JP2006161829A

JP2006161829A - 一方向クラッチ

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Publication number: JP2006161829A
Application number: JP2004349467A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Yamakawa; 規山川; Takahiro Ichihara; 隆弘市原
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2004-12-02
Publication date: 2006-06-22

Abstract

【課題】噛み合い性と耐摩耗性を両立させ、しかも、カム面の加工が容易である一方向クラッチを提供する。
【解決手段】一方向クラッチは、内輪、外輪、両輪間に配されたころ13、ころ13を噛み込み方向へ付勢する付勢部材およびころ13を保持する保持器を備えている。一方向クラッチのカム面11は、研削方向が周方向となるように研削加工されている。ころ13は、研削加工でできた筋の山11yの頂上に接触して山11yに沿って移動する。研削加工でできた筋の谷11tの部分にグリースが溜められる。
【選択図】図３

Description

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やオルタネータに使用されるのに好適な一方向クラッチに関する。

内輪、外輪、両輪間に配された複数の噛み込み部材としてのころ、各ころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材および複数のころを保持する保持器を備え、内輪外周面または外輪内周面がカム面とされている一方向クラッチは、従来より知られている（特許文献１）。この特許文献１では、カム面を冷間成形により形成することが提案されている。
特開２００１−２００８６３号公報

一方向クラッチのカム面の形成に際しては、噛み合い性の向上と摩耗の抑制の両立が重要であり、例えば、カム面を粗くして噛み合い性を高めた場合、表面が早期に摩耗し、この摩耗粉がグリースに入ることで、短寿命となるという問題が生じ、逆に、カム面を平滑とした場合には、油膜ができやすいため、耐摩耗性はよくても、噛み合い性が悪いという問題が生じる。上記特許文献１の一方向クラッチでは、冷間成形によりカム面を得るものであるが、この場合には、加工性は良いものの、後者の問題が生じやすく、噛み合い性と耐摩耗性を両立させ、しかも、加工が容易なカム面を得ることは極めて難しいものであった。

この発明の目的は、噛み合い性と耐摩耗性を両立させ、しかも、カム面の加工が容易である一方向クラッチを提供することにある。

この発明による一方向クラッチは、内輪、外輪、両輪間に配された複数のころ、各ころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材および複数のころを保持する保持器を備え、内輪外周面または外輪内周面がカム面とされている一方向クラッチにおいて、カム面は、研削方向が周方向となるように研削加工されていることを特徴とするものである。

カム面の研削加工に際しては、その研削方向は、軸方向および周方向のいずれでも可能であるが、この発明においては、研削方向を周方向（ころの移動方向＝噛み合い方向）としている。研削面は、横断面が波状で、長さ方向には一様（山は常に山）となっているので、ころが研削方向に沿って移動した場合には、山に沿って移動することになり、この逆であるころが研削方向と直交する方向に移動して山に衝突しながら進む場合に比べ、摩耗量が減少する。また、谷の部分にグリースが溜められるので、油膜ができにくく、噛み合い性にも優れたものとなる。

研削面が粗すぎると、摩耗改良効果が十分得られないので、カム面の表面粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で２．０μｍ以下とされていることが好ましい。表面粗さがこの値より大きくなると、粗くなるに連れて、寿命が低下し、表面粗さがこの値以下であれば、粗さに関係なく、ほぼ同じ寿命となる。十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．１μｍ未満となると、噛み合い性が悪くなるので、カム面の表面粗さは、十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１μｍ以上とされていることがより好ましい。

この一方向クラッチは、オルタネータに使用されるのに特に好適であり、ベルト駆動スタータに使用することもできる。

カム面の形状は、特に限定されないが、加工の容易さの点から、平坦状（例えば断面形状が略正六角形または略正八角形）とされることがより好ましい。

一方向クラッチは、外輪の内周面に設けられたカム面と、カム面と内輪の外周面とによって形成されたくさび状空間内に配置され、内輪と外輪とが一の方向（ロック方向）に相対回転することにより内輪と外輪との間に噛み込み、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（くさび状空間の狭い側）に付勢する付勢部材としてのコイルばねと、ころをくさび状空間内に位置させる保持器とを備えている（外輪カム式）ことがあり、また、内輪の外周面に設けられたカム面と、カム面と外輪の内周面とによって形成されたくさび状空間内に配置され、内輪と外輪とが一の方向に相対回転することにより内輪と外輪との間に噛み込み、他の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（くさび状空間の狭い側）に付勢する付勢部材としてのコイルばねとを備えている（内輪カム式）ことがある。

また、一方向クラッチは、プーリとは別部材の外輪および中空軸とは別部材の内輪を有していることがあり、また、プーリの中間部が一方向クラッチの外輪とされているとともに、中空軸の中間部が一方向クラッチの内輪とされていることがある。

この発明の一方向クラッチによると、カム面が研削加工で得られるので、加工が容易で、噛み合い性にも優れており、また、研削方向が周方向とされているので、ころの移動方向と研削方向とが交差する場合に比べ、摩耗量が減少する。こうして、簡単な加工手段を用いて、摩耗と噛み合い性とを高いレベルでバランスさせることができる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、左右は、図１の左右をいうものとする。

図１および図２は、この発明による一方向クラッチを備えたプーリユニットの第１実施形態を示している。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)に嵌められた中空軸(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。

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、転動体がころ(6a)のころ軸受(6)および転動体が玉(7a)の玉軸受(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(5)の外輪と軸受(6)(7)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(5)の内輪と軸受(6)(7)の内輪とが一体とされ、部品点数の減少が図られている。

ころ軸受(6)および玉軸受(7)の軸方向外側には、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（図の左端側）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。

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くさび状空間(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（くさび状空間(12)の狭い側）に付勢する付勢部材としてのコイルばね(14)と、ころ(13)をくさび状空間(12)内に位置させる保持器(15)とを備えている。

カム面(11)は、軸心を挟んで対向する断面平坦状の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。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。カムの対向２面(11a)(11b)(11c)(11d)のくさび状空間(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。

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(6)の外輪、一方向クラッチ(5)の外輪および玉軸受(7)の外輪の各機能に対応する寸法に関して、ころ軸受(6)の外輪軌道部内径をＤ１、一方向クラッチ(5)の外輪の最小内径（この実施形態では、外輪カム面(11)の２面間距離）をＤ２、玉軸受(7)の外輪軌道肩部内径をＤ３として、Ｄ１＞Ｄ２≧Ｄ３とされている。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。これにより、内輪の外径が抑えられ、一方向クラッチの寸法の確保が容易なものとなっている。

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)は、ころ(13)およびコイルばね(14)を収納するポケット(15a)を有しており、保持器(15)のポケット(15a)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。保持器(15)のポケット(15a)のばね受け凹所(17)側には、グリスが封入されている。

一方向クラッチ(5)のカム面(11)は、研削盤を使用した研削加工により形成されている。そして、カム面(11)の研削加工に際しては、その研削方向は、周方向すなわちころ(13)の移動方向したがって噛み合い方向とされている。図３は、カム面(11)の表面状態を誇張して示したもので、研削により得られたカム面(11)は、研削方向に筋が入り、横断面が波状で、長さ方向には一様（山は常に山）となっている。したがって、ころ(13)は、山(11y)の頂上に接触して山(11y)に沿って移動することになる。ころ(13)の移動方向と研削方向とが交差している場合には、ころによって山がつぶされることにより摩耗が促進されるのに対し、ころ(13)の移動方向と研削方向とを一致させることにより、摩耗量を抑制することができる。また、谷(11t)の部分にグリースが溜められるので、油膜ができにくく、噛み合い性にも優れたものとなる。

研削面が粗すぎると、摩耗改良効果が十分得られないので、カム面(11)の表面粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で２．０μｍ以下とされている。表面粗さと摩耗との関係を調査したところ、図４に示すように、表面粗さがＲｚ２．０μｍ以下の範囲では、摩耗は、表面粗さに関係なくほぼ一定であり、表面粗さがＲｚ２．０μｍより大きくなると、粗くなるに連れて、寿命が低下することが分かった。すなわち、Ｒｚ２．０μｍは、寿命に対しての閾値となっており、Ｒｚ２．０μｍ以下とすることで、高寿命が可能となる。なお、十点平均粗さ（Ｒｚ）が０．１μｍ未満となると、噛み合い性が悪くなるので、カム面の表面粗さは、十点平均粗さ（Ｒｚ）で０．１μｍ以上とされている。

なお、カム面を冷間鍛造により形成した場合、表面に多数の微小ディンプルまたはしわが形成された形状となり、表面に筋が形成された形状となる研削加工品に比べて、相対的に噛み合い性が劣ったものとなる。研削加工品では、相対的に摩耗が不利となるが、図３に示したように、カム面(11)の研削方向ところ(13)の移動方向とを合わせることで、摩耗と噛み合い性とを高いレベルでバランスさせることができる。

この一方向クラッチ(5)は、オルタネータ用として使用された場合には、次のように動作する。

エンジンの高速回転時には、コイルばね(14)の付勢力によって、一方向クラッチ(5)のくさび状空間(12)の狭い側にころ(13)が噛み込まれ、駆動力が伝達されて、一方向クラッチ(5)の外輪（プーリ(4)）と一方向クラッチ(5)の内輪（中空軸(3)）とが一体となって回転する（ロック状態）。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、内外輪(3)(4)が同期回転することによって、発電が行われる。そして、エンジンの回転数が低下すると、ころ(13)がフリー状態に移動し、オルタネータの慣性力によって発電効率が維持される。さらに、クランクシャフトが回転変動を伴う場合において、一方向クラッチ(5)がロックした状態では、クランクシャフトの駆動力がオルタネータに伝達されるとともに、一方向クラッチ(5)がフリーとなった状態では、駆動力の伝達が遮断されることによって回転変動が吸収されて、ベルトのすべりを防止して長寿命化できる。

図５は、この発明による一方向クラッチを備えたプーリユニットの第２実施形態を示している。この一方向クラッチ(11)は、例えば、エンジンのクランクシャフトからベルトを介して駆動される補機に設けられるもので、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、両輪(61)(62)間に形成されたくさび状空間(64)に配された複数の噛み込み部材としてのころ(65)と、複数のころ(65)をくさび状空間(64)内に保持する保持器(66)と、各ころ(65)をくさび状空間(64)の狭い側（ロック側）へ付勢する付勢部材(67)とを備えている。

付勢部材(67)は、コイルばねであり、くさび状空間(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。

外輪(61)の内周面は円筒面とされ、カム面(63)は、内輪(62)の外周に軸心を挟んで対向する断面平坦状の２面が周方向に複数組設けられることによって形成されている。そして、内輪(62)と外輪(61)とが一の方向に相対回転することによりくさび状空間(64)の狭い側にころ(65)が噛み込み、他の方向に相対回転したときにころ(65)の噛み込みが解除されることで、ロック状態とフリー状態とに切換え可能とされている。

保持器(66)は、合成樹脂製で、カム面(63)にほぼ沿った内周形状と外輪(61)内周面に沿った円筒面の外周形状とを有しており、カム面(63)内に圧入されている。保持器(66)と外輪(61)の内周との間には若干の間隙が設けられている。保持器(66)は、ころ(65)およびコイルばね(67)を収納するポケット(66a)を有しており、保持器(66)のポケット(66a)には、グリースが封入されている。

この実施形態の一方向クラッチ(11)のカム面(63)も、図３に示したのと同様、研削加工により形成され、カム面(63の研削は、周方向（ころ(65)の移動方向＝噛み合い方向）とされている。したがって、摩耗量が抑制され、噛み合い性にも優れたものとなっている。カム面(11)の表面粗さについても、十点平均粗さ（Ｒｚ）で２．０μｍ以下かつ０．１μｍ以上とされている。これにより、内輪カムの場合であっても、摩耗と噛み合い性とを高いレベルでバランスさせることができる。

なお、上記の実施形態では、プーリ(4)と一方向クラッチ(5)の外輪と軸受(6)(7)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(5)の内輪と軸受(6)(7)の内輪とが一体とされているが、転がり軸受の外輪および内輪は、一方向クラッチの外輪および内輪と別体であってももちろんよい。

図１は、この発明による一方向クラッチの第１実施形態を示す縦断面図である。図２は、同横断面図である。図３は、研削加工により得られたカム面の表面状態を模式的に示す図である。図４は、この発明による一方向クラッチの表面粗さと摩耗との関係を示す図である。図５は、この発明による一方向クラッチの第２実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

(3)(61) 中空軸（一方向クラッチ内輪）
(4)(62) プーリ（一方向クラッチ外輪）
(5)(11) 一方向クラッチ
(11)(63) カム面
(12)(64) くさび状空間
(13)(65) ころ
(14)(67) コイルばね（付勢部材）
(15)(66) 保持器

Claims

内輪、外輪、両輪間に配された複数のころ、各ころを噛み込み方向へ付勢する付勢部材および複数のころを保持する保持器を備え、内輪外周面または外輪内周面がカム面とされている一方向クラッチにおいて、
カム面は、研削方向が周方向となるように研削加工されていることを特徴とする一方向クラッチ。
カム面の表面粗さが十点平均粗さ（Ｒｚ）で２．０μｍ以下とされている請求項１の一方向クラッチ。
カム面が平坦状とされている請求項１または２の一方向クラッチ。