JP2007002892A - ワンウェイクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 有機モリブデン添加剤を含む潤滑油の存在する環境下で使用されても、摩擦係数の低減を防ぐことにより十分な噛合い性を確保できると共に、噛合い寿命を向上させたワンウェイクラッチを提供する。エンジン室内での使用に耐えるワンウェイクラッチを提供する。
【解決手段】 有機モリブデンを含む潤滑油の存在する環境下で使用されるワンウェイクラッチにおいて、ワンウェイクラッチを構成する複数の噛合い部材の少なくとも一つに、モリブデン元素と親和性の無い元素を主成分とする表面処理が施されている。
【選択図】 図１

Description

有機モリブデンの添加されている潤滑油中で使用されるワンウェイクラッチに関する。

ワンウェイクラッチは、相対回転する外輪及び内輪を有し、外輪と内輪との間でトルクを伝達するスプラグやローラなどが外輪または内輪の軌道面に設けたカム面に噛み合うことで、一方向のみに回転トルクを伝達し、逆方向では空転する構成となっている。

一般に、ワンウェイクラッチは車両用の自動変速機のトルクコンバータや変速機構また二輪自動車のスタータ用などとして使用されている。スタータに使用されるワンウェイクラッチには、潤滑条件として、エンジンの潤滑と共通にワンウェイクラッチの潤滑も行われるものがあり、この場合ワンウェイクラッチの潤滑はエンジンオイルが使用される。

ところで、近年において省燃費性向上を目的として低摩擦化を図るため、有機モリプデンが添加されたエンジンオイルが使用されつつある。これは、モリブデンジオカーバイト（ＭｏＤＴＣ）を代表とする有機モリブデンには、金属間の摩擦を顕著に低減する効果があるためである。

ところが、この有機モリプデンの添加されたエンジンオイルと共通でワンウェイクラッチの潤滑油として使用した場合、ワンウェイクラッチの噛合い寿命は低下し、早期に全く噛合わなくなりトルクの伝達を行わなくなるという問題がある。

これは、ワンウェイクラッチの構成部材のひとつであるスプラグは、トルク伝達部材として、トルク伝達時に非常に大きな面庄が加わるため、軸受鋼のＳＵＪ２材や、より高温環境で使用される場合には、耐熱軸受鋼のＭ５０材が使用される。このスプラグ型のワンウェイクラッチが、エンジンオイルと共通の潤滑油で使用された場合、スプラグは空転と噛合いを繰り返し使用され、ワンウェイクラッチの噛合い面は、高温の潤滑条件で、高面圧の繰り返しの噛合いを生ずる。

このとき、エンジンオイルの中に有機モリブデンが添加されている場合には、スプラグを構成するＳＵＪ２材やＭ５０材に含有している重金属ＣｒやＭ５０材に多く含有しているモリブデン（Ｍｏ）が、潤滑油に添加されている有機モリブデンのモリブデンと同じ６Ａ族遷移金属に属するためその親和力が強い。特にスプラグのように同じカム面位置が繰り返し高面圧にさらされる場合、スプラグのカム面へ有機モリブデンの吸着が促進されスプラグのカム面で吸着した有機モリブデンが分解し、摩擦面に二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）を主体とする表面膜が形成されることにより摩擦係数が低下してスベリが発生すると考えられている。

有機モリブデンが添加されているエンジンオイル中において、１３０℃の温度で繰り返し負荷のストローキング耐久試験を行うとあるサイクルから、ワンウェイクラッチのスプラグが外輪または内輪と全く噛合わなくなる現象も確認されている。

そこで、本発明の目的は、有機モリブデン添加剤を含む潤滑油の存在する環境下で使用されても、摩擦係数の低減を防ぐことにより十分な噛合い性を確保できると共に、噛合い寿命を向上させたワンウェイクラッチを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のワンウェイクラッチは、
有機モリブデン添加剤を含む潤滑油の存在する環境下で使用されるワンウェイクラッチにおいて、前記ワンウェイクラッチを構成する複数の噛合い部材の少なくとも一つに、モリブデン元素と親和性の無い元素を主成分とする表面処理が施されていることを特徴としている。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。
ワンウェイクラッチを構成する複数の噛合い部材の少なくとも一つに対して、モリブデン元素と親和性の無い元素を主成分とする表面処理を施したため、有機モリブデンを含む潤滑油の存在する環境下で使用される場合でも、摩擦係数の低減を防ぐことができ、それにより十分な噛合い性を確保できると共に、ワンウェイクラッチの寿命を向上させることができる。

すなわち、通常のワンウェイクラッチの潤滑を有機モリブデンが添加されたエンジンオイルでエンジンと共通に使用した場合、ワンウェイクラッチの早期すべりの問題が生じたが、本発明によればワンウェイクラッチとエンジンの潤滑を共通に行うことができると共に、エンジン室内でのワンウェイクラッチの使用が可能となる。

有機モリブデンの添加されたオイル中での潤滑条件にて、早期にワンウェイクラッチが噛合わなくなる問題を解決すべく、スプラグの表面に有機モリブデンの構成元素のモリブデンと親和性の無い元素を主成分とする表面処理を施した。これにより大幅に噛合い寿命が向上した。

親和性の無い元素として、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を被膜した。これにより噛合い性能は大幅に向上した。

また別の方法として、スプラグ熱処理工程（加熱から焼入れ油による冷却）にて生ずるカーボン被膜により、その寿命は、通常のオートマチックトランスミションやスタータに使用されている焼入れ後のバレル加工によりカーボン被膜を除去したものと比較するとその噛合い寿命は大幅に向上した。

更に、親和性の無い元素として無電解ニッケルメッキをスプラグに施したものでも同様に噛合い寿命は向上する。

本発明は、ワンウェイクラッチを構成する複数の部材、すなわち噛合い部材のそれぞれに適用できる。スプラグ型のワンウェイクラッチにおいては、噛合い部材としてのスプラグ、外輪、内輪のみの場合や噛合い部材相互の組合せとしても適用できる。ローラクラッチ型のワンウェイクラッチにおいては、噛合い部材としてローラ、外輪、内輪がある。外輪カムクラッチ型のワンウェイクラッチは外輪にカム面があり、内輪カムクラッチ型のワンウェイクラッチの場合には内輪にカム面がある。ローラクラッチ型のワンウェイクラッチの場合も同様である。

本明細書中で使用する「表面処理」は、被覆（被膜）、メッキ、凝着など、表面の一部または全部に物質の膜を形成すること、更に表面を改質させることをも含む。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は、本発明が適用できるスプラグ型のワンウェイクラッチの部分断面図である。スプラグ型のワンウェイクラッチ１０は、外輪１と、外輪１と同心に配置され、相対回転自在の内輪２と、外輪１と内輪２との間に配置された外側保持器４及び内側保持器５とを備えている。

ほぼ環状の外側保持器４及び内側保持器５は、それぞれ半径方向に貫通した複数の窓４ａ及び５ａを備えており、窓４ａ及び５ａにはスプラグ３が揺動可能に保持されている。外側保持器４及び内側保持器５との間には、スプラグ３を外輪１と内輪２に接触させるように、スプラグ３に起き上がりモーメントを与えるほぼ環状のリボンスプリング６が配置されている。

図１において、内輪２が矢印Ａ方向に空転すると、スプラグ３を矢印Ｂ方向に揺動（回動）し、スプラグ３は空転側に傾くので、スプラグ３と内輪２の接触面圧が下がり摩耗が減少し、ワンウェイクラッチ１０は空転するようになる。また内輪２が矢印Ａ方向とは逆の方向に回転するとリボンスプリング６の付勢力によりスプラグ３は立ち上がり外輪１及び内輪２のそれぞれの軌道面に確実に噛合うようになる。従って、ワンウェイクラッチ１０の外輪１と内輪２は相対回転できなくなり、トルクが伝達されると同時にバックストップの機能を果たす。

次に、本発明の表面処理について説明する。ここでは、ワンウェイクラッチ１０を構成する噛合い部材のうち、トルク伝達部材であるスプラグ３の噛合い面３ａに表面処理を施した例について説明する。

スプラグ３の金属材料としては、軸受鋼のＳＵＪ２材や、より高温環境での使用に適した耐熱軸受鋼のＭ５０材を使用する。表１は、使用した材料の化学成分と金属の含有量を示している。

(％)

モリブデン元素に親和性の無い元素としてカーボン元素を用い、各種の表面処理をスプラグ３の噛合い表面に施した。実施例では、金属材料としてＳＵＪ２材を用いたが、Ｍ５０材を用いることもできることは言うまでもない。

図２は、ストローキング試験の結果を示すグラフである。ストローキング試験は、比較例及び実施例１−３について、スプラグ３の材料としてＳＵＪ２材とＭ５０材とを用いて行なった。以下各実施例を説明する。先ず、実施例１では、カーボン元素をスプラグ３の表面に凝着させるため、スプラグ３の熱処理工程において生成されるカーボン被膜をスプラグ３の表面に形成した。

次に、実施例２では、カーボン元素をスプラグ３の表面に凝着させるため、スプラグ３の表面をダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）で被覆した。また、実施例３では、カーボン被覆ではなく、スプラグ３の表面に無電解ニッケルメッキを施した。

比較例は、それぞれＳＵＪ２材とＭ５０材を用い、スプラグ３の表面に何も被覆していない。

図２を参照して、比較例と本発明の各実施例を以下の条件でストローキング試験した結果を説明する。棒グラフは、噛合い性能が著しく低減する限界のサイクル数を表している。
ストローキング試験：負荷トルク２２０Ｎ−ｍ
潤滑条件：モリブデンジオカーバイト（ＭｏＤＴＣ）添加 １３０℃エンジンオイル

表面処理していないスプラグを用いた比較例は、ＳＵＪ２材とＭ５０材のいずれも約３０万回以下のサイクルで噛合い性能が著しく低減している。これに対して、実施例１では、約２００万サイクル程度まで噛合い性能を維持している。また、実施例２では、約４００万サイクル以上まで噛合い性能を維持している。実施例３では、約１００万サイクル付近まで噛合い性能を維持している。しかも、各実施例共、スプラグ３の材料としてＳＵＪ２材とＭ５０材のいずれを使った場合でも、限界噛合い性能はほぼ同等であった。

実施例１−３は、比較例に比べて、噛合い性能の維持に格段の効果をもたらしていることが分かる。従って、従来困難であったエンジン周囲でワンウェイクラッチを使用することが可能となる。

上述の実施例では、スプラグ３の噛合い面３ａに表面処理を施したが、本発明は、ワンウェイクラッチを構成する複数の噛合い部材、特に噛合い部材のそれぞれに適用できる。例えば、外輪１の内周軌道面、内輪２の外周軌道面に表面処理を施し、スプラグ３は表面処理を施してもよい。

すなわち、噛合う部材同士のすくなくともいずれか一方に本発明の表面処理をすればよい。また、その表面処理の種類についても、実施例(3)−(5)で用いた表面処理方法を自由に組み合わせることができる。例えば、スプラグ３には、ＤＬＣ被覆を形成し、外輪１や内輪２の軌道面には、カーボン被膜を形成することもできる。

また、図１に示した外側保持器を内側保持器を備えた、いわゆる二重保持器タイプのワンウェイクラッチではなく、保持器が一つだけのワンウェイクラッチにも本発明の表面処理を適用できることは言うまでもない。更に、スプラグ型ではなく、ローラクラッチ型、外輪カムクラッチ型、また内輪カムクラッチ型のワンウェイクラッチにも適用できる。

本発明が適用できるスプラグ型のワンウェイクラッチの部分断面図である。 ストローキング試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１ 外輪
２ 内輪
３ スプラグ
４ 外側保持器
５ 内側保持器
６ リボンスプリング
１０ ワンウェイクラッチ

Claims (7)

1. 有機モリブデンを含む潤滑油の存在する環境下で使用されるワンウェイクラッチにおいて、前記ワンウェイクラッチを構成する複数の噛合い部材の少なくとも一つに、モリブデン元素と親和性の無い元素を主成分とする表面処理が施されていることを特徴とするワンウェイクラッチ。
2. 前記親和性の無い元素はカーボン元素であることを特徴とする請求項1に記載のワンウェイクラッチ。
3. 前記ワンウェイクラッチを構成する噛合い部材にカーボンを凝着させたことを特徴とする請求項２に記載のワンウェイクラッチ。
4. 前記ワンウェイクラッチを構成する噛合い部材にダイヤモンドライクカーボンを被覆したことを特徴とする請求項２に記載のワンウェイクラッチ。
5. 前記ワンウェイクラッチを構成する噛合い部材に熱処理工程において生成されるカーボン被膜を形成したことを特徴とする請求項２に記載のワンウェイクラッチ。
6. 前記ワンウェイクラッチを構成する噛合い部材にニッケルメッキを施したことを特徴とする請求項１に記載のワンウェイクラッチ。
7. 前記ワンウェイクラッチは、外輪と、前記外輪と同心に配置され、相対回転自在の内輪と、前記外輪と前記内輪との間に配置され、トルクを伝達するトルク伝達部材とを備えていることを特徴とする請求項１−６のいずれか１項に記載のワンウェイクラッチ。
   

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