JP2007170492A - 一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型プーリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ころを自転し難くし、ばねの摩耗を抑制して、寿命の信頼性を向上することができる一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を提供する。
【解決手段】一方向クラッチ１３は、外周面にランプ面２１ａを有する内輪２１と、内周面に円筒面２０ａを有する外輪２０と、ランプ面２１ａと円筒面２０ａ間に配置される複数のころ２２と、を備える。外輪２０の円筒面２０ａの表面粗さとしてのｒｍｓ値が、内輪２１のランプ面２１ａのｒｍｓ値より小さい。
【選択図】図２

Description

本発明は、一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関するものであり、特に、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等の補機類の入力軸や、逆に、エンジンのクランク軸に動力を与えるスタータモータの出力軸に使用される一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関するものである。

一般に、オルタネータ等、自動車補機の回転軸の端部には従動プーリが固定されており、エンジンのクランク軸の端部に固定されたクランクプーリとの間に無端ベルトが掛け渡され、補機を駆動するために利用されている。また、従動プーリとしては、無端ベルトの走行速度が一定もしくは上昇傾向にある場合に、無端ベルトから回転軸への動力の伝達を自在とし、無端ベルトの走行速度が低下傾向にある場合に、従動プーリと回転軸との相対回転を自在とするよう、一方向クラッチを内蔵したプーリ装置が知られている。このようなプーリ装置に組み込まれる一方向クラッチとしては、種々のものが考案されている（例えば、特許文献１参照。）。

例えば、従来の一方向クラッチ１００，１００´では、図４に模式的に示すように、外輪１０１の内周面と内輪１０２の外周面のいずれか一方にランプ面１０３を形成し、このランプ面１０３と他方の円筒面１０４との間のくさび空間に複数のころ１０５を配置する。また、ころ１０５は、図示しない保持器に固定されたばね１０６によってくさび空間の狭くなる方向に付勢されている。

そして、外輪１０１の回転角速度が内輪１０２の回転角速度より速い場合には、ころ１０５がくさび空間の狭部に押付けられ、外輪１０１と内輪１０２とが相対回転不能(ロック状態)になり、外輪１０１の回転角速度が内輪１０２の回転角速度より遅い場合には、外輪１０１と内輪１０２との相対回転が自在(オーバーラン状態)となる。
特開平８−６１４４３号公報

ところで、図４（ａ）に示す外輪ランプの一方向クラッチ１００では、遠心力Ｃの方向とランプ面１０３及びころ１０５との接線Ｔの方向が垂直に交差しないため、ころ１０５には遠心力による右斜め方向への分力Ｆが作用し、オーバーラン状態においてころ１０５と内輪１０２の円筒面１０４は接触しない。ただし、高速回転で使用される場合、外輪ランプとすると、ロック性能を満たさないことがある。

一方、図４（ｂ）に示すような内輪ランプの一方向クラッチ１００´では、遠心力Ｃによる分力Ｆがなく、オーバーラン時もころ１０５と内輪１０２とが接触する。このため、オーバーラン状態においてころ１０５が自転する場合があり、ころ１０５が自転すると、ころ１０５を押圧しているばね１０６との接触部で滑りが発生する。接触部は、グリースによって潤滑されているが、寿命によりばね１０６が摩耗することがある。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ころを自転し難くし、ばねの摩耗を抑制して、寿命の信頼性を向上することができる一方向クラッチ及び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） 外周面にランプ面を有する内輪部材と、
内周面に円筒面を有する外輪部材と、
ランプ面と円筒面間に配置される複数のころと、
を備える一方向クラッチであって、
円筒面の表面粗さとしてのｒｍｓ値は、ランプ面のｒｍｓ値より小さいことを特徴とする一方向クラッチ。
（２） 円筒面のｒｍｓ値は、ランプ面のｒｍｓ値の１／２以下であることを特徴とする（１）に記載の一方向クラッチ。
（３） 自動車補機の軸に取り付け可能で、自動車補機とクランクプーリとの間で動力を伝達し、且つ、（１）又は（２）に記載の一方向クラッチを備えることを特徴とする一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。

本発明の一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型プーリ装置によれば、外輪部材の円筒面の表面粗さとしてのｒｍｓ値は、内輪部材のランプ面のｒｍｓ値より小さいので、オーバーラン状態においてころが自転し難くなり、ばねの摩耗が抑制され、寿命の信頼性を向上することができる。

以下、本発明の各実施形態に係る一方向クラッチ及び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。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の自動車補機用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を説明するための縦断面図である。本実施形態の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、オルタネータ等の自動車補機とエンジンのクランク軸の端部に固定されたクランクプーリとの間で動力を伝達する。図１に示されるように、プーリ装置１０は、不図示の自動車補機の軸が内嵌されるスリーブ１１を有する。スリーブ１１の周囲には、外周面にベルト溝１２ａが形成されたプーリ１２がスリーブ１１と同心に配置されている。また、スリーブ１１の外周面とプーリ１２の内周面との間で、この間に形成される環状空間の軸方向中間部には、一方向クラッチ１３が配置されており、上記環状空間の軸方向両端部、即ち、一方向クラッチ１３の軸方向両側には、例えば、深溝玉軸受等の玉軸受である一対のサポート軸受１４が配設されている。なお、ベルト溝１２ａの形状は、Ｖ溝、ポリＶ溝、歯型溝等の任意の形状に設計可能である。

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にのみプーリ１２からスリーブ１１への回転力を伝達する。また、一対のサポート軸受１４は、プーリ１２に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１１とプーリ１２との相対回転を可能とする。

各サポート軸受１４は、スリーブ１１の外周面に外嵌される軸受内輪１５と、プーリ１２の内周面に内嵌される軸受外輪１６と、軸受内輪１５と軸受外輪１６の両軌道面間に配置された転動体である複数の玉１７と、玉１７を転動自在に保持する軸受保持器１８と、外部からの異物の浸入や内部からのグリース等の潤滑剤の漏洩を防止するシール部材１９を有している。

図１及び図２に示すように、一方向クラッチ１３は、プーリ１２の内周面に圧入固定される外輪（外輪部材）２０と、スリーブ１１の大径部の外周面に圧入固定される内輪（内輪部材）２１と、外輪２０と内輪２１との間に回動自在に配設される複数のころ２２とを備えている。内輪２１の外周面は、ころ２２が転接する複数の凹状のランプ面２１ａが円周方向に所定の間隔で設けられたカム面を形成する。ころ２２は、各ランプ面２１ａと外輪２０の内周面に形成された円筒面２０ａとから構成される楔空間に回転自在に保持されている。

また、一方向クラッチ１３は、各ころ２２を個別に収容する複数のポケットを有するクラッチ保持器２３と、各ころ２２をロック方向に弾性的に押圧する弾性部材であるばね２４（図２参照。）とを備えている。

上記のように構成される一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０では、プーリ１２の回転角速度が、例えば自動車補機の回転軸の回転角速度より速い場合には、一方向クラッチ１３のころ２２がくさび作用によって内輪２１のランプ面２１ａと外輪２０の円筒面２０ａとの間に噛み込まれて、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自動車補機の回転軸に伝達される。一方、プーリ１２の回転角速度が自動車補機の回転角速度より遅い場合には、ころ２２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、オーバーラン状態において、ころ２２が自転する要因は、ころ２２に作用する遠心力Ｃにより、外輪２０ところ２２の接触荷重が内輪２１ところ２２の接触荷重よりも大きくなり、また、摩擦力も大きくなるためである。具体的には、ころ２２には、遠心力及びばね力により図２に示すような力が作用しており、外輪２０の円筒面２０ａところ２２との摩擦力Ｆｓｏが、内輪２１のランプ面２１ａところ２２との摩擦力Ｆｓｋと、ばね２４ところ２２との摩擦力Ｆｓｉの合計より大きくなったとき（Ｆｓｏ＞Ｆｓｋ＋Ｆｓｉ）、ころ２２が自転する。

摩擦力は接触荷重と摩擦係数に比例するため、外輪２０の円筒面２０ａところ２２の摩擦係数を内輪２１のランプ面２１ａところ２２の摩擦係数よりも小さくすることによって、外輪側の摩擦力を抑え、ころ２２が自転し難くなる。

そこで、本実施形態では、円筒面２０ａところ２２の摩擦係数をランプ面２１ａところ２２の摩擦係数よりも小さくするために外輪２０の円筒面２０ａの表面粗さ、即ち、ｒｍｓ（二乗平均粗さ）値をランプ面２１ａのものより小さくする。一般的に混合潤滑状態においては、油膜パラメータ（油膜厚さ／表面粗さ）が大きいほど摩擦係数が小さく、円筒面２０ａの表面粗さをランプ面２１ａのものより小さくすることによって、摩擦係数を相対的に小さくすることができる。

特に、円筒面２０ａのｒｍｓ値は、ランプ面２１ａのｒｍｓ値の１／２以下であることが好ましく、ランプ面２１ａのｒｍｓ値が０．２〜０．４μｍ程度であるのに対して円筒面２０ａのｒｍｓ値は、０．１μｍ以下であることが好ましい。

ここで、外輪２０の内径を４０ｍｍ、ころ径を２．８ｍｍ、ころ２２とばね２４の摩擦係数を０．１、ころ２２とランプ面２１ａの摩擦係数を０．１として、ばね力を０．５〜５Ｎ、円筒面２０ａところ２２の摩擦係数を０．０２５〜０．１に変化させて、ころ２２が自転を開始する回転数を計算した。

図３は、その結果を示す。ころ２２が自転を開始する回転数が高いほど、ころ２２は自転し難いことになり、図３の結果から、円筒面２０ａの摩擦係数が小さいほど、自転を開始する回転数は大きく、ころ２２が自転し難いことが分かる。

従って、本実施形態の一方向クラッチ１３及び一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０によれば、一方向クラッチ１３の外輪２０の円筒面２０ａの表面粗さとしてのｒｍｓ値は、内輪２１のランプ面２１ａのｒｍｓ値より小さいので、オーバーラン状態においてころ２２が自転し難くなり、ばね２４の摩耗が抑制され、寿命の信頼性を向上することができる。

なお、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。

本発明の一方向クラッチの外輪或いは内輪は、本実施形態のようにプーリ或いはスリーブと別体であってもよく、プーリ或いはスリーブと一体、即ち、プーリの内周面或いはスリーブの外周面によって構成されてもよい。また、一方向クラッチの弾性部材は、任意に構成することができ、板ばねやコイルばねであってもよい。

さらに、本発明の一対のサポート軸受は、深溝玉軸受以外の形式であってもよく、ころ軸受や、玉軸受ところ軸受の組合せであってもよい。また、サポート軸受の内輪或いは外輪も、プーリ或いはスリーブと一体、即ち、プーリの内周面或いはスリーブの外周面によって構成されてもよい。

本発明の第１実施形態に係る一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図である。 図１の一方向クラッチを模式的に示す断面図である。 外輪ところの摩擦係数とばね力とを変化したときのころ自転開始回転数を計算したグラフである。 （ａ）は外輪ランプの一方向クラッチの模式図であり、（ｂ）は内輪ランプの一方向クラッチの模式図である。

符号の説明

１０ 一方向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
２０ 外輪
２１ 内輪
２２ ころ
２３ 保持器
２４ ばね（弾性部材）

Claims (3)

1. 外周面にランプ面を有する内輪部材と、
   内周面に円筒面を有する外輪部材と、
   前記ランプ面と前記円筒面間に配置される複数のころと、
   を備える一方向クラッチであって、
   前記円筒面の表面粗さとしてのｒｍｓ値は、前記ランプ面のｒｍｓ値より小さいことを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記円筒面のｒｍｓ値は、前記ランプ面のｒｍｓ値の１／２以下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。
3. 自動車補機の軸に取り付け可能で、前記自動車補機とクランクプーリとの間で動力を伝達し、且つ、請求項１又は２に記載の一方向クラッチを備えることを特徴とする一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。

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