特開 2024-168975 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】P2024168975

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】一方向クラッチ

(51)【国際特許分類】

   F16D 41/07 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

F16D41/07 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023086116

(22)【出願日】2023-05-25

(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

(72)【発明者】

【氏名】山田 政義

(72)【発明者】

【氏名】日比 康雅

(72)【発明者】

【氏名】中村 龍

(57)【要約】

【課題】応答性に優れたスプラグタイプの一方向クラッチを実現する。
【解決手段】外輪６と内輪７の間に、複数のスプラグ８と、複数のスプラグ８を周方向に間隔を空けて保持する保持器９と、対応するスプラグ８を外輪６及び内輪７と係合する係合姿勢に維持するように周方向一方側に押圧したばね部１０ａを有する複数のばね部材１０とを配置してなる一方向クラッチ３において、外輪６の内径をＧ、ばね部材１０の外接円の直径をＢ、ばね部１０ａの周方向一方側の端部の径方向中央部を通る円の直径をＺ、スプラグ８の重心を通る円の直径をＳＧ、スプラグ８が内輪７及び外輪６と係合した状態でのスプラグ８と保持器１０の接触点を通る円の直径をＨとしたとき、Ｂ＜Ｇ、ＳＧ＜Ｚ、（Ｚ－ＳＧ）＜（ＳＧ－Ｈ）という３つの関係式を満たす。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

相対回転可能に同軸配置された内輪及び外輪と、
内外輪間に配置され、前記内輪の中心軸に直交する平面内で揺動する複数のスプラグと、
複数のスプラグを周方向に間隔を空けて保持した保持器と、
対応する前記スプラグと前記保持器の間に周方向に圧縮された状態で配置され、対応する前記スプラグを前記内輪及び前記外輪と係合する係合姿勢に維持するように周方向一方側に押圧したばね部を有する複数のばね部材と、を備えた一方向クラッチにおいて、
前記外輪の内径をＧ、前記ばね部材の外接円の直径をＢ、前記ばね部の周方向一方側の端部の径方向中央部を通る円の直径をＺ、前記スプラグの重心を通る円の直径をＳＧ、前記スプラグが前記内輪及び前記外輪と係合した状態での前記スプラグと前記保持器の接触点を通る円の直径をＨとしたとき、下記の関係式（１）～（３）を満たすことを特徴とする一方向クラッチ。
Ｂ＜Ｇ ・・・・・・・・・・・・（１）
ＳＧ＜Ｚ ・・・・・・・・・・・（２）
（Ｚ－ＳＧ）＜（ＳＧ－Ｈ） ・・（３）

【請求項2】

前記ばね部材は、軸方向に間隔を空けて配置された一対の前記ばね部と、この一対のばね部の周方向他方側の端部を連結した連結部とを一体に有しており、
前記保持器は、前記ばね部材を収容したばね収容部と、前記一対のばね部により軸方向に挟持される隔壁とを有する請求項１に記載の一方向クラッチ。

【請求項3】

前記スプラグは、鋼材で形成され、表層部に浸炭窒化層を有する請求項１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し、特に相対回転可能に同軸配置された内外輪間に配された「スプラグ」と称される係合子（輪留め）の姿勢を制御することにより、内外輪の相対回転が規制される（内輪と外輪が一体回転する）ロック状態と、内外輪の相対回転が許容される（内輪が外輪に対して空転する）空転状態とが切り換えられる、スプラグタイプの一方向クラッチに関する。

【背景技術】

【0002】

一方向のみに回転力（トルク）を伝達する一方向クラッチは、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た上でオルタネータの回転軸に装着される。この場合、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を低減する役割や、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のトルク伝達を遮断することによって補機ベルトの損傷防止を図る役割を果たす。

【0003】

例えば下記の特許文献１には、相対回転可能に同軸配置された内輪及び外輪と、内外輪間に配置され、内輪の中心軸に直交する平面内で揺動（回転）する複数の係合子（スプラグ）と、対応するスプラグを内輪及び外輪と係合する係合姿勢に維持するように周方向に押圧した複数のばね部材と、複数のスプラグ及びばね部材を周方向に間隔を空けて保持した保持器と、を備えた、いわゆるスプラグタイプの一方向クラッチが記載されている。

【0004】

特許文献１の一方向クラッチにおいて、各ばね部材は、軸方向に間隔を空けて並列配置され、それぞれが対応するスプラグを押圧する方向（周方向）に延びた一対のばね部（コイルばね部）と、一対のばね部のうちスプラグとの当接部とは周方向反対側の端部同士を連結する連結部とを一体に有する１本の線材で構成されている。係る構成のばね部材を採用すれば、ばね部の自然長を大きくしなくても高いばね定数が得られるので、入力トルクに対する良好な応答性を有すると共に耐久性に優れた一方向クラッチを実現できる、としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４４３１２４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

近年、上記のようなスプラグタイプの一方向クラッチの組み込み（適用）対象の一つである自動車用オルタネータにおいては特に小型化及び発電能力の向上を求められている関係上、オルタネータ用プーリを高速回転化することが検討されている。しかしながら、プーリの回転速度が増すほど回転時に生じる振動が増加するため、スプラグの姿勢が不安定化し易く、クラッチの応答性が悪くなる（クラッチのロック状態と空転状態の切替えを精度良く行えなくなる）ことが懸念される。

【0007】

そこで、本発明は、応答性に優れたスプラグタイプの一方向クラッチを実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

スプラグタイプの一方向クラッチの応答性は、スプラグを周方向に（常に）押圧しているばね部材の配置態様等に大きく影響を受ける。そこで、本発明者らは、ばね部材の配置態様等に関連する種々の関係式を規定してこれを満足させることにより、高い応答性を発揮させることを可能にした。

【0009】

すなわち、上記の目的を達成するために創案された本発明は、
相対回転可能に同軸配置された内輪及び外輪と、内外輪間に配置され、内輪の中心軸に直交する平面内で揺動する複数のスプラグと、複数のスプラグを周方向に間隔を空けて保持した保持器と、対応するスプラグと保持器の間に周方向に圧縮された状態で配置され、対応するスプラグを内輪及び外輪と係合する係合姿勢に維持するように周方向一方側に押圧したばね部を有する複数のばね部材と、を備えた一方向クラッチにおいて、
外輪の内径をＧ、ばね部材の外接円の直径をＢ、ばね部の周方向一方側の端部の径方向中央部を通る円の直径をＺ、スプラグの重心を通る円の直径をＳＧ、スプラグが内輪及び外輪と係合した状態でのスプラグと保持器の接触点を通る円の直径をＨとしたとき、下記の関係式（１）～（３）を満たすことを特徴とする一方向クラッチ。
Ｂ＜Ｇ ・・・・・・・・・・・・（１）
ＳＧ＜Ｚ ・・・・・・・・・・・（２）
（Ｚ－ＳＧ）＜（ＳＧ－Ｈ） ・・（３）

【0010】

上記の関係式（１）を満足すれば、外輪とばね部材の干渉を防止することができるので、外輪との干渉によるばね部材の姿勢変化（に起因するばね部材とスプラグ相互間での力の伝達精度の低下）を防止することができ、関係式（２）を満足すれば、ばね部材とスプラグ相互間で周方向の力を精度良く伝達することができる。また、関係式（３）を満足すれば、スプラグ及び保持器に対するばね部材の径方向相対位置を適正に管理することができるので、関係式（２）を満足する場合と同様に、ばね部材とスプラグ相互間で周方向の力を精度良く伝達することができる。以上の作用効果が相俟って、本発明によれば、高い応答性を有し、ロック状態と空転状態の切り替えをスムーズに行い得る一方向クラッチを実現できる。

【0011】

上記構成において、ばね部材は、軸方向に間隔を空けて配置された一対の上記ばね部と、この一対のばね部の周方向他方側の端部を連結した連結部とを一体に有するものとすることができる。この場合、保持器には、ばね部材を収容したばね収容部と、上記一対のばね部により軸方向に挟持される隔壁とを設けることができる。

【0012】

スプラグは、内輪（の外周面）及び外輪（の内周面）に対して摺動する摺動部品であることから、鋼材で形成され、表層部に浸炭窒化層を有する熱処理品とするのが好ましい。これにより、浸炭処理では使用されない安価な低炭素鋼等を用いてスプラグを作製した場合であっても、スプラグに必要とされる耐摩耗性（表面硬度）や機械的強度等を確保し、、スプラグの摩耗や変形に起因した応答性の低下を防止することができる。

【発明の効果】

【0013】

以上から、本発明によれば、高い応答性を有するスプラグタイプの一方向クラッチを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る一方向クラッチが組み込まれる自動車用エンジンのベルト式補機駆動装置の概略図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る一方向クラッチを内蔵したクラッチ内蔵プーリの横断面図である。

【図3】図２の部分拡大図である。

【図4】一方向クラッチを構成する保持器を径方向外側から見たときの部分拡大図である。

【図5】図４に示す保持器にばね部材を組み込んだ状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【0016】

図１は、本発明の実施形態に係る一方向クラッチが組み込まれる自動車用エンジンのベルト式補機駆動装置の概略図である。同図に示す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回転軸に取り付けられる複数の従動プーリと、駆動プーリ１０１及び従動プーリに巻き掛けられた１本のベルト部材（Ｖリブドベルト）１０３とを備えた、いわゆるサーペンタイン式の補機駆動装置である。

【0017】

駆動プーリ１０１は、自動車用の４サイクルエンジン２００の一端側に配置され、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。従動プーリとしては、Ｖリブドベルト１０３の走行方向（図１中の矢印参照）に沿って順に配置された、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、及びエンジン冷却ファン用プーリ１０８がある。

【0018】

クラッチ内蔵プーリ１は、本発明の実施形態に係る一方向クラッチを内蔵しており、オルタネータ１０２の回転軸１０２ａに取り付けられている。

【0019】

次に、図２～図５に基づき、本発明の一実施形態に係る一方向クラッチ３（を内蔵したクラッチ内蔵プーリ１）について説明する。以下の説明では、方向性を説明する上で「軸方向」、「径方向」及び「周方向」との語句を使用するが、これらはそれぞれ、一方向クラッチ３（を構成する内輪７）の中心軸に沿う方向、上記中心軸を中心とする円の径方向、及び上記中心軸を中心とする円の周方向である。なお、図２は、クラッチ内蔵プーリ１の横断面図、図３は、図２の部分拡大図、図４は、一方向クラッチ３を構成する保持器９を径方向外側から見たときの部分拡大図、図５は、図４に示す保持器にばね部材を組み込んだ状態を示す図である。

【0020】

図２に示すように、クラッチ内蔵プーリ１は、一方向クラッチ３及びこれを内周に収容したリング状のプーリ２を備え、プーリ２の外周面には、図１に示すＶリブドベルト１０３が巻き掛けられる。プーリ２とＶリブドベルト１０３の相対滑りを可及的に防止するため、プーリ２の外周面は、周方向に延びる凸部と凹部が軸方向に沿って交互に設けられた凹凸面に形成されている。

【0021】

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た一対の転がり軸受（図示省略）とを備える。クラッチ部４は、プーリ２の内周面に固定された外輪６と、外輪６と同軸に配置された内輪７と、外輪６と内輪７の間に配置された複数のスプラグ８と、複数のスプラグ８を周方向に間隔を空けて保持した円環状の保持器９と、対応するスプラグ８を周方向一方側（図３の紙面右側）に押圧する複数のばね部材１０とを備えており、外輪６と内輪７は、上記一対の転がり軸受によって相対回転自在に支持されている。

【0022】

図３～図５に示すように、保持器９は、複数のスプラグ８を個別に収容する複数のスプラグ収容部９ａと、複数のばね部材１０を個別に収容する複数のばね収容部９ｂと、ばね収容部９ｂの径方向中央部に配置された隔壁９ｃとを備える。本実施形態では、収容部９ａ，９ｂ及び隔壁９ｃのそれぞれが周方向等間隔で形成されている。隔壁９ｃの周方向他方側の端面９ｄは凸円弧面に形成されており、端面９ｄの曲率半径Ｒは例えば５～２０ｍｍの範囲内とされる。

【0023】

スプラグ８は、円弧状の外径側カム面８ａ及び内径側カム面８ｂと、両カム面８ａ，８ｂの周方向他方側の端部同士を接続する平坦面８ｃとを有する略勾玉形状をなしており、軸方向に直交する平面内で揺動するように保持器９のスプラグ収容部９ａに収容されている。すなわち、スプラグ８は、外径側カム面８ａを外輪６の内周面６ａに接触させると共に、内径側カム面８ｂを内輪７の外周面７ａに接触させた状態でスプラグ収容部９ａに収容されている。スプラグ８の平坦面８ｃは、ばね部材１０（の周方向一方側の端部）が当接する面であり、その径方向寸法Ｗは、ばね部材１０（を構成する螺旋状のばね部１０ａ）の外径よりも大きく設定されている。径方向寸法Ｗは、例えば１．０～３．５ｍｍの範囲とすることができる。

【0024】

上記の構成を有するスプラグ８は、熱処理が可能な鋼材（例えばＳＵＪ２）で形成され、その表層部には、熱処理としての浸炭窒化処理によって形成された表面硬化層が形成されている（図示省略）。なお、スプラグ８（の基材）に対する浸炭窒化処理は、処理後の金属組織（鋼組織）における残留オーステナイト量が２０～３５質量％の範囲内にあり、表面硬さがロックウェル硬さＣスケール（ＨＲＣ）６０．５～６４．５の範囲内にあり、さらには厚み（表面からの深さ）０．３ｍｍ以上の硬化層が得られるように行う。これにより、スプラグ８（特にカム面８ａ，８ｂ）に必要とされる耐摩耗性の他、所望の機械的強度を具備したスプラグ８が得られる。特に、熱処理として浸炭窒化処理を選択すれば、浸炭処理では使用されない安価な低炭素鋼を用いてスプラグ８を作製した場合であっても、必要とされる耐摩耗性等を確保し、スプラグ８の摩耗や変形に起因した応答性の低下を防止することができる。

【0025】

本実施形態のばね部材１０は、図５に示すように、軸方向に間隔を空けて配置された一対のばね部１０ａと、この一対のばね部１０ａの周方向他方側の端部同士を連結した連結部１０ｂとを一体に有しており、一本の線材を湾曲変形等させることで形成されたものである。各ばね部１０ａは、螺旋状をなし、いわゆるコイルばねの形態を有している。

【0026】

上記の構成を有するばね部材１０は、一対のばね部１０ａの一方及び他方を保持器９に設けた隔壁９ｃの軸方向一方側及び他方側にそれぞれ配置すると共に、連結部１０ｂを隔壁９ｃの周方向他方側に配置した状態で保持器９のばね収容部９ｂに収容されている。保持器９のスプラグ収容部９ａ及びばね収容部９ｂのそれぞれにスプラグ８及びばね部材１０が収容された状態（図５参照）において、ばね部材１０のばね部１０ａは、その周方向一端部及び他端部のそれぞれをスプラグ８の平坦面８ｃ及び保持器９の周端面９ｅに当接させた状態で弾性的に圧縮変形している。このため、保持器９のスプラグ収容部９ａに収容されたスプラグ８は、ばね収容部９ｂに収容されたばね部材１０（のばね部１０ａ）によって常に周方向一方側に押圧（付勢）されている。

【0027】

また、ばね収容部９ｂにばね部材１０が収容されたとき、一対のばね部１０ａを連結した連結部１０ｂは、凸円弧面に形成された隔壁９ｃの周方向他方側の端面９ｄと当接することにより、周方向他方側に膨出した凸円弧状に弾性変形している。このとき、連結部１０ｂの頂部（径方向中央部）は、ばね部１０ａの周方向他方側の端部が当接した周端面９ｅよりも周方向他方側に位置する。また、上記周端面９ｅは、隔壁９ｃの軸方向端面よりも軸方向外側に設けられている。以上の構成により、一対のばね部１０ａには互いに接近する方向の力が作用し、保持器９の隔壁９ｃが一対のばね部１０ａによって挟持される。この挟持力は、例えば０．５～１．０Ｎの範囲に設定することが可能である。

【0028】

以上の構成を有するクラッチ内蔵プーリ１は、以下のように動作する。

【0029】

エンジン２００の駆動力（回転トルク）がＶリブドベルト１０３を介してクラッチ内蔵プーリ１に伝達されると、プーリ２と一体に一方向クラッチ３の外輪６が回転する。図示例の形態においては、外輪６の回転方向が時計回りであるとき、各スプラグ８の外径側クラッチ面８ａ及び内径側クラッチ面８ｂが外輪６の内周面６ａ及び内輪７の外周面７ａに対してそれぞれ係合する（ロック状態）。これにより、スプラグ８を介して外輪６から内輪７へエンジン２００の回転トルクが伝達され、内輪７に連結されたオルタネータ１０２の回転軸１０２ａが回転する。

【0030】

一方、外輪６が反時計回りに回転した場合や、時計回りに回転する外輪６に対して同方向に回転する内輪７の回転速度が速くなった場合には、各スプラグ８が反時計回りに回転し、外輪６及び内輪７に対する両カム面８ａ，８ｂの係合が解除される。これにより、一方向クラッチ３においては、外輪６が内輪７に対して空転する空転状態となるので、エンジン２００からオルタネータ１０２の回転軸１０２ａへのトルク伝達が遮断されることになる。

【0031】

ところで、図１に示す補機駆動装置１において、オルタネータ１０２の回転軸１０２ａに取り付けられるオルタネータ用プーリとしてのクラッチ内蔵プーリ１は、オルタネータの小型化及び発電能力向上を実現させるために高速回転化することが検討されている。そして、オルタネータ１０２の回転軸１０２ａを高速回転化した場合でも、オルタネータ用プーリとしてのクラッチ内蔵プーリ１に組み込まれる一方向クラッチ３が良好な応答性（作動性）を示すようにするために、本実施形態においては以下の関係式（１）～（３）を満たすようにしている。
Ｂ＜Ｇ ・・・・・・・・・・・・（１）
ＳＧ＜Ｚ ・・・・・・・・・・・（２）
（Ｚ－ＳＧ）＜（ＳＧ－Ｈ） ・・（３）
なお、関係式（１）～（３）を構成する各種パラメータは、図３に示すように、
Ｂ：ばね部材１０の外接円の直径、
Ｇ：外輪６の内径、
ＳＧ：スプラグ８の重心を通る円の直径、
Ｚ：ばね部１０ａの周方向一方側の端部の径方向中央部を通る円の直径、
Ｈ：スプラグ８が外輪６及び内輪７と係合した状態でのスプラグ８と保持器９の接触点を通る円の直径、
とする。

【0032】

そして、上記の関係式（１）を満足すれば、外輪６（の内周面６ａ）とばね部材１０の干渉を防止することができるので、外輪６との干渉によるばね部材１０の姿勢変化、さらにはばね部材１０の姿勢変化に起因するばね部材１０とスプラグ８相互間での力（周方向の力）の伝達精度の低下を防止することができる。また、関係式（２）を満足すれば、ばね部材１０とスプラグ８相互間で周方向の力を精度良く伝達することができる。具体的には、一方向クラッチ３のロック状態においては、ばね部材１０からスプラグ８に対して、スプラグ８を外輪６及び内輪７と係合する係合姿勢に維持するための周方向の押圧力を精度良く付与することができる一方で、一方向クラッチ３がロック状態から空転状態に移行する際には、スプラグ８からばね部材１０に付与される周方向の圧縮力をばね部材１０に精度良く伝達することができる。さらに、関係式（３）を満足すれば、スプラグ８及び保持器９に対するばね部材１０の径方向相対位置を適正に管理することができるので、関係式（２）を満足する場合と同様に、ばね部材１０とスプラグ８相互間で周方向の力を精度良く伝達することができる。

【0033】

また、前述したように、保持器９のばね収容部９ｂに収容したばね部材１０に設けた一対のばね部１０ａで保持器９に設けた隔壁９ｃを挟持するようにしたので、保持器９のばね収容部９ｂに収容した（保持器９に取り付けた）ばね部材１０の意図せぬ姿勢変化等を可及的に防止することができる。この点からも、スプラグ８とばね部材１０相互間での周方向の力の伝達精度を高めることができる。

【0034】

以上の作用効果が相俟って、本発明によれば、高い応答性を有し、ロック状態と空転状態の切り替えをスムーズに行い得る一方向クラッチ３を実現することができる。

【0035】

以上、本発明の実施形態に係る一方向クラッチ３について説明を行ったが、本発明の実施形態に係る一方向クラッチ３は、図１に示したベルト式補機駆動装置１００以外の各種駆動装置に適用することができる。また、本発明は以上で説明した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0036】

１ クラッチ内蔵プーリ
３ 一方向クラッチ
４ クラッチ部
６ 外輪
７ 内輪
８ スプラグ
８ａ 外径側カム面
８ｂ 内径側カム面
８ｃ 平坦面
９ 保持器
９ａ スプラグ収容部
９ｂ ばね収容部
９ｃ 隔壁
１０ ばね部材
１０ａ ばね部
１０ｂ 連結部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】