JP4461868B2 - 一方向クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、プーリユニットおよびプーリユニット等に用いられる一方向クラッチに関する。この種のプーリユニットは、例えばエンジンのクランクシャフトやクランクシャフトから伝動ベルトを介して駆動される補機類に装備される。補機類には、例えば自動車のオルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウオーターポンプ、冷却ファンなどが挙げられる。

エンジンの回転駆動力をクランクシャフト（駆動側）から伝動ベルトを介して例えば補機（従動側）の１つであるオルタネータ（発電機）のロータに伝達する場合、クランクシャフトにおける回転角速度の微小変動に起因して、伝動ベルトに滑りが起こって異音が発生する傾向となる。

そこで、伝動ベルトが巻き掛けられるプーリと、発電機ロータに一体回転可能に連結されるロータ軸とを備えるとともに、プーリとロータ軸との間に組み込まれてプーリの回転角速度の増減変動に応じて、プーリからロータ軸へ回転動力を伝達させたり遮断させたりして、伝動ベルトの上記滑りを防止して異音の発生を抑制するようになした一方向クラッチ付きプーリユニットが従来から提案されている（例えば特許文献１参照）。

上記一方向クラッチ付きプーリユニットにおいては、ロータ軸の外周面に複数のカム面を形成し、プーリの内周面とロータ軸の各カム面との間に複数のくさび状空間を形成し、各くさび状空間の狭い側（ロック側）に向けて、各ころそれぞれをコイルばねにより付勢する構成としている。

そして、プーリの回転速度がロータ軸の回転速度より大きい場合、ころを介してロータ軸をプーリと一体回転させるロック状態となり、プーリの回転速度がロータ軸の回転速度より小さい場合は、ころがくさび状空間の広い側（フリー側）に移動して、ロータ軸をプーリに対して慣性回転可能なフリー状態に切り換えるようにクラッチ動作する。

このようなプーリユニットにおいては、ロック状態からフリー状態に移行した以降、ロータ軸は慣性で回転し、時間の経過に伴いその回転の停止時にころが自励振動してスティックスリップして異音が発生する現象が生起している。
特開２００２−２０６５７１号

本発明は、上記した一方向クラッチにおいて、上記ロック状態から上記フリー状態に切替わって以降、ロータ軸が慣性回転して停止する段階でころが自励振動してスティックスリップすることで異音発生する、といった現象を防止可能とすることを解決すべき課題としている。

本発明は、径方向内外に配置した環体間に形成される複数のくさび状空間にころを保持器により保持される状態で円周方向に転動可能に配置し、上記ころをくさび状空間の狭い側に食込ませて上記両環体を同期回転させるロック状態と、上記両環体を相対回転させるフリー状態とに切替え可能な一方向クラッチであって、上記くさび状空間に、上記ころをくさび状空間の狭い側へ付勢するコイルばねが配置され、該コイルばねの振動減衰を促進させる減衰促進機構が設けられているとともに、上記減衰促進機構は、何れかの上記環体の慣性回転に際して上記コイルばねを上記両環体の少なくとも一方あるいは上記保持器に摩擦接触させてコイルばねの振動減衰を促進することを特徴としている。

くさび状空間は両環体のいずれか一方の周面をカム面とすることで形成できる。

本発明者らが上記異音の発生の原因についてプーリとロータ軸とを備えたプーリユニットについて鋭意研究したところ、上記異音が発生する現象は、ロータ軸の回転停止時にころが自励振動し、この自励振動により、ころがロータ軸のカム面上を停止したり、滑ったりする（スティックスリップ）ことによるものと判明した。

そして、本発明によれば、減衰促進機構により、コイルばねを振動減衰させることができるから、ころの自励振動を抑えて当該ころのスティックスリップによる異音の発生を抑制ないし防止できるようになる。

また、本願発明によれば、何れかの環体の慣性回転が停止する際に、コイルばねが環体あるいは保持器と接触することにより、コイルばねの振動エネルギが摩擦エネルギに変換され、その分だけコイルばねの振動減衰が急速に行われることになる。そして、コイルばねは単に環体あるいは保持器に接触しているだけなので、コイルばねの弾発付勢力を確保しつつ、ころのスティックスリップ現象を抑えて異音の発生を防止することができる。

コイルばねの環体あるいは保持器との接触部分は、好ましくは先端巻部である。これは、コイルばね全体の減衰促進を目的とするためで、コイルばねの途中が環体あるいは保持器に接触した場合、コイルばね全体の振動減衰の促進を行うことができず、接触部分からころに至るまでのコイルばね部分の減衰促進を行うことが難しくなるからである。

しかし、コイルばねの途中を環体あるいは保持器に接触させることでも充分に減衰促進が期待でき、コイルばねの振動を抑えることが可能であるならば、コイルばねにおける環体あるいは保持器との接触部分を、先端巻部に限定する必要はない。

また、減衰促進機構として、ばね端部のうち少なくともころ接触側端部にたとえば内方の環体外周面に接触する大きさの径を付与している。

このように、ばね端部を例えば内方の環体に接触する大きさの径に設定することにより、内方の環体が回転停止する際にコイルばねが環体に接触摩擦し、その分だけ、コイルばねの振動減衰が急速に行われることになる。したがって、ころの異音発生を防止することができる。

本発明によれば、環体の慣性回転の停止時にころの振動減衰を促進して、ころの耳障りな異音の発生を効果的に抑制できる。

以下、図面を参照して本発明の実施上の最良の形態に係る一方向クラッチ付プーリユニット（以下、単にプーリユニットという）を説明する。図１は同プーリユニットの全体構成を示す側面断面図、図２は同プーリユニットの正面断面図、図３は同プーリユニットの保持器とロータ軸の分解斜視図、図４は同プーリユニットの一方向クラッチの一部拡大平面図、図５は同プーリユニットの一方向クラッチの部分拡大断面図を示す。

これらの図において、１はプーリユニット全体を示す。プーリユニット１は、プーリ２と、ロータ軸３と、一方向クラッチ４と、転がり軸受５，６を備える。プーリ２は、外側の駆動環体として、一方向クラッチ４と転がり軸受５，６それぞれの外輪を構成するとともに、その外周面に形成された波状溝７に自動車エンジンからの伝動ベルト８が巻き掛けられ該伝動ベルト８により回転駆動される。

ロータ軸３は、プーリ２と同心内方に配置される従動環体として、一方向クラッチ４と転がり軸受５，６それぞれの内輪を構成するとともに、オルタネータ（車両用発電機）のロータ（図示略）に固定連結される。

一方向クラッチ４は、プーリ２とロータ軸３との間の環状空間１０の軸方向中央領域に介装され、円周方向に複数のころ１１と、ころ１１を保持する保持器１３と、楕円形のコイルばね１５とを備えている。

保持器１３は、ロータ軸３に対して周方向および軸方向に位置決めされた状態でロータ軸３に外装されるとともに、保持器１３の円周方向複数箇所に径方向内外に貫通するポケット１６が形成され、各ポケット１６それぞれにころ１１が１つずつ収納される。

コイルばね１５は、保持器１３の各ポケット１６を円周方向に仕切る各柱部１７の周方向一方内壁１８に、他方内壁１９に向けて一体に突出形成される突起２０に装着されている。突起２０に、コイルばね１５の基部を係止する溝２０ａが形成され、先端部側が基端部側に比べて小断面に形成されている。

コイルばね１５は、突起２０全体を外装するよう装着されるとともに、コイルばね１５の基端の巻部１５ａは柱部１７の周方向一方側壁１８をばね座とし、先端の巻部１５ｂはころ１１の外周面に当接して、ころ１１をロータ軸３のカム面２１とプーリ２の内周面２ａとで形成されるくさび状空間２２の狭い側（ロック状態となる側）に弾発付勢している。

転がり軸受５，６は、環状空間１０における一方向クラッチ４の軸方向両側にそれぞれ１つずつ介装される。転がり軸受５は、複数の玉２３およびそれらを保持する冠形保持器１４Ａからなる深溝玉軸受である。転がり軸受６は、複数のころ１２およびそれを保持する保持器１４Ｂからなるころ軸受である。これら転がり軸受５，６の軸方向外側に上記環状空間１０を密封するシールリング２４，２４が装着されている。

上記プーリユニット１において、一方向クラッチ４の機能を説明すると、プーリ２の回転速度がロータ軸３の回転速度よりも速くなると、一方向クラッチ４のころ１２がくさび状空間２２の狭い側へ食い込んでロック状態となるので、ロータ軸３はプーリ２と一体回転する。

プーリ２の回転速度がロータ軸３の回転速度よりも遅くなると、一方向クラッチ４のころ１２がロック位置から外れてくさび状空間２２の広い側へ移動してフリー状態に切替わる。これにより、ロータ軸３はプーリ２からの回転動力の伝達を遮断されるが、ロータ軸３は発電機ロータが大きな回転慣性を有するため、該遮断以降も回転を継続する。

以上の構成を備えたプーリユニット１においては、ロータ軸３が慣性回転停止するときに、ころ１１の自励振動に伴うころ１１のスティックスリップ現象により発生する異音を防止するべく、コイルばね１５の振動減衰を促進させる減衰促進機構２５を備えたことを特徴とする。

減衰促進機構２５は、保持器１３の各柱部１７それぞれの円周方向一方の内壁１８をコイルばね１５のばね座１８とし、ばね座１８において、径方向内側２６を径方向外側２７よりも円周方向一方に所定距離Ｌだけ後退させた構成としている。

減衰促進機構２５は、上記構成のようにばね座１８の径方向内側２６を径方向外側２７に比べて後退させることで、コイルばね１５が円周方向に撓むように傾斜して、コイルばね１５のころ接触側端部である先端巻部１５ｂの径方向内側がカム面２１に接触している。

本実施形態では、上記構成の減衰促進機構２５を備えるから、ロータ軸３が停止する際にコイルばね１５の先端巻部１５ｂがカム面２１に摩擦接触するため、コイルばね１５の振動が摩擦エネルギに変換されて急速に減衰することになる。その結果、ころ１１の自励振動が起因となるころ１１のスティックスリップ現象が抑制され、上記異音の発生を防止することができる。

このように、上記実施の形態では、減衰促進機構２５として、柱部１７の側壁１８の径方向内側２６を径方向外側２７に比べて周方向一方側に後退させてコイルばね１５を傾斜させ、コイルばね１５の先端巻部１５ｂの径方向内側をカム面２１に接触させるようにしている。

（他の形態）
これに対して図６の断面図に示す別の実施の形態では、コイルばね１５を摩擦減衰させるために、コイルばね１５の先端巻部１５ｂの巻径を、コイルばね１５の中間部の巻径に比べて大きくして先端巻部１５ｂの径方向内側をカム面２１に接触させている。

この構成のように、コイルばね１５の先端巻部１５ｂの径方向内側をカム面２１に接触させることにより、コイルばね１５の減衰がカム面２１との接触に伴なう摩擦減衰が発生し、コイルばね１５の自励振動は急速に減衰してころ１１の異音発生を抑制することができる。

なお、コイルばね１５の基端巻部１５ａの巻径を、先端巻部１５ｂの巻径と同一とすることで、コイルばね１５を保持器１３の突起２０に装着する際に方向性を考慮することなく装着することができ、作業性を向上させることができる。他の構成は図１ないし図５に示した実施形態と同様であるので、同一の符号を付してその説明を省略する。

（参考例の実施形態）
図７の断面図に示す参考例の実施形態における減衰促進機構２５として、コイルばね１５を被覆するゴムなどの弾性体３０が用いられている。この場合、コイルばね１５は、その巻部間が弾性体３０で連続するように被覆されている。

このようにコイルばね１５の巻部間を弾性体３０で被覆するようにすれば、コイルばね１５の弾発付勢力を確保しながら弾性体３０が有する剛性によって急速にコイルばね１５が減衰し、ころ１１の自励振動が効果的に防止され、異音の発生を抑制することができる。

本発明の最良の形態に係る一方向クラッチを有するプーリユニットの側面断面図 同プーリユニットの正面断面図 同プーリユニットの保持器とロータ軸の分解斜視図 同プーリユニットの一方向クラッチの一部拡大平面図 同プーリユニットの一方向クラッチの一部拡大側面断面図 他の形態を示す一方向クラッチを有するプーリユニットの一部拡大側面断面図 参考例の形態を示す一方向クラッチを有するプーリユニットの一部拡大側面断面図

符号の説明

１ プーリユニット
２ プーリ
３ ロータ軸
４ 一方向クラッチ
１０ 環状空間
１１ ころ
１３ 保持器
１５ コイルばね
２１ カム面
２２ くさび状空間
２５ 減衰促進機構

Claims (1)

1. 径方向内外に配置した環体間に形成される複数のくさび状空間にころを保持器により保持される状態で円周方向に転動可能に配置し、上記ころをくさび状空間の狭い側に食込ませて上記両環体を同期回転させるロック状態と、上記両環体を相対回転させるフリー状態とに切替え可能な一方向クラッチであって、
   上記くさび状空間に、上記ころをくさび状空間の狭い側へ付勢するコイルばねが配置され、該コイルばねの振動減衰を促進させる減衰促進機構が設けられているとともに、
   上記減衰促進機構は、何れかの上記環体の慣性回転に際して上記コイルばねを上記両環体の少なくとも一方あるいは上記保持器に摩擦接触させてコイルばねの振動減衰を促進する、ことを特徴とする一方向クラッチ。

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