JP2003139166A

JP2003139166A - 一方向クラッチの内輪の製造方法

Info

Publication number: JP2003139166A
Application number: JP2001336061A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Ichihara; 隆弘市原; Hideki Fujiwara; 英樹藤原
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2001-11-01
Filing date: 2001-11-01
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】製造コストを低減し、部品点数を減少し、一
方向クラッチのための寸法の確保が可能であり、寿命を
向上させることができる一方向クラッチの内輪の製造方
法を提供する。【解決手段】冷間鍛造によって外径および内径を加工
する工程と、冷間鍛造工程後に旋削によって外径に軸受
の軌道面を加工する工程と、旋削工程の後に熱処理を行
う工程とを含んでいる。一方向クラッチの内輪と軸受の
内輪とを一体として製造する。熱処理工程は、浸炭処理
または浸炭焼入れ処理を施す第１工程と、焼入れ処理を
施して浸炭層に微細球状炭化物を析出させる第２工程
と、表面部の炭素濃度が上記第１工程で得られた表面部
の炭素濃度よりも高濃度になるように高濃度浸炭焼入れ
処理を施す第３工程とよりなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、内燃機
関の始動時および内燃機関による補機駆動時の回転力を
ベルトによって伝達するベルト伝動システムにおいて、
ベルト駆動スタータ用プーリユニットに使用される一方
向クラッチの内輪の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一方向クラッチとしては、図６に
示すように、円筒形の外輪(61)と、多角形状に形成され
てこの部分がカム面(63)とされた内輪(62)と、カム面(6
3)と外輪(61)の内周面とで形成された楔状空間(64)に配
置されたころ(65)と、ころ(65)を保持する環状の保持器
(66)と、ころ(65)を楔状空間(64)の狭い側（ロック側）
へ付勢するコイルばね(67)とを備えているものが知られ
ている。コイルばね(67)は、楔状空間(64)方向に突出す
るように保持器(66)に設けられた突起(68)に装着されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の一方向クラ
ッチをベルトを介して始動トルクをクランク軸に伝達す
るスタータモータの一方向クラッチとして適用した場
合、空転状態が極めて長時間行われることから、噛み込
み部材と内輪との接触によって内輪の外周面が摩耗し、
耐久性が低下するという問題がある。

【０００４】また、この一方向クラッチは、軸とこれの
周囲に同心状に配されたプーリとの間に設けられること
が好ましいが、軸と一方向クラッチの内輪とが別体の場
合、部品点数が多くなるとともに、軸とプーリとの間に
一方向クラッチを配置するための寸法が確保されないと
いう問題がある。

【０００５】軸と一方向クラッチの内輪とを一体として
製造するに際しては、例えば、削り出し加工を行うこと
が考えられるが、この場合には、製造コストが高くつく
という問題が生じる。

【０００６】この発明の目的は、製造コストを低減する
ことができる一方向クラッチの内輪を製造する方法を提
供することにある。

【０００７】この発明の他の目的は、部品点数を減少す
るとともに、一方向クラッチのための寸法の確保が可能
である一方向クラッチの内輪を製造する方法を提供する
ことにある。

【０００８】この発明のさらに他の目的は、寿命を向上
させることができる一方向クラッチの内輪を製造する方
法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による一方向クラッチの内輪の製造方法は、内輪、外
輪、これらの間に配された噛み込み部材および噛み込み
部材を噛み込み方向に付勢する付勢部材を備え、外輪に
カム面が設けられ、遠心力が作用した際に噛み込み部材
と内輪とが非接触となる一方向クラッチで使用される内
輪を製造する方法であって、冷間鍛造によって外径およ
び内径を加工する工程を含んでいることを特徴とするも
のである。

【００１０】一方向クラッチとしては、噛み込み部材と
してのスプラグおよびこれを付勢するばねを作動部材と
して備えているスプラグ式のものであってもよく、ま
た、噛み込み部材としてのころおよびこれを付勢するば
ねを作動部材として備えているころ式のものであっても
よい。

【００１１】一方向クラッチは、好ましくは、外輪とし
てのプーリの内周面に設けられたカム面と、カム面と内
輪としての軸の外周面とによって形成された楔状空間内
に配置され、軸とプーリとが一の方向（ロック方向）に
相対回転することにより軸とプーリとの間に噛み込み、
他の方向（フリー方向）に相対回転したとき噛み込みを
解除する複数の噛み込み部材としてのころと、ころを噛
み込み方向（楔状空間の狭い側）に付勢する付勢部材と
してのコイルばねとを備えた構成（外輪カム式）とされ
る。

【００１２】この発明の一方向クラッチの内輪の製造方
法によると、内輪を削り出しでなく冷間鍛造によって加
工するので、一方向クラッチの製造コストを削減するこ
とができる。

【００１３】冷間鍛造工程後に旋削によって外径に軸受
の軌道面を加工する工程をさらに含み、一方向クラッチ
の内輪と軸受の内輪とを一体として製造することが好ま
しい。

【００１４】この旋削工程においては、軸受の軌道面の
ほかに、シール部材を嵌め入れるシール溝も加工され
る。軸受は、一方向クラッチを挟んで設けられ、一方が
転動体をころとしたころ軸受、他方が転動体を玉とした
玉軸受とされる。そして、軸の各部分の外径は、ころ軸
受の内輪軌道部外径＝一方向クラッチの内輪外径＝玉軸
受の内輪軌道肩部外径とされていることが好ましい。

【００１５】このようにすると、部品点数が減少すると
ともに、内輪の外径が抑えられることによって一方向ク
ラッチのための寸法の確保が容易となる。

【００１６】旋削工程の後に熱処理を行う工程をさらに
含み、熱処理工程は、浸炭処理または浸炭焼入れ処理を
施す第１工程と、焼入れ処理を施して浸炭層に微細球状
炭化物を析出させる第２工程と、表面部の炭素濃度が上
記第１工程で得られた表面部の炭素濃度よりも高濃度に
なるように高濃度浸炭焼入れ処理を施す第３工程とより
なることが好ましい。

【００１７】これによって、内輪の硬さ不足が解消さ
れ、内輪の外周面の摩耗が少なくなり、耐久性が向上す
る。

【００１８】一方向クラッチの内輪は、浸炭処理を含む
熱処理が施された結果、浸炭層マトリックス中に分散析
出している球状炭化物間の間隔が、好ましくは、最近接
粒子間距離で１５μｍ以下（より好ましくは１０μｍ以
下）となされる。

【００１９】球状炭化物間の間隔を、最近接粒子間距離
で１５μｍ以下にすることにより、汚れ油中および清浄
油中における転がり寿命が長くなる。

【００２０】球状炭化物間の間隔を、最近接粒子間距離
で１５μｍ以下にするための因子は、これを形成するの
に用いられる鋼材の合金組成や、浸炭処理を含む熱処理
条件にあると考えられるが、これらの合金組成や熱処理
条件が球状炭化物間の間隔にどの様な影響を与えるの
か、明確には分かっていない。

【００２１】鋼材としては、たとえばJIS ＳＵＪ２、JI
S ＳＣｒ４２０、ＳＡＥ５１２０等の公知の鋼や、Ｃ
０．１５〜０．４５重量％、Ｃｒ１．２〜１．６重量
％、Ｓｉ０．３５〜０．５５重量％およびＭｎ０．３５
〜０．６５重量％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物
からなる鋼が用いられる。

【００２２】また、熱処理工程において、上記第３工程
における加熱温度は、上記第２工程の加熱温度以下であ
ることが好ましい。上記第３工程の加熱温度が上記第２
工程の加熱温度よりも高くなると、第２工程において析
出した炭化物の一部がマトリックス中に溶解するおそれ
があるからである。このような方法をより具体的に説明
すると、次の通りである。すなわち、Ｃ_３Ｈ_８を含む浸
炭雰囲気中において９３０〜９５０℃の温度で３〜５時
間加熱した後、油冷する第１工程と、８００〜８４０℃
の温度で０．５〜０．８時間加熱した後、油冷する第２
工程と、Ｃ_３Ｈ _８を含む浸炭雰囲気中において７９０〜
８４０℃の温度でかつ第２工程の加熱温度以下の温度で
３〜５時間加熱した後、油冷する第３工程とよりなる方
法である。上記第３工程において、Ｃ_３Ｈ_８を含む浸炭
雰囲気中において７９０〜８２０℃の温度でかつ第２工
程の加熱温度以下の温度で３〜５時間加熱した後、温度
を上げて８３０〜８４０℃の温度で０．５〜０．８時間
加熱し、その後油冷することが好ましい。この場合、炭
化物の粗大化を伴わずに、炭化物量を増加させることが
可能になる。

【００２３】内輪の表面硬さは、ロックウェルＣ硬さ
（以下、ＨＲＣと称する）で５８〜６７となされている
ことが好ましい。表面硬さがＨＲＣ５８未満であると表
面硬さが十分ではなく、この内輪を用いた一方向クラッ
チを異物が混入した汚れ油中で使用した場合に、内輪の
表面に剥離起点となる異物による圧痕等の傷が付き易く
なるとともに耐摩耗性が低下して軸受の寿命が短くなる
からであり、ＨＲＣ６７を越えると靭性が低下するから
である。

【００２４】さらに、内輪は、球状炭化物の平均粒径が
５μｍ以下となされていることが好ましい。球状炭化物
の平均粒径が５μｍを越えると、粒径が５μｍを越える
球状炭化物が全体の８０％程度となり、その結果粒径が
５μｍを越えた球状炭化物に応力が集中し、この部分か
ら破壊が生じるおそれがある。したがって、球状炭化物
の平均粒径は５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下とすべ
きである。また、球状炭化物中の粒径５μｍ以下のもの
の量が７０％未満であると粒径が５μｍを越えた球状炭
化物が全体の３０％以上となり、場合によっては最大粒
径が１０μｍとなり、その結果粒径が５μｍを越えた球
状炭化物に応力が集中し、この部分から破壊が生じるお
それがある。したがって、球状炭化物中の粒径５μｍ以
下のものの量は球状炭化物全体の７０％以上とするのが
よい。

【００２５】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下図
面を参照して説明する。

【００２６】図１は、この発明による一方向クラッチの
内輪の製造方法で製造される内輪が好適に使用される一
方向クラッチ付きプーリユニットを示している。この一
方向クラッチ付きプーリユニット(1)は、エンジンの駆
動部とスタータモータの回転軸とを連結する部分に配置
されるもので、スタータモータの回転軸(2)に嵌められ
中空軸(3)とこれと同心に配置されたプーリ(4)との間
に、一方向クラッチ(5)が設けられている。プーリ(4)の
外周には、Ｖリブドベルト(B)が掛け渡されるベルト掛
け渡し部(4a)が設けられている。

【００２７】一方向クラッチ(5)は、中空軸(3)とプーリ
(4)の軸方向中間部との間に設けられており、中空軸(3)
とプーリ(4)の各端部寄り部分との間には、ころ軸受(6)
および玉軸受(7)が一方向クラッチ(5)を挟んで設けられ
ている。そして、プーリ(4)と一方向クラッチの外輪と
軸受の外輪とが一体とされるとともに、中空軸(3)と一
方向クラッチの内輪と軸受の内輪とが一体とされてい
る。

【００２８】ころ軸受(6)および玉軸受(7)のさらに軸方
向外側には、シール部材(8)(9)がそれぞれ配置されてお
り、プーリユニットの自由端側（図の左側）には、プー
リユニット内部に泥水等の侵入を防止するために、さら
に別のシール部材(10)が配置されている。

【００２９】一方向クラッチ(5)は、図２に示すよう
に、プーリ(4)の内周面に設けられたカム面(11)と、カ
ム面(11)と中空軸(3)の外周面とによって形成された楔
状空間(12)内に配置され、中空軸(3)とプーリ(4)とが一
の方向（ロック方向）に相対回転することにより中空軸
(3)とプーリ(4)との間に噛み込み、他の方向（フリー方
向）に相対回転したとき噛み込みを解除する複数の噛み
込み部材としてのころ(13)と、ころ(13)を噛み込み方向
（楔状空間(12)の狭い側）に付勢する付勢部材としての
楕円形のコイルばね(14)と、ころ(13)を楔状空間(12)内
に位置させる保持器(15)とを備えている。

【００３０】カム面(11)は、軸心を挟んで対向する平行
２面(11a)(11b)(11c)(11d)が周方向に複数組（この実施
形態では４組）設けられることによって構成されてい
る。平行２面(11a)(11b)(11c)(11d)の各面は、ころ(13)
の中心および軸心を通る法線(19)に対して直角ではな
く、図２の一部を拡大した図３にθで示す角は、直角よ
りも若干小さい鋭角とされている。こうして、プーリ
(4)にカム面(11)が設けられることにより、プーリ(4)に
は、一方向クラッチ(5)の外輪としての機能が付与さ
れ、プーリ(4)と一方向クラッチ(5)の外輪との一体化が
果たされている。これにより、プーリ(4)の外径を抑え
ながら、ころ(13)のＰ．Ｃ．Ｄを大きくすることがで
き、ころ(13)に働く遠心力が大きいものとなっている。

【００３１】平行２面(11a)(11b)(11c)(11d)の楔状空間
(12)の広い側の端部には、横断面が円弧状で遠心力を受
けたころ(13)を停止させる凹面部(16)が設けられてい
る。凹面部(16)は、ころ(13)の外周面の半径とほぼ同じ
半径の円弧状とされている。

【００３２】図１に示すように、プーリ(4)の内径は段
付状とされており、プーリ(4)が有しているころ軸受の
外輪、一方向クラッチの外輪および玉軸受の外輪の各機
能に対応する寸法に関して、ころ軸受の外輪軌道部内径
をＤ１、一方向クラッチの外輪の最小内径（この実施形
態では、外輪カム面(11)の平行２面間距離）をＤ２、玉
軸受の外輪軌道肩部内径をＤ３として、Ｄ１＞Ｄ２≧Ｄ
３とされている。

【００３３】中空軸(3)の外径に関しては、溝を除いて
一定とされており、ころ軸受(6)の内輪軌道部外径＝一
方向クラッチ(5)の内輪外径＝玉軸受(7)の外輪軌道肩部
外径となっている。

【００３４】また、ベルト掛け渡し部(4a)におけるプー
リ外周の最内径部と噛み込み開始位置におけるころ(13)
の中心部との径方向距離Ｔ１が、噛み込み開始位置にお
けるころ(13)の中心部と中空軸(3)内周の最小内径部と
の径方向距離Ｔ２よりも小さくされている。すなわち、
プーリ(3)および中空軸(3)の実質的な厚みを比較する
と、プーリ(3)の厚みが薄くなされている。これによ
り、プーリ(4)の外径を抑えながら、ころ(13)のＰ．
Ｃ．Ｄを大きくすることができ、ころ(13)に働く遠心力
がより大きくなっている。

【００３５】保持器(15)は、合成樹脂製で、カム面(11)
にほぼ沿った外周形状と中空軸(3)外周面に沿った内周
形状を有しており、カム面(11)内に圧入されている。保
持器(15)と中空軸(3)の外周との間には若干の間隙が設
けられている。保持器(15)には、コイルばね(14)を位置
決めするばね受け凹所(17)が設けられている。

【００３６】このばね受け凹所(17)は、カム面(11)の凹
面部(16)に連なってプーリ(4)の内周に設けられた位置
決め面(18)とによってコイルばね(14)の中心軸方向を一
定に保っている。この位置決め面(18)は、カム面(11)と
同様に、軸心を挟んで対向して平行に形成された２面が
周方向に４組設けられることによって構成されている。
コイルばね(14)は、保持器(15)内に収められることによ
って、その径方向内方への移動に対する位置決めがなさ
れ、プーリ(4)の位置決め面(18)によって、その径方向
外方への移動に対する位置決めがなされている。これら
の位置決めによって、コイルばね(14)の中心軸は、図３
に示すように、ころ(13)の中心軸と直交し、カム面(11)
の平行２面(11a)(11b)(11c)(11d)と平行に保たれてい
る。

【００３７】図２および図３は、ころ(13)およびコイル
ばね(14)に遠心力が働いていない状態を示しており、こ
の状態で中空軸(3)が反時計方向に回転させられると、
ころ(13)が中空軸(3)とプーリ(4)との間に噛み込み、中
空軸(3)とプーリ(4)とは、一体となって回転する。そし
て、プーリ(4)が高速回転となり、中空軸(3)の回転が停
止させられると、ころ(13)に働く遠心力の方向（符号(1
9)で示す線の外向きの方向）ところ(13)が平行２面(11
a)(11b)(11c)(11d)と接触している点における法線方向
とがずれていることにより、ころ(13)には平行２面(11
a)(11b)(11c)(11d)に沿った方向の力が掛かり、これに
より、ころ(13)は、図４に矢印で示すように、楔状空間
(12)の広い側に移動する。カム面(11)の凹面部(16)がこ
ろ(13)の外周面の半径とほぼ同じ半径の円弧状とされて
いることから、ころ(13)の外周部分がこの凹面部(16)に
ちょうど収まり、中空軸(3)外周ところ(13)との間隙が
確保され、中空軸(3)ところ(13)との非接触状態が達成
される。

【００３８】この一方向クラッチ付きプーリユニット
は、次のように動作する。

【００３９】まず、始動時においては、スタータモータ
の回転軸(2)と一体の中空軸(3)が反時計回りに回転させ
られる。これにより、一方向クラッチ(5)の楔状空間(1
2)の狭い側にころ(13)が噛み込まれ、駆動力が伝達され
て、中空軸(3)とプーリ(4)とが一体となって回転する。
プーリ(4)はベルトを介してクランクシャフトに接続さ
れており、プーリ(4)の回転によってエンジンが始動す
る。エンジンが始動すると、スタータが停止し、プーリ
(4)は反時計方向の回転を続ける。これにより、ころ(1
3)の噛み込みが解除され、プーリ(4)だけが回転する状
態が継続される。特にエンジンの高速回転時、ころ(13)
は、ころ(13)とほぼ同じ曲率の凹面部(16)によって位置
決めされ、中空軸(3)と非接触状態となる。また、コイ
ルばね(14)は、プーリ(4)の所定回転速度以上による遠
心力によって縮む方向の力を受け、ころ(13)を噛み込み
方向に付勢する弾性力が減少させられ、ころ(13)と中空
軸(3)との間の非接触状態が確保される。遠心力が作用
したときのころ(13)の移動方向とコイルばね(14)の中心
軸方向とが一致していることから、ころ(13)が移動する
際にコイルばね(14)がずれて、プーリ(4)が停止した際
のコイルばね(14)の付勢力方向が変化することはなく、
ころ(13)をうまく噛み込み側へ移動させることができな
いという問題が起こることはない。

【００４０】このプーリユニット(1)を組み立てる際に
は、玉軸受(7)の玉および保持器、一方向クラッチ(5)の
コイルばね(14)およびころ(13)、ころ軸受(6)のころお
よび保持器の順に、プーリ(4)と中空軸(3)との間に挿入
すればよい。上述したように、ころ軸受(6)の外輪軌道
部内径(D1)＞一方向クラッチ(5)の外輪カム面(11)の平
行２面間距離（一方向クラッチの外輪の最小内径）(D2)
≧玉軸受(7)の外輪軌道肩部内径(D3)であるので、各挿
入作業時において径方向外側に作業用のスペースが確保
され、組立て作業を容易に行うことができる。

【００４１】図１に示すように、中空軸(3)の外径に
は、玉軸受(7)の軌道面(7a)および各シール部材(8)(9)
(10)の内径部が嵌め入れられるシール溝(8a)(9a)(10a)
が設けられている。また、中空軸(3)の内径には、スタ
ータモータの回転軸(2)端部に設けられた雄ねじ部にね
じ合わされる雌ねじ部(3a)と、中空軸(3)を回転させて
回転軸(2)端部にねじ合わせる際に使用される六角レン
チが嵌め合わされる六角係合溝(3b)とが設けられてい
る。

【００４２】中空軸(3)の外径は、軌道面(7a)およびシ
ール溝(8a)(9a)(10a)を除いて一定とされているので、
削り出しでなく、冷間鍛造によって加工することが可能
であり、これにより、一方向クラッチ付きプーリユニッ
トの加工コストを低減することができる。中空軸(3)の
ＨＲＣは、５８〜６７（例えば６４程度）が好ましい。

【００４３】中空軸(3)すなわち一方向クラッチの内輪
は、図５に示す工程によって製造される。まず、線材選
定工程では、素材として、例えば鋼材ＳＡＥ５１２０が
選定される。ついで、冷間鍛造によって、外径および内
径が加工される。外径は、円筒面とされ、内径には、雌
ねじ部(3a)および六角係合溝(3b)が形成される。つい
で、旋削によって、素材の外径に、玉軸受(7)の軌道面
(7a)とシール部材(8)(9)(10)用のシール溝(8a)(9a)(10
a)とが形成される。ついで、素材に熱処理が施された
後、素材の表面が研磨されて中空軸(3)が得られる。

【００４４】熱処理は、流動層炉を用いて行うものであ
り、流動化ガスとしてＮ_２ガスを供給するとともにＣ_３
Ｈ_８ガスを供給しつつ、９３０℃で３時間加熱した後、
８０℃に油冷して浸炭焼入れ処理を施す第１工程と、流
動化ガスとしてＮ２ガスを供給しつつ、８４０℃で０．
５時間加熱した後、８０℃に油冷して焼入れ処理を施す
第２工程と、流動化ガスとしてＮ_２ガスを供給するとと
もにＣ_３Ｈ_８ガスを供給しつつ、８３０℃で５時間加熱
した後、８０℃に油冷して高濃度浸炭焼入れ処理を施す
第３工程とよりなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明による一方向クラッチの内輪
の製造方法で製造される内輪が使用される一例である一
方向クラッチ付きプーリユニットを示す縦断面図であ
る。

【図２】図２は、同横断面図である。

【図３】図３は、図２の一部を拡大した図で、一方向ク
ラッチの噛み合い状態を示している。

【図４】図４は、図２の一部を拡大した図で、一方向ク
ラッチの噛み合い解除状態を示している。

【図５】図５は、この発明による一方向クラッチの内輪
の製造方法の工程を示すブロック図である。

【図６】図６は、従来の一方向クラッチを示す横断面図
である。

【符号の説明】

(3) 中空軸 (5) 一方向クラッチ (6) ころ軸受 (7) 玉軸受 (12) カム面 (13) ころ（作動部材） (14) コイルばね（作動部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J101 AA02 AA13 AA32 AA43 AA54 AA62 BA53 BA56 BA70 BA77 DA02 DA03 DA09 EA02 EA03 EA04 FA31 FA41 FA44 FA53 FA55 GA21 GA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪、外輪、これらの間に配された噛み
込み部材および噛み込み部材を噛み込み方向に付勢する
付勢部材を備え、外輪にカム面が設けられ、遠心力が作
用した際に噛み込み部材と内輪とが非接触となる一方向
クラッチで使用される内輪を製造する方法であって、冷
間鍛造によって外径および内径を加工する工程を含んで
いることを特徴とする一方向クラッチの内輪の製造方
法。
【請求項２】冷間鍛造工程後に旋削によって外径に軸
受の軌道面を加工する工程をさらに含み、一方向クラッ
チの内輪と軸受の内輪とを一体として製造することを特
徴とする請求項１の一方向クラッチの内輪の製造方法。
【請求項３】旋削工程の後に熱処理を行う工程をさら
に含み、熱処理工程は、浸炭処理または浸炭焼入れ処理
を施す第１工程と、焼入れ処理を施して浸炭層に微細球
状炭化物を析出させる第２工程と、表面部の炭素濃度が
上記第１工程で得られた表面部の炭素濃度よりも高濃度
になるように高濃度浸炭焼入れ処理を施す第３工程とよ
りなることを特徴とする請求項２の一方向クラッチの内
輪の製造方法。