JP3556800B2 - オルタネータプーリ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向クラッチを備えるオルタネータプーリに関する。このオルタネータプーリは、例えば自動車などのエンジンのクランクシャフトからベルトを介して駆動され、オルタネータを発電させるものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのクランクシャフトは、一定の回転数で回転するものでなく、エンジン搭載車両の運転状況に応じて不規則となる。このようなエンジンのクランクシャフトを駆動源とするオルタネータでは、その発電効率がエンジン出力に比例するようになっている。
【０００３】
これに対して、例えば実開昭５７−１７２５６号のマイクロフィルムに示されるように、オルタネータに一方向クラッチを内蔵し、クランクシャフトの回転数が低下するときに、オルタネータのロータの回転をその慣性力を利用して継続させることによりオルタネータの発電効率を高めるようにしたものが考えられている。この一方向クラッチは、ころを用いる一般的な構成であり、クランクシャフトの回転変動に伴い一方向クラッチがフリー状態（動力伝達状態）とロック状態（動力伝達遮断状態）とに切り替わるように利用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例では、一方向クラッチのばねによる荷重を高く設定していると、クランクシャフトの回転数が低下するときに、一方向クラッチのころがロック位置からフリー位置へと転動しにくくなるので、動力伝達を遮断する切替動作が遅れることになって、オルタネータのロータの回転を高域で継続させることができなくなり、発電効率が低下する。
【０００５】
したがって、本発明は、一方向クラッチを内蔵しているオルタネータプーリにおいて、動力伝達を遮断する状態への切替動作を速やかに行えるようにし、オルタネータの発電効率の向上を図ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のオルタネータプーリは、エンジンの出力軸からベルトを介して回転駆動される駆動環体と、駆動環体の内周に配設される従動環体と、駆動環体と従動環体との間に介装される一方向クラッチとを備えるオルタネータプーリであって、一方向クラッチは、複数のころと、複数のころを収納するポケットを有する保持器と、保持器の外周に配設される外輪部材と、保持器のポケットに対応する位置の外周面にくさび状空間形成用のカム面が設けられる内輪部材と、ころをくさび状空間の狭い側へ押圧する弾性部材とを含み、一方向クラッチにおいて、内輪部材の軸心から弾性部材までの半径に弾性部材１つあたりの弾力を乗じて求められるトルク値が、０．００１〔Ｎ・ｍ〕以上４〔Ｎ・ｍ〕以下に設定されている。
【０００８】
上記オルタネータプーリに備える一方向クラッチは、エンジンの出力軸の回転変動に伴い、ロック状態とフリー状態とに切り替わって、駆動環体から従動環体へ動力を伝達したり遮断したりすることにより、オルタネータの発電効率を高めるために設けられているが、本発明ではころをロック位置側に拘束する力を適度に管理しているから、ロック位置からフリー位置へのころの転動が速やかに行われるようになる。これにより、ベルトの回転数が低下し始めてから早い時期にフリー状態への切替が行えるようになり、オルタネータのロータの回転を高域に維持できるようになる。
【０００９】
また、本発明に係るオルタネタプーリでは、上記作用の他に、一方向クラッチのカム面を外輪部材側でなく内輪部材側に設けているので、高速回転域でも遠心力によってころがロック位置から不必要に外れるのを防止できるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図１ないし図４に示す実施形態に基づいて説明する。
【００１１】
図１ないし図４は本発明の一実施形態にかかり、図１は、オルタネータプーリの縦断面図、図２は、図１の（２）−（２）線断面で一方向クラッチのみを示す図、図３は、一方向クラッチの一部を示す平面展開図、図４は、駆動環体と従動環体との回転特性を示す図表である。
【００１２】
図例のオルタネータプーリＡは、自動車エンジンのクランクシャフトからベルトＢを介して回転駆動される駆動環体１と、駆動環体１の内周に配設される従動環体２と、駆動環体１と従動環体２との間に介装される一方向クラッチ３と、両環体１，２の間で一方向クラッチ３の軸方向両側に配設される２つの転がり軸受４，４とを備えている。
【００１３】
駆動環体１の外周には、いわゆるＶベルトと呼ばれるベルトＢが巻き掛けられる波状の溝が形成されている。
【００１４】
従動環体２は、図示省略のオルタネータのロータが固定されるスリーブ状のものからなる。
【００１５】
一方向クラッチ３は、外周面の円周数箇所に平坦なキー状のカム面１０ａが設けられた内輪１０と、カム面１０ａに対応して径方向内外に貫通形成されるポケット１２ａを有する保持器１２と、保持器１２の各ポケット１２ａに１つずつ収納される複数のころ１３と、保持器１２において各ポケット１２ａとつながる凹部１２ｂに１つずつ収納されてころ１３をロック側（カム面１０ａと駆動環体１内周面との間のくさび状空間の狭い側）へ押圧する弾性部材としてのコイルバネ１４と、コイルバネ１４の一端に係合されてころ１３の周面に当接するばね受け部材１５とを備えている。コイルバネ１４は、その弾発付勢力をころ１３に対してその自転動作を補助する形態でバランスよくかつ効率よく付与させるために、内輪１０側つまり内径側に片寄った位置に配置されているとともに、ころ１３の軸方向中央位置に当接されている。
【００１６】
転がり軸受４は、軸方向外方の片側にシール部材が装着された深溝型玉軸受からなり、２つの転がり軸受４，４によって一方向クラッチ３を密封するようになっている。
【００１７】
以上説明したプーリＡは、一方向クラッチ３によりベルトＢが回転変動するときでもオルタネータの発電効率を可及的に高めるようになっている。つまり。通常、ベルトＢの駆動源となるエンジンのクランクシャフトの回転数は、走行状況に応じて不規則に変動するが、ベルトＢの回転数が上昇するときは、一方向クラッチ３がロック状態となり、従動環体２を駆動環体１と同期回転させ、一方、ベルトＢの回転数が低下するとき、一方向クラッチ３がフリー状態となり、従動環体２が駆動環体１の減速と無関係に自身の回転慣性力により回転を継続する現象となる。このようにして、オルタネータのロータの回転を高域に維持して、発電効率を高めるようにしている。
【００１８】
要するに、ベルトＢおよび駆動環体１の回転速度が従動環体２よりも相対的に速いときは、一方向クラッチ３のころ１３がくさび状空間の狭い側へ転動させられてロック状態となるので、駆動環体１と従動環体２とが一体化して同期回転する。しかし、ベルトＢおよび駆動環体１の回転速度が従動環体２よりも相対的に遅いときは、一方向クラッチ３のころ１３がくさび状空間の広い側へ転動させられてフリー状態となるので、駆動環体１から従動環体２へ回転動力の伝達が遮断されることになって従動環体２が回転慣性力のみで回転を継続するようになる。
【００１９】
ここで、本発明では、一方向クラッチ３において、ころ１３をロック側へ押圧するためのトルク値を、４〔Ｎ・ｍ〕以下、好ましくは０．００１〜４〔Ｎ・ｍ〕の範囲に設定している。このトルク値は、駆動環体１の軸心Ｏからコイルバネ１４までの半径ｒとコイルバネ１４の１つあたりのばね力ｐとを乗じて求められる。これにより、上述した一方向クラッチ３において、ころ１３がロック位置からフリー位置へ速やかに転動しうるようになるから、ベルトＢの回転数が低下し始めてから早い時期にフリー状態への切替が行えるようになり、オルタネータのロータの回転を高域に維持できるようになる。この他、本実施形態では、一方向クラッチ３のカム面１０ａを外輪１１側でなく内輪１０側に設けているから、高速回転域でも遠心力によってころ１３がロック位置から不必要に外れるのを防止できるようになっている。
【００２０】
ちなみに、ベルトＢの回転変動量に対するオルタネータの回転変動量を調べているので、説明する。図４は、ベルトの回転変動量に対するオルタネータの回転変動量を示す図表である。
【００２１】
図４（ａ）では、一方向クラッチ３を内蔵していない場合に関するデータを示しており、エンジンの回転変動がそのままオルタネータのロータに伝達されるようになっている。
【００２２】
図４（ｂ）では、トルク値を４．５〔Ｎ・ｍ〕に設定している場合に関するデータを示しており、エンジンつまり駆動環体１の回転数を１８０００ｒｐｍの状態から９０００ｒｐｍ付近にまで下げたとき、従動環体２つまりオルタネータのロータの回転数は９５００ｒｐｍになり、発電効率がわずかに高められることが判る。
【００２３】
図４（ｃ）では、トルク値を４〔Ｎ・ｍ〕に設定している場合に関するデータを示しており、エンジンつまり駆動環体１の回転数を１８０００ｒｐｍの状態から９０００ｒｐｍ付近にまで下げたとき、従動環体２つまりオルタネータのロータの回転数は１２０００ｒｐｍになり、発電効率が大きく高められることが判る。
【００２４】
なお、図４（ｂ），（ｃ）の測定は、台上試験機において、サイズがφ５６のプーリを使用し、加速１ｓ、減速１５ｓにて行った。
【００２５】
このように、一方向クラッチ３のトルク値が４〔Ｎ・ｍ〕を超えると、ベルトＢの回転数が低下するときに、ころ１３がロック位置からフリー位置へと転動しにくくなるので、動力伝達を遮断する切替動作が遅れることになり、一方向クラッチ３を内蔵していないものとほぼ同等と、あまり効果が見られない。一方、最小トルク値として最適にはトルク値が０．００１〔Ｎ・ｍ〕であり、これ以上トルク値が０に近づくと、ころ１３がフリー側からロック側へと転動するときの補助的な押圧付勢力が不足することになり、一方向クラッチ３本来の機能が損なわれることになる。これらの知見に基づいて、トルク値の適正範囲を上述したように特定しているのである。
【００２６】
なお、本発明は上記実施例のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００２７】
（１） 上記実施形態では、一方向クラッチ３の弾性部材としてコイルバネ１４を例に挙げているが、それについても種々な板ばねや弾性片などで代用することができる。
【００２８】
（２） 上記実施形態では、一方向クラッチ３のカム面１０ａを内輪部材側に形成した例を挙げているが、外輪部材側に設けたものにも本発明を適用できる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１の発明では、一方向クラッチにより回転駆動力が低下するときでもオルタネータの駆動力を低減させないよう動作するが、ころがロック位置からフリー位置へ速やかに転動しうるように工夫しているから、ベルトの回転数が低下し始めてから早い時期にフリー状態への切替が行えるようになり、オルタネータのロータの回転を高域に維持できるようになる。そのため、オルタネータの発電効率を可及的に高めることができる。
【００３０】
本発明では、上記効果に加えて、一方向クラッチのカム面を外輪部材側でなく内輪部材側に設けているので、高速回転域でも遠心力によってころがロック位置から不必要に外れるのを防止できるようになる。したがって、この効果と上記トルク値の特定による効果との相乗により、ころの動作安定化を高めることができるようになる。
【００３１】
このように、本発明によれば、一方向クラッチの動作を安定化して、オルタネータの発電効率を高めることができるなど、信頼性の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のオルタネータプーリの縦断面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面で一方向クラッチのみを示す図
【図３】一方向クラッチの一部を示す平面展開図
【図４】減速時における駆動環体と従動環体との回転特性を示す図表
【符号の説明】
Ａ オルタネータプーリ
Ｂ ベルト
１ 駆動環体
２ 従動環体
３ 一方向クラッチ
１０ａ カム面
１３ ころ
１４ コイルバネ

Claims (1)

1. エンジンの出力軸からベルトを介して回転駆動される駆動環体と、駆動環体の内周に配設される従動環体と、駆動環体と従動環体との間に介装される一方向クラッチとを備えるオルタネータプーリであって、
   一方向クラッチは、複数のころと、複数のころを収納するポケットを有する保持器と、保持器の外周に配設される外輪部材と、保持器のポケットに対応する位置の外周面にくさび状空間形成用のカム面が設けられる内輪部材と、ころをくさび状空間の狭い側へ押圧する弾性部材とを含み、
   一方向クラッチにおいて、内輪部材の軸心から弾性部材までの半径に弾性部材１つあたりの弾力を乗じて求められるトルク値が、０．００１〔Ｎ・ｍ〕以上４〔Ｎ・ｍ〕以下に設定されている、ことを特徴とするオルタネータプーリ。

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