JP2017219156A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】ローラの挙動をより安定させることができ、製造コストを抑えられる一方向クラッチ用ばねを備えた一方向クラッチを提供する。
【解決手段】内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に形成されるくさび状空間内に位置し、前記内輪と前記外輪とが一体に回転するロック位置と、前記内輪と前記外輪との相対回転を許す非ロック位置とをとりうるローラと、該ローラをロック位置方向に付勢するばね部材と、を備えた一方向クラッチであって、前記ばね部材は板状の部材からなり、基部と、該基部から互いに近づく方向に屈曲された一対の第１折り返し部と、該第１折り返し部からさらに互いに遠ざかる方向に屈曲された一対の第２折り返し部とを有し、前記一対の第２折り返し部の前記ローラとの接触部間の距離が、前記ばね部材の基部を支持する支持部間の距離と等しいかより大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば自動車用のオルタネータ等の補機を回転駆動する為のプーリ装置、或いはエンジンのアイドルストップ時の補機駆動装置等に組み込んで使用する一方向クラッチに関する。

オルタネータやスタータモータ等の自動車用補機を駆動する為のプーリ装置に組み込む一方向クラッチとして、ローラクラッチが従来から知られている。例えば特許文献１にはローラクラッチが、特許文献２にはローラクラッチを組み込んだローラクラッチ内蔵型プーリ装置が記載されている。

図７は、特許文献１に記載された、従来構造の第１例のローラクラッチを示している。図示の構造の場合、不図示の外側のエレメント（例えばプーリ）の内周面と、不図示の例えばオルタネータの回転軸と一体回転する内側のエレメント（クラッチ内輪１１５）との間に、ローラ１１７が配置されている。プーリ内周面は円筒面とされ、クラッチ内輪１１５の外周面にはカム面１１５ａが形成されている。又クラッチ内輪１１５には、保持器１１８の内径側に突出した凸部１１８ｄと係合する凹部１１５ｂが形成されており、これにより保持器１１８はクラッチ内輪１１５と一体回転するようになっている。ローラ１１７は、保持器１１８に形成されたポケット１１８ｃ内に収容されており、プーリ内周面とカム面１１５ａとで形成されるくさび状の空間を移動可能である。ローラ１１７は保持器柱部１１８ｂとの間に設けられたばね１３０で、カム面１１５ａが浅くなる側（図中右方）に付勢されている。

プーリがクラッチ内輪１１５に対し相対的に時計方向であるＣＷ方向に回転すると、プーリと摩擦接触しているローラ１１７は図中右方への力を受け、カム面１１５ａが浅くなる方にくさび状の空間を移動する。所定位置（ロック位置）まで移動すると、くさび効果により、プーリからクラッチ内輪１１５へ回転力の伝達が可能なロック状態となり、プーリとクラッチ内輪１１５と一体のオルタネータの回転軸が同期して回転する。

これに対し、プーリがクラッチ内輪１１５に対し相対的に反時計方向であるＣＣＷ方向に回転すると、プーリと摩擦接触しているローラ１１７は図中左方への力を受け、ばね１３０の付勢力に抗してカム面１１５ａが深くなる（くさび状空間のくさびの幅が広くなる）非ロック位置方向に移動する。この際に各ローラ１１７は、ばね１３０を撓ませる。そして、上述の様にくさびの幅の広い部分である非ロック位置に変位した各ローラ１１７は、当該位置で転動並びに若干の変位自在となる。この結果、プーリとクラッチ内輪１１５との間で回転力の伝達が不能なオーバラン状態となり、プーリとオルタネータの回転軸が相対回転する。

ところで、上述したロック状態、又はオーバーラン状態への遷移の際には、ローラ１１７は、ローラ１１７の軸線方向がクラッチ内輪１１５の軸線方向と平行な状態を保ったまま移動することが望ましい。ローラ１１７の軸線がクラッチ内輪１１５の軸線方向と平行でなくなるいわゆるスキューが生じると、ローラ１１７の長手方向において、カム面１１５ａのより浅い側に位置する側で集中荷重が作用してしまう虞がある。

図７の例では、図８に示す様に、ばね１３０のローラ１１７との接触部をローラ１１７の長手方向両端付近にできるので、ばね力の作用点間の間隔（スパン）を広く取れ、そのスパン間においてローラ１１７に作用する摩擦力等の影響を受けにくく、比較的ローラ１１７の挙動を安定させることが可能になっている。しかしながら、図から明らかな通り、ばね１３０が一点Ａで保持器柱部１１８ｂに自由支持されているだけだと、ローラ１１７に作用する摩擦力のバランスが崩れてしまうと、ばね１３０が図８の位置から左右に揺動してしまい、ローラ１１７の支持が不安定となってしまう。従って、かかる構造のばねを実際に使用する場合には、ばねを保持器１１８に自由支持するのでなく固定支持する構造にする必要があり、このため、ばね形状が複雑化し製造コストが上昇することが懸念される。

図９、１０は特許文献２に記載された従来構造の第２例を示したものであり、ばねの支持構造が上述した従来構造の第１例とは異なっている。ローラクラッチ２１３は、ローラクラッチ内蔵型プーリ装置２１０に組み込まれたものである。ローラクラッチ内蔵型プーリ装置２１０は、オルタネータの回転軸に外嵌固定可能なスリーブ２１１を有する。又、このスリーブ２１１の周囲に従動プーリ２１２を、このスリーブ２１１と同心に配置している。そして、これらスリーブ２１１の外周面と従動プーリ２１２の内周面との間に、ローラクラッチ２１３を設けている。

ローラクラッチ２１３は、クラッチ内輪２１５と、クラッチ外輪２１６と、ローラ２１７と、保持器２１８と、ばね２３０とから成る。クラッチ内輪２１５はスリーブ２１１の外周面に、クラッチ外輪２１６はプーリ２１２の内周面に、それぞれ締り嵌めにより嵌合固定されている。クラッチ外輪２１６の内周面は円筒面２１６ａとしている。また、クラッチ内輪２１５の外周面にはカム面２１５ａが形成されている。即ち、このクラッチ内輪２１５の外周面に、それぞれがランプ部と呼ばれる複数の凹部２１５ｄ、２１５ｄを、円周方向に関し等間隔に形成して、カム面２１５ａとしている。

そして、このカム面２１５ａと円筒面２１６ａとの間の空間に、保持器２１８と、ローラ２１７及びばね２３０とを設けている。保持器２１８は、円環状である１対のリム部２１８ａ、２１８ａと、これら両リム部２１８ａ、２１８ａ同士を連結する柱部２１８ｂとを備える。この保持器２１８は、両リム部２１８ａ、２１８ａの内周面に形成した各突片２１８ｄ、２１８ｄを、クラッチ内輪２１５の凹部２１５ｄに係合させる事により、クラッチ内輪２１５に対する相対回転を不能にしている。

ばね２３０が、保持器２１８と各ローラ２１７との間に設けられており、各ローラ２１７を各凹部２１５ｄの浅い側に向けて付勢している。各ばね２３０は、図１０に示す様に、全体形状が略ム字形であり、平板状の基部２３１と、この基部２３１の長さ方向両端部分の屈曲部２３２で折り返された１対の弾性押圧部２３３、２３３を備えている。このうちの基部２３１は、保持器２１８に対し各ばね２３０を係止する為の部分である。

この様に構成する各ばね２３０は、各基部２３１の片側面（図９、１０の左側面）を、前方支持板部２１８ｅの片側面（図９、１０の右側面）に、この基部２３１の他側面（図９、１０の右側面）の両端部を各後方支持板部２１８ｆ、２１８ｆの片側面（図９、１０の左側面）に、それぞれ弾性的に当接させる事により、保持器２１８の円周方向複数個所に係止している。又、この状態で、各ばね２３０を構成する基部２３１と弾性押圧部２３３、２３３との間に存在する、１対の屈曲部２３２、２３２の内側に、それぞれ各突出部２１８ｇ、２１８ｇを配置している。

上述の様に、各ばね２３０、２３０を保持器２１８に係止した状態では、各弾性押圧部２３３、２３３の先端部が、それぞれ各ローラ２１７の転動面（外周面）に弾性的に当接する。そして、これら各ローラ２１７を、円筒面２１６ａとカム面２１５ａとの間のくさび状空間のくさびの幅の狭い部分に向け、弾性的に押圧可能となる。

図９において、プーリ２１２（クラッチ外輪２１６）がクラッチ内輪２１５に対し相対的に反時計方向であるＣＣＷ方向に回転すると、プーリ２１２と摩擦接触しているローラ２１７は図中左方への力を受け、カム面が浅くなるほうに移動する。所定位置まで移動すると、くさび効果により、プーリ２１２からクラッチ内輪２１５（スリーブ２１１）へ回転力の伝達が可能なロック状態となり、これら両部材２１２、２１１が同期して回転する。

これに対し、プーリ２１２（クラッチ外輪２１６）がクラッチ内輪２１５に対し相対的に時計方向であるＣＷ方向に回転すると、プーリ２１２と摩擦接触しているローラ２１７は図中右方への力を受け、ばね２３０の付勢力に抗してカム面が深くなる（くさび幅が広くなる）方に移動する。そして、くさびの幅の広い部分に向け変位した各ローラ２１７は、当該部分で転動並びに若干の変位自在となる。この結果、従動プーリ２１２とスリーブ２１１との間で回転力の伝達が不能なオーバラン状態となり、これら両部材２１２、２１１が相対回転する。

かかる従来構造の第２例においては、略ム字状のばね２３０は、保持器２１８に底辺の中央部と両端部とを支持されていることで、支持部の不安定性が改善されている。また、ばね形状は長尺状の部材を折り曲げるだけであるため、製造コストを抑えることができる。

但し、ばね２３０を構成する１対の弾性押圧部２３３、２３３を、先端部に向かう程互いに近づく方向に延出する状態で設けている為、これら両弾性押圧部２３３、２３３とローラ２１７との接触部同士の間隔（スパン）が、従来構造の第１例と比べると小さくなっている。従って、ローラ２１７がばね付勢力に抗して移動しようとするとき、スパンの外側にてローラ２１７に作用する摩擦力等のバランスが崩れてしまった場合に、ローラ２１７の挙動が不安定になってしまう虞がないのかが懸念される。

特公平７−７２５８５号公報 特開２０１５−４３７１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、よりローラの挙動を安定させることができ、製造コストを抑えられる一方向クラッチ用ばねの構造を実現すると共に、この様なばねを備えた一方向クラッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るころ軸受は以下のように構成される。
（１）内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に形成されるくさび状空間内に位置し、前記内輪と前記外輪とが一体に回転するロック位置と、前記内輪と前記外輪との相対回転を許す非ロック位置とをとりうるローラと、
前記内輪と前記ローラとの間に設けられ、該ローラをロック位置方向に付勢するばね部材と、
を備えた一方向クラッチであって、
前記ばね部材は板状の部材からなり、基部と、該基部から互いに近づく方向に屈曲された一対の第１折り返し部と、該第１折り返し部からさらに互いに遠ざかる方向に屈曲された一対の第２折り返し部とを有し、
前記内輪の軸線方向において、前記一対の第２折り返し部の前記ローラとの接触部間の距離が、前記ばね部材の基部を支持する支持部間の距離と等しいかより大きい一方向クラッチ。
（２）前記内輪に取り付けられた保持器をさらに有し、前記ばね部材は該保持器に支持されている（１）に記載の一方向クラッチ。
（３）前記ばね部材の第２折り返し部の長さが第１折り返し部の長さよりも長い（１）又は（２）に記載の一方向クラッチ。
（４）前記ばね部材の基部から第１折り返し部へ折り返している第１屈曲部の曲率が、第１折り返し部から第２折り返し部へ折り返している第２屈曲部の曲率よりも大きい（１）〜（３）のいずれかに記載の一方向クラッチ。

本発明によれば、内輪の軸線方向において、一対の第２折り返し部のローラとの接触部間の距離が、ばね部材の基部を支持する支持部間の距離と等しいかより大きくされていることで、ばね部材からの付勢力（弾性力）はローラの両端近傍に作用することとなり、ローラの挙動をより安定させることができる。またばね部材が板状の部材からなるため、製造コストを抑えることができる。

本発明の第１実施形態に係る一方向クラッチが組み込まれた一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を説明する縦断面図である。 図１のうち保持器に板ばねを組み入れた状態を説明する拡大斜視図である。 図２の保持器を径方向外側から見た図である。 図３に内輪、外輪、ローラを追加した状態でのＢ−Ｂ線断面図である。 図３のばね部材を取り出して示す図である。 本発明の第２実施形態に係るばね部材を示す、図５と同様な図である。 従来構造の第１例のローラクラッチを示す斜視図である。 図７のばねとローラを取り出して説明する図である。 従来構造の第２例の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を説明する断面図である。 図９の保持器とばねを取り出して示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
（第１実施形態）

図１〜図５は第１実施形態を示したものである。尚、本実施形態の特徴は、ばね部材にあり、その他の構成及び作用については、前述した従来構造の第２例の場合とほぼ同様である。従って、同等部分には同一又は類似する符号を付して説明を簡略化し、本実施形態の特徴部分を中心に説明する。

本実施形態の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、図１に示すように、オルタネータ等のエンジン補機の回転軸に取り付けられるスリーブ１１と、スリーブ１１の径方向外側にスリーブ１１と同心に配置されるプーリ１２と、を備える。プーリ１２の外周面には、不図示の駆動ベルトを巻き掛けるベルト溝１２ａが形成されている。

スリーブ１１の軸方向中間部における外周面とプーリ１２の軸方向中間部における内周面との間には、一方向クラッチ１３が配置されている。また、スリーブ１１の軸方向両端部における外周面とプーリ１２の軸方向両端部における内周面との間には、一対の転がり軸受（サポート軸受）１４が配置されている。

一方向クラッチ１３は、スリーブ１１の軸方向中間部の外周面に外嵌される内輪１５と、プーリ１２の内周面に内嵌される外輪１６と、内輪１５の外周面に形成されるカム面１５ａと外輪１６の内周面に形成される円筒面１６ａとのくさび状空間（図４参照）に回動自在に設けられる複数のローラ（ころ）１７と、各ローラ１７を個別に収容する複数のポケット１８ｃを有する保持器１８と、保持器１８に支持され、各ローラ１７をロック位置方向に弾性的に押圧する板ばね３０（図２参照）と、を備える。

保持器１８は、図２及び図３に示すように、一対の円環部１８ａ、１８ａと、この一対の円環部１８ａ、１８ａを軸方向に連結する複数の柱部１８ｂと、を備える。一対の円環部１８ａ、１８ａの内周面には、内輪１５のカム面１５ａを形成している凹部１５ｄと係合する凸部１８ｄ（図４参照）が形成されており、これにより保持器１８は、内輪１５及びスリーブ１１と共に一体に回転する。

また、一対の円環部１８ａ、１８ａの軸方向内側面で円周方向において各柱部１８ｂと整合する部分には、一対の端部側ばね保持部１８ｆ、１８ｆが各柱部１８ｂの外周面側から径方向外方に突出する状態で形成されている。また、各柱部１８ｂの軸方向中央部には、中央側ばね保持部１８ｅが各柱部１８ｂの外周面側から径方向外方に突出する状態で形成されている。そして、板ばね３０は、端部側ばね保持部１８ｆの円周方向一側面と、中央側ばね保持部１８ｅの円周方向他側面との間に挟持されている。一対の端部側ばね保持部１８ｆは、後述する板ばね３０の第１屈曲部３２の外側を覆って保持器軸線方向（図３の左右方向）への移動を防止し、また中央側ばね保持部１８ｅは、板ばね３０の径方向外側を覆って、径方向（図３の紙面手前側）への抜けを防止している。

ばね部材としての板ばね３０は、図３及び図５に示すように、１枚の板状部材を屈曲することにより形成されたものである。板ばね３０は、ローラ１７の軸線（内輪１５の軸線）に対して略平行に配置される基部３１と、この基部３１の長手方向両端の第１屈曲部３２で内側に向かって折り返される一対の第１折り返し部３３、３３と、この第１折り返し部３３、３３内端の第２屈曲部３４、３４でさらに外側に向かって折り返される一対の第２折り返し部３５、３５と、を備える。なお板ばね３０は、基部３１の長手方向において対称形状に形成されている。

一対の第２折り返し部３５、３５の先端部には、ローラ１７と接触する接触部３５ａ、３５ａが形成されている。そして図３に示すように、ローラ１７の軸線（内輪１５の軸線）方向において、これら接触部３５ａ、３５ａ間の距離Ｗ１は、板ばね３０の基部３１を支持する支持部（一対の端部側ばね保持部１８ｆ、１８ｆ）間の距離Ｗ２よりも大きくされている。Ｗ１＞Ｗ２とすることにより、板ばね３０はローラ１７の両端近傍でローラ１７と接触することとなり、ローラ移動時のローラ１７の挙動をより安定させることが可能となる。

また、板ばね３０は、第１屈曲部３２と第２屈曲部３４とを間に介した全長が長い板状の部材と考えることができる。このため、ローラ１７から接触部３５ａに押圧力が作用して、板ばね３０が撓み変形するときにも、各部の撓みは小さくできるため、板ばね３０の各部に作用する曲げ応力を小さく抑えらることができ、板ばね３０の耐久性を向上させることができる。

なお、図５から明らかなように、第２折り返し部３５の第２屈曲部３４から接触部３５ａまでの直線方向長さＬ２は、第１折り返し部３３の長さＬ１よりも長く設定されている。これにより、上述したＷ１＞Ｗ２の関係を確実にしている。また、第１屈曲部３２の曲率が、第２屈曲部３４の曲率よりも大きく設定されている。このように第１と第２の屈曲部３２、３４の曲率を互いにを異ならせることにより、板ばね３０のたわみ変形の生じ方に差を持たせて、ローラ１７に作用する付勢力の大きさをコントロールし易くしている。なお、第２折り返し部３５は曲面である必要はなく、直線状に伸びていてもよい（後述する第２実施形態の図６参照）。

次に上述した一方向クラッチ１３の作動について説明する。

エンジンのクランクシャフト等の端部に固定された駆動側プーリ（不図示）と、オルタネータ等の回転軸の端部に外嵌固定された従道側プーリ１２との間に掛け渡された無端ベルト（不図示）の走行速度が一定若しくは上昇傾向にある場合には、図４において、プーリ１２（外輪１６）が内輪１５に対し相対的に時計方向であるＣＷ方向に回転する。

このとき、プーリ１２と摩擦接触しているローラ１７は図中右方への力を受け、カム面１５ａが浅くなる方にくさび状空間を移動する。所定位置（ロック位置）まで移動すると、くさび効果により、外輪１６から内輪１５へ回転力の伝達が可能なロック状態となり、プーリ１２とスリーブ１１とは同期して回転する。このときローラ１７は、ばね部材３０の一対の第２折り返し部３５、３５の接触部３５ａ、３５ａと接触し、この接触部で押圧されている。

これに対し、無端ベルトの走行速度が低下傾向にある場合には、一方向クラッチ１３の接続が断たれオーバラン状態となる。すなわち、プーリ１２の回転速度が慣性回転を続けるオルタネータ等の回転軸の回転速度よりも遅くなって、プーリ１２（外輪１６）が内輪１５に対し相対的に反時計方向であるＣＣＷ方向に回転する。

このとき、プーリ１２と摩擦接触しているローラ１７は図中左方への力を受け、ばね部材３０からの付勢力に抗してカム面１５ａが深くなる方にくさび状空間を移動する。この際に各ローラ１７は、各ばね３０を構成する一対の第１折り返し部３３、３３および第２折り返し部３５、３５を撓ませる。そして、上述の様に幅の広い部分に向け変位した各ローラ１７は、当該非ロック位置で転動並びに若干の変位自在となる。この結果、プーリ１２とスリーブ１１との間で回転力の伝達が不能なオーバラン状態となり、プーリ１２とスリーブ１１とは相対回転する。

この結果、クランクシャフトの回転角速度が変動した場合でも、無端ベルトと従動側プーリ１２とが擦れ合う事を防止して、鳴きと呼ばれる異音の発生や摩耗による無端ベルトの寿命低下を防止すると共に、オルタネータの発電効率が低下する事を防止できる。このオーバラン状態においては、ローラ１７は一対の第２折り返し部３５、３５の接触部３５ａ、３５ａと接触し、この接触部で軸線方向両端近傍を押圧されている。従って、ローラ１７の挙動をより安定化させることができる。

以上説明したように、本実施形態の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０によれば、オーバーラン状態において、ローラ１７の挙動をより安定化させることができる。また、ばね部材３０が板状の部材からなるため、製造コストを抑えることができる。

（第２実施形態）
次に、図６を参照してばね部材の形状を変更した第２実施形態について説明する。本実施形態の板ばね４０も、１枚の板状部材を屈曲することにより形成されている。板ばね４０は、ローラ１７の軸線（内輪１５の軸線）に対して略平行に配置される基部４１と、この基部４１の長手方向両端の第１屈曲部４２で内側に向かって折り返される一対の第１折り返し部４３、４３と、この第１折り返し部４３、４３内端の第２屈曲部４４、４４でさらに外側に向かって折り返される一対の第２折り返し部４５、４５と、を備える。但し、第１実施形態とは逆に、第２折り返し部３５の長さＬ２は、第１折り返し部３３の長さＬ１よりも短く設定されている。また第１屈曲部４２の曲率が大きく、ほぼ折曲されたに近い形状とされている。

本実施形態においても、ローラ１７は一対の第２折り返し部４５、４５の接触部４５ａ、４５ａと接触し、この接触部で軸線方向両端近傍を押圧されている。従って、ローラ１７の挙動をより安定化させることができる。また、第１屈曲部４２の曲率が大きく、ほぼ折曲されたに近い形状とされているため、ローラからの押圧力を受けて板ばね４０が撓むときの変形態様が安定し、このため逆に言うと、板ばね４０からローラ１７に作用する付勢力のコントロールが容易となる。

なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、ばね部材を支持する保持器は内輪と別部材としているが、内輪が直接ばね部材を支持するようにしてもよい。

１０ 一方向クラッチ
１５ 内輪
１６ 外輪
１７ ローラ
１８ 保持器
３０、４０ 板ばね
３１、４１ 基部
３２、４２ 第１屈曲部
３３、４３ 第１折り返し部
３４、４４ 第２屈曲部
３５、４５ 第２折り返し部
Ｌ１ 第１折り返し部長さ
Ｌ２ 第２折り返し部長さ

Claims (4)

1. 内輪と、
   外輪と、
   前記内輪と前記外輪との間に形成されるくさび状空間内に位置し、前記内輪と前記外輪とが一体に回転するロック位置と、前記内輪と前記外輪との相対回転を許す非ロック位置とをとりうるローラと、
   前記内輪と前記ローラとの間に設けられ、該ローラをロック位置方向に付勢するばね部材と、
   を備えた一方向クラッチであって、
   前記ばね部材は板状の部材からなり、基部と、該基部から互いに近づく方向に屈曲された一対の第１折り返し部と、該第１折り返し部からさらに互いに遠ざかる方向に屈曲された一対の第２折り返し部とを有し、
   前記内輪の軸線方向において、前記一対の第２折り返し部の前記ローラとの接触部間の距離が、前記ばね部材の基部を支持する支持部間の距離と等しいかより大きいこと
   を特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記内輪に取り付けられた保持器をさらに有し、前記ばね部材は該保持器に支持されている請求項1に記載の一方向クラッチ。
3. 前記ばね部材の第２折り返し部の長さが第１折り返し部の長さよりも長い請求項1又は２に記載の一方向クラッチ。
4. 前記ばね部材の基部から第１折り返し部へ折り返している第１屈曲部の曲率が、第１折り返し部から第２折り返し部へ折り返している第２屈曲部の曲率よりも大きい請求項１〜３のいずれかに記載の一方向クラッチ。
   
   

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