JP2006312985A - スプリングクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチばねが疲労によって折損するのを防止することができるようにしたスプリングクラッチを提供することである。
【解決手段】プーリ１とプーリハブ２との間にクラッチばね１３を組込み、そのクラッチばね１３の外周をプーリ１の内周に形成された円筒形のクラッチ面１２に弾性接触する。クラッチばね１３の一端のコイル部１３ａの端末をプーリハブ２の外周に設けられたトルク伝達面１５に当接し、そのコイル部１３ａの端末からトルク伝達面１５に回転トルクを伝達してコイル部１３ａに折れ曲がり部が形成されるのを防止し、耐久性の向上を図る。
【選択図】図４

Description

この発明は、入力部材と出力部材間に組込まれたクラッチばねによって入力部材と出力部材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関するものである。

一般に、エンジンのクランク軸の回転をベルト伝動装置によってエンジン補機の回転軸に伝えるようにした補機駆動装置においては、エンジンを急減速した場合、エンジン補機の回転軸に取付けられたプーリも同様に急減速しようとする。このとき、エンジン補機がオルタネータの場合、そのオルタネータの回転軸は慣性力が大きいため、エンジンが急減速されても回転軸は急減速されることはなく、その回転軸上に取付けられたプーリは一定の速度で回り続けようとする。

この場合、クランク軸上のプーリとオルタネータの回転軸上のプーリ間に大きな回転速度差が生じ、ベルトの張力が増大して破損し易くなる。

また、クランク軸は１回転中において角速度が変化しており、その角速度変動に起因してプーリとベルトの間で滑りを生じ、その滑りによってベルトが摩耗し、耐久性が低下することになる。

そのような不都合を解消することができるようにしたクラッチプーリ装置が既に提案されてている（特許文献１参照）。

図１９乃至図２１は上記特許文献１に記載され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、プーリ４０とその内側に組込まれたプーリハブ４１との間に断面が角形の線材から成るクラッチばね４２を組込み、そのクラッチばね４２の外周をプーリ４０の内周に形成された円筒形のクラッチ面４３に弾性接触し、クラッチばね４２の一端のコイル部端末をプーリハブ４１に係止し、上記プーリ４０の一方向への回転時にクラッチばね４２を拡径させてクラッチ面４３に対する係合力を強め、そのクラッチばね４２を介してプーリ４０の回転をプーリハブ４１に伝達するようにしている。

また、プーリハブ４１の回転速度がプーリ４０の回転速度を上回った場合に、クラッチばね４２を縮径させ、プーリ４０のクラッチ面４３とクラッチばね４２の接触部で滑りを生じさせてプーリ４０をフリー回転させるようにしている。
特開２００３−３２２１７４号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたクラッチプーリ装置においては、プーリハブ４１の端部に形成されたうず巻き溝４４内にクラッチばね４２の一端のコイル部４２ａを挿入してプーリハブ４１に係止する構造であるため、トルク伝達時の変形モードは、図２１に示すように、クラッチばね４２の前記うず巻き溝４４の入口部と対応する位置に折れ曲がり部４５が形成されるようになり、その折れ曲がり部４５に伝達トルクが集中して大きな応力が発生する。このため、伝達トルクが繰り返し負荷された場合に、上記折れ曲がり部４５が疲労により折損するおそれがあり、耐久性を向上させるうえにおいて改善すべき点が残されていた。

この発明の課題は、クラッチばねが疲労によって折損するのを防止することができるように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、第１の発明においては、入力部材の内側に樹脂製のスリーブを外周に有する出力部材を組込んで相対的に回転自在に支持し、前記入力部材とスリーブとの間にクラッチばねを組込み、そのクラッチばねの外周を入力部材の内周に形成された円筒形のクラッチ面に弾性接触し、前記スリーブの外周には、トルク伝達時にクラッチばねの一端のコイル部端末と出力部材の周方向で対向・接触してコイル部端末の拡径方向への移動を案内するトルク伝達面を設けた構成を採用したのである。

ここで、前記スリーブとクラッチばねの一端のコイル部間に、スプリングクラッチの空転時において、コイル部端末のクラッチばね縮径方向への移動を案内すると共に、コイル部端末がトルク伝達面から離反する方向に移動するのを防止する係合手段を設けると、出力部材の回転速度が入力部材の回転速度を上回るオーバーラン時にクラッチばねのコイル部端末が出力部材に引きずられてもトルク伝達面からあまり離反しないため、入力部材に再びトルクが負荷されることで入力部材の回転速度が出力部材の回転速度を上回ったとしても、素早くクラッチばねを介してトルクを伝達することができる。

上記係合手段は、スリーブの外周に設けた突起をクラッチばねの一端のコイル部の側部に形成された切欠部に挿入するようにしたものであってもよく、あるいは、スリーブの外周に設けられたピンをクラッチばねの一端のコイル部に形成されたピン孔に挿入するようにしたものであってもよい。また、スリーブの外周に軸方向に延びる突条を設け、その突条をクラッチばねの一端のコイル部の内周面に形成された係合溝に挿入するようにしたものであってもよい。

この発明に係るスプリングクラッチにおいて、トルク伝達面をトルク伝達される出力部材の回転方向前側に向けて倒れる傾斜状とすると、トルク伝達時にクラッチばねの一端のコイル部端末を出力部材の径方向外方にスムーズに移動させることができ、特許文献１に記載のクラッチプーリ装置のように、トルク伝達時にクラッチばねに折れ曲がり部が形成されにくくなるため、クラッチばねの疲労による破損が発生しにくくなる。

前記の課題を解決するために、第２の発明においては、入力部材の内側に樹脂製のスリーブを外周に有する出力部材を組込んで相対的に回転自在に支持し、前記入力部材とスリーブとの間にクラッチばねを組込み、そのクラッチばねの外周を入力部材の内周に形成された円筒形のクラッチ面に弾性接触し、クラッチばねの一端のコイル部端末にコイル部より厚肉の係合ピースをその外周がコイル部の外周とほぼ同一面を形成するよう設け、前記スリーブの外周には係合ピースが嵌合される嵌合凹部を形成し、その嵌合凹部の前記係合ピースの全面と対向する前側面を、トルク伝達時に係合ピースのクラッチばね拡径方向への移動を案内するトルク伝達面とした構成を採用したのである。

第２の発明に係るスプリングクラッチにおいて、係合ピースは、クラッチばねの一端のコイル部端末に溶接やロウ付け等の手段によって固着されたものであってもよく、あるいは、結合手段を介して連結されたものであってもよい。

上記結合手段は、係合ピースの外周に設けた突起をクラッチばねの一端のコイル部の側部に形成された切欠部に挿入するようにしたものであってもよく、あるいは、係合ピースの外周に設けられたピンをクラッチばねの一端のコイル部に形成されたピン孔に挿入するようにしたものであってもよい。また、係合ピースの外周に軸方向に延びる突条を設け、その突条をクラッチばねの一端のコイル部の内周面に形成された係合溝に挿入するようにしたものであってもよい。

上記第２の発明に係るスプリングクラッチにおいて、スリーブのトルク伝達面および係合ピースの前側面を、トルク負荷時に係合ピースがクラッチばねの拡径方向へ移動し易いよう傾斜面としてもよい。

また、上記第２の発明に係るスプリングクラッチにおいて、係合ピースの後側とこれに対向する嵌合凹部の後側面を係合ピースの前側の傾斜面と同方向に傾斜する傾斜状とすると、出力部材の回転速度が入力部材の回転速度を上回るオーバーラン時に係合ピースの後側の傾斜面は嵌合凹部の後側の傾斜面に案内されて出力部材の径方向内方にスムーズに移動することになる。このため、オーバーラン時には、クラッチばねの引き摺り抵抗を小さくすることができる。

第１の発明のように、スリーブの外周にクラッチばねの一端のコイル部端末と周方向で対向するトルク伝達面を形成したことにより、入力部材がクラッチ係合方向に回転してクラッチばねが拡径するとき、一端のコイル部端末はトルク伝達面に沿って出力部材の径方向外方に移動し、外周面がクラッチ面に圧接する状態でコイル部端末からトルク伝達面に回転トルクを伝達する。

このため、コイル部に折れ曲がり部が形成されることはなく、クラッチばねの疲労による破損を防止し、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。

第２の発明においても第１の発明と同様に回転トルクの伝達時に、クラッチばねの一端のコイル部外周をクラッチ面に圧接させることができ、クラッチばねの疲労による破損を防止し、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１乃至図１８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の第１の実施形態を示す。図示のように、スプリングクラッチは、入力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部材としてのプーリハブ２とを有し、上記プーリハブ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は合成樹脂の成形品から成り、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、その片シール軸受８とスリーブ２ｂの対向面間に環状プレート９が組込まれている。また、上記環状空間の他端の開口はシール部材１０によって密封され、そのシール部材１０と環状プレート９間にグリース封入空間１１が形成されている。

プーリ１の上記グリース封入空間１１と対向する内周には円筒形のクラッチ面１２が形成されている。一方、グリース封入空間１１内にはコイルスプリングから成るクラッチばね１３が組込まれている。

クラッチばね１３は、断面が角形の線材から成り、そのクラッチばね１３は自然状態で外径がクラッチ面１２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１１内に組込まれて、外周面がクラッチ面１２に弾性接触している。

クラッチばね１３の片シール軸受８側の一端のコイル部１３ａは図２および図４に示すように、内方向にうず巻き状に折曲げられて端末部がスリーブ２ｂの鍔３ａに形成された切欠部１４内に配置されている。切欠部１４の上記コイル部１３ａの端末と対向する端面はトルク伝達面１５とされ、そのトルク伝達面１５にコイル部１３ａの端末が当接している。

図４（Ｉ）、（II）に示すように、スリーブ２ｂとクラッチばね１３の一端のコイル部１３ａの相互間には、コイル部端末のスリーブ径方向への移動を可能とすると共に、コイル部端末がトルク伝達面１５から離反する方向に移動するのを防止する係合手段１６が設けられている。

係合手段１６はスリーブ２ｂの外周にスリーブ軸方向で対向する一対の突起１７を設け、その一対の突起１７をコイル部１３ａの両側に形成された切欠部１８に挿入した構成とされ、上記突起１７はコイル部１３ａの外周とクラッチ面１２間に形成された間隙δより大きい長さとされている。また、切欠部１８と突起１７間にはコイル部１３ａの端末がクラッチ面１２に当接する位置まで移動し得るだけの遊びが設けられている。

上記の構成から成るスプリングクラッチにおいて、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の外周にかけられたベルトを介してクランク軸の回転をプーリ１に伝達する。

上記のような使用状態において、クランク軸の回転がプーリ１に伝達され、そのプーリ１が図４（Ｉ）の矢印で示す方向に回転すると、クラッチばね１３がクラッチ面１２との接触により拡径して、クラッチ面１２に対する圧接係合力が増大する。このとき、クラッチばね１３の一端のコイル部１３ａ端末はトルク伝達面１５に接触する状態を保ってスリーブ２ｂの径方向外方に移動し、図４（III ）に示すように、外周面がクラッチ面１２に圧接する状態でコイル部１３ａの端末からトルク伝達面１５に回転トルクが伝達され、プーリハブ２が回転する。

このように、プーリ１からプーリハブ２への回転トルクの伝達時、クラッチばね１３の一端のコイル部１３ａはその外周面がクラッチ面１２に圧接する状態でトルク伝達面１５に回転トルクを伝達するため、コイル部１３ａに折れ曲がり部が形成されることはない。このため、回転トルクの伝達と遮断とが繰り返し行なわれてもコイル部１３ａは疲労によって破損することはなく、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。

プーリ１からプーリハブ２への回転トルクの伝達状態において、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、突起１７と切欠部１８の係合によりクラッチばね１３のコイル部１３ａが引きずられ、コイル部１３ａは自己の復元弾性によりスリーブ２ｂの径方向内方に移動して、図４（Ｉ）に示すように、クラッチ面１２から離れると共に、クラッチばね１３が縮径し、そのクラッチばね１３とプーリ１との接触部で滑りが生じてプーリ１がフリー回転し、プーリ１からプーリハブ２への回転伝達が遮断される。

このように、プーリハブ２の回転速度がプーリ１の回転速度を上回っても、突起１７と切欠部１８の係合により、コイル部１３ａ端末はトルク伝達面１５から大きく離れないため、再びトルクが伝達された場合、すばやくコイル部１３ａ端末とトルク伝達面１５が接触する。

図５乃至図７は係合手段１６の他の例を示している。図５に示す係合手段１６はスリーブ２ｂの外周に単一の突起１９を設け、その突起１９をコイル部１３ａの一側に形成された切欠部２０に挿入している。

図６に示す係合手段１６は、スリーブ２ｂの外周にピン２１を突設し、そのピン２１をコイル部１３ａの端末部に形成されたピン孔２２に挿入している。

図７（Ｉ）、（II）に示す係合手段１６は、スリーブ２ｂの外周にスリーブ軸方向に延びる突条２３を設け、その突条２３をコイル部１３ａの内周面に形成された係合溝２４に挿入している。

上記いずれの係合手段１６も、コイル部１３ａの端末がトルク伝達面１５に接触する状態を保ってその端末部がクラッチ面１２に当接する位置まで移動し得るだけの遊びが設けられている。

図８は、この発明に係るスプリングクラッチの第２の実施形態を示している。この実施形態では、スリーブ２ｂの外周に形成されたトルク伝達面１５をトルク伝達時のスリーブ２ｂの回転方向前側に向けて倒れる傾斜状としている点で第１の実施形態で示すスプリングクラッチと相違している。

第２の実施形態のように、トルク伝達面１５を傾斜状とすると、プーリ１からクラッチばね１３への回転トルクの伝達時に、クラッチばね１３の一端のコイル部１３ａ端末は傾斜状トルク伝達面１５に沿って滑らかに移動してコイル部１３ａの端末外周面がクラッチ面１２に接触し易くなる。

図９乃至図１１は、この発明に係るスプリングクラッチの第３の実施形態を示す。この実施形態では、クラッチばね１３の一端のコイル部１３ａ端末に、そのコイル部１３ａより厚肉の係合ピース２５をその外周がコイル部１３ａの外周とほぼ一致するよう設け、スリーブ２ｂの外周には上記係合ピース２５が嵌合される嵌合凹部２６を形成し、上記係合ピース２５の前側と、これに対向する嵌合凹部２６の前側に傾斜面２７、２８を形成し、嵌合凹部２６の傾斜面２８をトルク伝達面としている。

他の構成は図１に示す第１の実施形態と同一であるため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。

第３の実施形態で示すスプリングクラッチにおいても、プーリ１からクラッチばね１３への回転トルクの伝達時は、クラッチばね１３の一端のコイル部１３ａ端末は嵌合凹部２６の傾斜面２８に沿って滑らかに移動してクラッチ面１２に外周面が接触し、その接触状態でスリーブ２ｂに回転トルクを伝達するため、クラッチばね１３のコイル部１３ａが疲労によって破損することがなく、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。

また、プーリハブ２がプーリ１の回転速度を上回るオーバーラン時、嵌合凹部２６の後側面２９が係合ピース２５の後側面３０に係合してクラッチばね１３のコイル部１３ａを引きずるため、クラッチばね１３を直ちに縮径させることができる。この様に、厚肉の係合ピース２５を用いてトルクを伝達する傾斜面２７、２８の面積を大きくすることで、摩耗等を抑制することができる。

ここで、係合ピース２５はクラッチばね１３のコイル部１３ａ端末に一体化されたものであってもよく、あるいは、図１２に示すように、クラッチばね１３と別体の係合ピース２５をコイル部１３ａの端末に固着してもよい。固着に際しては、接着や溶着、あるいはコイル部１３ａ端末に係合ピース２５を成形する方法を採用することができ、その固着力を高めるため、コイル部１３ａの端末を折り曲げておくのが好ましい。

また、係合ピース２５は焼結金属を用いて成形し、溶接等の手段を用いてクラッチばね１３のコイル部１３ａ端末に固着することもできる。さらに、係合ピース２５とクラッチばね１３のコイル部１３ａ端末を結合手段Ｊを介して連結することもできる。

図１４乃至図１８は結合手段Ｊの各例を示している。図１４（Ｉ）、（II）では、係合ピース２５の外周前後にクラッチばね１３の板厚に相当する段差を設け、その後部側の低段面３１の両側に一対の突起３２を形成し、その突起３２をコイル部１３ａの両側に設けられた切欠部３３に挿入するようにしている。

図１５では、係合ピース２５の外周に形成された低段面３１の一側にのみ突起３２を形成し、その突起３２をコイル部１３ａの一側に形成された切欠部３３に挿入するようにしている。

図１６では、係合ピース２５の外周に形成された低段面３１に両側方向に延びる突条３４を設け、その突条３４をコイル部１３ａの内面に形成された係合溝３５に挿入するようにしている。

図１７では、係合ピース２５の外周に形成された低段面３１にピン３６を突設し、そのピン３６をコイル部１３ａに形成されたピン孔３７に挿入するようにしている。

図１８では、係合ピース２５の外周に形成された低段面３１に下面に貫通する段付き孔３８を設け、係合ピース２５の下面側からその段付き孔３８に頭部付きピン３９を圧入し、低段面３１上に突出するピン３９をコイル部１３ａに形成されたピン孔３７に挿入するようにしている。

図１３に示すように、係合ピース２５の後側面３０およびその後側面３０に対向する嵌合凹部２６の後側面２９を前側の傾斜面２７、２８と同方向に傾斜する傾斜状とすると、スリーブ２ｂの回転速度が、プーリ１の回転速度を上回るオーバーラン時に、クラッチばね１３のコイル部１３ａ端末をスリーブ２ｂの径方向内方にスムーズに形状復元させることができ、オーバーラン時の引き摺り抵抗を低減することができる。

この発明に係るスプリングクラッチの第１の実施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 （Ｉ）はスリーブとクラッチばねの連結部の拡大断面図、（II）は（Ｉ）の平面図、（III）はトルク伝達状態を示す断面図 スリーブとクラッチばねのコイル部間に設けられた係合手段の他の例を示す平面図 スリーブとクラッチばねのコイル部間に設けられた係合手段の他の例を示す平面図 （Ｉ）はスリーブとクラッチばねのコイル部間に設けられた係合手段のさらに他の例を示す平面図、（II）は（Ｉ）の正面図 この発明に係るスプリングクラッチの第２の実施形態を示すと共に、スリーブとクラッチばねの連結部のみを示す断面図 この発明に係るスプリングクラッチの第３の実施形態を示す断面図 図９のＸ−Ｘ線に沿った断面図 図１０の一部分を拡大して示す断面図 （Ｉ）は係合ピースをクラッチばねのコイル部端末に固着した状態の平面図、（II）は（Ｉ）の正面図 係合ピースの他の例を示す断面図 （Ｉ）は係合ピースとコイル部の結合手段の一例を示す平面図、（II）は（Ｉ）の正面図 係合ピースとコイル部の結合手段の他の例を示す平面図 （Ｉ）は係合ピースとコイル部の結合手段の他の例を示す平面図、（II）は（Ｉ）の正面図 （Ｉ）は係合ピースとコイル部の結合手段のさらに他の例を示す平面図、（II）は（Ｉ）の一部切欠正面図 係合ピースとコイル部の結合手段のさらに他の例を示す一部切欠正面図 従来のスプリングクラッチを示す縦断正面図 図１９のXX−XX線に沿った断面図 トルク伝達状態を示す拡大断面図

符号の説明

１ プーリ（入力部材）
２ プーリハブ（出力部材）
２ａ 出力軸
２ｂ スリーブ
１２ クラッチ面
１３ クラッチばね
１３ａ コイル部
１５ トルク伝達面
１６ 係合手段
１７ 突起
１８ 切欠部
１９ 突起
２０ 切欠部
２１ ピン
２２ ピン孔
２３ 突条
２４ 係合溝
２５ 係合ピース
２６ 嵌合凹部
２７、２８ 傾斜面
２９、３０ 後側面
Ｊ 結合手段

Claims (10)

1. 入力部材の内側に樹脂製のスリーブを外周に有する出力部材を組込んで相対的に回転自在に支持し、前記入力部材とスリーブとの間にクラッチばねを組込み、そのクラッチばねの外周を入力部材の内周に形成された円筒形のクラッチ面に弾性接触し、前記スリーブの外周には、トルク伝達時にクラッチばねの一端のコイル部端末と出力部材の周方向で対向・接触してコイル部端末の拡径方向への移動を案内するトルク伝達面を設けたスプリングクラッチ。
2. 前記スリーブとクラッチばねの一端のコイル部間に、スプリングクラッチの空転時において、コイル部端末のクラッチばね縮径方向への移動を案内すると共に、コイル部端末がトルク伝達面から離反する方向に移動するのを防止する係合手段を設けた請求項１に記載のスプリングクラッチ。
3. 前記係合手段が、スリーブの外周に設けられた突起と、クラッチばねの一端のコイル部の側部に設けられて上記突起が挿入される切欠部とから成る請求項２に記載のスプリングクラッチ。
4. 前記係合手段が、スリーブの外周に設けられたピンと、クラッチばねの一端のコイル部に形成されて上記ピンが挿入されるピン孔とから成る請求項２に記載のスプリングクラッチ。
5. 前記係合手段が、スリーブの外周に設けられた突条と、クラッチばねの一端のコイル部内周面に設けられて上記突条が挿入される係合溝とから成る請求項２に記載のスプリングクラッチ。
6. 前記トルク伝達面をトルク伝達される出力部材の回転方向前側に向けて倒れる傾斜状とした請求項１乃至５のいずれかに記載のスプリングクラッチ。
7. 入力部材の内側に樹脂製のスリーブを外周に有する出力部材を組込んで相対的に回転自在に支持し、前記入力部材とスリーブとの間にクラッチばねを組込み、そのクラッチばねの外周を入力部材の内周に形成された円筒形のクラッチ面に弾性接触し、クラッチばねの一端のコイル部端末にコイル部より厚肉の係合ピースをその外周がコイル部の外周とほぼ同一面を形成するよう設け、前記スリーブの外周には係合ピースが嵌合される嵌合凹部を形成し、その嵌合凹部の前記係合ピースの前面と対向する前側面を、トルク伝達時に係合ピースのクラッチばね拡径方向への移動を案内するトルク伝達面としたスプリングクラッチ。
8. 前記トルク伝達面を、トルク伝達される出力部材の回転方向前側に向けて倒れる傾斜状とした請求項７に記載のスプリングクラッチ。
9. 前記係合ピースの後側とこれに対向する嵌合凹部の後側面を、前記トルク伝達面と同方向に傾斜する傾斜面とした請求項７又は８に記載のスプリングクラッチ。
10. 前記係合ピースをクラッチばねと別体とし、その係合ピースとクラッチばねの一端のコイル部端末の相互間に結合手段を設けた請求項７乃至９のいずれかに記載のスプリングクラッチ。

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