中にインナーリング６２が設けられる円筒形リセス１０５を備える。図３に示すように、インナーリング６２の側面６２０はリセス１０５の底面１０６に当接し、一方、インナーリング６２の外側円筒面６２２はリセス１０５に当接して設けられる。底面１０６はフロントプレート１０の中心壁１０２を形成する。

フロントプレート１０は、底面１０６と側面６２０との間の境界面においてインナーリング６２に対して溶接される。インナーリング６２は、フロントプレート１０に対してインナーリング６２を溶接することによって、矢印Ｆ１で示す方向に沿って、クランクシャフト４と回転方向に結合されているが、この方向はインナーリング６２の中心軸線Ｘ-Ｘ’と平行であり、これはまたトルク伝達機構Ａの回転軸線に対応する。フロントプレート１０は、スクリューまたはボルトによって、クランクシャフト４の端部に対して取り付けられる。これに代えて、フロントプレート１０はまた、インナーリング６２に対して、かしめ固定されてもよく、あるいはフロントプレート１０は、弾性リングなどの固定手段によって、元に戻せるように、インナーリング６２に対して組み付けられてもよい。

内面１０３と反対側のフロントプレート１０の外面１０７において、フロントプレート１０は環状リセス１０７ａを備えるが、これは、図３の断面において溶接方向Ｆ１と整列させられたキャビティを形成する。フロントプレート１０は環状リセス１０７ａの複数のポイントにおいてインナーリング６２に対して溶接され、この結果、溶接によって素材の膨らみが外面１０７に形成されない。これによって、その他のデバイスあるいは補助装備を外面１０７に直に当接させて設けることが、そしてトルク伝達機構Ａの軸方向のコンパクトさを改善することが可能となる。

内面１０３は、レーザー溶接によって、中心壁１０２を経て側面６２０に対して溶接される。好ましくは、フロントプレート１０は、インナーリング６２の全周囲に沿って、インナーリング６２に対して溶接される。これは、クランクシャフト４を介して内燃エンジンから生じ得るオイル漏れに抗する気密シールを提供する。

インナーリング６２は内側円筒面６２４を備えるが、その上には溝６２４ａが設けられる。円環状のシーリングガスケット６２６が溝６２４ａ内に収容され、それはクランクシャフト４の外周面４０に当接して存在する。シーリングガスケット６２６は、フロントプレート１０とインナーリング６２との間の溶接と共に、さらなるシーリングを提供する。

アウターリング８４は、以下のプロセスを用いて製造される。アウターリング８４は、まず、ソフト機械加工によって、たとえば鍛造によって、相対的に低い等量炭素含有率、すなわち０．７の最大等量炭素含有率を含む、ケース硬化スチール製の鍛造金属部品として製造される。この後、アウターリング８４は、浸炭ステップを受ける。この作業は、アウターリング８４のある面を炭素富化させることからなり、この結果、アウターリング８４の表面領域は大量の炭素を含む。さらなるステップにおいて、アウターリング８４は、この面を硬化させるために、炭素が付加された表面に関して硬化させられる。この硬化ステップは、オーステナイト化、焼き入れおよび焼き戻しからなっていてもよい。さらなるステップにおいて、アウターリング８４は、ハード機械加工され、例えば研削あるいはハード旋削され、この結果、アウターリング８４の内面８４２（これとスプラグ８６が協働するよう構成される）は正確な形状特性を持つ。

さらなるステップにおいては、フロントプレート１０は、打ち抜き製造プロセスにおいて、標準低等量炭素含有スチールから製造される。というのは、それは、溶接に適していることを除いて特殊な特性を必要としないからである。最終ステップにおいて、フロントプレート１０およびアウターリング８４は組み付けられる。アウターリング８４およびフロントプレート１０は、好ましくは、面８４０および１０１を互いに溶接することによって、かつ／または、アウターリング８４の軸方向面８４４をフロントプレート１０の軸方向面１０２に溶接することによって、互いに溶接される。

これに代えて、フロントプレート１０はまた、アウターリング８４に対して、かしめ固定されてもよく、あるいはフロントプレート１０は、弾性リングなどの固定手段によって、元に戻せるように、アウターリング８４に対して組み付けられてもよい。

本発明の図示していない実施形態によれば、フロントプレート１０はまた、固着（スティッキング）、溶接、接着、圧入嵌め装着、あるいはフロントプレート１０およびアウターリング８４に設けられた協働スプラインによって、アウターリング８４に対して組み付けられてもよい。

アウターリング８４は、好ましくは、真空浸炭によって、炭素富化される。これによって、それが望まれない部位、例えば溶接に好適でなければならず、したがって過度に大量の炭素を含んでいてはならない面８４０および８４４において、炭素が付加されるのを抑止することが可能となる。

本発明の任意の態様によれば、アウターリング８４は、ユニークケース硬化スチールチューブの一部を薄く切ることによって得られる。チューブの形態のユニークスチール未加工部分のソフト機械加工およびケース浸炭の後、そして硬化ステップの前あるいは後で、チューブは、ソフトあるいはハードスライシングによって、それぞれリング８４を形成する長手方向部分に分離させられる。リングの軸方向面はスライシングステップの後、互いに向き合うので、浸炭は軸方向面に炭素を付加しない。これによって、溶接が行われる可能性のある不必要な面に炭素を付加しないことが可能となる。

本発明の代替的形態によれば、アウターリング８４は、大気圧浸炭によって炭素富化されてもよい。そうした例では、さらなるステップが、アウターリング８４の浸炭と硬化との間で実施される。このステップは、それが望まれない表面上において炭素を除去するためにアウターリング８４を機械加工することからなる。

最適な態様として、炭素富化が望まれない表面は、浸炭の前に塗装されてもよく、これによって、これらの表面は炭素を受け取らず、溶接に適したままとなる。そうした例では、塗装は、硬化の後、例えば振動によって除去される。

スプラグ８６は、ケージ８８内に、それらが、軸線Ｘ‐Ｘ’と実質的に平行な回転軸線Ｘ８６を中心としてケージ８８に対して回転できるように設けられる。各スプラグ８６は、ケージ８８の孔８８１内に装填される。各スプラグ８６は、アウターリング８４の内面８４２と協働する第１のカム面８６１と、筒状部分７の外面７２と協働する第２のカム面８６３とを備える。カム面８６１および８６３は円形状を有し、かつ、軸線Ｘ８６およびケージ８８に関して実質的に対向させられる。

各スプラグ８６の第１のカム面８６１は、ケージ８８に対して固定されたリーフスプリング９０によって内面８４２に当接状態で押し付けられる。各リーフスプリング９０は、第１のカム面８６１が内面８４２と接触した状態で維持されるように、軸線Ｘ８６を中心として、対応するスプラグ８６を回転させようとする弾性力を加える。

カム面８６１および８６３は、始動トルクがリングギア２へと伝達されたとき、そして筒状部が図７における矢印Ｒ１の方向に回転するとき、クランクシャフト４を駆動し、そして内燃エンジンを始動させるために、始動トルクがスプラグ８６を介してアウターリング８４へと伝達されるように設計される。内燃エンジンがその通常回転速度レンジに達したとき、クランクシャフト４の回転速度はギアリング２の回転速度を上回るようになり、アウターリング８４および筒状部分７が異なる回転速度で回転するようになる。アウターリング８４は、図７において矢印Ｒ２の方向に筒状部分７に対して回転し始める。これは、矢印Ｒ３の方向に軸線Ｘ８６を中心としたスプラグ８６の回転を引き起こす。第２のカム面８６３は、トルクがアウターリング８４から筒状部分７へとスプラグ８６を介して伝達されないように、外面７２上をスライドする。これによって、リングギア２が過度に高い回転速度で回転するのが防止され、かつ、スターターモーターへのダメージが回避される。

ワンウェイクラッチ８は一つのケージ８８しか備えていないので、軸線Ｘ８６を中心とするスプラグ８６の回転可能性は、第２のカム面８６３が、アウターリング８４の回転作用のもと、外面７２との接触を失うことを可能とする。これによって、従来型のトルク伝達機構に比べて、ワンウェイクラッチ８の摩擦を低減することが可能となる。さらに、これによって、トルク伝達機構Ａが組み込まれる車両の燃料消費を低減することが可能となる。

リングギア２は、それに対して、ギア噛み合いを介してスターターモーターから始動トルクが伝達されるギア側方部分２０を含む。リングギア２はまた、それに対してギア側方部分２０が設けられるフランジ２２を備える。フランジ２２は、軸線Ｘ‐Ｘ’の側方に置かれかつ筒状部分７に対して固定された内側エッジ２２０を備える。

図８に示す代替実施形態によれば、フランジ２２およびギア側方部分２０は一つの部品から形成される。そうした例では、フランジ２２は一体構造部品であり、したがってコストをかけずに製造できる。というのは、それは、フランジおよび別個のリングギアを取り付けるための組み立ておよび溶接作業を必要としないからである。そうした一体構造フランジ２２はまた従来のデバイスよりも軽量である。

筒状部分７は、軸方向面７４および円筒面７６を形成するショルダーを備えるが、これに当接して、フランジ２２の内側エッジ２２０が設けられている。

これに代えて、フランジ２２はまた、筒状部分７に対して、かしめ固定されてもよい。フランジ２２はまた、弾性リングなどの固定手段によって、元に戻せるように、筒状部分７に対して組み付けられてもよい。

フランジ２２は、ワンウェイクラッチ８のインナーリングを形成する筒状部分７を接合するという事実によって、打ち抜きによりフランジ２２を、そして、ほとんど標準的なベアリングリング製造プロセスによって筒状部分７を別個に製造することが可能となる。

図示していない実施形態によれば、ワンウェイクラッチ８のインナーリングおよびベアリング６のアウターリングは別個の部品として形成されてもよい。そうした例では、ワンウェイクラッチ８のインナーリングの製造は規格化できるが、これはさらに、トルク伝達機構Ａの製造プロセスを簡素化する。

アウターリング８４は、フランジ２２の内側円筒面２２２に面する外面８４８を備える。アウターリング８４はまた、軸線Ｘ‐Ｘ’に沿って、フランジ２２の内側部分２２１に面する軸方向面８５０を備える。面８４８および８５０間で、アウターリング８４は、フロントプレート１０に向って軸線Ｘ‐Ｘ’から逸れる面取り面８５２を備える。

内側部分２２１は、図３において矢印Ｆ２で示すように、内燃エンジンからの潤滑油がワンウェイクラッチに到達し、そしてそれを潤滑することを可能とする少なくとも一つの潤滑孔２２４を備える。潤滑剤が外面８４８と内面２２２との間で外部に流れ出ないようにトルク伝達機構をシールするために、シーリングガスケット１３がこれら二つの面間に設けられる。だが、外面８４８の直径は相対的に大きいので、ギアリング２およびアウターリング８４間の相対回転からもたらされる高い直線速度のために、シーリングガスケット１３のシーリングリップ１３１間の摩擦は非常に大きなものとなる。面取りされた面８５２によって、潤滑孔２２４を経て現れる潤滑剤はシーリングリップ１３１の近傍で矢印Ｆ３に沿って押しやられ、この結果、摩擦によるシーリングガスケット１３の加熱は低減され、そしてシーリングガスケット１３にダメージを与えない。

面８５０と８５２との間の境界面は、軸線Ｘ‐Ｘ’から距離Ｄ１だけ離れている。一方で、潤滑孔２２４のエッジ２２４ａは、軸線Ｘ‐Ｘ’から距離Ｄ２だけ離れている。距離Ｄ１は距離Ｄ２よりも小さく、この結果、潤滑孔２２４は面取り面８５２と共に部分的に軸方向に整列させられ、かつ、潤滑剤の流れは、潤滑孔２２４を通り、直接、面取り面８５２へ、そしてこの面に沿って、シーリングガスケット１３に向う。

図８の実施形態では、ギア側方部分２０と内面２２２との間で延在する部分において、フランジ２２は円錐台形補強部分２４を備え、これによって、変形に対するフランジ２２の機械的抵抗を高めることが可能となる。

図８のみに示すように、たとえこれが第１実施形態に適用可能であってさえ、トルク伝達機構Ａは、内燃エンジンのハウジングＨと、フランジ２２の外面２２６との間に配置されたシーリングガスケット１５を備える。シーリングガスケット１５は、シーリングガスケット１３と対向してギアリング２の側に存在する。

円錐台形部分２４は、軸線Ｘ‐Ｘ’に沿って互いにシーリングガスケット１３および１５をオフセットさせることを可能とする軸方向スペースを生み出すことを可能とする。シーリングガスケット１２３および１５はそれぞれ、異なる外径を有するフランジ２２の筒状部分上に設けられ、この結果、シーリングガスケット１３および１５の集団の半径方向寸法は、従来技術から、例えば米国特許出願公開第２００８／１２１２０２号からよく知られているようにシーリングガスケット１３および１５が半径方向に階段状にされる場合よりも小さい。これは、トルク伝達機構Ａの中心部分の半径方向のコンパクトさを改善する。

上記実施形態および変形例の特徴は、本発明の範囲内で組み合わせることができる。

２ リングギア
４ クランクシャフト
６ ベアリング
７ 筒状部分
８ ワンウェイクラッチ
１０ フロントプレート
１３ シーリングガスケット
１５ シーリングガスケット
２０ ギア側方部分
２２ フランジ
２４ 円錐台形補強部分
４０ 外周面
６２ インナーリング
７０ 内面
７０ａ レースウェイトラック
７２ 外面
７４ 軸方向面
７６ 円筒面
８２ インナーリング
８４ アウターリング
８６ スプラグ
８８ ケージ
９０ リーフスプリング
１０１ 外側円形エッジ
１０２ 中心壁（軸方向面）
１０３ 内面
１０５ 円筒形リセス
１０６ 底面
１０７ 外面
１０７ａ 環状リセス
１２３ シーリングガスケット
１３１ シーリングリップ
２２０ 内側エッジ
２２１ 内側部分
２２２ 内側円筒面（内面）
２２４ 潤滑孔
２２４ａ エッジ
２２６ 外面
６２０ 側面
６２２ 外側円筒面
６２４ 内側円筒面
６２４ａ 溝
６２６ シーリングガスケット
８４０ 半径方向内面
８４０ 面
８４２ 内面
８４４ 軸方向面
８４８ 外面
８５０ 軸方向面
８５２ 面
８６１ 第１のカム面
８６３ 第２のカム面
８８１ 孔

Claims (10)

1. フロントプレート（１０）を介してクランクシャフト（４）と回転方向に固定されたアウターリング（８４）を含むワンウェイクラッチ（８）を備えた、スターターモーターと、内燃エンジンの前記クランクシャフト（４）との間のトルク伝達機構（Ａ）を製造するための方法であって、当該方法は、
   ａ）ケース硬化スチールから前記アウターリング（８４）をソフト機械加工するステップと、
   ｂ）前記アウターリング（８４）をケース浸炭させるステップと、
   ｃ）前記アウターリング（８４）を硬化させるステップと、
   ｄ）前記アウターリング（８４）の内面（８４２）をハード機械加工するステップと、
   ｅ）標準低等量炭素含有スチールから前記フロントプレート（１０）を製造するステップと、
   ｆ）前記フロントプレート（１０）および前記アウターリング（８４）を組み付けるステップと、を具備することを特徴とする方法。
2. ステップａ）において、前記ソフト機械加工は鍛造からなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ステップｂ）において、前記アウターリング（８４）は真空あるいは大気圧浸炭させられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
4. ステップｃ）の前あるいは後に、炭素が望まれない表面上において炭素を除去するために前記アウターリング（８４）を機械加工することからなる、さらなるステップｇ）を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. ステップｇ）がステップｃ）に先行して実施される場合、前記機械加工はソフト機械加工であり、一方、ステップｇ）がステップｃ）の後に実施される場合、前記機械加工はハード機械加工であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. ステップａ）の間、前記アウターリング（８４）は、ユニーク鍛造ケース硬化スチールチューブの一部をスライスすることによって得られることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. ステップｃ）において、前記硬化は、オーステナイト化、焼き入れおよび焼き戻しからなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. ステップｄ）において、前記ハード機械加工は、研削あるいはハード旋削からなることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. ステップｆ）の間、前記フロントプレート（１０）および前記アウターリング（８４）は、固着、溶接、接着、圧入嵌めあるいはスプラインによって組み付けられることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法。
10. ステップｅ）において、前記フロントプレート（１０）は、打ち抜き加工によって製造されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の方法。

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