JP2003113870A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外輪カム式でありかつロック・フリーが繰り
返されても確実に機能を発揮する一方向クラッチを提供
する。 【解決手段】 内輪3と、カム面11を有する外輪4と、カ
ム面11と内輪3の外周面とで形成された楔状空間12に配
置されたころ13と、ころ13を楔状空間12の狭い側へ付勢
するコイルばね14とを備えている。コイルばね14は、外
輪4に形成されたばね位置決め面18によって、その中心
軸が遠心力が作用した際のころ13の移動方向とほぼ一致
するように位置決めされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、内燃機
関の始動時および内燃機関による補機駆動時の回転力を
ベルトによって伝達するベルト伝動システムにおいて、
ベルト駆動スタータのプーリに使用される一方向クラッ
チに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一方向クラッチとしては、図５に
示すように、円筒形の外輪(61)と、多角形状に形成され
てこの部分がカム面(63)とされた内輪(62)と、カム面(6
3)と外輪(61)の内周面とで形成された楔状空間(64)に配
置されたころ(65)と、ころ(65)を保持する環状の保持器
(66)と、ころ(65)を楔状空間(64)の狭い側（ロック側）
へ付勢するコイルばね(67)とを備えているものが知られ
ている。コイルばね(67)は、楔状空間(64)方向に突出す
るように保持器(66)に設けられた突起(68)に装着されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の一方向クラ
ッチをベルトを介して始動トルクをクランク軸に伝達す
るスタータモータの一方向クラッチ付きプーリユニット
に適用した場合、空転状態が極めて長時間行われること
から、発熱が大きくなる問題がある。

【０００４】この発明の目的は、外輪カム式であり、遠
心力が作用した際にそのカム面に沿った方向の分力によ
ってころがばねの弾性力に抗して楔状空間の広い側に移
動させることが可能であり、ばねの付勢力による楔状空
間の狭い側へのころの移動と、遠心力が作用した際の楔
状空間の広い側へのころの移動とが確実に繰り返される
ことを可能とすることによって、ロック・フリーが繰り
返されても確実に機能を発揮する一方向クラッチを提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による一方向クラッチは、内輪と、カム面を有する外
輪と、カム面と内輪の外周面とで形成された楔状空間に
配置されたころと、ころを楔状空間の狭い側へ付勢する
ばねとを備えた一方向クラッチにおいて、遠心力が作用
した際にころがばねの弾性力に抗して楔状空間の広い側
に移動させられるようになされるとともに、ばねは、外
輪に形成されたばね位置決め面によって、その中心軸が
遠心力が作用した際のころの移動方向とほぼ一致するよ
うに位置決めされていることを特徴とするものである。

【０００６】ばねは、例えば、コイルばねとされるが、
板ばね等であってもよい。

【０００７】この発明の一方向クラッチによると、ばね
は、外輪に形成されたばね位置決め面によって、その中
心軸が遠心力が作用した際のころの移動方向とほぼ一致
するように位置決めされているので、遠心力がかかって
ころが移動する際にばねがずれて、外輪が停止した際の
ばねの付勢力方向が変化することはなく、これにより、
ころをうまく噛み込み側へ移動させることができる。し
たがって、ばねの付勢力による楔状空間の狭い側へのこ
ろの移動と遠心力が作用した際の楔状空間の広い側への
ころの移動とが確実に繰り返され、ロック・フリーが繰
り返されても確実に機能を発揮することができる。

【０００８】カム面が平面とされて、ばねの中心軸とカ
ム面とがほぼ平行とされていることが好ましい。

【０００９】このようにすると、ころの移動方向が平面
のカム面に規制されることにより、ころがどの位置にあ
っても、ばねの中心軸と遠心力が作用した際のころの移
動方向とを常に一致させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下図
面を参照して説明する。

【００１１】図１は、この発明による一方向クラッチを
組み込んだ一方向クラッチ付きプーリユニットを示して
いる。この一方向クラッチ付きプーリユニット(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、スタータモータの回転軸
(2)に嵌められ中空軸(3)とこれと同心に配置されたプー
リ(4)との間に、一方向クラッチ(5)が設けられている。
プーリ(4)の外周には、Ｖリブドベルト(B)が掛け渡され
るベルト掛け渡し部(4a)が設けられている。

【００１２】一方向クラッチ(5)は、中空軸(3)とプーリ
(4)の軸方向中間部との間に設けられており、中空軸(3)
とプーリ(4)の各端部寄り部分との間には、ころ軸受(6)
および玉軸受(7)が一方向クラッチ(5)を挟んで設けられ
ている。そして、プーリ(4)と一方向クラッチの外輪と
軸受の外輪とが一体とされるとともに、中空軸(3)と一
方向クラッチの内輪と軸受の内輪とが一体とされてい
る。

【００１３】ころ軸受(6)および玉軸受(7)のさらに軸方
向外側には、シール部材(8)(9)がそれぞれ配置されてお
り、プーリユニットの自由端側（図の左側）には、プー
リユニット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(10)が配置されている。

【００１４】一方向クラッチ(5)は、図２に示すよう
に、プーリ(4)の内周面に設けられたカム面(11)と、カ
ム面(11)と中空軸(3)の外周面とによって形成された楔
状空間(12)内に配置され、中空軸(3)とプーリ(4)とが一
の方向（ロック方向）に相対回転することにより中空軸
(3)とプーリ(4)との間に噛み込み、他の方向（フリー方
向）に相対回転したとき噛み込みを解除する複数の噛み
込み部材としてのころ(13)と、ころ(13)を噛み込み方向
（楔状空間(12)の狭い側）に付勢する付勢部材としての
楕円形のコイルばね(14)と、ころ(13)を楔状空間(12)内
に位置させる保持器(15)とを備えている。

【００１５】カム面(11)は、軸心を挟んで対向する平行
２面(11a)(11b)(11c)(11d)が周方向に複数組（この実施
形態では４組）設けられることによって構成されてい
る。平行２面(11a)(11b)(11c)(11d)の各面は、ころ(13)
の中心および軸心を通る法線(19)に対して直角ではな
く、図２の一部を拡大した図３にθで示す角は、直角よ
りも若干小さい鋭角とされている。こうして、プーリ
(4)にカム面(11)が設けられることにより、プーリ(4)に
は、一方向クラッチ(5)の外輪としての機能が付与さ
れ、プーリ(4)と一方向クラッチ(5)の外輪との一体化が
果たされている。これにより、プーリ(4)の外径を抑え
ながら、ころ(13)のＰ．Ｃ．Ｄを大きくすることがで
き、ころ(13)に働く遠心力が大きいものとなっている。

【００１６】平行２面(11a)(11b)(11c)(11d)の楔状空間
(12)の広い側の端部には、横断面が円弧状で遠心力を受
けたころ(13)を停止させる凹面部(16)が設けられてい
る。凹面部(16)は、ころ(13)の外周面の半径とほぼ同じ
半径の円弧状とされている。

【００１７】図１に示すように、プーリ(4)の内径は段
付状とされており、プーリ(4)が有しているころ軸受の
外輪、一方向クラッチの外輪および玉軸受の外輪の各機
能に対応する寸法に関して、ころ軸受の外輪軌道部内径
をＤ１、一方向クラッチの外輪の最小内径（この実施形
態では、外輪カム面(11)の平行２面間距離）をＤ２、玉
軸受の外輪軌道肩部内径をＤ３として、Ｄ１＞Ｄ２≧Ｄ
３とされている。

【００１８】中空軸(3)の外径に関しては、溝を除いて
一定とされており、ころ軸受(6)の内輪軌道部外径＝一
方向クラッチ(5)の内輪外径＝玉軸受(7)の外輪軌道肩部
外径となっている。

【００１９】また、ベルト掛け渡し部(4a)におけるプー
リ外周の最内径部と噛み込み開始位置におけるころ(13)
の中心部との径方向距離Ｔ１が、噛み込み開始位置にお
けるころ(13)の中心部と中空軸(3)内周の最小内径部と
の径方向距離Ｔ２よりも小さくされている。すなわち、
プーリ(3)および中空軸(3)の実質的な厚みを比較する
と、プーリ(3)の厚みが薄くなされている。これによ
り、プーリ(4)の外径を抑えながら、ころ(13)のＰ．
Ｃ．Ｄを大きくすることができ、ころ(13)に働く遠心力
がより大きくなっている。

【００２０】保持器(15)は、合成樹脂製で、カム面(11)
にほぼ沿った外周形状と中空軸(3)外周面に沿った内周
形状を有しており、カム面(11)内に圧入されている。保
持器(15)と中空軸(3)の外周との間には若干の間隙が設
けられている。保持器(15)には、コイルばね(14)を位置
決めするばね受け凹所(17)が設けられている。

【００２１】このばね受け凹所(17)は、カム面(11)の凹
面部(16)に連なってプーリ(4)の内周に設けられた位置
決め面(18)とによってコイルばね(14)の中心軸方向を一
定に保っている。この位置決め面(18)は、カム面(11)と
同様に、軸心を挟んで対向して平行に形成された２面が
周方向に４組設けられることによって構成されている。
コイルばね(14)は、保持器(15)内に収められることによ
って、その径方向内方への移動に対する位置決めがなさ
れ、プーリ(4)の位置決め面(18)によって、その径方向
外方への移動に対する位置決めがなされている。これら
の位置決めによって、コイルばね(14)の中心軸は、図３
に示すように、ころ(13)の中心軸と直交し、カム面(11)
の平行２面(11a)(11b)(11c)(11d)と平行に保たれてい
る。

【００２２】図２および図３は、ころ(13)およびコイル
ばね(14)に遠心力が働いていない状態を示しており、こ
の状態で中空軸(3)が反時計方向に回転させられると、
ころ(13)が中空軸(3)とプーリ(4)との間に噛み込み、中
空軸(3)とプーリ(4)とは、一体となって回転する。そし
て、プーリ(4)が高速回転となり、中空軸(3)の回転が停
止させられると、ころ(13)に働く遠心力の方向（符号(1
9)で示す線の外向きの方向）ところ(13)が平行２面(11
a)(11b)(11c)(11d)と接触している点における法線方向
とがずれていることにより、ころ(13)には平行２面(11
a)(11b)(11c)(11d)に沿った方向の力が掛かり、これに
より、ころ(13)は、図４に矢印で示すように、楔状空間
(12)の広い側に移動する。カム面(11)の凹面部(16)がこ
ろ(13)の外周面の半径とほぼ同じ半径の円弧状とされて
いることから、ころ(13)の外周部分がこの凹面部(16)に
ちょうど収まり、中空軸(3)外周ところ(13)との間隙が
確保され、中空軸(3)ところ(13)との非接触状態が達成
される。

【００２３】この一方向クラッチ付きプーリユニット
は、次のように動作する。

【００２４】まず、始動時においては、スタータモータ
の回転軸(2)と一体の中空軸(3)が反時計回りに回転させ
られる。これにより、一方向クラッチ(5)の楔状空間(1
2)の狭い側にころ(13)が噛み込まれ、駆動力が伝達され
て、中空軸(3)とプーリ(4)とが一体となって回転する。
プーリ(4)はベルトを介してクランクシャフトに接続さ
れており、プーリ(4)の回転によってエンジンが始動す
る。エンジンが始動すると、スタータが停止し、プーリ
(4)は反時計方向の回転を続ける。これにより、ころ(1
3)の噛み込みが解除され、プーリ(4)だけが回転する状
態が継続される。特にエンジンの高速回転時、ころ(13)
は、ころ(13)とほぼ同じ曲率の凹面部(16)によって位置
決めされ、中空軸(3)と非接触状態となる。また、コイ
ルばね(14)は、プーリ(4)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、ころ(13)を噛み込み
方向に付勢する弾性力が減少させられ、ころ(13)と中空
軸(3)との間の非接触状態が確保される。遠心力が作用
したときのころ(13)の移動方向とコイルばね(14)の中心
軸方向とが一致していることから、ころ(13)が移動する
際にコイルばね(14)がずれて、プーリ(4)が停止した際
のコイルばね(14)の付勢力方向が変化することはなく、
ころ(13)をうまく噛み込み側へ移動させることができな
いという問題が起こることはない。

【００２５】このプーリユニット(1)を組み立てる際に
は、玉軸受(7)の玉および保持器、一方向クラッチ(5)の
コイルばね(14)およびころ(13)、ころ軸受(6)のころお
よび保持器の順に、プーリ(4)と中空軸(3)との間に挿入
すればよい。上述したように、ころ軸受(6)の外輪軌道
部内径(D1)＞一方向クラッチ(5)の外輪カム面(11)の平
行２面間距離（一方向クラッチの外輪の最小内径）(D2)
≧玉軸受(7)の外輪軌道肩部内径(D3)であるので、各挿
入作業時において径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。

【００２６】中空軸(3)は、その外径が溝を除いて一定
とされているので、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
チ付きプーリユニットの加工コストを低減することがで
きる。

【００２７】上記において、ころ(13)を付勢する手段と
して、コイルばねを示したが、コイルばねに代えて板ば
ね等を用いることも可能である。また、一方向クラッチ
としては、噛み込み部材がころ(13)である場合を示した
が、噛み込み部材および付勢部材が外輪と一体になって
回転し、外輪の所定回転速度以上による遠心力によって
噛み込み部材が噛み込み解除方向に移動し、付勢部材の
付勢力がこの移動を許容する大きさを有している一方向
クラッチであれば、噛み込み部材がスプラグであるもの
を使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明による一方向クラッチ付きプ
ーリユニットを示す縦断面図である。

【図２】図２は、同横断面図である。

【図３】図３は、図２の一部を拡大した図で、一方向ク
ラッチの噛み合い状態を示している。

【図４】図４は、図２の一部を拡大した図で、一方向ク
ラッチの噛み合い解除状態を示している。

【図５】図５は、従来の一方向クラッチを示す横断面図
である。

【符号の説明】

(3) 中空軸（内輪） (4) プーリ（外輪） (11) カム面 (12) 楔状空間 (13) ころ (14) コイルばね (18) ばね位置決め面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内輪と、カム面を有する外輪と、カム面
   と内輪の外周面とで形成された楔状空間に配置されたこ
   ろと、ころを楔状空間の狭い側へ付勢するばねとを備え
   た一方向クラッチにおいて、 遠心力が作用した際にころがばねの弾性力に抗して楔状
   空間の広い側に移動させられるようになされるととも
   に、ばねは、外輪に形成されたばね位置決め面によっ
   て、その中心軸が遠心力が作用した際のころの移動方向
   とほぼ一致するように位置決めされていることを特徴と
   する一方向クラッチ。
2. 【請求項２】 カム面が平面とされて、ばねの中心軸と
   カム面とがほぼ平行とされている請求項１の一方向クラ
   ッチ。