JP2004132436A

JP2004132436A - スプリングクラッチ

Info

Publication number: JP2004132436A
Application number: JP2002296319A
Authority: JP
Inventors: Akira Tokuda; 得田　亮; Yoshikazu Terada; 寺田　義主
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-09
Also published as: JP4194334B2

Abstract

【課題】安定したクラッチ機能を長期にわたって維持することができる軸方向長さのコンパクトな耐久性に優れたスプリングクラッチを提供することである。
【解決手段】プーリ１の内側に組込まれたプーリハブ２を出力軸２ａとその外側に嵌合されて回り止めされた合成樹脂製のスリーブ２ｂとで形成する。プーリ１の内周に形成された円筒状のクラッチ面３にクラッチばねの外周面を弾性接触し、そのクラッチばね１３の一端のコイル部１３ａをスリーブ２ｂの一端面に形成されたうず巻き溝１４内に挿入して抜け止めすることにより、クラッチばね１３の巻数を減らしてスプリングクラッチの軸方向長さのコンパクト化を図る。プーリ１とプーリハブ２を回転自在に支持する軸受５間にスペーサ１８を組込んでコイル部１３ａがうず巻き溝１４から軸方向外方に抜け出るのを防止してクラッチ機能の安定化を図る。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力側部材の一方向の回転を出力側部材に伝達すると共に、出力側部材の回転速度が入力側部材の回転速度を上回った場合に、入力側部材から出力側部材への回転伝達を遮断する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ことができるクラッチプーリ装置を本件出願人は既に提案している（特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１１９５０９号（第５〜７頁、図２）
【０００６】
上記公報に記載されたクラッチプーリ装置においては、図７に示すように、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３１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３２を設け、上記プーリ３１とプーリハブ３２とを軸受３３によって相対的に回転自在に支持している。
【０００７】
また、プーリ３１の内周に環状の内向き突出部３４を設け、一方、プーリハブ３２の外周には上記内向き突出部３４と軸方向で対向する環状の外向き突出部３５を形成し、この外向き突出部３５と内向き突出部３４の対向面に、上記両突出部３４、３５に跨がって軸方向に延びるスプリング収納空間３６を設け、そのスプリング収納空間３６内に組込まれたコイルスプリングから成るクラッチばね３７の外径面をスプリング収納空間３６の外周壁内面に形成されたクラッチ面３８ａ、３８ｂにそれぞれ弾性接触させるようにしている。
【０００８】
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３１の回転時にクラッチばね３７を拡径させてクラッチ面３８ａ、３８ｂに対する係合力を高め、そのクラッチばね３７を介してプーリ３１の回転をプーリハブ３２に伝えるようにしている。
【０００９】
また、プーリハブ３２の回転速度がプーリ３１の回転速度より上回った場合に、クラッチばね３７を縮径させてクラッチ面３８ａ、３８ｂに対する係合力を弱め、クラッチばね３７とクラッチ面３８ａ、３８ｂの接触部で滑りを生じさせて、プーリハブ３２からプーリ３１側への回転伝達を遮断し、プーリ３１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。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図７に示すクラッチプーリ装置においては、内向き突出部３４に形成されたクラッチ面３８ａと外向き突出部３５に形成されたクラッチ面３８ｂのそれぞれにクラッチばね３７の外周面を弾性接触させる必要があるため、巻数の多い軸方向長さの長いクラッチばね３７を必要とし、クラッチプーリ装置の軸方向長さが長くなるという不都合があった。
【００１１】
また、クラッチばね３７は、軸方向に並ぶクラッチ面３８ａ、３８ｂに跨がる配置であるため、トルク伝達時には、各クラッチ面３８ａ、３８ｂの対向端のエッジがクラッチばね３７に当接してクラッチばね３７にエッジロードが作用し、大きなトルクの伝達時に、そのエッジロードによってクラッチばね３７が破損するおそれがあった。
【００１２】
さらに、内向き突出部３４と外向き突出部３５に跨がってスプリング収納空間３６を設け、そのスプリング収納空間３６内にクラッチばね３７を組込む複雑な構造であるため、組立て性が悪いという不都合があった。
【００１３】
この発明の課題は、巻数の少ない軸方向長さの短いクラッチばねによって入力側部材の回転を出力側部材に伝達することができるようにした軸方向長さのコンパクトな簡単な構造の耐久性に優れたスプリングクラッチを提供することである。
【００１４】
また、この発明の他の課題は、安定したクラッチ機能を長期にわたって発揮することができるようにした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に、この発明においては、入力側部材の内周に円筒形のクラッチ面と、そのクラッチ面の一端部に、クラッチ面より小径の軸受嵌合面とを設け、前記軸受嵌合面に圧入された軸受を介して回転自在に支持された出力側部材を、出力軸と、その出力軸の外側に嵌合されて回り止めされ、外周面の両端部にフランジが形成されたスリーブとで形成し、前記入力側部材と出力軸の他端部間をシール部材で密封し、前記スリーブと入力側部材間に組込まれたクラッチばねの外周を前記クラッチ面に弾性接触し、そのクラッチばねの一端のコイル部を前記スリーブの一端面に形成されたうず巻き溝に挿入して抜け止めし、前記スリーブと前記軸受の対向端部間に、スリーブのフランジ外径よりやや小径の環状のスペーサを組込み、そのスペーサの軸受と対向する一側面の外周部を軸受外輪の側面に対して非接触として、その外周部と軸受外輪の側面間にラビリンスを形成した構成を採用したのである。
【００１６】
上記のように、入力側部材の内周に形成された円筒形のクラッチ面に弾性接触するクラッチばねの一端部を出力側部材のスリーブに形成されたうず巻き溝内に挿入して抜け止めすることによって、巻数の少ない軸方向長さの短いクラッチばねを採用することができ、スプリングクラッチの軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。
【００１７】
また、入力側部材のクラッチ面にはクラッチばねと弾性接触する部分にエッジが存在しないため、入力側部材から出力側部材への回転トルクの伝達時に、クラッチばねの外周面にエッジロードが作用するという不都合の発生はなく、エッジロードによるクラッチばねの破損を防止することができる。
【００１８】
さらに、スリーブと軸受の対向端部間に組込まれたスペーサは、スリーブの一端面に形成されたうず巻き溝のほぼ全体を覆うため、うず巻き溝に挿入されたクラッチばねの一端のコイル部が前記うず巻き溝からスリーブの軸方向外方に抜け出るのを防止することができ、安定したクラッチ機能を長期にわたって保持することができる。
【００１９】
また、スペーサの一側面における外周部は軸受外輪の側面に対して非接触であるため、入力側部材のフリー回転時の回転抵抗が小さく、入力側部材を円滑にフリー回転させることができると共に、スペーサの一側面と軸受外輪の側面間にラビリンスを設けたことにより、クラッチ部で発生した摩耗粉、あるいは摩耗粉が混入したグリースが軸受内部に侵入するのを防止することができ、軸受寿命の低下を抑制することができる。
【００２０】
ここで、スペーサの一側面における外周部を軸受外輪に対して非接触とする方法として、スペーサの一側面における外周部にテーパ面を形成する方法、スペーサの一側面に外周部が内周部より低くなる段差を形成する方法、スペーサを外径が異なる２枚の環状板により形成し、その小径側環状板が軸受側に位置するよう組込む方法を採用することができる。
【００２１】
上記スペーサを熱処理して硬度をＨ_ＲＣ４０程度とすることにより、クラッチばねのコイル部を抜け止めする際の衝撃によってスペーサが破損するのを防止することができる。
【００２２】
【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６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。この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とを有している。
【００２３】
プーリ１の内周には、円筒形のクラッチ面３と、その一端部にクラッチ面３より小径の軸受嵌合面４が形成され、前記軸受嵌合面４に圧入された軸受５によって前記プーリハブ２が回転自在に支持されている。軸受５として、ここでは片シール軸受が採用されている。
【００２４】
プーリハブ２は、金属から成る出力軸２ａと、その外側に嵌合された合成樹脂製のスリーブ２ｂとから成り、前記出力軸２ａとスリーブ２ｂの相互間には回り止め機構６が設けられている。
【００２５】
回り止め機構６として、ここでは、出力軸２ａの外周に軸方向に延びる複数の回り止め突条７を周方向に間隔をおいて形成し、各回り止め突条７をスリーブ２ｂの内周に設けられた軸方向に延びる回り止め溝８に圧入している。
【００２６】
なお、図で詳細を省略したが、スリーブ２ｂの内周に形成された回り止め溝８の周方向で対向する側面は、回り止め溝８の幅寸法が開口端から閉塞端に至るに従って次第に狭くなるテーパ面８ａとされている。一方、回り止め突条７の両側面も上記テーパ面８ａに適合するテーパ面７ａとされて、回り止め溝８に回り止め突条７を容易に圧入し得るようにしている。
【００２７】
図１に示すように、出力軸２ａは、その両端部がスリーブ２ｂの両端より外側に突出する長さとされ、その一端部が前記軸受５によって回転自在に支持されている。また、出力軸２ａの他端部外周にはプーリ１の他端部内周に取付けたシール部材９の内周部が弾性接触している。
【００２８】
スリーブ２ｂは外周面の両端部に一対のフランジ１０を有し、その一対のフランジ１０間における外周面に軸方向に延びる溝状のグリース溜り１１が周方向に間隔をおいて形成されている。
【００２９】
プーリ１のクラッチ面３とスリーブ２ｂの外周面間はグリース封入空間１２とされ、そのグリース封入空間１２内にコイルスプリングから成るクラッチばね１３が組込まれている。
【００３０】
クラッチばね１３は角形の線材により形成され、そのクラッチばね１３は自然状態において外径がクラッチ面３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１２内に組込まれて、外周面がクラッチ面３に弾性接触している。
【００３１】
図１および図２に示すように、スリーブ２ｂの軸受５と対向する一端面には、フランジ１０の外周面において開口するうず巻き溝１４と、そのうず巻き溝１４の端部にストッパ嵌合凹部１５とが形成されている。
【００３２】
クラッチばね１３の一端のコイル部１３ａは、上記うず巻き溝１４内に挿入され、そのコイル部１３ａの一端に形成されたフック１３ｂが、ストッパ嵌合凹部１５内に嵌合されたストッパ１６の切欠部１７内に挿入されてうず巻き溝１４の周方向にコイル部１３ａが抜け出るのが防止されている。
【００３３】
図４に示すように、スリーブ２ｂと軸受５の対向端部間には環状のスペーサ１８が組込まれている。スペーサ１８はスリーブ２ｂにおけるフランジ１０の外径よりやや小径とされている。また、スペーサ１８の軸受５と対向する一側面の外周部にはテーパ面１９が形成されて軸受５の外輪５ａ側面に対して非接触とされ、そのテーパ面１９と外輪５ａの他面間にラビリンス２０が形成されている。
【００３４】
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。
【００３５】
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１３は、クラッチ面３との接触により拡径して、クラッチ面３に対する圧接係合力が増大し、そのクラッチばね１３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。
【００３６】
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１３が縮径してクラッチ面３に対する圧接係合力が弱くなり、クラッチばね１３とクラッチ面３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。
【００３７】
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。
【００３８】
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とが回転するとき、グリース封入空間１２およびグリース溜り１１に充填されたグリースは遠心力により外径方向に移動してクラッチばね１３とクラッチ面３の接触部を潤滑する。
【００３９】
実施の形態で示すように、クラッチばね１３の一端のコイル部１３ａをスリーブ２ｂに形成されたうず巻き溝１４内に挿入して抜け止めすることにより、プーリ１からクラッチばね１３に伝達される回転をプーリハブ２に確実に伝達することができると共に、クラッチばね１３はクラッチ面３にのみ弾性接触させるだけでよいため、クラッチばね１３として巻数の少ないクラッチばね１３を採用することができる。このため、クラッチプーリ装置の軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。
【００４０】
また、クラッチばね１３が弾性接触するクラッチ面３は円筒状であってエッジが存在しないため、プーリ１からプーリハブ２への回転伝達時に、クラッチばね１３の外周面にエッジロードが作用するという不都合の発生はなく、エッジロードによるクラッチばね１３の破損を防止することができる。
【００４１】
さらに、スリーブ２ｂと軸受５の対向端部間に、スリーブ２ｂのフランジ１０の外径よりやや小径のスペーサ１８を組込むことによって、そのスペーサ１８によりスリーブ２ｂの一端面に形成されたうず巻き溝１４のほぼ全体が覆われることになり、クラッチばね１３の一端のコイル部１３ａがうず巻き溝１４からスリーブ２ｂの軸方向外方に抜け出るのを防止することができる。このため、安定したクラッチ機能を長期にわたって維持することができる。
【００４２】
ここで、クラッチばね１３は、普通、Ｈ_ＲＣ５０以上の硬度を有し、そのクラッチばね１３のコイル部１３ａの抜け出しを防止するスペーサ１８が未熱処理品であると、コイル部１３ａが比較的大きな荷重で抜け出そうとした際にスペーサ１８が割れるおそれがある。
【００４３】
そのような問題点の発生を未然に防止するため、スペーサ１８を熱処理して硬度をＨ_ＲＣ４０以上としている。
【００４４】
ここで、コイル部１３ａの抜け出しを防止するスペーサ１８は、テーパ面１９の形成によって軸受５の外輪５ａ側面に対して非接触とされているため、スペーサ１８がプーリ１のフリー回転を阻害することはなく、プーリ１を円滑にフリー回転させることができる。
【００４５】
また、テーパ面１９と軸受外輪５ａの側面間にはラビリンス２０が形成されているため、クラッチ部で発生した摩耗粉や、その摩耗粉が混入したグリースが軸受５の内部に侵入するのを防止することができ、軸受５の寿命低下を抑制することができる。
【００４６】
軸受５として両シール軸受を採用すると、軸受寿命の低下をより効果的に抑制することができる。
【００４７】
図５および図６は、スペーサ１８の他の例を示す。図５に示すスペーサ１８においては、軸受５と対向する一側面に外周部を薄肉厚とする軸方向の段部２１を形成して、スペーサ１８を軸受外輪５ａに対して非接触とし、一側面外周部の低段面２２と軸受外輪５ａの側面間にラビリンス２０を形成して軸受５の内部に摩耗粉あるいは摩耗粉の混入したグリースが侵入するのを防止するようにしている。この例におけるスペーサ１８においても、熱処理を施して硬度をＨ_ＲＣ４０程度としている。
【００４８】
図６に示すスペーサ１８においては、そのスペーサ１８を外径が異なる２枚の環状板１８ａ、１８ｂで形成し、小径側の環状板１８ａが軸受側に配置される組込みとして、軸受５の外輪５ａに対して非接触とし、大径側の環状板１８ｂにおける一側面の外周部と軸受外輪５ａ間にラビリンス２０を形成して摩耗粉および摩耗粉が混入したグリースが軸受５の内部に侵入するのを防止している。
【００４９】
図６に示す例では、大径側の環状板１８ｂによってクラッチばね１３のコイル部１３ａを抜け止めするため、その大径側の環状板１８ｂを硬質の材料で形成したり、熱処理により硬度を高めるようにしており、小径側の環状板１８ａは幅押えの役割しか必要ないので、軽合金やポリアミド、耐熱樹脂などで形成している。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、この発明においては、入力側部材の内周に円筒状のクラッチ面を設け、そのクラッチ面に外周面を弾性接触させたクラッチばねの一端部を出力側部材のスリーブに係止させたことによって、クラッチばねの巻数を減少することができ、スプリングクラッチの軸方向の長さのコンパクト化を図ることができる。
【００５１】
また、クラッチばねが弾性接触するクラッチ面は円筒状であってエッジが存在しないため、入力側部材から出力側部材への回転トルクの伝達時にクラッチばねの外周面にエッジロードが負荷されることなく、エッジロードによるクラッチばねの破損を防止することができる。
【００５２】
さらに、スリーブと軸受の対向端部間にスペーサを組込んで、スリーブの一端面に形成されたうず巻き溝のほぼ全体を覆うようにしたので、うず巻き溝に挿入されたクラッチばねのコイル部がうず巻き溝からスリーブの軸方向外方に抜け出すのをほぼ完全に防止することができ、安定したクラッチ機能を長期にわたって維持することができる。
【００５３】
また、スペーサの一側面外周部と軸受の外輪側面間にラビリンスを形成したことによって、クラッチ部で発生した摩耗粉やその摩耗粉が混入したグリースが軸受内部に侵入するのを防止することができ、軸受寿命の低下を抑制することができる。
【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ＩＩＩ　−ＩＩＩ　線に沿った断面図
【図４】図１のスペーサの組込み部分を拡大して示す断面図
【図５】スペーサの他の例を示す断面図
【図６】スペーサのさらに他の例を示す断面図
【図７】従来のクラッチプーリ装置を示す断面図
【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）
２ａ　出力軸
２ｂ　スリーブ
３　クラッチ面
４　軸受嵌合面
５　軸受
５ａ　外輪
９　シール部材
１０　フランジ
１３　クラッチばね
１３ａ　コイル部
１４　うず巻き溝
１８　スペーサ
１８ａ、１８ｂ　環状板
１９　テーパ面
２０　ラビリンス
２１　段部
２２　低段面

Claims

入力側部材の内周に円筒形のクラッチ面と、そのクラッチ面の一端部に、クラッチ面より小径の軸受嵌合面とを設け、前記軸受嵌合面に圧入された軸受を介して回転自在に支持された出力側部材を、出力軸と、その出力軸の外側に嵌合されて回り止めされ、外周面の両端部にフランジが形成されたスリーブとで形成し、前記入力側部材と出力軸の他端部間をシール部材で密封し、前記スリーブと入力側部材間に組込まれたクラッチばねの外周を前記クラッチ面に弾性接触し、そのクラッチばねの一端のコイル部を前記スリーブの一端面に形成されたうず巻き溝に挿入して抜け止めし、前記スリーブと前記軸受の対向端部間に、スリーブのフランジ外径よりやや小径の環状のスペーサを組込み、そのスペーサの軸受と対向する一側面の外周部を軸受外輪の側面に対して非接触として、その外周部と軸受外輪の側面間にラビリンスを形成したスプリングクラッチ。
前記スペーサの一側面における外周部にテーパ面を形成して軸受の外輪側面に対して非接触とした請求項１に記載のスプリングクラッチ。
前記スペーサの一側面に、外周部が内周部より低くなる段差を形成して、スペーサの一側面における外周部を軸受の外輪側面に対して非接触とした請求項１に記載のスプリングクラッチ。
前記スペーサを外径寸法が異なる２枚の環状板により形成し、小径側の環状板を軸受側に配置してスペーサの一側面を軸受の外輪側面に対して非接触とした請求項１に記載のスプリングクラッチ。
前記スペーサを熱処理して硬度をＨ_ＲＣ４０程度とした請求項１乃至４のいずれかに記載のスプリングクラッチ。