JP2007132518A - クラッチ内蔵形プーリユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】耐久性に優れたクラッチ内蔵形プーリユニットを提供することである。
【解決手段】回転軸に取付けられる内方部材１０とベルト案内輪２０との間に転がり軸受３０とスプラグ形の一方向クラッチ４０とを組込む。一方向クラッチ４０のスプラグ４３の素材を軸受鋼とし、その軸受鋼から成るスプラグを浸炭窒化処理して耐摩耗特性の向上を図り、クラッチの噛み合い耐久性を向上させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、クラッチが内蔵されたプーリユニットに関するものである。
一般に、内燃機関においては、爆発行程時に大きい駆動エネルギが生じるため、クランクシャフトは１回転中において微小に角速度変動する。このため、そのクランクシャフトの回転をベルト伝動装置を介して慣性力が大きく、略一定の速度で回転しようとするオルタネータの回転軸に伝達した場合、ベルト伝動装置におけるベルトに大きな張力変化が生じると共に、オルタネータの回転軸上に取付けたプーリとベルトとの間でスリップが生じ、ベルトが摩耗して耐久性が著しく低下する。
そのような不都合を解消するため、特許文献１に記載されたベルト伝動装置においては、オルタネータの回転軸とプーリとの間に一方向クラッチを組込み、クランクシャフトの角速度の増加時、その一方向クラッチの係合によりプーリと回転軸とを結合して、クランクシャフトの回転を回転軸に伝え、クランクシャフトの角速度が減少して回転軸の回転がプーリの回転より速くなった場合に、一方向クラッチの係合解除により回転軸をフリー回転させるようにしている。
上記ベルト伝動装置においては、ベルトの張力変動が少なく、ベルトとプーリの相互間におけるスリップを防止することができるため、ベルトの耐久性の向上を図ることができる。
ところで、プーリと回転軸との間に一方向クラッチを直接組込むと、プーリに作用するラジアル荷重やモーメント荷重が一方向クラッチに作用するため、一方向クラッチを高精度に作動させることはできない。
そのような問題点を解決するため、本件出願人は、特許文献２において、回転軸に取付けられる内方部材と、その外側に設けられたプーリ（ベルト案内輪）との間に転がり軸受とスプラグ形の一方向クラッチとを組込んだクラッチ内蔵形プーリユニットを提案している。
上記クラッチ内蔵形プーリユニットにおいては、転がり軸受の外輪と一方向クラッチの外輪とを共通とし、その共通外輪の内周面と内方部材の外周面に軌道溝と、その両側に内筒面を形成し、上記軌道溝間に組込まれる転動体と一対の円筒面に跨がる長さのスプラグとを周方向に交互に配置した構成であるため、転がり軸受の転動体と一方向クラッチのスプラグとを軸方向に並列に配置したクラッチ内蔵形プーリユニットに比較して、軸方向長さのコンパクト化を図ることができるという特徴を有している。
特開昭６１−２２８１５３号公報 特開平１０−１０３３９０号公報
ところで、クラッチ内蔵形軸受において、一方向クラッチの各円筒面に対して係脱するスプラグの両端の円弧面に摩耗が生じると、スプラグのストラト角が大きくなり、クラッチの応答性が悪くなる。このため、クラッチ内蔵形プーリユニットにおいては、スプラグを表面処理して硬度を高めるようにしている。
しかし、従来は、軸受鋼（ＳＵＪ２）を素材とするスプラグを単に焼入れ処理して表面の硬度を高めた構成であるため、オルタネータの回転軸とプーリの相互間で回転の伝達と遮断とを頻繁に行なうようなトルク伝達部での使用においてはスプラグに摩耗が生じ、その耐摩耗特性の向上を図るうえにおいて改善すべき点が残されている。
この発明の課題は、スプラグの摩耗が少なく、クラッチの噛み合い耐久性に優れたクラッチ内蔵形プーリユニット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、回転軸に取付けられる内方部材と、その外側に設けられたベルト案内輪との間に、上記ベルト案内輪を回転自在に支持する転がり軸受と、ベルト案内輪と内方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ラグ形の一方向クラッチとを組込んだクラッチ内蔵形プーリユニットにおいて、前記一方向クラッチのスプラグの素材を軸受鋼として浸炭窒化処理した構成を採用している。
ここで、プーリユニットは、転がり軸受の転動体と一方向クラッチのスプラグが周方向に配置されたもの、転がり軸受と一方向クラッチが、軸方向に並列されたもの、あるいは、複列の転がり軸受間に一方向クラッチを配置したものであってもよい。
また、一方向クラッチは、内方部材の外周およびベルト案内輪の内周に形成された円筒面間にスプラグを組込んだものであってもよく、あるいは、ベルト案内輪の内周面に圧入されるクラッチ外輪を有するものであってもよい。クラッチ外輪を有する一方向クラッチの場合、そのクラッチ外輪を転がり軸受の外輪と共通として、部品点数の減少化を図るようにしてもよい。
一方、転がり軸受は、内方部材の外周およびベルト案内輪の内周に形成された軌道溝間に転動体を組込んだものであってもよく、あるいは、内方部材の外周に圧入される内輪を有しているものであってもよい。
上記のように、この発明においては、軸受鋼からなるスプラグを浸炭窒化処理したことによって、スプラグの耐摩耗特性が著しく向上し、スプラグの摩耗によりストラト角の増大を防止し、クラッチの噛み合い耐久性に優れたクラッチ内蔵形プーリユニットを得ることができる。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、クラッチ内蔵形プーリユニット１は、回転軸に取付けられる内方部材１０と、その外側に設けられたベルト案内輪２０と、上記ベルト案内輪２０を回転自在に支持する転がり軸受３０および内方部材１０とベルト案内輪２０の相互間で回転トルクの伝達と遮断とを行なうスプラグ形の一方向クラッチ４０とから成る。
ベルト案内輪２０は複列のＶ溝２１を外周に有する。
転がり軸受３０と一方向クラッチ４０は共通の外輪３１を有し、その外輪３１はベルト案内輪２０の内周に圧入より取付けられている。
転がり軸受３０は、内方部材１０の外周と外輪３１の内周に軌道溝３２、３３を形成し、その軌道溝３２、３３間に転動体３４を組込んでいる。
一方向クラッチ４０は、内方部材１０の外周における軌道溝３２の両側と、外輪３１の内周における軌道溝３３の両側に円筒面４１、４２を形成し、その両円筒面４１、４２間に、軌道溝３２の両側の円筒面に跨がる長さのスプラグ４３を組込んでいる。
図２に示すように、転がり軸受３０における転動体３４と、一方向クラッチ４０におけるスプラグ４３とは周方向に交互に配置されている。この転動体３４とスプラグ４３とは内方部材１０と外輪３１間に組込まれた保持器５０によって保持されている。
図３および図４に示すように、保持器５０は、合成樹脂から成る円筒形の保持器本体５１と、同じく合成樹脂から成るリング状の蓋５２とから成り、保持器本体５１の軸方向の一側に複数のピン５３が設けられ、各ピン５３は蓋５２に形成されたピン孔５４に挿入され、そのピン５３の先端部の加熱による塑性変形によって、保持器本体５１と蓋５２とが一体化されている。
保持器本体５１には転動体３４を収容するポケット５５と、スプラグ４３を収容するスプラグ収容部５６が周方向に交互に形成されている。ポケット５５は保持器本体５１の一側で開口し、その開口部５５ａ内に封入されたグリースによって転動体３４は潤滑される。
ここで、転動体３４は、図示のように、ボールであってもよく、ころであってもよい。その転動体３４の種類に応じて軌道溝３２、３３の断面形状を決定する。
前記蓋５２には複数の突片５７が形成され、各突片５７はポケット５５の開口部５５ａに挿入され、その突片５７と転動体３４の当接によって保持器５０は軸方向に位置決めされている。
保持器本体５１の他側面には、前記スプラグ４３を周方向に押圧する弾性部材としてのばねリング５８が保持器本体５１の他側面に設けたピン５９の加締めによって取付けられている。
ばねリング５８には、前記スプラグ４３と同数の弾性片６０が切り起しにより形成されている。弾性片６０は保持器本体５１の他側面に設けられた窓６１からスプラグ収容部５６内に挿入されてスプラグ４３を保持器本体５１の周方向に押圧し、その押圧によって図２に示すように、スプラグ４３の両端の円弧面４３ａ、４３ｂが内方部材１０の円筒面４１および外輪３１の円筒面４２に当接している。
ここで、スプラグ４３は、軸受鋼（ＳＵＪ２）を素材とし、浸炭窒化処理による表面処理によって硬度が高められている。
なお、図１における６２はシール部材を示す。
図５は、上記の構成から成るクラッチ内蔵形プーリユニット１の使用例を示し、慣性力が大きく、略一定の速度で回転しようとするオルタネータ７０の回転軸７１上にクラッチ内蔵形プーリユニット１の内方部材１０が固定され、そのプーリユニット１のベルト案内輪２０とクランクシャフト７２上に取付けられたプーリ７３との間にＶリブドベルト７４がかけ渡されている。
上記のような使用状態において、一回転中に角速度が微小変動するクランクシャフト７２の回転により、ベルト案内輪２０が図２の矢印で示す方向に回されると、そのクランクシャフト７２の角速度増加時、スプラグ４３が内方部材１０および外輪３１の円筒面４１、４２に係合して、内方部材１０が同方向に回転し、クランクシャフト７２の回転がオルタネータ７０の回転軸７１に伝達される。
また、クランクシャフト７２の角速度低下時、そのクランクシャフト７２の回転速度がオルタネータ７０の回転軸７１の回転速度より低下すると、スプラグ４３が円筒面４１、４２上を滑り、ベルト案内輪２０の回転が回転軸７１に伝達されず、回転軸７１がフリー回転する。このため、ベルト案内輪２０とベルト７４との間で滑りが生じず、ベルト７４の摩耗やスリップ音を抑制することができる。
ここで、クランクシャフト７２は、一回転中において角速度が微小変動するため、スプラグ４３はエンジンの駆動中、係合と係合解除を頻繁に繰り返すことになり、スプラグ４３の硬度が低い場合、その両端の円弧面４３ａ、４３ｂは硬度の高い内方部材１０および外輪３１の円筒面４１、４２との接触により早期に摩耗することになる。
しかしながら、スプラグ４３は前述のように、浸炭窒化処理されて硬度が高められているため、両端の円弧面４３ａ、４３ｂの摩耗は少なく、その摩耗によるストラト角の増大は防止され、クラッチの良好な噛み合いを長期にわたって維持することができる。
因みに、浸炭窒化処理されたスプラグ（本発明品）と、焼入れ処理されたスプラグ（比較品）を図１に示すクラッチ内蔵形プーリユニットに組込んで摩耗量を測定したところ、表１に示す結果を得た。
ここで、本発明品および比較品のいずれのスプラグも軸受鋼（ＳＵＪ２）を素材としている。
Figure 2007132518
試験条件
・試験機 ：ＮＨＦ型ワンウェイクラッチ耐久試験機
・揺動サイクル：５Ｈｚ（３００ｃｐｍ）
・揺動角 ：３０°
・負荷トルク ：２９．４Ｎ−ｍ（３ｋｇｆ−ｍ）
・ラジアル荷重：９８０Ｎ（１００ｋｇｆ）
・負荷回数 ：１０６回
・温度 ：室温
上記の試験結果から明らかなように、本発明品のスプラグ４３は比較品のスプラグより耐摩耗特性に優れていることを理解することができる。
また、スプラグ４３が係合と係合解除とを頻繁に繰り返すと、図３に示すばねリング５８の弾性片６０も頻繁に弾性変形する。
実施の形態では、弾性片６０の長さ方向の中途をスプラグ収納凹部５６の周方向で対向する一方の壁面５６ａに接触させ、その接触部ロで弾性片６０の中途を支持している。このように、弾性片６０の長さ方向中途を支持すると、弾性片６０に作用する応力は、折曲げ起点イと接触部ロに分担されることになり、上記弾性片６０が保持器本体５１と非接触の状態である場合に比べ、弾性片６０の折曲げ起点イでの応力集中が緩和される。このため、弾性片６０の耐久性が向上し、疲労寿命の向上を図ることができる。
図６乃至図８は、この発明に係るクラッチ内蔵形プーリユニット１の他の例を示す。図６に示すクラッチ内蔵形プーリユニット１においては、内方部材１０とベルト案内輪２０間に組込まれた転がり軸受３０を複列とし、その複列の転がり軸受３０間に一方向クラッチ４０を設けている。
複列の転がり軸受３０は、内方部材１０の外周面とベルト案内輪２０の内周面それぞれに軌道溝３５、３６を形成し、その軌道溝３５、３６間にボールから成る転動体３４を組込んでいる。
また、一方向クラッチ４０は、内方部材１０の外周面とベルト案内輪２０の内周面それぞれに円筒面４４、４５を形成し、その円筒面４４、４５間にスプラグ４３と、そのスプラグ４３を保持する保持器６３を組込んでいる。
上記のクラッチ内蔵形プーリユニットにおいては、図１に示すクラッチ内蔵形プーリユニット１の外輪３１を省略することができるため、クラッチ内蔵形プーリユニットの外径の小型化を図ることができる。また、複列の転がり軸受３０によってベルト案内輪２０を回転自在に支持するため、円筒面４４、４５間の間隔を周方向の全体にわたって均一化することができ、一方向クラッチ４０を精度よく動作させることができる。
図７に示すクラッチ内蔵形プーリユニット１においては、複列の転がり軸受３０の一方に、内輪３７を有する転がり軸受を用い、その転がり軸受３０の内輪３７を内方部材１０の外周端部に圧入している。他の構成は図６に示すクラッチ内蔵形プーリユニット１と同様であるため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。
上記クラッチ内蔵形プーリユニット１においても複列の転がり軸受３０間に一方向クラッチ４０を組込んでいるため、その一方向クラッチ４０を高精度に作動させることができる。
図８に示すクラッチ内蔵形プーリユニット１においては、内方部材１０とベルト案内輪２０間に複列の転がり軸受３０を組込み、その複列の転がり軸受３０間に一方向クラッチ４０を組込んでいる。そして、転がり軸受３０として、内輪３８と外輪３９間に転動体３４を組込んだ軸受を用い、内輪３８を内方部材１０の外周面に圧入し、外輪３９をベルト案内輪２０の内周面に圧入している。
また、一方向クラッチ４０として、内方部材１０の外周面に圧入される内輪４６の円筒形外周面４６ａとベルト案内輪２０の内周面に圧入される外輪４７の円筒形内周面４７ａ間にスプラグ４３を組込んだ一方向クラッチを用いている。
上記クラッチ内蔵形プーリユニットにおいても一方向クラッチ４０を高精度に作動させることができると共に、転がり軸受３０および一方向クラッチ４０が内・外輪３８、３９、４６、４７を有するため、転がり軸受３０および一方向クラッチ４０は圧入によって組付けることができ、クラッチ内蔵形プーリユニットの組立てが容易である。
この発明に係るクラッチ内蔵形プーリユニットの実施の形態を示す縦断正面図 同上プーリユニットの一部分を示す縦断側面図 同上プーリユニットにおける保持器の一部分を示す横断平面図 同上保持器の分解斜視図 同上プーリユニットの使用状態を示す概略図 この発明に係るクラッチ内蔵形プーリユニットの他の例を示す縦断正面図 この発明に係るクラッチ内蔵形プーリユニットの他の例を示す縦断正面図 この発明に係るクラッチ内蔵形プーリユニットのさらに他の例を示す縦断正面図
符号の説明
１０ 内方部材
２０ ベルト案内輪
３０ 転がり軸受
４０ 一方向クラッチ
４３ スプラグ

Claims (1)

  1. 回転軸に取付けられる内方部材と、その外側に設けられたベルト案内輪との間に、上記ベルト案内輪を回転自在に支持する転がり軸受と、ベルト案内輪と内方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ラグ形の一方向クラッチとを組込んだクラッチ内蔵形プーリユニットにおいて、前記一方向クラッチのスプラグが軸受鋼を素材として浸炭窒化処理されていることを特徴とするクラッチ内蔵形プーリユニット。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0647740U (ja) * 1992-12-04 1994-06-28 光洋精工株式会社 一方向クラッチ
JPH06212368A (ja) * 1992-11-30 1994-08-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 疲労強度に優れた低合金焼結鋼及びその製造方法
JPH0996325A (ja) * 1994-12-14 1997-04-08 Ntn Corp クラッチ内蔵形回転部品

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