JP2007285369A

JP2007285369A - スプリングクラッチ

Info

Publication number: JP2007285369A
Application number: JP2006111753A
Authority: JP
Inventors: Takahide Saito; 隆英齋藤; Masafumi Nakakoji; 雅文中小路
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】クラッチばねが疲労によって折損するのを防止することができるようにした耐久性に優れたスプリングクラッチを提供することである。
【解決手段】プーリ１とその内側に組込まれたプーリハブ２との間に断面が角形の線材からなる円筒形のクラッチばね１７を組込み、そのクラッチばね１７の一端のコイル部端末をプーリハブ２に係止する。プーリ１の内周にクラッチ面１６を形成し、そのクラッチ面１６をクラッチばね１７の係止側の端部を大径端とする円錐形として、クラッチばね１７のフリー側端部の外周を弾性接触させる。プーリ１の一方向への回転時にクラッチばね１７をフリー側端部から係止側端部に向けて連続的に拡径させるようにして、クラッチで発生する急激なトルクを緩和し、クラッチの耐久性を向上する。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力部材と出力部材間に組込まれたクラッチばねによって入力部材の一方向の回転を出力部材に伝達すると共に、出力部材の回転速度が入力部材の回転速度を上回った場合に入力部材から出力部材への回転伝達を遮断するスプリングクラッチに関するものである。

一般に、エンジンのクランク軸の回転をベルト伝動装置によってエンジン補機の回転軸に伝えるようにした補機駆動装置においては、エンジンを急減速した場合、エンジン補機の回転軸に取付けられたプーリも同様に急減速しようとする。このとき、エンジン補機がオルタネータの場合、そのオルタネータの回転軸は慣性力が大きいため、エンジンが急減速されても回転軸は急減速されることはなく、その回転軸上に取付けられたプーリは一定の速度で回り続けようとする。

この場合、クランク軸上のプーリとオルタネータの回転軸上のプーリ間に大きな回転速度差が生じ、ベルトの張力が増大して破損し易くなる。

また、クランク軸は１回転中において角速度が変化しており、その角速度変動に起因してプーリとベルトの間で滑りを生じ、その滑りによってベルトが摩耗し、耐久性が低下することになる。

特許文献１には、そのような不都合を解消することができるようにしたクラッチプーリ装置が提案されている。

上記特許文献１に記載されたクラッチプーリ装置においては、プーリとその内側に組込まれたプーリハブとの間に断面が角形の線材からなるクラッチばねを組込み、そのクラッチばねの外周をプーリの内周に形成された円筒形のクラッチ面に弾性接触し、クラッチばねの一端のコイル部端末をプーリハブに係止し、上記プーリの一方向への回転時にクラッチばねを拡径させてクラッチ面に対する係合力を強め、そのクラッチばねを介してプーリの回転をプーリハブに伝達するようにしている。

また、プーリハブの回転速度がプーリの回転速度を上回った場合に、クラッチばねを縮径させ、プーリのクラッチ面とクラッチばねの接触部で滑りを生じさせてプーリをフリー回転させるようにしている。
特開２００３−３２２１７４号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたクラッチプーリ装置においては、プーリハブの端部に形成されたうず巻き溝内にクラッチばねの一方の端末部を挿入して係止する構造であるため、うず巻き溝の入口部より外側においてコイル部の外周とプーリの内周に形成されたクラッチ面間に隙間が形成される。

このため、トルク伝達時のクラッチばねの変形モードは、クラッチばねの前記うず巻き溝の入口部と対応する位置に折れ曲がり部が形成されることになり、その折れ曲がり部にトルク入力時の応力が集中することになる。

したがって、伝達トルクが繰り返し負荷された場合に、上記折れ曲がり部が疲労によって折損するおそれがあり、耐久性を向上させるうえにおいて改善すべき点が残されていた。

この発明の課題は、クラッチばねが疲労によって折損するのを防止することができるようにした耐久性に優れたスプリングクラッチを提供することである。

上記の課題を解決するため、第１の発明においては、クラッチ面を内周に有する入力部材と、その入力部材の内側に組込まれて相対的に回転自在に支持された出力部材と、前記入力部材と出力部材間に組込まれて一方の端末部が出力部材に係止された円筒形のクラッチばねとから成り、前記入力部材の一方向の回転時にクラッチ面との接触によりクラッチばねを拡径させて入力部材から出力部材へ回転トルクを伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、前記クラッチ面を前記クラッチばねの係止端側を大径端とする円錐形として、その小径端部側の内周にクラッチばねのフリー側端部の外周を弾性接触させた構成を採用したのである。

また、第２の発明においては、円筒状のクラッチ面を内周に有する入力部材と、その入力部材の内側に組込まれて相対的に回転自在に支持された出力部材と、前記入力部材と出力部材間に組込まれて一方の端末部が出力部材に係止されたクラッチばねとから成り、前記入力部材の一方向の回転時にクラッチ面との接触によりクラッチばねを拡径させて入力部材から出力部材へ回転トルクを伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、前記クラッチばねを前記出力部材に係止される側の端部が小径となる円錐形として、そのクラッチばねの大径端部の外周面をクラッチ面に弾性接触させた構成を採用したのである。

ここで、第１の発明および第２の発明のいずれの発明も、クラッチばねが拡径する際に入力部材に軸力が発生して、入力部材が出力部材に対して相対的に軸方向に移動するおそれがあるため、入力部材と出力部材の相互間に、入力部材と出力部材が相対的に軸方向に移動するのを防止する軸方向の位置決め手段を設けておくのが好ましい。

第１の発明のように、入力部材の内周に形成されたクラッチ面を前記クラッチばねの係止端側を大径端とする円錐形とし、あるいは、第２の発明のように、クラッチばねを出力部材に係止される側の端部が小径となる円錐形とすることにより、入力部材が出力部材に対して一方向に相対回転してクラッチばねが拡径するクラッチの係合初期にクラッチばねはフリー側の端部から係止側の端部に向けて連続的に拡径してクラッチ面に強く係合することになる。その連続的な拡径によって、クラッチで発生する急激なトルク入力が緩和されることになり、その結果、クラッチの耐久性を向上させることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、入力部材としてのプーリ１の内側には出力部材としてのプーリハブ２が組込まれている。

プーリハブ２は、金属から成る出力軸２ａと、その外側に設けられたスリーブ２ｂとから成る。この出力軸２ａは両端に小径部３、４を有し、一端の小径部３の外周とプーリ１の一端部内周間にプーリ１とプーリハブ２を相対的に回転自在に支持する位置決め手段としての片シール軸受５が組込まれている。

また、他端の小径部４の外周にはプーリ１の他端部内周に取付けられたシール部材６の内径部が弾性接触している。

スリーブ２ｂは合成樹脂の成形品から成る。このスリーブ２ｂは出力軸２ａの外周に圧入され、シール部材６側の端部内周には環状突出部７が形成されている。環状突出部７は出力軸２ａの他端部外周に形成された肩部８と出力軸２ａの小径部４の外周に取付けた止め輪９とによって軸方向に非可動とされている。

また、スリーブ２ｂの両端部外周には一対の鍔１０、１１が形成され、その一対の鍔１０、１１間がグリース溜りとされている。一対の鍔１０、１１は外径が相違し、シール部材６側の大径鍔１０の外径はプーリ１の内径より少し小径とされ、その大径鍔１０の外径面はプーリ１と出力軸２ａとを相対的に回転自在に支持するラジアル軸受面１２とされている。

片シール軸受５側の小径鍔１１は大径鍔１０より幅広とされている。図２に示すように、小径鍔１１には片シール軸受５と対向する側面に一対の嵌合凹部１３が１８０°の間隔をおいて形成されている。一方、出力軸２ａの片シール軸受５側の端部外周には各嵌合凹部１３に嵌合される一対の突出部１４ａ、１４ｂが１８０°の間隔をおいて設けられ、その突出部１４ａ、１４ｂと嵌合凹部１３の嵌合によってスリーブ２ｂは出力軸２ａに回り止めされている。

一対の突出部１４ａ、１４ｂは長さが相違し、長さの長い突出部１４ａの先端部は小径鍔１１の外径面より外方に位置してその外周がプーリ１の内周に近接している。

また、小径鍔１１の外径面には長さの長い突出部１４ａが嵌合された嵌合凹部１３から周方向に延びる切欠部１５が設けられている。

図１に示すように、プーリ１の内周には、片シール軸受５とシール部材６間にクラッチ面１６が形成されている。クラッチ面１６は片シール軸受５側を大径端とする円錐形とされ、その円錐形クラッチ面１６の内側に円筒形のクラッチばね１７が設けられている。

クラッチばね１７は断面が角形の線材から成り、そのクラッチばね１７は自然状態でクラッチ面１６の小径端側の内径より大径とされ、縮径された状態でプーリ１内に組込まれてシール部材６側の端部外周面がクラッチ面１６と弾性接触している。

図１乃至図３に示すように、クラッチばね１７の片シール軸受５側のコイル部１７ａにおける端末部にはトルク伝達用突部１９が係止され、そのトルク伝達用突部１９がスリーブ２ｂの外径面に形成された切欠部１５内に嵌合されている。切欠部１５内に対するトルク伝達用突部１９の嵌合によって、クラッチばね１７は、片シール軸受５側の一端部がプーリハブ２に対する係止端とされ、他端がフリー側の端部とされ、そのフリー側の端部外周が円錐形クラッチ面１６に弾性接触している。

突出部１４ａのトルク伝達用突部１９の先端面と対向する側面はテーパ面２０とされ、一方、トルク伝達用突部１９の突出部１４ａと対向する先端面も上記テーパ面２０に適合するテーパ面２１とされている。

ここで、クラッチばね１７の端末部とトルク伝達用突部１９の係止に際し、図３に示すように、トルク伝達用突部１９の上面にＬ形の係合凹部２２を形成し、一方、クラッチばね１７の端末にＬ形の係合片２３を設け、その係合片２３を係合凹部２２に係合させるようにしている。

図１に示すように、片シール軸受５と出力軸２ａの一端部外周に形成された肩部２４間には位置決めリング２５が設けられている。位置決めリング２５の外周には位置決め片２６が設けられ、その位置決め片２６はトルク伝達用突部１９の側面に当接しており、上記位置決め片２６とスリーブ２ｂの大径鍔１０とによってクラッチばね１７は軸方向に位置決めされている。

上記の構成から成るスプリングクラッチにおいて、エンジン補機としてのオルタネータの駆動に際しては、そのオルタネータの回転軸にプーリハブ２を取付けて回り止めし、プーリ１とクランク軸上のプーリ間にかけ渡されたベルトを介してクランク軸の回転をプーリ１に伝達する。

上記のような使用状態において、クランク軸の回転がプーリ１に伝達され、そのプーリ１が図２の矢印で示す方向に回転すると、クラッチばね１７がクラッチ面１６との接触により拡径する。

このとき、クラッチ面１６は円錐形とされ、その円錐形クラッチ面１６の小径端部の内周にクラッチばね１７のフリー側端部の外周が弾性接触しているため、クラッチばね１７はフリー側の端部から係止側の端部に向けて順次、連続的に拡径することになり、そのクラッチばね１７の拡径によってクラッチ面１６に対する圧接係合力が増大する。

また、クラッチばね１７の拡径によって、クラッチばね１７の一端のトルク伝達用突部１９は突出部１４ａのテーパ面２０に沿って半径方向外方にスムーズに摺動し、クラッチばね１７の一端のコイル部１７ａの外周面がプーリ１のクラッチ面１６に圧接すると共に、トルク伝達用突部１９から突出部１４ａに回転トルクが伝達され、プーリハブ２がプーリ１と同方向に回転する。なお、トルク伝達用突部１９とクラッチばね１７は軸方向および周方向には相対移動なきことは説明済みであるが、半径方向にも移動しない構造となっている。

このように、プーリ１からプーリハブ２への回転トルクの伝達時、クラッチばね１７はフリー側の端部から係止側の端部に向けて連続的に拡径するため、クラッチで発生する急激なトルク入力は緩和されることになり、その入力緩和によって、クラッチの耐久性の向上を図ることができる。

また、クラッチばね１７の係止側の端部は、その外周面がクラッチ面１６に圧接する状態で突出部１４ａに回転トルクを伝達するため、コイル部１７ａに折れ曲がり部が形成されることはない。このため、回転トルクの伝達と遮断とが繰り返し行なわれてもコイル部１７ａは疲労によって破損することはなく、耐久性に優れたスプリングクラッチを得ることができる。

ここで、クラッチばね１７がフリー端から係止端に向けて連続的に拡径するとき、プーリ１に軸方向力が負荷されるが、プーリ１とプーリハブ２とを相対的に回転自在に支持する片シール軸受５は、プーリ１とプーリハブ２の双方に圧入された組込みであるため、プーリ１に負荷される軸方向力は片シール軸受５によって支持されることになる。

このため、プーリ１とプーリハブ２は軸方向に相対移動するようなことはない。なお、片シール軸受５をプーリ１の内周に取付ける止め輪とプーリハブ２の肩部２４とで軸方向に位置決めすることによって、プーリ１に負荷される軸方向力を片シール軸受５で確実に受けることができ、プーリ１とプーリハブ２の相対移動を確実に防止することができる。

プーリ１からプーリハブ２への回転トルクの伝達状態において、プーリハブ２の回転速度がプーリ１の回転速度を上回ると、切欠部１５とトルク伝達用突部１９との係合により、クラッチばね１７の一端のコイル部１７ａが引きずられ、コイル部１７ａは自己の復元弾性によりスリーブ２ｂの径方向内方に移動して図２に示すように、クラッチ面１６から離れると共に、クラッチばね１７が縮径し、そのクラッチばね１７とクラッチ面１６との接触部で滑りが生じてプーリ１がフリー回転し、プーリ１からプーリハブ２への回転伝達が遮断される。

このように、プーリハブ２の回転速度がプーリ１の回転速度を上回っても、切欠部１５とトルク伝達用突部１９の係合によって、そのトルク伝達用突部１９は突出部１４ａから離れないため、プーリ１の回転速度がプーリハブ２の回転速度を上回ると、トルク伝達用突部１９は突出部１４ａのテーパ面２０を直ちに押圧することになり、プーリハブ２に対して回転トルクを素速く伝達することができる。

図４は、この発明に係るスプリングクラッチの他の例を示す。この例では、プーリ１の内周に形成されたクラッチ面１６を円筒形とし、クラッチばね１７をプーリハブ２に対する係止端を小径端とする円錐形として、その大径端部の外周面をクラッチ面１６に弾性接触させるようにしている。他の構成は図１に示すスプリングクラッチと同一であるため、同一部品には同一の符号を付して説明を省略する。

上記のように、クラッチ面１６を円筒形とし、クラッチばね１７を円錐形のばねとすることにより、クラッチばね１７が拡径するクラッチの係合初期にクラッチばね１７はフリー側の端部から係止側の端部に向けて順次、連続的に拡径してクラッチ面１６に強く係合することになる。その連続的な拡径によって、クラッチで発生する急激なトルク入力が緩和されることになり、図１に示すスプリングクラッチと同様に、クラッチの耐久性の向上を図ることができる。

この発明に係るスプリングクラッチの実施の形態を示す縦断正面図図１のII−II線に沿った断面図クラッチばねとプーリハブの連結部を示す斜視図この発明に係るスプリングクラッチの他の実施の形態を示す縦断正面図

符号の説明

１プーリ(入力部材)
２プーリハブ(出力部材)
１６クラッチ面
１７クラッチばね

Claims

クラッチ面を内周に有する入力部材と、その入力部材の内側に組込まれて相対的に回転自在に支持された出力部材と、前記入力部材と出力部材間に組込まれて一方の端末部が出力部材に係止された円筒形のクラッチばねとから成り、前記入力部材の一方向の回転時にクラッチ面との接触によりクラッチばねを拡径させて入力部材から出力部材へ回転トルクを伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、
前記クラッチ面を前記クラッチばねの係止端側を大径端とする円錐形として、その小径端部側の内周にクラッチばねのフリー側端部の外周を弾性接触させたことを特徴とするスプリングクラッチ。
円筒状のクラッチ面を内周に有する入力部材と、その入力部材の内側に組込まれて相対的に回転自在に支持された出力部材と、前記入力部材と出力部材間に組込まれて一方の端末部が出力部材に係止されたクラッチばねとから成り、前記入力部材の一方向の回転時にクラッチ面との接触によりクラッチばねを拡径させて入力部材から出力部材へ回転トルクを伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、
前記クラッチばねを前記出力部材に係止される係止端側が小径となる円錐形として、そのクラッチばねの大径端部の外周面をクラッチ面に弾性接触させたことを特徴とするスプリングクラッチ。
前記入力部材と出力部材の相互間に、入力部材と出力部材が相対的に軸方向に移動するのを防止する軸方向の位置決め手段を設けた請求項１又は２に記載のスプリングクラッチ。