JP4013384B2 - 一方向クラッチ付きプーリユニット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向クラッチ付きプーリユニットに関する。一方向クラッチは、種々な機能装置の送り機構の他、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る補機に装備するプーリなどに内蔵される。前述の補機としては、例えば自動車のエアコンディショナ用コンプレッサ、ウォーターポンプ、オルターネータ、冷却ファン、クランクプーリなどが挙げられる。
【0002】
【従来の技術】
一方向クラッチは、径方向内外に同心状に配設される駆動部材と従動部材とを同期回転させるロック状態と、相対回転させるフリー状態とに切り換えるものであり、ころを用いるタイプや、スプラグを用いるタイプなどが知られている。
【0003】
例えば、ころを用いるタイプの一方向クラッチでは、両部材間の径方向対向空間の円周数カ所にくさび状空間が設けられ、このくさび状空間にくさび部材としてのころが配置される。このくさび状空間は、例えば径方向外側に配設される環状部材の内周面の円周数カ所に設けられる径方向外向きに凹む凹曲面からなるカム面と、径方向内側に配設される軸状部材の円形外周面とで形成される。
【0004】
一方、スプラグを用いるタイプの一方向クラッチでは、両部材間の径方向対向空間の円周数カ所に、くさび部材としてのスプラグが配置され、駆動部材の回転速度が従動部材よりも速くなったときにスプラグがロック状態となり、駆動部材の回転速度が従動部材よりも遅くなったときにスプラグがフリー状態となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようなころやスプラグを用いるタイプの一方向クラッチでは、ロック状態において、くさび部材の摩擦力により両部材を一体化させるようにしているが、回転遠心力が増大する高速回転域や回転変動が大きい低速域など角速度が大きくなるような状況や内部潤滑剤の動粘度が低温時など大きくなるような状況において、くさび部材が滑ってかみ合い性が弱まる傾向となることが指摘される。このような現象が発生すると、ロックタイミングが不安定になると言える。
【0006】
このような事情に鑑み、本発明は、一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、ロックタイミングを安定させることを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明にかかる一方向クラッチ付きプーリユニットは、径方向内外に同心状に配設されるプーリと回転軸とを同期回転させるロック状態と相対回転させるフリー状態とに切り換えるもので、前記プーリと回転軸の対向空間に配設される転がり軸受と、前記プーリの内周面に対して固定状態に設けられかつ前記回転軸と対向する周面がテーパ状に形成されているとともにこのテーパ状周面に螺旋溝を有する固定ねじ部材と、前記回転軸の外周面に対して軸方向のみにスライド変位可能な状態に嵌合されかつ前記固定ねじ部材のテーパ状周面と対向する周面が該テーパ状周面と平行なテーパ状に形成されているとともにこのテーパ状周面に前記固定ねじ部材の螺旋溝に対して螺合する螺旋溝を有する可動ねじ部材とを備え、前記プーリと回転軸との相対回転速度差に応じて、前記固定ねじ部材に対して前記可動ねじ部材が軸方向にスライドさせられることによりねじ込みを深めて一体化する状態と螺合を外して分離する状態とに切り換わるものである。
【0008】
請求項2の発明にかかる一方向クラッチ付きプーリユニットは、上記請求項1において、前記固定ねじ部材に対する前記可動ねじ部材のねじ込みを深める側へ前記可動ねじ部材を弾発付勢する弾発付勢部材を備えている。
【0009】
要するに、本発明では、送りねじ機構を利用した一方向クラッチ付きプーリユニットであって、従来例のような複数のくさび部材を用いないようにしているから、従来例のようなくさび部材の滑り自体がなくなる。
【0010】
本発明の一方向クラッチ付きプーリユニットの動作は、まず、プーリの回転速度が回転軸よりも速くなると、可動ねじ部材が固定ねじ部材に対するねじ込みを深める向きに軸方向に沿ってスライドすることになって、可動ねじ部材と固定ねじ部材とが一体化して、プーリと回転軸とが同期回転しうるロック状態になるので、プーリから回転軸に対して回転動力が伝達されることになる。
【0011】
一方、回転軸の回転速度がプーリよりも速くなると、可動ねじ部材が固定ねじ部材に対するねじ込みを浅くする向きに軸方向に沿ってスライドすることになって、可動ねじ部材の螺旋溝が固定ねじ部材の螺旋溝から外れて、プーリが回転軸に対して相対回転するフリー状態になるので、プーリから回転軸に対して回転動力が伝達されなくなる。
【0012】
このように、可動ねじ部材のロック状態からフリー状態までのスライド量が、可動ねじ部材と固定ねじ部材とのテーパ状周面の傾斜角度でもって物理的に規制されているから、ロック、フリーの動作タイミングが常に一定になる。
【0013】
また、請求項2のように、弾発付勢部材を設けていれば、可動ねじ部材と固定ねじ部材との螺合部分の遊びを無くせるようになり、可動ねじ部材のスライド動作が円滑になる。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【0015】
本発明の一方向クラッチ付きプーリユニットは、例えば自動車などのエンジンに装着される各種の補機に内蔵することができる。そこで、この実施形態では、一方向クラッチ付きプーリユニットを補機としてのオルタネータに組み込んだ例を挙げる。
【0016】
図1ないし図3は本発明の一実施形態を示している。図1は、一方向クラッチを内蔵したプーリユニットで、フリー状態を示す断面図、図2は、図1のプーリユニットで、ロック状態を示す断面図、図3は、図2の(3)−(3)線断面の矢視図である。
【0017】
図中、Aはプーリユニットの全体を示している。このプーリユニットAは、プーリ1と、回転軸2と、2つの転がり軸受3,4と、一方向クラッチ5とを備えている。
【0018】
プーリ1は、円環状に形成されていて、その外周面に駆動ベルト6が巻き掛けられるベルト溝1aが設けられている。
【0019】
回転軸2は、オルタネータの入力軸となるもので、プーリ1の内周に同心状に配設されている。
【0020】
転がり軸受3,4は、プーリ1と回転軸2との対向空間の軸方向両側に配設されて主としてラジアル荷重を負担するもので、例えば深溝玉軸受とされる。
【0021】
一方向クラッチ5は、プーリ1と回転軸2との対向空間において2つの転がり軸受3,4の間に配設されており、プーリ1から回転軸2に対して回転動力を伝達するロック状態と、伝達しないフリー状態とに適宜切り換わるものである。
【0022】
前述した一方向クラッチ5の構成を詳細に説明する。一方向クラッチ5は、内周面がテーパ状に形成された環体からなる固定ねじ部材10と、外周面がテーパ状に形成された環体からなる可動ねじ部材11と、可動ねじ部材11の軸方向スライド動作をガイドするガイド環体12と、弾発付勢部材としてのコイルバネ13とを備えている。
【0023】
固定ねじ部材10は、駆動部材としてのプーリ1の内周面に圧入により不動に嵌合されており、可動ねじ部材11のスライド動作を案内するものである。この固定ねじ部材10の内周面はテーパ状に形成されており、このテーパ状内周面には、螺旋溝10aが設けられている。
【0024】
可動ねじ部材11は、従動部材としての回転軸2の外周面に対して軸方向のみスライド可能に嵌合されている。この可動ねじ部材11の外周面は、テーパ状に形成されており、このテーパ状外周面には、固定ねじ部材10のテーパ状内周面に形成されてある螺旋溝10aに螺合する螺旋溝11aが形成されている。また、可動ねじ部材11の内周面には、スプライン11bが形成されている。
【0025】
上述した固定ねじ部材10のテーパ状内周面の傾斜角度と、可動ねじ部材11のテーパ状外周面の傾斜角度とは、ほぼ同一に設定されており、この固定ねじ部材10に対する可動ねじ部材11のねじ込み深さによって可動ねじ部材11の軸方向両方向へのスライド範囲が規制されている。また、固定ねじ部材10の螺旋溝10aおよび可動ねじ部材11の螺旋溝11aの各山部(歯先)は、摩耗しにくいように丸いR形状となっている。
【0026】
ガイド環体12は、回転軸2の外周面において2つの転がり軸受3,4の領域に周方向ならびに軸方向に不動となる状態に外嵌されており、このガイド環体12の外周面には、可動ねじ部材11のスプライン11bに対してスプライン嵌合するスプライン12aが形成されている。なお、スプライン嵌合に限らず、キーやセレーションとすることもできる。
【0027】
コイルバネ13は、回転軸2の外周で可動ねじ部材11と図中左側の転がり軸受4の内輪との間に圧縮状態で配設されており、伸張復元力により可動ねじ部材11を固定ねじ部材10に対してねじ込みを深める向きへ弾発付勢するものである。
【0028】
次に、上記プーリユニットAの動作を説明する。
【0029】
まず、ベルト6によりプーリ1が図中右側から見て時計方向に回転されると、このプーリ1に固定されてある一方向クラッチ5の固定ねじ部材10がプーリ1と同期回転することになる。これにより、一方向クラッチ5の可動ねじ部材11が図中の右側方向つまり固定ねじ部材10に対するねじ込みを深める側に軸方向にスライドすることになる。こうして、可動ねじ部材11に対して固定ねじ部材10が最大限までねじ込まれると、可動ねじ部材11のスライド動作が停止させられることになって、可動ねじ部材11と固定ねじ部材10とが一体化する。これで、プーリ1が回転軸2に対して一体化することになる。この状態が一方向クラッチ5のロック状態である。その結果、プーリ1から回転軸2に対して回転動力をほぼ1:1の割合で伝達するようになる。
【0030】
一方、プーリ1が図中右側から見て反時計方向に回転されると、このプーリ1に固定されてある一方向クラッチ5の固定ねじ部材10がプーリ1と同期回転することになる。これにより、一方向クラッチ5の可動ねじ部材11が図中の左側方向つまり固定ねじ部材10に対するねじ込みを浅くする側にコイルバネ13の弾発付勢力に抗して軸方向にスライドすることになる。こうして、可動ねじ部材11と固定ねじ部材10との螺合状態が完全に解除されると、可動ねじ部材11のスライド動作が停止させられることになって、可動ねじ部材11と固定ねじ部材10とが相対回転可能になる。この状態が一方向クラッチ5のフリー状態である。その結果、プーリ1から回転軸2に対して回転動力の伝達を遮断するようになる。
【0031】
ところで、プーリ1を時計方向だけにしか回転させないような形態で使用する場合において、仮に、プーリ1の回転上昇過程で、プーリ1の回転速度が一時的に低下すると、回転軸2の回転速度が回転慣性力によりプーリ1の回転速度よりも一瞬速くなるので、回転軸2と共に一方向クラッチ5の可動ねじ部材11が時計方向に旋回しながら図中左側方向つまり固定ねじ部材10との螺合状態を解除する向きにコイルバネ13の弾発付勢力に抗して軸方向にスライドすることになり、上述したように、プーリ1と回転軸2とを相対回転させるフリー状態となるので、プーリ1から回転軸2に対して回転動力の伝達を遮断するようになる。
【0032】
この後、プーリ1の回転速度が回転軸2よりも速くなると、上述したように、一方向クラッチ5の可動ねじ部材11が図中の右側方向つまり固定ねじ部材10に対するねじ込みを深める側に軸方向にスライドして、一方向クラッチ5がロック状態となるので、プーリ1から回転軸2に対して回転動力が伝達されることになる。
【0033】
このように、プーリ1の回転速度が高低変動(脈動)するようなことがあっても、一方向クラッチ5がロック状態とフリー状態に適宜切り換わって、プーリ1の回転速度の脈動を整流化して、回転軸2にリニアに伝達させるようになっている。また、プーリ1の回転速度が高速から低速に減速するときにも、一方向クラッチ5がフリー状態になって回転軸2を自身の回転慣性力でもって高速回転させることができるので、オルタネータの発電効率を高めることができる。
【0034】
以上説明したように、一方向クラッチ5について、従来例のようなくさび状部材を用いずに、送りねじ機構を利用した構造としたので、くさび状部材を用いる構造の一方向クラッチにおいて発生する可能性のあるくさび状部材の滑り自体を無くすことができる。そして、本発明の一方向クラッチ5では、従来例のくさび状部材に対応する可動ねじ部材11の動きをテーパ状の螺旋溝10a,11aで案内して動き範囲を規制しているので、一方向クラッチ5のロック、フリーの動作タイミングを常に一定にできて、動作応答性を安定化できるようになる。
【0035】
なお、本発明は上記実施形態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。
【0036】
(1)上記実施形態では、一方向クラッチ5を自動車の補機としてオルタネータのプーリに組み込んだ例を挙げて、プーリ1を駆動部材、回転軸2を従動部材としているが、プーリ1を従動部材、回転軸2を駆動部材とする場合については、固定ねじ部材10を回転軸2に、また、可動ねじ部材11をプーリ1にそれぞれ取り付けるようにする必要がある。
【0037】
(2)上記実施形態では、回転軸2の外周にスプライン12aを有するガイド環体12を取り付けるようにしているが、回転軸2の外周面にスプラインを形成するようにしてガイド環体12を用いないようにしてもよい。
【0038】
(3)上記実施形態では、一方向クラッチ5を自動車の補機としてオルタネータのプーリに組み込んだ例を挙げたが、その他の補機のプーリに対して組み込むことができる。いずれにしても、一方向クラッチ5の可動ねじ部材11を従動部材側に軸方向のみスライド可能に取り付けて、一方向クラッチ5の固定ねじ部材10を駆動部材側に固定状態で取り付けるようにすればよい。
【0039】
【発明の効果】
請求項1および2の発明にかかる一方向クラッチ付きプーリユニットでは、送りねじ機構の可動ねじ部材と固定ねじ部材とのねじ込み量を増減させてそれらを一体化させる状態と噛み合わせを外す状態とに切り換えることによりロック、フリー動作を行わせるようにしているから、従来例のくさび状部材のような滑り要素を排除できるようになり、ロック、フリーの動作タイミングを常に一定に管理できて、動作応答性を安定化できるようになる。
【0040】
特に、請求項2のように弾発付勢部材で可動ねじ部材を軸方向一方に弾発付勢させるようにしていれば、可動ねじ部材と固定ねじ部材との螺合部分の遊びを無くすことができて、可動ねじ部材のスライド動作を円滑にできるようになる。
【0041】
このように、本発明では、安定でしかも信頼性の高いクラッチ機能を発揮する一方向クラッチ付きプーリユニットを提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる一方向クラッチを備えるプーリユニットで、フリー状態を示す上半分の断面図
【図2】図1のプーリユニットで、ロック状態を示す上半分の断面図
【図3】図2の(3)−(3)線断面の矢視図
【符号の説明】
A プーリユニット
1 プーリ
2 回転軸
5 一方向クラッチ
10 一方向クラッチの固定ねじ部材
10a 固定ねじ部材の螺旋溝
11 一方向クラッチの可動ねじ部材
11a 可動ねじ部材の螺旋溝
12 ガイド環体
13 コイルバネ
Claims (2)
- 径方向内外に同心状に配設されるプーリと回転軸とを同期回転させるロック状態と相対回転させるフリー状態とに切り換える一方向クラッチ付きプーリユニットであって、
前記プーリと回転軸との対向空間に配設される転がり軸受と、
前記プーリの内周面に対して固定状態に設けられかつ前記回転軸と対向する周面がテーパ状に形成されているとともにこのテーパ状周面に螺旋溝を有する固定ねじ部材と、
前記回転軸の外周面に対して軸方向のみにスライド変位可能な状態に嵌合されかつ前記固定ねじ部材のテーパ状周面と対向する周面が該テーパ状周面と平行なテーパ状に形成されているとともにこのテーパ状周面に前記固定ねじ部材の螺旋溝に対して螺合する螺旋溝を有する可動ねじ部材とを備え、
前記プーリと回転軸との相対回転速度差に応じて、前記固定ねじ部材に対して前記可動ねじ部材が軸方向にスライドさせられることによりねじ込みを深めて一体化する状態と螺合を外して分離する状態とに切り換わるものである、ことを特徴とする一方向クラッチ付きプーリユニット。 - 請求項1の一方向クラッチ付きプーリユニットにおいて、
前記固定ねじ部材に対する前記可動ねじ部材のねじ込みを深める側へ前記可動ねじ部材を弾発付勢する弾発付勢部材を備えている、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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