特開 2024-120558 一方向クラッチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120558

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】一方向クラッチ

(51)【国際特許分類】

   F16D 41/06 20060101AFI20240829BHJP

   F16H 55/36 20060101ALN20240829BHJP

【ＦＩ】

F16D41/06 B

F16H55/36 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027419

(22)【出願日】2023-02-24

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100182453

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 英明

(72)【発明者】

【氏名】中村 龍

(72)【発明者】

【氏名】日比 康雅

(72)【発明者】

【氏名】山田 政義

【テーマコード（参考）】

3J031

【Ｆターム（参考）】

3J031AC01

3J031BA10

3J031BA19

3J031CA03

(57)【要約】

【課題】クラッチ内輪と係合子の摩耗を抑制する。
【解決手段】クラッチ部４と、クラッチ部４の軸方向両側に配置される一対の軸受部５と、クラッチ部４と一対の軸受部５に充填されるグリースを備える一方向クラッチにおいて、シール１５によって封止される一対の軸受部５の内部空間とクラッチ部４の内部空間とを含む空間体積のうち、一方向クラッチ回転時に、転動体１３と、軸受保持器１４と、係合子８と、保持器９と、付勢部材１０とが通過しない空間の体積を、静止空間体積とすると、静止空間体積に対するグリースの占有率が９０％以上である。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

クラッチ部と、前記クラッチ部の軸方向両側に配置される一対の軸受部と、前記クラッチ部と前記一対の軸受部に充填されるグリースを備え、
前記軸受部は、軸受外輪と、軸受内輪と、前記軸受外輪と前記軸受内輪との間に配置される複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する軸受保持器と、前記軸受外輪と前記軸受内輪との間の軸方向外端部を封止するシールを有し、
前記クラッチ部は、クラッチ外輪と、クラッチ内輪と、前記クラッチ外輪と前記クラッチ内輪との間に配置される複数の係合子と、前記複数の係合子を保持する保持器と、前記複数の係合子を前記クラッチ外輪と前記クラッチ内輪に対して係合するように付勢する複数の付勢部材を有し、
前記保持器と一方の前記軸受部の前記軸受保持器とが一体に形成される一方向クラッチにおいて、
前記シールによって封止される一対の前記軸受部の内部空間と前記クラッチ部の内部空間とを含む空間体積のうち、一方向クラッチ回転時に、前記転動体と、前記軸受保持器と、前記係合子と、前記保持器と、前記付勢部材とが通過しない空間の体積を、静止空間体積とすると、前記静止空間体積に対する前記グリースの占有率が９０％以上であることを特徴とする一方向クラッチ。

【請求項2】

前記シールによって封止される一対の前記軸受部の内部空間と前記クラッチ部の内部空間とを含む空間体積から、前記転動体の体積と、前記軸受保持器の体積と、前記係合子の体積と、前記保持器の体積と、前記付勢部材の体積を除いた空間の体積を、全空間体積とすると、
前記全空間体積に対する前記係合子の体積と前記保持器の体積とを合わせた体積の割合が５０％以上７０％以下である請求項１に記載の一方向クラッチ。

【請求項3】

前記クラッチ外輪と前記保持器との間の径方向隙間の大きさ、及び、前記軸受外輪と前記保持器との間の径方向隙間の大きさが、いずれも０．５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の一方向クラッチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一方向クラッチに関する。

【背景技術】

【0002】

駆動部材の一方向の回転を被駆動部材に伝達する一方向クラッチとして、例えば、自動車用の補機ベルトによって駆動されるプーリに内蔵され、オルタネータの回転軸に装着される一方向クラッチが知られている。

【0003】

このようなオルタネータの回転軸に装着される一方向クラッチは、エンジンのアイドル回転変動による補機ベルトの張力変動の低減のほか、エンジンが急減速してオルタネータの慣性トルクがエンジンに伝達されようとする際に、トルク伝達を遮断することによって補機ベルトの寿命向上を図る役割を果たす。

【0004】

特許文献１（特許第４３３９４７５号公報）においては、一方向クラッチが空転する際のクラッチ内輪と係合子との摺動摩耗を抑制するため、係合子を保持する保持器を軸受保持器と一体に構成し、空転時のクラッチ内輪に対する係合子の摺動速度を低下させる技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４３３９４７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、一方向クラッチにおいては、クラッチ内輪と係合子との間で生じる摩耗を抑制するため、内部にグリースが充填されている。しかしながら、一方向クラッチが高速回転すると、そのときの遠心力の影響により内部のグリースがクラッチ外輪側へ移動するため、クラッチ内輪と係合子との間にグリースが十分に介在しなくなることがある。その場合、クラッチ内輪と係合子との摺動面間において摩耗が進行する虞がある。

【0007】

特に、近年の自動車用オルタネータにおいては、発電能力向上のために高速回転化への対応が求められており、高速回転によってグリースがますますクラッチ外輪側へ移動して片寄ることが予想される。その場合、グリースの片寄りによるクラッチ内輪と係合子の摩耗の進行が顕著となることが懸念される。

【0008】

そこで、本発明は、グリースの片寄りによるクラッチ内輪と係合子の摩耗を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明は、クラッチ部と、クラッチ部の軸方向両側に配置される一対の軸受部と、クラッチ部と一対の軸受部に充填されるグリースを備え、軸受部は、軸受外輪と、軸受内輪と、軸受外輪と軸受内輪との間に配置される複数の転動体と、複数の転動体を保持する軸受保持器と、軸受外輪と軸受内輪との間の軸方向外端部を封止するシールを有し、クラッチ部は、クラッチ外輪と、クラッチ内輪と、クラッチ外輪とクラッチ内輪との間に配置される複数の係合子と、複数の係合子を保持する保持器と、前記複数の係合子をクラッチ外輪とクラッチ内輪に対して係合するように付勢する複数の付勢部材を有し、保持器と一方の軸受部の軸受保持器とが一体に形成される一方向クラッチにおいて、シールによって封止される一対の軸受部の内部空間とクラッチ部の内部空間とを含む空間体積のうち、一方向クラッチ回転時に、転動体と、軸受保持器と、係合子と、保持器と、付勢部材とが通過しない空間の体積を、静止空間体積とすると、静止空間体積に対するグリースの占有率が９０％以上であることを特徴とする。

【0010】

このように、本発明に係る一方向クラッチにおいては、静止空間体積に対するグリースの占有率を９０％以上とすることにより、高速回転時におけるグリースの片寄りを防止できる。これにより、一方向クラッチが高速回転しても、クラッチ内輪と係合子との間にグリースを十分に介在させることができるため、係合子がクラッチ内輪に対して摺動することによる両部材の摩耗を抑制できるようになる。

【0011】

また、シールによって封止される一対の軸受部の内部空間とクラッチ部の内部空間とを含む空間体積から、転動体の体積と、軸受保持器の体積と、係合子の体積と、保持器の体積と、付勢部材の体積を除いた空間体積を、全空間体積とすると、全空間体積に対する係合子の体積と保持器の体積とを合わせた体積の割合は５０％以上７０％以下であることが好ましい。このように、係合子の体積と保持器の体積の合計体積の割合を設定することにより、一方向クラッチ内のグリースの充填量を十分に確保できると共に、回転時における係合子と保持器によるグリース撹拌機能を良好に確保できるようになる。

【0012】

また、クラッチ外輪と保持器との間の径方向隙間の大きさ、及び、軸受外輪と保持器との間の径方向隙間の大きさは、いずれも０．５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下であることが好ましい。このように、各径方向隙間の大きさを設定することにより、クラッチ外輪及び軸受外輪に対する保持器の干渉を効果的に回避しつつ、係合子とクラッチ内輪との摩耗進行を抑制できるようになる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、クラッチ内輪と係合子の摩耗を抑制できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る一方向クラッチが組み込まれる自動車エンジンのベルト式補機駆動装置の全体構成を示す図である。

【図2】本実施形態に係るクラッチ内蔵プーリの横断面図である。

【図3】図２のＡ－Ａ線断面図である。

【図4】本実施形態に係るクラッチ内蔵プーリの要部を拡大して示す断面図である。

【図5】一方向クラッチの全空間体積を示す図である。

【図6】クラッチ外輪と保持器との間の径方向隙間、及び、軸受外輪と保持器との間の径方向隙間を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明に係る一方向クラッチの実施形態を図面に基づいて詳述する。以下の実施形態においては、自動車エンジンのベルト式補機駆動装置に搭載される一方向クラッチを例示する。なお、本発明に係る一方向クラッチは、自動車用の補機駆動装置以外の装置にも適用可能である。

【0016】

まず、図１を参照しつつ、本実施形態に係る一方向クラッチが組み込まれる自動車エンジンのベルト式補機駆動装置の全体構成について説明する。

【0017】

図１に示されるベルト式補機駆動装置１００は、駆動プーリ１０１と、オルタネータ１０２を含む複数の補機の各補機軸に取り付けられる複数の従動プーリ１，１０４～１０８と、これらのプーリ１０１，１，１０４～１０８の間に巻き掛けられる伝動ベルトとしての１本のＶリブドベルト１０３を備える、いわゆるサーペンタイン式の補機駆動装置である。

【0018】

駆動プーリ１０１は、自動車に搭載される４気筒の４サイクルエンジン２００の一端側に設けられ、エンジン２００の爆発行程に起因する角速度の微小変動を伴って回転するクランク軸２００ａに取り付けられる。Ｖリブドベルト１０３は、駆動プーリ１０１のほか、駆動プーリ１０１からＶリブドベルト１０３の走行方向である図１中の矢印方向に向かって、オートテンショナのテンションプーリ１０４、クラッチ内蔵プーリ１、パワーステアリング装置の油圧ポンプ用プーリ１０５、アイドラプーリ１０６、エアコンディショナの圧縮機用プーリ１０７、エンジン冷却ファン用プーリ１０８の順に巻き掛けられる。

【0019】

本実施形態に係る一方向クラッチが内蔵されるクラッチ内蔵プーリ１は、ロータが比較的大きい慣性トルクを有するオルタネータ１０２の回転軸１０２ａに取り付けられている。

【0020】

次に、図２～図４に基づき、本実施形態に係るクラッチ内蔵プーリ１の構成について説明する。図２は、本実施形態に係るクラッチ内蔵プーリ１の横断面図、図３は、図２のＡ－Ａ線断面図である。また、図４は、本実施形態に係るクラッチ内蔵プーリ１の要部を拡大して示す断面図である。

【0021】

図２及び図３に示されるように、クラッチ内蔵プーリ１は、一方向クラッチ３と、その外周に設けられるプーリ２とから成り、プーリ２の外周面には、上記Ｖリブドベルト１０３が巻き掛けられる複列のＶ溝が設けられている。

【0022】

図３に示されるように、一方向クラッチ３は、クラッチ部４と、クラッチ部４の軸方向両側に配置される一対の軸受部５を備えている。ここでいう「軸方向」とは、図３中の一点鎖線Ｘにて示される一方向クラッチ３の回転軸方向を意味する。以下の説明における「軸方向」も同じ意味である。また、以下の説明において、一方向クラッチ３の回転軸に対して交差する方向（直交する方向も含む。）を「径方向」と呼び、その回転軸を中心とする円の円周方向を「周方向」と呼ぶことにする。

【0023】

クラッチ部４は、プーリ２の内周面に圧入されるクラッチ外輪６と、そのクラッチ外輪６の内径側に同軸上に配置されるクラッチ内輪７と、これら内外両輪６，７間に配置される係合子としてのスプラグ８と、スプラグ８を保持する保持器９と、スプラグ８を付勢する付勢部材としてのコイルばね１０（図２参照）を有している。

【0024】

図２に示されるように、スプラグ８及びコイルばね１０は、クラッチ外輪６とクラッチ内輪７との間に複数配置されている。各スプラグ８は、保持器９によって周方向等間隔に保持されている。保持器９は、合成樹脂の成形品から成り、各スプラグ８が個別に収容される複数のポケット９ａと、各コイルばね１０が個別に収容される複数の収容凹部９ｂを有している（図４参照）。

【0025】

図４において、コイルばね１０はスプラグ８を右方向へ付勢する。これにより、スプラグ８は、その外径側カム面８ａがクラッチ外輪６の内周面６ａに対して係合し、内径側カム面８ｂがクラッチ内輪７の外周面７ｂに対して係合する。

【0026】

また、クラッチ内輪７の外周面７ｂの軸方向両端側には、一対の軸受部５が嵌合する軸受嵌合面７ｃが形成されている（図３参照）。

【0027】

図３に示されるように、各軸受部５は、軸受外輪１１と、その軸受外輪１１の内径側に同軸上に配置される軸受内輪１２と、これら内外両輪１１，１２間に配置される転動体としてのボール１３と、ボール１３を保持する軸受保持器１４と、内外両輪１１，１２の間の軸方向外端部を封止するシール１５を有する、いわゆる片シール付き玉軸受から成る。これらの軸受部５によってクラッチ外輪６とクラッチ内輪７とが相対的に軸周り回転可能に構成されている。

【0028】

また、本実施形態においては、図３における左側のボール１３を保持する軸受保持器がクラッチ部４の保持器９と一体に形成されている。すなわち、保持器９は、スプラグ８を保持する部分と、左側のボール１３を保持する部分とを一体に有している。以下、本明細書において、スプラグ８を保持する部分と、左側のボール１３を保持する部分とを合わせて「保持器９」という。これに対して、反対側（右側）の軸受保持器１４は、クラッチ部４の保持器９とは別体に形成されている。

【0029】

本実施形態に係るクラッチ内蔵プーリは、次のように動作する。

【0030】

上記エンジン２００の駆動力がＶリブドベルト１０３を介して本実施形態に係るクラッチ内蔵プーリ１に伝達されると、プーリ２と一体にクラッチ外輪６が回転する。このとき、クラッチ外輪６がクラッチ内輪７に対して図４における時計回りに相対回転することにより、各スプラグ８の各カム面８ａ，８ｂがクラッチ外輪６及びクラッチ内輪７に対して係合する。これにより、各スプラグ８を介してクラッチ外輪６からクラッチ内輪７へ回転トルクが伝達され、クラッチ内輪７に連結される上記オルタネータ１０２の回転軸１０２ａが回転する。

【0031】

一方、クラッチ外輪６がクラッチ内輪７に対して図４における反時計回りに相対回転したり、時計回りに回転するクラッチ外輪６に対して同方向に回転するクラッチ内輪７の回転速度が速くなったりした場合は、クラッチ外輪６及びクラッチ内輪７に対する各スプラグ８の係合が解除される。これにより、クラッチ外輪６からクラッチ内輪７への回転トルクの伝達が遮断される。従って、一方向クラッチ３が空転状態となり、エンジン２００からオルタネータ１０２の回転軸１０２ａへの回転伝達が遮断されることになる。

【0032】

ところで、クラッチ部４と各軸受部５においては、空転時におけるスプラグ８とクラッチ内輪７との摺動抵抗を低減するため、あるいは、軸受部５内の円滑なボール１３の転動運動を確保するために、内部にグリースが充填されている。しかしながら、上述のように、一方向クラッチが高速回転すると、そのときの遠心力の影響により内部のグリースが外径側へ移動するため、クラッチ内輪７とスプラグ８との間にグリースが十分に介在しなくなる状態が発生する。その場合、クラッチ内輪７とスプラグ８との摺動面において摩耗が進行する虞がある。

【0033】

そこで、本実施形態に係る一方向クラッチ３においては、グリースの片寄りによるクラッチ内輪７とスプラグ８との摩耗を抑制するため、一方向クラッチ３の静止空間体積に対するグリースの占有率を次のように設定している。

【0034】

まず、一方向クラッチ３に形成される静止空間体積について説明すると、本発明における一方向クラッチ３の静止空間体積とは、図５に示される各軸受部５のシール１５によって封止される各軸受部５の内部空間とクラッチ部４の内部空間とを含む空間体積のうち、一方向クラッチ回転時に、各ボール１３と、軸受保持器１４と、各スプラグ８と、保持器９と、各コイルばね１０（図２参照）とが通過しない空間の体積を意味する。

【0035】

そして、本実施形態に係る一方向クラッチ３においては、上記のような静止空間体積に対して、充填されるグリースの占有率を９０％以上となるようにしている。

【0036】

このように、静止空間体積に対するグリースの占有率を９０％以上とすることにより、グリースがクラッチ部４と各軸受部５のそれぞれの内部空間の全体に渡って充填されるため、一方向クラッチ３が高速回転しても、高速回転によるグリースの片寄りを防止できる。これにより、クラッチ内輪７とスプラグ８との間にグリースが十分に介在する状態を維持できるため、スプラグ８がクラッチ内輪７に対して摺動することによる両部材の摩耗を抑制できるようになる。従って、本発明によれば、耐久性に優れ、長寿命な一方向クラッチを提供できるようになる。

【0037】

また、図５において斜線にて示される部分、すなわち、各軸受部５のシール１５によって封止される各軸受部５の内部空間とクラッチ部４の内部空間とを含む空間体積から、各ボール１３の体積と、軸受保持器１４の体積と、各スプラグ８の体積と、保持器９の体積と、各コイルばね１０（図２参照）の体積を除いた空間の体積を、全空間体積とすると、耐久性の向上及び長寿命化を図るには、全空間体積内に充填されるグリースの量（総量）が多い方が好ましい。しかしながら、全空間体積に対する各構成部品の体積の割合が大きいと、反対にグリースを充填できる空間が少なくなってしまう。

【0038】

この点に関して、本実施形態に係る一方向クラッチ３においては、一方（図３における左側）の軸受部５の軸受保持器がクラッチ部４の保持器９と一体に形成されているため、これらを一体に形成しない構成に比べて、保持器９の体積占有率が大きくなる傾向にある。すなわち、一方の軸受保持器をクラッチ部４の保持器９と一体に構成すると、これらを連結する連結部分（図５における丸枠で囲まれる部分Ｂ）が必要になるため、その連結部分の体積分だけ、全空間体積に対する保持器９の体積の割合が大きくなる。従って、本実施形態に係る一方向クラッチ３においては、グリースを充填できる空間体積が小さくなる傾向にある。

【0039】

そこで、本実施形態に係る一方向クラッチ３においては、グリースを充填できる空間体積を確保するため、上記全空間体積に対するスプラグ８の体積と保持器９の体積とを合わせた体積の割合が７０％以下となるように設定している。

【0040】

このように、本実施形態に係る一方向クラッチ３においては、全空間体積に対するスプラグ８の体積と保持器９の体積とを合わせた体積の割合が７０％以下となるようにしていることにより、グリースを充填できる空間体積を大きく確保でき、耐久性の向上及び長寿命化を図れるようになる。

【0041】

一方で、スプラグ８と保持器９のそれぞれの体積が小さくなり過ぎると、回転時におけるスプラグ８及び保持器９によるグリース撹拌機能が低下する虞がある。

【0042】

そのため、本実施形態に係る一方向クラッチ３においては、全空間体積に対するスプラグ８の体積と保持器９の体積とを合わせた体積の割合を５０％以上となるようにしている。このように、スプラグ８と保持器９のそれぞれの体積が小さくなり過ぎないようにして、回転時におけるグリース撹拌機能を良好に確保できるようにしている。

【0043】

要するに、グリースの充填量を十分に確保しつつ、かつ、回転時のグリース撹拌機能を良好に確保するには、全空間体積に対するスプラグ８の体積と保持器９の体積とを合わせた体積の割合が５０％以上７０％以下であることが好ましい。

【0044】

また、高速回転時に発生する遠心力によって、クラッチ部４の保持器９が径方向外側へ変形したり偏心したりすると、保持器９がクラッチ外輪６に対して干渉する虞がある。さらに、クラッチ部４の保持器９が一方の軸受保持器と一体に形成されている構成においては、軸受外輪１１に対して保持器９が干渉する虞もある。

【0045】

そのため、本実施形態に係る一方向クラッチ３においては、図６に示されるクラッチ外輪６と保持器９との間の径方向隙間の大きさＧ１、及び、軸受外輪１１と保持器９との間の径方向隙間の大きさＧ２を、いずれも０．５ｍｍ以上となるようにしている。これにより、保持器９がクラッチ外輪６及び軸受外輪１１に対して干渉しにくくなる。

【0046】

一方で、上記各径方向隙間の大きさＧ１，Ｇ２を大きくし過ぎると、クラッチ外輪６と保持器９との間、及び、軸受外輪１１と保持器９との間に、グリースが溜まりやすくなるため、スプラグ８とクラッチ内輪７との間においてグリースが少なくなる虞がある。

【0047】

そこで、本実施形態に係る一方向クラッチ３においては、クラッチ外輪６と保持器９との間の径方向隙間の大きさＧ１、及び、軸受外輪１１と保持器９との間の径方向隙間の大きさＧ２を、いずれも０．９ｍｍ以下となるようにしている。これにより、クラッチ外輪６と保持器９との間、及び、軸受外輪１１と保持器９との間に、グリースが溜まるのを抑制でき、スプラグ８とクラッチ内輪７との間のグリース量を確保できるようになる。

【0048】

以上のことから、各外輪６，１１に対する保持器９の干渉を効果的に回避しつつ、スプラグ８とクラッチ内輪７との間のグリース量を確保して摩耗進行を抑制するには、各外輪６，１１に対する保持器９の径方向隙間の大きさＧ１，Ｇ２が、いずれも０．５ｍｍ以上０．９ｍｍ以下であることが好ましい。

【0049】

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0050】

３ 一方向クラッチ
４ クラッチ部
５ 軸受部
６ クラッチ外輪
７ クラッチ内輪
８ スプラグ（係合子）
９ 保持器
１０ コイルばね（付勢部材）
１１ 軸受外輪
１２ 軸受内輪
１３ ボール（転動体）
１４ 軸受保持器
１５ シール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】