JP2003113869A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外輪カム式でありかつロック・フリーが繰り
返されても確実に機能を発揮する一方向クラッチを提供
する。 【解決手段】 ころ13およびばね14を保持する保持器15
を備えている。ばね14は、遠心力が作用した際にころ13
に対する付勢力を減少させる方向に変形させられるよう
に、内輪3の外周面の接線方向に対して傾斜した中心軸
を有している。保持器15に、ばね14がばね軸方向へ移動
することを阻止するばね端部位置決め面17aとばね14が
ばね軸に直交する内向きに移動することを阻止するばね
内側位置決め面17bとが設けられ、外輪4内周に、ばね14
がばね軸に直交する外向きに移動することを阻止するば
ね外側位置決め面18が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、内燃機
関の始動時および内燃機関による補機駆動時の回転力を
ベルトによって伝達するベルト伝動システムにおいて、
ベルト駆動スタータのプーリに使用される一方向クラッ
チに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一方向クラッチとしては、図６に
示すように、円筒形の外輪(61)と、多角形状に形成され
てこの部分がカム面(63)とされた内輪(62)と、カム面(6
3)と外輪(61)の内周面とで形成された楔状空間(64)に配
置されたころ(65)と、ころ(65)を保持する環状の保持器
(66)と、ころ(65)を楔状空間(64)の狭い側（ロック側）
へ付勢するコイルばね(67)とを備えているものが知られ
ている。コイルばね(67)は、楔状空間(64)方向に突出す
るように保持器(66)に設けられた突起(68)に装着されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の一方向クラ
ッチをベルトを介して始動トルクをクランク軸に伝達す
るスタータモータの一方向クラッチとして適用した場
合、空転状態が極めて長時間行われることから、発熱が
大きくなる問題がある。

【０００４】この発明の目的は、外輪カム式であり、遠
心力が作用した際にそのカム面に沿った方向の分力によ
ってころがコイルばねの弾性力に抗して楔状空間の広い
側に移動させられることを可能とし、コイルばねの付勢
力による楔状空間の狭い側へのころの移動と、遠心力が
かかった際の楔状空間の広い側へのころの移動とが確実
に繰り返されることを可能とすることによって、ロック
・フリーが繰り返されても確実に機能を発揮する一方向
クラッチを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による一方向クラッチは、内輪と、カム面を有する外
輪と、カム面と内輪の外周面とで形成された楔状空間に
配置された噛み込み部材と、噛み込み部材を楔状空間の
狭い側へ付勢するばねとを備えている一方向クラッチに
おいて、噛み込み部材およびばねを保持する保持器をさ
らに備え、ばねは、遠心力が作用した際に噛み込み部材
に対する付勢力を減少させる方向に変形させられるよう
に、内輪の外周面の接線方向に対して傾斜した中心軸を
有しており、ばねがばね軸方向へ移動することを阻止す
るばね端部位置決め面と、ばねがばね軸に直交する内向
きに移動することを阻止するばね内側位置決め面と、ば
ねがばね軸に直交する外向きに移動することを阻止する
ばね外側位置決め面とが設けられていることを特徴とす
るものである。

【０００６】ばねは、例えば、コイルばねとされるが、
板ばね等であってもよい。そして、ばねの中心軸は、例
えば、遠心力が作用した際の噛み込み部材の移動方向と
ほぼ一致するように位置決めされる。ばねの中心軸と遠
心力が作用した際の噛み込み部材の移動方向とは、必ず
しも一致させる必要はない。

【０００７】この発明の一方向クラッチによると、保持
器に保持された噛み込み部材およびばねは、外輪と一体
になって回転し、外輪の所定回転速度以上による遠心力
によって噛み込み部材が噛み込み解除方向に移動する。
ばねの中心軸が内輪の外周面に対して傾斜していること
により、ばねに作用する遠心力は、ばねの中心軸と直交
する成分のほかに、ばねの軸方向の成分を有しているこ
とになり、遠心力作用時のばねの付勢力は、ばねの元々
の弾性力と遠心力の軸方向成分との和になる。そして、
遠心力が作用した際に噛み込み部材に対する付勢力を減
少させる方向にばねが変形させられることから、遠心力
作用時のばねの付勢力は、ばねの元々の弾性力よりも小
さくなる。したがって、外輪の所定回転速度以上による
遠心力作用時に、噛み込み部材の噛み込み解除方向（楔
状空間の広い側）への移動が容易となる。遠心力が作用
しなくなると、ばねの付勢力は、ばねの元々の弾性力と
なって、増加することになり、噛み込み部材の噛み込み
方向（楔状空間の狭い側）への移動が容易となる。ばね
は、ばね端部位置決め面、ばね内側位置決め面およびば
ね外側位置決め面によって、ばね軸方向に変形する以外
の移動ができなくなり、噛み込み部材が移動する際にば
ねがずれて、外輪が停止した際のばねの付勢力方向が変
化することはなく、ころをうまく噛み込み側へ移動させ
ることができないという問題が起こることはない。こう
して、コイルばねの付勢力による楔状空間の狭い側への
ころの移動と、遠心力がかかった際の楔状空間の広い側
へのころの移動とが確実に繰り返され、ロック・フリー
が繰り返されても確実に機能を発揮することができる。

【０００８】ばねを位置決めするには、保持器に、ばね
の中心軸と同心の突起を設けてもよい。例えば、突起で
コイルばねを保持する場合、コイルばねの内周面と突起
との隙間を、コイルばねの外周面とばねの端部位置決め
面、ばね内側位置決め面あるいはばね外側位置決め面と
の隙間より大きくすることが好ましい。

【０００９】上記の各位置決め面については、ばね端部
位置決め面とばね内側位置決め面とが保持器に設けら
れ、ばね外側位置決め面が外輪内周に設けられているこ
とが好ましい。

【００１０】このようにすると、外輪に直接ばね外側位
置決め面を設けることによって、高精度にばねの中心軸
を設定でき、また、保持器にばね端部位置決め面とばね
内側位置決め面とを設けることによって、強度が必要な
外輪の加工を簡略化することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下図
面を参照して説明する。

【００１２】図１は、この発明による一方向クラッチを
組み込んだ一方向クラッチ付きプーリユニットを示して
いる。この一方向クラッチ付きプーリユニット(1)は、
エンジンの駆動部とスタータモータの回転軸とを連結す
る部分に配置されるもので、スタータモータの回転軸
(2)に嵌められかつ軸受の内輪を兼ねる中空軸(3)とこれ
と同心に配置されかつ軸受の外輪を兼ねるプーリ(4)と
の間に、一方向クラッチ(5)が設けられている。プーリ
(4)の外周には、Ｖリブドベルト(B)が掛け渡されるベル
ト掛け渡し部(4a)が設けられている。

【００１３】一方向クラッチ(5)は、中空軸(3)とプーリ
(4)の軸方向中間部との間に設けられており、中空軸(3)
とプーリ(4)の各端部寄り部分との間には、ころ軸受(6)
および玉軸受(7)が一方向クラッチ(5)を挟んで設けられ
ている。ころ軸受(6)および玉軸受(7)のさらに軸方向外
側には、シール部材(8)(9)がそれぞれ配置されており、
さらに、プーリユニットの自由端側（図の左端側）に
は、プーリユニット内部に泥水等の侵入を防止するため
に、さらに、シール部材(10)が配置されている。

【００１４】一方向クラッチ(5)は、図２に示すよう
に、プーリ(4)の内周面に設けられたカム面(11)と、カ
ム面(11)と中空軸(3)の外周面とによって形成された楔
状空間(12)内に配置され、中空軸(3)とプーリ(4)とが一
の方向（ロック方向）に相対回転することにより中空軸
(3)とプーリ(4)との間に噛み込み、他の方向（フリー方
向）に相対回転したとき噛み込みを解除する複数の噛み
込み部材としてのころ(13)と、ころ(13)を噛み込み方向
（楔状空間(12)の狭い側）に付勢する付勢部材としての
コイルばね(14)と、ころ(13)を楔状空間(12)内に位置さ
せる保持器(15)とを備えている。

【００１５】カム面(11)は、軸心を挟んで対向する平行
２面(11a)(11b)(11c)(11d)が周方向に複数組（この実施
形態では４組）設けられることによって構成されてい
る。平行２面(11a)(11b)(11c)(11d)の各面は、ころ(13)
の中心および軸心を通る法線(19)に対して直角ではな
く、図２の一部を拡大した図３にθで示す角は、直角よ
りも若干小さい鋭角とされている。こうして、プーリ
(4)にカム面(11)が設けられることにより、プーリ(4)に
は、一方向クラッチ(5)の外輪としての機能が付与さ
れ、プーリ(4)と一方向クラッチ(5)の外輪との一体化が
果たされている。これにより、プーリ(4)の外径を抑え
ながら、ころ(13)のＰ．Ｃ．Ｄを大きくすることがで
き、ころ(13)に働く遠心力が大きいものとなっている。

【００１６】平行２面(11a)(11b)(11c)(11d)の楔状空間
(12)の広い側の端部には、横断面が円弧状で遠心力を受
けたころ(13)を停止させるころ保持用凹面部(16)が設け
られている。凹面部(16)は、ころ(13)の外周面の半径と
ほぼ同じ半径の円弧状とされている。

【００１７】図１に示すように、プーリ(4)の内径は段
付状とされており、プーリ(4)が有しているころ軸受の
外輪、一方向クラッチの外輪および玉軸受の外輪の各機
能に対応する寸法に関して、ころ軸受の外輪軌道部内径
をＤ１、一方向クラッチの外輪の最小内径（この実施形
態では、外輪カム面(11)の平行２面間距離）をＤ２、玉
軸受の外輪軌道肩部内径をＤ３として、Ｄ１＞Ｄ２≧Ｄ
３とされている。

【００１８】中空軸(3)の外径に関しては、溝を除いて
一定とされており、ころ軸受(6)の内輪軌道部外径＝一
方向クラッチ(5)の内輪外径＝玉軸受(7)の外輪軌道肩部
外径となっている。

【００１９】また、ベルト掛け渡し部(4a)におけるプー
リ外周の最内径部と噛み込み開始位置におけるころ(13)
の中心部との径方向距離Ｔ１が、噛み込み開始位置にお
けるころ(13)の中心部と中空軸(3)内周の最小内径部と
の径方向距離Ｔ２よりも小さくされている。すなわち、
プーリ(4)および中空軸(3)の実質的な厚みを比較する
と、プーリ(4)の厚みが薄くなされている。これによ
り、プーリ(4)の外径を抑えながら、ころ(13)のＰ．
Ｃ．Ｄを大きくすることができ、ころ(13)に働く遠心力
がより大きくなっている。

【００２０】コイルばね(14)は、横断面内に中心軸を有
し、長径の方向が一方向クラッチ(5)の軸方向に一致さ
せられた楕円形のものとされている。そして、その短径
の長さしたがってばねのころに当接している部分の径方
向寸法は、ころ(13)の直径よりも小さくなされている。

【００２１】保持器(15)は、合成樹脂製で、カム面(11)
にほぼ沿った外周形状と中空軸(3)外周面に沿った内周
形状を有しており、カム面(11)内に圧入されている。保
持器(15)と中空軸(3)の外周との間には若干の間隙が設
けられている。保持器(15)には、コイルばね(14)を位置
決めするばね受け凹所(17)が設けられている。ばね受け
凹所(17)には、グリスが封入されている。

【００２２】ばね受け凹所(17)は、カム面(11)のころ保
持用凹面部(16)に連なってプーリ(4)の内周に設けられ
たばね位置決め面(18)とによってコイルばね(14)の中心
軸方向を一定に保っている。コイルばね(14)の中心軸
は、コイルばね(14)に遠心力が作用した際にころ(13)に
対する付勢力を減少させる方向に変形させられるよう
に、中空軸(3)の外周面の接線方向に対して傾斜させら
れている。プーリ(4)のばね位置決め面(18)は、カム面
(11)と同様に、一方向クラッチ(5)の軸心を挟んで対向
して平行に形成された２面が周方向に４組設けられるこ
とによって構成されている。

【００２３】ばね受け凹所(17)は、図３および図４に符
号(17a)(17b)で示すように、コイルばね(14)がばね軸方
向へ移動することを阻止するばね端部位置決め面(17a)
と、コイルばね(14)がばね軸に直交する内向きに移動す
ることを阻止するばね内側位置決め面(17b)とを有して
おり、プーリ(4)のばね位置決め面(18)は、コイルばね
(14)がばね軸に直交する外向きに移動することを阻止す
るばね外側位置決め面となっている。これらのばね位置
決め面(17a)(17b)(18)によって、コイルばね(14)の中心
軸は、図３に示すように、ころ(13)の中心軸と直交し、
カム面(11)の平行２面(11a)(11b)(11c)(11d)と平行に保
たれている。

【００２４】図５は、保持器(15)の一部を径方向外方か
ら見た図であり、同図に符号(17d)(17e)で示すように、
ばね受け凹所(17)は、コイルばね(14)が一方向クラッチ
(5)の軸心方向へ移動することを阻止する軸心方向位置
決め面(17d)(17e)を有している。

【００２５】ばね受け凹所(17)のばね内側位置決め面(1
7b)に連なって、ころ保持用傾斜面(17c)が設けられてい
る。この傾斜面(17c)の他端は、中空軸(3)の外周面に対
してわずかに間隙を有するようになされている。プーリ
(4)のころ保持面であるころ保持用凹面部(16)と保持器
(15)のころ保持面であるころ保持用傾斜面(17c)とによ
って、噛み込み解除方向に移動したころ(13)を受け止め
て保持する横断面略ハの字状のころ保持部が形成されて
いる。

【００２６】図２および図３は、ころ(13)およびコイル
ばね(14)に遠心力が働いていない状態を示しており、こ
の状態で中空軸(3)が反時計方向に回転させられると、
ころ(13)が中空軸(3)とプーリ(4)との間に噛み込み、中
空軸(3)とプーリ(4)とは、一体となって回転する。そし
て、プーリ(4)が高速回転となり、中空軸(3)の回転が停
止させられると、ころ(13)に働く遠心力の方向（符号(1
9)で示す線の外向きの方向）ところ(13)が平行２面(11
a)(11b)(11c)(11d)と接触している点における法線方向
とがずれていることにより、ころ(13)には平行２面(11
a)(11b)(11c)(11d)に沿った方向の力が掛かり、これに
より、ころ(13)は、図４に矢印で示すように、楔状空間
(12)の広い側に移動する。

【００２７】この状態では、プーリ(3)のころ保持面で
ある凹面部(16)がころ(13)の外周面の半径とほぼ同じ半
径の横断面円弧状の凹面とされているので、円筒面を有
するころ(13)の外周部分がこの凹面部(16)にちょうど収
まり、また、径方向内側からは、保持器(15)のころ保持
面である傾斜面(17c)があてがわれるので、ころ(13)が
傾くようなことはなく、中空軸(3)外周ところ(13)との
間隙が確保され、中空軸(3)ところ(13)との非接触状態
が達成される。

【００２８】この一方向クラッチ付きプーリユニット
は、次のように動作する。

【００２９】まず、始動時においては、スタータモータ
の回転軸(2)と一体の中空軸(3)が反時計回りに回転させ
られる。これにより、一方向クラッチ(5)の楔状空間(1
2)の狭い側にころ(13)が噛み込まれ、駆動力が伝達され
て、中空軸(3)とプーリ(4)とが一体となって回転する。
プーリ(4)はベルトを介してクランクシャフトに接続さ
れており、プーリ(4)の回転によってエンジンが始動す
る。エンジンが始動すると、スタータが停止し、プーリ
(4)は反時計方向の回転を続ける。これにより、ころ(1
3)の噛み込みが解除され、プーリ(4)だけが回転する状
態が継続される。特にエンジンの高速回転時、ころ(13)
は、ころ(13)とほぼ同じ曲率の凹面部(16)によって位置
決めされ、中空軸(3)と非接触状態となる。また、コイ
ルばね(14)は、プーリ(4)の所定回転速度以上による遠
心力によって縮む方向の力を受け、ころ(13)を噛み込み
方向に付勢する弾性力が減少させられ、ころ(13)と中空
軸(3)との間の非接触状態が確保される。遠心力が作用
したときのころ(13)の移動方向とコイルばね(14)の中心
軸方向とが一致していることから、ころ(13)が移動する
際にコイルばね(14)がずれて、プーリ(4)が停止した際
のコイルばね(14)の付勢力方向が変化することはなく、
ころ(13)をうまく噛み込み側へ移動させることができな
いという問題が起こることはない。

【００３０】このプーリユニット(1)を組み立てる際に
は、玉軸受(7)の玉および保持器、一方向クラッチ(5)の
コイルばね(14)およびころ(13)、ころ軸受(6)のころお
よび保持器の順に、プーリ(4)と中空軸(3)との間に挿入
すればよい。上述したように、ころ軸受(6)の外輪軌道
部内径(D1)＞一方向クラッチ(5)の外輪カム面(11)の平
行２面間距離（一方向クラッチの外輪の最小内径）(D2)
≧玉軸受(7)の外輪軌道肩部内径(D3)であるので、各挿
入作業時において径方向外側に作業用のスペースが確保
され、組立て作業を容易に行うことができる。

【００３１】中空軸(3)は、その外径が溝を除いて一定
とされているので、削り出しでなく、冷間鍛造によって
加工することが可能であり、これにより、一方向クラッ
チ付きプーリユニットの加工コストを低減することがで
きる。

【００３２】上記において、ころ(13)を付勢する手段と
して、コイルばねを示したが、コイルばねに代えて板ば
ね等を用いることも可能である。また、一方向クラッチ
としては、噛み込み部材がころ(13)である場合を示した
が、噛み込み部材および付勢部材が外輪と一体になって
回転し、外輪の所定回転速度以上による遠心力によって
噛み込み部材が噛み込み解除方向に移動し、付勢部材の
付勢力がこの移動を許容する大きさを有している一方向
クラッチであれば、噛み込み部材がスプラグであるもの
を使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明による一方向クラッチ付きプ
ーリユニットを示す縦断面図である。

【図２】図２は、同横断面図である。

【図３】図３は、図２の一部を拡大した図で、一方向ク
ラッチの噛み合い状態を示している。

【図４】図４は、図２の一部を拡大した図で、一方向ク
ラッチの噛み合い解除状態を示している。

【図５】図５は、保持器を径方向外側から見た図であ
り、図の上下方向が一方向クラッチの軸方向と一致して
いる。

【図６】図６は、従来の一方向クラッチを示す横断面図
である。

【符号の説明】

(3) 中空軸（内輪） (4) プーリ（外輪） (11) カム面 (12) 楔状空間 (13) ころ (14) コイルばね（弾性部材） (15) 保持器 (17) ばね受け凹所 (17a) ばね端部位置決め面 (17b) ばね内側位置決め面 (18) ばね位置決め面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内輪と、カム面を有する外輪と、カム面
   と内輪の外周面とで形成された楔状空間に配置された噛
   み込み部材と、噛み込み部材を楔状空間の狭い側へ付勢
   するばねとを備えている一方向クラッチにおいて、 噛み込み部材およびばねを保持する保持器をさらに備
   え、ばねは、遠心力が作用した際に噛み込み部材に対す
   る付勢力を減少させる方向に変形させられるように、内
   輪の外周面の接線方向に対して傾斜した中心軸を有して
   おり、ばねがばね軸方向へ移動することを阻止するばね
   端部位置決め面と、ばねがばね軸に直交する内向きに移
   動することを阻止するばね内側位置決め面と、ばねがば
   ね軸に直交する外向きに移動することを阻止するばね外
   側位置決め面とが設けられていることを特徴とする一方
   向クラッチ。
2. 【請求項２】 ばね端部位置決め面とばね内側位置決め
   面とが保持器に設けられ、ばね外側位置決め面が外輪内
   周に設けられている請求項１の一方向クラッチ。