JP2008256132A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】保持器との干渉によるスプラグの滑りを防止し、一方向クラッチの耐久性を高める。
【解決手段】外輪１と内輪２とを支持する軸受部５と、複数のスプラグ３と、前記各スプラグ３を保持する保持器４と、前記各スプラグ３を係合方向に付勢する弾性部材６とから成る一方向クラッチにおいて、前記外輪１と内輪２との空転時において前記保持器４と前記内輪２とを結合させ、トルク負荷時において前記保持器４と前記内輪２との結合を解除させる補助クラッチ部１０を備えた。この構成によれば、外輪１と内輪２との空転時において潤滑状態が希薄な内輪２側で保持器４と内輪２とが相対回転せず、潤滑状態の良い外輪１側で外輪１とスプラグ３とが相対回転する。また、トルク負荷時において保持器４は内輪２に対して相対回転可能な状態となる。このため、空転時のスプラグ３の摩耗を抑制するとともに、トルク負荷時の保持器４とスプラグ３との干渉を緩和し耐久性を向上できる。
【選択図】図１

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、例えば、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、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、図５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、多数のスプラグ３を係合子として組み込んだスプラグタイプの一方向クラッチを内蔵した一方向クラッチが知られている。

この一方向クラッチの構成は、外輪１と内輪２とが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複数の転動体５ａを有する玉軸受（軸受部）５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、隣り合うスプラグ３，３同士の周方向距離を一定に保つ環状の保持器４が設けられている。
その保持器４は内輪（軸）２に固定されて一体に回転するようになっており、スプラグ３と内輪２とが摺動しないようになっている。
このため、空転時において遠心力により潤滑剤が外径側（外輪１の内周面１ａに近い側）へ移動し、その潤滑剤の分布が外径側に偏った場合においても、スプラグ３と内輪２との偏摩耗を防止することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−２８２８５６号公報

上述のように、特許文献１に示す一方向クラッチは、スプラグ３を周方向に沿って保持する保持器４を内輪２に固定しているため、一方向クラッチの空転時には、スプラグ３と外輪１との間で相対回転が発生し、スプラグ３と内輪２との間では相対回転が発生しない。

しかし、保持器を内輪２に固定しているので、トルク負荷により、図４（ａ）に示す空転状態（図中の内径側カム面３ｄと外径側カム面３ｕとが、それぞれ内外輪２，１に噛み合わず、内外輪２，１が相対回転する状態）から、図４（ｂ）に示す係合状態（図中の内径側カム面３ｄと外径側カム面３ｕとがそれぞれ内外輪２，１に噛み合って、その内外輪２，１を結合させ一体に回転可能とした状態）へとスプラグ３が傾動した際に、保持器４のポケット部４ａの周方向端面４ｃに、スプラグ３のあご部３ｓが干渉することがある（図４（ｂ）参照）。

この干渉が生じるとスプラグ３の傾動が妨げられ、前記スプラグ３の外径側カム面３ｕと外輪１の内周面１ａとの間に微小な滑りが発生しやすくなる。
このような滑りの発生はクラッチの寿命を低下させるので、滑りはできるだけ生じないようにすることが望ましい。

そこで、この発明は、スプラグの保持器との干渉によるスプラグの滑りを防止し、一方向クラッチの耐久性を高め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、同軸上に配置された外輪及び内輪と、前記外輪及び内輪の間に配置されその外輪及び内輪を相対的に軸周り回転可能に支持する軸受部と、前記外輪及び内輪の間に周方向に沿って配置され、前記外輪及び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両輪の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、前記各スプラグを前記外輪の内周面及び前記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る一方向クラッチにおいて、前記外輪及び内輪とが前記他方向に相対回転すると前記保持器と前記内輪とを結合させ前記一方向に相対回転すると前記保持器と前記内輪との結合を解除する補助クラッチ部を備えた構成を採用した。

上記構成により、前記外輪及び内輪との前記他方向への相対回転した状態、すなわち、外輪と内輪との空転時において、保持器が内輪に結合しその保持器と内輪とが一体に回転する。このため、空転時に潤滑状態が希薄になりやすい内輪側において、保持器と内輪とが相対回転せず、潤滑状態の良い外輪側において、外輪とスプラグとが相対回転する。
また、前記外輪及び内輪とが前記一方向へ相対回転してその外輪と内輪とが結合した状態、すなわちトルク負荷時において、前記保持器と前記内輪との結合が解除される。このため、保持器は内輪に対して相対回転可能な状態となる。
したがって、内輪と外輪との空転時には、その空転によるスプラグの摩耗を抑制することができ耐久性を向上できる。また、トルク負荷時には、保持器を内輪に対して、スプラグとの干渉を緩和する方向に相対回転可能としてトルク負荷時におけるスプラグの滑りを抑制しその耐久性を向上できる。

前記の構成において、補助クラッチ部として周知の一方向クラッチの構成を採用し得るが、例えば、その補助クラッチ部として、保持器と前記内輪との間に設けられるローラクラッチを採用することができる。

また、そのローラクラッチの構成としては、例えば、以下の構成を採用することができる。すなわち、前記保持器の内面と前記内輪の外周面との間に形成された周方向の楔型空間と、その楔型空間内に収納されたローラと、そのローラを前記保持器と内輪とに係合する方向に付勢する弾性部材とを備えた構成である。

また、そのローラクラッチの構成として、スプラグを用いた一方向クラッチを採用することができる。その構成は、前記外輪及び内輪とが前記他方向に相対回転すると前記保持器の内面及び前記内輪の外周面に係合してその保持器と内輪とを結合し前記一方向に相対回転すると前記保持器と前記内輪との係合を解除する複数の補助スプラグと、前記各補助スプラグを前記保持器の内面及び前記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る構成である。

この発明は、スプラグの保持器との干渉によるスプラグの滑りを防止し、一方向クラッチの耐久性を高めることができる。

この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態は、プーリ７内に一方向クラッチを組込んだ一方向クラッチ内蔵プーリユニットである。
図１及び図２に示すように、プーリ７の内径部に外輪１が圧入されて一体に回転可能となっており、その外輪１の内側に内輪（軸）２が同軸上に組込まれている。なお、この実施形態では内輪２を軸で構成しているが、環状の内輪２としてその内輪２に軸を嵌める等によって連結した構成も採用できる。

前記外輪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、そのプーリ７の内周及び内輪２の外周には、前記各円筒面１ａ，２ａの軸方向両側に軸受嵌合面１ｂ，２ｂが形成され、その各軸受嵌合面１ｂ，２ｂ間に軸受部５が嵌められている。この実施形態では、前記軸受嵌合面２ｂは、外周円筒面２ａと同径に形成されている。

軸受部５は、片シール付き玉軸受から成る。この軸受部５は、シールが軸方向外側に位置するように組付けされ、外輪１と一体に回転する軸受外輪と、内輪２と一体に回転する軸受内輪、及び、その軸受外輪及び軸受内輪にそれぞれ形成された全周に亘る断面弧状の軌道溝間に収納されたボール（転動体）５ａを備える。この軸受部５を介して、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。

前記両軸受部５，５間には、図１（ｂ）に示すように、内外両輪１，２間に組込まれたスプラグ３と、このスプラグ３を保持する保持器４と、前記スプラグ３を係合方向に付勢する弾性部材６とが配置されている。弾性部材６としては、例えば、図中に示すコイルバネ等の周知の手段を採用し得る。

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、円筒状の合成樹脂の成形品から成り、図１に示す軸方向両側の端部はそれぞれ軸受部５の軸受内輪に接している。このため、保持器４は、両軸受部５の間で軸方向へ大きく移動することが規制される。
なお、この軸方向両側の軸受部５，５間の空間には、潤滑剤としてグリースが封入されている。

また、保持器４には、スプラグ３を保持できるよう、その周方向に沿って内外を貫通する複数のポケット部（収納部）４ａが等間隔で形成されている。スプラグ３は、各ポケット部４ａに個別に収容されており、すべてのスプラグ３が周方向に位置決めされている。

また、そのスプラグ３を収容した各ポケット部４ａには、弾性部材収容孔４ｂが設けられ、その弾性部材収容孔４ｂ内に上記弾性部材６が組込まれている。その弾性部材６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。

また、前記保持器４の内周には周方向に沿って複数の凹部が等間隔で形成されており、その凹部の内面１４と前記内輪２の外周面２ａとの間に周方向の楔型空間ｗを形成している。各楔型空間ｗはいずれも同一の形状であり、周方向に隣り合う前記ポケット部４ａ，４ａ間毎に１箇所ずつ設けられている。
また、その楔型空間ｗは、図２に示すように、周方向に沿って同方向に向かうにつれて徐々にその径方向幅が小さくなるように設定されている。

各楔型空間ｗ内にそれぞれ円筒状のローラ１２が収納され、そのローラ１２が、コイルバネ（弾性部材）１１によって、図２に示す矢印ｒ１方向、すなわちそのローラ１２が前記保持器４と内輪２とに係合する方向に付勢されてローラクラッチ（補助クラッチ部）１０を構成している。

このクラッチ内蔵プーリユニットでは、プーリ７と一体の外輪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）の矢印ｆ１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ｆ２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１（ａ）に示すように、プーリ７（外輪１）を矢印ｆ１方向に回転すると、スプラグ３が図中矢印ｓ１に示す方向へその姿勢を変え、そのスプラグ３の内外各カム面が、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ｆ２の方向へ相対回転するので、スプラグ３は矢印ｓ２方向にその姿勢を変え、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ユニットを、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。

また、保持器４と内輪２との間には前記ローラクラッチ１０を備えているので、そのローラクラッチ１０は、図２に示すように、前記外輪１が矢印ｆ１方向に回転して、スプラグ３が矢印ｓ１方向に姿勢を変え外輪１と内輪２とが結合して一体に回転すると（すなわち一方向クラッチのトルク負荷時において）、前記保持器４と前記スプラグ３とが干渉し、保持器４は内輪２に対して相対的に図２の矢印ｒ１に示す方向へと回転しようとする。

このため、ローラ１２は、楔形空間ｗ内において保持器４に対して相対的に矢印ｒ２方向へと移動し、保持器４の内面１４や内輪２の外周円筒面２ａに係合することなく、保持器４と内輪２との結合は解除した状態に維持される。すなわち、保持器４は内輪２に対して相対回転可能な状態となる。
この状態において、保持器４が内輪２に対して、スプラグ３との干渉を緩和する方向に相対回転可能であるので、そのスプラグ３と保持器４との干渉によるスプラグ３と内輪２との滑りを排除し、その耐久性を向上できる。

また、前記外輪１が矢印ｆ２方向に回転して、スプラグ３が矢印ｓ２方向に姿勢を変え、外輪１と内輪２との結合が解除されると（すなわち一方向クラッチの空転時において）、ローラ１２は、楔形空間ｗ内において保持器４に対して相対的に矢印ｒ１方向へと移動し、保持器４の内面１４と内輪２の外周円筒面２ａとに係合し、その保持器４と内輪２とが結合して一体に回転する状態となる。

この状態において、空転時に潤滑状態が希薄になりやすい内輪２側において、保持器４と内輪２とが相対回転せず、また、潤滑状態の良い外輪１側において、外輪１とスプラグ３とが相対回転する状態となるので、スプラグ３の摩耗を抑制することができ、その耐久性を向上できる。

他の実施形態を図３に示す。この実施形態は、補助クラッチ部１０として、上述の実施形態のローラクラッチに代えて、スプラグ式の一方向クラッチを採用したものである。以下、補助クラッチ部１０としてローラークラッチを用いた場合との差異点を中心に説明する。

この実施形態の補助クラッチ部１０は、複数の補助スプラグ１３と、その各補助スプラグ３を前記保持器４の内面１５及び前記内輪２の外周面２ａに係合する方向に付勢する弾性部材１６等とから構成される。
前記保持器４の内周には周方向に沿って、前記補助スプラグ１３用のポケット部（収納部）１５ａが等間隔で形成されている。各ポケット部１５ａはいずれも同一の形状であり、周方向に隣り合う前記ポケット部４ａ，４ａ間毎に１箇所ずつ設けられている。

各ポケット部１５ａ内にそれぞれ前記補助スプラグ１３が収納され、その補助スプラグ１３に形成された外径側カム面１３ｕ及び内径側カム面１３ｄが、それぞれコイルバネ（弾性部材）１６によって、前記ポケット部１５ａの内面１５と内輪２の外周円筒面２ａとに係合する方向に付勢されて補助クラッチ部１０を構成している。

その作用を説明すると、図３（ａ）に示すように、前記外輪１が矢印ｆ１方向に回転して、スプラグ３が矢印ｓ１方向に姿勢を変え外輪１と内輪２とが結合して一体に回転すると（すなわち一方向クラッチのトルク負荷時において）、前記保持器４と前記スプラグ３とが干渉し、保持器４は内輪２に対して相対的に図３（ｃ）の矢印ｔ１に示す方向へと回転しようとする。

このため、補助スプラグ１３は同図矢印ｔ１方向へ姿勢を変え、保持器４の内面１５や内輪２の外周円筒面２ａに係合することなく、保持器４と内輪２との結合は解除した状態に維持される。すなわち、保持器４は内輪２に対して相対回転可能な状態となる。

また、前記外輪１が矢印ｆ２方向に回転して、スプラグ３が矢印ｓ２方向に姿勢を変え、外輪１と内輪２との結合が解除されると（すなわち一方向クラッチの空転時において）、補助スプラグ１３は、同図矢印ｔ２方向へ姿勢を変え、保持器４の内面１５と内輪２の外周円筒面２ａとに係合し、その保持器４と内輪２とが結合して一体に回転する状態となる。

なお、これらの各実施形態は、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プーリユニットにも適用可能である。また、スプラグ３，１３やローラ１２等を付勢する弾性部材６，１１，１６として、上記各実施形態ではコイルバネを使用したが、コイルバネ以外の他の弾性部材を用いてもよい。

一実施形態を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図 図１（ａ）の要部拡大図 他の実施形態を示し、（ａ）は正面要部断面図、（ｂ）は側面要部断面図、（ｃ）は（ａ）の要部拡大図 スプラグの作用を示す説明図で、（ａ）は空転状態、（ｂ）は係合状態を示す 従来例を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図

符号の説明

１ 外輪
１ａ 内周面
２ 内輪（軸）
２ａ 外周面
３ スプラグ
４ 保持器
４ａ ポケット部（収納部）
４ｄ テーパ面
５ 軸受部
５ａ 転動体（ボール）
６，１１，１６ 弾性部材
７ プーリ
１０ 補助クラッチ部
１２ ローラ
１３ 補助スプラグ
１４，１５ 内面

Claims (4)

1. 同軸上に配置された外輪１及び内輪２と、前記外輪１及び内輪２の間に配置されその外輪１及び内輪２を相対的に軸周り回転可能に支持する軸受部５と、前記外輪１及び内輪２の間に周方向に沿って配置され、前記外輪１及び内輪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両輪１，２の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に係合する方向に付勢する弾性部材６とから成る一方向クラッチにおいて、
   前記外輪１及び内輪２とが前記他方向に相対回転すると前記保持器４と前記内輪２とを結合させ前記一方向に相対回転すると前記保持器４と前記内輪２との結合を解除する補助クラッチ部１０を備えたことを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記補助クラッチ部１０は、前記保持器４と前記内輪２との間に設けられるローラクラッチ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. 前記補助クラッチ部１０を構成するローラクラッチは、前記保持器４の内面１４と前記内輪２の外周面２ａとの間に形成された周方向の楔型空間ｗと、その楔型空間ｗ内に収納されたローラ１２と、そのローラ１２を前記保持器４と内輪２とに係合する方向に付勢する弾性部材１１とを備えたことを特徴とする請求項２に記載の一方向クラッチ。
4. 前記補助クラッチ部１０は、前記外輪１及び内輪２とが前記他方向に相対回転すると前記保持器４の内面１５及び前記内輪２の外周面２ａに係合してその保持器４と内輪２とを結合し前記一方向に相対回転すると前記保持器４と前記内輪２との係合を解除する複数の補助スプラグ１３と、前記各補助スプラグ１３を前記保持器４の内面１５及び前記内輪２の外周面２ａに係合する方向に付勢する弾性部材１６とから成ることを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。

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