JP2007315460A - 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。
【解決手段】プーリ１とその内側に組込まれたプーリハブ２との間に断面が角形の線材からなる円筒形のクラッチばね１０を組込み、そのクラッチばね１０の一端のコイル部端末をプーリハブ２に係止する。プーリ１の内周にクラッチ面４を形成し、そのクラッチ面４のクラッチばね１０の係止側端部と対向する端部に大径孔部８を形成する。プーリ１の一方向への回転時にクラッチばね１０を拡径し、その拡径時、クラッチばね１０の大径孔部８と対向する部分のダンパ機能部１０ａを拡径させるようにして、クラッチで発生する急激なトルクを緩和し、クラッチの耐久性を向上する。
【選択図】図１

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の一方向の回転を出力部材に伝達すると共に、出力部材の回転速度が入力部材の回転速度を上回った場合に入力部材から出力部材への回転伝達を遮断する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。

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、プーリとその内側に組込まれたプーリハブとの間に断面が角形の線材からなるクラッチばねを組込み、そのクラッチばねの外周をプーリ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をプーリハブに係止し、上記プーリの一方向への回転時にクラッチばねを拡径させてクラッチ面に対する係合力を強め、そのクラッチばねを介してプーリの回転をプーリハブに伝達するようにしている。

また、プーリハブの回転速度がプーリの回転速度を上回った場合に、クラッチばねを縮径させ、プーリのクラッチ面とクラッチばねの接触部で滑りを生じさせてプーリ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、プーリハブの端部に形成されたうず巻き溝内にクラッチばねの一方の端末部を挿入して係止する構造であるため、うず巻き溝の入口部より外側においてコイル部の外周とプーリの内周に形成されたクラッチ面間に隙間が形成される。

このため、トルク伝達時のクラッチばねの変形モードは、クラッチばねの前記うず巻き溝の入口部と対応する位置に折れ曲がり部が形成されることになり、その折れ曲がり部にトルク入力時の応力が集中することになる。

したがって、伝達トルクが繰り返し負荷された場合に、上記折れ曲がり部が疲労によって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、この発明においては、円筒形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一方の端末部が出力部材に係止された円筒形の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、前記クラッチ面にクラッチばねの係止側端部と対向する位置にそのクラッチばねの拡径を許容して圧接係合されることのない大径孔部を形成し、前記クラッチばねのクラッチ面と対向する部分のクラッチ機能部の剛性を大径孔部と対向する部分のダンパ機能部の剛性より小さくした構成を採用したのである。

ここで、クラッチばねは断面丸形の線材からなるものであってもよく、断面角形の線材からなるものであってもよい。しかし、断面丸形の線材からなるクラッチばねにおいては、クラッチばねの外周がクラッチ面に係合するクラッチ係合時、係合面での面圧が高く、その係合面が損傷し易くなるため、断面角形の線材からなるものを用いるのが好ましい。

断面角形の線材から成るクラッチばねにおいては、クラッチ機能部とダンパ機能部の線材の厚みを相違させることによって剛性を相違させることができる。その厚みを相違させる方法の一つとして、断面角形の線材によってコイルスプリングを成形した後、そのコイルスプリングの内径面を旋削する方法が存在する。

クラッチ機能部の剛性は、軸方向の全長にわたって同一としてもよく、あるいは、ダンパ機能部に至るに従って高くなるよう軸方向に複数段階に変化させるようにしてもよい。また、ダンパ機能部に至るに従って次第に高くなるよう軸方向に連続的に変化させるようにしてもよい。

ここで、切削加工による肉厚の変化によってクラッチ機能部の剛性をダンパ機能部の剛性より小さくすると、厚みが急激に変化する部分で応力が集中することになる。

このため、上記のように、クラッチ機能部の剛性をダンパ機能部に至るに従って高くなるよう軸方向に複数段階に変化させ、あるいは、ダンパ機能部に至るに従って次第に高くなるよう軸方向に連続的に変化させることにより、切削時の応力集中を緩和することができる。

上記のように、クラッチ面に大径孔部を形成することにより、入力部材が出力部材に対して一方向に相対回転してクラッチばねが拡径するクラッチ係合時、クラッチばねの上記大径孔部と対向するダンパ機能部は拡径するのみであってクラッチ面に圧接せず、そのダンパ機能部の拡径による弾性変形によりクラッチで発生する急激なトルク入力が緩和されることになる。その結果、ダンパ機能部においてクラッチばねに折れ曲がりが生じて応力が集中するというようなことはなく、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、クラッチ機能部の剛性をダンパ機能部の剛性より小さくしたことにより、
クラッチ機能部の外径変化に対する空転トルクの変化が小さく、その空転トルクを小さな値に設定することができる。このため、空転時の摩擦による摩耗、および発熱を抑制し、クラッチ機能部の寿命の向上を図ることができる。

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、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、軸受３によって相対的に回転自在に支持されている。

プーリ１の内周には円筒形のクラッチ面４が形成されている。一方、プーリハブ２の外周には、上記軸受３に近接する一端部にフランジ５が設けられ、そのフランジ５の一側において、プーリ１とプーリハブ２間にクラッチばね１０が組込まれている。

クラッチばね１０は断面が角形の線材から形成されて円筒状をなし、自然状態での外径はクラッチ面４の内径より大きく、縮径された状態でプーリ１内に組込まれて、外周がクラッチ面４と弾性接触している。

プーリハブ２に形成されたフランジ５のクラッチばね１０と対向する端部外周にはクラッチばね１０の一端部が嵌合される小径のばね嵌合面６が形成されている。また、フランジ５にはばね嵌合面６において開口する渦巻き溝７が形成され、その渦巻き溝７にクラッチばね１０の一端の端末部が挿入されて係止されている。

クラッチ面４には、クラッチばね１０のプーリハブ２に対する係止側端部と対向する位置に大径孔部８が形成されている。クラッチばね１０は、その大径孔部８と対向する部分がダンパ機能部１０ａとされ、また、クラッチ面４と対向する部分がクラッチ機能部１０ｂとされ、上記クラッチ機能部１０ｂの剛性はダンパ機能部１０ａの剛性より小さくされている。

クラッチ機能部１０ｂの剛性をダンパ機能部１０ａの剛性より小さくするため、ここでは、クラッチ機能部１０ｂをダンパ機能部１０ａより薄肉厚としている。このようなクラッチばね１０は、断面角形の線材からコイルスプリングを成形したのち、そのコイルスプリングの内径面の一端部を旋削することにより、簡単に形成することができる。

この場合、クラッチ機能部１０ｂは、軸方向の全長にわたり同一厚みとして同一の剛性としてもよく、あるいは、図３に示すように、ダンパ機能部１０ａに至るに従って段階的に厚肉となるようにして剛性を軸方向に複数段階に変化させるようにしてもよい。また、図４に示すように、ダンパ機能部１０ａに至るに従って厚みが次第に厚くなるようにして、剛性を軸方向に連続的に変化させるようにしてもよい。

なお、クラッチ機能部１０ｂの剛性がダンパ機能部１０ａの剛性より小さいクラッチばねは、長さ方向において厚みが変化するばね素線をコイル状に成形することによっても形成することができる。

図１に示すように、プーリハブ２の他端部外周にはクラッチばね１０の軸方向への移動を防止する抜止めプレート９が嵌合され、止め輪９ａによってプーリハブ２の他端側に移動するのが防止されている。

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１０のクラッチ機能部１０ｂはクラッチ面４との接触により拡径して、クラッチ面４に圧接係合する。

このとき、クラッチ面４には、クラッチばね１０のダンパ機能部１０ａと対向する位置に大径孔部８が形成されているため、クラッチばね１０のダンパ機能部１０ａは拡径するのみであって大径孔部８の内径面に圧接係合することはない。

上記クラッチばね１０のクラッチ機能部１０ｂの拡径によりクラッチ面４に対する圧接係合力が増し、クラッチばね１０はプーリ１と一体に回転し、その回転トルクはクラッチばね１０の一端からプーリハブ２に伝達され、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１０のダンパ機能部１０ａは拡径するのみであって大径孔部８の内径面に圧接係合することはないため、そのダンパ機能部１０ａの拡径による弾性変形によりクラッチで発生する急激なトルク入力が緩和されることになる。その結果、ダンパ機能部１０ａにおいてクラッチばね１０に折れ曲がりが生じて応力が集中するというようなことはなく、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クラッチばね１０のクラッチ機能部１０ｂが縮径し、そのクラッチ機能部１０ｂとクラッチ面４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。

実施の形態で示すように、クラッチ機能部１０ｂの剛性をダンパ機能部１０ａの剛性より小さくしたことにより、クラッチ面４に対する密着性が向上し、微小なトルクでもってクラッチ機能部１０ｂが拡径または縮径することになり、応答性に優れたスプリングクラッチを得ることができる。

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 クラッチばねの他の例を示す断面図 クラッチばねのさらに他の例を示す断面図

符号の説明

１ プーリ(入力部材)
２ プーリハブ(出力部材)
４ クラッチ面
８ 大径孔部
１０ クラッチばね
１０ａ ダンパ機能部
１０ｂ クラッチ機能部

Claims (4)

1. 円筒形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一方の端末部が出力部材に係止された円筒形の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、
   前記クラッチ面にクラッチばねの係止側端部と対向する位置にそのクラッチばねの拡径を許容して圧接係合されることのない大径孔部を形成し、前記クラッチばねのクラッチ面と対向する部分のクラッチ機能部の剛性を大径孔部と対向する部分のダンパ機能部の剛性より小さくしたことを特徴とするスプリングクラッチ。
2. 前記クラッチ機能部とダンパ機能部の剛性の相違が、クラッチばねを形成する線材の厚みの相違による請求項１に記載のスプリングクラッチ。
3. 前記クラッチ機能部の剛性を、ダンパ機能部に至るに従って高くなるよう軸方向に複数段階に変化させるようにした請求項１又は２に記載のスプリングクラッチ。
4. 前記クラッチ機能部の剛性を、ダンパ機能部に至るに従って次第に高くなるよう軸方向に連続的に変化させるようにした請求項１又は２に記載のスプリングクラッチ。

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