JP5359281B2 - 一方向クラッチ内蔵型プーリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関し、より詳細には、エンジンのクランク軸の動力によって駆動されるオルタネータ、パワーステアリング用ポンプ、水ポンプ、エアコン用コンプレッサ等の補機類を回転駆動するためのベルト駆動機構中に組み込んだ状態で利用される一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関する。

従来、自動車の駆動用エンジンを駆動源として種々の補機が駆動されており、例えば自動車に必要な発電を行なうオルタネータを駆動する際には、一方向クラッチが組み込まれたクラッチ内蔵型プーリ装置を使用することが知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。

一方向クラッチは、内輪と外輪との間に楔空間を構成するように、内輪或いは外輪にカム面を有し、楔空間に配置されたローラの係脱によって、ロック状態とオーバーラン状態とを繰り返す。楔空間に配置される各ローラは、保持器に形成された複数のポケット内に収容されており、保持器に係止されたばねによって、楔作用を発揮する方向、即ちロック方向に弾性的に押圧される。

特開２００１−３４９４１３号公報 特開２００３−２３２４３３号公報

ところで、最近の自動車における消費電力の増大による発電力不足を補うため、オルタネータの回転数は高回転化する傾向にある。オルタネータを高回転とするためには、オルタネータの駆動プーリは小径化される。

一方、上述したクラッチ内蔵型プーリ装置のクラッチ部のグリースは、係合と空転を繰り返すうちにローラの運動によってローラの周囲のグリースが排除され、クラッチ機能に関する部分のグリース量は微量となり、カム面はグリース油膜がある部分と金属接触した部分が混在した状態となる。

この金属接触した部分からすべり摩擦が生じた場合、クラッチプーリの自励振動系の振動周波数と、従動プーリ及びこれに圧入された部材の固有振動数が近いと共振が発生し、空転時に共振音が発生するという問題があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来のものと構造を大きく変更することなく、空転時に共振音の発生を防ぐことができる一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 回転軸に外嵌固定自在なスリーブと、
前記スリーブの径方向外側に該スリーブと同心に配置されたプーリと、
前記スリーブの外周面と前記プーリの内周面との間に設けられ、前記スリーブの外周面に圧入固定されるクラッチ内輪と、前記プーリの内周面に圧入固定されるクラッチ外輪と、前記クラッチ内輪の外周面と前記クラッチ外輪の内周面との間に配置される係合子である複数のローラと、前記複数のローラを個別に収容する複数のポケットを有すると共に前記クラッチ内輪及び前記スリーブと共に一体に回転する保持器と、前記ローラを弾性的に押圧するばねと、を備え、前記クラッチ内輪の外周面は、複数のランプ部が円周方向に所定の間隔で形成されたカム面をなしており、前記ローラは前記クラッチ外輪の円筒面と前記ランプ部とから形成される楔空間に回動可能に保持されており、前記プーリと前記スリーブの一方が他方に対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合のみ、前記プーリと前記スリーブとの間で回転力を伝達する一方向クラッチと、
前記スリーブの外周面と前記プーリの内周面との間で前記一方向クラッチに対して軸方向に離間した位置に設けられ、前記プーリに加わるラジアル荷重を支承しつつ前記プーリと前記スリーブとの相対回転を可能とするサポート軸受と、を備える一方向クラッチ内蔵型プーリ装置であって、
前記プーリ及び前記クラッチ外輪からなる固有振動系の固有振動数は、前記ローラの質量をＭ、前記ばねのばね定数をｋ１、前記ローラと前記ランプ部との接触部の円周方向ばね定数をｋ２、前記ローラと前記円筒面との接触部の円周方向ばね定数をｋ３、とし、さらに、ｋ１、ｋ２、ｋ３の合計ばね定数をｋとしたとき、Ｆ＝１／２π×√（ｋ／Ｍ）で求められる前記プーリ装置の自励振動系の振動周波数と異なることを特徴とする一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。
（２） 前記固有振動系の固有振動数は、有限要素法によって求められ、
前記プーリの質量を変更することによって、前記固有振動系の固有振動数と、前記プーリ装置の自励振動系の振動周波数と、を異ならせることを特徴とする（１）に記載の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。
（３） 前記固有振動系の固有振動数は、５．５〜６．５ｋＨｚから外して設定されることを特徴とする（１）又は（２）に記載の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。

本発明の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置によれば、前記プーリ及び前記プーリに圧入される部材からなる固有振動系の固有振動数は、前記プーリ装置の自励振動系の振動周波数と異なるように設計することで、空転時の共振音の発生を事前に防止することができる。

本発明の一実施形態である一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図である。 自励振動系のばね定数を説明するための一方向クラッチの概略断面図である。 固有振動系としてのプーリとクラッチ外輪とを示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る一方向クラッチ内蔵型プーリ装置について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、オルタネータ等の補機の回転軸（図示せず）が螺合して内嵌固定自在なスリーブ１１と、スリーブ１１の径方向外側にスリーブ１１と同心に配設され、外周面にベルト溝１２ａが形成されたプーリ１２とを備えている。ベルト溝１２ａには、エンジンのクランク軸に固定された駆動プーリ（図示せず）に懸架された駆動ベルト（図示せず）が掛け渡されている。

また、スリーブ１１の軸方向中間部における外周面とプーリ１２の軸方向中間部における内周面との間には、一方向クラッチ１３が配置されており、一方向クラッチ１３に対して軸方向に離間した位置となる、スリーブ１１の軸方向両端部における外周面とプーリ１２の軸方向両端部における内周面との間には、一対のサポート軸受１４，１４が配置されている。一方向クラッチ１３は、プーリ１２がスリーブ１１に対して所定方向に相対回転する傾向となる場合のみ、プーリ１２とスリーブ１１との間で回転力を伝達する。

サポート軸受１４，１４は、深溝玉軸受等が使用されており、プーリ１２に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１１とプーリ１２との相対回転を可能とする。即ち、これら各サポート軸受１４，１４は、スリーブ１１の外周面に外嵌固定される内輪２３，２３と、プーリ１２の内周面に内嵌固定される外輪２４，２４と、内輪２３の内輪軌道面２３ａ，２３ａと外輪２４，２４の外輪軌道面２４ａ，２４ａとの間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けた転動体である玉２５，２５とからなる。又、外輪２４、２４の両端部内周面に形成した係止溝２４ｂ，２４ｂに、それぞれシール２６，２６を装着することにより、各玉２５，２５を設置した空間の両端開口部を塞いでいる。

一方向クラッチ１３は、スリーブ１１の外周面に圧入固定されるクラッチ内輪１５と、プーリ１２の内周面に圧入固定されるクラッチ外輪１６と、クラッチ内輪１５の外周面と
クラッチ外輪１６の内周面との間に配置される係合子である複数のローラ１７とを備える。クラッチ内輪１５の外周面は、複数のランプ部１５ａが円周方向に所定の間隔で形成されたカム面をなしており、ローラ１７はクラッチ外輪１６の円筒面１６ａと各ランプ部１５ａとから形成される楔空間に回動自在に保持されている。

また、一方向クラッチ１３は、各ローラ１７を個別に収容する複数のポケットを有すると共に、クラッチ内輪１５及びスリーブ１１と共に一体に回転する保持器１８と、各ローラ１７を楔空間の係合する方向に弾性的に押圧するばね１９とを有している。ばね１９は、保持器１８に保持されており、各ローラ１７と接触して、各ローラ１７をロック方向、即ち、ランプ部１５ａの溝の浅い側に向けて押圧している。

このように構成された一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、プーリ１２の回転角速度が回転軸の回転角速度より速い場合、即ち、クラッチ外輪１６がクラッチ内輪１５に対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合には、ローラ１７が楔作用によってクラッチ外輪１６の円筒面とクラッチ内輪１５のランプ部１５ａとの間の楔空間に噛み込まれて、クラッチ外輪１６とクラッチ内輪１５との間で各ローラ１７を介して回転力が伝達自在となる。これにより、プーリ１２とスリーブ１１とが相対回転不能（ロック状態）となり、エンジンの回転力が回転軸に伝達される。一方、プーリ１２の回転角速度が回転軸の回転角速度より遅い場合には、ローラ１７の噛み込みが解除されて、プーリ１２とスリーブ１１との相対回転が自在（オーバーラン状態）となる。

ここで、従来のプーリ装置において、空転時に発生する共振音の周波数は約５．５ｋＨｚであり、これは、プーリ装置１０の自励振動系、即ち、一方向クラッチ１３の振動周波数（約５．５〜６．５ｋＨｚ）がプーリ１２及びプーリ１２に圧入されるクラッチ外輪１６とからなる固有振動系による固有振動数と近い場合に、共振音を発生することがわかった。このため、本実施形態では、空転時の共振音の発生を防止するため、プーリ１２及びプーリ１２に圧入されるクラッチ外輪１６とからなる固有振動系による固有振動数を、プーリ装置１０の自励振動系の振動周波数と異なるように設定している。

異音発生の主たる振動系は、ローラ１７と外輪接触部の滑り摩擦による自励振動と推定され、プーリ装置１０の自励振動系の振動周波数Ｆは、図２を参照して、ローラ１７の質量をＭ、ばね１９と接触部の円周方向ばね定数ｋ１、ｋ２、ｋ３の合成ばね定数をｋとすると、以下の式（１）で与えられる。

・・・（１）

接触部におけるばね定数ｋ２、ｋ３は非線形ばねであり、ローラ１７がオーバーラン状態において楔空間から抜けようとすると、接触面圧が低下してｋ２、ｋ３が減少する。このため、回転数が増加してローラが抜ける方向の接線力が大きくなると、ｋ２、ｋ３が減少して合成ばね定数ｋが減少し、その結果、自励振動周波数Ｆが低下すると推定される。空転時に発生する共振音の周波数測定において生じる１１ｋＨｚの振動は、上記自励振動系が非線形振動のために正弦波形にならずに、５．５ｋＨｚの高調波成分（倍数成分）が派生したと考えられる。

また、自励振動系は、プーリ１２とクラッチ外輪１６との固有振動系に係合しているため、固有振動系が６ｋＨｚ近辺であると、自励振動系が振動を持続しやすい状態、すなわち、ローラ１７がクラッチ内外輪１５，１６間で、付かず離れずの状態となり振動しやす
い。このため、固有振動系の固有振動数を約５．５〜６．５ｋＨｚから外すように設計することで、自励振動系の同調が困難になり、振動が消滅する。従って、本実施形態では、プーリ装置１０の自励振動系の振動周波数Ｆに対して０．５ｋＨｚより大きく離れるように、固有振動系の固有振動数が設定される。

固有振動系の固有振動数を自励振動系の振動周波数と異ならせるためには、例えば、プーリ１２の質量を変更すればよく、プーリ１２に肉抜きを施したり、樹脂などの材料を使ったりして軽くしてもよいし、材料によって重くなるようにしてもよい。具体的には、図３に示すように、プーリ１２とクラッチ外輪１６からなる固有振動系の固有振動数を有限要素法等によって求め、自励振動周波数と比較する。

従って、本実施形態の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０によれば、プーリ１２及びプーリ１２に圧入されるクラッチ外輪１６の固有振動系の固有振動数を、プーリ装置１０の自励振動系の振動周波数と異なるように設計することにより、空転時の共振音の発生を事前に防止することができる。また、該設計は、プーリ１２の質量を変更することで行われることから、従来のものと構造を大きく変更する必要がない。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
本発明の一方向クラッチは、本実施形態のローラクラッチに限定されるものでなく、スプラグクラッチやカムクラッチ等の他の形式のものであってもよい。
また、本発明のサポート軸受は、本実施形態の深溝玉軸受に限定されるものでなく、種々の形式の転がり軸受であってもよい。
なお、本実施形態は、固有振動系をプーリとクラッチ外輪とから構成されるものとしたが、プーリに圧入される部材であるサポート軸受の外輪を含めて構成されるものとしてもよい。

１０ 一方向クラッチ内蔵型プーリ装置
１１ スリーブ
１２ プーリ
１３ 一方向クラッチ
１４ サポート軸受
１５ クラッチ内輪
１６ クラッチ外輪
１７ ローラ
１８ 保持器
１９ ばね

Claims (3)

1. 回転軸に外嵌固定自在なスリーブと、
   前記スリーブの径方向外側に該スリーブと同心に配置されたプーリと、
   前記スリーブの外周面と前記プーリの内周面との間に設けられ、前記スリーブの外周面に圧入固定されるクラッチ内輪と、前記プーリの内周面に圧入固定されるクラッチ外輪と、前記クラッチ内輪の外周面と前記クラッチ外輪の内周面との間に配置される係合子である複数のローラと、前記複数のローラを個別に収容する複数のポケットを有すると共に前記クラッチ内輪及び前記スリーブと共に一体に回転する保持器と、前記ローラを弾性的に押圧するばねと、を備え、前記クラッチ内輪の外周面は、複数のランプ部が円周方向に所定の間隔で形成されたカム面をなしており、前記ローラは前記クラッチ外輪の円筒面と前記ランプ部とから形成される楔空間に回動可能に保持されており、前記プーリと前記スリーブの一方が他方に対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合のみ、前記プーリと前記スリーブとの間で回転力を伝達する一方向クラッチと、
   前記スリーブの外周面と前記プーリの内周面との間で前記一方向クラッチに対して軸方向に離間した位置に設けられ、前記プーリに加わるラジアル荷重を支承しつつ前記プーリと前記スリーブとの相対回転を可能とするサポート軸受と、を備える一方向クラッチ内蔵型プーリ装置であって、
   前記プーリ及び前記クラッチ外輪からなる固有振動系の固有振動数は、前記ローラの質量をＭ、前記ばねのばね定数をｋ１、前記ローラと前記ランプ部との接触部の円周方向ばね定数をｋ２、前記ローラと前記円筒面との接触部の円周方向ばね定数をｋ３、とし、さらに、ｋ１、ｋ２、ｋ３の合計ばね定数をｋとしたとき、Ｆ＝１／２π×√（ｋ／Ｍ）で求められる前記プーリ装置の自励振動系の振動周波数と異なることを特徴とする一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。
2. 前記固有振動系の固有振動数は、有限要素法によって求められ、
   前記プーリの質量を変更することによって、前記固有振動系の固有振動数と、前記プーリ装置の自励振動系の振動周波数と、を異ならせることを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。
3. 前記固有振動系の固有振動数は、５．５〜６．５ｋＨｚから外して設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。

Images