JP2006161827A - 一方向クラッチ付きプーリユニット - Google Patents

一方向クラッチ付きプーリユニット Download PDF

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Abstract

【課題】トルク容量を低下させずに、冬季極寒地でのエンジン始動時の噛み合い性を向上させることができる一方向クラッチ付きプーリユニットを提供する。
【解決手段】 一方向クラッチ用グリースは、エステル系基油とウレア系増ちょう剤を含み、その４０℃における動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以下とされている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば、内燃機関の始動時および内燃機関による補機駆動時の回転力をベルトによって伝達するベルト伝動システムにおいて、ベルト駆動スタータに使用されるのに好適な一方向クラッチ付きプーリユニットに関する。
軸とこれの周囲に同心状に配されたプーリとの間に、軸とプーリとの間のトルク伝達をロック状態またはフリー状態とする一方向クラッチが設けられ、一方向クラッチの少なくとも一側に転がり軸受が設けられている一方向クラッチ付きプーリユニットは、従来より知られている（特許文献１）。この特許文献１では、一方向クラッチ用グリースは、圧力粘度係数（２５℃時）が１２Ｇ／Ｐａ以上、ちょう度（２５℃時）が２４０〜３１０およびトラクション係数（２５℃時）が０．０２以上であるものとされている。
特開２０００−２３４６３８号公報
上記特許文献１の一方向クラッチ付きプーリユニットでは、エンジンのスタータ用として使用する場合に、冬季極寒地でのエンジン始動時の噛み合い性が低下するという問題があった。噛み合い性を確保するには、くさび状空間のくさび角を小さくすることが考えられるが、この場合には、トルク容量が低下するという問題が生じる。
この発明の目的は、トルク容量を低下させずに、冬季極寒地でのエンジン始動時の噛み合い性を向上させることができる一方向クラッチ付きプーリユニットを提供することにある。
この発明による一方向クラッチ付きプーリユニットは、軸とこれの周囲に同心状に配されたプーリとの間に、軸とプーリとの間のトルク伝達をロック状態またはフリー状態とする一方向クラッチが設けられ、一方向クラッチの少なくとも一側に転がり軸受が設けられている一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、一方向クラッチ用グリースは、エステル系基油とウレア系増ちょう剤を含み、その動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以下とされていることを特徴とするものである。
動粘度は、雰囲気温度によって変化するが、上記動粘度は、４０℃における値である。
一方向クラッチ用グリースは、エステル系基油とウレア系増ちょう剤を含むものとされ、従来は、同じ基油および増ちょう剤を使用して、その４０℃における動粘度を２０ｍｍ２／ｓよりも大きく（３０〜７０ｍｍ２／ｓ程度）していたのに対し、この発明のものでは、４０℃における動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以下とされる。動粘度を小さくすることにより、噛み合い性を向上させることができる。そして、動粘度を２０ｍｍ２／ｓ以下とすることにより、冬季極寒地に相当する−３０℃程度の低温噛み合い性が向上する。
一方向クラッチ用グリースと転がり軸受用グリースとは、異なるものとされていることが好ましく、転がり軸受用グリースは、その回転性能確保のため、エーテル系基油で、その４０℃における動粘度が９０ｍｍ２／ｓ以上とされることが好ましい。
この発明の一方向クラッチ付きプーリユニットによると、グリースの動粘度を調整することにより、例えば−３０℃以下での低温噛み合い性を向上させることができ、これにより、トルク容量を低下させることなく、低温噛み合い性を確保することができる。
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の左右をいうものとする。
図１および図２は、この発明による一方向クラッチ付きプーリユニットの１実施形態を示している。
一方向クラッチ付きプーリユニット(1)は、エンジンの駆動部とスタータモータの回転軸とを連結する部分に配置されるもので、スタータモータの回転軸(2)に嵌められた中空軸(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が設けられている。一方向クラッチ(5)は、中空軸(3)の軸方向中間部とプーリ(4)の軸方向中間部との間に設けられており、中空軸(3)の左端寄り部分とプーリ(4)の左端寄り部分との間および中空軸(3)の右端寄り部分とプーリ(4)の右端寄り部分との間に、それぞれ転がり軸受(6)(7)が設けられている。プーリ(4)の中間部の内径部分は、一方向クラッチ(5)の外輪を兼ねており、中空軸(3)の中間部の外径部分は、一方向クラッチ(5)の内輪を兼ねている。
プーリ(4)の内径は、左右端部（大径部）(4a)(4b)が中間部（小径部）(4c)よりも大径となる段付き状に形成されており、中空軸(3)の外径は、密封シール(10)用の環状溝部分を除いて同じ径とされている。
一方向クラッチ(5)は、図２に示すように、プーリ(4)の中間部の内周面に設けられたカム面(11)と、カム面(11)と中空軸(3)の中間部の外周面とによって形成された楔状空間(12)内に配置され、中空軸(3)とプーリ(4)とが一の方向（ロック方向）に相対回転することにより中空軸(3)とプーリ(4)との間に噛み込み、他の方向（フリー方向）に相対回転したとき噛み込みを解除する複数の噛み込み部材としてのころ(13)と、ころ(13)を噛み込み方向（楔状空間(12)の狭い側）に付勢する付勢部材としてのコイルばね(14)と、ころ(13)を楔状空間(12)内に位置させる保持器(15)とを備えている。
左右の転がり軸受(6)(7)は、それぞれ、外輪(6a)(7a)、内輪(6b)(7b)、玉(6c)(7c)および保持器(6d)(7d)からなる玉軸受とされている。
左右の転がり軸受(6)(7)の外輪(6a)(7a)は、その外径がプーリ(4)の左右端部(4a)(4b)の内径に等しくされて、同部(4a)(4b)に圧入され、内輪(6b)(7b)は、その内径が中空軸(3)の外径に等しくされて、中空軸(3)の左右端部に圧入されている。
各転がり軸受(6)(7)は、片側シール軸受とされており、左の転がり軸受(6)の左端部および右の転がり軸受(7)の右端部には、芯金(8a)(9a)およびこれに保持された弾性シール(8b)(9b)からなる密封シール(8)(9)がそれぞれ配置されている。密封シール(8)(9)は、外輪(6a)(7a)の軸方向外側の端部の内径に設けられた環状溝に芯金(8a)(9a)の外周縁部が圧入されており、弾性シール(8b)(9b)の内周縁部が内輪(6b)(7b)に摺接させられている。プーリユニットの自由端側（図の左端側）には、プーリユニット内部に泥水等の侵入を防止するために、さらに別の密封シール(10)が中空軸(3)の左端部とプーリ(4)の左端部との間に配置されている。
図２に示すように、一方向クラッチのカム面(11)は、軸心を挟んで対向するカムの各面(11a)が周方向に複数組（この実施形態では４組）設けられることによって構成されている。各面(11a)は、ころ(13)の中心および軸心を通る法線に対して直角ではなく、直角よりも若干小さい鋭角とされている。
カムの各面(11a)の楔状空間(12)の広い側の端部には、横断面が円弧状で遠心力を受けたころ(13)を停止させる保持用凹面部(16)が設けられている。
コイルばね(14)は、横断面内に中心軸を有し、長径の方向が一方向クラッチ(5)の軸方向に一致させられた楕円形のものとされている。そして、その短径の長さしたがってばねのころに当接している部分の径方向寸法は、ころ(13)の直径よりも小さくなされている。
保持器(15)は、合成樹脂製で、カム面(11)にほぼ沿った外周形状と中空軸(3)外周面に沿った内周形状を有しており、カム面(11)内に圧入されている。保持器(15)の内径と中空軸(3)の外径との間には若干の間隙が設けられており、保持器(15)と中空軸(3)とが接触することが防止されている。保持器(15)には、コイルばね(14)を位置決めするばね受け凹所(17)が設けられている。ばね受け凹所(17)には、一方向クラッチに適したグリースが封入されている。
ばね受け凹所(17)は、カム面(11)のころ保持用凹面部(16)に連なってプーリ(4)の内周に設けられたばね位置決め面(18)とによってコイルばね(14)の中心軸方向を一定に保っている。コイルばね(14)の中心軸は、コイルばね(14)に遠心力が作用した際にころ(13)に対する付勢力を減少させる方向に変形させられるように、中空軸(3)の外周面の接線方向に対して傾斜させられている。プーリ(4)のばね位置決め面(18)は、カム面(11)と同様に、一方向クラッチ(5)の軸心を挟んで対向して形成された２面が周方向に複数組設けられることによって構成されている。
ばね受け凹所(17)は、コイルばね(14)がばね軸方向へ移動することを阻止するばね端部位置決め面(17a)と、コイルばね(14)がばね軸に直交する内向きに移動することを阻止するばね内側位置決め面(17b)とを有しており、プーリ(4)のばね位置決め面(18)は、コイルばね(14)がばね軸に直交する外向きに移動することを阻止するばね外側位置決め面となっている。これらのばね位置決め面(17a)(17b)(18)によって、コイルばね(14)の中心軸は、ころ(13)の中心軸と直交するように保たれている。
ばね受け凹所(17)のばね内側位置決め面(17b)に連なって、ころ保持用傾斜面(17c)が設けられている。この傾斜面(17c)の他端は、中空軸(3)の外周面に対してわずかに間隙を有するようになされている。プーリ(4)のころ保持面であるころ保持用凹面部(16)と保持器(15)のころ保持面であるころ保持用傾斜面(17c)とによって、噛み込み解除方向に移動したころ(13)を受け止めて保持する横断面略ハの字状のころ保持部が形成されている。
図２に二点鎖線で示されているころ(13)は、遠心力が働いていないときの状態を示しており、この状態で中空軸(3)が反時計方向に回転させられると、ころ(13)が中空軸(3)とプーリ(4)との間に噛み込み、中空軸(3)とプーリ(4)とは、一体となって回転する。そして、プーリ(4)が高速回転となり、中空軸(3)の回転が停止させられると、ころ(13)に働く遠心力の方向ところ(13)がカムの各面(11a)と接触している点における法線方向とがずれていることにより、ころ(13)にはカムの各面(11a)に沿った方向の力が掛かり、これにより、ころ(13)は、楔状空間(12)の広い側に移動する。
この状態では、プーリ(4)のころ保持面である凹面部(16)がころ(13)の外周面の半径とほぼ同じ半径の横断面円弧状の凹面とされているので、ころ(13)は、図２に実線で示されているように、その外周部分がこの凹面部(16)にちょうど収まり、また、径方向内側からは、保持器(15)のころ保持面である傾斜面(17c)があてがわれるので、ころ(13)が傾くようなことはなく、中空軸(3)外周ところ(13)との間隙が確保され、中空軸(3)ところ(13)との非接触状態が達成される。
図２に示すように、保持器(15)は、左右対称状に形成されており、その外径がプーリ中間部(4c)に圧入されることにより、径方向への移動が阻止されるとともに、その左端面が左の玉軸受(6)の外輪(6a)の右端面に隙間が実質的にない状態で対向することにより、また、その右端面が右の玉軸受(7)の外輪(7a)の左端面に隙間が実質的にない状態で対向することにより、軸方向への移動が阻止されている。保持器(15)の軸方向の長さは、プーリ中間部(4c)の軸方向の長さと同じとされている。
保持器(15)の左右端部に位置する柱には、左右の転がり軸受(6)(7)の内輪(6b)(7b)の内側端面に接触しないように、径方向内方突出部(15a)(15b)が設けられており、この径方向内方突出部(15a)(15b)は、内輪(6b)(7b)の内側端部との間にラビリンスシールを形成している。径方向内方突出部(15a)(15b)は、その軸方向外側の面が柱の本体部分の外側の面よりも内寄りに位置させられており、ラビリンスシールは、この径方向内方突出部(15a)(15b)が内輪(6b)(7b)の内側端面に臨まされることにより得られている。
上記の一方向クラッチ付きプーリユニットをベルト駆動スタータに使用する場合、グリースには、噛み合い性、耐摩耗性および熱安定性が優れていることが要求される。噛み合い性および噛み合いに対する耐摩耗性は、一方向クラッチ全般に要求される特性であるが、熱安定性および滑りに対する耐摩耗性は、空転時が多用される場合に必要となる特性であり、耐摩耗性および熱安定性が両立することによって、一方向クラッチ付きプーリユニットの耐久性が確保される。また、ベルト駆動スタータの一方向クラッチは、冬季極寒地での自動車の使用を考慮して、その封入されるグリースに対し、低温でのエンジン始動性が要求される。
そこで、この一方向クラッチに封入されているグリースとしては、４０℃における動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以下のものが使用されている。具体的には、このグリースは、基油がエステル系とされ、グリースの増ちょう剤は、ウレア系とされている。エステル系の基油としては、ポリオールエステルが例示される。グリースには、酸化防止剤、さび止め添加剤、極圧添加剤、固体潤滑剤などが適宜添加される。このようなエステル系の基油は、粘度指数、熱安定性、耐荷重性にも優れ、空転状態が極めて長時間行われる自動車エンジンのベルト駆動スタータとして使用した場合に、低温噛み合い性に加えて、優れた耐久性を発揮することができる。
転がり軸受には、高温高速性を考慮して、４０℃における動粘度が９０ｍｍ２／ｓ以上のグリースが封入されている。具体的には、このグリースは、基油がエーテル系とされ、グリースの増ちょう剤は、ウレア系とされている。エーテル系の基油としては、アルキルジフェニルエーテルが例示される。グリースには、酸化防止剤、さび止め添加剤、極圧添加剤、固体潤滑剤などが適宜添加される。このようなエーテル系の基油は、熱安定性が良く、しかも、これがウレア系増ちょう剤と組み合わされることによってグリースの耐摩耗性も優れていることから、空転状態が極めて長時間行われる自動車エンジンのベルト駆動スタータとして使用した場合に、より優れた耐久性を発揮することができる。
この一方向クラッチ付きプーリユニットは、次のように動作する。
まず、始動時においては、スタータモータの回転軸(2)と一体の中空軸(3)が反時計回りに回転させられる。これにより、一方向クラッチ(5)の中空軸(3)が反時計回りに回転し、一方向クラッチ(5)の楔状空間(12)の狭い側にころ(13)が噛み込まれ、駆動力が伝達されて、一方向クラッチ(5)の中空軸(3)とプーリ(4)とが一体となって回転する。プーリ(4)はベルトを介してクランクシャフトに接続されており、プーリ(4)の回転によってエンジンが始動する。冬季極寒地では、エンジン始動性が問題となるが、一方向クラッチ(5)のグリースの４０℃における動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以下とされていることにより、低温でのエンジン始動性が確保される。エンジンが始動すると、スタータが停止し、プーリ(4)は反時計方向の回転を続ける。これにより、ころ(13)の噛み込みが解除され、プーリ(4)だけが回転する状態が継続される。特にエンジンの高速回転時、ころ(13)は、ころ(13)とほぼ同じ曲率の凹面部(16)によって位置決めされ、中空軸(3)と非接触状態となる。こうして、始動時においては、ころ（噛み込み部材）(13)およびコイルばね（付勢部材）(14)がプーリ(4)と一体となって回転し、その後、プーリ(4)が所定回転速度以上になると、プーリ(4)だけが回転することになり、エンジンの駆動に寄与しない部分が回転することに伴うエネルギロスを抑えることができる。一旦エンジンが始動すると、プーリ(4)だけが回転する空転時間が数十分から数時間続き、この間、各転がり軸受(6)(7)の外輪(6a)(7a)は、高速回転させられる。また、エンジンが駆動されることによって、各転がり軸受(6)(7)は、高温環境で繰り返し振動を受けることになる。転がり軸受(6)(7)に封入されているグリースは、４０℃における動粘度が９０ｍｍ２／ｓ以上とされているので、空転状態が極めて長時間行われる自動車エンジンのベルト駆動スタータとして使用した場合でも、転がり軸受(6)(7)の耐久性能が確保される。
なお、上記実施形態においては、一方向クラッチ(5)の外輪がプーリ(4)と一体とされ、同内輪が中空軸(3)と一体とされているが、一方向クラッチ(5)の外輪をプーリ(4)とは別体の部材としてもよく、同内輪を中空軸(3)とは別体の部材としてもよい。また、ころ(13)を付勢する手段として、コイルばね(14)を示したが、コイルばね(14)に代えて板ばね等を用いることも可能である。
図１は、この発明によるプーリが使用されている一方向クラッチ付きプーリユニットの１実施形態を示す縦断面図である。 図２は、同横断面の部分拡大図である。
符号の説明
(1) 一方向クラッチ付きプーリユニット
(3) 中空軸
(4) プーリ
(5) 一方向クラッチ
(6)(7) 転がり軸受
(13) ころ

Claims (1)

  1. 軸とこれの周囲に同心状に配されたプーリとの間に、軸とプーリとの間のトルク伝達をロック状態またはフリー状態とする一方向クラッチが設けられ、一方向クラッチの少なくとも一側に転がり軸受が設けられている一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、一方向クラッチ用グリースは、エステル系基油とウレア系増ちょう剤を含み、その動粘度が２０ｍｍ２／ｓ以下とされていることを特徴とする一方向クラッチ付きプーリユニット。
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