JP2008095908A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 噛み合い性を向上させるとともに、その際に低下する大きなトルクが作用した場合の耐久性を確保し、スプラグと内輪および外輪との噛合い寿命を向上することができる一方向クラッチを提供する。
【解決手段】 内輪2の外周面は、小径面2aおよび大径面2bを有する２段の段付き状に形成され、外輪3の内周面は、内輪2の小径面2aに対応する大径面3aおよび内輪2大径面2bに対応する小径面3bを有する２段の段付き状に形成されている。スプラグ4は、内輪2の小径面2aに接する小径内カム面11aおよび外輪3の大径面3aに接する大径外カム面11bからなる第１のカム11と、内輪2の大径面2bに接する大径内カム面12aおよび外輪3の小径面3bに接する小径外カム面12bからなる第２のカム12とを有している。
【選択図】 図１

Description

この発明は、自動車の変速機構などの動力伝達装置に用いられる一方向クラッチに関する。

スプラグを用いた一方向クラッチとしては、従来、内輪および外輪と、内輪外周面および外輪内周面にそれぞれ接するカム面が形成されている複数のスプラグと、スプラグ相互の周方向位置を規制すべくスプラグを個別に収容する複数のポケットが形成された保持器と、内外輪をロックする方向にスプラグを付勢するリボンスプリングとを備えているものが知られている（特許文献１）。

この種の一方向クラッチでは、通常、スプラグが外輪と接触する点とスプラグが内輪と接触する点とをつなぐ線が径方向となす角であるストラト角の決定に際し、噛み合い初期（最も摩擦係数の小さいところ）では、ストラト角を小さくして噛み合い性を確保し、その後、スプラグの揺動角度が増加するに連れて、ストラト角も増大する形状とし、これにより、増大する入力トルク負荷に対応している。
特開２０００−２２０６６３号公報

上記一方向クラッチは、例えば、エンジンオイル潤滑のスタータ装置で使用されることがあり、この場合、エンジンオイルに含まれる摩耗調整剤によって、スプラグと内外輪との間に摩擦係数を低減する皮膜が形成されることがある。ストラト角が大きいと噛み合い性が低下するため、上記従来の一方向クラッチをスタータ装置で使用すると、揺動角度が大きくなったときに、スプラグと内外輪との間に滑りが生じ、スプラグおよび内外輪が早期に摩耗するという問題が生じる。ストラト角を小さくすると、噛み合い性は向上するが、大きなトルクが作用した場合に、スプラグが倒れ込むロールオーバーや、過大な接触面圧による圧痕や早期摩耗が発生する恐れがある。

この発明は、噛み合い性を向上させるとともに、その際に低下する大きなトルクが作用した場合の耐久性（耐トルク性）を確保し、スプラグと内輪および外輪との噛合い寿命を向上することができる一方向クラッチを提供することにある。

この発明による一方向クラッチは、内輪および外輪と、内輪外周面および外輪内周面にそれぞれ接するカム面が形成されている複数のスプラグと、スプラグを収容する複数のポケットが形成された保持器と、内外輪をロックする方向にスプラグを付勢するリボンスプリングとを備えている一方向クラッチにおいて、内輪の外周面および外輪の内周面が、それぞれ少なくとも２段の段付き状に形成され、各スプラグは、カム面が互いに相違している第１のカムおよび第２のカムを有していることを特徴とするものである。

例えば、内輪の外周面が、小径面および大径面を有する少なくとも２段の段付き状に形成されるとともに、外輪の内周面が、内輪の小径面に対応する大径面および内輪の大径面に対応する小径面を有する少なくとも２段の段付き状に形成され、各スプラグは、内輪の小径面に接する小径内カム面および外輪の大径面に接する大径外カム面からなる第１のカムと、内輪の大径面に接する大径内カム面および外輪の小径面に接する小径外カム面からなる第２のカムとを有しているものとされる。

「少なくとも２段」は、外輪内周面、内輪外周面およびスプラグカム面の各面について、大径面および小径面に加えて、これらの中間の径を有する中間径面を含む３段またはそれより多い段付き状に形成して、第３のカムなどをさらに追加してもよいことを意味する。

一方向クラッチは、ロック状態からフリー状態に移行する際、遠心力による外カム接触点（スプラグ外カム面と外輪との接触点）回りのモーメントによって、スプラグの内カム面が内輪から離脱するもの（いわゆるディスエンゲージタイプ）とされるが、これに限定されるものではない。

第１および第２のカムのうちの一方は、通常のトルク入力時に対応するものとされ、他方は、大トルク入力時に対応するものとされ、これにより、噛み合い性と耐トルク性とを両立させることができる。

例えば、第１および第２のカムのうちの一方は、相対的に小さい揺動角度の通常のトルク入力時に対応するものでストラト角も相対的に小さいものとされ、他方は、相対的に大きい揺動角度の大トルク入力時に対応するものでストラト角も相対的に大きいものとされる。噛み合い性を向上させるためには、ストラト角を小さくすればよいが、この場合、耐トルク性を確保するには、スプラグの数を増加させる必要があり、製造コストや組付けコストが増加することになるが、上記のようにカム面を２段とすることで、スプラグの数を増加させずに済み、コスト増を抑えることができる。

上記スプラグは、例えば冷間鍛造で製作することができる。

この一方向クラッチは、自動車のスタータ装置のようにエンジンオイル潤滑で使用される装置に適したものとなっている。スタータ装置では、エンジンをかける際には、通常トルクの範囲で収まるが、車両停止時に作用するトルクは、車の質量に比例したものとなり、まれに、過大な負荷がかかる場合がある。一方、エンジンオイル潤滑の場合、エンジンオイルに含まれる摩耗調整剤などの添加剤の化学反応等により、スプラグおよび内外輪の表面に皮膜が形成されることがあり、例えば、摩耗調整剤として有機モリブデンが含有されているエンジンオイルが潤滑剤である場合、有機モリブデンによってスプラグおよび内外輪の表面に二硫化モリブデン層が形成され、この二硫化モリブデン層によって、スプラグと内外輪との間の摩擦係数が低減されることがある。一方向クラッチでは、ロック状態においては、スプラグが内外輪間に噛み合うことが必要であり、噛み合い条件として、スプラグと内外輪との間の摩擦係数μ＞tanα（α：ストラト角）が成り立つことが必要となっている。スプラグと内外輪との間の摩擦係数の低減は、スプラグと内外輪との噛み合い性を低下させ、この結果、ロック状態におけるスプラグと内外輪との間に滑りが生じ、スプラグおよび内外輪が早期に摩耗する可能性がある。噛み合い性を重視し、ストラト角を小さいまま維持することで、μ＞tanαを満たすことができるが、トルク容量は、tanαに比例することから、この場合、大きなトルクが入力した際に、スプラグが倒れ込むロールオーバーや、過大な接触面圧による圧痕や早期摩耗が発生する恐れがある。上記のように１つのスプラグに少なくとも２つのカムを形成した一方向クラッチをスタータ装置用に使用すると、摩耗調整剤入りエンジンオイル潤滑における噛み合い性低下の問題を解消するとともに、その際に低下する耐トルク性を確保することができる。

この発明による一方向クラッチは、スタータ装置用に限定されるものではなく、トルクコンバータ用やその他種々の装置で使用することができる。

この発明の一方向クラッチによると、１つのスプラグに少なくとも２つのカムが形成されるので、その一方を噛み合い性重視のもの、他方を耐トルク性重視のものとすることにより、噛み合い性と耐トルク性とを両立させることができ、スプラグと内輪および外輪との噛合い寿命を向上することができる。

以下、この発明について図面を参照しながら説明する。

図１および図２は、この発明による一方向クラッチを示している。

一方向クラッチ(1)は、エンジンの駆動部とスタータモータの回転軸とを連結する部分に配置されるもので、
一方向クラッチ(1)は、内輪(2)および外輪(3)と、これらの間に形成される環状空間に配置される複数のスプラグ(4)と、スプラグ(4)相互の周方向位置を規制すべくスプラグ(4)を個別に収容する複数のポケット(P1)(P2)が形成された内保持器(5)および外保持器(6)と、内保持器(5)と外保持器(6)との間に位置しかつスプラグ(4)を収容するポケット(P3)が形成され内外輪(2)(3)をロックする方向にスプラグ(4)を付勢するリボンスプリング(7)とから構成されている。

この一方向クラッチ(1)は、ロック状態からフリー状態に移行する際、遠心力による外カム接触点（スプラグ(4)と外輪(3)との接触点）回りのモーメントによって、スプラグ(4)が内輪から離脱するもので、外保持器(6)は、外輪(3)に固定されており、内保持器(5)は、内輪(2)および外輪(3)のいずれにも固定されていない。

内輪(2)の外周面は、小径面(2a)および大径面(2b)を有する２段の段付き状に形成され、外輪(3)の内周面は、内輪(2)の小径面(2a)に対応する大径面(3a)および内輪(2)の大径面(2b)に対応する小径面(3b)を有する２段の段付き状に形成されている。

そして、各スプラグ(4)は、内輪(2)の小径面(2a)に接する小径内カム面(11a)および外輪(3)の大径面(3a)に接する大径外カム面(11b)からなる第１のカム(11)と、内輪(2)の大径面(2b)に接する大径内カム面(12a)および外輪(3)の小径面(3b)に接する小径外カム面(12b)からなる第２のカム(12)とを有している。

図３は、スプラグ(4)の揺動角度とストラト角との関係を示している。

同図（ｂ）に示すように、ストラト角αは、スプラグ(4)が外輪(3)と接触する点Ｋｅとスプラグ(4)が内輪(2)と接触する点Ｋｉとをつなぐ線が径方向となす角で、揺動角度θは、スプラグ(4)の傾斜角度であり、ここでは、外カム面(11b)(12b)の最大径位置と内カム面(11a)(12a)の最大径位置とをつないだ線が径方向となす角としている。

同図（ａ）に示すように、小径内カム面(11a)および大径外カム面(11b)からなる第１のカム(11)は、相対的に小さい揺動角度θの通常トルク入力時に対応するものでストラト角αも相対的に小さいものとされている。これに対し、大径内カム面(12a)および小径外カム面(12b)からなる第２のカム(12)は、相対的に大きい揺動角度θの大トルク入力時に対応するものでストラト角αも相対的に大きいものとされている。

この一方向クラッチ(1)によると、内輪(2)が外輪(3)に対して相対的に矢印Ａの方向に回転すると、スプラグ(4)は、内輪(2)と摩擦接触することによりリボンスプリング(7)の弾性に付勢されつつ起立する方向に移動して、図１に示すように、内輪(2)と外輪(3)との間に噛み込み、これにより、ロック状態となって、内外輪(2)(3)は一体となって回転する。こうして、Ｃ方向に移動した外輪(3)の回転速度が速くなり、内輪(2)が外輪(3)に対して矢印Ａと反対の方向に相対回転するようになると、スプラグ(4)は、リボンスプリング(7)の弾性に抗して、矢印Ｂのように移動し、これにより、内輪(2)と外輪(3)とのロック状態が解除され、外輪(3)は、内輪(2)と切り離された状態で回転を継続する。

エンジンを始動する場合は通常トルク入力となり、図３（ａ）に示した第１のカム(11)部分が使用され、内輪(2)と外輪(3)とは、噛み合い性を重視したαの小さい領域で噛み合うことになる。このため、摩擦係数μが低い場合であっても、μ＞tanαを確実に満たすことができ、優れた噛み合い性が確保される。一方、頻度はまれであるが、一方向クラッチには、車両停止時などに極端に大きな入力トルクが作用する場合がある。この場合は、図３（ａ）に示した第２のカム(12)部分が使用され、αの大きい領域で噛み合うことで、必要なトルク容量を得ることができ、スプラグがロールオーバーしたり、スプラグおよび内外輪に圧痕や極度の摩耗が生じたりすることが防止される。こうして、噛み合い性および耐トルク性が両立させられていることで、長期にわたって適正な一方向クラッチ機能を維持することができる。

上記実施形態では、スプラグ(4)を内保持器(5)および外保持器(6)によって保持し、その内保持器(5)と外保持器(6)の間にリボンスプリング(7)を配置した例を示したが、スプラグ(4)を一つの保持器により保持し、その保持器の内側にリボンスプリング(7)を配置した構造の一方向クラッチにも本発明を適用することができる。

図１は、この発明による一方向クラッチの要部を示す横断面図である。 図２は、同縦断面図である。 図３は、この発明による一方向クラッチのストラト角曲線を示す図である。

符号の説明

(1) 一方向クラッチ
(2) 内輪
(2a) 小径面
(2b) 大径面
(3) 外輪
(3a) 大径面
(3b) 小径面
(4) スプラグ
(5) 内保持器
(6) 外保持器
(7) リボンスプリング
(11) 第１のカム
(11a) 小径内カム面
(11b) 大径外カム面
(12) 第２のカム
(12a) 大径内カム面
(12b) 小径外カム面

Claims (2)

1. 内輪および外輪と、内輪外周面および外輪内周面にそれぞれ接するカム面が形成されている複数のスプラグと、スプラグを収容する複数のポケットが形成された保持器と、内外輪をロックする方向にスプラグを付勢するリボンスプリングとを備えている一方向クラッチにおいて、
   内輪の外周面および外輪の内周面が、それぞれ少なくとも２段の段付き状に形成され、各スプラグは、カム面が互いに相違している第１のカムおよび第２のカムを有していることを特徴とする一方向クラッチ。
2. 第１および第２のカムのうちの一方は、相対的に小さい揺動角度の通常のトルク入力時に対応するものでストラト角も相対的に小さいものとされており、他方は、相対的に大きい揺動角度の大トルク入力時に対応するものでストラト角も相対的に大きいものとされている請求項１の一方向クラッチ。

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