JP2008164030A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 一方向クラッチにおいて、駆動輪と従動輪の相対回転速度が予め定められたレベルを超えた場合に、回転トルクの伝達が自動的に遮断されるようにする。
【解決手段】 同心的に配置される外輪８（駆動輪）と内輪９（従動輪）との間に形成される環状の空間部に、各ころ１３を保持する環状の保持器１２を配置させ、保持器１２における外輪８の駆動回転方向と対向する内壁面１５ａの下部から板ばね２１を突出させ、ころ１３がくさび状空間部１９のくさび部分に入り込むことによって外輪８の回転トルクが内輪９に伝達され、外輪８が予め定められたレベルを超えて回転されたときに、内輪９の回転遠心力によって板ばね２１を撓ませ、その先端部に取り付けられたウエイト２２でころ１３を押し戻す。
【選択図】 図４

Description

本発明は、一方向クラッチに関するものである。

車両（自動車）のエンジンからの回転トルクは、プーリユニットの外輪（駆動輪）にベルト伝達され、プーリユニットに組み込まれた一方向クラッチ機構を介して、内輪である補機回転軸（従動輪）に伝達される。この補機として、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウォータポンプ、オルタネータ、冷却ファン等がある。そして、このプーリユニットとして、特許文献１，２に開示される技術が存している。

近年、エンジンの低アイドル化に対応し、オルタネータプーリ（駆動輪）が小径化している。このため、エンジンの高速回転時には、オルタネータ（従動輪）もそのプーリ比に対応して高速回転となる。しかし、オルタネータの場合、その回転速度が一定以上となっても、その発電量は大きくならない。このため、オルタネータの回転速度を無駄に大きくさせても非効率である。しかも、オルタネータを、高速回転に対応できるように強度アップしなければならないため、無駄なコストが発生している。
特開２００１−８２５８６号公報 特開２００２−１０６６８６号公報

本発明は、上記した不具合に鑑み、一方向クラッチにおいて、駆動輪と従動輪の相対回転速度が予め定められたレベルを超えた場合に、回転トルクの伝達が自動的に遮断されるようにすることを課題としている。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するための本発明の一方向クラッチは、環状の駆動輪と、その外輪の内側に、ラジアル方向のクラッチ転動体収容空間を形成する形で同心的に配置されると共に、回転半径が周方向に沿って変化するカム面を有し、前記補機回転軸に固定されて該補機回転軸と一体回転する従動輪と、前記クラッチ転動体収容空間内に配置され、前記駆動輪と前記従動輪とをクラッチ係合させて、前記駆動輪から前記従動輪への回転トルク伝達を許容するロック位置と、前記クラッチ係合を解除して回転トルク伝達を阻止するアンロック位置との間で周方向に転動可能に配置され、前記駆動輪の駆動回転速度が前記従動輪の慣性回転速度を下回った場合に、前記ロック位置から前記アンロック位置へと移動するクラッチ転動体と、前記駆動輪と前記従動輪との間に形成される環状の空間部に配置され、前記クラッチ転動体が保持されるポケット状空間部を有する保持器と、前記クラッチ転動体が前記ロック位置となって、前記従動輪が前記駆動輪に追従回転している状態において、前記駆動輪の回転速度が予め定められたレベル未満となる通常回転状態から、前記レベルを超える高速回転状態へ移行するに伴い、その回転遠心力により、前記クラッチ転動体を前記ロック位置から前記アンロック位置へ強制的に移動させるクラッチ転動体移動機構とを備えることを特徴としている。

駆動輪が所定方向に回転すると、保持器のポケット状空間部にアンロック状態で保持されているクラッチ転動体が転動して、くさび状空間部の端部のくさび部分（ロック位置）に入り込むことにより、駆動輪の回転トルクが従動輪に伝達される。そして、従動輪の回転速度が予め定められたレベルを超えると、前記クラッチ転動体は、前記従動輪の回転遠心力で作動されるクラッチ転動体移動機構により、前記ロック位置から前記アンロック位置に強制的に移動させられる。これにより、駆動輪の回転速度が予め定められたレベルを超えたときに、その回転トルクの伝達が自動的に遮断され、従動輪は、予め定められたレベルを超える回転速度で回転されることはない。この結果、従動輪の強度を無駄に大きくする必要はなく、そのコスト低減を図ることができる。

前記クラッチ転動体移動機構は、前記保持器のポケット状空間部における前記駆動輪の駆動回転方向と対向する内壁面から突出され、先端部にウエイトが取り付けられた弾性部材であるようにすることができる。

この場合、クラッチ転動体移動機構が、弾性部材とウエイトとにより具現化され、その構成を簡単なものとすることができる。

また、前記ウエイトは、前記クラッチ転動体が前記クラッチ転動体収容空間のロック位置に配置された状態において、前記クラッチ転動体の外周面でその中心位置よりも下方の部分に近接配置させることが望ましい。

ウエイトが、ロック位置に配置されたクラッチ転動体の中心位置よりも下方の部分に近接配置されている。このため、従動輪の回転遠心力によって弾性部材が動作されたとき、その先端部に取り付けられたウエイトにより、クラッチ転動体が確実に押し戻される。

そして、前記弾性部材は、板ばねとすることができる。

弾性部材が板ばねであるため、その先端部に取り付けられるウエイトの長さを長くすることができ、ころと当接する面積を大きくすることができる。このため、ころを確実に押し戻すことができる。

本発明の実施例を説明する。図１は一方向クラッチ５が取り付けられたプーリユニット１００の断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図、図３は内輪９と保持器１２の斜視図である。

図１に示されるように、プーリユニット１００は、補機回転軸１と、補機回転軸１の外周部分に同心に配置されるプーリ２と、補機回転軸１の外周面とプーリ２の内周面との間に形成される環状の空間部に配置される２個の転がり軸受３，４と、各転がり軸受３，４の間に介装される一方向クラッチ５を備えている。補機回転軸１は、自動車のエンジンの補機（例えば、オルタネータ）の入力軸と連結されている。プーリ２（オルタネータプーリ）の外周面には、複数本のベルト溝２ａが設けられていて、各ベルト溝２ａに、自動車のエンジンのクランクシャフトからのベルト６が掛装されている。エンジンの動力により、プーリ２が駆動回転される。なお、図１において、７は、シールである。

最初に、一方向クラッチ機構（本実施例の場合、一方向クラッチ５）について説明する。図１及び図２に示されるように、一方向クラッチ５は、プーリ２と一体回転される外輪８（駆動輪）と、外輪８に対して同心円的に配置される内輪９（従動輪）と、外輪８と内輪９との間に形成される環状空間部に配置される保持器１２を備えている。内輪９の外周面は正八角形状であり、各平坦面には、保持器１２に保持される各クラッチ転動体（ころ１３）を周方向に転動させながら移動させるためのカム面１４が形成されている。

保持器１２は環状であり、その内周面は、内輪９の外周面形状（正八角形状）に対応した正八角形状であり、内輪９に嵌合可能である。内輪９に嵌合された保持器１２は、内輪９と一体になって回転される。そして、保持器１２には、周方向に所定の間隔をおいて複数個（本実施例の場合、内輪９の各カム面１４に対応して８個）のポケット１５が設けられている。

ポケット１５の一方側の内壁面１５ａには、ころ１３を付勢するための圧縮ばね１８が取り付けられている。また、ポケット１５の他方側の内壁面１５ｂは、ころ１３の外径に対応して窪み形状（Ｖ字形状）となっている。ここで、内輪９の各カム面１４が平坦面であるのに対して、外輪８の内周面は円形に湾曲されている。このため、内輪９のカム面１４、ポケット１５の各内壁面１５ａ，１５ｂ及び外輪８の内周面とで囲まれた空間部（クラッチ転動体収容空間）は、カム面１４の両端部（各内壁面１５ａ，１５ｂに近い側）の高さが、その中央部の高さよりも低くなったくさび状となっていて、くさび状空間部１９となっている。そして、各ころ１３の外径は、くさび状空間部１９の最大高さ（カム面１４の中央部の高さ）よりも小さく、くさび状となった部分の高さ（カム面１４の両端部の高さ）よりも少し大きい。各ころ１３が、くさび状空間部１９の中央部の近傍に配置されているときには、各ころ１３の外周面は、外輪８の内周面及び内輪９のカム面１４と転動可能に接触している。このため、外輪８の回転トルクは、内輪９に伝達されない（アンロック位置）。そして、各ころ１３がくさび状空間部１９の端部に配置されているとき（即ち、ポケット１５の他方側の内壁面１５ｂに近接配置されているとき）には、各ころ１３の外周面は、外輪８の内周面と内輪９のカム面１４に転動不能に圧接される。このため、各ころ１３を介して外輪８と内輪９とが連結され、外輪８の回転トルクが内輪９に伝達される（ロック位置）。

次に、クラッチ転動体移動機構について説明する。保持器１２のポケット１５における他方側の内壁面１５ｂの下部から、薄い板ばね２１が、内輪９のカム面１４とほぼ平行に突出されている。ポケット１５の内壁面１５ｂにおける板ばね２１の突出位置は、カム面１４よりも少し上方で、ころ１３の軸心（ころ１３の中心）よりも下方である。板ばね２１の先端部には、円柱形状のウエイト２２が取り付けられている。このウエイト２２は、ころ１３が転動してくさび状空間部１９の両端部（くさび部分）に入り込んだとき、ころ１３の外周面で、その中心位置よりも下方の部分に近接配置される。

本実施例の一方向クラッチ５の作用について説明する。図３に示されるように、外輪８及び内輪９の静止状態（非回転状態）において、ころ１３とウエイト２２とは離隔されている。

外輪８が、矢印２３の方向（圧縮ばね１８の付勢方向）に駆動回転されると、ころ１３が転動（自転）しながら圧縮ばね１８の付勢方向に転動される。このため、ころ１３は、くさび状空間部１９の端部（高さの低い部分、即ち、くさび部分）に移動し、外輪８の内周面と内輪９のカム面１４とに圧接される。これにより、外輪８の回転トルクが内輪９に及び（「クラッチがつながる」ことを意味する）、外輪８と内輪９とが、矢印２３の方向に一体に回転される。また、ウエイト２２の外周面は、ころ１３の外周面で、その中心位置よりも下方の部分に近接配置される。その状態を、図４において二点差線で示す。

外輪８及び内輪９の回転速度が予め定められたレベルを超えると、内輪９の遠心力により、板ばね２１が撓み、外方（矢印２４の方向）に向かって湾曲される。同時に、ウエイト２２が浮き上がり、付勢ばね１８の付勢力に抗してころ１３を押し戻す。ころ１３は、外輪８の内周面と内輪９のカム面１４との圧接状態から解放され、くさび状空間部１９内を転動自在となる。この結果、外輪８の回転トルクが内輪９に及ばなくなり（「クラッチが切れる」ことを意味する）、内輪９は惰性回転するため、内輪９の回転速度がそれ以上大きくなることはない。換言すれば、内輪９の回転速度が予め定められたレベルを超えた場合に、その回転速度が自動的に抑止される。

内輪９の回転速度が予め定められたレベルを下回ると、板ばね２１の撓みが戻り、ウエイト２２がころ１３を押し戻す力が解放される。これにより、付勢ばね１８の付勢力により、ころ１３が転動しながら移動し、くさび状空間部１９の端部（くさび部分）に入り込む。このため、再び外輪８の回転トルクが内輪９に及び、外輪８と内輪９とが一体回転される。

外輪８が、矢印２３と反対の方向に回転するとき、各ころ１３は内輪９のカム面１４を移動して、ポケット１５の一方側のくさび部分（ポケット１５の一方側の内壁面１５ａの近傍）に接近しようとするが、圧縮ばね１８に阻止される。このため、ころ１３が一方側のくさび部分に入り込むことはなく、外輪８の回転トルクが内輪９に伝達されることはない。

上記した実施例の一方向クラッチ５の場合、保持器１２における板ばね２１の先端部に円柱状のウエイト２２が取り付けられた形態である。この場合、ころ１３とウエイト２２との接触面積が大きくなり、ころ１３を確実に押し戻すことができるという利点がある。しかし、図５に示される別の実施例の保持器２５のように、ばね棒２６の先端部に、球状のウエイト２７が取り付けられている場合であってもよい。

本実施例の一方向クラッチは、駆動回転する外輪８に追従する内輪９の回転速度が予め定められたレベルを超えた場合、自動的に外輪８の回転トルクが伝達されなくなり（クラッチが遮断される）、内輪９の回転速度が予め定められたレベルを下回った場合、自動的に外輪８の回転トルクが伝達される（クラッチがつながる）。即ち、簡単な構成のクラッチ転動体移動機構（板ばね２１とウエイト２２）のみにより、内輪９の回転速度を自動的に制御することができるため、内輪９の強度を無駄に高くすることが不要になり、オルタネータのコスト低減が図られる。

一方向クラッチ５が取り付けられたプーリユニット１００の断面図である。 図１のＸ−Ｘ線断面図である。 内輪９と保持器１２の斜視図である。 一方向クラッチ５の作用説明図である。 別の実施例の一方向クラッチ２７の斜視図である。

符号の説明

１：補機回転軸
５：一方向クラッチ
８：外輪（駆動輪）
９：内輪（従動輪）
１２，２５：保持器
１３：ころ（クラッチ転動体）
１４：カム面
１５：ポケット（ポケット状空間部）
１９：くさび状空間部（クラッチ転動体収容空間）
２１：板ばね（クラッチ転動体移動機構）
２２，２７：ウエイト（クラッチ転動体移動機構）
２３：矢印（駆動回転方向）
２６：ばね棒（クラッチ転動体移動機構）

Claims (4)

1. 環状の駆動輪と、
   その外輪の内側に、ラジアル方向のクラッチ転動体収容空間を形成する形で同心的に配置されると共に、回転半径が周方向に沿って変化するカム面を有し、前記補機回転軸に固定されて該補機回転軸と一体回転する従動輪と、
   前記クラッチ転動体収容空間内に配置され、前記駆動輪と前記従動輪とをクラッチ係合させて、前記駆動輪から前記従動輪への回転トルク伝達を許容するロック位置と、前記クラッチ係合を解除して回転トルク伝達を阻止するアンロック位置との間で周方向に転動可能に配置され、前記駆動輪の駆動回転速度が前記従動輪の慣性回転速度を下回った場合に、前記ロック位置から前記アンロック位置へと移動するクラッチ転動体と、
   前記駆動輪と前記従動輪との間に形成される環状の空間部に配置され、前記クラッチ転動体が保持されるポケット状空間部を有する保持器と、
   前記クラッチ転動体が前記ロック位置となって、前記従動輪が前記駆動輪に追従回転している状態において、前記駆動輪の回転速度が予め定められたレベル未満となる通常回転状態から、前記レベルを超える高速回転状態へ移行するに伴い、その回転遠心力により、前記クラッチ転動体を前記ロック位置から前記アンロック位置へ強制的に移動させるクラッチ転動体移動機構と、
   を備えることを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記クラッチ転動体移動機構は、前記保持器のポケット状空間部における前記駆動輪の駆動回転方向と対向する内壁面から突出され、先端部にウエイトが取り付けられた弾性部材であることを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 前記ウエイトは、前記クラッチ転動体が前記クラッチ転動体収容空間のロック位置に配置された状態において、前記クラッチ転動体の外周面でその中心位置よりも下方の部分に近接配置されることを特徴とする請求項２に記載の一方向クラッチ。
4. 前記弾性部材は、板ばねであることを特徴とする請求項２又は３に記載の一方向クラッチ。

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