JP2006038021A - 一方向クラッチおよびそれを用いた動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一方向クラッチ、および一方向クラッチを用いたプーリユニット等の動力伝達装置に関し、プーリ等の環体の回転変動を効率的に吸収できる。
【解決手段】 内輪１０に対向空間の円周数箇所に周方向一方へ向けて漸次狭くしてくさび状空間を形成するカム面１３が設けられており、かつ、各くさび状空間にロック方向に付勢されたころ１１が収納されており、ころ１１は大径部１４の両端にそれぞれ小径部１５を同軸状に形成してなる段付形状とされ、ころ１１の小径部１５がカム面１３に、大径部１４が外輪９にそれぞれ転接し、カム面１３の幅方向中央にはころ１１の大径部１４が入り込む凹条部１２が形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一方向クラッチ、および一方向クラッチを用いたプーリユニット等の動力伝達装置に関する。

自動車等の車両には、エンジンのクランクシャフトからベルトを介して駆動されるオルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウオーターポンプ、冷却ファン等の補機が装備されている。エンジンの回転動力をクランクシャフトからベルトを介して補機に伝達する場合、クランクシャフトの回転速度の変動に起因して、ベルトに滑りが起こって異音が発生する傾向となる。このことを、補機類の一つであるオルタネータを例にとって説明する。エンジンの動作工程により、クランクシャフトは、その回転中、常にその回転速度に変動がある。

一方、オルタネータのロータは、大きな回転慣性を有しているから、ロータには慣性トルクがかかっている。このため、オルタネータのロータを、回転速度の変動を伴うクランクシャフトで駆動すると、ベルトの緩み側と張り側とが交互に入れ替わって張力変動が発生する一方、ベルトには、ロータの慣性トルクがかかる結果、ベルトに滑りが起こって異音が発生したり、耐久性が低下したりする傾向となりやすい。

そのため、従来、オルタネータのロータ軸と、上記のベルトが巻き掛けられるプーリとの間に、動力伝達部材として一方向クラッチを用いた動力伝達装置が提案されている（特許文献１参照）。

しかしながら、一方向クラッチ式の動力伝達装置では、入力回転の変動に応じて、クラッチのロック状態（動力伝達状態）とフリー状態（動力非伝達状態）とが繰り返され、動力伝達状態の間に動力非伝達状態が介在することになる。入力側の大きな回転変動に伴ってフリー状態からロック状態に切り換わる場合、くさび部材としてのころやスプラグが急激にかみ合うから、出力側の回転にも比較的大きな変動が現れ、回転変動の吸収効果が不充分である。
特開２００１−９０７５１号公報

したがって、回転変動を効率的に吸収可能な一方向クラッチおよびそれを用いた動力伝達装置を提供することである。

本発明は、径方向内外に同心状に配置され内輪と外輪とを同期回転させるロック状態と、相対回転させるフリー状態とに切り換える一方向クラッチであって、前記内外輪の径方向で対向する面の一方に、対向空間の円周数箇所に周方向一方へ向けて漸次狭くしてくさび状空間を形成するカム面が設けられており、かつ、各くさび状空間にロック方向に付勢されたころが収納されており、前記ころが大径部と小径部とを同軸状に形成してなる段付形状とされ、ころの小径部がカム面に転接し、ころの大径部が前記内外輪の径方向で対向する面の他方に転接するものである。

具体的には、前記ころが大径部の両端にそれぞれ小径部を形成してなり、前記カム面が幅方向中央にころの大径部が入り込む凹条部を有しているものや、前記ころが小径部の両端にそれぞれ大径部を形成してなり、前記カム面が幅方向両側にころの大径部が入り込む凹条部を有しているものである。

本発明の動力伝達装置は、同心状に配置された内外２つの環体と、両環体の間の環状空間に介装された上記一方向クラッチと、前記環状空間において一方向クラッチの軸方向に隣接して介装された転がり軸受とを備えたものである。

本発明の一方向クラッチおよびそれを用いた動力伝達装置によると、ころが大径部と小径部とを同軸状に形成してなる段付形状とされ、ころの小径部が内外輪の径方向で対向する面の一方に設けたカム面に転接し、ころの大径部が内外輪の径方向で対向する面の他方に転接しており、ころの小径部がカム面に沿って転動し、ロック位置に達するまでのころの回転量が増大し、その結果、ころの大径部が転接する内外輪の径方向で対向する面の他方の回転量が増す。よって、カム面が設けられた内外輪の一方には、内外輪の他方の回転動力が徐々に伝達され、回転変動を効率的に吸収することができる。

本発明によれば、プーリ等の環体の回転変動を効率的に吸収可能な一方向クラッチおよびそれを用いた動力伝達装置を提供することができる。

以下、本発明の最良の実施の形態を、添付した図面を参照して説明する。本実施の形態では、動力伝達装置を、車両の補機に用いるプーリユニットに適用しているが、適用される動力伝達装置は、プーリユニットに限定されず、要するに、径方向内外に同心配置した外側環体と内側環体との間で回転動力の伝達を行うものであればよい。

図１は本実施の形態に係るプーリユニットの部分側面断面図、図２は図１のII−II矢視断面図、図３は本実施の形態に係る一方向クラッチの部分分解斜視図、図４は本実施の形態に係る一方向クラッチの動作説明図である。

これらの図に示すプーリユニット１は、プーリ（外側環体）２と、プーリ２に対してその径方向内側でかつ同心に配置されてプーリ２との間で回転動力の伝達を行うロータ軸（内側環体）３と、プーリ２とロータ軸３との対向間の環状空間に介装された一方向クラッチ４ならびに一方向クラッチ４の軸方向両側にそれぞれ設けられた転がり軸受５，６とを備える。

プーリ２は、外周にベルト７を巻掛けるベルト巻掛部８を有する。また、ロータ軸３には、例えば自動車に備える補機の回転軸やエンジンのクランクシャフトが一体回転可能に連結される。

一方向クラッチ４は、プーリ２に内嵌された外輪９と、ロータ軸３に外嵌された内輪１０と、これらの間に介装されたころ１１とからなる。内輪１０の外周面において円周数箇所に平坦なカム面１３が形成されており、カム面１３と外輪９の円筒状内周面との対向部分が周方向一方に向けて狭くなるくさび状空間となる。くさび状空間には、合成樹脂製の円環状の保持器２４にて保持された複数のころ１１が介装されており、各ころ１１は断面楕円形のコイルばね２５にてロック方向に付勢されている。

図３に示すように、ころ１１は、大径部１４の両端にそれぞれ小径部１５を同軸状に形成してなる段付形状とされている。また、内輪１０のカム面１３には、ころ１１の小径部１５が転接する。カム面１３の幅方向中央には、ころ１１の大径部１４が入り込む凹条部１２が形成されている。さらに、外輪９の内周面には、ころ１１の大径部１４が転接する。

転がり軸受５は、プーリ２とロータ軸３との間の環状空間の軸方向一端に介装された深溝玉軸受の構成とされ、プーリ２に内嵌された外輪１６、ロータ軸３に外嵌された内輪１７、保持器にて保持された複数の玉１８、およびシールリング１９からなっている。

転がり軸受６は、プーリ２とロータ軸３との間の環状空間の軸方向他端に介装された深溝玉軸受の構成とされ、プーリ２に内嵌された外輪２０、ロータ軸３に外嵌された内輪２１、保持器にて保持された複数の玉２２、およびシールリング２３からなっている。

次に、図４を用いて、一方向クラッチ４の動作について説明する。

ころ１１がロック方向（実線で示す位置から想像線で示す位置）に移動すると、ころ１１の噛み込みによって発生する法線力により、外輪９ならびに内輪１０が想像線で示すように変形し、ロック状態となる。ころ１１は大径部１４と小径部１５とを同軸状に形成してなる段付形状とされ、ころ１１の小径部１５が内輪１０に設けたカム面１３に転接し、ころ１１の大径部１４が外輪９に転接しており、ころ１１の小径部１５がカム面１３に沿って転動し、ロック位置に達するまでのころ１１の回転量が増大し、その結果、ころ１１の大径部１４が転接する外輪９の回転量が増す。よって、内輪１０には、外輪９の回転動力が徐々に伝達され、回転変動を効率的に吸収することができ、ロック時のねじり剛性が低減し、衝撃トルクの発生を抑制できる。

また、ころ１１は段付形状であって、外輪９の回転量が増大し、許容ねじれ角が大きくなる。許容可能なねじれ角について詳細に説明する。

まず、図５，６を用いて、従来の段付形状でないころを備えた一方向クラッチにおける許容可能なねじれ角について説明する。

図において、Ｒｏは外輪軌道半径、Ｒｉは軸接触部半径、Ｒｃはころ半径、αｏはトルク負荷時にころが公転可能な角度、αはころの公転角、βは外輪の自転角、ψはころの自転角を示している。

α，β，ψの関係について説明する。

ころ１１が角度αだけ公転したとき、ころ１１の自転角ψ＝（Ｒｉ／Ｒｃ）・αとなる。このとき、外輪９はころ１１の公転角αに、ころの自転分を加えた量だけ進む。すなわち、外輪の自転角β＝α＋（Ｒｃ／Ｒｏ）・ψとなる。この式を整理すると、自転角β＝α＋（Ｒｃ／Ｒｏ）・（Ｒｉ／Ｒｃ）・α＝（１＋Ｒｉ／Ｒｏ）・αとなる。したがって、ころ１１が公転可能な角度αｏが決まっているとき、許容可能なねじれ角は（１＋Ｒｉ／Ｒｏ）・αｏとなる。

次に、図７，８を用いて、本実施の形態の段付形状のころを備えた一方向クラッチにおける許容可能なねじれ角について説明する。

なお、Ｒｃ_１はころ１１の大径部１４の半径、Ｒｃ_２はころ１１の小径部１５の半径を示している。

α，β，ψの関係について説明する。

ころが角度αだけ公転したとき、ころ１１の自転角ψ＝（Ｒｉ／Ｒｃ_２）・αとなる。このとき、外輪９はころの公転角αに、ころ１１の自転分を加えた量だけ進む。すなわち、外輪９の自転角β＝α＋（Ｒｃ_１／Ｒｏ）・ψとなる。この式を整理すると、自転角β＝α＋（Ｒｃ_１／Ｒｏ）・（Ｒｉ／Ｒｃ_２）・α＝（（１＋（Ｒｉ／Ｒｏ）・（Ｒｃ_１／Ｒｃ_２））・αとなる。したがって、ころ１１が公転可能な角度αｏが決まっているとき、許容可能なねじれ角は（（１＋（Ｒｉ／Ｒｏ）・（Ｒｃ_１／Ｒｃ_２））・αｏとなる。すなわち、段付きころ１１の外径比（Ｒｃ_１／Ｒｃ_２）を大きくすることで、許容可能なねじれ角も大きくすることができる。

このように構成された一方向クラッチ４およびそれを用いたプーリユニット１によると、ころ１１が大径部１４と小径部１５とを同軸状に形成してなる段付形状とされ、ころ１１の小径部１５が内輪１０に設けたカム面１３に転接し、ころ１１の大径部１４が外輪９に転接しており、ころ１１の小径部１５がカム面１３に沿って転動し、ロック位置に達するまでのころ１１の回転量が増大し、その結果、ころ１１の大径部１４が転接する外輪９の回転量が増す。よって、カム面１３が設けられた内輪１０には、外輪９の回転動力が徐々に伝達され、回転変動を効率的に吸収することができる。さらに、許容可能なねじれ角も大きくすることができ、衝撃トルクの発生を抑制できる。

なお、図９に一方向クラッチの変形例を示す。図９は一方向クラッチの部分分解斜視図を示している。本変形例のころ１１は、小径部３３の両端にそれぞれ大径部３４を同軸状に形成してなる。また、内輪１０は、ころ１１の小径部３３が転接するカム面３１の幅方向両側に、ころ１１の大径部３４が入り込む凹条部３２を有している。

また、カム面が外輪側に形成されている一方向クラッチに、本発明の段付形状のころを適用してもよい。この場合、ころの大径部が内輪の外周面に転接し、ころの小径部がカム面に転接する。

本発明の一方向クラッチおよびそれを用いた動力伝達装置は、例えばエンジンのクランクシャフトやクランクシャフトからベルトを介して駆動される補機類に装備することができる。補機類には、例えば自動車のオルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウオーターポンプ、冷却ファンなどが挙げられる。

本発明の実施の形態に係るプーリユニットの部分側面断面図 図１のII−II矢視断面図 本発明の実施の形態に係る一方向クラッチの部分分解斜視図 本発明の実施の形態に係る一方向クラッチの動作説明図 本発明の実施の形態に係る一方向クラッチの作用説明図 本発明の実施の形態に係る一方向クラッチの作用説明図 比較例に係る一方向クラッチの作用説明図 比較例に係る一方向クラッチの作用説明図 本発明の他の実施の形態に係る一方向クラッチの部分分解斜視図

符号の説明

１ プーリユニット（動力伝達装置）
２ プーリ（外側環体）
３ ロータ軸（内側環体）
４ 一方向クラッチ
５，６ 転がり軸受
９ 外輪
１０ 内輪
１１ ころ
１２ 凹条部
１３ カム面
１４ 大径部
１５ 小径部

Claims (4)

1. 径方向内外に同心状に配置され内輪と外輪とを同期回転させるロック状態と、相対回転させるフリー状態とに切り換える一方向クラッチであって、
   前記内外輪の径方向で対向する面の一方に、対向空間の円周数箇所に周方向一方へ向けて漸次狭くしてくさび状空間を形成するカム面が設けられており、かつ、各くさび状空間にロック方向に付勢されたころが収納されており、
   前記ころが大径部と小径部とを同軸状に形成してなる段付形状とされ、ころの小径部がカム面に転接し、ころの大径部が前記内外輪の径方向で対向する面の他方に転接する、ことを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記ころは大径部の両端にそれぞれ小径部を形成してなり、前記カム面は幅方向中央にころの大径部が入り込む凹条部を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 前記ころは小径部の両端にそれぞれ大径部を形成してなり、前記カム面は幅方向両側にころの大径部が入り込む凹条部を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。
4. 同心状に配置された内外２つの環体と、
   両環体の間の環状空間に介装された請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の一方向クラッチと、
   前記環状空間において一方向クラッチの軸方向に隣接して介装された転がり軸受とを備えた動力伝達装置。

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