JP2008106914A - 一方向クラッチ付きプーリユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 芯ずれが防止され、トルクリミッタ付きの構成とした場合に、トルクリミッタの作動精度を向上させることができる一方向クラッチ付きプーリユニットを提供する。
【解決手段】 一方向クラッチ10の外輪11端面に、４つの凹部31が周方向に等間隔で設けられている。外輪11と回転軸3を一体化するハブ9が略円板状とされ、その外周縁部に、外輪11端面の凹部31に嵌まり合う凸部33が設けられている。ハブ9の中央部が回転軸3の中央部にボルト8で取り付けられている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、一方向クラッチ付きプーリユニットに関する。

例えば自動車エンジンなどのクランクシャフトからベルトを介して駆動される補機（例えば、エアコンディショナ用の圧縮機）に装備されるプーリユニットでは、一方向クラッチを用いることにより、ベルトの張力変動に伴うプーリの回転変動を吸収するようになされている。

このような一方向クラッチ付きプーリユニットでは、一方向クラッチの外輪が回転軸に一体化され、内輪がプーリに一体化されることがあり、この際、外輪は、円板部および円筒部からなるハブの円筒部に圧入され、ハブの円板部が圧縮機の回転軸に取り付けられることにより、回転軸に一体化される。

また、一般的な一方向クラッチは、過負荷が作用したときにベルトから圧縮機の回転軸に対する動力の伝達を遮断する機能は有していないため、過負荷時にプーリに対してベルトが滑り、ベルトが焼き付いたり、破損したりするという問題がある。そこで、この問題を解消するものとして、特許文献１には、カム面上のロック位置を越えた領域に、ころが入り込む凹部が形成されており、過負荷を受けたときに、ころが噛み込み部材として作用しない状態に拘束され、これにより、外輪と内輪とがフリー状態となって動力伝達が遮断されるトルクリミッタとしての動作が得られるトルクリミッタ付き一方向クラッチが提案されている。
特開２００２−１０６６０８号公報

一方向クラッチは、それ自体で芯出しができないため、組立て後に内輪と外輪との芯ずれが起こりやすく、芯ずれによって、噛み合い性が低下したり、空転トルクが増加したりするという問題がある。

特許文献１のトルクリミッタ付き一方向クラッチでは、芯ずれが起こると、トルクリミッタの作動トルクが変化するという問題もある。また、トルクリミッタの作動には、トルクによってころがその径よりも小さい隙間を強制的に通過させられることが必要であり、圧入により外輪の剛性が上がることによって、トルクリミッタが作動しにくくなるという問題もある。

この発明の目的は、芯ずれが防止され、トルクリミッタ付きの構成とした場合に、トルクリミッタの作動精度を向上させることができる一方向クラッチ付きプーリユニットを提供することにある。

この発明による一方向クラッチ付きプーリユニットは、外輪、内輪、両軌道輪間に配された複数のころ、各ころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材および各ころを保持するポケットを有する保持器を備え、内輪より径方向内方にある回転軸に外輪が一体化される一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、外輪端面に少なくとも２つの凹部が周方向に所定間隔をおいて設けられるとともに、外輪と回転軸を一体化するハブが略円板状とされて、その外周縁部に、外輪端面の凹部に嵌まり合う凸部が設けられていることを特徴とするものである。

この一方向クラッチ付きプーリユニットは、例えば、一方向クラッチの内輪がプーリの小径部外径に一体化されて、自動車のエアコンディショナ用の圧縮機などの補機その他種々の装置において使用することができる。

一方向クラッチ付きプーリユニットには、玉軸受が内蔵されることが好ましく、共通の外輪および内輪間に一方向クラッチのころと転がり軸受の玉とが並列に配置される。

一方向クラッチの外輪、内輪およびころは金属製とされ、保持器は、合成樹脂製とされる。付勢部材は、例えばコイルばねとされるがこれに限定されるものではない。カム面は、内輪に形成されることがあり、また、外輪に形成されることもある。

取付け時におけるハブの凸部の位置は、ハブの中央部が回転軸に当接している位置よりも軸方向外方にオフセットされていることが好ましい。このようにすると、ハブの弾性変形に伴う軸方向荷重により、ガタや芯ずれを防止することができる。この際、外輪の凹部およびハブの凸部は、いずれも径方向から見て台形状とされていることがより好ましい。径方向から見て台形状すなわち嵌め合いの方向に対してテーパになっていることで、軸方向荷重作用時に外輪の凹部とハブの凸部とが隙間なく嵌まり合い、ガタが防止される。

また、ハブの凸部と中央部との間に切欠きが設けられていることが好ましい。切欠きは、周方向にのびる円弧状とされ、凸部と同じ数だけ設けられる。これにより、ハブの軸方向の剛性が低くなって、組付け誤差の吸収が可能となるとともに、ハブの径方向の剛性が低くなって、径方向の芯ずれを吸収することもできる。

上記各一方向クラッチ付きプーリユニットでは、一方向クラッチのカム面上のロック位置を越えた領域に、過負荷時にころが入り込むロック解除用凹部が形成されていることがある。このような一方向クラッチは、トルクリミッタ付きと呼ばれているもので、所定のトルク値でトルクリミッタが作動する必要があり、このトルク値のばらつきを小さくするために芯ずれの防止が重要であり、一方向クラッチをトルクリミッタ付きとすることにより、作動トルクの精度に優れたトルクリミッタ付き一方向クラッチを得ることができる。しかも、外輪がハブの円筒部に圧入されている従来のトルクリミッタ付き一方向クラッチに比べると、外輪（ハブを含めた）剛性が低下し、ころがロック解除用凹部に入り込むトルクすなわち作動トルクを小さくすることができ、この点でも作動精度を向上することができる。

この発明の一方向クラッチ付きプーリユニットによると、回転軸に取り付けられるハブと一方向クラッチの外輪とが凹凸による嵌め合わせとされているので、圧入に伴う寸法変化をなくすとともに、位置調整が容易となって芯ずれを防止することができる。そして、この一方向クラッチを過負荷時にころが入り込むロック解除用凹部が形成されているトルクリミッタ付きのものとした場合には、芯ずれ防止効果に外輪の剛性低下効果が加わることによって、トルクリミッタ作動トルクの精度が大幅に向上する。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明による一方向クラッチ付きプーリユニットの一例としての圧縮機用プーリユニットを示し、図２から図４までは、この発明による一方向クラッチ付きプーリユニットの１実施形態を示している。

図１に示す自動車のエアコンディショナ用の圧縮機用プーリユニット(1)は、自動車エンジンのクランクシャフトにベルトを介して接続されエンジンの動力を圧縮機の回転軸(3)に伝達するもので、小径円筒部(5a)および大径円筒部(5b)を有し大径円筒部(5b)にベルトが巻き掛けられるプーリ(5)と、内輪(71)、外輪(72)および２列に配置された複数の玉(73)を有しプーリ小径部(5a)内径と圧縮機の円筒状ケーシング部(2)との間に配置された複列転がり軸受(7)と、玉軸受(20)を内蔵し両端部にシール(22)(23)が設けられている一方向クラッチ(10)と、回転軸(3)端部と一方向クラッチ(10)の外輪(11)とを結合する円板状ハブ(9)とを備えている。

一方向クラッチ(10)に内蔵されている玉軸受(20)は、一方向クラッチ(10)の外輪(11)と内輪(12)との間に複数の玉(21)が配置されることで得られている。一方向クラッチ(10)の外輪(11)は、ハブ(9)を介して回転軸(3)に一体化され、一方向クラッチ(10)の内輪(12)は、プーリ(5)の小径部(5a)外径に一体化されている。したがって、ベルトによりプーリ(5)が回転駆動されて、一方向クラッチ(10)を介してプーリ(5)から圧縮機の回転軸(3)に対して動力を伝達するに際し、一方向クラッチ(10)は、プーリ(5)の回転速度が圧縮機の回転軸(3)よりも相対的に速くなると、ロック状態となって、プーリ(5)、ハブ(9)および回転軸(3)の三者を一体化して同期回転させ、プーリ(5)の回転速度が圧縮機の回転軸(3)よりも相対的に遅くなると、フリー状態となって、プーリ(5)から回転軸(3)に対する回転動力の伝達を遮断し、これにより、回転軸(3)が回転慣性力のみで回転を継続する。

図２に示すように、一方向クラッチ(10)は、円筒形の外輪(11)と、多角形状に形成されてこの部分がロック位置およびフリー位置を規定するカム面(16)とされた内輪(12)と、カム面(16)と外輪(11)の内周面とで形成された楔状空間(17)に配置され、外輪(11)と内輪(12)とが一の方向（ロック方向）に相対回転することにより外輪(11)と内輪(12)との間に噛み込み、他の方向（フリー方向）に相対回転したとき噛み込みを解除する複数の噛み込み部材としてのころ(13)と、ころ(13)を噛み込み方向（楔状空間(17)の狭い側）に付勢する付勢部材としてのコイルばね(15)と、ころ(13)およびコイルばね(15)を収納するポケット(18)を有しておりころ(13)を楔状空間(17)内に位置させる環状の保持器(14)とを備えている。

カム面(16)は、内輪(12)の外周面が横断面多角形状（図示は８角形）とされることにより形成されており、その各面（断面では辺）の反時計方向側部分と外輪(11)内周面との間が楔状空間(17)として使用されている。

この圧縮機用プーリユニット(1)では、従来、ハブが円板部および円筒部からなるものとされ、一方向クラッチの外輪は、ハブの円筒部に圧入されており、ハブが回転軸に取り付けられていたのに対し、次のような構成とされている。

図３に示すように、外輪(11)端面は、平坦面ではなく、周方向に等間隔で４カ所部分が切り取られることで、４つの凹部(31)が外輪(11)端面に形成されている。円板状ハブ(9)は、外輪(11)の内径より若干小さい外径を有する円板部(32)と、外輪(11)の４つの凹部(31)に対応する位置において円板部(32)の外周から径方向にのびる４つの凸部(33)と、各凸部(33)と円板部(32)中心との間に設けられた４つの周方向にのびる切欠き(34)とを有している。

そして、一方向クラッチ(10)の外輪(11)の凹部(31)とハブ(9)の凸部(33)とが嵌め合わせられるとともに、ハブ(9)の中央部が回転軸(3)の中央部にねじ部材としてのボルト(8)で取り付けられることにより、ハブ(9)が回転軸(3)に固定されている。この際、図１に示すように、ハブ(9)の取付け時における凸部(33)の位置は、ハブ(9)が弾性変形可能な範囲内で、ハブ(9)の中央部が回転軸(3)に当接している位置よりも軸方向外方（図の左方）にオフセットさせられており、これによって軸方向荷重が発生している。この軸方向荷重により、玉軸受(20)部分でのガタをなくすことができ、一方向クラッチ(10)の芯ずれが防止される。

また、図４に示すように、外輪(11)の凹部(31)およびハブ(9)の凸部(33)は、いずれも径方向から見て台形状とされており、軸方向荷重が発生するようにハブ(9)を締め付けることにより、外輪(11)とハブ(9)とのガタが防止されている。

また、ハブ(9)に設けられた４つの周方向にのびる切欠き(34)により、軸方向の剛性が低くなることで組付け誤差が吸収され、さらに、軸方向に直交する方向の芯ずれを吸収することもできる。

この一方向クラッチ(10)によると、外輪(11)の回転速度が内輪(12)よりも相対的に速くなると、ころ(13)がくさび状空間(17)の狭い側（図の反時計方向）へ転動させられてロック状態となるので、外輪(11)と内輪(12)とが一体化して同期回転する。しかし、外輪(11)の回転速度が内輪(12)よりも相対的に遅くなると、ころ(13)がくさび状空間(17)の広い側（図の時計方向）へ転動させられてフリー状態となるので、外輪(11)から内輪(12)へ回転動力の伝達が遮断されることになって内輪(12)が回転慣性力のみで回転を継続するようになる。

大きなトルク負荷がかかると、ころ(13)は、内輪(12)と外輪(11)との間に噛み込んだ状態で、楔状空間(17)のより狭い方向に強制的に移動させられる。ころ(13)がさらに反時計方向に移動して、ころ(13)がロック解除用凹部(19)に嵌まり込むと、内輪(12)と外輪(11)とはフリー状態となる。ここで、ころ(13)がロック解除用凹部(19)に嵌まり込むためには、内輪(12)および外輪(11)が変形することが必要となるが、外輪(11)の剛性が低下させられていることにより、小さいトルクでもトルクリミッタを作動させることができ（または、同じトルクに対して乗り越え時の変形量を大きくすることができ）、トルクリミッタの作動精度を向上させることができる。

したがって、この圧縮機用プーリユニット(1)によると、例えば圧縮機の焼き付き故障などに伴い回転軸(3)の回転に異常が生じると、一方向クラッチ(10)の負荷トルクが増大し、この値が所要の規定値（例えば６０Ｎｍ）に到達すると、ころ(13)は、くさび状空間(17)におけるロック位置のさらに狭い側（図の反時計方向）へ移動させられて、カム面(16)のロック解除用凹部(19)に入り込む。これに伴い、ころ(13)は、両輪(11)(12)間に噛み込むことが不可能となり、プーリ(5)から圧縮機の回転軸(3)に対する動力伝達が遮断されるトルクリミッタの機能が果たされる。この結果、過負荷を受けたときでもプーリ(5)の回転が継続し、クランクシャフトの回転損失を生じることなく、プーリ(5)上でベルトが滑らずに済んでベルトの寿命が向上する。

なお、上記実施形態において、一方向クラッチ(10)付きプーリユニット(1)は、自動車のエアコンディショナ用の圧縮機用プーリユニットとして説明したが、一方向クラッチ付きプーリユニットの用途はこれに限定されるものではない。また、上記の一方向クラッチは、内輪にカム面が形成されているものであるが、上記のハブを円板状として外輪と結合する構成は、外輪にカム面が形成されている一方向クラッチにも同様に適用することができる。

図１は、この発明による一方向クラッチ付きプーリユニットの１例である圧縮機用プーリユニット示す横断面図である。 図２は、一方向クラッチを示す横断面図である。 図３は、一方向クラッチの外輪とハブとを示す分解斜視図である。 図４は、一方向クラッチの外輪とハブとの結合部分を示す径方向から見た図である。

符号の説明

(3) 回転軸
(8) ボルト（ねじ部材）
(10) 一方向クラッチ
(11) 外輪
(12) 内輪
(13) ころ
(14) 保持器
(15) コイルばね（付勢部材）
(16) カム面
(18) ポケット
(19) ロック解除用凹部
(31) 凹部
(33) 凸部
(34) 切欠き

Claims (5)

1. 外輪、内輪、両軌道輪間に配された複数のころ、各ころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材および各ころを保持するポケットを有する保持器を備え、内輪より径方向内方にある回転軸に外輪が一体化される一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、外輪端面に少なくとも２つの凹部が周方向に所定間隔をおいて設けられるとともに、外輪と回転軸を一体化するハブが略円板状とされて、その外周縁部に、外輪端面の凹部に嵌まり合う凸部が設けられていることを特徴とする一方向クラッチ付きプーリユニット。
2. 取付け時におけるハブの凸部の位置は、ハブの中央部が回転軸に当接している位置よりも軸方向外方にオフセットされていることを特徴とする請求項１の一方向クラッチ付きプーリユニット。
3. 外輪の凹部およびハブの凸部は、いずれも径方向から見て台形状とされていることを特徴とする請求項２の一方向クラッチ付きプーリユニット。
4. ハブの凸部と中央部との間に切欠きが設けられていることを特徴とする請求項１の一方向クラッチ付きプーリユニット。
5. カム面上のロック位置を越えた領域に、過負荷時にころが入り込むロック解除用凹部が形成されていることを特徴とする請求項１から４までのいずれかの一方向クラッチ付きプーリユニット。

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