(57)【要約】【課題】長寿命な一方向クラッチ及び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】ローラクラッチ内蔵型プーリ装置１は、スリーブ２，プーリ３，転がり軸受４，ローラクラッチ５を備えている。ローラクラッチ５は、クラッチ内輪６と、クラッチ外輪９と、クラッチ内輪６の外周面とクラッチ外輪９の内周面との間に配されたローラ１０と、を備え、プーリ３とスリーブ２とを接続することにより、プーリ３をスリーブ２に対して所定方向に相対回転させる回転力のみを、プーリ３からスリーブ２へ伝達する一方向クラッチである。そして、ローラ１０は、オーステナイト系ステンレス鋼又は析出硬化系ステンレス鋼で構成され、時効処理が施されて硬さがＨｖ５００以上６００未満とされているバネ１３によって、クラッチ内輪６の外周面とクラッチ外輪９の内周面とにローラ１０を係合させる方向に押圧されている。【選択図】  図１
2006090363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側クラッチ部材と、前記内側クラッチ部材の周囲に前記内側クラッチ部材と同心に配された外側クラッチ部材と、前記内側クラッチ部材の外周面と前記外側クラッチ部材の内周面との間に配された複数の係合子と、前記係合子を前記両周面に係合させる方向に前記係合子を押圧するバネと、を備え、前記係合子を前記両周面に係合させることにより前記両クラッチ部材を接続して、前記両クラッチ部材の一方を他方に対して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において、
前記バネはオーステナイト系ステンレス鋼又は析出硬化系ステンレス鋼で構成され、時効処理が施されて硬さがＨｖ５００以上６００未満とされていることを特徴とする一方向クラッチ。
【請求項２】
内側回転部材と、前記内側回転部材の周囲に前記内側回転部材と同心に配された外側回転部材と、前記両回転部材の間に配され前記両回転部材を相対回転自在に支持する転がり軸受と、前記両回転部材の間に配され、前記両回転部材の一方を他方に対して所定方向に相対回転させる回転力のみを、前記両回転部材を接続して伝達する一方向クラッチと、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を、請求項１に記載の一方向クラッチとしたことを特徴とする一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オルタネータ等のような自動車のエンジン補機を回転駆動するプーリ装置に組み込まれるクラッチとしては、ローラクラッチが知られている。以下に、ローラクラッチの構成と動作について説明する。
ローラクラッチは、クラッチ内輪と、クラッチ外輪と、クラッチ内輪の外周面とクラッチ外輪の内周面との間に配されたローラと、クラッチ内輪の外周面とクラッチ外輪の内周面との間にローラを保持する保持器と、を備えている。
【０００３】
クラッチ内輪の外周面は、ランプ部と呼ばれる複数の凹部を周方向に等間隔に備えていて、カム面とされている。また、クラッチ外輪の内周面は、円筒面とされている。凹部が形成されている部分（ランプ部）においては、クラッチ内輪の外周面とクラッチ外輪の内周面との間隔はローラの直径よりも大きく、凹部が形成されていない部分（円筒面部）においては、クラッチ内輪の外周面とクラッチ外輪の内周面との間隔はローラの直径よりも小さい。
【０００４】
そして、保持器の柱部とローラとの間には、ローラを弾性的に押圧するバネが配されていて、このバネによりローラが、ランプ部から円筒面部に向く方向に押圧されている。そのため、ローラは、ランプ部と円筒面部との境界部分近傍において、クラッチ内輪の外周面とクラッチ外輪の内周面との間に楔状に食い込むこととなる。
よって、クラッチ外輪が回転する際に、その回転方向がローラの押圧方向と同方向である場合には、ローラの食い込みによりクラッチ内輪とクラッチ外輪とが接続されて一体的に回転する（ロック状態）。これに対して、クラッチ外輪の回転方向がローラの押圧方向と逆方向である場合には、ローラがランプ部に位置して転動することとなるため、クラッチ内輪とクラッチ外輪との間の回転力の伝達は行われない（オーバーラン状態）。
【０００５】
このように、ローラクラッチは、クラッチ内輪とクラッチ外輪との間で所定方向の回転力のみを伝達するようになっている。よって、クラッチ内輪又はクラッチ外輪に伝達される回転力の変動により、ローラクラッチは回転力を伝達するロック状態になったり、回転力の伝達を行なわないオーバーラン状態になったりする。このようなロック状態とオーバーラン状態との繰り返しは、ローラクラッチの寿命に影響を及ぼし、その要因としては種々考えられるが、特許文献１においてはバネの硬さを規定することによりローラクラッチの長寿命化を達成している。
【特許文献１】特開２００２−２９５５２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、メンテナンスサイクルの長期化等の理由により、ローラクラッチが組み込まれた装置には、より一層の長寿命化が要求されている。バネの疲労寿命に着目すると、従来の疲労寿命は１×１０6 回程度であったが、１×１０7 〜１×１０8 回レベルの長寿命が要求される場合がある。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、長寿命な一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の一方向クラッチは、内側クラッチ部材と、前記内側クラッチ部材の周囲に前記内側クラッチ部材と同心に配された外側クラッチ部材と、前記内側クラッチ部材の外周面と前記外側クラッチ部材の内周面との間に配された複数の係合子と、前記係合子を前記両周面に係合させる方向に前記係合子を押圧するバネと、を備え、前記係合子を前記両周面に係合させることにより前記両クラッチ部材を接続して、前記両クラッチ部材の一方を他方に対して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において、前記バネはオーステナイト系ステンレス鋼又は析出硬化系ステンレス鋼で構成され、時効処理が施されて硬さがＨｖ５００以上６００未満とされていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る請求項１の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置は、内側回転部材と、前記内側回転部材の周囲に前記内側回転部材と同心に配された外側回転部材と、前記両回転部材の間に配され前記両回転部材を相対回転自在に支持する転がり軸受と、前記両回転部材の間に配され、前記両回転部材の一方を他方に対して所定方向に相対回転させる回転力のみを、前記両回転部材を接続して伝達する一方向クラッチと、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を、請求項１に記載の一方向クラッチとしたことを特徴とする。
【０００９】
マルテンサイト系ステンレス鋼やベイナイト系ステンレス鋼は、バネの強度を高めて優れた耐久性を付与することが可能であるが、硬化熱処理後に成形するため、バネの寸法，形状の誤差が大きくなりやすい。よって、高い寸法精度が要求されるバネの素材としては不適である。また、マルテンサイト系ステンレス鋼やベイナイト系ステンレス鋼に施される硬化熱処理は、約８００℃という比較的高温であるため、疲労寿命に有害な熱処理スケールが生じるおそれがある。熱処理スケールを除去する工程を設けることは、コストアップにつながる。
【００１０】
オーステナイト系ステンレス鋼や析出硬化系ステンレス鋼は、溶体化処理が施されており、成形後に時効処理を施すことによって強度を付与することができる。時効処理は５００〜６００℃の温度で行うことができ、熱処理後の品質の冷却速度依存性が小さいので、遅い冷却速度で冷却しても差し支えない。また、冷却中に相変態を伴わないので、マルテンサイト系ステンレス鋼やベイナイト系ステンレス鋼と比較して熱処理時の変形が小さい。なお、オーステナイト系ステンレス鋼を用いてバネを製造する場合は、溶体化処理後成形前に圧延率９０％以上１００％未満の冷間圧延加工を施し、成形前の硬さをＨｖ４００以上５００以下とすることが好ましい。
【００１１】
一方向クラッチに用いられるバネの寿命は曲げ疲労現象によって支配されるので、長寿命化のためには硬さを高めることが有効であり、時効処理後のバネの硬さはＨｖ５００以上とする必要がある。ただし、硬さが高すぎると、破損の起点が表面から内部の非金属介在物に移り、素材の清浄度が問題となるため、時効処理後のバネの硬さはＨｖ６００未満とする必要がある。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置は、長寿命である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る一方向クラッチが組み込まれた一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置の一実施形態であるローラクラッチ内蔵型プーリ装置の構造を示す縦断面図である。また、図２は、一方向クラッチのみを拡大して示した図１のＡ−Ａ断面図である。さらに、図３は、一方向クラッチ内のバネ及びその周辺部を拡大して示した部分拡大図である（径方向から見た図である）。
【００１４】
図１のローラクラッチ内蔵型プーリ装置１は、図示しない回転軸に外嵌固定可能なスリーブ２（内側回転部材）と、スリーブ２の周囲にスリーブ２と同心に配されたプーリ３（外側回転部材）と、を備え、スリーブ２の外周面とプーリ３の内周面との間には、一対の転がり軸受４，４とローラクラッチ５とが配されている。
この転がり軸受４，４は、プーリ３に負荷されるラジアル荷重を支えつつ、スリーブ２とプーリ３とを相対回転自在に支持している。また、ローラクラッチ５は、プーリ３とスリーブ２とを接続することにより、プーリ３をスリーブ２に対して所定方向に相対回転させる回転力のみを、プーリ３からスリーブ２へ伝達する一方向クラッチである。
【００１５】
ここで、ローラクラッチ５について、図１〜３を参照しながらさらに詳細に説明する。ローラクラッチ５は、スリーブ２の外周面に外嵌固定されたクラッチ内輪６（内側クラッチ部材）と、クラッチ内輪６の周囲にクラッチ内輪６と同心に配されるとともにプーリ３の内周面に内嵌固定されたクラッチ外輪９（外側クラッチ部材）と、クラッチ内輪６の外周面とクラッチ外輪９の内周面との間に配された複数のローラ１０（係合子）と、クラッチ内輪６の外周面とクラッチ外輪９の内周面との間にローラ１０を保持する保持器１１と、を備えている。
【００１６】
クラッチ内輪６の外周面には、ランプ部と呼ばれる複数の凹部７が周方向に等間隔に形成されていて、該外周面がカム面８とされている。また、クラッチ外輪９の内周面は、軸方向両端部を除いて円筒面１７とされている。凹部７が形成されている部分（ランプ部）においては、クラッチ内輪６の外周面とクラッチ外輪９の内周面との間隔はローラ１０の直径よりも大きく、凹部７が形成されていない部分（円筒面部）においては、クラッチ内輪６の外周面とクラッチ外輪９の内周面との間隔はローラ１０の直径よりも小さい。さらに、クラッチ外輪９の軸方向両端部には、内向フランジ状の鍔部１６ａ，１６ｂが形成されている。
【００１７】
また、保持器１１は、ローラ１０を転動可能且つ周方向に若干変位可能に保持している。保持器１１の柱部１２とローラ１０との間には、ローラ１０を弾性的に押圧するバネ１３が配されていて、このバネ１３によりローラ１０が、ランプ部から円筒面部に向く方向に押圧されている。そのため、ローラ１０は、ランプ部と円筒面部との境界部分近傍において、クラッチ内輪６の外周面とクラッチ外輪９の内周面との間に楔状に食い込む（係合する）こととなる。
【００１８】
よって、クラッチ外輪９が回転する際に、その回転方向がローラ１０の押圧方向と同方向である場合には、ローラ１０の食い込みによりクラッチ内輪６とクラッチ外輪９とが接続されて一体的に回転する（ロック状態）。これに対して、クラッチ外輪９の回転方向がローラ１０の押圧方向と逆方向である場合には、ローラ１０がランプ部に位置して転動することとなるため、クラッチ内輪６とクラッチ外輪９との間の回転力の伝達は行われない（オーバーラン状態）。
【００１９】
ここで、保持器１１及びバネ１３について、図１〜３を参照しながらさらに詳細に説明する。
クラッチ内輪６のカム面８とクラッチ外輪９の円筒面１７との間の円筒状隙間内に、複数のローラ１０，保持器１１，及びバネ１３が配されている。ローラ１０はＳＵＪ２等の軸受鋼で構成されている。また、バネ１３は鋼板を略三角形状に屈曲させた板バネであり、オーステナイト系ステンレス鋼又は析出硬化系ステンレス鋼で構成され、時効処理が施されて硬さがＨｖ５００以上６００未満とされている。
【００２０】
保持器１１は、ガラス繊維を含有したナイロン４６等のような樹脂組成物をかご型円筒状に一体形成したものであり、円環状である１対のリム部１８，１８と、これら両リム部１８，１８を連結する柱部１２とを備えている。そして、リム部１８，１８の内側面と各柱部１２の側面とにより四周を囲まれた部分であるポケットに、ローラ１０を転動自在に保持している。
【００２１】
また、一方（図１の左端側）のリム部１８の内径面には、凸部１９が径方向内方に突出するように形成されている。この凸部１９を、スリーブ２の外周面のうち鍔部１６ａに対向する部分に形成したスリーブ鍔部２０と、クラッチ内輪６の端面との間で挟持することにより、保持器１１が軸方向に変位することが防止されるとともに、この保持器１１がスリーブ２に対して相対回転することが防止される。
【００２２】
また、リム部１８，１８の内側面で柱部１２の円周方向中間部に整合する部分には、両端側支持板部２１，２１が、柱部１２の外周側面から直径方向外方に突出する状態で形成されている。さらに、柱部１２の中央部には、中央側支持板部２２が柱部１２の外周側面から径方向外方に突出する状態で形成されている。このような両端側支持板部２１，２１と中央側支持板部２２とは、円周方向に少しずらした状態で設けられており、両端側支持板部２１，２１の円周方向片側面（図２〜３の右側面）と中央側支持板部２２の円周方向他側面（図２〜３の左側面）との間に、バネ１３の基部２３が挟持されている。この状態で基部２３の中央部外周側端縁に、中央側支持板部２２の先端部に形成した係止突片２６を係合させている。したがって、運転時に加わる遠心力に拘らず、バネ１３が保持器１１の径方向外方に脱落することはない。
【００２３】
バネ１３は、基部２３の両端部を円周方向の同方向に鋭角に折り曲げて、両端部に押圧部２４，２４を設けてなる。このようなバネ１３は、前述したように両端側支持板部２１，２１の円周方向片側面に基部２３の両端部片側面を、中央側支持板部２２の円周方向他側面に基部２３の中央部他側面を、それぞれ弾性的に当接させることにより、保持器１１の円周方向複数個所に係止されている。そして、押圧部２４，２４によりローラ１０を、凹部７の浅い側（図２の右側）に向け、弾性的に押圧している。
【００２４】
このようなローラクラッチ内蔵型プーリ装置１を、オルタネータ等のような自動車のエンジン補機を回転駆動する装置として使用する場合には、オルタネータ等のエンジン補機の回転軸をスリーブ２に内嵌固定するとともに、図示しない無端ベルトを、プーリ３とエンジンのクランク軸の端部に固定された駆動プーリ（図示せず）とに掛け渡す。そして、駆動プーリを回転させると、無端ベルトによりプーリ３が回転し、その回転力がローラクラッチ５によりスリーブ２に伝達される。
【００２５】
ただし、プーリ３の回転速度がスリーブ２の回転速度と同じである場合、すなわち、無端ベルトが加速傾向又は一定速度状態にあり、その速度がエンジン補機の回転軸の回転速度と同じかそれ以上の場合には、無端ベルトからプーリ３に伝達される回転力がスリーブ２を介してエンジン補機の回転軸に伝達するが、スリーブ２の回転速度がプーリ３の回転速度よりも遅い場合、すなわち、無端ベルトが減速傾向にあり、その速度がエンジン補機の回転軸の回転速度よりも遅い場合には、プーリ３からスリーブ２への回転力の伝達は行われない。
【００２６】
また、ローラクラッチ内蔵型プーリ装置１を、エンジンのアイドリングストップ時のエンジン補機駆動装置として使用する場合には、クランク軸をスリーブ２に内嵌固定し、クランク軸が回転する場合のみ、その回転力がローラクラッチ５によりプーリ３に伝達されるような構造とする。そして、エンジン停止時にコンプレッサ等のエンジン補機を電動モータにより回転駆動する際には、前記クランク軸が回転しないようにする。
【００２７】
このローラクラッチ内蔵型プーリ装置１においては、前述のような構成のバネ１３が使用されているため、オーバーラン状態とロック状態が繰り返されても、バネ１３の摩耗及びへたりが生じにくい。このため、バネ１３の摩耗粉によりグリースが劣化してローラ１０とクラッチ内輪６の外周面又はクラッチ外輪９の内周面との接触部が焼き付くことや、バネ１３のへたりによりロック状態となるべき時に空転現象が起こることが防止できる。よって、ローラクラッチ５の耐久性が向上し、このローラクラッチ５が組み込まれたローラクラッチ内蔵型プーリ装置１の耐久性及び信頼性が向上する。
【００２８】
なお、クラッチ内輪６及びクラッチ外輪９は省略し、スリーブ２の外周面又はプーリ３の内周面をカム面８としてもよい。すなわち、ローラ１０はスリーブ２の外周面とプーリ３の内周面との間に配され、両周面に係合することとなる。この場合は、スリーブ２がクラッチ内輪６を兼ね、プーリ３がクラッチ外輪９を兼ねることになる。
また、回転力は、前述のようにプーリ３からスリーブ２へ伝達してもよいが、逆にスリーブ２からプーリ３へ伝達してもよい。
【００２９】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。種々の鋼板を略三角形状に屈曲させた板バネを用意し、荷重を繰り返し負荷して寿命を評価した。試験に用いた板バネは、表１に示すように、代表的なオーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３０１又は代表的な析出硬化系ステンレス鋼であるＳＵＳ６３１で構成されており、成形前の加工硬化量，時効処理温度，時効処理時間を調整することにより、硬さがＨｖ５００以上６００未満としてある。なお、比較例として、ＳＵＳ３０１で構成され、時効処理を施さず硬さをＨｖ５００未満としたもの、及び、ＳＵＳ６３１で構成され過硬化されたもの（Ｈｖ６００以上）も用意した。
【００３０】
【表１】
2006090363.tif 000003
【００３１】
次に、寿命の評価方法について、図４を参照しながら説明する。凹部４２を有する基台４１上に、凹部４２を跨ぐように板バネ５０を載置し、その板バネ５０の上に、さらに直方体状の部材４３を載置した。そして、直方体状の部材４３を介して板バネ５０に荷重を繰り返し負荷して屈曲させ、曲げ疲労により板バネ５０が破壊するまでの荷重の負荷回数（寿命）を測定した。負荷した荷重は、最大曲げ応力位置において７００±４００ＭＰａとなるようにした。ただし、１×１０7 回荷重を繰り返し負荷しても破壊しなかった場合は、試験を打ち切った。結果を表１に示す。
【００３２】
実施例１〜７の板バネは、１×１０7 回荷重を繰り返し負荷しても破壊しなかった。これに対して、硬さがＨｖ５００未満である比較例１，２の板バネ、及び、硬さがＨｖ６００以上である比較例３，４の板バネは、実施例１〜７の板バネに比べて短寿命であった。また、比較例１〜４の板バネについて、破壊後に破面観察を行ったところ、比較例１，２の板バネは最表面を起点とした疲労破壊が生じていることが確認され、比較例３，４の板バネは表面近傍の非金属介在物を起点とした疲労破壊が生じていることが確認された。この結果から、硬さがＨｖ６００以上となると破壊の起点が変化すること、及び、硬さの向上は寿命の向上に直接的にはつながらないことが分かった。
なお、オーステナイト系ステンレス鋼としてＳＵＳ３０１を、また析出硬化系ステンレス鋼としてＳＵＳ６３１を用いたが、ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ６３２等の他種のステンレス鋼を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の一方向クラッチは、例えばオルタネータ等のような自動車のエンジン補機を回転駆動するプーリ装置や、エンジンのアイドリングストップ時のエンジン補機駆動装置に組み込まれるクラッチとして好適である。また、本発明の一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置は、例えば上記プーリ装置や上記エンジン補機駆動装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る一方向クラッチ内蔵型回転伝達装置の一実施形態であるローラクラッチ内蔵型プーリ装置の構造を示す縦断面図である。
【図２】一方向クラッチのみを拡大して示した図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】一方向クラッチ内のバネ及びその周辺部を拡大して示した部分拡大図である。
【図４】バネの寿命を評価する方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１        ローラクラッチ内蔵型プーリ装置
２        スリーブ
３        プーリ
４        転がり軸受
５        ローラクラッチ
６        クラッチ内輪
８        カム面
９        クラッチ外輪
１０        ローラ
１３        バネ
１７        円筒面
【図１】
2006090363.tif 000004
【図２】
2006090363.tif 000005
【図３】
2006090363.tif 000006
【図４】
2006090363.tif 000007