(57)【要約】      （修正有）【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。【解決手段】プーリ１とプーリハブ２との間にクラッチばね６を組込み、そのクラッチばね６の外周面をプーリ１の内周面５に弾性接触させる。プーリハブ２の外側にクラッチばね６を介してプーリ１の回転が伝達される入力リング８と、出力リング９と、その出力リング９を入力リング８に向けて付勢する弾性部材１０を設け、入力リング８を回転自在に、かつ軸方向に非可動に支持する。出力リング９をプーリハブ２に回り止めし、かつ、軸方向に移動自在に支持する。入力リング８と出力リング９の対向面間にトルクカム手段２０を組込む。出力リング９に対する入力リング８の相対回転時にトルクカム手段２０の作動により出力リング９を入力リング８から離反する方向に移動させて弾性部材１０を弾性変形させ、その弾性部材１０の弾性変形によりトルク伝達時の衝撃を吸収して、クラッチばね６の破損を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形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外周がクラッチ面と弾性接触する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へ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、入力部材と出力部材の相互間で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、
前記出力部材上に前記クラッチばねを介して入力部材の回転が伝達される入力リングと、その入力リングと軸方向で対向する出力リングとを設け、前記入力リングを出力部材に対して回転自在に、かつ軸方向に非可動に支持し、前記出力リングを出力部材に対して回り止めし、かつ軸方向に移動自在に支持し、その出力リングを弾性部材により入力リングに向けて付勢し、前記入力リングと出力リングの相互間に、両リングの相対回転時に出力リングを入力リングから離反する方向に移動させるトルクカム手段を設けたことを特徴とするスプリングクラッチ。
【請求項２】
前記トルクカム手段が、周方向の一方の端部に傾斜したカム面を有し、その傾斜したカム面が互いに接触するよう入力リングと出力リングの対向面それぞれに設けられた対向一対の円弧状のカム突起からなる請求項１に記載のスプリングクラッチ。
【請求項３】
前記トルクカム手段が、入力リングと出力リングの対向面それぞれに一端から他端に向けて溝深さが次第に浅くなる一対の円弧状のカム溝を、傾斜する溝底面の傾斜方向が相違するようにして対向位置に形成し、その一対のカム溝間にボールを組込んだ構成からなる請求項１に記載のスプリングクラッチ。
【請求項４】
前記弾性部材が、圧縮コイルばねから成る請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスプリングクラッチ。
【請求項５】
前記弾性部材が、皿ばねから成る請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスプリングクラッチ。
【請求項６】
前記トルクカム手段が、前記弾性部材の設定荷重を超える過大トルクの入力時に出力リングを入力リングから離反する方向に一定ストローク変位させた状態でその出力リングと入力リングとの相対回転を可能とするトルクリミッタ機能を備えてなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスプリングクラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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ばね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。
【０００７】
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。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３２２１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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ばね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が、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。このため、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上において改善すべき点が残されていた。
【００１０】
この発明の課題は、トルク伝達時の衝撃を緩和することができるようにして、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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、この発明においては、円筒形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外周がクラッチ面と弾性接触する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へ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、入力部材と出力部材の相互間で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、前記出力部材上に前記クラッチばねを介して入力部材の回転が伝達される入力リングと、その入力リングと軸方向で対向する出力リングとを設け、前記入力リングを出力部材に対して回転自在に、かつ軸方向に非可動に支持し、前記出力リングを出力部材に対して回り止めし、かつ軸方向に移動自在に支持し、その出力リングを弾性部材により入力リングに向けて付勢し、前記入力リングと出力リングの相互間に、両リングの相対回転時に出力リングを入力リングから離反する方向に移動させるトルクカム手段を設けた構成を採用したのである。
【００１２】
上記の構成からなるスプリングクラッチにおいて、入力部材が一方向に回転すると、クラッチばねが拡径してクラッチ面を締付けることになり、その締付けによりクラッチばねが入力部材と共に回転し、その回転は入力リングに伝達されて、入力リングも共に回転する。
【００１３】
このとき、入力リングに対向配置された出力リングは出力部材に回り止めされているため、入力リングは出力リングに対して相対回転する。その相対回転によりトルクカム手段の作用によって出力リングは弾性部材の弾性に抗して入力リングから離反する方向に移動し、回転トルクと弾性部材の弾性力とが釣り合う位置において出力リングが停止し、出力リングが入力リングと共に回転して出力部材に回転を伝達する。
【００１４】
入力部材から出力部材への回転トルクの伝達状態において、出力部材の回転速度が入力部材の回転速度を上回ると、その出力部材の回転は出力リングおよび入力リングを介してクラッチばねに伝達されるため、クラッチばねは縮径し、入力部材から出力部材への回転伝達が遮断される。
【００１５】
この発明に係るスプリングクラッチにおいて、トルクカム手段は、入力リングと出力リングの対向面それぞれに一対の円弧状のカム突起を周方向で対向するよう設け、その一対のカム突起の対向端部に互いに接触する傾斜カム面を形成し、出力リング側の傾斜カム面に対する入力リング側の傾斜カム面の接触回転によるカム作用により出力リングを入力リングから離反する方向に移動させるようにしたものであってもよい。
【００１６】
上記の構成からなるトルクカム手段において、入力リング側カム突起および出力リング側カム突起の傾斜カム面の端に連続して各リングの側面に平行する平坦面を連続して設けると、弾性部材の設定荷重を超える過大トルクが入力部材に入力された場合に、傾斜カム面の接触回転によるカム作用により出力リングが入力リングから離反する方向に一定ストローク移動した後、カム突起の平坦面同士が互いに接触して入力リングと出力リングが相対回転することになり、トルクカム手段にトルクリミッタの機能を付加することができる。その結果、弾性部材の設定荷重を超える過大トルクがクラッチばねに負荷されるのを防止することができ、クラッチばねの破損防止に大きな効果を挙げることができる。
【００１７】
また、トルクカム手段として、入力リングと出力リングの対向面それぞれに周方向の一端から他端に向けて溝深さが次第に浅くなる一対の円弧状のカム溝を、傾斜状溝底面の傾斜方向が相違するようにして対向位置に形成し、その一対のカム溝間にボールを組込み、出力リング側のカム溝に対する入力リング側のカム溝の相対回転により、ボールを各カム溝の浅溝側端部に転がり移動させて出力リングを入力リングから離反する方向に移動させるようにしたものを採用すると、入力リングと出力リングの相対回転時の摩擦による損失を低減することができるため、トルク伝達時のロスが少なく、発熱も抑えることができる。
【００１８】
上記のトルクカム手段においては、弾性部材の設定荷重を超える過大トルクが入力部材に入力されると、各カム溝の浅溝側端部に向けてのボールの転がり移動により出力リングが入力リングから離反する方向に一定ストローク移動した後、ボールはカム溝を抜け出して入力リングと出力リングの平行する対向側面に沿って転がり移動し、入力リングと出力リングが相対回転することになる。このため、上記トルクカム手段もトルクリミッタとしての機能を備え、弾性部材の設定荷重を超える過大トルクがクラッチばねに負荷されるのを防止することができ、クラッチばねの破損防止に大きな効果を挙げることができる。
【００１９】
この発明に係るスプリングクラッチにおいて、弾性部材は、圧縮コイルばねであってもよく、あるいは、皿ばねであってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
上記のように、この発明においては、入力部材から出力部材へのトルク伝達時、入力リングと出力リングの相互間に組込んだトルクカム手段の作動により出力リングが入力リングから離反する方向に移動して弾性部材を弾性変形させるため、その弾性部材の弾性変形によるダンパ作用によってトルク伝達時の衝撃を緩衝することができ、クラッチばねの破損防止に効果をあげることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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および図２に示すように、入力部材としてのプーリ１は円筒状をなし、その内側にプーリハブ２が組込まれている。プーリハブ２は、大径軸部２ａの一端部にフランジ２ｂを設け、かつ、大径軸部２ａの他端に小径軸部２ｃを設けた構成とされ、上記フランジ２ｂはすべり軸受３を介してプーリ１に相対的に回転自在に支持されている。
【００２２】
また、プーリハブ２の小径軸部２ｃはプーリ１の他端部内に組込まれた軸受４によって回転自在に支持されている。
【００２３】
プーリ１の内周には円筒形のクラッチ面５が形成され、そのクラッチ面５とプーリハブ２の外周面間に角形の線材から成るクラッチばね６が組込まれている。クラッチばね６は自然状態での外径がクラッチ面５の内径より大径とされ、縮径された状態での組込みによって外周面がクラッチ面５に弾性接触している。なお、クラッチばね６は断面が円形の線材からなるものであってもよい。
【００２４】
プーリハブ２の外側には軸受４側から滑りリング７、入力リング８、出力リング９および弾性部材１０が順に組込まれている。
【００２５】
滑りリング７は、入力リング８の接触回転抵抗の低減化を図るため、摩擦抵抗の小さな材料、例えば、合成樹脂から形成されている。
【００２６】
図２および図３に示すように、入力リング８は、プーリハブ２によって回転自在に支持され、上記滑りリング７に対する衝合によって軸受４側に移動するのが防止されている。この入力リング８の滑りリング７に対する対向面の外周部には半径方向に向く係止溝１１が形成され、その係止溝１１にクラッチばね６の一方の端部に形成された内向きの折曲げ片１２が係止されている。
【００２７】
出力リング９は、プーリハブ２の大径軸部２ａに嵌合され、その嵌合面間に形成したスプライン１３によりプーリハブ２に対して回り止めされ、かつ軸方向に移動自在とされている。この出力リング９は弾性部材１０により入力リング８に向けて付勢されている。ここで、弾性部材１０として、圧縮コイルばねが採用されている。
【００２８】
図１に示すように、入力リング８と出力リング９の相互間には、その出力リング９に対する入力リング８の一方向への相対回転時に、出力リング９を入力リング８から離反する方向に移動させるトルクカム手段２０が組込まれている。
【００２９】
図４乃至図６に示すように、トルクカム手段２０は、入力リング８と出力リング９の対向面それぞれに周方向で対向する一対の円弧状のカム突起２１、２２を周方向に間隔をおいて複数設け、その一対のカム突起２１、２２の対向端部に互いに接触する傾斜カム面２１ａ、２２ａを形成し、各傾斜カム面２１ａ、２２ａの端に連続して各リング８、９の側面８ａ、９ａに平行する平坦面２１ｂ、２２ｂを連続して設け、出力リング９側の傾斜カム面２２ａに対する入力リング８側の傾斜カム面２１ａの接触回転によるカム作用によって出力リング９を入力リング８から離反する方向に移動させるようにしている。
【００３０】
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。
【００３１】
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がクラッチばね６の巻き方向に回転すると、クラッチ面５との接触によりクラッチばね６が拡径してクラッチ面５を内径側から締付ける。
【００３２】
上記クラッチ面５に対するクラッチばね６の締付け力（係合力）が増大すると、プーリ１と共にクラッチばね６が回転し、その回転は折曲げ片１２を介して入力リング８に伝達され、入力リング８もプーリ１と同方向に回転する。
【００３３】
このとき、入力リング８に対向配置された出力リング９はスプライン１３を介してプーリハブ２に回り止めされているため、入力リング８は出力リング９に対して相対回転する。その相対回転により、入力リング８に形成されたカム突起２１の傾斜カム面２１ａが出力リング９に形成されたカム突起２２の傾斜カム面２２ａに沿って回転するため、図５（ロ）に示すように、出力リング９は入力リング８から離反する方向に移動する。
【００３４】
出力リング９の軸方向への移動により弾性部材１０が弾性変形し、その弾性部材の弾性力と回転トルクとが釣り合うと出力リング９が回転し、その回転がスプライン１３を介してプーリハブ２に伝達され、プーリ１とプーリハブ２の相互間で回転トルクが伝達される。
【００３５】
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、その回転は出力リング９および入力リング８を介してクラッチばね６に伝達されるため、クラッチばね６は縮径し、プーリ１からプーリハブ２への回転伝達が遮断される。
【００３６】
上記のように、実施の形態におけるスプリングクラッチにおいては、プーリ１からプーリハブ２へのトルク伝達時、入力リング８と出力リング９の相互間に組込まれたカム突起２１、２２のカム作動により出力リング９が入力リング８から離反する方向に移動して弾性部材１０を弾性変形させるため、その弾性部材１０の弾性変形によるダンパ作用によってトルク伝達時の衝撃は緩衝されることになり、クラッチばね６の破損防止に効果を挙げることができる。
【００３７】
ここで、出力リング９に対する入力リング８の相対回転量は伝達トルクの大きさおよび弾性部材１０の弾性力により決定されるため、その弾性部材１０を弾性力の異なるものと変更することによって伝達トルク特性を変更することができる。
【００３８】
実施の形態で示すように、入力リング側カム突起２１および出力リング側カム突起２２の傾斜カム面２１ａ、２２ａの端に連続して各リング８、９の側面８ａ、９ａに平行する平坦面２１ｂ、２２ｂを設けると、弾性部材１０の設定荷重を超える過大トルクがプーリ１に入力された場合に、傾斜カム面２１ａ、２２ａの接触回転によるカム作用により出力リング９が入力リング８から離反する方向に一定ストローク移動した後、図５（ハ）に示すように、カム突起２１、２２の平坦面２１ｂ、２２ｂ同士が互いに接触して入力リング８と出力リング９が相対回転することになり、トルクカム手段２０にトルクリミッタの機能を付加することができる。
【００３９】
その結果、弾性部材１０の設定荷重を超える過大トルクがクラッチばね６に負荷されるのを防止することができ、クラッチばね６の破損防止に大きな効果を挙げることができる。
【００４０】
図１に示す実施の形態においては、弾性部材１０として圧縮コイルばねを採用したが、弾性部材１０はこれに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、複数の皿ばねを用いることもできる。
【００４１】
図８乃至１０は、トルクカム手段２０の他の例を示す。この例で示すトルクカム手段２０は、入力リング８と出力リング９の互いに平行する対向側面８ａ、９ａのそれぞれに一対の円弧状のカム溝２３、２４を形成し、その一対のカム溝２３、２４間にボール２５を組込むようにしている。
【００４２】
ここで、カム溝２３、２４は、周方向の一端から他端に向けて溝深さが次第に浅くなっており、その深溝側の一端から浅溝側の他端に向けての傾斜状溝底面２３ａ、２４ａの傾斜方向が相違するようにして入力リング８と出力リング９の対向面それぞれに形成されている。
【００４３】
上記の構成からなるトルクカム手段２０においては、出力リング９に対する入力リング８の相対回転により、ボール２５を傾斜状溝底面２３ａ、２４ａとの接触により、図１０（ホ）に示すように、各カム溝２３、２４の浅溝部に向けて転がり移動させて、出力リング９を入力リング８から離反する方向に移動させるようにしている。
【００４４】
上記のようなカム溝２３、２４とボール２５とからなるトルクカム手段２０においては、出力リング９に対する入力リング８の相対回転時にボール２５はカム溝２３、２４に沿って転がり移動するため、摩擦による損失を低減することができ、トルク伝達時のロスが少なく、発熱も抑えることができる。
【００４５】
また、弾性部材１０の設定荷重を超える過大トルクがプーリ１に入力されると、各カム溝２３、２４の浅溝側端部に向けてのボール２５の転がり移動により出力リング９が入力リング８から離反する方向に一定ストローク移動した後、図１０（ヘ）に示すように、ボール２５はカム溝２３、２４を抜け出して入力リング８と出力リング９の平行する対向側面８ａ、９ａに沿って転がり移動し、入力リング８と出力リング９が相対回転することになる。
【００４６】
このため、上記トルクカム手段２０においても図５に示すトルクカム手段２０と同様に、トルクリミッタとしての機能を有し、弾性部材１０の設定荷重を超える過大トルクがクラッチばね６に負荷されるのを防止することができ、クラッチばね６の破損防止に大きな効果を挙げることができる。
【００４７】
なお、図８乃至図１０で示すスプリングクラッチにおいては、図２に示す滑りリング７を省略していると共に、入力リング８の出力リング９と対向する面の外周部にクラッチばね６の折曲げ片１２が係止される係止溝１１を形成している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】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一部切欠正面図
【図２】図１に示すスプリングクラッチの縦断正面図
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図
【図４】図２のIV−IV線に沿った断面図
【図５】（イ）はトルクカム手段の正面図、（ロ）は出力リングを軸方向に移動させた状態の正面図、（ハ）は入力リングと出力リングの相対回転状態を示す正面図
【図６】入力リングと出力リングを示す分解斜視図
【図７】弾性部材の他の例を示す断面図
【図８】トルクカム手段の他の例を示す断面図
【図９】図８のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図
【図１０】（ニ）はトルクカム手段部の断面図、（ホ）は出力リングを軸方向に移動させた状態の断面図、（ヘ）は入力リングと出力リングの相対回転状態を示す断面図
【符号の説明】
【００４９】
１      プーリ(入力部材)
２      プーリハブ(出力部材)
５      クラッチ面
６      クラッチばね
８      入力リング
８ａ    側面
９      出力リング
９ａ    側面
１０    弾性部材
２０    トルクカム手段
２１    カム突起
２１ａ  傾斜カム面
２１ｂ  平坦面
２２    カム突起
２２ａ  傾斜カム面
２２ｂ  平坦面
２３    カム溝
２３ａ  溝底面
２４    カム溝
２４ａ  溝底面
２５    ボール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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