JP2009156406A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】一方向クラッチのコンパクト化を図りつつ、トルクリミット用溝へのころの落下時に外輪部材及び内輪部材との間に滑りが生じ難くする。
【解決手段】一方向クラッチ３０では、クラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２間にころ３４が噛み込むことでクラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２とが一体回転するロック状態（トルク伝達状態）となり、カム面３２ａに形成されたトルクリミット用溝３２ｂにころ３４が嵌り込むことでクラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２とが相対回転するフリー状態（トルク遮断状態）となる。トルクリミット用溝３２ｂのカム面３２ａ側の溝端部には、ころ３４との滑りを規制してころ３４をトルクリミット用溝３２ｂの底部側へ転がり落とす突起３２ｃ（滑り規制部）が設けられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、一方向クラッチに関し、特にトルクリミッタ機能付きの一方向クラッチに関する。

この種の一方向クラッチとして、例えば下記特許文献１に記載されているように、外輪と内輪とがころを介して同軸的に配置され、内輪に形成されたカム面上をころが周方向に移動可能に設けられており、外輪と内輪間にころが噛み込むことで外輪と内輪とが一体回転するロック状態となり、カム面に形成された凹部（トルクリミット用溝）にころが嵌り込むことで外輪と内輪とが相対回転するフリー状態となるもの（トルクリミッタ機能付きの一方向クラッチ）が知られている。この特許文献１に記載された一方向クラッチを、例えば車両のエアコン用のコンプレッサ、オルタネータ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどのエンジン補機を駆動するプーリに適用した場合には、エンジン補機の破損（例えば、コンプレッサの焼付き等）によりプーリに過大なトルクが発生しても、プーリがフリー状態となることで破損したエンジン補機へのトルク伝達が遮断されるようになる。このため、エンジンの動力をプーリに伝達するベルトの異常摩耗や破損を良好に防止することができる。

特開２００２−１０６６０８号公報

このようなトルクリミッタ機能付きの一方向クラッチでは、一般的に、図７に示すように、トルクリミット用溝３０３ａの溝端斜面が底面に比べて急な角度に形成されている。このため、ころ３０１が外輪部材３０２と内輪部材３０３間に噛み込んでいる状態（図７の破線状態）よりも、トルクリミット用溝３０３ａの溝端斜面に位置した状態（図７の実線状態）の方が、ころ３０１と外輪部材３０２及び内輪部材３０３との接触部で規定されるくさび角θが大きくなる。これにより、外輪部材３０２及び内輪部材３０３からころ３０１に作用する大きな圧縮力（抗力）によって、ころ３０１と外輪部材３０２及び内輪部材３０３との間で滑りが発生し、ころ３０１が図７にて右方へかなりの勢いで飛び出すことがある（ポッピング現象）。その結果、保持器がころ３０１によって衝撃を受け、破損する可能性がある。

これに対して、ころ３０１がトルクリミット用溝３０３ａの溝端斜面に位置した状態で、くさび角θが小さくなるようにトルクリミット用溝３０３ａを形成した場合（溝端斜面を緩やかな角度とする）には、ポッピング現象の発生が防止され、ころ３０１がトルクリミット用溝３０３ａの溝面に沿って滑らかに転がり落ちるようになる。しかし、この場合には、ころ３０１がトルクリミット用溝３０３ａの底面に達するまでの距離が長くなるので、一方向クラッチをコンパクトに構成できないという問題がある。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、一方向クラッチのコンパクト化を図りつつ、トルクリミット用溝への落下時にころと外輪部材及び内輪部材との間で滑りが発生し難い一方向クラッチを提供することにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために、本発明は、外輪部材と内輪部材とがころを介して同軸的に配置され、外輪部材または内輪部材に形成されたカム面上をころが周方向に移動可能に設けられており、外輪部材と内輪部材間にころが噛み込むことで外輪部材と内輪部材とが一体回転するロック状態（トルク伝達状態）となり、カム面に形成されたトルクリミット用溝にころが嵌り込むことで外輪部材と内輪部材とが相対回転するフリー状態（トルク遮断状態）となる一方向クラッチであって、トルクリミット用溝のカム面側の溝端部には、ころとの滑りを規制して該ころをトルクリミット用溝の底部側へ転がり落とす滑り規制部が設けられていることを特徴とする。

これによれば、トルクリミット用溝のカム面側の溝端部に設けられた滑り規制部によって、ころの滑りが規制される。このため、ころがトルクリミット用溝の溝端斜面に位置した状態でのくさび角θを大きな角度に設定しても、ころの滑りが規制されるので、ころをトルクリミット用溝の底部側へ転がり落とすことができる。これにより、一方向クラッチのコンパクト化を図りつつ、ころの飛び出しによる保持器の破損を良好に防止することができる。

本発明の実施に際して、滑り規制部は、トルクリミット用溝の溝面に対して上方へ凸状となる形態の突起であるとよい。

これによれば、ころが突起に乗り上げるときに抵抗力を受けるようになる。すなわち、ころが突起に乗り上げるに際して、あたかも突起がころに食い込むように、ころを局部的に弾性変形させることが可能である。したがって、ころが突起に弾性的に乗り上げることで、ころの滑りが規制されるので、ころをトルクリミット用溝の底部側へ転がり落とすことができる。

また、本発明の実施に際して、滑り規制部は、トルクリミット用溝を有する外輪部材又は内輪部材に比して摩擦係数の高い高摩擦部であるとよい。

これによれば、ころが高摩擦部から摩擦力を受けるようになる。この摩擦力によって、ころの滑りが規制されるので、ころをトルクリミット用溝の底部側へ転がり落とすことができる。

ａ．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る一方向クラッチを含んでなる一方向クラッチユニットを備えたプーリユニットの縦断面図、図２は図１の一方向クラッチの正面断面図、図３は図２の一方向クラッチの部分拡大平面図、図４は図２の部分拡大図である。図１中、１は車両のエンジン補機としてのエアコン用のコンプレッサ、１０はプーリユニット、２０は一方向クラッチユニットであり、エンジン（図示省略）の動力がベルト４を介してプーリユニット１０に伝達され、更にプーリユニット１０から一方向クラッチユニット２０を経由してコンプレッサ１の駆動軸３に伝達され、駆動軸３が軸線Ｏ回りに回転駆動されるようになっている。

コンプレッサ１は、例えば斜板型、ワッフル型など周知の連続可変容量式のものであり、その機構部（図示省略）がケース２に組み付けられている。ケース２は、軸線Ｏを中心線として外方へ向けて延び出す円筒部２ａを一体に備えており、駆動軸３が円筒部２ａを通して外方へ突出している。駆動軸３の軸端には、外スプライン部３ａが形成されている。

プーリユニット１０は、プーリ１１とフランジ部材１２とを備えている。プーリ１１は、軸線Ｏを中心線とする円筒状のボス部１１ａを一体に備え、ボス部１１ａ内に嵌入された複列転がり軸受１３（例えば、複列アンギュラ玉軸受）を介してケース２の円筒部２ａに回転可能に支持されている。

フランジ部材１２は、円筒状のボス部１２ａを一体に備え、ボス部１２ａがプーリ１１のボス部１１ａとは反対方向へ突出するようにプーリ１１にボルト５により取り付けられている。ボス部１２ａ内には、一方向クラッチユニット２０が組み付けられている。

一方向クラッチユニット２０は、アキシャル方向に隣接した一方向クラッチ３０とサポート軸受４０（例えば、一列の玉軸受）とで構成されている。一方向クラッチ３０は、クラッチ用外輪部３１（外輪部材）、クラッチ用内輪部３２（内輪部材）、保持器３３、ころ３４及びコイルばね３５を備え、サポート軸受４０は、軸受用外輪部４１、軸受用内輪部４２、保持器４３及び玉４４を備えている。

具体的には、一方向クラッチ３０のクラッチ用外輪部３１と、サポート軸受４０の軸受用外輪部４１とが一体化されて一方向クラッチユニット２０の一体外輪２１を構成し、一方向クラッチ３０のクラッチ用内輪部３２と、サポート軸受４０の軸受用内輪部４２とが一体化されて一方向クラッチユニット２０の一体内輪２２を構成している。一体内輪２２には、内スプライン部２２ａが形成されており、駆動軸３と一体内輪２２とが各スプライン部３ａ，２２ａにてスプライン結合されている。

クラッチ用内輪部３２の外周面には、図２に示すように、周方向に複数（例えば、８つ）のカム面３２ａが形成されている。各カム面３２ａは、何れも同じ大きさの矩形平面状に形成され、対向するクラッチ用外輪部３１の内周面３１ａとで周方向の一方に向けて狭くなるくさび状空間を形成している。各カム面３２ａには、過大トルクの負荷時にころ３４を嵌め入れて保持する断面円弧状で平面視にて矩形状のトルクリミット用溝３２ｂが形成されている。

保持器３３は、クラッチ用内輪部３２のカム面３２ａと係合可能な係合孔部を有する合成樹脂製の籠形筒状のものであり、クラッチ用内輪部３２に周方向及び軸方向に位置決めされた状態で外装されている。保持器３３には、図３及び図４に示すように、クラッチ用内輪部３２のカム面３２ａに対応する位置に径方向に貫通するポケット３３ａが形成されている。

ポケット３３ａは、ころ３４の移動時にころ３４の姿勢を安定させるガイドとしての機能を果たす。隣接するポケット３３ａ間には、ポケット３３ａの周長を規定する柱部３３ｂが形成されている。各柱部３３ｂは、ポケット３３ａのアキシャル方向の両側にて全周に渡って連結されるとともに、ポケット３３ａ内へ突出するばね用突起３３ｃを一体に備えている。

ころ３４は、鋼製の円柱体であり、カム面３２ａ（ポケット３３ａ）と同じ数だけ用いられている。ころ３４は、くさび状空間において、コイルばね３５によりくさび状空間が狭まる方向（ロック方向）に付勢されるとともに、その付勢力に抗してクラッチ用内輪部３２のカム面３２ａ上を移動可能とされている。コイルばね３５は、保持器３３における柱部３３ｂのばね用突起３３ｃに装着されている。

サポート軸受４０は、クラッチ用外輪部３１及びクラッチ用内輪部３２を位置決め（芯出し）する。すなわち、サポート軸受４０は、一方向クラッチ３０におけるくさび角の変化を防止して、一方向クラッチ３０がトルクリミッタとして機能するときのトルクリミット値のばらつきを防止する機能を果たす。

上記のように構成された一方向クラッチ３０において、プーリ１１の回転速度がコンプレッサ１の駆動軸３よりも相対的に速くなった場合には、一方向クラッチ３０のころ３４がくさび状空間の狭い側へ転動してクラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２間に噛み込む。このため、クラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２とが一体回転するロック状態（トルク伝達状態）となり、プーリ１１、フランジ部材１２、一方向クラッチユニット２０及びコンプレッサ１の駆動軸３が一体化して同期回転する。

一方、プーリ１１の回転速度がコンプレッサ１の駆動軸３よりも相対的に遅くなった場合には、一方向クラッチ３０のころ３４がくさび状空間の広い側へ転動してクラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２間に噛み込まなくなる。このため、クラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２とが相対回転するフリー状態（トルク遮断状態）となり、プーリ１１からコンプレッサ１の駆動軸３への回転動力の伝達が遮断されて、駆動軸３が回転慣性力のみで回転を継続するようになる。これにより、エンジンからプーリ１１に伝達される回転変動が吸収されて、駆動軸３の回転がほぼ一定に保たれるようになる。

そして、例えばコンプレッサ１の焼付きにより駆動軸３がロックして負荷トルクが所定のトルクリミット値に達した場合には、ころ３４がくさび状空間のロック位置よりも更に狭い側へロールオーバーして、カム面３２ａのトルクリミット用溝３２ｂに嵌り込む。これにより、クラッチ用外輪部３１とクラッチ用内輪部３２とが相対回転するフリー状態（トルク遮断状態）となり、プーリ１１のみが回転するようになって、プーリ１１からコンプレッサ１の駆動軸３への動力伝達が遮断されるトルクリミッタ機能を果たすようになる。このように、過大なトルクを受けたときもプーリ１１の回転が維持されるので、プーリ１１上でベルト４が滑らずに済みベルト４の寿命向上に貢献できるとともに、コンプレッサ１やベルト４を介して連結される他のエンジン補機へ及ぼす悪影響を回避することができる。

ところで、この第１実施形態では、各トルクリミット用溝３２ｂのカム面３２ａ側の溝端部に、滑り規制部としての突起３２ｃが一体形成されている。突起３２ｃは、図５に模式的に示すように、断面略三角状をなし、トルクリミット用溝３２ｂの溝面（下方へ凸）に対して上方へ凸状となる形態で形成されている。この突起３２ｃは、クラッチ用外輪部３１の内周面３１ａ間の距離がころ３４の直径よりも極僅かだけ小さくなるように溝面からの突出量が設定されている。すなわち、ころ３４が突起３２ｃに乗り上げるに際して、あたかも突起３２ｃがころ３４に食い込むように、ころ３４を局部的に弾性変形させるようになっている。

これにより、ころ３４が突起３２ｃに弾性的に乗り上げることで、抵抗力（グリップ力）を受けるようになる。この抵抗力によって、ころ３４の滑りが規制され、ころ３４がトルクリミット用溝３２ｂの底部側へ転がり落ちるようになる。その結果、ころ３４がトルクリミット用溝３２ｂの溝端に位置した状態でのくさび角θを従来の一方向クラッチとほぼ同じ角度に設定しても、ころ３４の滑りが規制されるので、一方向クラッチ３０のコンパクト化を図りつつ、ころ３４の飛び出しによる保持器３３の破損を良好に防止することができる。

ｂ．第２実施形態
上記第１実施形態では、滑り規制部としての突起３２ｃをクラッチ用内輪部３２と一体に形成したが、これに代えて、例えば図６（ａ）に模式的に示すように、クラッチ用内輪部３２とは別部材の高摩擦材１３２ｃをトルクリミット用溝３２ｂの溝端部に固着してもよい。高摩擦材１３２ｃは、突起３２ｃとほぼ同じ凸状に形成されており、クラッチ用内輪部３２よりも高い摩擦係数の材料（例えば、合成樹脂、ゴムなど）で形成されている。

この第２実施形態によれば、ころ３４が高摩擦材１３２ｃから摩擦力（グリップ力）を受けるようになる。この摩擦力によって、ころ３４の滑りが規制され、ころ３４がトルクリミット用溝３２ｂの底部側へ転がり落ちるようになる。これにより、上記第１実施形態と同様な効果を得ることができる。

なお、高摩擦材１３２ｃは、図６（ａ）に示した凸状のものに限らず、例えば図６（ｂ）に模式的に示すように、トルクリミット用溝３２ｂの溝面に滑らかに連なる曲面（下方に凸）を有する高摩擦材１３２ｃ’を用いてもよい。

また、高摩擦材１３２ｃとクラッチ用内輪部３２とを別部材とする場合に限らず、例えば図６（ｃ）に模式的に示すように、トルクリミット用溝３２ｂの溝端面に、面粗さを粗くして摩擦係数を高くした高摩擦処理部１３２ｃ”を形成してもよい。

また、上記第１実施形態等では、トルクリミット用溝３２ｂがクラッチ用内輪部３２に形成された一方向クラッチ３０に本発明を適用したが、これに限らず、例えばトルクリミット用溝がクラッチ用外輪部に形成された一方向クラッチや、内輪部材がプーリに連結され外輪部材がエンジン補機の駆動軸に連結される一方向クラッチなど、種々のタイプの一方向クラッチに本発明を適用することが可能である。

本発明の第１実施形態に係る一方向クラッチを含んでなる一方向クラッチユニットを備えたプーリユニットの縦断面図。 図１の一方向クラッチの正面断面図。 図２の一方向クラッチの部分拡大平面図。 図２の部分拡大図。 滑り規制部を示す説明図。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る滑り規制部を示す説明図。（ｂ），（ｃ）は第２実施形態の変形実施形態に係る滑り規制部を示す説明図。 従来の一方向クラッチにおいて、トルクリミット用溝内へのころの落下時の説明図。

符号の説明

１ コンプレッサ（エンジン補機）
２ ケース
３ 駆動軸
４ ベルト
１０ プーリユニット
１１ プーリ
１２ フランジ部材
２０ 一方向クラッチユニット
２１ 一体外輪
２２ 一体内輪
３０ 一方向クラッチ
３１ クラッチ用外輪部（外輪部材）
３１ａ 内周面
３２ クラッチ用内輪部（内輪部材）
３２ａ カム面
３２ｂ トルクリミット用溝
３２ｃ 突起（滑り規制部）
３３ 保持器
３３ａ ポケット
３３ｂ 柱部
３３ｃ ばね用突起
３４ ころ
３５ コイルばね
４０ サポート軸受
１３２ｃ，１３２ｃ’ 高摩擦材（滑り規制部、高摩擦部）
１３２ｃ” 高摩擦処理部（滑り規制部、高摩擦部）

Claims (3)

1. 外輪部材と内輪部材とがころを介して同軸的に配置され、前記外輪部材または前記内輪部材に形成されたカム面上を前記ころが周方向に移動可能に設けられており、前記外輪部材と前記内輪部材間に前記ころが噛み込むことで該外輪部材と該内輪部材とが一体回転するロック状態となり、前記カム面に形成されたトルクリミット用溝に前記ころが嵌り込むことで前記外輪部材と前記内輪部材とが相対回転するフリー状態となる一方向クラッチであって、
   前記トルクリミット用溝の前記カム面側の溝端部には、前記ころとの滑りを規制して該ころを前記トルクリミット用溝の底部側へ転がり落とす滑り規制部が設けられていることを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記滑り規制部は、前記トルクリミット用溝の溝面に対して上方へ凸状となる形態の突起である請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 前記滑り規制部は、前記トルクリミット用溝を有する前記外輪部材又は前記内輪部材に比して摩擦係数の高い高摩擦部である請求項１または２に記載の一方向クラッチ。

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