JP2006017246A

JP2006017246A - スプリングクラッチ

Info

Publication number: JP2006017246A
Application number: JP2004196672A
Authority: JP
Inventors: Ken Yamamoto; 山本　　憲
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2004-07-02
Filing date: 2004-07-02
Publication date: 2006-01-19

Abstract

【課題】クラッチばねの拡径と縮径によってプーリとその内側に組込まれたプーリハブの相互間で回転トルクの伝達と遮断とを行なうスプリングクラッチにおいて、上記クラッチばねの疲労破壊を防止することである。
【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１１にクラッチばね１２の外周面を弾性接触し、そのクラッチばね１２の一端部をばね固定部材１３に一体化し、そのばね固定部材１３をスリーブ２ｂに係止して、クラッチばね１２に折れ曲がりを生じさせることなくそのクラッチばね１２を拡径または縮径させるようにし、クラッチばね１２が疲労破壊するのを防止する。
【選択図】図２

Description

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。

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。

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。

そのような不都合を解消するため、特許文献１では、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の内周に円筒形クラッチ面を設け、そのプーリの内側に組み込まれたプーリハブを出力軸と、その外側に嵌合されて回り止めされたスリーブとで形成し、そのスリーブとプーリ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部を前記スリーブに係止したスプリングクラッチを提案している。

上記スプリングクラッチにおいては、ベルトとの接触によってプーリを回転させると、クラッチばねが拡径してクラッチ面に対する係合力が高まり、そのクラッチばねを介してプーリの回転がプーリハブに伝達される。

また、プーリハブの回転速度がプーリの回転速度を上回ると、クラッチばねが縮径してクラッチ面に対する係合力が弱くなり、クラッチばねとクラッチ面の接触部で滑りが生じる。このため、プーリハブからプーリ側に回転が伝達されることはなく、プーリとベルトの接触部で滑りが生じるのを防止することができる。
特開２００３−３２２１７４号公報

ところで、特許文献１に記載されたスプリングクラッチにおいては、クラッチとしての機能は十分あるものの、スリーブの一端部にその外周面において開口するうず巻き溝を設け、このうず巻き溝にクラッチばねの一端部を挿入し、その一端に設けられた係合片をうず巻き溝の閉塞端に形成された係合溝に係合しているため、プーリとプーリハブの相互間でトルクの伝達と遮断とが繰り返し行なわれると、クラッチばねの前記うず巻き溝の開口部と対応する位置に折れ曲がりが生じてその折れ曲げ位置に曲げ応力が繰り返し作用することになり、その応力負荷位置が疲労によって破損するおそれがあった。

この発明の課題は、クラッチばねに折れ曲がりを生じさせることなくそのクラッチばねを拡径および縮径させるようにして、クラッチばねが疲労破壊するのを防止した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。

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を設け、入力側部材の内側に組込まれて相対的に回転自在に支持された出力側部材を、出力軸と、その外側に嵌合されて回り止めされた成形品から成るスリーブとで形成し、そのスリーブと前記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部をばね固定部材に一体化し、そのばね固定部材を前記スリーブに係止した構成を採用したのである。

ここで、スリーブにばね固定部材を係止する手段として下記のＩ〜IIIの係止手段を採用することができる。

係止手段Ｉ；スリーブの一端部にその外周面で開口するうず巻き状の係止溝を設け、その係止溝の溝深さをクラッチばねの肉厚より深くし、前記ばね固定部材を前記係止溝に適合するうず巻き状とし、そのばね固定部材を係止溝に挿入した構成から成るもの。

係止手段II；スリーブの一端部に係止溝を形成し、その係止溝が円形溝と、その円形溝の一端部に連通してスリーブの外周面で開口する切欠部とから成り、前記ばね固定部材を円形部と、その円形部の一端から半径方向外方に向く結合片部とで形成し、前記円形部が円形溝内に配置され、結合片部が切欠部内に配置されるよう係止溝にばね固定部材を挿入した構成から成るもの。

係止手段III；スリーブの一端部外周にスリーブの周方向に延びる切欠部を形成し、前記ばね固定部材を前記切欠部に適合する円弧状とし、そのばね固定部材を切欠部に嵌合した構成から成るもの。

また、ばね固定部材にクラッチばねの一端部を一体化する手段としては、レーザ溶接や電気溶接等の溶接により一体化する方法や、接着により一体化する方法を採用することができる。

上記のように、クラッチばねの一端部をばね固定部材に一体化し、そのばね固定部材をスリーブに係止することによって、クラッチばねの一部に折れ曲がりを生じさせることなくそのクラッチばねを拡径または縮径させることができる。このため、入力側部材と出力側部材の相互間でトルクの伝達と遮断とが繰り返し行なわれても、クラッチばねは屈曲点のない状態で拡径と縮径を繰り返すことになる。したがって、クラッチばねが疲労破壊することはなく、耐久性に優れたスプリングクラッチを得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１乃至図４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、図１に示すように、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、前記プーリハブ２は、金属から成る出力軸２ａとその外側に設けられたスリーブ２ｂとから成る。

スリーブ２ｂは焼結金属あるいは合成樹脂の成形品から成っている。クラッチプーリ装置が高温の条件下で使用される場合、耐熱性に優れた合成樹脂を用いるようにする。そのような合成樹脂として、耐熱性ポリアミド、例えば、６６ナイロンや４６ナイロンなどの脂肪族系ポリアミドや６Ｔナイロン、６／６Ｔナイロン、ＭＸＤナイロン、９Ｔナイロンなどの芳香族系ポリアミドを挙げることができる。これらのナイロンには、衝撃性と耐熱性を向上させるため、炭化水素エラストマー成分などを配合してもよい。

また、スリーブ２ｂの吸水による強度低下を防ぐため、スリーブ２ｂの樹脂材料に耐熱性ポリアミドを用い、これに、グラスファイバー（ＧＦ）やカーボンファイバ（ＣＦ）などの繊維状補強材やチタン酸カリウムなどの各種ウィスカー、炭酸カルシウム、ミネラルなどの粉末状充填材を混入してもよい。

さらに、スリーブ２ｂの高温対策として、スリーブ２ｂを形成する樹脂材料にフェノール系酸化防止剤やＣｕＩ、ＫＩなどのよう素化合物、アミン系酸化防止剤、ハロゲン化銅などの熱老化防止剤を添加するようにしてもよい。

スリーブ２ｂは外周面の両端部に鍔３ａ、３ｂを有し、その鍔３ａ、３ｂ間に軸方向に延びる溝状のグリース溜り４が周方向に等間隔に形成されている。

図３に示すように、出力軸２ａとスリーブ２ｂ間には相対的に回り止めする回り止め機構５が設けられている。回り止め機構５は、出力軸２ａの外周周方向に軸方向に延びる複数の回り止め突条６を形成し、各突条６をスリーブ２ｂの内周に形成された回り止め溝７に圧入している。

図１に示すように、プーリ１の内周とプーリハブ２の外周間に形成された環状空間の一端開口は、プーリ１とプーリハブ２とを相対的に回転自在に支持する片シール軸受８によって閉塞されている。また、上記環状空間の他端の開口はシール部材９によって閉塞され、そのシール部材９と片シール軸受８間にグリース封入空間１０が形成されている。

プーリ１にはグリース封入空間１０の外周壁内周に円筒状のクラッチ面１１が形成されている。一方、グリース封入空間１０内にはコイルスプリングから成るクラッチばね１２が組込まれている。

クラッチばね１２は断面が角形の線材から成り、そのクラッチばね１２は自然状態において外径がクラッチ面１１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１０内に組込まれて、外周面がクラッチ面１１に弾性接触している。

図２および図４に示すように、クラッチばね１２の一端部はばね固定部材１３の一端部に連結されている。ばね固定部材１３はうず巻き状をなし、その肉厚はクラッチばね１２より厚肉とされている。また、ばね固定部材１３の外周部の一端部にはクラッチばね１２の厚みに相当する段差が形成されて、その低段面が接合面１４とされている。この接合面１４は鍔３ａの外周面と同一径とされ、その接合面１４にクラッチばね１２一端部が重ね合わされて一体化されている。

ばね固定部材１３とクラッチばね１２の一体化に際し、ここでは、レーザ溶接あるいは電気溶接等の溶接による手段を介して一体化しているが、接着により一体化してもよい。

図２に示すように、プーリハブ２を形成するスリーブ２ｂの片シール軸受８側に位置する鍔３ａの外周面には切欠部１５が設けられている。また、上記鍔３ａには切欠部１５の周方向で対向する一端面で開口するうず巻き状の係止溝１６が形成され、その係止溝１６に対する前記ばね固定部材１３の挿入によってスリーブ２ｂにばね固定部材１３が係止されている。

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。

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１２は、クラッチ面１１との接触により拡径して、クラッチ面１１に対する圧接係合力が増大し、そのクラッチばね１２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。

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１２が縮径してクラッチ面１１に対する圧接係合力が弱くなり、クラッチばね１２とクラッチ面１１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。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。

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１０およびグリース溜り４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１２とクラッチ面１１の接触部を潤滑する。

実施の形態で示すように、クラッチばね１２の一端部をうず巻き状のばね固定部材１３に一体化し、そのばね固定部材１３をスリーブ２ｂに形成されたうず巻き状の係止溝１６に挿入してばね固定部材１３をスリーブ２ｂに係止することにより、クラッチばね１２に折れ曲がりを生じさせることなくそのクラッチばね１２を拡径または縮径させることができる。このため、プーリ１とプーリハブ２の相互間でトルクの伝達と遮断とが繰り返し行なわれても、クラッチばね１２は屈曲点がないため疲労破壊することはなく、耐久性に優れたクラッチプーリ装置を得ることができる。

図５および図６は、ばね固定部材１３をスリーブ２ｂに係止する係止手段の他の例を示している。図５に示す係止手段においては、スリーブ２ｂに形成した係止溝１６を円形溝１６ａと、その円形溝１６ａの一端部に連通して鍔３ａの外周面で開口する切欠部１６ｂとで形成し、前記ばね固定部材１３を円形部１３ａと、その円形部１３ａの一端から半径方向外方に向く結合片部１３ｂとで形成し、上記結合片部１３ｂの先端部に形成された接合面１３ｃにクラッチばね１２の一端部を重ね合わせて溶接等の手段で一体化し、前記円形部１３ａが円形溝１６ａ内に配置され、結合片部１３ｂが切欠部１６ｂ内に配置されるよう係止溝１６にばね固定部材１３を挿入するようにしている。

ここで、上記接合面１３ｃは鍔３ａの外周面と同一径とされている。

図６に示す係止手段においては、スリーブ２ｂの一端部外周にスリーブ２ｂの周方向に延びる切欠部１７を形成し、クラッチばね１２の一端部に一体化したばね固定部材１３を上記切欠部１７に適合する形状として、そのばね固定部材１３を切欠部１７に嵌合するようしている。

ここで、ばね固定部材１３とクラッチばね１２の一体化に際し、ばね固定部材１３の外周面にクラッチばね１２の厚みに相当する段差部を形成してその低段面を鍔３ａの外周面と同一径の接合面１３ｄとし、この接合面１３ｄにクラッチばね１２の一端部を重ね合わせて溶接等により一体化している。

図５および図６に示すいずれの係止手段もクラッチばね１２に折れ曲がりを生じさせることなくそのクラッチばね１２を拡径または縮径させることができ、図２に示す場合と同様にクラッチばね１２の疲労破壊を防止し、耐久性に優れたクラッチプーリ装置を得ることができる。

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１のII−II線に沿った断面図図１のIII−III線に沿った断面図クラッチばねとばね固定部材の結合状態を示す斜視図クラッチばねとばね固定部材の係止手段の他の例を示す縦断側面図クラッチばねとばね固定部材の係止手段のさらに他の例を示す縦断側面図

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
１２クラッチばね
１３ばね固定部材
１３ａ円形部
１３ｂ結合片部
１６係止溝
１６ａ円形溝
１６ｂ切欠部
１７切欠部

Claims

入力側部材の内周に円筒形のクラッチ面を設け、入力側部材の内側に組込まれて相対的に回転自在に支持された出力側部材を、出力軸と、その外側に嵌合されて回り止めされた成形品から成るスリーブとで形成し、そのスリーブと前記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部をばね固定部材に一体化し、そのばね固定部材を前記スリーブに係止したスプリングクラッチ。
前記ばね固定部材をスリーブに係止する手段が、スリーブの一端部にその外周面で開口するうず巻き状の係止溝を設け、その係止溝の溝深さをクラッチばねの肉厚より深くし、前記ばね固定部材を前記係止溝に適合するうず巻き状とし、そのばね固定部材を係止溝に挿入した構成から成る請求項１に記載のスプリングクラッチ。
前記ばね固定部材をスリーブに係止する手段が、前記スリーブの一端部に係止溝を形成し、その係止溝が円形溝と、その円形溝の一端部に連通してスリーブの外周面で開口する切欠部とから成り、前記ばね固定部材を円形部と、その円形部の一端から半径方向外方に向く結合片部とで形成し、前記円形部が円形溝内に配置され、結合片部が切欠部内に配置されるよう係止溝にばね固定部材を挿入した構成から成る請求項１に記載のスプリングクラッチ。
前記ばね固定部材をスリーブに係止する手段が、前記スリーブの一端部外周にスリーブの周方向に延びる切欠部を形成し、前記ばね固定部材を前記切欠部に適合する円弧状とし、そのばね固定部材を切欠部に嵌合した構成から成る請求項１に記載のスプリングクラッチ。
前記クラッチばねとばね固定部材とを溶接により一体化した請求項１乃至４のいずれかに記載のスプリングクラッチ。
前記クラッチばねとばね固定部材とを接着により一体化した請求項１乃至４のいずれかに記載のスプリングクラッチ。