資料

低フリクション・一方クラッチの開発
Development of Low Friction One-Way Clutches
池田尚明

T. IKEDA 合田憲和

N. GOUDA

With the growing needs of improvement in automotive fuel efficiency, drive train systems are more and more required ofimprovement in transmission efficiency.
As for one-way clutches for automatic transmission systems, it is required to reduce the friction (drag torque). Koyo has
succeeded in developing low friction one-way clutches to cope with this need.
One-way clutches achieved 50% reduction in friction, 50% improvement in anti-seizure performance, while maintainingequivalent abrasion resistance. Therefore, one-way clutches achieved low friction, also satisfied endurance performance.
Key Words: one-way clutch, low friction, automatic transmission

1．はじめにトランスミッション用
一方クラッチスプラグ形一方クラッチは主として自動車のオートマチックトランスミッション（図1）に使用されており，当社はＫＷシリーズ（図2），ＫＸシリーズの２種類の一方クラッチを商品化している．
一方クラッチとは，円筒形の内輪と外輪の間に組付けてトルクを伝達・遮断する機能部品で，一方向の回転に対してはトルクを伝え，逆方向の回転に対しては空転してトルクを遮断する機能を持っている．
近年，自動車の燃費向上対策としてドライブト
レーン系では伝達効率向上の要求が高まっている．したがって，ＡＴ用一方クラッチにおいても，

図1 ＡＴの構造
Structure of automatic transmission

空転時のフリクション（ひきずりトルク）低減取組みが必要となっている．
ここでは，これらのニーズに対応するために一スプラグ

ドラグクリップ

方クラッチの構成部品であるエンドベアリングに外側保持器スプリング着目した低フリクション一方クラッチに関する開内側保持器

発結果を紹介する．

エンドベアリング2．フリクション要因の分析
フリクション低減を実現するために，まずは一方クラッチのフリクションの要因分析を行った．
図3に一方クラッチがしゅう動する相手側である内外輪との状況を示す．これより，一方クラッチと相手側とのしゅう動部はスプラグとエンドベアリングの２種類であることがわかる．
次にスプラグとエンドベアリングについて，フ

図2

ＫＷシリーズ一方クラッチ
KW series one-way clutch

リクションの要因を図4のように分類するとともに，それぞれの影響度合を図5の通り実測結果に46

Koyo Engineering Journal No.165 (2004)

−低フリクション・一方クラッチの開発−より比較した．

3．フリクション低減手法の検討

結果，エンドベアリングがフリクションの大きな要因となっていることがわかった．

3.1

フリクション低減に対する考え方エンドベアリングのフリクションは主に内輪と側板外保持器
リボンスプリング
内保持器

側板のしゅう動により発生しており，このときの状態

外輪はa式で示すニュートン流体と考えられる．
F＝μAU／h …………………………………aスプラグ１）

内輪軌道径

内輪

エンドベアリング内径

エンドベアリング

Ｆ：粘性抵抗（回転抵抗）
μ：粘性係数
Ａ：せん断面積
Ｕ：せん断速度ｈ：すきまの厚さa式より，フリクションとなる粘性抵抗Ｆは，

図3 一方クラッチと内外輪
One-way clutch and inner/outer ring
一方クラッチのフリクション

スプリングばね力

スプラグのフリクション

スプラグ（幅，数）
しゅう動面の軌道径寸法
潤滑（油量，油種，油温）

エンドベアリングのフリクション

軸受面積

・せん断面積Ａとせん断速度Ｕに比例・すきまの厚さｈに逆比例することがわかる．
したがって製品側としては，フリクション発生要因となるエンドベアリング軸受面積の改良が必要となる．

3.2

材質

デザインの検討

デザイン検討は，生産性確保・要求機能確保のしゅう動面の軌道径寸法，すきま観点から，エンドベアリング内径しゅう動面にプ外輪質量（形状）レス加工で溝を付与する手法を選定した．

潤滑（油量，油種，油温）
軸受面積：軸受部の有効幅受幅×エンドベアリング内周寸法

溝は，潤滑性を改良する軸方向溝（図6）と油を保持する円周方向溝（図7）の２種類で効果確認を実施した．

図4 フリクション要因
Friction factors＜測定条件＞
試料：内輪軌道径φ119mm品
油量：200ml/min
油温：常温
1.2

スプラグとエンドベアリングのフリクション

軸方向溝

フリクション比10.80.60.4

エンドベアリングのフリクション

スプラグのフリクション

図6 軸方向溝のデザイン
Axial grooves design

0.20500

1 000 1 500 2 000 2 500 3 000

3 500 4 000−1

内輪回転速度，min−1※4 000min 時のスプラグとエンドベアリングのフリクションを１とする

図5

円周方向溝

スプラグとエンドベアリングのフリクション比
Friction ratio of sprags and end bearings
図7 円周方向溝のデザイン
Circumferential groove design

Koyo Engineering Journal No.165 (2004)47

−低フリクション・一方クラッチの開発−

結果は，図8の通りともに軸受面積低下によるフリクション低減を確認した．

フリクション低減結果

十字溝を付与したエンドベアリング開発品と溝なしの従来品にてフリクション測定を実施した．
この結果，図10の通り開発品は従来品よりもフリクションを約50％低減することができた．

１本

0.8

６本

＜測定条件＞
試料：内輪軌道径φ119mm品
油量：200ml/min
油温：常温

12本

0.6
24本
0.4

1.2
溝なし
軸方向溝（本数違い）
円周方向溝

0.2
0406080100

軸受面積，％※軸受面積100％時のフリクションを１とする

図81
フリクション比

フリクション比4.1＜測定条件＞
試料：内輪軌道径φ119mm品
油量：200ml/min
油温：常温−1
回転速度：1 000min （内輪）14．開発結果

従来品

0.850％低減

0.6
開発品
0.40.2軸受面積とフリクション比との関係
Bearing area and friction ratio

00

1 000

2 000

3 000

4 000

5 000

−1

内輪回転速度，min

ここで，エンドベアリングと内輪とのしゅう動−1※4 000min 時の従来品のフリクションを１とするに関しては，そのすきまにより，内輪側で積極的

図10 内輪回転数とフリクション比との関係
Inner ring rotational speed and friction ratioにしゅう動するよう設計されている．
したがってフリクション低減のために，エンドベアリング内径しゅう動面に関し，次のようなデザインの検討を行う必要がある．
・しゅう動面積を小さくする
・しゅう動面のせん断速度を下げる
・従来からあるエンドベアリングへの要求機能を満足する※エンドベアリングの要求機能
・すべり軸受としてラジアル荷重を支持・スプラグスペースを一定に保つ
最終的なデザインとしては，フリクション低減と要求機能の両立を目的に，軸方向溝と円周方向溝の両方を合わせた十字溝とした（図9）．また，低減目標は50％とし，軸受面積も約50％となるよ
うに軸方向溝本数を設定した．

4.2

耐久評価結果前述のエンドベアリング要求機能より，検証確認ポイントは耐焼付き性と耐摩耗性になる．
耐焼付き性に関しては，潤滑性能への影響を確認するため，大きなアンバランス荷重を付与し，給油量を少なくし，内輪回転をUP & DOWNさせる条件で，焼付き発生までの繰返し数で溝有無の優位差を検証した．結果は図11の通り開発品は従来品よりも約50％耐焼付き性が向上することを確認した．
耐摩耗性に関しては，しゅう動面の摩耗性への影響を確認するため，アンバランス量を付与し，内輪回転を３水準にてUP & DOWNさせる条件
で，エンドベアリング内径しゅう動面の摩耗量を検証した．結果は，図12の通り要求仕様のアンバランス荷重を付与しない場合と付与した場合のしゅう動面の摩耗量は従来品，開発品ともに同等レベルであった．
これらの結果より，開発品は低フリクションかつエンドベアリングの要求性能を満足することを軸方向溝確認できた．

円周方向溝

図9 開発品のエンドベアリングデザイン
Design of developed end bearing

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Koyo Engineering Journal No.165 (2004)

−低フリクション・一方クラッチの開発−＜試験条件＞
回 転 条 件：下記パターン（内輪）給
油量：規定値×１／４
アンバランス荷重：規定値×２

本開発において，一方クラッチに要求される耐内輪回転速度久性能を満足しつつ，フリクション低減を実現させることができた．フリクション低減手法での検討の通り，軸方向溝本数の増加によりさらなるフリクション低減も可能であるが，これには耐久性時間能との両立が不可欠となる．
今後の課題としては，各アプリケーションにて2耐焼付き性での耐久サイクル比5．おわりに最適な溝仕様を検討できるように，理論面での追究を実施していく必要がある．

1.5
約50％向上参考文献

1１）森美郎：潤滑，vol. 12，no. 10 (1967) 11.

0.50

従来品

開発品

※従来品の平均耐久サイクル数を１とする

図11 耐焼付き性試験結果
Anti-seizure performance

内輪回転速度＜試験条件＞
回 転 条 件：下記パターン（内輪）給
油量：規定値
アンバランス荷重：規定値

時間

エンドベアリング内径
しゅう動面の摩耗量比

2
従来品
開発品

1.5
10.5
0なし

規定値付与

アンバランス荷重付与条件

筆者※アンバランス荷重付与なし時の従来品摩耗量を１とする

図12 耐摩耗性試験結果
Abrasion resistance performance

池田尚明*
T. IKEDA*

軸受事業本部** 軸受事業本部

Koyo Engineering Journal No.165 (2004)

合田憲和**
N. GOUDA
自動車軸受技術部
解析技術部

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