JP6843634B2 - クラッチ装置及び自動変速機 - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載される自動変速機に利用されるクラッチ装置に係り、詳しくは、２つの係合要素が軸方向に並設されるクラッチ装置及び当該クラッチ装置を用いる自動変速機に関する。

特許文献１には、バックストップ用のワンウェイクラッチ及び当該ワンウェイクラッチに並設する湿式多板クラッチから構成されるクラッチ装置が組み込まれた自動変速機が開示されている。自動変速機の変速時においては、湿式多板クラッチの掴み替えが必要となるが、この掴み替えを制御するためにワンウェイクラッチが用いられている。ワンウェイクラッチと湿式多板クラッチは、共に同一のプラネタリキャリアに連結されており、外周側は自動変速機のミッションケース内部にスプラインで固定されている。

このようなクラッチ装置は、例えば特許文献２に開示されているように、ピストンをリターンスプリングに抗して作動させることにより、油圧摩擦要素のインナディスクとアウタディスクとを摩擦係合させ、連結されている変速機構部材を制止させることができる。

特開２０００−１９９５４９号公報 特開２００２−３９２２４号公報

しかしながら、自動変速機におけるトルク容量の増加に伴い、湿式多板クラッチが大型化しているため、クラッチ装置の搭載性が悪化するという問題がある。さらに、クラッチ装置の質量が増加するという問題もある。また、湿式多板クラッチの非締結時（空転時）にクラッチプレート間に介在する潤滑油の攪拌抵抗により、引き摺りトルクが発生し、燃費効率が悪化するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、メカクラッチを採用することにより、コンパクトで軽量なクラッチ装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明は、軸方向に並設されるワンウェイクラッチ及びメカクラッチから成るクラッチ装置において、前記メカクラッチは前記軸方向に移動可能に保持されており、前記メカクラッチが押圧手段により前記軸方向に移動すると、前記ワンウェイクラッチの内輪の端面に前記メカクラッチが係合し、前記メカクラッチには、係合部が環状に配置されており、前記ワンウェイクラッチの前記内輪には、前記係合部に係合する被係合部が環状に配置されており、前記係合部又は前記被係合部は、それぞれ係合凸部又は係合凹部を含み、前記係合凹部は前記係合凸部に係合し、前記係合凹部は、截頭錐体の形状をしており、前記截頭錐体の前記軸方向の角度をθ、前記押圧手段の推力をＦａ、回転力をＦｔとして、前記推力、前記係合部の数、前記角度を適宜選定したとき、以下の関係
Ｆｃ＝Ｆａ／ｓｉｎθ
Ｆｂ＝Ｆｃ×ｃｏｓθ
Ｆｃ＞Ｆｔ
が成り立つことを特徴としている。

本発明によれば、メカクラッチを採用することにより、コンパクトで軽量なクラッチ装置を提供することができる。さらに、湿式多板クラッチを用いていないため、潤滑油の攪拌抵抗による引き摺りトルクの発生を抑制することができ、燃費効率を改善することができる。

（Ａ）本発明のクラッチ装置１が締結解除している状態の部分断面図である。（Ｂ）本発明のクラッチ装置１が締結している状態の部分断面図である。 本発明のクラッチ装置１をワンウェイクラッチ１０の内輪１１側から見た正面図である。 本発明のクラッチ装置１の係合機構を示す部分断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面において同一部材は同一符号で表している。

図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係るクラッチ装置１を図２の断面線Ｉ（Ａ）、Ｉ（Ｂ）−Ｉ（Ａ）、Ｉ（Ｂ）において切断して示した部分断面図であって、クラッチ装置１の締結が解除されている状態を示す。図１（Ｂ）は、同じく部分断面図であって、クラッチ装置１の締結がされている状態を示す。図２は、本発明の実施形態に係るクラッチ装置１をワンウェイクラッチ１０の内輪１１側から見た正面図であって、メカクラッチ２０の一部分を切取って示している。

本発明の実施形態に係るクラッチ装置１は、係合要素であるワンウェイクラッチ１０とメカクラッチ２０とが軸方向に並設されて構成されている。このような２つの係合要素が軸方向に並設されたクラッチ装置１は、例えば車両に搭載される自動変速機に利用されている。自動変速機においては、ワンウェイクラッチ１０はバックストップに用いられており、メカクラッチ２０はワンウェイクラッチ１０と係合することでブレーキとして作動する。

まず初めに、図１（Ａ）を参照してワンウェイクラッチ１０の構成について説明する。ワンウェイクラッチ１０は、外輪１２と、外輪１２の内側に外輪１２と同軸上に配置される内輪１１とを備えた構成をしている。ワンウェイクラッチ１０の外輪１２の外周側には、外周スプライン１３が設けられている。そして、外周スプライン１３が不図示のミッションケースの内部に係合することにより、ワンウェイクラッチ１０の外輪１２が固定される。ワンウェイクラッチ１０の内輪１１の端面には、後述のメカクラッチ２０に係合する被係合部（係合凹部１１ａ）が設けられている。ワンウェイクラッチ１０の内輪１１の内側には、キャリア２が接続されている。ワンウェイクラッチ１０は、例えば時計方向には回転しないが、反時計方向には空転するように作動する。本発明の実施形態に係るクラッチ装置１は、ラチェット型ワンウェイクラッチを用いる形態であるが、以下、ワンウェイクラッチ１０と記載する。

次に、メカクラッチ２０の構成について説明する。メカクラッチ２０は、軸方向においてワンウェイクラッチ１０に並設されており、ワンウェイクラッチ１０の被係合部に機械的に噛み合う係合部（係合凸部２０ａ）を有する。すなわちメカクラッチ２０は、従来の湿式多板クラッチとは異なり、摩擦クラッチを用いない機械式の係合機構を有する。メカクラッチ２０の外周部２１は、ワンウェイクラッチ１０の外輪１２の内周側に設けられた内周スプライン１４に係合されており、メカクラッチ２０は軸方向に移動可能に保持されている。

ワンウェイクラッチ１０とメカクラッチ２０との間には、リターンスプリング３が設けられており、リターンスプリング３の一方は、メカクラッチ２０の端面に形成されたスプリング座２２に当接し、他方は、スプリング受け４に当接する。スプリング受け４は、図２に示すように環状の形状をしており、ワンウェイクラッチ１０の外輪１２の内周側に設けられた内周スプライン１４に係合している。

次に、ワンウェイクラッチ１０とメカクラッチ２０の係合機構について説明する。図１（Ａ）に示すように、ワンウェイクラッチ１０の内輪１１の端面には被係合部が設けられている。また、ワンウェイクラッチ１０の内輪１１に対向するメカクラッチ２０の端面には、係合部が設けられている。そして、メカクラッチ２０に当接する押圧手段であるピストン５が図１（Ｂ）に示すように右方向に駆動されると、メカクラッチ２０が軸方向（右方向）に押圧される。そして、メカクラッチ２０は軸方向（右方向）に移動し、メカクラッチ２０の係合部がワンウェイクラッチ１０の被係合部に係合する。このようにしてワンウェイクラッチ１０とメカクラッチ２０とが係合することにより、クラッチ装置１の締結が行われる。

また、ピストン５の駆動が解除されると、ワンウェイクラッチ１０とメカクラッチ２０との間に設けられたリターンスプリング３の反発力によって、メカクラッチ２０は、軸方向（左方向）に移動する。そして、ワンウェイクラッチ１０とメカクラッチ２０との係合が瞬時に解除される。このようにしてワンウェイクラッチ１０とメカクラッチ２０との係合が解除されることにより、クラッチ装置１の締結が解除される。

ワンウェイクラッチ１０の内輪１１の端面に設けられた被係合部は、図２に示されるように、環状に複数設けられている。同様に、メカクラッチ２０に設けられた係合部も環状に複数設けられている（不図示）。

次に、本発明の実施形態に係るクラッチ装置１の基本動作について説明する。図２において、キャリア２の回転が時計方向（ＣＷ）の際は、ワンウェイクラッチ１０は回転をロックするように作動する。一方、メカクラッチ２０は、ピストン５の作動がＯＦＦのときは、ワンウェイクラッチ１０にメカクラッチ２０が係合していないので、ワンウェイクラッチ１０により回転がロックされたままとなる。他方、ピストン５の作動がＯＮのときも同様に、回転がロックされたままとなる。

そして、キャリア２の回転が反時計方向（ＣＣＷ）の際は、ワンウェイクラッチ１０は空転し、回転はロックされない。一方、メカクラッチ２０は、ピストン５の作動がＯＦＦのときは、ワンウェイクラッチ１０にメカクラッチ２０が係合していないので、回転はロックされない。他方、ピストン５の作動がＯＮのときは、メカクラッチ２０がワンウェイクラッチ１０に係合するので回転がロックされることとなる。

上記の基本動作は、自動変速機が１速の際、ワンウェイクラッチ１０が作動して回転をロックし、自動変速機が１速又は後退の際、メカクラッチ２０がピストン５の駆動により移動し（ＯＮ状態）、ワンウェイクラッチ１０の空転を制動する。メカクラッチ２０はいわゆるブレーキとして作動する。基本動作を以下の表１に示す。

（実施例）
本発明の実施例について、図１（Ｂ）及び図３を参照して説明する。図３は、図１（Ｂ）の断面線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける部分断面図であって、矢印の方向に見たクラッチ装置１の係合機構を示す。メカクラッチ２０の係合部は、係合凸部２０ａであってピン形状をしており、係合凸部２０ａにはＲ面取りが施されている。また、ワンウェイクラッチ１０の内輪１１の端面に設けられた被係合部は、係合凹部１１ａであって截頭錐体の形状をしている。そして、ピストン５が作動してメカクラッチ２０が右方向に動くと、ピン形状の係合凸部２０ａが截頭錐体の形状の係合凹部１１ａに嵌合する。しかしながら、Ｒ面取りが施されたピン形状の係合凸部２０ａの頂部は、係合凹部１１ａの底部には当接しない。

ピストン５は、油圧又は電気等により駆動されるアクチュエータにより軸方向に駆動され、ピストン５の推力Ｆａがメカクラッチ２０に与えられる。そして、メカクラッチ２０が右方向に移動し、係合凸部２０ａが係合凹部１１ａに係合すると、係合点Ｐにおいて、推力Ｆａは軸方向にワンウェイクラッチ１０の内輪１１に伝えられる。推力Ｆａは、截頭錐体の形状（軸方向の角度θ）により、分力Ｆｂとの合力Ｆｃとして内輪１１に作用する。

本発明の実施例におけるクラッチ装置１の係合機構は、ピストン５の合力Ｆｃの分力Ｆｂをキャリア２の回転力Ｆｔに対抗させることで、締結機能を成立させることを特徴としている。本発明の実施例におけるクラッチ装置１の締結条件は、以下の関係を満たすことが必要である。
Ｆｃ＝Ｆａ／ｓｉｎθ
Ｆｂ＝Ｆｃ×ｃｏｓθ
Ｆｃ＞Ｆｔ
そして、キャリア２の回転力Ｆｔとピン形状の係合凸部２０ａの機械的性質とを勘案して、ピストン５の推力Ｆａ、係合凸部２０ａの数Ｎ、係合凹部１１ａの截頭錐体の形状（軸方向の角度θ）及びリターンスプリング３の反発力を適宜選定する。

本発明の実施例におけるクラッチ装置１は、メカクラッチ２０を採用することにより、軸方向の寸法を短縮化したコンパクトで軽量な構成となっている。また、湿式多板クラッチを用いていないため、潤滑油の攪拌抵抗による引き摺りトルクの発生を抑制することができ、燃費効率を改善することができる。さらに、凹凸形状の嵌合によりトルク容量を確保することができるという、優れた機能、作用、効果を有する。

（変形例）
本発明の実施例では、ワンウェイクラッチ１０の被係合部は係合凹部１１ａの形状をしているが、変形例としては被係合部を凸部とし、メカクラッチ２０の係合部を凹部としても良い。また、ピストン５の駆動は、油圧力による駆動でも良いし、電磁力による駆動等でも良い。

（適用例）
本発明の実施形態におけるクラッチ装置１では、ラチェット型ワンウェイクラッチを用いているが、例えばスプラグ型又はローラ型のワンウェイクラッチ等を適用することができる。

以上、本発明をその好適な実施形態、実施例に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものでは無く、特許請求の範囲の個々の請求項に記載の事項の範囲内で種々に具体的な構成を変更して実施することができるものである。なお、本発明の実施形態、実施例に係るクラッチ装置１を利用する装置等は特に限定されないが、自動変速機に利用することができる。

１ クラッチ装置
５ ピストン（押圧手段）
１０ ワンウェイクラッチ
１１ 内輪
１１ａ 被係合部（係合凹部）
２０ メカクラッチ
２０ａ 係合部（係合凸部）

Claims (5)

1. 軸方向に並設されるワンウェイクラッチ及びメカクラッチから成るクラッチ装置において、前記メカクラッチは前記軸方向に移動可能に保持されており、前記メカクラッチが押圧手段により前記軸方向に移動すると、前記ワンウェイクラッチの内輪の端面に前記メカクラッチが係合し、
   前記メカクラッチには、係合部が環状に配置されており、前記ワンウェイクラッチの前記内輪には、前記係合部に係合する被係合部が環状に配置されており、
   前記係合部又は前記被係合部は、それぞれ係合凸部又は係合凹部を含み、
   前記係合凹部は前記係合凸部に係合し、
   前記係合凹部は、截頭錐体の形状をしており、
   前記截頭錐体の前記軸方向の角度をθ、前記押圧手段の推力をＦａ、回転力をＦｔとして、前記推力、前記係合部の数、前記角度を適宜選定したとき、以下の関係
   Ｆｃ＝Ｆａ／ｓｉｎθ
   Ｆｂ＝Ｆｃ×ｃｏｓθ
   Ｆｃ＞Ｆｔ
   が成り立つことを特徴とする、クラッチ装置。
2. 前記ワンウェイクラッチに前記メカクラッチが係合すると前記ワンウェイクラッチの空転が制動されることを特徴とする、請求項１の記載のクラッチ装置。
3. 前記ワンウェイクラッチはラチェット型のワンウェイクラッチ又はスプラグ型のワンウェイクラッチ又はローラ型のワンウェイクラッチのいずれかであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のクラッチ装置。
4. 前記押圧手段はピストンであり、油圧又は電気によるアクチュエータにより駆動されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のクラッチ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のクラッチ装置を搭載した車両の自動変速機。

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