JP2001165200A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】一方向クラッチにおいて、状態切り換え動作の
安定化と耐摩耗性を両立できるようにすること。 【解決手段】径方向内外に同心状に配設された２つの環
体１１，１２を同期回転させるロック状態と相対回転さ
せるフリー状態とに切り換える一方向クラッチ１０であ
って、ころ１３の動作部位にＤＬＣ膜２０が形成され、
このＤＬＣ膜において、少なくとも、ころ１３の動作領
域の表面粗さが、ロック、フリー動作させるのに十分な
摩擦抵抗を付与するため、十点平均粗さ〔Ｒｚ〕で１〜
１０μｍの範囲に仕上げられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一方向クラッチに
関する。この一方向クラッチは、例えば種々な機器の送
り機構、あるいは自動車のオルターネータ、エアコンデ
ィショナ用コンプレッサ、ウォーターポンプ、冷却ファ
ンなどの補機のプーリに用いられる。

【０００２】

【従来の技術】一方向クラッチは、径方向内外に同心状
に配設される外輪と内輪とを同期回転させるロック状態
と、相対回転させるフリー状態とに切り換えるものであ
る。

【０００３】このような一方向クラッチにおいて、例え
ば、ころを用いるタイプの場合、内・外輪間の径方向対
向空間の円周数カ所にくさび状空間が設けられ、このく
さび状空間にころが配置される。

【０００４】このくさび状空間は、径方向外側に配設さ
れる外輪の円筒形の内周面と、例えば内輪の外周面の円
周数カ所に設けられる径方向内向きに凹む凹曲面からな
るカム面とで形成されることで、周方向一方に向けて径
方向隙間が狭くなり、周方向他方に向けて径方向隙間が
広くなる空間である。

【０００５】このようなくさび状空間内において、ころ
がその径方向隙間の狭い空間側（ロック側）へ転動し外
輪の内周面と内輪のカム面とにかみ込むことで前記両輪
が同期回転して前記ロック状態となり、また、ころがそ
の径方向隙間の広い空間側（フリー側）へ転動し空転す
ることで外輪と内輪とが相対回転する前記フリー状態と
なるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記ロック
状態とするときのころのカム面上における転動位置（ロ
ック動作部位）はほぼ一定しており、したがって、ころ
によるカム面のロック動作部位における摩耗がより進行
してロック状態の不具合が比較的早期に発生する傾向と
なり、これが一方向クラッチの寿命に直接、影響するも
のとなる。

【０００７】そこで、本願出願人は、このようなカム面
上の動作部位における摩耗の進行を抑制するため、摩擦
係数が小さいダイヤモンドライクカーボン膜（以下、Ｄ
ｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ膜：以下、ＤＬ
Ｃ膜という）をカム面に形成することを考えた。

【０００８】ところで、ＤＬＣ膜は、それ自体が摩擦係
数の小さい特性を有していて、潤滑性に優れているの
で、カム面の摩耗を抑制できるが、ころがカム面にかみ
込みにくくなったり、かみ込んでロックしたときもフリ
ー側に外れやすいなど、ロック、フリー動作が不安定に
なる場合のあることが判明した。

【０００９】したがって、本発明は、一方向クラッチに
おいて、ロックとフリーとに状態を切り換えるころなど
の状態切り換え要素の動作部位にＤＬＣ膜を形成して動
作部位の耐摩耗性を向上させる一方で、その動作部位に
対してころをかみ込みやすくするなどしてロック、フリ
ー動作の安定化と耐摩耗性を両立できるようにすること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）本発明第１の一方
向クラッチは、径方向内外に同心状に配設された２つの
環体を同期回転させるロック状態と相対回転させるフリ
ー状態とに切り換えるものであって、前記状態の切り換
え要素の動作部位にＤＬＣ膜が形成され、前記ＤＬＣ膜
において、少なくとも、前記切り換え要素の動作領域の
表面粗さが、ロック、フリー動作させるのに十分な摩擦
抵抗を付与する状態に設定されているものである。

【００１１】本発明第１によると、例えば、切り換え要
素がころであり、その動作部位がカム面である場合、ロ
ック状態とするときのころのカム面上における動作領域
はほぼ一定していても、ＤＬＣ膜それ自体の表面硬度に
より動作領域における摩耗が抑制される。そしてまた、
ＤＬＣ膜において、切り換え要素の動作領域の表面粗さ
が、ロック、フリー動作させるのに十分な摩擦抵抗を付
与する状態に設定されているので、ころがカム面にかみ
込んでロックすると同時にロック状態からではフリー側
に外れにくくなってロック動作が安定化し、また、ロッ
ク状態からフリー状態への切り換えもスムーズになるか
ら、結局、ロック、フリーの動作が安定化し、これによ
ってその動作領域での耐摩耗性の向上とロック、フリー
動作の安定化とが両立できる。

【００１２】本発明第１の好ましい実施態様として、前
記ＤＬＣ膜において、前記切り換え要素の動作領域の表
面粗さが、十点平均粗さ〔Ｒｚ〕で１〜１０μｍの範囲
に仕上げられているＤＬＣ膜の表面粗さが、十点平均粗
さ〔Ｒｚ〕で１μｍ以下であれば、粗さが細かすぎてこ
ろがカム面にかみ込みにくくなってロック動作が不安定
化し、また、十点平均粗さ〔Ｒｚ〕で１０μｍ以上であ
れば、粗さが大きくなりすぎて、ころがカム面にかみ込
みやすくロック動作が安定化するが、フリー側へころが
外れにくくなりフリー動作が不安定化する。

【００１３】（２）本発明第２の一方向クラッチは、径
方向内外に同心状に配設された２つの環体を同期回転さ
せるロック状態と相対回転させるフリー状態とに切り換
えるものであって、前記状態の切り換え要素の動作部位
にＤＬＣ膜が形成され、前記ＤＬＣ膜の少なくとも表面
に、前記切り換え要素をロック、フリー動作させるのに
十分な摩擦抵抗を付与する潤滑剤が存在させられている
ものである。

【００１４】本発明第２によると、例えば、切り換え要
素がころであり、その動作部位がカム面である場合、Ｄ
ＬＣ膜それ自体の表面硬度により動作領域における摩耗
が抑制される。そしてまた、ＤＬＣ膜の少なくとも表面
に、前記切り換え要素をロック、フリー動作させるのに
十分な摩擦抵抗を付与する潤滑剤が存在させられている
ので、潤滑剤の摩擦抵抗によりころがカム面にかみ込み
やすくなってロック動作が安定化し、また、ロックした
ときもフリー側に外れるから、ロック、フリーの動作が
安定化し、これによってその動作領域での耐摩耗性の向
上とロック、フリー動作の安定化とが両立できる。

【００１５】本発明第２の一方向クラッチの好ましい実
施態様として前記潤滑剤が、シリコン系グリースであ
る。この実施形態によると、ロックしたとき、ころとカ
ム面とが十分に接触するため、ロック動作を安定化する
効果がある。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明を図面に示す実施形態に基
づいて詳細に説明する。

【００１７】図１ないし図４に本発明の一実施形態を示
している。図１は、一方向クラッチの縦断正面図、図２
は、保持器とこれに収容されたころを示す展開平面図、
図３は、一方向クラッチの正面図、図４は、図１の要部
を拡大して示す図である。

【００１８】図中、１０は一方向クラッチの全体を示し
ている。この一方向クラッチ１０は、外輪１１と、内輪
１２と、複数のころ１３と、保持器１４と、複数のコイ
ルバネ１５とを備えている。

【００１９】外輪１１と内輪１２は、径方向内外に同心
状に配設される一対の環体を構成する。このうち、内輪
１２の外周面の円周数カ所には、外輪１１との間で対向
間隔を周方向一方へ向けて狭くするくさび状空間を形成
するためのカム面１２ａが設けられている。このカム面
１２ａは、平坦な平面状に形成されており、それによっ
て内輪１２の外形があたかも多角形のようになってい
る。

【００２０】複数のころ１３は、前述のカム面１２ａと
外輪１１内周面との間に形成されるくさび状空間におい
て周方向に転動可能に配設されるものである。

【００２１】保持器１４は、内輪１２の外周面において
周方向で部分的に残存する円筒部分に対して外嵌され、
内輪１２の各カム面１２ａに対応する領域に径方向内外
に貫通したポケット１４ａを備え、この各ポケット１４
ａそれぞれにころ１３が個別に収納されている。この保
持器１４は、その軸方向一端に設けられる凸部１４ｂが
内輪１２に設けられるスリット状の凹部１２ｂに対して
嵌合されることによって内輪１２に固定されている。

【００２２】複数のコイルバネ１５は、上記保持器１４
の各ポケット１４ａ内にころ１３と周方向で隣り合う状
態に圧縮状態で収納配設されている。これらの各コイル
バネ１５は、その伸張復元力により各ころ１３をくさび
状空間の狭い側へ押圧するようになっている。特に、こ
の実施形態では、前述のコイルバネ１５として、ころ１
３のスキューを回避させるために、端面から見て楕円形
のものを用いることにより、ころ１３の軸方向で可及的
に広い領域に当てるようにしている。

【００２３】なお、ここで、上記一方向クラッチ１０の
動作を説明する。

【００２４】まず、外輪１１を一方向のみに回転駆動さ
せて内輪１２を従動させる形態で使用する場合には、外
輪１１の回転速度を上昇させるとき、ころ１３がくさび
状空間の狭い側へ転動させられて外輪１１と内輪１２と
の間にかみ込むので、内輪１２が外輪１１と一体化して
同期回転することになる。この状態がロック状態であ
る。

【００２５】但し、外輪１１の回転速度が下がるなどし
て内輪１２の回転速度が外輪１１よりも速くなると、こ
ろ１３がコイルバネ１４のばね力に抗してくさび状空間
の広い側へ転動させられて自転するようになるので、外
輪１１と内輪１２とが相対回転することになる。この状
態がフリー状態である。

【００２６】そして、外輪１１を両方向に任意に回転さ
せる形態で使用する場合には、外輪１１が図１の時計方
向に回転すると、上述したようなロック状態になって、
内輪１２が外輪１１と同一方向に同期回転することにな
るが、外輪１１が図１の反時計方向に回転すると、上述
したようなフリー状態になって、外輪１１から内輪１２
に対して回転動力が伝達されなくなり、外輪１１のみが
回転し、内輪１２が非回転となる。

【００２７】次に、実施形態においては、ころ１３の動
作部位であるカム面１２ａに、（ａ）例えば、化学蒸着
（ＣＶＤ）法、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム法など
により、ＤＬーボン（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａ
ｒｂｏｎ：略称はＤＬＣ）膜２０を形成し、かつ、
（ｂ）ＤＬＣ膜２０の表面粗さが、ころ１３をロック、
フリー動作させるのに十分な摩擦抵抗を付与する状態に
設定したことに特徴を有している。

【００２８】（ａ）ＤＬＣ膜２０の形成について：例え
ば、ＣＶＤ法でＤＬＣ膜２０を形成する場合、例えばＣ
Ｈ₄などの炭素源またはこれに水素などを混合した混合
ガスに、必要に応じて、キャリアガスとして適量の不活
性ガスを加え、これを１〜１０Ｔｏｒｒ程度で、２００
〜１１００℃程度に加熱された対象部品に対して流通す
る。これにより、対象部品に炭素が付着されてＤＬＣ膜
２０が生成されることになる。このとき、ＤＬＣ膜２０
の膜厚は、例えば０．１〜１μｍ程度に管理され、ま
た、その表面硬度は、Ｈｖ（ビッカース硬さ試験）で２
０００以上に管理される。

【００２９】このようなＤＬＣ膜２０は、金属材である
カム面１２ａに含まれる炭素に対してＤＬＣ膜２０の炭
素が結合してＤＬＣ膜２０のカム面１２ａの金属材に対
する密着性が高くなる。そして、ＤＬＣ膜２０を構成す
る炭素原子相互の結合力が強いので、ＤＬＣ膜２０その
ものの摩耗や損傷が発生しにくくなる。また、ＤＬＣ膜
２０を上述したレベルに硬質にして表面を平滑にして、
ころ１３の転がり抵抗が軽減されて転動動作が円滑にな
り、ＤＬＣ膜２０が摩耗しにくくなる。

【００３０】（ｂ）ＤＬＣ膜２０の表面粗さの設定につ
いて：実施形態ではＤＬＣ膜２０において、前記設定の
ために、ころ１３の動作領域の表面粗さが、十点平均粗
さ〔Ｒｚ〕で１〜１０μｍの範囲に仕上げられている。
実験で確かめたところ、この範囲は、ＤＬＣ膜２０の表
面粗さが、十点平均粗さ〔Ｒｚ〕で１μｍ以下であれ
ば、粗さが細かすぎてころ１３がカム面１２ａにかみ込
みにくくなってロック動作が不安定化になる場合があ
り、また、十点平均粗さ〔Ｒｚ〕で１０μｍ以上であれ
ば、粗さが大きくなりすぎて、ころ１３がカム面１２ａ
にかみ込みやすくロック動作が安定化するが、フリー側
へころ１３が外れにくくなりフリー動作が不安定化にな
る場合があった。

【００３１】ＤＬＣ膜の形成する母材（カム面）の粗さ
がで調整して設定する。また、表面粗さは通常、Ｒｚで
１〜６μｍ程度である。

【００３２】なお、本発明は上記実施形態のみに限定さ
れるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。

【００３３】（１）上記実施形態においては、内輪１２
のカム面１２ａにＤＬＣ膜２０を形成し、その表面粗さ
を上述のように設定したが、これに限定されるものでは
なく、例えば、ＤＬＣ膜２０の表面に、ころ１３をロッ
ク、フリー動作させるのに十分な摩擦抵抗を付与する潤
滑剤が存在させられているものとしてもよい。

【００３４】こうすると、ＤＬＣ膜２０それ自体の表面
硬度により動作領域における摩耗が抑制されるととも
に、上記潤滑剤の摩擦抵抗によりころ１３がカム面１２
ａにかみ込みやすくなってロック動作が安定化し、ま
た、ロックしたときもフリー側に外れるから、ロック、
フリーの動作が安定化し、これによってその動作領域で
の耐摩耗性の向上とロック、フリー動作の安定化とが両
立できるものとなる。

【００３５】この場合の好ましい潤滑剤としては使用雰
囲気温度（約１００〜２００℃）での動粘度が通常の鉱
油系グリースに比べて高いものがよく、例えば１００℃
の動粘度が７．０ｃＳｔ以下の基油をシリコン系オイル
としたシリコン系グリースが挙げられる。

【００３６】（２）上記実施形態においては、ころ１３
をスプラグなどとすることができ、また、コイルバネ１
４を板ばねや弾性片などとすることができる。これらこ
ろ１３やスプラグは、この一方向クラッチ１０をロック
とフリーとの２つの状態に切り換える切り換え要素を構
成する。

【００３７】また、ころ１３などの切り換え要素の動作
部位は、実施形態の場合、カム面１２ａとなるが、これ
に限定されない。

【００３８】（３）上記実施形態においては、一方向ク
ラッチ１０のカム面１２ａを内輪１２側に形成した例を
挙げているが、外輪１１側に設けたものにも本発明を適
用できる。但し、上記実施形態のように内輪１２にカム
面１２ａを設けた構造は、高速回転域でも遠心力によっ
てころ１３がロック位置から不必要に外れるのを防止で
きるなど、高速回転での使用に適している。

【００３９】（４）上記実施形態においては、例えば自
動車などのエンジンに装着される各種の補機のプーリに
内蔵することができる。具体的に、上記一方向クラッチ
１０を自動車の補機としてのオルタネータのプーリに組
み込んだ例を、図５に示す。図５は、一方向クラッチを
内蔵したプーリユニットの縦断側面図である。

【００４０】図中、Ａはプーリユニットの全体を示して
おり、１はプーリ、２は回転軸、３，３は転がり軸受で
ある。プーリ１は、その外周面に駆動ベルトＢが巻き掛
けられるベルト溝１ａが設けられている。回転軸２は、
オルタネータの入力軸となるものである。転がり軸受
３，３は、プーリ１と回転軸２との対向環状空間の軸方
向両側に配設されて主としてラジアル荷重を負担するも
ので、いずれも一般的な深溝玉軸受とされる。

【００４１】図示例のプーリユニットＡでは、２つの転
がり軸受３，３の内・外輪間の軸方向外端側にのみシー
ル部材５が装着されており、この２つのシール部材５に
より、一方向クラッチ１０と転がり軸受３，３を密封
し、これら一方向クラッチ１０と２つの転がり軸受３，
３とに対して、共通の潤滑剤をそれぞれ使用させるよう
になっている。

【００４２】図示例のプーリユニットＡでは、プーリ１
と回転軸２との対向環状空間に一方向クラッチ１０を配
設している。この例では、プーリ１に一方向クラッチ１
０の外輪１１が、また、回転軸２に一方向クラッチ１０
の内輪１２がそれぞれ圧入により嵌合されている。

【００４３】このようなプーリユニットＡでは、プーリ
１を一方向のみに回転させ、その回転速度を任意に変化
させるような形態で使用される。その動作としては、上
述した一方向クラッチ１０の動作説明と同様である。

【００４４】つまり、ベルトＢによりプーリ１が所要方
向に回転されると、その回転上昇に伴い一方向クラッチ
１０がロック状態になってプーリ１から内輪１２および
回転軸２に対して回転動力をほぼ１：１の割合で伝達す
るようになる。

【００４５】但し、仮に、プーリ１の回転上昇過程で、
プーリ１の回転速度が一時的に低下すると、内輪１２お
よび回転軸２の回転速度が回転慣性力によりプーリ１の
回転速度よりも一瞬速くなるので、一方向クラッチ１０
がフリー状態となってプーリ１から回転軸２に対する回
転動力の伝達が遮断されるようになる。

【００４６】この後、再びプーリ１の回転速度が回転軸
２よりも速くなると、一方向クラッチ１０が再びロック
状態となるので、プーリ１から回転軸２に対して回転動
力が伝達されることになる。

【００４７】このように、プーリ１の回転速度が高低変
動（脈動）するようなことがあっても、一方向クラッチ
１０がロック状態とフリー状態に適宜切り換わって、プ
ーリ１の回転速度の脈動を整流化して、回転軸２にリニ
アに伝達させるようになっている。また、プーリ１の回
転速度を減速するときにも、一方向クラッチ１０がフリ
ー状態になって回転軸２を自身の回転慣性力でもって高
速回転させることができるので、オルタネータの発電効
率を高めることができる。

【００４８】このようなプーリユニットＡに内蔵されて
いる一方向クラッチ１０は実施形態のものが使用されて
いてその寿命が長くなっており、したがって、プーリユ
ニットＡとしての性能に寄与することができる。

【００４９】

【発明の効果】本発明第１および第２によると、ロック
とフリーとに状態を切り換えるころなどの状態切り換え
要素の動作部位にＤＬＣ膜を形成して動作部位の耐摩耗
性を向上させる一方で、その動作部位に対してころをか
み込みやすくしなどしてロック、フリー動作の安定化と
耐摩耗性を両立できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の一方向クラッチの縦断正
面図

【図２】図１の一方向クラッチの一部を示す平面展開図

【図３】図１の一方向クラッチの正面図

【図４】図１の要部を拡大して示す図

【図５】実施形態の一方向クラッチを内蔵したプーリユ
ニットの縦断側面図

【符号の説明】

１０ 一方向クラッチ １１ 外輪 １２ 内輪 １２ａ カム面 １３ ころ １４ 保持器 １４ａ ポケット １５ コイルバネ ２０ ＤＬＣ膜

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】径方向内外に同心状に配設された２つの環
   体を同期回転させるロック状態と相対回転させるフリー
   状態とに切り換える一方向クラッチであって、 前記状態の切り換え要素の動作部位にダイヤモンドライ
   クカーボン膜が形成され、 前記ダイヤモンドライクカーボン膜において、少なくと
   も、前記切り換え要素の動作領域の表面粗さが、ロッ
   ク、フリー動作させるのに十分な摩擦抵抗を付与する状
   態に設定されている、ことを特徴とする一方向クラッ
   チ。
2. 【請求項２】請求項１の一方向クラッチにおいて、 前記ダイヤモンドライクカーボン膜において、前記切り
   換え要素の動作領域の表面粗さが、十点平均粗さ〔Ｒ
   ｚ〕で１〜１０μｍの範囲に仕上げられている、ことを
   特徴とする一方向クラッチ。
3. 【請求項３】径方向内外に同心状に配設された２つの環
   体を同期回転させるロック状態と相対回転させるフリー
   状態とに切り換える一方向クラッチであって、 前記状態の切り換え要素の動作部位にダイヤモンドライ
   クカーボン膜が形成され、 前記ダイヤモンドライクカーボン膜の少なくとも表面
   に、前記切り換え要素をロック、フリー動作させるのに
   十分な摩擦抵抗を付与する潤滑剤が存在させられてい
   る、ことを特徴とする一方向クラッチ。
4. 【請求項４】請求項３の一方向クラッチにおいて、 前記潤滑剤が、シリコン系グリースであることを特徴と
   する一方向クラッチ。
5. 【請求項５】請求項１ないし４いずれかの一方向クラッ
   チにおいて、 前記切り換え要素が、前記両環体間に形成されるくさび
   状空間に転動可能に配設されるころとされる、ことを特
   徴とする一方向クラッチ。