JP2010019309A - オルタネータ用のクラッチ内蔵プーリユニット - Google Patents

Abstract

【課題】スタータとして使用できるオルタネータ用のクラッチ内蔵プーリユニットを提供する。
【解決手段】外輪１３の一方向の回転を内輪１４に伝達する第１の係合位置に変位され、内輪１４の一方向の回転を外輪１３に伝達する第２の係合位置に変位される係合子２２を保持器２０で保持する。内輪１４と保持器２０間にスイッチばね２４を組み込んで、係合子２２が第１の係合位置で保持器２０を弾性保持する。電磁コイル３３ａに対する通電によって保持器２０を外輪１３に連結するスイッチ機構３０を設け、係合子２２が第１の係合位置でクランクシャフトからプーリ１１を介し外輪１３に伝達される回転を内輪１４から回転軸に伝達する。係合子２２が第２の係合位置で、オルタネータの回転軸から内輪１４に回転される回転を外輪１３からプーリ１１を介しクランクシャフトに伝達してエンジンを駆動し、スタータとして利用できるようにする。
【選択図】図２

Description

この発明は、オルタネータの回転軸上に設けられ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。

上記のようなクラッチ内蔵プーリユニットをオルタネータ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。

特開平７−３１７８０７号公報

ところで、上記従来のクラッチ内蔵プーリユニットにおいては、プーリ内に組込まれたクラッチが一方向クラッチであるため、プーリに入力される一方向の回転のみをオルタネータの回転軸に伝達することができず、オルタネータを発電だけでなく、スタータとして利用したい場合、クラッチが空転してエンジンを始動することができない。

この発明の課題は、オルタネータをスタータとして使用できるようにしたオルタネータ用の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、プーリと、そのプーリの内径面に固定された外輪と、その外輪の内側に組込まれた内輪と、その内輪と外輪間に組込まれた保持器と、その保持器に保持され、前記内輪と保持器の一方向の相対回転によって外輪の一方向の回転を内輪に伝達する第１の係合位置に変位され、かつ、他方向の相対回転によって内輪の一方向の回転を外輪に伝達する第２の係合位置に変位される係合子と、その係合子が第１の係合位置に配置される状態に保持器を弾性保持するスイッチばねと、前記内輪から外輪への回転トルクの伝達時に保持器を外輪の回転と同期させて、その保持器に対する内輪の相対回転により係合子を第２の係合位置に変位させるスイッチ機構とからなる構成を採用したのである。

上記の構成からなるオルタネータ用のクラッチ内蔵プーリユニットの内輪をオルタネータの回転軸に嵌合して回り止めし、エンジンの駆動によるクランクシャフトの回転をベルトを介してプーリに伝達すると、そのプーリと共に外輪が回転する。このとき、係合子は外輪の一方向の回転を内輪に伝達する第１の係合位置に変位されているため、外輪の回転と共に係合子が内輪に直ちに係合し、外輪の回転は係合子を介して内輪に伝達され、オルタネータが駆動される。

上記オルタネータの駆動時において、そのオルタネータの回転軸の回転速度がクランクシャフトの回転速度を上回ると、係合子が係合解除する。その係合解除により、プーリと一体に回転する外輪の回転は内輪に伝達されず、プーリがフリー回転する。このため、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。

一方、スイッチ機構の作動により、保持器を停止状態の外輪に保持し、その状態でオルタネータの駆動により回転軸をクランクシャフトから回転トルクが伝達されて回転する方向と同方向に回転すると、その回転軸と共に内輪が回転する。このとき、内輪は停止状態にある保持器に対して相対回転するため、係合子は内輪の回転を外輪に伝達する第２の係合位置に変位して、外輪の内周と内輪の外周に係合し、内輪の回転は係合子を介して外輪に伝達され、プーリからベルトを介してエンジンが駆動されることになる。このため、オルタネータをスタータとして使用することができる。

ここで、保持器を停止状態の外輪に保持するスイッチ機構として、保持器の端部に回り止めされ、かつ、軸方向に移動可能に連結された中心孔を有する円板状のアーマチュアと、外輪の端部に設けられてアーマチュアと軸方向で対向し、その対向面間に微小なエアギャップが形成されたロータと、そのロータと軸方向で対向し、通電によってアーマチュアをロータに吸着させる電磁石とからなるものを採用し、そのスイッチ機構をプーリと内輪の端部間に組込むことにより、軸方向長さのコンパクトなクラッチ内蔵プーリユニットを得ることができる。

上記の構成からなるスイッチ機構において、保持器とアーマチュアの連結に際して、保持器の端面に大径の頭部を先端に有する複数の連結ピンを周方向に間隔をおいて設け、各連結ピンをアーマチュアに形成された段付きのピン孔に挿入し、その連結ピンの頭部とピン孔の内周の段間にアーマチュアを保持器の端面に押し付ける弾性部材を組込む構成を採用することにより、保持器に対してアーマチュアを簡単に連結することができる。

この発明に係るクラッチ内蔵プーリユニットにおいて、外輪にロータを一体的に設けると、部品点数の低減化を図ることができ、組立ての容易なクラッチ内蔵プーリユニットを得ることができる。

また、スイッチばねとして、一部が切り離された弾性リング部の両端に外方向に向く一対の押圧片を形成した構成のものを採用し、その弾性リング部を内輪の端面に形成された円形の凹部に嵌合し、一対の押圧片を凹部の外周壁に形成された切欠部から保持器に形成された切欠き内に挿入して、切欠部の両端と切欠きの両端を相反する方向に同時に押圧する組み込みとすることによって、スイッチばねの組込みに広いスペースを確保する必要がなく、小型の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、係合子は、ローラであってもよく、あるいは、スプラグであってもよい。

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、オルタネータの回転軸に取付け、プーリに掛けられたベルトを介してエンジンのクランクシャフトの回転をプーリに伝達する状態において、オルタネータの回転軸の回転速度がクランクシャフトの回転速度を上回ると、係合子が係合解除し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。

また、スイッチ機構の作動により、保持器を停止状態の外輪に保持し、その状態でオルタネータの駆動により回転軸を回転すると、内輪が保持器に対して相対回転して係合子が内輪の回転を外輪に伝達する第２の係合位置に変位するため、その係合子を介して内輪の回転を外輪からプーリに伝達することができる。このため、プーリからベルトを介してエンジンを駆動することができ、オルタネータをスタータとして使用することができる。

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は、エンジンのクランクシャフト１の回転をオルタネータの回転軸２に伝達するベルト伝動装置を示し、上記オルタネータの回転軸２上にはこの発明に係るクラッチ内蔵プーリユニット１０が設けられ、そのクラッチ内蔵プーリユニット１０のプーリ１１とクランクシャフト１に固定されたプーリ３間にベルト４が掛け渡されている。

図２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１０を示す。図２に示すように、クラッチ内蔵プーリユニット１０は、プーリ１１と、その内側に組込まれたクラッチ１２とからなる。

クラッチ１２は、外輪１３と、その外輪１３の内側に組込まれた内輪１４とを有し、上記外輪１３はプーリ１１の内径面に圧入されて、そのプーリ１１と一体の回転をするようになっている。

内輪１４は径の異なる２つの軸受嵌合面１５ａ、１５ｂを両端部外周に有し、一方の軸受嵌合面１５ａに嵌合された軸受１６によって内輪１４とプーリ１１は相対的に回転自在とされている。また、他方の軸受嵌合面１５ｂに嵌合された軸受１７によって内輪１４と外輪１３は相対的に回転自在とされている。

図３に示すように、外輪１３の内周には円筒面１８が形成され、一方、内輪１４の外周にはその円筒面１８との間で周方向の両端に向けて狭小のくさび空間を形成する複数の平坦なカム面１９が周方向に間隔をおいて設けられている。

外輪１３と内輪１４との間には保持器２０が組込まれている。保持器２０は、図２に示すように、小径の軸受嵌合面１５ｂに近接して設けられた円筒面１５ｃによって回転自在に支持される端板２０ａを端部に有している。この端板２０ａは内輪１４の端面と軸受１７とで両側から挟持され、その挟持によって保持器２０は軸方向に非可動とされている。

また、保持器２０には、図３に示すように、複数のカム面１９のそれぞれと対向する位置にポケット２１が形成され、各ポケット２１内にローラからなる係合子２２と、弾性部材２３とが組込まれている。ここで、弾性部材２３は、係合子２２をカム面１９と円筒面１８とで形成されるくさび空間の一方の狭小部に向けて付勢するようになっている。

係合子２２は、内輪１４に対する保持器２０の一方向への相対回転によって、図３の矢印で示す外輪１３の一方向の回転を内輪１４に伝達する第１の係合位置に配置され、また、内輪１４に対する保持器２０の他方向への相対回転によって、内輪１４の一方向の回転を外輪１３に伝達する第２の係合位置に配置されるようになっている。

図２および図４に示すように、内輪１４と保持器２０の相互間には、上記係合子２２が第１の係合位置に配置される状態に保持器２０を弾性保持するスイッチばね２４が組込まれている。

スイッチばね２４は、一部が切り離された弾性リング２４ａの両端に外方向に向く一対の押圧片２４ｂを形成した構成とされ、上記弾性リング部２４ａが内輪１４の端面に形成された円形の凹部２５に嵌合され、一対の押圧片２４ｂが凹部２５の外周壁に形成された切欠部２６から保持器２０の端部に形成された切欠き２７内に挿入されて、切欠部２６の両端と切欠き２７の両端を相反する方向に同時に押圧する組み込みとされている。

外輪１３の軸方向の一側方におけるプーリ１１と内輪１４の他端部間には、保持器２０を停止状態に保持するスイッチ機構３０が設けられている。

スイッチ機構３０は、保持器２０に対して回り止めされ、かつ、軸方向に移動自在に連結されたアーマチュア３１と、外輪１３の他端に連結されてアーマチュア３１と軸方向で対向し、その対向面間に微小なエアギャップが形成されたロータ３２と、そのロータ３２と軸方向で対向する電磁石３３とからなる。

ここで、ロータ３２は、磁性体からなる外輪１３の他端に一体化され、その内径部には外輪１３の内側に配置される案内筒３４が設けられている。また、ロータ３２には、複数の円弧状のスリット３５が同一円上に間隔をおいて形成され、各スリット３５内に非磁性体からなる磁束遮蔽体３６が埋め込まれている。

アーマチュア３１は、中心孔を有する円板からなり、上記案内筒３４によって内径面がスライド自在に支持されている。そのアーマチュア３１と保持器２０の連結に際し、ここでは、図５に示すように、保持器２０の端面に大径の頭部３７ａを先端に有する複数の連結ピン３７を周方向に間隔をおいて設け、各連結ピン３７をアーマチュア３１に形成された段付きのピン孔３８に挿入し、その連結ピン３７の頭部３７ａとピン孔３８の内周の段３８ａ間にアーマチュア３１を保持器の端面に押し付ける弾性部材３９を組込んで、保持器２０にアーマチュア３１を連結している。

図２に示すように、電磁石３３は、電磁コイル３３ａと、その電磁コイル３３ａを支持するコア３３ｂとからなり、上記コア３３ｂが図示省略した静止部材に固定されている。

実施の形態で示すクラッチ内蔵プーリユニット１０は上記の構造からなり、図１に示すベルト伝動装置に対する組込みに際しては、そのクラッチ内蔵プーリユニット１０の内輪１３をオルタネータの回転軸２に嵌合して回り止めする。

上記のような組込みにおいて、クランクシャフト１の回転をベルト４を介してプーリ１１に伝達し、そのプーリ１１を図３の矢印で示す方向に回転すると、そのプーリ１１と共に外輪１３が回転する。このとき、係合子２２は外輪１３の一方向の回転を内輪１４に伝達する第１の係合位置に変位されているため、外輪１３の回転と共に係合子２２が外輪１３の円筒面１８と内輪１４のカム面１９に直ちに係合し、外輪１３の回転は係合子２２を介して内輪１４に伝達され、オルタネータの回転軸２が回転駆動される。

上記オルタネータの駆動時において、そのオルタネータの回転軸２の回転速度がクランクシャフト１の回転速度を上回ると、係合子２２が係合解除する。その係合解除により、プーリ１１と一体に回転する外輪１３の回転は内輪１４に伝達されず、プーリ１１がフリー回転する。このため、ベルト４の張力が増加したり、プーリ１１とベルト４の相互間における滑りが生じるのを防止することができる。

ここで、クランクシャフト１が回転停止する状態において、電磁コイル３３ａに通電すると、アーマチュア３１が弾性部材３９の弾性に抗して軸方向に移動してロータ３２に吸着され、停止状態に保持される。このとき、アーマチュア３１は保持器２０に回り止めされているため、保持器２０も停止状態に保持され、その保持器２０の停止状態において、オルタネータの駆動により回転軸２を図３の矢印で示す一方向に回転すると、その回転軸２と共に内輪１４が回転する。

このとき、内輪１４は停止状態にある保持器２０に対して相対回転するため、係合子２２は内輪１４の回転を外輪１３に伝達する第２の係合位置に変位して、図６に示すように、外輪１３の円筒面１８と内輪１４のカム面１９に係合し、内輪１４の回転は係合子２２を介して外輪１３に伝達され、プーリ１１からベルト４を介してエンジンが駆動される。

このように、電磁コイル３３ａに通電すると、保持器２０が停止状態の外輪に保持され、その保持器２０の停止状態でオルタネータの回転軸２を一方向に回転駆動することにより、係合子２２が係合して内輪１４の回転を外輪１３に伝達し、その外輪１３からプーリ１１を介してクランクシャフト１に伝達されるため、オルタネータをスタータとして利用することができる。

ここで、停止状態に保持された保持器２０に対して内輪１４が相対回転して、係合子２２が第２の係合位置に配置されると、スイッチばね２４が弾性変形する。

このため、電磁コイル３３ａに対する通電を遮断すると、スイッチばね２４の復元弾性により保持器２０が内輪１４に対して相対回転し、係合子２２は図２に示す第１の係合位置に戻されることになる。また、アーマチュア３１は弾性部材３９の復元弾性によって保持器２０の端面に密着する状態に戻され、そのアーマチュア３１とロータ３２間に微小なエアギャップが形成される。

実施の形態では、クラッチ１２としてローラタイプのものを示したが、クラッチ１２はこれに限定されるものではなく、図７および図８に示すスプラグタイプのクラッチを用いるようにしてもよい。

図７および図８に示すクラッチにおいては、プーリ１１の内径面に圧入された外輪４１の内周に円筒面４２を形成し、外輪４１の内側に組込まれた内輪４３の外周に円筒面４４を設け、その両円筒面４２、４４間に径の異なる２つの保持器４５ａ、４５ｂを組込み、その小径側保持器４５ｂを内輪４３に固定し、上記大径側保持器４５ａと小径側保持器４５ｂに径方向で対向するポケット４６、４７を形成し、そのポケット４６、４７内に係合子としてのスプラグ４８を組込み、上記小径側保持器４５ｂと大径側保持器４５ａの相対回転により、スプラグ４８を外輪４１の円筒面４２と内輪４３の円筒面４４に係合させるようにしている。

上記スプラグタイプのクラッチを採用する場合は、内輪４３と大径側保持器４５ａの相互間にスイッチばね２４を組み込んで、スプラグ４８が外輪４１の回転を内輪４３に伝達する第１の係合位置に大径側保持器４５ａを弾性保持する。

また、図２に示すスイッチ機構３０と同一の構成からなるスイッチ機構によって大径側保持器４５ａが停止状態の外輪に保持されるようにし、その停止状態の大径側保持器４５ａに対する内輪４３の相対回転により、スプラグ４８を内輪４３の一方向の回転が外輪４１に伝達される第２の係合位置に変位させるようにする。

この発明に係るクラッチ内蔵プーリユニットを組込んだベルト伝動装置の一部切欠正面図 ローラタイプのクラッチを示す断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図２のIV−IV線に沿った断面図 保持器とアーマチュアの連結部を拡大して示す断面図 係合子が第２の係合位置で係合している状態の断面図 スプラグタイプのクラッチを示す断面図 図７のVIII−VIII線に沿った断面図

符号の説明

１１ プーリ
１３ 外輪
１４ 内輪
２０ 保持器
２２ 係合子
２４ スイッチばね
２４ａ 弾性リング部
２４ｂ 押圧片
２５ 凹部
２６ 切欠部
２７ 切欠き
３０ スイッチ機構
３１ アーマチュア
３２ ロータ
３３ 電磁石
３７ 連結ピン
３７ａ 頭部
３８ ピン孔
３８ａ 段
３９ 弾性部材
４１ 外輪
４３ 内輪
４５ａ 大径側保持器
４５ｂ 小径側保持器
４８ スプラグ（係合子）

Claims (7)

1. プーリと、そのプーリの内径面に固定された外輪と、その外輪の内側に組込まれた内輪と、その内輪と外輪間に組込まれた保持器と、その保持器に保持され、前記内輪と保持器の一方向の相対回転によって外輪の一方向の回転を内輪に伝達する第１の係合位置に変位され、かつ、他方向の相対回転によって内輪の一方向の回転を外輪に伝達する第２の係合位置に変位される係合子と、その係合子が第１の係合位置に配置される状態に保持器を弾性保持するスイッチばねと、前記内輪から外輪への回転トルクの伝達時に保持器を外輪の回転と同期させて、その保持器に対する内輪の相対回転により係合子を第２の係合位置に変位させるスイッチ機構とからなるオルタネータ用のクラッチ内蔵プーリユニット。
2. 前記スイッチ機構が、保持器の端部に回り止めされ、かつ、軸方向に移動可能に連結された中心孔を有する円板状のアーマチュアと、外輪の端部に設けられてアーマチュアと軸方向で対向し、その対向面間に微小なエアギャップが形成されたロータと、そのロータと軸方向で対向し、通電によってアーマチュアをロータに吸着させる電磁石とからなる請求項１に記載のオルタネータ用のクラッチ内蔵プーリユニット。
3. 前記保持器の端面に大径の頭部を先端に有する複数の連結ピンを周方向に間隔をおいて設け、各連結ピンをアーマチュアに形成された段付きのピン孔に挿入し、その連結ピンの頭部とピン孔の内周の段間にアーマチュアを保持器の端面に押し付ける弾性部材を組込んで、保持器にアーマチュアを連結した請求項２に記載のオルタネータ用のクラッチ内蔵プーリユニット。
4. 前記ロータを外輪に一体的に設けた請求項２又は３に記載のオルタネータ用のクラッチ内蔵プーリユニット。
5. 前記スイッチばねが、一部が切り離された弾性リング部の両端に外方向に向く一対の押圧片を形成した構成とされ、その弾性リング部を内輪の端面に形成された円形の凹部に嵌合し、一対の押圧片を凹部の外周壁に形成された切欠部から保持器に形成された切欠き内に挿入して、切欠部の両端と切欠きの両端を相反する方向に同時に押圧する組み込みとした請求項１乃至４のいずれかの項に記載のオルタネータ用のクラッチ内蔵プーリユニット。
6. 前記係合子がローラからなる請求項１乃至５のいずれかの項に記載のオルタネータ用のクラッチ内蔵プーリユニット。
7. 前記係合子がスプラグからなる請求項１乃至５のいずれかの項に記載のオルタネータ用のクラッチ内蔵プーリユニット。

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