JP2003113924A - 一方向クラッチ付きプーリユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プーリに一方向クラッチの外輪と軸受の外輪
との機能を持たせるとともに、その組立性が良い一方向
クラッチ付きプーリユニットを提供する。 【解決手段】 プーリ4と一方向クラッチ5の外輪と軸受
6,7の外輪とが一体とされている。一方向クラッチ5を挟
んで設けられる軸受6,7の一方は転動体をころとしたこ
ろ軸受6であり、他方は転動体を玉とした玉軸受7であ
る。プーリ4の内径が段付状で、ころ軸受6の外輪軌道部
内径をＤ１、一方向クラッチ5の外輪の最小内径をＤ
２、玉軸受7の外輪軌道肩部内径をＤ３として、Ｄ１＞
Ｄ２≧Ｄ３の関係がある。

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に使用される一方向クラッチ付きプ
ーリユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一方向クラッチ付きプーリユニッ
トとしては、図５に示すように、エンジンスタータ(50)
の前端部を形成しているフレーム(51)と、軸部(52a)、
円板部(52b)および外側円筒部(52c)からなりフレーム(5
1)の前部と軸部(52a)との間に配された軸受(53)を介し
てフレーム(51)に回転自在に支持されたクラッチ出力軸
(52)と、クラッチ出力軸(52)の軸部(52a)の後方突出部
に軸受(55)を介して回転自在に支持されたクラッチ入力
軸(54)と、クラッチ出力軸(52)の外側円筒部(52c)とク
ラッチ入力軸(54)との間に配され入力軸(54)と出力軸(5
2)とが一の方向（ロック方向）に相対回転することによ
り両軸(52)(54)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スプラグ
(56)と、クラッチ出力軸(52)の軸部の先端にナット(58)
で固定されたプーリ(57)とを備えているものが特開２０
０１−９９１９７号公報に記載されている。

【０００３】この一方向クラッチ付きプーリユニットに
よると、エンジンスタータ(50)の直流モータ(59)が高速
回転すると、この回転が遊星歯車減速装置(60)によって
減速されてクラッチ入力軸(54)に伝達され、このクラッ
チ入力軸(54)の回転運動がスプラグ(56)を介してクラッ
チ出力軸(52)に伝達される。クラッチ出力軸(52)に伝達
された回転運動は、プーリ(57)に伝達され、プーリ(57)
がベルトを介してエンジンを回転駆動することによっ
て、エンジンが駆動される。エンジンが始動して、クラ
ッチ出力軸(52)の回転数がクラッチ入力軸(54)の回転数
を超えると、スプラグ(56)は、クラッチ入力軸(54)から
離れ、これにより、クラッチ出力軸(52)およびプーリ(5
7)は、以後クラッチ入力軸(54)からの抵抗を受けずに回
転することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明による一方向
クラッチ付きプーリユニットは、例えば、ベルトを介し
て始動トルクをクランク軸に伝達する内燃機関用ベルト
伝動システムにおいて、スタータ用に使用することをそ
の目的としている。

【０００５】上記従来の一方向クラッチ付きプーリユニ
ットでは、プーリ(57)の回転中は、クラッチ出力軸(52)
がプーリ(57)と一体となって回転することになるが、ク
ラッチ出力軸(52)はエンジンの駆動に寄与しない部分で
あるので、軸部(52a)だけでなく、その円板部(52b)およ
び外側円筒部(52c)までもが回転することは、エネルギ
ロスの大きな要因となっていた。

【０００６】このエネルギーロスを減少するために、、
軸とこれの周囲に同心状に配されたプーリとの間に、内
輪、外輪およびこれらの間に配された作動部材（例え
ば、スプラグ、ばねなど）を備えた一方向クラッチを設
け、プーリに伴って回転する部分を減少することが考え
られる。また、一方向クラッチとしては、スプラグ式に
代えてころ式のもの、例えば、内輪と、外輪と、外輪の
内周面に設けられたカム面と、カム面と内輪の外周面と
によって形成された楔状空間内に配置され、内輪と外輪
とが一の方向に相対回転することにより内輪と外輪との
間に噛み込み、他の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と、ころを噛
み込み方向（楔状空間の狭い側）に付勢する付勢部材と
してのコイルばねとを備えたものとし、コイルばねによ
ってころを噛み込み方向に付勢し、遠心力によってころ
を噛み込み解除方向に移動させることが考えられる。

【０００７】しかしながら、軸とこれの周囲に同心状に
配されたプーリとの間に、上記ころ式の一方向クラッチ
を配置しようとすると、プーリの外径が限定されている
ことから、一方向クラッチの外輪の内径が必然的に小さ
くなり、これに伴って、ころのＰ．Ｃ．Ｄ（Pitch Circ
le Diameter；ピッチ円直径）も小さくなり、ころに働
く遠心力が小さくなって、空転時に、ころと一方向クラ
ッチの内輪とを非接触にすることが難しいという問題が
生じることになる。

【０００８】そこで、プーリと一方向クラッチの外輪と
を一体として、プーリの外径を抑えながら、噛み込み部
材のＰ．Ｃ．Ｄを大きくし、これにより、噛み込み部材
に働く遠心力を大きくして、空転時における噛み込み部
材と軸との非接触状態を確保することが考えられる。そ
して、軸に軸受の内輪を兼ねさせるとともに、プーリに
軸受の外輪を兼ねさせることによって、コンパクトな一
方向クラッチ付きプーリユニットを得ることが可能とな
る。

【０００９】このようなコンパクトな一方向クラッチ付
きプーリユニットでは、組立性の向上が課題となる。

【００１０】この発明の目的は、プーリに一方向クラッ
チの外輪と軸受の外輪との機能を持たせるとともに、そ
の組立性が良い一方向クラッチ付きプーリユニットを提
供することにある。

【００１１】

【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付きプーリユニットは、軸とこ
れの周囲に同心状に配されたプーリとの間に、内輪、外
輪およびこれらの間に配された作動部材を備えた一方向
クラッチが設けられ、内輪、外輪およびこれらの間に配
された転動体を備えた軸受が一方向クラッチを挟んで設
けられている一方向クラッチ付きプーリユニットにおい
て、プーリと一方向クラッチの外輪と軸受の外輪とが一
体とされて、一方向クラッチを挟んで設けられる軸受の
一方は転動体をころとしたころ軸受であり、他方は転動
体を玉とした玉軸受であり、プーリの内径が段付状で、
ころ軸受の外輪軌道部内径をＤ１、一方向クラッチの外
輪の最小内径をＤ２、玉軸受の外輪軌道肩部内径をＤ３
として、Ｄ１＞Ｄ２≧Ｄ３の関係があることを特徴とす
るものである。

【００１２】一方向クラッチとしては、噛み込み部材と
してのスプラグおよびこれを付勢するばねを作動部材と
して備えているスプラグ式のものであってもよく、ま
た、噛み込み部材としてのころおよびこれを付勢するば
ねを作動部材として備えているころ式のものであっても
よい。

【００１３】一方向クラッチは、好ましくは、外輪とし
てのプーリの内周面に設けられたカム面と、カム面と内
輪としての軸の外周面とによって形成された楔状空間内
に配置され、軸とプーリとが一の方向（ロック方向）に
相対回転することにより軸とプーリとの間に噛み込み、
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と、ころを噛
み込み方向（楔状空間の狭い側）に付勢する付勢部材と
してのコイルばねとを備えた構成（外輪カム式）とされ
る。

【００１４】外輪カム式であって軸心を挟んで対向する
カム面を有する場合、一方向クラッチの外輪の最小内径
は、軸心を通る直線のカム面間の最小距離に相当する。

【００１５】この発明の一方向クラッチ付きプーリユニ
ットによると、プーリの外径を抑えながら、一方向クラ
ッチの噛み込み部材（スプラグ、ころ）のＰ．Ｃ．Ｄを
大きくすることができ、この結果、噛み込み部材に働く
遠心力が大きくなり、空転時における噛み込み部材と軸
との非接触状態を確保することができる。そして、ころ
軸受および玉軸受が一方向クラッチを挟んで設けられて
いるので、玉軸受、一方向クラッチ、ころ軸受の順に、
プーリと中空軸との間に挿入することにより、プーリユ
ニットの組立てが可能であり、また、ころ軸受の外輪軌
道部内径(D1)＞一方向クラッチの外輪の最小内径(D2)≧
玉軸受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。

【００１６】軸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、ころ軸受の内輪軌道部外径、一方向ク
ラッチの内輪外径および玉軸受の内輪軌道肩部外径が互
いに等しくなされていることが好ましい。

【００１７】このようにすると、玉軸受、一方向クラッ
チおよびころ軸受の挿入作業に際して、軸の外径が邪魔
になることはなく、また、軸と一方向クラッチの内輪と
軸受の内輪とを一体とすることにより、部品点数を減少
するとともに、一方向クラッチの内輪の外径を抑えるこ
とができ、しかも、軸の各部分の外径が等しいので、冷
間鍛造などによって加工することができ、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。

【００１８】上記一方向クラッチ付きプーリユニットの
好ましい形態としては、一方向クラッチの外輪はカム面
を有し、作動部材は、ころとこのころを噛み込み方向に
付勢する付勢部材とを有するとともに、プーリと一体と
なって回転するようになされており、プーリの所定回転
速度以上の遠心力によって、ころと一方向クラッチの内
輪とが非接触となるものとされる。

【００１９】外輪のカム面および付勢部材の中心軸が、
接線方向（遠心力に直角の方向）に対して傾斜させら
れ、ころおよび付勢部材にかかる遠心力が噛み込み解除
方向の成分を有するようにすることにより、ころと内輪
の非接触状態が確保される。

【００２０】

【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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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】従来の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。

【符号の説明】

(3) 中空軸 (4) プーリ (5) 一方向クラッチ (6) ころ軸受 (7) 玉軸受 (12) カム面 (13) ころ（作動部材） (14) コイルばね（作動部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J031 BA08 BA19 CA03 3J101 AA02 AA12 AA32 AA43 AA54 AA62 AA72 AA77 BA53 BA54 BA55 BA56 BA77 FA44 FA46 GA21 GA24

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸とこれの周囲に同心状に配されたプー
   リとの間に、内輪、外輪およびこれらの間に配された作
   動部材を備えた一方向クラッチが設けられ、内輪、外輪
   およびこれらの間に配された転動体を備えた軸受が一方
   向クラッチを挟んで設けられている一方向クラッチ付き
   プーリユニットにおいて、プーリと一方向クラッチの外
   輪と軸受の外輪とが一体とされて、一方向クラッチを挟
   んで設けられる軸受の一方は転動体をころとしたころ軸
   受であり、他方は転動体を玉とした玉軸受であり、プー
   リの内径が段付状で、ころ軸受の外輪軌道部内径をＤ
   １、一方向クラッチの外輪の最小内径をＤ２、玉軸受の
   外輪軌道肩部内径をＤ３として、Ｄ１＞Ｄ２≧Ｄ３の関
   係があることを特徴とする一方向クラッチ付きプーリユ
   ニット。
2. 【請求項２】 軸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、ころ軸受の内輪軌道部外径、一方向
   クラッチの内輪外径および玉軸受の内輪軌道肩部外径が
   互いに等しくなされている請求項１の一方向クラッチ付
   きプーリユニット。
3. 【請求項３】 一方向クラッチの外輪はカム面を有し、
   作動部材は、ころとこのころを噛み込み方向に付勢する
   付勢部材とを有するとともに、プーリにこれと一体とな
   って回転するように保持されており、プーリの所定回転
   速度以上の遠心力によって、ころが噛み込み解除方向に
   移動するとともに、付勢部材の付勢力が減少し、ころと
   一方向クラッチの内輪とが非接触となる請求項１または
   ２の一方向クラッチ付きプーリユニット。