JP6248920B2

JP6248920B2 - 噛み合い式係合機構

Info

Publication number: JP6248920B2
Application number: JP2014257619A
Authority: JP
Inventors: 小林　敏行; 敏行小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2017-12-20
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: JP2016118242A

Description

この発明は、ドグ歯を係合させることにより、相対回転する二つの部材を連結するように構成された噛み合い式係合機構に関するものである。

特許文献１および特許文献２には、駆動側の回転部材と、その駆動側の回転部材と相対回転することができる従動側の回転部材とにドグ歯を形成し、そのドグ歯を噛み合わせることにより各回転部材を一体に回転させるように構成された噛み合い式係合機構が記載されている。このドグ歯は、円周方向における一方を向いた側面が歯たけ方向に沿って形成されており、駆動側の回転部材から従動側の回転部材に向けてトルクを伝達する際に、その歯面が接触するように構成されている。一方、円周方向における他方を向いた側面が歯たけ方向に対して傾斜して形成されている。この歯たけ方向に対して傾斜した側面は、トルクが入力されることにより各回転部材を離隔させる推力を発生させるように形成されており、従動側の回転部材の回転数が、駆動側の回転部材の回転数よりも大きくなると、その歯面が接触するように構成されている。そして、この噛み合い式係合機構は、歯たけ方向に対して傾斜した側面同士が接触して生じた推力によって解放するように構成されている。

特開平８−９１０７２号公報特表２０１３−５１１６４５号公報

特許文献１や特許文献２に記載された噛み合い式係合機構のように、入力されたトルクに応じてドグ歯を離隔させる推力を生じるように歯面を傾斜して形成すると、その歯面が接触してトルクを伝達するためには、推力に抗した荷重を作用させることになる。この推力に抗した荷重を油圧アクチュエータにより生じさせる場合には、油圧源などの動力損失を低減するために油圧アクチュエータに供給する油圧を低くすることが好ましい。そのため、油圧アクチュエータの受圧面積を大きくすることが好ましい。一方、油圧アクチュエータにより一方の部材を他方の部材側に押圧して係合する場合には、上述したように油圧アクチュエータの受圧面積を大きくすると、油圧アクチュエータの容積も大きくなるので、噛み合い式係合機構を噛み合わせるまでに要する油量が増大する。その結果、油圧アクチュエータにオイルを供給し始めてから、各ドグ歯が必要量噛み合うまでの時間が長くなる。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、係合開始から係合完了までの時間を短くすることができる噛み合い式係合機構を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、複数の第１ドグ歯が軸線方向に向けて突出しかつ円周方向に一定の間隔を空けて形成された第１部材と、前記第１ドグ歯の間に差し込まれる第２ドグ歯が軸線方向に向けて突出して形成された第２部材と、供給される油圧に応じて前記第２部材を前記第１部材側に押圧する油圧アクチュエータとを備えた噛み合い式係合機構において、前記第２ドグ歯の歯面の前記軸線方向に対する傾斜角度を変更する可動機構を有し、前記可動機構は、前記第１部材と前記第２部材とをトルク伝達可能に連結する場合に、前記第１ドグ歯と前記第２ドグ歯との歯面に作用するトルクに応じて前記第２部材が前記第１部材から離隔する方向に荷重が作用しないように、前記第２ドグ歯の歯面を傾斜させ、前記第１部材から前記第２部材を離隔させる場合に、前記第１ドグ歯と前記第２ドグ歯との歯面に作用するトルクに応じて前記第２部材が前記第１部材から離隔する方向に荷重が作用するように、前記第２ドグ歯の歯面を傾斜させるように構成とするものである。

この発明によれば、係合時には、伝達されるトルクに応じて第２部材が第１部材から離隔する方向に荷重が作用しないように、可動機構により第２ドグ歯の歯面を傾斜させ、解放過渡期には、伝達されるトルクに応じて第２部材を第１部材から離隔させる方向に荷重が作用するように、可動機構により第２ドグ歯の歯面が傾斜させられる。したがって、係合時に、噛み合い式係合機構が解放する方向の荷重が作用しないので、係合状態を維持するために油圧アクチュエータに要求される押圧力を低くすることができる。そのため、油圧アクチュエータの受圧面積を小さくすること、すなわち油圧アクチュエータの容積を小さくすることができる。その結果、係合過渡期に油圧アクチュエータに供給する油量を低減することができるので、係合開始から係合完了までの時間を短くすることができる。

この発明における噛み合い式係合機構の一例を説明するための模式図であり、噛み合い式係合機構が係合している状態を示す図である。ピストンを回転部材から離隔させることにより、係合部材が揺動している状態を示す図である。ベースリングが回転部材から離隔する状態を示す図である。噛み合い式係合機構が解放された状態を示す図である。その噛み合い式係合機構を係合させ始めた状態を示す図である。その噛み合い式係合機構を模式的に示す斜視図である。この発明における噛み合い式係合機構の他の例を説明するための模式図であり、ピストンに各円筒部材が収容されている状態を示す図である。その噛み合い式係合機構が係合している状態を示す図である。ピストンを回転部材から離隔させることにより、第１円筒部材が回転した状態を示す図である。各円筒部材が回転部材から離隔した状態を示す図である。その噛み合い式係合機構を係合させ始めた状態を示す図である。

この発明に係る噛み合い式係合機構の一例を図６に示している。図６に示す噛み合い式係合機構１は、ブレーキとして機能するものであって、ギヤなどに連結された環状の第１回転部材２と、図示しないケースに軸線方向に移動可能に連結された環状のベースリング３および環状の第１ピストン４とを備えている。図６に示す例では、軸線方向において第１回転部材２、ベースリング３、第１ピストン４の順に配置されている。このベースリング３の外周面には、外側に向けて突出した第１突起部５が形成されている。図示しないケースには、ベースリング３の軸線方向に沿った溝が形成されており、その溝に第１突起部５が係合している。したがって、ベースリング３は、軸線方向に移動可能であり、かつ回転することができないようにケースに係合されている。第１ピストン４にもベースリング３と同様に、外周面から外側に向けて突出した第２突起部６が形成されており、ケースに形成された溝にその第２突起部６が係合している。したがって、第１ピストン４は、軸線方向に移動可能であり、かつ回転することができないようにケースに係合されている。

ベースリング３の外周面には、更に、棒状の係合部材７がピン８により揺動可能に連結されている。この係合部材７は、一方の端部が第１ピストン４に連結され、他方の端部が後述する第２ドグ歯の間に差し込まれる第１ドグ歯９として形成されており、その第１ドグ歯９は、歯先に近づくに連れて幅が広くなるように形成されている。すなわち、第１ドグ歯９の側面は、長手方向に対して傾斜している。

つぎに、上述した各部材２，３，４の形状について図１を参照して説明する。なお、図１には、噛み合い式係合機構１が係合した状態を示し、またケースに形成された溝を模式的に示している。図１に示すベースリング３の外周面には、係合部材７の揺動を制限するストッパー１０が連結されている。このストッパー１０は、後述するように噛み合い式係合機構１を解放させる際に係合部材７が所定角度、揺動したときに接触するように形成されている。また、係合部材７の長手方向が、ベースリング３の軸線方向に対して傾斜した場合に、係合部材７の側面に弾性力を作用させる第１バネ１１が設けられている。具体的には、ベースリング３における第１ピストン４に対向した面から突出して座面１２が形成されており、その座面１２と係合部材７の側面との間に第１バネ１１が配置されている。

また、図１に示す第１ピストン４は、図示しない油圧アクチュエータによりベースリング３側に押圧され、かつ油圧アクチュエータによる押圧力に対向した弾性力が図示しないリターンスプリングにより付与されるように構成されている。この第１ピストン４におけるベースリング３に対向した側面には、係合部材７の端部に係合する第１溝１３が形成されている。具体的には、係合部材７の長手方向とベースリング３の軸線方向とが一致する場合に、係合部材７の端部が第１溝１３に係合するように構成されている。すなわち、円周方向におけるピン８の位置に一致するように第１ピストン４に第１溝１３が形成されている。

さらに、図１に示す第１回転部材２におけるベースリング３に対向した側面には、軸線方向に突出した複数の第２ドグ歯１４が形成されている。この第２ドグ歯１４の円周方向における間隔は、係合部材７が所定角度揺動した場合であっても、第１ドグ歯９が抜け出ることができる幅に形成されている。また、第２ドグ歯１４における円周方向に向いた側面は、第１ドグ歯９の側面と面接触するように形成されている。すなわち、係合部材７における長手方向に対する第１ドグ歯９の側面の傾斜角度と、第１回転部材２における軸線方向に対する第２ドグ歯１４の側面の傾斜角度とが同一に形成されている。なお、後述するように係合部材７が揺動した場合に、第１ドグ歯９の先端面が第１回転部材２に接触しないように、第１ドグ歯９の先端面に対向する第１回転部材２の側面が形成されている。

上述したように構成された噛み合い式係合機構１の作用について説明する。図１に示すように噛み合い式係合機構１は、係合時に、第１ピストン４がベースリング３側に移動しており、係合部材７の端部と第１溝１３とが係合している。また、第１ドグ歯９が、第２ドグ歯１４に噛み合っている。この状態で第１回転部材２にトルクが伝達されると、第１ドグ歯９が第２ドグ歯１４に接触する面に、係合部材７を揺動させる荷重が作用する。一方、係合部材７の端部が第１ピストン４の第１溝１３に係合し、かつ第１ピストン４は、回転できないようにケースに連結されている。したがって、係合部材７を揺動させる荷重が第１ドグ歯９に入力された場合であっても、その反力を第１ピストン４が受けるので、係合部材７が揺動しない。そのため、第１回転部材２とベースリング３および第１ピストン４とが円周方向で一体化され、第１回転部材２の回転が停止させられる。

また、第１ドグ歯９と第２ドグ歯１４との接触面は、軸線方向に対して傾斜しており、第１ドグ歯９にトルクが入力されると、ベースリング３を第１回転部材２側に引き寄せる方向の分力が生じる。したがって、噛み合い式係合機構１を係合させた状態を維持する際に、第１ピストン４には、リターンスプリングの弾性力のみが作用する。そのため、油圧アクチュエータには、弾性力以上の押圧力が生じる程度の油圧が供給される。

図１に示すように各ドグ歯９，１４が噛み合い、かつ第１回転部材２にトルクが入力された状態で、油圧アクチュエータの油圧を低下させると、まず、第１ピストン４がリターンスプリングに押圧されてベースリング３から離隔する。すると、第１ドグ歯９に作用するトルクに抗した反力が係合部材７に作用しなくなるので、係合部材７がピン８を中心として揺動する。その状態を図２に示している。

係合部材７が所定角度揺動すると、第１ドグ歯９に作用するトルクに応じた軸線方向の分力の向きは、第１回転部材２からベースリング３を離隔させる方向になる。このように第１回転部材２からベースリング３を離隔させる方向の分力が生じる程度に、係合部材７が揺動したときに、係合部材７の側面に上記のストッパー１０が接触するように設けられている。したがって、係合部材７とストッパー１０とが接触することにより、係合部材７がそれ以上揺動することができないので、第１ドグ歯９に作用するトルクに応じた軸線方向の分力により、ベースリング３が第１回転部材２から離隔する。なお、係合部材７が揺動することにより第１バネ１１が圧縮される。その状態を図３に示している。

そして、ベースリング３が押圧されて第１回転部材２から離隔することにより、第１ドグ歯９と第２ドグ歯１４との噛み合いが解消されて、噛み合い式係合機構１が解放される。また、係合部材７の長手方向が、ベースリング３の軸線方向に沿うように第１バネ１１の弾性力により揺動する。その状態を図４に示している。

図４に示すように噛み合い式係合機構１が解放されているときには、係合部材７の端部と、第１ピストン４に形成された第１溝１３との円周方向における位置が一致している。したがって、その状態で油圧アクチュエータに油圧を供給して第１ピストン４をベースリング３側に移動させることにより、係合部材７と第１溝１３とが係合する。第１ピストン４を更にベースリング３側に押圧すると、係合部材７を介してベースリング３が第１回転部材２側に向けて押圧される。その状態を図５に示している。このようにベースリング３が第１回転部材２に向けて移動することにより、第１ドグ歯９と第２ドグ歯１４とが噛み合う。つまり、噛み合い式係合機構１が係合する。その際に、第１回転部材２にトルクを入力すると、上述したようにベースリング３を第１回転部材２側に引き寄せるように軸線方向の分力が生じる。すなわち、噛み合い式係合機構１を係合させる過渡期には、油圧アクチュエータの押圧力に加えて、第１ドグ歯９に作用するトルクに応じた軸線方向の分力が作用する。

上述した噛み合い式係合機構１は、係合してトルクを伝達している際には、第１回転部材２とベースリング３とを離隔させる方向の荷重が作用しない。したがって、係合状態を維持する際には、油圧アクチュエータによる押圧力は、リターンスプリングの弾性力以上であればよく、その荷重の大きさは比較的小さい。そのため、油圧アクチュエータの受圧面積を小さくすることができる。すなわち、油圧アクチュエータの容積を小さくすることができる。また、噛み合い式係合機構１を係合させる過渡期には、油圧アクチュエータによる押圧力に加えて、第１ドグ歯９に作用するトルクに応じた分力が、各ドグ歯９，１４を噛み合わせる方向に作用する。したがって、噛み合い式係合機構１を係合させる過渡期においても、油圧アクチュエータによる押圧力を低くすることができるので、上記と同様に油圧アクチュエータの容積を小さくすることができる。その結果、噛み合い式係合機構１を係合させる際に供給する油量を低減することができるので、係合開始から係合完了までの時間を短くすることができる。

つぎに、この発明における他の実施例について説明する。図７は、その実施例を説明するための図である。図７に示す例では、有底円筒状に形成された第２ピストン１５の内側に、第１円筒部材１６が収容され、その第１円筒部材１６の内側に第２円筒部材１７が収容されている。なお、第１円筒部材１６と第２円筒部材１７とは軸線方向に一体化されるとともに、相対回転することができるように構成されている。第２ピストン１５には、外周側に突出した回転止め部材１８が形成されている。この回転止め部材１８は、図示しないケースに形成された第２ピストン１５の軸線方向に沿う溝に係合している。また、回転止め部材１８は、更に第２ピストン１５の底面から内側に突出するように設けられており、第２ピストン１５の半径方向における第２円筒部材１７が収容されている位置まで形成されている。なお、第２ピストン１５は、図示しない油圧アクチュエータにより、後述する回転部材側に押圧され、その押圧力に対向した弾性力がリターンスプリングにより付与されている。

図７に示す第１円筒部材１６の端面には、軸線方向に突出した複数の第３ドグ歯１９が形成されている。この第３ドグ歯１９は、第１円筒部材１６の円周方向に所定の間隔を空けて形成されている。また、第２円筒部材１７の端面にも、軸線方向に突出した複数の第４ドグ歯２０が形成されており、その第４ドグ歯２０は、第２円筒部材１７の円周方向に所定の間隔を空けて形成されている。

この第３ドグ歯１９と第４ドグ歯２０とは、図８に示すように各円筒部材１６，１７の軸線方向に対して傾斜して形成されている。また、円周方向における一方を向いた第３ドグ歯１９の歯面１９ａの傾斜した方向と、円周方向における同一方向を向いた第４ドグ歯２０の歯面２０ａの傾斜した方向とは、軸線方向を挟んで反対方向に形成されている。同様に円周方向における他方を向いた第３ドグ歯１９の歯面１９ｂの傾斜した方向と、円周方向における同一方向を向いた第４ドグ歯２０の歯面２０ｂの傾斜した方向とは、軸線方向を挟んで反対方向に形成されている。また、後述する第５ドグ歯の側面に面接触する第３ドグ歯１９の歯面１９ａの傾斜角度は、その歯面１９ａと円周方向で同一方向を向いた第４ドグ歯２０の歯面２０ａの傾斜角度以上に形成され、第５ドグ歯の側面に面接触する第４ドグ歯２０の歯面２０ｂの傾斜角度は、その歯面２０ｂと円周方向で同一方向を向いた第３ドグ歯１９の歯面１９ｂの傾斜角度以上に形成されている。なお、この発明における「第２ドグ歯」は、上記第３ドグ歯および第４ドグ歯の双方を含むものである。

図８は、その噛み合い式係合機構１が係合している状態を示す図である。図８に示す例では、第１円筒部材１６および第２円筒部材１７を挟んで、第２ピストン１５とは反対側に図示しないギヤなどに連結された第２回転部材２１が設けられており、その第２回転部材２１には、第３ドグ歯１９および第４ドグ歯２０と噛み合う複数の第５ドグ歯２２が形成されている。この第５ドグ歯２２の側面は、上述した第２ドグ歯１４の側面と同様に第２回転部材２１の軸線方向に対して傾斜して形成されている。具体的には、歯先側の幅が広くなるように第５ドグ歯２２の側面が傾斜している。

また、第１円筒部材１６における第２回転部材２１に対向した端面に上記第３ドグ歯１９が形成され、第２円筒部材１７における第２回転部材２１に対向した端面に上記第４ドグ歯２０が形成されている。さらに、第１円筒部材１９における第２ピストン１５の底面に対向した端面には、軸線方向に突出した第３突起部２３が形成されており、その第３突起部２３と円周方向で係合する第２溝２４が第２ピストン１５の底面に形成されている。同様に第２円筒部材１７における第２ピストン１５の底面に対向した端面には、軸線方向に突出した第４突起部２５が形成させており、その第４突起部２５と円周方向で係合する第３溝２６が第２ピストン１５の底面に形成されている。なお、上記第２溝２４と第３溝２６とは円周方向に所定の間隔を空けて形成されており、その間に回転止め部材１８が位置している。

そして、第３突起部２３と回転止め部材１８との間に円周方向に伸縮する第２バネ２７が挟まれており、第４突起部２５と回転止め部材１８との間に円周方向に伸縮する第３バネ２８が挟まれている。なお、第３突起部２３が第２バネ２７に押圧されることにより、第１円筒部材１６が所定量以上回転することを抑制するように、円周方向における回転止め部材１８に対向した第２溝２４の側面が、第１円筒部材１６側に突出して形成されている。また、第４突起部２５が第３バネ２８に押圧されることにより、第２円筒部材１７が所定量以上回転することを抑制するように、円周方向における回転止め部材１８に対向した第３溝２６の側面が、第２円筒部材１７側に突出して形成されている。

図８に示す噛み合い式係合機構１の作用について説明する。図８に示すように噛み合い式係合機構１は、係合時に、第２ピストン１５が第２回転部材２１側に移動しており、各突起部２３，２５と各溝２４，２６とが係合している。また、各ドグ歯１９，２０と第５ドグ歯２２とが噛み合っている。その状態で、トルクが図８に示す矢印の方向に作用すると、第３ドグ歯１９と第５ドグ歯２２とが面接触し、第４ドグ歯２０と第５ドグ歯２２とが点接触する。上述したように第５ドグ歯２２の側面に面接触する第３ドグ歯１９の歯面１９ａの傾斜角度が、円周方向におけるその歯面１９ａと同一方向を向いた第４ドグ歯２０の歯面２０ａの傾斜角度よりも大きい。したがって、図８に示すように各ドグ歯１９，２０が噛み合っているときには、第２回転部材２１側に引き寄せられる方向に第１円筒部材１６に作用する荷重が、第２回転部材２１から離隔させる方向に第２円筒部材１７に作用する荷重以上となる。なお、その際の円周方向に作用する分力は、各突起部２３，２５を介して第２ピストン１５により受け持たれる。上記のように各円筒部材１６，１７に軸線方向に作用する荷重の合力は、第２回転部材２１から各円筒部材１６，１７が離隔する方向に作用しない。したがって、油圧アクチュエータには、リターンスプリングのバネ力以上の押圧力を第２ピストン１５に作用させる程度の油圧が供給される。

図８に示す状態で、油圧アクチュエータからオイルを排出すると、リターンスプリングのバネ力により第２ピストン１５が、各円筒部材１６，１７から離隔する方向に移動する。したがって、各溝２４，２６から各突起部２３，２５が抜け出る。その際に、第２回転部材２１にトルクが入力されると、第１円筒部材１６が回転し、第２バネ２７が圧縮される。これは、第２溝２４から第３突起部２３が抜け出ることにより、第２ピストン１５が受けていた反力が作用しなくなるためである。一方、第２円筒部材１７は、第２ピストン１５から突出した壁面に接触したままになり、回転方向の反力を第２ピストン１５が受けているので回転しない。したがって、第４ドグ歯２０には、入力トルクに応じた軸線方向における各円筒部材１６，１７を離隔させる方向の分力が作用する。その結果、第１円筒部材１６と第２円筒部材１７とが第２回転部材２１から離隔する。図９は、各円筒部材１６，１７が第２回転部材２１から離隔する過渡期の状態を示している。

各ドグ歯１９，２０が第５ドグ歯２２と噛み合わなくなり、噛み合い式係合機構１が解放されると、各円筒部材１６，１７には、回転方向の荷重が作用しなくなる。そのため、図１０に示すように各バネ２７，２８の弾性力により各円筒部材１６，１７が回転させられ、各突起部２３，２５と各溝２４，２６との円周方向における位置が一致させられる。

ついで、噛み合い式係合機構１を係合させる過程での状態について図１１を参照して説明する。図１１に示すように、まず、油圧アクチュエータにより第２ピストン１５を各円筒部材１６，１７側に押圧して、各突起部２３，２５と各溝２４，２６とを係合させる。第２ピストン１５を更に押圧すると、各円筒部材１６，１７が、第２ピストン１５と一体になって第２回転部材２１側に移動して、各ドグ歯１９，２０と第５ドグ歯２２とが噛み合う。その際に第２回転部材２１にトルクを入力することにより、各円筒部材１６，１７を第２回転部材２１側に引き寄せる方向の荷重が作用する。すなわち、噛み合い式係合機構１を係合させる過渡期には、油圧アクチュエータの押圧力に加えて、各ドグ歯１９，２０に作用するトルクに応じた軸線方向の分力が作用する。

図７ないし図１１に示す噛み合い式係合機構も、図１ないし図６に示す噛み合い式係合機構と同様に、係合状態を維持する際には、油圧アクチュエータによる押圧力は、リターンスプリングの弾性力以上であればよく、その荷重の大きさは比較的小さい。そのため、油圧アクチュエータの受圧面積を小さくすることができる。すなわち、油圧アクチュエータの容積を小さくすることができる。また、噛み合い式係合機構を係合させる過渡期には、油圧アクチュエータによる押圧力に加えて、各ドグ歯１９，２０に作用するトルクに応じた分力が、各円筒部材１６，１７を第１回転部材２１側に引き寄せる方向に作用する。したがって、噛み合い式係合機構を係合させる過渡期においても、油圧アクチュエータによる押圧力を低くすることができるので、上記と同様に油圧アクチュエータの容積を小さくすることができる。その結果、噛み合い式係合機構を係合させる際に供給する油量を低減することができるので、係合開始から係合完了までの時間を短くすることができる。

１…噛み合い式係合機構、２，２１…回転部材、３…ベースリング、４，１５…ピストン、５，６，２３，２５…突起部、９，１４，１９，２０，２２…ドグ歯、１１，２７，２８…バネ、２４，２６…溝。

Claims

複数の第１ドグ歯が軸線方向に向けて突出しかつ円周方向に一定の間隔を空けて形成された第１部材と、前記第１ドグ歯の間に差し込まれる第２ドグ歯が軸線方向に向けて突出して形成された第２部材と、供給される油圧に応じて前記第２部材を前記第１部材側に押圧する油圧アクチュエータとを備えた噛み合い式係合機構において、
前記第２ドグ歯の歯面の前記軸線方向に対する傾斜角度を変更する可動機構を有し、
前記可動機構は、
前記第１部材と前記第２部材とをトルク伝達可能に連結する場合に、前記第１ドグ歯と前記第２ドグ歯との歯面に作用するトルクに応じて前記第２部材が前記第１部材から離隔する方向に荷重が作用しないように、前記第２ドグ歯の歯面を傾斜させ、
前記第１部材から前記第２部材を離隔させる場合に、前記第１ドグ歯と前記第２ドグ歯との歯面に作用するトルクに応じて前記第２部材が前記第１部材から離隔する方向に荷重が作用するように、前記第２ドグ歯の歯面を傾斜させる
ように構成されている
ことを特徴とする噛み合い式係合機構。