JP2009063037A - クラッチ内蔵プーリユニット - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃的なトルク入力を緩衝することができるようにしたクラッチ内蔵プーリユニットを提供することである。
【解決手段】プーリ１の内側に一方向クラッチ１０を組込み、その一方向クラッチ１０の内輪１３を外筒１３ａと内筒１３ｂで形成する。外筒１３ａと内筒１３ｂ間に円筒状の弾性部材２０を組込んで、外筒１３ａと内筒１３ｂに固着する。プーリ１の一方向への回転時に一方向クラッチ１０の係合子１８を外輪１１と外筒１３ａの対向面に係合させ、その係合子１８を介して外輪１１の回転を外筒１３ａに伝達し、その外筒１３ａの回転により弾性部材２０を弾性変形させて、外筒１３ａの回転を内筒１３ｂに伝達し、上記弾性部材２０の弾性変形によりプーリ１に負荷される衝撃トルクを緩衝する。
【選択図】図１

Description

この発明は、主として、エンジンを駆動源とするオルタネータ等のエンジン補機の回転軸上に取付けて使用するクラッチ内蔵プーリユニットに関する。

一般に、エンジンのクランクシャフト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、その回転軸に取付けられたプーリは一定の速度で回り続けようとし、クランクシャフト上のプーリとオルタネータの回転軸上のプーリとの間で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、クランクシャフトは、１回転中に角速度が変動しており、その角速度の変動に起因してクランクシャフト上のプーリとベルトとの間で滑りが生じ、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。

そのような不都合を解消するため、特許文献１では、エンジン補機の回転軸上に設けられるプーリ内に一方向クラッチを組込んだクラッチ内蔵プーリユニットを提案している。

上記のクラッチ内蔵プーリユニットをエンジン補機の回転軸上に取付けることによって、プーリの回転速度がエンジン補機の回転軸の回転速度より低下すると、一方向クラッチの係合が解除されてプーリがフリー回転するため、ベルトの張力増加を防止することができると共に、プーリとベルトの相互間における滑りを防止することができ、ベルトの耐久性の低下を抑制することができる。

ところで、上記のようなクラッチ内蔵プーリユニットにおいては、一方向クラッチの係合子が金属製の外輪と内輪に滑りを生じることなく噛み込むため、例えば、エンジン始動時や急加速時のように、急激なトルク負荷があった場合に、係合子が衝撃的に噛み込んで衝撃トルクを発生させることになり、ベルトへの負荷を完全に低減しきれないという問題がある。

そこで、特許文献２に記載されたクラッチ内蔵プーリユニットのように、プーリの内径面に圧入された外輪を可撓性を有する材料で形成することにより、上記プーリに衝撃トルクが入力されると、係合子の噛み込みによって外輪が弾性変形し、その弾性変形によって衝撃トルクを緩衝することができるため、ベルトへの負荷を低減し、ベルトの破損防止に効果を挙げることができる。

特開平７−３１７８０７号公報 特開２００７−１３９１９８号公報

ところで、外輪を可撓性の材料で形成したクラッチ内蔵プーリユニットにおいては、プーリの回転速度が急激に増大すると、係合子は外輪と内輪間に極めて強く噛み込むため、内輪の回転速度が外輪の回転速度を上回った際に、係合子を係合解除させることが困難であるという問題がある。

この発明の課題は、衝撃的なトルク入力を緩衝することができると共に、一方向クラッチをスムーズに係合解除することができるようにしたクラッチ内蔵プーリユニットを提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、プーリの内側に一方向クラッチを組込み、その一方向クラッチがプーリの内径面に圧入された鋼製の外輪と、その外輪の内側に組込まれた鋼製の内輪と、その内輪と外輪間に組込まれた保持器と、その保持器の周方向に間隔をおいて形成された複数のポケットのそれぞれ内部に収容された係合子と、その係合子を外輪と内輪の対向面に噛み込む方向に向けて付勢するばね部材とからなり、前記外輪と内輪の一方向への相対回転により係合子を外輪と内輪の対向面に噛み込ませて、外輪と内輪の相互間で回転トルクを伝達するようにしたクラッチ内蔵プーリユニットにおいて、前記内輪が、外筒とその内側に嵌合された内筒からなり、その外筒と内筒間に円筒状の弾性部材を組込んで、その外径面および内径面を外筒内径面および内筒外径面に固着した構成を採用したのである。

上記の構成からなるクラッチ内蔵プーリユニットにおいては、エンジン補機の回転軸に内輪の内筒を嵌合して回り止めし、そのクラッチ内蔵プーリユニットのプーリとエンジンのクランクシャフトに取付けられたプーリ間にベルトを掛け渡して、クランクシャフトの回転がプーリに伝達されるようにする。

上記のような使用状態において、クランクシャフトの回転がプーリに伝達されると、プーリと一体に回転する外輪が内輪に対して一方向に相対回転し、その相対回転により一方向クラッチの係合子が外輪と内輪における外筒の対向面に噛み込み、外輪の回転は係合子を介して外筒に伝達される。

また、外筒の回転により、その外筒と内筒間に組込まれた弾性部材が弾性変形し、その弾性部材を介して外筒の回転が内筒に伝達され、エンジン補機の回転軸が回転される。

このように、一方向クラッチの係合子が外輪と外筒の対向面に噛み込んで外筒が回転すると、弾性部材が弾性変形して外筒の回転を内筒に伝達するため、エンジンの始動時や急加速時にプーリに衝撃トルクが入力されると、その衝撃的なトルク入力は弾性部材の弾性変形によって吸収されることになり、ベルトに衝撃トルクが負荷されるのを防止することができる。

また、外輪および内輪が鋼製であるため、プーリに衝撃トルクが入力されても、係合子の係合状態におけるくさび角はほぼ一定に保持されることになり、外輪および外筒に強く噛み込むようなことはない。

このため、エンジンの急減速等によってエンジン補機の回転軸と一体に回転する内輪の回転速度がプーリの回転速度を上回ると、外輪に対する内輪の相対回転により係合子はスムーズに係合解除し、その係合解除によって、外輪から内輪への回転伝達が遮断され、プーリがフリー回転する。

ここで、衝撃トルクを緩衝する弾性部材の固着は、接着によるものであってもよい。弾性部材をゴム製とし、そのゴムの加硫によって外筒と内筒に接着することにより、弾性部材の固着を容易とすることができる。

この発明に係るクラッチ内蔵プーリユニットにおいて、外筒と内筒の嵌合面間に、弾性部材が弾性限界内に至るまでの範囲で外筒と内筒とが一方向に相対回転するのを許容する回転方向すきまが形成されたトルク伝達機構を設けておくと、弾性部材の弾性変形を弾性限界内に抑えることができるため、弾性部材の破損防止に効果を挙げることができ、耐久性に優れたクラッチ内蔵プーリユニットを得ることができる。

上記トルク伝達機構として、外筒と内筒の嵌合面における一方に形成された円弧状の凹部と、嵌合面の他方に形成されてその凹部内に挿入された突出部とからなるものを採用することができる。

凹部と突出部からなるトルク伝達機構において、その凹部と突出部の対向端面間に弾性部材を組込むことにより、その弾性部材と内輪の外・内筒間に組込まれた弾性部材のそれぞれの弾性変形によってプーリに負荷される衝撃トルクを緩衝することができるため、緩衝効果の優れたクラッチ内蔵プーリユニットを得ることができる。

ここで、突出部との間で回転方向すきまを形成する凹部の端面を、外周部と内周部が周方向に位置がずれる段付き面とし、その段付き面の上記突出部から離反する側の面と突出部の端面間に弾性部材を組込むことにより、凹部内に組込まれた弾性部材が所定量弾性変形すると、上記段付き面の上記突出部に近接する側の面に突出部が当接して、外筒と内筒の相互間で回転トルクを伝達するため、弾性部材の弾性変形量を一定に抑えることができ、凹部内に組込まれた弾性部材の破損防止に効果を挙げることができる。

上記のように、この発明に係るクラッチ内蔵プーリユニットにおいては、プーリに回転トルクが入力されて係合子が外輪と内輪における外筒の対向面間に噛み込み、その係合子を介して外輪から外筒に回転トルクが伝達されると、弾性部材が弾性変形して外筒の回転を内筒に伝達するため、エンジンの始動時や急加速時にプーリに衝撃トルクが入力されると、その衝撃的なトルク入力を弾性部材の弾性変形によって吸収することができる。このため、ベルトに衝撃トルクが負荷されるのを防止することができ、ベルトの耐久性の低下を抑制することができる。

また、外輪および内輪が鋼製であるため、プーリに衝撃トルクが入力されても、係合子の係合状態におけるくさび角はほぼ一定に保持されて外輪および外筒に強く噛み込むようなことはなく、内輪の回転速度が外輪の回転速度を上回った際に、係合子をスムーズに係合解除することができ、クラッチ内蔵プーリユニットの機能を充分に発揮させることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基いて説明する。図１および図２に示すように、プーリ１の内側には一方向クラッチ１０と、その一方向クラッチ１０の両側に一対の片シール付き転がり軸受３０ａ、３０ｂが組込まれている。

一方向クラッチ１０は、プーリ１の内径面に圧入された鋼製の外輪１１に円筒形内面１２を設け、外輪１１の内側に組込まれた鋼製の内輪１３の外周に上記円筒形内面１２と径方向で対向する円筒形外面１４と、その円筒形外面１４の両側に一対の軸受嵌合面１５を形成し、上記円筒形外面１４と円筒形内面１２間に組込まれた保持器１６に複数のポケット１７を周方向に等間隔に設け、各ポケット１７内にスプラグからなる係合子１８と、その係合子１８を外輪１１の円筒形内面１２と内輪１３の円筒形外面１４に噛み込む方向に向けて付勢するばね部材１９を組込み、上記内輪１３に対する外輪１１の一方向への相対回転により係合子１８を円筒形内面１２および円筒形外面１４に噛み込ませて、外輪１１と内輪１３の相互間で回転トルクを伝達するようになっている。

一対の転がり軸受３０ａ、３０ｂは、内輪１３の外周に形成された一対の軸受嵌合面１５とプーリ１の内径面間に組込まれて、プーリ１に負荷されるラジアル荷重およびモーメント荷重を支持するようになっている。このとき、一対の転がり軸受３０ａ、３０ｂは、シール３１がアウタ側に位置する組付けとされており、上記シール３１によって軸受内部および一方向クラッチ１０の内部に封入されたグリースが外部に漏洩するのが防止される。

ここで、一対の転がり軸受３０ａ、３０ｂの内、一方の転がり軸受３０ａの転動体３２を保持する保持器は、一方向クラッチ１０の保持器１６と一体化されている。

一方向クラッチ１０における内輪１３は、円筒形外面１４および一対の軸受嵌合面１５を外周に有する外筒１３ａと、その外筒１３ａ内に嵌合された内筒１３ｂからなり、その外筒１３ａと内筒１３ｂ間に円筒状の弾性部材２０が組み込まれている。

弾性部材２０はゴムからなり、その外径面および内径面は外筒１３ａの内径面および内筒１３ｂの外径面に加硫接着されている。

なお、加硫接着に代えて、接着剤により外筒１３ａおよび内筒１３ｂに固着してもよい。

実施の形態で示すクラッチ内蔵プーリユニットは上記の構造からなり、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内筒１３ｂを嵌合して回り止めし、そのクラッチ内蔵プーリユニットのプーリ１と
エンジンのクランクシャフトに取付けられたプーリ間にベルトを掛け渡して、クランクシャフトの回転がプーリに伝達されるようにする。

上記のような使用状態において、クランクシャフトの回転がプーリ１に伝達され、プーリ１と一体の外輪１１が内輪１３における外筒１３ａに対して図２の矢印で示す一方向に相対回転すると、一方向クラッチ１０の係合子１８が外輪１１の円筒形内面１２および外筒１３ａの円筒形外面１４に噛み込み、外輪１１の回転は係合子１８を介して外筒１３ａに伝達される。

また、外筒１３ａの回転により、その外筒１３ａと内筒１３ｂ間に組込まれた弾性部材２０が外径面と内径面が周方向にずれるように弾性変形し、その弾性変形された弾性部材２０を介して外筒１３ａの回転が内筒１３ｂに伝達され、エンジン補機の回転軸が回転される。

このように、一方向クラッチ１０の係合子１８が外輪１１の円筒形内面１２と内輪１３における外筒１３ａの円筒形外面１４に噛み込んで外筒１３ａが回転すると、弾性部材２０が弾性変形して、外筒１３ａの回転を内筒１３ｂに伝達するため、エンジンの始動時や急加速時にプーリ１に衝撃トルクが入力されると、その衝撃的なトルク入力は弾性部材２０の弾性変形によって吸収されることになる。このため、ベルトに衝撃トルクが負荷されるようなことはなく、ベルトの耐久性の低下を抑制することができる。

また、外輪１１および内輪１３が鋼製であるため、プーリ１に衝撃トルクが入力されても、係合子１８の係合状態におけるくさび角θはほぼ一定に保持されることになり、外輪１１および外筒１３ａに強く噛み込むようなことはない。

プーリ１からオルタネータの回転軸への回転トルクの伝達状態において、エンジンの急減速等によってオルタネータの回転軸と一体に回転する内筒１３ｂの回転速度がプーリ１の回転速度を上回ると、弾性部材２０は自己の復元弾性によって形状復元し、その弾性部材２０を介して内筒１３ｂの回転が外筒１３ａに伝達され、外輪１１に対する外筒１３ａの相対回転により係合子１８に切換え方向の回転力が負荷される。

このとき、係合子１８はくさび角θが一定とされているため、外輪１１に対する外筒１３ａの相対回転により、係合子１８はスムーズに係合解除し、その係合解除によって、外輪１１から内輪１３への回転伝達が遮断され、プーリ１がフリー回転する。

図３乃至図５は、この発明に係るクラッチ内蔵プーリユニットの他の実施の形態を示す。この実施の形態で示すクラッチ内蔵プーリユニットは、外筒１３ａと内筒１３ｂの嵌合面間に、回転方向すきまδを有するトルク伝達機構４０を設けている点で図１および図２に示すクラッチ内蔵プーリユニットと相違する。

このため、図１および図２に示すクラッチ内蔵プーリユニットと同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。

トルク伝達機構４０は、外筒１３ａの内周に周方向に長く延びる円弧状の凹部４１を形成し、内筒１３ｂの外周には突出部４２を設け、その突出部４２を凹部４１に挿入し、外筒１３ａが一方向に回転した際の上記凹部４１の回転方向の後行側の端面４１ａと突出部４２間に回転方向すきまδを設けている。

ここで、回転方向すきまδは、弾性部材２０が弾性限界に至るまでの範囲内で外筒１３ａと内筒１３ｂが一方向に相対回転するのを許容する大きさとされている。

上記のように、外筒１３ａと内筒１３ｂの嵌合面間に凹部４１と突出部４２とからなるトルク伝達機構４０を設け、その凹部４１の端面４１ａと突出部４２間に回転方向すきまδを設けておくことにより、外筒１３ａが内筒１３ｂに対して一方向に相対回転し、弾性部材２０が所定量弾性変形すると、トルク伝達機構４０が係合して、弾性部材２０を介さずに外筒１３ａの回転を内筒１３ｂに伝達することになる。

その結果、弾性部材２０の弾性変形を弾性限界内に抑えることができるので、弾性部材２０の破損を防止し、耐久性に優れたクラッチ内蔵プーリユニットを提供することができる。

図６に示すように、凹部４１と突出部４２の対向端面間に弾性部材４３を組込むことにより、その弾性部材４３と内輪１３の外・内筒１３ａ、１３ｂ間に組込まれた弾性部材２０のそれぞれの弾性変形によってプーリ１に負荷される衝撃トルクを緩衝することができ、緩衝効果に優れたクラッチ内蔵プーリユニットを得ることができる。

また、図７に示すように、突出部４２との間で回転方向すきまδを形成する凹部４１の端面４１ａを、外周部と内周部が周方向に位置がずれる段付き面とし、その端面４１ａの上記突出部４２から離反する側の面ａ１と突出部の端面間に弾性部材４３を組込むことにより、弾性部材４３が所定量弾性変形すると、上記端面４１ａの上記突出部４２に近接する側の面ａ２が突出部４２に当接して、弾性部材４３を介さずに外筒１３ａと内筒１３ｂの相互間で回転トルクを伝達するため、弾性部材４３の弾性変形量を一定に抑えることができ、凹部４１内に組込まれた弾性部材４３の破損防止に効果を挙げることができる。

図５乃至図７では、外筒１３ａの内径面に円弧状の凹部４１を形成し、内筒１３ｂの外径面に突出部４２を設けたが、外筒１３ａの内径面に突出部を設け、内筒１３ｂの外径面に円弧状の凹部を形成するようにしてもよい。

なお、実施の形態では、一方向クラッチ１０として、スプラグタイプの一方向クラッチを示したが、一方向クラッチ１０はこれに限定されない。例えば、ローラタイプの一方向クラッチであってもよい。

この発明に係るクラッチ内蔵プーリユニット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 この発明に係るクラッチ内蔵プーリユニットの他の実施の形態を示す縦断正面図 図３のVI−VI線に沿った断面図 トルク伝達機構部を示す拡大断面図 トルク伝達機構の他の例を示す断面図 トルク伝達機構のさらに他の例を示す断面図

符号の説明

１ プーリ
１０ 一方向クラッチ
１１ 外輪
１３ 内輪
１３ａ 外筒
１３ｂ 内筒
１６ 保持器
１７ ポケット
１８ 係合子
１９ ばね部材
２０ 弾性部材
４０ トルク伝達機構
４１ 凹部
４１ａ 端面
４２ 突出部
４３ 弾性部材

Claims (6)

1. プーリの内側に一方向クラッチを組込み、その一方向クラッチがプーリの内径面に圧入された鋼製の外輪と、その外輪の内側に組込まれた鋼製の内輪と、その内輪と外輪間に組込まれた保持器と、その保持器の周方向に間隔をおいて形成された複数のポケットのそれぞれ内部に収容された係合子と、その係合子を外輪と内輪の対向面に噛み込む方向に向けて付勢するばね部材とからなり、前記外輪と内輪の一方向への相対回転により係合子を外輪と内輪の対向面に噛み込ませて、外輪と内輪の相互間で回転トルクを伝達するようにしたクラッチ内蔵プーリユニットにおいて、
   前記内輪が、外筒とその内側に嵌合された内筒からなり、その外筒と内筒間に円筒状の弾性部材を組込んで、その外径面および内径面を外筒内径面および内筒外径面に固着したことを特徴とするクラッチ内蔵プーリユニット。
2. 前記弾性部材が、外筒の内径面と内筒の外径面のそれぞれに加硫接着されたゴムからなる請求項１に記載のクラッチ内蔵プーリユニット。
3. 前記外筒と内筒の嵌合面間に、外筒の一方向の回転を内筒に伝達するトルク伝達機構を設け、そのトルク伝達機構に前記弾性部材が弾性限界に至る範囲内で外筒と内筒とが一方向に相対回転するのを許容する回転方向すきまを形成した請求項１又は２に記載のクラッチ内蔵プーリユニット。
4. 前記トルク伝達機構が、外筒と内筒の嵌合面における一方に形成された円弧状の凹部と、嵌合面の他方に形成されてその凹部内に挿入された突出部とからなる請求項３に記載のクラッチ内蔵プーリユニット。
5. 前記凹部と突出部の対向端面間に弾性部材を組込んだ請求項４に記載のクラッチ内蔵プーリユニット。
6. 前記突出部との間で回転方向すきまを形成する凹部の端面を、外周部と内周部が周方向に位置がずれる段付き面とし、その段付き面の上記突出部から離反する側の面と突出部の端面間に弾性部材を組込んだ請求項５に記載のクラッチ内蔵プーリユニット。

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