JP4239393B2 - 一方向クラッチおよびそれを備える動力伝達装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向クラッチならびにそれを備える動力伝達装置に関する。この動力伝達装置は、例えばプーリユニットとして構成され、例えば自動車エンジンなど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される。補機としては、例えばエアコンディショナ用の圧縮機、オルタネータ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、自動車のエアコンディショナ用の圧縮機は、いろいろなタイプのものがあるが、いずれも、自動車エンジンのクランクシャフトの回転動力を駆動源としている。なお、クランクシャフトから圧縮機の回転軸までの動力伝達は、ベルトを介して行われる。
【０００３】
このクランクシャフトは、エンジンの燃焼サイクルに応じて回転変動しているため、このクランクシャフトから圧縮機の回転軸に対して回転変動が伝達される。この回転変動が大きくなると、ベルトの張力変動が大きくなるとともに、前記回転軸に装着されるプーリに対してベルトが滑ったりして、ベルトの寿命低下につながる。
【０００４】
上記クランクシャフトの回転変動を圧縮機の回転軸に対して伝達させないようにするために、例えば前記回転軸に装着されるプーリに回転変動を吸収するための要素を装備させることが考えられている。
【０００５】
その一例として、特開平１０−２３８６０７号公報に示すように、プーリなどの駆動部材から圧縮機の回転軸などの従動部材までの動力伝達経路にゴムダンパを介装したものがある。
【０００６】
なお、上記従来技術では、ゴムの衝撃吸収特性を活用して回転変動を吸収する機能の他、過負荷を受けたときに、前記ゴムを大きく変形させて駆動部材と従動部材との相対回転を許容させるトルクリミッタ機能を併せ持つ構成にしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、トルクリミッタ機能が働いたときに、ゴムが変形された状態で両部材間でひきずられるなど、回転抵抗が大きくなることが指摘される。その他、直噴エンジン、ディーゼルエンジンや、全ての補機部品を１本のベルトで駆動させる場合のように回転変動が大きくなる状況だと、当該変動を吸収する能力を上げるためにゴムの質量を大きくする必要があるなど、サイズアップを余儀なくされる。
【０００８】
このような事情に鑑み、本発明は、一方向クラッチにおいて、トルクリミッタとして動作したときの回転抵抗を小さく抑制できるようにするとともに、サイズを大きくすることなく回転変動の吸収能力を十分なものとすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る一方向クラッチは、径方向内外に同心状に配設される駆動環体および従動環体の対向環状空間に介装され、これら両環体の回転速度差に応じて駆動環体に対して従動環体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であって、前記一方環体の周面の円周数カ所に、他方環体の周面との間で周方向一方で狭くかつ周方向他方で広くなったくさび状空間を形成するカム面が設けられていて、各くさび状空間にころが周方向転動可能に１つずつ配置されており、前記一方環体の周面においてカム面上のころのロック位置を越えた領域に、ころが他方環体に対して非接触または転接させられる状態に入り込む凹部が設けられているとともに、この凹部は断面ほぼ半円形に形成されて形成されており、過負荷を受けたときに、前記ロック状態から前記両環体を相対回転させたうえで前記ころが前記凹部に入り込むことにより前記ロック位置に戻ることがなくなって、上記切り換え動作の不可能な状態に前記ころが拘束されるトルクリミッタとして動作する、ことを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る一方向クラッチを備える動力伝達装置は、プーリとその内周に挿通されるロータ軸との間に配設される転がり軸受と、プーリからロータ軸までの動力伝達経路に配設される上記請求項１に記載の一方向クラッチとを有している動力伝達装置において、前記ロータ軸が自動車エンジンに付設されるエアコンディショナ用の圧縮機の回転軸と一体的に連結され、前記プーリがそれに巻き掛けられるベルトにより駆動され、前記一方クラッチが、ベルトの張力変動に応じてロック、フリー状態に切り換わってプーリの回転変動を吸収するとともに、過負荷を受けたときに、前記ころがプーリとロータ軸とを相対回転させたうえで、前記凹部に入り込むことにより上記切り換え動作の不可能な状態に拘束されるとともにロック位置に戻ることがないトルクリミッタとして動作する。
【００１４】
以上、本発明の構成では、過負荷を受けたときに、くさび部材をくさび部材として機能させない状態に拘束することにより、両環体を相対回転させて動力伝達を遮断させた状態にしてクラッチ動作を喪失させるトルクリミッタ機能を持たせている。
【００１５】
これにより、過負荷を受けたときに各環体が動力伝達を遮断して、各環体に連結される駆動源や動力伝達対象に悪影響を与えないようにできる。
【００１７】
また、本発明の動力伝達装置では、上述したような一方向クラッチを組み込んだ構成であるから、過負荷を受けたときにプーリに対するベルトの滑りを抑制または防止できるようになる。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１ないし図４は本発明の実施形態である。図１は、プーリユニットの縦断面図、図２は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図、図３は、一方向クラッチのポケット内を示す平面展開図、図４は、一方向クラッチにおける要部を示す断面図である。
【００２０】
図中、１は補機としてのエアコンディショナ用の圧縮機、２は動力伝達装置としてのプーリユニット、３はベルトである。
【００２１】
圧縮機１は、その詳細な構成の図示を省略しているが、一般的に周知の連続可変容量タイプと呼ばれるもので、例えば斜板型、ワッフル型のように往復動ピストンのストロークをピストン駆動機構の斜板の傾斜角度を変化させて、圧縮機吐出容量を０〜１００％の間で連続的に可変するものである。なお、この圧縮機１では、斜板を中立姿勢にすることで圧縮動作をしないオフ状態となるものであって、一般的なオン・オフ制御される圧縮機の前記電磁クラッチを装備していない構成になっている。このようなタイプの圧縮機１において、万一の焼き付き故障が発生することに伴いその回転軸４がロックすると、以下で説明するプーリユニット２のトルクリミッタの機能が働いて、圧縮機１への動力伝達を遮断することにより、圧縮機１が保護されるようになっている。
【００２２】
プーリユニット２は、圧縮機１の回転軸４に対して取り付けられて、図示しない自動車エンジンのクランクシャフトからベルト３を介して回転させられるもので、プーリ５、中空軸６、複列転がり軸受７、一方向クラッチ８を有している。
【００２３】
このプーリユニット２は、一方向クラッチ８を用いることにより、ベルト３の張力変動に伴うプーリ５の回転変動を吸収する機能と、過負荷の作用時においてベルト３から圧縮機１の回転軸４に対する動力伝達を遮断するトルクリミッタ機能とを発揮するように構成されている。
【００２４】
具体的に、プーリ５の外周には、上記ベルト３が巻き掛けられる波状溝が形成されており、また、中空軸６は、プーリ５の内周に挿通されて、上記圧縮機１の回転軸４に対して固定されている。
【００２５】
複列転がり軸受７は、プーリ５と中空軸６との間に介装されており、単一の内輪７１および外輪７２と、複数のボールなどの転動体７３と、転動体７３群を２列に配設する２つの保持器７４，７５とを有する複列アンギュラ玉軸受などとされている。この複列転がり軸受７には、内部のグリースなどの潤滑剤が漏洩することを防止するシール（符号省略）が装着されている。
【００２６】
一方向クラッチ８は、プーリ５から圧縮機１の回転軸４までの動力伝達経路に配設されるもので、外輪８１、合成樹脂製の円環状の保持器８２、複数のころ８３、弾性部材としての断面楕円形のコイルバネ８４とを備えている。
【００２７】
この一方向クラッチ８を詳細に説明する。
【００２８】
まず、一方向クラッチ８の内輪は、プーリ５が一体的に外嵌固定される複列転がり軸受７の外輪７２で代用されており、この外輪７２の外周面における円周数カ所には平坦なカム面７６が設けられている。このカム面７６と外輪８１の円筒形内周面との対向部分が周方向一方に向けて狭くなるくさび状空間となる。そして、この各カム面７６には、過負荷の作用時にころ８３を嵌入保持する断面ほぼ半円形の凹部７７が設けられている。
【００２９】
また、外輪８１は、中空軸６が固定される圧縮機１の回転軸４の軸端に袋ナット９により固定される環状板１０の円筒部１０ａ内周に嵌合固定されている。この外輪８１と複列転がり軸受７の外輪７２との間には、一方向クラッチ８の内部に対する泥水などの侵入を防止するために、シール１１が取り付けられている。なお、中空軸６と圧縮機１の回転軸４との間には、さらに圧縮機１内部を密封するためのシール１２が取り付けられている。
【００３０】
保持器８２は、上記複列転がり軸受７の外輪７２に対して周方向ならびに軸方向に位置決めされた状態で外装されており、その円周数カ所つまり複数のカム面７６に対応する領域には、径方向内外に貫通形成されるポケット８２ａが設けられている。
【００３１】
ころ８３は、保持器８２の各ポケット８２ａに１つずつ周方向転動可能に収納される。
【００３２】
コイルバネ８４は、保持器８２の各ポケット８２ａの内壁面に突設される突起８２ｂに対して装着されて、ころ８３をカム面７６と外輪８１の内周面とで形成するくさび状空間の狭い側（ロック側）へ押圧するものである。
【００３３】
次に、上記プーリユニット２の動作を説明する。つまり、ベルト３によりプーリ５が回転駆動されて、このプーリ５から一方向クラッチ８および環状板１０を介して圧縮機１の回転軸４に対して動力伝達される形態になっている。
【００３４】
ここで、プーリ５の回転速度が圧縮機１の回転軸４よりも相対的に速くなると、一方向クラッチ８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、プーリ５と環状板１０と圧縮機１の回転軸４との三者が一体化して同期回転する。しかし、プーリ５の回転速度が圧縮機１の回転軸４よりも相対的に遅くなると、一方向クラッチ８のころ８３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、プーリ５から圧縮機１の回転軸４に対する回転動力の伝達が遮断されることになって回転軸４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、図示しないクランクシャフトからプーリ５に伝達される回転変動が吸収されて、回転軸４の回転がほぼ一定に保たれるようになる。
【００３５】
そして、例えば圧縮機１の焼き付き故障に伴い回転軸４および環状板１０がロックすることによって負荷トルクが所要の規定値（例えば６０Ｎｍ）に到達すると、ころ８３がくさび状空間におけるロック位置のさらに狭い側へロールオーバーさせられることになってカム面７６の凹部７７に対して入り込むことになる。これに伴い、ころ８３がプーリ５に対して非接触あるいは空転する状態になるので、プーリ５のみが回転することになって、プーリ５から圧縮機１の回転軸４に対する動力伝達が遮断されるトルクリミッタの機能を果たす。このように、過負荷を受けたときでもプーリ５の回転を継続させるので、プーリ５上でベルト３が滑らずに済んでベルト３の寿命向上に貢献できるとともに、圧縮機１やベルト３を通じて連結される機器に悪影響を及ぼさずに済むなど、フェイルセーフとして役だつことになる。しかも、トルクリミッタの機能を発揮した状態では、プーリ５に対してゴムダンパを用いる従来例のような引きずりトルクは発生しないので、クランクシャフトの回転損失が防げるようになる。
【００３６】
但し、ころ８３が凹部７７に嵌入すると、ころ８３はそこから離脱してロック位置に戻ることはない。つまり、このような状態になると、一方向クラッチ８を分解してころ８３の位置を元に戻すか、あるいは一方向クラッチ８そのものを交換するのがよい。
【００３７】
このように、プーリユニット２について回転変動の吸収機能と、クラッチ機能を喪失させるトルクリミッタ機能とを有する構成でありながら、特に回転変動が大きくなるような状況でも従来例のようにゴムを大型化する必要がない。
【００３８】
図５ないし図９に参考例としてのスプラグを用いるタイプの一方向クラッチの実施形態を示している。図５は、プーリユニットの縦断面図、図６は、図５の（６）−（６）線断面の矢視図、図７は、一方向クラッチにおけるスプラグの動作を示す説明図、図８は、一方向クラッチにおけるばね体を示す斜視図、図９は、一方向クラッチにおけるスプラグの設計要件を示す説明図である。
【００４０】
ここでの一方向クラッチ２０は、一般的に周知の構成であるが、複数のスプラグ２１と、保持器２２と、ばね体２３とを備えている。
【００４１】
スプラグ２１は、鼓状断面を有する形状とされ、複列転がり軸受７の外輪７２と環状板１０の円筒部１０ａとの間に配置される。
【００４２】
保持器２２は、例えば合成樹脂などで円環状に形成されており、その円周数ヶ所に各スプラグ２１が挿通されるポケット２２ａが設けられている。
【００４３】
ばね体２３は、薄肉のばね鋼材などで円環状に形成されており、図８に示すように、その円周数ヶ所に各スプラグ２１が挿通される貫通孔２３ａが設けられているとともに、この貫通孔２３ａ内においてスプラグ２１を起立姿勢に押圧する押さえ片２３ｂが設けられている。このばね体２３は、保持器２２の内径側に嵌合装着される。
【００４４】
この一方向クラッチ２０では、上述した実施形態１と同様の機能を持たせるために、プーリ５や中空軸６に対するスプラグ２１の各ストラト角度α、βが、ロック方向に所要角度以上傾いた姿勢のときにロック状態から滑り状態に変化させるように設定されている。
【００４５】
具体的に、スプラグ２１が起立姿勢となるように傾いてその径方向寸法が最も大きくなるとロック状態になるが、その状態において、所要の規定値以上の回転トルクが作用したときに、スプラグ２１がロック状態の起立姿勢からさらに倒れてその径方向寸法が若干小さくなると、滑り状態になって、動力伝達が遮断されるトルクリミッタの機能を果たし、フェイルセーフとして役だつことになる。このようにスプラグ２１が滑り状態になると、そのまま元の姿勢には戻らなくなる。なお、スプラグ２１のロック状態から滑り状態への倒れを許容するために、保持器２２におけるポケット２２ａの開口およびばね体２３における貫通孔２３ａの開口が、一般的なものよりも拡大されている。
【００４６】
ここで、上記スプラグ２１を用いた一方向クラッチ２０の設計条件について説明する。
【００４７】
まず、図９に示すように、スプラグ２１が複列転がり軸受７の外輪７２と環状板１０の円筒部１０ａとに対して接する点をそれぞれＡ，Ｂとすると、直線ＡＢと、外輪７２と円筒部１０ａの軌道径の中心Ｏからひかれる直線ＯＡ，ＯＢとのなす角α，βをストラト角という。なお、直線ＯＡとＯＢのなす角度をγとすると、α＝β＋γとなり、常に、α＞βとなる。
【００４８】
スプラグ２１が軌道輪とかみ合い、トルクを伝達するためには、ｔａｎαが接触面の摩擦係数μより小さくなければならない。つまり、ｔａｎα＜μとなる。
【００４９】
スプラグ２１がトルクを受けると、ストラト直線Ａ，Ｂ上に力Ｑを生じ、接触点Ａにおいて垂直分力をＰ、接触分力をＦとすると、
Ｆ＝Ｐ・ｔａｎαとなる。
【００５０】
このときの伝達トルクＴは、
Ｔ＝Ｎ・Ｐ・ｔａｎα・Ｒ１・ｌとなる。
【００５１】
ここで、Ｎはスプラグ２１の数、Ｒ１は中空軸３の軌道半径、ｌはスプラグ２１の有効長さである。
【００５２】
以上のようなスプラグ式の一方向クラッチ２０を備えるプーリユニット２では、スプラグ２１の各ストラト角度α、βを、ロック方向に所要角度以上傾いた姿勢のときにロック状態から滑り状態に変化させるように大きく設定すれば、上記実施形態１で説明したことと同様に、回転変動の吸収機能と、クラッチ機能を喪失させるトルクリミッタ機能とを有する構成でありながら、特に回転変動が大きくなる場合でもゴムダンパを用いる従来例のように装置を大型化する必要がなくなる。
【００５３】
なお、本発明は上述した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。
【００５４】
（１）上記実施形態では、一方向クラッチ８をプーリユニット２に内蔵した形態で説明したが、一方向クラッチ８は、種々な用途の装置利用することができ、よって使用対象としてプーリユニット２だけに限定されない。
【００５５】
（２）上記実施形態での一方向クラッチ８における細部の構成についても限定されるものでなく、種々な変形が考えられる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の一方向クラッチは、本来のクラッチ動作の他に、クラッチ機能を喪失させるトルクリミッタとして動作する構成にしているから、過負荷を受けたときに一方向クラッチを用いるいろいろな機器の保護が確実に行えるようになるとともに、クラッチ機能の喪失時において従来例のような引きずりトルクを無くせるようになる。
【００５７】
本発明の動力伝達装置は、上述したように過負荷時にトルクリミッタとして動作する一方向クラッチを備えているから、過負荷を受けたときに、プーリに対するベルトの滑りを無くすことができて、ベルトの寿命向上に貢献できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプーリユニットを示す縦断面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】図１の実施形態の一方向クラッチのポケット内を示す平面展開図
【図４】図１の実施形態の一方向クラッチにおける要部を示す断面図
【図５】参考例の実施形態に係るプーリユニットを示す縦断面図
【図６】図５の（６）−（６）線断面の矢視図
【図７】図５の実施形態の一方向クラッチにおけるスプラグの動作を示す説明図
【図８】図５の実施形態の一方向クラッチにおけるばね体を示す斜視図
【図９】図５の実施形態の一方向クラッチにおけるスプラグの設計要件を示す説明図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ プーリユニット
３ ベルト
４ 圧縮機の回転軸
５ プーリ
６ 中空軸
７ 複列転がり軸受
７２ 複列転がり軸受の外輪（一方向クラッチの内輪と兼用）
７６ 一方向クラッチのカム面
７７ カム面の凹部
８ 一方向クラッチ
８１ 一方向クラッチの外輪
８２ 一方向クラッチの保持器
８２ａ 保持器のポケット
８３ 一方向クラッチのころ
８４ コイルバネ
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向クラッチならびにそれを備える動力伝達装置に関する。この動力伝達装置は、例えばプーリユニットとして構成され、例えば自動車エンジンなど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される。補機としては、例えばエアコンディショナ用の圧縮機、オルタネータ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどが挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、自動車のエアコンディショナ用の圧縮機は、いろいろなタイプのものがあるが、いずれも、自動車エンジンのクランクシャフトの回転動力を駆動源としている。なお、クランクシャフトから圧縮機の回転軸までの動力伝達は、ベルトを介して行われる。
【０００３】
このクランクシャフトは、エンジンの燃焼サイクルに応じて回転変動しているため、このクランクシャフトから圧縮機の回転軸に対して回転変動が伝達される。この回転変動が大きくなると、ベルトの張力変動が大きくなるとともに、前記回転軸に装着されるプーリに対してベルトが滑ったりして、ベルトの寿命低下につながる。
【０００４】
上記クランクシャフトの回転変動を圧縮機の回転軸に対して伝達させないようにするために、例えば前記回転軸に装着されるプーリに回転変動を吸収するための要素を装備させることが考えられている。
【０００５】
その一例として、特開平１０−２３８６０７号公報に示すように、プーリなどの駆動部材から圧縮機の回転軸などの従動部材までの動力伝達経路にゴムダンパを介装したものがある。
【０００６】
なお、上記従来技術では、ゴムの衝撃吸収特性を活用して回転変動を吸収する機能の他、過負荷を受けたときに、前記ゴムを大きく変形させて駆動部材と従動部材との相対回転を許容させるトルクリミッタ機能を併せ持つ構成にしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では、トルクリミッタ機能が働いたときに、ゴムが変形された状態で両部材間でひきずられるなど、回転抵抗が大きくなることが指摘される。その他、直噴エンジン、ディーゼルエンジンや、全ての補機部品を１本のベルトで駆動させる場合のように回転変動が大きくなる状況だと、当該変動を吸収する能力を上げるためにゴムの質量を大きくする必要があるなど、サイズアップを余儀なくされる。
【０００８】
このような事情に鑑み、本発明は、一方向クラッチにおいて、トルクリミッタとして動作したときの回転抵抗を小さく抑制できるようにするとともに、サイズを大きくすることなく回転変動の吸収能力を十分なものとすることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る一方向クラッチは、径方向内外に同心状に配設される駆動環体および従動環体の対向環状空間に介装され、これら両環体の回転速度差に応じて駆動環体に対して従動環体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であって、前記一方環体の周面の円周数カ所に、他方環体の周面との間で周方向一方で狭くかつ周方向他方で広くなったくさび状空間を形成するカム面が設けられていて、各くさび状空間にころが周方向転動可能に１つずつ配置されており、前記一方環体の周面においてカム面上のころのロック位置を越えた領域に、ころが他方環体に対して非接触または転接させられる状態に入り込む凹部が設けられているとともに、この凹部は断面ほぼ半円形に形成されて形成されており、過負荷を受けたときに、前記ロック状態から前記両環体を相対回転させたうえで前記ころが前記凹部に入り込むことにより前記ロック位置に戻ることがなくなって、上記切り換え動作の不可能な状態に前記ころが拘束されるトルクリミッタとして動作する、ことを特徴としている。
【００１３】
本発明に係る一方向クラッチを備える動力伝達装置は、プーリとその内周に挿通されるロータ軸との間に配設される転がり軸受と、プーリからロータ軸までの動力伝達経路に配設される上記請求項１に記載の一方向クラッチとを有している動力伝達装置において、前記ロータ軸が自動車エンジンに付設されるエアコンディショナ用の圧縮機の回転軸と一体的に連結され、前記プーリがそれに巻き掛けられるベルトにより駆動され、前記一方クラッチが、ベルトの張力変動に応じてロック、フリー状態に切り換わってプーリの回転変動を吸収するとともに、過負荷を受けたときに、前記ころがプーリとロータ軸とを相対回転させたうえで、前記凹部に入り込むことにより上記切り換え動作の不可能な状態に拘束されるとともにロック位置に戻ることがないトルクリミッタとして動作する。
【００１４】
以上、本発明の構成では、過負荷を受けたときに、くさび部材をくさび部材として機能させない状態に拘束することにより、両環体を相対回転させて動力伝達を遮断させた状態にしてクラッチ動作を喪失させるトルクリミッタ機能を持たせている。
【００１５】
これにより、過負荷を受けたときに各環体が動力伝達を遮断して、各環体に連結される駆動源や動力伝達対象に悪影響を与えないようにできる。
【００１７】
また、本発明の動力伝達装置では、上述したような一方向クラッチを組み込んだ構成であるから、過負荷を受けたときにプーリに対するベルトの滑りを抑制または防止できるようになる。
【００１８】
【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。
【００１９】
図１ないし図４は本発明の実施形態である。図１は、プーリユニットの縦断面図、図２は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図、図３は、一方向クラッチのポケット内を示す平面展開図、図４は、一方向クラッチにおける要部を示す断面図である。
【００２０】
図中、１は補機としてのエアコンディショナ用の圧縮機、２は動力伝達装置としてのプーリユニット、３はベルトである。
【００２１】
圧縮機１は、その詳細な構成の図示を省略しているが、一般的に周知の連続可変容量タイプと呼ばれるもので、例えば斜板型、ワッフル型のように往復動ピストンのストロークをピストン駆動機構の斜板の傾斜角度を変化させて、圧縮機吐出容量を０〜１００％の間で連続的に可変するものである。なお、この圧縮機１では、斜板を中立姿勢にすることで圧縮動作をしないオフ状態となるものであって、一般的なオン・オフ制御される圧縮機の前記電磁クラッチを装備していない構成になっている。このようなタイプの圧縮機１において、万一の焼き付き故障が発生することに伴いその回転軸４がロックすると、以下で説明するプーリユニット２のトルクリミッタの機能が働いて、圧縮機１への動力伝達を遮断することにより、圧縮機１が保護されるようになっている。
【００２２】
プーリユニット２は、圧縮機１の回転軸４に対して取り付けられて、図示しない自動車エンジンのクランクシャフトからベルト３を介して回転させられるもので、プーリ５、中空軸６、複列転がり軸受７、一方向クラッチ８を有している。
【００２３】
このプーリユニット２は、一方向クラッチ８を用いることにより、ベルト３の張力変動に伴うプーリ５の回転変動を吸収する機能と、過負荷の作用時においてベルト３から圧縮機１の回転軸４に対する動力伝達を遮断するトルクリミッタ機能とを発揮するように構成されている。
【００２４】
具体的に、プーリ５の外周には、上記ベルト３が巻き掛けられる波状溝が形成されており、また、中空軸６は、プーリ５の内周に挿通されて、上記圧縮機１の回転軸４に対して固定されている。
【００２５】
複列転がり軸受７は、プーリ５と中空軸６との間に介装されており、単一の内輪７１および外輪７２と、複数のボールなどの転動体７３と、転動体７３群を２列に配設する２つの保持器７４，７５とを有する複列アンギュラ玉軸受などとされている。この複列転がり軸受７には、内部のグリースなどの潤滑剤が漏洩することを防止するシール（符号省略）が装着されている。
【００２６】
一方向クラッチ８は、プーリ５から圧縮機１の回転軸４までの動力伝達経路に配設されるもので、外輪８１、合成樹脂製の円環状の保持器８２、複数のころ８３、弾性部材としての断面楕円形のコイルバネ８４とを備えている。
【００２７】
この一方向クラッチ８を詳細に説明する。
【００２８】
まず、一方向クラッチ８の内輪は、プーリ５が一体的に外嵌固定される複列転がり軸受７の外輪７２で代用されており、この外輪７２の外周面における円周数カ所には平坦なカム面７６が設けられている。このカム面７６と外輪８１の円筒形内周面との対向部分が周方向一方に向けて狭くなるくさび状空間となる。そして、この各カム面７６には、過負荷の作用時にころ８３を嵌入保持する断面ほぼ半円形の凹部７７が設けられている。
【００２９】
また、外輪８１は、中空軸６が固定される圧縮機１の回転軸４の軸端に袋ナット９により固定される環状板１０の円筒部１０ａ内周に嵌合固定されている。この外輪８１と複列転がり軸受７の外輪７２との間には、一方向クラッチ８の内部に対する泥水などの侵入を防止するために、シール１１が取り付けられている。なお、中空軸６と圧縮機１の回転軸４との間には、さらに圧縮機１内部を密封するためのシール１２が取り付けられている。
【００３０】
保持器８２は、上記複列転がり軸受７の外輪７２に対して周方向ならびに軸方向に位置決めされた状態で外装されており、その円周数カ所つまり複数のカム面７６に対応する領域には、径方向内外に貫通形成されるポケット８２ａが設けられている。
【００３１】
ころ８３は、保持器８２の各ポケット８２ａに１つずつ周方向転動可能に収納される。
【００３２】
コイルバネ８４は、保持器８２の各ポケット８２ａの内壁面に突設される突起８２ｂに対して装着されて、ころ８３をカム面７６と外輪８１の内周面とで形成するくさび状空間の狭い側（ロック側）へ押圧するものである。
【００３３】
次に、上記プーリユニット２の動作を説明する。つまり、ベルト３によりプーリ５が回転駆動されて、このプーリ５から一方向クラッチ８および環状板１０を介して圧縮機１の回転軸４に対して動力伝達される形態になっている。
【００３４】
ここで、プーリ５の回転速度が圧縮機１の回転軸４よりも相対的に速くなると、一方向クラッチ８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、プーリ５と環状板１０と圧縮機１の回転軸４との三者が一体化して同期回転する。しかし、プーリ５の回転速度が圧縮機１の回転軸４よりも相対的に遅くなると、一方向クラッチ８のころ８３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、プーリ５から圧縮機１の回転軸４に対する回転動力の伝達が遮断されることになって回転軸４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、図示しないクランクシャフトからプーリ５に伝達される回転変動が吸収されて、回転軸４の回転がほぼ一定に保たれるようになる。
【００３５】
そして、例えば圧縮機１の焼き付き故障に伴い回転軸４および環状板１０がロックすることによって負荷トルクが所要の規定値（例えば６０Ｎｍ）に到達すると、ころ８３がくさび状空間におけるロック位置のさらに狭い側へロールオーバーさせられることになってカム面７６の凹部７７に対して入り込むことになる。これに伴い、ころ８３がプーリ５に対して非接触あるいは空転する状態になるので、プーリ５のみが回転することになって、プーリ５から圧縮機１の回転軸４に対する動力伝達が遮断されるトルクリミッタの機能を果たす。このように、過負荷を受けたときでもプーリ５の回転を継続させるので、プーリ５上でベルト３が滑らずに済んでベルト３の寿命向上に貢献できるとともに、圧縮機１やベルト３を通じて連結される機器に悪影響を及ぼさずに済むなど、フェイルセーフとして役だつことになる。しかも、トルクリミッタの機能を発揮した状態では、プーリ５に対してゴムダンパを用いる従来例のような引きずりトルクは発生しないので、クランクシャフトの回転損失が防げるようになる。
【００３６】
但し、ころ８３が凹部７７に嵌入すると、ころ８３はそこから離脱してロック位置に戻ることはない。つまり、このような状態になると、一方向クラッチ８を分解してころ８３の位置を元に戻すか、あるいは一方向クラッチ８そのものを交換するのがよい。
【００３７】
このように、プーリユニット２について回転変動の吸収機能と、クラッチ機能を喪失させるトルクリミッタ機能とを有する構成でありながら、特に回転変動が大きくなるような状況でも従来例のようにゴムを大型化する必要がない。
【００３８】
図５ないし図９に参考例としてのスプラグを用いるタイプの一方向クラッチの実施形態を示している。図５は、プーリユニットの縦断面図、図６は、図５の（６）−（６）線断面の矢視図、図７は、一方向クラッチにおけるスプラグの動作を示す説明図、図８は、一方向クラッチにおけるばね体を示す斜視図、図９は、一方向クラッチにおけるスプラグの設計要件を示す説明図である。
【００４０】
ここでの一方向クラッチ２０は、一般的に周知の構成であるが、複数のスプラグ２１と、保持器２２と、ばね体２３とを備えている。
【００４１】
スプラグ２１は、鼓状断面を有する形状とされ、複列転がり軸受７の外輪７２と環状板１０の円筒部１０ａとの間に配置される。
【００４２】
保持器２２は、例えば合成樹脂などで円環状に形成されており、その円周数ヶ所に各スプラグ２１が挿通されるポケット２２ａが設けられている。
【００４３】
ばね体２３は、薄肉のばね鋼材などで円環状に形成されており、図８に示すように、その円周数ヶ所に各スプラグ２１が挿通される貫通孔２３ａが設けられているとともに、この貫通孔２３ａ内においてスプラグ２１を起立姿勢に押圧する押さえ片２３ｂが設けられている。このばね体２３は、保持器２２の内径側に嵌合装着される。
【００４４】
この一方向クラッチ２０では、上述した実施形態１と同様の機能を持たせるために、プーリ５や中空軸６に対するスプラグ２１の各ストラト角度α、βが、ロック方向に所要角度以上傾いた姿勢のときにロック状態から滑り状態に変化させるように設定されている。
【００４５】
具体的に、スプラグ２１が起立姿勢となるように傾いてその径方向寸法が最も大きくなるとロック状態になるが、その状態において、所要の規定値以上の回転トルクが作用したときに、スプラグ２１がロック状態の起立姿勢からさらに倒れてその径方向寸法が若干小さくなると、滑り状態になって、動力伝達が遮断されるトルクリミッタの機能を果たし、フェイルセーフとして役だつことになる。このようにスプラグ２１が滑り状態になると、そのまま元の姿勢には戻らなくなる。なお、スプラグ２１のロック状態から滑り状態への倒れを許容するために、保持器２２におけるポケット２２ａの開口およびばね体２３における貫通孔２３ａの開口が、一般的なものよりも拡大されている。
【００４６】
ここで、上記スプラグ２１を用いた一方向クラッチ２０の設計条件について説明する。
【００４７】
まず、図９に示すように、スプラグ２１が複列転がり軸受７の外輪７２と環状板１０の円筒部１０ａとに対して接する点をそれぞれＡ，Ｂとすると、直線ＡＢと、外輪７２と円筒部１０ａの軌道径の中心Ｏからひかれる直線ＯＡ，ＯＢとのなす角α，βをストラト角という。なお、直線ＯＡとＯＢのなす角度をγとすると、α＝β＋γとなり、常に、α＞βとなる。
【００４８】
スプラグ２１が軌道輪とかみ合い、トルクを伝達するためには、ｔａｎαが接触面の摩擦係数μより小さくなければならない。つまり、ｔａｎα＜μとなる。
【００４９】
スプラグ２１がトルクを受けると、ストラト直線Ａ，Ｂ上に力Ｑを生じ、接触点Ａにおいて垂直分力をＰ、接触分力をＦとすると、
Ｆ＝Ｐ・ｔａｎαとなる。
【００５０】
このときの伝達トルクＴは、
Ｔ＝Ｎ・Ｐ・ｔａｎα・Ｒ１・ｌとなる。
【００５１】
ここで、Ｎはスプラグ２１の数、Ｒ１は中空軸３の軌道半径、ｌはスプラグ２１の有効長さである。
【００５２】
以上のようなスプラグ式の一方向クラッチ２０を備えるプーリユニット２では、スプラグ２１の各ストラト角度α、βを、ロック方向に所要角度以上傾いた姿勢のときにロック状態から滑り状態に変化させるように大きく設定すれば、上記実施形態１で説明したことと同様に、回転変動の吸収機能と、クラッチ機能を喪失させるトルクリミッタ機能とを有する構成でありながら、特に回転変動が大きくなる場合でもゴムダンパを用いる従来例のように装置を大型化する必要がなくなる。
【００５３】
なお、本発明は上述した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。
【００５４】
（１）上記実施形態では、一方向クラッチ８をプーリユニット２に内蔵した形態で説明したが、一方向クラッチ８は、種々な用途の装置利用することができ、よって使用対象としてプーリユニット２だけに限定されない。
【００５５】
（２）上記実施形態での一方向クラッチ８における細部の構成についても限定されるものでなく、種々な変形が考えられる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の一方向クラッチは、本来のクラッチ動作の他に、クラッチ機能を喪失させるトルクリミッタとして動作する構成にしているから、過負荷を受けたときに一方向クラッチを用いるいろいろな機器の保護が確実に行えるようになるとともに、クラッチ機能の喪失時において従来例のような引きずりトルクを無くせるようになる。
【００５７】
本発明の動力伝達装置は、上述したように過負荷時にトルクリミッタとして動作する一方向クラッチを備えているから、過負荷を受けたときに、プーリに対するベルトの滑りを無くすことができて、ベルトの寿命向上に貢献できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るプーリユニットを示す縦断面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】図１の実施形態の一方向クラッチのポケット内を示す平面展開図
【図４】図１の実施形態の一方向クラッチにおける要部を示す断面図
【図５】参考例の実施形態に係るプーリユニットを示す縦断面図
【図６】図５の（６）−（６）線断面の矢視図
【図７】図５の実施形態の一方向クラッチにおけるスプラグの動作を示す説明図
【図８】図５の実施形態の一方向クラッチにおけるばね体を示す斜視図
【図９】図５の実施形態の一方向クラッチにおけるスプラグの設計要件を示す説明図
【符号の説明】
１ 圧縮機
２ プーリユニット
３ ベルト
４ 圧縮機の回転軸
５ プーリ
６ 中空軸
７ 複列転がり軸受
７２ 複列転がり軸受の外輪（一方向クラッチの内輪と兼用）
７６ 一方向クラッチのカム面
７７ カム面の凹部
８ 一方向クラッチ
８１ 一方向クラッチの外輪
８２ 一方向クラッチの保持器
８２ａ 保持器のポケット
８３ 一方向クラッチのころ
８４ コイルバネ
Claims (2)
- 径方向内外に同心状に配設される駆動環体および従動環体の対向環状空間に介装され、これら両環体の回転速度差に応じて駆動環体に対して従動環体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であって、
前記一方環体の周面の円周数カ所に、他方環体の周面との間で周方向一方で狭くかつ周方向他方で広くなったくさび状空間を形成するカム面が設けられていて、各くさび状空間にころが周方向転動可能に１つずつ配置されており、
前記一方環体の周面においてカム面上のころのロック位置を越えた領域に、ころが他方環体に対して非接触または転接させられる状態に入り込む凹部が設けられているとともに、この凹部は断面ほぼ半円形に形成されており、
過負荷を受けたときに、前記ロック状態から前記両環体を相対回転させたうえで前記ころが前記凹部に入り込むことにより前記ロック位置に戻ることがなくなって、上記切り換え動作の不可能な状態に前記ころが拘束されるトルクリミッタとして動作する、ことを特徴とする一方向クラッチ。 - プーリとその内周に挿通されるロータ軸との間に配設される転がり軸受と、プーリからロータ軸までの動力伝達経路に配設される上記請求項１に記載の一方向クラッチとを有している動力伝達装置において、
前記ロータ軸が自動車エンジンに付設されるエアコンディショナ用の圧縮機の回転軸と一体的に連結され、前記プーリがそれに巻き掛けられるベルトにより駆動され、前記一方クラッチが、ベルトの張力変動に応じてロック、フリー状態に切り換わってプーリの回転変動を吸収するとともに、過負荷を受けたときに、前記ころがプーリとロータ軸とを相対回転させたうえで、前記凹部に入り込むことにより上記切り換え動作の不可能な状態に拘束されるとともにロック位置に戻ることがないトルクリミッタとして動作する、ことを特徴とする動力伝達装置。
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