JP2010001986A

JP2010001986A - 一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置

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Publication number: JP2010001986A
Application number: JP2008161865A
Authority: JP
Inventors: Shinya Nakatani; 真也中谷
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】動作性に優れることは勿論のこと、グリース漏れを抑えて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】一方向クラッチ及びサポート軸受が、４０℃における動粘度が２０〜１００ｍｍ^２/ｓで流動点が−４０℃以下のエステル油を基油とし、ジウレア化合物を増ちょう剤とし、混和ちょう度が２５０〜３４０で、増ちょう剤量がグリース全量の１０〜３０重量％であるグリースにより潤滑されている一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、オルタネータ等の自動車用補機の回転軸や、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回転軸等に装着する、プーリ装置等に使用される一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置に関する。

自動車には、エンジンを駆動原とするカーエアコン等の各種補機が装備されている。これら補機は、一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置を介してエンジンに接続しており、その駆動／停止が制御される。この一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置は、クラッチ部と軸受部とを兼備しており、それぞれグリースで潤滑されるのが一般的である。

潤滑用グリースとして種々のものが知られており、例えば、エーテル油を基油としたグリース（例えば、特許文献１参照）、圧力粘度係数が１２ＧＰａ^−１以上（２５℃）のエステル系あるいは合成油系の基油にウレア系増ちょう剤を配合したグリース（例えば、特許文献２参照）、４０℃における動粘度が６０ｃｓｔ以下の基油に、増ちょう剤としてウレア化合物を配合したグリース（例えば、特許文献３参照）等が知られている。また、軸受部にエーテル油を基油とした混和ちょう度２８０〜３００のグリースを封入し、クラッチ部にエステル系油を基油とした混和ちょう度２５０〜２８０のグリースを封入した一方向クラッチも知られている（例えば、特許文献４参照）。

特開平１１−８２６８８号公報特開２０００−２３４６３８号公報特開２０００−２５３６２０号公報特開２００２−１３０４３３号公報

近年、オルタネータの高性能化・高出力化が益々進んでおり、これに伴って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きており、特に低温での動作性、回転の高速化、高負荷及び発熱等に対する要求が高まってきている。また、クラッチ部の空転時や振動等によるグリース漏れも懸念されており、更なる耐久性の改善も要求されている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、動作性に優れることは勿論のこと、グリース漏れを抑えて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ことである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置を提供する。
（１）回転軸の端部に固定する内径側部材と、この内径側部材の周囲にこの内径側部材と同心に配置された筒状の外径側部材と、これら内径側部材の外周面と外径側部材の内周囲との間に設けられ、この外径側部材が内径側部材に対し所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、これら外径側部材と内径側部材との間での回転力の伝達を自在とする一方向クラッチと、この一方向クラッチに隣接する位置で上記内径側部材の外周面と上記外径側部材の内周面との間等に設けられ、この外径側部材に加わるラジアル荷重を支承しつつこれら内径側部材と外径側部材との相対回転を自在とする転がり軸受であるサポート軸受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、
前記一方向クラッチ及びサポート軸受が、４０℃における動粘度が２０〜１００ｍｍ^２/ｓで流動点が−４０℃以下のエステル油を基油とし、ジウレア化合物を増ちょう剤とし、かつ混和ちょう度が２５０〜３４０であり、増ちょう剤量がグリース全量の１０〜３０重量％であるグリース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。
（２）前記ジウレア化合物が、下記一般式（１）で表されるジウレア化合物であることを特徴とする上記（１）記載の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置。
Ｒ_１−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ_３−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ_２・・・・・（１）
（式中、Ｒ_１、Ｒ_２は炭素数６〜１８の炭化水素基であり、同一でも異なっていてもよく、Ｒ_３は炭素数６〜１５の芳香族炭化水素基である。）
（３）前記グリースが、防錆剤としてカルボン酸、カルボン酸塩、エステル系化合物及びアミン系化合物から選択される２種以上を、それぞれ単独でグリース全量の０．５〜９．５質量％かつ合計でグリース全量の１〜１０質量％含有することを特徴とする上記（１）または（２）記載の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置。
（４）前記グリースが、極圧剤として有機金属化合物、リン系化合物、硫黄系化合物及びリン−硫黄系化合物から選択される少なくとも１種をグリース全量の１〜１０質量％含有することを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置

本発明によれば、トルク容量が確保され、係合性や噛み込み性も良好であり、更に一方向クラッチ部の空転時や振動に伴うグリース漏れも低減でき、高性能で耐久性に優れた一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置が提供される。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

図１は、一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置の一種である一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を示す断面図である。この一方向クラッチ内蔵型プーリ装置は、互いに同心に配置した１対の回転部材である、スリーブ１とプーリ２とを備える。そして、これらスリーブ１の外周面とプーリ２の内周面との間に、一方向クラッチであるローラクラッチ３と１対のサポート軸受４、４とを設けている。

上記スリーブ１は、全体を円筒状に形成しており、オルタネータ等の補機の回転軸に外嵌固定して、この回転軸と共に回転自在である。一方、上記プーリ２は、やはり全体を円筒状に形成しており、その外周面の幅方向に関する断面形状を波形として、ポリＶベルトと呼ばれる無端のベルトの一部を掛け渡し自在としている。そして、上記スリーブ１の外周面と上記プーリ２の内周面との間に存在する円筒状空間の軸方向中間部に上記ローラクラッチ３を、同じくこの空間の軸方向両端部でこのローラクラッチ３を軸方向両側から挟む位置に上記サポート軸受４、４を、それぞれ配置している。

サポート軸受４，４は、内周面に外輪軌道１３が形成された外輪１４と、外周面に内輪軌道１５が形成された内輪１６との間に、複数の転動体（玉）１７が保持器１９により周方向に略等間隔で転動自在に保持されており、更に封入グリースの漏洩や外部からの異物の侵入を防止するために、シール部材１８で密封して構成されている。

また、ローラクラッチ３は、上記プーリ２が上記スリーブ１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、これらプーリ２とスリーブ１との間での回転力の伝達を自在とする。この様なローラクラッチ３は、クラッチ用内輪５と、クラッチ用外輪６と、複数個のローラ７、７と、クラッチ用保持器８と、図示しないばねとから成る。このうちのクラッチ用内輪５は上記スリーブ１の中間部外周面に、上記クラッチ用外輪６は上記プーリ２の中間部内周面に、それぞれ締め嵌めて嵌合固定している。また、上記クラッチ用外輪６の中間部内周面を単なる円筒面とするとともに、上記クラッチ用内輪５の外周面をカム面９としている。即ち、このクラッチ用内輪５の外周面に、それぞれがランプ部と呼ばれる複数の凹部１０、１０を、円周方向に関し等間隔に形成して、このクラッチ用内輪５の外周面を上記カム面９としている。

そして、このカム面９と上記クラッチ用外輪６の中間部内周面との間に、上記複数個のローラ７、７と、これら各ローラ７、７を転動並びに円周方向に関する若干の変位自在に支持するための上記クラッチ用保持器８とを設けている。このクラッチ用保持器８は、全体を合成樹脂により造っており、その内周縁部を上記カム面９の一部と係合させることで、上記クラッチ用内輪５に対する相対回転を阻止している。これとともに、図示の例では、上記クラッチ用保持器８の端部内周面に形成した凸部１１を、上記クラッチ用内輪５の軸方向端面と上記スリーブ１の外周面に設けた段差面１２との間で挟持することにより、上記クラッチ用保持器８の軸方向に関する位置決めを図っている。また、上記クラッチ用保持器８と上記各ローラ７、７との間には、これら各ローラ７、７を円周方向に関して同方向（上記各凹部１０、１０が浅くなる方向）に押圧する為の、図示しないばねを設けている。

尚、上述の様なローラクラッチ３を構成する場合、上記複数個のローラ７、７と当接する円筒面及びカム面９は、それぞれ前記プーリ２の内周面及び上記スリーブ１の外周面に直接形成する場合もある。また、上記円筒面と上記カム面９との径方向に関する配置は、上述した構造と逆にする場合もある。

上述のように構成される一方向クラッチ内蔵型プーリ装置は、上記スリーブ１をオルタネータ等の補機の回転軸の端部に外嵌固定するとともに、上記プーリ２の外周面に無端ベルトを掛け渡す。この無端ベルトはエンジンのクランクシャフト等の端部に固定された駆動プーリに掛け渡され、この駆動プーリの回転により駆動する。このような状態で組み付けられる一方向クラッチ内蔵型プーリ装置は、上記無端ベルトの走行速度が一定もしくは上昇傾向にある場合には、上記プーリ２から上記回転軸への回転力の伝達を自在とし、反対に上記無端ベルトの走行速度が低下傾向にある場合には、これらプーリ２と回転軸との相対回転を自在とする。この結果、上記クランクシャフトの回転角速度が変動した場合でも、上記無端ベルトと上記プーリ２とが擦れ合うことを防止して、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するとともに、オルタネータの発電効率が低下することを防止できる。

また、上記一方向クラッチの構造では、クラッチ用内輪５の外周面またはクラッチ用外輪６の内周面にカム面が設けられており、それによりくさび空間が形成されている。そして、ローラ７，７がくさび状空間の周方向一方の狭い側に転動すると、ローラ７，７が、クラッチ用内輪５とクラッチ用外輪６とに噛み込むことで、両輪がローラ７，７を介して一体化されて同期回転するロック状態となって一方から他方へトルクが伝達可能とされ、また、ローラ７，７が周方向他方の広い側に転動すると、内輪と外輪とが相対回転するフリー状態となって前記トルクの伝達が遮断される。このようにして、ローラ７，７のくさび状空間内における転動位置により、ロック状態とフリー状態とに切り替わるようになっている。

尚、くさび状空間の係合角（くさび角度）は、大きく設定するとトルク容量が増大する一方で噛み込み性が低下し、小さく設定するとトルク容量が低下する一方で噛み込み性が向上する。ここで、係合角とは、ローラ７，７がロック側に転動してクラッチ用内輪５の外周面に接するときのその接点における接線と、クラッチ用外輪６の内周面に接するときのその接点における接線とが交差する角度のことであって、例えば、クラッチ用内輪５にカム面がある場合はクラッチ用外輪６の内径、カム面の傾斜角度及びローラ７，７の直径により決まり、また、クラッチ用外輪６にカム面がある場合はクラッチ用内輪５の外径、カム面の傾斜角度及びローラ７，７の直径により決まる。

本発明では、くさび状空間の少なくともロック側が、トルク容積１０Ｎ・ｍ〜７０Ｎ・ｍとなるように、好ましくは５０Ｎ・ｍ〜６０Ｎ・ｍとなるように、ローラ７，７の数及び係合角を設定することが好ましい。このような規定により、良好な噛み込み性を確保できる。

また、上記一方向クラッチ内蔵型プーリ装置をエンジンのアイドルストップ時の補機駆動装置に利用する場合には、この一方向クラッチ内蔵型プーリ装置をクランクシャフトや電動モータの駆動軸の端部に装着する。これにより、これらエンジンと電動モータとのうちの一方の装置が運転状態にあり、他方の装置が停止状態にある場合に、この一方の装置の回転軸から上記プーリ２への回転力の伝達を自在にするとともに、上記他方の装置の回転軸が回転しないようにする。

尚、上記において、ローラクラッチ３のクラッチ用内輪５及びクラッチ用外輪６、サポート軸受４の内輪１４及び外輪１６は、それぞれスリーブ１またはプーリ２と一体に形成することができ、更にローラクラッチ３のクラッチ用内輪５とサポート軸受４の内輪１４、ローラクラッチ３のクラッチ用外輪６とサポート軸受４の外輪１６を、共通化することもできる。

また、クラッチ部は、係合子としてスプラグを用いることもできる。

そして、ローラクラッチ３及びサポート軸受４には、下記に示すグリースが充填される。

グリースの基油は、４０℃における動粘度が２０〜１００ｍｍ^２／ｓ、好ましくは２５〜５０ｍｍ^２／ｓで、かつ、流動点が−４０℃以下のエステル油を用いる。基油動粘度が２０ｍｍ^２／ｓ（＠４０℃）未満ではグリースが耐熱性に劣り、１００ｍｍ^２／ｓ（＠４０℃）を超える場合には滑り時の発熱が大きくなる。また、自動車は−４０℃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、基油の流動油は−４０℃以下である必要がある。

また、エステル油は他の潤滑油に比べて極性が大きく、滑り摩擦時の耐衝撃性に優れるという特性を有する。エステル油の種類には制限がないが、ジエステル油、ポリオールエステル油、芳香族エステル油等を好適に使用できる。具体的には、ジエステル油として、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）、ジイソブチルアジペート（ＤＩＢＡ）、ジブチルアジペート（ＤＢＡ）、ジオクチルアゼレート（ＤＯＺ）、ジブチルセバケート（ＤＢＳ）、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）等を挙げることができる。ポリオールエステル油として、Ｃ_４〜Ｃ_１８のアルキル鎖が誘導されたペンタエリスリトールエステル油、同ジペンタエリスリトールエステル油、同トリペンタエリスリトール油、ネオペンチル型ジオールエステル油、トリメチロールプロパンエステル油等を挙げることができる。芳香族エステル油として、ポリオールエステル油、あるいはトリオクチルトリメリテート（ＴＯＴＭ）、トリデシルトリメリテート、テトラオクチルピロメリテート等を挙げることができる。また、これらは単独でも、適宜組み合わせて使用してもよい。

増ちょう剤は、耐熱性に優れるジウレア化合物を用いる。特に、下記一般式（１）で表されるジウレア化合物が好ましい。
Ｒ_１−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ_３−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ_２・・・・・（１）
式中、Ｒ_１、Ｒ_２は炭素数６〜１８の炭化水素基であり、同一でも異なっていてもよく、Ｒ_３は炭素数６〜１５の芳香族炭化水素基であるが、Ｒ_１、Ｒ_２がシクロヘキシル基であるジウレア化合物、もしくはシクロヘキシル基と脂肪族基の混合であるジウレア化合物が好適である。Ｒ_１、Ｒ_２に芳香族基を導入したジウレア化合物は、加熱により硬化する傾向があり、高温での滑り部の潤滑には適さないことがある。

また、増ちょう剤の配合量は、グリース全量の１０〜３０重量％、好ましくは１５〜２５重量％である。増ちょう剤量が１０質量％未満では、基油とともにグリースを形成し安定に維持できなくなるおそれがある。また、増ちょう剤量が３０質量％を越えると、グリースが硬くなりすぎて、潤滑性能に劣るおそれがある。

上記グリースの混和ちょう度は、２５０〜３４０の範囲とする。混和ちょう度が２５０未満では、主にローラクラッチ３において滑り時に必要な部位へのグリースが行き渡らなくなるおそれがある。また、クラッチのロック、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不具合もある。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が流出しやすくなる等の問題が生じるおそれがある。

上記グリースには、必要に応じて種々の添加剤を添加することができるが、自動車の使用環境を考慮すると、防錆剤を添加することが好ましい。防錆剤としては、防錆性能を高めるために、カルボン酸、カルボン酸塩、エステル系化合物、アミン系化合物を２種以上組み合わせて使用することが好ましい。防錆剤の添加量は、個々の防錆剤単独でグリース全量の０．５〜９．５質量％、かつ、合計でグリース全量の１〜１０質量％とする。単独及び合計での添加量が前記下限値を下回ると所期の効果が得られず、前記上限値を上回っても添加剤効果が飽和し、更には相対的に基油量が減り潤滑性に劣るようになる。

カルボン酸及びカルボン酸塩として、モノカルボン酸ではステアリン酸等、ジカルボン酸ではアルキルまたはアルケニルコハク酸及びその誘導体、ナフテン酸、アビエチン酸、ラノリン脂肪酸、アルケニルコハク酸のカルシウム、バリウム、亜鉛等の金属塩が挙げられ、特に、アルケニルコハク酸、ナフテン酸亜鉛が好適である。エステル系化合物として、多価アルコールのカルボン酸部分エステルではソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエート、ペンタエリスリットモノオレエートやコハク酸ハーフエステル等が挙げられ、特にソルビタンモノオレエート、コハク酸ハーフエステルが好適である。アミン系化合物として、アミン誘導体ではアルコキシフェニルアミン、二塩基性カルボン酸の部分アミド等が挙げられる。

また、上記グリースには、極圧剤として、有機金属化合物、リン系化合物、硫黄系化合物、リン−硫黄系化合物を添加することが好ましい。これらは、それぞれ単独でも、２種以上を組み合わせて使用してもよく、その添加量はグリース全量の０．１〜１０質量％、好ましくは１〜５質量％である。添加量が０．１質量％未満では、所期の効果を十分に得ることが困難になり、１０重量％を超えると添加剤効果が飽和し、更に熱安定性が劣り、実用的でなくなる。

有機金属化合物として、ジアルキルジチオリン酸モリブデン等の金属ジチオフォスフェート、ジアルキルジチオカルバメート亜鉛等の金属ジチオカルバメートを挙げることができる。また、リン系化合物、硫黄系化合物、リン−硫黄系化合物として、硫化油脂、硫化オレフィン、トリクレジルフォスフェート、チオフォスフェート、チオフォスファイトが使用できる。特に、チオフォスフェートが好適に使用できる。

また、上記グリースは、酸化防止剤を含有することが好ましく、高温使用時の基油の酸化劣化が抑えられて長寿命となる。酸化防止剤としてはジフェニルアミン誘導体、フェノチアジン誘導体、ナフチルアミン等のアミン系酸化防止剤が好適であり、その含有量はグリース全量の１〜１０質量％が好ましい。含有量が１質量％未満では効果が少なく、１０質量％を超えても効果が飽和する。

更に、上記グリースには、その性能を一層高めるため、必要に応じて、従来からグリースに用いられている公知の一般的な添加剤を含有させることができる。

グリースは上記の各成分を含有するが、その製造方法には制限がなく、従来のウレア系グリースと同様にして調製することができるが、一般的には基油中でジウレア化合物の原料（アミン類とジイソシアネート）を反応させて得られる。尚、そのときの加熱温度や撹拌・混合時間等の製造条件は使用する基油やジウレア化合物の原料、添加剤等により適宜設定される。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。

本発明の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置の一例である一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を示す断面図である。

符号の説明

１スリーブ
２プーリ
４サポート軸受
３ローラクラッチ
５クラッチ用内輪
６クラッチ用外輪
７ローラ
８クラッチ用保持器
１４外輪
１６内輪
１７玉
１８シール部材
１９保持器

Claims

回転軸の端部に固定する内径側部材と、この内径側部材の周囲にこの内径側部材と同心に配置された筒状の外径側部材と、これら内径側部材の外周面と外径側部材の内周囲との間に設けられ、この外径側部材が内径側部材に対し所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、これら外径側部材と内径側部材との間での回転力の伝達を自在とする一方向クラッチと、この一方向クラッチに隣接する位置で上記内径側部材の外周面と上記外径側部材の内周面との間等に設けられ、この外径側部材に加わるラジアル荷重を支承しつつこれら内径側部材と外径側部材との相対回転を自在とする転がり軸受であるサポート軸受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、
前記一方向クラッチ及びサポート軸受が、４０℃における動粘度が２０〜１００ｍｍ^２/ｓで流動点が−４０℃以下のエステル油を基油とし、ジウレア化合物を増ちょう剤とし、かつ混和ちょう度が２５０〜３４０であり、増ちょう剤量がグリース全量の１０〜３０重量％であるグリース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。
前記ジウレア化合物が、下記一般式（１）で表されるジウレア化合物であることを特徴とする請求項１記載の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置。
Ｒ_１−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ_３−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ_２・・・・・（１）
（式中、Ｒ_１、Ｒ_２は炭素数６〜１８の炭化水素基であり、同一でも異なっていてもよく、Ｒ_３は炭素数６〜１５の芳香族炭化水素基である。）
前記グリースが、防錆剤としてカルボン酸、カルボン酸塩、エステル系化合物及びアミン系化合物から選択される２種以上を、それぞれ単独でグリース全量の０．５〜９．５質量％かつ合計でグリース全量の１〜１０質量％含有することを特徴とする請求項１または２記載の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置。
前記グリースが、極圧剤として有機金属化合物、リン系化合物、硫黄系化合物及びリン−硫黄系化合物から選択される少なくとも１種をグリース全量の１〜１０質量％含有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置。