JP2005155708A

JP2005155708A - 一方向クラッチ付きプーリユニット

Info

Publication number: JP2005155708A
Application number: JP2003392348A
Authority: JP
Inventors: Hajime Watanabe; 肇渡邉; Hideki Fujiwara; 英樹藤原
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】保持器の位相間違いあった場合に容易にその修正を施すことができる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】一方向クラッチ5は、外輪としてのプーリ4の内周面に設けられたカム面11と、カム面11と内輪としての軸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、軸3とプーリ4とが一の方向に相対回転することにより軸3とプーリ4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ころ13と、ころ13を噛み込み方向に付勢する付勢部材としてのコイルばね14とを備えている。カム面11のカム要素11aとカム要素11bとのつなぎ部に、ころ13が周方向に通過できる大きさの空間20が形成されている。
【選択図】図４

Description

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。

一方向クラッチ付きプーリユニットとして、本出願人による出願である特許文献１には、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、両輪間に配されたころおよびころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材を備えた一方向クラッチが設けられており、軸とプーリとの間に少なくとも１つの軸受が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、一方向クラッチは、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、他の方向に相対回転したとき噛み込みを解除する複数のころと、ころを噛み込み方向に付勢する付勢部材としてのコイルばねとを備えているものが記載されている。
特開２００３−１１３９２４号公報

上記特許文献１に記載の一方向クラッチ付きプーリユニットによると、一方向クラッチの外輪とプーリとが１つの部材とされているので、部品数を減少することができるという利点を有しているが、一方向クラッチの保持器を外輪すなわちプーリ内に挿入するに際し、保持器の位相間違いが起こるという問題があった。位相間違いは、保持器を半分ほど挿入した時点で発見され、そのときには、組み直すことが難しいものとなっている。

この発明の目的は、保持器の位相間違いがあった場合に容易にその修正を施すことができる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。

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、両輪間に配されたころおよびころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材を備えた一方向クラッチが設けられており、軸とプーリとの間に少なくとも１つの軸受が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、一方向クラッチは、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、他の方向に相対回転したとき噛み込みを解除する複数のころと、ころを噛み込み方向に付勢する付勢部材とを備えており、カム面のカム要素とカム要素とのつなぎ部に、ころが周方向に通過できる大きさの空間が形成されていることを特徴とするものである。

一方向クラッチは、軸とプーリの軸方向中間部との間に設けられており、軸とプーリとの間に、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ことが好ましい。このようにすると、プーリの高速回転が可能となり、このユニットを自動車エンジンのベルト駆動スタータとして好適に使用することができる。

この場合に、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るとともに、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ることが好ましい。

また、軸は中空軸であり、プーリは、ベルトが掛け渡されるベルト掛け渡し部を有し、ベルト掛け渡し部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の中心部と中空軸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ことが好ましい。このようにすると、プーリの外径を抑えながら、ころのＰ．Ｃ．Ｄを大きくすることができ、ころに働く遠心力をより一層大きくすることができる。

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、カム面のカム要素とカム要素とのつなぎ部に、ころが周方向に通過できる大きさの空間が形成されているので、ころを保持器にセットしてこれらを一方向クラッチの外輪すなわちプーリ内に挿入していった際に、位相間違いに気づいた時点で、カム面のカム要素とカム要素とのつなぎ部を通過するようにころを移動させるとともに、保持器をその正しい位置方向に移動させることが可能となり、これにより、位相間違いの修正を容易に行うことができる。

また、プーリと一方向クラッチの外輪とが一体、すなわち、一方向クラッチの外輪およびプーリが１つの部材とされていることから、プーリの外径を抑えながら、一方向クラッチのころのＰ．Ｃ．Ｄを大きくすることができ、この結果、ころに働く遠心力が大きくなり、空転時におけるころと軸との非接触状態を確保することができる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

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)に嵌められた中空軸(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。

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(5)の外輪と軸受(6)(7)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(5)の内輪と軸受(6)(7)の内輪とが一体とされ、部品点数の減少が図られている。

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（図の左端側）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。

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。

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、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。

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)を停止させる保持用凹面部(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。

そして、カム面(11)の１つの面(11a)(11b)(11c)(11d)を１つのカム要素とした場合に、図３に拡大して示すように、カム要素(11a)(11b)(11c)(11d)とカム要素(11a)(11b)(11c)(11d)とのつなぎ部には、符号(20)で示すころ周方向移動用空間が形成されている。

コイルばね(14)は、横断面内に中心軸を有し、長径の方向が一方向クラッチ(5)の軸方向に一致させられた楕円形のものとされている。そして、その短径の長さしたがってばねのころに当接している部分の径方向寸法は、ころ(13)の直径よりも小さくなされている。

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。ばね受け凹所(17)には、グリスが封入されている。

ばね受け凹所(17)は、カム面(11)のころ保持用凹面部(16)に連なってプーリ(4)の内周に設けられたばね位置決め面(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。コイルばね(14)の中心軸は、コイルばね(14)に遠心力が作用した際にころ(13)に対する付勢力を減少させる方向に変形させられるように、中空軸(3)の外周面の接線方向に対して傾斜させられている。プーリ(4)のばね位置決め面(18)は、カム面(11)と同様に、一方向クラッチ(5)の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。

ばね受け凹所(17)は、コイルばね(14)がばね軸方向へ移動することを阻止するばね端部位置決め面(17a)と、コイルばね(14)がばね軸に直交する内向きに移動することを阻止するばね内側位置決め面(17b)とを有しており、プーリ(4)のばね位置決め面(18)は、コイルばね(14)がばね軸に直交する外向きに移動することを阻止するばね外側位置決め面となっている。これらのばね位置決め面(17a)(17b)(18)によって、コイルばね(14)の中心軸は、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。

ばね受け凹所(17)のばね内側位置決め面(17b)に連なって、ころ保持用傾斜面(17c)が設けられている。この傾斜面(17c)の他端は、中空軸(3)の外周面に対してわずかに間隙を有するようになされている。プーリ(4)のころ保持面であるころ保持用凹面部(16)と保持器(15)のころ保持面であるころ保持用傾斜面(17c)とによって、噛み込み解除方向に移動したころ(13)を受け止めて保持する横断面略ハの字状のころ保持部が形成されている。

図２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(19)で示す線の外向きの方向）ところ(13)が平行２面(11a)(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(11a)(11b)(11c)(11d)に沿った方向の力が掛かり、これにより、ころ(13)は、楔状空間(12)の広い側に移動する。

この状態では、プーリ(3)のころ保持面である凹面部(16)がころ(13)の外周面の半径とほぼ同じ半径の横断面円弧状の凹面とされているので、円筒面を有するころ(13)の外周部分がこの凹面部(16)にちょうど収まり、また、径方向内側からは、保持器(15)のころ保持面である傾斜面(17c)があてがわれるので、ころ(13)が傾くようなことはなく、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。

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(6)の外輪、一方向クラッチ(5)の外輪および玉軸受(7)の外輪の各機能に対応する寸法に関して、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（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(7)の外輪軌道肩部内径をＤ３として、Ｄ１＞Ｄ２≧Ｄ３とされている。

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。これにより、内輪の外径が抑えられ、一方向クラッチの寸法の確保が容易なものとなっている。

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。

中空軸(3)の外径には、玉軸受(7)の軌道面(7a)および各シール部材(8)(9)(10)の内径部が嵌め入れられるシール溝(8a)(9a)(10a)が設けられている。また、中空軸(3)の内径には、スタータモータの回転軸(2)端部に設けられた雄ねじ部にねじ合わされる雌ねじ部(3a)と、中空軸(3)を回転させて回転軸(2)端部にねじ合わせる際に使用される六角レンチが嵌め合わされる六角係合溝(3b)とが設けられている。

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。

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(12)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(13)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。こうして、始動時においては、ころ(13)およびコイルばね（付勢部材）(14)が外輪すなわちプーリ(4)と一体となって回転し、その後、プーリ(4)が所定回転速度以上になると、プーリ(4)だけが回転することになり、エンジンの駆動に寄与しない部分が回転することに伴うエネルギロスを抑えることができる。

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。

カム要素(11a)(11b)(11c)(11d)とカム要素(11a)(11b)(11c)(11d)とのつなぎ部に形成されているころ周方向移動用空間(20)は、ころ(13)が周方向に通過できる大きさの空間とされている。したがって、図４に実線で示すように、ころ(13)が楔状空間(12)の狭い側部分を越えて隣のカム要素(11b)側に位置する状態となった場合には、ころ(13を反時計方向に回転させてカム面(11)のカム要素(11a)とカム要素(11b)とのつなぎ部の空間(20)を越えさせることにより、同図に二点鎖線で示すように、ころ(13)を楔状空間(12)内に復帰させることができる。こうして、保持器(15)の位相間違いあった場合、容易にその修正を施すことができる。

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の１実施形態を示す縦断面図である。図２は、同横断面図である。図３は、図２の要部を拡大した横断面図である。図４は、位相間違いの修正過程を説明する横断面図である。

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
(11) カム面
(11a)(11b)(11c)(11d) カム要素
(13) ころ
(14) コイルばね（付勢部材）
(20) ころ周方向移動用空間

Claims

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、両輪間に配されたころおよびころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材を備えた一方向クラッチが設けられており、軸とプーリとの間に少なくとも１つの軸受が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、一方向クラッチは、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、他の方向に相対回転したとき噛み込みを解除する複数のころと、ころを噛み込み方向に付勢する付勢部材とを備えており、カム面のカム要素とカム要素とのつなぎ部に、ころが周方向に通過できる大きさの空間が形成されてい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。