(57)【要約】【課題】  特別な硬化防止対策を施さなくても、締め付け時における雌ねじ部のねじ山の破断を防止できるようにして、生産効率及び製品品質の向上を図ることができる雌ねじ部を有する中空筒体を提供する。【解決手段】  転がり軸受５，６や一方向クラッチ４等の環状製品の内輪部分を直接的又は間接的に構成する金属製の筒状本体９と、この筒状本体９の内周面に一体に形成された雌ねじ部１０とを備えている中空筒体２において、その雌ねじ部１０に雄ねじ部１２を締め付けた時に過大な応力が発生すると予想される軸方向範囲に位置するねじ山Ｓnを予め切除してなる応力緩和部３０を当該雌ねじ部１０に形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受や一方向クラッチ等の環状製品の内輪部分を直接的又は間接的に構成する金属製の筒状本体と、この筒状本体の内周面に一体に形成された雌ねじ部とを備えている中空筒体において、
前記雌ねじ部に雄ねじ部を締め付けた時に過大な応力が発生すると予想される軸方向範囲に位置するねじ山を予め切除してなる応力緩和部が当該雌ねじ部に形成されていることを特徴とする中空筒体。
【請求項２】
前記応力緩和部は、前記雌ねじ部の入口側から見て一山目のねじ山から出口側に向かって先細りとなるように当該雌ねじ部の入口部分をテーパー状に切削することによって形成されている請求項１に記載の中空筒体。
【請求項３】
前記雌ねじ部は、前記筒状本体の外周面に施される表面硬化層と同じ処理条件で施された表面硬化層を有している請求項１又は２に記載の中空筒体。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の中空筒体と、
この中空筒体の外周側に同軸心状に配置された筒体よりなるプーリと、
これら両筒体の径方向の対向面間に設けられた一方向クラッチと、
その対向面間における前記一方向クラッチの軸方向両側に設けられた転がり軸受と、
を備えていることを特徴とするプーリユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雌ねじ部を有する中空筒体とこれを用いたプーリユニットに関する。
このプーリユニットは、例えば、自動車エンジン等の内燃機関のクランクシャフトからベルトを介して駆動される補機に装備される。この補機としては、例えば自動車のエアコンディショナ用コンプレッサ、ウォーターポンプ、オルターネータ、冷却ファン等が挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
従来より、上記プーリユニットとして一方向クラッチを有するものがあり、かかるプーリユニットは、ほぼ円筒状に形成された金属製の中空筒体と、この中空筒体の外周側に同軸心状に配置された筒状のプーリと、これら両筒体の径方向の対向面間で構成された環状空間内に介装された一方向クラッチと、その環状空間内における一方向クラッチの軸方向両側に介装された転がり軸受とから構成されている。
中空筒体の内周面には雌ねじ部が形成され、この雌ねじ部に、補機の入力軸（例えば、オルタネータのロータやスタータモータの回転軸等）の先端部に形成された雄ねじ部を螺合させることにより、当該プーリユニットがその入力軸に同軸心状に固定されるようになっている。
【０００３】
上記プーリユニットにおいて、中空筒体そのものが一方向クラッチや軸受の内輪を兼ねた構造になっている場合にはその外周面が複雑な形状となるが、かかる中空筒体の場合であっても、低炭素鋼材を冷間鍛造や引き抜き加工により外周面にカム面や軌道を成型してから浸炭処理を施すようにすれば、比較的低コストで中空筒体を作製することができる。
この場合、中空筒体の内周面に対しても浸炭処理を施すと、入力軸の螺合部分となる中空筒体の雌ねじ部が同時に浸炭されてしまい、水素脆性と硬度の増大によって靭性の低下が問題となる。そこで、従来では、雌ねじ部にマスキングや硬化防止剤の塗布等の防炭処理を施した状態で中空筒体を浸炭することにより、内周面の雌ねじ部については母材そのものの金属組成を表面に露出させるようにしている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−５６６７６号公報（請求項１〜５、〔００３８〕〜〔００３７〕）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、上記従来のプーリユニットに使用する中空筒体では、その内周面に対して防炭処理を施した状態で浸炭処理を行う必要があるので、その硬化防止対策の工数だけ生産効率が悪化するという不都合がある。
一方、かかる不都合を解消するには、防炭処理を行わないで中空筒体全体を浸炭処理するようにすればよいが、前記した通り、この場合には水素脆性と硬度の増大により雌ねじ部の靭性が低下することになる。このため、当該雌ねじ部に対する雄ねじ部の締め付け時に雌ねじ部における一部のねじ山が即時に破断し、却って生産効率が悪くなる場合があるとともに、仮に組み付け時にねじ山の破断が発生しなくても、当該中空筒体及びこれを有するプーリユニットの製品品質が低下するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、このような実情に鑑み、特別な硬化防止対策を施さなくても、締め付け時における雌ねじ部のねじ山の破断を防止できるようにして、生産効率及び製品品質の向上を図ることができる雌ねじ部を有する中空筒体とこれに用いるプーリユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成すべく、本発明は次の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明は、転がり軸受や一方向クラッチ等の環状製品の内輪部分を直接的又は間接的に構成する金属製の筒状本体と、この筒状本体の内周面に一体に形成された雌ねじ部とを備えている中空筒体において、前記雌ねじ部に雄ねじ部を締め付けた時に過大な応力が発生すると予想される軸方向範囲に位置するねじ山を予め切除してなる応力緩和部が当該雌ねじ部に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
上記の本発明によれば、締め付け時に過大な応力が発生すると予想される軸方向範囲に位置するねじ山を予め切除してなる応力緩和部が雌ねじ部に形成されているので、雄ねじ部を締め付けた後の筒状本体の雌ねじ部の応力状態が軸方向で均一化され、特定のねじ山に対して過大な応力が発生するのを防止することができる。このため、当該雌ねじ部に対して特別な硬化防止対策を施さなくても、締め付け時における雌ねじ部のねじ山の破断を防止することができる。
【０００９】
ところで、雌ねじ部に雄ねじ部を螺合して締め付けた場合、一般に、雌ねじ部の入口側から見て一山目のねじ山に対して最も大きな荷重が作用する。そこで、本発明において、上記応力緩和部は、雌ねじ部の入口側から見て一山目のねじ山から出口側に向かって先細りとなるように、当該雌ねじ部の入口部分をテーパー状に切削することによって形成することが好ましい。
この場合、ねじ山の入口部分に対する切削加工のみによって応力緩和部を構成することができるので、応力緩和部を簡便に製作できるという利点がある。
【００１０】
また、本発明の中空筒体において、雌ねじ部に対して、筒状本体の外周面に施される表面硬化層と同じ処理条件で施された表面硬化層を施すようにすれば、中空筒体を全体的に単一の処理条件（例えば、同一雰囲気及び同一温度でのガス浸炭）で表面硬化させることができ、この点で中空筒体の生産効率を向上することができる。
なお、本発明の中空筒体は、例えば前記プーリユニットの構成部材として使用することができ、かかるプーリユニットは、本発明の中空筒体と、この中空筒体の外周側に同軸心状に配置された外側筒体と、これら両筒体の径方向の対向面間で構成された環状空間内に介装された一方向クラッチと、その環状空間内における前記一方向クラッチの軸方向両側に介装された転がり軸受とから構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上の通り、本発明によれば、特別な硬化防止対策を施さなくても、締め付け時における雌ねじ部のねじ山の破断を防止できるので、雌ねじ部を有する中空筒体とこれが好適に用いられるプーリユニットの生産効率及び製品品質を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
図１〜図３は本発明の第一実施形態を示している。
同図に示すように、本実施形態のプーリユニット１は、ほぼ円筒状に形成された金属製の中空筒体２と、この中空筒体２の外周側に同軸心状に配置された外側筒体としてのプーリ３と、これら両筒体２，３の径方向の対向面間で構成された環状空間内に介装された一方向クラッチ４と、環状空間内における一方向クラッチ４の軸方向両側に介装された二つの転がり軸受５，６とを備えている。
【００１３】
このうち、プーリ３は、例えば自動車エンジンのクランクシャフトによりＶリブドベルト３１を介して回転駆動されるもので、その外周にはＶリブドベルト３１が巻き掛けられる波状溝７が形成されている。
中空筒体２は、転がり軸受５，６や一方向クラッチ４の内輪部分を直接的に構成する金属製の筒状本体９と、この筒状本体９の内周面に一体に形成された雌ねじ部１０とを備えており、この雌ねじ部１０に補機の入力軸１１（オルタネータのロータやスタータモータの回転軸等）の雄ねじ部１２を螺合することにより、プーリユニット１を補機に固定できるようになっている。また、中空筒体２の軸方向端部の内周面には、六角レンチ等の工具を嵌合して当該中空筒体２を回動させるための工具係合部８が雌ねじ部１０と同軸心状に形成されている。
【００１４】
本実施形態のプーリユニット１は、部品点数ならびに製造コストを削減するため、一方向クラッチ４の内輪と二つの転がり軸受５，６の内輪を中空筒体２の外周部分で兼用させ、かつ、それらの外輪をプーリ３の内周部分で兼用させた構造になっている。
これに関連して、本実施形態では、一方向クラッチ４の軸方向一端側（図１の右側）に位置する第一転がり軸受５として、複数の玉１３とこれを保持する冠形保持器１４からなる深溝玉軸受が採用され、また、同クラッチ４の軸方向他端側（図１の左側）に位置する第二転がり軸受６として、複数のころ１５とこれを保持する保持器１６からなるケージアンドローラがそれぞれ採用されている。
【００１５】
中空筒体２の軸方向中間領域における円周方向複数箇所には、一方向クラッチ４を構成するための平坦なカム面１８が形成されており、同中空筒体２の軸方向両側領域には各転がり軸受５，６の内輪軌道部１９，２０が形成されている。なお、中空筒体２における軸方向中間領域のカム面１８対応部分は断面八角形に形成され、両端側領域の内輪軌道部１９，２０対応部分は断面円形に形成されている。
そして、中空筒体２における第一転がり軸受５の内輪軌道部１９となる領域の外径寸法は、第二転がり軸受６の内輪軌道部２０となる領域の外径寸法よりも大きく設定されている。これにより、中空筒体２の外周面に対する軌道成型が容易化されるとともに、プーリ３と中空筒体２との間に、一方向クラッチ４や各転がり軸受５，６を軸方向片側から順番に組み込めるようになっている。
【００１６】
プーリ３の内周面と中空筒体２の外周面における比較的大径に設定した軸方向一端側の領域には、深溝玉軸受からなる第一転がり軸受５の玉１３が転動する周方向に連続した軌道溝２１が形成されている。
また、プーリ３の内周面と中空筒体２の外周面における比較的小径に設定した軸方向他端側の領域には周溝２２が形成されており、この周溝２２に、ケージアンドローラからなる第二転がり軸受６の保持器１６の内周に設けられた径方向内向きの輪状突起を挿入することにより、当該保持器１６が軸方向に位置決めされている。なお、各転がり軸受５，６の軸方向端部側にはゴム製のシール部材５Ａ，６Ａが設けられている。
【００１７】
他方、一方向クラッチ４の保持器２３は、中空筒体２の外周面の軸方向中間領域の外形形状と合致する形状（すなわち、本実施形態では八角形）に形成され、この保持器２３に各ころ２４をそれぞれ保持させた状態で中空筒体２の軸方向中間領域に外嵌されることにより、当該保持器２３が周方向に回り止めされている。
また、この一方向クラッチ４の保持器２３は、中空筒体２の軸方向中間領域のカム面１８と大径の領域とを連接するテーパー状段差部２５により、第一転がり軸受５側への動きが規制されており、かつ、中空筒体２に対して軸方向に位置決めされた第二転がり軸受６の保持器１６により、第二転がり軸受６側への動きが規制されている。
【００１８】
そして、このような形態で一方向クラッチ４の保持器２３を軸方向に位置決めすれば、当該保持器２３に位置決め用の鍔部を形成したり、その鍔部を位置決めするための段差部を中空筒体２に形成する必要がなくなり、形状の簡素化が可能になる。
図２及び図３に示すように、一方向クラッチ４の保持器２３における各カム面１８に対応する領域には、径方向内外に貫通するポケット２６が形成されている。ころ２４は、保持器２３の各ポケット２６に一つずつ収納されることにより、その周方向での転動範囲が規制されている。
【００１９】
上記ポケット２６には、断面楕円形のコイルばねよりなる付勢部材２７がころ２４と一緒に収納されている。この付勢部材２７は、一端が保持器２３の各ポケット２６に形成された突起２８に外嵌され、かつ、他端がころ２４に当接した状態でポケット２６に収納されており、ころ２４をカム面１８とプーリ３の内周面とで形成されるくさび状空間の狭い側（ロック側）に押圧している。
このため、プーリ３の回転速度が中空筒体２よりも相対的に速くなると、一方向クラッチ４のころ２４がくさび状空間の狭い側へ転動してロック状態となるので、プーリ３と中空筒体２とが一体化して同期回転する。
【００２０】
これに対して、プーリ３の回転速度が中空筒体２よりも相対的に遅くなると、一方向クラッチ４のころ２４がくさび状空間の広い側へ転動させられてフリー状態となり、プーリ３から中空筒体２へ回転動力の伝達が遮断されることになって中空筒体２が回転慣性力のみで回転を継続するようになる。
従って、本実施形態のプーリユニット１を例えば自動車エンジンのオルタネータに利用した場合には、クランクシャフトの回転数が上昇すると、一方向クラッチ４がロック状態となって内側の中空筒体２と外側のプーリ３が同期回転するが、クランクシャフトの回転数が低下すると、一方向クラッチ４がフリー状態となって中空筒体２がプーリ３の減速とは無関係にそれ自身の回転慣性力により回転継続する。このため、ベルト３１の駆動源となるエンジンのクランクシャフトの回転変動に関係なく、オルタネータのロータの回転が高域に維持され、発電効率を高めることができる。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、本実施形態では、中空筒体２の雌ねじ部１０を構成するねじ山Ｓn（ｎ＝１，２，３・・・・）のうち、その雌ねじ部１０に入力軸１１の雄ねじ部１２を締め付けた時に過大な応力が発生すると予想される軸方向範囲に位置するねじ山Ｓnを予め切除してなる応力緩和部３０が当該雌ねじ部１０に形成されており、この応力緩和部３０は、雌ねじ部１０の入口側から見て一山目のねじ山Ｓ1から出口側に向かって先細りとなるように当該雌ねじ部１０の入口部分をテーパー状に切削することによって形成されている。
【００２２】
すなわち、図４（ａ）に示すように、雌ねじ部１０に雄ねじ部１２を螺合して締め付けた場合、一般に、雌ねじ部１０の入口側から見て一山目のねじ山Ｓ1に対して最も大きな荷重（応力）が作用する。そこで、本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、雌ねじ部１０の入口側から見て一山目のねじ山Ｓ1から出口側に向かって先細りとなるように、当該雌ねじ部の入口部分をテーパー状に切削することにより、各ねじ山Ｓnに発生する応力を均一化するようにしている。
なお、上記応力緩和部３０の軸心方向に対するテーパー角度θ（図１（ｂ）参照）は、概ね１５度に設定されている。
【００２３】
ところで、上記のように外周面と内周面がともに複雑な形状となる中空筒体２は、低炭素鋼材を冷間鍛造又は引き抜き加工により成型して、この加工後の中空筒体２の外周面と内周面の双方に対して同じ処理条件で浸炭処理を施してり製作することが好ましい。この場合、中空筒体２を簡単な製造工程で高精度な形状に成型でき、プーリユニット１の製造コストの低減と製品品質の向上を図ることができるからである。
すなわち、本実施形態の中空筒体２に使用する鋼材としては、ＪＩＳ規格ＳＣｒ４１５、ＳＣｒ４２０、ＳＣＭ４１５、ＳＣＭ４１８、ＳＣＭ４２０やＳＡＥ規格５１２０鋼などの低炭素鋼材を用いることができ、これら低炭素鋼材は、浸炭処理の際の浸炭量の調整によりその表層を高い硬度を有したものとし、内部を低い硬度を有したものとすることができる。
【００２４】
そこで、本実施形態では、このような低炭素鋼材として、ＳＡＥ規格５１２０等のビッカース硬さ（Ｈｖ）で２００〜４３０程度のものを用いるとともに、その低炭素鋼材に対してガス浸炭させる。この浸炭においては、中空筒体２の雌ねじ部１０に対してマスキングや硬化防止溶剤の塗布等の防炭処理を行わないで、一方向クラッチ４や軸受５，６の内輪軌道部となる外周面側と同じ処理条件（同一雰囲気及び同一温度でのガス浸炭）で浸炭させる。
【００２５】
そして、かかる浸炭熱処理により、中空筒体２の外周面及び内周面にビッカース硬さ（Ｈｖ）で６４０〜８４０の硬化層（Ｈｖ５５０となる有効硬化層深さ０．４〜１．２ｍｍ）を形成したあと、焼戻しを施して靭性を付与する。なお、カム面１８については、その後バレル研磨し寸法精度を確保すればよい。
このように、本実施形態のプーリユニット１によれば、中空筒体２の雌ねじ部１０に対して、同筒体２の外周面に施される表面硬化層と同じ処理条件で施された表面硬化層を施すようにしているので、中空筒体２を全体的に単一の処理条件で表面硬化させることができ、この点で中空筒体２の生産効率を向上することができる。
【００２６】
図５は本発明の第二実施形態を示している。
本実施形態のプーリユニット１が第一実施形態のプーリユニット１と異なるところは、一方向クラッチ４と各転がり軸受５，６がそれぞれ中空筒体２とプーリ３に対して別体に構成されている点にある。
このため、本実施形態では、中空筒体２は一方向クラッチ４と各転がり軸受５，６の内輪部分を間接的に構成しており、プーリ（外側筒体）３は一方向クラッチ４と各転がり軸受５，６の内輪部分を間接的に構成していることになる。
【００２７】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
例えば、上記実施形態では、中空筒体２をプーリユニット１に内蔵した場合を例示したが、本発明の中空筒体２はその他の種々の用途の装置に利用することができ、使用対象としてプーリユニット１に限定されない。
また、上記実施形態での中空筒体２のにおける細部の構成についても限定されるものでなく、種々な変形が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）は本発明の第一実施形態に係るプーリユニットの縦断面図であり、（ｂ）は同図Ａ円内の拡大断面図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】中空筒体と一方向クラッチの保持器を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は応力緩和部を有しない通常の雌ねじ部の応力状態図であり、（ｂ）は応力緩和部が設けられた雌ねじ部の応力状態図である。
【図５】本発明の第二実施形態に係るプーリユニットの縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１      プーリユニット
２      中空筒体
３      プーリ
４      一方向クラッチ
５      転がり軸受
６      転がり軸受
９      筒状本体
１０      雌ねじ部
１１      入力軸
１２      雄ねじ部
３０      応力緩和部
Ｓn    ねじ山
【図１】
2005308188.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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