(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、これに伴って起こり得る短寿命の問題を解消した一方向クラッチを提供する。【解決手段】  複数のくさび状空間12A,12Bについて、そのくさび角が２種類とされ、くさび角が相対的に大きいもの12Aとくさび角が相対的に小さいもの12Bとがそれぞれ１つ置きに配されている。そして、くさび角大のくさび状空間12Aのころ13Aが受ける付勢力＞くさび角小のくさび状空間12Bのころ13Bが受ける付勢力とされている。【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、
複数のくさび状空間の少なくとも１つは、他のくさび状空間のくさび角と異なる大きさのくさび角とされているとともに、くさび角大のくさび状空間のころが受ける付勢力＞くさび角小のくさび状空間のころが受ける付勢力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】
ころが受ける付勢力は、付勢部材のばね定数が変更されることで変更されている請求項１の一方向クラッチ。
【請求項３】
ころが受ける付勢力は、付勢部材としてのコイルばねの長さが変更されることで変更されている請求項１の一方向クラッチ。
【請求項４】
ころが受ける付勢力は、内外輪非回転時のころの位置が変更されることで変更されている請求項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、ベルト駆動スタータやオルタネ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２００３−１５６０７５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。
【０００４】
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ることから、いくつかのくさび状空間のくさび角を変更し、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。しかしながら、このようにすると、くさび角が小さいくさび状空間に配置されたころの負担が大きくなり、寿命が低下することが懸念される。
【０００５】
この発明の目的は、噛み合い性と高許容トルク性を両立させるとともに、これに伴って起こり得る短寿命の問題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、複数のくさび状空間の少なくとも１つは、他のくさび状空間のくさび角と異なる大きさのくさび角とされているとともに、くさび角大のくさび状空間のころが受ける付勢力＞くさび角小のくさび状空間のころが受ける付勢力とされていることを特徴とするものである。
【０００７】
くさび角は、噛み込み状態になったときにおけるころと内輪との接線ところと外輪との接線とがなす角θを意味する（図３参照）。くさび角は、すべてのころの大きさを同じとし、カム面（外輪カムの内周面および内輪カムの外周面のいずれか）の法線方向からの傾斜角度を所要の値に設定することにより、所定の値に設定することができる。
【０００８】
くさび角は、大小２種類の大きさとすればよいが、大中小の３種類の大きさとしてもよい。くさび角が２種類とされ、くさび角が相対的に大きいものとくさび角が相対的に小さいものとがそれぞれ１つ置きに配されていることが好ましい。くさび角小は、与えられた条件で確実に噛み合う大きさとされ、くさび角大は、これよりも１〜２°程度大きなもの（例えば８°以下）とされる。
【０００９】
くさび角大のくさび状空間のころが受ける付勢力＞くさび角小のくさび状空間のころが受ける付勢力とするに際しては、すべてのころが実質的に同じ回転数で離脱するように付勢力が設定されることが好ましい。
【００１０】
ころが受ける付勢力を同じにしたままくさび角だけを変更した場合、スタータ用一方向クラッチにおいては、スタータモータ始動時、くさび角小のくさび状空間のころがくさび角大のくさび状空間のころよりも先に噛み合い、次いで、回転数上昇に伴い、くさび角大のくさび状空間のころも噛み合う。そして、さらに高回転数になってフリー状態になる際には、くさび角大のくさび状空間のころが先に離脱し、最終的にくさび角小のくさび状空間のころが離脱する。つまり、くさび角が異なるくさび状空間のそれぞれのころが、それぞれ異なる回転数で離脱することになる。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、くさび角の小さいくさび状空間のころは、先に噛み合いかつ最後に離脱するために、集中的に負荷（荷重やすべりによる摩耗）を受けて短寿命となることが懸念される。また、オルタネータ用一方向クラッチにおいては、噛み合い状態から解除状態に移行する回転数の近傍で微小回転変動があった場合、くさび角小のくさび状空間のころは、くさび角大のくさび状空間のころが離脱している状態で、噛み合いと離脱を繰り返し、スタータ用と同様に、集中的に負荷を受けて短寿命となることが懸念される。
【００１１】
これに対し、上記のこの発明による一方向クラッチでは、くさび角大のくさび状空間のころが受ける付勢力＞くさび角小のくさび状空間のころが受ける付勢力とされているので、噛み合い性が高いくさび角小のくさび状空間のころは、付勢力に関しては離脱性が高められ、逆に、噛み合い性が低いくさび角大のくさび状空間のころは、付勢力に関しては離脱性が抑えられることになり、すべてのころが同じまたはほぼ同じ回転数で離脱し、これによって、ころ間の寿命のアンバランスが生じにくいものとなり、全体として高寿命が確保される。
【００１２】
ころが受ける付勢力を変更するには、付勢部材としてのコイルばねのばね定数を変更しもよく（この場合のコイルばねの自由長さは同じ）、付勢部材としてのばね定数は変更せずにコイルばねの長さを変更してもよく（この場合のばね定数は同じであり、ころのセット位置は、カム面寸法と回転軸の径で決まるため、ばね長さによらず一定）、コイルばねは同じものを使用し、カム面寸法を変更することでころのセット位置（内外輪非回転時のころの位置）を変更するようにしてもよい。
【００１３】
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（外輪カム式）ことがあり、また、内輪の外周面に設けられたカム面と、カム面と外輪の内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を備えている（内輪カム式）ことがある。
【００１４】
この一方向クラッチは、例えば、外輪カム式として、アイドルストップ車のスタータ用として使用するのに適している。また、外輪カム式として、オルタネータ用として使用するのにも適している。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、くさび角大のくさび状空間のころが受ける付勢力＞くさび角小のくさび状空間のころが受ける付勢力とすることで、寿命が確保された上で、噛み合い性と高許容トルク性とが両立する。
【００１５】
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】
【００１６】
この発明の一方向クラッチによると、複数のくさび状空間の少なくとも１つは、他のくさび状空間のくさび角と異なる大きさのくさび角とされているので、小さい方のくさび角の値を与えられた条件で確実に噛み合う大きさとすることにより、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、くさび角大のくさび状空間のころが受ける付勢力＞くさび角小のくさび状空間のころが受ける付勢力とされているので、噛み合い性を高めた方のころへの負担が低減され、短寿命となることが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
図１から図３までは、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。
【００１９】
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。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。
【００２０】
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。
【００２１】
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複数のくさび状空間(12A)(12B)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(13A)(13B)と、ころ(13A)(13B)を噛み込み方向（くさび状空間(12A)(12B)の狭い側）に付勢する付勢部材としてのコイルばね(14A)(14B)と、ころ(13A)(13B)をくさび状空間(12A)(12B)内に位置させる保持器(15)とを備えている。
【００２２】
カム面(11)は、軸心を挟んで対向する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。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。カムの対向２面(11a)(11b)(11c)(11d)のくさび状空間(12A)(12B)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(13A)(13B)を停止させる凹面部(16)が設けられている。
【００２３】
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。
【００２４】
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(13A)(13B)およびコイルばね(14A)(14B)を収納するポケット(15a)を有しており、保持器(15)のポケット(15a)には、コイルばね(14A)(14B)を位置決めするばね受け凹所(17)が設けられている。保持器(15)のポケット(15a)のばね受け凹所(17)側には、グリスが封入されている。
【００２５】
図２において、複数（図示は８つ）のくさび状空間(12A)(12B)については、そのくさび角が２種類とされ、くさび角が相対的に大きいもの(12A)とくさび角が相対的に小さいもの(12B)とがそれぞれ１つ置きに配されている。すなわち、カムの２つの対向２面(11b)(11d)の傾斜角がカムの他の２つの対向２面(11a)(11c)の傾斜角よりも小さくなされることで、符号(11b)(11d)で表されているカム面で形成されているくさび状空間(12B)のくさび角が小さくなされている。これに対応して、コイルばね(14A)(14B)は、自由長さが同じでそのばね定数が変更されており、くさび角大のくさび状空間(12A)のころが受ける付勢力＞くさび角小のくさび状空間(12B)のころが受ける付勢力とされている。ころ(13A)(13B)は、いずれのくさび状空間(12A)(12B)に配されているものも同じ形状で同じ大きさとされている。
【００２６】
図３に模式的に示すように、くさび角θは、噛み込み状態になったときにおけるころ(13A)(13B)と内輪(3)との接線ところ(13A)(13B)と外輪（図示略）との接線とがなす角を意味しており、くさび角θは、カム面(11)の法線方向からの傾斜角度を所要の値に設定することにより、所定値とすることができる。図３において、Ｎ＝Ｆ×μでかつμ＝tan（θ／２）の関係があり、くさび角小のくさび状空間のころ(13B)は、くさび角大のくさび状空間のころ(13A)に比べて、噛み合い性が高められており、その結果、噛み合い性に相反する許容トルクが小さくなっている。そして、図２に示すように、くさび角大のくさび状空間(12A)のころが受ける付勢力（くさび角大のくさび状空間(12A)に配されているコイルばね(14A)のばね定数）＞くさび角小のくさび状空間(12B)のころが受ける付勢力（くさび角小のくさび状空間(12B)に配されているコイルばね(14B)のばね定数）とされていることにより、噛み合い性が高いくさび角小のくさび状空間(12B)のころ(13B)は、付勢力に関しては離脱性が高められ、逆に、噛み合い性が低いくさび角大のくさび状空間(12A)のころ(13A)は、付勢力に関しては離脱性が抑えられ、すべてのころ(13A)(13B)が同じまたはほぼ同じ回転数で離脱するようになされている。
【００２７】
くさび角小は、例えばスタータ用一方向クラッチの場合、与えられた条件（例えば−３０℃）で確実に噛み合う大きさ（例えば６．５°以下）とされ、くさび角大は、これよりも１〜２°程度大きなもの（例えば８°以下）とされる。
【００２８】
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やオルタネータに好適に使用される。
【００２９】
ベルト駆動スタータに用いられる場合、一方向クラッチ(5)は、次のように動作する。
【００３０】
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(12A(12B)の狭い側にころ(13A)(13B)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）。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(13A)(13B)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(13A)(13B)は、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。
【００３１】
ころ(13A)(13B)が受ける付勢力を同じにしたままくさび角だけを変更した場合、スタータ用一方向クラッチにおいては、スタータモータ始動時、くさび角小のくさび状空間(12B)のころ(13B)がくさび角大のくさび状空間(12A)のころ(13A)よりも先に噛み合い、次いで、回転数上昇に伴い、くさび角大のくさび状空間(12A)のころ(13A)も噛み合う。そして、さらに高回転数になってフリー状態になる際には、くさび角大のくさび状空間(12A)のころ(13A)がくさび角小のくさび状空間(12B)のころ(13B)よりも先に離脱し、最終的にくさび角小のくさび状空間(12B)のころ(13B)が離脱する。つまり、くさび角が異なるくさび状空間(12A)(12B)のそれぞれのころ(13A)(13B)が、それぞれ異なる回転数で離脱することになる。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、くさび角の小さいくさび状空間(12B)のころ(13B)は、先に噛み合いかつ最後に離脱するために、噛み合いによる負荷や内輪とのすべりによる摩耗などで集中的に負荷を受けて短寿命となることが懸念される。
【００３２】
これに対し、上記の一方向クラッチ(5)では、くさび角大のくさび状空間(12A)のころ(13A)が受ける付勢力＞くさび角小のくさび状空間(12B)のころ(13B)が受ける付勢力とされているので、すべてのころ(13A)(13B)が同じまたはほぼ同じ回転数で離脱し、これにより、寿命のアンバランスが生じないので、全体として高寿命が確保される。
【００３３】
また、オルタネータに用いられる場合、一方向クラッチ(5)は、次のように動作する。
【００３４】
オルタネータにおいても、プーリ(4)と回転軸（ロータ軸）(2)との回転差に応じて、一方向クラッチがフリー状態とロック状態とに切り替わり、プーリ(4)から回転軸(2)へ回転動力を伝達させたり遮断させたりするようになる。一方向クラッチが設けられていないオルタネータでは、プーリがエンジンのクランクシャフトによりベルトを介して回転駆動されるため、クランクシャフトの回転数が低下すると、オルタネータの発電効率が低下するが、上述した一方向クラッチ付きプーリユニットを使用することにより、プーリ(4)の回転数が低下するとき、回転軸(2)を自身の慣性力によって回転数を高域に維持させるように一方向クラッチを機能させることができ、発電効率の向上に貢献できるようになる。また、エンジンの動作工程によって回転変動の大きいクランクシャフト、プーリと慣性力の大きなオルタネータプーリ、シャフトをベルトを介して動力伝達する場合に、ベルトとプーリの間にすべりが発生してベルトの摩耗や異音が問題となるが、オルタネータのプーリ(4)と回転軸(2)との間の一方向クラッチ(5)のフリーあるいはロック状態を切り換えることで回転変動を吸収することができる。
【００３５】
ころ(13A)(13B)が受ける付勢力を同じにしたままくさび角だけを変更した場合、オルタネータ用一方向クラッチにおいては、噛み合い状態から解除状態に移行する回転数の近傍で微小回転変動があった場合、くさび角小のくさび状空間(12B)のころ(13B)は、くさび角大のくさび状空間(12A)のころ(13A)が離脱したままで、噛み合いと離脱を繰り返し、スタータと同様に、集中的に負荷を受けて短寿命となることが懸念される。これに対し、上記の一方向クラッチ(5)では、くさび角大のくさび状空間(12A)のころ(13A)が受ける付勢力＞くさび角小のくさび状空間(12B)のころ(13B)が受ける付勢力とされているので、噛み合い性が高いくさび角小のくさび状空間(12B)のころ(13B)は、付勢力に関しては離脱性が高められ、逆に、噛み合い性が低いくさび角大のくさび状空間(12A)のころ(13A)は、付勢力に関しては離脱性が抑えられることになり、オルタネータ用として使用される場合もスタータ用と同様、すべてのころ(13A)(13B)が同じまたはほぼ同じ回転数で離脱し、寿命のアンバランスが生じないので、全体として高寿命が確保される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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、プーリの横断面図である。
【図３】図３は、プーリの横断面の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００３７】
(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
(12A)(12B)  くさび状空間
(13A)(13B)  ころ
(14A)(14B)  コイルばね（付勢部材）
(15)        保持器
【図１】
2006097710.tif 000003
【図２】
2006097710.tif 000004
【図３】
2006097710.tif 000005