(57)【要約】【課題】クラッチばねとクラッチ面の接触部を良好に潤滑することができる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間にコイル部１１ａの側面を互に接触させたクラッチばね１１を組込み、そのクラッチばね１１の外周の円筒面１３ａをプーリ１の内周に設けられた円筒形のクラッチ面１４に弾性接触させると共に、クラッチばね１１の一端部をプーリハブ２に連結する。クラッチばね１１のコイル部１１ａの両側面を凸円状の円弧面１２として、クラッチばね１１の内径側に設けられたグリース封入空間１０内のグリースが回転時の遠心力によってコイル部１１ａ間をスムーズに流動し得るようにして、クラッチばね１１とクラッチ面１４の接触部の潤滑性の向上を図る。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線材をつる巻状に巻付けて軸方向に連続するコイル部の側面を互に接触させ、外周および内周を円筒面としたスプリングクラッチ用のクラッチばねにおいて、前記各コイル部の少なくとも一側面を凸円状の円弧面としたことを特徴とするスプリングクラッチ用のクラッチばね。
【請求項２】
前記線材が丸線材の引抜き時に２面の押し付けによって得られる２面押しの角線材から成る請求項１に記載のスプリングクラッチ用のクラッチばね。
【請求項３】
入力側部材の内周に円筒形のクラッチ面を設け、そのクラッチ面と前記入力側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側部材との間に軸方向に連続するコイル部の側面が互に接触するクラッチばねを組込み、そのクラッチばねの外周の円筒面を前記クラッチ面に弾性接触させ、前記入力側部材の一方向の回転時にクラッチばねをクラッチ面との接触により拡径させてクラッチ面に圧接係合させ、そのクラッチばねを介して入力側部材の一方向の回転のみを出力側部材に伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、前記クラッチばねにおけるコイル部の側面を凸円状の円弧面としたことを特徴とするスプリングクラッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、入力側部材と出力側部材の相互間において回転トルクの伝達と遮断とを行なうスプリングクラッチのクラッチばね及びスプリングクラッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車のエンジンにおいては、爆発行程時に駆動エネルギが発生するため、クランクシャフトは一回転中において角速度が変化する。そのようなクランクシャフトの回転をベルト伝動装置によってオルタネータ等の慣性力の大きなエンジン補機を駆動した場合、クランクシャフトの角速度の低下時に、エンジン補機の回転軸の回転速度が上回ると、その回転軸に取付けられたプーリとベルトとの間でスリップが生じる。
【０００３】
また、エンジンを高速回転状態から急減速した場合、オルタネータ等のエンジン補機は慣性力によって高速回転を続けようとするため、上記と同様にプーリとベルトとの間でスリップが生じ、そのスリップ時に異音が発生し、あるいはベルトが摩耗して耐久性が低下する。
【０００４】
そのような不都合を解消するため、スプリングクラッチを内蔵させたクラッチプーリ装置が提案されている。図５はスプリングクラッチを採用したクラッチプーリ装置を示す。このクラッチプーリ装置においては、クランクシャフトの回転がベルトを介して伝達されるプーリ２１の内側にエンジン補機の回転軸に取付けられるプーリハブ２２を設け、上記プーリ２１とプーリハブ２２とを軸受２３によって相対的に回転自在に支持している。
【０００５】
また、プーリ２１の内周に環状の内向き突出部２４を設け、一方、プーリハブ２２の外周には上記内向き突出部２４と軸方向で対向する環状の外向き突出部２５を形成し、この外向き突出部２５と内向き突出部２４の対向面に、上記両突出部２４、２５に跨がって軸方向に延びるスプリング収納空間２６を設け、そのスプリング収納空間２６内にスプリングクラッチ３０を組込んでいる。
【０００６】
スプリングクラッチ３０は、前記スプリング収納空間２６の外周壁内面に軸方向に並ぶ２つの円筒形クラッチ面３１ａ、３１ｂを設け、前記スプリング収納空間２６内には上記円筒形クラッチ面３１ａ、３１ｂに跨がる長さのクラッチばね３２を組込み、そのクラッチばね３２の円筒形外面を各クラッチ面３１ａ、３１ｂに弾性接触させるようにしている。
【０００７】
上記クラッチプーリ装置においては、ベルトとの接触によって一方向に回転するプーリ２１の回転時にクラッチばね３２を拡径させてクラッチ面３１ａ、３１ｂに対する係合力を高め、そのクラッチばね３２を介してプーリ２１の回転をプーリハブ２２に伝えるようにしている。
【０００８】
また、プーリハブ２２の回転速度がプーリ２１の回転速度より上回った場合に、クラッチばね３２を縮径させてクラッチ面３１ａ、３１ｂに対する係合力を弱め、クラッチばね３２とクラッチ面３１ａ、３１ｂの接触部で滑りを生じさせて、プーリハブ２２からプーリ２１側への回転伝達を遮断し、プーリ２１とベルトとの間で滑りが生じるのを防止するようにしている。
【０００９】
ここで、クラッチプーリ装置に組込まれたスプリングクラッチ３０において、クラッチばね３２が丸線材から形成されていると、クラッチばね３２のクラッチ面３１ａ、３１ｂに対する接触が線接触となり、摩擦係合力が弱く、クラッチ面３１ａ、３１ｂとの間で滑りが生じてクラッチの応答性が悪くなると共に、トルク伝達にロスが生じる。また、クラッチばね３２のコイル部３２ａ間に隙間があると、適切な摩擦係合力を得るために、長さの長いクラッチばね３２が必要とされ、クラッチプーリ装置の軸方向長さが長くなるという問題が生じる。
【００１０】
そこで、スプリングクラッチ３０においては、クラッチばね３２を角線材により形成してクラッチ面３１ａ、３１ｂに対する接触面積の増大を図り、摩擦係合力を高めるようにしている。また、コイル部３２ａの側面を互に接触させてクラッチばね３２の軸方向長さのコンパクト化を図るようにしている。
【００１１】
上記のようなクラッチプーリ装置においては、クラッチばね３２の内径面とプーリハブ２２の外径面間のスプリング収納空間２６内にグリースを充填し、そのグリースによってクラッチばね３２とクラッチ面３１ａ、３１ｂの接触部を潤滑するようにしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５に示すクラッチプーリ装置においては、クラッチばね３２におけるコイル部３２ａの側面が面接触しているため、回転時の遠心力によって外方向に移動しようとするグリースのクラッチばね３２の内径側から外径側への流動性が悪く、クラッチばね３２とクラッチ面３１ａ、３１ｂの接触部を効果的に潤滑することができず、その潤滑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る。
【００１３】
また、クラッチばね３２のコイル部３２ａの側面外径縁には面取りが施されているが、面取り間に形成される空間は小さいため、多くのグリースを保持させることができず、その保持量を増大させるうえにおいても改善すべき点が残されている。
【００１４】
この発明の課題は、クラッチ面に対する接触部を良好に潤滑することができるようにしたスプリングクラッチ用のクラッチばねおよびスプリングクラッチを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、この発明に係るスプリングクラッチ用のクラッチばねにおいては、線材をつる巻状に巻付けて軸方向に連続するコイル部の側面を互に接触させ、外周および内周を円筒面としたスプリングクラッチ用のクラッチばねにおいて、前記各コイル部の少なくとも一側面を凸円状の円弧面とした構成を採用している。
【００１６】
上記のように、コイル部の側面を凸円状の円弧面とすることによって、コイル部の側面を線接触させることができるため、クラッチばねの内側に保持されるグリースを回転時の遠心力によってコイル部の側面間より外径側に容易に流動させることができ、クラッチばねの外周の円筒面と、その円筒面が弾性接触されるクラッチ面の接触部を効果的に潤滑することができる。
【００１７】
また、コイル部の側面を円弧面としたことにより、軸方向で対向する側面間の外径部側に大きな空間を形成することができ、その空間に多くのグリースを保持させることができる。
【００１８】
ここで、クラッチばねを形成する線材として、丸線材の引抜き時に、２面が押し付けられる２面押しの角線材を採用することにより、コストの安いクラッチばねを得ることができる。
【００１９】
この発明に係るスプリングクラッチにおいては、入力側部材の内周に円筒形のクラッチ面を設け、そのクラッチ面と前記入力側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側部材との間に軸方向に連続するコイル部の側面が互に接触するクラッチばねを組込み、そのクラッチばねの外周の円筒面を前記クラッチ面に弾性接触させ、前記入力側部材の一方向の回転時にクラッチばねをクラッチ面との接触により拡径させてクラッチ面に圧接係合させ、そのクラッチばねを介して入力側部材の一方向の回転のみを出力側部材に伝達するようにしたスプリングクラッチにおいて、前記クラッチばねにおけるコイル部の側面を凸円状の円弧面とした構成を採用している。
【００２０】
上記のように構成すれば、クラッチばね内周面と出力側部材の外周面間に形成されるグリース封入空間にグリースを充填しておくことにより、そのグリースは回転時の遠心力によってクラッチばねのコイル部の側面間からクラッチばねの外周の円筒面とクラッチ面の接触部にスムーズに流動して、その接触部を良好に潤滑することになり、スプリングクラッチの長寿命化を図ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図１乃至図４に基づいて説明する。図１乃至図３は、この発明に係るスプリングクラッチを採用したクラッチプーリ装置を示す。クラッチプーリ装置は、入力側部材としてのプーリ１と、そのプーリ１の内側に組込まれた出力側部材としてのプーリハブ２とを有し、上記プーリハブ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。
【００２２】
スリーブ２ｂは、焼結金属あるいは合成樹脂の成形品から成り、その外周の両端部には鍔３ａ、３ｂが形成され、その鍔３ａ、３ｂ間に軸方向に延びる複数のグリース収容凹部４が周方向に間隔をおいて形成されている。
【００２３】
出力軸２ａとスリーブ２ｂ間には回り止め機構５が設けられている。回り止め機構５は、出力軸２ａの外周に軸方向に延びる複数の突条６を周方向に間隔をおいて形成し、各突条６をスリーブ２ｂの内周に形成された複数の回り止め溝７に圧入している。
【００２４】
プーリ１の内周とプーリハブ２の外周間に形成された環状空間の一端開口は、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８によって閉塞されている。また、上記環状空間の他端の開口はシール部材９によって閉塞され、そのシール部材９と片シール軸受８間にグリース封入空間１０が形成されている。
【００２５】
グリース封入空間１０内にはクラッチばね１１が組込まれている。クラッチばね１１は丸線材の引抜きによって形成された角線材から成っている。
【００２６】
ここで、丸線材の引抜きには、４面を押し付ける方法と２面を押し付ける方法とが存在し、通常のスプリングクラッチでは４面押し品を採用しているが、実施の形態では２面押し品の角線材を採用し、その角線材をつる巻き状に巻付けてコイル部１１ａの両側の凸円状の円弧面１２が互に接触し、外周および内周が円筒面１３ａ、１３ｂから成るクラッチばね１１を形成している。
【００２７】
上記クラッチばね１１は、自然状態において、外径がプーリ１の内周に形成されたクラッチ面１４の内径より大径とされ、縮径された状態でグリース封入空間１０内に組込まれて、外周円筒面１３ａがクラッチ面１４に弾性接触している。また、クラッチばね１１はその一端部がスリーブ２ｂの片シール軸受８側に位置する鍔３ａに連結されている。
【００２８】
実施の形態で示すクラッチプーリ装置は上記の構造から成り、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の外周にかけられるベルトを介してクランクシャフトの回転をプーリ１に伝達する。
【００２９】
上記のような使用状態において、クランクシャフトの回転がプーリ１に伝達されると、クラッチばね１１は、クラッチ面１４との接触により拡径して、クラッチ面１４に対する圧接係合力が増大し、そのクラッチばね１１を介してプーリ１の回転がプーリハブ２に伝達され、オルタネータの回転軸が回転される。
【００３０】
オルタネータの回転軸の回転時、ベルトの移動速度が低下し、オルタネータの回転軸を駆動するプーリハブ２の回転速度がプーリ１の回転速度を上回ると、クラッチばね１１が縮径してクラッチ面１４に対する圧接係合力が弱くなり、クラッチばね１１とクラッチ面１４の接触部において滑りが生じ、プーリハブ２の回転がプーリ１に伝達されず、プーリ１はフリー回転する。
【００３１】
このため、プーリ１とベルトの接触部において滑りが防止される。
【００３２】
ここで、プーリ１からプーリハブ２に回転が伝達されてプーリ１とプーリハブ２が回転するとき、グリース封入空間１０内に充填されたグリースは、回転による遠心力により外径方向に移動しようとする。このとき、クラッチばね１１のコイル部１１ａの互に接触する側面は凸円状の円弧面１２であるため、外径方向に移動しようとするグリースは円弧面１２間をスムーズに移動する。このため、クラッチばね１１の外周の円筒面１３ａとクラッチ面１４の接触部を効果的に潤滑することができる。
【００３３】
また、クラッチばね１１のコイル部１１ａの互に衝合する側面を円弧面１２とすることにより、その円弧面１２の外径部側に比較的大きな間隙１５を形成することができ、その間隙１５に多くのグリースを保持させておくことができる。このため、クラッチばね１１の外周の円筒面１３ａとクラッチ面１４の接触部をより効果的に潤滑することができ、潤滑性に優れた長寿命のスプリングクラッチを得ることができる。
【００３４】
図４（Ｉ）は、クラッチばね１１を形成する２面押し品の角線材Ａの断面形状を示し、図４（ＩＩ）は４面押し品の角線材Ｂの断面形状を示す。２面押し品の角線材Ａの両側の円弧面１２の曲率半径を小さくすることによって内径側から外径側へグリースをスムーズに流動させることができると共に、円弧面１２の外径部間に多くのグリースを保持することができるクラッチばね１１を得ることができるが、クラッチ面１４に対する接触面積が逆に小さくなり、クラッチの機能を低下させることになる。そこで、円弧面１４は、その円弧面１４の高さｈ１　が４面押し品のコーナ部の面取りＣの高さｈ０　とほぼ同レベルとなるような曲率半径としておくのが好ましい。そうすることによって、クラッチ面１４に対する接触面積を確保する状態でクラッチばね１１とクラッチ面１４間の潤滑性の向上を図ることができる。
【００３５】
実施の形態では、この発明に係るクラッチばね１１を図１に示すクラッチプーリ装置に適用した例を示したが、クラッチばね１１の適用例はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示すクラッチプーリ装置にも適用することができる。
【００３６】
また、実施の形態では、コイル部１１ａの両側面を円弧面１２としたが、一方の側面のみを円弧面としてもよい。コイル部１１ａの両側面を円弧面１２とする場合は２面押し品から成る角線材を採用することができるため、コストの安いクラッチばね１１を得ることができる。
【００３７】
なお、上記実施形態のスプリングクラッチにおいて使用されているクラッチばね１１の断面寸法を決定する場合、以下の理論式に従って決定することができる。
【００３８】
【数１】
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【００３９】
ここで、　ＴＬ　：ロックトルク（Ｎ−ｍｍ）
ＴＳ　：空転起動トルク（Ｎ−ｍｍ）
Ｔ：負荷トルク（Ｎ−ｍｍ）
Ｅ：ばねの縦弾性係数（Ｎ−ｍｍ２　）
ＩＡ　：ばねの軸方向まわりの断面２次モーメント（ｍｍ４　）
ＤＡ　：軸・プーリの径（ｍｍ）
ＤＳ　：ばねの内径
δ：しめしろ〔直径分〕（ｍｍ）
μ：摩擦係数
Ｎ：ばねの有効巻数
ｂ：ばねの板幅〔軸方向〕（ｍｍ）
ｈ：ばねの板厚〔径方向〕（ｍｍ）
Ａ：ばねの断面積〔ｂ×ｈ〕（ｍｍ２　）
σ：ばねの応力（Ｎ／ｍｍ２　）
【００４０】
但し、上式において、
（１）ＴＬ　（ロックトルク）は、スプリングクラッチでロック方向にトルクが負荷された際にロックを保持できる最大トルク値を示し、それ以上のトルクが負荷されるとばねが滑り出す。
（２）ＴＳ　（空転起動トルク）は、スプリングクラッチに空転方向にトルクが負荷された際に空転を開始するトルク値を示し（ばねが滑り出すトルク）、ＴＳ　で算出された値以下のトルクを負荷してもクラッチは空転しない。
（３）σ（ばね応力）は、スプリングクラッチに負荷トルクが作用した時に線材に発生する内部応力であり、この値が線材の許容引張り応力を上回ると線材が破断する。従って、線材の許容引張り応力の（３）式を変形した（３’）式によれば、線材の許容最大トルクを逆算することができる。
【００４１】
又、上式は外装式のクラッチばねに適用される理論式であるため、上記実施形態の内装式のクラッチばねに適用するためには、以下のような数式の置換えをする必要がある。即ち、
δ＝ＤＡ　’　−ＤＳ　’
ＤＡ　’　：軸、プーリの内径
ＤＳ　’　：ばねの外径
【００４２】
以上の置換えをすることにより理論式を適用して決定した断面寸法を有するクラッチばね１１に対し、ロックトルクＴＬ　や空転トルクＴＳ　の値を実験により確認したところ理論式にほぼ合致することが確かめられた。従って、上記理論式を用いて実施形態のクラッチばね１１の断面形状を上述した例以外の形状に適用し、潤滑性に優れたスプリングクラッチを得ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、この発明においては、コイル部の側面を凸円状の円弧面としたことによって、クラッチばねの内側に保持されたグリースを回転時の遠心力によってコイル部の接触面間よりクラッチばねの外径側にスムーズに流動させることができると共に、コイル部の円弧面の外径部間に多くのグリースを保持させることができる。このため、クラッチばねとクラッチ面の接触部をグリースによって効果的に潤滑することができ、潤滑性に優れた長寿命のスプリングクラッチを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【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縦断正面図
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図
【図３】図１のクラッチばね部を拡大して示す断面図
【図４】（Ｉ）は２面押し品から成る角線材の断面図、（ＩＩ）は４面押し品から成る角線材の断面図
【図５】従来のスプリングクラッチを示す縦断正面図
【符号の説明】
１　プーリ（入力側部材）
２　プーリハブ（出力側部材）
１１　クラッチばね
１１ａ　コイル部
１２　円弧面
１３ａ、１３ｂ　円筒面
１４　クラッチ面
【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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