JP6844551B2 - 係合装置 - Google Patents

Description

本発明は、係合装置に関する。

特許文献１には、径方向に突出する係合子を有し、係合子が係合対象部材と噛合い可能な状態と噛合い不能な状態とに切り替わる係合装置が開示されている。この係合装置は、アクチュエータに連結されたセレクタ部材が周方向に回転することにより、係合子が噛合い可能な状態と噛合い不能な状態とに切り替わる。

米国特許第９１５１３４５号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、係合対象部材の一方が固定部材であるため、係合装置はブレーキとして機能するものの、クラッチとして機能しなかった。クラッチでは係合対象の二つの部材が回転要素となるため、アクチュエータの本体部が固定された構造をクラッチ化することは困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、径方向に突出する係合子を有し、クラッチとして機能することが可能な係合装置を提供することを目的とする。

本発明は、同一回転中心軸線上で回転する二つの回転要素である内輪および外輪と、内輪と外輪との間に設けられ、径方向に突出する係合子と、を備える係合装置において、内輪および外輪のうち、一方の回転要素には係合子が一体回転するように取り付けられており、他方の回転要素は係合子が係合する係合対象部材であるとともに軸線方向に移動可能する移動部材であり、係合子は、他方の回転要素と径方向に対向する面の先端部分に、軸線方向に対して傾斜する第１傾斜部を有し、他方の回転要素は、第１傾斜部と接触する部分に、軸線方向に対して傾斜するテーパ部を有し、他方の回転要素の軸線方向位置に応じて、内輪と外輪とが相対回転可能な回転方向が一方向に規制されるワンウェイクラッチ状態と、内輪および外輪が互いに自由に回転可能なフリー状態とに切り替わることを特徴とする。

また、内輪には、係合子を取り付ける収容部が設けられ、係合子は、収容部に取り付けられた板状部材であり、後端部分が収容部に収容されたままで先端部分が収容部から径方向外側に突出する起立状態と、先端部分が寝ている状態とに遷移可能な可動部材であり、外輪が軸線方向に移動してフリー状態からワンウェイクラッチ状態に切り替わる際、テーパ部は第１傾斜部に接触して係合子の先端部分を径方向内側に押し下げてもよい。

この構成によれば、フリー状態からワンウェイクラッチ状態に切り替わる際、テーパ部が傾斜部を径方向内側に押し下げるため、位相同期不要で切替動作が可能になる。そのため、切替応答性が向上する。

また、外輪の内周部は、軸線方向の一方側が係合子と係合可能な第１内周面と、軸線方向の他方側が係合子と係合不能な第２内周面と、を有し、第２内周面は、第１内周面よりも大径の円筒面であり、テーパ部は、第１内周面と第２内周面との間に設けられてもよい。

この構成によれば、フリー状態からワンウェイクラッチ状態に切り替われる際に、第１内周面と第２内周面との間に設けられたテーパ部が係合子の第１傾斜部に接触して係合子の先端部分を径方向内側に押し下げることができるため、位相同期が不要になる。これにより、切替動作の応答性が向上する。

また、外輪を軸線方向に移動させるアクチュエータを備え、外輪が係合子の後端部分から先端部分に向けて回転している場合、アクチュエータは外輪を軸線方向に移動させてフリー状態からワンウェイクラッチ状態に切り替えてもよい。

この構成によれば、オーバラン状態で外輪を軸線方向にストロークすることができる。これにより、テーパ部が傾斜部に接触するため位相同期不要で切り替えることができ、切替動作の応答性が向上する。

また、係合子は、フリー状態で外輪と回転方向に対向する面に、軸線方向に対して傾斜する第２傾斜部を有し、外輪は、フリー状態で係合子と回転方向に対向する部分に、軸線方向に対して傾斜する傾斜部を有し、フリー状態で傾斜部が第２傾斜部に接触して外輪が係合子によって軸線方向に押し戻されてもよい。

この構成によれば、係合子の第２傾斜部によって外輪がストローク方向と反対側に押し戻されるため、外輪の回転数が大きい場合などに係合子が外輪に急係合することを抑制できる。

また、係合子は、フリー状態において外輪の内周側の円筒面とは非接触であってもよい。

この構成によれば、フリー状態において外輪が係合子に摺動することによる引き摺り損失の発生を抑制でき、動力損失を低減することが可能である。

本発明では、係合子と係合面とがテーパ部を有するため、オーバラン方向では係合子が自動的に押し下がる。そのため、開放から係合へ状態が遷移する際に、係合子と回転要素の係合面とを回転同期させる必要がない。したがって、開放から係合への応答性が悪化することを抑制できる。

図１は、実施形態の係合装置を説明するための分解図である。 図２は、外輪の内周部を説明するための斜視図である。 図３は、外輪の内周部を説明するための拡大模式図である。 図４は、係合子を説明するための模式図である。 図５は、係合子を説明するための模式図である。 図６は、係合装置を軸線方向の一方側から見た場合を模式的に示す側視図である。 図７は、直動アクチュエータを含む構成を模式的に示す説明図である。 図８は、フリー状態での外輪の軸線方向位置を説明するための模式図である。 図９は、ワンウェイクラッチ状態での外輪の軸線方向位置を説明するための模式図である。 図１０は、フリー状態の係合装置を説明するための拡大模式図である。 図１１は、フリー状態で外輪を軸線方向にストロークする場合を説明するための断面図である。 図１２は、外輪のテーパ部が係合子の第１傾斜部に接触する状態を説明するための断面図である。 図１３は、第１傾斜部に作用する力によって係合子の先端部を径方向内側に押し下げることを説明するための模式図である。 図１４は、オーバラン状態を説明するための模式図である。 図１５は、ラチェット状態を説明するための模式図である。 図１６は、ラチェット状態を説明するための断面図である。 図１７は、ラチェット方向に回転する際に外輪の傾斜部と係合子の第２傾斜部とが接触することを説明するための断面図である。 図１８は、第２傾斜部に作用する力によって係合子を起立させる方向の力が生じることを説明するための模式図である。 図１９は、ラチェット状態を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における係合装置について具体的に説明する。

図１は、実施形態の係合装置１を模式的に示す説明図である。係合装置１は、第１回転要素である内輪２と、第２回転要素である外輪３と、係合子４と、スナップリング５とを備える。係合装置１は、同一の回転中心軸線Ｏ上で回転する内輪２および外輪３が係合子４によって係合して一体回転することが可能である。なお、回転中心軸線Ｏに沿った方向を軸線方向と記載して説明する。

内輪２は、係合子４と一体回転する円環状の回転部材である。内輪２の外周部には係合子４を収容する収容部２１が形成されている。収容部２１は周方向に所定間隔を空けて複数設けられている。収容部２１の内部には係合子４に加えて、係合子４を押圧するバネ６が設けられている。収容部２１内の係合子４は、先端部４１がバネ６によって径方向外側に押されて起立しているとともに、軸線方向に抜けないようスナップリング５によって軸線方向の移動が規制される。スナップリング５は内輪２に取り付けられている。また、内輪２の内周部にスプライン歯が設けられている。

外輪３は、内輪２の径方向外側に位置する円環状の回転部材であるとともに、後述する直動アクチュエータ７（図７に示す）によって軸線方向へ移動することが可能な移動部材である。外輪３と内輪２とは軸線方向位置で重なる位置に配置され、外輪３の内周部３ａと内輪２の外周部とは径方向に対向する。また、外輪３の内周部３ａは軸線方向の一方側と他方側とで機能が異なる二つの領域に分かれている。内周部３ａは、軸線方向の一方側が係合可能な領域（ＯＷＣ領域）である第１内周面３１により形成され、かつ軸線方向の他方側が係合不能な領域（フリー領域）である第２内周面３２により形成される。

図２および図３に示すように、ＯＷＣ領域である第１内周面３１は、相対的に小径に形成された内周部３ａであり、係合子４と噛み合う係合部３３が設けられている。係合部３３は、第１内周面３１の一部が径方向外側に凹んだ形状を有し、周方向に所定間隔を空けて複数設けられている。フリー領域である第２内周面３２は、相対的に大径に形成された内周部３ａであり、周方向全域に亘り円筒状に形成されている。また、第１内周面３１と第２内周面３２との境界部分には、軸線方向に対して傾斜するテーパ部３４が設けられている。小径の第１内周面３１と大径の第２内周面３２とは傾斜面のテーパ部３４を介して繋がっている。テーパ部３４は、段差部分の角部が面取りされた傾斜面を有し、周方向に所定長さに設けられている。例えば、テーパ部３４の周方向位置は係合部３３の周方向位置とは異なる位置となる。そして、テーパ部３４は係合子４の第１傾斜部４３（図４等に示す）に接触する傾斜面である。

係合子４は、外輪３に係合する板状の可動部材である。係合子４は内輪２の収容部２１に取り付けられた状態で先端部４１が径方向外側に突出する。複数の係合子４は先端部４１が周方向で同一方向を向くように配置されている。先端部４１はバネ６によって収容部２１から径方向外側に突出するため、係合子４が周方向に噛み合う爪部材として機能する。

図４および図５に示すように、係合子４は、先端部４１と、支点軸部４２と、第１傾斜部４３と、第２傾斜部４４とを有する。先端部４１は、外輪３の係合部３３に係合する係合面を有する。支点軸部４２は、先端部４１が揺動する際に支点となる部位であり、収容部２１の内部に保持されている。第１傾斜部４３および第２傾斜部４４は、係合子４の先端部４１側の角部が面取りされた傾斜面を有する。第１傾斜部４３は、外輪３と径方向に対向する面（径方向外側の面）のうち、先端部４１側かつ軸線方向一方側の角部が面取りされた傾斜部である。第２傾斜部４４は、内輪２と径方向に対向する面（径方向内側の面）のうち、先端部４１側かつ軸線方向一方側の角部が面取りされた傾斜部である。

図６に示すように、係合装置１は、内輪２と外輪３とが径方向に対向する位置に配置された状態で、外輪３を軸線方向に移動させることが可能である。係合装置１は、外輪３の軸線方向位置に応じて、内輪２と外輪３とが相対回転可能な回転方向が一方向に規制されるワンウェイクラッチ状態（以下「ＯＷＣ状態」という）と、内輪２および外輪３が互いに回転方向の規制なく自由に回転可能な両方向フリー状態（以下「フリー状態」という）とに切り替え可能である。ＯＷＣ状態は係合子４が係合部３３に係合可能な状態である。一方、フリー状態は係合子４が係合部３３に係合不能な状態である。

ここで、図７を参照して、直動アクチュエータ７について説明する。図７に示すように、外輪３はシフトフォーク８を介して直動アクチュエータ７と機械的に連結されている。シフトフォーク８には戻りバネ９が接続されている。戻りバネ９はシフトフォーク８を直動アクチュエータ７側に押す力（付勢力）を生じる。直動アクチュエータ７は、ケース等の固定部材に固定された本体部７１と、軸線方向に作動する可動子７２とを備える。可動子７２は、本体部７１から軸線方向に突出しており、待ちバネ１０を介してシフトフォーク８と機械的に連結されている。そして、外輪３の軸線方向位置が変化することによって、係合装置１はフリー状態（図８参照）とＯＷＣ状態（図９参照）とに切り替わる。また、フリー状態でもＯＷＣ状態でも、外輪３は内輪２と径方向に対向する軸線方向位置に配置される。なお、直動アクチュエータ７は、油圧式、電動モータ、電磁式などのいずれの方式であってもよい。この実施形態の係合装置１では外輪３のみが軸線方向に移動可能である。また、図７に示す軸線方向の一方側から他方側に向けて外輪３が移動する場合をストロークと記載する。外輪３がストロークする際、外輪３は戻りバネ９の付勢力に抗して軸方向他方側に変位する。

図８に示すように、フリー状態では、外輪３の軸線方向位置は、第２内周面３２が内輪２と対向するものの、第１内周面３１が内輪２と対向しない位置となる。第２内周面３２には係合子４が係合できないため、内輪２と外輪３とが互いに自由に回転可能なフリー状態となる。

図９に示すように、ＯＷＣ状態では、外輪３の軸線方向位置は、第１内周面３１が内輪２と対向する位置となる。第１内周面３１は係合子４が係合可能な係合部３３を含む係合面であるため、内輪２と外輪３とが係合可能なＯＷＣ状態となる。

図１０は、フリー状態の係合装置１を説明するための拡大模式図である。図１１は、フリー状態で外輪３を軸線方向にストロークする場合を説明するための断面図である。フリー状態では、係合子４が径方向外側に突出した起立状態となり、外輪３は双方向に回転可能である。なお、図１０には軸線方向の一方側から他方側に向けて係合装置１を見た場合が示されている。

図１０に示すように、外輪３の回転方向が係合子４の支点軸部４２から先端部４１側に向けて回転する回転方向の場合、係合装置１はオーバラン状態となることが可能である。オーバラン状態とは、係合対象の外輪３が係合子４を乗り越えて回転可能な状態である。例えば、内輪２が回転停止している場合には、外輪３が係合子４の支点軸部４２側から先端部４１側に向けて回転する状態がオーバラン状態である。内輪２および外輪３が回転する場合には、回転方向と回転速度（回転数）との関係によりオーバラン状態を定義できる。具体的には、内輪２および外輪３の回転方向が係合子４の先端部４１側を回転方向前方とする場合、外輪３の回転数が内輪２の回転数よりも大きい場合にオーバラン状態となる。これとは回転方向が逆方向の場合、つまり内輪２および外輪３の回転方向が係合子４の支点軸部４２側を回転方向前方とする場合には、内輪２の回転数が外輪３の回転数よりも大きい場合にオーバラン状態となる。そして、オーバラン状態において直動アクチュエータ７による切替制御が実施されて、フリー状態からＯＷＣ状態への切替動作が行われる。

図１１に示すように、フリー状態からＯＷＣ状態への切替動作する際、外輪３には軸線方向荷重である推力（ＡＣＴ推力）が直動アクチュエータ７から作用し、外輪３が係合子４側に向けて接近するように軸線方向の他方側へ移動する。この場合、外輪３のテーパ部３４と係合子４の第１傾斜部４３とが接触する。図１２に示すように、テーパ部３４が第１傾斜部４３に接触すると、係合子４には径方向内側を向く力が作用する。テーパ部３４も第１傾斜部４３も接触面が軸線方向に対して傾斜しているため、外輪３のＡＣＴ推力が径方向成分（押し下げ分力）に分解されて係合子４に作用する。この径方向成分は、図１３に示すように、係合子４の先端部４１を径方向内側に押し下げる力となる。オーバラン状態で直動アクチュエータ７を作動させてフリー状態からＯＷＣ状態へ切り替えることにより、ＡＣＴ推力によって係合子４の先端部４１側を押し下げることができるため、位相同期不要で外輪３を軸線方向にストロークさせることが可能になる。図１４に示すように、外輪３がオーバラン方向に回転すると、係合子４の先端部４１を収容部２２側に寝かせる力が外輪３から係合子４に作用することが可能である。

また、図１５は、ラチェット状態を説明するための模式図である。なお、図１５には軸線方向他方側から係合装置１を見た場合が示されている。

図１５に示すように、フリー状態において、外輪３の回転方向が係合子４の先端部４１側に向けて回転する回転方向（ラチェット方向）となる場合がある。フリー状態で外輪３がラチェット方向に回転する場合、係合子４は第２内周面３２に接触する。ラチェット方向では、外輪３が所定回転数以上でストロークすることを抑制できる。例えば、内輪２が回転停止している場合、外輪３が係合子４の先端部４１側から支点軸部４２側に向けて回転する状態がラチェット状態である。内輪２および外輪３の回転方向が係合子４の支点軸部４２側を回転方向前方とする場合、外輪３の回転数が内輪２の回転数よりも大きい場合にラチェット状態となる。これとは回転方向が逆方向の場合、つまり内輪２および外輪３の回転方向が係合子４の先端部４１側を回転方向前方とする場合には、内輪２の回転数が外輪３の回転数よりも大きい場合にラチェット状態となる。そして、フリー状態で外輪３がラチェット方向に回転すると、外輪３が係合子４によって軸線方向に弾かれる状態となる場合がある。

図１６に示すように、フリー状態において外輪３がラチェット方向に回転すると、外輪３の傾斜部３５が係合子４の第２傾斜部４４と対向する。そして、図１７に示すように、ラチェット状態で外輪３がＡＣＴ推力によって軸線方向他方側に移動すると、傾斜部３５が第２傾斜部４４に接触する。この場合、外輪３から係合子４に作用する周方向荷重（トルク）によって、外輪３にはＡＣＴ推力とは反対側に作用する反力（ストローク対抗分力）が作用する。この軸線方向反力によって外輪３はストローク方向と反対側に押し戻される。外輪３の回転数が大きい場合、係合子４の面取り端面である第２傾斜部４４によって外輪３がストローク方向と反対側に押し戻される。そのため、ラチェット状態でのストローク防止（急係合防止）が可能である。さらに、図１８および図１９に示すように、ラチェット状態では、傾斜部３５から第２傾斜部４４に作用する周方向荷重によって、係合子４の先端部４１が径方向外側に持ち上がる力が生じる。つまり、傾斜部３５が係合子４に接触しても係合子４の起立状態を保つことが可能であるため、ラチェット状態を維持できる。なお、ラチェット状態で外輪３が係合子４に弾かれる際、待ちバネ１０が縮むことにより外輪３がストローク方向とは反対側に押し戻されること（軸方向に変位すること）が可能である。

以上説明した通り、実施形態によれば、径方向に突出する係合子４を有する係合装置１
がクラッチとして機能することが可能である。また、直動アクチュエータ７によって外輪３を軸線方向に移動させる構造において、ＯＷＣ状態とフリー状態とに選択的に切り替え可能である。そして、フリー状態からＯＷＣ状態に切り替える際、オーバラン状態で外輪３をストロークさせることにより、テーパ部３４が第１傾斜部４３に接触して係合子４を径方向内側に押し下げることが可能になる。これにより、位相同期が必要なくなるため、フリー状態とＯＷＣ状態とを切り替える際の応答性が向上する。

また、内輪２に係合子４と取り付けることにより、遠心力により係合子４が立ち上がることができるため、外輪３への噛合いがより確実に行われる。

なお、上述した実施形態の変形例として、内輪２の収容部２１および係合子４は、係合子４の立ち上がり角を制限する構造を有してもよい。この場合、フリー状態の場合に係合子４と第２内周面３２とが非接触であってもよい。一例として、係合子４の後端部分が収容部２１の壁面に接触することにより係合子４の立ち上がりを規制する構造に形成される。これにより、フリー状態において係合子４と外輪３の内周側の円筒面とが非接触であるため、外輪３が係合子４に摺動することによる引き摺り損失の発生を抑制でき、動力損失を低減することが可能である。

１ 係合装置
２ 内輪
３ 外輪
４ 係合子
６ バネ
７ 直動アクチュエータ
８ シフトフォーク
３１ 第１内周面
３２ 第２内周面
３３ 係合部
３４ テーパ部
３５ 傾斜部
４１ 先端部
４２ 支点軸部
４３ 第１傾斜部
４４ 第２傾斜部

Claims (6)

1. 同一回転中心軸線上で回転する二つの回転要素である内輪および外輪と、
   前記内輪と前記外輪との間に設けられ、径方向に突出する係合子と、
   を備える係合装置において、
   前記内輪および前記外輪のうち、一方の回転要素には前記係合子が一体回転するように取り付けられており、他方の回転要素は前記係合子が係合する係合対象部材であるとともに軸線方向に移動可能とする移動部材であり、
   前記係合子は、前記他方の回転要素と径方向に対向する面の先端部分に、軸線方向に対して傾斜する第１傾斜部を有し、
   前記他方の回転要素は、前記第１傾斜部と接触する部分に、軸線方向に対して傾斜するテーパ部を有し、
   前記他方の回転要素の軸線方向位置に応じて、前記内輪と前記外輪とが相対回転可能な回転方向が一方向に規制されるワンウェイクラッチ状態と、前記内輪および前記外輪が互いに自由に回転可能なフリー状態とに切り替わる
   ことを特徴とする係合装置。
2. 前記内輪には、前記係合子を取り付ける収容部が設けられ、
   前記係合子は、前記収容部に取り付けられた板状部材であり、後端部分が前記収容部に収容されたままで先端部分が前記収容部から径方向外側に突出する起立状態と、前記先端部分が寝ている状態とに遷移可能な可動部材であり、
   前記外輪が軸線方向に移動して前記フリー状態から前記ワンウェイクラッチ状態に切り替わる際、前記テーパ部は前記第１傾斜部に接触して前記係合子の先端部分を径方向内側に押し下げる
   ことを特徴とする請求項１に記載の係合装置。
3. 前記外輪の内周部は、
   軸線方向の一方側が前記係合子と係合可能な第１内周面と、
   軸線方向の他方側が前記係合子と係合不能な第２内周面と、を有し、
   前記第２内周面は、前記第１内周面よりも大径の円筒面であり、
   前記テーパ部は、前記第１内周面と前記第２内周面との間に設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の係合装置。
4. 前記外輪を軸線方向に移動させるアクチュエータを備え、
   前記外輪が前記係合子の後端部分から先端部分に向けて回転している場合、前記アクチュエータは前記外輪を軸線方向に移動させて前記フリー状態から前記ワンウェイクラッチ状態に切り替える
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の係合装置。
5. 前記係合子は、前記フリー状態で前記外輪と回転方向に対向する面に、軸線方向に対して傾斜する第２傾斜部を有し、
   前記外輪は、前記フリー状態で前記係合子と回転方向に対向する部分に、軸線方向に対して傾斜する傾斜部を有し、
   前記フリー状態で前記傾斜部が前記第２傾斜部に接触して前記外輪が前記係合子によって軸線方向に押し戻される
   ことを特徴とする請求項２から４のうちのいずれか一項に記載の係合装置。
6. 前記係合子は、前記フリー状態において前記外輪の内周側の円筒面とは非接触である
   ことを特徴とする請求項２から５のうちのいずれか一項に記載の係合装置。

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