JP2016142325A - Sprag type one-way clutch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車の自動変速機等の動力伝達装置に用いられるスプラグ型一方向クラッチ(以下、一方向クラッチと称する)に関する。 The present invention relates to a sprag type one-way clutch (hereinafter referred to as a one-way clutch) used in a power transmission device such as an automatic transmission of an automobile.
自動車の自動変速機では、同軸で回転する内輪と外輪との間に配置され、動力の伝達及び遮断の動作を行う一方向クラッチが知られている(特許文献1)。図6に示すように、この一方向クラッチ100では、外輪104と内輪105とで径方向に挟まれた環状空間に複数のスプラグ101が配置されている。スプラグ101は、保持器102によって周方向に等しい間隔で保持されており、外輪104と点Cで接触していて、内輪105と点Dで接触している。保持器102の内周に沿って、板ばね103が装着されている。スプラグ101は、板ばね103によって図6に示す方向に力Frを受けていて、点Cに対して時計回りの方向に付勢されている。
In an automatic transmission of an automobile, there is known a one-way clutch that is disposed between an inner ring and an outer ring that rotate coaxially and that performs power transmission and shut-off operations (Patent Document 1). As shown in FIG. 6, in the one-
外輪104と内輪105とが相対的に回転するときには、接触面の滑り摩擦によってスプラグ101の傾きが変化する。外輪104が内輪105に対して時計回りの方向に回転するときには、スプラグ101が内外輪104,105と径方向にかみ込むので、外輪104と内輪105とが一体的に回転する。そして、外輪104が内輪105に対して反時計回りの方向に回転するときには、スプラグ101のかみ込みが解除されて動力の伝達が遮断されるので、外輪104が空転する。
When the
スプラグ101と内輪105とが滑り接触をしたままで外輪104が空転すると、接触面が摩耗したり、空転時の回転トルクが増大したりするという問題がある。そこで、図6に示したように、スプラグ101の重心G1を、接触点Cを通る外輪104の法線mより右側に配置して、遠心力が作用したときに、スプラグ101が点Cに対して反時計回りの方向に付勢されるようにしている(特許文献2)。これにより、スプラグ101が内輪105から浮き上がるので、接触面の摩耗を低減することが出来る。外輪104が空転するときにスプラグ101が内輪105から浮き上がる形式の一方向クラッチを、一般的にディスエンゲージタイプの一方向クラッチという。
If the
従来の一方向クラッチ100では、スプラグ101の浮き上がり量(径方向の変位)を制限する機構は設けられていないので、外輪104が空転するときの回転数が高いときには、スプラグ101の内輪105からの浮き上がり量が過大になる場合があった。
スプラグ101が大きく浮き上がった時に、車両の急制動などによって外輪104の回転が急に停止すると、スプラグ101が再び内輪105と接触する位置に戻るときの速度が大きくなる。その結果、スプラグ101と内輪105とが激しく衝突して、スプラグ101や内輪105の接触面に摩耗や圧痕などの損傷が発生する。
Since the conventional one-
If the rotation of the
この損傷を防止するために、例えば、スプラグ101と保持器102とのすきま(例えば、スプラグ101と保持器102のEの部分との間の距離)を小さくして、スプラグ101の浮き上がり量を抑制する方法や、板ばね103のばね力Frを大きくしてスプラグ101の浮き上がりを抑制する方法が考えられる。しかし、前者の方法では、スプラグ101を組み付けるときの作業性が悪くなるという問題があり、後者の方法では、スプラグ101と内外輪104,105とが互いに接触する力が大きくなるので、接触面の摩耗を増大させてしまうという問題がある。こうして、ディスエンゲージタイプのスプラグ型一方クラッチでは、スプラグが浮き上がった後、内輪105と接触することによって生じる摩耗や圧痕を防止することが出来なかった。
In order to prevent this damage, for example, the clearance between the
本発明の目的は、ディスエンゲージタイプのスプラグ型一方向クラッチにおいて、外輪が空転するときに過剰なスプラグの浮き上がりを抑制して、スプラグ及び内輪の接触面における摩耗や圧痕などの損傷を低減することである。 An object of the present invention is to reduce damage such as wear and indentation on the contact surface of the sprag and the inner ring by suppressing excessive lift of the sprag when the outer ring idles in a disengagement type sprag type one-way clutch. It is.
本発明の実施形態であるスプラグ型一方向クラッチは、相対的に回転する内輪及び外輪で径方向に挟まれた環状空間に組み込まれて、動力を伝達または遮断する複数のスプラグと、前記スプラグを周方向に所定間隔で保持する保持器と、前記保持器から前記スプラグに向けて舌状に伸びて、弾性をもって前記スプラグを付勢する板ばねと、を備え、前記板ばねは、径方向に撓んで前記スプラグを径方向外方に付勢する付勢部と、前記スプラグが動力を伝達しないときに前記スプラグと周方向に弾性接触する傾き規制部と、を一体に有する。 A sprag type one-way clutch according to an embodiment of the present invention includes a plurality of sprags that are incorporated in an annular space sandwiched in a radial direction between an inner ring and an outer ring that rotate relatively, and transmit or cut power, and the sprags. A retainer that holds the sprags at a predetermined interval in the circumferential direction, and a leaf spring that extends in a tongue shape from the retainer toward the sprags and elastically biases the sprags. An urging portion that bends and urges the sprag radially outward and an inclination restricting portion that elastically contacts the sprag in the circumferential direction when the sprag does not transmit power are integrally provided.
本発明によると、ディスエンゲージタイプのスプラグ型一方向クラッチにおいて、外輪が空転するときに過剰なスプラグの浮き上がりを抑制して、スプラグ及び内輪の接触面における摩耗や圧痕などの損傷を低減することが出来る。 According to the present invention, in a disengagement-type sprag type one-way clutch, it is possible to suppress excessive sprag lift when the outer ring rotates idly and reduce damage such as wear and indentation on the contact surface of the sprag and the inner ring. I can do it.
本発明の一実施形態(以下「本実施形態」という)を、図面を用いて説明する。図1は、本実施形態の一方向クラッチ10の部分側面図である。図示しているのは一部のみであるが、図示を省略した部分の構成も同様であり、全体として円環状につながっている。以下の図1による説明では、図1の上下方向を径方向といい、左右方向で円環の周に沿った方向を周方向という。また紙面に直交する方向を軸方向という。
An embodiment of the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a partial side view of a one-
図1の一方向クラッチ10は、内輪14と外輪15との間に形成された環状空間Kに組み込まれていて、周方向に等しい間隔で配置された複数のスプラグ11と、保持器12と、リボンスプリング13と、で構成されていている。
A one-
外輪15及び内輪14は、金属製で、機械構造用合金鋼などで製作されている。外輪15の内周面は、焼き入れ硬化処理をされた後、円筒形状に研削加工されている。内輪14の外周面は、焼き入れ硬化処理をされた後、円筒形状に研削加工されている。
The
スプラグ11は、金属製で、軸受鋼などで製作されている。その形状は柱状であって、紙面に平行な断面の形状は軸方向に一様である。スプラグ11は、紙面に平行な断面において径方向上向きに凸の円弧である外輪係合面16と、径方向下向きに凸の円弧である内輪係合面17とを有している。外輪係合面16及び内輪係合面17は、側面20a,20bによって互いに径方向につながっている。図1に示したスプラグ11では、図の周方向左側の側面20aには、周方向に突出するばね受け部19が形成されている。ばね受け部19は、図4に示すように、略周方向に延在するばね受け面19aと、略径方向に延在する傾斜面19bとで形成されていて、ばね受け面19aと傾斜面19bとは、互いにR面でつながっている。ばね受け面19aは、リボンスプリング13の板ばね30と接触して、力Frを受けている。
The
保持器12は、薄肉の略円筒形状であって、金属又は強化樹脂からなり、外輪15及び内輪14と同軸に環状空間Kに組み込まれている。保持器12には、径方向に貫通するポケット18が周方向に等しい間隔で複数設けられている。径方向から見た各ポケット18の形状は略長方形で(図示省略)、各ポケット18にそれぞれ一個ずつスプラグ11がはめ込まれている。
The
リボンスプリング13は、保持器12の内周に沿って組み込まれている。図2は、一方向クラッチ10に組み込む前の自由状態におけるリボンスプリング13の正面図である。一方向クラッチ10に組み込むときには、その両端を紙面に対して垂直方向奥側に曲げて、その両端が重なるように環状に丸めている。図3は、図2のX−X断面を矢印の方向に見た部分断面図である。以下の説明では、図2におけるリボンスプリング13について、長手方向(図の左右方向である)を「周方向」といい、紙面に平行で周方向と直交する方向を「軸方向」という。
The
リボンスプリング13は、ばね用圧延鋼帯を金型でリボン状に打ち抜いた後、厚さ方向にプレスすることによって成形されている。リボンスプリング13は、周方向に互いに平行に延在する一対の円環部20,20を有していて、一対の円環部20,20は、周方向に所定の間隔で配置された複数の架橋部21によって、互いに軸方向に連結されている。円環部20には、紙面に対して垂直方向奥側に略V字状に突出する屈曲部24(図3参照)が、等間隔に形成されている。架橋部21の軸方向のほぼ中央には、周方向に延在する板ばね30が一体に形成されている。
こうして、リボンスプリング13には、図2に示すように、略コの字の形状で紙面に垂直方向に貫通する窓孔23が、周方向に一定の間隔で形成されている。なお、架橋部21には、軽量化のために孔22が設けられている。
The
Thus, as shown in FIG. 2, the
リボンスプリング13の窓孔23は、保持器12に形成されたポケット18の位相と一致するように組み合わされている。このため、保持器12とリボンスプリング13を通して径方向に貫通するスプラグ挿入孔18aが確保されていて、このスプラグ挿入孔18aにスプラグ11が挿入される。このスプラグ挿入孔18aには、板ばね30が突き出しているので、スプラグ11を組み込むときには、板ばね30を径方向内方に押し下げるようにして、径方向外方から挿入する。
The
図3に示すように、板ばね30は、素材のばね用圧延鋼帯の板厚と同等で、周方向に一様な板厚である。また、板ばね30の幅寸法(リボンスプリング13における軸方向の寸法である)は周方向に一様である。
板ばね30の周方向の先端には、略周方向に延在する付勢部33が形成されている。スプラグ11がスプラグ挿入孔18aに組み込まれたときには、付勢部33とばね受け面19aとが略径方向に当接する。付勢部33につながって板ばね30の根元に近い側には、略径方向に延在する傾き規制部33aが形成されている。傾き規制部33aは、径方向外方に向かうにしたがって付勢部33から離れる向きにわずかに傾斜している。
As shown in FIG. 3, the
A biasing
図4は、スプラグ11を組み込んだときの、スプラグ11と板ばね30の位置関係を説明する状態図である。スプラグ11を組み込むと、板ばね30の付勢部33がスプラグ11に押されて径方向内方(図の下向きである)に弾性的に撓む。付勢部33と傾き規制部33aの形状は、図4におけるスプラグ11のばね受け面19aと傾斜面19bの形状とほぼ同じ形状に形成されているので、スプラグ11が組み込まれたときには、付勢部33がばね受け面19aと接触すると同時に、傾き規制部33aが傾斜面19bと近接する。このとき、傾き規制部33aと傾斜面19bとは互いに接触するか、若しくは、わずかなすきまΔsをもって周方向に対峙している。
FIG. 4 is a state diagram illustrating the positional relationship between the
図3において、板ばね30の傾き規制部33aと架橋部21とで周方向に挟まれた部分は、撓み調整部32である。撓み調整部32では、板ばね30を径方向に折り曲げることによって板ばね30の周方向の実長を変化させている。周方向の実長を増減することによって、板ばね30が撓むときのばね定数を調整することが出来る。
In FIG. 3, the portion sandwiched in the circumferential direction between the
図4によって、内外輪14,15がそれぞれ回転するときのスプラグ11の動作について説明する。なお、外輪15の内周面と外輪係合面16、及び、内輪14の外周面と内輪係合面17は、それぞれ円弧面であるので、それぞれ互いに「線」で接触しているが、図4による説明では、当該接触部を「接触点」と表現する。外輪15と外輪係合面16とが接触する点を接触点Pとし、内輪14と内輪係合面17とが接触する点を接触点Qとする。
The operation of the
外輪15が、内輪14に対して相対的に時計回りの方向に回転して、スプラグ11が内外輪14,15と径方向に噛み合う場合(以下「ロック時」という)について説明する。
スプラグ11には、板ばね30によって力Frが付与されている。図4に示すように、力Frの作用線の方向は、接触点Pより周方向左側に向かっているので、スプラグ11は、接触点Pに対して時計回りの方向に付勢される。同時に、内輪14と接触点Qで接触することによってスプラグ11の姿勢が保持されている。
ロック時には、スプラグ11が接触点Pで周方向右向きに引きずられて、接触点Qで周方向左向きに引きずられる。接触点PとQとの距離は内外輪14,15間の径方向寸法より大きいので、スプラグ11が径方向に噛み合って、内輪14と外輪15とが一体となって回転する。
The case where the
A force Fr is applied to the
At the time of locking, the
内輪14に対して外輪15が相対的に反時計回りの方向に回転して、外輪15が空転する場合(以下「空転時」という)には、接触点Pではスプラグ11が周方向左向きに引きずられて、接触点Qでは周方向右向きに引きずられる。この接触点P及びQに作用する力は、スプラグ11の径方向の噛み合いを緩和する向きであるので、外輪15が内輪14に対して空転する。
外輪15が回転しているときには、スプラグ11には遠心力が作用している。本実施形態のスプラグ11は、内外輪14,15間の環状空間Kに組み込まれたときに、その重心の位置が、接触点Pを通る法線nに対して周方向の右側に位置するように形状が設定されている。重心の位置を、図4に点G2で示す。この結果、遠心力が作用すると、スプラグ11は、接触点Pについて反時計回りの方向に付勢される。
外輪15の回転数が大きいときには、遠心力による接触点Pにおける反時計回りのモーメントが、力Frによる時計回りのモーメントより大きくなるので、スプラグ11が内輪14から浮き上がる。
When the
When the
When the rotational speed of the
図4と図5によって、スプラグ11が浮き上がったときに、板ばね30がその浮き上がり量を抑制する効果について詳細に説明する。図5は、遠心力が作用して、浮き上がったときのスプラグ11の姿勢を説明する概念図である。図5において、遠心力が作用して浮き上がる前のスプラグの姿勢を破線で示す。説明の便宜のために、図5では、スプラグ11の傾き量を実際の傾き量より誇張して示している。
4 and 5, the effect of the
図4に示したように、法線nに対する傾斜面19bの傾きを「傾斜角θ」として、スプラグ11が内輪14から浮き上がる前後の姿勢を説明する。
As shown in FIG. 4, the posture before and after the
スプラグ11が内輪14から浮き上がったときの傾斜角θをθ1として(図5参照)、浮き上がる前の状態(内外輪14,15と接触点P及び接触点Qで接触している状態である)における接触角θをθoとすると(図4参照)、θ1はθoに比べて大きくなる。傾き規制部33aと傾斜面19bとが近接しているので、このようにスプラグ11の傾斜角θが増大した場合には、図5に矢印Aで示した位置で、傾斜面19bと傾き規制部33aとが直ちに接触する。
The inclination angle θ when the
スプラグ11の傾斜面19bと傾き規制部33aとが周方向に対向しているので、接触部したときには力Faが周方向に作用し、力Faが作用する方向は、板ばね30をその長手方向に圧縮する向きである。板ばねは、その長手方向と直角の向きに荷重をかけたときには容易に撓むことが出来るが、長手方向に荷重を負荷したときには剛性が高く、容易に撓むことが出来ない。したがって、力Faが作用したときに、傾き規制部33aが周方向に撓むときのばね定数は大きくなる。
この結果、外輪15の回転数が増加して遠心力が増大し、スプラグ11が傾き規制部33aに当接した場合には、傾き規制部33aの周方向の撓み量が小さいので、スプラグ11の傾斜角θが増大するのを防ぐことが出来る。
Since the
As a result, when the rotational speed of the
本実施形態の板ばね30が、スプラグ11の浮き上がりを防止する効果を説明するために、比較例として、従来の板ばね103を使用したときのスプラグ101の挙動を説明する(図6参照)。
従来の板ばね103では、スプラグ101に近接する傾き規制部が設けられていない。このため、スプラグ101に遠心力が作用して傾き量(図4における傾斜角θで表される傾き量である)が増大したときには、スプラグ101のばね受け部106が板ばね103を径方向内方に押して、力Frが増加するに過ぎなかった。しかし、板ばね103は、長手方向と直角の向きには容易に撓むことが出来て、力Frの作用する方向でのばね定数は小さい。このため、スプラグ101の傾き量が増加しても力Frはほとんど増加しない。この結果、スプラグ101の傾き量の増加を抑制することが出来ないので、スプラグ101が過剰に浮き上がるのを抑制することが出来なかった。
In order to explain the effect of the
The
これに対して、本実施形態では、スプラグ11を周方向に支持することによって高い剛性で支持出来るので、浮き上がろうとしたときに傾斜の増加を抑制して、スプラグ11が過剰に浮き上がるのを抑制することが出来る。
On the other hand, in this embodiment, since the
また、スプラグ11の浮き上がり量は出来る限り小さくするのが望ましい。そうすることにより、スプラグ11が再び内輪14と接触する位置に戻るときの速度の上昇を抑えることが出来て、スプラグ11や内輪14の接触面に摩耗や圧痕などの損傷を抑制できるからである。また、内輪14とスプラグ11が摺接しながら空転することによる摺接面が摩耗することを防止するためには、ごく小さな浮き上がり量で十分だからである。
本実施形態の一方向クラッチ10では、スプラグ11が浮き上がる前の状態では、傾斜面19bと傾き規制部33aとが接近して組み付けられているので、スプラグ11が浮き上がろうとするときに、直ちに傾き規制部33aと当接してスプラグ11の傾きを抑えることが出来る。したがって、スプラグ11が内輪14の外周面から浮き上がる量を小さくすることが出来る。
Further, it is desirable to make the amount of lifting of the
In the one-
この結果、外輪15が空転してスプラグ11が内輪14から浮き上がった後、回転数が急激に低下し、あるいは外輪15が回転を停止することによって、スプラグ11が外輪15及び内輪14と再び接触する場合でも、スプラグ11の移動量が小さいので、接触したときの衝撃を大幅に低減することが出来る。したがって、スプラグ11及び内輪14の接触面における摩耗や圧痕などの損傷を低減することが出来る。
As a result, after the
また、傾き規制部33aは、板ばね30に一体に形成されていて、リボンスプリングをプレス成型するときに付勢部33と同時に形成することが出来る。したがって、スプラグの傾斜を抑制するために新たな部品を付加する必要がなく、コストが高くなることがない。
更に、スプラグ11に荷重を負荷する付勢部33と、スプラグ11の傾きを抑制する傾き規制部33aとを一体に形成することによって、傾き規制部33aと付勢部33との相対的な位置を、高い精度で製作することが出来る。したがって、スプラグ11を組み付けたときに板ばね30の付勢部33とスプラグ11のばね受け面19aとが接触すると、必然的に傾き規制部33aとスプラグの傾斜面19bとが近接する。この結果、スプラグ11が浮き上がろうとするときには、すぐに板ばね30の傾き規制部33aに接触するので、過剰な浮き上がりを確実に防止出来る。
Further, the
Further, the biasing
以上説明したように、本実施形態の一方向クラッチ10では、外輪15が空転したときのスプラグ11の浮き上がり量を小さくすることが出来る。そのため、外輪15が空転した後、回転数が急激に低下あるいは外輪15が回転を停止したときに、スプラグ11が外輪15及び内輪14と再び係合する場合でも、スプラグ11の移動量を小さくすることが出来る。その結果、接触したときの衝撃を大幅に低減することが出来るので、内輪14の転走面やスプラグ11の内輪係合面17に圧痕や摩耗の発生を低減することが出来る。
As described above, in the one-
10:一方向クラッチ、11:スプラグ、12:保持器、13:リボンスプリング、
14:内輪、15:外輪、16:外輪係合面、17:内輪係合面、18:ポケット、
19:ばね受け部、19a:ばね受け面、19b:傾斜面、20:円環部、21:架橋部、23:窓孔、30:板ばね、33:付勢部、33a:傾き規制部、100:一方向クラッチ、101:スプラグ、102:保持器、103:板ばね、104:外輪、105:内輪、106:ばね受け部
10: one-way clutch, 11: sprag, 12: cage, 13: ribbon spring,
14: inner ring, 15: outer ring, 16: outer ring engaging surface, 17: inner ring engaging surface, 18: pocket,
19: spring receiving portion, 19a: spring receiving surface, 19b: inclined surface, 20: annular portion, 21: bridging portion, 23: window hole, 30: leaf spring, 33: biasing portion, 33a: inclination regulating portion, 100: One-way clutch, 101: Sprag, 102: Cage, 103: Leaf spring, 104: Outer ring, 105: Inner ring, 106: Spring receiving part
Claims (2)
前記スプラグを周方向に所定間隔で保持する保持器と、
前記保持器から前記スプラグに向けて舌状に伸びて、弾性をもって前記スプラグを付勢する板ばねと、を備え、
前記板ばねは、
径方向に撓んで前記スプラグを径方向外方に付勢する付勢部と、前記スプラグが動力を伝達しないときに前記スプラグと周方向に弾性接触する傾き規制部と、を一体に有する、
スプラグ型一方向クラッチ。 A plurality of sprags that are incorporated in an annular space sandwiched in the radial direction between the inner ring and the outer ring that rotate relatively, and transmit or block power;
A retainer for retaining the sprags at predetermined intervals in the circumferential direction;
A leaf spring extending in a tongue shape from the cage toward the sprag and elastically urging the sprag.
The leaf spring is
A biasing portion that flexes in the radial direction and biases the sprag radially outward, and an inclination regulating portion that elastically contacts the sprag in the circumferential direction when the sprag does not transmit power.
Sprag type one-way clutch.
請求項1に記載するスプラグ型一方向クラッチ。 The circumferential spring constant of the tilt restricting portion is larger than the radial spring constant of the biasing portion,
The sprag type one-way clutch according to claim 1.
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