JP4320997B2

JP4320997B2 - 一方向クラッチ

Info

Publication number: JP4320997B2
Application number: JP2002011103A
Authority: JP
Inventors: 忠弘寺田; 満上田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2022-01-21
Also published as: JP2003214462A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、径方向内外に同心状に配設される内輪部材と外輪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られる一方向クラッチに関する。この一方向クラッチは、例えば自動車のエンジンのクランクシャフトからベルトを回転駆動される補機のプーリに対して組み込まれる。補機とは、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、オルタネータ、冷却ファンなどが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
上記一方向クラッチの基本構成は、実施形態で引用している図１に示すように、ロータに固定される内輪とプーリに固定される外輪との一方の対向周面の円周数ヶ所に設けられるカム面でもって内・外輪の対向環状空間の円周数ヶ所に周方向一方へ向けて漸次広がるくさび状空間を形成し、この各くさび状空間にローラと、このローラをくさび状空間の狭い側へ弾発付勢するコイルバネとを１つずつ周方向隣り合わせに配置し、これらくさび状空間に配置されるローラとコイルバネとを保持器の円周数ヶ所のポケット内に配置した構成である。
【０００３】
上記保持器は、くさび状空間と同一位相の円周数ヶ所に径方向内外に貫通するポケットを設けた構成であり、内・外輪のうちカム面を形成する側の部材に嵌合固定された状態で内・外輪間に介装される。
【０００４】
動作は、内・外輪の回転数差により、ローラが、くさび状空間の狭い側にかみ込むと、内・外輪を一体化するロック状態になり、また、くさび状空間の広い側に転動すると、空転して内・外輪を相対回転可能とするフリー状態になる。
【０００５】
このような一方向クラッチの使用対象として、本願出願人は、例えば上記補機のうち、特にオルタネータのロータとプーリとの間に組み込むことによって、クランクシャフトの回転数が低下するときでも、オルタネータのロータの回転数を低下させずにほぼ維持させてオルタネータの発電効率を向上させることを提案している。
【０００６】
この場合、クランクシャフトの回転数が上昇するときに、一方向クラッチがロックすることにより、プーリからロータへのトルク伝達が行われて、クランクシャフトと同期してロータが回転する。一方、クランクシャフトの回転数が低下するときには、一方向クラッチがフリー状態になることにより、プーリからロータへのトルク伝達が遮断されて、ロータの回転がその慣性力で継続される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例の一方向クラッチは、一般的に、グリースが劣化すると、ローラの姿勢が正規の自転軸心に対して傾く現象、つまりスキューが発生しやすくなる。ちなみに、スキューが発生すると、くさび状空間を形成する内・外輪の２面が摩耗しやすくなる。
【０００８】
これに対し、従来では、保持器のポケットを平面視ほぼ矩形状に形成し、このポケットの周方向一側にローラを、他側にコイルバネを配置して、ポケット内においてコイルバネの軸心方向両側にグリース貯溜空間を確保するようにしている。
【０００９】
しかし、上記のようなグリース貯溜空間を確保していると、コイルバネが軸心方向両側にがたつく余裕ができてしまうため、ローラがくさび状空間の広い側に転動してコイルバネを圧縮する過程で、ローラに対するコイルバネの当接位置がローラの軸心方向中間から左右にずれやすくなり、上記スキューが発生しやすくなる。
【００１０】
この他、上記一方向クラッチの組み込み対象を自動車エンジンに付設されるオルタネータのプーリとする場合も、その使用環境が振動の多い場所である関係より、上記スキューが発生しやすくなる。
【００１１】
このような事情に鑑み、本発明は、一方向クラッチにおいて、ローラがスキューすることを抑制し、クラッチ動作の安定化と耐久性向上とを図ることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一方向クラッチは、請求項１に示すように、径方向内外に同心状に配設される内輪部材と外輪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替えるもので、前記内輪部材と外輪部材との一方の対向周面の円周数ヶ所に設けられるカム面でもって両部材の対向環状空間の円周数ヶ所に周方向一方へ向けて漸次広がるくさび状空間を形成し、この各くさび状空間にローラとこのローラをくさび状空間の狭い側へ弾発付勢するコイルバネとを１つずつ周方向隣り合わせに配置し、これらくさび状空間に配置されるローラとコイルバネとを保持器の円周数ヶ所のポケット内に配置した構成であり、前記保持器のポケットが、平面視矩形状のローラ収納部と、このローラ収納部において前記フリー位置寄りの内壁面の軸心方向中間に、周方向に延びるコイルバネ収納用の凹部とを有し、前記ローラ収納部の周方向長さが、前記くさび状空間においてローラがかみ込むロック位置から空転するフリー位置までの距離より大きな寸法に設定されており、前記凹部の軸心方向幅が、ローラのロック状態においてコイルバネと非接触となる幅に設定されるとともに、前記凹部の奥壁面に、前記コイルバネの内周に入り込んで当該コイルバネの一端を係止する凸部が設けられており、前記凸部の先端位置が、前記ローラ収納部のフリー位置寄りの内壁面に対して軸心方向で面一に設定されている。
【００１５】
本発明の一方向クラッチは、請求項２に示すように、上記請求項１において、前記コイルバネが、ローラの軸心方向中間領域においてローラの軸心方向長さ寸法の１／２以上の長さ範囲に当接させられる。
【００１７】
本発明の一方向クラッチは、請求項３に示すように、上記請求項１または２において、前記内輪の外周面の円周数ヶ所に前記カム面としての平坦面が設けられており、前記外輪の内周面が円形に形成されている。
【００１８】
要するに、上記請求項１の発明では、ポケット内におけるローラの転動許容範囲を必要以上に大きくしないように規制したうえで、ポケット内においてコイルバネを保持器に位置決め係止させるようにしている。これにより、保持器のポケット内に位置決め保持されたコイルバネとローラとの当接位置が変化しにくくなるとともに、ローラが傾きにくくなる。しかも、仮にローラがくさび状空間の広い側に転動する過程でローラが傾きかけたとしても、ローラの軸心方向両端がポケット内壁面に対して当接するので、ローラの傾きが大きく進展することを阻止するとともに、傾きを戻すように矯正される。このようにポケット空間を可及的に小さく規制しているから、グリース貯溜空間が従来例に比べて減るものの、上述したようにローラのスキューを抑制できるから、支障ない。
【００１９】
特に、ポケットにおいてコイルバネを配置する凹部の軸心方向幅を可及的に狭く規制しているから、ローラがくさび状空間の広い側へ転動してコイルバネを圧縮する過程で、コイルバネが座屈して撓もうとしても凹部の対向する２つの内側面にコイルバネの外周部分が当接して撓まないように押さえられるようになり、ローラに対するコイルバネの当接位置がほぼ不変に保たれるようになる。しかも、フリー位置でローラが適正な姿勢になっているから、当然ながら、ローラを適正な姿勢のままロック位置へ押圧できるようになる。
【００２０】
さらに、凸部の先端位置をポケット内壁面と面一にしているから、ローラがくさび状空間の広い側へ転動したときに、凸部とポケット内壁面とにローラの軸心方向３ヶ所の領域が受け止められることになり、ローラの姿勢が適正に矯正されるようになる。しかも、凸部がローラの動きを妨げずに済むし、また、コイルバネが座屈して撓むことを防止できるようになる。
【００２２】
また、請求項２では、ローラに対するコイルバネの当接範囲を可及的に長く規定しているから、ローラを適正な姿勢でくさび状空間の狭い側へ押圧できるようになる。
【００２３】
また、請求項３では、カム面を内輪に設けることを特定したものであり、外輪にカム面を形成するときよりも簡単かつ高精度に加工できるようになる。
【００２４】
【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。
【００２５】
図１から図５に本発明の実施形態１を示している。図１は、一方向クラッチの上半分を断面にした側面図、図２は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図、図３は、保持器のポケット部分の平面展開図、図４は、図３の（４）−（４）線断面の矢視図、図５は図３の（５）−（５）線断面の矢視図である。
【００２６】
図例の一方向クラッチは、内輪１、外輪２、保持器３、ローラ４、コイルバネ５を備えており、内輪１と外輪２との回転数差に応じて、ローラ４が転動して内・外輪１，２を同期回転させて動力伝達を許容する状態や、相対回転させて動力伝達を遮断する状態に切り替わるようになっている。
【００２７】
上記内輪１は、その外周面の円周数ヶ所に例えば平坦なカム面６…が設けられており、それにより内輪１の外周面が多角形になっている。
【００２８】
上記外輪２は、内外周面ともに円筒形に形成されており、内輪１の外周に所定間隔を離して同心状に配設される。この外輪２の内周面と上記内輪１の外周面との間の対向環状空間の円周数ヶ所には、上記カム面６の存在によって周方向一方に径方向間隔が広がるくさび状空間が形成されることになる。
【００２９】
上記保持器３は、ポリアミド６６などの合成樹脂材で円筒形に形成されており、その円周数ヶ所、つまり内輪１のカム面６に対応する位置に径方向内外に貫通するポケット７が設けられている。この保持器３は、その内周面が内輪１の外周面と合致する形状とされており、内輪１に対して外嵌することにより周方向に一体的に固定される。
【００３０】
ローラ４は、保持器３のポケット７個々に１つずつ周方向に転動可能に収納された状態で、上記くさび状空間に配置されている。
【００３１】
コイルバネ５は、保持器３のポケット７個々に１つずつローラ４と周方向隣り合わせに圧縮状態で収納された状態で、上記くさび状空間に配置されており、ローラ４をくさび状空間の狭い側へ弾発付勢する。このコイルバネ５は、楕円筒形に巻回されており、保持器３のポケット７内において伸縮方向がローラ４の中心軸線に対して直交しかつ一端側がローラ４の軸方向中間領域においてローラ４の軸方向長さ寸法の１／２以上、例えば２／３の長さ範囲に対して当接される。
【００３２】
この実施形態１では、ポケット７の形状を工夫することにより、ローラ４のスキューを抑制するように工夫している。
【００３３】
具体的に、ポケット７は、平面視ほぼ矩形状のローラ収納部８と、このローラ収納部８において前記フリー位置寄りの内壁面８ａの軸心方向中間に、周方向に延びるコイルバネ５収納用の凹部９とを有している。つまり、ポケット７は、平面視でほぼ凸形状になっている。
【００３４】
そして、ローラ収納部８の周方向長さは、上記くさび状空間においてローラ４がかみ込むロック位置（図４の実線）から空転し始めるフリー位置（図４の二点鎖線）までの距離より余裕をもって若干大きな寸法に設定されている。
【００３５】
また、凹部９の軸心方向幅Ｗは、軸心方向でのコイルバネ５の撓みを規制する寸法に設定されている。この凹部９の奥壁面には、コイルバネ５の内周に入り込んで当該コイルバネ５の一端を係止する凸部１０が設けられている。この凸部１０は、図５に示すように、外径側肩部が丸い曲面形状とされているとともに、付け根側の外径部分にはコイルバネ５の一端側が入り込む溝１０ａが設けられており、その先端位置が、ローラ収納部８においてフリー位置寄りの内壁面８ａに対して軸心方向でほぼ面一に設定されている。
【００３６】
上述した一方向クラッチでは、外輪２の回転速度が内輪１のそれよりも相対的に速くなると、くさび状空間の狭い側に位置するローラ４が内・外輪１，２間にかみ込んでロック状態となるので、外輪２と内輪１が一体化して同期回転する。つまり、外輪２から内輪１への動力伝達が行われる。
【００３７】
一方、外輪２の回転速度が内輪１のそれよりも相対的に遅くなると、ローラ４がくさび状空間の広い側へ転動させられて、空転するフリー状態になるので、外輪２と内輪１が相対回転して外輪２から内輪１への動力伝達が遮断されることになって、内輪１が回転慣性力で回転を継続する。
【００３８】
そして、ローラ４が上記フリー状態へ転動する過程で、ローラ４が傾いたとしても、このローラ４の軸心方向一端側がポケット７のローラ収納部８における内壁面８ａに対して当接することになって、ローラ４の傾きが大きく進展することを阻止するとともに、傾きを戻すように矯正される。このため、ローラ４のスキューが抑制されることになるので、内・外輪１，２の摩耗を抑制できるようになるとともに、クラッチ動作の安定化を図ることができるようになる。
【００３９】
しかも、ポケット７の凹部９の対向する２つの内側面とコイルバネ５の周面との間の隙間が微小に設定されているから、ローラ４がくさび状空間の広い側へ転動してコイルバネ５を圧縮させる過程において、コイルバネ５が座屈して撓もうとしても凹部９の対向する２つの内側面にコイルバネ５の外周部分が当接して撓まないように押さえられるようになる。そのため、常にコイルバネ５がローラ４の軸方向中央領域に当接した状態が保持され、左右にずれなくなるから、ローラ４に対してコイルバネ５の弾発付勢力をバランスよく付与できるようになり、ローラ４のスキュー抑制効果が向上する。しかも、フリー位置でローラ４が適正な姿勢になっているから、当然ながら、ローラ４を適正な姿勢のままロック位置へ押圧できるようになるなど、全てのローラのロックタイミングを同期させるうえで有利となる。
【００４０】
この他、コイルバネ５を楕円形にして、ローラ４の幅広い面積に当接させているので、コイルバネ５の弾発付勢力を、ローラ４の軸方向ほぼ全域に対して均等に分散して付与でき、ローラ４をバランスよく弾発付勢できるようになる。
【００４１】
図６および図７に本発明の実施形態２を示している。図６は、図３に対応する図、図７は図４に対応する図である。
【００４２】
この実施形態２の一方向クラッチは、上記実施形態１に示す一方向クラッチと基本的に同じ構成要素を有しているが、ポケット７の形状が相違するので、相違点のみを詳細に説明する。
【００４３】
具体的に、保持器３のポケット７は、平面視ほぼ矩形状に形成されており、ローラ４とコイルバネ５とが配置される。このポケット７においてコイルバネ５が配置される側の内壁面７ａの軸心方向中間に、コイルバネ５を外装して当該コイルバネ５の一端を係止する凸部１０が設けられている。また、上記内壁面７ａにおいて軸心方向両端側には、ポケット７の内方へ張り出す張り出し部１１，１２が設けられている。
【００４４】
この張り出し部１１，１２は、その径方向厚みを付け根側から先端側へ向けて漸次薄肉とすることにより、くさび状空間の広い側へローラ４が転動する過程でカム面６側から乗り上げさせる傾斜面１１ａ，１２ａを有している。
【００４５】
このような構成では、ローラ４がくさび状空間の広い側へ転動する過程において、ローラ４をカム面６から乗り上げさせるようにしているから、ローラ４の傾きが矯正されるとともに、ローラ４の径方向がたつきを小さく抑えることが可能になる。しかも、フリー位置でローラ４が適正な姿勢になっているから、当然ながら、ローラ４を適正な姿勢のままロック位置へ押圧できるようになるとともに、フリー位置からローラがくさび状空間の狭い側へ転動しやすくなるなど、応答性の向上に貢献できる。全てのローラのロックタイミングを同期させるうえで有利となる。
【００４６】
ところで、上述した実施形態１，２の一方向クラッチは、自動車などのエンジンに付設される各種の補機の駆動プーリに組み込むことができる。例えば、一方向クラッチの組み込み対象を、オルタネータとする場合について説明する。
【００４７】
この例では、オルタネータのプーリとロータとの間に、実施形態１に示した一方向クラッチを介装し、さらに一方向クラッチの軸方向両側に例えば深溝玉軸受を配設する。この場合、プーリとロータとの回転速度差に応じて、一方向クラッチがフリー状態とロック状態とに切り換わり、プーリからロータへの回転動力を伝達させたり遮断させたりするようになる。
【００４８】
なお、オルタネータでは、プーリが、エンジンのクランクシャフトによりベルトを介して回転駆動されるので、従来では、例えばクランクシャフトの回転数が低下すると、オルタネータの発電効率が低下するが、一方向クラッチを内蔵していれば、プーリの回転数が低下するとき、ロータを自身の慣性力によって回転数を高域に維持させるように一方向クラッチを維持させることができるので、発電効率の向上に貢献できるようになる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明では、保持器のポケット内に位置決め保持されたコイルバネとローラとの当接位置が変化しにくくなるとともに、ローラが傾きにくくなるうえ、仮にローラがくさび状空間の広い側に転動する過程でローラが傾きかけたとしても、ローラの傾きが大きく進展することを阻止するとともに、傾きを戻すように矯正することにより、ローラをスキューさせにくくしているから、内・外輪部材の摩耗を抑制できるとともに、クラッチ動作の安定化を図ることができ、信頼性向上に貢献できる。
【００５０】
特に、ポケットにおいてコイルバネを配置する凹部の軸心方向幅を可及的に狭く規制しているから、ローラがくさび状空間の広い側へ転動してコイルバネを圧縮する過程で、コイルバネが座屈して撓もうとしても凹部の対向する２つの内側面にコイルバネの外周部分が当接して撓まないように押さえられるようになり、ローラに対するコイルバネの当接位置がほぼ不変に保たれるようになり、ローラのスキュー抑制効果が向上する。しかも、フリー位置でローラが適正な姿勢になっているから、当然ながら、ローラを適正な姿勢のままロック位置へ押圧できるようになるなど、全てのローラのロックタイミングを同期させるうえで有利となる。
【００５１】
さらに、凸部の先端位置をポケット内壁面と面一にしているから、ローラがくさび状空間の広い側へ転動したときに、凸部とポケット内壁面とにローラの軸心方向３ヶ所の領域が受け止められることになって、ローラの姿勢が適正に矯正されやすくなる。
【００５３】
また、請求項２に係る発明では、ローラに対するコイルバネの当接範囲を可及的に長く規定しているから、ローラを適正な姿勢でくさび状空間の狭い側へ押圧できるようになり、ローラの噛み合い性が良好となる。
【００５４】
また、請求項３に係る発明では、カム面を内輪に設けることを特定したものであり、外輪にカム面を形成するときよりも簡単かつ高精度に加工できるようになり、生産性向上ならびにローコスト化に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る一方向クラッチの上半分を断面にした側面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】保持器のポケット部分の平面展開図
【図４】図３の（４）−（４）線断面の矢視図
【図５】図３の（５）−（５）線断面の矢視図
【図６】本発明の実施形態２で、図３に対応する図
【図７】図６の（７）−（７）線断面の矢視図
【符号の説明】
１内輪
２外輪
３保持器
４ローラ
５コイルバネ
６カム面
７保持器のポケット
８ポケットのローラ収納部
８ａローラ収納部の内壁面
９ポケットの凹部
１０ポケットの凸部

Claims

径方向内外に同心状に配設される内輪部材と外輪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替える一方向クラッチであって、
前記内輪部材と外輪部材との一方の対向周面の円周数ヶ所に設けられるカム面でもって両部材の対向環状空間の円周数ヶ所に周方向一方へ向けて漸次広がるくさび状空間を形成し、この各くさび状空間にローラとこのローラをくさび状空間の狭い側へ弾発付勢するコイルバネとを１つずつ周方向隣り合わせに配置し、これらくさび状空間に配置されるローラとコイルバネとを保持器の円周数ヶ所のポケット内に配置した構成であり、
前記保持器のポケットが、平面視矩形状のローラ収納部と、このローラ収納部において前記フリー位置寄りの内壁面の軸心方向中間に、周方向に延びるコイルバネ収納用の凹部とを有し、
前記ローラ収納部の周方向長さが、前記くさび状空間においてローラがかみ込むロック位置から空転するフリー位置までの距離より大きな寸法に設定されており、前記凹部の軸心方向幅が、ローラのロック状態においてコイルバネと非接触となる幅に設定されるとともに、前記凹部の奥壁面に、前記コイルバネの内周に入り込んで当該コイルバネの一端を係止する凸部が設けられており、前記凸部の先端位置が、前記ローラ収納部のフリー位置寄りの内壁面に対して軸心方向で面一に設定されていることを特徴とする一方向クラッチ。
請求項１の一方向クラッチにおいて、
前記コイルバネが、ローラの軸心方向中間領域においてローラの軸心方向長さ寸法の１／２以上の長さ範囲に当接させられることを特徴とする一方向クラッチ。
請求項１または２の一方向クラッチにおいて、
前記内輪の外周面の円周数ヶ所に、前記カム面としての平坦面が設けられており、前記外輪の内周面が円形に形成されていることを特徴とする一方向クラッチ。