JP2005207486A - 一方向クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 一方向クラッチに封入された潤滑剤の粘度が高くなる低温においても、一方向クラッチの係合動作が安定して確実に行われ、且つ安価な一方向クラッチを提供する。
【解決手段】 一方向クラッチ１３において、内輪１６の外周面１６ａ、外輪１７の内周面１７ａ、ころ１８の転動面１８ａの少なくとも一つの表面粗さが研削による粗さ以下である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一方向クラッチに関し、より詳細には、自動車のスタータやオルタネータ用プーリ、クランクプーリ、エンジンアイドリングストップ時の補機駆動用モータに使用されるクラッチが内蔵されたクラッチ内蔵型プーリ等、自動車もしくは産業車両用補機に用いられるプーリ装置に組み込まれる一方向クラッチに関する。

例えば、オルタネータ等の自動車用補機を駆動する為のプーリ装置には、特定方向の回転力のみを伝達する一方向クラッチが組み込まれている。これにより、回転変動するエンジンと慣性モーメントの大きいロータとの回転変動差による、ベルトのばたつきや異音の発生が防止される。

一方向クラッチは、外輪と、内輪と、複数のころと、ころを保持する保持器と、ころを所定の方向に付勢するばねとから構成され、外輪の内周面、或いは内輪の外周面にカム面を設け、外輪が内輪に対して所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、ころがくさび作用によりロック状態となり、回転力の伝達を自在としている。そして、一方向クラッチの内部には、ころを潤滑するための潤滑剤が封入されており、外輪の内周面、内輪の外周面、ころの転動面の各接触部位における摩耗を軽減している。

従来の一方向クラッチとしては、カム面を形成した外輪を合成樹脂で形成すると共に、ころの転動面に多数の凹凸を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。これにより、ローラの噛込み時に外輪、即ち、カム面を弾性変形可能として一方向クラッチのロック性能を向上させ、また、ローラの転動面に多数の凹凸を存在させることにより、潤滑油の保持性能を高め、潤滑性能の向上を図っている。

また、外輪または内輪に形成されたカム面に潤滑油保持部を形成し、この潤滑油保持部に保持された潤滑油で各接触部位を潤滑することにより、カム面の偏摩耗を防止し、一方向クラッチの切換動作を安定させたものが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

更に、ころの動作部位であるカム面に表面硬度の高いＤＬＣ（Diamond Like Carbon）膜を形成すると共に、ころの動作領域の表面粗さを所定の範囲内に制御したり、適度な潤滑剤を封入したりして、ころをロック、またはフリー動作させるのに十分な摩擦抵抗をＤＬＣ膜に付与するようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。これにより、摩擦抵抗が小さいＤＬＣ膜における係合動作の不安定を解消している。
実開平６−４４３５号公報（第４−６頁、図１） 特開２００１−９０７５１号公報（第３−６頁、図１） 特開２００１−１６５２００号公報（第３−５頁、図１）

このような潤滑剤が封入される一方向クラッチにおいて、潤滑剤の特性はクラッチの係合動作に影響を与える一つの要因となっている。即ち、オルタネータ等で発生した熱が一方向クラッチに伝達されて潤滑剤の温度が上昇すると、潤滑剤の粘度が低下してころやカム面を異常摩耗させる可能性があった。特に、近年の一方向クラッチは、高速回転、高荷重、高温等の厳しい条件で使用されており、この問題に対処するためには、粘度の高い潤滑剤が用いられる場合が多い。このため、低温時にエンジンの始動を行おうとすると、高粘度の潤滑剤がころと噛込み面（カム面など）との間に入り込み、ころが潤滑剤の表面を滑って、ころの噛み込み（ロック）が十分に行われない問題があった。

特許文献１〜３に開示された一方向クラッチでは、潤滑油の粘度が高くなる低温時におけるロック状態とフリー状態との切換動作について考慮されておらず、高粘度の潤滑剤を用いた場合、低温時の切換動作を安定して行うことができないという問題があった。また、特許文献１の一方向クラッチは、外輪が合成樹脂によって形成されているので、オルタネータのような比較的高トルクが作用するエンジン用補機に組み込んで使用することは困難である。

さらに、特許文献３に開示されている一方向クラッチにおいて、ＤＬＣ膜の形成は、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマＣＶＤ法、イオンビーム法等の高度な技術を用いて行われるため、一方向クラッチの製造コストが嵩む問題がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、一方向クラッチに封入された潤滑剤の粘度が高くなる低温におけるエンジン始動時にも、一方向クラッチの係合動作を安定して確実に行うことができ、且つ安価な一方向クラッチを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内輪と、外輪と、前記内輪の外周面または前記外輪の内周面に形成されたカム面と、前記内輪のカム面と前記外輪の内周面、または前記外輪のカム面と前記内輪の外周面との間に配設された複数のころと、を備え、
前記外輪が前記内輪に対して一方向へ相対回転したとき、前記ころが前記外輪のカム面と前記内輪の外周面との間、または前記外輪の内周面と前記内輪のカム面との間に、くさび作用によって噛み込まれ前記外輪と前記内輪とを実質的に結合状態とし、前記内輪の駆動力が前記外輪の駆動力より増加した状態において、前記噛み込みを解除する一方向クラッチであって、
前記外輪の内周面と、前記内輪の外周面と、前記ころの転動面の少なくとも一つの表面粗さが、研削による粗さ以下であることを特徴とする一方向クラッチ。
（２） 前記表面粗さが研削による粗さ以下である表面は、前記外輪の内周面と、前記内輪の外周面と、前記ころの転動面のうち、すべての表面、任意の２つの表面、或いは、いずれか一つの表面であることを特徴とする（１）に記載の一方向クラッチ。
（３） 前記複数のころの内、任意の個数の前記ころの表面粗さが研削による粗さ以下であることを特徴とする（１）に記載の一方向クラッチ。

本発明の一方向クラッチによれば、前記外輪の内周面と、前記内輪の外周面と、前記ころの転動面の少なくとも一つの表面粗さを研削による粗さ以下としたので、封入された潤滑剤の粘度が高くなる低温時においても、外輪または内輪が一方向クラッチのロック方向に回転すると、ころが潤滑剤の表面を転動しながら外輪および内輪に接触して噛み込まれ、確実に係合させることができる。従って、このような一方向クラッチが組み込まれた機器を安定して作動させることができる。

以下、本発明に係る一方向クラッチの実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る一方向クラッチが組み込まれたクラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った一方向クラッチの断面図である。

図１に示すように、プーリ装置１０は、内周面に雌ねじ１１ａが形成され、オルタネータ等の自動車用補機の回転軸（図示せず）が螺合して固定されるスリーブ１１を備えており、スリーブ１１は回転軸と共に回転する。また、プーリ装置１０は、スリーブ１１の径方向外側にスリーブ１１と同芯に配設され、外周面にベルト溝１２ａが形成されたプーリ部材１２を備える。クランク軸（図示せず）に設けられた駆動プーリ（図示せず）とプーリ部材１２との間には、無端ベルト（図示せず）が巻き掛けられており、エンジンの回転力を無端ベルトを介してプーリ部材１２に伝達する。

そして、スリーブ１１の外周面１１ｂとプーリ部材１２の内周面１２ｂとの間には、一方向クラッチ１３が設けられる。また、一方向クラッチ１３の両側で、スリーブ１１の軸方向両端部における外周面１１ｃとプーリ部材１２の内周面１２ｂとの間には、一対のサポート軸受１４が設けられている。一対のサポート軸受１４は、プーリ部材１２に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１１とプーリ部材１２とを相対回転可能に支持する。

また、プーリ部材１２の内周面１２ｂの端部に形成された環状凹溝１２ｃには、円環状のカバー１５が嵌合固定されており、一方向クラッチ１３、サポート軸受１４等の装置内部に外部から塵等の異物が侵入するのを防止している。

一方向クラッチ１３は、スリーブ１１の外周面１１ｂに外嵌固定される内輪１６と、プーリ部材１２の内周面１２ｂに内嵌固定される外輪１７とを有する。図２に示すように、内輪１６の外周面１６ａには、複数のカム面１６ｂが円周方向に所定の間隔で形成されている。そして、外輪１７の内周面１７ａと各カム面１６ｂとの間に形成されるくさび空間には、複数のころ１８が配設されている。

また、外輪１７の内周面１７ａと内輪１６の外周面１６ａとの間には、内輪１６に相対回転不能に外嵌される保持器１９が設けられている。保持器１９は、ころ１８を個別に収容する複数のポケットを有し、各ころ１８を転動および円周方向に若干の変位自在に支持する。

さらに、円周方向においてころ１８と保持器１９の柱部１９ａとの間には、ばね２０が設けられており、くさび空間が浅くなる方向、即ち、ロック方向にころ１８を押圧する。

ここで、カム面１６ｂを含む内輪１６の外周面１６ａ、外輪１７の内周面１７ａ及びころ１８の転動面１８ａは、研削加工されたままの表面で構成されており、即ち、これらの表面粗さは、研削加工による粗さで与えられる。なお、内輪１６の外周面１６ａ、外輪１７の内周面１７ａ及びころ１８の転動面１８ａの表面粗さは、研削による粗さ以下であればよく、研削加工された面をより粗くなるように加工してもよい。このような加工方法としては、研磨剤等を処理する表面に吹き付けて加工するサンドブラスト法等、適宜の加工方法が適用できる。

また、内輪１６の外周面１６ａと外輪１７の内周面１７ａとの間には、適度の粘度を有するグリース、潤滑油等の潤滑剤が封入されており、内輪１６、外輪１７、ころ１８、保持器１９の摺動面を潤滑している。封入される潤滑剤としては、自動車用補機等の作動によって温度が比較的高くなる一方向クラッチ１３では、温度上昇によって潤滑剤の粘度が低下するのを防止するため、高い粘度の潤滑剤を封入することが望ましい。

このように構成された一方向クラッチ１３は、エンジンの駆動軸等からベルトを介してプーリ１２に回転力が伝達され、外輪１７が矢印Ｂ方向に回転する。更に、これに伴ってころ１８も矢印Ｂ方向へくさび空間内を移動し、くさび作用によって外輪１７の内周面１７ａとカム面１６ｂとの間に噛み込まれる。そして、外輪１７と内輪１６とを実質的に結合状態とし、プーリ１２の回転力を内輪１６に伝達する。また、該回転力は、スリーブ１１を介して回転軸に伝達される。

また、エンジンの回転変動や内輪側の大きな慣性モーメント等により、内輪１６の駆動力が外輪１７の駆動力よりも増加した状態、即ち、外輪１７が内輪１６に対して矢印Ｃ方向に相対的に回転した状態では、ころ１８はくさび空間内を矢印Ｃ方向に移動して外輪１７の内周面１７ａとカム面１６ｂとによる噛み込みが解除される。これにより、一方向クラッチ１３が空転することで、回転変動の差によるベルトのばたつきや異音を防止することができる。

特に、本実施形態の一方向クラッチ１３では、カム面１６ｂを含む内輪１６の外周面１６ａ、外輪１７の内周面１７ａ及びころ１８の転動面１８ａの表面粗さが研削による粗さ以下とされているので、低温時に潤滑剤がある程度凝固していても、ころ１８が潤滑剤の表面を滑って転動しながら内輪１６のカム面１６ｂ及び外輪１７の内周面１７ａに接触し、カム面１６ｂと外輪１７の内周面１７ａとの間に噛み込まれて係合し、ロック状態となる。

即ち、従来、ロック性能が不安定となるような高粘度の潤滑剤が封入された一方向クラッチ１３を低温の条件で用いても、確実にころ１８の噛込みが行われ、安定したロック性能を得ることができる。従って、このような一方向クラッチ１３が組み込まれたプーリ装置１０も安定して作動させることができる。

なお、表面粗さを研削による粗さ以下とする面は、内輪１６の外周面１６ａと、外輪１７の内周面１７ａと、ころ１８の転動面１８ａの少なくとも一つの表面粗さを研削による粗さ以下とすればよい。即ち、本実施形態のようにこれらすべての表面に適用してもよく、或いは選択された任意の２つ、またはいずれか一つの表面に適用してもよい。ここで、いずれの表面の粗さを研削による粗さ以下とするかは、一方向クラッチ１３に要求される特性に基づいて決められる。

また、研削による粗さ以下とする面は、各表面の全体である必要はなく、少なくともころ１８の作動領域をカバーするものであればよい。
更に、表面粗さを研削による粗さ以下とするころ１８の個数は任意であり、例えば、伝達トルクの大きさ等によって決定することができ、一方向クラッチ１３の係合動作を確実に行わせることができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本実施形態においては、カム面は、内輪の外周面に形成されたものとして説明したが、これに限定されるものではなく、外輪の内周面にカム面を形成し。外輪のカム面と内輪の外周面との間に複数のころを配設した一方向クラッチにおいても適用することができる。
また、プーリ装置に組み込まれる一方向クラッチにおいて、外輪はプーリと一体として形成してもよく、更に内輪もスリーブと一体として形成するようにしてもよい。

本発明の一方向クラッチが組み込まれたクラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う一方向クラッチの断面図である。

符号の説明

１０ プーリ装置
１３ 一方向クラッチ
１６ 内輪
１６ａ 内輪の外周面
１６ｂ カム面
１７ 外輪
１７ａ 外輪の内周面
１８ ころ
１８ａ ころの転動面

Claims (3)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪の外周面または前記外輪の内周面に形成されたカム面と、前記内輪のカム面と前記外輪の内周面、または前記外輪のカム面と前記内輪の外周面との間に配設された複数のころと、を備え、
   前記外輪が前記内輪に対して一方向へ相対回転したとき、前記ころが前記外輪のカム面と前記内輪の外周面との間、または前記外輪の内周面と前記内輪のカム面との間に、くさび作用によって噛み込まれ前記外輪と前記内輪とを実質的に結合状態とし、前記内輪の駆動力が前記外輪の駆動力より増加した状態において、前記噛み込みを解除する一方向クラッチであって、
   前記外輪の内周面と、前記内輪の外周面と、前記ころの転動面の少なくとも一つの表面粗さが、研削による粗さ以下であることを特徴とする一方向クラッチ。
2. 前記表面粗さが前記研削による粗さ以下である表面は、前記外輪の内周面と、前記内輪の外周面と、前記ころの転動面のうち、すべての表面、任意の２つの表面、或いは、いずれか一つの表面であることを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。
3. 前記複数のころの内、任意の個数の前記ころの表面粗さが研削による粗さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。

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