JP2006200561A

JP2006200561A - 一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置

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Publication number: JP2006200561A
Application number: JP2005010069A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nakatani; 真也中谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】高回転速度、高負荷荷重条件での使用により内部が高温になる場合にも耐久性に優れた一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置を提供する。
【解決手段】プーリ１２と、このプーリ１２の内径側にプーリ１２と同心に配置されたスリーブ１１と、このスリーブ１１とプーリ１２との間に設けられる転がり軸受２，２及び一方向クラッチ３と、を備える一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置において、転がり軸受２及び一方向クラッチ３に充填するグリース組成物Ｇとして、１５０℃で５００時間放置したときの全酸価増加量が３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であるものを用いる。これにより、耐久性が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置に関し、特に耐久性に優れた一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置に関する。

オルタネータ等の自動車用補機、補機駆動装置やエンジンのクランクシャフト等には、所定方向の駆動力のみを伝達するために、一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置を用いることが知られている（特許文献１参照）。
特開２００１−１２５１３号公報

近年、オルタネータ等の高性能化、高出力化が進んでいる。これに伴い、一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置の使用条件も厳しくなっており、より回転速度が高く、負荷荷重の高い条件での動作が要求されるようになってきている。このように、高回転速度、高負荷荷重条件下の動作では、一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置内部に発生する熱や振動も大きくなることから、一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置には高温条件下での耐久性も求められる。
本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、高回転速度、高負荷荷重条件での使用により内部が高温になる場合にも耐久性に優れた一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１による一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置は、内径側部材と、前記内径側部材の外周に前記内径側部材と同心に配置された筒状の外径側部材と、前記内径側部材の外周面と前記外径側部材の内周面との間に設けられ、前記内径側部材と前記外径側部材とを相対回転自在に支持する転がり軸受と、前記外径側部材及び前記内径側部材の一方を他方に対し所定方向に相対回転させる回転力のみを伝達する一方向クラッチと、を備えた一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置において、前記転がり軸受及び前記一方向クラッチの少なくとも一方は、１５０℃の雰囲気で５００時間放置した後の全酸価と前記放置前の全酸価との差である全酸価増加量が３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であるグリース組成物により潤滑されていることを特徴とする。

一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置において、特に転がり軸受の寿命はグリース組成物の劣化の度合いに影響を受けることが多い。例えば、グリース組成物の劣化の度合いが使用限界のレベルに到達した時に寿命に至るとの報告がある（ＮＳＫＢｅａｒｉｎｇＪｏｕｒｎａｌ、Ｎｏ６４７、ｐ．１９−２４、１９８９）。従って、熱安定性に優れたグリース組成物により潤滑することで、高回転速度、高負荷荷重条件での使用により内部が高温になる場合にも一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置は耐久性に優れたものとなる。なお、一方向クラッチを熱安定性に優れたグリース組成物により潤滑する場合にも、同様の効果が期待できる。

なお、全酸価増加量を３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下としたのは、一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置の信頼性への十分な余裕も考慮した場合に３ｍｇＫＯＨ／ｇを超えると、化学的劣化によるグリース組成物の寿命であるといえるためである。全酸価増加量は３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であれば、低いほどその効果も高い。

本発明の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置は、高回転速度、高負荷荷重条件での使用により内部が高温になる場合にも耐久性に優れる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
［一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置の構成について］
図１に、本実施形態に係る自動車用オルタネータに用いられる一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置を示す。
一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置は、スリーブ（内径側部材）１１と、このスリーブ１１の外周にスリーブ１１と同心に配置されたプーリ（外径側部材）１２と、このスリーブ１１とプーリ１２との間に設けられる転がり軸受２，２及び一方向クラッチ３と、を備える。

プーリ１２は、略円筒状の回転部材であり、外周には軸方向に沿う断面が波形となるように凹凸が形成され、不図示の無端ベルト（ポリＶベルト）が掛け渡される。無端ベルトは、図示しないが、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にも掛け渡されており、この無端ベルトを介してエンジンのクランクシャフトの駆動力がプーリ１２に伝達されるようになっている。

スリーブ１１は、図１ではオルタネータ軸Ｓに外嵌固定された筒状部材であり、このオルタネータ軸Ｓに回転力を伝達する。スリーブ１１の軸方向中間部には、外径寸法の大きな大径部１１Ａが形成され、またこの大径部１１Ａの軸方向一端部には、さらに外径寸法の大きな突出部１１Ｂが形成されている。なお、オルタネータ軸Ｓには発電用ローターが固定されており、オルタネータ軸Ｓの回転によって発電する。

一対の転がり軸受２，２は、外輪２２と、内輪２１と、転動体２３と、転動体２３を保持する保持器２４と、を備え、一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置に生じるラジアル荷重を支持しつつ、スリーブ１１とプーリ１２との相対回転を自在としている。そして、本実施形態では外輪２２と内輪２１の間に形成される軸受空間には、潤滑剤としてのグリース組成物（組成については後述する）Ｇが充填され、この軸受空間を塞ぐように設けられた一対のシール部材２５，２５によって密封されている。

一方向クラッチ３は、クラッチ用内輪３１と、クラッチ用外輪３２と、クラッチ用内輪３１及びクラッチ用外輪３２の間に配された複数のローラ３３と、ローラ３３を保持するクラッチ用保持器３４と、を備える。
クラッチ用内輪３１は、スリーブ１１に締まり嵌めで外嵌固定された略円筒状部材であり、その外周には円周方向に向かうにつれて徐々に窪みの深くなる凹状のカム面３１ａが円周方向に複数等間隔に形成されている。

また、クラッチ用外輪３２は、プーリ１２に締まり嵌めで内嵌固定された略円筒状部材であり、クラッチ用内輪３１に対向する内周面は通常の円筒面３２ｂとされている。この結果、クラッチ用内輪３１とクラッチ用外輪３２との間隔は、カム面３１ａでは円周方向に向かうにつれて徐々に広くあるいは狭くなっている。また、クラッチ用外輪３２の両端は、スリーブ１１に向かって折り曲げられて鍔３２ａを形成し、クラッチ用内輪３１とクラッチ用外輪３２の間に充填されるグリース組成物のグリース溜りとしても機能する。

これらクラッチ用内輪３１とクラッチ用外輪３２との間には、クラッチ用保持器３４に保持された複数のローラ３３がそれぞれ転動及び円周方向に若干移動可能に配されるとともに、転がり軸受２，２に充填したグリース組成物Ｇと同組成のグリース組成物が充填されている。
クラッチ用保持器３４は、ローラ３３，３３間に配される柱部と、この柱部に固定された板状部材よりなるばねとを備え、合成樹脂で形成されており、ローラ３３は、このばねによってクラッチ用内輪３１とクラッチ用外輪３２との間隔が狭くなる方向に弾性的に押圧される。また、柱部の一方の端部には、スリーブ１１に向かって突出した凸部３４ａが形成されており、この凸部３４ａがスリーブ１１の突出部１１Ｂとクラッチ用内輪３１との間に挟まれることで、クラッチ用保持器３４の軸方向への位置決めが行われるようになっている。

前記のような構成の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置はオルタネータ軸Ｓに取り付けられた状態で、次のように動作する。
無端ベルトの走行により回転するプーリ１２の回転速度がオルタネータ軸Ｓの回転速度と同等以上であるときは、ローラ３３がカム面３１ａの窪みの浅くなる方へ移動する傾向となる。この際、クラッチ用保持器３４のばねにも押圧されることで、ローラ３３がクラッチ用内輪３１とクラッチ用外輪３２の間に楔状に食い込む（クラッチロック状態）。これにより、プーリ１２からスリーブ１１へ回転力が伝達されるようになり、無端ベルトの駆動力がオルタネータ軸Ｓに伝達される。

一方、無端ベルトの走行が減速し、慣性で回転するオルタネータ軸Ｓの回転速度よりも小さくなったときは、スリーブ１１とプーリ１２の相対回転の方向が反転し、ローラ３３がカム面３１ａの窪みが深くなる方へ移動する傾向となる。このため、ロック状態が解除され、クラッチ用内輪３１とクラッチ用外輪３２との接続が切断される。この状態では、転がり軸受２，２によって支持されて、プーリ１２がスリーブ１１に対して相対回転するため（オーバラン状態）、無端ベルトの減速に従ってオルタネータ軸Ｓも減速することなく、そのままの速度で回転を継続する。この結果、エンジンのクランクシャフトの回転角速度が変動した場合でも、無端ベルトとプーリ１２が擦れ合うことを防止できるので、鳴きと呼ばれる異音の発生や、摩耗による無端ベルトの寿命低下を防止できる。これとともに、オルタネータの発電効率の低下を防止できる。

このような、一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置において、転がり軸受２，２及び一方向クラッチ３は、本発明の熱安定性に優れたグリース組成物Ｇにより潤滑されるので、高速回転、あるいは高負荷荷重使用条件下でも、耐久性に優れる。
なお、本発明に係るグリース組成物Ｇを、転がり軸受２，２及び一方向クラッチ３の双方に充填する場合に限らず、いずれか一方にのみ充填する場合にも、耐久性向上の効果が得られる。この場合において、特に寿命がグリース組成物Ｇの劣化の度合いに影響される転がり軸受２，２に、本発明に係るグリース組成物Ｇを用いると、その効果が大きい。

なお、本発明を適用する一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置は、以上のような構成のものに限定されない。例えば、クラッチ用外輪３２の内周面にカム面３１ａを設けたり、あるいは、クラッチ用外輪３２を省略し、プーリ１２の内周面を直接、一方向クラッチ３の摺動面として利用したりすることも可能である。同様に、クラッチ用内輪３１を設けずに直接スリーブ１１の外周面を一方向クラッチ３の摺動面としてもよい。

さらに、一対の転がり軸受２，２は玉軸受に限らず、ころ軸受を採用した場合であっても、さらにはころ軸受と玉軸受の双方を採用した場合であっても、同様の効果を得られる。
また、一方向クラッチとしてローラクラッチを使用した場合について述べたが、本発明はこの一方向クラッチとして、スプラグクラッチ等、従来から知られている他の構造の一方向クラッチを使用してもよい。

なお、自動車用オルタネータに用いる一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置について説明したが、本発明に係る一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置はオルタネータ用途のものに限定されない。例えば、自動車用オルタネータ以外のコンプレッサ、ウォータポンプ、冷却ファン等自動車用補機の従動軸に取り付け、補機駆動装置やエンジンからの所定方向の回転力を伝達させてもよい。あるいは、アイドリングストップ車に搭載するエンジンのクランクシャフト及び補機駆動装置の駆動軸等に装着し、エンジン又は補機駆動装置の一方が運転状態、他方が停止状態にある場合に、運転状態にある一方の回転力のみを伝達し、他方の駆動軸を回転させないようにするために、用いてもよい。また、スタータモータ等の駆動装置の回転軸に取り付けて、一方向のみの回転力を伝達するために用いるものであってもよい。

［グリース組成物Ｇについて］
本実施形態の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置に充填されるグリース組成物Ｇは、基油に増ちょう剤を配合して生成され、１５０℃で５００時間放置したときの全酸価が３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。
基油としては、鉱物系潤滑油および合成潤滑油を使用することができる。鉱物系潤滑油としては、特に制限されるものではないが、パラフィン系鉱物油、ナフテン系鉱物油及びそれらの混合潤滑油を使用できる。また、合成潤滑油も特に制限されるものではないが、合成炭化水素油、エーテル油、エステル油およびフッ素油等が使用できる。具体的には、合成炭化水素油としては、ポリ−α−オレフィン油等を、エーテル油としてはジアルキルジフェニルエーテル油、アルキルトリフェニルエーテル油、アルキルテトラフェニルエーテル油等を使用することができる。また、エステル油としては、ジエステル油、ネオペンチル型ポリオールエステル油、これらのコンプレックスエステル油（一塩基酸及び二塩基酸の混合脂肪酸と多価アルコールとのオリゴエステル）、及び、芳香族エステル油等を使用することができる。

これらの基油は、単独でも用いても、適宜組み合わせて用いてもよい。中でも、高温、高速での潤滑性能及び寿命を考慮すると、合成潤滑油を配合することが好ましく、特に合成炭化水素油、エステル油、エーテル油を配合することが好ましい。
また、基油の動粘度は、４０℃で２０ｍｍ²／ｓ以上１００ｍｍ²／ｓ以下であることが好ましく、さらには、３０ｍｍ²／ｓ以上５０ｍｍ²／ｓ以下であることが好ましい。３０ｍｍ²／ｓ未満であると、油膜が薄くなり、耐久性が不十分となる。また、５０ｍｍ²／ｓを超えると一方向クラッチのクラッチロック性能が不十分となる。また、自動車は−４００Ｃ付近での使用（エンジン始動）にも耐えなければならないため、基油の流動点は−４０℃以下である必要がある。

前記増ちょう剤としては、基油中にコロイド状に分散して、基油を半固体または固体状にする物質を使用することができる。このような増ちょう剤としては、例えば、リチウム石鹸系、カルシウム石鹸系、ナトリウム石鹸系、アルミニウム石鹸系、リチウムコンプレックス石鹸系、カルシウムコンプレックス石鹸系、ナトリウムコンプレックス石鹸系、バリウムコンプレックス石鹸系、アルミニウムコンプレックス石鹸系の金属石鹸、べントナイト系、クレイ系の無機化合物、モノウレア系、ジウレア系、トリウレア系、テトラウレア系、ウレタン系、ナトリウムテレフタラメート系の有機化合物などが挙げられる。これらの中でも、ウレア系は耐熱性に優れているので、好適に用いることができる。

これらの増ちょう剤は、単独で用いてもよいし、１種以上混合して用いてもよい。また、増ちょう剤の配合量は、前記基油とともにグリース組成物を形成し得る限り制限されるものではないが、グリース組成物全量の１０質量％以上３０質量％以下、好ましくは１５質量％以上２５質量％以下が適当である。
また、上述のようにして生成されるグリース組成物の混和ちょう度は、２５０以上３４０以下の範囲とする。混和ちょう度が２５０未満では、主に一方向クラッチにおいて摺動面にグリース組成物が行き渡らない。また、一方向クラッチ３のロック、アンロックはバネ力も使用するが、このバネの動きを悪くするという問題も起こる。一方、混和ちょう度が３４０を超えると、走行時の振動等でグリース組成物が流出しやすくなる等の問題が生じる。

さらに、本発明のグリース組成物においては、その各種性能をさらに向上させるため、所望により種々の添加剤を混合してもよい。例えば、酸化防止剤としては、一般的に使用される酸化防止剤を使用できる。用いることができる酸化防止剤としては、例えば、フェニル−１−ナフチルアミン等のアミン系化合物、２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ジブチルフェノール等のフェノール系化合物、硫黄系化合物、ジチオリン酸亜鉛が挙げられる。防錆剤としては、例えば、スルフォン酸の金属塩（アルカリ金属、アルカリ土類金属等）、アルキルコハク酸エステル等のアルキルコハク酸誘導体、アルケニルコハク酸エステル等のアルケニルコハク酸誘導体、ソルビタンモノオレエート等の多価アルコールの部分エステルを使用することができる。極圧剤としては、例えば、リン系極圧剤、硫黄−リン系極圧剤、ジチオリン酸亜鉛、モリブデン化合物を使用することができる。油性向上剤としては、例えば、脂肪酸、動植物油を使用することができる。金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾール等を使用することができる。

これらの添加剤は、単独又は２種以上混合して用いることができる。なお、これら添加剤の添加量は、本発明の目的を損なわない程度であれば特に限定されるものではない。
前記グリース組成物は、上記の各成分を含有するが、その製造方法には制限は無い。また、添加剤を添加後、十分に撹拌して均一に分散させる必要があるが、その際加熱することも有効である。

次に、本発明の実施例について説明する。
［熱安定性について］
まず一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置に充填するグリース組成物の組成と熱安定性との関係について、高温放置試験により調べたので説明する。
試験では、まず下記表１に示す各組成を有するグリース組成物を作製した。次に、ステンレスシャーレ（ＳＵＳ３０４）にグリース組成物を厚さ３ｍｍに均一に塗布し、１５０℃の恒温槽に５００時間放置した。その後、グリース組成物の全酸価及び２５℃におけるちょう度を測定し、それぞれ恒温槽に放置する前に測定した全酸価及び２５℃におけるちょう度との差に基づき、それぞれ全酸価増加量及びちょう度の差を算出した。全酸価増加量が３．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下を合格とした。結果を表１に示す。

表１に示すように、どの基油及び増ちょう剤を用いた場合にも、アミン系酸化防止剤の添加量が多いと、全酸価増加量が少なく、熱安定性に優れることが確認された。また、リチウムコンプレックス石鹸を用いる場合よりもウレア化合物を用いた方が熱安定性に優れ（実施例１及び２参照）、さらに基油にポリオールエステル油やアルキルジフェニルエーテル油を用いると、熱安定性がより優れることが確認された。

［焼付性試験について］
次に、上述のようにして熱安定性を確認した各種のグリース組成物を転がり軸受２に封入し、図３に示すようなＡＳＴＭＤ１７４１に規定されるものに類似の軸受寿命試験機を用いて焼付性試験を行うことで、熱安定性と耐久性の関係を調べたので説明する。
試験では、転がり軸受２として、図２とほぼ同様の構造である内径８ｍｍ、外径２２ｍｍ、幅７ｍｍの鉄シールド付き深みぞ玉軸受を用いた。そして、この転がり軸受２に試験対象のグリース組成物を軸受空間容積の５０％を占めるように封入し、軸受寿命試験機に装着した。

軸受寿命試験機には、転がり軸受２の外輪２２がハウジングに、内輪２１が主軸に固定されており、プーリを介してモータ（不図示）の回転駆動力が主軸に伝わると転がり軸受２の内輪２１が回転するようになっている。また、主軸にはシーズヒータが取り付けられており、転がり軸受２の温度を調節可能になっている。そして、転がり軸受２の外輪２２に接続するＺスプリングを用いることによって、転がり軸受２に負荷されるアキシアル荷重及びラジアル荷重の調節が可能になっている。

試験は、軸受温度１５０℃、アキシアル荷重５９Ｎの条件下、転がり軸受２を回転速度３０００ｍｉｎ^-1で回転させることにより行った。なお、その他の試験条件は、ＡＳＴＭＤ１７４１に準拠した。そして、焼付きが生じて外輪２２の温度が１６０度以上に上昇するまでの時間を測定し、寿命とした。なお、外輪２２の温度が１６０℃以上に上昇しなくても３０００時間回転させた場合には、試験を終了した。試験は各種のグリース組成物につき４回ずつ行い、４回の試験で測定した寿命の平均値を得た。比較例２の寿命を１．０とした場合の相対値を表１に示す。

表１に示すように、基油及び増ちょう剤の種類にかかわらず、全酸価増加量が３．０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下の実施例のグリース組成物を用いた場合には、比較例のグリース組成物を用いた場合よりも寿命の相対値が大きく、耐久性に優れることが確認された。また、実施例のグリース組成物を用いた場合にも、グリース組成物が全酸価増加量が少なく熱安定性に優れるものであるほど、寿命の相対値が大きく、耐久性に優れることが確認された。

本実施形態に係る一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置を示す図である。試験に用いた転がり軸受を示す図である。軸受寿命試験機を説明する図である。

符号の説明

１１スリーブ
１１Ａ大径部
１１Ｂ突出部
１２プーリ
２転がり軸受
２１内輪
２２外輪
２３転動体
２４保持器
２５シール部材
３一方向クラッチ
３１クラッチ用内輪
３２クラッチ用外輪
３２ａ鍔
３３ローラ
３４クラッチ用保持器

Claims

内径側部材と、前記内径側部材の外周に前記内径側部材と同心に配置された筒状の外径側部材と、前記内径側部材の外周面と前記外径側部材の内周面との間に設けられ、前記内径側部材と前記外径側部材とを相対回転自在に支持する転がり軸受と、前記外径側部材及び前記内径側部材の一方を他方に対し所定方向に相対回転させる回転力のみを伝達する一方向クラッチと、を備えた一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置において、
前記転がり軸受及び前記一方向クラッチの少なくとも一方は、１５０℃の雰囲気で５００時間放置した後の全酸価と前記放置前の全酸価との差である全酸価増加量が３ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であるグリース組成物により潤滑されていることを特徴とする一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置。