JP5169874B2

JP5169874B2 - 一方向クラッチ内蔵型プーリ装置

Info

Publication number: JP5169874B2
Application number: JP2009014301A
Authority: JP
Inventors: 修一矢野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2029-01-26
Also published as: JP2010169228A

Description

本発明は、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関し、より詳細には、エンジンのクランク軸の動力によって駆動されるオルタネータ、エアコン用コンプレッサ等の補機類を回転駆動するためのベルト駆動機構中に組み込んだ状態で利用される一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関する。

従来、自動車の駆動用エンジンを駆動源として種々の補機が駆動されており、例えば自動車に必要な発電を行なうオルタネータを駆動する際には、一方向クラッチが組み込まれたクラッチ内蔵型プーリ装置を使用することが知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

一方向クラッチとしては、例えば、内輪と外輪との間に楔空間を構成するように、内輪或いは外輪にカム面を有し、楔空間に配置されたローラの係脱によって、ロック状態とオーバーラン状態とを繰り返す。楔空間に配置される各ローラは、保持器に形成された複数のポケット内に収容されており、保持器に係止されたばねによって、楔作用を発揮する方向、即ちロック方向に弾性的に押圧される。

また、クラッチ内蔵型プーリ装置では、スリーブの外周面とプーリの内周面との間で、一方向クラッチの軸方向両側に一対のサポート軸受が配置されている。サポート軸受は、深溝玉軸受から構成され、プーリに加わるラジアル荷重及びモーメント荷重を支承しつつ、スリーブとプーリの相対回転を自在としている。

特開２００１−３４９４１３号公報特開２００３−２３２４３３号公報

ところで、上述した一方向クラッチ内蔵型プーリ装置において、サポート軸受に使用される深溝玉軸受には、アキシャルすきまが発生する。このため、一方向クラッチのローラのスキューによってクラッチ内部の発熱が大きくなったり、さらにはベルトの振れによる振動や騒音が発生したりする場合がある。
これらの対策としては、標準の深溝玉軸受のすきまを小さく設定し、剛性を高くするために軌道溝の曲率半径を小さくする方法があるが、ラジアルすきまの設定を誤るとトルクが大きくなる可能性があり、運転条件或いは使用条件が限定されるため、一般的な解決策とはなりにくい。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受すきまを小さく設定し、或いはラジアル及びアキシャル剛性を確保しながら、トルクの上昇を抑制することができる一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）回転軸に外嵌固定自在なスリーブと、
前記スリーブの径方向外側に該スリーブと同心に配置されたプーリと、
前記スリーブの外周面と前記プーリの内周面との間に設けられ、前記プーリと前記スリーブの一方が他方に対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合のみ、前記プーリと前記スリーブとの間で回転力を伝達する一方向クラッチと、
前記スリーブの外周面と前記プーリの内周面との間で前記一方向クラッチに対して軸方向に離間した位置に設けられ、前記プーリに加わるラジアル荷重を支承しつつ前記プーリと前記スリーブとの相対回転を可能とするサポート軸受と、を備える一方向クラッチ内蔵型プーリ装置であって、
前記サポート軸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に配置される、少なくとも第１及び第２群を構成する複数の転動体と、を備え、
前記第１群の転動体は、ラジアルすきまが負となる第１の直径を有し、前記第２群の転動体は、使用される温度範囲において、ラジアルすきまが負とならず、正のまま保たれる前記第１の直径より小さな第２の直径を有し、
前記第１群の転動体は、線膨張係数において前記第２群の転動体より小さく、
前記第１群の転動体は、円周方向に略等間隔に配置されていることを特徴とする一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。
（２）前記第１群の転動体は、セラミックス製であり、前記第２群の転動体は鋼製であることを特徴とする（１）に記載の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。
なお、転動体の直径寸法は、生産上のばらつきが１μｍ以下であることから、直径寸法の相互差が１μｍ以下であるものは同一直径とみなす。

本発明の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置によれば、サポート軸受が少なくとも第１及び第２群を構成する複数の転動体を備え、第１群の転動体が、ラジアルすきまが負となる第１の直径を有し、第２群の転動体が、ラジアルすきまが正となる第１の直径より小さな第２の直径を有するので、ラジアルすきまを小さくし、ラジアル剛性及びアキシャル剛性を確保しながら、トルクの上昇を抑えることができる。

本発明の一実施形態であるクラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図である。図１のサポート軸受の側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る一方向クラッチ内蔵型プーリ装置について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、オルタネータＡ等の補機の回転軸Ｓが螺合して内嵌固定自在なスリーブ１１と、スリーブ１１の径方向外側にスリーブ１１と同心に配設され、外周面にベルト溝１２ａが形成されたプーリ１２とを備えている。ベルト溝１２ａには、エンジンのクランク軸に固定された駆動プーリ（図示せず）に懸架された駆動ベルトＶが掛け渡されている。

また、スリーブ１１の軸方向中間部における外周面とプーリ１２の軸方向中間部における内周面との間には、一方向クラッチ１３が配置されており、一方向クラッチ１３に対して軸方向に離間した位置となる、スリーブ１１の軸方向両端部における外周面とプーリ１２の軸方向両端部における内周面との間には、一対のサポート軸受１４，１４が配置されている。一方向クラッチ１３は、プーリ１２がスリーブ１１に対して所定方向に相対回転する傾向となる場合のみ、プーリ１２とスリーブ１１との間で回転力を伝達する。

サポート軸受１４，１４は、深溝玉軸受等が使用されており、プーリ１２に加わるラジアル荷重及びアキシャル荷重を支承しつつ、スリーブ１１とプーリ１２とを相対回転を可能とする。即ち、これら各サポート軸受１４，１４は、スリーブ１１の外周面に外嵌固定される内輪２３，２３と、プーリ１２の内周面に内嵌固定される外輪２４，２４と、内輪２３の内輪軌道面２３ａ，２３ａと外輪２４，２４の外輪軌道面２４ａ，２４ａとの間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けた転動体である玉２５ａ，・・・，２５ｂ，・・・と、外輪２４、２４の両端部内周面に形成した係止溝２４ｂ，２４ｂにそれぞれ装着され、各玉２５，２５を設置した空間の両端開口部を塞ぐシール２６，２６と、を有する。

一方向クラッチ１３は、スリーブ１１の外周面に圧入固定されるクラッチ内輪１５と、プーリ１２の内周面に圧入固定されるクラッチ外輪１６と、クラッチ内輪１５の外周面とクラッチ外輪１６の内周面との間に配置される係合子である複数のローラ１７とを備える。クラッチ内輪１５の外周面は、複数のランプ部１５ａが円周方向に所定の間隔で形成されたカム面をなしており、ローラ１７はクラッチ外輪１６の円筒面１６ａと各ランプ部１５ａとから形成される楔空間に回動自在に保持されている。

また、一方向クラッチ１３は、各ローラ１７を個別に収容する複数のポケットを有すると共に、内輪１５及びスリーブ１１と共に一体回転する保持器１８と、各ローラ１７を楔空間の係合する方向に弾性的に押圧するばね１９とを有している。ばね１９は、保持器１８に保持されており、各ローラ１７と接触して、各ローラ１７をロック方向、即ち、ランプ部１５ａの溝の浅い側に向けて押圧している。

このように構成された一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、プーリ１２の回転角速度が回転軸の回転角速度より速い場合、即ち、外輪１６が内輪１５に対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合には、ローラ１７が楔作用によって外輪１６の円筒面と内輪１５のランプ部１５ａとの間の楔空間に噛み込まれて、外輪１６と内輪１５との間で各ローラ１７を介して回転力が伝達自在となる。これにより、プーリ１２とスリーブ１１とが相対回転不能（ロック状態）となり、エンジンの回転力が回転軸に伝達される。一方、プーリ１２の回転角速度が回転軸の回転角速度より遅い場合には、ローラ１７の噛み込みが解除されて、プーリ１２とスリーブ１１との相対回転が自在（オーバーラン状態）となる。

ここで、本実施形態では、図２に示すように、一対のサポート軸受１４，１４の複数の玉２５ａ，・・・，２５ｂ，・・・は、ラジアルすきまが負となる第１の直径Ｄａを有する第１群の複数の玉２５ａ，・・・と、ラジアルすきまが正となる第１の直径Ｄａより小さな第２の直径Ｄｂを有する第２群の複数の玉２５ｂ，・・・とが、円周方向に互いに略等間隔に交互に配置されている。なお、第２群の玉２５ｂは、使用される温度範囲においては、ラジアルすきまが負とならず、正のまま保たれる。

また、第１群の玉２５ａ，・・・はセラミックス製、第２群の玉２５ｂ，・・・は鋼製としており、第１群の複数の玉２５ａ，・・・は、線膨張係数において第２群の複数の玉２５ｂ，・・・より小さく設定される。具体的に、セラミックスの線膨張係数は、２．０〜１１．０×１０^−６／℃であり、鋼の線膨張係数は、１０．０〜１３．０×１０^−６／℃であるため、第１群の玉２５ａ，・・・と第２群の玉２５ｂ，・・・は、第１群の玉２５ａ，・・・の線膨張係数が第２群の玉２５ｂ，・・・のものより小さくなるように適宜選択される。

高温条件下で使用される場合、運転時のラジアルすきまが負となることによるトルク上昇を避けるため、一般的には、常温時には軸受に正の残留すきまが存在し、これが軸受ガタの要因となる。一方、上記のサポート軸受を適用したクラッチ内蔵型プーリ装置１０では、第１の直径Ｄａを有する第１群の玉２５ａ，・・・によって、円周上に部分的に予圧が掛かった状態になるため、軸受としてはラジアル剛性、アキシャル剛性、及びモーメント剛性を有することになる。

また、高温運転時には熱膨張量の違いによって玉の径相互差が緩和され、回転時の軸受振動が抑制されると共に、荷重負荷圏全体の玉が荷重を分担するようになるため、軸受内部の接触面圧が低減され、軸受の転がり寿命を確保することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

第１群の玉と第２群の玉は、上記材料に限定されるものでないが、線膨張係数において第１群の玉が第２群の玉より小さくなるような材質を選定することが好ましい。
また、線膨張係数の代わりに、縦弾性係数において第１群の玉が第２群の玉より小さくなるように材質を選定するようにしてもよい。

本発明の一方向クラッチは、本実施形態のローラクラッチに限定されるものでなく、スプラグクラッチやカムクラッチ等の他の形式のものであってもよい。
また、本発明のサポート軸受は、本実施形態の深溝玉軸受に限定されるものでなく、種々の形式の転がり軸受であってもよい。

１０クラッチ内蔵型プーリ装置
１１スリーブ
１２プーリ
１３一方向クラッチ
１４サポート軸受
１５内輪
１６外輪
１７ローラ
１８保持器
１９ばね
２３内輪
２４外輪
２５ａ第１群の玉（転動体）
２５ｂ第２群の玉（転動体）

Claims

回転軸に外嵌固定自在なスリーブと、
前記スリーブの径方向外側に該スリーブと同心に配置されたプーリと、
前記スリーブの外周面と前記プーリの内周面との間に設けられ、前記プーリと前記スリーブの一方が他方に対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合のみ、前記プーリと前記スリーブとの間で回転力を伝達する一方向クラッチと、
前記スリーブの外周面と前記プーリの内周面との間で前記一方向クラッチに対して軸方向に離間した位置に設けられ、前記プーリに加わるラジアル荷重を支承しつつ前記プーリと前記スリーブとの相対回転を可能とするサポート軸受と、を備える一方向クラッチ内蔵型プーリ装置であって、
前記サポート軸受は、外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、前記内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に配置される、少なくとも第１及び第２群を構成する複数の転動体と、を備え、
前記第１群の転動体は、ラジアルすきまが負となる第１の直径を有し、前記第２群の転動体は、使用される温度範囲において、ラジアルすきまが負とならず、正のまま保たれる前記第１の直径より小さな第２の直径を有し、
前記第１群の転動体は、線膨張係数において前記第２群の転動体より小さく、
前記第１群の転動体は、円周方向に略等間隔に配置されていることを特徴とする一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。
前記第１群の転動体は、セラミックス製であり、前記第２群の転動体は鋼製であることを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。