JP4750091B2 - ラチェットワンウェイクラッチ及びラチェットワンウェイクラッチを用いたステータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車、農機、建機、工業機械などの変速機、特に車両等の自動変速機等に使用され、バックストップなどの機能を果たすワンウェイクラッチのうち、ロック機構にラチェット(爪部材)を用いたラチェットワンウェイクラッチ及びラチェットワンウェイクラッチを用いたステータ装置に関する。

一般に、自動変速機に用いられるワンウェイクラッチは、相対回転する外輪及び内輪を有し、外輪と内輪との間でトルクを伝達するスプラグやローラなどが外輪または内輪の軌道面に設けたカム面に噛み合うことで、一方向のみに回転トルクを伝達している。また、逆方向では空転する構成となっている。

このようなワンウェイクラッチの中で、外輪と内輪との間でトルクを伝達するトルク伝達部材としてラチェットを用いたラチェット型ワンウェイクラッチがある。ラチェット型ワンウェイクラッチは、内周にポケットを有する外輪と、外輪と同軸上に配置され外周にノッチを有する内輪と、前記ポケットに収納され内輪のノッチに嵌合してワンウェイクラッチをロック状態にし、内輪と外輪との間でトルクを伝達させる爪部材と、爪部材を内輪へ付勢するスプリングなどの弾性体とによって構成される。

以上の構成のラチェット型ワンウェイクラッチは、ワンウェイクラッチが一方向に回転すると、爪部材が内輪の外周に対してフリーで摺動するので、外輪と内輪とは相対的に空転する。次に、ワンウェイクラッチが他方向に回転しようとすると、爪部材がノッチに嵌合し、ワンウェイクラッチがロックアップ状態になる。

(1)図１２及び図１３は、従来のラチェット型ワンウェイクラッチの一例を示しており、トルクコンバータのステータに用いた例である。図１２は、ラチェット型ワンウェイクラッチを示す正面側の断面図であり、図１３は、図１２の軸方向断面図である。

トルクコンバータ９１は内周に外輪部９３を有する羽根車９４と、外周に凹部１０４を有し外輪部９３と同軸上に配置された内輪９２と、外輪部９３の内周に設けられたポケット１０５に配置され、凹部１０４と嵌合してトルクを伝達する爪部材１００と、ポケット１０５に設けられた窪み部１０６に設置され爪部材１００を内径方向に付勢する付勢部材１０１と、爪部材１００及び付勢部材１０１を軸方向に支持し内輪９２と摺動するブシュ９６と、ブシュ９６の抜け止めを行うスナップリング９７とによって構成される。付勢部材１０１には主に波ばねが用いられる。

また、上記(2)の従来例のように、ステータにラチェットワンウェイクラッチを用いると、噛合い時のバックラッシによって異音が発生する。そして、この異音の発生を防止するためにダンパ機構を設けることが検討されている。

(2)また、特開２００２−１３５５９号公報に開示のラチェットワンウェイクラッチは、図１０及び図１１に示すような構成となっている。図１０は、ステータに用いられた従来のラチェットワンウェイクラッチの一例を示す正面側の断面図である。また、図１１は図１０のＤ−Ｄ断面図である。

図１０に示すように、ステータ６０は、外周に凹部８１を有する内輪６２と、内輪６２と同軸に配置され、内周にポケット７２及び窪み部７３を有する外輪部材６３と、ポケット７２に配置され凹部８１に嵌合してトルクを伝達する爪部材７０と、窪み部７３に配置される。

爪部材７０が凹部８１に嵌合するのを助勢する付勢部材７１と、外輪部材６３に対して相対回動する作動要素６８と、外輪部材６３と作動要素６８の間に形成される空所７４に配置されたスプリング６５と、スプリング６５の両端に取り付けられたシート部材６９とによって構成される。

外輪部材６３の外周には、径方向外方へ突出する1対の凸部７７が径方向で対向して設けられている。また、外輪部材６３の外側に配置された作動要素６８の内周には凸部７８が径方向で対向して設けられている。凸部７７及び７８の端面７５及び７６は、所定のクリアランスを介して配置されている。

また、外輪部材６３の凸部７７間には、周方向の長さが凸部７７よりも短い凸部７９が、径方向に対向して１対設けられている。作動要素６８の凸部７８間には、周方向の長さが凸部７８よりも短い凸部８０が、径方向に対向して１対設けられている。凸部７９と凸部８０それぞれの周方向端面間のクリアランスが前述の空所７４となっており、この空所７４にはスプリング６５がシート部材６９に挟まれて介装されている。

図１１に示すように、外輪部材６３は内径側に延在する環状の延長部６６を一体に備えている。延長部６６は爪部材７０及び付勢部材７１を支持し、内輪６２の外周及び側部に対して摺動するブッシュの機能を備えている。また、ステータ６０は作動要素６８の内径部８４の側面８５と、外輪部材６３の側面８６が不図示のニードル軸受の受面となっている。

しかしながら、例えば、上記(1)のように構成された従来のラチェットワンウェイクラッチは、爪が嵌合する凹部が周方向に所定ピッチで配列しているために、回転方向が空転方向から噛合方向へ変化したとき、噛合うまでの間に前記ピッチ量の範囲内で戻り、その後噛合う。

この噛合時に衝撃を伴い、衝撃による音が発生する。そこで、この衝撃を和らげ、音の発生を防止するためラチェットワンウェイクラッチの外輪とステータ羽根車とを相対回動自在に配置し、これらの間にダンパスプリングを設け、ダンパ機構を構成することを検討した。

ところが、トルクコンバータ内でステータ羽根車が回転することによって流体油圧が発生し、外輪とステータ羽根車とが軸方向に押付けられるようになってしまう。そのため、ダンパ機構に要求される部材同士の相対回動ができず引っかかってしまったり、摺動できたとしても、摩耗や摩耗粉の発生がひどくなってしまう。特に本出願人は、外輪とステータ羽根車を共にアルミニウム製とすることを検討しているが、そのようにすると、同じ材質であるアルミニウム同士が摺動することになるので上記問題が更に起こりやすくなってしまう。

また、応力を分散させ、外輪の強度を維持することを考えると、ポケットの形状は角部を無くし極力円弧形状を取り入れることが好ましい。一方、このポケットに配置された付勢スプリングは鋼材でできており、硬度は外輪よりも大きい。

従って、空転時に爪が連続的に上下動したり、駆動軸等からの振動を受けることによって付勢スプリングが前記ポケット内であばれ、その結果、外輪と接触するような場合外輪が摩耗してしまう。特に、付勢スプリングにアコーデオン型のスプリングを用いると、その角部分が前記ポケット内周の円弧状面に線接触することになり、ポケット内ではより不安定な状態となる。その結果、摩耗が促進されてしまうことになる。

ところが、ステータはトルクコンバータ内で流体圧を受け、外輪部材とステータホイールが互いに押し付けられるため、従来例(1)と同様に、ダンパ機構が作動する際、外輪部材とステータホイールが擦れてしまい回動がスムーズに行われなくなってしまうという問題がある。この問題は外輪部材及びステータホイール双方をアルミニウム製とした場合、溶着してしまうので更に顕著になる。

そこで、本発明の目的は、ダンパ機構を構成する部材同士の相対回動を滑らかに行い、摺動による摩耗、及び該摩耗による摩耗粉の発生を抑止し、また、付勢部材としてのスプリングの動作を安定させ、スプリングのあばれによる摩耗、及び該摩耗による摩耗粉の発生を抑止することである。
また、本発明の別の目的は、ステータのダンパ機構の作動をスムーズにすることである。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、同軸上に配置された内輪及び外輪と、前記内輪と外輪との間でトルク伝達を行う爪と、前記爪の噛合時の衝撃を教収するダンパ機構と、を備えたラチェットワンウェイクラッチにおいて、前記ダンパ機構を構成し、相対回動する二つの部材の間に摺動板を介装させたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、同軸上に配置された内輪及び外輪と、前記内輪または外輪のうちの何れか一方に配置されたトルク伝達部材と、前記トルク伝達部材を付勢する付勢部材と、を備えたラチェットワンウェイクラッチにおいて、
前記付勢部材と前記トルク伝達部材が配置された内輪または外輪のうちの何れか一方の部材との問に、保護部材を介装させたことを特徴としている。
するラチェットワンウェイクラッチ。

また、請求項３に記載の発明は、前記保護部材は前記摺動板に設けられた片であることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、前記摺動板は前記爪を支持する支持部を備えていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４に記載のラチェットワンウェイクラッチをステータ装置に用いたことを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、前記相対回動する二つの部材は、ラチェットワンウェイクラッチの外輪とステータ羽根車であることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、前記外輪及び羽根車はアルミニウム製であり、前記摺動板は鋼製であることを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、ワンウェイクラッチ機構の外輪部材とステータホイールとが相対回動するダンパ機構を備えたステータ装置において、
前記外輪部材と前記ステータホイールの何れか一方に軸方向に延びる延在部を設け、他方に前記延在部に対応する窓を設け、前記延在部は前記窓を貫通して延在し前記他方の側面に突出すると共に、前記延在部の突出した突出部が軸受で支持されていることを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、ワンウェイクラッチ機構の外輪部材とステータホイールとが相対回動するダンパ機構を備えたステータ装置において、
前記外輪部材とステータホイールとの間に軸受部材を介装させたことを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、前記軸受はころがり軸受であることを特徴としている。

請求項１１に記載の発明は、ワンウェイクラッチ機構の外輪部材とステータホイールとが相対回動するダンパ機構を備えたステータ装置において、
前記外輪部材とブシュを軸方向に隣接して配置し、前記ステータホイールを前記外輪部材及びブシュの外周に配置したことを特徴としている。

請求項１２に記載の発明は、前記ワンウェイクラッチ機構はラチェットワンウェイクラッチであることを特徴としている。

請求項１３に記載の発明は、前記外輪部材及びステータホイールはアルミニウム製であることを特徴としている。

以上説明した本発明によれば、以下のような効果が得られる。
摺動板を介装させたことにより、ダンパ機構を構成する部材同士の相対回動を滑らかに行い、摺動による摩耗、及び該摩耗による摩耗粉の発生を抑止する効果が得られ、また、付勢部材としてのスプリングの動作が安定し、付勢スプリングのあばれによる摩耗、及び該摩耗による摩耗粉の発生を抑止する効果が得られる。

また、ダンパ機構を構成する部材同士の相対回動を滑らかにするため、軸受やブッシュを介装したので、ステータのダンパ機構の作動がスムーズになる。

内輪と外輪を同軸上に配置し、内輪の外周に爪が嵌合する凹部を設け、一方の外輪の内周に爪及び爪を付勢するアコーデオンスプリングを収納するポケットを設ける。また、この外輪とステータ羽根車の内径側部分とを分割して構成し、上述したようにラチェットワンウェイクラッチの外輪とステータ羽根車とを相対回動自在に配置し、これらの間にダンパスプリングを設け、ダンパ機構を構成する。また、この外輪とステータ羽根車を共にアルミニウム製とする。そして、外輪とステータ羽根車との間に鋼材で形成された摺動板を配置する。さらにこの摺動板にはアコーデオンスプリングとポケットとの間に介装する保護片を設ける。

また、外輪部材に延在部を設け、ステータホイールの内径側部分に窓を設ける。この延在部を窓に貫通させステータホイールの反対側に突出させ、突出部をニードル軸受で支持する。

以下、添付図面を参照して本発明の各実施例を詳細に説明する。尚、図面において同一部分は同一符号にて説明している。

（第１実施例）
図１及び図２は、本発明の第１実施例を説明するための図であり、図１は、第１実施例のラチェットワンウェイクラッチ機構を備えたステータ装置を示しており、図2中に示した矢視B側から見た、部分断面図であり、図２は、図１のZ−Ｏ−Z線に沿った軸方向断面図である。

車両の自動変速機に用いられるトルクコンバータ（不図示）のステータ装置１を構成するラチェットワンウェイクラッチ機構は、同軸上に配置された内輪４、内輪４の外周側に相対回転自在に配置された外輪３と、外輪３の内周に配置され内輪４と外輪３との間でトルク伝達を行う爪５、爪５を内径方向に付勢するアコーデオンスプリング６と、外輪３の側面及び外輪３の外周面に対向する略円筒部分を内径側部分に備えたステータ羽根車２とから構成されている。

内輪４の外周には、円周方向でほぼ等間隔に複数の凹部（段部）１１が設けられており、外輪３の内周には爪を収容する第１ポケット２５（図３参照）が円周方向等間隔で設けられている。また、円周方向で第１ポケット２５の間には、切欠凹部１７が設けられている。切欠凹部１７は、爪５が凹部１１に嵌合する時などに発生する応力を逃がす機能を備えている。

ダンパ機構８は次のような構成となっている。外輪３とステータ羽根車２とは別体に構成されており、相対回動自在に配置されている。この相対回動可能な範囲は、外輪３の外周に設けられた凹部１３内をステータ羽根車２の内周に設けられた凸部１４が動ける範囲となっている。また、外輪３の外周に設けられたポケット１０にダンパスプリング９が配置されている。

ポケット１０内で、ダンパスプリング９の一方の端部はステータ羽根車２の内径側部分に設けられた受部１２または１６に支持され、他方の端部はポケット１０を形成する内壁部分によって支持される。更に、相対回動する２つの部材、すなわち外輪３とステータ羽根車２の内径部分との間には摺動板３０が介装されている。このような構成をとることによって爪５が凹部１１に嵌合する瞬間に、衝撃がダンパスプリング９によって吸収される。このとき、上記の相対回動範囲を制限する機構によって、ダンパスプリング９の過度な収縮が防止されるので、ダンパスプリング９のへたりや破壊が防止できる。また、摺動板３０によって外輪３とステータ羽根車２との相対回動が滑らかに行われるようになる。

図２に示すように、外輪３はステータ羽根車２の内周に嵌合した環状のリテーナ７により軸方向でほぼ固定状態に保持されている。また、内輪２の内周にはスプライン１８が刻設され、不図示の軸にスプライン結合できるようになっている。外輪３の第１ポケット２５の奥部には軸方向に突出する突起２１が設けられている。また、摺動板３０の軸方向の内周面には、突起２１に対向して軸方向に突出する支持部３３が設けられている。更に、外輪３には軸方向の貫通孔１９、またステータ羽根車２には軸方向の貫通孔２０がそれぞれ設けられており、ラチェットワンウェイクラッチ部を潤滑するための潤滑油の通路を構成している。尚、摺動板には、樹脂製または、黄銅、りん青銅等の各種のすべり軸受を用いることが好ましい。

外輪３の突起２１と摺動板３０の支持部３３とで、爪５の軸方向の端面を支持しているので、爪５が第１ポケット２５内で安定した動きができ、爪５が第１ポケット２５内で暴れることを防止できる。尚、突起２１及び支持部３３は、環状に設けることが好ましい。

図３は、図１のＡ部分の拡大図である。前述のように、外輪３の内周部分には第１ポケット２５が設けられているが、第1ポケット２５と連続する第２ポケット２６が設けられている。第１ポケット２５には内輪４との間でトルク伝達を行う爪５が配置され、第２ポケット２６には爪５を内輪４に対して付勢する、すなわち凹部１１に噛合う方向に爪５を付勢するアコーデオンスプリング６が配置される。

アコーデオンスプリング６と第２ポケット２６の内壁との間には、アコーデオンスプリング６の端部を保護する保護部材としての保護片３４が介装されている。このような構成をとることによって空転の際に、図３中の内輪４が外輪３に対して反時計方向に回転し、爪５が内輪４の外周に設けた凹部１１をなぞるように連続して上下動しても、保護片３４がアコーデオンスプリング６を外輪３に対してブロックしているため、アコーデオンスプリング６が第２ポケット２６の内壁に擦れることはない。特に、アコーデオンスプリング６の角部１５が直接、第２ポケット２６の内壁に接触するのを回避することが可能となるので、外輪３の第２ポケット２６及びその周辺部分の摩耗を抑制することが可能となる。

（第２実施例）
図４及び図５は、本発明の第２実施例を示しており、それぞれ摺動板３０の正面図及び側面図である。図４は図２の矢視Ｂ側から見た図であり、図５は図４の矢視Ｃ側から見た図である。摺動板３０は板材をプレス成形することによって形成される。摺動板３０は外輪３の側面と摺動する第１摺動面３１と、ステータ羽根車２の内径側の部分側面と摺動する第２摺動面３２とを有している。第１摺動面３１と第２摺動面３２とは軸方向の反対側に位置している。

更に、摺動板３０には、爪５の軸方向の位置決めを行うために軸方向に突出した環状の支持部３３が設けられている。この支持部３３は爪５の側面全体を支持するのではなく、爪５の移動中心部分付近のみを支持している。この構成によって爪５の作動抵抗が少なくなるようになっている。また、摺動板３０の４個所を切り欠き、曲げ起こすことによって形成された保護片３４が設けられている。保護片３４は両側部に返し部３６を有しており、両返し部３６の間がアコーデオンスプリング６の端面を受ける受面３５となり、この返し部３６がアコーデオンスプリング６の角部１５を受けるようになっている。

第１実施例では、アコーデオンスプリング６の端部を保護する保護片３４は、単独の部材として設けられているが、第２実施例では摺動板３０の一部として一体的に形成されている。このようにすることで、部品点数を減少させることができると共に、保護片３４の安定した機能が得られる。また、前述の第１及び第２実施例ともに、外輪３及びステータ羽根車２はアルミニウムで形成し、摺動板３０は鋼板から形成している。

（第３実施例）
図６及び図７は、本発明の第３実施例を示しており、図６は、ステータ装置の軸方向断面図、図７は、同じくステータ装置の正面図である。図６は、図７のＡ−Ａ線に沿った断面である。第３実施例から第５実施例においては、ワンウェイクラッチ機構は、必ずしもラチェット型ではなく、トルク伝達部材としてスプラグ、コロなどを用いた形式のワンウェイクラッチも用いることができる。

本実施例では、ステータ装置５０の外輪部材４１に、軸方向でステータ羽根車４０まで延在する複数の延在部４６を設けている。図７に示すように、延在部４６は円周方向でほぼ等分に４箇所設けられている。また、相対回動する外輪部材４１とステータ羽根車４０との間にはダンパ機構を構成するダンパスプリング４７が設けられている。ダンパスプリング４７は、ここではコイルスプリングを用いている。外輪部材４１と内輪部材４３との間には、両部材の間でトルクを伝達するトルク伝達部材４２が介装されている。

延在部４６は、周方向に所定の長さを有する。円弧形状をしている。図７に示すように、ステータ羽根車４０の内径側部分には円周方向で等分に４個の窓４８が設けられている。窓４８は、それぞれ延在部４６の個数と同じ個数設けられ、軸方向に貫通している。延在部４６は窓４８を貫通して、ステータ羽根車４０の反対側に突出するが、その突出部４５をニードル軸受４４で支持する構成となっている。

図７から明らかなように、円弧状の延在部４６が貫通する窓４８も、延在部４６と相補的な形状である円弧形状を有している。しかしながら、円周方向の長さは、窓４８が延在部４６よりも長くなっており、その空隙の範囲内で、外輪部材４１は、ステータ羽根車４０と相対回動することができる。外輪部材４１の延長部４６をニードル軸受４４で受けることで、外輪部材４１とステータ羽根車４０とが互いに押し付けられることがなくなり、両部材の相対回動がスムーズに行われる。

（第４実施例）
図８は、第４実施例のステータ装置の軸方向断面図である。本実施例では、外輪部材４１に延在部を設けることなく、外輪部材４１の軸方向の側面部分と、該側面部分に対向したステータ羽根車４０の軸方向内方の側面部分との間にニードル軸受４９を介装している。その他の構成は第３実施例とほぼ同じである。

第４実施例においても、外輪部材４１とステータ羽根車４０との間にニードル軸受４９を設けたことにより、両部材の相対回動がスムーズに行われる。尚、第３及び第４実施例では、円柱状の転動部材を備えたニードル軸受を採用したが、特にこれ限定されることはなく、玉軸受等、広い意味で転がり軸受であれば、他のものでも良いことは言うまでもない。

このような構成をとることにより、ダンパ機構が作動する際、ステータ羽根車と外輪部材とが軸受部材の作用によってスムーズに回動するようになる。また、ニードル軸受のために、特別な設置スペースを確保したり、拡大したりする必要もないという利点がある。

（第５実施例）
図９は、第５実施例のステータ装置を示す軸方向断面図である。本実施例では、前述の第３及び第４実施例とは異なり、外輪部材４１とステータ羽根車４０との間にニードル軸受を介装しない。第３及び第４実施例で示したステータ羽根車４０の内径側に位置する部分を切り離し、別体でブシュ５１を設けた。

このように、軸受の代わりにブシュ５１を用いると、ダンパ機構が作動する際のステータ羽根車４０と外輪部材４１との相対回動が流体圧力による影響を受けなくなるので作動動作がスムーズになるという利点がある。尚、第３−５実施例においても、外輪部材４１とステータ羽根車４０とはアルミニウムで作られている。

以上、説明した各実施例において、本発明の思想を逸脱しない範囲での種々の変更が可能なことは言うまでもない。例えば、第１及び第２実施例において、爪や凹部の数は図示以外の任意の数にすることが可能である。また、第３実施例における、外輪部材４１の延在部４６とステータ羽根車４０の窓４８の数も必要に応じて任意に設定できる。

第１実施例のラチェットワンウェイクラッチ機構を備えたステータ装置を示しており、図２中に示した矢視Ｂ側から見た部分断面図である。 図１のＺ−Ｏ−Ｚ線に沿った軸方向断面図である。 図１のＡ部分の拡大図である。 第２実施例の摺動板の正面図であり、図２の矢視Ｂ側から見た図である。 第２実施例の摺動板の側面図であり、図４の矢視Ｃ側から見た図である。 第３実施例のステータ装置の軸方向断面図であり、図７のＡ−Ａ線に沿った断面を示している。 図６のステータ装置を示す正面図である。 第４実施例のステータ装置を示す軸方向断面図である。 第５実施例のステータ装置を示す軸方向断面図である。 従来のラチェットワンウェイクラッチの一例を示す正面側の断面図である。 図１０のＤ−Ｄ線でみた軸方向断面図である。 従来のラチェットワンウェイクラッチの他例を示す正面側の断面図である。 図１２の軸方向断面図である

符号の説明

１、５０ ステータ装置
２ ステータ羽根車内輪
３ 外輪
４ 内輪
５ 爪
９ ダンパスプリング
８ ダンパ機構
１１ 凹部
３０ 摺動板
３３ 支持部
３４ 保護片
４１ 外輪部材
４３ 内輪部材
４５ 突出部
４６ 延在部
５１ ブシュ

Claims (3)

1. ワンウェイクラッチ機構の外輪部材とステータホイールとが相対回動し、ダンパ機構を備えたステータ装置において、
   前記外輪部材と前記ステータホイールとの間に転がり軸受を介在させ、前記外輪部材と前記ステータホイールの何れか一方に軸方向に延びる延在部を設け、他方に前記延在部に対応する窓を設け、前記延在部は前記窓を貫通して延在し前記他方の側面に突出すると共に、前記延在部の突出した突出部が前記転がり軸受で支持されていることを特徴とするステータ装置。
2. 前記転がり軸受は、ニードル軸受であることを特徴とする請求項１に記載のステータ装置。
3. 前記外輪部材及び前記ステータホイールはアルミニウム製であることを特徴とする請求項１または２に記載のステータ装置。

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