JP2006322476A - 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１７を組込み、そのクラッチばね１７をプーリ１の内周のクラッチ面１６に弾性接触する。クラッチばね１７の一端のコイル部１７ａ端末にトルク伝達用突部１８を設ける。プーリハブ２に上記トルク伝達用突部１８と周方向で対向する金属製の突出部１４ａを設ける。プーリ１の一方向の回転時にクラッチばね１７をクラッチ面１６との接触により拡径させると共に、トルク伝達用突部１８を突出部１４ａのテーパ面１９に沿って径方向外方に移動させて一端のコイル部１７ａ外周をクラッチ面１６に弾性接触させ、コイル部１７ａに折れ曲がり部が形成されるのを防止してトルク伝達用突部１８から突出部１４ａにトルクを伝達する。
【選択図】図２

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。

特許文献１には、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提案されている。

図１０乃至図１２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５０とその内側に組込まれたプーリハブ５１との間に断面が角形の線材からなるクラッチばね５２を組込み、そのクラッチばね５２の外周をプーリ５０の内周に形成された円筒形のクラッチ面５３に弾性接触し、クラッチばね５２の一端のコイル部５２ａ端末をプーリハブ５１に係止し、上記プーリ５０の一方向への回転時にクラッチばね５２を拡径させてクラッチ面５３に対する係合力を強め、そのクラッチばね５２を介してプーリ５０の回転をプーリハブ５１に伝達するようにしている。

また、プーリハブ５１の回転速度がプーリ５０の回転速度を上回った場合に、クラッチばね５２を縮径させ、プーリ５０のクラッチ面５３とクラッチばね５２の接触部で滑りを生じさせてプーリ５０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５１の端部に形成されたうず巻き溝５４内にクラッチばね５２の一端のコイル部５２ａを挿入してプーリハブ５１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１２に示すように、クラッチばね５２の前記うず巻き溝５４の入口部と対応する位置に折れ曲がり部５５が形成されるようになり、その折れ曲がり部５５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５５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、この発明においては、円筒状のクラッチ面を内周に有する入力部材と、その入力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部材と、前記入力部材と出力部材間に組込まれて前記クラッチ面に外周面が弾性接触するクラッチばねとから成り、前記入力部材の一方向の回転時にクラッチ面との接触によりクラッチばねを拡径させて入力部材から出力部材へ回転トルクを伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、前記出力部材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してクラッチばねの拡径時にコイル部端末を拡径方向に接触案内する突出部を設け、その突出部とコイル部端末の接触を金属同士の接触とした構成を採用したのである。

ここで、前記クラッチばねの一端のコイル部端末にトルク伝達用突部をその外周面がクラッチばねの外周面とほぼ一致するよう設けると、突出部に対するコイル部端末の接触面積の増大を図ることができるため、突出部とコイル部端末の接触部の面圧を低下させることができ、上記接触部の摩耗を低減することができる。

トルク伝達用突部から突出部に回転トルクを伝達するスプリングクラッチにおいて、そのトルク伝達用突部と突出部の対向面をトルク伝達方向に倒れるテーパ面とすると、クラッチばねの拡径時に、トルク伝達用突部を径方向にスムーズに移動させることができる。

また、トルク伝達用突部の幅寸法をクラッチばねの形成材料である断面角形の線材の幅寸法より大きくすることにより、突出部とコイル端末の接触部の面圧をより低減させることができ、上記接触部での摩耗をより低減することができる。

さらに、突出部及びコイル部端末を、熱処理等によって表面硬さを向上させることで、上記接触部での摩耗をより低減できる。

この発明に係るスプリングクラッチにおいて、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一端のコイル部端末が突出部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一端のコイル部端末が出力部材に引きずられてもコイル部端末は突出部からあまり離反しないため、入力部材が出力部材の回転速度を再び上回った場合に、クラッチばねの一端のコイル部端末は突出部に直ちにトルク係合することになり、クラッチばねの一端のコイル部端末から出力部材に素速くトルクを伝達することができる。

上記係合手段として、クラッチばねの一端のコイル部端末に設けられた前記トルク伝達用突部と、出力部材の外周に形成されて前記トルク伝達用突部が嵌合される切欠部とからなるものを採用することができる。

上記のように、出力部材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突出部を設け、その突出部によってクラッチばねの拡径によるトルク伝達時にコイル部端末を出力部材の径方向外方に向けて接触案内するようにしたので、入力部材が一方向に回転してクラッチばねが拡径するトルク伝達時にコイル部端末は突出部に沿って径方向外方に移動し、上記コイル部の外周がクラッチ面に密着する状態でコイル部端末から突出部にトルクを伝達することになる。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。

また、突出部とクラッチばねの一端のコイル部端末を金属同士の接触としたことにより、接触面での摩耗を抑制することができる。

以下、この発明の実施の形態を図１乃至図９に基づいて説明する。図１に示すように、入力部材としてのプーリ１の内側には出力部材としてのプーリハブ２が組込まれている。

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とから成り、上記出力軸２ａは両端に小径部３、４を有し、一端の小径部３の外周とプーリ１の一端部内周間にプーリ１とプーリハブ２を相対的に回転自在に支持する片シール軸受５が組込まれている。

また、他端の小径部４の外周にはプーリ１の他端部内周に取付けられたシール部材６の内径部が弾性接触している。

スリーブ２ｂは合成樹脂の成形品から成る。このスリーブ２ｂは出力軸２ａの外周に圧入され、シール部材６側の端部内周には環状突出部７が形成されている。環状突出部７は出力軸２ａの他端部外周に形成された肩部８と出力軸２ａの小径部４の外周に取付けた止め輪９とによって軸方向に非可動とされている。

また、スリーブ２ｂの両端部外周には一対の鍔１０、１１が形成され、その一対の鍔１０、１１間がグリース溜り１２とされている。一対の鍔１０、１１は外径が相違し、シール部材６側の大径鍔１０の外径はプーリ１の内径より少し小径とされ、その大径鍔１０の外径面はプーリ１と出力軸２ａとを相対的に回転自在に支持するラジアル軸受面１２とされている。

片シール軸受５側の小径鍔１１は大径鍔１０より幅広とされている。図２および図４に示すように、小径鍔１１には片シール軸受５と対向する側面に一対の嵌合凹部１３が１８０°の間隔をおいて形成されている。一方、出力軸２ａの片シール軸受５側の端部外周には各嵌合凹部１３に嵌合される一対の突出部１４ａ、１４ｂが１８０°の間隔をおいて設けられ、その突出部１４ａ、１４ｂと嵌合凹部１３の嵌合によってスリーブ２ｂは出力軸２ａに回り止めされている。

一対の突出部１４ａ、１４ｂは長さが相違し、長さの長い突出部１４ａの先端部は小径鍔１１の外径面より外方に位置してその外周がプーリ１の内周に近接している。

また、小径鍔１１の外径面には長さの長い突出部１４ａが嵌合された嵌合凹部１３から周方向に延びる切欠部１５が設けられている。

図１に示すように、プーリ１の内周には、片シール軸受５とシール部材６間に円筒状のクラッチ面１６が形成され、そのクラッチ面１６の内側にクラッチばね１７が設けられている。

クラッチばね１７は断面が角形の線材から成り、そのクラッチばね１７は自然状態でクラッチ面１６の内径より大径とされ、縮径された状態でプーリ１内に組込まれて外周面がクラッチ面１６と弾性接触している。

図２乃至図４に示すように、クラッチばね１７の一端のコイル部１７ａにおける端末部はやや内方向にうず巻状に折曲げられ、その端末にクラッチばね１７を形成する線材より幅広の金属から成るトルク伝達用突部１８が設けられている。トルク伝達用突部１８はスリーブ２ｂの外径面に形成された切欠部１５内に嵌合されて突出部１４ａと周方向で対向している。

突出部１４ａのトルク伝達用突部１８の先端面と対向する側面はテーパ面１９とされ、一方、トルク伝達用突部１８の突出部１４ａと対向する先端面も上記テーパ面１９に適合するテーパ面２０とされている。

トルク伝達用突部１８と切欠部１５は、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オーバーラン時にコイル部１７ａの端末が突出部１４ａから離反する方向に移動するのを防止する係合手段２１を形成している。

図１に示すように、片シール軸受５とスリーブ２ｂの一端部外周に形成された肩部２２間には位置決めリング２３が設けられている。位置決めリング２３の外周には位置決め片２４が設けられ、その位置決め片２４はトルク伝達用突部１８の側面に当接しており、上記位置決め片２４とスリーブ２ｂの大径鍔１０とによってクラッチばね１７は軸方向に位置決めされている。

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とクランク軸上のプーリ間にかけ渡さ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２の矢印で示す方向に回転すると、クラッチばね１７がクラッチ面１６との接触により拡径して、クラッチ面１６に対する圧接係合力が増大する。このとき、クラッチばね１７の一端のトルク伝達用突部１８は突出部１４ａのテーパ面１９に沿って半径方向外方にスムーズに摺動し、クラッチばね１７の一端のコイル部１７ａの外周面がプーリ１のクラッチ面１６に圧接すると共に、トルク伝達用突部１８から突出部１４ａに回転トルクが伝達され、プーリハブ２がプーリ１と同方向に回転する。

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１７の一端のコイル部１７ａはその外周面がクラッチ面１６に圧接する状態で突出部１４ａに回転トルクを伝達するため、コイル部１７ａ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１７ａ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。

また、突出部１４ａとトルク伝達用突部１８との接触が金属同士の接触であるため、接触面の摩耗を抑制することができる。

さらに、突出部１４ａとトルク伝達用突部１８を、熱処理等によって表面硬さを向上させることで、接触面の摩耗をより低減できる。

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、切欠部１５とトルク伝達用突部１８との係合により、クラッチばね１７の一端のコイル部１７ａが引きずられ、コイル部１７ａ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２に示すように、クラッチ面１６から離れると共に、クラッチばね１７が縮径し、そのクラッチばね１７とクラッチ面１６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の１回転速度を上回っても、切欠部１５とトルク伝達用突部１８の係合によって、そのトルク伝達用突部１８は突出部１４ａから離れないため、プーリ１の回転速度がプーリハブ２の回転速度を上回ると、トルク伝達用突部１８は突出部１４ａのテーパ面１９を直ちに押圧することになり、プーリハブ２に対して回転トルクを素速く伝達することができる。

図２に示す例においては、出力軸２ａの端部外周に長さが異なる一対の突出部１４ａ、１４ｂを設けたが、長さの短い突出部１４ｂを省略してもよい。

また、クラッチばね１７の一端のコイル部１７ａの端末にトルク伝達用突部１８を一体に設けたが、トルク伝達用突部１８を省略してコイル部１７ａの端末を突出部１４ａに直接接触させるようにしてもよく、あるいは、クラッチばね１７と別体の金属製のトルク伝達用突部１８をコイル部１７ａ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１７ａの端末にトルク伝達用突部１８を成形する方法を採用することができる。

さらに、トルク伝達用突部１８はクラッチばね１７の一端のコイル部端末に結合手段３０を介して連結してもよい。

図５乃至図９は結合手段３０の各例を示している。図５（Ｉ）、（II）では、トルク伝達用突部１８の外周前後にクラッチばね１７の形成用線材の板厚に相当する段差を設け、その後部側の低段面３１に両側方向に延びる突条３２を設け、その突条３２をコイル部１７ａの内面に形成された係合溝３３に嵌合している。

図６（Ｉ）、（II）では、トルク伝達用突部１８の外周に形成された低段面３１の両側に一対の突起３４を設け、各突起３４をコイル部１７ａの両側に形成された切欠部３５に嵌合している。

図７では、トルク伝達用突部１８の外周に形成された低段面３１の一側に突起３６を設け、その突起３６をコイル部１７ａの一側に形成された切欠部３７に嵌合するようにしている。

図８（Ｉ）、（II）では、トルク伝達用突部１８の外周に形成された低段面３１にピン３８を突設し、そのピン３８をコイル部１７に形成されたピン孔３９に挿入するようにしている。

図９（Ｉ）、（II）では、トルク伝達用突部１８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４０を設け、トルク伝達用突部１８の下面側からその段付き孔４０に頭部付きピン４１を圧入し、低段面３１上に突出する頭部付きピン４１の先端部をコイル部１７ａに形成されたピン孔４２に挿入するようにしている。

実施の形態では、スリーブ２ｂを合成樹脂の成形品としたが、出力軸２ａと同等の金属により形成してもよい。また、スリーブ２ｂは省略してもよい。

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２に示すスリーブとクラッチばねの一端のコイル部端末の係合部を示す平面図 図３の斜視図 （Ｉ）はトルク伝達用突部とコイル部端末の結合手段の一例を示す平面図、（II）は（Ｉ）の正面図 （Ｉ）はトルク伝達用突部とコイル部端末の結合手段の他の例を示す平面図、（II）は（Ｉ）の正面図 トルク伝達用突部とコイル部端末の結合手段の他の例を示す平面図 （Ｉ）はトルク伝達用突部とコイル部端末の結合手段の他の例を示す平面図、（II）は（Ｉ）の一部切欠正面図 （Ｉ）はトルク伝達用突部とコイル部端末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 従来のスプリングクラッチを示す縦断正面図 図１０のXI−XI線に沿った断面図 図１０に示すスプリングクラッチの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
１３ 嵌合凹部
１４ａ 突出部
１５ 切欠部
１６ クラッチ面
１７ クラッチばね
１７ａ コイル部
１８ トルク伝達用突部
１９ テーパ面

Claims (7)

1. 円筒状のクラッチ面を内周に有する入力部材と、その入力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部材と、前記入力部材と出力部材間に組込まれて前記クラッチ面に外周面が弾性接触するクラッチばねとから成り、前記入力部材の一方向の回転時にクラッチ面との接触によりクラッチばねを拡径させて入力部材から出力部材へ回転トルクを伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、前記出力部材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してクラッチばねの拡径時にコイル部端末を拡径方向に接触案内する突出部を設け、その突出部とコイル部端末の接触を金属同士の接触としたことを特徴とするスプリングクラッチ。
2. 前記突出部及びコイル部端末を、熱処理等によって表面硬さを向上させたことを特徴とする請求項１に記載のスプリングクラッチ。
3. 前記クラッチばねの一端のコイル部端末にトルク伝達用突部をその外周面がクラッチばねの外周面とほぼ一致するよう設けた請求項１又は２に記載のスプリングクラッチ。
4. 前記トルク伝達用突部と突出部の対向面をトルク伝達方向に倒れるテーパ面とした請求項３に記載のスプリングクラッチ。
5. 前記トルク伝達用突部の幅寸法をクラッチばねの形成材料である断面角形の線材の幅寸法より大きくした請求項３又は４に記載のスプリングクラッチ。
6. 前記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一端のコイル部端末が突出部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乃至５のいずれかに記載のスプリングクラッチ。
7. 前記係合手段が、クラッチばねの一端のコイル部端末に設けられた前記トルク伝達用突部と、出力部材の外周に形成されて前記トルク伝達用突部が嵌合される切欠部とからなる請求項６に記載のスプリングクラッチ。

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