JP2007198607A

JP2007198607A - 一方向クラッチ

Info

Publication number: JP2007198607A
Application number: JP2007113032A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Terada; 忠弘寺田; Hajime Tazumi; 一田積; Yoshitaka Nakagawa; 義崇中川; Hideki Fujiwara; 英樹藤原
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-04-23
Filing date: 2007-04-23
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】
一方向クラッチにおいて、低温から高温までの広い温度範囲における状態切り換え動作の安定化と耐摩耗性を両立できるようにすること。
【解決手段】
径方向内外に同心状に配設される外輪１１と内輪１２との対向環状空間に介装される一方向クラッチ３であって、状態切り換え要素１３の動作部位に使用する潤滑剤が、圧力粘度係数（２５℃時）１２ＧＰａ^-1以上に設定されてなるエステル系あるいは合成油系の基油にウレア系の増ちょう剤を配合した成分とされる。この潤滑剤では、低温時でも状態切り換え要素１３の動きが安定するようになり、また、高温時でも状態切り換え要素１３および動作面が摩耗しにくくなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一方向クラッチに関する。この一方向クラッチは、例えば種々な機器の送り機構、あるいは自動車のオルターネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどの補機のプーリに用いられる。

一方向クラッチは、径方向内外に同心状に配設される外輪と内輪とを同期回転させるロック状態と、相対回転させるフリー状態とに切り換えるものである。

ここで、例えば、ころを用いるタイプの一方向クラッチでは、内・外輪間の径方向対向空間の円周数カ所にくさび状空間が設けられ、このくさび状空間にころが配置される。このくさび状空間は、例えば外輪の内周面の円周数カ所に設けられる径方向外向きに凹む凹曲面からなるカム面と、径方向内側に配設される内輪の外周面とで形成される。

ところで、一方向クラッチのクラッチ機能部分に使用する潤滑剤としては、一般的に、ウレア系のグリースを用いている（特許文献１参照）。
特開平３−２４９４３５号公報（第２頁右上欄参照）

上記従来例では、ロック状態において、ころの摩擦力により内・外輪を一体化させるのであるが、低温から高温までの広い温度範囲においてかみ合い性と耐摩耗性を両立できない場合があった。具体的に、低温時にはころのかみ合い性が劣り、高温時には耐摩耗性が劣る。

ところで、本願出願人は、オルタネータに一方向クラッチを搭載し、クランクシャフトの回転数が低下するときに、オルタネータのロータの回転をその慣性力により継続させるようにして、発電効率を高めるようにしたものを提案しているが、このような構造では、エンジンの振動がオルタネータのプーリに対して当該プーリを回転駆動するベルトを介して、ほぼ常時、伝わるために、特に耐摩耗性が低下しやすい。

このような事情に鑑み、本発明は、一方向クラッチにおいて、低温から高温までの広い温度範囲における状態切り換え動作の安定化と耐摩耗性を両立できるようにすることを目的としている。

請求項１の発明にかかる一方向クラッチは、径方向内外に同心状に配設される２つの環体を同期回転させる状態と相対回転させる状態とに切り換える一方向クラッチであって、状態切り換え要素の動作部位に使用する潤滑剤が、圧力粘度係数（２５℃時）１２ＧＰａ^-1以上６４．４ＧＰａ^-1以下、ちょう度（２５℃時）２４０〜３１０、トラクション係数０．０２以上０．０６６以下に設定されてなるエステル系あるいは合成油系の基油にウレア系の増ちょう剤を配合した成分とされる。

請求項２の発明にかかる一方向クラッチは、上記請求項１の状態切り換え要素が、前記２つの環体間に形成されるくさび状空間に転動可能に配設されるころとされる。

請求項３の発明にかかる一方向クラッチは、上記請求項１または２の潤滑剤のちょう度（２５℃時）が２４０〜３１０でかつトラクション係数（２５℃時）が０．０２以上となるように前記基油と増ちょう剤との配合割合が設定されている。

以上、本発明では、要するに、使用する潤滑剤の成分を選定しているから、低温時でも状態切り換え要素の動きが安定するようになり、また、高温時でも状態切り換え要素および動作面が摩耗しにくくなる。

特に、請求項２の発明のように状態切り換え要素をころとすれば、ころがくさび状空間の狭い側に対して転動するときに滑りが発生しにくくなる。

また、請求項３の発明のように潤滑剤の特性を特定すれば、ころなどの状態切り換え要素の動きがさらに安定する。

請求項１ないし３の発明では、低温から高温までの広い温度範囲における状態切り換え動作の安定化と耐摩耗性を両立できるようになって、信頼性ならびに寿命の向上に貢献できるようになる。

特に、請求項２の発明では、前述の状態切り換え要素をころとしており、ころがくさび状空間の狭い側に対して転動するときの滑りを防止できるようになる。

また、請求項３の発明では、潤滑剤の特性を特定しており、ころなどの状態切り換え要素の動作安定性がさらに安定する。

本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１ないし図３に本発明の一実施形態を示している。図１は、一方向クラッチの縦断正面図、図２は、保持器とこれに収容されたころを示す展開平面図、図３は、一方向クラッチの正面図である。

図中、１０は一方向クラッチの全体を示している。この一方向クラッチ１０は、外輪１１と、内輪１２と、複数のころ１３と、保持器１４と、複数のコイルバネ１５とを備えている。

外輪１１と内輪１２は、径方向内外に同心状に配設される。このうち、内輪１２の外周面の円周数カ所には、外輪１１との間で対向間隔を周方向一方へ向けて狭くするくさび状空間を形成するためのカム面１２ａが設けられている。このカム面１２ａは、平坦なキー状に形成されており、それによって内輪１２の外形があたかも多角形のようになっている。

複数のころ１３は、前述のカム面１２ａと外輪１１内周面との間に形成されるくさび状空間において周方向に転動可能に配設されるものである。

保持器１４は、内輪１２の外周面において周方向で部分的に残存する円筒部分に対して外嵌され、内輪１２の各カム面１２ａに対応する領域に径方向内外に貫通しかつ複数のころ１３それぞれが個別に収納されるポケット１４ａを備えている。この保持器１４は、その軸方向一端に設けられる凸部１４ｂが内輪１２に設けられるスリット状の凹部１２ｂに対して嵌合されることによって内輪１２に固定されている。

複数のコイルバネ１５は、上記保持器１４の各ポケット１４ａ内にころ１３と周方向で隣り合う状態に圧縮状態で収納配設されている。これらの各コイルバネ１５は、その伸張復元力により各ころ１３をくさび状空間の狭い側へ押圧するようになっている。特に、この実施形態では、前述のコイルバネ１５として、ころ１３のスキューを回避させるために、端面から見て楕円形のものを用いることにより、ころ１３の軸方向で可及的に広い領域に当てるようにしている。

次に、上記一方向クラッチ１０の動作を説明する。

まず、外輪１１を一方向のみに回転駆動させて内輪１２を従動させる形態で使用する場合には、外輪１１の回転速度を上昇させるとき、ころ１３がくさび状空間の狭い側へ転動させられて外輪１１と内輪１２との間にかみ込むので、内輪１２が外輪１１と一体化して同期回転することになる。この状態がロック状態である。

但し、外輪１１の回転速度が下がるなどして内輪１２の回転速度が外輪１１よりも速くなると、ころ１３がコイルバネ１４のばね力に抗してくさび状空間の広い側へ転動させられて自転するようになるので、外輪１１と内輪１２とが相対回転することになる。この状態がフリー状態である。

そして、外輪１１を両方向に任意に回転させる形態で使用する場合には、外輪１１が図１の時計方向に回転すると、上述したようなロック状態になって、内輪１２が外輪１１と同一方向に同期回転することになるが、外輪１１が図１の反時計方向に回転すると、上述したようなフリー状態になって、外輪１１から内輪１２に対して回転動力が伝達されなくなり、外輪１１のみが回転し、内輪１２が非回転となる。

ところで、上述した一方向クラッチ１０には、例えばエステル系または合成油系の基油に対してウレア系の増ちょう剤を混入した潤滑剤が使用されている。

この潤滑剤の基油については、圧力粘度係数が２５℃時に１２ＧＰａ^-1以上（好ましくは１６ＧＰａ^-1以上）のものを選定している。また、潤滑剤における基油と増ちょう剤の配合割合は、ちょう度を２５℃時に２４０〜３１０（好ましくは２７０〜２９０）に、またトラクション係数を２５℃時に０．０２以上（好ましくは０．０４以上）にするように設定されている。

ここで、上述した一方向クラッチ１０について種々な潤滑剤を使用したときのかみ合い性や耐摩耗性について実験により評価したので、説明する。

この実験では、潤滑剤として、下記表１に示す実施形態１〜４と、下記表２に示す比較例１〜４との合計８つを用意した。

実施形態１〜４の潤滑剤では、基油をエステル油あるいは合成油として、圧力粘度係数（２５℃時）を１２ＧＰａ^-1以上、潤滑剤のちょう度（２５℃時）を２４０〜３１０、潤滑剤のトラクション係数（２５℃時）を０．０２以上にそれぞれ特定している。

比較例１〜４の潤滑剤は、基油および増ちょう剤を本発明で特定するものを使用しているが、比較例１の潤滑剤は、ちょう度およびトラクション係数を本発明範囲外に設定しており、比較例２の潤滑剤は、圧力粘度係数およびちょう度を本発明範囲外に設定しており、比較例３の潤滑剤は、トラクション係数を本発明範囲外に設定しており、さらに、比較例４の潤滑剤は、圧力粘度係数を本発明範囲外に設定している。

上記表での性能評価について、かみ合い性は、低温雰囲気（−２０℃〜−４０℃）でのロック時において外輪１１の回転に対する内輪１２の回転の追従状態を調べることにより行い、また、耐摩耗性は、高温雰囲気（１００℃〜１２０℃）での動作後における内輪１２のカム面１２ａや外輪１１内周面の摩耗状態を調べることにより行った。かみ合い性に関して、○は、外輪１１の回転に対する内輪１２の回転が安定して追従している場合、△は、外輪１１の回転に対する内輪１２の回転がしばしば追従しなくなるような不安定な場合、×は、外輪１１の回転に対する内輪１２の回転が追従しない場合を示している。また、耐摩耗性に関して、○は、ほとんど摩耗なしの場合、△は、摩耗が見られる場合、×は、摩耗が非常に大きい場合を示している。

結果としては、実施形態１〜４の潤滑剤では、ころ１３のかみ合い動作が長期にわたって円滑であり、またころ１３やカム面１２ａに大きな摩耗が発生しなかったが、比較例１の潤滑剤ではかみ合い性が若干低下し、比較例２の潤滑剤では耐摩耗性が著しく低下し、比較例３の潤滑剤ではかみ合い性が著しく低下し、さらに比較例４の潤滑剤ではかみ合い性および耐摩耗性の両方とも若干低下する結果になった。

このような結果から、基油の圧力粘度係数（２５℃時）を１２ＧＰａ^-1以上に設定すると、耐圧性が増して油膜切れが起こりにくくなる傾向となり、また、ちょう度（２５℃時）を２４０〜３１０に設定すると、流動性が増して摩耗抑制効果が増す傾向となり、さらに、トラクション係数（２５℃時）を０．０２以上に設定すると、ころ１３が滑りにくくなってかみ合い性が優れる傾向となると言える。

以上説明した一方向クラッチ１０では、低温時でもころ１３の動きが安定するうえ、高温時でもころ１３およびそれの接触相手（内輪１２のカム面１２ａや外輪１１内周面）が摩耗しにくくなり、信頼性ならびに寿命の向上に貢献できるようになる。

ところで、上述した一方向クラッチ１０は、例えば自動車などのエンジンに装着される各種の補機のプーリに内蔵することができる。具体的に、上記一方向クラッチ１０を自動車の補機としてのオルタネータのプーリに組み込んだ例を、図４に示す。図４は、一方向クラッチを内蔵したプーリユニットの縦断側面図である。

図中、Ａはプーリユニットの全体を示しており、１はプーリ、２は回転軸、３，３は転がり軸受である。プーリ１は、その外周面に駆動ベルトＢが巻き掛けられるベルト溝１ａが設けられている。回転軸２は、オルタネータの入力軸となるものである。転がり軸受３，３は、プーリ１と回転軸２との対向環状空間の軸方向両側に配設されて主としてラジアル荷重を負担するもので、いずれも一般的な深溝玉軸受とされる。

図示例のプーリユニットＡでは、２つの転がり軸受３，３の内・外輪間の軸方向外端側にのみシール部材５が装着されており、この２つのシール部材５により、一方向クラッチ１０と転がり軸受３，３を密封し、これら一方向クラッチ１０と２つの転がり軸受３，３とに対して、共通の潤滑剤をそれぞれ使用させるようになっている。

図例のプーリユニットＡでは、プーリ１と回転軸２との対向環状空間に一方向クラッチ１０を配設している。この例では、プーリ１に一方向クラッチ１０の外輪１１が、また、回転軸２に一方向クラッチ１０の内輪１２がそれぞれ圧入により嵌合されている。

このようなプーリユニットＡでは、プーリ１を一方向のみに回転させ、その回転速度を任意に変化させるような形態で使用される。その動作としては、上述した一方向クラッチ１０の動作説明と同様である。

つまり、ベルトＢによりプーリ１が所要方向に回転されると、その回転上昇に伴い一方向クラッチ１０がロック状態になってプーリ１から内輪１２および回転軸２に対して回転動力をほぼ１：１の割合で伝達するようになる。

但し、仮に、プーリ１の回転上昇過程で、プーリ１の回転速度が一時的に低下すると、内輪１２および回転軸２の回転速度が回転慣性力によりプーリ１の回転速度よりも一瞬速くなるので、一方向クラッチ１０がフリー状態となってプーリ１から回転軸２に対する回転動力の伝達が遮断されるようになる。

この後、再びプーリ１の回転速度が回転軸２よりも速くなると、一方向クラッチ１０が再びロック状態となるので、プーリ１から回転軸２に対して回転動力が伝達されることになる。

このように、プーリ１の回転速度が高低変動（脈動）するようなことがあっても、一方向クラッチ１０がロック状態とフリー状態に適宜切り換わって、プーリ１の回転速度の脈動を整流化して、回転軸２にリニアに伝達させるようになっている。また、プーリ１の回転速度を減速するときにも、一方向クラッチ１０がフリー状態になって回転軸２を自身の回転慣性力でもって高速回転させることができるので、オルタネータの発電効率を高めることができる。

このようなプーリユニットＡでは、エンジンからの振動を頻繁に受けるが、一方向クラッチ１０に上述した特有の潤滑剤を使用しているから、一方向クラッチ１０の動作安定化と耐摩耗性が長期にわたって高められるなど、プーリユニットＡの信頼性ならびに寿命の向上に貢献できるようになる。

なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。

（１）上記一方向クラッチ１０において、ころ１３をスプラグなどとすることができ、また、コイルバネ１４を板ばねや弾性片などとすることができる。

（２）上記実施形態では、一方向クラッチ１０のカム面１２ａを内輪１２側に形成した例を挙げているが、外輪１１側に設けたものにも本発明を適用できる。但し、上記実施形態のように内輪１２にカム面１２ａを設けた構造は、高速回転域でも遠心力によってころ１３がロック位置から不必要に外れるのを防止できるなど、高速回転での使用に適している。

本発明の一実施形態の一方向クラッチの縦断正面図図１の一方向クラッチの一部を示す平面展開図図１の一方向クラッチの正面図上記実施形態の一方向クラッチを内蔵したプーリユニットの縦断側面図

符号の説明

１０一方向クラッチ
１１外輪
１２内輪
１２ａカム面
１３ころ
１４保持器
１４ａポケット
１５コイルバネ

Claims

径方向内外に同心状に配設される２つの環体を同期回転させる状態と相対回転させる状態とに切り換える一方向クラッチであって、状態切り換え要素の動作部位に使用する潤滑剤が、圧力粘度係数（２５℃時）１２ＧＰａ^-1以上６４．４ＧＰａ^-1以下、ちょう度（２５℃時）２４０〜３１０、トラクション係数０．０２以上０．０６６以下に設定されてなるエステル系あるいは合成油系の基油にウレア系の増ちょう剤を配合した成分とされる、ことを特徴とする一方向クラッチ。
請求項１の一方向クラッチにおいて、前記状態切り換え要素が、前記２つの環体間に形成されるくさび状空間に転動可能に配設されるころとされる、ことを特徴とする一方向クラッチ。
請求項１または２の一方向クラッチにおいて、前記潤滑剤のちょう度（２５℃時）が２４０〜３１０でかつトラクション係数（２５℃時）が０．０２以上となるように前記基油と増ちょう剤との配合割合が設定されている、ことを特徴とする一方向クラッチ。