JP2016188654A - ワンウェイクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】スプライン嵌合部の組付け性を向上させつつ、スプライン部の体格増加を抑制するワンウェイクラッチを提供する。【解決手段】非回転体にスプライン嵌合されている固定部材１０ａと、固定部材に対して相対回転が可能な回転部材とを備え、回転部材の固定部材に対する所定方向の回転を規制し、かつ所定方向とは逆方向の回転を許容する係合機構を備えるワンウェイクラッチにおいて、上記逆方向の噛み合い時における非回転体１５ａと固定部材１０ａとの接触面積は、上記所定方向の噛み合い時における接触面積よりも大きい。加えて、相対回転方向における非回転体１５ａの歯厚中心から端部までの長さは、上記所定方向よりも上記逆方向の方が小さい、または、相対回転方向における固定部材１０ａの歯厚中心から端部までの長さは、上記所定方向よりも上記逆方向の方が大きいことを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、非回転体に固定されている固定部材と、その固定部材に対して相対回転可能な回転部材があって、その回転部材の固定部材に対する所定方向の回転を規制し、かつ所定方向とは逆方向の回転を許容する係合機構を備えるワンウェイクラッチに関する。

この種のワンウェイクラッチとしては、例えば特許文献１に記載される内燃機関の始動回転力伝達に用いられるワンウェイクラッチがある。ワンウェイクラッチの回転部材を所定の固定部材に締結するとともに、その固定部材をエンジンブロックやトランスミッションケースなどの固定体に固定することにより、ワンウェイクラッチの回転部材の回転を規制することができる。ワンウェイクラッチの回転部材と固定部材との締結には、例えば、スプラインが広く用いられている。

ワンウェイクラッチの組付時、回転部材と固定部材との締結部（スプライン部）が目視できる位置にないため、スプライン位相を目視で確認しながら組付けることができない。そのため、ワンウェイクラッチを固定する固定プレートのスプライン部と、ワンウェイクラッチのスプライン部との位相を合せるのが困難である。かかる課題に対して特許文献１のスプライン部には、組付け性向上のために誘い形状（例えば面取り等）が設けられている。

特開２００３−３２９０６３号公報

特許文献１のように回転方向の組付性向上のため、スプライン部の両側に誘い形状を設けると、スプライン軸方向の体格が増加してしまう。これはスプライン部に誘い形状を両側に設けることで、ワンウェイクラッチとプレート部材との噛合時の噛合い長さが減少し、スプライン部の接触面積が減少するため、面圧が高くなってしまうことが原因である。したがって、その誘い形状分だけスプライン部の長さを長くし、噛み合い時の接触面積を担保しなければならず、スプライン部の軸方向の体格増加を招く。そのため、スプライン部の組付性とスプライン部の体格低減を両立することができない。

そこで本発明は上記課題に鑑みて創出されたものであり、スプライン嵌合部の組付性と、スプライン部の体格の増加抑制を両立するワンウェイクラッチを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかるワンウェイクラッチは、非回転体にスプライン嵌合されている固定部材と、固定部材に対して相対回転が可能な回転部材とを備え、回転部材の固定部材に対する所定方向の回転を規制し、かつ所定方向とは逆方向の回転を許容する係合機構を備える。更に上記逆方向の噛み合い時における非回転体と固定部材との接触面積は、上記所定方向の噛み合い時における接触面積よりも大きい。加えて、相対回転方向における非回転体の歯厚中心から端部までの長さは、上記所定方向よりも上記逆方向の方が小さい、または、相対回転方向における固定部材の歯厚中心から端部までの長さは、上記所定方向よりも上記逆方向の方が大きいことを特徴とする。
上記構成によれば、非回転体と、固定部材とのスプライン歯車の位相が、それぞれに設けられた誘い形状の分だけずれても、ワンウェイクラッチを押し込むことでワンウェイクラッチが回転し、位相が合うため組付けが可能になる。更に非回転体の所定方向（または固定部材の逆方向）には大きな誘い形状が必要ないため、逆方向の噛み合い時におけるスプライン部の接触面積を確保することができる。そのため、噛み合い時における単位面積当たりの面圧上昇を抑制することができ、スプライン部の体格を大きくすることなく、スプライン部の噛み合い時における耐久性を担保できる。以上より、本発明によると、スプライン嵌合部の組付け性の向上と、スプライン部の体格の増加抑制とを両立することができるワンウェイクラッチを得ることができる。

ここに開示されるワンウェイクラッチの好ましい一態様では、非回転体の所定方向のスプライン側面から前記端部までの長さは、ワンウェイクラッチのバックラッシよりも小さいことを特徴とする。
上記構成によれば、所定方向と逆の回転方向に設けられた誘い形状に沿って、ワンウェイクラッチが回転してもスプライン嵌合することができる。仮に所定方向と逆の回転方向に設けられた誘い形状が、ワンウェイクラッチのバックラッシよりも大きいと、所定方向と逆の回転方向に設けられた誘い形状に沿って、ワンウェイクラッチが回転してワンウェイクラッチがロックされる。そのため、所定方向の回転が阻害されて、組付け性が困難になる。

本発明のワンウェイクラッチを搭載した車両の構成の一例を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチの構成の一例を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチにおける固定プレートの一例を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチにおける固定プレートのスプライン歯車形状の一例を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチにおける誘い形状の詳細を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチと、プレート部材との組付け順序の一例を示す断面図である。 本発明のワンウェイクラッチと、プレート部材との位相合わせ手順の一例を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチと、プレート部材との位相合わせ手順の一例を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチと、プレート部材との位相合わせ手順の一例を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチと、プレート部材との位相合わせ手順の一例を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチと、プレート部材との位相合わせ手順の他の例を示す図である。 本発明のワンウェイクラッチと、プレート部材との位相合わせ手順の他の例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。
以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付して説明し、重複する説明は省略または簡略化することがある。また、各図における寸法関係（長さ、幅、厚さ等）は実際の寸法関係を反映するものではない。

図１は本発明のワンウェイクラッチを搭載した車両の駆動力伝達経路のスケルトン図を示したものである。車両は、動力源としてエンジン（ＥＮＧ）１ならびに第１モータ（ＭＧ１）２および第２モータ（ＭＧ２）３を搭載したハイブリッド車両である。車両はエンジン１が出力する動力を、動力分割機構４によって第１モータ２と駆動軸５とに分割して伝達できるように構成されている。また、第１モータ２で発生した電力で第２モータ３を駆動し、その第２モータ３が出力する動力を駆動軸５に伝達するように構成されている。

動力分割機構４は、例えばサンギア６、リングギア７、およびキャリア８を有する遊星歯車機構によって構成されている。この動力分割機構４を構成する遊星歯車機構は、エンジン１の出力軸１ａと同一の回転軸線上に配置されている。第１モータ２は、動力分割機構４に隣接してエンジン１とは反対側に配置されていて、第１モータ２のロータ２ａがサンギア６に連結されている。このサンギア６に対して同心円状に、内歯歯車のリングギア７が配置されている。これらサンギア６とリングギア７とに噛合っているピニオンギアが、キャリア８によって自転および公転が可能なように連結されている。キャリア８には、この動力分割機構４の入力軸４ａが連結されている。その入力軸４ａが、ダンパ機構９およびワンウェイクラッチ１０を介して、エンジン１の出力軸１ａに連結されている。

ダンパ機構９は、出力軸１ａのトルク変動やトルク変動に起因する振動を抑制するためのものであり、フライホイール１３と一体に回転するように組み付けられている（図２参照）。

ハウジング１１は、ワンウェイクラッチ１０、第１モータ２、第２モータ３などを含む、駆動系を構成する機構を収容している。ハウジングとエンジンブロック１ｂとは、後述するワンウェイクラッチ１０のプレート部材１２（非回転体）を挟んで、ボルト１６締結等で一体に固定されている。

ワンウェイクラッチ１０は、相対回転する２つの部材１０ａ、１０ｂ、プレート部材１２、および係合機構（図示せず）から構成されている。固定部材１０ａとプレート部材１２とは、後述するようにスプライン等によって締結されている。プレート部材１２は、ハウジング１１およびエンジンブロック１ｂに固定されている。プレート部材１２と締結されていない回転部材１０ｂは、出力軸１ａに取り付けられている。係合機構は、いずれか一方の回転方向にのみ係合し、回転力が伝達されるのが許容されるものである。例えば、ラチェット式、スプラグ式、ポール式あるいはカム式等の公知技術によって構成されている。

上記のようにプレート部材１２を介して固定部材１０ａを固定することにより、ワンウェイクラッチ１０は、所定方向に対して逆回転することを阻止するブレーキとして作用する。具体的には、ワンンウェイクラッチ１０は、出力軸１ａが正回転する場合には自由に回転し、出力軸１ａが負回転する方向にトルクが出力軸１ａに作用した場合、係合して回転を止めるように構成されている。ここでの正回転は、エンジン１が燃焼運動する際のクランク軸の回転方向であり、負回転はその正回転に対して逆方向の回転である。

上記のように構成された車両は、エンジン１、第１モータ２、第２モータ３の各駆動力源を有効に利用して、エネルギー効率および燃費が向上するよう、かつ、ユーザが要求する駆動力を満たすように制御される。特にエンジン１の運転を停止してモータのみの出力で車両を駆動させるＥＶ走行時、大きな駆動力が要求された場合は、第１モータ２および第２モータ３の双方の出力によるＥＶ走行が行われる。具体的には、第１モータ２が負回転して出力軸５にトルクを出力するように制御され、第２モータ３が正回転して出力軸５にトルクを出力するように制御される。この場合、動力分割機構４の入力軸４ａには第１モータ２によって負回転方向のトルクが作用する。入力軸４ａは、ダンパ機構９およびワンウェイクラッチ１０を介して、エンジン１の出力軸１ａに連結されているため、ワンウェイクラッチ１０が係合される。その結果、エンジン１の出力軸１ａおよび動力分割機構４のキャリア８の回転が止められた状態で、第１モータ２および第２モータ３の両方の出力により、高出力でかつ高効率で車両をＥＶ走行させることができる。更に上記のようなワンウェイクラッチ１０を用いることで、第１モータ２および第２モータ３の双方の出力によるＥＶ走行時に、特別な制御等を行うことなく、容易に入力軸４ａの回転を固定することができる。

図２に、本発明を適用したワンウェイクラッチ１０の具体的な構成、および、エンジンブロック１ｂなどの固定体にワンウェイクラッチ１０を組付けた状態が示してある。エンジン１の出力軸１ａに、ワンウェイクラッチ１０の回転部材１０ｂおよびフライホイール１３が取り付けられている。具体的には、回転部材１０ｂおよびフライホイール１３が、ボルト１４によって出力軸１ａの先端に形成されたフランジ１ｃに固定されている。

ワンウェイクラッチ１０の固定部材１０ａには、プレート部材１２が取り付けられている。具体的には、固定部材１０ａとプレート部材１２とが、ワンウェイクラッチ１０の回転軸方向（図２で左右方向）に移動するように設けられたスプラインによって締結されている。図２に示す例では、プレート部材１２の内周部分の基体部１２ａにスプライン歯車１５ａが形成され、固定部材１０ａにスプライン孔１５ｂが形成されている。そして、プレート部材１２の外周部のフランジ部１２ｂがエンジンブロック１ｂとハウジング１１との間に挟み込まれた状態でボルト１６によって締結されている。

ワンウェイクラッチ１０は、前述したように固定部材１０ａと回転部材１０ｂとの間に、例えばラチェット式やスプラグ式等の係合機構（図示せず）が設けられている。係合機構は、回転部材１０ｂに正回転方向のトルクが作用する場合、固定部材１０ａと回転部材１０ｂとの間の相対回転を許容する。一方で回転部材１０ｂに負回転方向のトルクが作用する場合、係合して固定部材１０ａと回転部材１０ｂとを一体化するように構成されている。したがって、このワンウェイクラッチ１０は、出力軸１ａが正回転する場合、その出力軸１ａと入力軸４ａとの間でトルク伝達し、出力軸１ａに負回転方向のトルクが作用する場合、固定部材１０ａと共に出力軸１ａの回転を止めて固定するブレーキとして作用するように構成されている。

図３にプレート部材１２の具体的な構成を示してある。プレート部材１２は、中心が円形に切り抜かれた基体部１２ａ、および基体部１２ａの外周に存在するフランジ部１２ｂによって構成されている。基体部１２ａには、固定部材１０ａに形成されたスプライン孔１５ｂと嵌合するスプライン歯車１５ａが形成されている。

図４にスプライン歯車１５ａの具体的な構成を示してある。プレート部材１２のスプライン歯車１５ａ（非回転体）は、所定方向（ワンウェイクラッチ１０の回転を規制する方向）に設けられた誘い形状が、歯先の所定方向と逆の回転方向（ワンウェイクラッチ１０の回転を許容する方向）に設けられた誘い形状よりも小さい。
上記構成を取ることで、ワンウェイクラッチ１０のスプライン孔１５ｂと、プレート部材１２のスプライン歯車１５ａとの位相が、プレート部材１２の誘い形状の分だけずれても、ワンウェイクラッチ１０を押し込むことでワンウェイクラッチ１０が回転し、位相が合うため組付けが可能になる。更にプレート部材１２の所定方向には大きな誘い形状が必要ないため、逆方向の噛み合い時におけるスプライン部の接触面積を確保することができる。そのため、単位面積当たりの面圧上昇を抑制することができ、スプライン部の体格増加を抑制することができる。
ここでは、プレート部材１２である非回転体（スプライン歯車１５ａ）の形状に上記特徴を持たしているが、上記構成に代わって、プレート部材１２と嵌合する固定部材１０ａの形状に特徴を持たせても良い。具体的には、固定部材１０ａの所定方向（ワンウェイクラッチ１０の回転を規制する方向）に設けられた誘い形状が、歯先の所定方向と逆の回転方向（ワンウェイクラッチ１０の回転を許容する方向）に設けられた誘い形状よりも大きい形状としても良い。また、非回転体と固定部材１０ａとの双方に上記形状を設けても良い。

図５にプレート部材１２の非回転体（スプライン歯車１５ａ）と固定部材１０ａとの誘い形状の詳細を示す。ここでは、スプライン歯車１５ａと固定部材１０ａとの双方に本件発明を適用した場合を示す。実線で示されているのは非回転体であり、点線で示されているのは固定部材１０ａである。非回転体と、固定部材１０ａとは所定方向と逆の回転方向に相対回転可能であり、相対回転方向における非回転体の歯厚中心から端部までの長さは、所定方向（ｂ）よりも逆方向（ａ）の方が小さい。固定部材１０ａの相対回転方向における歯厚中心から端部までの長さは、所定方向（ｂ’）よりも逆方向（ａ’）の方が大きい。ここでの歯厚中心とは、スプライン凸部の所定方向における幅中心である。また、ここでの端部とは、所定方向におけるスプライン先端平面の端部に相当する位置である。
上記構成を取ることで、所定方向または逆方向にずれても双方に誘い形状を設けてあり、組付けが容易となっている。特に逆方向の位相ずれに対しては、大きな誘い形状を設けることでより組付け性が向上されている。一方で所定方向には大きな誘い形状が必要ないため、噛み合い時におけるスプライン部の接触面積を確保することができる。そのため、噛み合い時における単位面積当たりの面圧上昇を抑制することができ、スプライン部の体格を大きくすることなく、スプライン部の噛み合い時における耐久性を担保できる。したがって、スプライン嵌合部の組付け性の向上と、スプライン部の体格の増加抑制とを両立することができる。

図６および図７にワンウェイクラッチ１０と、プレート部材１２との組付け順序の断面図を示す。まず、エンジンブロック１ｂにプレート部材１２を組付ける（工程１、図６）。その後、ワンウェイクラッチ１０をプレート部材１２に組付ける（工程２、図７）。その際、スプライン孔１５ｂと、スプライン歯車１５ａとの位相を合せて、組付ける必要がある。ただし、位相を合せる際、ワンウェイクラッチ１０は所定方向（ワンウェイクラッチ１０の回転を許容する方向）にしか回転させることができない。

図８−１０にワンウェイクラッチ１０と、プレート部材１２との組付け工程（工程２）を模式的に示す。仮にワンウェイクラッチ１０の固定部材１０ａと、プレート部材１２とのスプライン歯車１５ａの位相が、スプライン歯車１５ａの誘い形状の分だけずれた場合、固定部材１０ａがスプライン歯車１５ａの面取り部に接触する（図８）。その状態でワンウェイクラッチ１０（固定部材１０ａ）を軸方向へ押し込むと、ワンウェイクラッチ１０（固定部材１０ａ）が誘い形状に沿って回転し、位相が合う（図９）。そして、更に軸方向へ押し込むことでスプラインを完全に噛合わせることができる（図１０）。

更にプレート部材１２の所定方向と逆の回転方向に設けられた歯先の誘い形状は、ワンウェイクラッチ１０（スプライン歯車１５ａ）のバックラッシよりも小さい。図１１−１２に模式図を示す。図１１−１２の点線はワンウェイクラッチ１０（スプライン歯車１５ａ）のバックラッシを示す。具体的には、所定方向のスプライン側面から端部までの長さが、バックラッシよりも小さい。ここでの所定方向のスプライン側面とは、図５のスプライン歯車１５ａの右側面のことを言う。
上記構成によれば、所定方向に設けられた誘い形状に沿って、ワンウェイクラッチ１０（スプライン歯車１５ａ）が回転しても嵌合することができる（図１１）。仮に所定方向に設けられた誘い形状が、ワンウェイクラッチ１０（スプライン歯車１５ａ）のバックラッシよりも大きいと、所定方向に設けられた誘い形状に沿って、ワンウェイクラッチ１０が回転してワンウェイクラッチ１０がロックされる。そのため、所定方向と逆方向の回転が阻害されて、組付けが困難になる（図１２）。

以上説明した実施形態のワンウェイクラッチによれば、ワンウェイクラッチと、プレート部材とのスプライン歯車の位相が、プレート部材の誘い形状分だけずれても位相を合せることができ、組付けが容易になる。更に所定方向の誘い形状を小さくすることができ、スプライン孔とスプライン歯車との噛合時の接触面積の減少を抑制することができる。そのため、噛み合い時における単位面積当たりの面圧上昇を抑制することができ、スプライン部の体格を大きくすることなく、スプライン部の噛み合い時における耐久性を担保できる。したがって、スプライン嵌合部の組付け性の向上と、スプライン部の体格の増加抑制とを両立することができる。以上より、本発明によると、従来のワンウェイクラッチよりスプライン嵌合部の組付性を向上させつつ、スプライン部の体格増加を抑制することのできるワンウェイクラッチを得ることができる。

ここで開示されるワンウェイクラッチ１０は各種用途に利用可能であるが、例えばプラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、電気自動車（ＥＶ）等の車両に搭載されるワンウェイクラッチとして好適に利用し得る。

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１ エンジン
２ 第１モータ
３ 第２モータ
４ 動力分割機構
５ 駆動軸
６ サンギア
７ リングギア
８ キャリア
９ ダンパ機構
１０ ワンウェイクラッチ
１１ ハウジング
１２ プレート部材
１３ フライホイール
１４ ボルト
１５ スプライン
１５ａ スプライン歯車
１５ｂ スプライン孔
１６ ボルト

Claims (2)

1. 非回転体にスプライン嵌合されている固定部材と、前記固定部材に対して相対回転が可能な回転部材とを備え、前記回転部材の前記固定部材に対する所定方向の回転を規制し、かつ所定方向とは逆方向の回転を許容する係合機構を備えるワンウェイクラッチにおいて、
   前記逆方向の噛み合い時における前記非回転体と前記固定部材との接触面積は、前記所定方向の噛み合い時における接触面積よりも大きく、かつ、
   前記相対回転方向における前記非回転体の歯厚中心から端部までの長さは、前記所定方向よりも前記逆方向の方が小さい、または、前記相対回転方向における前記固定部材の歯厚中心から端部までの長さは、前記所定方向よりも前記逆方向の方が大きいことを特徴とする、ワンウェイクラッチ。
2. 前記非回転体の前記所定方向のスプライン側面から前記端部までの長さは、前記ワンウェイクラッチのバックラッシよりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載のワンウェイクラッチ。