JP2006349111A

JP2006349111A - 一方向クラッチおよびこの一方向クラッチを用いたクラッチ内蔵プーリ

Info

Publication number: JP2006349111A
Application number: JP2005178318A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yasui; 誠安井; Masakazu Domoto; 正和堂本
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-06-17
Filing date: 2005-06-17
Publication date: 2006-12-28

Abstract

【課題】係合子にローラを用いた一方向クラッチの耐久性を向上させる。
【解決手段】内輪１と外輪２の間にローラ３を噛み込ませて一方の回転方向のトルクのみを内輪１と外輪２の間で伝達する一方向クラッチにおいて、ローラ３を、外径が一定のストレート部３ａと、ストレート部３ａから連なってローラ端３ｃに向かって外径が次第に小さくなる縮径部３ｂとで構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、係合子にローラを用いた一方向クラッチおよびこのクラッチを用いたクラッチ内蔵プーリに関する。

自動車の補機、たとえばカーエアコンやオルタネータなどは、回転軸がエンジンのクランクシャフトにベルトで連結されており、そのベルトを介してエンジンで駆動される。このようにエンジンで駆動される補機の回転軸は、エンジンが減速したときでも慣性により同じ速度で回転を続けようとする。そのため、エンジンが急激に減速すると、補機の回転軸に取り付けられたプーリとベルトの間にスリップが生じ、ベルトが摩耗する。

このベルトの摩耗を防止するために、一方向クラッチを内蔵したプーリが補機の回転軸のプーリとして用いられる。このクラッチ内蔵プーリは、エンジンが補機を駆動する方向のトルクのみをベルトから回転軸に伝達し、反対方向のトルクの伝達を遮断する。そのため、エンジンを減速させたときに補機の慣性力がベルトに伝わらず、プーリとベルトの間にスリップが生じにくい。

このプーリに内蔵される一方向クラッチとして、内輪のカム面と外輪の円筒面の間に形成されるくさび空間にローラを設け、このローラを周方向に付勢するばねを保持器に取り付けたものが知られている（特許文献１）。この一方向クラッチは、内輪と外輪を一方の回転方向に相対回転させようとすると、内輪と外輪の間にローラが噛み込んでトルクを伝達する。また、内輪と外輪を他方の回転方向に相対回転させようとすると、ローラの噛み込みが解除されてトルクの伝達が遮断される。

この一方向クラッチには、近年、高い耐久性が求められるようになってきている。すなわち、自動車の補機、特にオルタネータが自動車の電機部品の増加に伴って大型化するとともに、自動車の低燃費化に伴ってエンジンの回転変動が大きくなっているので、上記の一方向クラッチの受ける負荷が大きくなってきている。

そこで、従来の一方向クラッチは、内輪と外輪の間に噛み込ませるローラとして外径が一定のローラを用い、ローラ全長がカム面に接触するようにしている。ローラ全長をカム面に接触させると、ローラとカム面の接触面積が大きくなるので、ローラが受ける面圧を小さくすることができる。

しかし、この従来の一方向クラッチのローラは、ローラ端までローラ径が一定なので、内輪と外輪の間にローラが噛み込んだときに、図６に示すようにローラ２０の端部に応力集中が生じる。特にローラが内輪２１と外輪２２の間に噛み込む際、ローラ２０は瞬間的に大きな負荷を受けるので、大きい応力がローラ２０の端部に生じる。そのため、この一方向クラッチはローラ２０の端部に剥離や摩耗を生じやすく、耐久性に問題があった。

特開平１１−２７０５９６号公報

この発明は、係合子にローラを用いた一方向クラッチの耐久性を向上させることを目的とする。

この課題を解決するために、一方向クラッチのローラを、外径が一定のストレート部と、そのストレート部から連なってローラ端に向かって外径が次第に小さくなる縮径部とで構成した。

また、この発明では、上述した一方向クラッチの外輪の外周に円筒状のプーリを固定し、そのプーリを前記内輪の外周に設けた転がり軸受で回転可能に支持したクラッチ内蔵プーリも併せて提供する。

この発明の一方向クラッチは、そのローラに、外径が一定のストレート部から連なってローラ端に向かって外径が次第に小さくなる縮径部を設けたので、応力集中がローラに生じにくく、耐久性に優れる。

図１に、この発明の実施形態を示す。このクラッチ内蔵プーリは、内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２の間に組み込まれた複数のローラ３と、内輪１の外周に固定された保持器４と、外輪２の外周に固定された円筒状のプーリ５とを有する。

外輪２は、プーリ５内に圧入されており、プーリ５が回転すると、そのプーリ５と一体に回転するようになっている。プーリ５の外周には周方向に連続する突条６が形成されており、この突条６が、プーリ５の外周にかけたベルト（図示せず）を案内する。外輪２の内周には円周面２ａが形成されている。

内輪１は、図２に示すように内周がねじ７を形成しており、このねじ７に、自動車の補機（たとえばカーエアコンやオルタネータ、ウォータポンプなど）の回転軸（図示せず）をねじ込むことにより固定可能となっている。また、内輪１の外周にはカム面１ａが形成されている。ローラ３は、カム面１ａと円周面２ａの間に形成されるくさび空間に配置されており、保持器４に取り付けられたばね８で周方向に付勢されている。

ローラ３は、図３に示すように、外径が一定のストレート部３ａと、このストレート部３ａから連なる縮径部３ｂとからなる。縮径部３ｂは、ストレート部３ａからローラ端３ｃに向かって外径が次第に小さくなるように形成されている。

内輪１の外周には、図１に示すように、カム面１ａをはさんで両側に円筒面１ｂ、１ｃが形成されており、この円筒面１ｂ、１ｃにそれぞれ転がり軸受９、１０が圧入されている。この転がり軸受９、１０は、プーリ５を回転可能に支持しており、プーリ５と内輪１を同心に保持している。また、軸受９、１０の、カム面１ａから遠い側の開口には、それぞれシール部材９ａ、１０ａが組み込まれている。シール部材９ａ、１０ａの間の空間には、転動体９ｂ、１０ｂおよびローラ３を潤滑するグリースが封入されている。

このクラッチ内蔵プーリは、ばね８がローラ３を付勢する方向にプーリ５を回転させると、ローラ３が内輪１と外輪２の間に噛み込む。噛み込んだローラ３は、外輪２から内輪１にトルクを伝達し、プーリ５と内輪１とを一体に回転させる。このとき、内輪１と外輪２がローラ３を締め付けるが、ローラ３は、ストレート部３ａから連なる縮径部３ｂを有するので応力集中を生じにくい。そのため、このクラッチ内蔵プーリは、ローラ３に剥離や摩耗を生じにくく、耐久性に優れる。一方、ばね８がローラ３を付勢する方向に対して反対方向にプーリ５を回転させると、ローラ３の噛み込みが解除されてトルクの伝達が遮断される。

また、このクラッチ内蔵プーリは、エンジンのクランクシャフトにベルトで連結される補機の回転軸のプーリとして用いると、補機の容量が大きい場合やエンジンの回転変動が大きい場合でも、ベルトとプーリの間のスリップを長期にわたって確実に防止することができる。

ストラト角（図４に示すカム面１ａとローラ３の接線Ｌ_１と、円周面２ａとローラ３の接線Ｌ_２とがなす角（くさび角）ωの半分）は、２°〜５°とすると好ましい。ストラト角を５°以下とすると、内輪１と外輪２の間へのローラ３の噛み込みが円滑となり、ストラト角を２°以上とすると、ローラ３の噛み込みの解除が円滑となる。

内輪１のカム面１ａは、図に示すように平面で構成すると加工が容易であるが、凹面で構成してもよい。凹面にするとローラ３とカム面１ａの接触面積が大きくなるので、ローラ３の受ける面圧を小さくすることができる。また、凹面の形状を変えてストラト角を任意に設定することができるので、カム面１ａを平面にした場合よりもローラ３の数を増やして、ローラ１つあたりの負荷を小さくすることができる。カム面１ａを平面で構成する場合、内輪１の断面形状は、一般的に６〜２４角形状とすることができる。

内輪１のカム面１ａの表面粗さは、研削せずに６．３Ｒａ以下としてもよいが、研削して１．０Ｒａ以下に仕上げてもよい。内輪１の材料としては、たとえば軸受鋼、浸炭鋼、高炭素鋼などの鋼材を用いることができ、さらにこれらの鋼材に、ずぶ焼入れ、浸炭焼入れ、高周波焼入れなどの熱処理を施すと好ましい。カム面１ａの表面硬さは、５８〜６４ＨＲＣが好適である。硬化層深さは、浸炭焼入れの場合は、０．３〜１．５ｍｍが好ましく、高周波焼入れの場合は、０．８〜３．０ｍｍが好ましい。焼入れは、少なくともカム面１ａに施せばよいが、全体に施してもよい。

外輪２の内周の円周面２ａの表面粗さは、研削せずに３．２Ｒａ以下としてもよいが、研削して０．８Ｒａ以下に仕上げてもよい。外輪２の材料も、内輪１と同様の鋼材を用いることができ、さらに熱処理を施すと好ましい。表面硬さも、内輪と同様、５８〜６４ＨＲＣが好適である。硬化層深さは、浸炭焼入れの場合は、０．３〜１．５ｍｍが好ましく、高周波焼入れの場合は、０．８〜３．０ｍｍが好ましい。焼入れは、少なくとも円周面２ａに施せばよいが、全体に施してもよい。

ローラ３は、ストレート部３ａと縮径部３ｂが滑らかに接続するように形成すると、応力集中がより生じにくくなって好ましい。ストレート部３ａの直径は、２〜６ｍｍが好ましく、ストレート部３ａの軸方向長さは、ストレート部３ａの直径に対して１〜３倍が好ましい。縮径部３ｂの軸方向長さは、ストレート部３ａの直径に対して０．５倍以上とするとより好ましい。また、ストレート部３ａと、縮径部３ｂの端部３ｃの直径差は、ストレート部３ａの直径に対して１／１０００〜５／１０００倍となるようにすると好ましい。

ばね８は、あらかじめテンパー処理を施しておくと好ましい。テンパー処理を施すと、ばね８にへたりが生じにくくなり、ローラ３の噛み込み動作の信頼性を高めることができる。ばね８として、板ばねとコイルばねのいずれを用いてもよいが、コイルばねを用いる場合、図５に示すように１対のコイルばねを一体に形成したものを用い、１つのローラ３を軸方向に離れた位置から同時に付勢するようにするとより好ましい。このようにすると、ローラ３の姿勢が傾きにくくなるので、ローラ３の噛み込みおよびその解除がより円滑となる。ばね８の材料は、コイルばねの場合、ピアノ線やステンレス鋼線などを用いることができ、板ばねの場合、ステンレス鋼などを用いることができる。

保持器４は、樹脂材料で形成すると製造コストが低いので好ましいが、金属材料で形成すると高温環境でも使用することができる。

シール部材９ａ、１０ａの間に封入するグリースは、エーテル油やエステル油などの合成油を基油としたものを用いることができる。この合成油は、４０℃における粘度が１０〜１２０ｍｍ^２／ｓのものを用いると好ましい。グリースの増ちょう剤としては、ウレア系化合物を用いることができ、混和ちょう度が２６５〜２９５となるようにすると好ましい。

転がり軸受９、１０としては、玉軸受を用いるとラジアル荷重だけでなくアキシアル荷重も受けることができるので好ましいが、ころ軸受を用いてもよく、たとえば一方の軸受９に円筒ころ軸受を用い、他方の軸受１０に深溝玉軸受を用いてもよい。軸受９、１０は、ラジアル内部すきまが０．０３０ｍｍ以下のものを用いると、内輪１が外輪２に対してより偏心しにくくなって、伝達トルクが各ローラ３に等しく分散するので、特定のローラ３に負荷が集中せず、クラッチの耐久性がより向上する。

上記実施形態では、内輪１のカム面１ａと外輪２の円周面２ａの間にローラ３を噛み込ませているが、内輪１の外周に円周面を形成するとともに外輪２の内周にカム面を形成し、内輪１の円周面と外輪２のカム面の間にローラ３を噛み込ませるようにしてもよい。この場合、保持器４は外輪２に固定し、その保持器４にばね８を取り付けるとよい。要は、内輪１と外輪２の間にローラ３を噛み込ませて一方の回転方向のトルクのみを内輪１と外輪２の間で伝達するようにすればよい。

この発明のクラッチ内蔵プーリの実施形態を示す断面図図１のＡ−Ａ線に沿った断面図図１のクラッチ内蔵プーリのローラの拡大図図２のクラッチ内蔵プーリのくさび角を説明する図図１のクラッチ内蔵プーリのばねとローラを周方向外側から見た図従来の一方向クラッチのローラに作用する面圧を説明する図

符号の説明

１内輪
２外輪
３ローラ
３ａストレート部
３ｂ縮径部
３ｃローラ端
５プーリ
９、１０転がり軸受

Claims

内輪と外輪の間にローラを噛み込ませて一方の回転方向のトルクのみを内外輪間で伝達する一方向クラッチにおいて、前記ローラを、外径が一定のストレート部と、そのストレート部から連なってローラ端に向かって外径が次第に小さくなる縮径部とで構成したことを特徴とする一方向クラッチ。
請求項１に記載の一方向クラッチの外輪の外周に円筒状のプーリを固定し、そのプーリを前記内輪の外周に設けた転がり軸受で回転可能に支持したクラッチ内蔵プーリ。