JP3570787B2

JP3570787B2 - １方向クラッチ

Info

Publication number: JP3570787B2
Application number: JP19059595A
Authority: JP
Inventors: 山本　　憲
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2015-07-26
Also published as: JPH0942325A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転トルクを１方向に伝達・遮断する１方向クラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、機械式の１方向クラッチは、内側回転部材と外側回転部材との間に複数のトルク伝達部材を介在させ、トルク伝達部材の両部材に対する係合・離脱を介して、両部材間で回転トルクを１方向に伝達又は遮断するものであるが、トルク伝達部材としてボール又はローラ（ころ）を用いるタイプと、スプラグを用いるタイプとに大別される。前者のタイプは、内側回転部材の外周または外側回転部材の内周のうち一方にカム面を設け、このカム面と他方の部材との間に形成される１方向のくさび隙間に対してボール（又はローラ）を係合・離脱させるものであり、後者のタイプは、カム面を有するスプラグを傾動制御して、内側回転部材の外周および外側回転部材の内周に対して係合・離脱させるものである。いずれのタイプのクラッチも、トルク遮断時、トルク伝達部材が両部材から離脱してフリーになるので、クラッチ自体はラジアル荷重を支持する機能は持たず、通常、ラジアル軸受と組み合わせて使用される場合が多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のように、１方向クラッチとラジアル軸受を併用する構成では、軸方向寸法、重量、コストの増大になるので、寸法的、重量的、コスト的な制約の厳しい用途には不利になる。
【０００４】
本発明は、比較的簡単な構造で、１方向クラッチとしての機能と転がり軸受としての機能を併せもった１方向クラッチを提供することにより、上記のような問題点を解決すると共に、さらに、クラッチの耐久性向上、音響特性向上、クラッチ機能の確実化を達成しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１方向クラッチは、外周に軌道面が設けられた内側回転部材と、内周に軌道面が設けられた外側回転部材と、内側回転部材の軌道面と外側回転部材の軌道面との間に介在する複数のセラミック製の転動体と、転動体を保持する縮拡径自在な保持器とを備え、保持器は、内側回転部材と外側回転部材のうち一方の軌道面に設けられた円周溝に適合装着されると共に、他方の軌道面と１方向にくさび隙間を形成するカム面を有し、一の方向には、転動体が内側回転部材の軌道面及び外側回転部材の軌道面と接触しながら転動することにより、内側回転部材と外側回転部材とが転動体を介して荷重を支持しながら相対回転し、他の方向には、転動体が上記楔隙間に係合することにより、内側回転部材と外側回転部材とが転動体及び保持器を介してロックされて一体に回転することを特徴とするものである。
【０００６】
上記保持器は、１つの割り口を有する分割リング、または、部分リングを円周方向に合わせたものとすると良い。
【０００７】
また、保持器は一方の軌道面に設けられた円周溝に適合装着すると良い。この場合、保持器の形状として、円周溝に適合装着される環状部と、この環状部から前記他方の軌道面側に延びた複数の柱部と、環状部および円周方向に隣り合った柱部で囲まれ、転動体を収容可能なポケットと、環状部のポケット側の壁面に設けられ、前記他方の軌道面と１方向にくさび隙間を形成するカム面とを有する形状とすると良い。
【０００８】
上記における内側回転部材、外側回転部材、転動体として転がり軸受部品をそのまま、あるいは、若干の加工を施して用いることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車のオルタネータプーリに使用される１方向クラッチに適用した実施例について説明する。
【００１０】
図１に示すオルタネータプーリは、外周にベルト係止用溝１ａが設けられたプーリ本体１と、プーリ本体１と軸スリーブ２との間に介在する１方向クラッチ３とを主要な構成要素とし、エンジンのクランク軸からの回転動力を伝導ベルト（Ｖベルト）を介して受け、これを図示されていないオルタネータの入力軸（軸スリーブ２の内周に挿嵌される。）に入力するものである。後述するように、１方向クラッチ３は、このようなベルト伝達機構において、駆動側（クランク軸側）の角速度変動に起因した伝導ベルトのスリップ（伝導ベルトの周速が変動することにより、従動側の慣性回転との間に周速差が生じるため）を防止し、伝導ベルトの摩耗を抑制するという役割をなす。
【００１１】
１方向クラッチ３は、軸スリーブ２の外周に嵌合された内輪３ａ、プーリ本体１の内周に嵌合された外輪３ｂ、内輪３ａの軌道面３ａ１と外輪３ｂの軌道面３ｂ１との間に介在する複数のセラミック製のボール３ｃ、ボール３ｃを保持する保持器３ｄ、および、外輪３ｂの両端部内径に装着された一対のシール部材３ｅとで構成される。外輪３ｂは、プーリ本体１の内周に嵌着された止め輪４によって抜け止め固定される。
【００１２】
この実施例において、外輪３ｂは、標準深溝玉軸受の軸受外輪を軸受中心線に沿って２分割し、また、その軌道面３ｂ１の溝底に円周溝３ｂ２を設けたものである。外輪３ｂを２分割構造にしたのは、ボール３ｃの軌道面３ａ１・３ｂ１間への組み込みを容易にするためであり、軌道面３ｂ１に円周溝３ｂ２を設けたのは、以下に説明する保持器３ｄを装着するためである。尚、内輪３ａは標準深溝玉軸受の軸受内輪をそのまま使用している。
【００１３】
図２に示すように、保持器３ｄは、外輪３ｂの円周溝３ｂ２に適合装着される環状部３ｄ１と、環状部３ｄ１から内径側に連続して延びた複数の柱部３ｄ２と、環状部３ｄ１および円周方向に隣り合った柱部３ｄ２で囲まれて形成されたポケット３ｄ３と、環状部３ｄ１のポケット側の壁面に設けられたカム面３ｄ４とを備えている。また、この実施例において、保持器３ｄは１つの割り口３ｄ５を有する分割リングであり、内径側又は外径側から外力を加えると自在に拡径又は縮径し、外力を取り除くと弾性により元の状態に戻る。保持器３ｄの自然状態における外径Ｄは、外輪３ｂの円周溝３ｂ２の溝底径と同程度に設定される。「同程度」には、(ａ）見かけ上（製作誤差の範囲内で）同一の場合、（ｂ）僅かに大きい場合、（ｃ）僅かに小さい場合が含まれる。保持器３ｄの幅は、円周溝３ｂ２の幅よりも若干小さくすると良い。
【００１４】
図３に拡大して示すように、保持器３ｄのカム面３ｄ４は、ボール３ｃの軌道面３ａ１との接触点Ｃ１（軌道面３ｂ１との接触点Ｃ２）における接線Ｌに対して角度θだけ傾斜したテーパ面である。この傾斜角θは、１方向クラッチにおける一般的な値を基準にして設定すると良い。カム面３ｄ４がこのような形状を有するため、カム面３ｄ４と軌道面３ａ１との間に１方向（同図で左回転方向）に縮小したくさび隙間が形成される。
【００１５】
図３は、ボール３ｃがくさび隙間から離脱している状態を示しているが、この状態では、ボール３ｃは軌道面３ａ１・３ｂ１と点Ｃ１・Ｃ２で接触しながら転動し、通常の軸受転動体として機能する。そのため、外輪３ｂと内輪３ａとの間で回転トルクが遮断され、外輪３ｂが内輪３ａに対して空転する。同時に、外輪３ｂからのラジアル荷重は複数のボール３ｃによって支持される。一方、同図に示す状態から、ボール３ｃが保持器３ｄに対し左回転方向に相対移動してカム面３ｄ４を押圧すると、保持器３ｄが僅かに拡径し、環状部３ｄ１の反ポケット側の壁面（外径Ｄ）が円周溝３ｂ２の溝底に圧接する。そして、この状態からボール３ｃがさらに左回転方向に相対移動すると（あるいは相対移動しようとすると）、ボール３ｃがカム面３ｄ４と軌道面３ａ１との間に形成されるくさび隙間に完全に係合し、内輪３ａと外輪３ｂとがボール３ｃおよび保持器３ｄを介してロックされる。これにより、外輪３ｂからの回転トルクが外輪３ｂ→保持器３ｄ→ボール３ｃ→内輪３ａの経路で伝達され、内輪３ａが外輪３ｂと一体に回転する。
【００１６】
この１方向クラッチ３は、上記のようなボール３ｃのくさび隙間に対する係合・離脱を、保持器３ｄの外輪３ｂに対する連れ回り回転によって自動的に行なう構成になっている。上述したように、保持器３ｄの自然状態（ボール３ｃから力を受けていない状態）における外径Ｄは円周溝３ｂ２の溝底径と同程度に設定されている。そのため、外輪３ｂが回転すると、環状部３ｄ１と円周溝３ｂ２との接触による摩擦力や、環状部３ｄ１と円周溝３ｂ２との間に形成される油膜の粘性等によって、保持器３ｄが外輪３ｂから回転方向に力を受けて連れ回り回転する。例えば、図３において、外輪３ｂが左回転方向に回転すると、保持器３ｄは外輪３ｂの回転に引きずられて左回転方向に連れ回り回転する。そのため、ボール３ｃが保持器３ｄに対し右回転方向に相対移動してくさび隙間から離脱し、回転トルクが遮断される。この状態から、外輪３ｂの回転が右回転方向に切り換わると、保持器３ｄが外輪３ｂの回転に引きずられて右回転方向に連れ回り回転する。そのため、ボール３ｃが保持器３ｄに対し左回転方向に相対移動してくさび隙間に係合し、回転トルクが伝達される。すなわち、外輪３ｂの内輪３ａに対する相対回転方向の変化によって、クラッチのトルク伝達・遮断が自動的に切り換わるのである。
【００１７】
上記作用をオルタネータプーリに即して説明すると、クランク軸の角速度低下に伴う伝導ベルトの周速低下時、外輪（駆動側）の入力回転は内輪（従動側）の慣性回転に対して僅かに遅れる。この時、仮に外輪と内輪との間が連結されていると、内輪から外輪へ逆入力されてしまい、伝導ベルトの周速とプーリ本体の回転とのギャップが生じ、これにより伝導ベルトがプーリ本体に対してスリップする。１方向クラッチ３は、このような外輪３ｂの遅れ回転時、すなわち、図３における左回転方向の相対回転時に、外輪３ｂと内輪３ａとの間のトルク伝達を遮断し、外輪３ｂを内輪３ａに対して空転させることにより（内輪３ａからの逆入力を遮断することにより）、伝導ベルトの周速低下によるスリップを防止し、もってその摩耗を抑制する役割をなす。トルク遮断時、１方向クラッチ３は転がり軸受として機能し、伝導ベルトのベルト荷重を支持する役割をもなす。この状態から、クランク軸の角速度が定常速に移行する時、すなわち、外輪３ｂが内輪３ａに対して右回転方向に相対回転すると、クラッチが自動的にトルク伝達に切り換わる。すなわち、クランク軸の角速度変化、これに伴う伝達ベルトの周速変化によって、クラッチのトルク伝達・遮断が自動的に切り換わるのである。
【００１８】
尚、１方向クラッチ３の切換応答性は、保持器３ｄの連れ回り回転力、カム面３ｄ４の形状（傾斜角θ等）、クラッチクリアランス等に依存するので、これらの要素を使用条件等に応じて最適設定すると良い。
【００１９】
図４に示す実施例は、保持器３ｄを複数の部分リング３ｄ’を円周方向に合わせて構成したものである。各部分リング３ｄ’は、それぞれ、外輪３ｂの円周溝３ｂ２に適合装着される環状部３ｄ’１と、環状部３ｄ’１から内径側に延びた２つの柱部３ｄ’２と、環状部３ｄ’１および２つの柱部３ｄ’２で囲まれて形成された１つのポケット３ｄ’３と、環状部３ｄ’１のポケット側の壁面に設けられたカム面３ｄ’４とを備えている。各部分リング３ｄ’は、カム面３ｄ’４がボール３ｃによって押されると外径側に僅かに移動し、環状部３ｄ’１の反ポケット側の壁面が円周溝３ｂ２の溝底に圧接する。その他の基本的な作用効果は上述した実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００２０】
図５に示す実施例は、図４に示す構成において、各部分リング３ｄ’の反くさび隙間側の柱部３ｄ’２にバネ部材３ｅを装着したものである。バネ部材３ｅは、柱部３ｄ’２に適合装着されるコ字形の装着部３ｅ１と、装着部３ｅ１から湾曲して一体に連続した舌片３ｅ２を備えている。バネ部材３ｅの舌片３ｅ１がボール３ｃに常時接触して、ボール３ｃをくさび隙間側に押圧するので、図４に示す構成に比べ、トルク伝達への切換応答性が良い。
【００２１】
図６に示す実施例は、外輪３ｂの外周とプーリ本体１の内周との間に、シール部材例えばＯリング５を介在させたものである。Ｏリング５は、外輪３ｂの外周に設けられた環状溝に嵌着され、外輪３ｂの分割部を挟んで左右に１個ずつ配置されている。外輪３ｂの分割部から潤滑剤が洩れ出すのを防止する上で有効である。
【００２２】
図７は、外輪３ｂの軌道面３ｂ１をゴシックアーチ形状にしたものである。ボール３ｃは軌道面３ｂ１と２点Ｃ３、Ｃ４でアンギュラコンタクトし、円周溝３ｂ２が設けられている溝底部分とは接触しない。転動時、ボール３ｃが円周溝３ｂ２の入口エッジ部と接触しないので、耐久性向上のための手段として有効である。
【００２３】
図８に示す実施例は、内輪３ａ、外輪３ｂにそれぞれ入れ溝３ｇ、３ｆを設けたものである。入れ溝３ｇは内輪３ａの一方の端面から軌道面３ａ１に通じており、入れ溝３ｆは外輪３ｂの一方の端面から軌道面３ｂ１に通じている。これら入れ溝３ｇ、３ｆから軌道面３ａ１、３ｂ１間にボール３ｃを挿入することができる。そのため、この実施例の外輪３ｂは、上述したような２分割構造ではなく、一体構造になっている。
【００２４】
図９に示す実施例は、転動体としてころ（ローラ）３ｃ’を用いたものである。外輪３ｂ’は、標準円筒ころ軸受の軸受外輪を軸受中心線に沿って２分割し、また、軌道面３ｂ’１に円周溝３ｂ’２を設けたものである。円周溝３ｂ’２は軌道面３ｂ’１の略中央に位置し、また、上述した実施例の構成に比べ幅広であり、これに対応して、保持器３ｄの幅も大きくなっている。そのため、転動体としてころ３ｃ’を用いることによるラジアル荷重の負荷容量増大と、保持器３ｄの強度増大による制動トルクの容量増大が期待できる。尚、内輪３ａ’は、標準円筒ころ軸受の軸受内輪をそのまま使用している。
【００２５】
本発明は以上に例示した構成に限定されず、例えば、軌道面はプーリ本体の内周や軸スリーブ又は相手軸の外周に直接形成しても良く、保持器として他の形状のもの（例えば柱部がないもの）を用いても良く、また、上述した構成に準じ、保持器を内輪等の軌道面（保持器を装着する側の軌道面に円周溝を設けると良い。ただし、本発明は軌道面の円周溝に保持器を適合装着する構成には限定されない。）に装着した構成としても良い。さらに、本発明の１方向クラッチは、オルタネータプーリ等のベルト伝達機構に限らず、広く、回転トルクを１方向に伝達又は遮断制御する機構一般に用いることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の１方向クラッチは、比較的簡単な構造でありながら、１方向クラッチとしての機能と転がり軸受としての機能を併せもっているので、ラジアル軸受と併用する従来構成に比べ、軸方向寸法の縮小、重量軽減、コスト低減になり、特に、寸法的、重量的、コスト的な制約の厳しい用途に好適である。
【００２７】
また、本発明の１方向クラッチは、転動体がセラミック材料で形成されており、転動体と軌道面、転動体と保持器のカム面との接触がセラミック・金属接触となるので、同種金属同士の接触に比べ、接触面同士の融着が生じにくい。そのため、転動体の表面、軌道面、カム面に融着摩耗による面荒れ等が生じにくく、その結果、クラッチの耐久性が向上すると同時に、接触面の面荒れによる音響特性の低下も生じにくい。しかも、転動体とカム面との接触部分に融着が生じにくいことに起因して、転動体とカム面との噛み込み（食い付き現象）が回避されることにより、クラッチ機能の確実化が図られ、特に、トルク伝達から遮断への切換応答性が向上する。
【００２８】
さらに、内側回転部材、外側回転部材、転動体として、標準転がり軸受部品をそのまま、あるいは、若干の加工を施して使用することができるので、コスト的にきわめて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係わるオルタネータプーリの縦断面図（図ａ）、１方向クラッチの横断面図（図ｂ）である。
【図２】保持器の側面図である。
【図３】図１におけるカム面の周辺部を示す拡大断面図である。
【図４】他の実施例に係わる１方向クラッチの横断面図である。
【図５】他の実施例に係わる１方向クラッチの横断面図（図ａ）、バネ部材の斜視図（図ｂ）である。
【図６】他の実施例に係わるオルタネータプーリの縦断面図である。
【図７】他の実施例に係わる１方向クラッチの外輪軌道面を示す拡大断面図である。
【図８】他の実施例に係わるオルタネータプーリの縦断面図（図ａ）、１方向クラッチの横断面図（図ｂ）である。
【図９】他の実施例に係わる１方向クラッチ縦断面図（図ａ）、横断面図（図ｂ）である。
【符号の説明】
３１方向クラッチ
３ａ内輪
３ｂ外輪
３ｃボール
３ｄ保持器
３ａ１軌道面
３ｂ１軌道面
３ｂ２円周溝

Claims

外周に軌道面が設けられた内側回転部材と、内周に軌道面が設けられた外側回転部材と、内側回転部材の軌道面と外側回転部材の軌道面との間に介在する複数のセラミック製の転動体と、転動体を保持する縮拡径自在な保持器とを備え、
保持器は、内側回転部材と外側回転部材のうち一方の軌道面に設けられた円周溝に適合装着されると共に、他方の軌道面と１方向にくさび隙間を形成するカム面を有し、
一の方向には、転動体が内側回転部材の軌道面及び外側回転部材の軌道面と接触しながら転動することにより、内側回転部材と外側回転部材とが転動体を介して荷重を支持しながら相対回転し、
他の方向には、転動体が上記楔隙間に係合することにより、内側回転部材と外側回転部材とが転動体及び保持器を介してロックされて一体に回転することを特徴とする１方向クラッチ。
保持器が、１つの割り口を有する分割リングであることを特徴とする請求項１に記載の１方向クラッチ。
保持器が、部分リングを円周方向に合わせたものであることを特徴とする請求項１に記載の１方向クラッチ。
保持器が、前記円周溝に適合装着される環状部と、この環状部から前記他方の軌道面側に延びた複数の柱部と、環状部および円周方向に隣り合った柱部で囲まれ、転動体を収容可能なポケットと、環状部のポケット側の壁面に設けられ、前記他方の軌道面と１方向にくさび隙間を形成するカム面とを有することを特徴とする請求項１に記載の１方向クラッチ。
内側回転部材、外側回転部材、および転動体が転がり軸受部品であることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の１方向クラッチ。