JP2007333051A - スプリングクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチばねが疲労によって折損するのを防止したスプリングクラッチを提供することである。
【解決手段】プーリ１の内周のクラッチ面４とその内側のプーリハブ２との間に円筒形のクラッチばね８を組込み、プーリ１にクラッチばね８の一端と対向する端板５を設け、その端板５にクラッチばね８の端末コイル部の傾斜状側面８ａに沿う傾斜面９ａとトルク入力側端面８ｂと係合可能な係合面９ｂとで形成される係合凹部９を形成する。プーリハブ２にクラッチばね８の他端と対向するフランジ７を設け、そのフランジ７にクラッチばね８の端末コイル部の傾斜状側面８ｃに沿う傾斜面１０ａとトルク出力側端面８ｄと係合可能な係合面１０ｂとで形成される係合凹部１０を形成する。プーリ１の一方向の回転によりクラッチばね８を拡径させ回転を伝達する。クラッチばね８に折れ曲がり部が形成されることはなく疲労によって折損するのを防止することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力部材と出力部材間に組込まれたクラッチばねによって入力部材の一方向の回転を出力部材に伝達すると共に、出力部材の回転速度が入力部材の回転速度を上回った場合に入力部材から出力部材への回転伝達を遮断するスプリングクラッチに関するものである。

一般に、エンジンのクランク軸の回転をベルト伝動装置によってエンジン補機の回転軸に伝えるようにした補機駆動装置においては、エンジンを急減速した場合、エンジン補機の回転軸に取付けられたプーリも同様に急減速しようとする。このとき、エンジン補機がオルタネータの場合、そのオルタネータの回転軸は慣性力が大きいため、エンジンが急減速されても回転軸は急減速されることはなく、その回転軸上に取付けられたプーリは一定の速度で回り続けようとする。

この場合、クランク軸上のプーリとオルタネータの回転軸上のプーリ間に大きな回転速度差が生じ、ベルトの張力が増大して破損し易くなる。

また、クランク軸は１回転中において角速度が変化しており、その角速度変動に起因してプーリとベルトの間で滑りを生じ、その滑りによってベルトが摩耗し、耐久性が低下することになる。

特許文献１には、そのような不都合を解消することができるようにしたクラッチプーリ装置が提案されている。

上記特許文献１に記載されたクラッチプーリ装置においては、プーリとその内側に組込まれたプーリハブとの間に断面が角形の線材からなるクラッチばねを組込み、そのクラッチばねの外周をプーリの内周に形成された円筒形のクラッチ面に弾性接触し、クラッチばねの一端のコイル部端末をプーリハブに係止し、上記プーリの一方向への回転時にクラッチばねを拡径させてクラッチ面に対する係合力を強め、そのクラッチばねを介してプーリの回転をプーリハブに伝達するようにしている。

また、プーリハブの回転速度がプーリの回転速度を上回った場合に、クラッチばねを縮径させ、プーリのクラッチ面とクラッチばねの接触部で滑りを生じさせてプーリをフリー回転させるようにしている。

特開２００３−３２２１７４号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたクラッチプーリ装置においては、プーリハブの端部に形成されたうず巻き溝内にクラッチばねの一方の端末部を挿入して係止する構造であるため、うず巻き溝の入口部より外側においてコイル部の外周とプーリの内周に形成されたクラッチ面間に隙間が形成される。

このため、トルク伝達時のクラッチばねの変形モードは、クラッチばねの前記うず巻き溝の入口部と対応する位置に折れ曲がり部が形成されることになり、その折れ曲がり部にトルク入力時の応力が集中することになる。

したがって、伝達トルクが繰り返し負荷された場合に、上記折れ曲がり部が疲労によって折損するおそれがあり、耐久性を向上させるうえにおいて改善すべき点が残されていた。

この発明の課題は、クラッチばねが疲労によって折損するのを防止することができるようにした耐久性に優れたスプリングクラッチを提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、円筒形のクラッチ面を内周に有する筒状の入力部材と、その入力部材の内側に組込まれて相対的に回転自在に支持された出力部材と、前記入力部材と出力部材間に組込まれた円筒形のクラッチばねとから成り、前記出力部材に対する入力部材の一方向の相対回転時にクラッチばねを拡径させて入力部材から出力部材へ回転トルクを伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、前記クラッチ面とクラッチばねの外径面間に半径方向隙間を形成し、前記入力部材にはクラッチばねの一端部と軸方向で対向する端板を設け、前記出力部材の外周にはクラッチばねの他端部と軸方向で対向するフランジを形成し、前記端板のクラッチばねと対向する対向面および前記フランジのクラッチばねと対向する対向面のそれぞれに、クラッチばねの端末コイル部の傾斜状側面に沿う傾斜面と、端末コイル部の端面が係合可能な係合面とで形成されるＶ形の係合凹部を形成した構成を採用したのである。

また、この発明においては、回転トルクの伝達部での回転方向ガタを小さくするため、前記係合凹部を端板およびフランジの周方向に連続して形成した構成を採用している。

上記の構成からなるスプリングクラッチにおいては、出力部材に対して入力部材が一方向に回転すると、端板に形成された係合凹部の係合面がクラッチばねの一端面(トルク入力側端面)を押圧する。このとき、クラッチばねの他端面(トルク出力側端面)はフランジに形成された係合凹部の係合面に係合しているため、クラッチばねは拡径してクラッチ面に圧接し、その圧接によりクラッチばねは入力部材と共に回転し、その回転がクラッチばねのトルク出力側端面からフランジに形成された係合凹部の係合面に伝達され、出力部材が入力部材と同方向に回転する。

上記のように、クラッチ面とクラッチばねの外径面間に半径方向隙間を形成し、入力部材に設けられた端板のクラッチばねと対向する対向面および出力部材の外周に設けられたフランジのクラッチばねと対向する対向面のそれぞれに、クラッチばねの端末コイル部の傾斜状側面に沿う傾斜面と、端末コイル部の端面が係合可能な係合面とで形成される係合凹部を形成したことにより、出力部材に対する入力部材の一方向への回転によりクラッチばねが拡径してトルク出力側端面からフランジに形成された係合凹部の係合面に回転トルクを伝達することができる。このため、クラッチばねから出力部材への回転トルクの伝達に際して、クラッチばねに折れ曲がり部を形成する必要がなく、また、トルク伝達の際にクラッチばねに折れ曲がり部が形成されることもないので、クラッチばねの疲労破壊による破損を防止することができる。

また、クラッチばねは拡径してクラッチ面に圧接するため、クラッチ面に圧接するまでのクラッチばねの拡径によって入力部材からクラッチばねに負荷される衝撃力を緩和することができる。このため、クラッチばねや出力部材に衝撃力が負荷されることがないので、これらの部品の破損防止に効果を挙げることができると共に、入力部材から出力部材に回転トルクをスムーズに伝達することができる。

さらに、クラッチばねがクラッチ面に圧接係合することにより、そのクラッチばねから出力部材に大きな回転トルクを伝達することができる。

また、出力部材の回転速度が入力部材の回転速度を上回ると、フランジに形成された係合面はクラッチばねのトルク出力側の端面から離反し、傾斜面の段差を乗り越える動作を繰り返し、入力部材から出力部材への回転伝達を遮断することができる。

ここで、入力部材から出力部材への回転トルクの遮断時、端板に形成された係合凹部の係合面とフランジに形成された係合凹部の係合面は周方向に位相がずれ、その位相のずれにより、クラッチばねのトルク入力側の端面と端板側の係合面との間、または、クラッチばねのトルク出力側の端面とフランジ側の係合面との間に回転方向の間隔が形成されることになり、その間隔は、入力部材から出力部材への回転伝達時に回転方向のガタとなり、入力部材の回転を出力部材に直ちに伝達することができなくなる。

このため、係合凹部を端板およびフランジの周方向に連続して形成することにより、端板に形成された係合凹部の係合面とフランジに形成された係合凹部の係合面が周方向に位相がずれた際には、クラッチばねの一方の端末コイル部の端部は次の係合凹部に嵌合することになるため、回転方向のガタを小さくすることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、入力部材としてのプーリ１の内側には出力部材としてのプーリハブ２が組込まれ、そのプーリハブ２とプーリ１は一端部間に組込まれた軸受３によって相対的に回転自在に支持されている。

プーリ１の内周には円筒形のクラッチ面４が形成されている。また、プーリ１の他端部には端板５が形成され、その端板５の内周にプーリハブ２の他端部を回転自在に支持する滑り軸受６が取付けられている。一方、プーリハブ２の外周には、上記軸受３に近接する一端部にフランジ７が設けられ、そのフランジ７と端板５間において、クラッチ面４とプーリハブ２間にクラッチばね８が組込まれている。

クラッチばね８は断面が角形の線材から形成されて円筒状とされ、自然状態での外径はクラッチ面４の内径より小さく、そのクラッチ面４との間に半径方向隙間δが形成されている。

図１、図３および図４に示すように、プーリ１に形成された端板５のクラッチばね８に対する対向面には複数の係合凹部９が周方向に連続して形成されている。係合凹部９は、クラッチばね８の端末コイル部の傾斜状側面８ａに沿う傾斜面９ａと、上記端末コイル部のトルク入力側端面８ｂが係合可能な係合面９ｂとで形成されてＶ形とされている。

図１、図２および図４に示すように、プーリハブ２に形成されたフランジ７のクラッチばね８に対する対向面には複数の係合凹部１０が周方向に連続して形成されている。係合凹部１０は、クラッチばね８の端末コイル部の傾斜状側面８ｃに沿う傾斜面１０ａと、上記端末コイル部のトルク出力側端面８ｄが係合可能な係合面１０ｂとで形成されてＶ形とされている。

上記の構成から成るスプリングクラッチにおいて、エンジン補機としてのオルタネータの駆動に際しては、そのオルタネータの回転軸にプーリハブ２を取付けて回り止めし、プーリ１とクランク軸上のプーリ間にかけ渡されたベルトを介してクランク軸の回転をプーリ１に伝達する。

上記のような使用状態において、クランク軸の回転がプーリ１に伝達され、そのプーリ１が図３の矢印で示す方向に回転すると、端板５に形成された係合凹部９の係合面９ｂがクラッチばね８のトルク入力側の端面８ｂを押圧する。

このとき、クラッチばね８のトルク出力側端面８ｄはフランジ７に形成された係合凹部１０の係合面１０ｂに係合しているため、クラッチばね８は拡径し、その拡径によってクラッチばね８の外周全体がクラッチ面４に接触する。

また、クラッチばね８の拡径により、クラッチ面４に対する圧接係合力が増大して、クラッチばね８はプーリ１と一体に回転し、クラッチばね８のトルク出力側端面８ｄからフランジ７に形成された係合凹部１０の係合面１０ｂに回転トルクが伝達され、プーリハブ２がプーリ１と同方向に回転する。

このように、プーリ１からプーリハブ２への回転トルクの伝達時、クラッチばね８は拡径し、外周の全体がクラッチ面４に圧接する状態でトルク出力側の端面８ｄからフランジ７に形成された係合凹部１０の係合面１０ｂに伝達されるため、
クラッチばね８に折れ曲がり部が形成されることはない。このため、クラッチばね８が疲労破壊により破損するというようなことはなく、耐久性に優れたスプリングクラッチを得ることができる。

また、クラッチばね８は拡径してクラッチ面４に圧接するため、クラッチ面４に圧接するまでのクラッチばね８の拡径によってプーリ１からクラッチばね８に負荷される衝撃力を緩和することができる。このため、クラッチばね８やプーリハブ２に衝撃力が負荷されることがないので、これらの部品の破損防止に効果を挙げることができると共に、プーリ１からプーリハブ２に回転トルクをスムーズに伝達することができる。

さらに、クラッチばね８がクラッチ面４に圧接係合することにより、そのクラッチばね８からプーリハブ２に大きな回転トルクを伝達することができる。

プーリ１からプーリハブ２への回転トルクの伝達状態において、プーリハブ２の回転速度がプーリ１の回転速度を上回ると、フランジ７に形成された係合凹部１０の係合面１０ｂはクラッチばねのトルク出力側の端面８ｄから離反し、傾斜面の段差を乗り越える動作を繰り返してプーリ１からプーリハブ２への回転伝達が遮断される。

ここで、プーリ１からプーリハブ２への回転トルクの遮断時、端板５に形成された係合凹部９の係合面９ｂとフランジ７に形成された係合凹部１０の係合面１０ｂは周方向に位相がずれ、その位相のずれにより、クラッチばね８のトルク入力側の端面８ｂと端板５側の係合面９ｂとの間、または、クラッチばね８のトルク出力側の端面８ｄとフランジ７側の係合面１０ｂとの間に回転方向の間隔が形成されることになる。その間隔は、プーリ１からプーリハブ２への回転伝達時に回転方向のガタとなり、プーリ１の回転をプーリハブ２に直ちに伝達することができなくなる。

実施の形態で示すように、端板５およびフランジ７のそれぞれに複数の係合凹部９および１０を周方向に連続して形成することにより、端板５に形成された係合凹部９の係合面９ｂとフランジ７に形成された係合凹部１０の係合面１０ｂが周方向に位相が大きくずれた際には、クラッチばね８のトルク入力側端面８ｂとトルク出力側端面８ｄの一方が次の係合凹部に嵌合することになる。その結果、回転方向のガタを小さくすることができ、プーリ１の回転をプーリハブ２に直ちに伝達することができる。

この発明に係るスプリングクラッチの実施の形態を示す縦断正面図 図１のII−II線に沿った断面図 図１のIII−III線に沿った断面図 プーリおよびプーリハブの一部とクラッチばねとを示す分解斜視図

符号の説明

１ プーリ(入力部材)
２ プーリハブ(出力部材)
４ クラッチ面
５ 端板
７ フランジ
８ クラッチばね
８ａ 傾斜状側面
８ｂ トルク入力側端面
８ｃ 傾斜状側面
８ｄ トルク出力側端面
９ 係合凹部
９ａ 傾斜面
９ｂ 係合面
１０ 係合凹部
１０ａ 傾斜面
１０ｂ 係合面

Claims (2)

1. 円筒形のクラッチ面を内周に有する筒状の入力部材と、その入力部材の内側に組込まれて相対的に回転自在に支持された出力部材と、前記入力部材と出力部材間に組込まれた円筒形のクラッチばねとから成り、前記出力部材に対する入力部材の一方向の相対回転時にクラッチばねを拡径させて入力部材から出力部材へ回転トルクを伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、
   前記クラッチ面とクラッチばねの外径面間に半径方向隙間を形成し、前記入力部材にはクラッチばねの一端部と軸方向で対向する端板を設け、前記出力部材の外周にはクラッチばねの他端部と軸方向で対向するフランジを形成し、前記端板のクラッチばねと対向する対向面および前記フランジのクラッチばねと対向する対向面のそれぞれに、クラッチばねの端末コイル部の傾斜状側面に沿う傾斜面と、端末コイル部の端面が係合可能な係合面とで形成されるＶ形の係合凹部を形成したことを特徴とするスプリングクラッチ。
2. 前記係合凹部を端板およびフランジの周方向に連続して形成した請求項１に記載のスプリングクラッチ。

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