JP4936118B2 - 一方向クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、一方向クラッチに関し、例えば自動車等の車両のエンジンと補機装置との間に介装されるプーリユニットに用いられる。

この種の一方向クラッチは、例えば、下記特許文献１に記載されているように、エンジンのクランク軸にベルトを介して連結されたプーリの回転をオルタネータ（補機装置）の入力軸に伝達可能なプーリユニットに用いられる。この一方向クラッチは、例えば、クランク軸に回転変動（回転中の加速度運動）が生じた場合に、クランク軸と入力軸間を、動力が伝達される伝動状態から動力が伝達されない遮断状態に切り換えて、両軸間に過大なトルクが発生しないように機能する。具体的には、一方向クラッチは、円周状の内周面を有しプーリに固定されて一体回転する外輪（外輪部材）と、カム面を有しオルタネータの入力軸に固定されて一体回転する内輪（内輪部材）と、外輪の内周面と内輪のカム面との間に形成されるラジアル方向の隙間が周方向に沿って変化するくさび状空間内でカム面上を移動可能な円筒ころを備えていて、円筒ころがくさび状空間内で外輪と内輪間に噛み込むことで動力の伝動状態が維持され、円筒ころがくさび状空間内で外輪と内輪間に噛み込まない位置に移動することで遮断状態に切り換わるようになっている。
特開２００１−８２５８６号公報

また、一方向クラッチは、円筒ころの姿勢を安定させる等のための保持器を備えている。保持器は、円筒ころを収容するポケット部を有するとともに、円筒ころを周方向の一方向側に付勢するばねを保持するものであり、その形状が複雑であるため、樹脂を用いて成形加工されるのが一般的である。この保持器のポケット部内には、円筒ころと外輪等との焼き付きを防止する等のため、グリース等の潤滑剤が封入されている。

ところで、車両が極低温（例えば−３０℃）で使用されているときは、潤滑剤の摩擦係数の低下により、円筒ころと、外輪の内周面および内輪のカム面との間で滑りが生じ、噛み込んだ状態にある円筒ころがくさび状空間内でラジアル方向の隙間が広くなる方向にかなりの勢いで飛び出すことがある（ポッピング現象）。これにより、保持器が円筒ころによって衝撃を受けるので、より耐久性の高い保持器の開発が望まれていた。

本発明の課題は、低温状態にあっても保持器の耐久性を向上させることが可能な一方向クラッチを提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために本発明は、
外輪部材と、
前記外輪部材と同軸的に配置されて回転半径が周方向に沿って変化するカム面を有する内輪部材と、
前記外輪部材の内周面と前記内輪部材のカム面との間に形成されるラジアル方向の隙間が周方向に沿って変化するくさび状空間内で前記カム面上を移動可能な円筒ころと、
前記円筒ころを収容するためのポケット部における周方向の両側壁を形成するとともにこの一側壁から前記ポケット部内に向けて突出した突起が形成された樹脂製の柱部と、各柱部をアキシャル方向の両側で全周に渡って連結する円環部とを有する保持器と、
前記突起と前記円筒ころとの間に架け渡されてこの円筒ころを前記くさび状空間内にてラジアル方向の隙間が狭くなる方向に付勢するばね部材とを備える一方向クラッチにおいて、
前記円環部は、全周に渡る金属部を有することを前提とする。

本発明の一方向クラッチにおいては、保持器の円環部が全周に渡る金属部を有している。このため、ポッピング現象が発生しても、飛び出した円筒ころにより通常は樹脂製とされる円環部が受ける衝撃を抑制することが可能である。

本発明の実施に際して、前記金属部は、前記保持器の樹脂製の前記柱部と一体成形されてなることも可能である。この場合には、保持器の円環部のみならず、保持器の柱部も金属部により補強されるので、保持器の耐久性をより向上させることが可能である。なお、金属部を保持器の柱部と一体化する場合には、例えば、金属部および保持器の一方を他方に圧入する方法やインサート成形を用いることが可能である。インサート成形によれば、金属部を保持器の柱部の内部に埋め込むことも可能である。

そして、本発明は上記前提構成において、前記円環部は、前記保持器の柱部のアキシャル方向両側にそれぞれ配置された金属製の板材であることを特徴とする。これによれば、円環部の耐久性が向上することに加えて、柱部と金属部で保持器が構成されるので、シンプルな構造で柱部の耐久性を向上させることが可能である。

また、本発明において、前記円環部のアキシャル方向の各内側面には、アキシャル方向内向きに突き出る形で、前記突起側へ移動する前記円筒ころと係合して前記円筒ころの前記突起との接触を阻止するころ止めが形成されていることを特徴とする。これによれば、ポッピング現象により円筒ころが柱部の突起側へ飛び出しても、ころ止めと係合して突起との接触が阻止されるので、突起および柱部に対して衝撃を与えないようにすることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記保持器は、前記柱部と一体の樹脂製の本体部を有し、前記金属部は、この本体部の外周面を覆うリング状に形成されていることも可能である。これによれば、シンプルな構造で保持器の本体部の耐久性を向上させることが可能である。

この場合、前記金属部のアキシャル方向の各内側面には、前記保持器の柱部の外周面を覆う柱部覆いが形成されていることも可能である。これによれば、柱部覆いによりシンプルな構造で保持器の柱部の耐久性を向上させることが可能である。

また、前記金属部のアキシャル方向の各内側面には、前記柱部の突起に保持された前記ばね部材の基端部を覆うばね覆いが形成されていることも可能である。これによれば、補機装置の高速回転時において、ばね部材が遠心力によりラジアル方向外側へ変位しても、ばね覆いにより外輪部材の内周面に達することが阻止されるので、ばね部材と外輪部材との接触による両部材の磨耗を回避することが可能である。

また、前記ばね覆いは、前記柱部覆いと一体に形成されていることも可能である。これによれば、ばね覆いおよび柱部覆いをシンプルかつ容易に形成することが可能である。

また、前記金属部のアキシャル方向の各内側面には、アキシャル方向内向きに突き出る形で、前記突起側へ移動する前記円筒ころと係合して前記円筒ころの前記突起との接触を阻止するころ止めが形成されていることも可能である。これによれば、ポッピング現象により円筒ころが柱部の突起側へ飛び出しても、ころ止めと係合して突起との接触が阻止されるので、突起および柱部に対して衝撃を与えないようにすることが可能である。

この場合、前記ころ止めは、前記ばね覆いと一体に形成されていることも可能である。これによれば、ころ止めおよびばね覆いをシンプルかつ容易に形成することが可能である。

(第１実施形態)
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る一方向クラッチを備えたプーリユニットを示していて、このプーリユニットＰＵは、オルタネータプーリ（以下、単にプーリという）１０と、プーリ１０と同軸的に配置されて、一体回転可能な筒状の回転軸２０（入力軸側部材）を備えている。プーリ１０は、エンジン５０のクランク軸５１にベルト５２を介して連結されている。回転軸２０は、補機装置としてのオルタネータ６０の入力軸６１と一体回転可能に連結されている。プーリ１０の内周面と回転軸２０の外周面との間の環状空間には、一対の深溝玉軸受（以下、単に軸受という）３０，３０と一方向クラッチ４０が設けられている。

各軸受３０は、一方向クラッチ４０に作用する主としてラジアル荷重を支持する機能を果たすものであり、一方向クラッチ４０のアキシャル方向両側にそれぞれ配設されていて、内輪３１、外輪３２、複数の玉３３、および波形の保持器３４を備えている。また、内・外輪３１，３２間のアキシャル方向外端側には、シール３５が取り付けられている。

一方向クラッチ４０は、プーリ１０の回転をオルタネータ６０の入力軸６１に伝達可能なものであり、プーリ１０の回転数が回転軸２０の回転数を所定値以上下回ったときにプーリ１０から回転軸２０への動力伝達を遮断する機能を有している。

この一方向クラッチ４０は、外輪４１（外輪部材）、内輪４２（内輪部材）、円筒ころ４３（転動体）、保持器４４および圧縮コイルばね４５（ばね部材）を備えている。外輪４１は、その外周面にてプーリ１０の内周面に固定されてプーリ１０と一体回転する。また、外輪４１の内周には、円周状の内周面４１ａ（軌道面）が形成されている。

内輪４２は、図２に示すように、外輪４１と同軸的に配置されていて、その内周面にて回転軸２０の外周面に固定されて回転軸２０と一体回転する。内輪４２の外周には、回転半径が周方向に沿って変化するカム面４２ａが形成されている。カム面４２ａは断面正多角形状（例えば正八角形状）の各辺を短辺とする矩形状平面に形成されている。外輪４１の内周面４１ａと内輪４２のカム面４２ａとの間には、ラジアル方向の隙間が周方向に沿って変化するくさび状空間Ｋが形成されている。

円筒ころ４３は、カム面４２ａの数と同じ複数個（例えば８個）用いられていて、くさび状空間Ｋ内で軸線をアキシャル方向に向けて配置されている。この円筒ころ４３は、このくさび状空間Ｋにおいて、圧縮コイルばね４５によりくさび状空間Ｋが狭まる方向に付勢されるとともに、その付勢力に抗して内輪４２のカム面４２ａ上を移動可能とされている。

保持器４４は、図３および図４に示すように、籠形円筒状に形成された樹脂製の成形加工品であり、その内周部にて内輪４２に固定されて回転軸２０と一体回転する。保持器４４には、内輪４２のカム面４２ａに対応する位置にラジアル方向に貫通したポケット部４４ａが周方向に沿って等間隔で複数（例えば８ヶ所）設けられている。ポケット部４４ａは、円筒ころ４３の移動時に同ころ４３の姿勢を安定させるガイドとしての機能を果たす。隣接するポケット部４４ａ間には、周方向にてポケット部４４ａの両側壁４４ａ１を形成する柱部４４ｂが形成されている。各柱部４４ｂは、ポケット部４４ａのアキシャル方向の両側にて本体部４４ｃ，４４ｃにより全周に渡って連結されている。なお、ポケット部４４ａ内には、円筒ころ４３と内・外輪４２，４１との焼き付きを防止する等のため、グリース等の潤滑剤（図示省略）が封入されている。

柱部４４ｂには、ポケット部４４ａにおける両側壁４４ａ１の一側壁からポケット部４４ａ内に向けて突出した突起４４ｂ１が一体形成されている。突起４４ｂ１は、圧縮コイルばね４５を位置決めする機能を果たすものであり、圧縮コイルばね４５の一端部を固定している（図２参照）。圧縮コイルばね４５は、突起４４ｂ１と円筒ころ４３との間に架け渡されている。

保持器４４の外周には、リング状の金属部４６が一体成形されている。金属部４６は、鉄製のものであり、その幅寸法（アキシャル方向の長さ）が保持器４４の幅寸法（アキシャル方向の長さ）とほぼ同じ長さに設定されている。

金属部４６には、保持器４４のポケット部４４ａに対応してラジアル方向に貫通した開口部４６ａが形成されている。すなわち、金属部４６は、保持器４４の本体部４４ｃ，４４ｃの外周面を覆う円環部４６ｂ，４６ｂと、柱部４４ｂの外周面上に位置する連結部４６ｃとを備えていて、円環部４６ｂ，４６ｂが連結部４６ｃを介して周方向の複数箇所で一体化されることにより、周方向にて連結部４６ｃに隣接して開口部４６ａが形成されるようになっている。

連結部４６ｃは、各円環部４６ｂのアキシャル方向の各内側面からアキシャル方向内向きに延設されていて、柱部４４ｂ、突起４４ｂ１、および圧縮コイルばね４５の基端部を覆っている。連結部４６ｃは、柱部覆いおよびばね覆いとしての機能を果たす。また、連結部４６ｃの突起４４ｂ１側の周方向端縁４６ｃ１は、図５に示すように、突起４４ｂ１側へ移動する円筒ころ４３と係合して円筒ころ４３の突起４４ｂ１との接触を阻止する位置に形成されている。連結部４６ｃの周方向端縁４６ｃ１は、ころ止めとしての機能を果たす。

次に、上記のように構成された一方向クラッチ４０の動作について説明する。一方向クラッチ４０は、外輪４１（プーリ１０）から内輪４２（回転軸２０）へ動力が伝達される伝動状態（ロック状態）と、外輪４１から内輪４２への動力伝達が遮断される遮断状態（フリー状態）とに切り換えられる。伝動状態においては、円筒ころ４３が圧縮コイルばね４５（図５参照）の付勢力によってくさび状空間Ｋが狭まる方向に押圧されて外輪４１の内周面４１ａと内輪４２のカム面４２ａとでロックされる（図５の仮想線状態）。一方、遮断状態においては、円筒ころ４３が圧縮コイルばね４５の付勢力に抗してくさび状空間Ｋ内を逆方向に移動する（図５の実線状態）。

ところで、この第１実施形態においては、リング状の金属部４６が、その内周面にて保持器４４の外周面に一体成形されている。このため、保持器４４の本体部４４ｃのみならず、保持器４４の柱部４４ｂも金属部４６により補強されているので、保持器４４全体としての耐久性を向上させることが可能である。

また、この第１実施形態では、金属部４６の連結部４６ｃが保持器４４の柱部４４ｂおよび突起４４ｂ１を覆っている。このため、オルタネータ６０の入力軸６１の高速回転時において、圧縮コイルばね４５が遠心力によりラジアル方向外方側へ変位しても、金属部４６の連結部４６ｃにより外輪４１の内周面に達することが阻止されるので、外輪４１と圧縮コイルばね４５との接触による両部材４１，４５の磨耗を回避することが可能である。

また、この第１実施形態では、ポッピング現象により円筒ころ４３が柱部４４ｂの突起４４ｂ１側へ飛び出しても、連結部４６ｃの周方向端縁４６ｃ１と係合して突起４４ｂ１との接触が阻止されるので（図５の破線状態）、突起４４ｂ１および柱部４４ｂに対して衝撃を与えないようにすることが可能である。

（第１変形実施形態）
上記第１実施形態においては、金属部４６の両円環部４６ｂ，４６ｂが連結部４６ｃを介して一体化されるように実施したが、これに限らず、例えば図６に示すように、各金属部４６’は、各円環部４６ｂの内側面から保持器４４の柱部４６ｂの外周面上側へ突き出た突出部４６ｄを有するように実施することも可能である。なお、この第１変形実施形態の他の構成については、上記第１実施形態と同様であるので、上記第１実施形態と同じ部材には同一の符号を付して、説明を省略する。

突出部４６ｄは、柱部４４ｂの一外周面を覆うとともに、圧縮コイルばね４５の基端部を覆うように形成されている。突出部４６ｄの突起４４ｂ１側の周方向端縁４６ｄ１は、突起４４ｂ１側へ移動する円筒ころ４３と係合して円筒ころ４３の突起４４ｂ１との接触を阻止する位置に形成されている。突出部４６ｄは、柱部覆いおよびばね覆いとしての機能を果たし、突出部４６ｄの周方向端縁４６ｄ１は、ころ止めとしての機能を果たす。

この第１変形実施形態によっても、保持器４４の本体部４４ｃのみならず、柱部４４ｂの耐久性を向上させることが可能である。また、オルタネータ６０の入力軸６１の高速回転時において、圧縮コイルばね４５が遠心力によりラジアル方向外方側へ変位しても、金属部４６’の突出部４６ｄにより外輪４１の内周面に達することが阻止されるので、外輪４１と圧縮コイルばね４５との接触による両部材４１，４５の磨耗を回避することが可能である。

また、この第１変形実施形態によれば、ポッピング現象により円筒ころ４３が柱部４４ｂの突起４４ｂ１側へ飛び出しても、突出部４６ｄの周方向端縁４６ｄ１と係合して突起４４ｂ１との接触が阻止されるので、突起４４ｂ１および柱部４４ｂに対して衝撃を与えないようにすることが可能である。

（第２変形実施形態）
上記第１実施形態においては、ころ止めとして機能する連結部４６ｃの周方向端縁４６ｃ１が、柱部覆いおよびばね覆いとして機能する連結部４６ｃと一体形成されるように実施した。また、上記第１変形実施形態においては、ころ止めとして機能する突出部４６ｄの周方向端縁４６ｄ１が、柱部覆いおよびばね覆いとして機能する突出部４６ｄと一体形成されるように実施した。しかし、これらに限らず、例えば図７に示すように、金属部４６”において、ころ止めとして機能する突出部４６ｅを、柱部覆いおよびばね覆いとして機能する連結部４６ｃと別に形成することも可能である。

（第２実施形態）
上記第１実施形態および各変形実施形態においては、保持器４４の柱部４４ｂおよび本体部４４ｃ，４４ｃが一体化されて、保持器４４が全体として籠形円筒状に形成されるように実施したが、これに代えて、例えば図８および図９に示すように、保持器１４４が、柱部１４４ｂと、一対の金属部１４６，１４６とで構成されるように実施することも可能である。なお、この第２実施形態の他の構成については、上記第１実施形態等と同様であるので、上記第１実施形態等と同じ部材には同一の符号を付して、説明を省略する。

柱部１４４ｂは、樹脂製の成形加工品であり、突起１４４ｂ１および基端部１４４ｂ２を一体に備えている。一対の金属部１４６，１４６は、鉄製の円板状板材であり、各内側部には凹部１４６ａおよび段部１４６ｂが形成されている。柱部１４４ｂは、金属部１４６，１４６により一体的に連結されていて、基端部１４４ｂ２が凹部１４６ａ，１４６ａに係合して回り止めされている。段部１４６ｂ，１４６ｂは、金属部１４６，１４６の内側面からアキシャル方向内向きに突き出る形で形成されていて、突起１４４ｂ１側へ移動する円筒ころ４３と係合して円筒ころ４３の突起１４４ｂ１との接触を阻止する。段部１４６ｂ，１４６ｂは、ころ止めとして機能する。

この第２実施形態においては、周方向における柱部１４４ｂの両側面と、金属部１４６，１４６の内側面とでポケット部１４４ａが形成されるようになっている。このため、保持器１４４における円環部の耐久性が向上することに加えて、シンプルな構造で柱部１４４ｂの耐久性を向上させることも可能である。

また、この第２実施形態では、ポッピング現象により円筒ころ４３が柱部１４４ｂの突起１４４ｂ１側へ飛び出しても、金属部１４６，１４６の段部１４６ｂ，１４６ｂと係合して突起１４４ｂ１との接触が阻止されるので、突起１４４ｂ１および柱部１４４ｂに対して衝撃を与えないようにすることが可能である。

上記した各実施形態では、一方向クラチッチ４０が、プーリ１０に固定されて一体回転する外輪４１と、オルタネータ６０の入力軸６１に固定されて一体回転する内輪４２とを備えていたが、外輪４１または内輪４２を備えていないタイプの一方向クラチッチについても、上記と同様にして実施することが可能である。

また、上記した各実施形態では、補機装置としてオルタネータを用いた場合について説明したが、これに加えてまたは代えて、例えばコンプレッサ、ウォータポンプなどの補機装置を用いて実施することも可能である。

本発明の第１実施形態に係る一方向クラッチを備えたプーリユニットの縦断面図。 図１の２−２断面図。 図１に示した内輪、保持器および金属部の斜視図。 図３に示した保持器の部分平面図。 図１に示した一方向クラッチの作動説明図。 本発明の第１変形実施形態に係る一方向クラッチの保持器の部分平面図。 本発明の第２変形実施形態に係る一方向クラッチの保持器の部分平面図。 本発明の第２実施形態に係る一方向クラッチの保持器の一部破断部分平面図。 図８の正面図。

符号の説明

ＰＵ プーリユニット
１０ プーリ
２０ 回転軸
３０ 軸受
４０ 一方向クラッチ
４１ 外輪（外輪部材）
４１ａ 内周面
４２ 内輪（内輪部材）
４２ａ カム面
４３ 円筒ころ
４４，１４４ 保持器
４４ａ，１４４ａ ポケット部
４４ｂ，１４４ｂ 柱部
４４ｂ１，１４４ｂ１ 突起
４４ｃ 本体部
４５ 圧縮コイルばね（ばね部材）
４６，４６’，４６”，１４６ 金属部
４６ａ 開口部
４６ｂ 円環部
４６ｃ 連結部（柱部覆い、ばね覆い）
４６ｃ１ 周方向端縁（ころ止め）
４６ｄ 突出部（柱部覆い、ばね覆い）
４６ｄ１ 周方向端縁（ころ止め）
４６ｅ 突出部（ころ止め）
５０ エンジン
５１ クランク軸
６０ オルタネータ（補機装置）
６１ 入力軸
１４６ｂ 段部（ころ止め）
Ｋ くさび状空間

Claims (1)

1. 外輪部材と、
   前記外輪部材と同軸的に配置されて回転半径が周方向に沿って変化するカム面を有する内輪部材と、
   前記外輪部材の内周面と前記内輪部材のカム面との間に形成されるラジアル方向の隙間が周方向に沿って変化するくさび状空間内で前記カム面上を移動可能な円筒ころと、
   前記円筒ころを収容するためのポケット部における周方向の両側壁を形成するとともにこの一側壁から前記ポケット部内に向けて突出した突起が形成された樹脂製の柱部と、各柱部をアキシャル方向の両側で全周に渡って連結する円環部とを有する保持器と、
   前記突起と前記円筒ころとの間に架け渡されてこの円筒ころを前記くさび状空間内にてラジアル方向の隙間が狭くなる方向に付勢するばね部材とを備える一方向クラッチにおいて、
   前記円環部は、前記保持器の樹脂製の柱部のアキシャル方向両側にそれぞれ配置された金属製の板材で構成され、
   前記円環部のアキシャル方向の各内側面には、アキシャル方向内向きに突出し、前記突起側へ移動する前記円筒ころと係合することで、前記円筒ころと前記突起との接触を阻止するころ止めが形成されていることを特徴とする一方向クラッチ。

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