JP6612516B2

JP6612516B2 - セレクタブルワンウエイクラッチ

Info

Publication number: JP6612516B2
Application number: JP2015082579A
Authority: JP
Inventors: 憲治板垣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2035-04-14
Also published as: US20160305495A1; JP2016200262A; US9739321B2

Description

本発明は、ワンウエイクラッチの機能を選択的に発揮させることが可能なセレクタブルワンウエイクラッチに関する。

セレクタブルワンウエイクラッチとして、爪部材が突出可能に設けられたプレートと爪部材が噛み合う凹部が形成されたプレートとが同一軸線上に設けられ、爪部材の状態を２つのプレート間に設けられたセレクタプレートによって変更することにより、２つのプレート間のトルク伝達を所定の一方向の回転時のみ許容するロックモードと、２つのプレート間のトルク伝達を両方向の回転時で遮断する解放モードとを選択可能なものが知られている（特許文献１）。

特開２００２−５１４２９２号公報

特許文献１のセレクタブルワンウエイクラッチは、ロックモードと解放モードとを切り替えることによりプレートに固定された軸のトルク伝達の形態を変更できる。しかしながら、同一軸線上に配置された複数の軸のトルク伝達の形態を変更するために複数の軸のそれぞれに対してセレクタブルワンウエイクラッチを一つずつ配置すると軸方向に配置せざるを得ない。そのため、複数のセレクタブルワンウエイクラッチを軸方向に配置するためのスペースを確保しなければならず軸方向の配置の自由度が高いとはいえない状況であった。

そこで、本発明は、軸方向の配置の自由度を向上できるセレクタブルワンウエイクラッチを提供することを目的とする。

本発明のセレクタブルワンウエイクラッチは、互いに同一軸線上に配置された第１内側プレート及び第２内側プレートと、前記第１内側プレートから前記第２内側プレートに向かって突出可能な状態で前記第１内側プレートに設けられ、前記第１内側プレートから突出した場合に前記第２内側プレートがいずれか一方向に回転する時に限って前記第２内側プレートに形成された内側凹部に噛み合う内側爪部材と、前記第１内側プレートと前記第２内側プレートとの間に配置され、前記内側爪部材の通過を許容できる内側貫通孔が形成され、かつ前記内側爪部材が前記内側貫通孔を通過することにより前記内側爪部材が前記第２内側プレートの前記内側凹部に噛み合うことが可能なロック位置と、前記内側爪部材が前記第１内側プレート側に収納されたままに維持される解放位置との間で前記第１内側プレートに対して相対回転可能な内側セレクタプレートと、前記第１内側プレートの外周側に位置し、前記第１内側プレート及び第２内側プレートと同一軸線上に配置され、前記第１内側プレートと一体に設けられた第１外側プレートと、前記第２内側プレートの外周側に配置され、前記第１外側プレートと同一軸線上に配置された中空状の第２外側プレートと、前記第１外側プレートから前記第２外側プレートに向かって突出可能な状態で前記第１外側プレートに設けられ、前記第１外側プレートから突出した場合に前記第２外側プレートがいずれか一方向に回転する時に限って前記第２外側プレートに形成された外側凹部に噛み合う外側爪部材と、前記内側セレクタプレートの外周側に配置されるとともに前記第１外側プレートと前記第２外側プレートとの間に配置され、前記外側爪部材の通過を許容できる外側貫通孔が形成され、かつ前記外側爪部材が前記外側貫通孔を通過することにより前記外側爪部材が前記第２外側プレートの前記外側凹部に噛み合うことが可能なロック位置と、前記外側爪部材が前記第１外側プレート側に収納されたままに維持される解放位置との間で前記第１外側プレートに対して相対回転可能な中空状の外側セレクタプレートと、を備えたものである。

本発明のセレクタブルワンウエイクラッチによれば、第１内側プレート及び第１外側プレート、第２内側プレート及び第２外側プレート、並びに内側セレクタプレート及び外側セレクタプレートが同心状に配置される。したがって、軸方向の寸法増大を伴うことなく第１内側プレート、第２内側プレート及び内側セレクタプレートを含む内側クラッチ要素と、第１外側プレート、第２外側プレート及び外側セレクタプレートを含む外側クラッチ要素とを独立して機能させることができる。すなわち、同心状に配置された内側クラッチ要素及び外側クラッチ要素のそれぞれによって、同軸上に配置された少なくとも２つの軸のトルク伝達の形態を別々に変更できる。本発明のセレクタブルワンウエイクラッチは２つのクラッチ要素を軸方向に並べた場合に生じる軸方向の寸法増大を伴わないので軸方向の配置の自由度が向上する。

本発明の一形態に係るセレクタブルワンウエイクラッチを示した図。内側セレクタプレート及び外側セレクタプレートを示した図。図１のIII-III線に関する内側クラッチ要素のロックモード時の断面図。図１のIII-III線に関する内側クラッチ要素の解放モード時の断面図。図１のV-V線に関する外側クラッチ要素のロックモード時の断面図。図１のV-V線に関する外側クラッチ要素の解放モード時の断面図。図１のセレクタブルワンウエイクラッチが適用されたハイブリッド車両の全体構成を模式的に示した図。無段変速状態の速度線図。ハイギアロック状態の速度線図。エンジンロック状態の速度線図。

図１〜図６に示したセレクタブルワンウエイクラッチ（以下、クラッチという。）１は、共通の軸線Ａｘを中心として互いに同心状に配置された２つのクラッチ要素Ｃｉ、Ｃｏが組み合わされて構成されている。

内側クラッチ要素Ｃｉは、同一軸線Ａｘ上に配置された内側ポケットプレート２及び内側ノッチプレート３と、内側ポケットプレート２と内側ノッチプレート３との間に配置されて軸線Ａｘの回りに回転可能に設けられた内側セレクタプレート４とを備えている。内側ポケットプレート２は本発明に係る第１内側プレートに、内側ノッチプレート３は本発明に係る第２内側プレートにそれぞれ相当する。

図３及び図４に示したように、内側ポケットプレート２には内側ノッチプレート３と対向する側に開口し周方向に並ぶ複数の内側保持室１０が形成されている。各内側保持室１０には内側ノッチプレート３と噛み合う内側爪部材１１が一つずつ設けられている。各内側爪部材１１は、その基端部１１ａが内側ポケットプレート２の半径方向に延びる軸線Ａｘ１の回りに回転可能に支軸Ｐ１を介して内側ポケットプレート２に設けられ、かつ内側ノッチプレート３側に向かう突出方向にばね１２にて付勢されている。これにより、各内側爪部材１１は内側ポケットプレート２側に後退して内側保持室１０に収納された状態と、内側ポケットプレート２から内側ノッチプレート３に向かって突出する状態との間で動作できる。つまり、各内側爪部材１１は突出可能な状態で内側ポケットプレート２に設けられる。

内側ノッチプレート３には、内側ポケットプレート２と対向する側に開口し周方向に並ぶ複数の内側凹部１５が形成されている。各内側凹部１５は突出した内側爪部材１１が噛み合う際に内側爪部材１１の先端部１１ｂが突き当たる壁部１５ａを有している。各図面には正確な個数を示していないが、内側凹部１５の個数は内側爪部材１１の個数よりも多く、かつ各内側凹部１５の位相と各内側爪部材１１の位相とが互いに異なっている。したがって、突出した複数の内側爪部材１１の一部が、複数の内側凹部１５の一部と噛み合うことになる。

図２にも示したように、内側セレクタプレート４には、周方向に並びかつ突出した内側爪部材１１の一部分が通過可能な複数の内側貫通孔１６が各内側爪部材１１と同位相で形成されている。内側セレクタプレート４の回転位置は、内側爪部材１１がセレクタプレート４の内側貫通孔１６を通過して内側ノッチプレート３の内側凹部１５に噛み合うことが可能な図３のロック位置と、内側爪部材１１の先端部１１ｂが内側セレクタプレート４の内側貫通孔１６の非形成部位１７に突き当たることによって内側爪部材１１の突出を制限して内側爪部材１１が内側ポケットプレート２側に収納したままに維持可能な図４の解放位置との間で切り替えることができる。

図１及び図２に示したように、内側セレクタプレート４には半径方向に延びる駆動アーム４ａが設けられていて、その駆動アーム４ａを不図示の駆動装置にて駆動することにより、内側セレクタプレート４の回転位置が切り替えられる。これにより、内側クラッチ要素Ｃｉは、内側ノッチプレート３の回転方向がＲａの場合に内側ノッチプレート３から内側ポケットプレート２へのトルク伝達を許容する状態と回転方向が反対のＲｂの場合にそのトルク伝達を遮断する状態とが切り替わるロックモードと、内側ノッチプレート３の回転方向がＲａ及びＲｂのいずれの方向においても内側ノッチプレート３から内側ポケットプレート２へのトルク伝達を遮断する解放モードとの間で動作モードを選択できる。

外側クラッチ要素Ｃｏは上述した内側クラッチ要素Ｃｉと同様の機能を有する。図１、図２、図５及び図６に示したように、外側クラッチ要素Ｃｏは、内側ポケットプレート２の外周側に位置し、内側ポケットプレート２及び内側ノッチプレート３と同一軸線上に配置され、内側ポケットプレート２と一体の外側ポケットプレート２２と、内側ノッチプレート３の外周側に配置され、外側ポケットプレート２２と同一軸線上に配置された中空状の外側ノッチプレート２３と、内側セレクタプレート４の外周側に配置されるとともに外側ポケットプレート２２と外側ノッチプレート２３との間に配置され、軸線Ａｘの回りに回転可能に設けられた中空状の外側セレクタプレート２４とを備えている。外側ポケットプレート２２は本発明に係る第１外側プレートに、外側ノッチプレート２３は本発明に係る第２外側プレートにそれぞれ相当する。

図５及び図６に示したように、外側ポケットプレート２２には外側ノッチプレート２３と対向する側に開口し周方向に並ぶ複数の外側保持室３０が形成されている。各外側保持室３０には外側ノッチプレート２３と噛み合う外側爪部材３１が一つずつ設けられている。各外側爪部材３１は、その基端部３１ａが外側ポケットプレート２２の半径方向に延びる軸線Ａｘ２の回りに回転可能に支軸Ｐ２を介して外側ポケットプレート２２に設けられ、かつ外側ノッチプレート２３側に向かう突出方向にばね３２にて付勢されている。これにより、各外側爪部材３１は外側ポケットプレート２２側に後退して外側保持室３０に収納された状態と、外側ポケットプレート２２から外側ノッチプレート２３に向かって突出する状態との間で動作できる。つまり、各外側爪部材３１は突出可能な状態で外側ポケットプレート２２に設けられる。

外側ノッチプレート２３には、外側ポケットプレート２２と対向する側に開口し周方向に並ぶ複数の外側凹部３５が形成されている。各外側凹部３５は突出した外側爪部材３１が噛み合う際に外側爪部材３１の先端部３１ｂが突き当たる壁部３５ａを有している。各図面には正確な個数を示していないが、外側凹部３５の個数は外側爪部材３１の個数よりも多く、かつ各外側凹部３５の位相と各外側爪部材３１の位相とが互いに異なっている。したがって、突出した複数の外側爪部材３１の一部が、複数の外側凹部３５の一部と噛み合うことになる（図５参照）。

図２にも示したように、外側セレクタプレート２４には、周方向に並びかつ突出した外側爪部材３１の一部分が通過可能な複数の外側貫通孔３６が各外側爪部材３１と同位相で形成されている。外側セレクタプレート２４の回転位置は、外側爪部材３１が外側セレクタプレート２４の外側貫通孔３６を通過して外側ノッチプレート２３の外側凹部３５に噛み合うことが可能な図５のロック位置と、外側爪部材３１の先端部３１ｂが外側セレクタプレート２４の外側貫通孔３６の非形成部位３７に突き当たることによって外側爪部材３１の突出を制限して外側爪部材３１が外側ポケットプレート２２側に収納したままに維持可能な図６の解放位置との間で切り替えることができる。

図１及び図２に示したように、外側セレクタプレート２４には半径方向に延びる駆動アーム２４ａが設けられていて、その駆動アーム２４ａを不図示の駆動装置にて駆動することにより、外側セレクタプレート２４の回転位置が切り替えられる。これにより、外側クラッチ要素Ｃｏは、外側ノッチプレート２３の回転方向がＲａの場合に外側ノッチプレート２３から外側ポケットプレート２２へのトルク伝達を許容する状態と回転方向が反対のＲｂの場合にそのトルク伝達を遮断する状態とが切り替わるロックモードと、外側ノッチプレート２３の回転方向がＲａ及びＲｂのいずれの方向においても外側ノッチプレート２３から外側ポケットプレート２２へのトルク伝達を遮断する解放モードとの間で動作モードを選択できる。

本形態のクラッチ１によれば、内側ポケットプレート２及び外側ポケットプレート２２、内側ノッチプレート３及び外側ノッチプレート２３、並びに内側セレクタプレート４及び外側セレクタプレート２４が同心状に配置される。したがって、軸方向の寸法増大を伴うことなく内側クラッチ要素Ｃｉと、外側クラッチ要素Ｃｏとを独立して機能させることができる。すなわち、同心状に配置された内側クラッチ要素Ｃｉ及び外側クラッチ要素Ｃｏのそれぞれによって、同軸上に配置された少なくとも２つの軸のトルク伝達の形態を別々に変更できる。クラッチ１は２つのクラッチ要素を軸方向に並べた場合に生じる軸方向の寸法増大を伴わないので軸方向の配置の自由度が向上する。

次に、クラッチ１の適用例について図７を参照しながら説明する。図７に示すように、クラッチ１はハイブリッド車両１００のハイブリッドトランスアクスル（以下、トランスアクスルという。）ＴＡに組み込まれて使用されている。トランスアクスルＴＡは、シングルピニオン型の第１遊星歯車機構１０１とダブルピニオン型の第２遊星歯車機構１０２とが組み合わされていて内燃機関１０３の動力を分割する機能を持つ動力分割機構１０４と、２つのモータ・ジェネレータ１０５、１０６と、動力分割機構１０４及び各モータ・ジェネレータ１０５、１０６並びにその他の伝達要素を収容するケース１０７とを備えている。第１遊星歯車機構１０１はサンギアＳ１、リングギアＲ１、及びこれらのギアＳ１、Ｒ１に噛み合うピニオンＰｉ１を自転かつ公転自在に保持するキャリアＣ１を有する。第２遊星歯車機構１０２はサンギアＳ２、リングギアＲ２、及びサンギアＳ２と噛み合う第１ピニオンＰｉａとリングギアＲ２と噛み合う第２ピニオンＰｉｂとを互いに噛み合わせた状態で自転かつ公転自在に保持するキャリアＣ２を有する。

動力分割機構１０４は、第１遊星歯車機構１０１のサンギアＳ１と第２遊星歯車機構１０２のサンギアＳ２とが連結されるとともに、第１遊星歯車機構１０１のキャリアＣ１と第２遊星歯車機構１０２のキャリアＣ２とが連結されることにより構成されている。これにより、動力分割機構１０４は互いに差動回転する４つの回転要素を有する。内燃機関１０３のクランク軸１０３ａはキャリアＣ１、Ｃ２に連結され、第１モータ・ジェネレータ１０５はサンギアＳ１、Ｓ２に連結される。第１遊星歯車機構１０１のリングギアＲ１から出力されたトルクは駆動輪Ｄｗにトルクを出力するための出力部１１０に伝達される。

出力部１１０はリングギアＲ１と一体回転するドライブギア１１１と、ドライブギア１１１と噛み合うドリブンギア１１２とを含む。ドリブンギア１１２は第２モータ・ジェネレータ１０６のトルクが出力されるモータギア１１３と噛み合っている。さらに、ドリブンギア１１２はギア軸１１５を有し、そのギア軸１１５には中間ギア１１６が固定されている。中間ギア１１６は左右の駆動輪Ｄｗにトルクを分配するディファレンシャル機構１２０のリングギア１２１に噛み合っている。

動力分割機構１０４の２つのキャリアＣ１、Ｃ２は連結軸１３１に連結されており、連結軸１３１はリングギアＲ２と一体回転する中空状の伝達軸１３２と同軸に配置されている。クラッチ１は同軸上に配置された連結軸１３１及び伝達軸１３２とケース１０７との間に介在し、これらの軸１３１、１３２を選択的にケース１０７に対して固定するブレーキとして機能する。クラッチ１の内側クラッチ要素Ｃｉは連結軸１３１とケース１０７との間に、外側クラッチ要素Ｃｏは伝達軸１３２とケース１０７との間に介在する。図７に模式的に示したが、クラッチ１の内側ポケットプレート２及び外側ポケットプレート２２がケース１０７に、内側ノッチプレート３が連結軸１３１に、外側ノッチプレート２３が伝達軸１３２にそれぞれ固定されている（図１も参照）。

図７に概念的に示したが、クラッチ１の内側クラッチ要素Ｃｉ及び外側クラッチ要素Ｃｏのそれぞれが解放モードに切り替えられると、実線で示すように連結軸１３１及び伝達軸１３２がともに解放された状態となり、第１遊星歯車機構１０１を利用した電気的な無段変速状態となる。無段変速状態の各回転要素の速度線図は図８Ａに示した通りである。また、破線で示したように、内側クラッチ要素Ｃｉが解放モードに、外側クラッチ要素Ｃｏがロックモードにそれぞれ切り替えられると、連結軸１３１を解放する一方で伝達軸１３２の一方向の回転をロックしてハイギアであるリングギアＲ２の一方向の回転を阻止するハイギアロック状態となる。この状態の各回転要素の速度線図は図８Ｂに示した通りである。さらに、一点鎖線で示したように、内側クラッチ要素Ｃｉがロックモードに、外側クラッチ要素Ｃｏが解放モードにそれぞれ切り替えられると、伝達軸１３２を解放する一方で連結軸１３１の一方向の回転をロックして内燃機関３の一方向の回転を阻止するエンジンロック状態となる。この状態の各回転要素の速度線図は図８Ｃに示した通りである。

クラッチ１の動作モードを内側クラッチ要素Ｃｉ及び外側クラッチ要素Ｃｏのそれぞれで独立に変更することによって、軸方向の寸法増大を伴うことなく互いに同軸に配置された連結軸１３１及び伝達軸１３２のトルク伝達の形態を変更できる。これにより、トランスアクスルＴＡのトルク伝達状態の切り替えを省スペースで実現できる。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。図７に示したクラッチ１の適用例は一例にすぎず、種々の装置に適用することが可能である。図７の適用例では内側ポケットプレート２及び外側ポケットプレート２２が固定された状態で使用されているが、これらが回転要素に連結された形態で本発明を実施することも可能である。要するに、本発明のクラッチを回転要素間に介在させてこれら回転要素間のトルク伝達の形態を変更するように使用することもできる。

１クラッチ
２内側ポケットプレート（第１内側プレート）
３内側ノッチプレート（第２内側プレート）
４内側セレクタプレート
１１内側爪部材
１５内側凹部
１６内側貫通孔
２２外側ポケットプレート（第１外側プレート）
２３外側ノッチプレート（第２外側プレート）
２４外側セレクタプレート
３１外側爪部材
３５外側凹部
３６外側貫通孔

Claims

互いに同一軸線上に配置された第１内側プレート及び第２内側プレートと、
前記第１内側プレートから前記第２内側プレートに向かって突出可能な状態で前記第１内側プレートに設けられ、前記第１内側プレートから突出した場合に前記第２内側プレートがいずれか一方向に回転する時に限って前記第２内側プレートに形成された内側凹部に噛み合う内側爪部材と、
前記第１内側プレートと前記第２内側プレートとの間に配置され、前記内側爪部材の通過を許容できる内側貫通孔が形成され、かつ前記内側爪部材が前記内側貫通孔を通過することにより前記内側爪部材が前記第２内側プレートの前記内側凹部に噛み合うことが可能なロック位置と、前記内側爪部材が前記第１内側プレート側に収納されたままに維持される解放位置との間で前記第１内側プレートに対して相対回転可能な内側セレクタプレートと、
前記第１内側プレートの外周側に位置し、前記第１内側プレート及び第２内側プレートと同一軸線上に配置され、前記第１内側プレートと一体に設けられた第１外側プレートと、
前記第２内側プレートの外周側に配置され、前記第１外側プレートと同一軸線上に配置された中空状の第２外側プレートと、
前記第１外側プレートから前記第２外側プレートに向かって突出可能な状態で前記第１外側プレートに設けられ、前記第１外側プレートから突出した場合に前記第２外側プレートがいずれか一方向に回転する時に限って前記第２外側プレートに形成された外側凹部に噛み合う外側爪部材と、
前記内側セレクタプレートの外周側に配置されるとともに前記第１外側プレートと前記第２外側プレートとの間に配置され、前記外側爪部材の通過を許容できる外側貫通孔が形成され、かつ前記外側爪部材が前記外側貫通孔を通過することにより前記外側爪部材が前記第２外側プレートの前記外側凹部に噛み合うことが可能なロック位置と、前記外側爪部材が前記第１外側プレート側に収納されたままに維持される解放位置との間で前記第１外側プレートに対して相対回転可能な中空状の外側セレクタプレートと、
を備えたセレクタブルワンウエイクラッチ。