JP4788617B2 - プーリユニット - Google Patents

Description

本発明は、一方向クラッチ機構を用いたプーリユニットに関するものである。

車両（自動車）のエンジンからの回転トルクは、クランクプーリから補機回転軸に装着されたプーリユニットの外輪側である原動輪にベルト伝達され、プーリユニットに組み込まれた一方向クラッチ機構を介して、内輪側である補機回転軸（従動輪）に伝達される。この補機として、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウォータポンプ、オルタネータ、冷却ファン等がある。そして、このプーリユニットとして、特許文献１，２に開示される技術が存している。

近年、エンジンの低アイドル化に対応し、オルタネータプーリ（原動輪）が小径化している。このため、エンジンの高速回転時には、オルタネータ（従動輪）もそのプーリ比に対応して高速回転となる。しかし、オルタネータの場合、その回転速度が一定以上となっても、その発電量は大きくならない。このため、オルタネータの回転速度を無駄に大きくさせても非効率である。しかも、オルタネータを、高速回転に対応できるように、回転軸を支持する軸受等の部品を強度アップしなければならないため、無駄なコストが発生している。
特開２００１−８２５８６号公報 特開２００２−１０６６８６号公報

本発明は、上記した不具合に鑑み、プーリユニットにおける一方向クラッチにおいて、原動輪と従動輪の相対回転速度が予め定められたレベルを超えた場合に、回転トルクの伝達が自動的に遮断されるようにすることを課題としている。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するための本発明は、
原動側プーリと、従動側回転軸と、前記原動側プーリと前記従動側回転軸との間に介装される一方向クラッチ機構を備えるプーリユニットにおいて、
前記一方向クラッチ機構は、
原動側プーリと一体回転される原動輪と、
その原動輪との間にくさび状空間部を形成するように、回転半径が周方向に沿って変化するカム面を有し、前記従動側回転軸に固定されて該従動側回転軸と一体回転する従動輪と、
前記くさび状空間部内に配置され、前記くさび状空間部に噛み込まれたロック状態と、その噛込みが解除されたアンロック状態を切り替え、前記原動輪の回転速度が前記従動倫の回転速度を下回った場合に、前記くさび状空間部に噛み込まれてロック状態となるくさび部材と、
前記原動輪と前記従動輪との間に形成される環状の空間部内に配置され、前記原動輪及び前記従動輪に対して相対回転可能で、前記くさび部材が保持されるポケット状空間部を有する環状の保持器と、
前記くさび部材が前記ロック状態となって、前記従動輪が前記原動輪に追従回転している状態において、前記原動輪の回転速度が予め定められたレベル未満となる通常回転状態から、前記レベルを超える高速回転状態へ移行するに伴い、その回転遠心力により、前記保持器を回転方向と反対の方向に回動させて、前記くさび部材をロック状態の位置からアンロック状態の位置へ強制的に移動させる保持器移動機構と、
を備えることを特徴としている。

本発明では、保持器が、従動輪に対して相対回転可能である。そして、前記保持器には、前記原動輪の回転速度が予め定められたレベルを超える高速回転状態へ移行したときに、その回転遠心力によって前記保持器を反対方向に回動させて、くさび部材をロック状態の位置からアンロック状態の位置へ強制的に移動させる保持器移動機構を備えている。即ち、原動輪が予め定められたレベルを超えて高速回転すると、その回転遠心力が保持器移動機構に作用することにより、従動輪の回転速度が自動的に抑止され、従動輪は、予め定められたレベルを超える回転速度で回転されることはない。このため、従動輪の強度を無駄に大きくする必要はなく、プーリユニットのコスト低減を図ることができる。

具体的には、前記保持器移動機構は、
基端部が、前記従動輪に前記原動輪の回転方向に沿って回動自在に取り付けられると共に、自由端部が、前記保持器のポケット状空間部に入り込んでその内周面に近接配置されるウエイト部材と、
前記原動輪の通常回転状態で、前記ウエイト部材が前記原動輪の回転方向と反対の方向に回動しようとすることを抑止するための回動規制手段と、
を備えているようにすることができる。

保持器移動機構を、ウエイト部材と回動規制手段とにより、簡単な構成で具現化することができる。

また、前記回動規制手段を、前記ウエイト部材の自由端部と前記従動輪との間に取り付けられた引張りばねとすることができる。

回動規制手段が引張りばねであるため、その構成が極めて簡単で、かつ安価なものとなる。

そして、前記ウエイト部材は、周方向における前記くさび部材どうしの間に交互に取り付けられているようにすることができる。

ウエイト部材とくさび部材とが周方向に交互に取り付けられているため、ウエイト部材の機能とくさび部材の機能のバランスが良好であり、異音やばたつきの発生が抑止される。

また、前記ウエイト部材は、アキシャル方向において前記くさび部材と並列に取り付けられていてもよい。

この場合、ウエイト部材の数を減らすことなく、くさび部材を取り付けることができる。このため、一方向クラッチ機構の機能を全く制限することがない。

本発明の実施例を説明する。図１は一方向クラッチ５が取り付けられたプーリユニット１００の断面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図、図３は内輪９と保持器１２の斜視図、図４は図２の要部の拡大図である。

図１に示されるように、本実施例のプーリユニット１００は、補機回転軸１と、補機回転軸１の外周部分に同心に配置されるプーリ２と、補機回転軸１の外周面とプーリ２の内周面との間に形成される環状の空間部に配置される２個の転がり軸受３，４と、各転がり軸受３，４の間に介装される一方向クラッチ５を備えている。補機回転軸１は、自動車のエンジンの補機（例えば、オルタネータ）の入力軸と連結されている。プーリ２（オルタネータプーリ）の外周面には、複数本のベルト溝２ａが設けられていて、各ベルト溝２ａに、自動車のエンジンのクランクシャフトからのベルト６が掛装されている。エンジンの動力により、プーリ２が駆動回転される。なお、図１において、７は、シールである。

最初に、一方向クラッチ機構（本実施例の場合、一方向クラッチ５）について説明する。図１及び図２に示されるように、一方向クラッチ５は、プーリ２と一体回転される外輪８（原動輪）と、外輪８に対して同心円的に配置される内輪９（従動輪）と、外輪８と内輪９との間に形成される環状の空間部に配置される保持器１２を備えている。内輪９の外周面は正八角形状であり、各平坦面には、保持器１２に保持される各くさび部材（ころ１３）を噛込み状態（ロック状態）とするためのくさび状空間部１９（後述）を形成するカム面１４が形成されている。

図３及び図４に示されるように、保持器１２は略円筒状であり、その最大内径は、内輪９の最大外径よりも少し大きい。保持器１２は、その内径側に設けられた突起部１２ａによって、内輪９に対して時計回りの方向へは回動不能となっているが、反時計回りの方向へは回動可能となっている。保持器１２には、周方向に所定の間隔をおいて複数個のポケット１５，１６が設けられている。本実施例の一方向クラッチ５の場合、各ころ１３を配置するための４個の第１ポケット１５が設けられていると共に、各ウエイト部材１７（後述）を配置するための４個の第２ポケット１６が設けられている。第１及び第２の各ポケット１５，１６は、周方向に交互に設けられている。

保持器１２における第１ポケット１５の一方側の内周面１５ａには、ころ１３を付勢して、ころ１３を噛込み位置の近傍に配置させるための圧縮ばね１８が取り付けられている。また、第１ポケット１５の他方側の内周面１５ｂは、ころ１３の外径に対応して窪み形状（Ｖ字形状）となっている。ここで、内輪９の各カム面１４が平坦面であるのに対して、外輪８の内周面は円形に湾曲されている。このため、環状の空間部のうち、内輪９のカム面１４、第１ポケット１５の各内周面１５ａ，１５ｂ及び外輪８の内周面とで囲まれた空間部は、カム面１４の両端部（各内周面１５ａ，１５ｂに近い側）の高さが、その中央部の高さよりも低くなったくさび状空間部１９となっている。そして、各ころ１３の外径は、くさび状空間部１９の最大高さ（カム面１４の中央部の高さ）よりも小さく、くさび状となった部分の高さ（カム面１４の両端部の高さ）よりも少し大きい。各ころ１３は、圧縮ばね１８の付勢力により、くさび状空間部１９の噛込み位置近傍に配置されている。このとき、各ころ１３の外周面と外輪８の内周面又は内輪９のカム面１４との間には、微かな隙間が存している。これにより、外輪８の回転トルクは、内輪９に伝達されない（アンロック状態）。

次に、保持器移動機構について説明する。図３及び図４に示されるように、保持器１２の第２ポケット１６には、ウエイト部材１７が取り付けられている。即ち、内輪９における保持器１２の第２ポケット１６と対応するカム面１４には、凹部２１が設けられている。この凹部２１に、ウエイト部材１７の基端部１７ａが収容配置されている。ウエイト部材１７の基端部１７ａには、凹部２１に内輪９のアキシャル方向に沿って取り付けられた支点軸２２が挿通されていて、ウエイト部材１７は、支点軸２２の軸心を中心に周方向に沿って回動可能である。そして、ウエイト部材１７の自由端部２３は、第２ポケット１６の内周面１６ａの側に向かって膨出されていて、その端面部には、第２ポケット１６の内周面１６ａと対向配置される当接面２３ａが形成されている。更に、ウエイト部材１７の自由端部２３は、引張りばね２４を介して内輪９の凹部２１の底面部と連結されている。このため、ウエイト部材１７の自由端部２３は、引張りばね２４によって常に引っ張られている。

ウエイト部材１７の当接面２３ａが、第２ポケット１６の内周面１６ａに当接しているため、保持器１２の反時計回りの回動が規制されている。また、保持器１２の当接面２３ａと反対側の面（背面２３ｂ）と第２ポケット１６の内周面１６ｂとは、近接配置されている。

本実施例の一方向クラッチ５の作用について説明する。図４に示されるように、外輪８の静止状態（非回転状態）において、ウエイト部材１７の自由端部２３には、引張りばね２４の引っ張り力が作用していて、その当接面２３ａは保持器１２の第２ポケット１６に当接されている。このため、保持器１２が反時計回りに回動することはない。また、この状態で、各ころ１３は、圧縮ばね１８に付勢され、対応する保持器１２の第１ポケット１５の部分に形成されたくさび状空間部１９の噛込み位置の近傍に配置されている。（アンロック状態）。

外輪８が、矢印２５の方向（圧縮ばね１８の付勢方向）に駆動回転されると、ころ１３が転動（自転）しながら圧縮ばね１８の付勢方向に移動される。このため、ころ１３は、くさび状空間部１９の端部（噛込み位置）に入り込み、くさび状空間部１９に噛み込まれる（ロック状態）。その状態を、図４において二点差線で示す。これにより、外輪８の回転トルクが内輪９に及び（「クラッチがつながる」ことを意味する）、外輪８と内輪９とが、矢印２５の方向に一体に回転される。ウエイト部材１７の自由端部の当接面２３ａは、引張りばね２４の引張り力をもって保持器１２の第２ポケット１６の内周面１６ａに当接されているため、回転中のウエイト部材１７が振動することはなく、異音の発生が抑止される。

図５に示されるように、外輪８及び内輪９の回転速度が予め定められたレベルを超えて、内輪９の回転遠心力が引張りばね２４の引張り力よりも大きくなると、ウエイト部材１７は徐々に、その支点軸２２の軸心を中心として矢印２０の方向（矢印２５と反対の方向）に回動される。ウエイト部材１７の背面２３ｂが第２ポケットの内周面１６ｂに当接し、保持器１２を矢印２６の方向（矢印２５の反対方向）に強制的に押し戻す。これにより、保持器１２は、矢印２６の方向に回動され、第１ポケット１５内の噛込み位置に配置されているころ１３を移動させる。ころ１３は、外輪８の内周面と内輪９のカム面１４との圧接状態（ロック状態）から解放され、遠心力によって浮遊状態となる（アンロック状態）。この結果、外輪８の回転トルクが内輪９に及ばなくなり（「クラッチが遮断される」ことを意味する）、内輪９は惰性回転するため、内輪９の回転速度がそれ以上大きくなることはない。換言すれば、内輪９の回転速度が予め定められたレベルを超えた場合に、その回転速度が自動的に抑止される。

内輪９の回転速度が予め定められたレベルを下回ると、内輪９の遠心力よりも引張りばね２４の引張り力の方が大きくなり、再度ウエイト部材１７の自由端部の当接面２３ａが、第２ポケット１６の内周面１６ａに当接し、保持器１２を矢印２５の方向に回動させる。ころ１３が転動しながら移動し、くさび状空間部１９の端部（くさび部分）に入り込むため、再び外輪８の回転トルクが内輪９に及び、外輪８と内輪９とが矢印２５の方向に一体回転される。

上記した実施例の一方向クラッチ５は、各ころ１３と各ウエイト部材１７が、保持器１２の周方向に交互に配置されている場合である。しかし、図６に示される保持器２７のように、各ころ１３と各ウエイト部材１７が、ポケット２７に、アキシャル方向に並列状態で配置されていてもよい。この場合、各ころ１３の個数を少なくさせることなく、各ウエイト部材１７を配置させることができるという利点がある。

本実施例の一方向クラッチは、駆動回転する外輪８に追従する内輪９の回転速度が予め定められたレベルを超えた場合、自動的に外輪８の回転トルクが伝達されなくなり（クラッチが遮断される）、内輪９の回転速度が予め定められたレベルを下回った場合、自動的に外輪８の回転トルクが伝達される（クラッチがつながる）。即ち、簡単な構成の保持器移動機構（ウエイト部材１７と引張りばね２４）のみにより、内輪９の回転速度を自動的に制御することができるため、内輪９の強度を無駄に高くすることが不要になり、プーリユニット１００のコスト低減が図られる。

一方向クラッチ５が取り付けられたプーリユニット１００の断面図である。 図１のＸ−Ｘ線断面図である。 内輪９と保持器１２の斜視図である。 図２の要部の拡大図である。 一方向クラッチ５の作用説明図である。 別の実施例の保持器２７の概略平面図である。

符号の説明

１００：プーリユニット
１：補機回転軸（従動側回転軸）
２：プーリ（原動側プーリ）
５：一方向クラッチ（一方向クラッチ機構）
８：外輪（原動輪）
９：内輪（従動輪）
１２，２７：保持器
１３：ころ（くさび部材）
１４：カム面
１５，１６，２８：ポケット（ポケット状空間部）
１６ａ：内周面
１７：ウエイト部材（保持器移動機構）
１７ａ：基端部
１９：くさび状空間部
２３：自由端部
２４：引張りばね（回動規制手段）

Claims (5)

1. 原動側プーリと、従動側回転軸と、前記原動側プーリと前記従動側回転軸との間に介装される一方向クラッチ機構を備えるプーリユニットにおいて、
   前記一方向クラッチ機構は、
   原動側プーリと一体回転される原動輪と、
   その原動輪との間にくさび状空間部を形成するように、回転半径が周方向に沿って変化するカム面を有し、前記従動側回転軸に固定されて該従動側回転軸と一体回転する従動輪と、
   前記くさび状空間部内に配置され、前記くさび状空間部に噛み込まれたロック状態と、その噛込みが解除されたアンロック状態を切り替え、前記原動輪の回転速度が前記従動倫の回転速度を下回った場合に、前記くさび状空間部に噛み込まれてロック状態となるくさび部材と、
   前記原動輪と前記従動輪との間に形成される環状の空間部内に配置され、前記原動輪及び前記従動輪に対して相対回転可能で、前記くさび部材が保持されるポケット状空間部を有する環状の保持器と、
   前記くさび部材が前記ロック状態となって、前記従動輪が前記原動輪に追従回転している状態において、前記原動輪の回転速度が予め定められたレベル未満となる通常回転状態から、前記レベルを超える高速回転状態へ移行するに伴い、その回転遠心力により、前記保持器を回転方向と反対の方向に回動させて、前記くさび部材をロック状態の位置からアンロック状態の位置へ強制的に移動させる保持器移動機構と、
   を備えることを特徴とするプーリユニット。
2. 前記保持器移動機構は、
   基端部が、前記従動輪に前記原動輪の回転方向に沿って回動自在に取り付けられると共に、自由端部が、前記保持器のポケット状空間部に入り込んでその内周面に近接配置されるウエイト部材と、
   前記原動輪の通常回転状態で、前記ウエイト部材が前記原動輪の回転方向と反対の方向に回動しようとすることを抑止するための回動規制手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載のプーリユニット。
3. 前記回動規制手段は、前記ウエイト部材の自由端部と前記従動輪との間に取り付けられた引張りばねであることを特徴とする請求項２に記載のプーリユニット。
4. 前記ウエイト部材は、周方向における前記くさび部材どうしの間に交互に取り付けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のプーリユニット。
5. 前記ウエイト部材は、アキシャル方向において前記くさび部材と並列に取り付けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のプーリユニット。

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