JPH11218158A

JPH11218158A - ローラクラッチ

Info

Publication number: JPH11218158A
Application number: JP10020705A
Authority: JP
Inventors: Takashi Sato; 尚佐藤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 1999-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】外輪２の内周面及び軸６の外周面に圧痕が形
成されるのを防止し、圧痕に基づく滑りの発生を抑え
る。【解決手段】外輪２の内周面及び軸６の外周面に、硬
度がHv５５０以上、深さが０．２０mm以上の有効硬化層
を形成する。ローラ３、３の転動面から上記各周面に加
わる応力が、この有効硬化層内に収まり、これら各周面
に圧痕が形成されにくくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明に係るローラクラッ
チは、互いに同心に組み合わされた２個の部材のうち、
一方の部材が両方向回転運動をした場合に、このうちの
一方向の回転運動のみを他方の部材に伝達する場合等に
利用する。特に本発明は、例えば全自動洗濯機、釣具の
リール、芝刈り機、自動車用補機等、クラッチが高速で
オーバランしている状態（非接続状態）から瞬間的に噛
み合い状態（接続状態）となる様な機構部、或は低速で
もオーバラン状態と噛み合い状態とが短時間で多数回繰
り返される様な機構部に組み込むローラクラッチの耐久
性向上を図るものである。

【０００２】

【従来の技術】ファクシミリや複写機の紙送り機構等、
各種機械装置の部分に、特定方向の回転運動のみを伝達
するローラクラッチを組み込んでいる。図１〜３は、従
来から知られているローラクラッチ１の１例を示してい
る。このローラクラッチ１は、外輪相当部材である外輪
２と、複数本のローラ３、３と、これら各ローラ３、３
と同数のばね４、４と、保持器５と、内輪相当部材であ
る軸６とから成る。上記外輪２は、冷間圧延鋼板又は帯
鋼やみがき特殊鋼板又は帯鋼により円筒状に成形しもの
で、使用時には、紙送りローラの中心部に設けた軸受ハ
ウジング等、内周面を円筒面とした図示しない保持部材
の内側に内嵌固定する。この様な外輪２の内周面は、円
周方向に亙る凹凸であるカム面７としている。即ち、上
記外輪２の内周面の複数個所に、ランプ部と呼ばれる凹
部８、８を、それぞれこの外輪２の軸方向に亙って、円
周方向に亙り互いに等間隔で形成している。又、上記外
輪２の軸方向両端部には鍔部９、９を、この外輪２を構
成する金属板を直径方向内方に向け折り曲げる事により
形成している。上記複数本のローラ３、３と、これら各
ローラ３、３と同数のばね４、４と、保持器５と、軸６
とは、上述の様な外輪２の直径方向内側に設けている。

【０００３】このうちの保持器５は、合成樹脂を射出成
形する事により、籠型で円筒状に形成している。又、こ
の保持器５は上記外輪２の内側に、この外輪２に対する
相対回転を不能に装着している。この為に上記保持器５
の外周面複数個所に突部を形成し、これら各突部と上記
各凹部８、８とを係合させている。上記複数本のローラ
３、３は、この様な保持器５に形成したポケット１０、
１０の内側に、転動並びに円周方向に亙る若干の変位自
在に保持している。又、上記各ばね４、４は、上述の様
な保持器５を構成する柱部１１、１１と上記各ローラ
３、３との間に設け、上記各ローラ３、３を、円周方向
に関して同じ方向に、弾性的に押圧している。尚、図２
〜３では、上記各ばね４、４を模式的に示す為、コイル
ばねの如く描いているが、実際の場合にこれら各ばね
４、４は、後述する図４に示す如く、帯状のばね板をＵ
字形若しくはム字形に折り返して成るステンレスの板ば
ね、或は上記保持器５と一体に形成した合成樹脂ばねで
ある。

【０００４】ローラクラッチの使用時には、上記外輪２
を上記保持部材に内嵌固定すると共に、上記複数本のロ
ーラ３、３の内側に前記軸６を挿通する。この状態でこ
れら軸６の外周面と外輪２の内周面との間には、円筒状
隙間１２が形成される。この円筒状隙間１２の寸法で、
外輪２の直径方向（図１〜３の上下方向）に関する幅寸
法は、上記各凹部８、８に対応する部分では上記各ロー
ラ３、３の外径よりも大きく、これら各凹部８、８から
外れた部分ではこれら各ローラ３、３の外径よりも小さ
い。

【０００５】上述の様に構成するローラクラッチ１は、
上記外輪２を内嵌固定した保持部材と上記軸６との所定
方向の相対回転のみを伝達する。例えば、図２で外輪２
が固定で軸６のみが回転すると仮定すれば、この軸６が
同図の時計方向に回転する場合には、上記各ローラ３、
３がこの軸６の外周面から受ける力に基づき、上記各ば
ね４、４の弾力に抗して、上記各凹部８、８の開口部に
向けて変位する傾向になる。そして、上記各ローラ３、
３が、上記円筒状隙間１２内で移動可能な状態となっ
て、上記外輪２と軸６との間で回転力の伝達が行なわれ
なくなる、所謂オーバラン状態となる。反対に、この軸
６が図２の反時計方向に回転する場合には、上記各ロー
ラ３、３が、上記軸６の外周面から受ける力と上記各ば
ね４、４の弾力とに基づき、上記各凹部８、８の閉口部
の一部にくさび状に食い込み、上記外輪２と軸６とを一
体的に結合して、これら外輪２と軸６との間で回転力の
伝達を自在とする、所謂ロック状態となる。

【０００６】上述したローラクラッチ１は、外輪２の内
周面にカム面７を形成し、軸６の外周面を円筒面として
いるが、カム面を形成する周面を逆にする場合もある。
即ち、図４に示す様に、内輪相当部材である内輪１３の
外周面に凹部８ａ、８ａを形成して、この内輪１３の外
周面をカム面７ａとすると共に、外輪２ａの内周面を単
なる円筒面とする。この様な構造のローラクラッチ１ａ
の使用時には、上記外輪２ａを保持部材に内嵌固定する
と共に、上記内輪１３を軸に外嵌固定する。

【０００７】図１〜３に示したローラクラッチ１、或は
図４に示したローラクラッチ１ａ、何れの構造の場合で
も、外輪２、２ａの内周面並びに軸６又は内輪１３の外
周面を、浸炭処理又は浸炭窒化処理により硬化させてい
る。即ち、鋼板に深絞り加工を施す事により、又は引き
抜き材から成る、外輪２、２ａの内周面並びに軸６又は
内輪１３の外周面を、浸炭処理又は浸炭窒化処理により
硬化させて、前記各ローラ３、３の転動面から加わる荷
重により、これら各周面が損傷を受ける事を防止してい
る。但し、従来のローラクラッチを構成する外輪２、２
ａの内周面並びに軸６又は内輪１３の外周面に浸炭処理
又は浸炭窒化処理により形成した硬化層の深さは、極く
浅いものであった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】例えば、紙送り機構に
組み込むローラクラッチの場合には、要求されるトルク
容量が小さく、クラッチがオーバランしている状態と噛
み合っている状態とが繰り返されるサイクルも１５０cp
m （１分間に１５０回）程度と小さいので、外輪２、２
ａの内周面並びに軸６又は内輪１３の外周面に形成する
硬化層の厚さが小さくても十分な耐久性を得られる。

【０００９】これに対して、全自動洗濯機、釣具のリー
ル、芝刈り機、自動車用補機等、クラッチが高速でオー
バランしている状態から瞬間的に噛み合い状態となる様
な機構部、或は低速でもオーバラン状態と噛み合い状態
とが短時間で多数回繰り返される様な機構部に組み込む
ローラクラッチの場合には、十分な耐久性を得られない
場合がある。即ち、この様な用途に使用するローラクラ
ッチの場合には、上記外輪２、２ａの内周面並びに軸６
又は内輪１３の外周面が、各ローラ３、３の転動面から
繰り返し加えられる衝撃荷重に基づいて塑性変形し、こ
れら各周面に圧痕が生じる。そして、この圧痕の存在に
基づいて、当該周面と上記各ローラ３、３の転動面との
当接状態が不正規になり、これら各ローラ３、３が円筒
状隙間１２、１２内で正規の噛み合い状態とならずに、
上記外輪２、２ａと軸６又は内輪１３とが滑る可能性が
生じる。本発明は、この様な事情に鑑みて、上記各ロー
ラ３、３の転動面から繰り返し加えられる衝撃荷重に拘
らず、外輪２、２ａの内周面と軸６又は内輪１３の外周
面との一方又は双方の周面に圧痕が形成されにくくする
事により、長期間に亙る使用によっても、上記外輪２、
２ａと軸６又は内輪１３との間に滑りが発生する事を防
止すべく発明したものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のローラクラッチ
は、前述した従来のローラクラッチと同様、例えば図１
〜３或は図４に示す様に、外輪相当部材である外輪２
と、この外輪２の内側にこの外輪２と同心に配置された
内輪相当部材とを有する。尚、この内輪相当部材は、図
４に示す様に内輪１３そのものである場合以外に、図１
〜３に示す様に軸６である場合も含む。又、上記外輪２
の内周面と軸６又は内輪１３の外周面とのうちの一方の
周面に形成された、円周方向に亙る凹凸であるカム面
７、７ａと、上記外輪２の内周面と軸６又は内輪１３の
外周面とのうちの他方の周面に形成した円筒面とを有す
る。又、この円筒面と上記カム面７、７ａとの間の円筒
状隙間１２内に設けられた複数本のローラ３、３と、こ
のカム面７、７ａを形成された部材、即ち、図１〜３の
構造では外輪２、図４に示した構造では内輪１３に対す
る回転を不能として上記円筒状隙間１２内に支持され、
上記複数本のローラ３、３を保持する保持器５を備え
る。更に、この保持器５と上記各ローラ３、３との間に
設けられ、これら各ローラ３、３を円周方向に関して同
じ方向に押圧するばね４、４を備える。

【００１１】特に、本発明のローラクラッチに於いて
は、上記外輪２の内周面と上記軸６又は内輪１３の外周
面とのうちの少なくとも一方の周面の表層部に、硬度が
Hv５５０以上であり、深さが０．２０mm以上である浸炭
層又は浸炭窒化層を形成している。尚、この様な条件
は、上記浸炭層又は浸炭窒化層を形成する外輪２又は内
輪１３の板厚が０．５mm以上であるローラクラッチに適
用した場合に有効である。又、上記した条件を満たす浸
炭層或は浸炭窒化層を設けるのは、上記外輪２の内周面
と上記軸６又は内輪１３の外周面とのうちの一方の周面
でも、或る程度効果を得られる。但し、両周面ともに、
上記浸炭層或は浸炭窒化層を設ければ、より優れた作用
・効果を得られる。

【００１２】更に、次の〜の様な条件の１又は２以
上を満たす事も、前述した課題を解決する為には有効で
ある。外輪２の内周面と軸６又は内輪１３の外周面とのう
ちの少なくとも一方の周面に、硬度がHv５５０以上、深
さが０．２０mm以上である浸炭層又は浸炭窒化層を形成
する事に加え、当該周面を有する部材の芯部の硬度をHv
３００以上とする。外輪２の内周面と軸６又は内輪１３の外周面とのう
ちの少なくとも一方の周面に、硬度がHv５５０以上、深
さが０．２０mm以上である浸炭層又は浸炭窒化層を形成
する事に加え、外輪２の内周面と軸６又は内輪１３の外
周面と各ローラ３、３の転動面とのうちの少なくとも何
れかの面を、ハードショット・ピーニング、バレル、サ
ンドブラスト、タンブラーのうちから選択される何れか
の加工を施す事により、当該面を加工硬化させ、この面
の表面から０〜５０μｍの範囲である表層部の硬度をHv
８３０〜９６０、圧縮残留応力を−５０〜−１１０kgf/
mm²、平均波長を２５μｍとする。外輪２の内周面と軸６又は内輪１３の外周面とのう
ちの少なくとも一方の周面に、硬度がHv５５０以上、深
さが０．２０mm以上である浸炭層又は浸炭窒化層を形成
し、当該周面を有する部材の芯部の硬度をHv３００以上
とする事に加え、外輪２の内周面と軸６又は内輪１３の
外周面と各ローラの転動面とのうちの少なくとも何れか
の面を、ハードショット・ピーニング、バレル、サンド
ブラスト、タンブラーのうちから選択される何れかの加
工を施す事により、当該面を加工硬化させ、この面の表
面から０〜５０μｍの範囲である表層部の硬度をHv８３
０〜９６０、圧縮残留応力を−５０〜−１１０kgf/mm
² 、平均波長を２５μｍとする。

【００１３】

【作用】上述の様に構成する本発明のローラクラッチ
１、１ａが、外輪２と軸６又は内輪１３との間で、一方
向の回転運動のみ伝達する作用は、前述した従来のロー
ラクラッチの場合と同様である。特に、本発明のローラ
クラッチ１、１ａの場合には、外輪２の内周面と軸６又
は内輪１３の外周面とのうちの少なくとも一方の周面に
形成した、硬度がHv５５０以上である浸炭層又は浸炭窒
化層の深さが、０．２０mm以上と、ローラクラッチ１、
１ａを接続状態にすべく、各ローラ３、３が外輪２の内
周面と軸６又は内輪１３の外周面との間の円筒状隙間１
２のうちで幅が狭くなった部分にくさび状に食い込む際
に、上記各ローラ３、３の転動面から加わる剪断応力等
の応力の到達位置よりも深い。この為、ローラクラッチ
１、１ａがオーバラン状態から接続状態に移る瞬間に、
上記各ローラ３、３の転動面から加わる大きな面圧に拘
らず、上記外輪２の内周面と軸６又は内輪１３の外周面
とのうちの少なくとも一方の周面に圧痕が形成されにく
くなる。この結果、当該周面と上記各ローラ３、３の転
動面との当接状態が不正規になりにくく、これら各ロー
ラ３、３が上記円筒状隙間１２内で正規の噛み合い状態
となって、上記外輪２と軸６又は内輪１３とが滑りにく
くなる。

【００１４】又、上記外輪２又は軸６又は内輪１３の芯
部の硬度をHv３００以上とした場合でも、この外輪２の
内周面又は軸６又は内輪１３の外周面に圧痕が形成され
にくくなって、上記滑りの発生を抑える事ができる。更
に、外輪２の内周面と軸６又は内輪１３の外周面と各ロ
ーラ３、３の転動面とのうちの少なくとも何れかの面
を、当該面の表面から０〜５０μｍの範囲である表層部
の硬度をHv８３０〜９６０、圧縮残留応力を−５０〜−
１１０kgf/mm²、平均波長を２５μｍとした場合には、
表面硬度を高くする事による耐圧痕性（圧痕の形成され
にくさ）の向上を図れるだけでなく、表面に存在する微
細な凹部に潤滑油を保持する事に伴う潤滑性の向上を図
れる。しかも、表面に存在する微細な凸部による応力集
中の緩和、並びに圧縮残留応力により、ローラクラッチ
１、１ａがオーバラン状態から接続状態に移る瞬間に、
上記各ローラ３、３の転動面から加わる大きな面圧に拘
らず、当該面にフレッチング摩耗が発生する事を防止し
て、やはり上記滑りの発生を抑える事ができる。

【００１５】

【実施例】本発明の効果を確認する為に行なった実験の
結果に就いて説明する。実験では、図１〜３に示す様な
ローラクラッチ１を使用し、このローラクラッチ１を構
成する、みがき特殊帯鋼（クロムモリブデン鋼）を成形
して成る外輪２の内周面部分に浸炭窒化処理層として形
成した硬化層のうち、硬度がHv５５０以上である硬化層
（有効硬化層）の深さ、並びに各ローラ３、３の転動面
から上記各周面に加わる面圧の最大値を種々変化させ
た。そして、これら有効硬化層の深さと面圧の最大値と
が、上記両周面での圧痕の形成に及ぼす影響を検査し
た。尚、実験に使用したローラクラッチ１を構成する外
輪２の軸方向寸法Ｌ₂ は１６mm、外径寸法Ｄ₀ は２６m
m、上記外輪２の材質は冷間圧延特殊用途帯鋼、板厚は
最大厚さで１mm、ローラ３、３の数は１７本、これら各
ローラ３、３の軸方向長さは１０．９mm、上記外輪２の
内側に挿通する軸６の外径は２０mmとした。

【００１６】上述の様な条件で行なった実験の結果を、
図５に示す。この図５で、白丸は、ローラクラッチ１の
滑りに結び付く圧痕の発生が認められたものを、黒丸
は、この様な圧痕の発生が認められなかったものを、そ
れぞれ示している。この様な図５を見れば明らかな通
り、上記ローラクラッチ１を構成する外輪２の内周面部
分と軸６の外周面部分とに浸炭窒化処理層として、深さ
が０．２０mmである有効硬化層を形成すれば、これら各
周面に、ローラクラッチの滑りに結び付く様な圧痕が形
成される事を防止して、優れた耐久性を有するローラク
ラッチを実現できる。

【００１７】

【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成され作
用するので、信頼性及び耐久性の高いローラクラッチを
実現して、ローラクラッチを組み込んだ各種機器の性能
を安定させる事ができる。逆の面から見れば、信頼性及
び耐久性を維持しつつ、ローラクラッチの構成各部材の
小型化を図る事で、このローラクラッチ全体としての小
型化を図り、ローラクラッチを組み込んだ各種機械装置
の設計の容易化に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象となるローラクラッチの第１例を
示す断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図。

【図３】図２のＢ部拡大図。

【図４】本発明の対象となるローラクラッチの第２例を
示す断面図。

【図５】本発明の効果を確認する為に行なった実験の結
果を示すグラフ。

【符号の説明】

１、１ａローラクラッチ２、２ａ外輪３ローラ４ばね５保持器６軸７、７ａカム面８、８ａ凹部９鍔部１０ポケット１１柱部１２円筒状隙間１３内輪

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外輪相当部材と、この外輪相当部材の内
側にこの外輪相当部材と同心に配置された内輪相当部材
と、この外輪相当部材の内周面と内輪相当部材の外周面
とのうちの一方の周面に形成された、円周方向に亙る凹
凸であるカム面と、上記外輪相当部材の内周面と内輪相
当部材の外周面とのうちの他方の周面に形成された円筒
面と、この円筒面と上記カム面との間の円筒状隙間内に
設けられた複数本のローラと、このカム面を形成された
部材に対する回転を不能として上記円筒状隙間内に支持
され、上記複数本のローラを保持する保持器と、この保
持器と上記各ローラとの間に設けられ、これら各ローラ
を円周方向に関して同じ方向に押圧するばねとを備えた
ローラクラッチに於いて、上記外輪相当部材の内周面と
上記内輪相当部材の外周面とのうちの少なくとも一方の
周面に、硬度がHv５５０以上であり、深さが０．２０mm
以上である浸炭層又は浸炭窒化層を形成した事を特徴と
するローラクラッチ。
【請求項２】外輪相当部材の内周面と内輪相当部材の
外周面とのうちの少なくとも一方の周面に、硬度がHv５
５０以上、深さが０．２０mm以上である浸炭層又は浸炭
窒化層を形成する事に加え、当該周面を有する部材の芯
部の硬度をHv３００以上とした、請求項１に記載したロ
ーラクラッチ。
【請求項３】外輪相当部材の内周面と内輪相当部材の
外周面とのうちの少なくとも一方の周面に、硬度がHv５
５０以上、深さが０．２０mm以上である浸炭層又は浸炭
窒化層を形成する事に加え、上記外輪相当部材の内周面
と上記内輪相当部材の外周面と各ローラの転動面とのう
ちの少なくとも何れかの面を、ハードショット・ピーニ
ング、バレル、サンドブラスト、タンブラーのうちから
選択される何れかの加工を施す事により、当該面を加工
硬化させ、この面の表面から０〜５０μｍの範囲である
表層部の硬度をHv８３０〜９６０、圧縮残留応力を−５
０〜−１１０kgf/mm² 、平均波長を２５μｍとした、請
求項１〜２の何れかに記載したローラクラッチ。
【請求項４】外輪相当部材の内周面と内輪相当部材の
外周面とのうちの少なくとも一方の周面に、硬度がHv５
５０以上、深さが０．２０mm以上である浸炭層又は浸炭
窒化層を形成し、当該周面を有する部材の芯部の硬度を
Hv３００以上とする事に加え、外輪相当部材の内周面と
内輪相当部材の外周面と各ローラの転動面とのうちの少
なくとも何れかの面を、ハードショット・ピーニング、
バレル、サンドブラスト、タンブラーのうちから選択さ
れる何れかの加工を施す事により、当該面を加工硬化さ
せ、この面の表面から０〜５０μｍの範囲である表層部
の硬度をHv８３０〜９６０、圧縮残留応力を−５０〜−
１１０kgf/mm² 、平均波長を２５μｍとした、請求項１
〜３の何れかに記載したローラクラッチ。