JP5083071B2

JP5083071B2 - 一方向クラッチ

Info

Publication number: JP5083071B2
Application number: JP2008170587A
Authority: JP
Inventors: 憲和合田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-06-30
Also published as: JP2010007825A

Description

本発明は、一方向クラッチに関する。

自動車において、エアコンディショナ用の圧縮機、オルタネータ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどの補機類は、自動車エンジンのクランクシャフトの回転力を駆動源としている。従来、補機類には、ベルトが巻き掛けられたプーリユニットが取り付けられており、クランクシャフトの回転が、当該ベルトを介して当該補機類に伝達される。
このプーリユニットには、設定トルクを超えた過大トルクが加わることによるプーリユニット自体、補機又はベルト等の破損を未然に防ぐために、過大トルクの伝達を遮断するトルクリミッタ機能を有する一方向クラッチを備えたものがある。

かかるトルクリミッタ機能を有する一方向クラッチとして、例えば、内輪と外輪との間に複数のころが周方向に所定間隔で配置され、前記内輪の外周に、前記ころに対応して周方向に所定間隔に配置された複数のカム面と、このカム面の周方向端部にトルクリミット機能を構成する断面半円形状の凹部とが形成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１記載の装置では、上記トルクリミッタ機能を有する一方向クラッチを備えたプーリユニットが、補機である圧縮機に取り付けられている。

この特許文献１によれば、例えば、圧縮機の焼き付き故障に伴って、圧縮機の回転軸の負荷トルクが規定値に到達すると、ころが、内輪のカム面と外輪の内周面との間に噛み込まれたロック位置からさらに噛み込まれる方向に移動して凹部に入り込む。この凹部に入ったころは、外輪の内周面に対して非接触又は転接する状態になる。すなわち、トルクリミッタ機能が働いて、内輪と外輪とが互いにフリーに回転する状態となる。これによって、圧縮機の回転軸に対する動力伝達（過大トルクの伝達）が遮断できる。

特開２００２−１０６６０８号公報（図２）

上記従来の一方向クラッチでは、トルクリミット機能が働いて、内輪と外輪とが互いにフリーに回転する状態において、図４に示すように、内輪５１の凹部５４に入っていたころ５３が、振動などの外乱によって当該凹部５４から浮き上がり、この浮き上がったころ５３が、内輪５１の外周面と外輪５２の内周面との間に噛み込まれ、内輪５１と外輪５２とが再ロックする可能性があった。

圧縮機の焼き付き故障の際に再ロックした場合には、過大トルクが加わることによりベルトの張力が過大となることから、ベルトの故障及び寿命低下に繋がる惧れがある。また、一本のベルトで複数の補機を駆動させている場合には、他の補機の故障原因ともなる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、内輪の凹部に入ったころの浮き上がりを抑制して、内輪と外輪との再ロックを防止することができる一方向クラッチを提供することを目的としている。

本発明の一方向クラッチは、内輪と外輪との間に複数のころが周方向に所定間隔で配置され、前記内輪は、前記ころに対応し、その外周の周方向に所定間隔に配置された複数のカム面を有し、前記カム面と前記外輪内周面との間で前記ころを噛み込み前記内外輪を一体回転させるロック状態と、前記ころの噛み込みを解消して前記内外輪を相対回転させるフリー状態とを切り換える一方向クラッチであって、前記カム面と前記外輪内周面との間には、周方向の前記ころの噛み込み方向側ほど当該カム面と前記外輪の内周面との間の間隔が漸次狭くなるくさび状空間が形成され、前記内輪の外周面における前記カム面の周方向の前記噛み込み方向の端部に近接する位置に、前記ころの一部を収容可能な断面Ｃ字状に形成された凹部が設けられ、この凹部の開口の縁部には当該凹部内に収容されたころを挟持し得る挟持部が周方向に突出して形成されていることを特徴としている。

この構成によれば、ころがロック位置からさらに噛み込み方向側へと押し込まれることにより、ころは、外輪からの径方向内方の押圧力を受けて、凹部に押し込まれる。この場合、凹部の開口の縁部には周方向に突出した挟持部が形成されており、ころを凹部に押し込むことで、当該挟持部が、凹部の開口を通過するころにより変形する。これにより、凹部内にころを押し込むことが可能となり、ころの一部を凹部内に収容することができる。しかも、凹部内に収容されたころは、挟持部によって挟持されるので、一旦凹部内に収容されたころは、当該凹部から外部に抜け出るのが規制される。

こうして、ころを外輪の内周面に非接触状態に保持することができる。すなわち、一方向クラッチは、トルクリミット機能を働かせて、外輪と内輪との間における回転動力の伝達を遮断した状態となる。このように、ころの抜け出しを規制することで、振動などの外乱が生じたとしても、ころが凹部から浮き上がるのを抑制することができ、その結果、内輪と外輪とが再ロックするのを防止することができる。

前記凹部は、前記ころの半径よりも大きい深さ及び前記ころの直径よりも小さい開口幅を有しているのが好ましい。
この場合、凹部の開口幅がころの直径よりも小さい間隔に構成されているが、ころを凹部に押し込むことによって、挟持部を変形させて当該凹部内にころを収容することができる。そして、凹部の深さが、ころの半径よりも大きい構成であることから、凹部内にころの半分以上を収容することができ、ころが凹部から外部に抜け出すのを一層確実に防止することができる。

本発明の一方向クラッチによれば、内輪の凹部に入り込んだころの浮き上がりを抑制することができ、内輪と外輪との再ロックを防止することができる。

次に、本発明の一方向クラッチの好ましい実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明では、自動車エンジンの側部に取り付けられるエアコンディショナ用の圧縮機に利用した場合を例示して説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る一方向クラッチ２０を備えたプーリユニット１０の構成を示す断面図である。

このプーリユニット１０は、エアコンディショナ用の圧縮機６０の回転軸６１に取り付けられるものであり、この圧縮機６０は、その詳細な構成の説明を省略するが、広く知られている連続可変容量タイプと呼ばれるものであり、一般的なオン・オフ制御される圧縮機の電磁クラッチが装備されていない構成とされている。
また、プーリユニット１０は、図示しない自動車エンジンのクランクシャフトによりＶリブドベルト５０を介して回転駆動されるプーリ５と、このプーリ５の内周側に挿通された中空軸６と、プーリ５と中空軸６との間に介装された複列転がり軸受７とを有しており、中空軸６の内周側に、前記圧縮機６０の回転軸６１が一体回転可能に取り付けられている。

さらに、プーリユニット１０は、圧縮機６０の回転軸６１の軸端６１ａに一体回転可能に取り付けられた有底円筒状の回転部材８と、この回転部材８の円筒部８ａの内周に装着された一方向クラッチ２０とを有している。回転部材８は、中空軸６及び複列転がり軸受７の、圧縮機６０の逆側（図１の左側）の一端を覆うように設けられ、袋ナット６２により回転軸６１の軸端６１ａに固定されている。
一方向クラッチ２０は、詳しくは後述するが、径方向においては、円筒部８ａと前記複列転がり軸受７との間に配置され、且つ、軸方向においては、複列転がり軸受７に対し圧縮機６０の逆側に位置ずれして配置されている。

複列転がり軸受７は、複列アンギュラ玉軸受であり、中空軸６に外嵌される内輪１１と、この内輪１１と同心状に配置され且つ外輪を構成する中間輪１２と、内輪１１と中間輪１２との間の環状空間に転動自在に配置された複数の複列の玉１４，１４と、この複列の玉１４，１４を周方向に所定間隔で保持する保持器１５，１５とを備えている。中間輪１２は、プーリ５に内嵌されており、このプーリ５と一体回転可能とされている。
複列転がり軸受７には、内部のグリースなどの潤滑剤が漏洩することを防止するシール１６が取り付けられている。また、中空軸６と圧縮機６０の回転軸６１との間には、圧縮機６０の内部を密封するためのシール１８が取り付けられている。

次に、一方向クラッチ２０について説明する。
図１に示されるように、一方向クラッチ２０は、内輪を構成する中間輪１２と、この中間輪１２と同心状に配置され且つ回転部材８の円筒部８ａに内嵌された外輪１３と、中間輪１２と外輪１３との間の環状空間に配置された複数の円筒状のころ２１と、この複数のころ２１を周方向に所定間隔で保持する保持器２２とを備えている。この一方向クラッチ２０には、一方向クラッチ２０の内部に対する泥水などの侵入を防止するシール１７が取り付けられている。

図２は、図１のＡ−Ａ線の一部断面説明図である。この図２においては、説明のために、一方向クラッチ２０の要部が誇張して描かれている。
図２に示されるように、一方向クラッチ２０において、内輪を構成する中間輪１２の外周面１２ａには、その周方向に沿って複数の平坦なカム面２３が所定間隔で形成されており、各カム面２３と外輪１３の内周面１３ａとの間にころ２１が配置されている。

この一方向クラッチ２０では、各カム面２３と外輪１３の内周面１３ａとの間に、各カム面２３の周方向端部側ほど径方向の間隔が漸次狭くなるくさび状空間３０が形成されている。そして、くさび状空間３０の狭い側にころ２１を転動させれば、カム面２３と外輪１３の内周面１３ａとの間にころ２１が噛み込まれ（ロック位置）、中間輪１２と外輪１３とが一体回転するロック状態となる。また、逆に、くさび状空間３０の広い側にころ２１を転動させれば、カム面２３と外輪１３の内周面１３ａとの間でのころ２１の噛み込みが解消され、中間輪１２と外輪１３とが相対回転するフリー状態となる。図２では、このフリー状態のころ２１が実線で示されており、上記ロック位置におけるころ２１は、破線で示されている。なお、図では、分かり易くするために、ロック位置におけるころの外形を外輪１３の内周面より外方に出して描いているが、実際にはこのようなことにはならない。

また、中間輪１２の外周面１２ａにおける各カム面２３の周方向の近接する位置に、カム面２３からさらに噛み込み方向側へと移動するころ２１の一部を収容可能な断面Ｃ字状に形成され且つ径方向外方を開口する凹部２４が設けられている。
各凹部２４の開口の縁部には、当該凹部２４内に収容されたころ２１を挟持し得る挟持部３１が設けられている。この挟持部３１は、凹部２４の開口の縁部であって、当該縁部の周方向に突出して形成された形状を有する一対の挟持体３２，３２で構成されている。

各凹部２４は、図３に示されるように、ころ２１の半径ｒよりも大きい深さｄｅと、ころ２１の直径ｄｉよりも小さい開口幅ｗ１とを有している。さらに、各凹部２４の内奥部に、ころ２１の直径ｄｉよりも大きい幅ｗ２に形成された拡幅部２４ａが設けられている。
この場合、各カム面２３からさらに噛み込み方向側へと移動するころ２１は、外輪１３からの径方向内方の押圧力を受けて、凹部２４に押し込まれる。

凹部２４の開口幅ｗ１は、ころ２１の直径ｄｉよりも小さく形成されているが、外輪１３からの当該押圧力でころ２１を凹部２４に押し込むことで、各挟持体３２，３２が、凹部２４の開口を通過するころ２１により変形することで、凹部２４内へのころ２１の押し込みが可能となる。この場合、凹部２４の深さｄｅが、ころ２１の半径ｒよりも大きいので、凹部２４内にころ２１の半分以上を収容することができる。
図３は、凹部２４に収容されたころ２１の状態を示す要部断面説明図である。
図３に示されるように、ころ２１は、その半分以上が凹部２４内に収容されており、当該ころ２１の外周が一対の挟持体３２，３２に挟持されている。

なお、保持器２２は円環状に形成され、中間輪１２に外嵌されている。この保持器２２の内周面は、各カム面２３の外周形状に対応して形成されている。このため、保持器２２の内周面と各カム面２３が面接触するので、保持器２２は、中間輪１２の周方向に回り止めされている。
この保持器２２の各カム面２３に対応する各領域に、径方向内外に貫通するポケット２５が形成されている。ころ２１は、保持器２２の各ポケット２５に一つずつ収納されることにより、その周方向での転動範囲が規制されている。

ポケット２５には、断面楕円形のコイルばねよりなる付勢部材２６がころ２１と一緒に収納されている。この付勢部材２６は、隣り合うポケット２５間に位置する柱部２７に形成された突起２８にその一端が外嵌され、かつ、他端がころ２１に当接した状態でポケット２５に収納されており、ころ２１をカム面２３と外輪１３の内周面１３ａとの間で形成されるくさび状空間３０の狭い側（ロック側）に押圧している。

このように構成された一方向クラッチ２０を備えるプーリユニット１０では、クランクシャフトの回転に伴い、ベルト５０によってプーリ５が駆動されると、以下のように動作する。
まず、プーリ５と一体回転する中間輪１２が回転し、この中間輪１２の回転が、一方向クラッチ２０を介して回転部材８に伝達される。そして、この回転部材８が回転することにより、回転部材８と一体回転する圧縮機６０の回転軸６１が回転する。

この場合、プーリ５の回転速度が、圧縮機６０の回転軸６１よりも相対的に速くなれば、一方向クラッチ２０において、中間輪１２の回転速度が外輪１３よりも相対的に速くなり、一方向クラッチ２０のころ２１がくさび状空間３０の狭い側へ転動してロック状態となるので、中間輪１２と外輪１３とが一体化して同期回転する。
また、逆に、プーリ５の回転速度が、圧縮機６０の回転軸６１よりも相対的に遅くなれば、一方向クラッチ２０において、中間輪１２の回転速度が外輪１３よりも相対的に遅くなり、一方向クラッチ２０のころ２１がくさび状空間３０の広い側へ転動させられてフリー状態となるので、中間輪１２から外輪１３へ回転動力の伝達が遮断されることになって外輪１３が回転慣性力のみで回転を継続するようになる。

以上の構成において、一方向クラッチ２０に所定値を超える過大トルクが加わり、ころ２１がロック位置からさらに噛み込み方向側へと押し込まれることにより、ころ２１は、外輪１３からの径方向内方の押圧力を受けて、凹部２４に押し込まれる。
この場合、凹部２４の開口の縁部には、当該凹部２４内に収容されたころ２１を挟持し得る一対の挟持体３２，３２で構成された挟持部３１が設けられており、且つ凹部２４の開口幅ｗ１は、ころ２１の直径ｄｉよりも小さい間隔に構成されているが、ころ２１に作用する押圧力により挟持体３２，３２が変形することで、凹部２４内にころ２１を押し込むことが可能となる。本実施の形態では、凹部２４の深さｄｅが、ころ２１の半径ｒよりも大きい構成であることから、凹部２４内にころ２１の半分以上を収容することができる。また、凹部２４内に収容されたころ２１は一対の挟持体３２，３２に挟持されているので、一旦凹部２４内に収容されたころ２１は、当該凹部２４から外部に抜け出るのが規制される。

これにより、ころ２１を外輪１３の内周面１３ａに非接触状態に保持することができる。すなわち、一方向クラッチ２０は、トルクリミット機能を働かせて、中間輪１２と外輪１３との間における回転動力の伝達を遮断した状態となる。このように、ころ２１の抜け出しを規制することで、一方向クラッチ２０に振動などの外乱が生じたとしても、ころ２１が凹部２４から浮き上がるのを抑制することができ、その結果、中間輪１２と外輪１３とが再ロックするのを防止することができる。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、複列転がり軸受７の構成、回転部材８の構成及びプーリ５の形状等は上記のものに何等限定されるものではない。一方向クラッチ２０を使用するオルタネータ、ウォータポンプ又はその他の補機類の使用条件等に応じて、複列転がり軸受７、回転部材８及びプーリ５の構成は、適宜変更することができる。
凹部２４は、カム面２３の端部に連接して配置されていてもよく、又、周方向において隣り合うカム面２３との中間部分に配置されてもよい。また、凹部２４の形状は、使用条件等に応じて、適宜変更することができる。

本発明の一実施の形態に係る一方向クラッチを備えたプーリユニットの構成を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線の一部断面説明図である。凹部に収容されたころの状態を示す要部断面説明図である。従来の一方向クラッチにおける再ロックの状態を示す模式図である。

符号の説明

１２中間輪（一方向クラッチにおける内輪）
１２ａ外周面
１３外輪
１３ａ内周面
２０一方向クラッチ
２１ころ
２３カム面
２４凹部
３０くさび状空間
３１挟持部
３２挟持体
ｄｅ凹部の深さ
ｄｉころの直径
ｒころの半径
ｗ１凹部の開口幅

Claims

内輪と外輪との間に複数のころが周方向に所定間隔で配置され、
前記内輪は、前記ころに対応し、その外周の周方向に所定間隔に配置された複数のカム面を有し、
前記カム面と前記外輪内周面との間で前記ころを噛み込み前記内外輪を一体回転させるロック状態と、前記ころの噛み込みを解消して前記内外輪を相対回転させるフリー状態とを切り換える一方向クラッチであって、
前記カム面と前記外輪内周面との間には、周方向の前記ころの噛み込み方向側ほど当該カム面と前記外輪の内周面との間の間隔が漸次狭くなるくさび状空間が形成され、
前記内輪の外周面における前記カム面の周方向の前記噛み込み方向の端部に近接する位置に、前記ころの一部を収容可能な断面Ｃ字状に形成された凹部が設けられ、
この凹部の開口の縁部には当該凹部内に収容されたころを挟持し得る挟持部が周方向に突出して形成されていることを特徴とする一方向クラッチ。
前記凹部は、前記ころの半径よりも大きい深さ及び前記ころの直径よりも小さい開口幅を有している請求項１に記載の一方向クラッチ。