JP2008101692A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】トルク伝達時における係合子のすべりを防止する。
【解決手段】外輪１の内周面１ａ及び前記内輪２の外周面２ａとの間に複数のスプラグ３と、各スプラグ３を保持する保持器４および各スプラグ３を係合方向へ付勢する弾性部材５を備え、前記外輪１と内輪２との間に充填されたグリースによって各スプラグ３と外輪１及び内輪２との接触部を潤滑するようにした一方向クラッチにおいて、前記スプラグ３の内径側カム面３ｄ及び外径側カム面３ｕに、それぞれ隣り合う空転側カム面３ｕ’，３ｄ’から係合側カム面３ｕ”，３ｄ”の全域に亘って周方向に伸びる複数の溝１０を形成した。溝１０を形成したことにより、トルク伝達時にスプラグ３と外輪１の内周面１ａ、内輪２の外周面２ａとの接触面積が、溝１０を形成しない場合と比較して減少し、その接触部における面圧が増大する。このため、スプラグ３のスタンバイ時のみならず、トルク伝達時においても確実な油膜排除が可能となる。
【選択図】図３

Description

この発明は、回転トルクの伝達と遮断とを行なう一方向クラッチに関するものである。

一般に、自動車等のエンジンのクランクシャフトの回転をベルトを介して各種補機類に伝達する補機駆動装置において、その補機類、例えば、パワーステアリング装置の油圧ポンプやエアコンディショナの圧縮機、あるいはオルタネータ等の回転軸と、その回転軸に設けられたプーリとの間に一方向クラッチが組込まれる。

この一方向クラッチは、クランクシャフトの回転の角速度が増加する時に、回転軸とプーリとを結合させて前記クランクシャフトの回転を回転軸に伝え、また、角速度が減少する時に、一方向クラッチをオーバランニングさせて、クランクシャフトから回転軸への回転トルクの伝達を遮断し、ベルトの滑りを防止するように機能する。

この種の補機駆動装置に採用される一方向クラッチとして、例えば、本発明の実施形態の説明図である図１に示すように、外輪の内周面と内輪の外周面との間の空間に、係合子として多数の「スプラグ」や「ローラ」を組み込んだ一方向クラッチが知られている。

上記一方向クラッチにおいて、外輪１と内輪２とは、同図に示すように、その一方向クラッチの軸方向両端において、それぞれ周方向に沿って配置されたボール９を有する軸受部８を介して、軸周り相対回転可能に支持されている。
また、その外輪１の内周面１ａと内輪２の外周面２ａとの間の空間には、隣り合う係合子３，３同士の周方向距離を一定に保つ環状の保持器４が設けられており、その空間にグリースが充填される。グリースは、各係合子３と、前記外輪１及び内輪２との接触部に介在して、その接触部を潤滑する。

一方で、その外輪１や内輪２の前記接触部に、グリースによる油膜が形成されていると、クラッチ係合時に滑りが発生することがあるので好ましくない。
このため、例えば、係合子３であるスプラグのカム面の一部に、周方向に伸びる盛り上がり部を設けて、係合子３と前記内外周面１ａ，２ａとの受圧面積を小さくし、面圧を大きくすることにより、油膜を容易に切ることを可能にした技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−８２４３５号公報

しかし、この特許文献１に記載のスプラグでは、内外輪２，１の空転状態（スプラグのスタンバイ時）において、前記盛り上がり部が前記内外周面１ａ，２ａに接して油膜を切る（油膜を排除する）ことができるが、内外輪２，１の係合状態（トルク伝達時）には、その効果が減少してしまうという問題がある。盛り上がり部は、トルク伝達時において大きな圧接力を受けて幾分へたったり、クラッチ空転時に相対回転数差によって摩耗するなど、スプラグの形状を維持することが困難である。また、この現象は、係合子にローラを用いたクラッチにおいても同様である。
係合子を組み込んだクラッチにおいて、特に、一方向クラッチでは、油膜排除の効果は、スタンバイ時のみならずトルク伝達時においても発揮できることが好ましい。

そこで、この発明は、一方向クラッチのトルク伝達時における係合子のすべりを防止することを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、同軸上に配置され相対的に軸周り回転可能な外輪及び内輪と、前記外輪と内輪との間に周方向に沿って配置され、前記外輪と内輪とが一方向に相対回転すると前記外輪の内周面及び前記内輪の外周面に係合して両輪を結合し他方向に相対回転すると前記係合が解除される複数のスプラグと、前記各スプラグを周方向に沿って保持する保持器と、前記各スプラグを外輪の内周面および内輪の外周面に係合する方向に付勢する弾性部材とから成り、前記外輪と内輪との間に充填されたグリースによって前記各スプラグと外輪及び内輪との接触部を潤滑するようにした一方向クラッチにおいて、前記スプラグに、隣り合う空転側カム面から係合側カム面の全域に亘って周方向に伸びる複数の溝を形成した構成を採用した。

この構成によれば、トルク伝達時にスプラグのカム面と外輪の内周面、内輪の外周面との接触面積が、溝を形成しない場合と比較して前記溝に相当する面積だけ減少し、その接触部における面圧が増大する。
このため、スプラグのスタンバイ時のみならず、トルク伝達時においても確実な油膜排除が可能となる。
なお、溝の本数、及び断面形状、深さは、そのスプラグと当接する外輪又は内輪との許容面圧、若しくは、封入されるグリース量に応じて適宜設定することができる。また、溝は、内径側カム面又は外径側カム面のいずれかのみに設けてもよいが、内外径カム面の双方に設ければ、さらに高い効果が期待できる。

また、係合子としてローラを採用した構成としては、同軸上に配置され相対的に軸周り回転可能な外輪及び内輪と、前記外輪と内輪との間に周方向に沿って配置される複数のローラとを備え、前記外輪の内周面もしくは前記内輪の外周面のいずれか一方に、他方の円周面との間で周方向へ伸びるくさび空間を形成するカム面が設けられて、前記外輪と内輪とが一方向に相対回転すると前記各ローラが前記くさび空間内で外輪の内周面及び前記内輪の外周面に係合して両輪を結合し他方向に相対回転すると前記係合が解除され、前記各ローラは、保持器によって周方向に沿って保持されるとともに弾性部材によって前記外輪の内周面および内輪の外周面に係合する方向に付勢されており、前記外輪と内輪との間に充填されたグリースによって前記各ローラと外輪及び内輪との接触部を潤滑するようにした一方向クラッチにおいて、前記ローラの全周に亘って周方向に伸びる複数の溝を形成した構成を採用し得る。

この構成によれば、上記スプラグの場合と同様、トルク伝達時にローラの外周と外輪の内周面、内輪の外周面との接触面積が、溝を形成しない場合と比較して前記溝に相当する面積だけ減少し、その接触部における面圧が増大する。
このため、ローラのスタンバイ時（非係合時）のみならず、トルク伝達時においても確実な油膜排除が可能となる。
なお、溝の本数、及び断面形状、深さは、そのローラと当接する外輪又は内輪との許容面圧、若しくは、封入されるグリース量に応じて適宜設定することができる点も同様である。

上記の各構成において、スプラグやローラに形成された溝は、それぞれ軸方向に沿って全域に等間隔に設けられる構成とすることができる。このようにすれば、スプラグのカム面又はローラの周面と外輪の内周面、内輪の外周面との接触部における面圧が全体に亘って均一になるので、より好ましい形態といえる。

なお、上記一方向クラッチの各構成は、その一方向クラッチの外輪の外周に、ベルト駆動用プーリを圧入固定し、プーリ装置とした構成を採用することができる。

この発明は、一方向クラッチに用いる係合子としてのスプラグに、隣り合う空転側カム面から係合側カム面の全域に亘って周方向に伸びる複数の溝を形成し、あるいは、同じく一方向クラッチに用いる係合子としてのローラの全周に亘って周方向に伸びる複数の溝を形成したので、その一方向クラッチのトルク伝達時における係合子のすべりを防止することができる。

この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、プーリ７内に一方向クラッチを組込んだクラッチ内蔵プーリ装置を示す。
一方向クラッチは、プーリ７の内径面に圧入された外輪１と、その外輪１の内側に同軸上に組込まれた内輪２と、その内外両輪１，２間に組込まれたスプラグ（係合子）３と、このスプラグ３を保持する保持器４と、上記スプラグ３を係合方向に付勢するコイルバネ（弾性部材）５とから成る。

外輪１の内周には、内周円筒面（内周面）１ａが形成され、内輪２の外周には、前記外輪１の内周円筒面１ａと径方向で対向する外周円筒面（外周面）２ａが形成されている。また、その内輪２の外周には、前記外周円筒面２ａの軸方向両側に、前記外周円筒面２ａよりもやや小径の軸受嵌合面２ｃ，２ｃが形成され、各軸受嵌合面２ｃ，２ｃに軸受部８が嵌合されている。

軸受部８は、片シール付き玉軸受から成る。この軸受部８は、シールが軸方向外側に位置するように組付けされ、ボール９を介してプーリ７と一体の外輪１と内輪２とが、相対的に軸周り回転自在とされている。この軸方向両側に設けた軸受部８，８間において、外輪１と内輪２間の空間にグリースが封入されている。

各スプラグ３は、外輪１の内周円筒面１ａと内輪２の外周円筒面２ａ間において、周方向に所定の間隔をおいて等間隔に配置され、その外輪１の内周円筒面１ａと内輪２の外周円筒面２ａ間において、前記各スプラグ３を周方向に位置決めする保持器４が設けられている。保持器４は、合成樹脂の成形品から成り、各スプラグ３を個別に収容する複数のポケット４ａと、各ポケット４ａに連通するばね収容凹部４ｂとが形成されている（図２（ａ）参照）。
各ばね収容凹部４ｂ内に、前記コイルバネ５が組込まれて、そのコイルバネ５は、各スプラグ３に形成された外径側カム面３ｕ及び内径側カム面３ｄが、それぞれ、外輪１の内周円筒面１ａ及び内輪２の外周円筒面２ａに係合する方向にそのスプラグ３を付勢している。

このクラッチ内蔵プーリ装置では、プーリ７を備えた外輪１が駆動側、内輪２が従動側であり、前記各スプラグ３は、そのプーリ７と共に外輪１が、内輪２に対して図１（ａ）に示す矢印方向に相対回転したとき、前記内外各円筒面１ａ，２ａに係合して、外輪１の回転トルクを内輪２に伝達する。
また、各スプラグ３は、外輪１が内輪２に対して前記矢印で示す反対方向に相対回転したり、あるいは、前記矢印方向に回転する外輪１に対して同方向に回転する内輪２の回転速度が外輪１の回転速度を上回った場合に、前記内外各円筒面１ａ，２ａに対する係合を解除して、外輪１から内輪２への回転伝達を遮断するようになっている。

したがって、図２（ａ）に示すように、プーリ７（外輪１）を矢印ｆ２方向に回転すると、スプラグ３が図中に鎖線で示す方向へその姿勢を変え（矢印ｓ１参照）、そのスプラグ３の各カム面３ｕ，３ｄが、外輪１の内周円筒面１ａおよび内輪２の外周円筒面２ａに係合する。この係合により、プーリ７の回転が内輪２に伝達される。
内輪２の回転速度が外輪１の回転速度を上回ると、内輪２に対しプーリ７は図中矢印f１の方向へ相対回転するので、スプラグ３は逆方向にその姿勢を変え（矢印ｓ２参照）、内外各円筒面１ａ，２ａに対するスプラグ３の係合が解除され、外輪１から内輪２への回転伝達が遮断される。

このため、このようなクラッチ内蔵プーリ装置を、例えばオルタネータの回転軸に取付けてクランクシャフトに取付けられたプーリと上記回転軸上のプーリ間にベルトをかけ渡してオルタネータを駆動すると、クランクシャフトの角速度増加時、一方向クラッチが係合状態となり、クランクシャフトの回転がオルタネータの回転軸に伝達される。また、クランクシャフトの角速度減少時、一方向クラッチが空転状態となって、クランクシャフトからオルタネータの回転軸への回転伝達が遮断されることになる。
このため、プーリ７とこれにかかるベルトの相互間で滑りが生じるのが防止され、ベルトの摩耗を抑制することができる。
なお、この実施形態は、外輪１が駆動側、内輪２が従動側としているが、他の実施形態として、内輪２を駆動側、外輪１を従動側とした各種用途の一方向クラッチにも適用可能である。

その各スプラグ３には、図２及び図３に示すように、内径側カム面３ｄ及び外径側カム面３ｕにおいて、それぞれ空転側カム面３ｄ’，３ｕ’から係合側カム面３ｄ”，３ｕ”に亘って周方向に延びる溝１０が形成されている。その溝１０は、内径側カム面３ｄ及び外径側カム面３ｕにおいて、それぞれその隣り合う空転側カム面３ｄ’，３ｕ’から係合側カム面３ｄ”，３ｕ”の全域に連続して設けられており、溝１０の周方向両端部（溝終端部）１０ａは、スプラグ３の係合側側面、空転側側面にそれぞれ開放されている（図３（ａ）（ｂ）参照）。
また、この実施形態では、溝１０は、内径側カム面３ｄ及び外径側カム面３ｕにおいて、それぞれ軸方向に沿って全域に等間隔で複数本設けられており、さらに、その内径側カム面３ｄの溝１０と外径側カム面３ｕの溝１０とは、同一幅、同一深さで、且つ同一本数、同一間隔に設定されている。

なお、前記空転側カム面３ｄ’，３ｕ’とは、スプラグ３が空転側へ姿勢変更した際に、前記内外円筒面１ａ，２ａに対向する側のカム面、すなわち係合時に内外円筒面１ａ，２ａに接しない部分である（図２（ｂ）参照）。また、係合側カム面３ｄ”，３ｕ”とは、スプラグ３が係合側へ姿勢変更した際に、前記内外円筒面１ａ，２ａに対向する側のカム面である。

スプラグ３に溝１０を形成したことにより、スプラグ３を介して内外輪２，１が結合した際に、そのスプラグ３の内径側カム面３ｄ、外径側カム面３ｕと、前記内外円筒面１ａ，２ａとの接触面積が、溝１０を形成しない場合と比較して前記溝１０に相当する面積だけ減少し、その接触部における面圧が増大する。
このため、スプラグ３のスタンバイ時のみならず、トルク伝達時においても、前記内外円筒面１ａ，２ａの確実な油膜排除が可能となる。

また、その内径側カム面３ｄ、外径側カム面３ｕの全域に亘り、それぞれ溝１０が周方向に連続して形成されており、また、その溝１０の溝終端部１０ａが、スプラグ３の係合側側面、空転側側面にそれぞれ開放されているので、その溝１０内に入り込んだグリースの周方向への排出がスムースである。

なお、図面において、溝１０は、理解しやすいように深さ、幅を誇張して描いているが、この溝１０は、一般的な面粗さ、例えば、中心線平均粗さＲａ０．４程度に匹敵するような深さ、幅の溝１０の集合であっても、前記面圧の増大に有効に作用することが実験により確認されている。
したがって、この発明は、必ずしもすべての溝１０が、軸方向に沿って同一幅、同一深さであり、且つ軸方向等間隔に形成されていることを要件とするものではない。
また、この発明は、内径側カム面３ｄの溝１０と外径側カム面３ｕの溝１０とが、その各溝１０の幅、深さ、本数、間隔等の各条件の一部又は全部を異なるように設定された構成も採用可能である。

図４及び図５に他の実施形態を示す。この実施形態は、係合子として円柱状のローラ３を採用した一方向クラッチである。
クラッチの構成は、外輪１の内周面１ａと前記内輪２の外周面２ａとの間に配置された複数のローラ３が、それぞれ弾性部材５により係合方向に付勢されており、前記外輪１と内輪２とが一方向に相対回転すると、複数のローラ３が、前記外輪１の内周カム面（内周面）１ａと前記内輪２の外周円筒面（外周面）２ａとの間に形成されたくさび状空間内で両輪１，２に結合し、また、他方向に相対回転するとその係合が解除されるように機能する。
また、外輪１と内輪２との間の空間に、グリースが充填されている点は、スプラグ３を用いた前述の一方向クラッチと同様である。

このローラ３には、周方向全周に亘る複数の溝１０が形成されている。溝１０の構成は、スプラグ３の場合と同様であるが、そのローラ３の周方向全周に亘って形成されている点で異なっている。溝１０の作用は、スプラグ３の場合と同様であるので説明を省略する。

一実施形態を示し、（ａ）は切断側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ切断正面図 スプラグの作用を示し、（ａ）は要部拡大図、（ｂ）は（ａ）の拡大図 スプラグの詳細を示し、（ａ）は外径側からの斜視図、（ｂ）は内径側からの斜視図 他の実施形態を示す要部拡大図 図４のローラの詳細を示す斜視図

符号の説明

１ 外輪
２ 内輪
３ 係合子（スプラグ，ローラ）
３ｕ 外径側カム面
３ｄ 内径側カム面
３ｕ’，３ｄ’ 空転側カム面
３ｕ”，３ｄ” 係合側カム面
４ 保持器
５ コイルバネ（弾性部材）
７ プーリ
８ 軸受部
９ ボール
１０ 溝
１０ａ 溝終端部

Claims (4)

1. 同軸上に配置され相対的に軸周り回転可能な外輪１及び内輪２と、前記外輪１と内輪２との間に周方向に沿って配置され、前記外輪１と内輪２とが一方向に相対回転すると前記外輪１の内周面１ａ及び前記内輪２の外周面２ａに係合して両輪１，２を結合し他方向に相対回転すると前記係合が解除される複数のスプラグ３と、前記各スプラグ３を周方向に沿って保持する保持器４と、前記各スプラグ３を外輪１の内周面１ａおよび内輪２の外周面２ａに係合する方向に付勢する弾性部材５とから成り、前記外輪１と内輪２との間に充填されたグリースによって前記各スプラグ３と外輪１及び内輪２との接触部を潤滑するようにした一方向クラッチにおいて、
   前記スプラグ３に、隣り合う空転側カム面から係合側カム面の全域に亘って周方向に伸びる複数の溝１０を形成したことを特徴とする一方向クラッチ。
2. 同軸上に配置され相対的に軸周り回転可能な外輪１及び内輪２と、前記外輪１と内輪２との間に周方向に沿って配置される複数のローラ３とを備え、前記外輪１の内周面１ａもしくは前記内輪２の外周面２ａのいずれか一方に、他方の円周面との間で周方向へ伸びるくさび空間を形成するカム面が設けられて、前記外輪１と内輪２とが一方向に相対回転すると前記各ローラ３が前記くさび空間内で外輪１の内周面１ａ及び前記内輪２の外周面２ａに係合して両輪１，２を結合し他方向に相対回転すると前記係合が解除され、前記各ローラ３は、保持器４によって周方向に沿って保持されるとともに弾性部材５によって前記外輪１の内周面１ａおよび内輪２の外周面２ａに係合する方向に付勢されており、前記外輪１と内輪２との間に充填されたグリースによって前記各ローラ３と外輪１及び内輪２との接触部を潤滑するようにした一方向クラッチにおいて、
   前記ローラ３の全周に亘って周方向に伸びる複数の溝１０を形成したことを特徴とする一方向クラッチ。
3. 前記複数の溝１０は、それぞれ軸方向に沿って全域に等間隔で設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の一方向クラッチ。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の一方向クラッチの外輪１の外周にベルト駆動用プーリ７を圧入固定したことを特徴とするプーリ装置。

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