JP2005337427A - クラッチ内蔵型プーリユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 スリーブへの圧入によってクラッチ内輪に作用する円周方向応力を低減させて、クラッチ内輪の割れを防止すると共に、クリープの発生がなく、且つ許容伝達トルクが大きな一方向クラッチが内蔵されたクラッチ内蔵型プーリユニットを提供する。
【解決手段】 クラッチ内蔵型プーリユニット１０において、クラッチ内輪領域ａにおける環状部材１４の内周面１４ａの直径は、転がり軸受１６の内輪１８が嵌合する軸受嵌合領域ｂにおける環状部材１４の外周面１４ｃの直径より小径として、一方向クラッチ１５が配設されるクラッチ内輪領域ａにおける環状部材１４の径方向の肉厚ｔ２を厚くする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クラッチ内蔵型プーリユニットに関し、より詳細には、自動車のスタータやオルタネータ用プーリ、クランクプーリ、エンジンアイドリングストップ時の補機駆動用モータに使用されるクラッチが内蔵されたクラッチ内蔵型プーリ等、自動車用補機に用いられるクラッチ内蔵型プーリユニットに関する。

例えば、オルタネータ等の自動車用補機は、エンジンを駆動源とし、エンジンのクランク軸に固定された駆動プーリと、自動車用補機の回転軸に固定された従動プーリとの間に無端ベルト等の巻掛け伝達部材が巻き掛けられて駆動される。近年、オルタネータ等の自動車用補機は、高性能化、高出力化がますます進み、高回転、高荷重、高温、振動等の過酷な条件下で使用される。

また、エンジンの回転角速度の微小変動は、無端ベルトのばたつきやベルト鳴きを誘起して、無端ベルトの寿命に悪影響を与えると共に、異音発生の一因となっていた。このため、自動車用補機のプーリに一方向クラッチを組み込んで、エンジンの回転角速度の変動が、自動車用補機に与える影響を少なくするようにしたクラッチ内蔵型プーリユニットの需要が高まっている。

図５に示すように、従来のクラッチ内蔵型プーリユニット１００は、オルタネータ等の自動車用補機（図示せず）の回転軸１０１に螺合して固定されるスリーブ１０２と、スリーブ１０２の径方向外側にスリーブ１０２と同芯に配設され、外周面にベルト溝１０３ａが形成されたプーリ部材１０３とを備えている。また、スリーブ１０２の軸方向中央部における外周面１０２ａとプーリ部材１０３の内周面１０３ｂとの間には、一方向クラッチ１０４が配置されており、スリーブ１０２の軸方向両端部における外周面１０２ｂとプーリ部材１０３の内周面１０３ｂとの間には、一方向クラッチ１０４を狭持するように一対の転がり軸受１０５が配置されている。

一方向クラッチ１０４は、プーリ部材１０３の内周面１０３ｂに圧入固定されるクラッチ外輪１０６と、スリーブ１０２の外周面１０２ａに圧入固定されるクラッチ内輪１０７と、クラッチ外輪１０６とクラッチ内輪１０７との間に回動自在に配設された複数のころ１０８とを備える。また、一方向クラッチ１０４は、各ころ１０８を個別に収容する複数のポケットを有するクラッチ保持器１０９と、各ころ１０８をロック方向に弾性的に押圧するばね１１０とを有している。

図６に示すように、クラッチ内輪１０７の外周面には、複数のランプ部１０７ａが円周方向に所定の間隔で形成されており、ころ１０８は各ランプ部１０７ａとクラッチ外輪１０６の内周面とから形成される環状空間に回動自在に保持されている。

そして、プーリ部材１０３の回転角速度が回転軸１０１の回転角速度より速い場合には、ころ１０８がくさび作用によってランプ部１０７ａとクラッチ外輪１０６の内周面との間に噛み込まれて、プーリ部材１０３とスリーブ１０２とが相対回転不能（ロック状態）となり、エンジンの回転力が回転軸１０１に伝達される。一方、プーリ部材１０３の回転角速度が回転軸１０１の回転角速度より遅い場合には、ころ１０８の噛み込みが解除されて、プーリ部材１０３とスリーブ１０２との相対回転が自在（オーバーラン状態）となる。

また、他の従来のクラッチ内蔵型プーリユニットとしては、プーリユニットに組み込まれた一方向クラッチの保持器が、軸方向に移動するのを規制することにより、オーバーラン時に発生する摩擦熱および摩耗粉の発生を抑えて、プーリユニットの耐久性を向上させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、回転軸ユニットの外周面に形成した複数の段部と保持器の一部とを係合させることにより、保持器の軸方向変位を抑えて、耐久性および信頼性を確保するようにしたローラクラッチ内蔵型プーリ、およびその組立方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−９０４１５号公報（第４−６頁、図１） 特開２００３−９７６７４号公報（第８−１１頁、図９）

図５に示す従来のクラッチ内蔵型プーリユニット１００に組み込まれた一方向クラッチ１０４は、クラッチ内輪１０７をスリーブ１０２の外周面１０２ａに圧入によって固定している。しかしながら、一方向クラッチ１０４のロック状態において、プーリ部材１０３に高荷重が負荷されたり、クラッチ内輪１０７とスリーブ１０２との嵌合力（面圧Ｐ）が低下したりすると、スリーブ１０２とクラッチ内輪１０７との間に滑りが生じて相対的に回転する、いわゆるクリープが発生する場合がある。クリープの発生は、一方向クラッチ１０４の作動不安定の要因であり、クラッチ内蔵型プーリユニット１００が組み込まれた自動車用補機の機能が確保され難くなる可能性があった。

上述したクリープ発生の防止策としては、スリーブ１０２とクラッチ内輪１０７との締め代を大きくして、クラッチ内輪１０７にかかる面圧Ｐを増大させてクラッチ内輪１０７を強固にスリーブ１０２に圧入することが考えられる。しかし、締め代を大きくすると、クラッチ内輪１０７には大きな円周方向応力Ｓがかかる。即ち、図７に示すように、クラッチ内輪１０７には、次式で求められる円周方向応力Ｓが作用する。
Ｓ＝Ｒ×Ｐ／ｔ ・・・・（１）
ここで、Ｓは円周方向応力、Ｒはクラッチ内輪１０７の内周部の半径、Ｐは面圧、ｔはクラッチ内輪１０７の径方向厚さである。
（１）式から分かるように、クラッチ内輪１０７の内周部の半径Ｒおよびクラッチ内輪１０７の径方向厚さｔを一定とした場合、面圧Ｐを高めると、これに比例して円周方向応力Ｓが増大する。

図６および図７に示すように、径方向の肉厚ｔ１が薄いクラッチ内輪１０７において、締め代を大きくして面圧Ｐを高めると、円周方向応力Ｓ１が増大して、クラッチ内輪１０７に割れが発生する可能性がある。特に、図７に示すように、各ランプ部１０７ａの角部１０７ｂには応力集中が発生し、割れに対する許容応力が著しく低下する問題があった。

クラッチ内輪１０７の内周部の半径Ｒを小さくすること、および径方向厚さｔ１を大きくすることは、円周方向応力Ｓ１の低減に有効であることが（１）式から分かる。しかしながら、従来のクラッチ内蔵型プーリユニット１００では、クラッチ内輪１０７の内径Ｒは、転がり軸受１０５が嵌合するスリーブ１０２の外周面１０２ｂの外径よりも大きく、クラッチ内輪１０７の径方向厚さを大きくすることは実質的に困難であった。

特許文献１に開示されている従来のクラッチ内蔵型プーリユニットでは、クラッチ内輪の内径がスリーブの転がり軸受嵌合部の外径と同一径となっており、また、特許文献２に開示されているローラクラッチ内蔵型プーリでは、クラッチ内輪の内径がスリーブの転がり軸受嵌合部の外径より大きくなっている。従って、いずれの構成においてもクラッチ内輪の径方向厚さは薄くせざるを得ず、クリープ発生の防止とクラッチ内輪の割れ防止の問題を解決することができなかった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、スリーブへの圧入によってクラッチ内輪に作用する円周方向応力を低減させて、クラッチ内輪の割れを防止すると共に、クリープの発生がなく、且つ大きい許容伝達トルクを有するクラッチが内蔵されたクラッチ内蔵型プーリユニットを提供することである。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外周面にベルト溝が形成されたプーリ部材と、
回転軸に固定されて前記回転軸と共に回転するスリーブと、
前記スリーブに外嵌固定され、前記プーリ部材の内側に同芯に配置された環状部材と、
前記プーリ部材の内周面と前記環状部材の外周面との間に設けられ、前記プーリ部材と前記スリーブ間でトルクを伝達可能な複数のトルク伝達部材と、前記トルク伝達部材を個別に収容する複数のポケットを有するクラッチ保持器と、前記トルク伝達部材をロック方向に押圧するばねとを備えたクラッチと、
前記クラッチの軸方向両側に配置され、前記プーリ部材と前記スリーブとを相対回転可能に支持する一対の転がり軸受と、を備えたクラッチ内蔵型プーリユニットであって、
前記環状部材は、前記クラッチのクラッチ内輪を構成するクラッチ内輪領域と、前記一対の転がり軸受の内輪が嵌合する軸受嵌合領域とを備え、前記クラッチ内輪領域における前記環状部材の内周面の直径は、前記軸受嵌合領域における前記環状部材の外周面の直径より小径であることを特徴とするクラッチ内蔵型プーリユニット。
（２） 前記クラッチの前記トルク伝達部材は、前記プーリ部材の内周面によって構成される第１のクラッチ軌道と前記クラッチ内輪領域における前記環状部材の外周面によって構成される第２のクラッチ軌道との間に形成された環状空間に配置されることを特徴とする（１）に記載のクラッチ内蔵型プーリユニット。
（３） 前記クラッチの前記トルク伝達部材は、前記プーリ部材の内周面に圧入されたクラッチ外輪よって構成される第１のクラッチ軌道と前記クラッチ内輪領域における前記環状部材の外周面によって構成される第２のクラッチ軌道との間に形成された環状空間に配置されることを特徴とする（１）に記載のクラッチ内蔵型プーリユニット。

本発明のクラッチ内蔵型プーリユニットによれば、クラッチ内輪領域における環状部材の内周面の直径は、転がり軸受の内輪が嵌合する軸受嵌合領域における環状部材の外周面の直径より小径としたので、クラッチが配置されるクラッチ内輪領域における環状部材の径方向の肉厚を厚くすることができる。これによって、環状部材に作用する応力（円周方向応力）、特に、ランプ部に発生する応力集中を低減させてクラッチ内輪を構成する環状部材の割れを防止することができる。

また、環状部材に作用する応力を大きくすることなく、環状部材をスリーブに圧入したときの面圧を増大させることができる。換言すれば、従来より大きな締め代を持たせた環状部材をスリーブに圧入することにより、環状部材をスリーブに強固に固着させて、プーリユニットの外形寸法を大きくすることなく、クリープの発生を防止すると共に、クラッチの許容伝達トルクを増大させることができる。或いは、同じ大きさの回転トルクを伝達するのであれば、プーリユニットを小型化することができる。

以下、本発明に係るクラッチ内蔵型プーリユニットの一実施形態を図面に参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態であるプーリユニットの縦断面図であり、図２は図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った環状部材の断面図である。また、図３は図１における環状部材の縦断面図であり、図４は図２におけるランプ部の形状および応力の作用状態を示す要部拡大図である。

図１に示すように、本実施形態に係るプーリユニット１０は、内周面に雌ネジ１２ａが形成され、オルタネータ等の自動車用補機（図示せず）の回転軸１１が螺合して固定されるスリーブ１２を備えており、スリーブ１２は回転軸１１と共に回転する。また、プーリユニット１０は、スリーブ１２の径方向外側にスリーブ１２と同芯に配設され、外周面にベルト溝１３ａが形成されたプーリ部材１３を備える。プーリ部材１３とクランク軸（図示せず）に設けられた駆動プーリ（図示せず）との間には、無端ベルト（図示せず）が巻き掛けられており、エンジンの回転力を無端ベルトを介してプーリ部材１３に伝達する。
なお、ベルト溝１３ａは、使用される無端ベルトに応じて、Ｖ溝、ポリＶ溝、歯型溝に形成される。

スリーブ１２の外周面１２ｂには、別体の環状部材１４が圧入により外嵌固定されており、環状部材１４はプーリ部材１３と同芯に配置されている。環状部材１４はスリーブ１２と略同一な軸方向長さを有しており、略一様な内径を有する内周面１４ａをスリーブ１２の外周面１２ｂに軸方向長さに亙って圧入している。また、環状部材１４の軸方向中間部における外周面１４ｂは、軸方向両端部における外周面１４ｃよりも大径に形成されている。

そして、プーリ部材１３の内周面１３ｂと環状部材１４の軸方向中間部における外周面１４ｂとの間には、本発明のクラッチである一方向クラッチ１５が設けられる。また、一方向クラッチの軸方向両側で、プーリ部材１３の内周面１３ｂと環状部材１４の軸方向両端部における外周面１４ｃとの間には、本発明の一対の転がり軸受である深溝玉軸受１６、１６が設けられている。

各玉軸受１６は、プーリ部材１３に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１２とプーリ部材１３とを相対回転可能に支持する。各玉軸受１６は、内周面に外輪軌道１７ａを有する外輪１７と、外周面に内輪軌道１８ａを有する内輪１８と、外輪軌道１７ａと内輪軌道１８ａ間に転動自在に設けた転動体である複数の玉１９と、各玉１９を保持する保持器２０とを有する。また、外輪１７の両端部内周面と内輪１８の両端部外周面との間に、シールリング２１、２１が設けられており、各玉軸受１６の軸受空間の両端開口部を塞いでいる。外輪１７は、プーリ部材１３の内周面１３ｂに締め代を持って圧入されており、内輪１８は、環状部材１４の軸方向両端部における外周面１４ｃに締め代を持って圧入される。

一方向クラッチ１５は、プーリ部材１３の内周面１３ｂに圧入により内嵌固定されるクラッチ外輪２２を有する。また、環状部材１４の軸方向中間部における外周面１４ｂには、複数のランプ部１４ｄが円周方向に所定の間隔で形成されている（図２参照。）。そして、本発明の第１のクラッチ軌道であるクラッチ外輪２２の内周面と第２のクラッチ軌道である各ランプ部１４ｄとから形成される環状空間には、本発明のトルク伝達部材である複数のころ２３と、ころ２３を個別に収容する複数のポケットを有するクラッチ保持器２４と、ばね２５とが配置されている。クラッチ保持器２４は環状部材１４に相対回転不能に外嵌されており、各ころ２３を転動及び円周方向に若干の変位自在に支持する。また、ばね２５は、円周方向においてころ２３とクラッチ保持器２４の柱部（図示せず）との間に設けられており、環状空間が浅くなる方向、即ち、ロック方向にころ２３を押圧する。

一方向クラッチ１５は、プーリ部材１３の回転角速度が回転軸１１の回転角速度より速い場合には、ころ２３がくさび作用によってランプ部１４ｄとクラッチ外輪２２との間に噛み込まれて、プーリ部材１３とスリーブ１２とが相対回転不能（ロック状態）となり、プーリ部材１２から回転軸１１に回転力を伝達する。一方、プーリ部材１３の回転角速度が回転軸１１の回転角速度より遅い場合には、ころ２３の噛み込みが解除されて、プーリ部材１３とスリーブ１２との相対回転が自在（オーバーラン状態）となる。

このように、上述した構成のプーリユニット１０では、環状部材１４は、軸方向中央部の外周面１４ｂにおいて一方向クラッチ１５のクラッチ内輪を構成するクラッチ内輪領域ａと、軸方向両端部の外周面１４ｃにおいて、各玉軸受１６の内輪１８の内周面と嵌合する軸受嵌合領域ｂとを構成している（図３参照。）。

そして、クラッチ内輪領域ａにおける環状部材１４の内周面１４ａの直径Ａは、一対の転がり軸受１６の内輪１８が嵌合する軸受嵌合領域ｂの外周面１４ｃの直径Ｂより小径となっている。これにより、クラッチ内輪領域ａにおける環状部材１４の径方向の肉厚ｔ２は、従来のクラッチ内輪１０７の厚さｔ１より大幅に厚く形成されている。

図４に示すように、クラッチ内輪を構成する環状部材１４をスリーブ１２に圧入することによって環状部材１４に面圧Ｐが作用し、これに伴って（１）式から求められる円周方向応力Ｓ２が環状部材１４にかかる。しかし、環状部材１４の径方向の肉厚ｔ２は厚くなっているので、円周方向応力Ｓ２の大きさは、肉厚ｔ２に反比例して小さくなる。更に、環状部材１４の外周面１４ｂの直径は変更せず、肉厚ｔ２のみが厚くされているので、環状部材１４の内周面１４ａの半径Ｒ（Ｒ＝Ａ／２）も小さくなり、これによっても更に円周方向応力Ｓ２の大きさは小さくなる。

従って、円周方向応力Ｓ２を従来のプーリユニットより大きくすることなく、クラッチ内輪を構成する環状部材１４を大きな面圧Ｐでスリーブ１２に強固に圧入することができ、クリープの発生を確実に防止することができる。更に、面圧Ｐを大きくすることができることから、一方向クラッチ１５の許容伝達トルクを増大させることができる。また、図４に示すように、ランプ部１４ｄの角部１４ｅには応力集中が作用するが、円周方向応力Ｓ２は小さくなっているので、角部１４ｅにおける応力集中も低減することができ、環状部材１４に割れが発生することはない。

本実施形態のプーリユニット１０によれば、スリーブ１２が嵌合する環状部材１４の内周面１４ａの直径Ａを、一対の転がり軸受１６の内輪１８が嵌合する軸受嵌合領域ｂの外周面１４ｃの直径Ｂより小径としたので、一方向クラッチ１５が配置されるクラッチ内輪領域ａにおける環状部材１４の径方向の肉厚ｔ２を厚くすることができる。これによって、環状部材１４に作用する応力（円周方向応力Ｓ２）、特にランプ部１４ｄに発生する応力集中を低減させて、クラッチ内輪を構成する環状部材１４の割れを防止することができる。

また、環状部材１４に作用する応力Ｓ２を大きくすることなく、環状部材１４をスリーブ１２に圧入したときの面圧Ｐを増大させることができる。換言すれば、従来より大きな締め代を持たせた環状部材１４をスリーブ１２に圧入することにより、環状部材１４をスリーブ１２に強固に固着させて、プーリユニット１０の外形寸法を大きくすることなく、クリープの発生を防止すると共に、一方向クラッチ１５の許容伝達トルクを増大させることができる。或いは、同じ回転トルクを伝達するのであれば、プーリユニット１０を小型化することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本実施形態においては、一方向クラッチの環状空間は、プーリ部材の内周面に圧入されたクラッチ外輪によって構成される第１のクラッチ軌道と環状部材のランプ部によって構成される第２のクラッチ軌道との間に形成されたが、第１のクラッチ軌道はクラッチ外輪が一体化されたプーリ部材の内周面によって構成されてもよい。

また、プーリユニットは、クラッチ内輪を構成する環状部材にランプ部が形成されたものとして説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、プーリ部材の内周面、或いはプーリ部材に圧入されたクラッチ外輪の内周面にランプ部が形成されたプーリユニットであってもよい。

さらに、本実施形態の一方向クラッチでは、トルク伝達部材としてころを用いたが、スプラグが対向するクラッチ軌道間に配置されてもよく、プーリ部材とスリーブ間でトルクを伝達可能なものであれば、特に限定されない。また、一方向クラッチに適用されるばねは板ばねであっても、コイルばねであってもよく、トルク伝達部材をロック側に押圧できるばねであれば、特に限定されない。
また、本実施形態では、クラッチは一方向クラッチとしたが、くさび作用を行なう方向を選択できるようにした両方向クラッチであってもよい。

本実施形態のプーリ部材はベルトによって駆動されているが、ベルト及びカップリングゴムによって駆動されるように構成されてもよい。
また、一方向クラッチの軸方向両側に配置された転がり軸受は、深溝玉軸受以外の形式の転がり軸受であってもよい。
さらに、本発明のプーリユニットは、自動車用補機に組み込まれるプーリユニットに限定されることはなく、一方向クラッチが組み込まれるどのような機器にも適用することができる。

本発明の一実施形態であるプーリユニットの縦断面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った環状部材の断面図である。 図１における環状部材の縦断面図である。 図２におけるランプ部の形状および応力の作用状態を示す要部拡大図である。 従来技術のプーリユニットの縦断面図である。 図５におけるクラッチ内輪の断面図である。 図６におけるランプ部の形状および応力の作用状態を示す要部拡大図である。

符号の説明

１０ プーリユニット
１１ 回転軸
１２ スリーブ
１３ プーリ部材
１３ａ ベルト溝
１３ｂ プーリ部材の内周面
１４ 環状部材
１４ａ 環状部材の内周面
１４ｂ、１４ｃ 環状部材の外周面
１５ 一方向クラッチ（クラッチ）
１６ 深溝玉軸受（転がり軸受）
１７ 外輪
１８ 内輪
２２ クラッチ外輪
２３ ころ（トルク伝達部材）
２４ クラッチ保持器
２５ ばね
ａ クラッチ内輪領域
ｂ 軸受嵌合領域

Claims (3)

1. 外周面にベルト溝が形成されたプーリ部材と、
   回転軸に固定されて前記回転軸と共に回転するスリーブと、
   前記スリーブに外嵌固定され、前記プーリ部材の内側に同芯に配置された環状部材と、
   前記プーリ部材の内周面と前記環状部材の外周面との間に設けられ、前記プーリ部材と前記スリーブ間でトルクを伝達可能な複数のトルク伝達部材と、前記トルク伝達部材を個別に収容する複数のポケットを有するクラッチ保持器とを備えたクラッチと、
   前記クラッチの軸方向両側に配置され、前記プーリ部材と前記スリーブとを相対回転可能に支持する一対の転がり軸受と、を備えたクラッチ内蔵型プーリユニットであって、
   前記環状部材は、前記クラッチのクラッチ内輪を構成するクラッチ内輪領域と、前記一対の転がり軸受の内輪が嵌合する軸受嵌合領域とを備え、前記クラッチ内輪領域における前記環状部材の内周面の直径は、前記軸受嵌合領域における前記環状部材の外周面の直径より小径であることを特徴とするクラッチ内蔵型プーリユニット。
2. 前記クラッチの前記トルク伝達部材は、前記プーリ部材の内周面によって構成される第1のクラッチ軌道と前記クラッチ内輪領域における前記環状部材の外周面によって構成される第２のクラッチ軌道との間に形成された環状空間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のクラッチ内蔵型プーリユニット。
3. 前記クラッチの前記トルク伝達部材は、前記プーリ部材の内周面に圧入されたクラッチ外輪よって構成される第１のクラッチ軌道と前記クラッチ内輪領域における前記環状部材の外周面によって構成される第２のクラッチ軌道との間に形成された環状空間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のクラッチ内蔵型プーリユニット。

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