JP2005256884A - Pulley device incorporating one-way clutch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関し、例えば、自動車用の発電機であるオルタネータの回転軸に取り付けられ、エンジンのクランクシャフトに取り付けられた駆動プーリとの間に無端ベルトを掛け渡すことによりオルタネータを駆動するために用いられるオルタネータ用ローラクラッチ内蔵型プーリ装置に関する。 The present invention relates to a pulley device with a built-in one-way clutch, for example, an endless belt is stretched between a rotating pulley of an alternator that is a generator for an automobile and a driving pulley attached to a crankshaft of an engine. It is related with the pulley apparatus with a built-in roller clutch for alternators used in order to drive an alternator.
自動車のエンジンを駆動源として、自動車に必要な発電を行うオルタネータとしては、例えば図3に示されたものが知られている(例えば特許文献1参照)。
このオルタネータ1は、ハウジング2内に一対の転がり軸受4を介して回転軸3が回転可能に支持されており、回転軸3の軸方向の中間部にはロータ5と整流子6とが配設されている。また、回転軸3のハウジング2外に突出した端部(図1の右端部)には従動プーリ7が取り付けられ、エンジンヘの組み付け状態ではこの従動プーリ7とエンジンのクランクシャフトに取り付けられた駆動プーリとの間に無端ベルトを掛け渡し、クランクシャフトの駆動により、駆動プーリ、無端ベルト及び従動プーリ7を介して回転軸3を回転駆動する。
As an alternator for generating power necessary for an automobile using an automobile engine as a drive source, for example, the one shown in FIG. 3 is known (see, for example, Patent Document 1).
In this alternator 1, a rotary shaft 3 is rotatably supported in a
ところで、近年、前記従動プーリ7に代わるものとして、無端ベルトの走行速度が一定或いは上昇傾向にある場合には、無端ベルトから回転軸へ動力を伝達し、無端ベルトの走行速度が低下傾向にある場合には、従動プーリと回転軸との相対回転を自在とするオルタネータ用クラッチ内蔵型プーリ装置が提案されている(例えば特許文献2〜5参照)。
By the way, as an alternative to the driven
図4は特許文献3に開示されたオルタネータ用クラッチ内蔵型プーリ装置を示したものであり、このオルタネータ用クラッチ内蔵型プーリ装置は、前記回転軸3が内嵌されるスリーブ8を有している。スリーブ8の周囲には従動プーリ7aが前記スリーブ8と同心に配置され、スリーブ8の外周面と従動プーリ7aの内周面との間には一対のサポート軸受9aと一方向クラッチ10とが設けられている。
FIG. 4 shows a pulley device with a built-in clutch for an alternator disclosed in Patent Document 3. This pulley device with a built-in clutch for an alternator has a sleeve 8 in which the rotary shaft 3 is fitted. . A driven
サポート軸受9aは従動プーリ7aに加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ8と従動プーリ7aとの相対回転を可能とし、また、一方向クラッチ10は従動プーリ7aがスリーブ8に対して所定方向に相対回転する傾向となる場合のみ、従動プーリ7aからスリーブ8へ回転力を伝達する。
The support bearing 9a supports the radial load applied to the driven
このようなオルタネータ用クラッチ内蔵型プーリ装置を用いる理由は次の通りである。
例えば、エンジンがディーゼルエンジンである場合、アイドリング時など低回転時にはクランクシャフトの回転角速度の変動が大きくなる結果、クランクシャフトに取り付けた駆動プーリと従動プーリ7aとの間に掛け渡した無端ベルト11の走行速度も細かく変動することになる。
The reason for using such a pulley device with a built-in clutch for the alternator is as follows.
For example, when the engine is a diesel engine, the fluctuation of the rotational angular velocity of the crankshaft becomes large at low speeds such as idling. As a result, the
一方、無端ベルト11により従動プーリ7aを介して回転駆動されるオルタネータ1の回転軸3の回転は、回転軸3並びに回転軸3に固定したロータ5及び整流子6等の慣性質量によってそれほど急激には変動しない。したがって、従動プーリ7aを回転軸3に対し単に固定した場合には、クランクシャフトの角速度変動に伴い、無端ベルト11と従動プーリ7aとが両方向に擦れ合う傾向となる。この結果、無端ベルト11に異なる方向に繰返し応力が作用し、無端ベルト1と従動プーリ7aとの間に滑りが発生しやすくなったり、或いは無端ベルト11の寿命が短くなったりする原因となる。
On the other hand, the rotation of the rotating shaft 3 of the alternator 1 that is rotationally driven by the
このような無端ベルト11の寿命低下は、走行時に加減速を繰り返すことによっても生じる。すなわち、加速時には無端ベルト11から従動プーリ7aに駆動力が伝達されるのに対し、減速時には上述のように慣性に基づいて回転しつづけようとする従動プーリ7aに、無端ベルト11から制動力が作用する。
Such a decrease in the life of the
この制動力と駆動力は無端ベルト11の内周面に対して逆方向の摩擦力として作用するので、無端ベルト11の寿命低下の原因となる。特に、トラックのように排気ブレーキを備えた車両の場合には、アクセルオフ時におけるクランクシャフトの回転低下の減速度が著しく、前記制動力に基づいて無端ベルト11の内周面に加わる摩擦力が大きくなる結果、寿命低下が著しくなる。
Since the braking force and the driving force act as a frictional force in the opposite direction against the inner peripheral surface of the
そこで、上述のようなオルタネータ用クラッチ内蔵型プーリ装置を採用することにより、無端ベルト11の走行速度が一定或いは上昇傾向にある場合には従動プーリ7aから回転軸3へ回転力を伝達し、反対に低下傾向にある場合には従動プーリ7aの回転角速度を回転軸3の回転角速度よりも遅くして、無端ベルト11と従動プーリ7aとの当接部が強く擦れ合うことを防止する。このようにして、従動プーリ7aと無端ベルト11の擦れ合い部に作用する応力の方向を一定にし、無端ベルト11と従動プーリ7aとの間に滑りが発生したり、無端ベルトの寿命が低下することを防止する。
Therefore, by adopting the above-described pulley device with a built-in clutch for the alternator, when the traveling speed of the
上述のオルタネータ用クラッチ内蔵型プーリ装置の一方向クラッチ10としてローラクラッチを使用する場合、このローラクラッチを構成する外輪の内周面又は内輪の外周面に円周方向に亙る凹状のカム面を形成する必要がある。このようなカム面を有する外輪又は内輪は、従来においてはプレス加工によって製造され、外輪は従動プーリ7aに内嵌され、内輪はスリーブ8に外嵌される。
When a roller clutch is used as the one-
ところで、外輪又は内輪をプレス加工によって製造した場合、材料コスト及び加工コストが低いため、外輪又は内輪を安価に得られる反面、外輪又は内輪は軸方向両端部にダレが生じてこの軸方向両端部の周面が中央部周面よりも直径方向に凹み、この凹んだ部分がローラの転動面と当接しないために当接面積が減少してローラクラッチの負荷容量が小さくなり、耐久性が損なわれたり、ローラのスキューも発生しやすくなるという問題が生じてくる。 By the way, when the outer ring or the inner ring is manufactured by pressing, the material cost and the processing cost are low, so that the outer ring or the inner ring can be obtained at a low cost. The peripheral surface of the roller is recessed in the diameter direction from the peripheral surface of the central portion, and since the recessed portion does not contact the rolling surface of the roller, the contact area is reduced, the load capacity of the roller clutch is reduced, and the durability is There arises a problem that the roller is skewed or roller skew is likely to occur.
そこで、このような問題を解消すべく、カム面を形成する外輪又は内輪を引抜き加工により製造して、軸方向両端部にダレが生じるのを回避することで、ローラクラッチの負荷容量を高くして耐久性を確保したオルタネータ用ローラクラッチ内蔵型プーリ装置が提案されている(例えば特許文献6参照)。
しかしながら、上記特許文献6においては、外輪又は内輪の素材として冷間圧延用鋼やクロムモリブデン鋼等の低、中炭素鋼が用いられているため、製品に必要な硬さを付与するために、浸炭或いは浸炭窒化、高周波焼入れ等に代表される表面硬化熱処理を施す必要が生じて高コストとなる傾向にあり、また、製品管理(硬化層深さ等の管理)の面でも手間がかかるという問題がある。
However, in the above-mentioned
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、一方向クラッチの負荷容量を高くして耐久性を確保することができると共に、コストを低く抑えることができる一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object of the present invention is to increase the load capacity of the one-way clutch to ensure durability and to reduce the cost. An object is to provide a pulley device with a built-in directional clutch.
本発明の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置は、回転軸が内嵌されるスリーブと、前記スリーブの外側に該スリーブと同心に配置されたプーリと、前記スリーブの外周面と前記プーリの内周面との間に設けられ、前記プーリと前記スリーブとが所定方向に相対回転する傾向となる場合のみ、前記プーリと前記スリーブとの間で回転力を伝達する凹状のカム面を有する一方向クラッチと、前記スリーブの外周面と前記プーリの内周面との間で前記一方向クラッチに対して軸方向に離間した位置に設けられ、前記プーリに加わるラジアル荷重を支承しつつ前記プーリと前記スリーブとの相対回転を可能とするサポート軸受とを備え、前記一方向クラッチの前記カム面を前記プーリに内嵌された外輪の内周面又は前記スリーブに外嵌された内輪の外周面に形成した一方向クラッチ内蔵型プーリ装置であって、
前記カム面を形成する前記外輪又は内輪の素材にずぶ焼入れ処理又はマルストレッシング処理が施された鋼を用い、且つ前記カム面を引抜き加工又は転造加工により形成したことを特徴とする。
A pulley apparatus with a built-in one-way clutch according to the present invention includes a sleeve in which a rotation shaft is fitted, a pulley disposed concentrically with the sleeve outside the sleeve, an outer circumferential surface of the sleeve, and an inner circumferential surface of the pulley. A one-way clutch having a concave cam surface that transmits a rotational force between the pulley and the sleeve only when the pulley and the sleeve tend to rotate relative to each other in a predetermined direction. The pulley and the sleeve are provided between the outer peripheral surface of the sleeve and the inner peripheral surface of the pulley at a position spaced apart in the axial direction with respect to the one-way clutch, while supporting a radial load applied to the pulley. A support bearing that enables relative rotation of the one-way clutch, and the outer peripheral surface of the inner ring that is externally fitted to the sleeve or the inner ring of the outer ring that is fitted to the pulley. A built-in one-way clutch pulley device formed on,
The material of the outer ring or inner ring forming the cam surface is made of steel that has been subjected to a quenching process or a marshalling process, and the cam surface is formed by drawing or rolling.
また、本発明の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置は、前記一方向クラッチがローラクラッチであることを特徴とする。 The pulley apparatus with a built-in one-way clutch according to the present invention is characterized in that the one-way clutch is a roller clutch.
上述の様に構成する一方向クラッチ内蔵型プーリ装置は、一方向クラッチのカム面を形成する外輪又は内輪の素材にずぶ焼入れ処理又はマルストレッシング処理を施した鋼を用い、且つカム面を引抜き加工又は転造加工により形成することで、プレス加工で生じていた外輪又は内輪の軸方向両端部のダレを回避すことができ、これにより一方向クラッチの負荷容量を高くして耐久性を確保することができる。 The pulley device with a built-in one-way clutch configured as described above uses steel that has been subjected to a quenching or martensing treatment on the material of the outer ring or inner ring that forms the cam surface of the one-way clutch, and the cam surface is pulled out. By forming by machining or rolling, it is possible to avoid sagging of both ends in the axial direction of the outer ring or inner ring caused by pressing, thereby increasing the load capacity of the one-way clutch and ensuring durability can do.
また、一方向クラッチのカム面を形成する外輪又は内輪の素材にずぶ焼鋼又はマルストレッシング処理が施された鋼を用いているので、製品に必要な硬さを付与するための浸炭或いは浸炭窒化、高周波焼入れ等に代表される高価な表面硬化熱処理が不要となって、コスト低減を図ることができる。 In addition, because the outer ring or inner ring material that forms the cam surface of the one-way clutch is made of steel that has been burned or martensified, carburization or carburizing to give the product the necessary hardness. An expensive surface hardening heat treatment represented by nitriding, induction hardening, or the like is not necessary, and the cost can be reduced.
以下、本発明に係る一方向クラッチ内蔵型プーリ装置について図面を参照して説明する。図1は本発明の実施形態の一例であるオルタネータ用ローラクラッチ内蔵型プーリ装置を説明するための要部断面図、図2は凹状のカム面を形成した内輪を示す図である。 Hereinafter, a pulley apparatus with a built-in one-way clutch according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part for explaining a pulley device with a built-in roller clutch for an alternator which is an example of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing an inner ring having a concave cam surface.
図1に示されるように、本発明の実施の形態の一例であるローラクラッチ内蔵型プーリ装置20は、オルタネータ等の補機を駆動するためのもので、図示されない回転軸が内嵌されるスリーブ22を有する。スリーブ22の周囲にはプーリ23がスリーブ22と同心に配設されており、スリーブ22の外周面とプーリ23の内周面との間には、プーリ23に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ22とプーリ23との相対回転を可能とする一対のサポート軸受24が軸方向に互いに離間して配設されると共に、一対のサポート軸受24間にプーリ23がスリーブ22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プーリ23からスリーブ22へ回転力を伝達するローラクラッチ(一方向クラッチ)25が配設されている。
As shown in FIG. 1, a
ローラクラッチ25は、スリーブ22に外嵌された内輪26と、プーリ23に内嵌された外輪29と、内輪26の外周面と外輪29の内周面との間に保持器21を介して配設された複数のローラ28と、複数のローラ28を内輪26の外周面及び外輪29の内周面に対して係合する方向に押圧する図示されないばねとを備えている。
The
ローラ28の外径は内輪26の外周面と外輪29の内周面との間隔より大径とされており、内輪26の外周面には、図2に示されるように、ランプ部と呼ばれる凹状のカム面27が円周方向に略等間隔で複数箇所形成されている。カム面27には、ローラ28が保持器21によってカム面27の凹部内で転動可能、且つ円周方向へ若干の変位可能に支持されている。
The outer diameter of the
そして、内輪26(スリーブ22側)と外輪29(プーリ23側)とが所定方向に相対回転する傾向となる場合のみ、複数のローラ28と内輪26の外周面及び外輪29の内周面とを係合させて回転力を伝達する。
Only when the inner ring 26 (
ここで、本実施形態では、カム面27を形成する内輪26の素材にずぶ焼入れ処理が施されたずぶ焼鋼を用い、且つカム面27を引抜き加工又は転造加工により形成している。
このように、カム面27を形成した内輪26を引抜き加工又は転造加工によって形成することで、内輪26を精度よく且つ安価に製造することができ、しかもプレス加工のように内輪26の軸方向両端部の周面にダレが生じることがないため、カム面27とローラ28との当接面積が広くなり、ローラクラッチ25の負荷容量が高まって十分な耐久性を確保することができる。
Here, in the present embodiment, a case-hardened steel obtained by subjecting the material of the
In this way, by forming the
また、カム面27を形成した内輪26の素材にずぶ焼鋼を用いているので、従来のように、浸炭或いは浸炭窒化、高周波焼入れ等に代表される高価な表面硬化熱処理によって製造されるローラクラッチ内蔵型プーリ装置に比べて、コストを低く抑えることができる。
Further, since the tempered steel is used as the material of the
なお、カム面27に更なる耐久性を付与する必要がある場合には、ずぶ焼入れ処理に代えてマルストレッシング処理を行うことが好ましい。マルストレッシング処理は浸炭窒化処理の一種で、高炭素鋼の表面に主に窒素を添加して耐久性を向上するための熱処理である。一般の浸炭や浸炭窒化処理と比べて、低温且つ短時間で処理を行うためコストの上昇は最小限に抑えられる。
In addition, when it is necessary to provide the
カム面を形成する内輪の素材として、SUJ2、SK5、SUS440Cを本発明の実施例1〜7に選定し、パイプ材の引抜き加工又は転造加工によって図2に示すローラクラッチ内輪のカム面形状に加工した。その後、パイプ材を所定の長さに切断し、ずぶ焼入れ処理又はマルストレッシング処理を施し、バレル加工にて表面を整えて、ローラクラッチ内輪を得た。また、比較例として、カム面を形成する内輪をSCM415をプレス成形し、浸炭あるいは浸炭窒化処理、バレル加工を施したもの(比較例1、比較例2)、及び引抜き加工にて成形し、浸炭あるいは浸炭窒化処理、バレル加工を施したもの(比較例3、比較例4)を作製した。表1に供試体の一覧を示す。なお、実施例の硬さおよび比較例の硬さは同等レベルに調整している。 As the inner ring material forming the cam surface, SUJ2, SK5, and SUS440C are selected in Examples 1 to 7 of the present invention, and the cam surface shape of the roller clutch inner ring shown in FIG. 2 is obtained by drawing or rolling the pipe material. processed. Thereafter, the pipe material was cut into a predetermined length, subjected to a continuous quenching process or a marstressing process, and the surface was adjusted by barrel processing to obtain a roller clutch inner ring. As a comparative example, the inner ring forming the cam surface is press-molded with SCM415, carburized or carbonitrided, barrel processed (Comparative Example 1 and Comparative Example 2), and drawn, and carburized. Alternatively, carbonitriding treatment and barrel processing (Comparative Example 3 and Comparative Example 4) were produced. Table 1 shows a list of specimens. In addition, the hardness of an Example and the hardness of a comparative example are adjusted to the equivalent level.
以上のようにして得たローラクラッチ内輪を図1に示すプーリ装置に組み込み、耐久試験を行った。試験条件は次の通りである。 The roller clutch inner ring obtained as described above was incorporated into the pulley apparatus shown in FIG. 1 and subjected to a durability test. The test conditions are as follows.
(耐久試験条件)
回転速度:12000±300min-1
試験時間:40min×3000cycle
試験温度:80°C
(Endurance test conditions)
Rotational speed: 12000 ± 300min -1
Test time: 40min x 3000cycle
Test temperature: 80 ° C
全ての実施例および比較例は上記試験時間をクリアした。試験後にプーリ装置を分解し、内輪のカム面の観察を行った結果、実施例1〜7の摩耗、変形などの損傷は比較例1、2(プレス加工品)と比べて軽微であり、本発明によるローラクラッチ内輪の性能が比較例より優れていることを確認できた。また、引抜き加工を行った比較例3、4の内輪のカム面の損傷は実施例1〜7と同等であり、プレス加工に対する引抜き加工の優位性が確認できたといえる。 All the examples and comparative examples cleared the test time. As a result of disassembling the pulley device after the test and observing the cam surface of the inner ring, the damages such as wear and deformation in Examples 1 to 7 were minor compared to Comparative Examples 1 and 2 (press-processed product). It was confirmed that the performance of the inner ring of the roller clutch according to the invention was superior to that of the comparative example. Moreover, the damage of the cam surface of the inner ring | wheel of Comparative Examples 3 and 4 which performed the drawing process is equivalent to Examples 1-7, and it can be said that the predominance of the drawing process with respect to press work has been confirmed.
なお、上述の実施例においては、SUJ2、SK5、SUS440Cについてのみ説明したが、他の軸受鋼、ばね鋼、工具鋼など高炭素量のずぶ焼鋼やマルストレッシング処理鋼を用いるようにしてもよい。また、本実施形態及び本実施例はカム面を形成する部材として内輪を選定しているが、カム面を外輪に形成したローラクラッチについても本発明を適用できることは言うまでもない。 In the above-described embodiments, only SUJ2, SK5, and SUS440C have been described. However, other bearing steels, spring steels, tool steels, and the like, such as high-carbon sulphurized steels and marstressed steels may be used. Good. In the present embodiment and this example, the inner ring is selected as the member that forms the cam surface, but it goes without saying that the present invention can also be applied to a roller clutch having the cam surface formed on the outer ring.
20 ローラクラッチ内蔵型プーリ装置(一方向クラッチ内蔵型プーリ装置)
22 スリーブ
23 プーリ
24 サポート軸受
25 ローラクラッチ(一方向クラッチ)
26 内輪
27 カム面
29 外輪
20 Pulley device with built-in roller clutch (pulley device with built-in one-way clutch)
22
26
Claims (2)
前記カム面を形成する前記外輪又は内輪の素材にずぶ焼入れ処理又はマルストレッシング処理を施した鋼を用い、且つ前記カム面を引抜き加工又は転造加工により形成したことを特徴とする一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。 A sleeve in which a rotation shaft is fitted; a pulley disposed concentrically with the sleeve outside the sleeve; and an outer peripheral surface of the sleeve and an inner peripheral surface of the pulley, the pulley and the sleeve Only when they tend to rotate relative to each other in a predetermined direction, a one-way clutch having a concave cam surface that transmits rotational force between the pulley and the sleeve, an outer peripheral surface of the sleeve, and an inner periphery of the pulley A support bearing provided at a position spaced apart from the surface in the axial direction with respect to the one-way clutch and capable of rotating the pulley and the sleeve while supporting a radial load applied to the pulley. The one-way clutch built-in type pulley apparatus in which the cam surface of the one-way clutch is formed on the inner peripheral surface of the outer ring fitted in the pulley or the outer peripheral surface of the inner ring fitted on the sleeve. There,
A one-way clutch characterized by using steel obtained by subjecting the outer ring or inner ring material forming the cam surface to a quench hardening process or a marshalling process, and forming the cam surface by drawing or rolling. Built-in pulley device.
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