JP5035619B2

JP5035619B2 - 一方向クラッチ

Info

Publication number: JP5035619B2
Application number: JP2007337358A
Authority: JP
Inventors: 憲和合田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-12-27
Also published as: JP2009156407A

Description

本発明は、一方向クラッチに関し、特にトルクリミッタ機能付きの一方向クラッチに関する。

この種の一方向クラッチとして、例えば下記特許文献１に記載されているように、外輪と内輪とがころを介して同軸的に配置され、内輪に形成された複数のカム面により外輪と内輪間に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が形成され、ころがくさび状空間内でカム面上を移動可能に設けられており、ころが外輪と内輪間に噛み込むロック状態で外輪と内輪とが一体回転し、ころが外輪と内輪間に噛み込まないフリー状態で外輪と内輪とが相対回転するものが知られている。そして、この特許文献１に記載された一方向クラッチでは、カム面に凹部（トルクリミット用溝）が形成されており、所定のトルクリミット値に達したとき、ころが凹部に嵌り込んで外輪と内輪とが相対回転する（トルクリミッタ機能）。したがって、この特許文献１に記載された一方向クラッチを、例えば車両のエアコン用のコンプレッサ、オルタネータ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどのエンジン補機を駆動するプーリに適用した場合には、エンジン補機の破損（例えば、コンプレッサの焼付き等）によりプーリに過大なトルクが発生しても、プーリがフリー状態となることで破損したエンジン補機へのトルク伝達が遮断されるようになる。このため、エンジンの動力をプーリに伝達するベルトの異常摩耗や破損を良好に防止することができる。

特開２００２−１０６６０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された一方向クラッチでは、カム面に形成された凹部がトルクリミッタの主要部としての機能を果たしている。したがって、カム面に凹部を例えば溝加工により形成する必要がある。また、凹部にころが一旦嵌り込んだ場合であっても、凹部内でのころの挙動が不安定になり易いため、振動などの外乱により、ころが凹部から抜け出してトルクリミッタ作動後に再度ロック状態となる可能性もある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、トルクリミット用溝を用いないトルクリミッタ機構を簡易に実現することにある。

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、外輪部材と内輪部材とがころを介して同軸的に配置され、外輪部材または内輪部材に形成された複数のカム面により該外輪部材と該内輪部材間にラジアル方向の隙間が周方向に沿って変化するくさび領域が形成され、ころがくさび領域内でカム面上を移動可能に設けられており、ころが外輪部材と内輪部材間に噛み込むロック状態で該外輪部材と該内輪部材とが一体回転し、ころが外輪部材と内輪部材間に噛み込まないフリー状態で該外輪部材と該内輪部材とが相対回転する一方向クラッチであって、
くさび領域は、複数のカム面のうち隣り合う一組のカム面毎に両カム面に跨って形成され、各組のカム面の一方との間に形成された、外輪部材の回転方向に向けて狭くなる領域に対応してころをロック状態とするロック領域が形成され、各組のカム面の他方との間に形成された、外輪部材の回転方向に向けて広くなる領域に対応してころをフリー状態とするフリー領域が形成されており、所定のトルクリミット値に達したことを条件として、ロック領域からカム面間の中間領域を通過してフリー領域へのころの進入が許容されていることを特徴とする。

これによれば、外輪部材と内輪部材間に形成されるくさび領域が、複数のカム面のうち隣接する一組のカム面毎に両カム面に跨って形成されている。くさび領域には、一組のカム面の一方に対応してころをロック状態とするロック領域が形成され、一組のカム面の他方に対応してころをフリー状態とするフリー領域が形成されている。そして、所定のトルクリミット値に達したことを条件として、ロック領域からフリー領域へのころの進入が許容されている。

このため、カム面にトルクリミット用溝を形成しなくても、トルクリミッタ機構を実現することができるので、トルクリミット機能を有しない一方向クラッチを流用することができ、製造が容易になる。また、トルクリミット用溝を用いた場合のようにトルクリミット作動後において再度ロック状態となる可能性が低くなるので、トルクリミット作動後の安定性を確保することができる。

本発明の実施に際して、フリー領域には、ころの移動を規制する規制部が設けられるとよい。この場合、規制部は、ばねであると好適である。

これによれば、規制部によって、フリー領域内へ進入したころの移動が規制される。このため、トルクリミット作動後の安定性をより一層高めることができる。また、規制部をばねとした場合には、外輪部材又は内輪部材の回転等に伴うころの振動がばねにより吸収されるようになって、ころの位置をフリー領域内にて安定化させることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態に係る一方向クラッチを含んでなる一方向クラッチユニットを備えたプーリユニットの縦断面図、図２は図１の一方向クラッチの正面断面図、図３は図２の部分拡大平面展開図、図４は図２の部分拡大図である。図１中、１は車両のエンジン補機としてのエアコン用のコンプレッサ、１０はプーリユニット、２０は一方向クラッチユニットであり、エンジン（図示省略）の動力がベルト４を介してプーリユニット１０に伝達され、更にプーリユニット１０から一方向クラッチユニット２０を経由してコンプレッサ１の駆動軸３に伝達され、駆動軸３が軸線Ｏ回りに回転駆動されるようになっている。

コンプレッサ１は、例えば斜板型、ワッフル型など周知の連続可変容量式のものであり、その機構部（図示省略）がケース２に組み付けられている。ケース２は、軸線Ｏを中心線として外方へ向けて延び出す円筒部２ａを一体に備えており、駆動軸３が円筒部２ａを通して外方へ突出している。駆動軸３の軸端には、外スプライン部３ａが形成されている。

プーリユニット１０は、プーリ１１とフランジ部材１２とを備えている。プーリ１１は、軸線Ｏを中心線とする円筒状のボス部１１ａを一体に備え、ボス部１１ａ内に嵌入された複列転がり軸受１３（例えば、複列アンギュラ玉軸受）を介してケース２の円筒部２ａに回転可能に支持されている。

フランジ部材１２は、円筒状のボス部１２ａを一体に備え、ボス部１２ａがプーリ１１のボス部１１ａとは反対方向へ突出するようにプーリ１１にボルト５により取り付けられている。ボス部１２ａ内には、一方向クラッチユニット２０が組み付けられている。

一方向クラッチユニット２０は、アキシャル方向に隣接した一方向クラッチ３０とサポート軸受４０（例えば、一列の玉軸受）とで構成されている。一方向クラッチ３０は、クラッチ用外輪部３１（外輪部材）、クラッチ用内輪部３２（内輪部材）、保持器３３、ころ３４及びコイルばね３５，３６を備え、サポート軸受４０は、軸受用外輪部４１、軸受用内輪部４２、保持器４３及び玉４４を備えている。

具体的には、一方向クラッチ３０のクラッチ用外輪部３１と、サポート軸受４０の軸受用外輪部４１とが一体化されて一方向クラッチユニット２０の一体外輪２１を構成し、一方向クラッチ３０のクラッチ用内輪部３２と、サポート軸受４０の軸受用内輪部４２とが一体化されて一方向クラッチユニット２０の一体内輪２２を構成している。一体内輪２２には、内スプライン部２２ａが形成されており、駆動軸３と一体内輪２２とが各スプライン部３ａ，２２ａにてスプライン結合されている。

クラッチ用内輪部３２の外周面には、図２に示すように、周方向に複数（例えば、８つ）のカム面３２ａが形成されている。各カム面３２ａは、何れも同じ大きさの矩形平面状に形成されており、クラッチ用外輪部３１の内周面３１ａとの間に周方向の一方に向けて狭くなるくさび領域Ｋを形成している。具体的には、くさび領域Ｋは、一組のカム面３２ａ，３２ａ毎に両カム面３２ａ，３２ａに跨って形成されている。

くさび領域Ｋは、通常のトルク負荷状態（クラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３１とが一体回転する状態）でころ３４が留まるロック領域Ｋｒと、トルクリミット後にころ３４が留まるフリー領域Ｋｆとを含んでなる。ロック領域Ｋｒでは、クラッチ用外輪部３１の回転（図４では時計回り）に対してころ３４がクラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２間に噛み込むが、フリー領域Ｋｆでは、クラッチ用外輪部３１の回転に対してころ３４がクラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２間に噛み込まない（単なる転がり接触或いは滑り）ようになっている。

保持器３３は、クラッチ用内輪部３２のカム面３２ａと係合可能な係合孔部を有する合成樹脂製の籠形筒状のものであり、クラッチ用内輪部３２に周方向及び軸方向に位置決めされた状態で外装されている。保持器３３には、図３及び図４に示すように、一組のカム面３２ａ，３２ａ毎に径方向に貫通するポケット３３ａが形成されている。

各ポケット３３ａは、ころ３４の移動時にころ３４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３３ａ間には、ポケット３３ａの周長を規定する柱部３３ｂが形成されている。各柱部３３ｂは、一組のカム面３２ａ，３２ａで構成されるロック領域Ｋｒと隣接する他の一組のカム面３２ａ，３２ａで構成されるフリー領域Ｋｆとを周方向にて区画している。各柱部３３ｂは、ポケット３３ａのアキシャル方向の両側にて全周に渡って連結されるとともに、一組のカム面３２ａ，３２ａで構成されるロック領域Ｋｒ側へ突出するばね用突起３３ｃと、他の一組のカム面３２ａ，３２ａで構成されるフリー領域Ｋｆ側へ突出するばね用突起３３ｄとを一体に備えている。

ころ３４は、鋼製の円柱体であり、カム面３２ａ，３２ａの組数（ポケット３３ａの数）と同じ数（例えば、４個）だけ用いられている。ころ３４は、通常のトルク負荷状態でコイルばね３５によりロック領域Ｋｒ側へ付勢されるとともに、その付勢力に抗してカム面３２ａ上を移動可能とされている。

コイルばね３５は、柱部３３ｂのばね用突起３３ｃに装着され、コイルばね３６は、柱部３３ｂのばね用突起３３ｄに装着されている。コイルばね３６は、コイルばね３５よりもばね定数が小さく設定されており、フリー領域Ｋｆ内に進入したころ３４の振動を吸収して、フリー領域Ｋｆ内にて位置決めする。

サポート軸受４０は、クラッチ用外輪部３１及びクラッチ用内輪部３２を位置決め（芯出し）する。すなわち、サポート軸受４０は、一方向クラッチ３０におけるくさび角の変化を防止して、一方向クラッチ３０がトルクリミッタとして機能するときのトルクリミット値のばらつきを防止する機能を果たす。

上記のように構成された一方向クラッチ３０において、プーリ１１の回転速度がコンプレッサ１の駆動軸３よりも相対的に速くなった場合には、一方向クラッチ３０のころ３４がくさび領域Ｋ内のロック領域Ｋｒ側へ転動してクラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２間に噛み込む。このため、クラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２とが一体回転するロック状態（トルク伝達状態）となり、プーリ１１、フランジ部材１２、一方向クラッチユニット２０及びコンプレッサ１の駆動軸３が一体化して同期回転する。

一方、プーリ１１の回転速度がコンプレッサ１の駆動軸３よりも相対的に遅くなった場合には、一方向クラッチ３０のころ３４がくさび領域Ｋ内のばね用突起３３ｃ側（広い領域側）へ転動してクラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２間に噛み込まなくなる。このため、クラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２とが相対回転するフリー状態（トルク遮断状態）となり、プーリ１１からコンプレッサ１の駆動軸３への回転動力の伝達が遮断されて、駆動軸３が回転慣性力のみで回転を継続するようになる。これにより、エンジンからプーリ１１に伝達される回転変動が吸収されて、駆動軸３の回転がほぼ一定に保たれるようになる。

そして、例えばコンプレッサ１の焼付きにより駆動軸３がロックして負荷トルクが所定のトルクリミット値に達した場合には、ころ３４がくさび領域Ｋ内のロック領域Ｋｒよりも更に狭い領域を通過して、フリー領域Ｋｆ内へ進入する。これにより、クラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２とが相対回転するフリー状態（トルク遮断状態）となり、プーリ１１のみが回転するようになって、プーリ１１からコンプレッサ１の駆動軸３への動力伝達が遮断されるトルクリミッタ機能を果たすようになる。このように、過大なトルクを受けたときもプーリ１１の回転が維持されるので、プーリ１１上でベルト４が滑らずに済みベルト４の寿命向上に貢献できるとともに、コンプレッサ１やベルト４を介して連結される他のエンジン補機へ及ぼす悪影響を回避することができる。

以上の説明から明らかなように、この実施形態では、クラッチ用外輪部３１（外輪部材）とクラッチ用内輪部３２（内輪部材）間に形成されるくさび領域Ｋが、複数のカム面３２ａ，３２ａのうち隣接する一組のカム面３２ａ，３２ａ毎に両カム面３２ａ，３２ａに跨って形成されている。くさび領域Ｋには、一組のカム面３２ａ，３２ａの一方に対応してころ３４をロック状態とするロック領域Ｋｒが形成され、一組のカム面３２ａ，３２ａの他方に対応してころ３４をフリー状態とするフリー領域Ｋｆが形成されている。そして、所定のトルクリミット値に達したことを条件として、ロック領域Ｋｒからフリー領域Ｋｆへのころ３４の進入が許容されている。

これにより、カム面３２ａにトルクリミット用溝を形成しなくても、トルクリミッタ機構を実現することができるので、トルクリミット機能を有しない一方向クラッチを流用することができ、製造が容易になる。また、トルクリミット用溝を用いた場合のようにトルクリミット作動後において再度ロック状態となる可能性が低くなるので、トルクリミット作動後の安定性を確保することができる。

また、この実施形態では、規制部としてのコイルばね３６によって、フリー領域Ｋｆ内へ進入したころ３４の移動が規制される。このため、トルクリミット作動後の安定性をより一層高めることができる。また、クラッチ用外輪部３１の回転等に伴うころ３４の振動がコイルばね３６により吸収されるようになって、ころ３４の位置をフリー領域Ｋｆ内にて安定化させることができる。

なお、上記実施形態では、規制部としてのコイルばね３６を設けたが、コイルばね３６を省略することも可能である。また、カム面の組数やカム面の形状についても、適宜変更可能である。

また、上記実施形態では、外輪部材がプーリに連結され内輪部材がエンジン補機の駆動軸に連結される一方向クラッチ３０に本発明を適用したが、これに限らず、例えば内輪部材がプーリに連結され外輪部材がエンジン補機の駆動軸に連結される一方向クラッチなど、種々のタイプの一方向クラッチに本発明を適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る一方向クラッチを含んでなる一方向クラッチユニットを備えたプーリユニットの縦断面図。図１の一方向クラッチの正面断面図。図２の部分拡大平面展開図。図２の部分拡大図。

符号の説明

１コンプレッサ（エンジン補機）
２ケース
３駆動軸
４ベルト
１０プーリユニット
１１プーリ
１２フランジ部材
２０一方向クラッチユニット
２１一体外輪
２２一体内輪
３０一方向クラッチ
３１クラッチ用外輪部（外輪部材）
３１ａ内周面
３２クラッチ用内輪部（内輪部材）
３２ａカム面
Ｋくさび領域
Ｋｒロック領域
Ｋｆフリー領域
３３保持器
３３ａポケット
３３ｂ柱部
３３ｃばね用突起
３３ｄばね用突起
３４ころ
３５コイルばね
３６コイルばね（規制部、ばね）
４０サポート軸受

Claims

外輪部材と内輪部材とがころを介して同軸的に配置され、前記外輪部材または前記内輪部材に形成された複数のカム面により該外輪部材と該内輪部材間にラジアル方向の隙間が周方向に沿って変化するくさび領域が形成され、前記ころが前記くさび領域内で前記カム面上を移動可能に設けられており、前記ころが前記外輪部材と前記内輪部材間に噛み込むロック状態で該外輪部材と該内輪部材とが一体回転し、前記ころが前記外輪部材と前記内輪部材間に噛み込まないフリー状態で該外輪部材と該内輪部材とが相対回転する一方向クラッチであって、
前記くさび領域は、前記複数のカム面のうち隣り合う一組のカム面毎に両カム面に跨って形成され、前記各組のカム面の一方との間に形成された、前記外輪部材の回転方向に向けて狭くなる領域に対応して前記ころを前記ロック状態とするロック領域が形成され、前記各組のカム面の他方との間に形成された、前記外輪部材の回転方向に向けて広くなる領域に対応して前記ころを前記フリー状態とするフリー領域が形成されており、所定のトルクリミット値に達したことを条件として、前記ロック領域からカム面間の中間領域を通過して前記フリー領域への前記ころの進入が許容されていることを特徴とする一方向クラッチ。
前記フリー領域には、前記ころの移動を規制する規制部が設けられる請求項１に記載の一方向クラッチ。
前記規制部は、ばねである請求項２に記載の一方向クラッチ。