JP2007046687A - 一方向クラッチの内方部材及びその製造方法とその内方部材を備えたクラッチ内蔵プーリ - Google Patents

一方向クラッチの内方部材及びその製造方法とその内方部材を備えたクラッチ内蔵プーリ Download PDF

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Abstract

【課題】クラッチ内蔵プーリの製造コストの低減を図る。
【解決手段】ねじ孔14・角孔15を有する内方部材1とその外側のベルト案内輪2の間に一方向クラッチ4を組込み、その一方向クラッチ4のスプラグ10を内方部材1のカム面7に係合可能としたクラッチ内蔵プーリである。内方部材1をC:0.51〜0.54重量%、Si:0.10重量%以下、Mn:0.20〜0.30重量%、P:0.15重量%以下、S:0.08〜0.15重量%、Cr:0.10〜0.20重量%、B:0.10〜0.20重量%、Cu:0.15重量%以下、Ni:0.15重量%以下、残部:Feと不純物からなる材料とする。この材料は、鍛造加工がし易く、高周波焼入れもし易い。高周波焼入れは、その処理時間・電流量・周波数の調整により、ねじ孔が焼入れされることを防止できる。このため、ねじ孔に防浸炭処理を施す必要がなく、製造コストの低減を図ることができる。
【選択図】図1

Description

この発明は、オルタネータ等のエンジン補機の回転軸に取付けられるクラッチ内蔵プーリ及びその構成材である内方部材、並びにその内方部材の製造方法に関するものである。
一般に、エンジンのクランク軸の回転をベルト伝動装置によってエンジン補機の回転軸に伝えるようにした補機駆動装置においては、エンジンを急減速した場合、エンジン補機の回転軸に取付けられたプーリも同様に急減速しようとする。このとき、エンジン補機がオルタネータの場合、そのオルタネータの回転軸は慣性力が大きいため、エンジンが急減速されても回転軸は急減速されることはなく、その回転軸上に取付けられたプーリは一定の速度で回り続けようとする。
この場合、クランク軸上のプーリとオルタネータの回転軸上のプーリ間に大きな回転速度差が生じ、ベルトの張力が増大して破損し易くなる。
また、クランク軸は1回転中において角速度が変化しており、その角速度変動に起因してプーリとベルトの間で滑りを生じ、その滑りによってベルトが摩耗し、耐久性が低下することになる。
そのような不都合を解消するためにクラッチ内蔵プーリがある。このクラッチ内蔵プーリは、例えば、オルタネータの回転軸に取付けられる内方部材とその外側に設けられたベルト案内輪との間に一方向クラッチを組込み、前記ベルト案内輪の回転速度が内方部材の回転速度を下回った場合に一方向クラッチのロック解除によりベルト案内輪をフリー回転させて、ベルトの張力増加を防止すると共に、ベルト案内輪とベルトの相互間における滑りを防止するようにしたものである(特許文献1参照)。
特開2002−340145号公報
このクラッチ内蔵プーリは、内方部材の中心軸上に、一端側から六角孔を、他端側から円孔をそれぞれ形成するとともに、その両孔間にねじ孔を形成して、そのねじ孔をオルタネータの回転軸の外周に設けられた雄ねじにねじ係合し、前記六角孔にレンチを係合して、前記回転軸に締付けて取付ける(本願実施例参照)。
一方向クラッチは、内方部材を内輪とし、その内方部材とベルト案内輪に圧入又は一体成形された外輪の間に、スプラグからなる係合子を装填した構成であり、その係合子を、前記内方部材の外周面からなるカム面と前記外輪の内周面からなるカム面の双方に噛み込ませてベルト案内輪と内方部材の相互間で回転トルクの伝達を行なう。
このクラッチ内蔵プーリにおいて、上記内方部材のカム面は係合子を係脱させるため、高い硬度が要求され、従来では、そのカム面に浸炭焼入れを行っている。
このとき、内方部材のねじ孔が浸炭焼入れされて硬くなると、レンチによる締付け時、そのねじ山にクラックなどが発生して欠ける可能性がある。このため、ねじ孔の内周に防浸炭処理を施して内方部材を浸炭焼入れするようにしており、その防浸炭処理により製造コストが高くつくという問題がある。
また、内方部材の六角孔は製造コストの低減化を図るため、鍛造により形成するようにしている。
この発明は、鍛造特性の劣化を招くことなく、その防浸炭処理をなくすことを課題とする。
上記の課題を解決するため、この発明は、浸炭焼入れに代えて高周波焼入れを採用したのである。
高周波焼入れは、表面加熱を高周波電流による電磁誘導を応用して行い、その処理時間・電流量・周波数によって、高周波焼き入れ面の深さを調整できるため、その深さを調整することによって、ねじ孔が焼入れされることを防止できる。
つぎに、この発明は、内方部材に下記の材料を使用したのである。

「C:0.50〜0.55重量%、Si:0.10重量%以下、Mn:0.20〜0.30重量%、P:0.15重量%以下、S:0.08〜0.15重量%、Cr:0.10〜0.20重量%、B:0.10〜0.20重量%、Cu:0.15重量%以下、Ni:0.15重量%以下、残部をFeと不純物とする材料」
通常、Si、Mnを減らすことにより、鍛造特性が向上し(鍛造し易くなり)、Bを入れることにより、焼き入れ特性が向上し、この組成の材料は、特許文献2、3等で示されるように、鍛造加工がし易いうえに、高周波焼入れがし易いものである。
特開昭60−230960号公報 特開平02−290640号公報
この発明は、上記のように、内方部材に上記材料を使用して、そのカム面を高周波焼入れしたことによって、そのカム面に浸炭鋼の浸炭焼入れ品と同程度の硬度を確保することができると共に、鍛造によって角孔を形成することが容易であり、しかも、カム面の高周波焼入れによってねじ孔の雌ねじが硬化することもないため、防浸炭処理を施す必要がない。
この発明の内方部材に係る実施形態としては、中心軸上にねじ孔および角孔を有して外周面が係合子のカム面となる一方向クラッチの内方部材において、C:0.50〜0.55重量%、Si:0.10重量%以下、Mn:0.20〜0.30重量%、P:0.15重量%以下、S:0.08〜0.15重量%、Cr:0.10〜0.20重量%、B:0.10〜0.20重量%、Cu:0.15重量%以下、Ni:0.15重量%以下、残部をFeと不純物とする材料からなり、前記カム面に高周波焼入れを施した構成を採用する。
この構成において、カム面の表面硬さは、使用できる限りにおいて任意であるが、例えば、ロックウェル硬さ(HRC):56〜63程度とすると、係合子の噛み込みによってカム面に圧痕が発生するのを防止することができ、耐久性に優れたものとすることができる。
また、高周波焼入れ前に調質処理を施すと、上記値に相当する表面硬さのカム面を確実に形成することができると共に、芯部の硬度を高めることができるため、より耐久性に優れた内方部材とすることができる。
これらの内方部材の製造は、従来周知の方法により適宜に行えばよいが、例えば、上記材料を円柱状のものとして、冷間鍛造により、その円柱状材料の一端側から上記角孔を、他端側から円孔を、円柱状材料の中心軸上にそれぞれ形成するとともに、その円柱状材料の外周面に上記カム面を形成した後、そのカム面に高周波焼入れを施し、切削加工により、前記円柱状材料に、角孔と円孔とを連通する下孔を中心軸上に形成し、その下孔内周面にねじを切って上記ねじ孔とする構成とすることができる。
このとき、切削加工により、前記円柱状材料に、その角孔と円孔とを連通する下孔を中心軸上に形成し、その下孔内周面にねじを切って上記ねじ孔とした後に、上記カム面への高周波焼入れを施すようにすることもできる。
上記角孔及び円孔の形成部分の円柱状材料の断面減少率は、材料割れ等を考慮して、実験等によって適宜に決定すれば良いが、例えば、角孔形成部分の断面減少率を10〜30%、円孔の形成部分の断面減少率を8〜18%とすることができる。ここで、冷間鍛造前の円柱状材料の端面の面積をA、冷間鍛造後の円柱状材料の端面の面積(角孔又は円孔の空洞端面を除いた面積)をAとすると、断面減少率は、(A−A)/A×100(%)で表せる。
前者の断面減少率が10%未満、後者の断面減少率が8%未満であると、金型の寿命が短くなり、一方、前者の断面減少率が30%、後者の断面減少率が18%をそれぞれ超えると、材料割れの恐れがある。
これらの構成の内方部材は、各種の機器に採用できるが、例えば、クラッチ内蔵プーリにおいては、その内方部材とその外側に設けられたベルト案内輪との間に上記一方向クラッチを組込み、その一方向クラッチの係合子をベルト案内輪の内径面に圧入又は一体成形されたクラッチ外輪のカム面と前記内方部材のカム面の双方に噛み込ませてベルト案内輪と内方部材の相互間で一方向の回転トルクを伝達するようにした構成とすることができる。
このとき、上記内方部材とベルト案内輪との間の上記一方向クラッチの両側にそれぞれ軸受を設けたものとすることができる。
一実施例を図1、図2に示し、この実施例のクラッチ内蔵プーリは、エンジン補機であるオルタネータの回転軸上に取付けられる内方部材1とその外側に設けられたベルト案内輪2を2個の軸受3によって相対的に回転自在に支持し、その2個の軸受3間に一方向クラッチ4を組込んだ構成であり、内方部材1が、一方向クラッチ4の内輪とベルト案内輪2のスリーブを兼ねる。
一方向クラッチ4は、ベルト案内輪2の内径面に圧入されたクラッチ外輪5の円筒形内面(カム面)6と内方部材1の外周に設けられた円筒形カム面7との間に保持器8を組込み、その保持器8に形成されたポケット9内に係合子としてのスプラグ10と、そのスプラグ10の両端に形成された円弧面11が上記円筒形内面6およびカム面7に係合する方向にスプラグ10を付勢する弾性体12とを組込み、ベルト案内輪2の図2に示す矢印方向への回転時に、スプラグ10の両端の円弧面11を円筒形内面6およびカム面7に噛み込ませてベルト案内輪2から内方部材1へ回転トルクを伝える。
内方部材1は下記の組成の材料、例えば、大同特殊鋼株式会社 商品名:HAC53を使用する。

C:0.51〜0.54重量%、Si:0.10重量%以下、Mn:0.20〜0.30重量%、P:0.15重量%以下、S:0.08〜0.15重量%、Cr:0.10〜0.20重量%、B:0.10〜0.20重量%、Cu:0.15重量%以下、Ni:0.15重量%以下、残部:Feと不純物
この内方部材1の中心軸上には、その一端から円状の案内孔13、その案内孔13より小径のねじ孔14、さらにレンチ係合用の角孔15が順々に形成され、角孔15は冷間鍛造により形成される。案内孔13は切削加工によっても良いが、角孔15と同様に、冷間鍛造により形成してもよい。このとき、両孔13、15を同時に(一度の冷間鍛造により)形成することができる。
内方部材1のカム面7は高周波焼入れされている。図3に示す網目部分(イ)は高周波焼入れによって形成された硬化層を示し、その硬化層(イ)の表面硬さはHRC56〜63程度とされている。
この実施例ではカム面7のみを高周波焼入れしたが、焼入れ範囲はこれに限定されず、ねじ孔14の内周を除く範囲(ねじ山に焼き入れが入らない範囲)であればよい。
このように、カム面7を高周波焼入れすることによって、浸炭鋼の浸炭焼入れ品と同程度の硬度を確保することができると共に、ねじ孔14の内周に防浸炭処理を施す必要もないので、製造コストの低減を図ることができる。
また、内方部材1の素材であるHAC53の鋼は、鍛造により、角孔15を容易に形成することができ、コストの安いクラッチ内蔵プーリを得ることができる。
ここで、内方部材1の調質後、カム面7を高周波焼入れすることにより、カム面7にHRC56〜63程度の硬さを確実に確保することができると共に、芯部まで硬さの硬い耐久性に優れた内方部材1を得ることができる。
この実施例では、一方向クラッチ4としてスプラグタイプのものを示したが、一方向クラッチ4はこれに限定されるものではない。例えば、内方部材1の外周とクラッチ外輪5の内周における一方に円筒面を形成し、他方にその円筒面との間でくさび空間を形成するカム面を設け、そのカム面と円筒面間にローラを組込んだローラタイプのものであってもよい。
また、クラッチ外輪5、軸受3の外輪をベルト案内輪2と別物としたが、その両外輪の一方、又は両方をベルト案内輪2で兼ねることができ、軸受3の内輪も内方部材1で兼ねることができる。このとき、クラッチ4の係合子(スプラグ10)のカム面及び軸受3の転動体(ボール)の転走面には高周波焼き入れを施す。
さらに、実施例は、オルタネータに係るものであったが、この発明は、一方からの回転力を他方に伝達する際、その伝達を行ったり、遮断したりする(一方向クラッチのロック・解除をする)クラッチ内蔵プーリであれば、いずれのものにも採用できる。
一実施例の縦断正面図 図1のII−II線断面図 同実施例の内方部材の高周波焼入れ箇所を示す縦断正面図
符号の説明
1 内方部材
2 ベルト案内輪
4 一方向クラッチ
5 クラッチ外輪
6 円筒形内面
7 カム面
10 スプラグ(係合子)
13 円孔(案内孔)
14 ねじ孔
15 角孔

Claims (7)

  1. 中心軸上にねじ孔(14)および角孔(15)を有して外周面に係合子(10)のカム面(7)を形成した一方向クラッチ(4)の内方部材(1)であって、
    C:0.50〜0.55重量%、Si:0.10重量%以下、Mn:0.20〜0.30重量%、P:0.15重量%以下、S:0.08〜0.15重量%、Cr:0.10〜0.20重量%、B:0.10〜0.20重量%、Cu:0.15重量%以下、Ni:0.15重量%以下、残部をFeと不純物とする材料からなり、
    上記カム面(7)に高周波焼入れを施したことを特徴とする一方向クラッチの内方部材。
  2. 上記内方部材(1)を高周波焼入れ前に調質処理を施したことを特徴とする請求項1に記載の一方向クラッチの内方部材。
  3. 上記カム面(7)の表面硬さをHRC:56〜63の範囲としたことを特徴とする請求項1又は2に記載の一方向クラッチの内方部材。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載の内方部材(1)とその外側に設けられたベルト案内輪(2)との間に上記一方向クラッチ(4)を組込み、その一方向クラッチ(4)の係合子(10)をベルト案内輪(2)の内径面に圧入又は一体成形されたクラッチ外輪(5)のカム面(6)と前記内方部材(1)のカム面(7)の双方に噛み込ませてベルト案内輪(2)と内方部材(1)の相互間で一方向の回転トルクを伝達するようにしたことを特徴とするクラッチ内蔵プーリ。
  5. 上記内方部材(1)とベルト案内輪(2)との間の上記一方向クラッチ(4)の両側にそれぞれ軸受(3)を設けたことを特徴とする請求項4に記載のクラッチ内蔵プーリ。
  6. 請求項1〜3のいずれかに記載の一方向クラッチ(4)の内方部材(1)の製造方法であって、
    上記材料を円柱状のものとして、冷間鍛造により、その円柱状材料の一端側から上記角孔(15)を、他端側から円孔(13)を、前記円柱状材料の中心軸上にそれぞれ形成するとともに、その円柱状材料の外周面に上記カム面(7)を形成した後、
    そのカム面(7)に高周波焼入れを施し、切削加工により、前記円柱状材料に、角孔(15)と円孔(13)とを連通する下孔を上記中心軸上に形成し、その下孔内周面にねじを切って上記ねじ孔(14)とする、
    又は、切削加工により、前記円柱状材料に、その角孔(15)と円孔(13)とを連通する下孔を同一軸に形成し、その下孔内周面にねじを切って上記ねじ孔(14)とした後、前記カム面(7)への高周波焼入れを施す
    ことを特徴とする一方向クラッチの内方部材の製造方法。
  7. 上記角孔(15)の形成部分の円柱状材料の断面減少率を10〜30%、上記円孔(13)の形成部分の円柱状材料の断面減少率を8〜18%としたことを特徴とする請求項6に記載の一方向クラッチの内方部材の製造方法。
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