JP2021521398A - 切り替え可能なローラー式一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

切り替え可能な一方向クラッチは、一方向クラッチとしての動作と双方向ロッククラッチとしての動作との間で選択的に切り替えるために提供される。クラッチは、ハウジングと、外側レースおよびハウジングに回転可能に固定された内側レースとを含む。クラッチはまた、内側レースおよび外側レースと接触可能な複数のローラーを有するローラーケージアセンブリを含む。ローラーケージは、その中に複数のローラーを位置決めおよび収容するように構成される。クラッチはまた、内側レースと接触する環状ドラッグプレートを含む。環状ドラッグプレートは、ローラーケージに回転可能に固定され、ローラーケージに対して軸方向に移動可能である。電磁石アセンブリは、電気エネルギーに応答して磁化するように構成される。選択的な磁化によって環状ドラッグプレートを軸方向に引き付けることにより、クラッチは、動作モードを切り替えることができる。

Description

本特許出願は、２０１８年５月１４日に出願された米国特許出願第１５／９７８，３２７号の優先権を主張し、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般に、一方向クラッチに関し、より具体的には、切り替え可能な一方向クラッチに関する。

一方向クラッチは、特に車両のトランスミッション設定において知られている。一方向クラッチは、トルクを１つの回転方向に伝達することを可能にする一方で、トルクを係合解除またはフリーホイールすることによって他の回転方向に伝達することを禁止する。クラッチが選択的に一方向、双方向にロックされることができるか、またはいずれの方向にもロックされることができない切り替え可能な一方向クラッチも知られている。切り替え可能な一方向クラッチの一例は、米国特許出願公開第２０１７／００４５０９９号明細書に開示されている。

一実施形態によれば、切り替え可能な一方向クラッチは、ハウジングと、軸の周りに延在し且つ内面を有する外側レースとを含む。切り替え可能な一方向クラッチはまた、軸の周りに延在し且つ外面を有する内側レースを含み、内側レースは、ハウジングに対して固定されている。切り替え可能な一方向クラッチはまた、軸の周りに延在し、且つ内側レースおよび外側レースと接触可能な複数のローラーと、複数のローラーを位置決めおよび収容するように構成されたローラーケージとを有するローラーケージアセンブリを含む。切り替え可能な一方向クラッチはまた、軸の周りに延在し且つ内側レースの外面と接触する環状ドラッグプレートを含み、環状ドラッグプレートは、ローラーケージに回転可能に固定され、ローラーケージに対して軸方向に移動可能である。切り替え可能な一方向クラッチはまた、電気エネルギーに応答して磁化するように構成された電磁石アセンブリを含む。切り替え可能な一方向クラッチは、（ｉ）電磁石アセンブリが通電され、環状ドラッグプレートが電磁石アセンブリと接触する第１の軸方向位置にあり、環状ドラッグプレートおよびローラーケージが、ハウジングに対して回転可能に固定される第１のモードと、（ｉｉ）電磁石アセンブリの電気供給が停止され、環状ドラッグプレートが電磁石アセンブリから軸方向に離間した第２の軸方向位置にあり、環状ドラッグプレートおよびローラーケージアセンブリが、ハウジングに対して軸を中心に自由に回転する第２のモードとの間で切り替え可能である。

他の実施形態によれば、切り替え可能な一方向クラッチは、第１のレースを含む。切り替え可能な一方向クラッチはまた、第１のレースと同心の第２のレースを含む。切り替え可能な一方向クラッチはまた、第１のレースと第２のレースとの間に半径方向に配置された複数のローラーを有するローラーケージアセンブリを含む。切り替え可能な一方向クラッチはまた、電気エネルギーに応答して磁化するように構成された電磁石アセンブリを含む。切り替え可能な一方向クラッチはまた、ローラーケージアセンブリに回転可能に固定されたドラッグプレートを含み、ドラッグプレートは、電磁石アセンブリの磁化に応答してローラーケージアセンブリに対して軸方向に移動するように構成される。

さらに他の実施形態では、切り替え可能な一方向クラッチは、外面と、複数の傾斜面特徴を有する内面とを有する外側レースを含む。切り替え可能な一方向クラッチはまた、内側レースを含む。切り替え可能な一方向クラッチはまた、第１の回転方向に回転するときにトルクを伝達し且つ第２の回転方向に回転するときにトルクを伝達しないことを選択的に可能にするように、内側レースと外側レースの複数の傾斜面特徴との間に半径方向に配置された複数のローラーを有するローラーケージアセンブリを含む。切り替え可能な一方向クラッチはまた、ローラーケージとともに両回転方向に回転するように拘束された環状ドラッグプレートを含み、電磁力の作用は、第１の軸方向に環状ドラッグプレートを移動させ、ローラーケージアセンブリを回転ロックして外側レースの移動を阻止し、電磁力を取り除くと、環状ドラッグプレートが第２の軸方向に移動し、ローラーケージアセンブリを回転ロック解除して、外側レースの回転移動を可能にする。

一実施形態にかかる、切り替え可能な一方向クラッチの分解斜視図である。 一実施形態にかかる、組み立てられた切り替え可能な一方向クラッチの一部の正面断面図である。 一実施形態にかかる、組み立てられた切り替え可能な一方向クラッチの一部の側面断面図である。 一実施形態にかかる、組み立てられた切り替え可能な一方向クラッチの他の部分の側面断面図である。

本開示の実施形態が本明細書に記載されている。しかしながら、開示された実施形態は、単なる例であり、他の実施形態は、様々な代替形態を取ることができることを理解されたい。図は必ずしも縮尺どおりではなく、一部の特徴は、特定の構成要素の詳細を示すために誇張または最小化されることができる。したがって、本明細書に開示される特定の構造的および機能的詳細は、限定として解釈されるべきではなく、単に、当業者に実施形態を様々に使用するように教示するための代表的な基礎として解釈されるべきである。当業者が理解するように、図のいずれかを参照して図示および説明される様々な特徴は、１つ以上の他の図に示される特徴と組み合わせて、明示的に図示または説明されない実施形態を生み出すことができる。図示された特徴の組み合わせは、典型的な用途についての代表的な実施形態を提供する。しかしながら、本開示の教示と一致する特徴の様々な組み合わせおよび変更は、特定の用途または実装のために望まれることができる。

以下に説明する様々な実施形態では、切り替え可能なローラー式一方向クラッチが開示される。切り替え可能なローラー式一方向クラッチはまた、本明細書では互換的に、選択可能なローラー式一方向クラッチ、双方向ローラー式一方向クラッチ、切り替え可能な一方向クラッチ、または単に「一方向クラッチ」、「ＯＷＣ」、もしくは「クラッチ」とも称される。例示的な実施形態では、切り替え可能な一方向クラッチは、ドラッグプレートを移動させて切り替え可能な一方向クラッチを以下の２つの状態間で変化させる電磁石アセンブリを含む：（１）クラッチが一方向（例えば、時計回り）にロックされ、反対方向（例えば、反時計回り）に自由な「ニュートラル」または「ロック解除」状態、および（２）クラッチが一方向（例えば、時計回り）にロックされ、また反対方向（例えば、反時計回り）にロックされる「アクティブ」または「ロック」状態。

図は参照されないが、図１は、分解された切り替え可能な一方向クラッチ１の分解斜視図を示している。図２は、組み立てられた切り替え可能な一方向クラッチ１の一部の正面断面図を示し、図３Ａ−図３Ｂは、組み立てられた切り替え可能な一方向クラッチ１の異なる位置から取られた２つの側面断面図を示している。以下に説明するように、ロックモードでは、１つ以上の電磁石または電磁石アセンブリ２０に通電すると、ドラッグプレート４０を軸方向に移動させ、これにより、ローラーケージアセンブリ６０を所定の位置に摩擦により保持する。次に、外側リング５０は、それがローラーケージアセンブリ６０のローラー６４に接触し、ローラー６４を内側リング３０に対してピンチし、それによってクラッチ１を双方向にロックするまで、いずれかの方向に少量だけ移動することができる。

切り替え可能な一方向クラッチ１は、以下により詳細に説明される以下の構成要素を含む：ハウジング１０、電磁石アセンブリ２０、内側リング３０、ドラッグプレート４０、外側リング５０、ローラーケージアセンブリ６０、付勢バネ７０、およびカバープレート８０。

ハウジング１０は、所定の位置にロックされるか、または車両のトランスミッションハウジング上に固定的に設置されることができる。ハウジング１０は、残りの図示された構成要素をそれらの間に半径方向にまとめて受容する第１の環状領域１２および第２の環状領域１４を有する。図示の実施形態では、第１の環状領域１２および第２の環状領域１４は、単一の構成要素から形成されるが、他の実施形態では、領域１２、１４は、互いにおよびトランスミッションハウジングに固定された２つの別個の構成要素である。

外側リング（外側レースとも称される）５０は、切り替え可能な一方向クラッチ１の駆動回転構成要素である。外側リング５０は、ほぼ円筒形であり且つハウジング１０と摺動可能に係合する外面５２と、複数の傾斜面特徴または傾斜面５４を有する対向する内面とを有する。傾斜面５４は、それらが複数の谷および山を構成するという点で集合的に谷形状である。内側リング（内側レースとも称される）３０は、ほぼ円筒形である外面３２と、半径方向内側に面し且つハウジング１０にロックまたは他の方法で固定された対向する内面３４とを有する。

デフォルトのモードまたは位置では、クラッチ１は、１つの回転方向においてロックする一方向クラッチとして機能し、ローラーは、傾斜面を上に移動し、内側リング３０と外側リング５０との間をピンチまたはくさび留めし、他の回転方向においてフリーホイールする。より具体的には、様々な実施形態によれば、クラッチ１は、ローラーケージ６２およびローラーケージ６２によって収容される複数のローラー（転動要素とも称される）６４を有するローラーケージアセンブリ６０に起因して一方向クラッチとして機能することができる。ローラーケージ６２は、ローラー６４を位置決めおよび配置するために設けられている。すなわち、ローラーケージ６２は、ローラー６４を配置するためのポケットを含み、その結果、それらは、円周方向に離間され、ケージ６２に対してそれらの各ポケット内で回転しながら、内側リング３０および外側リング５０に対して一体に回転されることができる。ローラーケージアセンブリ６０はまた、それらの各ポケットにローラーを付勢して位置決めするのを助けるために、各ローラー６４のいずれかの側に１つを有するバネ６６を含むことができる。ローラー６４は、内側リング３０ならびに外側リング５０の傾斜面５４と接触する。以下に説明する電磁石アセンブリ２０を介してクラッチ１がそのロックモードになるように作動すると、外側リング５０は、ローラー６４が傾斜面５４を上に移動することによって外側リング５０を内側リング３０に対してピンチまたはロックするまでいずれかの方向に少量（例えば、１度から５度）しか回転することができない。

ドラッグプレート４０（制御プレートとも称される）を設けて、クラッチ１を選択的にロックおよびロック解除して、動作モード（すなわち、ロック解除／ＯＷＣモードおよびロックモード）を切り替えることができる。一実施形態では、ドラッグプレート４０は、ローラーケージ６２から軸方向に延在する軸方向延在突起またはタブ６８を除いて、ローラーケージアセンブリ６０から軸方向にオフセットされる。タブ６８は、ドラッグプレート４０およびローラーケージアセンブリ６０が回転可能に固定されるように、ドラッグプレート４０のポケットまたは溝内に配置されることができる。他の実施形態では、ドラッグプレート４０とローラーケージ６２との間の回転可能に固定される係合は、ローラーケージ６２の対応する溝内に延在するドラッグプレート４０から延在するタブを介して達成される。ドラッグプレート４０はまた、ローラーケージアセンブリ６０に対して軸方向に摺動することができる。

ドラッグプレート４０を軸方向に移動させるために、電磁石アセンブリ２０が設けられる。電磁石アセンブリ２０は、１つの軸方向（例えば、図３Ａ−図３Ｂの右側）に面する開放端または極を有するＵ字形断面プロファイルを有する磁石コア２４を含むことができる。この例では、磁石コア２４内には、半径方向外側に面する開放端を有するＵ字形断面プロファイルを有するボビン２２がある。これは、例えば巻線（図示せず）を収容するための周方向溝またはハウジングを提供する。電磁石アセンブリ２０は、締まり嵌めを介してハウジング１０に接続するためにハウジングに圧入または滑り嵌めされることができる。電磁石アセンブリ２０は、磁石コアに通電して磁極を画定する外部電源（図示せず）を介して電気的に作動させることができる。通電されると、電磁石アセンブリ２０は、ドラッグプレート４０を引き付け、それが接触して摩擦により所定の位置にロックするまで、ドラッグプレート４０を電磁石アセンブリ２０に向かって軸方向に（すなわち、図３Ａ−図３Ｂの左側に）引っ張る。すなわち、電磁石アセンブリ２０が通電されると、電磁石アセンブリ２０は、ドラッグプレート４０を軸方向に移動させ、電磁石アセンブリ２０およびハウジング１０と回転可能に固定されるようになる。例えば、通電されると、コア２４の極または端部とドラッグプレート４０の孔の軸方向面との間の摩擦力が生じ、ドラッグプレート４０がローラーケージ６２に回転可能に固定されているため、電磁石アセンブリ２０の通電もまた、ハウジング１０に対してローラーケージ６２を回転可能に固定する。これは、クラッチ１をその「ロック」状態に変換し、ローラー６４が傾斜面５４と内側リング３０との間にくさび留めされて収容されるため、外側リング５０は、いずれの方向にも最小限しか回転することができない。

電磁石アセンブリ２０の電気供給が停止されると、ドラッグプレート４０は、電磁石アセンブリ２０から離間するように軸方向に（すなわち、図３Ａ−図３Ｂの右側に）摺動することができる。これは、ドラッグプレート４０および接続されたローラーケージアセンブリ６０がハウジング１０に対して回転し、クラッチ１がその一方向クラッチモードで動作することを可能にする。電磁石アセンブリ２０の電気供給が停止されたときにクラッチ１をＯＷＣモードに付勢するために、バネ７０がローラーケージアセンブリ６０の周りに設けられることができる。特に、バネ７０は、ローラーケージ６２およびカバープレート８０（または外側リング自体もしくは外側リングによって固定された任意の他の構成要素）と接触して、ローラーケージアセンブリ６０を１つの回転方向に付勢することができる。

一実施形態によれば、カバープレート８０は、クラッチ（図示せず）への入力に接続され、外側リング５０の対応するノッチと係合する外歯を有する。したがって、カバープレート８０の回転は、クラッチ１の作動のために外側リング５０を駆動する。

要するに、本開示は、クラッチを作動させて切り替えるための電磁石アセンブリを有する切り替え可能なクラッチを提供する。電磁石アセンブリの通電は、ドラッグプレートを磁石に向かって軸方向に移動させ、これにより、ドラッグプレートがハウジングに対して回転しないように保持される。ドラッグプレートは、ローラーケージに回転可能に固定されているため、ドラッグプレートを回転しないように保持すると、ローラーケージも回転しないように保持される。したがって、外側リングはまた、ローラーが外側リングの傾斜面を巻き上げるまで、外側リングが数度しか回転することができないように拘束される。したがって、外側リングは、いずれかの方向に回転すると、ローラーケージアセンブリのローラーによって拘束され、クラッチアセンブリが２方向のクラッチロックとして機能することを可能にする。クラッチをロック解除するために、電磁石の電気供給が停止されると、ドラッグプレートが磁石との係合から外れて移動することを可能にし、したがって、ドラッグプレート、ローラーケージ、および外側リングが一方向に一体に回転することを可能にする。

内側リングが外側リングの代わりに傾斜面５４を含む他の代替実施形態（図示せず）が想定される。そのような実施形態では、ローラーケージアセンブリは、外側リングではなく内側リングに回転可能に接続されてもよい。外側リングは、円筒形の内部プロファイルを有し、傾斜面は、内側リング上にある。また、電磁石アセンブリは、ドラッグプレートを強制的に係合し、外側リングおよびローラーケージアセンブリを回転可能に固定して、クラッチをロックする。

例示的な実施形態が上記に説明されているが、これらの実施形態が、特許請求の範囲に含まれる全ての可能な形態を説明することは意図されていない。本明細書で使用される用語は、限定ではなく説明の用語であり、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができることが理解される。前述のように、様々な実施形態の特徴を組み合わせて、明示的に説明または図示されていない可能性がある本発明のさらなる実施形態を形成することができる。様々な実施形態は、１つ以上の所望の特性に関して、利点を提供するか、または他の実施形態もしくは従来技術の実装よりも好ましいと説明することができたが、当業者は、１つ以上の特徴または特性が妥協されて特定の用途および実装に依存する所望の全体的なシステム属性を達成することができることを認識する。これらの属性は、限定されるものではないが、コスト、強度、耐久性、ライフサイクルコスト、市場性、外観、パッケージング、サイズ、有用性、重量、製造性、組み立てやすさなどを含むことができる。したがって、任意の実施形態が１つ以上の特性に関して他の実施形態または従来技術の実装よりも望ましくないと記載される範囲で、これらの実施形態は、本開示の範囲外ではなく、特定の用途にとって望ましい可能性がある。

以下は、図に示されている参照符号のリストである。しかしながら、これらの用語の使用は、例示された実施形態のみに限定されるものではないことを理解されたい。

１ 切り替え可能な一方向クラッチ（クラッチ）
１０ ハウジング
１２ 第１の環状領域
１４ 第２の環状領域
２０ 電磁石アセンブリ
２２ ボビン
２４ 磁石コア
３０ 内側リング
３２ 外面
３４ 内面
４０ ドラッグプレート
５０ 外側リング
５２ 外面
５４ 傾斜面
６０ ローラーケージアセンブリ
６２ ローラーケージ
６４ ローラー
６６ バネ
６８ タブ
７０ 付勢バネ
８０ カバープレート

Claims (10)

1. 切り替え可能な一方向クラッチであって、
   ハウジングと、
   軸の周りに延在し且つ内面を有する外側レースと、
   前記軸の周りに延在し且つ外面を有する内側レースであって、前記ハウジングに対して固定される内側レースと、
   前記軸の周りに延在し、且つ
   前記内側レースおよび前記外側レースと接触可能な複数のローラーと、
   前記複数のローラーを位置決めおよび収容するように構成されたローラーケージと、
   を有する、ローラーケージアセンブリと、
   前記軸の周りに延在し且つ前記内側レースの前記外面と接触する環状ドラッグプレートであって、前記ローラーケージに回転可能に固定され、前記ローラーケージに対して軸方向に移動可能である、環状ドラッグプレートと、
   電気エネルギーに応答して磁化するように構成された電磁石アセンブリと、を備え、
   前記切り替え可能な一方向クラッチが、
   前記電磁石アセンブリが通電され、前記環状ドラッグプレートが前記電磁石アセンブリと接触する第１の軸方向位置にあり、前記環状ドラッグプレートおよび前記ローラーケージが、前記ハウジングに対して回転可能に固定される第１のモードと、
   前記電磁石アセンブリの電気供給が停止され、前記環状ドラッグプレートが前記電磁石アセンブリから軸方向に離間した第２の軸方向位置にあり、前記環状ドラッグプレートおよび前記ローラーケージアセンブリが、前記ハウジングに対して前記軸を中心に自由に回転する第２のモードと、
   の間で切り替え可能である、切り替え可能な一方向クラッチ。
2. 前記第１のモードでは、前記内側レースおよび前記外側レースが、第１の回転方向においてロックされ、第２の回転方向において互いに対して自由に回転する、請求項１に記載の切り替え可能な一方向クラッチ。
3. 前記第２のモードでは、前記内側レースおよび前記外側レースが、前記第１の回転方向および前記第２の回転方向においてロックされる、請求項２に記載の切り替え可能な一方向クラッチ。
4. 前記外側レースの前記内面が、複数の傾斜面特徴を画定し、前記第１のモードでは、前記外側レースが、前記複数の傾斜面特徴に沿って転がる前記複数のローラーを介して回転するように拘束される、請求項１に記載の切り替え可能な一方向クラッチ。
5. 前記電磁石アセンブリが、締まり嵌めを介して前記ハウジングに固定される、請求項１に記載の切り替え可能な一方向クラッチ。
6. 前記電磁石アセンブリが、前記第１のモードにおいて前記環状ドラッグプレートと直接接触する磁化領域を含む、請求項１に記載の切り替え可能な一方向クラッチ。
7. 切り替え可能な一方向クラッチであって、
   外面と、複数の傾斜面特徴を有する内面とを含む外側レースと、
   内側レースと、
   第１の回転方向に回転するときにトルクを伝達し、第２の回転方向に回転するときにトルクを伝達しないことを選択的に可能にするように、前記内側レースと前記外側レースの前記複数の傾斜面特徴との間に半径方向に配置された複数のローラーを有するローラーケージアセンブリと、
   前記ローラーケージとともに両回転方向に回転するように拘束された環状ドラッグプレートとを備え、電磁力の作用が、第１の軸方向に前記環状ドラッグプレートを移動させ、前記ローラーケージアセンブリを回転ロックして前記外側レースの移動を阻止し、前記電磁力を取り除くと、前記環状ドラッグプレートが第２の軸方向に移動し、前記ローラーケージアセンブリを回転ロック解除して、前記外側レースの回転移動を可能にする、切り替え可能な一方向クラッチ。
8. 前記電磁力を選択的に供給して前記環状ドラッグプレートを前記第１の軸方向に移動させるように構成された電磁石アセンブリをさらに備える、請求項７に記載の切り替え可能な一方向クラッチ。
9. 前記外側レースの前記外面と接触する内面を有するハウジングをさらに備え、前記電磁石アセンブリが前記ハウジング内に固定される、請求項８に記載の切り替え可能な一方向クラッチ。
10. 前記ローラーケージアセンブリが、軸方向に延在する突起を有するローラーケージを含み、前記環状ドラッグプレートが、前記環状ドラッグプレートによって回転するように拘束されている間、前記軸方向に延在する突起に沿って軸方向に摺動するように構成される、請求項７に記載の切り替え可能な一方向クラッチ。

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