JP4111556B2 - エンジンの補機用高速回転プーリユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プーリユニットに関する。本発明のプーリユニットは、例えば自動車エンジンの補機（クーラーコンプレッサー、オルタネータ、冷却水ポンプ、過給機、操舵用油圧ポンプなど）に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車のオルタネータなどの交流発電機は、自動車エンジンのクランクシャフトの回転動力により駆動されるようになっている。
【０００３】
つまり、オルタネータの回転軸に対して一体的に外嵌装着されるプーリと、自動車エンジンのクランクシャフトに一体的に外嵌装着されるプーリとに対してベルトを巻き掛けている。この場合、クランクシャフトの回転動力でもってオルタネータが直接駆動される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来例は、次のような問題を有している。
【０００５】
すなわち、クランクシャフトの回転動力でもってオルタネータが直接駆動されているが、クランクシャフトが高速回転している状態から急減速されたとき、オルタネータはその慣性モーメントにより急減速できないので、クランクシャフトとオルタネータとの回転速度差が生じる。これにより、オルタネータのプーリ上でベルトがすべることになり、振動や騒音が発生するとともに、ベルトが損傷し寿命が低下する。
【０００６】
また、高速で回転させているオルタネータのプーリを急減速させること自体、オルタネータの発電作用が低下するなど、無駄であると言える。
【０００７】
そこで、本願出願人は、回転軸とプーリとの間に一方向クラッチを介装することにより、クランクシャフトのプーリが急減速したときに、このクランクシャフトのプーリからオルタネータのプーリに対する回転動力の伝達を遮断させるようにすればよいと考えた。しかしながら、一般的に、一方向クラッチとしてはローラ式のものが主流であるが、この種の一方向クラッチでは、その許容回転数が６，０００〜８，０００ｒｐｍ程度となっており、駆動源となるクランクシャフトのプーリはそれ以上の高速で回転するために、使用に耐えられない。
【０００８】
特に、従来では、一方向クラッチの外輪となる部材の内周面にくさび状空間形成用の凹状カム面を形成しているため、高速回転時には、回転遠心力により一方向クラッチのローラがフリー状態となる側へ移動しやすくなるため、複数のローラのうちのいずれかがロック状態を維持できなくなることがある。そうなると、全体のバランスが崩れることに伴いロック状態を維持しているローラが回転軸に対してすべって異常発熱を起こすなど、短時間での焼き付きや潤滑剤の固形化に伴う詰まりが発生することがある。
【０００９】
したがって、本発明は、大きな回転遠心力が働く状況でも安定的に機能する一方向クラッチを備えるプーリユニットの提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るエンジンの補機用高速回転プーリユニットは、回転体とその外周に同心状に配置されるプーリとの間に介装される転がり軸受と、回転体とプーリとの間で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を切り換えるエンゲージタイプのスプラグ式一方向クラッチとを備え、前記一方向クラッチのフリー状態においても回転遠心力によりスプラグが常に内輪と外輪に押し付けられており、前記転がり軸受が前記一方向クラッチの軸方向側方に配置されているとともに、前記転がり軸受の転動体を保持する保持器と、前記一方向クラッチのスプラグを保持する保持器とは、互いに別個のものであり、前記スプラグを保持する保持器は、径方向内外で別体に配置された複数の部材でなされるものでなく単独の円筒形の部材で構成され、かつそれぞれのスプラグに対し起立姿勢に押圧するためのばねを装着しており、前記スプラグを保持する保持器の軸方向一側の環状部の径方向外側に径方向外向きに突設される凸部を設けるとともに、該凸部が前記外輪の内周面に形成した周溝に周方向で摺動可能に係合される。
【００１２】
上記エンゲージタイプのスプラグ式一方向クラッチは、スプラグに回転遠心力が作用すると、ロック状態を強めるようになり、ロック状態が解除されることはない。また、フリー状態においても回転遠心力によりスプラグが常に内輪と外輪に押し付けられているため、フリー状態からロック状態に移るとき、瞬時に全てのスプラグがロックする。このように、使用状況に関係なく動作が安定するので、信頼性が増すようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図１ないし図９に示す実施例に基づいて説明する。
【００１４】
図１ないし図５は本発明の一実施例にかかり、図１は、プーリユニットの縦断面図、図２は、プーリユニットの部分拡大図、図３は、図２の（３）−（３）線断面図、図４は、保持器を示す斜視図、図５は、保持器を図４の反対側から見た斜視図である。
【００１５】
図例のプーリユニット１は、円筒形の回転体２と、ＪＩＳ規格ＳＰＣＣ材などの板金製のプーリ３と、深溝型玉軸受などの転がり軸受４と、エンゲージタイプのスプラグ式一方向クラッチ５とを備えている。
【００１６】
回転体２は、回転軸などに一体的に外嵌装着されるもので、この回転体２の外周にプーリ３が一方向クラッチ５を内蔵した転がり軸受４を介して同心状に配置されている。
【００１７】
転がり軸受４は、内・外輪４１，４２、複数の玉からなる転動体４３および波形の保持器４４から構成され、図示例ではシール（符号省略）付きの密封構造とされている。内・外輪４１，４２は、一般的な軸受のものよりも軸方向一側に長く設定されており、軸受鋼などから構成されている。この内・外輪４１，４２の軸方向半分の領域には転動体４３の軌道面が設けられていて、残り軸方向半分の領域に、下記する一方向クラッチ５が配設されている。
【００１８】
一方向クラッチ５は、複数のスプラグ５１と、円筒形の保持器５２と、複数のばね５３とを備えており、保持器５２に対してスプラグ５１およびばね５３を保持させている。
【００１９】
スプラグ５１は、長方体の上面、下面が湾曲したカム面とされているとともに、前面に部分円弧状の凸状カム部が設けられている。このスプラグ５１は例えばＪＩＳ規格ＳＵＪ２などの金属により形成される。
【００２０】
保持器５２は、円周数箇所に径方向内外に貫通するように設けられてスプラグ５１が傾動可能に収納されるスプラグポケット５２１と、周方向に隣り合うスプラグポケット５２１間の柱部５２４に設けられてばね５３がスプラグ５１を起立姿勢に押圧する状態に装着されるばね装着部５２２と、軸方向一側の環状部５２５ａの外周面において円周数箇所に径方向外向きに突設される凸部５２３とを備えている。この保持器５２は、例えば強化ポリアミドなどの合成樹脂により形成される。なお、軸方向他側の環状部５２５ｂの外径は、軸方向一側の環状部５２５ａの外径よりも大径に設定されており、転がり軸受４の外輪４１の内周面肩部に形成してある段部４１２との間でラビリンス効果を有する非接触密封部を形成するようになっている。
【００２１】
ばね５３は、ほぼＵ字形に湾曲された板ばねからなり、保持器５２のばね装着部５２２に対して位置決め装着される本体５３１と、圧縮に伴う復元力によりスプラグ５１を弾発付勢する舌片５３２とを有する。このばね５３は、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０１などの金属により形成される。なお、このばね５３を保持器５２に組み込んだ状態において舌片５３２は、スプラグ５１を保持器５２に組み込んでいない状態のときに非圧縮の自然状態となるが、スプラグ５１を保持器５２に組み込んだ状態のときに圧縮された状態となり、スプラグ５１を起立姿勢に押圧するようになり、スプラグ５１、保持器５２、ばね５３を非分離とする。
【００２２】
さらに、保持器５２のばね装着部５２２は、スプラグポケット５２１と連なるように外径側に開放される側面視ほぼ逆Ｌ字形の切欠きからなり、この切欠き部分に設けられる二種類の計四つの突起５２６，５２６，５２７，５２７によりばね５３の舌片５３２をスプラグポケット５２１へ突出させた状態でばね５３の本体５３１を位置決めするようになっている。また、保持器５２の柱部５２４においてスプラグポケット５２１側内壁面の軸方向二カ所には、径方向に伸びる***部５２８が突設されており、この***部５２８には、スプラグ５１の傾動動作を案内する凹状の案内面５２９が設けられている。なお、二つの***部５２８の間や、二つの***部５２８と保持器５２の軸方向両側の環状部５２５ａ，５２５ｂとの間の空間は、グリースなどの潤滑剤を貯溜するために利用される。
【００２３】
そして、前述の転がり軸受４の外輪４１の内周面の軸方向ほぼ中央位置には、周方向に連続する周溝４１１が設けられ、この周溝４１１に対して一方向クラッチ５の保持器５２の凸部５２３が摺動可能に係合されることにより、一方向クラッチ５の保持器５２が内・外輪４１，４２間に軸方向に位置決めされて相対回転しうる状態とされる。
【００２４】
ところで、上述した転がり軸受４と一方向クラッチ５とは、別々に組み立ててから、両者を結合するようになっている。具体的に、転がり軸受４の組み立ては周知であるのでここでの説明を省略する。一方向クラッチ５の組み立ては、保持器５２のばね装着部５２２に対してばね５３を外径側からスナップフィットの要領で装着してから、保持器５２のスプラグポケット５２１に対してスプラグ５１を入れる。このスプラグ５１の挿入時には、それ以前に装着してあるばね５３の舌片５３２が圧縮方向に弾性変形され、この舌片５３２の復元力によりスプラグ５１が脱落しないように起立姿勢で保持される。そして、一方向クラッチ５を転がり軸受４に組み込むには、まず、転がり軸受４の内・外輪４１，４２間に軸方向一側からはめ入れるのであるが、保持器５２の一方の環状部５２５ａの径方向長さが内・外輪４１，４２間の離間間隔よりも若干大きくなっているとともに、スプラグ５１が起立姿勢になっているために、そのままでは内・外輪４１，４２間にはめ入れられない。そこで、第１段階として、保持器５２の一方の環状部５２５ａを内・外輪４１，４２間に無理嵌めすることにより環状部５２５ａの凸部５２３を僅かではあるが弾性変形させて押し込む。このとき、押し込みやすくするために、凸部５２３の端縁には、テーパ状の面取りが施されている。第２段階として、スプラグ５１の側面を内・外輪４１，４２の端面に当接させた状態にしておいて、内・外輪４１，４２のいずれか一方を図３の矢印Ｂ方向に回転させる。この回転の摩擦力により、スプラグ５１がフリー状態に傾倒することになるので、このときに保持器５２を内・外輪４１，４２の奥へと押し込めば、はめ入れることができる。しかも、押し込み量は、保持器５２の凸部５２３が外輪４２の周溝４２１に係合するまでとする。この係合により、凸部５２３の弾性変形が解除されて、自然状態に復帰する。そして、この状態において、保持器５２の一方の環状部５２５ｂの外径部分が外輪４２の内周面肩部の段部４２２に位置することになり、ここで非接触密封部を形成する。
【００２５】
以上説明したプーリユニット１は、例えば図６に示すように、自動車エンジンの補機（例えばクーラーコンプレッサー、オルタネータ、冷却水ポンプ、過給機、操舵用油圧ポンプなど）に取り付けられる。図６は、自動車エンジンの補機駆動形態を模式的に示した図である。図中、８１は自動車エンジン、８２はクランクプーリ、８３は自動車エンジンの補機、８４はベルト、８５はテンションプーリである。
【００２６】
このような使用形態でのプーリユニット１の動作を説明する。まず、クランクプーリ８２の回転に伴いプーリ３および転がり軸受４の外輪４２が図３の矢印Ａ方向つまりばね５３の舌片５３２による押圧方向と同じ向きに回転すると、スプラグ５１が起立姿勢にさせられるようになり、それに伴い、舌片５３２の押圧力が加担されるので、スプラグ５１がロック状態となる。このため、プーリ３および転がり軸受４の外輪４２と、内輪４１および補機８３の回転軸８３１とが一体化されて同期回転するようになる。
【００２７】
この状態から、クランクプーリ８２の減速に伴いプーリ３および転がり軸受４の外輪４２が急減速されたとき、内輪４１および補機８３の回転軸８３１は慣性モーメントにより急減速されないので、プーリ３および転がり軸受４の外輪４２の回転が内輪４１および補機８３の回転軸８３１の回転よりも相対的に遅くなる。これにより、スプラグ５１が舌片５３２の押圧力に抗して傾倒する姿勢にさせられるようになるので、スプラグ５１がフリー状態となる。そのため、プーリ３および外輪４２と内輪４１および回転軸８３１とが切り離された状態で別々に回転するようになるので、ベルト８４がプーリ３上ですべることがなくなって損傷や異音の発生が回避される。
【００２８】
なお、プーリ３および転がり軸受４の外輪４２が前述と逆方向つまり図３の矢印Ｂ方向へ回転しても、一方向クラッチ５はフリー状態となる。
【００２９】
ところで、上述したようなスプラグ５１のロック・フリー動作が繰り返されると、一方向クラッチ５の全体が僅かではあるが、一方向例えば図３の矢印Ａ方向に小刻みに回転することになるが、外輪４１の周溝４１１内で保持器５２の凸部５２３が摺動案内されて前記回転を許容するので、微小振動が発生せず済む。
【００３０】
また、プーリユニット１のプーリ３にかかるベルト８４の張力などの荷重は、転がり軸受４によって受けられ、一方向クラッチ５に対してほとんど作用しないようになっているから、一方向クラッチ５の動作が安定的に行われる。
【００３１】
しかも、一方向クラッチ５をエンゲージタイプにしているから、プーリ３と補機８３の回転軸８３１とが同期して高速回転している状況で、スプラグ５１がロックする状態のときに、フリー状態へとずれることがない。そのため、プーリ３から補機８３の回転軸８３１への動力伝達が確実に効率よく行われるとともに、ロック状態のスプラグ５１が転がり軸受４の内輪４１に対してすべらずに済むなど、一方向クラッチ５の異常発熱を回避できるようになる。
【００３２】
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。
【００３３】
（１）参考例としてのプーリユニット１を図７に示す。この例では、内・外輪の無い転がり軸受４を用い、前記内・外輪を回転体２とプーリ３とに兼用させている。また、プーリ３を、板金製とせずに、ＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃ材などの鋼材あるいは繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの合成樹脂で円筒形に形成している。さらに、一方向クラッチ５を、転がり軸受４の保持器４４と一方のシールとで軸方向に抜け止めしている。
【００３４】
（２） エンゲージタイプのスプラグ式一方向クラッチ５としては、図８に示すようなものとすることができる。この一方向クラッチ５では、側面視ほぼ鼓形状のスプラグ５１を用いているとともに、図９に示すような円筒形の薄板材からなるばね５３を用いている。動作は、基本的に上述した実施例のものとほぼ同様である。
【００３５】
（３） 一方向クラッチ５を、図示しないが内・外輪を備える構成とすることができる。
【００３６】
（４） 一方向クラッチ５を転がり軸受４の軌道面の片側だけでなく両側に一つずつ配設することができる。
【００３７】
このように種々な応用例や変形例を挙げたが、この他にも本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な形態で実施することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明では、過大な回転遠心力が働く状況であっても、一方向クラッチのロック状態を確実に維持できるようになるから、動力伝達を安定して行えるようになるとともに、一方向クラッチの発熱を抑制できるなど、信頼性および寿命を向上することができる。
【００３９】
また、プーリが急減速されたときに、当該プーリと回転体とを相対的に回転させて、プーリ上でそれに巻き掛けられるベルトがすべるのを防ぐようにしているから、ベルトの損傷や異音発生を回避できるようになるなど、周辺部材の長寿命化に貢献できる。
【００４０】
特に、転がり軸受に一方向クラッチを内蔵する構成であるので、プーリや回転体に対して簡単に取り付けできるようになるなど、生産性の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のプーリユニットの縦断面図
【図２】図１のプーリユニットの部分拡大図
【図３】図２の（３）−（３）線断面図
【図４】一方向クラッチの保持器を示す斜視図
【図５】一方向クラッチの保持器を図４の反対側から見た斜視図
【図６】自動車エンジンの補機駆動形態の一例を模式的に示す説明図
【図７】参考例としてのプーリユニットを示す縦断面図
【図８】一方向クラッチの他の例を示す縦断面図
【図９】図８の一方向クラッチの保持器の一部を示す斜視図
【符号の説明】
１ プーリユニット
２ 回転体
３ プーリ
４ 転がり軸受
４１ 転がり軸受の内輪
４２ 転がり軸受の外輪
４３ 転がり軸受の転動体
５ 一方向クラッチ
５１ 一方向クラッチのスプラグ
５２ 一方向クラッチの保持器
５３ 一方向クラッチのばね

Claims (1)

1. 回転体とその外周に同心状に配置されるプーリとの間に介装される転がり軸受と、回転体とプーリとの間で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を切り換えるエンゲージタイプのスプラグ式一方向クラッチとを備え、
   前記一方向クラッチのフリー状態においても回転遠心力によりスプラグが常に内輪と外輪に押し付けられており、前記転がり軸受が前記一方向クラッチの軸方向側方に配置されているとともに、
   前記転がり軸受の転動体を保持する保持器と、前記一方向クラッチのスプラグを保持する保持器とは、互いに別個のものであり、
   前記スプラグを保持する保持器は、径方向内外で別体に配置された複数の部材でなるものでなく単独の円筒形の部材で構成され、かつそれぞれのスプラグに対し起立姿勢に押圧するためのばねを装着しており、
   前記スプラグを保持する保持器の軸方向一側の環状部の径方向外側に径方向外向きに突設される凸部を設けるとともに、該凸部が前記外輪の内周面に形成した周溝に周方向で摺動可能に係合されることを特徴とするエンジンの補機用高速回転プーリユニット。

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