JP3604489B2 - 軸受装置およびそれを備える補機駆動用プーリ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受装置および、それを備える補機駆動用プーリ装置に関する。補機としては、例えば自動車エンジンの補機、例えばクーラーコンプレッサー、オルタネータ、冷却水ポンプ、過給機、操舵用油圧ポンプなどが挙げられる。
【0002】
【従来の技術】
例えば自動車のオルタネータなどの交流発電機は、自動車エンジンのクランクシャフトの回転動力により駆動されるようになっている。
【0003】
つまり、オルタネータの回転軸に対して一体的に外嵌されるプーリと、自動車エンジンのクランクシャフトに一体的に外嵌されるプーリとに対してベルトを巻き掛けている。この場合、クランクシャフトのプーリの回転動力でもってオルタネータのプーリが直接駆動される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例は、次のような問題を有している。
【0005】
すなわち、クランクシャフトのプーリの回転動力でもってオルタネータのプーリが直接駆動されるため、クランクシャフトが高速回転している状態から急減速されたとき、オルタネータの慣性モーメントにより、オルタネータのプーリに対してベルトがすべることになる。このすべりが発生すると、異常音が発生する他、ベルトが損傷し寿命が低下する。
【0006】
また、高速で回転させているプーリを急減速させること自体、オルタネータの発電作用が低下するなど、無駄であると言える。
【0007】
そこで、本願出願人は、回転軸とプーリとの間に一方向クラッチを介装することにより、クランクシャフトのプーリが急減速したときに、このクランクシャフトのプーリからオルタネータのプーリに対する回転動力の伝達を遮断させるようにすればよいと考えた。しかしながら、一般的に、一方向クラッチとしてはローラ式のものが主流であり、この種の一方向クラッチでは、その許容回転数が6,000〜8,000rpm程度となっており、駆動源となるクランクシャフトのプーリはそれ以上の高速で回転するために、使用に耐えられない。
【0008】
具体的に、高速回転時には、回転遠心力によりローラがフリー状態となる側へ変位しやすくなるため、複数のローラのうちのいずれかがロック状態を維持できなくなると、全体のバランスが崩れることに伴いロック状態を維持しているローラが回転軸に対してすべって異常発熱を起こすなど、短時間での焼き付きや潤滑剤の固形化に伴う詰まりが発生することがある。このように、高速回転での使用に対して安定的に機能する一方向クラッチが存在せず、前述のような対策は実現できなかった。
【0009】
したがって、本発明は、大きな回転遠心力が働く状況でも安定的に機能する一方向クラッチを備える軸受装置を提供することを目的としている。
【0010】
また、本発明は、自動車エンジンで駆動される補機において、高速回転している補機のプーリに対して過大な回転抵抗がベルト側から作用したときに、プーリと補機の回転軸とをフリー状態にする機能を持たせるとともに、プーリの高速回転時にもプーリと回転軸とのロック状態を安定的に維持できるプーリ装置を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の軸受装置は、駆動側回転体とそれに同心状に配置される従動側回転体との間に介装される転がり軸受要素と、駆動側回転体から従動側回転体に対して相対的な回転動力を伝達するロック状態と伝達しないフリー状態とを切り換えるローラ式の一方向クラッチとを備え、
かつ、前記転がり軸受要素である内輪の外周に前記一方向クラッチが設けられているとともに、前記内輪の外周面の円周数箇所に、前記一方向クラッチのくさび状空間形成用のカム面となる凹部が形成されており、前記一方向クラッチの外輪内周面が円筒形である。
【0012】
なお、前述の一方向クラッチは、円筒形の内周面を有する外輪と、外輪の内周に嵌着され円周数箇所に径方向内外に貫通するローラポケットを有する保持器と、外輪の内周面と保持器のローラポケットの壁面と、前記内輪の外周面に形成してある凹部とにより形成されるくさび状空間と、このくさび状空間に変位可能に収納される複数のローラと、ローラをくさび状空間のロック側へ弾発付勢する弾発付勢部材とを備えている。
【0013】
本発明の補機駆動用プーリ装置は、自動車エンジンで駆動される補機の駆動用のプーリ装置であって、プーリと回転軸との間に、前記請求項1または2に記載の軸受装置が介装されている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図1ないし図10に示す実施例に基づいて説明する。
【0015】
図1ないし図4は本発明の実施例1にかかり、図1は、補機駆動用プーリ装置の縦断面図、図2は、軸受装置の縦断面図、図3は、図2の(3)−(3)線断面図、図4は、自動車エンジンの補機駆動形態を模式的に示した図である。
【0016】
図中、1は自動車エンジン、2はクランクプーリ、3は自動車エンジンの補機(例えばクーラーコンプレッサー、オルタネータ、冷却水ポンプ、過給機、操舵用油圧ポンプなど)、4はJIS規格SPCC材などの板金製の補機プーリ、5はベルト、6はテンションプーリである。クランクプーリ2が回転すると、ベルト5を介して補機プーリ4が回転駆動される。
【0017】
また、7は補機3の回転軸3aと補機プーリ4との間に介装される軸受装置である。
【0018】
軸受装置7は、内・外輪8,9、複数の転動体としての玉10および波形保持器11からなる転がり軸受要素と、ローラ式の一方向クラッチ12と、二つのシール部材13,13とを含む。
【0019】
内・外輪8,9は、一般的な軸受のものよりも軸方向一側に長く設定されており、軸受鋼などから構成されている。この内・外輪8,9の軸方向半分の領域には転がり軸受要素が、残り軸方向半分の領域には、一方向クラッチ12がそれぞれ配設されている。なお、内輪8の外周面において一方向クラッチ12の配設領域の円周数箇所には、一方向クラッチ12のカム面となる凹部8aが形成されている。
【0020】
シール部材13は、外輪9の軸方向両側の肩部の内周面に設けてある周溝に嵌着されて、内輪8の肩部の外周面に設けてあるテーパ面との間で接触密封部または非接触密封部を形成するものである。このシール部材13で、軸受装置7の内・外輪8,9間の対向間隙や一方向クラッチ12の存在空間に存在する潤滑剤を密封するようにしている。
【0021】
一方向クラッチ12は、軸方向両端に径方向内向きの鍔部を有する円筒部材からなるシェル状外輪14と、シェル状外輪14の内周部に固定的に嵌合されるとともに円周数箇所に径方向内外に貫通するローラポケット15aを有する保持器15と、保持器15のローラポケット15aに変位可能に収納される複数のローラ16とを備えており、シェル状外輪14の内周面と、保持器15のローラポケット15aの壁面と、軸受装置7の内輪8の外周面に形成してある凹部8aとによりくさび状空間を形成している。
【0022】
保持器15は、例えば、ポリアミド66(ナイロン66)などの他、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリイミド(PI)などの合成樹脂により製作されており、そのローラポケット15aの一方壁面には、ローラ16を、くさび状空間における狭い側へ弾発付勢する、平面視ほぼ「ハ」の字形のばね片15bが一体に設けられている。
【0023】
次に、動作を説明する。まず、クランクプーリ2の回転に伴い補機プーリ4および軸受装置7の外輪9が図3の矢印A方向へ回転すると、一方向クラッチ12のローラ16がくさび状空間の狭い側に食い込んでローラ16が自転不能となる状態つまり一方向クラッチ12がロック状態となるので、補機プーリ4および軸受装置7の外輪9と、内輪8および補機3の回転軸3aとが一体化されて同期回転するようになる。
【0024】
この状態から、補機プーリ4および軸受装置7の外輪9が急減速されると、内輪8および補機3の回転軸3aが慣性モーメントにより急減速されないので、補機プーリ4および軸受装置7の外輪9の回転が内輪8および補機3の回転軸3aの回転よりも相対的に遅くなる。これにより、一方向クラッチ12のローラ16がくさび状空間の広い側へ変位してローラ16が自転しうる状態つまり一方向クラッチがフリー状態となり、補機プーリ4および外輪9が内輪8および補機3の回転軸3aに対して空回りすることになるので、補機プーリ4がクランクプーリ2とほぼ同期する回転を維持できるようになり、ベルト5が補機プーリ4に対してすべらずに済む。そのため、ベルト5の損傷および異音の発生が回避される。なお、補機プーリ4および軸受装置7の外輪9が図3の矢印A方向と反対方向へ回転しても、一方向クラッチ12はフリー状態となる。
【0025】
ところで、補機プーリ4にかかるベルト張力などの荷重は、軸受装置7の転がり軸受要素によって受けられ、一方向クラッチ12に対してほとんど作用しないようになっている。そして、一方向クラッチ12は、そのくさび状空間のカム面となる凹部8aがローラ16の配置位置よりも内径側に配置されていて、ローラ16がシェル状外輪14の円筒形の内周面により受けられているので、補機プーリ4と補機3の回転軸3aとが同期して高速回転している状態において、ローラ16が過大な回転遠心力を受けても、従来の一般的なローラ式の一方向クラッチのように、ロック状態からフリー状態にずれることがなくなる。そのため、補機プーリ4から補機3の回転軸3aへの動力伝達が確実に効率よく行われるとともに、ロック状態のローラ16が回転軸3aに対してすべらずに済むなど、一方向クラッチ12の異常発熱を回避できるようになる。
【0026】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、例えば図5ないし図10に示すような種々な応用や変形が考えられる。
【0027】
図5ないし図10は、本発明の実施例2〜7にかかり、それぞれ補機駆動用のプーリ装置の縦断面図を示している。
【0028】
図5は実施例2のプーリ装置である。この実施例2は、上記実施例1と基本的にほぼ同じであるが、補機プーリ4を、板金製とせずに、JIS規格S45C材などの鋼材で形成しているとともに、この補機プーリ4を軸受装置7,7や一方向クラッチ12の外輪となるように構成している点が異なる。なお、この補機プーリ4においてボール10やローラ16の転送面には、高周波焼入れなどの硬化処理が施されている。また、上記実施例1と同様に内輪8の外周面には一方向クラッチ12のカム面となる凹部8aが設けられている。さらに、一方向クラッチ12の保持器は補機プーリ4に軸方向位置決めされているとともに、周方向回り止めされている。
【0029】
図6は実施例3のプーリ装置である。この実施例3は、上記実施例2と類似するものであるが、軸方向中央に軸受装置7を、その軸方向両側に一方向クラッチ12,12を配設している点が異なる。
【0030】
図7は実施例4のプーリ装置である。この実施例4は、上記実施例2と類似するものであるが、軸方向中央に一方向クラッチ12を、その軸方向両側に軸受装置7,7を配設している点が異なる。
【0031】
図8は実施例5のプーリ装置である。この実施例5は、上記実施例4と類似するものであるが、補機プーリ4を軸受装置7,7や一方向クラッチ12の外輪として兼用させずに、軸受装置7,7や一方向クラッチ12に外輪を備えている点が異なる。
【0032】
図9は実施例6のプーリ装置である。この実施例6は、上記実施例5と類似するものであるが、一方の軸受装置7の外輪と一方向クラッチ12の外輪とを一体にしている点が異なる。
【0033】
図10は実施例7のプーリ装置である。この実施例7は、上記実施例5と類似するものであるが、軸受装置7,7として、外輪にカウンタボアが形成されたアンギュラコンタクト式のものを用いている点が異なる。
【0034】
このように種々な例を挙げたが、この他にも本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な形態で実施することができる。
【0035】
【発明の効果】
本発明の軸受装置では、一方向クラッチのローラに対して過大な回転遠心力が働く場合であっても、ローラのロック状態を確実に継続できるようになるから、動力伝達を安定して行えるようになるとともに、一方向クラッチの発熱を抑制できるなど、信頼性および寿命を向上することができる。
【0036】
本発明の補機駆動用プーリ装置では、プーリが急減速されたときに、当該プーリと回転軸とを相対的に回転させて、プーリに対してそれに巻き掛けられるベルトがすべるのを防ぐようにしているから、ベルトの損傷や異音発生を回避できるようになるなど、周辺部材の長寿命化に貢献できる。
【0037】
特に、本発明の軸受装置は、転がり軸受要素と一方向クラッチとをユニットとしているから、自動車エンジンの補機などの使用対象に対する組み付け性が容易かつ良好となるなどの効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の補機駆動用プーリ装置の縦断面図
【図2】図1の軸受装置の縦断面図
【図3】図2の(3)−(3)線断面図
【図4】自動車エンジンの補機駆動形態の一例を模式的に示す説明図
【図5】本発明の実施例2の補機駆動用プーリ装置を示す縦断面図
【図6】本発明の実施例3の補機駆動用プーリ装置を示す縦断面図
【図7】本発明の実施例4の補機駆動用プーリ装置を示す縦断面図
【図8】本発明の実施例5の補機駆動用プーリ装置を示す縦断面図
【図9】本発明の実施例6の補機駆動用プーリ装置を示す縦断面図
【図10】本発明の実施例7の補機駆動用プーリ装置を示す縦断面図
【符号の説明】
3 補機
3a 補機の回転軸
4 補機プーリ
7 軸受装置
8 軸受装置の内輪
8a 内輪の凹部
9 軸受装置の外輪
10 軸受装置の玉
12 軸受装置の一方向クラッチ
14 一方向クラッチのシェル状外輪
15 一方向クラッチの保持器
15a 保持器のローラポケット
15b 保持器と一体のばね片
16 一方向クラッチのローラ
Claims (3)
- 駆動側回転体とそれに同心状に配置される従動側回転体との間に介装される転がり軸受要素と、駆動側回転体から従動側回転体に対して相対的な回転動力を伝達するロック状態と伝達しないフリー状態とを切り換えるローラ式の一方向クラッチとを備え、
かつ、前記転がり軸受要素である内輪の外周に前記一方向クラッチが設けられているとともに、前記内輪の外周面の円周数箇所に、前記一方向クラッチのくさび状空間形成用のカム面となる凹部が形成されており、前記一方向クラッチの外輪内周面が円筒形である、ことを特徴とする軸受装置。 - 前記一方向クラッチは、円筒形の内周面を有する外輪と、外輪の内周に嵌着され円周数箇所に径方向内外に貫通するローラポケットを有する保持器と、外輪の内周面と保持器のローラポケットの壁面と、前記内輪の外周面に形成してある凹部とにより形成されるくさび状空間と、このくさび状空間に変位可能に収納される複数のローラと、ローラをくさび状空間のロック側へ弾発付勢する弾発付勢部材とを備えている、請求項1に記載の軸受装置。
- 自動車エンジンで駆動される補機の駆動用のプーリ装置であって、プーリと補機の回転軸との間に、前記請求項1または2に記載の軸受装置が介装されている、ことを特徴とする補機駆動用プーリ装置。
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