JP2016508582A - マルチモードクラッチモジュール - Google Patents

Abstract

変速機クラッチモジュールは、内側レースと、外側レースと、レースをロック位置又はアンロック位置に選択的に共に確保するように適合されたつめに係合する複数のレースとを含む。クラッチモジュールは、つめを制御するために２つの角度的に離間した位置の間に移動されるように構成されたアクチュエータカムを含む。内側レースは、２つの軸方向に離間した内側レースプレートから構成され、これらのプレートは、つめを保持して、つめの角度的に限定された運動を受け入れるためにリベットによって共に軸方向に確保される。つめは、内側レースプレートを中心に円周方向に配置され、アクチュエータカムによって阻止されない限り、外側レースに係合するためにばねによって半径方向外側に付勢される。つめは、一方の端部で加重され、この結果、内側レースの閾値速度において、つめは、ばね抵抗を克服して、アクチュエータカム及び外側レースの両方から係合解除する。【選択図】図１

Description

本発明の開示は、一般に、自動車の変速機用のオーバーランニングクラッチに、より詳細には、このような変速機に使用されるマルチモードクラッチに関する。

自動車は、典型的に、エンジンから駆動シャフトを通して原動力を伝達して、車輪を回転させるように構成された回転クランクシャフトを収容する内燃機関を含む。変速機は、クランクシャフトと駆動シャフトとの間のトルク及び速度比を選択的に制御するために、エンジンと駆動シャフト構成要素との間に間挿される。手動操作の変速機では、利用可能な変速ギヤ比の間の手動シフトを容易にするために、対応する手動操作のクラッチをエンジンと変速機との間に間挿して、クランクシャフトを駆動シャフトに選択的に係合し、それから係合解除することが可能である。

他方、変速機が自動である場合、変速機は、通常、運転者の介入を必要とすることなく様々に利用可能なギヤ比の間で動的にシフトするように適合された内側の複数の自動作動式クラッチを含む。クラッチモジュールとも呼ばれる複数のクラッチは、自動ギヤ比変更を容易にするためにこのような変速機内に組み込まれる。

自動車用の自動変速機では、後進ギヤを含まず、３〜１０の前進ギヤ比が利用可能であり得る。様々なギヤは、構造上、内側ギヤ、キャリアによって支持された遊星又はピニオンギヤのような中間ギヤ、及び外側リングギヤから構成され得る。特定の変速機クラッチは、所望の比率変更を容易にするために、変速機内の選択可能なギヤの特定の組と関連付け得る。

自動変速機は多数のギヤ比を受け入れるために複数のギヤセットを含むので、摩擦ドラッグが変わらぬ問題であり、ドラッグは、使用する様々な部品の機械的相互作用から発生する。多くの努力が、自動変速機の構成要素及びシステム内の摩擦ドラッグの低減方法の確認に向けられてきた。

例えば、１速（低速）及び後進ギヤ比と関連する自動変速機のクラッチモジュールの１つは、通常、変速機の前部に、またエンジンクランクシャフトに近接して配置し得る。クラッチは、内側レースと、内側レースを中心に円周方向に配置された外側レースとを有し得る。レースの一方、例えば内側レースは、一方向にのみ駆動回転可能であり得る。内側レースは、例としてローラ、スプラッグ、又はつめのような、しかしそれらに限定されない係合機構を介して外側レースに選択的にロックし得る。前記の一方向では、内側レースは、回転運動をエンジンから駆動系に直接伝達するために有効であり得る。

後者のシステム内で、外側レースは、自動変速機の関連の遊星部材の内部ケース又はハウジングに固定し得る。このような状況下では、第１の構造では、内側レースは、一回転方向に駆動するが、オーバーランニングと称される状態で、反対方向に自由回転するように適合される必要があり得る。当業者は、ある運転状態下で、例えば車両が下り坂走行しているとき、オーバーランニングが特に望ましいかもしれないことを認識するであろう。このような状況下では、駆動系は、場合により、その関連のエンジンクランクシャフトよりも速く回転する傾向を有し得る。内側レースが外側レースをオーバーランすることを可能にすることにより、エンジン及び／又は変速機の構成要素に対する損傷を回避し得る。

第２の構造では、例えば、車両が後進ギヤにあり得るとき、係合機構は、内側レースの両方の回転方向に能動的に係合するために適合することが可能であり、したがって、非駆動の方向にオーバーランニング状態を可能にしない。

ある回転速度閾値の上方では、係合機構の相互作用の必要性がなくなり、特に、１速（低速）及び／又は後進ギヤ比と関連する係合機構が不要になり得る。したがって、ドラッグに貢献するよりもむしろ、例えば高速道路の速度では、クラッチ部品の任意の部品を有する係合機構、特に低速／後進クラッチモジュールと関連する係合機構の相互作用を低減及び／又は回避する本質的な動機づけがある。

本開示の一態様に従って、マルチモードクラッチモジュールが開示される。クラッチモジュールは、内側レースと、内側レースを中心に同心円に配置された固定された外側レースと、内側レースと外側レースとの間に円周方向に配置された複数の係合機構とを備える。各々の係合機構は、ロック位置を提供するように適合され、この場合、機構は、内側レースを外側レースに駆動回転方向に、また内側レースが反対の非駆動の回転方向に自由回転することを可能にするアンロック位置にロックする。

他の態様によれば、マルチモードクラッチモジュールは、２つの位置を有するアクチュエータカムプレートを含み、１つの位置は、内側レースの第１の駆動方向の回転運動をロックするが、対向する第２の方向に内側レースが自由回転することを可能にする。

他の態様によれば、クラッチモジュールのアクチュエータカムは、両方向の回転運動において、外側レースに対する内側レースのロックを保証する第２の位置を組み込む。

さらに他の態様において、係合機構は、内側レースの特定の回転速度においてレースから遠心的に係合解除するように適合される。

本発明のこれらの及び他の態様及び特徴は、次の詳細な説明及び添付図面を参照することによってより良く認識され得る。

本発明に従って構成された自動変速機クラッチモジュールの斜視図であり、ある細部を明らかにするためにその２つの内側レースプレートの一方を取り除いて示している。 本発明に従って構成された図１のクラッチモジュールの様々な相互作用部分の分解図である。 図１の完全に組み立てられたクラッチモジュールの部分の斜視断面図である。 図１のクラッチモジュールの部分の拡大側面図であり、カムアクチュエータと相互作用する１対の係合機構を明らにするために、再び２つの内側レースプレートの一方を取り除いており、内側レースの駆動回転方向のロック位置、及び反対側の非駆動の回転方向（一方向モード）の自由回転位置を示している。 図４Ａの同一の係合機構の側面図であるが、内側レースは、駆動及び非駆動の両方の回転方向においてロック位置に従属している（ロックモード）。

図面が同じ縮尺でないこと、及び開示した実施形態が概略的にのみ、かつ部分図面で示されていることを理解すべきである。同様に、本開示が本明細書に示した特定の実施形態に限定されないことを理解すべきである。

図１を参照すると、クラッチモジュール１０は、自動変速機（図示せず）のサブユニットとして利用されるように適合し得る。このような変速機は、例えば、前輪駆動の自動車に使用してもよい。クラッチモジュール１０は、外側ケース又はハウジング１２、ならびにエンジン（図示せず）から車両の駆動系（図示せず）に動力を伝達するために適合された内部被駆動ハブ１４を含み得る。

軸方向に配向された円周方向に離間した歯部１６が、内部被駆動ハブ１４の外側周辺に設けられる。次に図２も参照すると、軸線「Ａ−Ａ」に沿って離間した２つのプレート２０Ａと２０Ｂとして形成された内側レース２０が、歯部１６を介してプレートの回転運動を支持するために適合される。このために、プレート２０Ａと２０Ｂは、歯部１６に係合するように適合された当該プレートの内側周辺の円周方向に戻り止め１８を有する。

特に図２を参照すると、外側レース２２が中間に、あるいは２つの内側レースプレート２０Ａと２０Ｂの間に配置される。内側レースプレート２０Ａと２０Ｂは、本開示では具体的にリング構造体として表示されているが、他の構造が本開示の範囲内で使用するために適切であり得る。外側レース２２は、マルチモードクラッチモジュール１０内に示されているように、外側ケース又はハウジング１２の内部に対して回転して固定され、アクチュエータカム２４は、外側レース２２と内側レース２０のプレート２０Ｂとの間に配置される。アクチュエータカム２４は、さらに以下に説明するように、２つの円周方向に離間した位置の間で軸線Ａ−Ａを中心に小さな角度にわたって回転されるように適合される。その内部の周辺内に、アクチュエータカム２４は、戦略的に配置された列の円周方向に離間した凹部を組み込み、これらの凹部は、ここではスロット２６と呼ばれ、これらのスロットは、ここでカム歯２８と呼ばれる突出部によって画定されかつそれらの間に配置される。スロット２６及びカム歯２８は、次に記載し得るつめ３０と相互作用するように適合される。

開示したように、つめ３０は、クラッチモジュール１０の軸線Ａ−Ａを中心に円周方向に位置決めされた細長い硬化された鋼部材である。代わりに、つめは、鍛造物又は他の製造された構造体であり得るか、さもなければ、任意の特定のクラッチ設計に必要な負荷の係合を取り扱うように一般に適合され得る。つめは、両方の内側レース２０及び外側レース２２の両方と相互作用するように配置され、対向対３０Ａと３０Ｂの組に配置される。アクチュエータカム２４は、さらに以下に説明するように、内側レース２０と外側レース２２との間のつめ３０Ａと３０Ｂの相互作用を制御するように適合される。

液圧アクチュエータ３２（図１）は、アクチュエータ連結部３４に係合して、上に指摘した２つの角度的に離間された位置の間にアクチュエータカム２４のアクチュエータタブ４０（図２）を移動させる。次に図３も参照すると、内側レースプレート２０Ａと２０Ｂ、外側レース２２、及びアクチュエータカム２４が、クラッチモジュール１０の部分断面図内で組み立てられているのが示されている。軸方向に延びるリベット４２（図２）が、２つの内側レースプレート３０Ａと３０Ｂを共に確保するために使用されることが認識されるであろう。リベット４２は、プレート２０Ａと２０Ｂの各々の開口４３（図３）を通して延びて、堅固に２つのプレートを共に保持し、したがって、プレートに対する任意の相対回転を防止する。リベット４２の代わりに、内側レースプレート２０Ａ、２０Ｂを共に共に確保するために、他の構造的な締結体を本開示の範囲内で使用してもよい。

上記のことに鑑みて、アクチュエータ３２が最終的にアクチュエータタブ４０を制御し、次に、このタブが、２つの別個の角度位置の間にアクチュエータカム２４を移動させることが認識されるであろう。したがって、つめ３０Ａと３０Ｂの位置決めは、リベット止めされた内側レースプレート２０Ａと２０Ｂの間に軸方向に保持されるように、さらに以下に説明するように、アクチュエータカム２４によってばね４４の力に対抗して直接制御される。

次に具体的に図３を参照すると、２つの内側レースプレート２０Ａと２０Ｂが、ケース又はハウジング１２内で回転するように適合されることが指摘される。アクチュエータカム２４がその２つの特定の角度位置の最初の位置にあると仮定すると、つめの１組、例えばつめ３０Ｂが、内側レース２０（すなわち、プレート２０Ａと２０Ｂ）を外側レース２２にロックして、１つの方向に、例えば反時計回りに駆動して回転する。クラッチモジュール１０が自動の１速又は駆動ギヤ構造にあるときは常に、外側レース２２に対して内側レース２０の自由回転を許容するように、つめ３０Ａが反対の回転方向に、例えば時計回りにロック解除される。

代わりに、アクチュエータカム２４がその２つの角度位置の第２の位置にあるとき、両方の組のつめ３０Ａと３０Ｂは、内側レースを外側レースにいずれかの回転方向にロックして、すなわち、オーバーランニングが望ましくないモードにあるときに、後進又は手動の１速ギア構造を受け入れる。マルチモードクラッチの両方の構造では、外側レース２２が外側のケース又はハウジング１２に対して回転不能のままであることが指摘される。つめ３０Ａと３０Ｂとの相互作用を受け入れるため、外側レースの内周２２（図２のその底部部分を参照）は、円周方向に離間したノッチ３６を収容し、ノッチの各々は、半径方向内側に突出する対の歯部３８によって画定されかつそれらの間に配置される。

次に図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、アクチュエータタブ４０の第１及び第２の角度位置が、それぞれ示されている。図４Ａには、アクチュエータタブ４０が、第１のモードを表す第１の（右側に角度を付けた）選択可能な位置に示されている。後者の構造では、アクチュエータカム２４は、つめ３０Ａのトウ端部５０が、ノッチ３６との、したがって外側レース２２の内部の歯部３８との係合が、カム歯２８によって阻止されるように位置決めされる。このように、内側レース２０は、外側レース２２に対して自由回転し、したがって、内側レース２０が図示したように時計回りに回転しているときに、オーバーランニング状態を可能にする。しかし、逆に、アクチュエータカム２４の位置は、つめ３０Ｂのトウ端部５２がアクチュエータカム２４のアクチュエータスロット２６に係合し、これによって、内側レース２０が駆動、又は反時計回りの回転運動を受けるときは常に、外側レース２２の歯部３８に直接係合して、内側レース及び外側レース２０と２２を共にロックすることを可能にする。

図４Ｂには、アクチュエータタブ４０が、手動の１速又は後進ギヤモードを表す第２の（左側に角度を付けた）選択可能な位置に示されている。後者の構造では、アクチュエータカム２４は、つめ３０Ａと３０Ｂの両方の組のトウ端部５０、５２が、アクチュエータカム２４のアクチュエータスロット２６に係合し、また内側レース２０の回転方向に関わらず、上述のように外側２２と相互作用して、内側レース２０を外側レース２２にロックするように位置決めされる。

引き続き、次に図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、つめ３０Ａと３０Ｂは、非対称に成形され、逆側で同一である。対向つめの各対は、図示したように内側レースプレート２０Ａと２０Ｂのそれ自体のボータイ形状のつめ開口６０（図３）内に移動可能に保持される。各々の個々のつめ３０Ａ、３０Ｂは、単一のばね４４を介して半径方向外側に付勢される。各々のばねは、基部４５と、１対のばねアーム４６と４８とを有する。ばねアーム４６は、つめ３０Ａの底部を支承し、一方、ばねアーム４８はつめ３０Ｂの底部を支承し、各々のばねは、それぞれのトウ端部５０、５２を付勢して、外側レース２２の歯部３８と係合させる。

両側の各々のトウ端部５０と５２、各々のつめ３０Ａと３０Ｂは、それぞれヒール端部５４と５６を有する（図４Ａ及び図４Ｂ）。既述したように、アクチュエータカム２４の内周のスロット２６は、内側レースと外側レースとを共に物理的にロックするために、各々のトウ端部５０、５２が外側レースのノッチ３６（図２）に係合して、トウ端部が外側レース２２の内周の外側レース歯部３８（図２）に係合することを許容するように、選択的に位置決めすることが可能である。

動作上、半径方向内側に垂れ下がるアクチュエータカム歯２８は、つめ３０のこのようなトウ端部５０、５２が、それぞれのばねアーム４６、４８によって半径方向外側に、またノッチ３６内に付勢されることを選択的に阻止するように適合される。このようなトウ端部５０、５２とのカム歯２８の相互作用は、例えば、手動の１速又は後進ギヤ用の上述の構造の場合のように、外側レース２２に対する内側レース２０の前述の自由回転を許容する機構を規定する。

即時の開示では、ヒール端部５４と５６は、トウ端部５０、５２よりも大きな質量を収容するように設計され、この結果、内側レース２０の特定の閾値回転速度において、ヒール端部は、遠心回転力の下で半径方向外側に揺動する傾向を有する。この動作により、トウ端部５０、５２は、外側レース２２のノッチ３６から係合解除される。したがって、内側レース２０は、外側レース２２から係合解除される。このような力の下で、つめ３０Ａのトウ端部はばねアーム４６の下方を支承し、一方、つめ３０Ｂのトウ端部５２はそれぞればねアーム４８を支承する。各々の場合に、ヒールとトウ端部との質量差は、１）ばね４４のそれぞれのばねアーム４６、４８によって加えられる抵抗力を克服し、２）特定の回転速度閾値においてそれぞれのばねアーム４６、４８に対して、このような遠心力によって誘発される負荷を達成するように設計されなければならない。

このように、クラッチモジュール１０の１速又は後進ギヤ構造において、また例えば、５００ＲＰＭの閾値を超える内側レース２０の回転速度において、クラッチモジュール１０のつめ３０Ａと３０Ｂは、所定の回転速度によってそれらの上に加えられる遠心力の下で係合解除されるように適合される。このような閾値速度において、遠心力は、ばねアーム４６、４８の半径方向に対抗する力を克服する程度に十分であり、つめのトウ端部５０、５２が係合解除する。したがって、本開示は、クラッチモジュール内の寄生ドラッグ負荷を低減又は回避するための有効な方法を提供する。

マルチモードクラッチモジュールを製造する方法は、１対のリングプレートを設けて内側レースを形成する工程と、別個の環状構造を設けて外側レースを形成する工程であって、リングプレートが逆側で同一のつめ開口を含む工程とを含み得る。アクチュエータカム及び個々のつめも提供され、つめを、対のリングプレートの第１のリングプレートのつめ開口に挿入してもよく、外側レース及びアクチュエータカムを位置決めした後、次に整列された各々の組のつめ開口内につめが保持されることを保証しつつ、外側レースとアクチュエータカムとを共通の軸線に沿って２つのリングプレートの間に挟むように、第２のリングプレートが組み立てられる。組み立てられた内側レース、つめ、外側レース及びアクチュエータカムは、外側レースが回転不能にハウジングに確保されるように、かつ動作時、つめの各々が、内側レースの所定の回転速度において遠心力の下で、アクチュエータプレート及び外側レースから係合解除するように適合されるように、変速機クラッチハウジングに挿入される。

マルチモードクラッチモジュールを製造する方法はまた、またヒール端部とトウ端部とを有する細長い硬化された鋼部材を備えるつめを組み込むことが可能であり、ヒール端部はトウ端部よりも大きな質量を収容する。

本開示のクラッチモジュールは、自動車、トラック、オフロード車両、エンジン、自動変速機、及び駆動系を有するタイプの他の機械を含むがそれらに限定されない多様な車両用途に使用することが可能である。

開示したクラッチモジュールは、自動変速機のクラッチの内側レース及び外側レースに係合するために一般に使用されるつめと関連する寄生ドラッグの回避に対する特異な方法を提供する。各々のつめは、１対のリベット止めされた回転可能な内側レースの間に個別にかつ移動可能に配置することが可能であり、各々のつめは、その軸方向に配向された横方向端部を有し、これらの端部は、限定された角運動を許容するための対の対向ノッチ内に及び／又はそれらの間に捕捉される。

各々のつめのヒール端部があるより大きな質量を収容するように設計されるという範囲で、ヒール端部は、つめのトウ端部が、内側レースの所定の閾値回転速度においてそれらの関連の外側レースノッチから係合解除され得るように適切に加重し得る。この方法は、例えば自動変速機の１速（低速）及び後進クラッチモジュールにおける内側レース部材及び外側レース部材の継続係合又は相互作用を必要としない速度にわたって、寄生ドラッグの比較的簡単かつ確実な低減を可能にする。

Claims (15)

1. マルチモードクラッチモジュールであって、
   軸線を画定する対の内側レースプレートを備える内側レースであって、前記プレートが前記軸線を中心に半径方向に延びかつ軸方向に離間され、各々のプレートが円周方向に離間した複数のつめ開口を含む、内側レースと、
   前記軸線を中心に配置され、また前記軸線を中心に円周方向にかつ前記内側レースプレートの間に延びる外側レースであって、前記外側レースが、前記外側レースの内周内の円周方向に離間した半径方向内側に垂れ下がる複数の歯部を含み、各対の歯部が各対の歯部の間にノッチを画定する、外側レースと、
   前記軸線に対して直角に配置され、かつ２つの選択可能な位置の間の軸線を中心とする限定された角運動のために適合された少なくとも１つのアクチュエータカムと、
   円周方向に配置された前記複数のつめ開口内に支持された対向した対のつめであって、前記離間した対の内側レース内で角度をなして移動可能である対向した対のつめを備え、
   第１の選択可能なアクチュエータカム位置において、一回転方向の内側レースの回転により、前記対の対向したつめの第１のつめが前記外側レースのノッチ内に付勢され、前記外側レースの歯部に係合し、これによって内側レースと外側レースを共にロックし、一方、反対の回転方向の内側レースの回転により、前記対の対向したつめの第２のつめが、前記外側レースに対する前記内側レースの自由回転を許容し、
   前記第２の選択可能なアクチュエータカム位置において、いずれかの回転方向の内側のレースの回転により、前記つめが前記内側レースを前記外側レースにロックし、
   特定の回転速度において、前記対向した対のつめの各々の各つめが、前記クラッチモジュール内の寄生ドラッグを低減するために、前記アクチュエータカムとの、及び前記外側レースとの任意の接触から遠心的に係合解除するように適合される、
   マルチモードクラッチモジュール。
2. 前記内側レース及び前記外側レースが円形リングを備える請求項１に記載のマルチモードクラッチモジュール。
3. 前記外側レースが、前記対の内側レースプレートを中心にかつ前記対の内側レースプレートの間に円周方向に位置決めされる請求項１に記載のマルチモードクラッチモジュール。
4. 各々のつめがトウ端部とヒール端部とを備え、前記ヒール端部が前記トウ端部よりも大きな質量を収容する請求項１に記載のマルチモードクラッチモジュール。
5. 各対の対向したつめが単一のばね構造のアームによって外側方向に付勢される請求項１にマルチモードクラッチモジュール。
6. 前記対の対向したつめの各々の前記質量が、前記内側レースの閾値回転速度において前記つめの関連のばねアームの力を遠心的に克服する請求項５に記載のマルチモードクラッチモジュール。
7. 前記対の対向したつめの各々の前記ヒール端部の質量が、前記内側レースの閾値回転速度において前記つめの関連のばねアームの力を克服する請求項５に記載のマルチモードクラッチモジュール。
8. 前記アクチュエータカムが、前記外側レースと前記内側レースプレートの一方との間に配置された円形リングを備える請求項１に記載のマルチモードクラッチモジュール。
9. 前記内側レースプレートが、各々のつめ用の前記つめ開口を軸方向に整列して保持するように適合された軸方向に延びる複数のリベットによって堅固に共に確保される請求項１に記載のマルチモードクラッチモジュール。
10. クラッチモジュールであって、
    軸線を画定する対のプレートを備える内側レースであって、各々のプレートが、円周方向に配置された、対称的に整列された開口を有する内側レースと、
    前記プレートの中間に配置され、かつ前記内側レースと軸方向に整列された外側レースと、
    前記内側レースと前記外側レースとの間に半径方向に配置された複数の係合機構であって、各々の係合機構が、前記係合機構が前記内側レースと前記外側レースとを共にロックするロック位置と、前記少なくとも内側レースが前記外側レースに対して自由回転することを許容するアンロック位置とを含む複数の係合機構と、
    角度的に離間した２つの位置を有するアクチュエータカムプレートであって、前記係合機構のあるものが非駆動の方向に自由回転するように設定される第１の位置と、前記複数の係合機構の全体が駆動ならびに非駆動の方向でロックされる第２の位置とを含むアクチュエータカムプレートとを備え、
    前記係合機構のすべてが、前記内側レースの特定の回転速度において、前記アクチュエータ及び前記外側レースの両方から遠心的に係合解除される、
    クラッチモジュール。
11. 前記内側レース及び前記外側レースが円形リングを備える請求項１０に記載のクラッチモジュール。
12. 前記外側レースが、前記対の内側レースプレートを中心にかつ前記対の内側レースプレートの間に円周方向に位置決めされる請求項１０に記載のクラッチモジュール。
13. 各々のつめがトウ端部とヒール端部とを備え、前記ヒール端部が前記トウ端部よりも大きな質量を収容する請求項１０に記載のクラッチモジュール。
14. 各対の対向したつめが単一のばね構造のアームによって外側方向に付勢される請求項１０に記載のクラッチモジュール。
15. 前記対の対向したつめの各々が、前記内側レースの閾値回転速度において前記つめの関連のばねアームの力を遠心的に克服する請求項１４に記載のクラッチモジュール。

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