(57)【要約】【課題】カム面の摩耗を抑えることができて、ワンウェイクラッチに用いた場合には、内輪の摩耗も抑えることができて、ロック不良等の不具合を生じさせないスプラグ及びこのスプラグを用いたワンウェイクラッチを提供する。【解決手段】少なくともカム面９に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下である。これにより、カム面が高い油膜形成能力を奏し、長寿命を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともカム面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とするスプラグ。
【請求項２】
少なくともカム面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみの平均面積が３０〜１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とするスプラグ。
【請求項３】
少なくともカム面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５〜２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とするスプラグ。
【請求項４】
前記請求項１〜３に記載のスプラグを用いたことを特徴とするワンウェイクラッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スプラグ及びスプラグを用いたワンウェイクラッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
一方向の回転伝達にスプラグを用いたワンウェイクラッチは広く一般に用いられている。スプラグには、図１０に示すディスエンゲージタイプと、図１１に示すエンゲージタイプとがある。
【０００３】
ディスエンゲージタイプは、図１０に示すように、スプラグ１の重心Ｇが外輪２の接点Ａにおける法線より左側にあると、遠心力Ｃはリボンススプリング３のスプリング力に抗して接点Ａを中心として時計廻りに回転し、スプラグ１は内輪４の軌道面から離れる。すなわち、ディスエンゲージタイプのスプラグ１は、外輪２が高速で空転するときのスプラグ１の摩耗を少なくすることができる。
【０００４】
エンゲージタイプは、図１１に示すように、スプラグ１の重心Ｇが外輪２との接点Ａにおける法線よりも右側にあると遠心力Ｃが働き、スプラグ１には接点Ａを中心として反時計廻りに回転しようとする力が生じる。スプラグ１が反時計廻りに回転すると、スプラグ高さが高くなり、内輪４とスプラグ１が接触する。このため、エンゲージタイプにスプラグは、外輪２が高速で回転している状態でワンウェイクラッチを噛合させる必要があるときに使用される。
【０００５】
このように、スプラグは、リボンススプリングによって常に内輪軌道面と滑りを伴う状態で接触している。このため、従来では、外表面を、油膜形成に優れた表面状態を与えたスプラグが提案されている（特許文献１）。すなわち、外表面に、面粗さをパラメータＲＭＳ（自乗平均平方根粗さ）で表示したとき、ＲＭＳ０．０９μｍ以上となる微小な凹凸を形成し、かつ凹凸の面粗さのパラメータＳＫ値がマイナスとなるようにしている。
【特許文献１】特開平６−３１１４４５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、前記特許文献１に記載の表面状態を与えたとしても、潤滑条件、内輪軌道面、スプラグカム面の面粗さ等の条件により、内輪軌道面とスプラグカム面に摩耗及びピーリング現象が発生し、短寿命であるという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、カム面の摩耗を抑えることができて、ワンウェイクラッチに用いた場合には、内輪の摩耗も抑えることができて、ロック不良等の不具合を生じさせないスプラグ及びこのスプラグを用いたワンウェイクラッチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、本発明のスプラグは、少なくともカム面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下であることを特徴とする。
【０００９】
パラメータＲｙniとは、基準長毎最大高さの平均値すなわち、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ISO 4287:1997）。
【００１０】
また、パラメータＳｋとは、粗さ曲線の歪み度（スキューネス）を指し（ISO 4287:1997）、凹凸分布の非対称性を知る目安の統計量である。ガウス分布のような対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負、逆の場合は正の値をとることになる。
【００１１】
本発明のスプラグでは、くぼみを設けた面（接触部）の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内に規定することで、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能となり、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、受け部のＳｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、表面損傷を極力抑える効果が発揮される。
【００１２】
本発明の他のスプラグは、少なくともカム面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみの平均面積が３０〜１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の他のスプラグでは、くぼみの平均面積を３０〜１００μｍ２の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００１４】
本発明の別のスプラグは、少なくともカム面に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５〜２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の別のスプラグでは、くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率を５〜２０％の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００１６】
本発明のワンウェイクラッチは、請求項１〜３に記載のスプラグを用いたことを特徴ととする。
【００１７】
本発明のワンウェイクラッチでは、スプラグが希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によると、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設けることによって、接触部が微小粗面となって油膜が形成しやくなる。しかもこのくぼみが油溜まりとなるため、カム面の油膜形成が確実に行える。このため、温度上昇の低減が可能となるとともに、カム面での金属接触を緩和でき、摩耗やピッチングを抑えることができて、長寿命を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、本発明のスプラグを使用したワンウェイクラッチの要部簡略図を示し、このワンウェイクラッチは、外輪５と、内輪６と、これらの間に配設されるスプラグ７とを備える。なお、このスプラグ７はエンゲージタイプである。
【００２１】
すなわち、このワンウェイクラッチは、前記図１１のワンウェイクラッチと同様、スプラグ７の重心Ｇが外輪５との接点Ａにおける法線よりも右側にあると遠心力Ｃが働き、スプラグ７には接点Ａを中心として反時計廻りに回転しようとする力が生じる。スプラグ７が反時計廻りに回転すると、スプラグ高さが高くなり、内輪６とスプラグ７が接触する。このため、エンゲージタイプにスプラグは、外輪５が高速で回転している状態でワンウェイクラッチを噛合させる必要があるときに使用される。
【００２２】
このため、内輪軌道面８に摺接するカム面９に、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に設け、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙniが０．４μｍ≦Ｒｙni≦１．０μｍの範囲内であり、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下に設定する。
【００２３】
また、前記くぼみの平均面積が３０〜１００μｍ２の範囲内で、かつ、Ｒｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内とする。
【００２４】
さらに、前記くぼみを設けた面におけるくぼみの面積率が５〜２０％の範囲内であり、かつ、前記くぼみを設けた面の面粗さのパラメータＲｙmaxが０．４〜１．０μｍの範囲内とする。
【００２５】
なお、前記のような微小粗面を得るための表面加工処理としては、特殊なバレル研摩によると所望の仕上げ面を得ることができるが、これに限らず、例えばショット等を用いてもよい。
【００２６】
上記のように、本発明では、くぼみを設けた面（接触部）の面粗さパラメータＲｙniを０．４μｍ以上、１．０μｍ以下の範囲内に規定することで、希薄潤滑下でも油膜切れを防ぐことが可能となり、極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。また、カム面９のＳｋ値を幅方向、円周方向とも−１．６以下とすることにより、微小凹形状のくぼみが油溜りとなり、圧縮されても滑り方向、直角方向への油のリークは少なく、油膜形成に優れ、表面損傷を極力抑える効果が発揮される。
【００２７】
また、カム面９のくぼみの平均面積を３０〜１００μｍ２の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００２８】
さらに、カム面９のくぼみを設けた面におけるくぼみの面積率を５〜２０％の範囲内に規定するとともに、前記くぼみを設けた面の面粗さパラメータＲｙmaxを０．４〜１．０μｍの範囲内に設定することで、油膜形成能力を向上させることができるため、希薄潤滑下で極端に油膜厚さが薄い条件下でも長寿命を得ることができる。
【００２９】
従って、本発明のスプラグ７は、低粘度、希薄潤滑下で油膜厚さが極端に薄い条件下でも、長寿命を得ることができ、このスプラグ７を用いたワンウェイクラッチでは、内輪の摩耗を抑えることができ、ロック不良等の不具合の発生を防止できる。
【００３０】
ところで、前記実施形態では、カム面９のみに、本発明に係る表面性状を満たす表面処理を施すようにしていたが、スプラグの全外表面に施すようにしてもよい。また、内輪軌道面に、本発明に係る表面性状を満たす表面処理を施すようにしてもよい。
【実施例１】
【００３１】
本発明の有用性を示すために、まず、歯車の寿命評価を行った。歯車の歯面は、相手側の歯面と転がり接触および滑り接触し、その接触は、転がり軸受のレースと軌道輪との接触状態に準じた形態となる。従って、歯車の寿命評価は、転がり軸受の寿命試験評価で評価することができると考えられる。かかる観点から、本発明者らは、後述の条件で転がり軸受の寿命試験を行った。以下に、パラメータＲｙni、Ｒｙmax、Ｓｋ、Ｒｑniの測定方法、条件の一例を示す。これらのパラメータで表される表面性状を、転がり軸受の転動体や軌道輪といった構成要素について測定する場合、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
パラメータ算出規格：JIS B 0601:1994（サーフコム  JIS 1994）
カットオフ種別：ガウシアン
測定長さ：５λ
カットオフ波長：０．２５ｍｍ
測定倍率：×１００００
測定速度：０．３０ｍｍ／ｓ
測定箇所：ころ中央部
測定数：２
測定装置：面粗さ測定器サーフコム１４００Ａ（東京精密株式会社）
【００３２】
また、くぼみの定量的測定を行うには、ころ表面を拡大し、その画像から市販されている画像解析システムにより定量化できる。さらには、特開２００１−１８３１２４に開示されている表面性状検査方法及び表面性状検査装置を用いれば、安定して精度良く測定することができる。この方法は、曲率を有する検査表面に光を照射して検査表面をカメラで撮影し、このカメラで撮影された検査表面の画像の輝度を測定して、この測定された輝度の明部と暗部のコントラストで形成される明暗パターンにより、検査表面の表面性状を検査する表面性状検査方法であって、光をカメラの光軸方向に合致させて照射し、測定される画像の輝度分布がピーク値を示す位置を、カメラの光軸上に一致させるように、検査表面を位置決めすることにより、検査表面の曲率に起因するシェーディング（輝度分布）を抑制するものである。また、光をカメラの光軸方向に合致させて照射し、測定される画像の輝度分布について、この輝度分布がピーク値を示す位置に相当する検査表面の部位を原点とし、曲率の対称軸を一つの軸とする直交二次元座標で、直交する各座標軸に沿う一次元の輝度分布をそれぞれ近似関数で近似し、これらの近似関数を用いて、画像の輝度分布を除去するように、輝度分布のピーク値を基準値として、座標各位置に相当する測定された画像の輝度を補正し、この補正された輝度の明暗パターンにより検査表面の表面性状を検査することにより、シェーディングのない明暗パターンで表面性状を検査することができる。測定条件はたとえば次のとおりである。また、くぼみの面積率、平均面積を転がり軸受の転動体や軌道輪といった構成要素について測定する場合、上記のパラメータと同様に、一ヶ所の測定値でも代表値として信頼できるが、たとえば直径方向に対向する二ヶ所を測定するとよい。
面積率：観察視野範囲で２値化閾値（（明部の輝度＋暗部の輝度）／２）よりも小さい画素（黒）の占める割合
平均面積：黒の面積の合計／総数
観察視野：８２６μｍ×６２０μｍ
測定箇所：ころ中央部
測定数：２
【００３３】
図２は供試転がり軸受の一例を示しており、この転がり軸受１０は転動体として針状ころ１２を外輪１３に組み込んだ針状ころ軸受であり、針状ころ１２で相手軸１４を支持するようになっている。針状ころ表面に、仕上面の異なる表面処理を施した複数種類の針状ころ軸受を製作し、寿命試験を行なった結果について説明する。寿命試験に用いた針状ころ軸受は、図３に示すように、外径Ｄｒ＝３３ｍｍ、内径ｄｒ＝２５ｍｍ、針状ころ１２の直径Ｄ＝４ｍｍ、長さＬ＝２５．８ｍｍで、１５本の針状ころを用いた保持器１５付きの軸受である。試験軸受として針状ころの表面粗さ仕上の異なる３種類を製作した。すなわち、研削後スーパーフィニッシュを施した軸受Ａ（比較例）と、微小凹形状のくぼみをランダムに無数に形成した軸受Ｂ（比較例）、軸受Ｃ（参考例）、軸受Ｄ（参考例）とである。各試験軸受の針状ころにおける仕上面状況を図４〜図６に示す。具体的には、図４は軸受Ａの表面粗さ、図５は軸受Ｂの表面粗さ、図６は軸受Ｃ及び軸受Ｄの表面粗さをそれぞれ示す。また、各試験軸受の表面仕上面の特性値パラメータ一覧を表１に示す。なお、Ｒｑni（Ｌ／Ｃ）については、軸受Ｂ、Ｃ及びＤは１．５以下であり、軸受Ａは１．５前後の値である。また、結晶粒度の測定は、ＪＩＳ  Ｇ  ０５５１の鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に基づいて行なった。
【００３４】
【表１】
2007170627.tif 000003
【００３５】
使用した試験装置は図７に概略図で示したようなラジアル荷重試験機１６で、回転軸１７の両側に試験軸受１０を取り付け、回転と荷重を与えて試験を行なうものである。試験に用いたインナレース（相手軸）の仕上は研摩仕上のＲa０．１０〜０．１６μｍである。アウタレース（外輪）も共通である。試験条件は以下のとおりである。
軸受ラジアル荷重：２０００ｋｇｆ
回転数：４０００ｒｐｍ
潤滑剤：クリセクオイルＨ８（試験条件で２ｃｓｔ）
【００３６】
図８に油膜パラメータΛ＝０．１３の下での寿命試験結果を示す。同図の縦軸が寿命時間（ｈ）を表している。同図に示すように、軸受Ａが７８ｈ、軸受Ｂが８２ｈであったのに対して軸受Ｃは１０５ｈ、軸受Ｄは１２１ｈであった。このデータから明らかなように、針状ころ表面が本発明に係る表面形状を満たすように表面処理された軸受Ｃ及びＤは、油膜パラメータΛ＝０．１３という低粘度、希薄の非常に過酷な潤滑条件下でも長寿命効果を得ることができる。従って、カム面９を上記数値範囲に設定した本発明に係るスプラグ７は、高い長寿命効果を得ることができる。
【実施例２】
【００３７】
次に、図９に示す平歯車疲労試験機を使用して歯車のピッチング試験を実施し、ピッチング強度を評価した。図９において、ドライブ側歯車３１（歯数２９枚）とドリブン側歯車３２（歯数３０枚）は各々の回転軸３３、３４の片側に取付けられており、ドライブ側の軸３３が図示しないモータにより駆動されている。また、ドライブ側の軸３３に取付けてある負荷レバー３５及び重錘３６によりトルクを負荷する構造となっている。ドライブ側歯車３１は、本発明に係る表面処理の有無で２種類を用意した。試験条件等の詳細は、表２のとおりである。
【００３８】
【表２】
2007170627.tif 000004
【００３９】
歯車ピッチング試験のデータを表３、表４及び表５に示す。表３はドライブ側及びドリブン側の何れの歯車にも表面処理を施していない場合（ａ）の結果（比較例）を示し、表４はドライブ側歯車の歯面に、本発明に係る表面性状を満たすように表面処理を施したものを使用した場合（ｂ）の結果（実施例）を示し、表５はドライブ側歯車及びドリブン側歯車の歯面に、本発明に係る表面性状を満たすように表面処理を施したものを使用した場合（ｃ）の結果（実施例）をそれぞれ示す。これらより、ピッチング寿命が、（ａ）の場合に比べ、（ｂ）の場合では２倍以上向上し、（ｃ）の場合では３倍以上向上していることが確認できる。
【００４０】
【表３】
2007170627.tif 000005
【００４１】
【表４】
2007170627.tif 000006
【００４２】
【表５】
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【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明のスプラグを用いたワンウェイクラッチの簡略図である。
【図２】針状ころ軸受の断面図である。
【図３】寿命試験に用いた針状ころ軸受の断面図である。
【図４】試験軸受Ａにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図５】試験軸受Ｂにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図６】試験軸受Ｃ及びＤにおける仕上げ面状況を示す粗さ曲線図である。
【図７】試験装置の部分断面図である。
【図８】寿命試験結果を示すグラフである。
【図９】平歯車試験機の部分斜視図である。
【図１０】ディスエンゲージタイプのスプラグを用いたワンウェイクラッチの簡略図である。
【図１１】エンゲージタイプのスプラグを用いたワンウェイクラッチの簡略図である。
【符号の説明】
【００４４】
９     カム面
【図１】
2007170627.tif 000008
【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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【図８】
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【図９】
2007170627.tif 000016
【図１０】
2007170627.tif 000017
【図１１】
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