JP2004084876A - Clutch spring for spring clutch and spring clutch - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力側部材と出力側部材の相互間において回転トルクの伝達と遮断とを行なうスプリングクラッチのクラッチばね及びスプリングクラッチに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、自動車のエンジンにおいては、爆発行程時に駆動エネルギが発生するため、クランクシャフトは一回転中において角速度が変化する。そのようなクランクシャフトの回転をベルト伝動装置によってオルタネータ等の慣性力の大きなエンジン補機を駆動した場合、クランクシャフトの角速度の低下時に、エンジン補機の回転軸の回転速度が上回ると、その回転軸に取付けられたプーリとベルトとの間でスリップが生じる。
【0003】
また、エンジンを高速回転状態から急減速した場合、オルタネータ等のエンジン補機は慣性力によって高速回転を続けようとするため、上記と同様にプーリとベルトとの間でスリップが生じ、そのスリップ時に異音が発生し、あるいはベルトが摩耗して耐久性が低下する。
【0004】
そのような不都合を解消するため、スプリングクラッチを内蔵させたクラッチプーリ装置が提案されている。図5はスプリングクラッチを採用したクラッチプーリ装置を示す。このクラッチプーリ装置においては、クランクシャフトの回転がベルトを介して伝達されるプーリ21の内側にエンジン補機の回転軸に取付けられるプーリハブ22を設け、上記プーリ21とプーリハブ22とを軸受23によって相対的に回転自在に支持している。
【0005】
また、プーリ21の内周に環状の内向き突出部24を設け、一方、プーリハブ22の外周には上記内向き突出部24と軸方向で対向する環状の外向き突出部25を形成し、この外向き突出部25と内向き突出部24の対向面に、上記両突出部24、25に跨がって軸方向に延びるスプリング収納空間26を設け、そのスプリング収納空間26内にスプリングクラッチ30を組込んでいる。
【0006】
スプリングクラッチ30は、前記スプリング収納空間26の外周壁内面に軸方向に並ぶ2つの円筒形クラッチ面31a、31bを設け、前記スプリング収納空間26内には上記円筒形クラッチ面31a、31bに跨がる長さのクラッチばね32を組込み、そのクラッチばね32の円筒形外面を各クラッチ面31a、31bに弾性接触させるようにしている。
【0007】
上記クラッチプーリ装置においては、ベルトとの接触によって一方向に回転するプーリ21の回転時にクラッチばね32を拡径させてクラッチ面31a、31bに対する係合力を高め、そのクラッチばね32を介してプーリ21の回転をプーリハブ22に伝えるようにしている。
【0008】
また、プーリハブ22の回転速度がプーリ21の回転速度より上回った場合に、クラッチばね32を縮径させてクラッチ面31a、31bに対する係合力を弱め、クラッチばね32とクラッチ面31a、31bの接触部で滑りを生じさせて、プーリハブ22からプーリ21側への回転伝達を遮断し、プーリ21とベルトとの間で滑りが生じるのを防止するようにしている。
【0009】
ここで、クラッチプーリ装置に組込まれたスプリングクラッチ30において、クラッチばね32が丸線材から形成されていると、クラッチばね32のクラッチ面31a、31bに対する接触が線接触となり、摩擦係合力が弱く、クラッチ面31a、31bとの間で滑りが生じてクラッチの応答性が悪くなると共に、トルク伝達にロスが生じる。また、クラッチばね32のコイル部32a間に隙間があると、適切な摩擦係合力を得るために、長さの長いクラッチばね32が必要とされ、クラッチプーリ装置の軸方向長さが長くなるという問題が生じる。
【0010】
そこで、スプリングクラッチ30においては、クラッチばね32を角線材により形成してクラッチ面31a、31bに対する接触面積の増大を図り、摩擦係合力を高めるようにしている。また、コイル部32aの側面を互に接触させてクラッチばね32の軸方向長さのコンパクト化を図るようにしている。
【0011】
上記のようなクラッチプーリ装置においては、クラッチばね32の内径面とプーリハブ22の外径面間のスプリング収納空間26内にグリースを充填し、そのグリースによってクラッチばね32とクラッチ面31a、31bの接触部を潤滑するようにしている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図5に示すクラッチプーリ装置においては、クラッチばね32におけるコイル部32aの側面が面接触しているため、回転時の遠心力によって外方向に移動しようとするグリースのクラッチばね32の内径側から外径側への流動性が悪く、クラッチばね32とクラッチ面31a、31bの接触部を効果的に潤滑することができず、その潤滑性を向上させるうえにおいて改善すべき点が残されている。
【0013】
また、クラッチばね32のコイル部32aの側面外径縁には面取りが施されているが、面取り間に形成される空間は小さいため、多くのグリースを保持させることができず、その保持量を増大させるうえにおいても改善すべき点が残されている。
【0014】
この発明の課題は、クラッチ面に対する接触部を良好に潤滑することができるようにしたスプリングクラッチ用のクラッチばねおよびスプリングクラッチを提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明に係るスプリングクラッチ用のクラッチばねにおいては、線材をつる巻状に巻付けて軸方向に連続するコイル部の側面を互に接触させ、外周および内周を円筒面としたスプリングクラッチ用のクラッチばねにおいて、前記各コイル部の少なくとも一側面を凸円状の円弧面とした構成を採用している。
【0016】
上記のように、コイル部の側面を凸円状の円弧面とすることによって、コイル部の側面を線接触させることができるため、クラッチばねの内側に保持されるグリースを回転時の遠心力によってコイル部の側面間より外径側に容易に流動させることができ、クラッチばねの外周の円筒面と、その円筒面が弾性接触されるクラッチ面の接触部を効果的に潤滑することができる。
【0017】
また、コイル部の側面を円弧面としたことにより、軸方向で対向する側面間の外径部側に大きな空間を形成することができ、その空間に多くのグリースを保持させることができる。
【0018】
ここで、クラッチばねを形成する線材として、丸線材の引抜き時に、2面が押し付けられる2面押しの角線材を採用することにより、コストの安いクラッチばねを得ることができる。
【0019】
この発明に係るスプリングクラッチにおいては、入力側部材の内周に円筒形のクラッチ面を設け、そのクラッチ面と前記入力側部材の内側に組込まれて相対的に回転自在に支持された出力側部材との間に軸方向に連続するコイル部の側面が互に接触するクラッチばねを組込み、そのクラッチばねの外周の円筒面を前記クラッチ面に弾性接触させ、前記入力側部材の一方向の回転時にクラッチばねをクラッチ面との接触により拡径させてクラッチ面に圧接係合させ、そのクラッチばねを介して入力側部材の一方向の回転のみを出力側部材に伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、前記クラッチばねにおけるコイル部の側面を凸円状の円弧面とした構成を採用している。
【0020】
上記のように構成すれば、クラッチばね内周面と出力側部材の外周面間に形成されるグリース封入空間にグリースを充填しておくことにより、そのグリースは回転時の遠心力によってクラッチばねのコイル部の側面間からクラッチばねの外周の円筒面とクラッチ面の接触部にスムーズに流動して、その接触部を良好に潤滑することになり、スプリングクラッチの長寿命化を図ることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図1乃至図4に基づいて説明する。図1乃至図3は、この発明に係るスプリングクラッチを採用したクラッチプーリ装置を示す。クラッチプーリ装置は、入力側部材としてのプーリ1と、そのプーリ1の内側に組込まれた出力側部材としてのプーリハブ2とを有し、上記プーリハブ2は金属から成る出力軸2aと、その外側に設けられたスリーブ2bとから成る。
【0022】
スリーブ2bは、焼結金属あるいは合成樹脂の成形品から成り、その外周の両端部には鍔3a、3bが形成され、その鍔3a、3b間に軸方向に延びる複数のグリース収容凹部4が周方向に間隔をおいて形成されている。
【0023】
出力軸2aとスリーブ2b間には回り止め機構5が設けられている。回り止め機構5は、出力軸2aの外周に軸方向に延びる複数の突条6を周方向に間隔をおいて形成し、各突条6をスリーブ2bの内周に形成された複数の回り止め溝7に圧入している。
【0024】
プーリ1の内周とプーリハブ2の外周間に形成された環状空間の一端開口は、プーリ1とプーリハブ2とを相対的に回転自在に支持する片シール軸受8によって閉塞されている。また、上記環状空間の他端の開口はシール部材9によって閉塞され、そのシール部材9と片シール軸受8間にグリース封入空間10が形成されている。
【0025】
グリース封入空間10内にはクラッチばね11が組込まれている。クラッチばね11は丸線材の引抜きによって形成された角線材から成っている。
【0026】
ここで、丸線材の引抜きには、4面を押し付ける方法と2面を押し付ける方法とが存在し、通常のスプリングクラッチでは4面押し品を採用しているが、実施の形態では2面押し品の角線材を採用し、その角線材をつる巻き状に巻付けてコイル部11aの両側の凸円状の円弧面12が互に接触し、外周および内周が円筒面13a、13bから成るクラッチばね11を形成している。
【0027】
上記クラッチばね11は、自然状態において、外径がプーリ1の内周に形成されたクラッチ面14の内径より大径とされ、縮径された状態でグリース封入空間10内に組込まれて、外周円筒面13aがクラッチ面14に弾性接触している。また、クラッチばね11はその一端部がスリーブ2bの片シール軸受8側に位置する鍔3aに連結されている。
【0028】
実施の形態で示すクラッチプーリ装置は上記の構造から成り、エンジン補機としてのオルタネータの駆動に際しては、そのオルタネータの回転軸にプーリハブ2を取付けて回り止めし、プーリ1の外周にかけられるベルトを介してクランクシャフトの回転をプーリ1に伝達する。
【0029】
上記のような使用状態において、クランクシャフトの回転がプーリ1に伝達されると、クラッチばね11は、クラッチ面14との接触により拡径して、クラッチ面14に対する圧接係合力が増大し、そのクラッチばね11を介してプーリ1の回転がプーリハブ2に伝達され、オルタネータの回転軸が回転される。
【0030】
オルタネータの回転軸の回転時、ベルトの移動速度が低下し、オルタネータの回転軸を駆動するプーリハブ2の回転速度がプーリ1の回転速度を上回ると、クラッチばね11が縮径してクラッチ面14に対する圧接係合力が弱くなり、クラッチばね11とクラッチ面14の接触部において滑りが生じ、プーリハブ2の回転がプーリ1に伝達されず、プーリ1はフリー回転する。
【0031】
このため、プーリ1とベルトの接触部において滑りが防止される。
【0032】
ここで、プーリ1からプーリハブ2に回転が伝達されてプーリ1とプーリハブ2が回転するとき、グリース封入空間10内に充填されたグリースは、回転による遠心力により外径方向に移動しようとする。このとき、クラッチばね11のコイル部11aの互に接触する側面は凸円状の円弧面12であるため、外径方向に移動しようとするグリースは円弧面12間をスムーズに移動する。このため、クラッチばね11の外周の円筒面13aとクラッチ面14の接触部を効果的に潤滑することができる。
【0033】
また、クラッチばね11のコイル部11aの互に衝合する側面を円弧面12とすることにより、その円弧面12の外径部側に比較的大きな間隙15を形成することができ、その間隙15に多くのグリースを保持させておくことができる。このため、クラッチばね11の外周の円筒面13aとクラッチ面14の接触部をより効果的に潤滑することができ、潤滑性に優れた長寿命のスプリングクラッチを得ることができる。
【0034】
図4(I)は、クラッチばね11を形成する2面押し品の角線材Aの断面形状を示し、図4(II)は4面押し品の角線材Bの断面形状を示す。2面押し品の角線材Aの両側の円弧面12の曲率半径を小さくすることによって内径側から外径側へグリースをスムーズに流動させることができると共に、円弧面12の外径部間に多くのグリースを保持することができるクラッチばね11を得ることができるが、クラッチ面14に対する接触面積が逆に小さくなり、クラッチの機能を低下させることになる。そこで、円弧面14は、その円弧面14の高さh1 が4面押し品のコーナ部の面取りCの高さh0 とほぼ同レベルとなるような曲率半径としておくのが好ましい。そうすることによって、クラッチ面14に対する接触面積を確保する状態でクラッチばね11とクラッチ面14間の潤滑性の向上を図ることができる。
【0035】
実施の形態では、この発明に係るクラッチばね11を図1に示すクラッチプーリ装置に適用した例を示したが、クラッチばね11の適用例はこれに限定されるものではない。例えば、図5に示すクラッチプーリ装置にも適用することができる。
【0036】
また、実施の形態では、コイル部11aの両側面を円弧面12としたが、一方の側面のみを円弧面としてもよい。コイル部11aの両側面を円弧面12とする場合は2面押し品から成る角線材を採用することができるため、コストの安いクラッチばね11を得ることができる。
【0037】
なお、上記実施形態のスプリングクラッチにおいて使用されているクラッチばね11の断面寸法を決定する場合、以下の理論式に従って決定することができる。
【0038】
【数1】
【0039】
ここで、 TL :ロックトルク(N−mm)
TS :空転起動トルク(N−mm)
T:負荷トルク(N−mm)
E:ばねの縦弾性係数(N−mm2 )
IA :ばねの軸方向まわりの断面2次モーメント(mm4 )
DA :軸・プーリの径(mm)
DS :ばねの内径
δ:しめしろ〔直径分〕(mm)
μ:摩擦係数
N:ばねの有効巻数
b:ばねの板幅〔軸方向〕(mm)
h:ばねの板厚〔径方向〕(mm)
A:ばねの断面積〔b×h〕(mm2 )
σ:ばねの応力(N/mm2 )
【0040】
但し、上式において、
(1)TL (ロックトルク)は、スプリングクラッチでロック方向にトルクが負荷された際にロックを保持できる最大トルク値を示し、それ以上のトルクが負荷されるとばねが滑り出す。
(2)TS (空転起動トルク)は、スプリングクラッチに空転方向にトルクが負荷された際に空転を開始するトルク値を示し(ばねが滑り出すトルク)、TS で算出された値以下のトルクを負荷してもクラッチは空転しない。
(3)σ(ばね応力)は、スプリングクラッチに負荷トルクが作用した時に線材に発生する内部応力であり、この値が線材の許容引張り応力を上回ると線材が破断する。従って、線材の許容引張り応力の(3)式を変形した(3’)式によれば、線材の許容最大トルクを逆算することができる。
【0041】
又、上式は外装式のクラッチばねに適用される理論式であるため、上記実施形態の内装式のクラッチばねに適用するためには、以下のような数式の置換えをする必要がある。即ち、
δ=DA ’ −DS ’
DA ’ :軸、プーリの内径
DS ’ :ばねの外径
【0042】
以上の置換えをすることにより理論式を適用して決定した断面寸法を有するクラッチばね11に対し、ロックトルクTL や空転トルクTS の値を実験により確認したところ理論式にほぼ合致することが確かめられた。従って、上記理論式を用いて実施形態のクラッチばね11の断面形状を上述した例以外の形状に適用し、潤滑性に優れたスプリングクラッチを得ることができる。
【0043】
【発明の効果】
以上のように、この発明においては、コイル部の側面を凸円状の円弧面としたことによって、クラッチばねの内側に保持されたグリースを回転時の遠心力によってコイル部の接触面間よりクラッチばねの外径側にスムーズに流動させることができると共に、コイル部の円弧面の外径部間に多くのグリースを保持させることができる。このため、クラッチばねとクラッチ面の接触部をグリースによって効果的に潤滑することができ、潤滑性に優れた長寿命のスプリングクラッチを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るスプリングクラッチの実施の形態を示す縦断正面図
【図2】図1のII−II線に沿った断面図
【図3】図1のクラッチばね部を拡大して示す断面図
【図4】(I)は2面押し品から成る角線材の断面図、(II)は4面押し品から成る角線材の断面図
【図5】従来のスプリングクラッチを示す縦断正面図
【符号の説明】
1 プーリ(入力側部材)
2 プーリハブ(出力側部材)
11 クラッチばね
11a コイル部
12 円弧面
13a、13b 円筒面
14 クラッチ面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
Generally, in an automobile engine, driving energy is generated during an explosion stroke, and thus the angular speed of the crankshaft changes during one revolution. When such a rotation of the crankshaft is driven by a belt transmission to an engine accessory having a large inertial force, such as an alternator, the rotation speed of the rotation shaft of the engine accessory increases when the angular speed of the crankshaft decreases. Slip occurs between the pulley and the belt attached to the shaft.
[0003]
Further, when the engine is rapidly decelerated from the high-speed rotation state, the engine accessory such as the alternator tries to continue the high-speed rotation by the inertia force, so that a slip occurs between the pulley and the belt in the same manner as described above, and at the time of the slip, Abnormal noise is generated, or the belt is worn and durability is reduced.
[0004]
To solve such inconvenience, a clutch pulley device incorporating a spring clutch has been proposed. FIG. 5 shows a clutch pulley device employing a spring clutch. In this clutch pulley device, a
[0005]
Further, an annular inwardly projecting
[0006]
The
[0007]
In the clutch pulley device, when the
[0008]
When the rotation speed of the
[0009]
Here, in the
[0010]
Therefore, in the
[0011]
In the clutch pulley device as described above, grease is filled in the
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the clutch pulley device shown in FIG. 5, since the side surfaces of the coil portion 32a of the
[0013]
Further, the outer peripheral edge of the side surface of the coil portion 32a of the
[0014]
An object of the present invention is to provide a clutch spring and a spring clutch for a spring clutch, which can lubricate a contact portion with a clutch surface in a satisfactory manner.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in a clutch spring for a spring clutch according to the present invention, a wire rod is wound in a helical shape so that side surfaces of an axially continuous coil portion are in contact with each other, and an outer periphery and an inner periphery are formed. In a clutch spring for a spring clutch having a cylindrical surface, at least one side surface of each of the coil portions is configured to have a convex circular arc surface.
[0016]
As described above, since the side surface of the coil portion is formed into a convex circular arc surface, the side surface of the coil portion can be brought into line contact, so that the grease held inside the clutch spring is rotated by centrifugal force during rotation. The fluid can easily flow to the outer diameter side from between the side surfaces of the coil portion, and the contact portion between the cylindrical surface on the outer periphery of the clutch spring and the clutch surface where the cylindrical surface is elastically contacted can be effectively lubricated.
[0017]
In addition, since the side surface of the coil portion is an arc surface, a large space can be formed on the outer diameter side between the side surfaces facing each other in the axial direction, and a large amount of grease can be held in the space.
[0018]
In this case, by adopting a two-sided pushing square wire that is pressed against two surfaces when a round wire is pulled out, a clutch spring with low cost can be obtained as a wire forming the clutch spring.
[0019]
In the spring clutch according to the present invention, a cylindrical clutch surface is provided on the inner periphery of the input member, and the output member is rotatably supported by being incorporated inside the clutch surface and the input member. A clutch spring in which the side surfaces of the coil portions continuous in the axial direction are in contact with each other is incorporated, and the cylindrical surface on the outer periphery of the clutch spring is brought into elastic contact with the clutch surface, and when the input-side member rotates in one direction, In a spring clutch, a clutch spring is expanded in diameter by contact with a clutch surface and is brought into pressure contact with the clutch surface to transmit only one-way rotation of an input member to an output member via the clutch spring. A configuration is adopted in which the side surface of the coil portion in the clutch spring is a convex circular arc surface.
[0020]
According to the above configuration, the grease is filled in the grease-enclosed space formed between the inner peripheral surface of the clutch spring and the outer peripheral surface of the output side member, and the grease is applied to the clutch spring by centrifugal force during rotation. The fluid flows smoothly from between the side surfaces of the coil portion to the contact portion between the cylindrical surface on the outer periphery of the clutch spring and the clutch surface, and the contact portion is satisfactorily lubricated, so that the service life of the spring clutch can be extended.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3 show a clutch pulley device employing a spring clutch according to the present invention. The clutch pulley device has a
[0022]
The
[0023]
A
[0024]
One end opening of an annular space formed between the inner periphery of the
[0025]
A
[0026]
Here, there are a method of pressing four surfaces and a method of pressing two surfaces for pulling out a round wire material. In a normal spring clutch, a four-surface pressed product is adopted. Is formed by winding the rectangular wire in a helical shape so that the convex circular arc surfaces 12 on both sides of the
[0027]
In the natural state, the outer diameter of the
[0028]
The clutch pulley device shown in the embodiment has the above-described structure. When driving an alternator as an engine accessory, a
[0029]
When the rotation of the crankshaft is transmitted to the
[0030]
When the rotation shaft of the alternator rotates, the moving speed of the belt decreases, and when the rotation speed of the
[0031]
For this reason, slippage is prevented at the contact portion between the
[0032]
Here, when the rotation is transmitted from the
[0033]
Further, by forming the side surfaces of the
[0034]
FIG. 4 (I) shows a cross-sectional shape of a square wire A of a two-sided pressed product forming the
[0035]
In the embodiment, the example in which the
[0036]
Further, in the embodiment, both side surfaces of the
[0037]
When determining the cross-sectional dimension of the
[0038]
(Equation 1)
[0039]
Here, T L : lock torque (N-mm)
T S : Idling start torque (N-mm)
T: Load torque (N-mm)
E: longitudinal elastic modulus of the spring (N-mm 2 )
I A : Second moment of area around the axial direction of the spring (mm 4 )
D A : shaft / pulley diameter (mm)
D S : inner diameter of spring δ: interference [for diameter] (mm)
μ: Coefficient of friction N: Effective number of turns of spring b: Plate width of spring [axial direction] (mm)
h: Spring thickness [radial direction] (mm)
A: Cross section of spring [b × h] (mm 2 )
σ: stress of spring (N / mm 2 )
[0040]
However, in the above equation,
(1) T L (lock torque) indicates a maximum torque value at which lock can be maintained when torque is applied in the locking direction by the spring clutch. When a torque greater than that is applied, the spring starts to slide.
(2) T S (idling start torque) indicates a torque value at which idling starts when torque is applied to the spring clutch in the idling direction (torque at which the spring starts to slip), and is equal to or less than the value calculated by T S The clutch does not run idle.
(3) σ (spring stress) is an internal stress generated in the wire when a load torque acts on the spring clutch. If this value exceeds the allowable tensile stress of the wire, the wire breaks. Therefore, according to the equation (3 ′) obtained by modifying the equation (3) of the allowable tensile stress of the wire, the allowable maximum torque of the wire can be calculated backward.
[0041]
Further, since the above equation is a theoretical equation applied to an exterior clutch spring, it is necessary to replace the following equation in order to apply it to the interior clutch spring of the above embodiment. That is,
δ = D A '-D S '
D A ': inner diameter of shaft and pulley D S ': outer diameter of spring
By performing the above replacement, the values of the lock torque TL and the idling torque T S of the
[0043]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the side surface of the coil portion is formed as a convex circular arc surface, so that the grease held inside the clutch spring can be disengaged from the contact surface of the coil portion by centrifugal force during rotation. The fluid can smoothly flow to the outer diameter side of the spring, and a large amount of grease can be held between the outer diameter portions of the arc surface of the coil portion. Therefore, the contact portion between the clutch spring and the clutch surface can be effectively lubricated with grease, and a long-life spring clutch having excellent lubrication can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional front view showing an embodiment of a spring clutch according to the present invention; FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II of FIG. 1 FIG. 3 is an enlarged view of a clutch spring portion of FIG. FIG. 4 (I) is a cross-sectional view of a square wire made of a two-sided pressed product, and (II) is a cross-sectional view of a square wire made of a four-sided pressed product. FIG. 5 is a longitudinal sectional front view showing a conventional spring clutch. [Explanation of symbols]
1 Pulley (input side member)
2 Pulley hub (output side member)
11
Claims (3)
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