JP3785259B2

JP3785259B2 - プーリユニット

Info

Publication number: JP3785259B2
Application number: JP25968497A
Authority: JP
Inventors: 純也大逸; 康人田仲; 一田積; 義崇中川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2017-09-25
Also published as: GB2331134A; GB9820400D0; US6116393A; JPH1194054A; GB2331134B; DE19843945A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向クラッチを備えるプーリユニットに関する。このプーリユニットは、例えば自動車などのエンジンのクランクシャフトからベルトを介して駆動される補機に装備することができる。補機としては、例えば自動車のオルターネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンに装着される各種の補機は、エンジンのクランクシャフトによりベルトを介して駆動されるようになっている。ここで、補機のうち、例えばオルタネータの場合、エンジンのクランクシャフトと同期回転するように連結していると、クランクシャフトの回転数が低下するとき、オルタネータの発電能力が低下する。
【０００３】
そこで、本願出願人は、オルタネータに一方向クラッチを内蔵し、クランクシャフトの回転数が低下するときに、オルタネータのロータの回転をその慣性力により継続させるようにして、発電効率を高めることを考えている。すなわち、オルタネータのプーリとロータとの間に一方向クラッチを介装し、プーリとロータとの回転差に応じて、一方向クラッチをロック状態（動力伝達状態）とフリー状態（動力伝達遮断状態）とに切り替え、プーリとロータとの間で動力伝達させたり遮断させたりする。そして、一方向クラッチの両側には、プーリとロータとの相対回転を円滑にさせるとともに、荷重を負担させるために、転がり軸受を配設させるようにしている。なお、プーリと一方向クラッチならびに転がり軸受との嵌合しめしろは、ほぼ同じに設定している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例では、プーリがその外周に巻き掛けられるベルトによって回転駆動される場合、ベルトからのラジアル荷重が、プーリから一方向クラッチおよびその両側の転がり軸受に対して作用することになる。このような使用状況では、前述したベルトからのラジアル荷重によりプーリと一方クラッチの外輪との嵌合しめしろが大きくなり、ひいては一方向クラッチの外輪が径方向内向きに歪みやすくなる。これにより、一方向クラッチの円周数カ所に設けられるくさび状空間の径方向寸法が小さくなるため、ころがフリー側へ変位させられることになり、結果的にくさび状空間のくさび角度が小さくなりやすい。仮に、くさび角度が規定の下限値よりも小さくなってしまうと、一方向クラッチのころがロックしたままでフリーにならなくなるなど、一方向クラッチが正常に機能しなくなる。
【０００５】
通常、プーリに対するベルトの巻き掛け形態は、プーリの円周上の所要角度範囲に部分的に巻き掛けられるため、前述した外輪の歪みが全周に均等に発生するのではなく、部分的に起こることになり、そのために、一方向クラッチに備える複数のころのうちの一部のころが前述したような不具合を引き起こすようになると考えられる。
【０００６】
また、従来は、振動によってプーリから一方向クラッチや両側の転がり軸受が軸方向に抜けてしまわないように、プーリと一方向クラッチ、転がり軸受との間の嵌合しめしろを大きく設定する必要があるが、このしめしろが大きいとくさび状空間の径方向寸法が小さくなり、くさび角度が小さくなってしまい、一方向クラッチが正常に機能しなくなる。このため、プーリと一方向クラッチとのしめしろを十分にとって抜けを確実に防止することが困難であった。
【０００７】
したがって、本発明は、一方向クラッチを備えるプーリユニットにおいて、一方向クラッチや転がり軸受の長期的な動作安定化を図ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のプーリユニットは、同心状に配設されるプーリと軸体との間の環状空間における軸方向中間に一方向クラッチが介装され、かつ前記一方向クラッチの軸方向両側にそれぞれ転がり軸受が介装され、前記一方向クラッチの外輪の軸方向両側に、それぞれ前記転がり軸受の軸方向の外側端面に達する張出部が形成されており、前記両張出部が、前記転がり軸受の圧入嵌合により径方向外向きに膨出させられることにより、前記一方向クラッチの外輪において、前記一方向クラッチのクラッチ機能部に対応する領域と前記プーリとの嵌合しめしろが、前記両張出部と前記プーリとの嵌合しめしろに比べて小さく設定されている。
【００１３】
上記本発明のプーリユニットでは、一方向クラッチとプーリとの嵌合しめしろを、プーリ支持用の転がり軸受とプーリとの嵌合しめしろよりも小さく設定しているから、プーリがその外周に巻き掛けられるベルトにより回転駆動される場合、ベルトからのラジアル荷重が、一方向クラッチに対してではなく、その軸方向両側の転がり軸受に対して主として作用することになる。このため、一方向クラッチの外輪においてクラッチ機能部に対応する領域が歪むことがなくなり、一方向クラッチのくさび状空間のくさび角度が不変に保たれるようになる。
【００１４】
また、プーリと一方向クラッチならびに転がり軸受との嵌合しめしろについて、転がり軸受の圧入嵌合時のしめしろを調整することにより設定でき、余分な部品や加工を用いる必要がなくなる点で有利である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図１ないし図８に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１７】
図１ないし図６は本発明の一実施形態にかかり、図１は、プーリユニットの縦断面図、図２は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図、図３は、図１の（３）−（３）線断面の矢視図、図４は、一方向クラッチの一部を示す平面展開図、図５は、一方向クラッチの外輪と転がり軸受との嵌合状況を示す説明図、図６は、一方向クラッチの好ましくない現象を示す説明図である。
【００１８】
図例のプーリユニットＡは、同心状に配設されるプーリ１および軸体２と、プーリ１と軸体２との間の環状空間に介装される一方向クラッチ３と、前記環状空間において一方向クラッチ３の軸方向両側に配設される２つの転がり軸受４，４とを備えている。
【００１９】
プーリ１の外周には、波状のベルト巻き掛け用の溝が形成されており、このプーリ１は、例えば自動車エンジンのクランクシャフトによりベルトＢを介して回転駆動されるようになっている。軸体２は、スリーブ状の部材からなり、図示しないが自動車の補機の入力軸（例えばオルタネータのロータ）に固定される。
【００２０】
一方向クラッチ３は、外周面の円周数箇所に平坦なキー状のカム面１０ａが設けられた内輪１０と、軸方向両端に転がり軸受４，４の装着用の張出部１１ａ，１１ａが形成された外輪１１と、カム面１０ａに対応して径方向内外に貫通形成されるポケット１２ａを有する保持器１２と、保持器１２の各ポケット１２ａに１つずつ収納される複数のころ１３と、保持器１２の各ポケット１２ａに１つずつ収納されかつころ１３をカム面１０ａと外輪１１内周面との間のくさび状空間の狭い側（ロック側）へ押圧する断面ほぼ長方形のコイルバネ１４とを備えている。なお、保持器１２のポケット１２ａの内壁面には、根元がくびれた形状の突起１２ｂが一体形成されており、この突起１２ｂの根元のくびれ部分にコイルバネ１４の軸方向一端が係止嵌合され、突起１２ｂの外周でコイルバネ１４の内周を受けることにより、コイルバネ１４の圧縮時のゆがみなどを防止するようになっている。また、一方向クラッチ３の内輪１０の軸方向一端面には、軸端へ向けて開放するとともに径方向内外に開放するスリット状の凹部１０ｂが、また、保持器１２の軸方向一端内周側には、凹部１０ｂに軸方向から圧入嵌合される凸部１２ｃが、それぞれ設けられており、これら凹部１０ｂと凸部１２ｃとの圧入嵌合により保持器１２の周方向への動きを封じている。また、凸部１２ｃは、凹部１０ｂの奥壁面と、凹部１０ｂの開口側に配設される片方の転がり軸受４の内輪１６の端面とで軸方向から挟まれており、これにより保持器１２の軸方向への動きを封じている。
【００２１】
２つの転がり軸受４，４は、いずれも、内輪１６、外輪１７、複数の玉１８、保持器１９を有する一般的な深溝型玉軸受からなり、内・外輪１６，１７間の軸方向外端側にのみシール部材２０が装着されている。この２つのシール部材２０により、一方向クラッチ３と転がり軸受４，４が配設される環状空間が閉塞されるようになっている。
【００２２】
そして、この実施形態では、一方向クラッチ３の外輪１１においてクラッチ機能部に対応する領域つまり両端の張出部１１ａ，１１ａを除く中間領域とプーリ１との嵌合しめしろが、両張出部１１ａ，１１ａとプーリ１との嵌合しめしろに比べて小さく設定されている。この関係を成立させるために、具体的には、図５に示すように、外輪１１の両張出部１１ａ，１１ａの内径寸法Ｒ１，Ｒ１を、転がり軸受４，４の外径寸法Ｒ２，Ｒ２に対して所要量小さく設定し、両張出部１１ａ，１１ａに対して転がり軸受４，４を圧入するようにしている。これにより、両張出部１１ａ，１１ａが径方向外向きに膨出することになり、図１に示すように、プーリ１と外輪１１における軸方向中間領域との間に所要の隙間が形成されることになる。なお、図１では、隙間を誇張して記載している。
【００２３】
次に、プーリユニットＡの動作を説明する。要するに、プーリ１の回転速度が軸体２よりも相対的に速くなると、一方向クラッチ３のころ１３がくさび状空間の狭い側へ転動させられてロック状態となるので、プーリ１と軸体２とが一体化して同期回転する。しかし、プーリ１の回転速度が軸体２よりも相対的に遅くなると、一方向クラッチ３のころ１３がくさび状空間の広い側へ転動させられてフリー状態となるので、プーリ１から軸体２へ回転動力の伝達が遮断されることになって軸体２が回転慣性力のみで回転を継続するようになる。
【００２４】
このようなプーリユニットＡを仮にオルタネータに利用する場合だと、ベルトＢの駆動源となるエンジンのクランクシャフトの回転変動に関係なく、オルタネータのロータの回転を高域に維持して、発電効率を高めるようにすることができる。つまり、クランクシャフトの回転数が上昇するとき、一方向クラッチ３がロック状態となって軸体２をプーリ１と同期回転させるようにし、一方、クランクシャフトの回転数が低下するとき、一方向クラッチ３がフリー状態となって軸体２をプーリ１の減速と無関係に自身の回転慣性力により回転継続させるようにすればよい。
【００２５】
このような利用形態では、プーリユニットＡに対してベルトＢの張力が常時かかり、プーリ１に対してラジアル荷重が常時作用することになるが、上述しているように、プーリ１と一方向クラッチ３との嵌合しめしろを、プーリ１と転がり軸受４，４との嵌合しめしろよりも小さく設定しているから、ベルトＢからのラジアル荷重が、一方向クラッチ３に対してではなく、その軸方向両側の転がり軸受４，４に対して主として作用することになる。これにより、一方向クラッチ３の外輪１１においてクラッチ機能部に対応する領域が径方向内向きに歪むことがなくなり、一方向クラッチ３のくさび状空間のくさび角度が不変に保たれるようになる。したがって、一方向クラッチ３のころ１３のロック、フリー動作時の挙動を安定に保つことができるようになるなど、一方向クラッチ３の機能安定化を保証できるようになる。ちなみに、プーリ１と一方向クラッチ３ならびに転がり軸受４，４との嵌合しめしろを同じに設定している場合には、図６の破線で示すように、ベルトｂからのラジアル荷重によって、一方向クラッチ３の外輪１１の軸方向中間領域が径方向内向きに歪むことになり、これによりころ１３がフリー側へ変位させられて、くさび状空間のくさび角度がθ１からθ２にと小さくなり、従来例で説明したような不具合が発生しやすくなる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００２７】
（１）図７および図８は本発明の他の実施形態である。図７の実施形態では、一方向クラッチ３の外輪１１の外周面において、一方向クラッチ３のクラッチ機能部に対応する領域つまり両端の張出部１１ａ，１１ａを除く中間領域に、プーリ１に対して所要隙間を形成する周溝１１ｂが設けられている。一方、図８の実施形態では、プーリ１の内周面において、一方向クラッチ３のクラッチ機能部に対応する領域つまり両端の張出部１１ａ，１１ａを除く中間領域に、一方向クラッチ３の外輪１１に対して所要隙間を形成する周溝１ａが設けられている。これらの実施形態でも、上記実施形態と同様に、プーリ１にかかるラジアル荷重を、一方向クラッチ３に対して負担させずに、一方向クラッチ３の両側の転がり軸受４，４に対して負担させるようにできるので、一方向クラッチ３の機能安定化を保証できる。また、これらの実施形態では、どの部分に対しても無理な応力が働かずに済む。
【００２８】
（２）上記各実施形態では、一方向クラッチ３の弾性部材としてコイルバネ１４を例に挙げているが、それについても種々な板ばねや弾性片などで代用することができる。
【００２９】
（３）上記各実施形態では、一方向クラッチ３のカム面１０ａを内輪側に形成した例を挙げているが、外輪側に設けたものにも本発明を適用できる。但し、上記実施形態の場合では、高速回転域でも遠心力によってころがロック位置から不必要に外れるのを防止できるなど、高速回転での使用に適している。
【００３０】
（４）上記各実施形態では、一方向クラッチ３の外輪１１について軸方向両側に張出部１１ａ，１１ａを設け、この張出部１１ａ，１１ａに転がり軸受４，４を嵌合する形態としているが、外輪１１に張出部１１ａ，１１ａを設けずに、転がり軸受４，４をプーリ１に対して直接嵌合するようにしたものにも本発明を適用できる。この形態では、圧入嵌合された転がり軸受４，４でもって一方向クラッチ３を左右から挟み込むことにより、一方向クラッチ３の軸方向への抜けを防止することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明では、プーリに対して過大なラジアル荷重が作用するような状況において、該ラジアル荷重を、一方向クラッチに対してではなく、その軸方向両側の転がり軸受に対して主として作用させるようにしている。これにより、一方向クラッチの外輪においてクラッチ機能部に対応する領域が歪むことを回避できるようになるので、一方向クラッチのくさび状空間のくさび角度を不変に保つことができて、一方向クラッチを正常に機能させることができる。したがって、プーリユニットの信頼性向上に大きく貢献できるようになる。
【００３２】
また、転がり軸受の嵌合しめしろを調整することによりプーリと一方向クラッチならびに転がり軸受との嵌合しめしろを設定しているから、余分な部品や加工が不要になり、コスト抑制に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のプーリユニットの縦断面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】図１の（３）−（３）線断面の矢視図
【図４】一方向クラッチの一部を示す平面展開図
【図５】一方向クラッチの外輪と転がり軸受との嵌合状況を示す説明図
【図６】一方向クラッチの好ましくない現象を示す説明図
【図７】本発明の他の実施形態のプーリユニットの縦断面図
【図８】本発明の他の実施形態のプーリユニットの縦断面図
【符号の説明】
Ａプーリユニット
Ｂベルト
１プーリ
２軸体
３一方向クラッチ
４転がり軸受
１１一方向クラッチの外輪
１３一方向クラッチのころ

Claims

同心状に配設されるプーリと軸体との間の環状空間における軸方向中間に一方向クラッチが介装され、かつ前記一方向クラッチの軸方向両側にそれぞれ転がり軸受が介装され、前記一方向クラッチの外輪の軸方向両側に、それぞれ前記転がり軸受の軸方向の外側端面に達する張出部が形成されているプーリユニットであって、
前記両張出部が、前記転がり軸受の圧入嵌合により径方向外向きに膨出させられることにより、前記一方向クラッチの外輪において、前記一方向クラッチのクラッチ機能部に対応する領域と前記プーリとの嵌合しめしろが、前記両張出部と前記プーリとの嵌合しめしろに比べて小さく設定されている、ことを特徴とするプーリユニット。