JP2009156408A

JP2009156408A - 一方向クラッチ

Info

Publication number: JP2009156408A
Application number: JP2007337359A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Aida; 憲和合田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-16

Abstract

【課題】エンジン補機を無駄に高回転させない機構を一方向クラッチに設けることで、一方向クラッチの内輪部材の破損を防止し、またエンジン補機の構成部品等を小型化して、コストを低減する。
【解決手段】一方向クラッチ２０において、中空軸２（内輪部材）は、オルタネータのロータ軸１０（エンジン補機の入力軸）にキー３１及びコイルばね３２からなる連結部材３０を介して連結される。キー３１及びコイルばね３２により、中空軸２（プーリ１）の所定時間当たりの回転数が設定値よりも低い状態では、中空軸２がロータ軸１０と一体化され、中空軸２（プーリ１）の回転数が設定値よりも高い状態では、中空軸２がロータ軸１０と別体化される。
【選択図】図２

Description

本発明は一方向クラッチに関し、特に駆動手段の回転変動を吸収可能な一方向クラッチに関する。

この種の一方向クラッチとして、例えば下記特許文献１，２に記載されているように、駆動手段から回転動力を伝達される外輪部材と、補機手段の入力軸に回転動力を伝達可能な内輪部材とを備え、外輪部材と内輪部材との間にころが周方向に移動可能に設けられ、ころが外輪部材と内輪部材との間に噛み込むことで外輪部材と内輪部材とが一体回転するロック状態となり、ころが外輪部材と内輪部材との間に噛み込まなくなることで外輪部材と内輪部材とが相対回転するフリー状態となるものが知られている。したがって、この特許文献１に記載された一方向クラッチを、例えば車両のエアコン用のコンプレッサ、オルタネータ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどのエンジン補機を駆動するプーリに適用した場合には、エンジン（駆動手段）に回転変動（トルク変動）が発生しても、プーリがフリー状態となることでエンジン補機へのトルク伝達が遮断されるようになる。このため、エンジンの動力をプーリに伝達するベルトの鳴き、バタツキなどを良好に防止することができる。

特開２０００−２５３６２０号公報特開２００３−２１１７２号公報

ところで、近年、エンジンの低アイドル化に対応して一方向クラッチを内蔵したプーリ（例えば、オルタネータプーリ）が小径化される傾向にある。オルタネータプーリが小径化される場合を例に挙げて説明すると、この場合はプーリ比が大きくなることで、オルタネータの回転数がプーリ比に応じて大きくなる。しかし、オルタネータの発電量は所定の高回転数以上で飽和するのが一般的であるため、オルタネータを所定の高回転数以上で回転させることは非効率である。また、オルタネータを所定の高回転数以上で回転させると、内輪部材が破損し易くなる。さらに、オルタネータを所定の高回転数以上で回転させるためには、一方向クラッチ及びオルタネータに用いられる軸受を大型化するなど高回転に対応した仕様（高強度）としなければならず、コストも増加する。オルタネータ以外のエンジン補機を駆動するプーリに一方向クラッチを適用した場合についても、上記と同様の問題が発生する。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジン補機を無駄に高回転させない機構を一方向クラッチに設けることで、一方向クラッチの内輪部材の破損を防止し、またエンジン補機の構成部品等を小型化して、コストを低減することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために、本発明は、駆動手段から回転動力を伝達される外輪部材と、補機手段の入力軸に回転動力を伝達可能な内輪部材とを備え、外輪部材と内輪部材との間にころが周方向に移動可能に設けられ、ころが外輪部材と内輪部材との間に噛み込むことで外輪部材と内輪部材とが一体回転するロック状態となり、ころが外輪部材と内輪部材との間に噛み込まなくなることで外輪部材と内輪部材とが相対回転するフリー状態となる一方向クラッチにおいて、内輪部材は、補機手段の入力軸に連結部材を介して連結され、連結部材は、内輪部材の所定時間当たりの回転数が設定値よりも低い状態では内輪部材と補機手段の入力軸とを一体化させ、内輪部材の回転数が設定値よりも高い状態では内輪部材と補機手段の入力軸とを別体化させることを特徴とする。

これによれば、一方向クラッチの内輪部材が、補機手段の入力軸に連結部材を介して連結される。そして、この連結部材により内輪部材の所定時間当たりの回転数が設定値よりも低い状態では内輪部材が補機手段の入力軸と一体化され、内輪部材の回転数が設定値よりも高い状態では内輪部材が補機手段の入力軸と別体化される。

このため、内輪部材（外輪部材）の回転数が設定値よりも高い状態では内輪部材が補機手段の入力軸と別体化されるので、エンジン補機が無駄に高回転しないようになる。これにより、内輪部材の破損を防止することができ、またエンジン補機の構成部品等の小型化が可能となって、コストを低減することができる。

本発明の実施に際して、連結部材は、キーとばねとを備え、補機手段の入力軸にはキーを嵌め入れるキー溝が形成され、内輪部材にはキー溝から離脱したキーを収容する凹部が形成されており、ばねは、凹部に配置されてキーをキー溝側へ付勢するように設定されているとよい。

これによれば、内輪部材（外輪部材）の回転数が設定値よりも高い状態にて、キーに作用する遠心力によりキーがキー溝から外れるように、ばねのばね定数及びキーの質量を設定することで連結部材を構成することができるので、連結部材を簡易かつ安価に構成することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る一方向クラッチ２０を備えるプーリユニット１００の縦断面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

プーリユニット１００は、例えばオルタネータのロータ軸１０（補機手段の入力軸）に嵌め合わされた中空軸２（内輪部材）、中空軸２と同軸に配置されたプーリ１（外輪部材）、及び中空軸２とプーリ１との間に介装された一方向クラッチ２０で構成されている。一方向クラッチ２０は、ころ５（くさび部材）を用いる、いわゆるローラタイプのものである。

一方向クラッチ２０のアキシャル方向一方側には、サポート軸受としての玉軸受２１が設けられ、アキシャル方向他方側には、サポート軸受としてのころ軸受２２が配設されている。そして、プーリ１、一方向クラッチ２０の外輪、玉軸受２１の外輪及びころ軸受２２の外輪が一体形成されるとともに、中空軸２、一方向クラッチ２０の内輪、玉軸受２１の内輪及びころ軸受２２の内輪が一体形成されている。

一方向クラッチ２０は、プーリ１の内周係合面１ａと、中空軸２のカム面２ａと、ころ５と、ころ５をプーリ１と中空軸２との間に保持する保持器３と、ころ５を噛み込み方向（くさび状空間の狭い側）に付勢するコイルばね４とで構成されている。一方向クラッチ２０は、プーリ１と中空軸２との回転差に応じて、ロック状態とフリー状態とに切り替わり、プーリ１から中空軸２へ回転動力を伝達したり遮断したりする。

玉軸受２１、ころ軸受２２の各アキシャル方向外側には、シール部材２５，２６がそれぞれ設けられ、プーリユニット１００の自由端側（シール部材２６のアキシャル方向外側）には、プーリユニット１００の内部への泥水等の侵入を防止するためのシール部材２７が設けられている。シール部材２５，２６，２７で密閉された密封空間内には、グリースが封入されている。

プーリ１の内周係合面１ａは、浸炭処理、浸炭窒化処理、高周波焼入れなどにより硬化処理されている。プーリ１の外周には、駆動手段としてのエンジン（図示省略）のエンジンプーリに一端が掛け渡されるベルト６の他端が架け渡されるベルト掛け渡し部１ｂが形成されている。

中空軸２は、Ｓ４５Ｃ、Ｓ５５Ｃなどの炭素鋼、或いはＳＣＲ、ＳＣＭ、ＳＮＣＭなどのはだ焼鋼で円筒体状に製作され、そのアキシャル方向の中程の外周面には、断面正八角形の筒体の外周面でなるカム面２ａに形成されている。すなわち、中空軸２の外周面中程には、回転中心軸線Ｏを挟んで対向する一対のカム面２ａ，２ａが円周方向に４組設けられている。なお、カム面２ａは、平坦面であっても、偏心アールカム面であってもよい。中空軸２の外周面にカム面２ａが設けられることにより、中空軸２には、一方向クラッチ２０の内輪としての機能が付与されている。中空軸２は、削り出しでなく、冷間鍛造によって加工することが可能であり、これにより、一方向クラッチ２０を備えるプーリユニット１００の加工コストを低減することができる。

保持器３は、合成樹脂製の環状体で形成され、プーリ１の内周係合面１ａにほぼ沿った外周形状と、中空軸２のカム面２ａに沿った内周形状とを有しており、プーリ１内に圧入されている。保持器３とプーリ１の内周係合面１ａとの間には若干の間隙が設けられている。保持器３には、コイルばね４を位置決めするバネ受け突起３ａが形成されている。

ころ５は、鋼製の円柱体でなり、保持器３に穿設された空所であるポケット６に、コイルばね４によって円周方向に付勢されて回動自在に配置されている。すなわち、ころ５は、中空軸２の外周面に設けられたカム面２ａと、プーリ１の内周係合面１ａとによって形成されたくさび状空間内に回動自在に配置されている。

ところで、この実施形態では、図２に示すように、中空軸２がロータ軸１０に連結部材３０を介して連結されている。連結部材３０は、直方体状のキー３１とコイルばね３２とを備えている。ロータ軸１０には、キー３１を嵌め入れるキー溝１０ａが形成され、中空軸２には、キー溝１０ａから離脱したキー３１を収容する凹部２ｂが形成されている。そして、コイルばね３２は、中空軸２の凹部２ｂに配置されており、キー３１をキー溝１０ａ側へ付勢している。

キー３１の質量とコイルばね３２のばね定数は、それぞれ中空軸２（プーリ１）の回転数が例えば５０００ｒｐｍよりも高い状態では、キー３１に作用する遠心力によりコイルばね３２が押し縮められる値に設定されている。したがって、この状態で、キー３１がキー溝１０ａから離脱して凹部２ｂに収容されるようになっている。一方、中空軸２（プーリ１）の回転数が例えば５０００ｒｐｍよりも低い状態では、キー３１がコイルばね３２の付勢力によりキー溝１０ａに嵌め入れられている。

次に、上記のように構成した一方向クラッチ２０を備えたプーリユニット１００の動作について説明する。プーリ１が中空軸２に対して図２中の矢印Ｂ方向に相対的に回転し、プーリ１の回転数が例えば５０００ｒｐｍよりも低い状態では、ころ５が、コイルばね４を伸長させる方向に移動して、プーリ１の内周係合面１ａと中空軸２のカム面２ａとの間のくさび状空間の狭い側に噛み込まれる。また、この状態では、キー３１がコイルばね３２の付勢力によりキー溝１０ａに嵌め入れられている。これにより、プーリ１、中空軸２及びロータ軸１０が一体化されるので、プーリ１の回転動力がオルタネータのロータ軸１０に伝達される。

プーリ１の回転数が例えば５０００ｒｐｍよりも高くなると、図３に示すように、キー３１が遠心力によりコイルばね３２を押し縮め、キー溝１０ａから離脱して凹部２ｂに収容される。これにより、プーリ１と中空軸２とは一体化された状態にあるが、中空軸２とロータ軸１０とが別体化されるので、プーリ１の回転動力がロータ軸１０に伝達されなくなる。

プーリ１の回転数が例えば５０００ｒｐｍよりも低くなると、キー３１がコイルばね３２の付勢力によりオルタネータのロータ軸１０に押し付けられてロータ軸１０の外周面と摺動する。そして、キー溝１０ａと合致したときキー溝１０ａに嵌合する。

なお、プーリ１が中空軸２に対して図２中の矢印Ｃ方向に相対的に回転した場合、すなわちプーリ１と中空軸２との間に回転変動が生じた場合には、ころ５が、くさび状空間の広い側にコイルバネ４を圧縮する方向に移動して、プーリ１の内周係合面１ａと中空軸２のカム面２ａとの間で遊嵌状態となる。これにより、プーリ１と中空軸２との間で動力の伝達が遮断され、プーリ１の回転動力がロータ軸１０に伝達されなくなる。すなわち、プーリ１と中空軸２との間に生じた回転変動が吸収される。

以上の説明からも明らかなように、この実施形態では、中空軸２が、ロータ軸１０にキー３１及びコイルばね３２を介して連結される。そして、キー３１及びコイルばね３２により、中空軸２（プーリ１）の所定時間当たりの回転数が設定値よりも低い状態では中空軸２がロータ軸１０と一体化され、中空軸２（プーリ１）の回転数が設定値よりも高い状態では中空軸２がロータ軸１０と別体化される。

このため、中空軸２（プーリ１）の回転数が設定値よりも高い状態では中空軸２がロータ軸１０と別体化されるので、オルタネータが無駄に高回転しないようになる。これにより、中空軸２の破損を防止することができ、またオルタネータの構成部品等の小型化が可能となって、コストを低減することができる。

また、上記実施形態では、連結部材３０が、キー３１とコイルばね３２とを備え、オルタネータのロータ軸１０にはキー３１を嵌め入れるキー溝１０ａが形成され、中空軸２にはキー溝１０ａから離脱したキー３１を収容する凹部２ｂが形成されており、コイルばね３２は、凹部２ｂに配置されてキー３１をキー溝１０ａ側へ付勢するように設定されている。

これによれば、中空軸２（プーリ１）の回転数が設定値よりも高い状態にて、キー３１に作用する遠心力によりキー３１がキー溝１０ａから外れるように、コイルばね３２のばね定数及びキー３１の質量を設定することで連結部材３０を構成することができるので、連結部材３０を簡易かつ安価に構成することができる。

（変形実施形態）
上記実施形態では、直方体状のキー３１に合わせて、キー溝１０ａの両側壁が溝底面に対して径方向外方へ垂直に延び出すように形成したが、これに代えて、例えば図４に示すように、キー溝１０ａの両側壁が径方向外方へ向かうに従って両側壁間の間隔が広くなるようなテーパ状に形成してもよい。これによれば、中空軸２（プーリ１）の回転数が設定値よりも低くなったとき、凹部２ｂに収容されたキー３１がキー溝１０ａに嵌合し易くなる。なお、この変形実施形態及び以下の変形実施形態では、上記実施形態と同じ機能を果たす部位、部材には同一の符号を付してある。

また、上記実施形態等では、直方体状のキー３１を用いたが、これに代えて、例えば図５に示すように、球状のキー３１を使用し、このキー３１に合わせて断面半円状のキー溝１０ａを形成してもよい。これによっても、中空軸２（プーリ１）の回転数が設定値よりも低くなったとき、凹部２ｂに収容されたキー３１がキー溝１０ａに嵌合し易くなる。

なお、上記実施形態等では、本発明に係る一方向クラッチ２０をエンジン補機としてのオルタネータを駆動するプーリ１に適用したが、本発明に係る一方向クラッチ２０を例えばエアコン用のコンプレッサに代表されるエンジン補機の入力軸を駆動するプーリに適用することも可能である。

本発明の一実施形態に係る一方向クラッチを備えたプーリユニットの縦断面図。図１のＡ−Ａ断面図。図１の連結部材の動作説明図。本発明の変形実施形態に係る一方向クラッチの連結部材を示す断面図。本発明の別の変形実施形態に係る一方向クラッチの連結部材を示す断面図。

符号の説明

１プーリ（外輪部材）
１ａ内周係合面
２中空軸（内輪部材）
２ａカム面
２ｂ凹部
３保持器
３ａバネ受け突起
４コイルばね
５ころ
６ポケット
１０ロータ軸１０（補機手段の入力軸）
１０ａキー溝
２０一方向クラッチ
３０連結部材
３１キー
３２コイルばね（ばね）
１００プーリユニット

Claims

駆動手段から回転動力を伝達される外輪部材と、補機手段の入力軸に前記回転動力を伝達可能な内輪部材とを備え、前記外輪部材と前記内輪部材との間にころが周方向に移動可能に設けられ、前記ころが前記外輪部材と前記内輪部材との間に噛み込むことで該外輪部材と該内輪部材とが一体回転するロック状態となり、前記ころが前記外輪部材と前記内輪部材との間に噛み込まなくなることで該外輪部材と該内輪部材とが相対回転するフリー状態となる一方向クラッチにおいて、
前記内輪部材は、前記補機手段の入力軸に連結部材を介して連結され、前記連結部材は、前記内輪部材の所定時間当たりの回転数が設定値よりも低い状態では前記内輪部材と前記補機手段の入力軸とを一体化させ、前記内輪部材の回転数が前記設定値よりも高い状態では前記内輪部材と前記補機手段の入力軸とを別体化させることを特徴とする一方向クラッチ。
前記連結部材は、キーとばねとを備え、前記補機手段の入力軸には前記キーを嵌め入れるキー溝が形成され、前記内輪部材には前記キー溝から離脱したキーを収容する凹部が形成されており、前記ばねは、前記凹部に配置されて前記キーを前記キー溝側へ付勢するように設定されている請求項１に記載の一方向クラッチ。