JP3551545B2 - スタータ用一方向クラッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スタータに用いられる一方向クラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、例えば実開昭５９−２６１０７号公報に開示されたスタータ用一方向クラッチがある。この一方向クラッチは、ローラを収容する楔状空間の角度を適当な値に設定し、更に駆動体から突出する係止部を配設して、楔状空間に噛込むローラを当接させて噛込量を一定値とすることにより、伝達トルクを一定にして衝撃トルクを吸収している。しかし、この一方向クラッチは、噛込量を一定にするために係止部を所定の位置に設定する必要があるが、クラッチアウタに形成された楔状空間の内周面とクラッチインナの外周面とに接するローラの当接面が、楔状空間のわずかな傾斜により大幅に左右に振れてしまうため、係止部を正確に位置設定することができない。その結果、伝達トルクの最大値を正確に決定できず、衝撃トルクの吸収が不十分となってしまう。
【０００３】
このため本出願人は、クラッチアウタの内周面とクラッチインナの外周面の何方か一方にローラを収容する楔状空間を形成し、他方にローラを係止する係止凹部を形成した一方向クラッチを提案した（提出日：平成６年９月７日）。この一方向クラッチでは、過大な衝撃トルク（所定のスタータ駆動トルク以上）が入力した時にローラが係止凹部から離脱できるように、係止凹部の深さが設定されている。従って、ローラが係止凹部から離脱してクラッチアウタとクラッチインナとが相対回転することにより、所定値以上のトルクは伝達されない構成となっている。これにより、ローラが係止凹部から離脱する時（クラッチアウタとクラッチインナとが相対回転を開始する時）の衝撃トルクの所定値を係止凹部の深さで正確に決定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、先願に記載した一方向クラッチでは、係止凹部の深さが浅い場合にはローラに不安定な条件となり、最悪の場合、係止凹部からローラが飛び出してトルク伝達ができなくなる可能性を有していた。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、確実なトルク伝達を行なうことのできるスタータ用一方向クラッチを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成を採用した。
請求項１では、相対回転可能に設けられて、径方向に所定の間隔を隔てて対面する外筒部と内筒部を有し、前記外筒部の内周面には、断面円形の転動体を収容する楔状のカム室が形成されて、前記内筒部の外周面には、トルク伝達時に前記転動体を係止する係止凹部と、前記外筒部から前記転動体への押圧力方向の延長線上に、前記係止凹部の壁面を形成する凸部とが設けられたスタータ用一方向クラッチであり、
前記係止凹部の深さをｈ、前記転動体の半径をＲ、前記係止凹部に係止された前記転動体を介して前記外筒部と前記内筒部との間でトルク伝達が行なわれる時に、前記転動体の中心と前記内筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、および前記転動体の中心と前記内筒部側のトルク作用点とを結ぶ直線をＢとして前記直線Ａと前記直線Ｂとの成す角度をθとすると、
ｈ≧Ｒ（１−ｃｏｓθ）…………（１）
上記（１）の条件を満足し、
前記凸部は、前記外筒部から前記転動体を介して過大な衝撃が加わった時に、自身が撓むことにより、前記転動体が前記凸部を乗り越えて前記係止凹部から飛び出ることを許容することを特徴とする。
【０００６】
請求項２では、相対回転可能に設けられて、径方向に所定の間隔を隔てて対面する内筒部と外筒部を有し、前記内筒部の外周面には、断面円形の転動体を収容する楔状のカム室が形成されて、前記外筒部の内周面には、トルク伝達時に前記転動体を係止する係止凹部と、前記内筒部から前記転動体への押圧力方向の延長線上に、前記係止凹部の壁面を形成する凸部とが設けられたスタータ用一方向クラッチであり、
前記係止凹部の深さをｈ、前記転動体の半径をＲ、前記係止凹部に係止された前記転動体を介して前記外筒部と前記内筒部との間でトルク伝達が行なわれる時に、前記転動体の中心と前記外筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、および前記転動体の中心と前記外筒部側のトルク作用点とを結ぶ直線をＢとして前記直線Ａと前記直線Ｂとの成す角度をθとすると、
ｈ≧Ｒ（１−ｃｏｓθ）…………（２）
上記（２）の条件を満足し、
前記凸部は、前記内筒部から前記転動体を介して過大な衝撃が加わった時に、自身が撓むことにより、前記転動体が前記凸部を乗り越えて前記係止凹部から飛び出ることを許容することを特徴とする。
【０００７】
【作用および発明の効果】
（請求項１）
転動体を介して外筒部と内筒部との間でトルク伝達が行われる時、転動体は係止凹部に係止された状態でカム室の内周面に当接している。ここで、仮に外筒部から内筒部へトルク伝達される場合を考えると、転動体には外筒部から押圧力が加わり、その押圧力を内筒部の係止凹部で受けることになる。この時、係止凹部は、外筒部から転動体に加わる押圧力に対して転動体にモーメントが加わらない様に転動体を係止する必要がある。
【０００８】
そこで、係止凹部の深さｈを内筒部側のトルク作用点より高くなるように設定すれば良い。即ち、転動体の中心と内筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、および転動体の中心と内筒部側のトルク作用点とを結ぶ直線をＢとして、直線Ａと直線Ｂとの成す角度をθとした場合に、転動体の半径ＲからＲｃｏｓθを差し引いた値以上の深さｈを確保すれば良い。これにより、外筒部から転動体に加わる押圧力方向に係止凹部の壁面、つまり凸部が存在することになるため、転動体は係止凹部に係止されてモーメントが加わらなくなるため、外筒部と内筒部との間で確実にトルク伝達を行うことができる。
また、外筒部から転動体を介して凸部に過大な衝撃が加わった時は、凸部が撓むことにより、転動体が凸部を乗り越えて係止凹部から飛び出ることができる。
【０００９】
なお、転動体を介して内筒部から外筒部へトルク伝達される場合は、上記のように係止凹部の深さｈを設定することにより、係止凹部に転動体を係止させた状態で外筒部側へ転動体を押圧することができる。このため、外筒部から内筒部へトルク伝達される場合と同様に、転動体にモーメントが加わることはなく、確実にトルク伝達を行うことができる。
【００１０】
（請求項２）
この請求項２では、内筒部の外周面にカム室が形成されて、外筒部の内周面に係止凹部が形成されている。つまり、カム室と係止凹部との位置関係が請求項１の場合と反対である。但し、トルク伝達時に転動体を係止凹部に係止させて転動体にモーメントが加わらない様にするための係止凹部の深さｈは、請求項１の場合と同様に決定することができる。具体的には、転動体の中心と外筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、および転動体の中心と外筒部側のトルク作用点とを結ぶ直線をＢとして、直線Ａと直線Ｂとの成す角度をθとした場合に、転動体の半径ＲからＲｃｏｓθを差し引いた値以上の深さｈを確保すれば良い。これにより、転動体が係止凹部に係止された状態で確実にトルク伝達を行うことができる。
また、内筒部から転動体を介して凸部に過大な衝撃が加わった時は、凸部が撓むことにより、転動体が凸部を乗り越えて係止凹部から飛び出ることができる。
【００１１】
【実施例】
次に、本発明のスタータの実施例を図面に基づいて説明する。
図１はトルク伝達時のクラッチ部の拡大断面図、図２はスタータ全体の半断面図である。
本実施例のスタータ１は、通電を受けてアーマチュアシャフト２に回転力を発生するスタータモータ３、このスタータモータ３の前方側（図２の左方側）でアーマチュアシャフト２と同一軸上に配されたドライブシャフト４、スタータモータ３の回転力をドライブシャフト４に伝達する回転力伝達手段（後述する）、ドライブシャフト４の外周に軸受５を介して嵌合されたピニオン６、スタータモータ３への通電およびピニオン６の押出力を発生するマグネットスイッチ７等より構成されている。
【００１２】
（スタータモータ３の説明）
スタータモータ３は、アーマチュアシャフト２を有するアーマチュア８、このアーマチュア８の外周に配置される固定磁極９、および固定磁極９を内周面に固定する円筒状のヨーク１０等より構成されて、図示しないスタータスイッチがＯＮ操作されてマグネットスイッチ７に内蔵された接点（図示しない）が閉じることにより、アーマチュア８が通電されて回転する。
【００１３】
（ドライブシャフト４の説明）
ドライブシャフト４は、その先端部が軸受１１を介してフロントハウジング１２の先端部に回転自在に支持されて、後端部が軸受１３を介してセンタケース１４の小径円筒部１４ａ（後述のクラッチインナ）に回転自在に支持されている。このドライブシャフト４は、その後端が径方向の外側へフランジ状に突設して、遊星歯車減速機構（後述する）のプラネットキャリア４ａ（本発明のフランジ部）として一体に設けられている。また、ドライブシャフト４の後端中央部には、軸方向に沿った中空筒状の凹部が形成されており、この凹部内に軸受１５を配置してアーマチュアシャフト２の先端を回転自在に支持している。なお、センタケース１４は、フロントハウジング１２とスタータモータ３のヨーク１０との間に挟持されて、回転力伝達手段の外周を覆っている。
【００１４】
（ピニオン６の説明）
ピニオン６は、ドライブシャフト４の外周にヘリカルスプライン嵌合するスプラインチューブ１６と一体に設けられている。このピニオン６は、スプラインチューブ１６がレバー１７を介してドライブシャフト４上をヘリカルスプラインに沿って前方へ押し出されることにより、エンジンのリングギヤＧと噛み合うことができる。レバー１７は、一端がスプラインチューブ１６の外周に係合されて、他端がマグネットスイッチ７の先端側に突出するロッド１８に係合され、中間部でフロントハウジング１２に揺動自在に支持されている。
【００１５】
（マグネットスイッチ７の説明）
マグネットスイッチ７は、前述のスタータスイッチがＯＮ操作されて内蔵するコイル（図示しない）が通電されると、コイルに発生する磁力によってスイッチ内部に収容されたプランジャ（図示しない）を吸引する。その結果、スタータモータ３の接点を閉じるとともに、ロッド１８を通じてレバー１７を揺動操作してピニオン６押出力を発生する。
【００１６】
（回転力伝達手段の説明）
回転力伝達手段は、遊星歯車減速機構と一方向クラッチとから構成される。
遊星歯車減速機構は、スタータモータ３の回転速度を減速して、スタータモータ３の出力トルクを増大する減速装置であり、アーマチュアシャフト２の外周に形成されたサンギヤ１９、このサンギヤ１９に噛み合う３個の遊星ギヤ２０、各遊星ギヤ２０と噛み合うインターナルギヤ２１、および前述のプラネットキャリア４ａより構成されている。
【００１７】
サンギヤ１９は、アーマチュアシャフト２と一体に回転することで、アーマチュアシャフト２の回転を３個の遊星ギヤ２０に伝達する。
３個の遊星ギヤ２０は、それぞれプラネットキャリア４ａに固定されたピン２２に軸受２３を介して回転自在に支持されており、サンギヤ１９およびインターナルギヤ２１と噛み合いながらサンギヤ１９の外周を公転することで、その公転力がプラネットキャリア４ａに伝達されてドライブシャフト４に回転力を伝達する。
インターナルギヤ２１は、円筒形状に設けられて、その外周面がセンタケース１４の円筒壁１４ｂ内周面に摺接して回転可能に組み込まれている。
【００１８】
一方向クラッチは、遊星歯車減速機構のインターナルギヤ２１を一方向（エンジンの回転を受けて回転する方向）のみに回転可能に支持するもので、クラッチアウタ２４（本発明の外筒部）、クラッチインナ２５（本発明の内筒部）、ローラ２６（本発明の転動体）、およびスプリング２７等より構成されている。
クラッチアウタ２４は、インターナルギヤ２１より先端側でインターナルギヤ２１より小径の円筒形状に設けられて、インターナルギヤ２１の先端で径方向の内側へ延びる環状壁部２８を介してインターナルギヤ２１と一体に設けられている。クラッチアウタ２４の内周面には、図１に示すように、ローラ２６およびスプリング２７を収容する楔状のカム室２４ａが形成されている。このカム室２４ａは、アウタ内周面の周方向に等間隔で複数設けられている。
【００１９】
クラッチインナ２５は、センタケース１４の小径円筒部１４ａ（回転不能）によって構成されて、クラッチアウタ２４の内周側で径方向にクラッチアウタ２４と所定の間隔を保って配置されている。クラッチインナ２５の外周面には、図１に示すように、トルク伝達時にローラ２６を係止する係止凹部２５ａが形成されている。この係止凹部２５ａは、インナ外周面の周方向に等間隔で複数（例えば、カム室２４ａの整数倍）設けられている。
ローラ２６は、円柱形に設けられて、スタータモータ３の回転力をドライブシャフト４へ伝達する時にクラッチアウタ２４とクラッチインナ２５とをロックして、クラッチアウタ２４（即ち、インターナルギヤ２１）の回転を規制する。
スプリング２７は、図１に示すようにローラ２６をカム室２４ａの狭い方へ押圧している。
【００２０】
クラッチインナ２５に形成された係止凹部２５ａは、トルク伝達時にローラ２６を確実に係止する必要がある。つまり、係止凹部２５ａの深さが浅いと、係止凹部２５ａからローラ２６が飛び出してトルク伝達できない場合が生じる。
そこで、本発明者は、係止凹部２５ａの深さと最大伝達トルクとの関係を実験により考察した。なお、実験に際して、クラッチアウタ２４およびクラッチインナ２５はそれぞれ樹脂製（例えばナイロン：商標名）、ローラ２６は鉄製とした。また、図１に示すように、係止凹部２５ａの深さをｈ、ローラ２６の半径をＲ、クラッチインナ２５の中心Ｏ１ とローラ２６の中心Ｏ２ とを結ぶ直線をＡおよびローラ２６の中心Ｏ２ とクラッチインナ２５側のトルク作用点とを結ぶ直線をＢとして直線Ａと直線Ｂとの成す角度をθとする。
【００２１】
ここで、Ｒ（１−ｃｏｓθ）をｈ′として、ｈ／ｈ′を横軸にとり、最大伝達トルクを縦軸にとると、図３に示す様な特性が得られることを発見した。即ち、ｈ／ｈ′が１未満の場合は、係止凹部２５ａの深さが十分でない（浅い）ことから、図４（ａ）に示すように、ローラ２６に矢印Ｃ方向のモーメントが加わるため、容易にローラ２６がクラッチインナ２５の凸部２５ｂを乗り越えて係止凹部２５ａから飛び出してしまう。一方、ｈ／ｈ′が１以上の場合は、図４（ｂ）に示すように、クラッチアウタ２４からローラ２６への押圧方向（ローラ２６に矢印で示す方向）の延長線上に係止凹部２５ａの壁面が存在するため、ローラ２６にモーメントが加わることはなく、ローラ２６が容易に係止凹部２５ａから飛び出すことはない。
【００２２】
但し、ｈ／ｈ′が１以上の場合でも、クラッチアウタ２４からローラ２６へ過大な押圧力（例えば、スタータ駆動トルク以上の衝撃トルク）が加わると、図４（ｂ）に破線で示すように、クラッチインナ２５の凸部２５ｂが撓むことで、ローラ２６が凸部２５ｂを乗り越えて係止凹部２５ａから飛び出すことになる。従って、ｈ／ｈ′が１以上の時の最大伝達トルクは、ローラ２６から押圧力を受ける凸部２５ｂの剛性によって決定され、それまではローラ２６の挙動が安定して（つまり係止凹部２５ａに係止されている）、確実にトルク伝達が行われる。
【００２３】
次に、本実施例の作動を説明する。
スタータスイッチがＯＮ操作されると、マグネットスイッチ７によりスタータモータ３の接点が閉じてアーマチュア８が通電されることにより、アーマチュア８に回転力が発生する。これにより、アーマチュアシャフト２とともにサンギヤ１９が回転して３個の遊星ギヤ２０を回転駆動する。この時、各遊星ギヤ２０と噛み合うインターナルギヤ２１は、各遊星ギヤ２０の回転力を受けて図５のＤ方向に回転しようとする。
【００２４】
このインターナルギヤ２１の動作により、クラッチアウタ２４のカム室２４ａに収納されたローラ２６がスプリング２７に押圧され、カム室２４ａの狭い方へ移動してクラッチインナ２５の外周面に形成された係止凹部２５ａに係止される。これにより、クラッチアウタ２４は、センタケース１４に一体形成されたクラッチインナ２５（固定されている）にローラ２６を介してロックされて回転が規制される。その結果、クラッチアウタ２４と一体を成すインターナルギヤ２１の回転が規制されるため、３個の遊星ギヤ２０がピン２２を中心として自転しながらサンギヤ１９の外周を公転し、その公転力がプラネットキャリア４ａに伝達されて、ドライブシャフト４を回転駆動する。
【００２５】
一方、ドライブシャフト４に嵌合するピニオン６は、マグネットスイッチ７の吸引力により、レバー１７を介してスプラインチューブ１６と一体にドライブシャフト４の軸上を前方へ押し出されてリングギヤＧと噛み合うことで、スタータモータ３の回転力をリングギヤＧに伝達する。
【００２６】
その後、エンジンが回転すると、ドライブシャフト４がエンジンにより高速で回されるため、プラネットキャリア４ａに支持された各遊星ギヤ２０の自転方向が反転する。これにより、回転規制されていたインターナルギヤ２１が各遊星ギヤ２０の回転力を受けて図５のＥ方向に回転する。その結果、それまで係止凹部２５ａに係止されていたローラ２６がスプリング２７の付勢力に抗してカム室２４ａの広い方へ移動し、クラッチインナ２５とクラッチアウタ２４とのロックを解除することにより、インターナルギヤ２１は空転することができる。これにより、エンジンで発生した回転力は、インターナルギヤ２１が空転することでアーマチュアシャフト２へ伝達されることはなく、スタータモータ３のオーバランを防止することができる。
【００２７】
（本実施例の効果）
本実施例では、クラッチアウタ２４からローラ２６への押圧力方向の延長線上に壁面（凸部２５ｂ）が存在する様に係止凹部２５ａの深さを設定したことにより、トルク伝達時にローラ２６が容易に係止凹部２５ａから飛び出すことはなく、確実にトルク伝達を行うことができる。また、クラッチインナ２５を樹脂製とした場合、クラッチアウタ２４からローラ２６を介して過大な衝撃トルクが加わった時に、クラッチインナ２５の凸部２５ｂが撓んでローラ２６が凸部２５ｂを乗り越えて係止凹部２５ａから飛び出すことができる。これにより、クラッチインナ２５へ衝撃トルクが伝達されることはなく、衝撃力を吸収することができる。
【００２８】
（変形例）
本実施例では、クラッチアウタ２４を遊星歯車減速機構のインターナルギヤ２１と一体に設けたが、クラッチインナ２５をインターナルギヤ２１と一体に設けて、クラッチアウタ２４を回転不能としても良い。また、カム室２４ａと係止凹部２５ａとの位置関係は上記実施例の場合と反対でも良い。即ち、クラッチアウタ２４の内周面に係止凹部２５ａを形成して、クラッチインナ２５の外周面にカム室２４ａを形成しても良い。
さらに、本実施例では、クラッチアウタ２４をインターナルギヤ２１と一体に設けたことで、クラッチインナ２５をセンタケース１４に設けて回転不能としたが、クラッチアウタ２４およびクラッチインナ２５共に回転可能な構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】トルク伝達時のクラッチ部の拡大断面図である。
【図２】スタータ全体の半断面図である。
【図３】係止凹部の深さと最大伝達トルクとの関係を示すグラフである。
【図４】ローラにモーメントが加わる時のクラッチ部断面図（ａ）およびトルク伝達が行われる時のクラッチ部断面図（ｂ）である。
【図５】一方向クラッチの半断面図である。
【符号の説明】
１ スタータ
２４ クラッチアウタ（外筒部）
２４ａ カム室
２５ クラッチインナ（内筒部）
２５ａ 係止凹部
２６ ローラ（転動体）

Claims (2)

1. 相対回転可能に設けられて、径方向に所定の間隔を隔てて対面する外筒部と内筒部を有し、前記外筒部の内周面には、断面円形の転動体を収容する楔状のカム室が形成されて、前記内筒部の外周面には、トルク伝達時に前記転動体を係止する係止凹部と、前記外筒部から前記転動体への押圧力方向の延長線上に、前記係止凹部の壁面を形成する凸部とが設けられたスタータ用一方向クラッチであり、
   前記係止凹部の深さをｈ、前記転動体の半径をＲ、前記係止凹部に係止された前記転動体を介して前記外筒部と前記内筒部との間でトルク伝達が行なわれる時に、前記転動体の中心と前記内筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、および前記転動体の中心と前記内筒部側のトルク作用点とを結ぶ直線をＢとして前記直線Ａと前記直線Ｂとの成す角度をθとすると、
   ｈ≧Ｒ（１−ｃｏｓθ）…………（１）
   上記（１）の条件を満足し、
   前記凸部は、前記外筒部から前記転動体を介して過大な衝撃が加わった時に、自身が撓むことにより、前記転動体が前記凸部を乗り越えて前記係止凹部から飛び出ることを許容することを特徴とするスタータ用一方向クラッチ。
2. 相対回転可能に設けられて、径方向に所定の間隔を隔てて対面する内筒部と外筒部を有し、前記内筒部の外周面には、断面円形の転動体を収容する楔状のカム室が形成されて、前記外筒部の内周面には、トルク伝達時に前記転動体を係止する係止凹部と、前記内筒部から前記転動体への押圧力方向の延長線上に、前記係止凹部の壁面を形成する凸部とが設けられたスタータ用一方向クラッチであり、
   前記係止凹部の深さをｈ、前記転動体の半径をＲ、前記係止凹部に係止された前記転動体を介して前記外筒部と前記内筒部との間でトルク伝達が行なわれる時に、前記転動体の中心と前記外筒部の中心とを結ぶ直線をＡ、および前記転動体の中心と前記外筒部側のトルク作用点とを結ぶ直線をＢとして前記直線Ａと前記直線Ｂとの成す角度をθとすると、
   ｈ≧Ｒ（１−ｃｏｓθ）…………（２）
   上記（２）の条件を満足し、
   前記凸部は、前記内筒部から前記転動体を介して過大な衝撃が加わった時に、自身が撓むことにより、前記転動体が前記凸部を乗り越えて前記係止凹部から飛び出ることを許容することを特徴とするスタータ用一方向クラッチ。

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