JP6887530B2 - 切り替え可能なワンウェイクラッチ - Google Patents

Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１７年７月２８日に出願された米国特許出願第１５／６６２，９２０号の優先権を主張し、その開示は参照によりその全体が本明細書に援用される。

技術分野
本開示は、一般にワンウェイクラッチに関し、より具体的には、切り替え可能なワンウェイクラッチに関する。

ワンウェイクラッチは、特に車両の変速機の設定において知られている。ワンウェイクラッチは、トルクを一方の回転方向に伝達できるようにする一方、解放またはフリーホイールすることによって他方の回転方向へのトルク伝達を阻止する。クラッチを選択的に一方向でロックできるか、両方向でロックできるか、またはどちらの方向でもロックできない切り替え可能なワンウェイクラッチも知られている。切り替え可能なワンウェイクラッチの一例は、米国特許出願公開第２０１７／００４５０９９号明細書に開示されている。

一実施形態によれば、切り替え可能なワンウェイクラッチは、複数の傾斜プロファイルを有する内面を含むアウタレースを含む。クラッチはまた、インナレースと、インナレースから半径方向外側に配置されかつアウタレースに対して軸方向に移動可能な制御プレートとを含む。複数のローラは、アウタレースおよびインナレースと接触可能である。ローラケージは、複数のローラを位置決めかつ収容するように構成されている。ローラケージは、制御プレートとともに回転するように固定されている。アクチュエータアセンブリは、軸線に沿ってスライド可能なピストンと、ピストンに結合されたアクチュエータアームとを有し、軸線に沿ったピストンの動きは、アクチュエータアームを軸線に沿って動かす。切り替え可能なワンウェイクラッチは、ピストンおよびアクチュエータアームが第１の軸方向位置にありかつ制御プレートが自由に回転する第１のモードと、ピストンおよびアクチュエータアームが第２の軸方向位置にありかつ制御プレートおよび取り付けられたローラケージを回転しないように保持する第２のモードとの間で切り替え可能である。

別の実施形態では、切り替え可能なワンウェイクラッチは、第１のレース、第１のレースと同心の第２のレース、および半径方向で第１のレースと第２のレースとの間に配置された複数のローラを有するローラケージアセンブリを含む。アクチュエータアセンブリは、ピストンと、液圧流体を介して軸方向に移動可能なアクチュエータアームとを有する。ローラケージアセンブリには制御プレートが結合されている。制御プレートは、液圧式に作動するピストンの動きによって、第１のレース、第２のレース、およびローラケージアセンブリに対して軸方向に沿って移動して第１のレースを第２のレースに選択的にロックするように構成されている。

さらに別の実施形態では、切り替え可能なワンウェイクラッチは、インナレースと、外面および、複数の傾斜面特徴部を有する内面を有するアウタレースと、を含む。ローラケージアセンブリは、選択的に、第１の回転方向への回転の際にトルクを伝達し、第２の回転方向への回転の際にトルクを伝達しないことを可能にするため、インナレースとアウタレースの傾斜面特徴部との間に複数のローラを有する。ピストンは液圧流体を介して選択的に移動可能である。ピストンの第１の軸方向への動きは、ローラケージアセンブリを回転に対してロックしてアウタレースの回転運動を阻止し、ピストンの第２の軸方向への動きは、ローラケージを回転ロックから解除してアウタレースの回転運動を可能にする。

一実施形態による、切り替え可能なワンウェイクラッチの正面底面側の斜視図である。 一実施形態による、図１の切り替え可能なワンウェイクラッチの第１の分解斜視図である。 一実施形態による、図１の切り替え可能なワンウェイクラッチの第２の分解斜視図である。 一実施形態による、ロック解除モードまたはワンウェイクラッチ（ＯＷＣ）モードにある、図１の切り替え可能なワンウェイクラッチの断面図である。 図４Ａの一部の拡大図である。 一実施形態による、ロックモードにある、図１の切り替え可能なワンウェイクラッチの断面図である。 図５Ａの一部の拡大図である。

本開示の実施形態が本明細書に記載されている。しかしながら、開示された実施形態は単なる例であり、他の実施形態は様々な代替の形態を取り得ることを理解されたい。図は必ずしも縮尺どおりではなく、いくつかの図は、特定の構成要素の詳細を示すために、拡大されまたは縮小されることがある。したがって、本明細書で開示される特定の構造および機能の詳細は、限定するものとして解釈されるべきではなく、単に実施形態を様々に実施することを当業者に教示するための代表的な原理として解釈されるべきである。当業者が理解するように、いずれかの図を参照して図示および説明される様々な特徴は、他の１つまたは複数の図に示される特徴と組み合わせて、明示的には図示または説明されない実施形態を生成することができる。例示された特徴の組み合わせは、典型的な用途のための代表的な実施形態を提供する。しかしながら、本開示の教示と一致する、特徴の様々な組み合わせおよび修正は、特定の用途または実施のために望ましい場合がある。

以下に説明する様々な実施形態では、切り替え可能なローラ式ワンウェイクラッチが開示されている。本明細書では、切り替え可能なローラ式ワンウェイクラッチは、選択可能なローラ式ワンウェイクラッチ、双方向ローラ式ワンウェイクラッチ、切り替え可能なワンウェイクラッチ、または単に「ワンウェイクラッチ」、「ＯＷＣ」、または「クラッチ」を指すものとしても用いられる。例示的な実施形態では、切り替え可能なワンウェイクラッチは、液圧式ピストンアセンブリを含み、このピストンアセンブリは、制御プレートを動かして切り替え可能なワンウェイクラッチを、
（１）クラッチが一方の方向（例えば、時計回り）でロックされ、反対方向（例えば、反時計回り）で自由である「ニュートラル」状態と、
（２）クラッチが一方の方向（例えば、時計回り）でロックされ、反対方向（例えば、反時計回り）でもロックされる「アクティブ」状態と、
の２つの状態間で変化させる。

次に、図を参照する。図１は、切り替え可能なワンウェイクラッチ１の斜視図を示す。図２〜３は、クラッチアセンブリ１およびその様々な部品の分解斜視図を示す。図４Ａ〜４Ｂは、ロック解除モードまたはワンウェイクラッチ（ＯＷＣ）モードのクラッチアセンブリ１の断面図を示し、図５Ａ〜５Ｂは、クラッチ１の同じ断面図ではあるがロックモードにあるクラッチ１を示す。以下に説明するように、ロックモードでは、１つまたは複数の液圧式作動ピストン１０４，１０５がアクチュエータアーム１０６を軸方向に移動させ、これによりアクチュエータアーム１０６は、制御プレート６０を回転に抗して摩擦的に保持する。これにより、ローラ４４を有する、取り付けられたローラケージアセンブリ４０も回転に抗して保持されたままになる。これは、保持されたローラケージアセンブリ４０のローラ４４で外輪２０をいずれかの回転方向にロックし、アセンブリが二方向でロックするクラッチとして機能することを可能にする。

図を参照すると、切り替え可能なワンウェイクラッチ１が示されている。切り替え可能なワンウェイクラッチ１またはクラッチアセンブリは、所定の位置にロックされることができるか、または車両の変速機ハウジングに固定的に取り付けられることができるハウジング１０を含む。アウタレースまたは外輪２０は、切り替え可能なワンウェイクラッチ１の駆動回転部品である。外輪２０は、外面と、複数の傾斜面２２をもつ内側プロファイルを有する対向する内面とを備える。傾斜面２２は、複数の谷と山とを含む谷形である。インナレースまたは内輪３０は、ハウジング１０に対してロックまたは固定することができる。内輪３０は、半径方向外側を向く外面と、半径方向内側を向く対向内面とを有する。既定位置では、クラッチ１は、一方の回転方向でロックし、もう一方の回転方向で自由に回転するワンウェイクラッチとして機能する。

クラッチ１は、ローラケージ４２と、ケージ４２に収容された複数のローラ要素またはローラ４４とを有するローラケージアセンブリ４０により、ワンウェイクラッチとして機能することができる。ケージ４２は、ローラ４４を位置決めかつ配置するために設けられている。すなわち、ケージは、ローラ４４を配置するための複数のポケットであって、ローラ４４を円周方向に間隔を空けて配置しかつそれぞれのポケット内で回転しながらインナレースおよびアウタレースに対して一緒に回転できるようにするポケットを含む。ケージアセンブリ４０は、ポケット内でローラを位置決めするのを助けるばね４６を含むことができる。ローラ４４は、クラッチ１の動作状態に応じて、インナレース３０と、外輪２０の傾斜面２２と係合可能に接触可能である。すなわち、いくつかの動作状態においては、ローラは、インナレースおよびアウタレースの一方のみもしくは両方と接触することがあり、またはアウタレースおよびインナレースのどちらにも接触しないことがある。インナレースおよびアウタレースを備えたローラの動作の例は、参照により本明細書に完全に援用される、２０１７年１月３１日に出願された同一譲受人の米国仮出願第６２／４５２，４７５号および２０１７年２月１４日に出願された第６２／４５９，０１５号に開示されている。

上述したクラッチ１は、一方の回転方向は許容されるが他方の回転方向は許容されないという点で、ワンウェイクラッチとして動作することができる。本明細書で説明する切り替え可能なワンウェイクラッチ１は、両回転方向でロックするクラッチとして機能するように切り替えることもできる。ＯＷＣモードと、クラッチが二方向でロックするモードとを切り替えるこの機能の詳細が、以下に説明される。

動作モードを切り替えるためにクラッチ１を選択的にロックおよびロック解除する制御プレート６０が設けられていてよい。一実施形態では、制御プレート６０は、ローラケージアセンブリ４０と一緒に回転するように、ローラケージアセンブリ４０に対して固定される。制御プレートには、半径方向内側に延びかつ軸方向延出先端をも有する１つまたは複数のノッチ（例えば、歯またはアーム）６２の第１のセットが設けられている。ノッチ６２は、制御プレートの内壁の周りに円周方向に互いに間隔を空けて配置されている。ノッチの軸方向延出先端は、制御プレート６０をローラケージアセンブリ４０にロックするために、ローラケージアセンブリ４０の、軸方向に面する表面における対応する受容部内に受け入れられる。すなわち、制御プレートおよびローラケージは、中心軸線周りの回転に関して互いに固定される。制御プレート６０には、半径方向内側に延びかつ軸方向延出先端も有する１つまたは複数のノッチ（例えば、歯またはアーム）６４の第２のセットも設けられている。第２のセットのノッチ６４は、第１のセットのノッチ６２と交互に配置される。ノッチ６４の先端は、ロックモードの際、制御プレートに対する外輪２０の回転を制限するために、外輪２０の軸方向表面上の対応する受容部または表面特徴内に受け入れられるように構成されている。

一実施形態では、ブッシング５０が外輪２０に押し込まれる。ブッシング５０は、外輪２０および内輪３０を芯合わせするとともに、制御プレート６０を保持することができる。制御プレート６０は、外輪２０とブッシング５０との間に配置される。別の実施形態では、ブッシング５０は設けられていない。以下に説明するように、制御プレート６０は、ローラケージアセンブリ４０の位置および動作を制御するために使用される。制御プレート６０は、（後述する）制御アームまたはアクチュエータアーム１０６とスナップリング７０との間に挟まれるとともに、ロックモードにおいてアクチュエータアーム１０６からの圧力によって所定の位置に保持される。

クラッチ１はまた、内側保持リング８０および外側保持リング９０を含み得る。内側保持リングは、ハウジング１０とブッシング５０との間に収容される。内側保持リング８０は、ハウジング１０およびブッシング５０が互いに接触するのを阻止し、ハウジング１０とブッシング５０との離間関係を維持する。外側保持リング９０は、ローラケージアセンブリ４０を外輪２０の内側に保持する。

アクチュエータアセンブリ１００は、クラッチ１に組み付けられるか、またはクラッチ１の一部である。アクチュエータアセンブリ１００は、ハウジング１０の半径方向外側に位置する。アクチュエータアセンブリ１００は、ピストンチャンバを内部に画定するアクチュエータハウジング１０２を含む。ピストンチャンバ内には、一対の対向するピストン１０４，１０５が位置している。ピストンは、チャンバ１０３内で軸方向にスライド可能に構成されている。これらの図に示される実施形態では２つのピストン１０４，１０５を示しているが、代替的に、アクチュエータアセンブリ１００の日常的な再設計によれば、１つのピストンだけを用いることができることが考えられる。

アクチュエータアーム１０６は、ピストン１０４，１０５間で該ピストン１０４，１０５に接続される。ピストン１０４，１０５の軸方向の動きは、アクチュエータアーム１０６の対応する軸方向の動きを引き起こす。図４Ａ〜４Ｂは、第１の位置にあるピストン１０４，１０５およびアクチュエータアーム１０６を示しており、その位置では、クラッチは、回転が一方の回転方向では阻止されるが他方の回転方向では許可されるロック解除モードまたはＯＷＣモードで動作可能である。図５Ａ〜５Ｂは、第２の位置にあるピストン１０４，１０５およびアクチュエータアーム１０６を示しており、その位置では、クラッチ１を、回転が両方の回転方向で阻止されるロックモードで動作させる。クラッチ１をモード間で切り替え可能に変更する構造が、以下に説明される。

図４Ａ〜４Ｂではまず、ロック解除モードまたはＯＷＣモードにあるクラッチ１が示されている。このモードでは、アクチュエータアーム１０６は、制御プレート６０から離間している。チャンバ１０３内には、入口１０７が画定されている。入口１０７は、変速機流体などの液圧流体の入口として機能する。また、チャンバ１０３内の流体を密閉または封じ込めるためにキャップ１０８が設けられている。ピストン１０４，１０５を動かしてロックモードに移行するには、液圧流体が圧力下で入口１０７に入り、ピストン１０４を軸方向（例えば、図４Ａで見た図の左側）に移動させる。これにより、アクチュエータアーム１０６および他のピストン１０５が、ピストン１０４と一緒に軸方向に（例えば、左に）移動する。液圧によりアクチュエータアーム１０６が所定の位置に移動すると、アクチュエータアーム１０６の半径方向内側に延びる部分が制御プレート６０に対して押し付けられる。したがって、制御プレート６０は、アクチュエータアーム１０６とスナップリング７０との間に摩擦で保持されるか、または挟まれるまで軸方向に（例えば、左に）押される。スナップリング７０は、アクチュエータアームが制御プレート６０に力を加えるとき、背面支持プレートとして機能する。一実施形態では、スナップリング７０は中心軸線周りに回転しない。制御プレート６０がアクチュエータアーム１０６によって回転しないように保持された状態では、それに接続されたローラケージアセンブリ４０も回転しないように保持される。これにより、クラッチ１はロックモードになる。図５Ｂに示すように、制御プレート６０と外輪２０との間には軸方向に微少隙間が残されており、それにより外輪２０は、制御プレート６０に対して中心軸線周りに回転可能である。しかしながら、このロックモードでは、外輪２０は、ローラ４４が外輪２０の傾斜面２２を転がり上がるまで、数度（例えば、１〜５度）しか回転できない。したがって、外輪２０は、保持されたローラケージによって拘束され、クラッチ１は、ロックされたワンウェイクラッチとして動作し、両回転方向にロックする。

ピストン１０４，１０５およびアクチュエータアーム１０６をロック解除モード（例えば、図４Ａで見た図の右側）に軸方向に戻すまたは付勢するために、ピストン１０５にばね１１２が設けられている。したがって、液圧流体が（ピストン１０５によって入口１０７を通ってまたはピストンチャンバの出口などの他の出口を通って）アクチュエータアセンブリ１００を出ると、ばねがピストン１０５を押して図４Ａ〜４Ｂに示す位置に戻し、これにより、アクチュエータアーム１０６が制御プレート６０から離脱する。これにより、制御プレート６０がスナップリング７０から外れる。したがって、制御プレート６０およびローラケージアセンブリ４０は、中心軸線の周りに回転することができる。それにより、外輪２０は、少なくとも１つの回転方向でローラ４４からロック解除され、クラッチ１はワンウェイクラッチとしての動作に戻ることができる。制御プレート６０、ひいてはローラケージアセンブリ４０を軸線周りの一回転方向（例えば、ロック方向）に付勢する別のばね１２０を外輪２０に設けてもよい。ロック解除モードでクラッチがオフのとき、クラッチがワンウェイクラッチとして動作するようにばね１２０が制御プレート６０を付勢する。

要するに、本開示は、液圧式に作動するアクチュエータアセンブリを備えた切り替え可能なクラッチを提供する。液圧は、所定の指令下で液圧チャンバに加わり、１つまたはそれ以上のピストンを横方向に移動させる。これは、アクチュエータアームをも軸方向に移動させる。アクチュエータアームは、アクチュエータアームが加圧されて軸方向に動いた際に制御プレートに接触する、半径方向に延びる部分を有する。これにより、制御プレートがアクチュエータアームによって回転しないように保持される。回転しないように保持された制御プレートは、ローラケージを回転しないように保持する。したがって、外輪は、ローラが外輪の傾斜面を転がり上がるまで数度しか回転できないように拘束される。したがって、外輪は、いずれかの方向に回転した際にローラケージアセンブリのローラに拘束され、クラッチアセンブリを二方向でロックするクラッチとして機能させることができる。クラッチのロックを解除するために、液圧をチャンバから除去することができ、これによりばねが制御プレートを脱係合へと付勢して制御プレート、ローラケージ、および外輪を一方向に回転可能にする。

アウタレースがハウジングに固定され、インナレースがクラッチの駆動部材である別の代替的な実施形態（図示せず）が考えられる。その実施形態では、インナレースは、その外側プロファイル上に傾斜面を有しており、アクチュエータアームは、ローラケージアセンブリをロックするとともにクラッチをロックするために、制御プレートをインナレースと係合させる。

例示的な実施形態を上記で説明したが、これらの実施形態は、特許請求の範囲に包含されるすべての可能な形態を説明することを意図したものではない。本明細書で使用される用語は、限定というよりむしろ説明するための用語であり、本開示の精神および範囲から逸脱することなく様々な変更を加えることができることが理解される。前述のように、様々な実施形態の特徴を組み合わせて、明示的に説明または図示されていない本発明のさらなる実施形態を形成することができる。様々な実施形態が、１つまたは複数の所望の特徴に関して、他の実施形態または先行技術の実装と比べて利点を提供するか、好ましいと説明されている可能性があるが、当業者は、特定の用途および実施に応じて、全体として所望のシステム的な特性を実現するためには１つまたは複数の機能または特徴が犠牲になり得ることを認識する。これらの特性には、コスト、強度、耐久性、ライフサイクルコスト、市場性、外観、包装、サイズ、保守性、重量、製造性、組み立て容易性などが含まれるが、これらに限定されない。１つまたは複数の特徴に関して他の実施形態または先行技術の実装よりも望ましくないと説明されている実施形態において、これらの実施形態は本開示の範囲外ではなく、特定の用途に望ましい場合がある。

Claims (8)

1. 切り替え可能なワンウェイクラッチであって、
   複数の傾斜プロファイルを有する内面を含むアウタレースと、
   インナレースと、
   前記インナレースから半径方向外側に配置されるとともに前記アウタレースに対して軸方向に移動可能な制御プレートと、
   前記アウタレースおよび前記インナレースと接触可能な複数のローラと、
   前記複数のローラを位置決めかつ収容するように構成され、前記制御プレートと一緒に回転するように固定されたローラケージと、
   軸線に沿ってスライド可能なアクチュエータアームを有するアクチュエータアセンブリと、を備え、
   前記切り替え可能なワンウェイクラッチは、前記アクチュエータアームが第１の軸方向位置にあって前記制御プレートが自由に回転する第１のモードと、前記アクチュエータアームが第２の軸方向位置にあって前記制御プレートおよび取り付けられたローラケージを回転しないように保持する第２のモードとの間で切り替え可能であり、
   前記アクチュエータアセンブリは、前記アクチュエータアームに連結されたピストンと、加圧時に前記ピストンを前記軸線に沿ってスライドさせるように構成された液圧流体を受け入れる入口と、を含み、
   前記ピストンは第１のピストンであり、前記アクチュエータアセンブリは第２のピストンを含み、前記アクチュエータアームは前記第１および第２のピストンの間に含まれる、切り替え可能なワンウェイクラッチ。
2. 前記第１のモードにおいて、前記インナレースおよび前記アウタレースは、第１の回転方向でロックされ、前記第２のモードにおいて、前記インナレースおよび前記アウタレースは、前記第１の回転方向および第２の回転方向でロックされる、請求項１記載の切り替え可能なワンウェイクラッチ。
3. 前記制御プレートは、該制御プレートから半径方向内側に延び、前記ローラケージの対応する表面特徴部と係合して前記制御プレートを前記ローラケージに固定する複数のノッチを含む、請求項１記載の切り替え可能なワンウェイクラッチ。
4. 前記第１のモードにあるとき、前記アウタレースは、前記傾斜プロファイルに沿って転がるローラを介して回転される、請求項１記載の切り替え可能なワンウェイクラッチ。
5. 前記ピストンは、液圧の不在下で前記アクチュエータアームが前記制御プレートから離脱するようにばね付勢されている、請求項１記載の切り替え可能なワンウェイクラッチ。
6. 前記アウタレースの周りに配置されたスナップリングをさらに備え、前記第２のモードでは、前記制御プレートは前記アクチュエータアームと前記スナップリングとの間に摩擦保持される、請求項１記載の切り替え可能なワンウェイクラッチ。
7. 切り替え可能なワンウェイクラッチであって、
   第１のレースと、
   前記第１のレースと同心の第２のレースと、
   半径方向で前記第１のレースと前記第２のレースとの間に配置された複数のローラを有するローラケージアセンブリと、
   軸方向に移動可能なアクチュエータアームを有するアクチュエータアセンブリと、
   前記ローラケージアセンブリに結合された制御プレートと、
   前記第１のレースの周りに配置され、前記第１のレースに対して固定されたスナップリングと、を備え、
   前記制御プレートは、前記アクチュエータアームの軸方向の動きにより、前記第１のレース、前記第２のレース、および前記ローラケージアセンブリに対して軸方向に沿って移動して、前記第１のレースを前記第２のレースに選択的にロックするように構成され、
   前記制御プレートが、軸方向において前記スナップリングから離間した第１の位置と、軸方向において前記アクチュエータアームが制御プレートを前記スナップリングに向かって押し付けることで前記スナップリングに対して摩擦で保持される第２の位置とを有するように構成される、切り替え可能なワンウェイクラッチ。
8. 前記アクチュエータアームは、前記制御プレートを、該制御プレートが前記第１のレースの軸方向端面から第１の距離だけ軸方向に離間する第１の軸方向位置と、該制御プレートが前記アクチュエータアームによって回転しないように保持されかつ前記第１の距離よりも短い第２の距離だけ前記軸方向端面から軸方向に離間した第２の位置との間で移動させるように構成されている、請求項７記載の切り替え可能なワンウェイクラッチ。

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