JP2006057749A - みそすり運動機構および一方向クラッチの組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単でコンパクトな構成のもとに、微小なみそすり運動を行うことのできるみそすり運動機構と、そのみそすり運動機構を用いて一方向クラッチを容易に組みたてることのできる組立方法を提供する。
【解決手段】 外部から回転が与えられる軸６を２つの玉軸受７，８で支持し、そのうちの一方の玉軸受７について、内輪７ｂと外輪７ａの間に周方向に所定の間隔で配置される複数のボール７ｃのサイズを、周方向に漸次相違させることにより、軸６に回転を与えたときに軸６に微小なみそすり運動を生じさせる。一方向クラッチの内側部材３１と外側部材３２の間の環状空間Ｇ内に、ローラ３５１、保持器３５１およびバネ３５３からなる組立体３５０を挿入して組み込むに当たり、上記のような微小なみそすり運動を加えつつ組立体３５０を押圧することにより、組立体３５０を容易に環状空間Ｇ内に組み込むことを可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、簡単な構成のもとに軸に対してみそすり運動を与えるみそすり運動機構と、その機構を用いた一方向クラッチの組立方法に関する。

自動車のエンジンの回転をオルタネータをはじめとする補機に伝達するベルト伝達機構における振動や騒音を緩和するために、従動側のプーリ、例えばオルタネータ側のプーリに一方向クラッチを組み込み、ベルト走行によるプーリの回転方向にはプーリ軸にトルクを伝達し、その反対の方向にはプーリ軸に対してプーリが空転するように構成する技術が知られており（例えば特許文献１参照）、オルタネータに適用した場合にはクラッチプーリオルタネータ（ＣＰＡ）等と称される。

その例を図３（Ａ）に軸平行断面図で、同図（Ｂ）には部分軸直交断面図で示す。この例では、プーリ軸に固定される円筒状の内側部材３１の外側にプーリ（外側部材）３２を配置し、プーリ３２の両端部分を玉軸受３３ところ軸受３４によって内側部材３１に回動自在に支持している。そして、玉軸受３３ところ軸受３４の間にローラタイプの一方向クラッチ３５を設けている。

一方向クラッチ３５は、内側部材３１の外周面ととプーリ３２の内周面をもその構成要素として、他の複数のローラ３５１と、その各ローラ３５１を周方向に所定の間隔で保持する保持器３５２と、その保持器３５２に取り付けられて各ローラ３５１を当該一方向クラッチ３５の噛み合い方向に付勢するバネ３５３を備え、内側部材３１とプーリ３２との間の環状空間Ｇ内に挿入されている。そして、内側部材３１の外周面には、ローラ３５１の数と同じだけのカム面３１ａが形成されている一方、プーリ３２の内周面３２ａは内円筒面となっている。

以上の構成により、プーリ３２が図中矢印Ｌの向きに回転する場合には、その回転によるローラ３５１の公転方向とバネ３５３の付勢力とが同方向となって、各ローラ３５１がカム面３１ａとプーリ３２の内周面３２ａとの間の狭い空間側に向けて押され、内側部材３１、ローラ３５１およびプーリ３２が相互に噛み合った状態となり、プーリ３２の回転が内側部材３１に伝達される。

これに対し、プーリ３２が矢印Ｆで示す向きに回転する場合には、その回転によるローラ３５１の公転によってバネ３３の付勢力に抗してローラ３５１がカム面３１ａとプーリ３２の内周面３２ａとの間の広い空間側に向けて移動し、内側部材３１、ローラ３５１およびプーリ３２は噛み合わずにプーリ３２は空転し、これによってベルトの走行方向への振動がプーリ軸に伝わることが抑制される。

ところで、以上のような構成の一方向クラッチ付きのプーリ等においては、内側部材３１と外側部材であるプーリ３２との間に玉軸受３３を組み込む関係上、一方向クラッチの複数のローラ３５１、保持器３５２およびバネ３５３は、内側部材３１とプーリ３２との間に玉軸受３３を組み込んでから、これらの内側部材３とプーリ３２の間の環状空間Ｇ内に挿入する必要がある。具体的には、図４に（Ａ）に軸平行断面図を、同図（Ｂ）に部分軸直交断面図を示すような組立体３５０として、内側部材３１とプーリ３２との間の環状空間Ｇ内に挿入する。

しかしながら、内側部材３１とプーリ３２の間の環状空間Ｇに対して、組立体３５０を単純に軸方向に押し込むだけではうまく挿入することができず、無理に押し込むと保持器３５２が破損してしまう。これは、図４（Ｂ）と図３（Ｂ）を比較して明らかなように、ローラ３５１、保持器３５２およびバネ３５３からなる組立体３５０においては、図４（Ｂ）のようにバネ３５３により各ローラ３５１は保持器３５２のポケットの最端部に位置しているのに対し、内側部材３１の内周面とプーリ３２の間の環状空間Ｇ内に組み込まれた状態では、図３（Ｂ）に示すようにカム面３１ａの存在によって各ローラ３５１はポケットの最端部から若干中央側に位置した状態となり、この各ローラ３５１の位置の変化に起因して、図４（Ｂ）の状態の組立体３５０を単純に環状空間Ｇ内に軸方向に押し込むことができないためである。

このような実情に鑑み、本発明者は鋭意研究の結果、組立体３５０を僅かに傾け、あるいはみそすり運動的にその傾きを変化させつつ環状空間Ｇに向けて挿入することにより、つまり組立体３５０を環状空間Ｇに押し込むための押圧部材に微小なみそすり運動を与えることにより、各ローラ３５１が適宜にバネ３５３の付勢力に抗して広い空間側に移動し、比較的小さい力で挿入可能であることをつきとめた。

みそすり運動、つまり歳差運動ないしは章動運動を行う機構としては、例えばカムなどを用いたものや、あるいは、２本の水平軸の間に傾斜させた軸を設けて、その傾斜軸の両端をそれぞれ水平軸に対して円錐面どうしで接触させて摩擦伝導により一方の水平軸から傾斜軸に対して回転を与えるとともに、傾斜軸の中間部分を球面軸受で支持することによって、傾斜軸にみそすり運動を付与するようにした機構が知られている（例えば特許文献２参照）。
特開平１１−６３０２５号公報 特開昭５８−２４６４７号公報

しかしながら、従来のみそすり運動機構は構造が複雑で、比較的装置構成が大きくなるばかりでなく、前記した一方向クラッチの組立工程に必要な微小な（揺動角度の小さい）みそすり運動を生起させることは困難である。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、簡単でコンパクトな構成のともに、微小なみそすり運動を行うことのできるみそすり運動機構と、そのみそすり運動機構を用いて一方向クラッチを容易に組み立てることのできる一方向クラッチの組立方法を提供することをその課題としている。

本発明のみそすり運動機構は、軸に対する入力回転運動を当該軸のみそすり運動に変換して出力するみそすり運動機構であって、外部から回転が与えられる軸と、その軸を回転自在に支持すべく内輪が当該軸に、外輪がハウジング側に固定された２つの玉軸受を備えるとともに、その各玉軸受のうちの少なくとも一方の玉軸受について、上記内輪と外輪の間に周方向に所定の間隔で配置されている複数のボールの各サイズが、周方向に漸次相違していることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明のみそすり運動機構においては、上記玉軸受としてアンギュラ玉軸受好適に用いることができる（請求項２）。

また、本発明の一方向クラッチの組立方法は、径方向内側と外側に配置される内側部材と外側部材の間に形成される環状空間に、複数のローラが保持器により周方向に所定の間隔で保持された状態で配置され、かつ、これらの各ローラは保持器に設けられた付勢手段により周方向一定の向きに付勢されているとともに、上記内側部材の外周面および外側部材の内周面が、上記各ローラに対応して周方向複数箇所で上記環状空間が周方向一方向へ向けて狭くなるくさび状の空間となるようにカム面が形成されてなる一方向クラッチを組み立てる方法であって、上記内側部材と外側部材をこれらの間に環状空間が形成されるように配置した状態で、保持器に各ローラおよび付勢手段を組み込んでなる組立体を、上記環状空間内にその一端側から挿入して組み付けるに当たり、請求項１または２に記載のみそすり運動機構の軸をみそすり運動させながら、その軸により上記組立体の他端側を押圧することによって特徴づけられる（請求項３）。

本発明は、軸を支持する玉軸受のボールを周方向に漸次相違させることによって、その玉軸受の内輪にいわば強制的に振れを生じさせ、その内輪に嵌合されている軸をみそすり運動させるものである。

すなわち、軸を２つの軸受で回転自在に支持し、そのうちの少なくとも一方の軸受について、ハウジングに固定される外輪と、軸が固定される内輪との間に介在する複数のボールのサイズを、周方向に漸次相違させ、内輪を外輪に対して軸方向に押しつけると、内輪は外輪に対して傾く。その状態で軸を回転、従って内輪を回転させると、内輪および軸は外輪に対してみそすり運動する。従って、みそすり運動のための機構を別途用いることなく、軸を支持する玉軸受内のボールのサイズの変更により、所要の運動を行うことができ、極めてシンプルでコンパクトな構造のもとに回転運動をみそすり運動に変換することができる。また、このみそすり運動の傾斜角度は、ボールサイズの差と配置の仕方で微小角度領域において随意に変化させることができ、例えばボールのピッチ円直径が数十ｍｍ程度の玉軸受を用いて、ピッチ円直径上で数十μｍ程度内輪が傾く程度の微小なみそすり運動を生じさせることができる。

また、以上の説明から明らかなように、ボールサイズを周方向に漸次相違させる玉軸受については、内輪とボールおよび外輪が軸方向に密着する必要があり、この玉軸受にはある程度の軸方向荷重を加える必要がある。従って本発明に用いる玉軸受としては、隙間の大きな深溝玉軸受でもいいが、この用途には請求項２に係る発明のようにアンギュラ玉軸受とすることが好ましい。

そして、請求項３に係る発明の一方向クラッチの組立方法では、以上のような微小なみそすり運動が可能な請求項１または２に係る発明のみそすり運動機構を用いて、軸に微小なみそすり運動を与えつつ、その軸により図４に例示した組立体３５０を内側部材３１とプーリ３２などの外側部材の間の環状空間Ｇに押し込むことにより、組立体３５０は比較的小さな押圧力のもとに環状空間Ｇ内に挿入することができる。

本発明のみそすり運動機構によると、軸を支持する２つの玉軸受のうちの少なくとも一方の玉軸受のボールのサイズを、周方向に漸次相違させるだけで、軸に与えた回転をみそすり運動に変換することができ、可及的にシンプルでコンパクトなみそすり運動機構が得られる。

また、本発明の一方向クラッチの組立方法によれば、内側部材と外側部材の間の環状空間内に、ローラ、保持器および付勢手段の組立体を微小なみそすり運動をする軸により押し込むので、比較的小さな押圧力により組立体を環状空間内に挿入することができ、保持器の破損や圧痕の発生といった不具合も生じることがなく、高い歩留りのもとに一方向クラッチを組み立てることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態のテストスタンドの断面図である。

ベース１上に複数本、例えば４本のガイド柱２が鉛直方向に沿って固定されており、この各ガイド柱２に、滑り軸受３を介して昇降部材４が摺動変位自在にガイドされている。ベース１と昇降部材４の間には、各ガイド柱２に沿って圧縮コイルばね５が設けられており、この各圧縮コイルばね５によって、常態時において昇降部材４は図示のようにガイド柱２の上端部近傍に位置するように構成されている。

昇降部材４には、鉛直方向に沿った軸６がアンギュラ玉軸受７を介して回動自在に支持されている。この軸６の上端側には、アンギュラ玉軸受８を介してカップ状の押圧部材９が相対回転自在に配置されていてる。また、軸６の下端部には、その軸線上に位置する円柱状のガイド部６ａと、その周囲の円筒状の押圧部６ｂが一体に形成されている。ガイド部６ａは後述するワークＷの内側部材３１の内周面に若干の隙間をもって嵌まり込む直径とされ、押圧部６ｂは同じく後述する組立体３５０の端面部分を押圧する直径並びに厚さを有している。

以上の各アンギュラ玉軸受のうち、下側のアンギュラ玉軸受７は、その外輪７ａが昇降部材４にねじ止めされた外輪支持部材１０に嵌合固定されており、このアンギュラ玉軸受７の内輪７ｂは軸６に圧入固定されている。また、上側のアンギュラ玉軸受８は、その外輪８ａが押圧部材９に嵌合固定され、内輪８ｂは軸６に圧入固定されている。また、軸６には、上下のアンギュラ玉軸受７，８の間に水平方向に沿った回転アーム１１が取り付けられており、この回転アーム１１を軸６の回りに回すことによって当該軸６が回転するように構成されている。

上記した上下のアンギュラ玉軸受７，８のうち、少なくともいずれか一方、例えば下側のアンギュラ玉軸受７は、そのボール７ｃのサイズが、周方向に漸次相違している。その例を図２（Ａ），（Ｂ）に模式的に示す。この図２（Ａ），（Ｂ）に示している数値は、各ボール７ｃの相対的な直径差を示している。すなわち、０は当該アンギュラ玉軸受７で用いられる標準的な直径を示し、他の数値はその標準的なボールに対する直径差をμｍ単位で示している。図２（Ａ）では、１２個のボールを用いて、互いに対向する位置のボールを０（標準的な直径）とし、その２つのボールから両側に向けて５μｍずつボールサイズを大きくもしくは小さくし、最大で±１５μｍの直径差を付している。図２（Ｂ）では、同じく１２個のボールを用いて、１つのボールを０（標準的な直径）とし、一方側に向けて５μｍずつボールサイズを大きくし、他方側には５μｍずつボールサイズを小さくし、−３０μｍ〜＋２５μｍの直径差を設けている。

下側のアンギュラ玉軸受７を、例えば図２（Ａ）のボール配置として、外輪７ａを水平に固定し、この外輪７ａと内輪７ｂおよび各ボール７ｃが相互に密着するように鉛直方向に押圧すれば、内輪７ｂは＋１５μｍのボール側が高く、−１５μｍのボール側が低くなった状態で傾き、それに伴って内輪７ｂが嵌合固定されている軸６が傾く。その状態で回転アーム１１を操作して軸６に回転を与えると、下側のアンギュラ玉軸受７の各ボール７ｃの公転によりこれらの各ボール７ｃの位置が周方向に変化する結果、内輪７ｂ並びに軸６の傾き方向が回転位相に従って次第に変化する結果、軸６はみそすり運動をする。

さて、ベース１の上面には、軸６と同軸上にワーク支持台１２が配設されており、このワーク支持台１２の上に、図３に例示した一方向クラッチのうち、組立体３５０を組付ける前の状態のワークＷ、つまり内側部材３１とプーリ３２とが玉軸受３３を介して一体化されたワークＷが載せられる。そして、図４に例示した組立体３５０を内側部材３１とプーリ３２の間の環状空間Ｇの上端部に載せた状態で、押圧部材１０を介して軸６に鉛直下向きの力Ｆを加えつつ、回転アーム１１を介して軸６を回転させる。これにより、軸６はみそすり運動をしながら、ガイド部６ａが内側部材３１の内周に入り込むと同時に、押圧部６ｂがみそすり運動しつつ組立体３５０の端面を押圧する。これにより、組立体３５０内のローラ３５１は適宜にバネ３５３の付勢力に抗して広い空間側に移動し、小さな押圧力ＦのもとにワークＷの環状空間Ｇ内に入り込み、簡単かつ再現性よく組立体３５０を内側部材３１とプーリ３２の間に組み付けることができる。

なお、回転アーム１１は手動により操作してもよいし、あるいは適当な伝達機構を用いてモータにより回転駆動してもよい。また、回転アーム１１に代えてプーリ等を配置してモータの回転を伝達することもできる。

また、以上の実施の形態では、上下２つのアンギュラ玉軸受７，８のうち下側のアンギュラ玉軸受７のボール７ｃのサイズを周方向に漸次相違させた例を示したが、上側のアンギュラ玉軸受８のボールのサイズを周方向に漸次相違させてもよいし、上下双方のアンギュラ玉軸受７，８のボールのサイズを周方向に漸次相違させてもよい。ただし、上下双方のボールサイズを相違させる場合、上下の各軸受７，８内のボールサイズの位相が互いに反対とならないようにする必要があり、最も好ましくは最大径のボール位置が上下の各軸受７，８で同位相に位置するように組み込むとよい。

また、本発明のみそすり運動機構を用いて組み込む一方向クラッチとしては、上記したプーリに組み込まれるもののほか、内側部材と外側部材とを組み合わせた後に、これらの間に形成される環状空間内に、ローラ、保持器および付勢手段を組み合わせた組立体を挿入する必要のある任意の構造のものを挙げることができる。

更に、本発明のみそすり運動機構は、以上のような一方向クラッチの組立工程のほか、他の任意の工程や機器に採用し得ることは勿論である。

本発明の実施の形態のテストスタンドの断面図である。 （Ａ），（Ｂ）はいずれも図１の実施の形態の下側のアンギュラ玉軸受７の各ボール７ｃのサイズの例を示す模式図である。 一方向クラッチを組み込んだプーリの構成例を示す図で、（Ａ）は軸平行断面図で、（Ｂ）は部分拡大軸直交断面図である。 図３における内側部材３１とプーリ３２の間に組付けられる一方向クラッチの組立体の構成例を示す図で、（Ａ）は軸平行断面図で、（Ｂ）は部分軸直交断面図である。

符号の説明

１ ベース
２ ガイド柱
３ 滑り軸受
４ 昇降部材
５ 圧縮コイルばね
６ 軸
６ａ ガイド部
６ｂ 押圧部
７ アンギュラ玉軸受（下側）
７ａ 外輪
７ｂ 内輪
７ｃ ボール
８ アンギュラ玉軸受（上側）
９ 押圧部材
１０ 外輪支持部材
１１ 回転アーム
Ｗ ワーク
３１ 内側部材
３２ プーリ（外側部材）
３３ 玉軸受
３５０ 組立体
３５１ ローラ
３５２ 保持器
３５３ バネ

Claims (3)

1. 軸に対する入力回転運動を当該軸のみそすり運動に変換して出力するみそすり運動機構であって、
   外部から回転が与えられる軸と、その軸を回転自在に支持すべく内輪が当該軸に、外輪がハウジング側に固定された２つの玉軸受を備えるとともに、その各玉軸受のうちの少なくとも一方の玉軸受について、上記内輪と外輪の間に周方向に所定の間隔で配置されている複数のボールの各サイズが、周方向に漸次相違していることを特徴とするみそすり運動機構。
2. 上記玉軸受がアンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１に記載のみそすり運動機構。
3. 径方向内側と外側に配置される内側部材と外側部材の間に形成される環状空間に、複数のローラが保持器により周方向に所定の間隔で保持された状態で配置され、かつ、これらの各ローラは保持器に設けられた付勢手段により周方向一定の向きに付勢されているとともに、上記内側部材の外周面および外側部材の内周面が、上記各ローラに対応して周方向複数箇所で上記環状空間が周方向一方向へ向けて狭くなるくさび状の空間となるようにカム面が形成されてなる一方向クラッチを組み立てる方法であって、
   上記内側部材と外側部材をこれらの間に環状空間が形成されるように配置した状態で、保持器に各ローラおよび付勢手段を組み込んでなる組立体を、上記環状空間内にその一端側から挿入して組み付けるに当たり、請求項１または２に記載のみそすり運動機構の軸をみそすり運動させながら、その軸により上記組立体の他端側を押圧することを特徴とする一方向クラッチの組立方法。

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