JP2007139198A - プーリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 動力伝達用ベルトに急激な張力変動が付与されるのを防止し、ベルトの寿命を延長する。
【解決手段】 プーリと軸体との間に、一方向クラッチと軸受とが配置される。前記一方向クラッチは、外輪部材と、内輪部材と、前記外輪部材の内周面および内輪部材の外周面のうち少なくとも一方をカム面として円周方向複数箇所に形成されるくさび状空間内に、円周方向に転動可能に収納される転動体とを備え、この転動体がくさび状空間の狭い側へ噛込むロック状態と、前記転動体がくさび状空間の広い側へ回避するよう噛込みを解除するフリー状態とに切替え自在に構成されている。そして、プーリが可撓性を有する材質によって形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一方向クラッチを含むプーリ装置に関する。

一般に、自動車ではエンジンの出力の一部が動力源とされてエアコンディショナ用コンプレッサ、冷却ファン、オルタネータ（発電機）などの補機が駆動される。エンジンのクランクシャフトと補機の駆動軸それぞれに動力伝達用のプーリ装置が設けられ、両プーリ装置間には動力伝達用ベルト（以下単に「ベルト」と称す）が巻掛けられる。このベルトの回転によって、エンジンから補機へ動力が伝達される。このような、ベルトにおける張力変動は、動力の効率的な伝達に影響を及ぼす。そこで、ベルトにおける張力変動を抑制すべく、補機のプーリ装置に一方向クラッチを内蔵する場合がある（例えば、特許文献１参照）。

図６に、この種の一方向クラッチの断面図を示す。この一方向クラッチ７０は、ベルトが巻掛けられる外輪部材（例えばプーリと一体）７１と、発電用駆動軸７２に外嵌する内輪部材７６とを備えている。さらにこの一方向クラッチ７０は、外輪部材７１の内周面を外輪軌道面とし、内輪部材７６の外周面を内輪軌道面とする複数のころ７５を有している。内輪部材７６の外周面は八角形に形成されることで、平坦なカム面が形成されている。このカム面によって、外輪部材７１と内輪部材７６との間の環状空間に、八個のくさび状空間７４が設けられている。なお各ころ７５は保持器７６のポケットに保持されるとともに、くさび状空間７４に配置されたコイルばね７３によって、くさび状空間７４の狭い側に付勢されている。

このような一方向クラッチ７０におけるころ７５は、外輪部材７１と内輪部材７６とが軸心回りに回転一体となるロック状態において、所定の大きさのくさび角θを有している。ここでくさび角θとは、ころ７５が接するカム面における接線７６ａと、ころ７５が接する外輪軌道面における接線７６ｂとが交叉する角度をいう。
特開平１１−９４０５４号公報

上記従来のプーリ装置では、ベルトが回転するとその回転が外輪部材７１（プーリ）に伝わり、外輪部材７１が軸心回りに回転する。そうすると、ころ７５がくさび状空間７４の狭い側に噛込んで、くさび角θが予め設定された値となり、内輪部材７６および発電用駆動軸７２が、外輪部材７１と軸心回りに一体に回転する。これがロック状態である。ベルトの回転速度が急激に速くなった場合や、ベルトに急激な張力変動が発生した場合も、ころのくさび角θは、予め設定した所定の角度でロック状態が維持され、外輪部材７１と発電用駆動軸７２が軸心回りに一体に回転する。

ところで、ベルトの回転速度が急激に低下した場合、発電用駆動軸７２の慣性力によってくさび状空間７４の狭い側に噛込んでいたころ７５が、くさび状空間７４の広い側に抜ける。これにより、内輪部材７６（発電用駆動軸７２）に対する外輪部材７１の回転が遮断される。これがフリー状態である。従って、内輪部材７６および発電用駆動軸７２は、回転速度が低下する前の外輪部材７１の回転速度とほぼ同等の速度で回転し、少ない損失でもって効率的に発電が継続される。

ところで近年、自動車においてはエンジンに直接噴射式が用いられることに伴なって、補機の駆動に用いられるベルトの張力の変動がいっそう大きく、かつ頻繁になる傾向にある。

しかし、上記従来のプーリ装置における一方向クラッチ７０において、ロック状態におけるころ７５のくさび角θは、所定の角度が変更されることなく常に一定である。このためベルトへの張力変動は、そのままベルトに付与されることになり、このような状態が頻繁に起こるとベルトの寿命が短くなってしまう傾向にある。

上記課題を解決するために、本発明のプーリ装置は、動力伝達用ベルトが巻掛けられるプーリと、このプーリとそのプーリ内方に配置される軸体との間に配置される軸受および一方向クラッチとを備えたプーリ装置であって、前記一方向クラッチは、外輪部材と、この外輪部材の内方に配置された内輪部材と、前記外輪部材の内周面および内輪部材の外周面のうち少なくとも一方をカム面として円周方向複数箇所に形成されるくさび状空間と、それぞれのくさび状空間内に、外輪部材の内周面を外輪軌道面とし内輪部材の外周面を内輪軌道面として円周方向に転動可能に収納される転動体とを備え、この転動体がくさび状空間の狭い側へ噛込んで内輪部材および外輪部材が軸心回りに同期的に回転するようにしたロック状態と、前記転動体がくさび状空間の広い側へ回避するよう噛込みを解除して内輪部材および外輪部材とが軸心回りに相対速度をもって回転するフリー状態とに切替え自在に構成され、前記プーリが可撓性を有する材質によって形成されている。

上記構成において、動力伝達用ベルトの回転に伴なってプーリが軸心回りに回転すると、プーリの回転に伴なって外輪部材が軸心回りに回転する。そうすると、一方向クラッチの転動体がくさび状空間の狭い側に噛込み、転動体のくさび角が所定の大きさとなり、外輪部材、転動体および内輪部材が軸心回りに一体的に回転するロック状態となる。一方向クラッチがロック状態になって、軸体が内輪部材とともに軸心回りに回転することで、動力伝達用ベルトの回転が軸体に伝達される。

ところで、動力伝達ベルトの回転に伴なって、プーリの回転速度が急激に増加する場合がある。この場合は、プーリの内周部が外径側に弾性変形することで、一方向クラッチはロック状態を維持したままで、転動体がくさび状空間のさらに狭い側に無段階的に噛込むことになる。そして、転動体のくさび角は前述の設定されたくさび角よりも大きな角度なった状態でもって、軸体が軸心回りに回転する。このように、動力伝達ベルトの回転に伴なってプーリの回転速度が急激に増加する場合、転動体がプーリを変形させてくさび状空間の狭い側に無段階的に噛込むことで、動力伝達用ベルトに対して急激な張力変動が与えられるのを防止する。

ところで、動力伝達用ベルトの回転に伴なって、プーリの回転速度が急激に低下する場合がある。この場合、内輪軌道面および外輪軌道面に噛込んでいた転動体が、くさび状空間の広い側へ回避するよう噛込みを解除する。このことにより、プーリの軸心回りの回転が遮断され、一方向クラッチがフリーの状態となってプーリと軸体（内輪部材）との間に相対速度が発生する。従って、軸体の軸心回りの回転速度は、低下する前のプーリの回転速度とほぼ同等の回転速度を維持し、外輪部材の軸心回りの回転速度よりも速くなる。これにより、軸体が軸心回りに少ない損失でもって回転する。

本発明によれば、一方向クラッチがロック状態から、さらにプーリの回転速度が速くなる場合、くさび角が大きくなるよう転動体がくさび状空間のさらに狭い側に無段階的に噛込むようプーリが径方向に弾性変形するので、速度変化に伴なう衝撃を緩和し、動力伝達用ベルトの寿命を延長することができる。

以下、本発明の実施形態に係る一方向クラッチおよびプーリ装置を図面に基づいて説明する。

（第一の実施の形態）
図１は本発明の実施形態を示す一方向クラッチを用いたプーリ装置の正面断面図、図２はそのプーリ装置の使用状態を示す側面断面図、図３はころのくさび角を示す拡大断面図である。

図示のように、第一の実施形態に係るプーリ装置１は、車両におけるオルタネータの発電用駆動軸２における自由端側に設けられている。このプーリ装置１は、自動車エンジンの駆動力を、動力伝達用ベルト（以下単にベルトと称す）３を介して発電用駆動軸２に伝達する機能を有している。このプーリ装置１は、ベルト３が巻掛けられるプーリ４と、このプーリ４が外嵌する外輪部材兼用の外側環体５と、発電用駆動軸２に外嵌する内側環体６とを備えている。このプーリ装置１は、さらに、外側環体５と内側環体６との間の環状空間に配置される転がり軸受装置７を備えている。内側環体６には、発電用駆動軸２が挿通支持されている。

プーリ４の外周面には、ベルト３が巻掛けられる波状の周方向溝８が形成されている。またこのプーリ４は、可撓性を有する材質、例えばエラストマーによって形成されている。

転がり軸受装置７は、プーリ装置１の軸心１４方向両側に配置された一対の転がり軸受９Ａ，９Ｂ（一般的な深溝玉軸受が用いられる）と、これら転がり軸受９Ａ，９Ｂの間に配置された一方向クラッチ１０とから構成されている。転がり軸受９Ａ，９Ｂは、外側環体５に嵌着された外輪部材１１ａ，１１ｂと、内側環体６の外側に嵌着された内輪部材１２ａ，１２ｂとを有している。さらに転がり軸受９Ａ，９Ｂは、外輪部材１１ａ，１１ｂと内輪部材１２ａ，１２ｂとの間に配置された玉１３ａ，１３ｂを有している。さらに転がり軸受９Ａ，９Ｂは、その軸心１４方向両側にシール部材１５ａ，１５ｂを備えている。

一方向クラッチ１０は、プーリ４の軸心１４回りの回転を、内側環体６に伝達したり遮断したりする機能を有している。この一方向クラッチ１０は、外側環体５を外輪部材１６として用いている。この一方向クラッチ１０は、外輪部材１６と、内側環体６の外周面に嵌着された内輪部材１７と、外輪部材１６および内輪部材１７の間に配置された複数のくさび状空間１８と、これらくさび状空間１８に配置されたころ１９（転動体の一例）とを有している。ころ１９は、くさび状空間１８内に、外輪部材１６の内周面を外輪軌道面とし内輪部材１７の外周面を内輪軌道面として配置されている。

一方向クラッチ１０の外輪部材１６の内周面は円筒面に形成されている。内輪部材１７の外周面は、平坦なカム面を有した多角形状（図では８角形状）の角筒面とされている。このような構成により、外輪部材１６と内輪部材１７との間の環状空間に、複数個のくさび状空間１８が形成されている。それぞれのくさび状空間１８では、円周方向中心位置での径方向高さに比べて円周方向両側の径方向高さが低くなっている。

一方向クラッチ１０はさらに、ころ１９を円周方向等配位置に保持するための保持器２０と、コイルばね２１とを備えている。保持器２０は、外輪部材１６と内輪部材１７との間の環状空間に配置される。これら保持器２０は、それぞれのころ１９を転動可能に装着するポケット２２を有している。保持器２０のポケット２２は、カム面に対応する位置で保持器２０に径方向内外に貫通して形成されている。

コイルばね２１としては、バネ線材を長方形に巻回した角巻きバネが用いられている。これらコイルばね２１は、保持器２０のポケット２２に圧縮状態で収納されている。さらにコイルばね２１は、保持器２０の各ポケット２２の内面に円周方向一方に向けて一体形成される突起２０ａに対して外嵌装着されている。ころ１９は、それぞれこれらコイルばね２１の伸張復元力によって時計方向Ｂ、すなわちくさび状空間１８の狭い側へ付勢されている。

内輪部材１６の周方向一端面の１８０°対向する二箇所に、スリット状の凹部２３が形成されている。両凹部２３は、軸端に向けて開放されるとともに径方向内外に開放されている。保持器２０は、これら凹部２３と嵌合する凸部２４を有している。保持器２０は、凹部２３と凸部２４それぞれの嵌合によって、内輪部材１７に対して周方向ならびに軸心１４方向への動きが規制された状態にある。

さらに一方向クラッチ１０は、ころ１９がくさび状空間１８の狭い側へ食込んで外輪部材１６および内輪部材１７が軸心１４回りに同期的に回転するようにしたロック状態と、ころ１９がくさび状空間１８の広い側へ回避して外輪部材１６および内輪部材１７が軸心１４回りに相対速度をもって回転するフリー状態とに切替え自在に構成されている。

外輪部材１６は、径方向の厚みが、ロック状態においてくさび角θが変更可能となるよう可撓性（弾性）を有する厚みに形成されている。ここでくさび角θとは、ころ１９が外輪軌道面および内輪軌道面に接触する点における両接線２５，２６が交叉する角度である。

上記構成において、エンジンの駆動に伴なって図示しないクランクシャフトが回転し、その回転がベルト３を介して発電用駆動軸２に伝達される際、例えば図２においてプーリ４が反時計方向Ａに、軸心１４回りに回転する。

そして、プーリ４が反時計方向Ａに軸心１４回りに回転すると、これに伴なって一方向クラッチ１０の外輪部材１６（外側環体５）が反時計方向Ａに回転する。そうすると、ころ１９がくさび状空間１８の狭い側に噛込み、ころ１９が、所定の大きさのくさび角θ１を有して、外輪部材１６、ころ１９および内輪部材１７が軸心１４回りに一体的に回転するロック状態となる。従って、内側環体６が軸心１４回りに反時計方向Ａに回転する。このように内側環体６が反時計方向Ａに回転することで、プーリ４の軸心１４回りの回転が発電用駆動軸２に伝達され、オルタネータにおいて発電駆動が行われる。

ところで、このプーリ装置１では、一方向クラッチ１０の外輪部材１６は、径方向の厚みが、ロック状態においてくさび角を変更可能とすべく、可撓性を有する厚みに形成されている。このため、ベルト３の回転速度が急激に増加した場合、ロック状態を維持したまま、ころ１９がくさび状空間１８の狭い側からさらに狭くなる方へ無段階に移動（図２および図３の仮想線で示す）するとともに、外輪部材１６が径方向外向きに撓むように変形する。また、外輪部材１６が径方向外向きに撓むのに伴なってプーリ４もわずかに撓む。これによって、ころ１９のくさび角θ２は、前述のくさび角θ１よりも大きな角度となる。

このように、ベルト３の回転速度が急激に増した場合には、一方向クラッチ１０が一旦ロック状態となったくさび角θ１から、ころ１９がくさび状空間１８のさらに狭い側に無段階適に噛込んで、ロック状態に必要な予め設定されたくさび角θ１より大きなくさび角θ２となる。このため、ベルト３に対しては急激な張力変動が付与されず、無段階的に張力変動が付与されることになる。

このような作用は、発電用駆動軸２の立ち上がりの場合も同様である。すなわちエンジンの始動時、ベルト３の回転が停止している状態からこれが回転を開始すると、その回転速度によっては（始動の回転速度が速い場合は）、ころ１９のくさび角は、一旦くさび角θ１となり、続いて無段階的にくさび角θ１よりも大きなくさび角θ２となる。この場合もベルト３に対しては急激な張力変動が付与されず、無段階的に張力変動が付与されることになる。

ところで、ベルト３の回転速度が急激に低下すると、これに伴なってプーリ４の軸心１４回りの回転速度が低下する。しかし、プーリ４と発電用駆動軸２とは一方向クラッチ１０を介して連結されており、一方向クラッチ１０の内輪部材１７と内側環体６と回転一体であるため、ベルト３の回転と発電用駆動軸２の回転とは一体回転の状態が解除される。すなわち、プーリ４の回転速度が急激に低下した場合、内側環体６、一方向クラッチ１０の内輪部材１７およびころ１９に慣性力が働くことにより、内輪軌道面および外輪軌道面に噛込んでいたころ１９が、くさび状空間１８の広い側へ外れて外輪部材１６の変形が回復し、一方向クラッチ１０がフリーの状態になる。なお、一方向クラッチ１０がロック状態からフリー状態となる際、ころ１９のくさび角がくさび角θ２であった場合は、くさび角θ２から無段階的にくさび角θ１に変化した後に、ころ１９がくさび状空間１８の広い側へ外れることになる。

従って、内輪部材１７の軸心１４回りの回転速度は、低下する前のプーリ４の回転速度とほぼ同等の回転速度を維持すべく、プーリ４と発電用駆動軸２との軸心１４回りの相対速度が生じる。すなわち、発電用駆動軸２の回転速度は、プーリ４の軸心１４回りの回転速度よりも速くなる。これにより、ベルト３の張力が変化してプーリ４の回転速度が急激に低下しても、発電用駆動軸２の軸心１４回りの回転速度を一定に近い状態に保持して、効率よく安定した充電を行うことができる。

そして上記ような作用効果は、ベルト３の回転速度が変更される場合以外の、例えば、振動に伴なってベルト３の張力が増加するよう変動する際にも同様に発生する。

このように本発明の第一の実施形態によれば、ベルト３の回転速度の変更が頻繁に行われたとしても、そのつどころ１９のくさび角がくさび角θ１からくさび角θ２に無段階的に変更されるので、従来に比べてベルト３の長寿命化を図ることができる。

（第二の実施形態）
上記第一の実施形態におけるプーリ装置１では、一方向クラッチ１０の外輪部材１６を、径方向の厚みをロック状態におけるくさび角θ１をさらに大きなくさび角θ２となるよう、可撓性を有する厚みに形成した。また、プーリ４を、可撓性を有する材質であるエラストマーによって形成している。

これに対し、本発明の第二の実施形態では、外輪部材１６の厚みを、可撓性を有する厚みに形成するとともに、図４で示すように、ころ１９の径方向外方でころ１９に対応する位置のプーリ４の内周面に凹部２８を形成し、この凹部２８に、エラストマーを射出成形している。すなわち、プーリ４と外輪部材１６との間に弾性部材の一例としてのエラストマー成形部２９が配置されているプーリ装置１としている。この場合のプーリ４は、従来から用いられている公知の材質で形成される。

このように構成することにより、ベルト３の回転速度が急激に増加した場合、一方向クラッチ１０が、ロック状態のくさび角θ１から、ころ１９がくさび状空間１８のさらに狭い側に噛込んで、外輪部材１６においてころ１９が接触している部分の近傍が弾性変形し、くさび角θ１より大きなくさび角θ２に無段階的に変更可能となる。なお、第一の実施形態では、外輪部材１６の弾性変形に伴なってプーリ４も弾性変形した。しかし、この第二の実施形態の場合では弾性変形する部分は、ころ１９が接触する部分の外輪部材１６およびエラストマー成形部２９である。

他の構成については、上記第一の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。ベルト３の回転速度が急激に変改した場合の作用効果については、上記第一の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

あるいは前記のような凹部２８をころ１９の径方向外方位置で外輪部材１６の外周面部に形成し、この凹部２８にエラストマーを射出成形してエラストマー成形部２９とする構成としてもよい。

この場合も、ベルト３の回転速度が急激に増加した場合、一方向クラッチ１０が、ロック状態のくさび角θ１から、ころ１９がくさび状空間１８のさらに狭い側に噛込んで、外輪部材１６においてころ１９が接触している部分の近傍が弾性変形し、くさび角θ１より大きなくさび角θ２に無段階的に変更可能となる。

（第三の実施形態）
上記第一の実施形態では、プーリ４と外輪部材１６とを別体とした。この構成により、ベルト３からプーリ４に回転が伝達されて、その回転が一方向クラッチ１０の外輪部材１６に伝達される際、プーリ４の内周面と外輪部材１６の外周面との間に、すべりが発生する可能性がある。図５は、この課題を解決するための構成を示す。

すなわち、一方向クラッチ１０の外周面に複数の凹部３０を形成し、プーリ４形成の際に、凹部３０にプーリ４形成の材料（例えばエラストマー）が充填されるようにする。この構成により、一方向クラッチ１０の外周面とプーリ４の内周面との接触面積が増加する。従って、プーリ４および外輪部材１６の一体化がいっそう確実になり、プーリ４の軸心１４回りの回転を確実に外輪部材１６に伝達することができるようになる。

なお、凹部３０は、外輪部材１６の外周面に、円周方向に沿って複数箇所に環状に形成してもよいし、軸心１４方向に沿って帯状に形成してもよいし、あるいは外周面に点在するよう形成してもよい。

他の構成については、上記第一の実施形態と同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。ベルト３の回転速度が急激に変改した場合の作用効果については、上記第一の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

さらに、上記各実施形態のプーリ装置１では、外輪軌道面を円筒面とし、内輪軌道面を八角形に形成してカム面とした。しかし本発明はこの構成に限定されるものではなく、外輪軌道面を八角形に形成してカム面とし、内輪軌道面を円筒面とする構成の一方向クラッチを備えたプーリ装置、あるいはカム面を設けるために軌道面を八角形以外の形状にする場合にも適用できる。そしてこれら何れの場合も、上記各実施形態と同様の作用効果を奏し得る。

さらに、上記各実施形態では、一方向クラッチ１０をプーリ装置１に適用させた場合の例を示した。しかし本発明の一方向クラッチ１０は、プーリ装置１に用いた場合のみに限定されるものではなく、内輪部材を駆動側として外輪部材を従動側とする装置にも適用可能であることは勿論である。

本発明の第一の実施形態を示すプーリ装置の正面断面図である。 同じくプーリ装置の使用状態を示す側面断面図である。 同じくころのくさび角を示す拡大断面図である。 本発明の第二の実施形態を示すプーリ装置の正面断面図である。 本発明の第三の実施形態を示すプーリ装置の正面断面図である。 従来のプーリ装置の正面断面図である。

符号の説明

１ プーリ装置
２ 発電用駆動軸
３ ベルト
４ プーリ
５ 外側環体
１０ 一方向クラッチ
１６ 外輪部材
１７ 内輪部材
１８ くさび状空間
１９ ころ
θ１，θ２ くさび角

Claims (2)

1. 動力伝達用ベルトが巻掛けられるプーリと、このプーリとそのプーリ内方に配置される軸体との間に配置される軸受および一方向クラッチとを備えたプーリ装置であって、
   前記一方向クラッチは、外輪部材と、この外輪部材の内方に配置された内輪部材と、前記外輪部材の内周面および内輪部材の外周面のうち少なくとも一方をカム面として円周方向複数箇所に形成されるくさび状空間と、それぞれのくさび状空間内に、外輪部材の内周面を外輪軌道面とし内輪部材の外周面を内輪軌道面として円周方向に転動可能に収納される転動体とを備え、
   この転動体がくさび状空間の狭い側へ噛込んで内輪部材および外輪部材が軸心回りに同期的に回転するようにしたロック状態と、前記転動体がくさび状空間の広い側へ回避するよう噛込みを解除して内輪部材および外輪部材とが軸心回りに相対速度をもって回転するフリー状態とに切替え自在に構成され、
   前記プーリが可撓性を有する材質によって形成されているプーリ装置。
2. 前記一方向クラッチの内輪軌道面がカム面とされ、外輪部材が可撓性を有する厚みに形成されている請求項１に記載のプーリ装置。

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