JP5288551B2 - ラチェット式ワンウェイクラッチ及びツメ部材 - Google Patents

Description

本発明は一方向にのみ回転するようにロック機構としてラチェットを用いたラチェット式ワンウェイクラッチ、及びラチェット式ワンウェイクラッチを構成するツメ部材に関するものである。

自動変速機など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。そして、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式ワンウェイクラッチがある。ラチェット式ワンウェイクラッチは、内周に窪みを有する外輪と、外輪と同軸上に配置されて外周にラックを有する内輪と、上記窪みに収納され内輪のラックに係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ツメ部材と、ツメ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ている。

そこで、該ラチェット式ワンウェイクラッチは、一方向に回転するとツメ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。しかし、反対方向に回転しようとするとツメ部材がラックに係合し、ワンウェイクラッチはロック状態になる。

このように、ラチェット式ワンウェイクラッチは複数のラック（切欠き）を有す内輪（若しくは外輪）と複数の窪みを有す外輪（若しくは内輪）、そしてラックと係合するように窪みに配置されたツメ部材及び該ツメ部材を係合位置に向けるバネを設けている。ところで、このラチェット式ワンウェイクラッチは変速機内に組み込まれ、その為に入力されるトルクに耐えることが出来るように、金属部品によって構成している。その為に、空転状態からロック状態となる際には衝撃音が発生し、ラチェット式ワンウェイクラッチを車両に採用する場合には騒音が問題となる場合もある。

特開２００２−５２０１号に係る「ラチェット型ワンウェイクラッチ」は、バックラッシュによる打音を防ぎ、騒音を抑えると共に、爪部材と凹部に噛み合う際の衝撃を減少し、寿命を向上させることを目的としている。
そこで、 同軸上に設けられ相対回転自在に配置された内輪及び外輪と、内輪及び外輪の間に配置され、内輪の外周の凹部に嵌合しトルクを伝達する爪部材と、爪部材が凹部に嵌合する際に生じる衝撃を吸収する手段とから構成している。
ここで、衝撃を吸収する手段としては同公開特許公報の添付図面から明らかなように所定の形状に成形した板バネを使用し、該板バネにて爪部材を拘束した構造としているが、金属製の爪部材が金属製の凹部に嵌合する際の衝撃音を抑える効果は小さいと考えられる。

特開２００３−５６６０５号に係る「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」は、爪部材が凹部に嵌合するときに発生する衝撃を吸収し、振動や衝撃音を抑えたラチェットワンウェイクラッチである。
すなわち、 同軸上に配置された内輪及び外輪を備え、内輪または外輪のうちの一方にトルクを伝達する爪部材及び爪部材を付勢する付勢部材を配置し、他方に爪部材が嵌合する凹部を設けたラチェットワンウェイクラッチであって、爪部材が凹部に嵌合する際に発生する衝撃を吸収または緩衝するための衝撃吸収部材が設けられている。

この衝撃吸収部材としてはゴム質を使用することで爪部材が凹部に嵌合する際の衝撃は吸収されるであろうが、外輪と内輪の間に爪部材を配置する以外に別部品となる衝撃吸収部材を取付けなくてはならない。
特開２００２−５２０１号に係る「ラチェット型ワンウェイクラッチ」 特開２００３−５６６０５号に係る「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」

このように、従来のラチェット式ワンウェイクラッチには上記のごとき問題がある。本発明が解決しようとする課題はこれら問題点であって、ツメ部材がラック（凹部）に係合する際の衝撃音を殆ど発生することなく、そして構造が簡単であってツメ部材を外輪と内輪間に組付ける作業も容易なラチェット式ワンウェイクラッチ、並びにラチェット式ワンウェイクラッチを構成するツメ部材提供する。

本発明に係るワンウェイクラッチはラチェット式ワンウェイクラッチであり、同心を成して取付けられている内輪と外輪の間に概略リング状の空間を形成し、この空間内に複数のツメ部材を配列している。外輪の内周には窪み（凹部）が一定ピッチで設けられ、内輪の外周にはラック（切欠き）が一定ピッチで形成されており、複数の上記ツメ部材はリング状のリボンスプリングに取付けられると共に、頭部は窪みに嵌り、先端はラックに係合することが出来る。

一方、ツメ部材の配列形態を逆にして、外輪の内周にはラック（切欠き）を一定ピッチで設け、内輪の外周には窪み（凹部）を一定ピッチで形成する場合もある。そして、リング状のリボンスプリングに取付けられた複数のツメ部材は窪みに嵌り、その先端をラックに係合させることも出来る。

ところで、ツメ部材は金属製のツメと樹脂製のベースにて構成され、該ツメの底にはベースが設けられ、そしてベースの先端はツメの先端より僅かに延びている。ツメ部材の頭部は窪みに嵌り、先端はラックに係合するが、ツメより延びているベースの先端がラック底面に当り、負荷が作用してベース先端が圧縮したところでツメ先端がラック底面に当接する。

そして、ツメ部材はリング状のリボンスプリングに取付けられて、該リボンスプリングに形成した押圧片にて押圧されて、先端はラックに係合するようにバネ力が付勢されている。ここで、リボンスプリングに形成される押圧片の形状は特に限定しないが、リボンスプリングと一体的に形成されている。一方、本発明のラチェット式ワンウェイクラッチは上記リボンスプリングにツメ部材を取付けることなく、内輪と外輪の間に形成される概略リング状の空間内に複数のツメ部材を直接配列することもある。

ラチェット式ワンウェイクラッチは、一方向に回転するとツメ部材がラック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。しかし、反対方向に回転しようとするとツメ部材がラックに係合し、ワンウェイクラッチはロック状態になる。従って、ワンウェイクラッチをロック状態として内輪と外輪との間でトルクを伝達することが出来、ツメ部材の先端をラックに係合するために先端部を押圧する押圧片はリボンスプリングに一体的に形成している。勿論、リボンスプリングにツメ部材を取付けなくてもワンウェイクラッチとして十分機能する。

そして、ツメ部材は金属製のツメと樹脂製のベースが組み合わされて構成され、ベースの先端はツメ先端より僅かに突出している為に、空転状態からロックされる時、ツメ部材がラックに係合する際にはベース先端がラック底面に当接する。その後、トルクが作用すると突出している樹脂製のベース先端は圧縮されてツメにて負荷を受けることになるが、先にベース先端が係合することで衝撃は緩和され、衝撃音は抑制される。

本発明のツメ部材は金属製のツメに樹脂製のベースが組み合わされた一体構造であり、すなわちツメ部材自体に緩衝材が一体化している為に、該ツメ部材を組付けることで衝撃対策を成し得ることが出来る。すなわち、ツメ部材の他に衝撃吸収部材を取付ける必要はなく、本発明のラチェット式ワンウェイクラッチの構造は簡単となる。

図１はトルクコンバータに内蔵されるステータを表している。該ステータには本発明に係るラチェット式ワンウェイクラッチが組み込まれ、一方向にのみ回転が許容される構造と成っている。同図の１は外輪、２は内輪、３はブレードを表し、ブレード３，３・・・は外輪１の外周に放射状を成して延びており、ブレード３，３・・・の外周はコア７に連結している。内輪２には軸穴４が設けられ、該軸穴４の内周はスプライン歯形が形成されたスプライン穴と成っている。

ステータはトルクコンバータ内において、作動流体の流れを規制するものであり、軸穴４に嵌った固定軸によって内輪２は回転することは出来ない。タービンランナの回転速度が低い時には、該タービンランナから流れ出る作動流体がステータの上記ブレード３，３・・・に当って向きを変え、ポンプインペラのブレードへ送り込まれる。勿論、この状態ではブレード３，３・・・は回転しないようにラチェット式ワンウェイクラッチはロック状態と成っている。

ところが、タービンランナの回転速度が高くなると、該タービンランナから流れ出る作動流体の向きが変わり、ブレード３，３・・・の背面に当るようになる。その結果、ブレード３，３・・・が回転するようにラチェット式ワンウェイクラッチは解除されて外輪１は空転することが出来る。このように、ステータのブレードを低速回転では停止し、高速回転では回転させることでタービンランナから流れ出る作動流体をポンプインペラのブレードへ導くことが出来、トルクコンバータの効率の向上を図っている。

ところで、外輪１と内輪２との間には概略リング状の空間５が形成され、このリング状空間５に複数のツメ部材６，６・・・が等間隔で配列され、これらツメ部材６，６・・・を介して外輪１の空転又はロックを行うことが出来る。そこで、外輪１の内周面には窪み（凹部）が一定ピッチで設けられ、内輪２の外周面にはラック（切欠き）が同じく一定ピッチで形成されている。

図２ではリング状空間５に介在するツメ部材６を表している。ツメ部材６の頭部８は外輪１の内周面に形成した窪み９に嵌り、先端１０は内輪２の外周面に形成したラック１１と係合している。同図は部分拡大図であって、１個のツメ部材６を示しているが、リング状空間５には複数のツメ部材６，６・・・が等間隔で配列している。そこで、各ツメ部材６，６・・・はリング状のリボンスプリング１２に取付けられて位置決めされ、しかし完全に固定されるものではなくリボンスプリング１２が変形してツメ部材６，６・・・はその向きを変えることが可能なように取付けられている。

ここで、内輪２は回転することなく固定され、外輪１の右方向回転（時計方向回転）は許容されるが、左方向回転（反時計方向回転）をすることは出来ない。外輪１が右方向へ回転する場合には、上記ツメ部材６は内輪２の外周面に形成しているラック１１，１１・・・の上を滑り移動し、逆に左方向へ回転する場合には、ツメ部材６は同図に示すようにラック１１と係合する。従って、外輪１の左方向回転は阻止される。

図３はツメ部材６を単独で表しており、（ａ）は平面図、（ｂ）正面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。ツメ部材６は同図に示すように、金属製のツメ１３と樹脂製のベース１４で構成され、ベース１４はツメ１３の底を覆い、中間部位にはバンド１５を設けてツメ１３を抱き込んでいる。従って、ベース１４とツメ１３は一体化し、そしてベース１４の先端はツメ１３の先端より僅かな長さａだけ突出している。ここで、ベース先端に圧力（負荷）が働いた場合、該ベース１４が位置ズレしないように、ツメ１３と一体成形されている。

すなわち、別途製作した金属製のツメ１３を射出成形用金型のキャビティ内にセットし、溶融した樹脂を流し込むことでベース１４とツメ１３を一体化して製作することが出来る。この場合、ツメ１３の底面に凹溝を設け、中央部にも凹溝を形成しておくことで、これら凹溝に樹脂が充填されてベース１４はツメ１３の底に固定され、バンド１５は側面及び上面に固定される。すなわち、樹脂製のベース１４はツメ１３に固定される。

図４はリボンスプリング１２の部分拡大図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図を示している。一定幅を有すリング状のリボンスプリング１２の所々には長方形の穴１６，１６・・・が貫通し、この穴１６に上記ツメ部材６が嵌ることが出来る。そして、穴１６の一方側（ツメ部材の先端側）には押圧片１７が形成されている。押圧片１７は外方向へ膨らむと共に先端が内側へ延びる湾曲した形状で、その先端１８は前記図２に示しているようにツメ部材６の先端部上面に当ることになる。

ところで、外輪１が右方向回転（時計方向回転）する場合、外輪１の内周面に設けている窪み９に嵌っているツメ部材６も右方向へ外輪１と共に回転する。リボンスプリング１２に取付けられている複数のツメ部材６，６・・・はラック１１の上面を滑り移動するが、この場合、凹凸した各ラック１１，１１・・・の上面をその向きを変えながら（揺動しながら）回転移動することが出来る。

ツメ部材６はリボンスプリング１２に形成している押圧片１７によって、その先端側が内方向へ押圧されている為に、ラック１１の上面に沿って移動する際には、ツメ部材６の先端部がラックによって押上げられ、押圧片１７並びにリング状のリボンスプリング１２を変形させてその向きを変えることが出来る。１つのラック１１上面に沿って先端側は上昇し、次のラック１１に達すると降下し、この動きを繰返しながら右方向へ回転移動することが出来る。

そして、外輪１が停止し、逆に左方向（反時計方向）へ回転するならば、ツメ部材６の先端はラック１１の底面に係止して左方向への回転が阻止される。本発明のツメ部材６はその底面が樹脂製のベース１４にて被覆され、しかもベース先端はツメ先端より僅かな長さａだけ突出している。従って、外輪１が右方向回転する場合、凹凸している各ラック１１，１１・・・の上を滑り移動するが、樹脂製のベース１４がラック１１に当ることで衝撃は緩和される。

そして、右回転している外輪１が停止し、左方向へ回転する際にはツメ部材６の先端がラック底に係合するが、この場合、樹脂製のベース先端１９がラック底に当る。従って、該ツメ部材６がラック１１に係合する際の衝撃及び該衝撃に伴う衝撃音は殆ど発生しない。係合した後は突出しているベース先端１９が圧縮して金属製のツメ先端が当り、回転トルクに伴う負荷に耐えることが出来る。

図５（ａ）、（ｂ）はツメ部材６がラック１１に係合する場合の動作を示す模式図である。（ａ）はツメ部材６がラック１１に係合した場合の初期状態であり、樹脂製のベース先端１９がラック底に当接する。しかし、ツメ１３の先端はラック底に当接せず、クリアランスａを残している。その為に、ラック１１に係合する瞬間には金属製のツメ先端が当らない為に、係合に伴う衝撃音は殆ど発生しなくなる。

図５（ｂ）はツメ先端がラック底に当接して係合が完了した状態である。樹脂製のベース先端１９がラック底に当り、その後の負荷によってベース先端１９が圧縮することでラック底との間に残されるクリアランスａがなくなり、金属製のツメ先端が当接することになる。その結果、外輪１の左方向回転（反時計方向回転）は阻止される。

以上説明した実施例では、外輪１の内周面に窪み９（凹部）を形成し、内輪２の外周にラック１１を設けているが、逆のパターンとして構成することもある。すなわち、内輪２の外周にツメ部材６の頭部が嵌る窪みを設け、外輪１の内周にツメ部材６の先端が係合するラックを形成することも可能である。一方、実施例ではリボンスプリング１２に設けた穴１６，１６・・・にツメ部材６，６・・・を嵌めてセットし、この状態で外輪１と内輪２の間に形成したリング状空間５に配列した場合を説明しているが、本発明では上記リボンスプリング１２を用いることなくツメ部材６，６・・・をリング状空間５に直接配置することも出来る。

本発明に係るラチェット式ワンウェイクラッチを備えたステータ。 外輪と内輪のリング状空間に介在するツメ部材。 ツメ部材の具体例。 ツメ部材を取付けるリボンスプリングの部分拡大図。 ツメ部材がラックに係合する際の動作を示す模式図。

１ 外輪
２ 内輪
３ ブレード
４ 軸穴
５ リング状空間
６ ツメ部材
７ コア
８ 頭部
９ 窪み
10 先端
11 ラック
12 リボンスプリング
13 ツメ
14 ベース
15 バンド
16 穴
17 押圧片
18 先端
19 ベース先端

Claims (4)

1. 互いに相対回転するように同軸を成して軸支された外輪と内輪の間には概略リング状の空間を形成し、この概略リング状空間には複数のツメ部材を一定ピッチで配列し、該ツメ部材の頭部は外輪の内周に設けた窪み（凹部）に嵌め、ツメ部材の先端は内輪の外周に形成したラックに係合可能として一方向にのみ回転することが出来るラチェット式ワンウェイクラッチにおいて、上記ツメ部材は金属製のツメと樹脂製のベースを結合した構造とし、ベースはツメの底を覆って固定され、ベース先端はツメ先端より僅かに突出し、ツメ部材がラックに係合する際には上記ベース先端がラック底面に当接し、トルクが作用することでベース先端は圧縮されてツメにて負荷を受けるように機能することを特徴とするラチェット式ワンウェイクラッチ。
2. 互いに相対回転するように同軸を成して軸支された外輪と内輪の間には概略リング状の空間を形成し、この概略リング状空間には複数のツメ部材を一定ピッチで配列し、該ツメ部材の頭部は外輪の内周に設けた窪み（凹部）に嵌め、ツメ部材の先端は内輪の外周に形成したラックに係合可能として一方向にのみ回転することが出来るラチェット式ワンウェイクラッチにおいて、上記ツメ部材はリング状のリボンスプリングに取付けられると共に、該リボンスプリングに形成した押圧片によってツメ部材の先端側をラック側へ押圧するバネ力を付勢し、そして該ツメ部材は金属製のツメと樹脂製のベースを結合した構造とし、ベースはツメの底を覆って固定され、ベース先端はツメ先端より僅かに突出し、ツメ部材がラックに係合する際には上記ベース先端がラック底面に当接し、トルクが作用することでベース先端は圧縮されてツメにて負荷を受けるように機能することを特徴とするラチェット式ワンウェイクラッチ。
3. 互いに相対回転するように同軸を成して軸支された外輪と内輪の間には概略リング状の空間を形成し、この概略リング状空間には複数のツメ部材を一定ピッチで配列し、該ツメ部材の頭部は内輪の外周に設けた窪み（凹部）に嵌め、ツメ部材の先端は外輪の内周に形成したラックに係合可能として一方向にのみ回転することが出来るラチェット式ワンウェイクラッチにおいて、上記ツメ部材はリング状のリボンスプリングに取付けられると共に、該リボンスプリングに形成した押圧片によってツメ部材の先端側をラック側へ押圧するバネ力を付勢し、そして該ツメ部材は金属製のツメと樹脂製のベースを結合した構造とし、ベースはツメの底を覆って固定され、ベース先端はツメ先端より僅かに突出し、ツメ部材がラックに係合する際には上記ベース先端がラック底面に当接し、トルクが作用することでベース先端は圧縮されてツメにて負荷を受けるように機能することを特徴とするラチェット式ワンウェイクラッチ。
4. 互いに相対回転するように同軸を成して軸支された外輪と内輪の間には概略リング状の空間を形成し、この概略リング状空間に介在して一方向のみの回転を許容するようにするラチェット式ワンウェイクラッチのツメ部材において、該ツメ部材は金属製のツメと樹脂製のベースを結合した構造とし、
   ベースはツメの底を覆って固定され、ベース先端はツメ先端より僅かに突出し、ツメ部材がラックに係合する際には上記ベース先端がラック底面に当接し、トルクが作用することでベース先端は圧縮されてツメにて負荷を受けるように機能することを特徴とするラチェット式ワンウェイクラッチのツメ部材。
   

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