(57)【要約】【課題】 噛み合い性と高許容トルク性を両立させるとともに、噛み合い滑りや遅れを解消した一方向クラッチを提供する。【解決手段】  一方向クラッチ5は、内輪3と外輪4との間に形成された複数のくさび状空間12にそれぞれ配された複数のころ13、および各ころ13を噛み込み方向へ付勢するコイルばね14を備えており、ころ13の直径が４ｍｍ以上、ころ13の数が１０個以下、くさび状空間12のくさび角が４〜９°、セット位置でのコイルばね14の付勢力が１Ｎ以上とされている。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪、外輪、両輪間に形成された複数のくさび状空間にそれぞれ配された複数のころ、各ころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材および複数のころを保持する保持器を備えた一方向クラッチにおいて、
ころの直径が４ｍｍ以上、ころの数が１０個以下、くさび状空間のくさび角が４〜９°、セット位置での付勢部材の付勢力が１Ｎ以上とされていることを特徴とする一方向クラッチ。
【請求項２】
セット位置での付勢部材の付勢力が１．５Ｎ〜３Ｎとされている請求項１の一方向クラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、特にベルト駆動スタータに使用されるのに好適な一方向クラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
内輪、外輪、両輪間に形成された複数のくさび状空間にそれぞれ配された複数のころ、各ころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材および複数のころを保持する保持器を備えた一方向クラッチは、従来より知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−１７６８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１の一方向クラッチをエンジンのスタータ用として使用する場合、冬季極寒地での始動時の噛み合い性が要求される一方、噛み合い性と相反する機能である高許容トルク性も要求され、これらを両立させることが困難なものとなっている。例えば、くさび状空間のくさび角は、大きいと許容トルクに有利であり、小さいと噛み合い性に有利であり、くさび角の角度を調整することで、許容トルクと噛み合い性とのバランスを取ることが考えられる。
【０００４】
しかしながら、噛み合い性に関しては、始動時に必要な低温噛み合い性を向上させるだけでなく、噛み合い滑りや遅れをなくすことも必要であり、くさび角の角度調整だけでは、噛み合い滑りや遅れを解消することは難しく、低温噛み合い性と高許容トルク性の両立に加えて、離脱したころをセット位置に確実に戻すことも新たな課題となっている。離脱したころをセット位置に戻すのは、付勢部材の付勢力であり、この付勢力については、従来、噛み合い時にころを噛み合い位置に移動させるのに必要な付勢力＞（ころ自重＋ころ慣性力＋ころ振動荷重）、および離脱したころがセット位置に戻るために必要な付勢力＞ころ自重の関係があり、付勢力を大きくすると、ころが離脱しにくくなることから、前者の式を満たす範囲で付勢部材の付勢力をできるだけ小さくするように設計されていた。そのため、セット位置での付勢部材の付勢力は、０．８Ｎ程度とされていた。
【０００５】
この発明の目的は、従来考慮されていなかったグリースの粘性力や凝着力を付勢部材の付勢力決定要素として導入し、これにより、噛み合い性と高許容トルク性を両立させるとともに、噛み合い滑りや遅れを解消した一方向クラッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による一方向クラッチは、内輪、外輪、両輪間に形成された複数のくさび状空間にそれぞれ配された複数のころ、各ころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材および複数のころを保持する保持器を備えた一方向クラッチにおいて、ころの直径が４ｍｍ以上、ころの数が１０個以下、くさび状空間のくさび角が４〜９°、セット位置での付勢部材の付勢力が１Ｎ以上とされていることを特徴とするものである。
【０００７】
ころの直径を大きくすることで、ころに掛かる遠心力を大きくすることができ、これにより、ころを速く離脱させることができる。そのため、ころの直径は４ｍｍ以上（２０ｍｍ以下）とすることが好ましい。一方向クラッチでは、外輪の外径と内輪の内径とがこの一方向クラッチが使用される装置（例えばプーリユニット）によって決定され、ころの直径の上限は、外輪の外径（例えばプーリ外径）と内輪の内径（例えば回転軸外径）とによって規定される。ころの数は、ころの直径を決定することで、ほぼ決定されるもので、ころの直径を４ｍｍ以上とするために、ころの数は１０個以下（４個以上）が好ましい。くさび状空間のくさび角（噛み込み状態になったときのころと内輪の接触位置における接線ところと外輪の接触位置における接線とがなす角）は、噛み合い性と高許容トルク性を両立させるためには、４〜９°が好ましく、優れた低温噛み合い性を得るためには、５〜７°がより好ましい。セット位置（内外輪非回転時のころの停止位置）での付勢部材の付勢力は、１Ｎ以上が好ましく、付勢力を大きくすると、ころが離脱しにくくなることから、その上限は、４Ｎとされる。セット位置での付勢部材の付勢力は、１．５〜３Ｎがより好ましい。
【０００８】
付勢部材の付勢力については、従来、噛み合い時にころを噛み合い位置に移動させるのに必要な付勢力＞（ころ自重＋ころ慣性力＋ころ振動荷重）、および離脱したころがセット位置に戻るために必要な付勢力＞ころ自重の関係があるという考えで設定されていたが、この発明の一方向クラッチにおいては、次のように設計されている。
【０００９】
噛み合い時にころを噛み合い位置に移動させるのに必要な付勢力＞（ころ自重＋ころ慣性力＋ころ振動荷重＋グリース粘性力）、および離脱したころがセット位置に戻るために必要な付勢力＞（ころ自重＋グリース粘性力＋凝着力（ころがカム面に貼り付く力））の関係があり、セット位置での付勢部材の付勢力は、これらの２つの式のうちの大きい方よりも若干大きい値とされる。したがって、従来の考え方に基づいたセット位置での付勢部材の付勢力よりもグリース粘性力分だけ大きくなるか、凝着力が相対的に大きい場合には、これよりも（凝着力−ころ慣性力−ころ振動荷重）分だけさらに大きくなることになる。
【００１０】
一方向クラッチは、外輪の内周面に設けられたカム面と、カム面と内輪の外周面とによって形成されたくさび状空間内に配置され、内輪と外輪とが一の方向（ロック方向）に相対回転することにより内輪と外輪との間に噛み込み、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と、ころを噛み込み方向（くさび状空間の狭い側）に付勢する付勢部材としてのコイルばねと、ころをくさび状空間内に位置させる保持器とを備えているもの（外輪カム式）とされる。
【００１１】
この一方向クラッチは、例えば、スタータ用（特に、アイドルストップ車の）として使用するのに適しており、また、オルタネータ用として使用することもできる。ベルト駆動スタータでは、エンジン始動時にだけロック状態となり、ロック状態の時間が短くかつ低速回転で、フリー状態の時間が長く高速回転となっており、これに対し、オルタネータでは、相対的に、ロック状態の時間が長くかつ高速回転で、フリー状態の時間が短く低速回転となっているが、いずれの使用に対しても、上記の条件とすることで、噛み合い性と高許容トルク性とが両立するとともに、噛み合い滑りや遅れを解消することができる。
【００１２】
上記一方向クラッチは、軸とこれの周囲に同心状に配されたプーリとの間にこの一方向クラッチを配するとともに、その両側に転がり軸受を配置した一方向クラッチ付きプーリユニットとして使用するのに好適である。この場合に、一方向クラッチは、プーリとは別部材の外輪および中空軸とは別部材の内輪を有していることがあり、また、プーリの中間部が一方向クラッチの外輪とされているとともに、中空軸の中間部が一方向クラッチの内輪とされていることがある。前者（一方向クラッチの外輪および内輪がプーリまたは中空軸と別部材）の場合、例えば、プーリの内径は、密封シール用の環状溝部分を除いて同じ径とされ、軸受の外輪は、圧入時に一方向クラッチの外輪に当接することによってその軸方向の位置決めが行われる。そして、中空軸の外径は、密封シール用の環状溝部分を除いて同じ径とされ、軸受の内輪は、圧入時に一方向クラッチの内輪に当接することによってその軸方向の位置決めが行われる。後者（プーリが一方向クラッチの外輪を兼ね、中空軸が同内輪を兼ねる）の場合、例えば、プーリの内径は、両端部が中間部よりも大径となる段付き状に形成され、軸受の外輪は、プーリの段差部によって位置決めされ、軸受の内輪の位置決めは、外輪が位置決めされることによって行われる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の一方向クラッチによると、ころの直径が４ｍｍ以上、ころの数が１０個以下、くさび状空間のくさび角が４〜９°とされているので、噛み合い性と高許容トルク性を高いレベルで両立させることができ、しかも、セット位置での付勢部材の付勢力が１Ｎ以上とされているので、噛み合い滑りや遅れを解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、左右は、図１の左右をいうものとする。
【００１５】
図１および図２は、この発明による一方向クラッチを使用した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)に嵌められた中空軸(3)とこれと同心に配置されたプーリ(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。
【００１６】
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、転動体がころ(6a)のころ軸受(6)および転動体が玉(7a)の玉軸受(7)が一方向クラッチ(5)を挟んで設けられている。そして、プーリ(4)と一方向クラッチ(5)の外輪と軸受(6)(7)の外輪とが一体とされるとともに、中空軸(3)と一方向クラッチ(5)の内輪と軸受(6)(7)の内輪とが一体とされている。
【００１７】
ころ軸受(6)および玉軸受(7)の軸方向外側には、シール部材(8)(9)がそれぞれ配置されており、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、さらに別のシール部材(10)が配置されている。
【００１８】
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くさび状空間(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（くさび状空間(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)をくさび状空間(12)内に位置させる保持器(15)とを備えている。
【００１９】
カム面(11)は、軸心を挟んで対向するカムの各面(11a)が周方向に複数組（この実施形態では３組）設けられることによって構成されている。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。カム面(11)のくさび状空間(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)を停止させる凹面部(16)が設けられている。
【００２０】
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(6)の外輪、一方向クラッチ(5)の外輪および玉軸受(7)の外輪の各機能に対応する寸法に関して、ころ軸受(6)の外輪軌道部内径をＤ１、一方向クラッチ(5)の外輪の最小内径（この実施形態では、外輪カム面(11)の２面間距離）をＤ２、玉軸受(7)の外輪軌道肩部内径をＤ３として、Ｄ１＞Ｄ２≧Ｄ３とされている。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。これにより、内輪の外径が抑えられ、一方向クラッチの寸法の確保が容易なものとなっている。
【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)は、ころ(13)およびコイルばね(14)を収納するポケットを有しており、保持器(15)のポケットには、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。
【００２２】
保持器(15)のポケットのばね受け凹所(17)側には、グリスが封入されており、このグリスは、噛み合い性能（特に低温噛み合い性能）に優れたグリース、例えば、基油がエステル系で基油動粘度９０ｍｍ２／ｓ−４０℃以上でありかつ増ちょう剤がウレア系のグリースとされている。
【００２３】
上記の一方向クラッチ(5)において、ころ(13)の直径が４ｍｍ以上（例えば９ｍｍ）、ころ(13)の数が１０個以下（例えば６個）、くさび状空間(12)のくさび角（噛み込み状態になったときのころ(13)と内輪(3)の接触位置における接線ところ(13)と外輪(4)の接触位置における接線とがなす角であり、小さいほど噛み合い性が高い。）が４〜９°（例えば６．５°）、セット位置（内外輪非回転時の停止位置）にあるころ(13)に作用するコイルばね(14)の付勢力が１Ｎ以上（好ましくは１．５Ｎ〜３Ｎ）とされている。
【００２４】
コイルばね(14)の付勢力については、以下の２つの式を考慮して設計されている。
【００２５】
噛み合い時にころを噛み合い位置に移動させるのに必要な付勢力＞（ころ自重＋ころ慣性力＋ころ振動荷重＋グリース粘性力）…（１）
離脱したころがセット位置に戻るために必要な付勢力＞（ころ自重＋グリース粘性力＋凝着力）…（２）
ころの質量をｍ、加速度をａ、角加速度をα、ころのＰＣＤをｒとして、ころ自重：ｍｇ、ころ慣性力：ｍαｒ、ころ振動荷重：ｍａで表される。グリース粘性力は、グリースのちょう度と相関があり、この実施形態のグリースでは、その粘性力は１．７Ｎ程度となる。（ころ自重＋ころ慣性力＋ころ振動荷重）は、それほど大きくないので、これを無視すると、式（１）からは、噛み合い時にころ(13)を噛み合い位置に移動させるのに必要な付勢力は、少なくともグリース粘性力より大きいことという条件が得られる。凝着力は、ころ(13)がカム面(11)の凹面部(16)に貼り付く力であり、グリースの種類、ころ(13)とカム面(11)との接触面積、雰囲気温度などと相関があり、予め求めておくことができる。凝着力は、例えば、−３０℃では、１．０Ｎ程度である。ころ自重を無視すると、式（２）からは、噛み合い時にころ(13)を噛み合い位置に移動させるのに必要な付勢力は、少なくともグリース粘性力と凝着力との和より大きいことという条件が得られる。
【００２６】
実際のセット位置でのコイルばねの付勢力は、詳細な解析を行って式（１）および式（２）から求めた値のうちの大きい方よりも若干大きい値とされる。
【００２７】
上記の一方向クラッチ付きプーリユニット(1)は、ベルト駆動スタータに好適に使用される。この場合、一方向クラッチ(5)は、次のように動作する。
【００２８】
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)の中空軸(3)が反時計回りに回転し、一方向クラッチ(5)のくさび状空間(12)の狭い側にころ(13)が噛み込まれ、駆動力が伝達されて、一方向クラッチ(5)の中空軸(3)とプーリ(4)とが一体となって回転する（ロック状態）。この際、ころ(13)の直径が４ｍｍ以上でくさび状空間(12)のくさび角が４〜９°とされているので、低温であっても優れた噛み合い性を示す。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(13)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、エンジンの高速回転時、ころ(13)は、くさび状空間(12)の広い側にある凹面部(16)で受け止められて、中空軸(3)と非接触状態となる（フリー状態）。こうして、プーリ(4)が所定回転速度以上になると、プーリ(4)だけが回転することになり、エンジンの駆動に寄与しない部分が回転することに伴うエネルギロスを抑えることができる。この後、エンジンを停止して再度始動する場合、ころ(13)は、くさび状空間(12)の狭い側に位置している必要がある。しかしながら、くさび状空間(12)の広い側にある凹面部(16)と接触しているころ(13)は、接触面での凝着力およびグリースの粘性力によって、凹面部(16)から離れない可能性があり、特に、アイドルストップ車のように、スタータのオン／オフが繰り返される条件下では、噛み合い滑りや遅れが懸念される。これに対し、セット位置でのコイルばね(14)の付勢力が１Ｎ以上とされていることにより、エンジン停止時に、ころ(13)は、くさび状空間(12)の狭い側に確実に位置させられ、噛み合い滑りや遅れが生じることが防止される。
【００２９】
なお、上記実施形態においては、一方向クラッチ(5)の外輪がプーリ(4)と一体とされ、同内輪が中空軸(3)と一体とされているが、一方向クラッチ(5)の外輪をプーリ(4)とは別体の部材としてもよく、同内輪を中空軸(3)とは別体の部材としてもよい。また、ころ(13)を付勢する手段として、コイルばね(14)を示したが、コイルばね(14)に代えて板ばね等を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、この発明による一方向クラッチの１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、プーリの横断面の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３１】
(3)         中空軸（一方向クラッチ内輪）
(4)         プーリ（一方向クラッチ外輪）
(5)         一方向クラッチ
(11)        カム面
(12)        くさび状空間
(13)        ころ
(14)        コイルばね（付勢部材）
(15)        保持器
【図１】
2006144811.tif 000003
【図２】
2006144811.tif 000004