JP2013007489A - 回転速度感応型一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】所定回転速度以上になると、クラッチのＯＮ／ＯＦＦ機能を切り替えられる、外輪ランプ構造の回転速度感応型一方向クラッチを提供することにある。
【解決手段】回転速度感応型一方向クラッチ１３は、保持器２１を円周方向に移動するように遠心力によって移動可能な重錘２５を有する保持器移動機構２７を備える。これにより、保持器２１に支持された第１及び第２のばね２２，２３がローラ２０の位置を移動させ、クラッチのＯＮ／ＯＦＦ機能を切り替える。重錘２５は、プーリ１２に嵌合される間座２４に支持ばね２６を介して取り付けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転速度感応型一方向クラッチに関するものであり、特に、エンジンのクランク軸の動力によって駆動されるオルタネータ等の補機類の入力軸に使用される回転速度感応型一方向クラッチに関するものである。

一般に、オルタネータ等、自動車補機の回転軸の端部には従動プーリが固定されており、エンジンのクランク軸の端部に固定されたクランクプーリとの間に無端ベルトが掛け渡され、補機を駆動するために利用されている。また、従動プーリとしては、無端ベルトの走行速度が一定もしくは上昇傾向にある場合に、無端ベルトから回転軸への動力の伝達を自在とし、無端ベルトの走行速度が低下傾向にある場合に、従動プーリと回転軸との相対回転を自在とするよう、一方向クラッチを内蔵したプーリ装置が知られている。このよう
に、一方向クラッチを内蔵することで、ベルトのスリップ防止や燃費の向上が図られている。

一方向クラッチは、クラッチ内輪とクラッチ外輪の両軌道面のいずれかに複数のランプ面を備えたカム面を形成することで、複数のくさび空間を構成し、この空間内に配置される係合子が両軌道面と係脱することで動力の伝達を自在としている。また、係合子は、保持器に固定されたばねによって、くさび方向、つまり、係合子がロック可能なくさび空間の狭い側、即ち、ランプ面の浅い側に付勢される（例えば、特許文献１及び２参照）。

特許文献１に記載の一方向クラッチでは、クラッチ外輪の軌道面にカム面が形成される外輪ランプ構造を採用し、カム面を工夫して空転状態においてエンジン振動等の外乱が発生しても係合子とクラッチ内輪が非接触となるように構成されている。

また、特許文献２に記載の一方向クラッチでは、クラッチ内輪の軌道面にカム面が形成される内輪ランプ構造において、所定回転速度以上になると、係合と空転を行なう一方向クラッチの機能を発揮するようにしたものが提案されている。具体的には、係合子の内径側に重錘を配置し、遠心力を利用して重錘を移動することによって、係合子をカム面と係合可能な位置に押し付けることで、トルクの伝達が行なわれている。

特開２００７−４０３７６号公報 特開２００４−３１６８９０号公報

ところで、外輪ランプ構造の一方向クラッチにおいても、回転速度の大きさに伴ってクラッチのＯＮ／ＯＦＦ機能を行なうことが望まれるが、特許文献２に記載の一方向クラッチでは、内輪ランプ構造のものに特化した構成であるため、外輪ランプ構造のものでの使用は困難であった。また、特許文献１に記載の一方向クラッチは、回転速度の大きさに伴うクラッチのＯＮ／ＯＦＦ機能について考慮したものでなく、回転が始まると直ぐにクラッチ機能が作動する構成である。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、所定回転速度以上になると、クラッチのＯＮ／ＯＦＦ機能を切り替えられる、外輪ランプ構造の回転速度感応型一方向クラッチを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外周面に円筒形状の内輪軌道面を有するクラッチ内輪と、
内周面に複数のランプ面が形成される外輪軌道面を有するクラッチ外輪と、
前記内輪軌道面及び複数のランプ面によって構成される複数のくさび空間にそれぞれ配置される複数の係合子と、
該複数の係合子を保持する保持器と、
前記保持器に保持され、前記係合子をくさび方向に付勢可能な弾性部材と、を備える回転速度感応型一方向クラッチであって、
前記回転速度感応型一方向クラッチは、前記保持器を移動するように遠心力によって径方向に移動可能な重錘を有し、該重錘の移動と共に前記保持器が移動する保持器移動機構を備え、
前記クラッチ外輪が回転していないときは、前記重錘は最内径側に位置してクラッチ機能がＯＦＦの状態であり、
前記クラッチ外輪の回転速度が上昇するに従い、前記重錘は遠心力によって外径側に移動し、
前記クラッチ外輪の回転速度が所定回転速度以上に達すると、前記保持器が前記重錘の移動に応じて移動すると共に、前記保持器に保持された前記係合子が所定位置まで移動し、クラッチ機能がＯＮの状態となる
ことを特徴とする回転速度感応型一方向クラッチ。
（２） 前記重錘と前記保持器は、互いに対向して接触可能な傾斜面をそれぞれ備え、
遠心力によって、前記重錘及び前記保持器の傾斜面が互いの接触位置を変えることにより、前記保持器が円周方向に移動する
ことを特徴とする（１）に記載の回転速度感応型一方向クラッチ。
（３） 前記所定回転速度は、アイドリング回転速度を基準にクラッチ機能がＯＮ／ＯＦＦ切り替えされるように設定される
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載の回転速度感応型一方向クラッチ。
（４） 前記保持器に保持され、前記係合子をくさび方向と反対方向に付勢可能な他の弾性部材をさらに備える
ことを特徴とする（１）〜（３）の何れか１つに記載の回転速度感応型一方向クラッチ。

本発明の回転速度感応型一方向クラッチによれば、保持器を移動するように遠心力によって移動可能な重錘を有する保持器移動機構を備えるので、所定回転速度以上でクラッチ外輪が回転することで、遠心力による重錘の移動とともに保持器が移動する。これにより、所定回転速度に達した場合には、保持器に保持された係合子が両軌道面間の所定位置まで移動することで、係合及び空転動作を行うことができる、即ち、クラッチ機能がＯＮとなる。

従って、例えば、クラッチ機能がＯＮとなる回転速度をアイドリング回転速度として設計すると、エンジン始動時にはエンジンに補機のイナーシャが負荷されないため、エンジンは低トルクで始動することができる。したがって、エンジン始動が短時間で可能となったり、エンジン始動時の燃料噴射量が少なく、燃費を向上させることができたり、スタータの消費電流を低く抑えたり、スタータ容量を小型化することができる。また、始動時に
かかるベルト張力を低く抑えることができるから、ベルトのスリップや鳴きを防止でき、さらに補機にかかるラジアル荷重も低く抑えることができ、軸受の長寿命化に貢献する。

本発明の一実施形態に係る一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の半断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿って切った一方向クラッチの断面図である。 一方向クラッチをクラッチ外輪の内側から見た部分上面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿って切った重錘部の拡大断面図である。 一方向クラッチの断面図であり、（ａ）は、クラッチ機能ＯＦＦの状態を示し、（ｂ）は、クラッチ機能ＯＮの状態を示す。 一方向クラッチの動作概念図である。

以下、本発明の回転感応型一方向クラッチが適用される一方向クラッチ内蔵型プーリ装置について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態の自動車補機用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を説明するための縦断面図である。一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、オルタネータ等の自動車補機とエンジンのクランク軸の端部に固定されたクランクプーリとの間で動力を伝達する。図１に示されるように、プーリ装置１０は、不図示の自動車補機の軸が内嵌されるスリーブ１１を有する。スリーブ１１の周囲には、外周面にベルト溝１２ａが形成されたプーリ１２がスリーブ１１と同心に配置されている。また、スリーブ１１の外周面とプーリ１２の内周面との間で、この間に形成される環状空間の軸方向中間部には、一方向クラッチ１３が配置されており、上記環状空間の軸方向両端部、即ち、一方向クラッチ１３の軸方向両側には、例えば、深溝玉軸受等の玉軸受である一対のサポート軸受１４ａ，１４ｂが配設されている。なお、ベルト溝１２ａの形状は、Ｖ溝、ポリＶ溝、歯型溝等の任意の形状に設計可能である。

一方向クラッチ１３は、所定の回転速度、例えば、アイドリング回転速度を基準にクラッチ機能がＯＮ／ＯＦＦ切り替えされるように設定されており、機能ＯＮの状態において、プーリ１２がスリーブ１１に対して所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみプーリ１２からスリーブ１１への回転力を伝達する。また、一対のサポート軸受１４ａ，１４ｂは、プーリ１２に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１１とプーリ１２との相対回転を可能とする。

各サポート軸受１４ａ，１４ｂは、スリーブ１１の外周面に外嵌される軸受内輪３１と、プーリ１２の内周面に内嵌される軸受外輪３２と、軸受内輪３１と軸受外輪３２の両軌道面間に配置された転動体である複数の玉３３と、玉３３を転動自在に保持する軸受保持器（図示せず）と、外部からの異物の浸入や内部からのグリース等の潤滑剤の漏洩を防止するシール部材（図示せず）を有している。

図１及び図２に示すように、一方向クラッチ１３は、スリーブ１１の外周面に圧入固定されるクラッチ内輪１５と、プーリ１２の内周面に圧入固定されるクラッチ外輪１６と、クラッチ内輪１５とクラッチ外輪１６との間に回動自在に配設された係合子である複数のローラ２０とを備えている。クラッチ外輪１６の内周面は、ローラ２０が転接する外輪軌道面である複数の凹状のランプ面１６ａが円周方向に所定の間隔で設けられたカム面を形成する。ローラ２０は、各ランプ面１６ａとクラッチ内輪１５の内周面に形成された内輪軌道面である円筒面１５ａとから構成される複数のくさび空間にそれぞれ回転自在に保持されている。

また、一方向クラッチ１３は、クラッチ内輪１５に固定され、各ローラ２０を個別に保持する複数のポケットを有する保持器２１と、それぞれ保持器２１に保持され、各ローラ
２０をクラッチ内輪１５の外周面及びクラッチ外輪１６の内周面に対して係合するくさび方向に付勢可能な弾性部材である第１のばね２２（図２参照）と、各ローラ２０をくさび方向と反対方向（反くさび方向）に付勢可能な他の弾性部材である第２のばね２３（図２参照）と、プーリ１２に形成された内向き段部１２ｂとサポート軸受１４ｂの軸受外輪３２との間に配置される間座２４と、この間座２４に形成された切欠き２４ａに支持ばね２６を介して取り付けられる重錘２５と、を備える。また、重錘２５は、少なくとも一つ設けられればよいが、複数対称に配置されることが好ましい。

保持器２１は、図３に示すように、一対の環状部２１ａ，２１ｂと、両環状部２１ａ，２１ｂ間を連結して、円周方向に所定の間隔をおいて配置された複数の柱部２１ｃと、を備える。柱部２１ｃには、径方向外側に起立する一対の起立部２１ｄ，２１ｅが形成されており、第１及び第２のばね２２，２３の基部２２ａ，２３ａを挟持する。また、保持器２１のクラッチ外輪１６に対する円周方向への移動は、ローラ２０がランプ面１６ａと円筒面１５ａとの間で移動してクラッチのＯＮ／ＯＦＦ機能の切替えられる程度に許容されている。

図２に示すように、各ローラ２０は向かい合う２つの第１及び第２のばね２２、２３により押圧されている。くさび方向に押圧する第１のばね２２は従来通り、ローラ２０をランプ面１６ａと円筒面１５ａに接触させるためのものである。また、反くさび方向に押圧する第２のばね２３は、クラッチ機能をＯＦＦにするために、くさび方向に付勢する第１のばね２２とつりあい、ローラ２０を保持し、保持器２１が反くさび方向に移動した場合に、ローラ２０も反くさび方向に移動させる。

また、図１及び図４に示すように、一方の環状部２１ｂには、重錘２５が入り込む凹部２１ｆが形成されている。間座２４の切欠き２４ａに支持ばね２６を介して支持された重錘２５は、この凹部２１ｆ内で半径方向に進退可能であるように柱状に形成されている。重錘２５の径方向内側部分と保持器２１の凹部２１ｆには、互いに対向して接触可能な傾斜面２５ａ，２１ｇが円周方向に延びるように設けられている。これにより、本実施形態では、保持器２１の凹部２１ｆ、重錘２５及び支持ばね２６が保持器移動機構２７を構成している。

このように構成される保持器移動機構２７は、プーリ１２が静止状態の時には、重錘２５は支持ばね２６に押され、最も内径側の位置にある。プーリ１２が回転すると、その回転速度の自乗に比例した力で支持ばね２６を圧縮し、遠心力によって重錘２５は外径側へと移動する。そして、互いの傾斜面２５ａ、２１ｇが接触位置を変え、重錘２５に増加した遠心力が保持器２１の傾斜面２１ｇに伝達され、保持器２１が円周方向に移動する。

また、２つのばね２２，２３を支持する保持器２１の位置によって、ランプ面１６ａと円筒面１５ａとの間でローラ２０が位置決めされることから、保持器２１、及び２つのばね２２，２３を介して、この重錘２５の動きとローラ２０の位置とがリンクする。具体的に、重錘２５が最も内径側の位置にある時には、図４の実線で示すように、互いの傾斜面２５ａ，２１ｇが十分に重なっており、２つのばね２２，２３によって保持されるローラ２０がクラッチ外輪１６のランプ面１６ａとクラッチ内輪１５の円筒面１５ａに同時に接触していない状態となるように、保持器２１が反ロック側に位置決めされる（図５（ａ）
参照）。一方、重錘２５が外径側の位置にある時には、図４の一点鎖線で示すように、互
いの傾斜面２５ａ，２１ｇの接触面積を減少するように保持器２１を円周方向に移動させ、ローラ２０がランプ面１６ａと円筒面１５ａに同時に接触している状態となるように、保持器２１がロック側に位置決めされる（図５（ｂ）参照）。

従って、上記のように構成される一方向クラッチ１３において、プーリ１２が停止状態では、重錘２５が最も内径側の位置にあり、保持器２１は未だ重錘２５の傾斜面２５ａに沿って円周方向に移動していない状態にある。このため、上記したように、ローラ２０がクラッチ外輪１６のランプ面１６ａとクラッチ内輪１５の円筒面１５ａに同時に接触していない状態となる。この状態では、回転力がクラッチ外輪１６に入力された場合にもローラ２０を介してクラッチ内輪１５に動力を伝えることはない。つまり、一方向クラッチ１３が作動しないクラッチＯＦＦの状態を保つことができる（図６の区間（ａ）参照）。

一方、回転速度が上昇するに従い、遠心力によって重錘２５は外径側へと移動し、保持器２１が重錘２５の傾斜面２５ａに押されて円周方向に移動していく。そして、任意の回転速度に達することで、くさび方向のばね力が満たされると、ローラ２０がランプ面１６ａと円筒面１５ａに同時に接触する。これにより、ランプ面１６ａとクラッチ内輪１５の円筒面１５ａに同時に接触している状態となることから、回転力がクラッチ外輪１６に入力されるとローラ２０がくさび空間にくい込み、クラッチ内輪１５に動力を伝達する。この状態では、くさび方向に押圧するばね力が反くさび方向に押圧するばね力より大きい状態であるから、従来の一方向クラッチと同様の状態となり、回転力の変動に伴い係合と空転の動作を行うことができるクラッチＯＮの状態になる（図６の区間（ｂ）参照）。

具体的に、プーリ１２の回転角速度が、例えば自動車補機の回転軸の回転角速度より速い場合には、一方向クラッチ１３のローラ２０がくさび作用によってクラッチ内輪１５のランプ面１６ａとクラッチ外輪１６の円筒面１５ａとの間に噛み込まれて、プーリ１２とスリーブ１１とが相対回転不能（係合状態）となり、エンジンの回転力が自動車補機の回転軸に伝達される。一方、プーリ１２の回転角速度が自動車補機の回転角速度より遅い場合には、ローラ２０の噛み込みが解除されて、プーリ１２とスリーブ１１との相対回転が自在（空転状態）となる。

一方、回転速度が低下し、重錘２５にかかる遠心力が低下すると、支持ばね２６によって重錘２５が内径側に押され、下部の斜面２１ｈをガイドとして保持器２１が反くさび方向へ移動し、任意の回転速度以下になるとローラ２０がランプ面１６ａと円筒面１５ａから離れ、一方向クラッチ１３がクラッチＯＦＦの状態に戻る（図６の区間（ｃ）参照）。

また、付加的な機能として、一般にクラッチ外輪１６にランプ面１６ａのある一方向クラッチ１３はローラ２０にかかる遠心力により、ローラ２０は反くさび側へと移動するが、上記機構では、重錘２５が遠心力に伴って外径側に移動し、くさび方向に付勢する第１のばね２２のばね力をローラ２０の動きに逆らって強めることができるから、ローラ２０とランプ面１６ａ及び円筒面１５ａとの接触力は不足することなく、高速回転までクラッチ機能を維持することが可能である。

以上、上記の様に構成される回転速度感応型一方向クラッチ１３によれば、保持器２１を移動するように遠心力によって移動可能な重錘２５を有する保持器移動機構２７を備えるので、所定回転速度以上でクラッチ外輪１５が回転することで、遠心力による重錘２５の移動とともに保持器２１が移動する。これにより、所定回転速度に達した場合には、保持器２１に保持されたローラ２０が両軌道面間の所定位置まで移動することで、係合及び空転動作を行うことができる、即ち、クラッチ機能がＯＮとなる。

また、保持器移動機構２７は、保持器２１を円周方向に移動させ、保持器２１に支持された第１及び第２のばね２２，２３を移動させることで、クラッチのＯＮ・ＯＦＦ機能を容易に切り替えることができる。

さらに、保持器２１に保持され、ローラ２０をくさび方向と反対方向に付勢可能な第２のばね２３をさらに備えるので、クラッチのＯＮ・ＯＦＦ機能をより確実に切り替えることができる。

また、重錘２５と保持器２１は、互いに対向して接触可能な傾斜面２５ａ，２１ｇをそれぞれ備えるので、重錘２５の遠心力による移動を保持器２１の移動に有効に変換することができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。

本発明の一方向クラッチは、本実施形態のようなローラクラッチであってもよく、カムクラッチやスプラグクラッチであってもよい。また、一方向クラッチの外輪或いは内輪は、本実施形態のようにプーリ或いはスリーブと別体であってもよく、プーリ或いはスリーブと一体、即ち、プーリの内周面或いはスリーブの外周面によって構成されてもよい。

さらに、本発明の一対のサポート軸受は、深溝玉軸受以外の形式であってもよく、ころ軸受や、玉軸受ところ軸受の組合せであってもよい。また、サポート軸受の内輪或いは外輪も、プーリ或いはスリーブと一体、即ち、プーリの内周面或いはスリーブの外周面によって構成されてもよい。

１０ 一方向クラッチ内蔵型プーリ装置
１１ スリーブ
１２ プーリ
１３ 一方向クラッチ
１４ サポート軸受
１５ クラッチ内輪
１６ クラッチ外輪
２０ ローラ（係合子）
２１ 保持器
２２ 第１のばね（弾性部材）
２３ 第２のばね（他の弾性部材）
２５ 重錘
２６ 支持ばね
２７ 保持器移動機構

Claims (4)

1. 外周面に円筒形状の内輪軌道面を有するクラッチ内輪と、
   内周面に複数のランプ面が形成される外輪軌道面を有するクラッチ外輪と、
   前記内輪軌道面及び複数のランプ面によって構成される複数のくさび空間にそれぞれ配置される複数の係合子と、
   該複数の係合子を保持する保持器と、
   前記保持器に保持され、前記係合子をくさび方向に付勢可能な弾性部材と、を備える回転速度感応型一方向クラッチであって、
   前記回転速度感応型一方向クラッチは、前記保持器を移動するように遠心力によって径方向に移動可能な重錘を有し、該重錘の移動と共に前記保持器が移動する保持器移動機構を備え、
   前記クラッチ外輪が回転していないときは、前記重錘は最内径側に位置してクラッチ機能がＯＦＦの状態であり、
   前記クラッチ外輪の回転速度が上昇するに従い、前記重錘は遠心力によって外径側に移動し、
   前記クラッチ外輪の回転速度が所定回転速度以上に達すると、前記保持器が前記重錘の移動に応じて移動すると共に、前記保持器に保持された前記係合子が所定位置まで移動し、クラッチ機能がＯＮの状態となる
   ことを特徴とする回転速度感応型一方向クラッチ。
2. 前記重錘と前記保持器は、互いに対向して接触可能な傾斜面をそれぞれ備え、
   遠心力によって、前記重錘及び前記保持器の傾斜面が互いの接触位置を変えることにより、前記保持器が円周方向に移動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転速度感応型一方向クラッチ。
3. 前記所定回転速度は、アイドリング回転速度を基準にクラッチ機能がＯＮ／ＯＦＦ切り替えされるように設定される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転速度感応型一方向クラッチ。
4. 前記保持器に保持され、前記係合子をくさび方向と反対方向に付勢可能な他の弾性部材をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の回転速度感応型一方向クラッチ。

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