JP2005172181A - 一方向クラッチ付きプーリユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 加工のつなぎ目ができるミーリング加工に代えて、ブローチ加工、冷間鍛造または引き抜き加工による精度の良い加工が可能な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】 軸3とプーリ4との間に少なくとも１つの軸受6,7が設けられており、一方向クラッチ5の外輪と軸受6,7の外輪とが一体化されるとともに、一方向クラッチ5の内輪と軸受6,7の内輪とが一体化されている。一方向クラッチ5の外輪に、転がり軸受外輪用内周面がカム面の軸方向両側に設けられており、カム面の最大内径が転がり軸受外輪用内周面の内径以下とされている
【選択図】 図１

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それぞれ備えたころ軸受と玉軸受とが一方向クラッチを挟んで設けられており、一方向クラッチの外輪内周にカム面が設けられるともに、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の関係を有し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の一方向クラッチ付きプーリユニットでは、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の関係があることから、一方向クラッチの外輪の内周に設けられるカム面の成形は、ミーリング加工により行われている。このため、加工のつなぎ目ができることによって、加工精度が悪くなるという問題があった。

この発明の目的は、加工のつなぎ目ができるミーリング加工に代えて、ブローチ加工、冷間鍛造または引き抜き加工による精度の良い加工が可能な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、両輪間に配された噛み込み部材および噛み込み部材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、一方向クラッチの外輪内周にカム面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、一方向クラッチの外輪に、転がり軸受外輪用内周面がカム面の軸方向少なくとも一側に設けられており、カム面の最大内径が転がり軸受外輪用内周面の内径以下と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。

一方向クラッチは、外輪（例えばプーリの内周面）に設けられたカム面と、カム面と内輪（例えば軸の外周面）とによって形成された楔状空間内に配置され、内輪と外輪とが一の方向（ロック方向）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（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とされる。

一方向クラッチが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カム面最大内径は、軸心を通る直線のカム面間の最大距離に相当し、一方向クラッチの外輪のカム面最小内径は、軸心を通る直線のカム面間の最小距離に相当する。

一方向クラッチの外輪と転がり軸受の外輪とが一体に形成されていることがあり、また、一方向クラッチの外輪と転がり軸受の外輪とが別部材とされていることがある。前者の場合には、転がり軸受外輪用内周面は、外輪の軌道面とされ、後者の場合には、転がり軸受外輪用内周面は、転がり軸受の外輪の嵌合面（圧入面）とされる。

この発明の一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、一方向クラッチの外輪と軸受の外輪とが一体化されるとともに、一方向クラッチの内輪と軸受の内輪とが一体化されていることが好ましい。このようにすると、部品点数を減少できるとともに、一方向クラッチの寸法の確保が容易となる。

より好ましくは、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、転がり軸受の外輪およびプーリが１つの部材とされる。このようにすると、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。

また、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。

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噛み込み部材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噛み込み部材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、噛み込み部材のＰ．Ｃ．Ｄを大きくすることができ、噛み込み部材に働く遠心力をより一層大きくすることができる。

また、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。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。

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、カム面の最大内径が転がり軸受外輪用内周面の内径以下とされているので、カム面の加工に際して、転がり軸受外輪用内周面が妨げにならないので、ブローチ加工、冷間鍛造または引き抜き加工による成形が可能であり、これによりミーリング加工時に生じるつなぎ目をなくすことでき、精度よくカム面を加工することができる。

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。

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)の中心軸と直交するように保たれている。

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において、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)の外輪のカム面最小内径（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および一方向クラッチ(5)の外輪のカム面最大内径をＤ４として、Ｄ３≧Ｄ１≧Ｄ４＞Ｄ２とされている。この寸法関係により、転がり軸受外輪用内周面がカム面の加工の妨げにならないので、ブローチ加工、冷間鍛造および引き抜き加工のいずれかにの方法によりカム面が成形されている。なお、Ｄ３とＤ１との大小関係は、Ｄ３≦Ｄ１であってもよく、要するに、外輪のカム面最大内径Ｄ４が、転がり軸受(6)(7)の外輪の内径Ｄ１およびＤ３よりも小さければよい。

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（噛み込み部材）(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、一方向クラッチ(5)の保持器(15)、コイルばね(14)およびころ(13)を先にプーリ(4)と中空軸(3)との間に挿入し、その後で、玉軸受(7)の玉および保持器あるいはころ軸受(6)のころおよび保持器をプーリ(4)と中空軸(3)との間に挿入すればよい。

なお、上記において、平行２面(11a)(11b)(11c)(11d)としている２面(11a)(11b)(11c)(11d)については、「平行」でなくてもよい。また、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、上記においては、一方向クラッチの外輪と転がり軸受の外輪とが一体に形成されているが、一方向クラッチの外輪と転がり軸受の外輪とは別部材とされていてもよい。この場合には、転がり軸受外輪用内周面は、軌道溝を有していない円周面とされて、転がり軸受の外輪の嵌合面（圧入面）として使用される。

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第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。

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
(13) ころ（噛み込み部材）
Ｄ１ ころ軸受の外輪軌道部内径
Ｄ２ 一方向クラッチの外輪のカム面最小内径
Ｄ３ 玉軸受の外輪軌道肩部内径
Ｄ４ 一方向クラッチの外輪のカム面最大内径

Claims (1)

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、両輪間に配された噛み込み部材および噛み込み部材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、一方向クラッチの外輪内周にカム面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、
   一方向クラッチの外輪に、転がり軸受外輪用内周面がカム面の軸方向少なくとも一側に設けられており、カム面の最大内径が転がり軸受外輪用内周面の内径以下と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。

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