JP4590795B2 - プーリユニット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向クラッチを備えるプーリユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジンに装備される各種の補機は、エンジンのクランクシャフトによりベルトを介して駆動される。例えば、補機として車両用交流発電機を考えると、エンジンのクランクシャフトと同期回転するように連結した場合には、クランクシャフトの回転数が低下すると、車両用交流発電機の発電能力が低下することになる。
【０００３】
このような不都合を回避するために、車両用交流発電機に一方向クラッチを内蔵したプーリユニットを用いることにより、クランクシャフトの回転数が低下したときの発電効率を向上させるようにした手法が従来から知られている。
図８は、一方向クラッチを内蔵した従来のプーリユニットの断面図である。また、図８に示した従来のプーリユニットは、同心状に配設されたプーリ２００と軸体２１０と、これらの間に形成された空間の軸方向中間に設けられた一方向クラッチ２２０とを備えている。一方向クラッチ２２０は、プーリ２００に固定された外輪２２２と、軸体２１０に固定された内輪２２４と、外輪２２２および内輪２２４によって挟まれた円筒形状の複数個のローラ２２６とを含んで構成されている。外輪２２２と内輪２２４とによって円周方向に沿った複数個所にくさび状空間が形成されており、このくさび状空間内にローラ２２６を内包させることにより、回転駆動力を一方向のみに伝達することができる一方向クラッチ２２０が形成されている。
【０００４】
このプーリユニットを用いることにより、軸体２１０と一体になったロータとプーリ２００との回転差に応じて、一方向クラッチ２２０のロック状態（動力伝達状態）とフリー状態（動力伝達遮断状態）とを切り替え、プーリ２００とロータとの間で動力を伝達したり遮断することができる。また、一方向クラッチ１２０の軸方向両端には、プーリ２００とロータとの間の相対的な回転動作を円滑に行うとともに、ベルトから加わる荷重を負担させるために、軸受け２３０が２個設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のプーリユニットは、一方向クラッチ１２０の径方向内側に設けられた軸体１１０に中心に取付孔が貫通しており、この取付孔を用いてシャフトにプーリユニットが取り付けられる。このため、シャフトにプーリユニットが取り付けられた状態で使用中にプーリユニットの端面が被水すると、軸体１１０とシャフトとの間に水が浸入して錆が発生し、プーリユニットの脱着が困難になるという問題があった。この対策としては、プーリユニットの端面にキャップをかぶせて被水時の水の浸入を防止する方法が一般的に採用されているが、部品点数の増加や組み付け工程の複雑化等を招くため、コストが上昇するという問題が新たに生じる。
【０００６】
また、補機の高回転化の要請に応えるために、プーリユニットを小径化することが考えられるが、図８に示した従来のプーリユニットの構造では、中心部にシャフトの取付孔を確保し、さらにその外側に一方向クラッチ１２０を配置している。このため、径方向に沿った構造が複雑になって、プーリユニットの小径化が難しいという問題があった。
【０００７】
さらに、一方向クラッチ１２０の径方向内側にシャフトと取付孔の各ねじ部が存在するため、プーリユニットをシャフトに取り付ける際にこれらのねじ部を締め付けると、軸体１１０が軸方向の締め付け力やねじ部から受ける力によって外径側に寸法変化する。このため、一方向クラッチ１２０の円周方向数箇所に設けられてローラ１２６を収容するくさび状空間の形状が歪み、一方向クラッチ１２０が正常に機能しなくなる場合があり、動作が安定しないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、小径化および動作の安定化が可能であり、コストの上昇を招かずに使用後においても容易に脱着することができるプーリユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明のプーリユニットは、同心状に配設されるプーリと軸体との間に一方向クラッチが介装されており、この一方向クラッチはくさび状空間に収容されたローラを有し、軸体は軸方向に沿ってローラと重複しない位置に、シャフトに軸体を一体化するシャフト固定部を有し、シャフト固定部は、軸体の端面に形成された凹部形状を有しており、軸体を非貫通構造に形成している。一方向クラッチのローラの径方向内側にシャフト固定部が設けられていないため、この部分における径方向断面の構造を簡略化することができ、プーリユニットの小径化が可能となる。また、軸体に貫通孔が形成されていないため、プーリユニットの端面が被水した際にシャフトと軸体との間の取付面に水が浸入して錆が発生することを防止することができる。したがって、キャップ等を用いることによるコストの上昇を招くことなく、使用後においても容易にプーリユニットを脱着することができる。
【００１０】
また、上述した軸体は、シャフト固定部の反対側の端面に、シャフトに対して軸体の締め付け作業を行う凸形状の締め付け部を形成している。一方向クラッチのローラの径方向内側にシャフト固定部が設けられていないため、この部分における径方向断面の構造を簡略化することができ、プーリユニットの小径化が可能となる。また、締め付け部を軸体の内部に形成する必要がないため、その分だけ軸体を小さくすることができ、プーリユニットのさらなる小径化が可能となる。
また、上述したシャフト固定部は、シャフトの外径に形成された雄ねじ部に締め付けられる雌ねじ部である。一般に、プーリユニットは、脱落や回動を防止するために大きな締め付け力でシャフトの雄ねじ部に締め付け固定する必要がある。ところが、本発明のプーリユニットは、一方向クラッチのローラの径方向内側にシャフトに取り付けるための雌ねじ部が形成されていないため、締め付け時に発生する軸方向の締め付け力やシャフトの雄ねじ部から受ける力によって、一方向クラッチのローラ周辺のくさび状空間の形状が歪むことがなく、動作を安定化させることができる。
【００１３】
また、上述した軸体は、ローラと対向してクラッチを形成する部材と、シャフト固定部を有する別部材とが固着されていることが望ましい。シャフト固定部を別部材とした場合には、クラッチを形成する部材のみについて耐摩耗性向上のための熱処理を行えばよいので、熱処理の時間が短くなるとともに製造設備を安価に抑えることができ、コストの低減が可能になる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態のプーリユニットについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、一実施形態のプーリユニットの軸方向断面図である。また、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【００１５】
これらの図に示すように、本実施形態のプーリユニット１は、同心状に配設されるプーリ１０および軸体１２と、プーリ１０と軸体１２との間の環状空間に介装される一方向クラッチ２０と、この環状空間において一方向クラッチ２０の軸方向両側に配設される２個の軸受け３０、３２とを備えている。
【００１６】
プーリ１０の外周には、波状のベルト巻き掛け用の溝が形成されている。このプーリ１０は、例えば自動車エンジンのクランクシャフトによって、ベルトを介して回転駆動される。軸体１２は、円筒状の部材からなっており、自動車の補機のシャフト（例えば車両用交流発電機のロータのシャフト）４０に固定されている。
【００１７】
軸体１２の外周面には、円周方向に沿った複数箇所に、表面が曲面形状（Ｒ面状）のカム面１２ａが形成されている。この複数箇所に形成されたカム面１２ａとプーリ１０の内周面１０ａとによって複数のポケット部が形成されており、各ポケット部には、ローラ２６と、このローラ２６を円周方向に沿った一方向に押圧するほぼ長方形断面を有するコイルバネ２８とが一つずつ収容されている。
【００１８】
このポケット部は、円周方向に沿って次第に径方向幅が狭くなるくさび状空間を内包したクラッチカム部を形成している。ローラ２６は、コイルバネ２８によってこのくさび状空間の狭い側（ロック側）に押圧される。このポケット部とこれに内包されるローラ２６およびコイルバネ２８によって一方向クラッチ２０が形成されている。
【００１９】
また、軸体１２の一部であって、軸方向に沿って上述したローラ２６と重複しない位置に、シャフト４０にこの軸体１２を取り付けるためのシャフト固定部１４が形成されている。具体的には、このシャフト固定部１４は、軸体１２の一方の端面に形成された凹部形状を有しており、その内周面に形成された雌ねじ部１４ａをシャフト４０の先端近傍の外周面に形成された雄ねじ部４０ａに締め付けることにより、シャフト４０に対するプーリユニット１の取り付けが行われる。この締め付け作業は、軸体１２の他方の端面に形成された凹形状の締め付け部１６に、締め付け工具を差し込んで軸体１２を所定の締め付けトルクで締め付けることにより行われる。
【００２０】
本実施形態のプーリユニット１はこのような構造を有しており、次にその動作を説明する。
（１）プーリの回転速度が軸体の回転速度よりも相対的に速い場合
プーリ１０の回転速度が軸体１２の回転速度よりも相対的に速くなると、一方向クラッチ２０のローラ２６が、くさび状空間の径方向幅が狭い側に移動する。このため、ローラ２６がカム面１２ａとプーリ１０の内周面１０ａとの間に挟み込まれて、軸体１２とプーリ１０とが一体的に回転するロック状態になる。したがって、プーリ１０と軸体１２とが一体化して同期回転する。
【００２１】
（２）プーリの回転速度が軸体の回転速度よりも相対的に遅い場合および、プーリが軸体に対し、逆方向に回転する場合
一方、プーリ１０の回転速度が軸体１２の回転速度よりも相対的に遅くなると、一方向クラッチ２０のローラ２６が、くさび状空間の径方向幅が広い側に移動する。このため、ローラ２６がカム面１２ａとプーリ１０の内周面１０ａとの間に挟み込まれた状態が解除され、軸体１２とプーリ１０とが別々に回転可能なフリー状態になる。したがって、プーリ１０から軸体１２への回転動力の伝達が遮断され、軸体１２のみが回転慣性力によって回転を維持する。
【００２２】
上述したプーリユニット１を車両用交流発電機に利用する場合を考えると、ベルトを介して連結されたエンジンのクランクシャフトの回転変動に関係なく、ロータの高回転を維持することにより、発電効率の向上を図ることができる。すなわち、クランクシャフトの回転数が上昇する場合には、一方向クラッチ２０がロック状態になるため、軸体１２がプーリ１０に同期回転する。一方、クランクシャフトの回転数が低下する場合には、一方向クラッチ２０がフリー状態になるため、減速したプーリ１０の回転数とは無関係に、ロータの回転慣性力によって軸体１２の回転数を維持することができる。
【００２３】
また、このような利用形態においては、プーリユニット１をシャフト４０に締め付け固定することになるが、プーリユニット１の脱落防止や回動防止を図るために、締め付け強度を大きくする必要がある。この結果、雌ねじ部１４ａには１ｔ以上の軸力が加わる。このため、軸体１２の形状がこの軸力によって、径方向外側に歪むことになる。しかし、本実施形態のプーリユニット１では、軸力が加わる軸体１２の雌ねじ部１４ａと一方向クラッチ２０のローラ２６とは軸方向に沿って重複しない位置に形成されており、ローラ２６とその内周側接触面となるカム面１２ａの径方向内側には軸体１２の雌ねじ部１４ａが存在しないため、雌ねじ部１４ａ近傍の歪みがカム面１２ａに影響を与えることはなく、くさび状空間のくさび角度が一定に維持される。このため、一方向クラッチ２０のローラ２６のロック状態とフリー状態の両方の挙動、およびこれら２つの状態が切り替わる回転数が安定化するため、一方向クラッチ２０の機能安定化を保証することが可能になる。
【００２４】
これに対し、従来のプーリユニットのようにカム面が径方向外側に歪む場合には、図３に示すように、くさび状空間のくさび角が、カム面に歪みのない場合の角度θ１からカム面に歪みのある場合の角度θ２へと小さい方に変化し、ロック状態とフリー状態とが切り替わる回転数が歪みの程度によって変化することになり、動作が安定しないことになる。
【００２５】
また、本実施形態のプーリユニット１の軸体１２は、ローラ２６の径方向内側に貫通孔が形成されていない非貫通構造を有している。このため、締め付け部１６が形成された側の軸体１２の端面が被水した場合であっても、シャフト４０と雌ねじ部１４ａとの間にこの被水部分から水が浸入することはなく、錆が発生することを防止することができる。このため、実際に車両に補機を搭載して使用した後に、メインテナンス等のためにプーリユニット１を容易に取り外すことができる。また、雌ねじ部１４ａにおける錆の発生を防止するために、軸体１２の端面を覆う別部品としてのキャップ等が不要であり、部品点数の増加や組み付け工程の複雑化を招くこともないため、コストの上昇を抑えることができる。
【００２６】
さらに、一方向クラッチ２０のローラ２６の径方向内側にシャフト固定部１４が設けられていないため、この部分における径方向断面の構造を簡略化することができ、プーリユニット１の小径化が可能となる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、軸体１２の外周面とカム面１２ａとしてポケット部を形成してローラ２６を収容するようにしたが、代わりにこのポケット部をプーリの内周面に形成するようにしてもよい。
【００２７】
図４は、プーリの内周面に形成したポケット部にローラを収容したプーリユニットの断面図である。図４に示すプーリユニット１Ａは、同心状に配設されるプーリ１１０および軸体１１２と、プーリ１１０と軸体１１２との間の環状空間に介装される一方向クラッチ１２０と、この環状空間において一方向クラッチ１２０Ａの軸方向両側に配設される２個の軸受け（図示せず）とを備えている。
【００２８】
プーリ１１０の内周面には、円周方向に沿った複数箇所に、表面が曲面形状のカム面１１０ａが形成されている。この複数箇所に形成されたカム面１１０ａと軸体１１２の外周面１１２ａとによって複数のポケット部が形成されており、各ポケット部には、ローラ１２６と、このローラ１２６を円周方向に沿った一方向に押圧するほぼ長方形断面を有するコイルバネ１２８とが一つずつ収容されている。このポケット部は、円周方向に沿って次第に径方向幅が狭くなるくさび状空間を内包したクラッチカム部を形成している。ローラ１２６は、コイルバネ１２８によってこのくさび状空間の狭い側（ロック側）に押圧される。このポケット部とこれに内包されるローラ１２６およびコイルバネ１２８によって一方向クラッチ１２０が形成されている。
【００２９】
また、上述した実施形態では、軸体１２の端面に凹形状を有する締め付け部１６を形成したが、この締め付け部の形状を凹形状から凸形状に変更するようにしてもよい。
図５は、凸形状の締め付け部を有するプーリユニットの軸方向断面図である。軸体１２ａの端面に凸形状の締め付け部１６ａが形成されており、先端側（締め付け部１６ａ側の一方の軸受け３０とローラ２６に隣接する軸体１２ａの外径が部分的に小さくなっているため、プーリユニット全体の小径化が可能になる。
【００３０】
図６は、凸形状の締め付け部を有する他のプーリユニットの軸方向断面図である。軸体１２ｂの端面に凸形状の締め付け部１６ａが形成されている点は図６に示した構造と同じであるが、軸体１２ｂの一部であって外径が小さくなった部分に他方の軸受け３２も配設されている点が異なっている。この場合も、軸体１２ｂの外径が部分的に小さくなっているため、プーリユニット全体の小径化が可能になる。
【００３１】
また、上述した実施形態では、一例としてプーリユニットを車両用交流発電機に使用したが、車両用交流発電機以外の補機に本発明のプーリユニットを使用するようにしてもよい。例えば、その他の補機としては、エアコンディショナ用のコンプレッサ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどが考えられる。
【００３２】
また、上述した実施形態では、軸体１２は、シャフト固定部１４とカム面１２ａとが一体で作られているが、図７に示すように別体で構成し、それぞれを嵌合などによって固着して一体化してもよい。この場合には、クラッチを形成するカム面をもつ部材１２０のみについて、耐摩耗性向上のための熱処理を行えばよいため、熱容量が小さく、熱処理時間も短くなり、それ分だけ熱処理に必要な設備も小さくすることができるので、製造コストの低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のプーリユニットの軸方向断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】内輪が歪んだ場合にくさび角度が変化する様子を示す図である。
【図４】プーリの内周面に形成したポケット部にローラを収容したプーリユニットの断面図である。
【図５】凸形状の締め付け部を有するプーリユニットの軸方向断面図である。
【図６】凸形状の締め付け部を有する他のプーリユニットの軸方向断面図である。
【図７】シャフト固定部とカム面とを別体とした他のプーリユニットの軸方向断面図である。
【図８】一方向クラッチを内蔵した従来のプーリユニットの断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ プーリユニット
１０、１１０ プーリ
１２、１１２ 軸体
１４ シャフト固定部
１４ａ 雌ねじ部
１６ 締め付け部
２０、１２０ 一方向クラッチ
１２ａ、１１０ａ カム面
２６、１２６ ローラ
２８、１２８ コイルバネ
３０、３２ 軸受け

Claims (4)

1. 同心状に配設されるプーリと軸体との間に一方向クラッチが介装されたプーリユニットであって、
   前記一方向クラッチは、くさび状空間に収容されたローラを有しており、
   前記軸体は、軸方向に沿って前記ローラと重複しない位置に、シャフトに前記軸体を一体化するシャフト固定部を有し、
   前記シャフト固定部は、前記軸体の端面に形成された凹部形状を有しており、前記軸体を非貫通構造に形成することを特徴とするプーリユニット。
2. 請求項１において、
   前記軸体は、前記シャフト固定部の反対側の端面に、前記シャフトに対して前記軸体の締め付け作業を行う凸形状の締め付け部を形成することを特徴とするプーリユニット。
3. 請求項１または２において、
   前記シャフト固定部は、前記シャフトの外径に形成された雄ねじ部に締め付けられる雌ねじ部であることを特徴とするプーリユニット。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記軸体は、前記ローラと対向してクラッチを形成する部材と、前記シャフト固定部を有する別部材とが固着されていることを特徴とするプーリユニット。

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