JP4461835B2 - プーリユニット - Google Patents

Description

本発明は、一方向クラッチを備えたプーリユニットに関する。この種のプーリユニットは、例えばエンジンのクランクシャフトやクランクシャフトから伝動ベルトを介して駆動される補機類に装備される。補機類には、例えば自動車のオルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウオーターポンプ、冷却ファンなどが挙げられる。

補機類に用いられるプーリユニットは、プーリ、ロータ軸、一方向クラッチ、転がり軸受を有している。プーリは自動車エンジンのクランクシャフトに伝動ベルトを介して回転駆動され、プーリの回転がロータ軸に入力される（例えば特許文献１参照）。

一方向クラッチは、プーリの回転角速度の増減変動に応じてロック状態とフリー状態とに切替わる構成を有している。ロック状態とは、プーリ側の回転速度がロータ軸側の回転速度より大きい場合にプーリとロータ軸とを一体回転せる得る状態であり、フリー状態とは、プーリ側の回転速度がロータ軸側の回転速度より小さい場合にロック状態を解除してプーリとロータ軸とを相対回転可能とし、ロータ軸を慣性で自由回転させ得る状態である。一方向クラッチのころは保持器のポケットに転動自在に装着され、ころをロック状態となる方向に弾発付勢するばねが保持器に組込まれている。

ロータ軸は例えば冷間鍛造によって製造されて、外周面は略８角形の断面を有し、プーリの内周面とロータ軸の外周面との間の環状空間は周方向に連続した８個のくさび状空間からなる。ロータ軸の外周面の角部間の面は、それぞれ一方向クラッチのころが転動するカム面として用いられる。
特開２００２−２０６５７１号

上記プーリユニットのロータ軸は製造コスト面等の都合から、冷間鍛造によって製造されることが好ましい。しかしロータ軸をダイスによって略８角形の断面に形成した後、ダイスをロータ軸から引抜くと、カム面が径方向内方に向けてわずかに凹となる曲面に形成されてしまうといった現象が避けられない。そして、このようにして生じた曲面を矯正するよう加工することは、技術上難しく、このような凹曲面にころが接触して転動すると、ころとの接触部の面圧が高くなり、カム面に剥離が発生しやすくなって一方向クラッチの短寿命化につながる。

本発明のプーリユニットは、径方向内外に配置される環体の間の環状空間に一方向クラッチを備え、内方の環体の一方クラッチ部の外周面が冷間鍛造により多角形状に形成されるとともに、外周面の角部間の面はころが転動するカム面とされ、内方の環体のカム面が上記冷間鍛造のダイスの引き抜きにより径方向内方に向けてわずかに凹となる凹曲面に形成され、一方向クラッチのころの外周面を、カム面の凹曲面形状に応じたクラウニング形状としていることを特徴としている。

一般に、一方向クラッチにおいては、カム面にころによるある程度のエッジロードを有していた方が、クラッチ性能は良好となる。しかし、エッジロードが大き過ぎると上記課題で述べたような剥離といった問題が発生するため、エッジロードが過大になる状態を避ける必要がある。

また、プーリユニットのロータ軸は製造コスト面等の都合から、冷間鍛造によって製造されることが好ましい。しかしロータ軸をダイスによって多角形の断面に形成した後、ダイスをロータ軸から引抜くと、カム面が径方向内方に向けてわずかに凹となる曲面に形成されてしまうといった現象が避けられず、このようにして生じた曲面を矯正するよう加工することは、技術上難しい。

そこで、カム面に生じた曲面を矯正することなく用い、一方向クラッチのころの外周面を、カム面の凹曲面形状に応じたクラウニング形状とすることで、エッジロードを必要な大きさに抑えつつ、かつ剥離も効果的に抑えられるようになり、一方向クラッチのクラッチ性能を確保しつつ、一方向クラッチおよびプーリユニットの寿命を延長し得る。

この場合、カム面の軸方向長さがころの軸方向長さよりも長く、ころの隅角部がカム面の凹曲面に接触することが必要であって、ころの断面はカム面の凹曲面に応じて凸となるクラウニング形状であり、その最大凸量はカム面の凹量以下であることが好ましい。

外方の環体の一方クラッチ部の内周面がころのクラウニング形状に応じた凹形状を有する曲面に形成されている構成とすることで、外方の環体側でのエッジロードを必要な大きさに抑えつつ、かつ剥離も効果的に抑えられるようになり、一方向クラッチのクラッチ性能を確保しつつ、一方向クラッチおよびプーリユニットの寿命をさらに延長し得る。

本発明によれば、エッジロードを必要な大きさに抑えつつ、かつ剥離も効果的に抑えられるようになり、一方向クラッチのクラッチ性能を確保しつつ、プーリユニットの寿命を延長し得る。

以下本発明の最良の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は一方向クラッチを備えたプーリユニットの全体構成を示す側面断面図、図２は同じく正面断面図である。

図１および図２を参照して、プーリユニット１は、プーリ２、ロータ軸３、一方向クラッチ４、２つの転がり軸受５，６を備える。プーリユニット１は、一方向クラッチ４の外方の外輪、および２つの転がり軸受５，６の外輪を外方の環体としてのプーリ２で兼用させ、一方向クラッチ４の内輪および２つの転がり軸受５，６の内輪を内方の環体としてのロータ軸３で兼用させている。このロータ軸３は不図示のダイスを用いて、冷間鍛造によって断面略８角形製造されている。

プーリ２は自動車エンジンのクランクシャフトにより、Ｖリブ７を有する伝動ベルト８を介して回転駆動される。したがってプーリ２の外周には伝動ベルト８が巻掛けられる波状溝９が形成されている。ロータ軸３はプーリ２の内周に挿通されて不図示の入力軸に組付けられる。

ロータ軸３の外周面の角部間の面はカム面２１とされ、ロータ軸３のカム面２１とプーリ２の内周面２ａとで形成される環状空間１０は８個の連続したくさび状空間２２から形成される。

一方向クラッチ４は、環状空間１０の軸方向中央領域に介装され、複数のころ１１と、ころ１１を保持する保持器１３と、楕円形のコイルばね１５とを備えている。

一方向クラッチ４は、くさび状空間２２の狭い側にころ１１を食込ませてプーリ２およびロータ軸３を同期回転させるロック状態と、ころ１１をくさび状空間２２の狭い側に移動させてプーリ２およびロータ軸３を相対回転させるフリー状態とに切替える機能を有する。

保持器１３は、ロータ軸３に対して周方向および軸方向に位置決めされた状態でロータ軸３に外装される。図３の斜視図に示すように、保持器１３の円周方向複数箇所に径方向内外に貫通するポケット１６が形成され、ポケット１６に前記ころ１１が収納される。

図４の一部平面図に示すように、コイルばね１５は、保持器１３のポケット１６間の各柱部１７の周方向一方側壁１８に、他方側壁１９に向けて一体に突出形成される突起２０に装着されている。突起２０には、コイルばね１５の基部を係止する溝２０ａが形成され、先端部側が基端部側に比べて小断面に形成されている。

コイルばね１５は、突起２０全体を外装するよう装着されるとともに、コイルばね１５の基端の巻部１５ａは柱部１７の周方向一方側壁１８をばね座とし、コイルばね１５の先端部１５ｂはころ１１の外周面に当接してころ１１をロータ軸３のカム面２１とプーリ２の内周面２ａとで形成されるくさび状空間２２の狭い側（ロック状態となる側）に弾発付勢している。

カム面２１は、径方向内方に向けてわずかに凹となる軸方向に沿う凹曲面に形成されている。この実施の形態では、ころ１１の外周面を、カム面２１の凹曲面に応じたクラウニング形状としている。

２つの転がり軸受５，６は、環状空間１０において一方向クラッチ４の軸方向両側にそれぞれ１つずつ介装される。第１の転がり軸受５は、複数の玉２３およびそれらを保持する冠形保持器１４Ａからなる深溝玉軸受である。第２の転がり軸受６は、複数のころ１２およびそれを保持する保持器１４Ｂからなる。これら転がり軸受５，６の軸方向外側にシールリング２４，２４が装着されている。

上記構成を有するプーリユニット１において、一方向クラッチ４の作用は次の通りである。すなわち、プーリ２の回転速度がロータ軸３の回転速度よりも速くなると、一方向クラッチ４のころ１２がくさび状空間２２の狭い側へ食込んでロック状態となるので、プーリ２とロータ軸３とが一体化して同期回転する。

プーリ２の回転速度がロータ軸３の回転速度よりも遅くなると、一方向クラッチ４のころ１２がロック位置から外れてくさび状空間２２の広い側へ移動してフリー状態に切替わる。これにより、プーリ２からロータ軸３への回転動力の伝達が遮断されてロータ軸３が回転慣性力でもって回転を維持する。

特に、上記プーリユニット１を自動車エンジンのオルタネータに適用させる場合、伝動ベルト８の駆動源となるクランクシャフトの回転変動に無関係に、オルタネータのロータの回転を高回転域に維持して、発電効率を高めることができる。

すなわち図５の拡大断面図に示すように、クランクシャフトの回転数が上昇するとき、一方向クラッチ４がロック状態となってロータ軸３がプーリ２と同期回転し、クランクシャフトの回転数が低下するとき、一方向クラッチ４がフリー状態となってロータ軸３をプーリ２の減速と無関係に自身の回転慣性力により回転する。

ところで、ロータ軸３を冷間鍛造するにあたり、ロータ軸３をダイスによって略８角形の断面に形成、すなわち一方クラッチ部の外周面を略８角形の断面に形成した後、ダイスをロータ軸３から引抜くと、カム面２１が径方向内方に向けてわずかに凹となる曲面に形成されてしまうといった現象が避けられなく、このカム面２１を平坦な面に加工し直すことは、技術的に難しい。

そこで本発明の実施の形態では、ころ１１の外周面を、カム面２１の軸方向の凹曲面形状に応じたクラウニング形状としており、カム面２１の軸方向長さがころ１１の軸方向長さよりも長いことを前提に、具体的には、クラウニングの凸量は、カム面２１の凹量ｈ１との関係で決定している。

この場合、冷間鍛造に伴なうカム面２１の凹量ｈ１を(ｉ),(ｉｉ)としてそれぞれに対応する、クラウニングの最大凸量ｈ２（ころ１１の軸方向中心での凸量）は下記の（表１）に示す通りである。

カム面２１の凹量ｈ１、クラウニングの最大凸量ｈ２をそれぞれ上記のように設定して、かつころ１１のエッジ部１１ａはカム面２１の凹曲面に接触した状態としている。

一般に、一方向クラッチ４においては、ある程度のエッジロードを有していた方が、クラッチ性能は良好となる。しかし、エッジロードが大き過ぎると上記課題で述べたような剥離といった問題が発生するため、エッジロードが過大になる状態を避ける必要がある。

そこで、クラウニングの最大凸量ｈ２をカム面２１の凹量ｈ１との関係で上記のように決定するようにころ１１の外周面を、カム面２１の凹曲面形状に応じたクラウニング形状に形成することで、エッジロードを必要な大きさに抑えつつ、かつ剥離も効果的に抑えられるようになり、一方向クラッチ４のクラッチ性能を確保しつつ、一方向クラッチ４あるいはプーリユニット１の寿命を延長し得る。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、外輪であるプーリ２の内周面、すなわち一方クラッチ部の内周面をロータ軸３のカム面２１の凹曲面形状と同一の形状に形成してもよい。この場合、プーリ２側のエッジロードを必要な大きさに抑えつつ、かつ剥離も効果的に抑えられるようになり、一方向クラッチ４のクラッチ性能を確保しつつ、一方向クラッチ４あるいはプーリユニット１の寿命をさらに延長し得る。

本発明の最良の実施形態に係るプーリユニットの全体構成を示す側面断面図 プーリユニットの正面断面図 保持器とロータ軸の分解斜視図 一方向クラッチ部分の一部拡大平面図 一方向クラッチ部分の一部拡大側面断面図 プーリユニットの要部拡大断面図

符号の説明

１ プーリユニット
２ プーリ
３ ロータ軸
４ 一方向クラッチ
１０ 環状空間
１１ ころ
１３ 保持器
１５ コイルばね
２１ カム面
２２ くさび状空間

Claims (2)

1. 径方向内外に配置される環体の間の環状空間に一方向クラッチを備え、内方の環体の一方向クラッチ部の外周面が冷間鍛造により多角形状に形成されるとともに、上記外周面の角部間の面はころが転動するカム面とされたプーリユニットであって、
   上記内方の環体のカム面が上記冷間鍛造のダイスの引き抜きにより径方向内方に向けてわずかに凹となる凹曲面に形成され、上記一方向クラッチのころの外周面を、上記カム面の凹曲面形状に応じたクラウニング形状としている、ことを特徴とするプーリユニット。
2. 上記外方の環体の一方向クラッチ部の内周面がころのクラウニング形状に応じた凹形状を有する曲面に形成されている、ことを特徴とする請求項１記載のプーリユニット。

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