JP4013384B2

JP4013384B2 - 一方向クラッチ付きプーリユニット

Info

Publication number: JP4013384B2
Application number: JP02841899A
Authority: JP
Inventors: 英樹藤原
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2019-02-05
Also published as: JP2000227128A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向クラッチ付きプーリユニットに関する。一方向クラッチは、種々な機能装置の送り機構の他、自動車などのエンジンのクランクシャフトからベルトを介して駆動される補機に装備するプーリなどに内蔵される。前述の補機としては、例えば自動車のエアコンディショナ用コンプレッサ、ウォーターポンプ、オルターネータ、冷却ファン、クランクプーリなどが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
一方向クラッチは、径方向内外に同心状に配設される駆動部材と従動部材とを同期回転させるロック状態と、相対回転させるフリー状態とに切り換えるものであり、ころを用いるタイプや、スプラグを用いるタイプなどが知られている。
【０００３】
例えば、ころを用いるタイプの一方向クラッチでは、両部材間の径方向対向空間の円周数カ所にくさび状空間が設けられ、このくさび状空間にくさび部材としてのころが配置される。このくさび状空間は、例えば径方向外側に配設される環状部材の内周面の円周数カ所に設けられる径方向外向きに凹む凹曲面からなるカム面と、径方向内側に配設される軸状部材の円形外周面とで形成される。
【０００４】
一方、スプラグを用いるタイプの一方向クラッチでは、両部材間の径方向対向空間の円周数カ所に、くさび部材としてのスプラグが配置され、駆動部材の回転速度が従動部材よりも速くなったときにスプラグがロック状態となり、駆動部材の回転速度が従動部材よりも遅くなったときにスプラグがフリー状態となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなころやスプラグを用いるタイプの一方向クラッチでは、ロック状態において、くさび部材の摩擦力により両部材を一体化させるようにしているが、回転遠心力が増大する高速回転域や回転変動が大きい低速域など角速度が大きくなるような状況や内部潤滑剤の動粘度が低温時など大きくなるような状況において、くさび部材が滑ってかみ合い性が弱まる傾向となることが指摘される。このような現象が発生すると、ロックタイミングが不安定になると言える。
【０００６】
このような事情に鑑み、本発明は、一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、ロックタイミングを安定させることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる一方向クラッチ付きプーリユニットは、径方向内外に同心状に配設されるプーリと回転軸とを同期回転させるロック状態と相対回転させるフリー状態とに切り換えるもので、前記プーリと回転軸の対向空間に配設される転がり軸受と、前記プーリの内周面に対して固定状態に設けられかつ前記回転軸と対向する周面がテーパ状に形成されているとともにこのテーパ状周面に螺旋溝を有する固定ねじ部材と、前記回転軸の外周面に対して軸方向のみにスライド変位可能な状態に嵌合されかつ前記固定ねじ部材のテーパ状周面と対向する周面が該テーパ状周面と平行なテーパ状に形成されているとともにこのテーパ状周面に前記固定ねじ部材の螺旋溝に対して螺合する螺旋溝を有する可動ねじ部材とを備え、前記プーリと回転軸との相対回転速度差に応じて、前記固定ねじ部材に対して前記可動ねじ部材が軸方向にスライドさせられることによりねじ込みを深めて一体化する状態と螺合を外して分離する状態とに切り換わるものである。
【０００８】
請求項２の発明にかかる一方向クラッチ付きプーリユニットは、上記請求項１において、前記固定ねじ部材に対する前記可動ねじ部材のねじ込みを深める側へ前記可動ねじ部材を弾発付勢する弾発付勢部材を備えている。
【０００９】
要するに、本発明では、送りねじ機構を利用した一方向クラッチ付きプーリユニットであって、従来例のような複数のくさび部材を用いないようにしているから、従来例のようなくさび部材の滑り自体がなくなる。
【００１０】
本発明の一方向クラッチ付きプーリユニットの動作は、まず、プーリの回転速度が回転軸よりも速くなると、可動ねじ部材が固定ねじ部材に対するねじ込みを深める向きに軸方向に沿ってスライドすることになって、可動ねじ部材と固定ねじ部材とが一体化して、プーリと回転軸とが同期回転しうるロック状態になるので、プーリから回転軸に対して回転動力が伝達されることになる。
【００１１】
一方、回転軸の回転速度がプーリよりも速くなると、可動ねじ部材が固定ねじ部材に対するねじ込みを浅くする向きに軸方向に沿ってスライドすることになって、可動ねじ部材の螺旋溝が固定ねじ部材の螺旋溝から外れて、プーリが回転軸に対して相対回転するフリー状態になるので、プーリから回転軸に対して回転動力が伝達されなくなる。
【００１２】
このように、可動ねじ部材のロック状態からフリー状態までのスライド量が、可動ねじ部材と固定ねじ部材とのテーパ状周面の傾斜角度でもって物理的に規制されているから、ロック、フリーの動作タイミングが常に一定になる。
【００１３】
また、請求項２のように、弾発付勢部材を設けていれば、可動ねじ部材と固定ねじ部材との螺合部分の遊びを無くせるようになり、可動ねじ部材のスライド動作が円滑になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１５】
本発明の一方向クラッチ付きプーリユニットは、例えば自動車などのエンジンに装着される各種の補機に内蔵することができる。そこで、この実施形態では、一方向クラッチ付きプーリユニットを補機としてのオルタネータに組み込んだ例を挙げる。
【００１６】
図１ないし図３は本発明の一実施形態を示している。図１は、一方向クラッチを内蔵したプーリユニットで、フリー状態を示す断面図、図２は、図１のプーリユニットで、ロック状態を示す断面図、図３は、図２の（３）−（３）線断面の矢視図である。
【００１７】
図中、Ａはプーリユニットの全体を示している。このプーリユニットＡは、プーリ１と、回転軸２と、２つの転がり軸受３，４と、一方向クラッチ５とを備えている。
【００１８】
プーリ１は、円環状に形成されていて、その外周面に駆動ベルト６が巻き掛けられるベルト溝１ａが設けられている。
【００１９】
回転軸２は、オルタネータの入力軸となるもので、プーリ１の内周に同心状に配設されている。
【００２０】
転がり軸受３，４は、プーリ１と回転軸２との対向空間の軸方向両側に配設されて主としてラジアル荷重を負担するもので、例えば深溝玉軸受とされる。
【００２１】
一方向クラッチ５は、プーリ１と回転軸２との対向空間において２つの転がり軸受３，４の間に配設されており、プーリ１から回転軸２に対して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に適宜切り換わるものである。
【００２２】
前述した一方向クラッチ５の構成を詳細に説明する。一方向クラッチ５は、内周面がテーパ状に形成された環体からなる固定ねじ部材１０と、外周面がテーパ状に形成された環体からなる可動ねじ部材１１と、可動ねじ部材１１の軸方向スライド動作をガイドするガイド環体１２と、弾発付勢部材としてのコイルバネ１３とを備えている。
【００２３】
固定ねじ部材１０は、駆動部材としてのプーリ１の内周面に圧入により不動に嵌合されており、可動ねじ部材１１のスライド動作を案内するものである。この固定ねじ部材１０の内周面はテーパ状に形成されており、このテーパ状内周面には、螺旋溝１０ａが設けられている。
【００２４】
可動ねじ部材１１は、従動部材としての回転軸２の外周面に対して軸方向のみスライド可能に嵌合されている。この可動ねじ部材１１の外周面は、テーパ状に形成されており、このテーパ状外周面には、固定ねじ部材１０のテーパ状内周面に形成されてある螺旋溝１０ａに螺合する螺旋溝１１ａが形成されている。また、可動ねじ部材１１の内周面には、スプライン１１ｂが形成されている。
【００２５】
上述した固定ねじ部材１０のテーパ状内周面の傾斜角度と、可動ねじ部材１１のテーパ状外周面の傾斜角度とは、ほぼ同一に設定されており、この固定ねじ部材１０に対する可動ねじ部材１１のねじ込み深さによって可動ねじ部材１１の軸方向両方向へのスライド範囲が規制されている。また、固定ねじ部材１０の螺旋溝１０ａおよび可動ねじ部材１１の螺旋溝１１ａの各山部（歯先）は、摩耗しにくいように丸いＲ形状となっている。
【００２６】
ガイド環体１２は、回転軸２の外周面において２つの転がり軸受３，４の領域に周方向ならびに軸方向に不動となる状態に外嵌されており、このガイド環体１２の外周面には、可動ねじ部材１１のスプライン１１ｂに対してスプライン嵌合するスプライン１２ａが形成されている。なお、スプライン嵌合に限らず、キーやセレーションとすることもできる。
【００２７】
コイルバネ１３は、回転軸２の外周で可動ねじ部材１１と図中左側の転がり軸受４の内輪との間に圧縮状態で配設されており、伸張復元力により可動ねじ部材１１を固定ねじ部材１０に対してねじ込みを深める向きへ弾発付勢するものである。
【００２８】
次に、上記プーリユニットＡの動作を説明する。
【００２９】
まず、ベルト６によりプーリ１が図中右側から見て時計方向に回転されると、このプーリ１に固定されてある一方向クラッチ５の固定ねじ部材１０がプーリ１と同期回転することになる。これにより、一方向クラッチ５の可動ねじ部材１１が図中の右側方向つまり固定ねじ部材１０に対するねじ込みを深める側に軸方向にスライドすることになる。こうして、可動ねじ部材１１に対して固定ねじ部材１０が最大限までねじ込まれると、可動ねじ部材１１のスライド動作が停止させられることになって、可動ねじ部材１１と固定ねじ部材１０とが一体化する。これで、プーリ１が回転軸２に対して一体化することになる。この状態が一方向クラッチ５のロック状態である。その結果、プーリ１から回転軸２に対して回転動力をほぼ１：１の割合で伝達するようになる。
【００３０】
一方、プーリ１が図中右側から見て反時計方向に回転されると、このプーリ１に固定されてある一方向クラッチ５の固定ねじ部材１０がプーリ１と同期回転することになる。これにより、一方向クラッチ５の可動ねじ部材１１が図中の左側方向つまり固定ねじ部材１０に対するねじ込みを浅くする側にコイルバネ１３の弾発付勢力に抗して軸方向にスライドすることになる。こうして、可動ねじ部材１１と固定ねじ部材１０との螺合状態が完全に解除されると、可動ねじ部材１１のスライド動作が停止させられることになって、可動ねじ部材１１と固定ねじ部材１０とが相対回転可能になる。この状態が一方向クラッチ５のフリー状態である。その結果、プーリ１から回転軸２に対して回転動力の伝達を遮断するようになる。
【００３１】
ところで、プーリ１を時計方向だけにしか回転させないような形態で使用する場合において、仮に、プーリ１の回転上昇過程で、プーリ１の回転速度が一時的に低下すると、回転軸２の回転速度が回転慣性力によりプーリ１の回転速度よりも一瞬速くなるので、回転軸２と共に一方向クラッチ５の可動ねじ部材１１が時計方向に旋回しながら図中左側方向つまり固定ねじ部材１０との螺合状態を解除する向きにコイルバネ１３の弾発付勢力に抗して軸方向にスライドすることになり、上述したように、プーリ１と回転軸２とを相対回転させるフリー状態となるので、プーリ１から回転軸２に対して回転動力の伝達を遮断するようになる。
【００３２】
この後、プーリ１の回転速度が回転軸２よりも速くなると、上述したように、一方向クラッチ５の可動ねじ部材１１が図中の右側方向つまり固定ねじ部材１０に対するねじ込みを深める側に軸方向にスライドして、一方向クラッチ５がロック状態となるので、プーリ１から回転軸２に対して回転動力が伝達されることになる。
【００３３】
このように、プーリ１の回転速度が高低変動（脈動）するようなことがあっても、一方向クラッチ５がロック状態とフリー状態に適宜切り換わって、プーリ１の回転速度の脈動を整流化して、回転軸２にリニアに伝達させるようになっている。また、プーリ１の回転速度が高速から低速に減速するときにも、一方向クラッチ５がフリー状態になって回転軸２を自身の回転慣性力でもって高速回転させることができるので、オルタネータの発電効率を高めることができる。
【００３４】
以上説明したように、一方向クラッチ５について、従来例のようなくさび状部材を用いずに、送りねじ機構を利用した構造としたので、くさび状部材を用いる構造の一方向クラッチにおいて発生する可能性のあるくさび状部材の滑り自体を無くすことができる。そして、本発明の一方向クラッチ５では、従来例のくさび状部材に対応する可動ねじ部材１１の動きをテーパ状の螺旋溝１０ａ，１１ａで案内して動き範囲を規制しているので、一方向クラッチ５のロック、フリーの動作タイミングを常に一定にできて、動作応答性を安定化できるようになる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００３６】
（１）上記実施形態では、一方向クラッチ５を自動車の補機としてオルタネータのプーリに組み込んだ例を挙げて、プーリ１を駆動部材、回転軸２を従動部材としているが、プーリ１を従動部材、回転軸２を駆動部材とする場合については、固定ねじ部材１０を回転軸２に、また、可動ねじ部材１１をプーリ１にそれぞれ取り付けるようにする必要がある。
【００３７】
（２）上記実施形態では、回転軸２の外周にスプライン１２ａを有するガイド環体１２を取り付けるようにしているが、回転軸２の外周面にスプラインを形成するようにしてガイド環体１２を用いないようにしてもよい。
【００３８】
（３）上記実施形態では、一方向クラッチ５を自動車の補機としてオルタネータのプーリに組み込んだ例を挙げたが、その他の補機のプーリに対して組み込むことができる。いずれにしても、一方向クラッチ５の可動ねじ部材１１を従動部材側に軸方向のみスライド可能に取り付けて、一方向クラッチ５の固定ねじ部材１０を駆動部材側に固定状態で取り付けるようにすればよい。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１および２の発明にかかる一方向クラッチ付きプーリユニットでは、送りねじ機構の可動ねじ部材と固定ねじ部材とのねじ込み量を増減させてそれらを一体化させる状態と噛み合わせを外す状態とに切り換えることによりロック、フリー動作を行わせるようにしているから、従来例のくさび状部材のような滑り要素を排除できるようになり、ロック、フリーの動作タイミングを常に一定に管理できて、動作応答性を安定化できるようになる。
【００４０】
特に、請求項２のように弾発付勢部材で可動ねじ部材を軸方向一方に弾発付勢させるようにしていれば、可動ねじ部材と固定ねじ部材との螺合部分の遊びを無くすことができて、可動ねじ部材のスライド動作を円滑にできるようになる。
【００４１】
このように、本発明では、安定でしかも信頼性の高いクラッチ機能を発揮する一方向クラッチ付きプーリユニットを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる一方向クラッチを備えるプーリユニットで、フリー状態を示す上半分の断面図
【図２】図１のプーリユニットで、ロック状態を示す上半分の断面図
【図３】図２の（３）−（３）線断面の矢視図
【符号の説明】
Ａプーリユニット
１プーリ
２回転軸
５一方向クラッチ
１０一方向クラッチの固定ねじ部材
１０ａ固定ねじ部材の螺旋溝
１１一方向クラッチの可動ねじ部材
１１ａ可動ねじ部材の螺旋溝
１２ガイド環体
１３コイルバネ

Claims

径方向内外に同心状に配設されるプーリと回転軸とを同期回転させるロック状態と相対回転させるフリー状態とに切り換える一方向クラッチ付きプーリユニットであって、
前記プーリと回転軸との対向空間に配設される転がり軸受と、
前記プーリの内周面に対して固定状態に設けられかつ前記回転軸と対向する周面がテーパ状に形成されているとともにこのテーパ状周面に螺旋溝を有する固定ねじ部材と、
前記回転軸の外周面に対して軸方向のみにスライド変位可能な状態に嵌合されかつ前記固定ねじ部材のテーパ状周面と対向する周面が該テーパ状周面と平行なテーパ状に形成されているとともにこのテーパ状周面に前記固定ねじ部材の螺旋溝に対して螺合する螺旋溝を有する可動ねじ部材とを備え、
前記プーリと回転軸との相対回転速度差に応じて、前記固定ねじ部材に対して前記可動ねじ部材が軸方向にスライドさせられることによりねじ込みを深めて一体化する状態と螺合を外して分離する状態とに切り換わるものである、ことを特徴とする一方向クラッチ付きプーリユニット。
請求項１の一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、
前記固定ねじ部材に対する前記可動ねじ部材のねじ込みを深める側へ前記可動ねじ部材を弾発付勢する弾発付勢部材を備えている、ことを特徴とする一方向クラッチ付きプーリユニット。