JP4957264B2

JP4957264B2 - プーリユニット

Info

Publication number: JP4957264B2
Application number: JP2007013291A
Authority: JP
Inventors: 肇渡邉; 英樹藤原; 知也山谷; 雅貴前田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-01-24
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2027-01-24
Also published as: JP2008180261A

Description

この発明は、プーリユニットに関し、特に、ベルトの張力変動に伴うプーリの回転変動を吸収するようになされたプーリユニットに関する。

例えば自動車エンジンなどのクランクシャフトからベルトを介して駆動される補機（例えば、エアコンディショナ用の圧縮機）に装備されるプーリユニットでは、一方向クラッチを用いることにより、ベルトの張力変動に伴うプーリの回転変動を吸収するようになされている。

このような一方向クラッチとして、特許文献１には、内輪、外輪、両軌道輪間に配された複数のころ、各ころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材および各ころを保持するポケットを有する保持器を備えており、内輪および外輪のうちのいずれか一方の軌道輪に、ロック位置およびフリー位置を規定するカム面が形成されているものが記載されている。

理想的に回転変動を吸収するためには、一方向クラッチ機能（トルク断続機能）に加えて、ばねにより弾性的にトルクを吸収させるトルク吸収機能があることが好ましく、特許文献２には、一方向クラッチとして、ばねクラッチを使用し、トルク吸収のために、捩りコイルばねを使用したプーリユニットが提案されている。
特開２００１−０９０７５１号公報特表２００１−５２３３２５号公報

上記特許文献２のものでは、一方向クラッチ機能＋トルク吸収機能によって回転変動吸収機能は向上しているが、ばねクラッチのクラッチ面となるばね外周面がプーリ内周面全面に常に接触しているため、空転時に潤滑剤が供給されにくく、発熱・焼付きが発生し、寿命が短いという問題があった。ばねクラッチに代えて、特許文献１に示されているころ式のクラッチを使用することで潤滑性の問題は解消されるが、この場合には、内・外輪の芯出しが必要であるため、別に軸受が必要となり、構造が複雑になるという問題がある。

この発明の目的は、一方向クラッチ機能＋トルク吸収機能によって回転変動吸収機能を向上させることが可能であり、しかも、耐久性に優れ、構造が簡単なプーリユニットを提供することにある。

第１の発明によるプーリユニットは、内外輪の相対回転速度に応じてロック状態およびフリー状態に切換可能な一方向クラッチと、プーリに作用するトルクを弾性的に吸収するトルク吸収手段とを備えたプーリユニットにおいて、一方向クラッチは、円錐状外周面を有する内輪、円錐状内周面を有する外輪、両輪間に配置されたころおよびころを内外輪の軌道に押し付ける付勢部材を有するころクラッチであり、ころクラッチの付勢部材が圧縮状態で使用される捩りコイルばねとされることにより、捩りコイルばねの圧縮に伴う弾性力によってころが内外輪の軌道に押し付けられ、捩りコイルばねの捩り変形に伴う弾性力によってトルク吸収機能が得られていることを特徴とするものである。

捩りコイルばねは、一方向クラッチが取り付けられる軸と同心の円筒状に形成され、軸に設けられた環状のばね保持部と一方向クラッチの内輪端面に設けられた環状のばね保持部との間に挟持される。

円錐状外周面を有する内輪、円錐状内周面を有する外輪、両輪間に配置されたころおよびころを内外輪の軌道に押し付ける付勢部材を有するころクラッチ（円錐ころクラッチ）は、公知のもので、いずれか一方にカム面が、他方に円筒面が形成される内外輪、両輪間に配置されたころおよびころをロック方向に付勢する付勢部材を有するころクラッチ（円筒ころクラッチ）に比べて、調心作用を有している点において優れているが、その付勢部材は、板ばねまたは圧縮コイルばねであり、回転変動を弾性的に吸収する機能は有していない。

第１の発明における付勢部材としての捩りコイルばねは、特許文献２と同様に、回転方向に弾性力を付与して、これにより、トルクを吸収する機能を得るものであるが、軸方向の弾性力を与えることはできない。しかしながら、この捩りコイルばねを圧縮状態で使用することにより、ころを内外輪の軌道に押し付けるための軸方向荷重を与える付勢部材とトルクを吸収するトルク吸収機能を得るための付勢部材とを兼ねさせることができる。これにより、全体の体格を大きくすることなく、また、部品数を増加することなく、トルク吸収機能のないころクラッチを使用して、一方向クラッチ機能およびトルク吸収機能の両方を有するプーリユニットを得ることができる。

第２の発明によるプーリユニットは、内外輪の相対回転速度に応じてロック状態およびフリー状態に切換可能な一方向クラッチと、プーリに作用するトルクを弾性的に吸収するトルク吸収手段とを備えたプーリユニットにおいて、一方向クラッチは、円錐状外周面を有する内輪、円錐状内周面を有する外輪、両輪間に配置されたころおよびころを内外輪の軌道に押し付ける付勢部材を有するころクラッチであり、内輪および外輪の軌道形状がころに曲げモーメントが作用するような形状とされることにより、ころの曲げ弾性変形によってトルク吸収機能が得られていることを特徴とするものである。

円錐状外周面を有する内輪、円錐状内周面を有する外輪、両輪間に配置されたころおよびころを内外輪の軌道に押し付ける付勢部材を有するころクラッチは、上述のように公知のものである。したがって、一方向クラッチ機能およびトルク吸収機能の両方を得るには、弾性的にトルクを吸収する機能が必要となる。

そこで、第２の発明では、ころを積極的に曲げ変形させ、そのときの弾性変形による弾性力を利用して、トルク吸収機能を得るようにしている。すなわち、従来のころクラッチでは、ころと線接触するように（ころが曲げ変形しないように）、内外輪軌道の母線形状が双曲線とされているのに対し、第２の発明では、内外輪軌道の母線形状は例えば直線とされ、これにより、ころがその両端部で外輪軌道に接触するとともに、その中央部で内輪軌道に接触し、ころが曲げ変更可能とされている。ころは、内外輪軌道に押し付けられて線接触するまで変形が可能となるが、このときの歪み量はころが折れない範囲に抑えられる。これにより、一方向クラッチ全体の体格を大きくすることなく、また、部品数を増加することなく、トルク吸収機能のないころクラッチを使用して、一方向クラッチ機能およびトルク吸収機能の両方を有するプーリユニットを得ることができる。

一方向クラッチとしての円筒ころクラッチは、上述のように、内外輪の芯出しが必要であり、クラッチのために別に軸受が必要となる点で構造が複雑であり、また、トルク吸収機能を有する付勢部材を追加しようとすると、一方向クラッチの体格が大きくなるという問題があるが、上記第１および第２の発明によると、円錐ころクラッチを使用することで、芯出しを可能とし、しかも、円錐ころクラッチを基準として、部品数を大きさを増加することなく、トルク吸収機能を得ることで、部品点数が少なくコンパクトなプーリユニットが得られる。

上記のプーリユニットは、自動車のオルタネータ、エアコンディショナ用圧縮機などの補機その他種々の装置において使用することができる。

第１の発明のプーリユニットによると、一方向クラッチをころクラッチとすることで、潤滑性が向上して寿命が長くなり、また、ころを内外輪の軌道に押し付ける捩りコイルばねがトルク吸収手段を兼ねているので、部品の数を増加させずに一方向クラッチ機能とトルク吸収機能との両機能を得ることができる。

第２の発明のプーリユニットによると、一方向クラッチをころクラッチとすることで、潤滑性が向上して寿命が長くなり、また、内輪および外輪の軌道形状がころに曲げモーメントが作用するような形状とされることにより、ころの曲げの弾性変形によってトルク吸収手段が得られているので、部品の数を増加させずに一方向クラッチ機能とトルク吸収機能との両機能を得ることができる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、左右は、図１および図４の左右をいうものとする。

図１から図３までは、第１の発明によるプーリユニットの１実施形態を示している。

プーリユニット(1)は、自動車のエンジンの駆動部とオルタネータの発電用回転軸とを連結する部分に配置されるもので、図１に示すように、オルタネータの回転軸(2)に嵌められる中空軸(3)とこれと同心に配置されたプーリ(4)との間に、一方向クラッチ(5)が設けられている。プーリ(4)の外周には、Ｖリブドベルトが掛け渡されるベルト掛け渡し部(4a)が設けられている。

一方向クラッチ(5)は、中空軸(3)とプーリ(4)の軸方向中間部との間に設けられており、中空軸(3)とプーリ(4)の各左端部寄り部分の間には、転動体が玉(6a)の玉軸受(6)が一方向クラッチ(5)と並列に設けられている。プーリ(4)は、一方向クラッチ(5)の外輪(12)および軸受(6)の外輪を兼ねており、一方向クラッチ(5)の内輪(11)は、軸方向移動可能に中空軸(3)に嵌め合わせられ、軸受(6)の内輪(6b)は、中空軸(3)に圧入固定されている。

一方向クラッチ(5)は、内輪(11)、プーリ(4)の一部である外輪(12)、両輪(11)(12)間に配置されたころ(13)、ころ(13)を内外輪(11)(12)の軌道に押し付ける付勢部材(14)およびころ(13)を保持する保持器(15)を有するころクラッチとされている。内輪(11)外周の軌道(11a)は、先細りとなる円錐台形状のテーパ面で、外輪(12)内周の軌道(12a)は、内輪(11)の軌道(11a)に対応して円錐台形状とされている。内輪(11)の左右端部には、ころ(13)の軸方向の移動を規制するつば部(11b)(11c)が設けられている。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、ころ(13)は、内外輪(11)(12)の中心軸ｘに対して、所定のねじれ角βで傾斜配置されている。また、内輪(11)および外輪(12)の軌道(11a)(12a)は、ころ(13)が線接触するように、図２（ａ）に示すように、ころ(13)を中心軸ｘに対して回転させた際の回転軌跡である双曲面形状とされている。この内外輪(11)(12)の軌道(11a)(12a)は、中心軸ｘに対して所定の角度αで傾斜している。これにより、ころ(13)は、所定のねじれ角βで内外輪(11)(12)の軌道(11a)(12a)と接触し、内外輪(11)(12)の回転に伴ってころ(13)が軌道(11a)(12a)間で螺旋状に転がる。この際、ころ(13)を介して内輪(11)を外輪(12)内に捩り込む方向に回転させると、図２（ｂ）に矢印で示す軸方向力Ｆが働き、ロック状態となり、その逆方向に回転させると、矢印とは逆向きの軸方向力が働き、フリー状態となる。

付勢部材(14)は、圧縮状態で使用される捩りコイルばねとされており、中空軸(3)と同心の円筒状に形成されて、その左端部(14a)が内輪(11)右面に設けられた断面コ字状の環状ばね保持部(16)に嵌め入れられ、その右端部(14b)が中空軸(3)の右端部に設けられた断面コ字状の環状ばね保持部(17)に嵌め入れられることで、内輪(11)と中空軸(3)との間に挟持されている。したがって、図３に示すように、捩りコイルばね(14)の圧縮に伴う左向きの弾性力Ｔによって、内輪(11)が左方に付勢され、これによって、ころ(13)が内外輪(11)(12)の軌道(11a)(12a)に押し付けられ、一方向クラッチ(5)の機能が得られている。さらに、捩りコイルばね(14)の捩り変形に伴う弾性力Ｒによって、弾性的にトルクを吸収する機能が得られている。

図４および図５は、第２の発明によるプーリユニットの１実施形態を示している。

プーリユニット(21)は、自動車のエンジンの駆動部とオルタネータの発電用回転軸とを連結する部分に配置されるもので、図４に示すように、オルタネータの回転軸(22)に嵌められる中空軸(23)とこれと同心に配置されたプーリ(24)との間に、一方向クラッチ(25)が設けられている。プーリ(24)の外周には、Ｖリブドベルトが掛け渡されるベルト掛け渡し部(24a)が設けられている。

一方向クラッチ(25)は、中空軸(23)とプーリ(24)の軸方向中間部との間に設けられており、中空軸(23)とプーリ(24)の各左端部寄り部分の間には、転動体が玉(26a)の玉軸受(26)が一方向クラッチ(25)と並列に設けられている。プーリ(24)は、一方向クラッチ(25)の外輪(32)および軸受(26)の外輪を兼ねており、一方向クラッチ(25)の内輪(31)は、軸方向移動可能に中空軸(23)に嵌め合わせられ、軸受(26)の内輪(26b)は、中空軸(3)に圧入固定されている。

一方向クラッチ(25)は、内輪(31)、プーリ(24)の一部である外輪(32)、両輪(31)(32)間に配置されたころ(33)およびころ(33)を内外輪(31)(32)の軌道に押し付ける付勢部材(34)を有するころクラッチとされている。内輪(31)外周の軌道(31a)は、先細りとなる円錐台形状のテーパ面で、外輪(32)内周の軌道(32a)は、内輪(31)の軌道(31a)に対応して円錐台形状とされている。内輪(31)の左右端部には、ころ(33)の軸方向の移動を規制するつば部(31b)(31c)が設けられている。

図５（ａ）に示すように、ころ(33)は、内外輪(31)(32)の中心軸ｘに対して、所定のねじれ角βで傾斜配置されており、内外輪(31)(32)の軌道(31a)(32a)は、中心軸ｘに対して所定の角度αで傾斜している。これにより、ころ(33)は、所定のねじれ角βで内外輪(31)(32)の軌道(31a)(32a)と接触し、内外輪(31)(32)の回転に伴ってころ(33)が軌道(31a)(32a)間で螺旋状に転がる。この際、ころ(33)を介して内輪(31)を外輪(32)内に捩り込む方向（矢印で示す方向）に回転させると、矢印で示す軸方向力Ｆが働き、ロック状態となり、その逆方向に回転させると、矢印とは逆向きの軸方向力が働き、フリー状態となる。

付勢部材(34)は、押しばねとして使用される圧縮コイルばねであり、コイルばね(34)の圧縮に伴う弾性力によって、内輪(31)が左方に付勢され、ころ(33)が内外輪(31)(32)の軌道(31a)(32a)に押し付けられている。

内輪(31)および外輪(32)の軌道(31a)(32a)は、ころ(33)が線接触する条件であるローラを中心軸に対して回転させた際の回転軌跡である双曲面形状とされているのではなく、図５（ｂ）に示すように、内輪(31)および外輪(32)の軌道(31a)(32a)形状がころ(33)に曲げモーメントが作用するような形状とされており、ころ(33)は、その両端部(33a)(33b)において外輪(32)に接触し、その中央部(33c)において内輪(31)に接触している。このような内輪(31)および外輪(32)の軌道(31a)(32a)形状は、母線形状を例えば直線形状とすることで得ることができる。この結果、ころ(33)の移動に伴って、図５（ｃ）に示すように、ころ(33)が曲げ変形を受け、このころ(33)の曲げ変形に伴う弾性力によって、弾性的にトルクを吸収する機能が得られる。

内輪または外輪にカム面が設けられているころクラッチでは、ころにばね性を持たせるに際して、ころの公転量をカム面の周方向長さ以下にする必要があり、ねじれ量に限界があるため、十分なトルク吸収機能が得られないが、上記ころクラッチ(25)は、周方向に連続的な形状なので、ころの公転方向のねじれ量に限界がなく、十分な弾性力を得ることができる。

図１は、第１の発明によるプーリユニットの１実施形態を示す縦断面図である。図２は、第１の発明によるプーリユニットのころクラッチを模式的に示す図である。図３は、第１の発明によるプーリユニットの付勢部材を模式的に示す図である。図４は、第２の発明によるプーリユニットの１実施形態を示す縦断面図である。図５は、第２の発明によるプーリユニットの一方向クラッチを模式的に示す図である。

符号の説明

(1)(21) プーリユニット
(3)(23) 中空軸
(4)(24) プーリ
(5)(25) 一方向クラッチ
(11)(31) 内輪
(12)(32) 外輪
(13)(33) ころ
(14) 捩りコイルばね（付勢部材）
(34) 圧縮コイルばね（付勢部材）

Claims

内外輪の相対回転速度に応じてロック状態およびフリー状態に切換可能な一方向クラッチと、プーリに作用するトルクを弾性的に吸収するトルク吸収手段とを備えたプーリユニットにおいて、一方向クラッチは、円錐状外周面を有する内輪、円錐状内周面を有する外輪、両輪間に配置されたころおよびころを内外輪の軌道に押し付ける付勢部材を有するころクラッチであり、ころクラッチの付勢部材が圧縮状態で使用される捩りコイルばねとされることにより、捩りコイルばねの圧縮に伴う弾性力によってころが内外輪の軌道に押し付けられ、捩りコイルばねの捩り変形に伴う弾性力によってトルク吸収機能が得られていることを特徴とするプーリユニット。
内外輪の相対回転速度に応じてロック状態およびフリー状態に切換可能な一方向クラッチと、プーリに作用するトルクを弾性的に吸収するトルク吸収手段とを備えたプーリユニットにおいて、一方向クラッチは、円錐状外周面を有する内輪、円錐状内周面を有する外輪、両輪間に配置されたころおよびころを内外輪の軌道に押し付ける付勢部材を有するころクラッチであり、内輪および外輪の軌道形状がころに曲げモーメントが作用するような形状とされることにより、ころの曲げ弾性変形によってトルク吸収機能が得られていることを特徴とするプーリユニット。