JP2004501326A - 開放クラッチくぼみを有するオーバーランニングクラッチプーリー - Google Patents

Abstract

オーバーランニングクラッチプーリーは、好ましくは滑車部材と、滑車部材内にほぼ同心状に設けられたハブ部材と、クラッチ部材と、エンドキャップを備えている。滑車部材は好ましくは、入力装置に係合するようになっている滑車入力部と、滑車クラッチ面を形成する滑車クラッチ部を有する。同様にハブ部材は好ましくは、出力装置に係合するようになっているハブ出力部と、ハブクラッチ面を形成するハブクラッチ部を有する。好ましい実施例では、滑車クラッチ面とハブクラッチ面が、協働して開放クラッチくぼみを形成する。好ましくは滑車部材に固定されるエンドキャップは、好ましくは開放クラッチくぼみをほぼシールするようになっている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【技術分野】
この発明は、一般的にはオーバーランニングクラッチ分野における装置、より具体的には自動車エンジンによって、ベルトを介して駆動される補機に用いる改良されたオーバーランニングクラッチプーリーに関する。
【０００２】
【背景】
自動車エンジンの作動中に、様々な補機を駆動し、作動させるために駆動ベルトが通常使われる。これらの補機の一つに、自動車に電力を供給する自動車用オルターネータ（交流発電機）がある。駆動ベルトのいくつかの構造が用いられているが、いくつかの補機を駆動する多軸掛け構造が現在最も好まれている。多軸掛け構造は、エンジン（「出力装置」）のクランク軸に接続された駆動プーリーと、駆動プーリーに掛け渡された駆動ベルトから成る。駆動ベルトはまた、様々な補機（「入力装置」）の入力軸に接続された一つかそれ以上の従来の従動プーリーにも掛け渡されている。
【０００３】
大半の従来の従動プーリーは、オーバーランニング機能のない一体設計で形成されている。言い換えると、従来の従動プーリーは入力軸に固定的に取り付けられており、従動プーリーの部分と入力軸間の相対回転運動を許容することができない。オーバーランニング能力の欠如と、補機による大きな慣性の発生により、駆動ベルトが入力軸に対して突然減速すると、駆動ベルトと従動プーリーの間で相対的なスリップが起きることがある。この相対的なスリップは、聴覚的見地からいらいらさせる鳴きや、機械的見地から望ましくない駆動ベルトの過度の摩耗を引き起こす可能性がある。
【０００４】
通常の駆動状況において、駆動ベルトは入力軸に対して急激な減速を受けることがよくある。この状況は、たとえばスロットルを広く開けた加速状態での第１ギアから第２ギアへのシフト中に起きることがある。この状況は、シフト直後にスロットルが閉じられると悪化する。このような状況において、駆動ベルトは急速に減速するが、補機からの高い慣性を受けている従動プーリーは、駆動ベルトと従動プーリー間の摩擦にも係わらず高回転速度を維持する。
【０００５】
急激な減速の場合に加え、駆動ベルトは、耳に聞こえる振動や望ましくない摩耗を引き起こす他の状況に曝されることもある。一例として、従来の従動プーリーを有する多軸掛け機構は、（燃費を向上させる）極端に低いアイドルエンジン速度を有する自動車エンジンに用いられることがある。このような状況では、前記機構は、自動車エンジンの定期的なシリンダーの爆発により、固有周波数内で同機構の共鳴および駆動ベルトの耳に聞こえる振動や摩耗を引き起こすとき、駆動ベルトの「ばたつき」を生じる。
【０００６】
従来の従動プーリーの欠点、すなわち駆動ベルトの鳴き、摩耗、振動は、従来の従動プーリーの代わりに、オーバーランニングクラッチプーリーを用いることによって避けられる。オーバーランニングクラッチプーリーは、駆動ベルトの急激な減速の後で、プーリーが同じ速度で同じ回転方向に回転し続けることを許容する。ある意味でオーバーランニングは、自転車の後輪ハブのように機能する；従来の自転車の後輪ハブと後輪は、自転車のペダルとクランク軸の急激な減速の後でさえも、同じ回転速度で同じ回転方向に回転し続ける。オーバーランニングクラッチプーリーの一例は、本発明と同じ譲受人に与えられ、ここに言及することによって全体が組み込まれた米国特許・５５９８９１３に記載されている。
【０００７】
上記特許のオーバーランニングクラッチプーリーの成功にも係わらず、自動車のほとんど全ての部品の重量とコストを減らしたい願望が引き続きある。本発明は重量とコストを減らすことを意図した特徴を有するオーバーランニングクラッチプーリーを提供する。
【０００８】
【好ましい実施例の詳細説明】
本発明の好ましい実施例の下記説明はこの発明の範囲を、実施例に限定することを意図したものではなく、オーバーランニングクラッチの分野の当業者が、この発明を実施し、用いることができるようにするためのものである。
【０００９】
図１に示すように、本発明は、入力装置１２と出力装置１４を回転方向に係合させるためのオーバーランニングクラッチプーリー１０を備えている。オーバーランニングクラッチプーリー１０は、駆動ベルト１６を入力装置１２とし、円筒軸１８を出力装置１４として用いられるようになっている。より具体的には、オーバーランニングクラッチプーリー１０は、溝が形成された面を有する駆動ベルト１６と、自動車用オルターネータの円筒軸１８に用いるように設計されている。しかしオーバーランニングクラッチプーリー１０は、他の環境では、滑らかなベルト、歯付きベルト、Ｖ形ベルト、あるいは歯付きギアも含む他の適当な入力装置、および多角形軸等の他の適当な出力装置に用いてもよい。さらにオーバーランニングクラッチプーリー１０は、回転入力の役割を交代して行う２つの装置、および実際は回転入力を出す「出力装置」と実際は回転入力を受ける「入力装置」と共に用いることもできる。このような実施例においては、「入力装置」「出力装置」の用語は入替え可能である。
【００１０】
図２に示すように、好ましい実施例のオーバーランニングクラッチプーリー１０は、滑車部材２０と、滑車部材２０内にほぼ同心状に位置するハブ部材２２と、クラッチ部材２４と、エンドキャップ２６を備えている。滑車部材２０は、好ましくは入力装置に係合するようになっている滑車入力部２８、滑車クラッチ面３２を形成する滑車クラッチ部３０を備えている。同様にハブ部材２２は、好ましくは出力装置に係合するようになっているハブ出力部３４と、ハブクラッチ面３８を形成するハブクラッチ部３６を備えている。好ましい実施例では、滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８が協働して、開放クラッチくぼみ４０を作成する。好ましくは滑車部材２０に固定されるエンドキャップ２６は、好ましくは開放クラッチくぼみ４０をほぼシールし、クラッチ部材２４を開放クラッチくぼみ４０内で軸方向に保持するようになっている。クラッチ部材２４を開放クラッチくぼみ４０内で軸方向に保持するために、滑車部材２０の一部を省略したこの構造は、従来の従動プーリーと比較して重量とコストが減少する。
【００１１】
好ましい実施例の滑車部材２０の滑車入力部２８は、駆動ベルトに係合するようになっている。滑車部材２０と駆動ベルトの回転方向および軸方向のスリップを実質的に防ぐために、滑車入力部２８は、好ましくは２つの滑車入力肩部４４と、少なくとも一つの滑車入力溝４６を有する滑車入力面４２を形成する。またはその代わりに滑車入力部２８には、歯付き面、リブ付き面などの、入力装置に係合する他の面を形成してもよい。滑車入力面４２は、好ましくは（オーバーランニングクラッチプーリー１０の回転軸線から遠ざかる方向に）外側を向いており、好ましくはほぼ円筒形である。滑車入力部２８は、好ましくは鋼などの従来の構造材料で従来の方法で形成されるが、他の適当な材料で、他の適当な方法で形成してもよい。
【００１２】
好ましい実施例のハブ部材２２のハブ出力部３４は、円筒軸に係合するようになっている。ハブ出力部３４には、好ましくは円筒軸の面に対応するハブ出力面４８が形成されている。オーバーランニングクラッチプーリーは、好ましくは回転方向および軸方向のスリップを防ぐためにネジ付きナット５０を用いている。もちろんハブ出力部３４は、回転方向および軸方向スリップを防ぐため、および円筒軸に係合するため、およびオーバーランニングクラッチプーリー１０を円筒軸に締めつけたり緩めたりするための工具と係合するため、他の適当な装置を備えていたり、他の面を形成していてもよい。好ましくは、ハブ出力面４８は、内側（オーバーランニングクラッチプーリー１０の回転軸線の方）を向いており、好ましくはほぼ円筒形である。ハブ出力部３４は、好ましくは鋼などの従来の構造材料で、従来の方法で形成されるが、他の適当な材料で、他の適当な方法で形成してもよい。
【００１３】
好ましい実施例のオーバーランニングクラッチプーリー１０は、滑車部材２０とハブ部材２２の相対回転運動を許容する機能がある軸受部材５２を備えている。好ましくは転がり要素型の軸受部材５２は、好ましくは、滑車部材２０にプレスばめされる外レース要素５４と、好ましくはハブ部材２２にプレスばめされる内レース要素５６と、好ましくは外レース要素５４と内レース要素５６の間に設けられる玉軸受要素５８と、好ましくは玉軸受要素５８の両側で外レース要素５４と内レース要素５６の間を延びる軸受シール６０を備えている。あるいはその代わりに軸受部材５２は、ジャーナル軸受またはころ軸受等の他の適当なタイプのものでもよく、あるいは他の適当な方法で他の適当な面に取り付けてもよい。軸受部材は従来の装置であるので、好ましくは従来の材料で、従来の方法で製造するが、他の適当な材料で、他の適当な方法で製造してもよい。
【００１４】
好ましい実施例の滑車クラッチ部３０とハブクラッチ部３６は、それぞれクラッチ部材２４と係合するための滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８を提供する役目をする。滑車クラッチ部３０は好ましくは、滑車部材２０から半径方向内向きに延びる。こうして滑車クラッチ部３０は、好ましくは滑車入力部２８と同じ材料で、同じ方法で製造されるが、他の適当な材料で、（下記のような）他の適当な方法で製造してもよい。滑車クラッチ面３２は、好ましくはクラッチ部材２４の開放クラッチくぼみ４０への挿入を容易にするテーパ部６１を備えているが、代わりに円筒形の真っ直ぐな断面を有していてもよい。ハブクラッチ部３６は、好ましくはハブ出力部３４から半径方向外向きに、それを超えて軸方向に延びる。こうしてハブクラッチ部３６は、好ましくはハブ出力部３４と同じ材料で、同じ方法で製造されるが、他の適当な材料で、（後で説明するように）他の適当な方法で製造してもよい。この構造で、滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８が、好ましくは協働して開放クラッチくぼみ４０を形成する。「開放クラッチくぼみ」という用語は、好ましくはクラッチ部材２４がエンドキャップ２６なしに環境に開放されているという事実を指す。それと対照的に、閉じたクラッチくぼみを有するオーバーランニングクラッチプーリーにおいては、クラッチ部材２４は、滑車部材２０、ハブ部材２２、軸受部材５２の組み合わせによって環境から実質上シールされている。
【００１５】
好ましい実施例では、滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８は、軸方向の隙間６２を互いの間に介してほぼ隣接する位置にある。滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８は、好ましくは内側（オーバーランニングクラッチプーリー１０の回転軸線の方）を向いており、好ましくはほぼ円筒形である。さらに滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８は、好ましくは同様の半径方向直径と同様の軸方向長さと同様の滑らかな仕上げを有する。これらの特徴が、クラッチ部材２４に最適の性能を与える。しかし滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８は、これらおよび他の設計仕様に関して互いに異なっていてもよい。
【００１６】
軸方向隙間６２を横切って位置する、好ましい実施例のクラッチ部材２４は、ハブ部材２２に対して滑車部材２０が第１の回転方向に加速すると、滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８も係合し、ハブ部材２２に対して滑車部材２０が第１の回転方向に減速すると、滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８との係合を解除する役目をする。好ましい実施例では、クラッチ部材２４はコイルバネ６４である。従来の材料で、従来の方法で製造されるコイルバネ６４は、開放クラッチくぼみ４０内のコイルバネ６４の特定のサイズおよび向きによって、上記特徴を達成する。別の実施例では、クラッチ部材２４は上記特徴を達成するために他の適当な装置を備えていてもよい。
【００１７】
コイルバネ６４は、緩んだときの直径が好ましくは滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８の内径より少し大きいように設計される。したがって、開放クラッチくぼみ４０に挿入され、滑車部材２０またはハブ部材２２が回転運動をしていないときは、コイルバネ６４は、滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８の両方に摩擦的に係合し、外向きの力を加える。さらにコイルバネ６４は、好ましくはコイルが滑車クラッチ面３２からハブクラッチ面３８に第１の回転方向に軸方向に延びる向きに、開放クラッチくぼみ４０内に設けられる。このような向きにすることによって、滑車部材２０とハブ部材２２の相対回転運動によって、バネ部材が締まったり、緩んだりする。言い換えると、滑車部材２０がハブ部材２２に対して第１の回転方向へ加速されると、コイルバネ６４は緩む方に付勢され、滑車部材２０がハブ部材２２に対して第１の回転方向へ減速されると、コイルバネ６４は締まる方に付勢される。
【００１８】
コイルバネ６４が緩むと、滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８に対するコイルバネ６４の外力が増加し、そのため滑車部材２０とハブ部材２２は係合すなわち「ロック」する。この係合状態は、好ましくは、滑車部材２０がハブ部材２２に対して第１の回転方向に加速すると起きる。一方コイルバネ６４が締まると、滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８に対するコイルバネ６４の外力が減少する傾向を示し、そのため滑車部材２０とハブ部材２２は係合解除すなわち「スリップ」する。この係合解除状態は、好ましくは、滑車部材２０がハブ部材２２に対して第１の回転方向に減速すると起きる。
【００１９】
オーバーランニングクラッチプーリー１０の「スリップ」状態の間、コイルバネ６４は滑車クラッチ面３２またはハブクラッチ面３８と軽く擦れ、これが上記面の摩耗を引き起こす可能性がある。同様にオーバーランニングクラッチプーリー１０の「ロック」状態の間、コイルバネ６４は強制的に滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８に係合し、これも上記面の摩耗を引き起こす可能性がある。これらの面の摩耗に耐えるために、滑車クラッチ面３２とハブクラッチ面３８は、好ましくは十分な表面硬度値を有するように形成するか処理する。
【００２０】
開放クラッチくぼみ４０を実質的にシールすることに加えて、エンドキャップ２６はまた、好ましくは開放クラッチくぼみ４０内でクラッチ部材２４を軸方向に保持する機能がある。クラッチ部材２４の偶発的な締まり、緩みを避けるために、エンドキャップ２６は好ましくは、クリンプまたは据え込み法によって滑車部材２０の滑車フランジ面７２に固定する。あるいはエンドキャップ２６は、適当な装置、方法で、滑車部材の適当な面に連結してもよい。エンドキャップ２６は、好ましくはハブクラッチ部３６によって形成されるハブフランジ面６６と協働して軸方向の保持機能を行う。しかしクラッチ部材２４を開放クラッチくぼみ４０内で軸方向に保持するために、他の適当な面あるいは構造とエンドキャップ２６を協働させてもよい。
【００２１】
好ましい実施例のエンドキャップ２６は、エンドキャップ２６をハブ部材２２に連結し、開放クラッチくぼみ４０をシールする機能があるキャップ延長部６８を備えている。エンドキャップ２６は好ましくは滑車部材２０に固定されており、滑車部材２０はハブ部材２２に対して回転するため、キャップ延長部６８は、好ましくはリップシール７０でハブ部材２２に摺動自在に接触する。代わりにキャップ延長部６８は、いかなる適当な構造または方法で、ハブ部材２２の適当な面に連結してもよい。
【００２２】
滑車部材２０とハブ部材２２の相対回転運動を許容することに加え、軸受部材はまた、好ましくは滑車部材２０とハブ部材２２が半径方向隙間７４を形成するように、滑車部材２０とハブ部材２２を位置決めする機能がある。好ましい実施例では、滑車部材２０とハブ部材２２間の接触を防ぐために、半径方向隙間７４と軸方向隙間６２が互いにつながっている。さらに好ましい実施例では、半径方向隙間７４と軸方向隙間６２は、軸受部材５２と連通している。こうすることで、軸受部材５２は、もしオーバーランニングクラッチプーリーが、軸受部材５２とクラッチ部材２４に合うグリース材料を含んでいる場合、クラッチ部材２４に対向する軸受シール６０を省略できる。
【００２３】
オーバーランニングクラッチプーリーの分野の技術者ならわかるように、これまでの詳細説明および図面、クレームから、上記のクレームで定義されるこの発明の範囲から外れずに、発明の好ましい実施例に変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
駆動ベルトを入力装置、円筒軸を出力装置として示す、本発明のオーバーランニングクラッチプーリーの斜視図
【図２】
好ましい実施例のオーバーランニングクラッチプーリーの、図１の２−２線に沿った部分横断面図

Claims (13)

1. 入力装置に係合するようになっている滑車入力部と、前記滑車入力部から内向きに延び、前記滑車入力部にほぼ隣接する滑車クラッチ面を形成する滑車クラッチ部を備えた滑車部材と、
   前記滑車部材内にほぼ同心状に設けられ、出力装置に係合するようになっているハブ出力部と、前記ハブ出力部から外向きに、それを超えて軸方向に延び、ハブクラッチ面を形成するハブクラッチ部を備えたハブ部材を備え、前記滑車クラッチ面と前記ハブクラッチ面は、協働して開放クラッチくぼみを形成しており、
   前記開放クラッチくぼみ内にほぼ位置し、前記滑車部材が前記ハブ部材に対して第１の回転方向に減速すると、前記滑車クラッチ面と前記ハブクラッチ面に係合し、前記滑車部材が前記ハブ部材に対して第１の回転方向に減速すると、前記滑車クラッチ面と前記ハブクラッチ面との係合が解除されるようになっているクラッチ部材と、
   前記滑車部材に固定され、前記開放クラッチくぼみをほぼシールするようになっているエンドキャップから成る、
   入力装置と出力装置を回転方向に係合させるためのオーバーランニングクラッチプーリー。
2. 前記滑車入力部に、協働して入力装置としての溝つきベルトと係合して前記滑車入力面と溝つきベルト間の回転方向および軸方向のスリップを防止する２つの滑車肩部と、少なくとも１本の滑車入力溝を有する滑車入力面が形成されている請求項１のオーバーランニングクラッチプーリー。
3. 前記滑車クラッチ面が内向きで、ほぼ円筒形の請求項１のオーバーランニングクラッチプーリー。
4. 前記クラッチ部材を前記開放クラッチくぼみに容易に挿入できるように、前記滑車クラッチ面にテーパーが付いている請求項１のオーバーランニングクラッチプーリー。
5. 前記ハブ出力部に、出力装置としての円筒軸に係合するハブ出力面が形成されている請求項１のオーバーランニングクラッチプーリー。
6. 前記ハブクラッチ面が内向きで、ほぼ円筒形の請求項１のオーバーランニングクラッチプーリー。
7. 前記エンドキャップが前記クラッチ部材を軸方向に保持するようになっている請求項１のオーバーランニングクラッチプーリー。
8. 前記エンドキャップが、前記ハブ部材に向かって軸方向に延び、ハブ部材に当接してシールしているキャップ延長部を備えている請求項１のオーバーランニングクラッチプーリー。
9. 前記エンドキャップが、前記滑車部材と前記ハブ部材との相対回転運動中に、前記ハブ部材に対して摺動する請求項８のオーバーランニングクラッチプーリー。
10. 前記滑車部材と前記ハブ部材の間に位置し、前記滑車部材と前記ハブ部材の相対回転運動を許容するようになっている軸受部材をさらに備えている請求項１のオーバーランニングクラッチプーリー。
11. 前記滑車クラッチ面と前記ハブクラッチ面が軸方向隙間を形成し、前記クラッチ部材が前記軸方向隙間を横切って位置している請求項１のオーバーランニングクラッチプーリー。
12. 前記軸受部材がさらに、前記滑車部材と前記ハブ部材が半径方向隙間を形成するように、前記滑車部材と前記ハブ部材を位置決めするようになっており、前記半径方向隙間と前記軸方向隙間が互いにつながっている請求項１１のオーバーランニングクラッチプーリー。
13. 前記半径方向隙間が、前記軸受部材と連通している請求項１１のオーバーランニングクラッチプーリー。