資料

玉軸受内蔵一方クラッチの開発
石山俊也

伊賀一生

Development of One Way Clutch with Built-in Ball Bearing
T. ISHIYAMA

K. IGA

Koyo developed one way clutch with built-in ball bearing for full automatic washing machines. This newproduct has the function of one way clutch in ball bearing, and contributes to the space reduction of amechanism part, assembly simplification, and higher torque capacity. This paper presents the structure,feature, fundamental performance, and the results of performance evaluation test.

1．はじめに
2．洗濯機の市場と全自動洗濯機の構造
3．開発品の構造と特長

4．性能試験結果
4.1

ストローキング耐久試験

4.2
4.3

空転耐久試験
実機サイクル試験

5．おわりに1．はじめに③渦巻き式（pulsator方式，回転軸は垂直，日本，東南アジアで主流）

家庭用電化製品の性能は，使用者のニーズに対②，③は構造的にはよく似ており，かくはん翼応して常に進歩・向上を続けている．電気洗濯機（agitator）の反転サイクルが短く水をかくはんしについても例外ではなく，二槽式から全自動化，ながら洗うのがかくはん式で，洗濯翼（pulsator）

さらには大容量化，静粛化の傾向が見られ，またの反転サイクルを長くし一定時間回転させること近年の各社の新製品に見られるような超音波や遠で渦巻き水流を起こして洗うのが渦巻き式であ心力などを用いた新洗浄方式や，DDインバータる．

モータ，斜めドラム機構の採用など性能の向上は著しいものがある．

日本では後者が主流で，洗濯／脱水が別槽になった二槽式と，同一槽で洗濯／脱水を行なう全自これらに対応して，必然的にその重要部品であ動式がある．国内全体で約450万台／年の買い替る軸受に対する要求性能も高負荷トルク，低回転え需要中心の安定した市場であり，年々全自動式トルク，低騒音などさらに厳しくなり，同時に部の占める割合が高くなり，最近では約380万台／品点数の削減や省スペース化も進められている．

年（1997，1998）が全自動式である（日本電機工業

ここでは，全自動洗濯機用に開発し採用された会調べ）．全自動洗濯機の一般的な構造を図1にKoyo新開発の玉軸受内蔵一方クラッチについての基本性能，耐久性能などについて紹介する．

示す．
全自動式
（かくはん式を含む）
では，洗濯と脱水を同一槽で行なう必要があるため洗濯槽が二重構

2．洗濯機の市場と全自動洗濯機の構造
現在，全世界の洗濯機市場は年間4 000万台以上とも言われ，その洗濯方式は主に以下の３方式に大別される．
①ドラム式（回転軸は水平，欧州で主流）②かくはん式（agitator方式，回転軸は垂直，造になっており，脱水時には内側の槽と洗濯（かくはん）
翼を同期して回転させ，洗濯時には洗濯（かくはん）
翼だけを間欠（または揺動）運転させる必要がある．このために二重構造の駆動軸を採用し，洗濯（かくはん）
翼を反転させる時の反動で槽が回らないように固定するのに一方クラッチが使用される．

北米で主流）KOYO Engineering Journal No.157 (2000)27

−玉軸受内蔵一方クラッチの開発−

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3．開発品の構造と特長
玉軸受内蔵一方クラッチは，従来の深溝玉軸受
水槽の内輪・外輪間に，スプラグと呼ばれるカム形状を持った要素部品を内蔵したもので，軸受の機能外箱脱水槽と一方クラッチの機能をあわせ持った製品である．開発品の仕様・基本性能を表 1 に，構造を
図2〜4に示す．サイズは全自動洗濯機用として

パルセータ

主力サイズの6205（深溝玉軸受呼び番号）
で，要求される負荷トルクによりスプラグが複列・単列の２種類を用意している．
軸受機構部

モータ

WCB6205
Ｖベルト

図１ 全自動洗濯機の一般的構造
Generals structure of full automatic washing machine
従来，これらの一方クラッチには，ばねクラッチやローラクラッチが使用されていたが，最近では機構部の省スペース化，組立の簡素化などを目

図2 玉軸受内蔵一方クラッチ
One way clutch with built-in ball bearings

的に，玉軸受と一方クラッチを一体化したもののニーズが高まってきた．そこでKoyoはこの用途向けに，標準の深溝玉軸受の主要寸法内に一方クラッチの機能を付加した玉軸受内蔵一方クラッチを開発した．

表1 製品仕様・基本性能
Specifications and fundamental performance
WCB6205

呼び番号
主要寸法，mm

WCB6205-S（内径）φ25×（外径）
φ52×（幅）15内輪6205基本外輪
玉構成部品

保持器
スプラグ
側板
ばね

樹脂成形品
2列

1列2個（一体型）

1個（一体型）

潤滑
重量
測定値

計算値

約132g

約126g

起動トルク12.7mN･m

10.8mN･m−1
空転トルク（900min 回転時）

15.3mN･m

13.7mN･m

基本動定格荷重C（JIS）

14.00kN

基本静定格荷重C0（JIS）

7.85kN

トルク容量（一方クラッチ）

28

グリース

74.7N･m37.3N･m

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プラグを配置することにより，保持器にボーばね

ルとスプラグの保持を兼用させた．

玉ＫＯＹＯ③スプラグを軌道輪の両側肩部に配置したこと

Ｅ

グ片側のみの単列仕様にて対応可能とした．

Ｅ④スプラグ制御を板ばねで行ない，側板との一ＦＲにより，要求トルクが小さい場合にはスプラ52体形状とし，また保持器にはめ合わせて固定25する方式とした（特許申請中）．これより組付け性の向上，部品点数の削減につながり，低図3 玉軸受内蔵一方クラッチ（WCB6205）の構造
Structure of one way clutch with built-in ball bearing "WCB6205"

コスト化を実現した．
⑤スプラグの加工方法は，従来の引き抜き材に比べて大量生産が可能な冷間鍛造を採用した

保持器Ａ
保持器Ｂ

（特許申請中）．
ばね

4．性能試験結果
開発品の性能を確認するために，３項目の耐久試験を行なった．
シールド

スプラグ

4.1

ストローキング耐久試験

クラッチ部のフリー／ロックの繰返し耐久性能を確認するために，表2の条件で，図5の試験装図4 玉軸受内蔵一方クラッチ（WCB6205）の内部構造
Inside structure of one way clutch with built-in ball bearing "WCB6205"

置を用いてストローキング耐久試験を行なった．
結果を図6に示す．これより，計算寿命以上の性能を満足することが確認された．

定格荷重は通常の深溝玉軸受6205と同じで，一方クラッチの定格トルク容量はスプラグ複列品で

表2 ストローキング耐久試験条件
Conditions of stroking endurance test

74.7N･m，単列品では半分の37.3N･mとなっている．

WCB6205

WCB6205-S

68.6〜98.0N･m

34.3〜49.0N･m

この玉軸受内蔵一方クラッチを使用することの利点としては，

負荷トルク①ばねクラッチまたは一方クラッチのはたらき

アキシアル荷重

1 764Nを軸受内で機能することによって，省スペー

負荷サイクル

5Hzス化，アッシーとして部品点数の削減ができ，揺動角約30°

また組立の簡素化にもつながる．

温常度

温②トルク容量がばねクラッチ・ローラクラッチ
スプラグ単列（WCB6205-S）
スプラグ複列（WCB6205）に比べて大きく，耐久性が向上する．
できる．などが挙げられる．
開発着手時に，すでに軸受と一方クラッチを一体化した製品はあったが，それらは標準サイズの軸受よりも大幅にサイズ大のものであったり，保負荷トルク, N・m③ばねクラッチに比べて頻繁な反転運動に追従
50100408030602040102000

計算寿命値

持器やばねの構造が複雑で大量生産に向かないものであった．そのため開発段階でこれらの問題に対処するため構造・形状の検討を行なった．以下に開発品の特長を示す．
①主要寸法は標準の深溝玉軸受（6205）の設計と同一にして省スペースを狙った．
②合せ保持器を採用し，軌道輪の両側肩部にス

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410105106107

フリー／ロック繰り返し数
複列（WCB6205）
単列（WCB6205-S）・・・・破損等によりSTOP・・・・予定回数クリア
・・・・破損等によりSTOP・・・・予定回数クリア

図6 ストローキング耐久試験結果
Results of stroking endurance test

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振パウダクラッチ（トルク制御）クランク（回転→揺動）

動

資料計
ハウジング
試料
試験軸

ベルト

荷重変換器
（トルク検出）プーリ
トルクモニタモータ
動オシロスコープ

歪計

図5 ストローキング耐久試験装置概略
Stroking endurance test machine

4.2

空転耐久試験

空転時の耐久性能を確認するために，表3の条

空転耐久（WCB6205-S）（n=3）

空転耐久（WCB6205）（n=3）

件で，図7の試験装置を用いて空転耐久試験を行なった．結果を図8に示す．これより1 000min−1で3 000時間（＝約５分の脱水を36 000回分）の連続回転後も特に異常がないことが確認された．

表3 空転耐久試験条件
Conditions of rotating endurance test

実機耐久（WCB6205）

（n=3）
0

1 000

WCB6205／WCB6205-S
回転輪

内

1 000min

アキシアル荷重20N

回転時間

3 000h

温常度

4.3

温3 000

図8 空転・実機耐久試験結果
Results of rotating endurance test and cycle test with awashing machine

輪−1軸回転速度

2 000
試験時間, h

実機サイクル試験

実際に洗濯機に組み込まれた状態での耐久性能
試験軸試料を確認するために，全自動洗濯機実機（かくはんハウジング式）を用い，表4の条件で実機サイクル耐久試験を行なった．結果を図8に示す．実機使用条件において2 600時間（＝洗濯5 200回分，１日１回洗濯するとして14年分相当）の連続サイクル運転にも異常なく十分な耐久性が確認できた．

モータ

表4 実機サイクル試験条件
Conditions of cycle test in washing machine
使用実機
荷水＋洗濯物（ウエスなど）約６kg（=負荷トルク67.7N･m相当）

洗濯サイクル

洗濯（15min）→リンス→脱水（5min）（1サイクル約30min）

試験時間

上記サイクル繰返し連続運転2 600h

負プーリベルト

全自動洗濯機（かくはん式）

図7 空転耐久試験装置概略
Rotating endurance test machine30

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5．おわりに6205と同一サイズ以内の設計で玉軸受と一方クラッチ機構を両立させた玉軸受内蔵一方クラッチを，全自動洗濯機用として開発した．
今後は幅広い市場ニーズに応えるため，玉軸受内蔵一方クラッチのシリーズ化を行い，洗濯機用および他用途への展開を図ってゆく．

筆 者

KOYO Engineering Journal No.157 (2000)

石山俊也*
T. ISHIYAMA

伊賀一生*
K. IGA*

軸受技術センター

軸受事業本部

電機技術部

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