JP4894574B2 - プーリユニット - Google Patents

Description

この発明は、軸体と、この軸体の外周に同心状に配設されるプーリとの間に、プーリのトルクを軸体に伝達するクラッチ機構が配設されたプーリユニットに関する。

この種のプーリユニットにおいては、主としてエンジンの補機類（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、冷却ファン等）に用いられる。
従来、例えば、エンジンの補機類の一つであるオルタネータに採用されるプーリユニットは、エンジンのクランクシャフトのトルクが伝達される伝動ベルトが掛け渡されるプーリと、補機類としてのオルタネータのロータ（ロータ軸）に一体回転可能に連結される軸体とを備える。また、プーリと軸体との間には、プーリから軸体へトルクを伝達させたり遮断させる一方向クラッチが配設されたものがある。
この一方向クラッチにおいて、軸体の外周面に複数のカム面が形成され、プーリの内周面と軸体の各カム面との間に複数のくさび状空間が形成され、各くさび状空間の狭い側（ロック側）に向けて、各ころがコイルばねによってそれぞれ付勢された構造のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
そして、一方向クラッチは、プーリの回転速度が軸体の回転速度より大きい場合に、ころを介して軸体をプーリと同方向に一体回転させるロック状態となり、プーリの回転速度が軸体の回転速度より小さい場合には、ころがくさび状空間の広い側（フリー側）に移動して、軸体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なっている。
特開２００２−１０６６８６号公報

ところで、近年、エンジンの低アイドル化に対応してプーリユニットが小型化している。これによって、エンジンのクランクシャフトの大径のプーリと、オルタネータ用プーリユニットの小径のプーリとのプーリ比（回転比率）に相当する分だけプーリユニットの小径のプーリの回転数が高くなり、これによってオルタネータのロータが高速回転（例えば、２００００ｒｐｍ／ｍｉｎ以上）となる。
また、オルタネータは、所定の回転数を越える高速回転域においては発電量が横ばいとなる。このため、エンジンの高回転時においては、発電量が横ばいとなる高速回転域でオルタネータのロータが回転されることになり、非効率的あった。
また、オルタネータやプーリユニットの各部の構成部品を高速回転に耐え得るように強度を高めなければならずコスト高となる。

このようなことから、軸体と、この軸体の外周に同心状に配設されるプーリとの間に、プーリのトルクを軸体に伝達する複数のインナクラッチ板及びアウタクラッチ板を備えた多板クラッチ機構と、この多板クラッチ機構のインナ、アウタの各クラッチ板を互いに接触する軸方向に押圧してトルク伝達するロック状態と、プーリの回転速度が所定値以上に達したときに、インナ、アウタの各クラッチ板に対する押圧を解除してフリー状態に切り替える速度リミット機構を組み付けることが同一出願人によって提案されている。
しかしながら、速度リミット機構がフリー状態からロック状態に切り替わる際（プーリの回転速度が所定値以上に達した後、同プーリの回転速度が所定値よりも低下する際）において、プーリと軸体との回転速度差が大きい場合には、多板クラッチ機構のインナ、アウタの各クラッチ板に衝撃トルクが作用することが想定される。この衝撃トルクが原因となって、インナ、アウタの各クラッチ板のうち、一部のクラッチ板と他のクラッチ板との間に過大な滑り摩擦力が生じ、焼き付きの恐れがある。

この発明の目的は、前記問題点に鑑み、速度リミット機構がフリー状態からロック状態に切り替わる際のクラッチ機構に作用する衝撃トルクを緩和してクラッチ板の焼き付きを防止することができるプーリユニットを提供することである。

前記目的を達成するために、この発明の請求項１に係るプーリユニットは、軸体と、この軸体の外周に同心状に配設されるプーリとの間に、前記プーリ体のトルクを前記軸体に伝達するクラッチ機構が配設されたプーリユニットであって、
前記クラッチ機構は、前記軸体の外周面にトルク伝達及び軸方向へ移動可能に設けられたインナクラッチ板と、
前記プーリの内周面にトルク伝達及び軸方向へ移動可能に設けられたアウタクラッチ板と、
前記インナ、アウタの各クラッチ板の間に直列に配設された中間クラッチ板とを備え、
前記クラッチ機構には、前記インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板を軸方向に押圧し、かつ前記インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板の相対する摩擦面を接触させてトルク伝達するロック状態と、前記プーリの回転速度が所定値以上に達したときに、前記インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板に対する押圧を解除してフリー状態に切り替わる速度リミット機構が配設され、
前記インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板の相対する摩擦面の間には、前記速度リミット機構がフリー状態からロック状態に切り替わるトルク伝達初期において前記各クラッチ板の回転速度を徐々に変化させながらトルク伝達する変速伝達部材が配設されていることを特徴とする。

前記構成によると、プーリの回転速度が所定値範囲内においては、速度リミット機構がロック状態にあり、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板の相対する摩擦面がトルク伝達可能に接触する。これによって、プーリのトルクが、アウタクラッチ板、中間クラッチ板及びインナクラッチ板を順に経て軸体に伝達され、軸体が回転される。
プーリの回転速度が所定値以上に達したときには、速度リミット機構がフリー状態に切り替わるため、プーリのトルクが軸体に伝達されることなく遮断状態となる。
プーリの回転速度が所定値以上に達した後、同プーリの回転速度が所定値よりも低下すると、速度リミット機構がフリー状態からロック状態に切り替わる。
速度リミット機構がフリー状態からロック状態に切り替わるトルク伝達初期において、アウタクラッチ板、中間クラッチ板及びインナクラッチ板の各クラッチ板の回転速度が変速伝達部材によって徐々に変化されながらトルク伝達される。
このため、プーリと軸体との回転速度差が大きい場合においても、多板クラッチ機構のインナ、アウタ及び中間の各クラッチ板に衝撃トルクが作用することが緩和される。この結果、衝撃トルクが原因となって、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板のうち、一部のクラッチ板と他のクラッチ板との間に過大な滑り摩擦力が生じることを抑制することができ、クラッチ板の焼き付きを防止することができる。

請求項２に係るプーリユニットは、請求項１に記載のプーリユニットであって、
変速伝達部材は、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板のうち、隣接するクラッチ板の回転速度を変化させながら同方向に追従回転させる転動体によって構成されていることを特徴とする。
前記構成によると、例えば、中間クラッチ板に変速伝達部材としての転動体（例えば、歯車、ころ、玉等の転動体）を配設することによって、プーリ側からアウタクラッチ板に伝達されるトルクが中間クラッチ板の転動体を介してインナクラッチ板に伝達される。この際、転動体が自転する分だけアウタクラッチ板の回転速度よりもインナクラッチ板の回転速度が遅くなると共に、アウタクラッチ板の回転に伴って転動体が公転しかつ中間クラッチ板とインナクラッチ板とをアウタクラッチ板の回転方向に引きずる力によって中間クラッチ板とインナクラッチ板とが同方向に追従回転される。これによって、回転速度が徐々に低下されながらアウタクラッチ板側からのトルクが中間クラッチ板とインナクラッチ板に伝達される。
この結果、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板に衝撃トルクが作用することを緩和することができ、各クラッチ板の焼き付きを良好に防止することができる。

次に、この発明を実施するための最良の形態を実施例にしたがって説明する。

（実施例１）
この発明の実施例１を図１〜図８にしたがって説明する。
図１はこの発明の実施例１に係るプーリユニットを示す側断面図である。図２は多板クラッチ機構の中間クラッチを示す半断面である。図３はロック状態にある多板クラッチ機構及び速度リミット機構を示す側断面図である。図４は図３のＩＶ−ＩＶ線に基づく断面図である。図５はフリー状態にある多板クラッチ機構及び速度リミット機構を示す側断面図である。図６は図５のＶＩ−ＶＩ線に基づく断面図である。図７はフリー状態からロック状態に切り替わる初期の状態の多板クラッチ機構及び速度リミット機構を示す側断面図である。図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に基づく断面図である。

図１に示すように、この実施例１に係るプーリユニットは、車載用エンジンの補機類の一つであるオルタネータに使用される場合を例示するものであり、軸体１１、プーリ２１、クラッチ機構としての多板クラッチ機構３０、速度リミット機構６０、及び転がり軸受としての深溝玉軸受７０、７５を備える。

図１に示すように、軸体１１は、オルタネータのロータのロータ軸（図示しない）の先端部軸回りに取り付けられる筒軸状に形成されている。そして、軸体１１の内孔の軸方向略中央部には、ロータ軸の先端側に形成された雄ねじ部に締め付けられる雌ねじ１２が形成され、軸体１１の内孔の一端側開口部には、六角棒等の締付工具が嵌合可能な六角穴形状の締付凹部１３が形成されている。
また、軸体１１の外周面の軸方向中央部には、後に詳述する多板クラッチ機構３０のインナクラッチ板３１に対応する外歯スプライン１５が形成されている。
また、軸体１１の両端部外周面には、深溝玉軸受７０、７５のそれぞれの内輪７２、７７が圧入固定され、これら深溝玉軸受７０、７５のそれぞれの外輪７１、７６は、次に詳述するプーリ２１の両端部内周面に圧入固定される。
なお、深溝玉軸受７０、７５の内輪７２、７７と、外輪７１、７６との間には、各複数個の玉７３、７８が保持器７４、７９によって保持された状態で配設されている。

図１に示すように、プーリ２１は、深溝玉軸受７０、７５に支持された状態で軸体１１の外周に同心に配置される。
このプーリ２１の外周面には伝動ベルト８が掛け渡される断面波形状のベルト溝２２が形成されている。なお、伝動ベルト８は、エンジンのクランクシャフトのプーリに掛け渡され、クランクシャフトのトルクをプーリ２１に伝達するようになっている。
また、プーリ２１の内周面の一端側（図１では左側）には、中心側に向けて環状をなす端板２３が形成され、この端板２３の内壁面には、後に詳述する速度リミット機構６０の重錘体６２に対応してくさび空間を形成するテーパ状の傾斜面２４が形成されている。
また、プーリ２１の内周面には、多板クラッチ機構３０のアウタクラッチ板３３に対応する内歯スプライン２６が形成されている。

図１に示すように、プーリ２１のトルクを軸体１１に伝達するクラッチ機構としての多板クラッチ機構３０は、軸体１１とプーリ２１との間の環状空間内に組み付けられている。この多板クラッチ機構３０は、インナクラッチ板３１、アウタクラッチ板３３、３５及び中間クラッチ板４０、４１、４２を備えて構成されている。
この実施例１において、多板クラッチ機構３０の略中央部一ヶ所にインナクラッチ板３１が配置され、このインナクラッチ板３１の中心部には、軸体１１の外歯スプライン１５にトルク伝達及び軸方向へ移動可能に噛み合う内歯スプライン３２が形成されている。
また、多板クラッチ機構３０の軸方向両端部の二箇所にアウタクラッチ板３３、３５が配置され、これら両アウタクラッチ板３３、３５の外周には、プーリ２１の内歯スプライン２６にトルク伝達及び軸方向へ移動可能に噛み合う外歯スプライン３４、３６が形成されている。
また、インナクラッチ板３１と両アウタクラッチ板３３、３５との間には、各複数の中間クラッチ板４０、４１、４２が直列に配設されている。

また、軸体１１とプーリ２１との間の環状空間内の多板クラッチ機構３０の一側（図に向かって左側）には、遠心式の速度リミット機構６０が配設されている。
速度リミット機構６０は、プーリ２１の端板２３の内壁面に形成されたテーパ状の傾斜面２４と一方のアウタクラッチ板３５の間に形成されたくさび空間に配設された複数の鋼球よりなる重錘体６２とこれら複数の重錘体６２をくさび空間の狭い側にそれぞれ個別に付勢（弾発）する複数のばね６１を備えて構成されている。
そして、通常時において、速度リミット機構６０は、ばね６１の付勢力に基づく重錘体６２の押圧力が一方のアウタクラッチ板３５に作用することによって、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板３１、３３、３５、４０、４１、４２の相対する摩擦面を圧接状態で接触させることによってトルク伝達するロック状態をなす。この際、他方のアウタクラッチ板３３は、深溝玉軸受７０の外輪７１端面に押し付けられる。
また、プーリ２１の回転速度が所定値以上に達し、重錘体６２が遠心力の作用によってばね６１の付勢力に抗してくさび空間の広い側に移動したときには、インナ、アウタの各クラッチ板３１、３３、３５、４０、４１、４２に対する押圧を解除してフリー状態に切り替わるようになっている。

図１〜図３に示すように、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板３１、３３、３５、４０、４１、４２の相対する摩擦面の間には、変速伝達部材としての転動体５０が配設されている。
この実施例１において、インナクラッチ板３１とアウタクラッチ板３５とに隣接する中間クラッチ板４０、４２に変速伝達部材を構成する複数の歯車よりなる転動体５０が図２に示すように中間クラッチ板４０、４２の半径方向に沿う軸５１を中心として回転可能にかつ放射状をなして配設されている。
さらに、複数の転動体５０は、その外周の歯部が、中間クラッチ板４０（４２）の両面からそれぞれ突出しており、中間クラッチ板４０（４２）の両面に対向するインナクラッチ板３１と中間クラッチ板４１、及びアウタクラッチ板３５と中間クラッチ板４１には、複数の転動体５０の歯部に噛み合う環状歯車５５、５６がそれぞれ形成されている。

また、複数の転動体５０は、所要の回転抵抗をもって軸５１を中心として中間クラッチ板４０に回転可能に組み付けられる。
そして、プーリ２１の回転速度が所定値以上に達した後、同プーリ２１の回転速度が所定値よりも低下し、速度リミット機構６０がフリー状態からロック状態に切り替わるトルク伝達初期において、プーリ２１側からアウタクラッチ板３３、３５に伝達されるトルクが中間クラッチ板４０、４２の複数の転動体５０を介してインナクラッチ板３１に伝達される。この際、複数の転動体５０が自転する分だけアウタクラッチ板３３、３５の回転速度よりもインナクラッチ板３１の回転速度が遅くなると共に、アウタクラッチ板３３、３５の回転に伴って複数の転動体５０が公転しかつ中間クラッチ板４０、４１、４２とインナクラッチ板３１とをアウタクラッチ板３３、３５の回転方向に引きずる力によって中間クラッチ板４０、４１、４２とインナクラッチ板３１とが同方向に追従回転されるようになっている。
すなわち、アウタクラッチ板３３、３５の回転速度をＡ、アウタクラッチ板３３、３５に隣接する中間クラッチ板４０の回転速度をＢ、中間クラッチ板４０に隣接する中間クラッチ板４１の回転速度をＣ、インナクラッチ板３１の隣接する中間クラッチ板４２の回転速度をＤ、インナクラッチ板３１の回転速度をＥとしたときに、「Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ」の関係になる。

この実施例１に係るプーリユニットは上述したように構成される。
したがって、プーリ２１の回転速度が所定値の範囲内においては、図３と図４に示すように、速度リミット機構６０がロック状態をなし、ばね６１の付勢力に基づく重錘体６２の押圧力が一方のアウタクラッチ板３３に作用することによって、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板３１、３３、３５、４０、４１、４２の相対する摩擦面を圧接状態で接触させる。
これによって、プーリ２１のトルクが、アウタクラッチ板３３、３５、中間クラッチ板４０、４１、４２及びインナクラッチ板３１を順に経て軸体１１に伝達され、軸体１１が回転される。そして、オルタネータのロータ軸が軸体１１と同方向に一体状に回転される。

プーリ２１の回転速度が所定値以上（オルタネータの発電量が横ばいとなる所定の回転数を越える高速回転域）に達すると、図５と図６に示すように、速度リミット機構６０の重錘体６２が遠心力の作用によってばね６１の付勢力に抗してくさび空間の広い側に移動する。これによって、速度リミット機構６０は、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板３１、３３、３５、４０、４１、４２に対する押圧を解除してフリー状態に切り替わるため、プーリ２１のトルクが軸体１１に伝達されることなく遮断状態となる。

プーリ２１の回転速度が所定値以上に達した後、同プーリ２１の回転速度が所定値よりも低下すると、速度リミット機構６０がフリー状態からロック状態に切り替わる。
速度リミット機構６０がフリー状態からロック状態に切り替わるトルク伝達初期において、図７と図８に示すように、プーリ２１側からアウタクラッチ板３３、３５に伝達されるトルクが中間クラッチ板４０の複数の転動体５０と、環状歯車５５、５６との噛み合い回転によってインナクラッチ板３１に伝達される。この際、複数の転動体５０が自転する分だけアウタクラッチ板３３、３５の回転速度よりもインナクラッチ板３１の回転速度が遅くなると共に、アウタクラッチ板３３、３５の回転に伴って複数の転動体５０が公転しかつ中間クラッチ板４０、４１、４２とインナクラッチ板３１とをアウタクラッチ板３３、３５の回転方向に引きずる力によって中間クラッチ板４０、４１、４２とインナクラッチ板３１とが同方向に追従回転される。これによって、アウタクラッチ板３３、３５の回転速度が徐々に低下されながら中間クラッチ板４０、４１、４２とインナクラッチ板３１にトルク伝達される。
また、速度リミット機構６０のばね６１の付勢力に基づく重錘体６２の押圧力によって、図３と図４に示すように、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板３１、３３、３５、４０、４１、４２の相対する摩擦面が圧接状態で接触されてロック状態に切り替わった後は、プーリ２１のトルクが、アウタクラッチ板３３、３５、中間クラッチ板４０、４１、４２及びインナクラッチ板３１の相対する摩擦面による接触摩擦力によって軸体１１に伝達され、プーリ２１と同速度で軸体１１が回転される。

前記したように、速度リミット機構６０がフリー状態からロック状態に切り替わるトルク伝達初期において、アウタクラッチ板３３、３５の回転速度が徐々に低下されながら中間クラッチ板４０、４１、４２とインナクラッチ板３１にトルク伝達される。
このため、速度リミット機構６０がフリー状態からロック状態に切り替わる際のプーリ２１と軸体１１との回転速度差が大きい場合においても、多板クラッチ機構３０のインナ、アウタ及び中間の各クラッチ板３１、３３、３５、４０、４１、４２に衝撃トルクが作用することが緩和される。この結果、衝撃トルクが原因となって、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板３１、３３、３５、４０、４１、４２のうち、一部のクラッチ板と他のクラッチ板との間に過大な滑り摩擦力が生じることを抑制することができ、クラッチ板の焼き付きを防止することができる。

なお、この発明は前記実施例１に限定するものではない。
例えば、前記実施例１においては、速度リミット機構６０がフリー状態からロック状態に切り替わるトルク伝達初期において、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板３１、３３、３５、４０、４１、４２の回転速度を徐々に変化（低下）させながらトルク伝達する変速伝達部材として歯車よりなる転動体５０によって構成される場合を例示したが、歯車以外のころや玉等によって転動体を構成することも可能である。
また、変速伝達部材は、転動体以外に、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板３１、３３、３５、４０、４１、４２のうち、隣接するクラッチ板の回転速度を徐々に変化させながら同方向に追従回転させ得る構造であればどのような構造のものを用いてもこの発明を実施可能である。

この発明の実施例１に係るプーリユニットを示す側断面図である。 同じく図２は多板クラッチ機構の中間クラッチを示す半断面である。 同じく図３はロック状態にある多板クラッチ機構及び速度リミット機構を示す側断面図である。 同じく図３のＩＶ−ＩＶ線に基づく断面図である。 同じくフリー状態にある多板クラッチ機構及び速度リミット機構を示す側断面図である。 同じく図５のＶＩ−ＶＩ線に基づく断面図である。 同じくフリー状態からロック状態に切り替わる初期の状態の多板クラッチ機構及び速度リミット機構を示す側断面図である。 同じく図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に基づく断面図である。

符号の説明

１１ 軸体
２１ プーリ
３０ 多板クラッチ機構（クラッチ機構）
３１ インナクラッチ板
３３、３５ アウタクラッチ板
４０、４１、４２ 中間クラッチ板
５０ 転動体
６０ 速度リミット機構
６１ ばね
６２ 重錘体

Claims (2)

1. 軸体と、この軸体の外周に同心状に配設されるプーリとの間に、前記プーリ体のトルクを前記軸体に伝達するクラッチ機構が配設されたプーリユニットであって、
   前記クラッチ機構は、前記軸体の外周面にトルク伝達及び軸方向へ移動可能に設けられたインナクラッチ板と、
   前記プーリの内周面にトルク伝達及び軸方向へ移動可能に設けられたアウタクラッチ板と、
   前記インナ、アウタの各クラッチ板の間に直列に配設された中間クラッチ板とを備え、
   前記クラッチ機構には、前記インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板を軸方向に押圧し、かつ前記インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板の相対する摩擦面を接触させてトルク伝達するロック状態と、前記プーリの回転速度が所定値以上に達したときに、前記インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板に対する押圧を解除してフリー状態に切り替わる速度リミット機構が配設され、
   前記インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板の相対する摩擦面の間には、前記速度リミット機構がフリー状態からロック状態に切り替わるトルク伝達初期において前記各クラッチ板の回転速度を徐々に変化させながらトルク伝達する変速伝達部材が配設されていることを特徴とするプーリユニット。
2. 請求項１に記載のプーリユニットであって、
   変速伝達部材は、インナ、アウタ及び中間の各クラッチ板のうち、隣接するクラッチ板の回転速度を変化させながら同方向に追従回転させる転動体によって構成されていることを特徴とするプーリユニット。

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