(57)【要約】【課題】  潤滑剤によるドラッグ抵抗の低減と適度な潤滑膜厚さに着目し、噛み込み性の低下や発熱、摩耗の少ない、オーバーラン状態とロック状態の間でスムーズに移行することができる一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を提供する。【解決手段】  一方向クラッチにおいて、ローラ１７の転走面１７ａと内側部材或いは外側部材に形成された円筒面の少なくとも一方には、少なくとも一つの周溝２２，２２が形成されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側部材と、該内側部材の周囲に該内側部材と同心に配置された筒状の外側部材と、前記内側部材の外周面と前記外側部材の内周面との間に設けられた複数のローラと、を備え、前記内側部材と前記外側部材の一方が他方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、前記内側部材と前記外側部材との間で前記ローラを介して回転力の伝達を自在とする一方向クラッチであって、
前記内側部材の外周面と前記外側部材の内周面のうち、一方が円筒面を構成すると共に、他方がカム面を構成しており、
前記ローラの転走面と前記円筒面の少なくとも一方には、少なくとも一つの周溝が形成されていることを特徴とする一方向クラッチ。
【請求項２】
前記周溝は、前記ローラ若しくは前記円筒面の軸方向中心に対して対称に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の一方向クラッチ。
【請求項３】
前記周溝の端部には、湾曲部が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の一方向クラッチ。
【請求項４】
少なくとも前記周溝の端部近傍には、表面硬化処理が施されていることを特徴とする請求項１または２に記載の一方向クラッチ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の一方向クラッチを備えたことを特徴とする一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関し、より詳細には、自動車用補機であるスタータ、オルタネータ、クランクプーリ、コンプレッサや、エンジンアイドルストップ時の補機駆動用等として使用する一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の駆動用エンジンを駆動源とし、自動車に必要な発電を行うオルタネータ等の補機を駆動するためのプーリ装置として、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を使用することが知られている。
【０００３】
例えば、オルタネータに組み込まれる一方向クラッチ内蔵型プーリ装置では、クランク軸に固定された駆動プーリから駆動ベルトが掛け渡される従動プーリと、オルタネータの回転軸に固定されるスリーブとが設けられ、従動プーリとスリーブとの間に一方向クラッチ及び一対のサポート軸受が配置されている。
【０００４】
そして、従動プーリの回転角速度がオルタネータの回転軸の回転角速度より速い場合には、一方向クラッチのローラのくさび作用によって、従動プーリとスリーブとが相対回転不能（ロック状態）となり、エンジンの回転力がオルタネータの回転軸に伝達される。一方、従動プーリの回転角速度がオルタネータの回転軸の回転角速度より遅い場合には、従動プーリとスリーブとの相対回転が自在（オーバーラン状態）となる。従って、クランク軸の回転角速度が変動した場合でも、一方向クラッチの作用により、無端ベルトとプーリが擦れ合うことが防止され、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共に、オルタネータの発電効率が低下することを防止できる。
【０００５】
近年、要求されてきている高速回転条件においては、過大な変動荷重が駆動ベルトからプーリを介して、一方向クラッチのローラや一対のサポート軸受に掛かる。このため、一方向クラッチでは、プーリ荷重を支持するための剛性、また、操作性等の点から、オーバーラン状態とロック状態の間のスムーズな切り換えが要求されている。
【０００６】
一方向クラッチのオーバーラン状態とロック状態の切り換え性能の改善策としては、偏心防止の観点から、内輪に相当する部分と外輪に相当する部分を一体化する方法（例えば、特許文献１及び２参照。）や、ロータ側とプーリ側とを板ばねで接合して両者間の偏心量を軽減する方法（例えば、特許文献３参照。）が考案されている。
【特許文献１】特開平８−１６６０２７号公報
【特許文献２】特開２００３−１１３９２５号公報
【特許文献３】特開２００２−７０９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、プーリ荷重に対する一方向クラッチの支持剛性を向上するために、粘度の高い潤滑油を使用することが考案される。この場合、剛性が高くなる反面、ローラと軌道輪との間に必要以上の油膜が形成されてローラの起動に対する抵抗が大きくなるため、切り換え時におけるローラの噛み込み不良が発生しやすくなる。この傾向は、低温環境で潤滑油の粘度が高くなった場合についても当てはまる。
【０００８】
また、潤滑剤が過剰に存在する場合には、ラジアル荷重負荷側、反負荷側のいずれにおいても、ローラのすべりがさらに起こりやすくなると共に、過剰な潤滑剤に起因したドラッグ抵抗が発生する。特に、使用開始からしばらくの間は、グリースが馴染まずに過剰に存在するため、この傾向が強く、噛み込み性の低下や発熱、摩耗が発生しやすくなる可能性がある。即ち、図６に示されるように、ローラ１０３のラジアル面を平滑面とした場合には、軸方向長さに対応した大きなの接触抵抗がローラ１０３と軌道輪１０１，１０２間で生じる。このローラ１０３の平滑なラジアル面で塞がれた潤滑剤Ｌはドラッグ抵抗を生じており、特に、使用開始時等潤滑剤が過剰にある場合、ドラッグ抵抗は大きくなって障害が発生しやすい。
【０００９】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、潤滑剤によるドラッグ抵抗の低減と適度な潤滑膜厚さに着目し、噛み込み性の低下や発熱、摩耗の少ない、オーバーラン状態とロック状態間でスムーズに移行することができる一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  内側部材と、該内側部材の周囲に該内側部材と同心に配置された筒状の外側部材と、前記内側部材の外周面と前記外側部材の内周面との間に設けられた複数のローラと、を備え、前記内側部材と前記外側部材の一方が他方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、前記内側部材と前記外側部材との間で前記ローラを介して回転力の伝達を自在とする一方向クラッチであって、
前記内側部材の外周面と前記外側部材の内周面のうち、一方が円筒面を構成すると共に、他方がカム面を構成しており、
前記ローラの転走面と前記円筒面の少なくとも一方には、少なくとも一つの周溝が形成されていることを特徴とする一方向クラッチ。
（２）  前記周溝は、前記ローラ若しくは前記円筒面の軸方向中心に対して対称に設けられていることを特徴とする（１）に記載の一方向クラッチ。
（３）  前記周溝の端部には、湾曲部が形成されたことを特徴とする（１）または（２）に記載の一方向クラッチ。
（４）  少なくとも前記周溝の端部近傍には、表面硬化処理が施されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の一方向クラッチ。
（５）  （１）〜（４）のいずれかに記載の一方向クラッチを備えたことを特徴とする一方向クラッチ内蔵型プーリ装置。
なお、周溝がローラの軸方向中心に対して対称とは、周溝がローラに設けられている場合を意味し、周溝が円筒面の軸方向中心に対して対称とは、周溝が円筒面に設けられている場合を意味する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置によれば、ローラの転走面と、前記外側部材或いは内側部材に形成された円筒面の少なくとも一方には、少なくとも一つの周溝が形成されているため、潤滑剤が周溝を通じてローラを通過することで潤滑剤によるドラッグ抵抗が低減されるとともに適度な潤滑膜厚さとなり、噛み込み性の低下や発熱、摩耗が少なく、オーバーラン状態とロック状態の間でのスムーズな移行が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の各実施形態に係る一方向クラッチおよび一方向クラッチ内蔵型プーリ装置について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態である一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図であり、図２は図１における一方向クラッチを模式的に示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、オルタネータ等の補機の回転軸（図示せず）に螺合して固定自在なスリーブ１１と、スリーブ１１の径方向外側にスリーブ１１と同心に配設され、外周面にベルト溝１２ａが形成されたプーリ１２とを備えている。ベルト溝１２ａには、エンジンのクランク軸に固定された駆動プーリ（図示せず）に懸架された駆動ベルト（図示せず）が掛け渡されている。
【００１５】
また、スリーブ１１の軸方向中間部における外周面とプーリ１２の軸方向中間部における内周面との間には、一方向クラッチ１３が配置されており、スリーブ１１の軸方向両端部における外周面とプーリ１２の軸方向両端部における内周面との間には、一方向クラッチ１３を狭持するように一対のサポート軸受１４が配置されている。サポート軸受１４としては、深溝玉軸受が使用されており、プーリ１２に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１１とプーリ１２とを相対回転可能に支持する。
【００１６】
図１及び図２に示されるように、一方向クラッチ１３は、スリーブ１１の外周面に圧入固定され、回転軸と共に回転する内側部材である内輪１５と、プーリ１２の内周面に圧入固定されると共に、内輪１５の周囲に内輪１５と同心に配置された筒状の外側部材である外輪１６と、内輪１５の外周面と外輪１６の内周面との間に回動自在に設けられた複数のローラ１７とを備える。また、一方向クラッチ１３は、各ローラ１７を個別に収容する複数のポケットを有する保持器１８と、保持器１８に固定され、各ローラ１７をロック方向に弾性的に押圧する弾性体であるばね１９とを有している。
【００１７】
内輪１５の外周面は、円周方向において等間隔に形成された複数の凹部２０を有するカム面をなしており、ローラ１７は外輪１６の円筒面２１と各凹部２０とから形成されるくさび空間に回動自在に保持されている。
【００１８】
このように構成された一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、プーリ１２の回転角速度が回転軸の回転角速度より速い場合、即ち、外輪１６が内輪１５に対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合には、ローラ１７は外輪１６の外周面から受ける力とばね１９のばね力とに基づき、凹部２０が浅くなった側、即ち、くさび空間の幅の狭い側でくさび状に食い込み、外輪１６と内輪１５との間で各ローラ１７が係合する。これにより、プーリ１２とスリーブ１１とが相対回転不能（ロック状態）となり、エンジンの回転力が回転軸に伝達される。一方、プーリ１２の回転角速度が回転軸の回転角速度より遅い場合には、ローラ１７は外輪１６の外周面から受ける力に基づき、ばね１９のばね力に抗して、凹部２０が深くなった側、即ち、くさび空間の幅の広い側に変位し、ローラ１７の係合が解除されて、プーリ１２とスリーブ１１との相対回転が自在（オーバーラン状態）となる。
【００１９】
ここで、本実施形態の一方向クラッチ１３では、図３に示すように、ローラ１７の転走面を構成するラジアル面１７ａに環状の一対の周溝２２，２２が形成されている。一対の周溝２２，２２は、形状及び諸元に関してローラ１７の軸方向中心に関して対称に設けられている。なお、周溝２２，２２の諸元は、潤滑剤Ｌの周溝２２を通過する量及び潤滑膜厚さを調整して、摩擦・焼付きの防止とローラの噛み込み性向上の両面からみた最適設計とする。
【００２０】
特に、周溝２２，２２の大きさについては、ローラ１７の負荷能力の保持及び高い面圧の発生防止を考慮して、周溝２２，２２の軸方向幅の総和がローラ１７の軸方向長さの３０％以下であることが望ましい。即ち、等しい軸方向幅ａのｎ個の周溝２２，２２（図３では、２個の周溝）を有する軸方向長さｂのローラ１７において、ａ・ｎ／ｂ≦０．３０であることが望ましい。
【００２１】
また、上記周溝２２，２２は、ラジアル面１７ａを溝加工することで形成されるため、周溝２２，２２の端部２２ａ，２２ａでの接触摩耗が発生することが懸念される。このような接触摩耗を避けるため、周溝２２，２２の端部２２ａ，２２ａには、だらし加工による湾曲部が形成されている。
【００２２】
また、周溝２２，２２の端部近傍には、摩擦係数が小さい表面硬化処理が施されている。表面硬化処理の例としては、Ti合金等のセラミック系被膜合金やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等のコーティングが挙げられる。さらに、周溝２２，２２の端部近傍、または、ラジアル面全体への表面硬化処理を施すことで、周溝の端部やラジアル面全体における接触摩耗の防止に有効である。
【００２３】
従って、本実施形態では、ローラ１７のラジアル面１７ａに周溝２２が形成されるようにしたので、潤滑剤Ｌが周溝２２を通してローラ１７を通過するため、潤滑剤Ｌによるドラッグ抵抗が小さくなり、ローラ１７と軌道面である凹部２０或いは円筒面２１との間の潤滑膜厚さが適度な値となり、従来の図６に示した平滑なラジアル面の場合と比べて、オーバーラン状態とロック状態の間の移行におけるローラ１７の噛み込み性が改善される。これにより、従来より多くのローラ１７によるスムーズな噛み込みが可能となり、操作性の向上と共に、摩耗や発熱の低減に結びつく。ここで、周溝２２の諸元を最適化することによって、周溝２２を通じた潤滑剤Ｌの量や形態及びローラ１７と軌道輪間の潤滑膜の厚さを調整することが可能で、これにより、摩耗・焼付きの防止とローラの噛み込み性の向上の両面からの設計が可能である。
【００２４】
なお、本実施形態の周溝２２は２本であるが、周溝の数は任意であり、少なくとも一本形成されればよい。ただし、周溝の本数や形状諸元は、ドラッグ抵抗の低減度合、加工コスト、ローラ１７の転走面と軌道面間の発生圧等に影響を及ぼすので、稼動条件ごとに周溝の本数や最適諸元を検討することが望ましい。特に、周溝の大きさについては、周溝２２，２２の軸方向幅の総和をローラ１７の軸方向長さの３０％以下とすることで、ローラ１７の負荷能力が保持され、高い面圧の発生を防止することができる。
【００２５】
また、本実施形態の周溝２２は、形状や諸元をローラ１７の軸方向中心に関して対称としたので、溝に起因して発生する潤滑剤Ｌの流れや応力がローラ１７の進行方向に向かって左右対称となり、周溝２２が左右で異なることによるローラ１７の傾き、または、傾きに起因した局部面圧や摩耗の発生が防止される。ただし、ローラ１７にかかる荷重や潤滑条件が左右対称でない場合や軸端のいずれかの方向に潤滑剤Ｌが漏れやすい場合等、故意に左右非対称とすることで、上記効果を奏することができる。
【００２６】
また、周溝２２の端部２２ａにだらし加工を施すことで湾曲部が設けられたので、ローラ１７に傾きが生じた場合や、衝撃荷重が加わった場合に、損傷を最小限に食い止めることができる実用的な一方向クラッチを提供することができる。さらに、周溝２２の端部近傍や、ラジアル面１７ａ全体に表面硬化処理が施されることで、周溝２２の端部２２ａやラジアル面１７ａでの接触摩耗をさらに軽減することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、図４及び図５を参照して、本発明の第２実施形態にかかる一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型プーリ装置について詳細に説明する。なお、本実施形態では、一方向クラッチのローラ及び外輪の形状以外の構成は第１実施形態のものと同様である。このため、第１実施形態のものと同等部分については、同一符号を付して、詳細な説明は省略或いは簡略化する。
【００２８】
本実施形態の一方向クラッチ３０では、ローラ３１のラジアル面３１ａに周溝を設ける代わりに、外輪３２の内周面である円筒面３２ａに環状の一対の周溝３３，３３が形成されている。一対の周溝３３，３３は、形状及び諸元に関してローラ３１の軸方向中心に関して対称、即ち、外輪３２の内周面の軸方向中心に対して対称に設けられている。なお、周溝３３，３３の諸元は、潤滑剤Ｌの周溝３３を通過する量及び潤滑膜厚さを調整して、摩擦・焼付きの防止とローラの噛み込み性向上の両面からみた最適設計とする。
【００２９】
従って、本実施形態の一方向クラッチ及び一方向クラッチ内蔵型プーリ装置では、外輪３２の円筒面３２ａに周溝３３が形成されるようにしたので、潤滑剤Ｌが周溝３３を通してローラ３１と外輪３２間を通過する。このため、潤滑剤の粘度が高い、潤滑剤の量が多い、或いは、円筒面３２ａとローラ３１との相対速度が速い場合であっても、図６に示した周溝のない従来の構成と比べ、ローラ３１と外輪３２間の油膜が厚くなることがなく、油膜の影響による噛み込み不良を低減することができる。
【００３０】
また、図６に示した従来の構成では、粘度の低い潤滑剤を使用したり、潤滑剤の量を減らす等して、上記の噛み込み不良への対策が考えられるが、その場合は、高温時の焼付きの発生原因となる。一方、本実施形態では、粘度の低い潤滑剤を使用したり、潤滑剤の量を減らす必要がなく、耐焼付き性を低下させることもない。
【００３１】
また、一方向クラッチ３０では、ローラ３１の材質は外輪３２の材質よりも硬いため、外輪３２に周溝３３を設けた方が加工しやすい。
【００３２】
なお、本実施形態の周溝３３は２本であるが、第１実施形態同様、周溝の数は任意であり、少なくとも一本形成されればよい。ただし、周溝の本数や形状諸元は、ドラッグ抵抗の低減度合、加工コスト、ローラ３１の転走面と軌道面間の発生圧等に影響を及ぼすので、稼動条件ごとに周溝の本数や最適諸元を検討することが望ましい。
【００３３】
また、本実施形態の周溝３３は、形状や諸元をローラ３１の軸方向中心、即ち、ローラ３１が対向する外輪３２の円筒面３２ａの軸方向中心に関して対称としたので、溝に起因して発生する潤滑剤Ｌの流れや応力がローラ３１の進行方向に向かって左右対称となり、周溝３３が左右で異なることによるローラ３１の傾き、または、傾きに起因した局部面圧や摩耗の発生が防止される。ここで、左右対称の周溝の効果を以下に説明する。例えば、ローラまたは軌道輪円筒面に２つの周溝が設けられている場合、左右の溝幅が違うと（図７に示す例では、左の溝幅＜右の溝幅）、潤滑剤Ｌのドラッグ抵抗力がローラの左側と右側で異なるためローラに傾きが生じ、この傾きに起因して局部面圧や摩耗が発生する危険性がでてくる。この図７に示した溝幅の他、溝深さや溝断面形状等の周溝の形状を、ローラに周溝を設ける場合はローラの軸方向中心に関して、軌道輪円筒面に周溝を設ける場合は軌道輪円筒面の軸方向中心に関して、対称とすることによって、この傾きを軽減できる。
【００３４】
次に、周溝を軌道輪円筒面に設けた場合とローラ面に設けた場合の違いを、ローラの軸方向移動が生じた場合を対象に、また、製造の観点から述べる。軌道輪円筒面に左右対称の周溝が設けられている場合、稼動中にローラが軸方向に大きく移動すると、ローラが受ける力の軸方向分布は左右非対称となり、ローラが傾く要因となる。これに対して、ローラに左右対称の周溝を設けたケースでは、ローラが軸方向に大きく移動したとしても、ローラが受ける力の軸方向分布は左右対称であり、これによってローラの傾きの防止効果は保持される。このため、ローラが軸方向に大きく移動する場合については、ローラの傾き（スキュー）の観点から、軌道輪円筒面よりもローラ面に周溝を設けることが望ましい。
【００３５】
一方、製造の観点からは、すべてのローラに溝加工するよりも、１つの軌道輪円筒面に溝加工する方が、低コストでの製造や、溝加工精度の検査が１つの軌道輪円筒面のみでよいといった長所により優位となる。このため、周溝を設ける面の選択においては、ローラの傾きの影響と製造コストの両面から検討の上で決定することが望ましい。
【００３６】
周溝を左右対称とする効果について上述したが、ローラ３１にかかる荷重や潤滑条件が左右対称でない場合や軸端のいずれかの方向に潤滑剤Ｌが漏れやすい場合等、故意に左右非対称とすることで、上記効果を奏することができる。
【００３７】
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様であり、周溝３３，３３の溝幅の大きさ、周溝３３，３３の端部３３ａ，３３ａのだらし加工による湾曲部、及び、周溝３３，３３の端部近傍における表面硬化処理についても、第１実施形態と同様に構成することができる。
【００３８】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
本発明において、一方向クラッチの軸方向両側に配置されたサポート軸受は、深溝玉軸受以外の形式の転がり軸受であってもよい。
【００３９】
また、内側部材である一方向クラッチの内輪やサポート軸受の内輪は、本実施形態のようにスリーブと別体に構成されてもよく、また、一体としてスリーブや回転軸に形成されてもよい。同様、外側部材である一方向クラッチの外輪やサポート軸受の外輪も、本実施形態のようにプーリと別体に構成されてもよく、また、一体としてプーリに形成されてもよい。
【００４０】
本実施形態では、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置はオルタネータの回転軸と従動プーリ間に装着されたが、スタータのプーリと回転軸間に装着されたスタータ用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置であってもよく、この場合には、内輪の外周面を円筒面とし、外輪の内周面にカム面を形成し、内輪が外輪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、内輪と外輪との間で回転力の伝達が自在となる。この場合、周溝は、ローラの転走面と、内輪の外周面に形成された円筒面の少なくとも一方に形成されればよい。
また、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置がエンジンアイドルストップ機構の補機駆動用として適用される場合には、エンジン停止時にコンプレッサ等の補機を専用のモータにて駆動するため、エンジンの回転変動は受けないが、補機駆動用モータから発生する回転変動を受ける構成となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態における一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の縦断面図である。
【図２】図１における一方向クラッチを模式的に示す断面図である。
【図３】第１実施形態の一方向クラッチにおいて、ローラが転走する際の潤滑剤の流れを示す模式図である。
【図４】第２実施形態の一方向クラッチを模式的に示す断面図である。
【図５】第２実施形態の一方向クラッチにおいて、ローラが転走する際の潤滑剤の流れを示す模式図である。
【図６】従来の一方向クラッチにおいて、ローラが転走する際の潤滑剤の流れを示す模式図である。
【図７】周溝の溝幅が異なる場合において、ローラが転走する際の潤滑剤の流れを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０         一方向クラッチ内蔵型プーリ装置
１１         スリーブ  
１２         プーリ
１２ａ       ベルト溝
１３ ，３０  一方向クラッチ
１４         サポート軸受
１５          内輪
１６，３２    外輪
１７，３１    ローラ
１８          保持器
１９          ばね（弾性体）
２０          凹部
２２，３３    周溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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