JP4893997B2 - 一方向クラッチ - Google Patents

Description

本発明は一方向クラッチに関し、特に外輪と内輪との間に配設された保持器のポケット内にくさび部材をコイルバネによって一方向に付勢して配置してなる一方向クラッチに関する。

一方向クラッチは、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エンジン補機に装備するプーリユニットなどに内蔵される。前述のエンジン補機としては、例えば、自動車のエアコンディショナ用圧縮機，ウォーターポンプ，オルタネータ，冷却ファン，クランクプーリなどがある。

オルタネータなどのエンジン補機等に使用されるプーリユニットにおいて、回転変動吸収の目的により一方向クラッチを内蔵したものがある。この一方向クラッチには、くさび部材として係合ころを使用するローラタイプのものが多いが、係合ころを一方向に付勢する付勢手段としては、保持器のポケット内のバネ受け突起に嵌着されて位置決めされたコイルバネが使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−０６０８５１号公報（図１，段落００１６）

ところで、オルタネータの最高回転速度は２００００ｒ／ｍｉｎにも達するため、一方向クラッチのコイルバネは、遠心力が加わったときに係合ころに対して捲れ上がるように変形して、外輪の内周面に接触し、磨耗を引き起こしてしまうことがある。このため、コイルバネが適切な力でくさび部材を付勢することができなかったり、磨耗粉が噛み込んで一方向クラッチとしての機能が保てなくなったりして、一方向クラッチの寿命が短くなるという問題があった。

本発明の目的は、上述の点に鑑み、コイルバネのくさび部材側先端が遠心力により変形して外輪の内周面と接触することを防止するようにした一方向クラッチを提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するため、本願の一方向クラッチは、外輪と内輪との間に配設された保持器のポケット内にくさび部材をコイルバネによって一方向に付勢して配置してなる一方向クラッチにおいて、前記コイルバネは、前記くさび部材との当接側に向けて先細りとなるコイルバネであり、ラジアル方向の内方側が当該ラジアル方向に対して垂直な面と略平行であることを特徴とする。この一方向クラッチによれば、コイルバネがくさび部材との当接側に向けて先細りとなるようにしたことにより、バネ定数が上がるとともに質量が小さくなり、かつ保持器のポケット内の空間（コイルバネの先端と外輪の内周面との間のクリアランス）が増えるので、コイルバネが遠心力により変形して外輪の内周面と接触して磨耗を引き起こすことが防止される。このため、一方向クラッチの機能を保ちつつ、一方向クラッチの寿命を延ばすことができる。

この一方向クラッチにおいて、前記コイルバネは、ラジアル方向に対称な形状であってもよい。この一方向クラッチによれば、コイルバネをラジアル方向に対称な形状としたことにより、コイルバネを保持器のポケット内のバネ受け突起に組み付ける際に上下方向を意識して組み付ける必要がなくなり、組み立てが容易になるという効果がある。

この一方向クラッチのコイルバネは、ラジアル方向の内方側が当該ラジアル方向に対して垂直な面と略平行である。この一方向クラッチによれば、コイルバネのラジアル方向の内方側が当該ラジアル方向に対して垂直な面と略平行であるようにしたので、コイルバネがラジアル方向の外方側に一層変形しにくくなり、かつコイルバネと外輪の内周面とのクリアランスが拡大するので、コイルバネと外輪の内周面との接触がより確実に防止される。

また、本発明の一方向クラッチは、前記コイルバネのピッチが等間隔であることが望ましい。このような一方向クラッチによれば、コイルバネがくさび部材との当接側に向けて先細りとなる上にピッチが等間隔であるので、コイルバネの先端側のバネ定数が上がり、コイルバネの先端がより曲がりにくくなるという効果が得られる。

さらに、本発明の一方向クラッチは、前記保持器のポケット内のバネ受け突起が、錐台形状突起であることが望ましい。このような一方向クラッチによれば、保持器のポケット内のバネ受け突起が、錐台形状突起であるので、先細りのコイルバネを錐台形状の底面側開口から保持器のポケット内のバネ受け突起に容易に組み付けることができるという効果が得られる。

発明の実施の形態

コイルバネのくさび部材側先端が遠心力により変形して外輪の内周面と接触することを防止するという目的を、コイルをくさび部材側に向かうほど先細りにすることにより達成した。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る一方向クラッチ１０を備えるプーリユニット１００を示す上半部正面断面図である。図２は、図１のプーリユニット１００のＡ−Ａ断面図である。

プーリユニット１００は、例えばオルタネータ（図示せず）のロータ軸２ｂに嵌め合わされた中空軸２と、これと同心に配置されたプーリ１との間に、一方向クラッチ１０が設けられて構成されている。一方向クラッチ１０は、くさび部材として係合ころ５を用いる、いわゆるローラタイプのものである。一方向クラッチ１０の両側には、玉軸受２１およびころ軸受２２がサポート軸受として配設されている。そして、プーリ１と一方向クラッチ１０の外輪と玉軸受２１およびころ軸受２２の外輪とが一体化されているとともに、中空軸２と一方向クラッチ１０の内輪と玉軸受２１およびころ軸受２２の内輪とが一体化されている。

一方向クラッチ１０は、外輪としてのプーリ１の内周係合面１ａと、内輪としての中空軸２のカム面２ａと、くさび部材としての係合ころ５と、係合ころ５をプーリ１と中空軸２との間に保持する保持器３と、係合ころ５を噛み込み方向（くさび状空間の狭い側）に付勢する付勢部材としての先細りのコイルバネ４とから構成されている。一方向クラッチ１０は、プーリ１と中空軸２との回転差に応じて、ロック状態とフリー状態とに切り替わり、プーリ１から中空軸２へ回転動力を伝達したり遮断したりする。

玉軸受２１およびころ軸受２２のさらに軸方向外側には、シール部材２５，２６がそれぞれ配置されており、プーリユニット１００の自由端側（図１で見て左側）には、プーリユニット１００内部に泥水等の侵入を防止するために、さらに別のシール部材２７が配置されている。シール部材２５，２６，２７で密閉された密封空間内には、グリースが封入されている。

プーリ１は、浸炭処理、浸炭窒化処理若しくは高周波焼入れにより硬化処理を行った内周面である内周係合面１ａを有する鋼製の円筒体でなる。プーリ１の外周には、例えばエンジンのエンジンプーリ（図示せず）に一端が掛け渡されるベルトの他端が架け渡されるベルト掛け渡し部が設けられている。

中空軸２は、Ｓ４５Ｃ若しくはＳ５５Ｃ等の炭素鋼、または、ＳＣＲ、ＳＣＭ若しくはＳＮＣＭ等のはだ焼鋼で円筒体状に製作され、そのアキシャル方向の中程の外周面には、断面正八角形の筒体の外周面でなるカム面２ａに形成されている。すなわち、中空軸２の外周面中程には、回転中心軸線Ｏを挟んで対向する一対のカム面２ａ，２ａが円周方向に４組設けられている。なお、カム面２ａは、平坦面であっても、偏心アールカム面であってもよい。中空軸２の外周面にカム面２ａが設けられることにより、中空軸２には、一方向クラッチ１０の内輪としての機能が付与され、中空軸２と一方向クラッチ１０の内輪との一体化が果たされている。中空軸２は、削り出しでなく、冷間鍛造によって加工することが可能であり、これにより、一方向クラッチ１０を備えるプーリユニット１００の加工コストを低減することができる。

保持器３は、合成樹脂製の環状体で形成され、プーリ１の内周係合面１ａにほぼ沿った外周形状と、中空軸２のカム面２ａに沿った内周形状とを有しており、プーリ１内に圧入されている。保持器３とプーリ１の内周係合面１ａとの間には若干の間隙が設けられている。保持器３には、コイルバネ４を位置決めする先細りの角錐台形状のバネ受け突起３ａ（図３参照）が保持器３の柱部に設けられている。バネ受け突起３ａは、先細りの角錐台形状突起であるので、先細りのコイルバネ４を角錐台形状の底面側開口（基端部）から保持器３のポケット６に容易に組み付けることができ、コイルバネ４の基端部を嵌着し、コイルバネ４の中心軸方向をカム面２ａと略平行に保っている。

コイルバネ４は、バネ鋼線材を先に行くほど有効径が小さくなるように（すなわち、先細りとなるように）、ラジアル方向に対称な角錐台形状に、かつ巻線ピッチが等間隔となるように巻回することにより形成されている。ただし、コイルバネ４として、円錐台形状や楕円錐台形状としたものを用いることもできる。コイルバネ４は、その基端部を保持器３のバネ受け突起３ａに嵌着されて、くさび状空間内に収められることによって、そのラジアル方向内方への移動に対する位置決めがなされている。この位置決めによって、コイルバネ４の中心軸は、図３に示すように、係合ころ５の中心軸と略直交し、カム面２ａと平行に保たれている。コイルバネ４をラジアル方向に対称な形状としたことにより、コイルバネ４を保持器３のポケット６内のバネ受け突起３ａに組み付ける際に上下方向を意識して組み付ける必要がなく、組み立てが容易である。また、コイルバネ４が係合ころ５との当接側に向けて先細りとなる上にピッチが等間隔であるので、コイルバネ４の先端部のバネ定数が上がり、コイルバネ４の先端側がより曲がりにくくなる。

係合ころ５は、鋼製の円柱体でなり、保持器３に穿設された空所であるポケット６に、コイルバネ４によって円周方向に付勢されて回動自在に配置されている。換言すれば、係合ころ５は、中空軸２の外周面に設けられたカム面２ａと、カム面２ａとプーリ１の内周係合面１ａとによって形成されたくさび状空間内に回動自在に配置されている。

プーリユニット１００を組み立てる際には、玉軸受２１の玉および保持器、一方向クラッチ１０の保持器３，コイルバネ４および係合ころ５、ころ軸受２２のころおよび保持器の順に、プーリ１と中空軸２との間に挿入すればよい。各挿入作業時においてラジアル方向外側に作業用のスペースが確保され、組立て作業を容易に行うことができる。

次に、このように構成された実施例１に係る一方向クラッチ１０を備えるプーリユニット１００の動作について説明する。

まず、プーリ１が中空軸２に対して図１中の矢印Ｂ方向に相対的に回転すると、係合ころ５が、コイルバネ４を伸長させる方向に移動して、プーリ１の内周係合面１ａと中空軸２のカム面２ａとの間のくさび状空間の狭い側に噛み込まれる。これにより、プーリ１と中空軸２との間で動力の伝達が行われて、プーリ１と中空軸２とが一体となって回転する。すなわち、一方向クラッチ１０がロック状態になる。

エンジンの高速回転時、係合ころ５は、カム面２ａによって位置決めされ、中空軸２と接触状態であり、コイルバネ４は、プーリ１の所定回転速度以上による遠心力によって縮む方向の力を受け、係合ころ５を噛み込み方向に付勢する弾性力が減少され、係合ころ５と中空軸２との間の接触状態が確保される。遠心力が作用したときの係合ころ５の移動方向とコイルバネ４の中心軸方向とが略一致していることから、係合ころ５が移動する際にコイルバネ４が遠心力により変形してプーリ１の内周係合面１ａと接触して磨耗を引き起こすことはない。

他方、プーリ１が中空軸２に対して図１中の矢印Ｃ方向に相対的に回転すると、例えば、中空軸２が高速回転となり、プーリ１の回転が停止されると、係合ころ５が、くさび状空間の広い側にコイルバネ４を圧縮する方向に移動して、プーリ１の内周係合面１ａと中空軸２のカム面２ａとの間で遊嵌状態となる。これにより、プーリ１と中空軸２との間で動力の伝達が遮断されて、一方向クラッチ１０がフリー状態になる。このとき、玉軸受２１ところ軸受２２とが、一方向クラッチ１０の両側でラジアル荷重を支持するので、一方向クラッチ１０では噛み合い性能と耐久性とを良好に維持することができる。

実施例１によれば、コイルバネ４を係合ころ５との当接側に向けて先細りとなるように形成したので、コイルバネ４のバネ定数が上がるとともに質量が小さくなり、かつ保持器３のポケット６内の空間（コイルバネ４の先端とプーリ１の内周係合面１ａとの間のクリアランス）が増えるので、コイルバネ４が遠心力により変形してプーリ１の内周係合面１ａと接触して磨耗を引き起こしてしまうことが未然に防止される。このため、一方向クラッチ１０の寿命を延ばすことができる。

また、実施例１によれば、コイルバネ４をラジアル方向に対称な形状としたことにより、コイルバネ４を保持器３のポケット６内のバネ受け突起３ａに組み付ける際に上下方向を意識して組み付ける必要がなくなり、一方向クラッチ１０の組み立てが容易になる。

さらに、実施例１によれば、コイルバネ４が係合ころ５との当接側に向けて先細りとなる上にピッチが等間隔であるので、コイルバネ４の先端側のバネ定数が上がり、このことからもコイルバネ４の遠心力による変形を抑制することができる。

さらにまた、実施例１によれば、保持器３のポケット６内のバネ受け突起３ａが角錐台形状突起であるので、先細りのコイルバネ４を、角錐台形状の底面側開口から保持器３のポケット６内のバネ受け突起３ａに容易に組み付けることができる。

図４は、本発明の実施例２に係る一方向クラッチ１０の要部断面図である。図１ないし図３に示した実施例１に係る一方向クラッチ１０では、コイルバネ４がラジアル方向に対称な形状を有していたのに対して、実施例２に係る一方向クラッチ１０では、コイルバネ４Ａは、ラジアル方向の内方側がカム面２ａと略平行となっている点が異なる。また、コイルバネ４Ａがラジアル方向に非対称となった関係で、保持器３のバネ受け突起３ｂも、ラジアル方向の内方側がラジアル方向に対して垂直な面と略平行に形成されている。

なお、その他の特に言及しない部分については、実施例１に係る一方向クラッチ１０と同様に構成されているので、図示および説明を省略する。

このように構成された実施例２に係る一方向クラッチ１０によれば、実施例１に係る一方向クラッチ１０に比べても、コイルバネ４Ａの係合ころ５側先端がより中空軸２のカム面２ａに近接しているので、コイルバネ４Ａがラジアル方向の外方側に一層変形しにくくなるとともに、コイルバネ４Ａとプーリ１の内周係合面１ａとのクリアランスが拡大するので、コイルバネ４Ａの遠心力による変形によってコイルバネ４Ａがプーリ１の内周係合面１ａに接触することがより確実に防止される。

ところで、上記各実施例では、プーリ１の内周面を内周係合面１ａとし、中空軸２の外周面をカム面２ａとしたが、外輪の内周面をカム面にし、内輪の外周面を外周係合面にしてもよい。

また、各実施例では、一方向クラッチ１０のくさび部材を係合ころ５としたが、くさび部材が球等である一方向クラッチにも、本発明を同様に適用できることはいうまでもない。

また、各実施例では、一方向クラッチ１０の軸方向の両端部と隣接する位置に、玉軸受２１ところ軸受２２とを設けたが、これらの軸受のいずれか一つまたは両方を省略してもよい。

本発明の実施例１に係る一方向クラッチを備えるプーリユニットを示す上半部正面断面図。 図１のプーリユニットのＡ−Ａ断面図。 実施例１に係る一方向クラッチの要部拡大断面図。 本発明の実施例２に係る一方向クラッチの要部拡大断面図。

符号の説明

１ プーリ（外輪）
１ａ 内周係合面
２ 中空軸（内輪）
２ａ カム面
３ 保持器
３ａ，３ｂ バネ受け突起
４，４Ａ コイルバネ
５ 係合ころ（くさび部材）
６ ポケット
１０ 一方向クラッチ
１００ プーリユニット

Claims (1)

1. 外輪と内輪との間に配設された保持器のポケット内にくさび部材をコイルバネによって一方向に付勢して配置してなる一方向クラッチにおいて、
   前記コイルバネは、前記くさび部材との当接側に向けて先細りとなるコイルバネであり、ラジアル方向の内方側が当該ラジアル方向に対して垂直な面と略平行であることを特徴とする一方向クラッチ。

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