JP2005249037A

JP2005249037A - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP2005249037A
Application number: JP2004058956A
Authority: JP
Inventors: Takashi Okumura; 剛史奥村
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】例えばプーリユニットにおいて、伝動ベルトの異音の発生や耐久性の向上を図り、長期にわたり、信頼性に優れた動力伝達装置を提供すること。
【解決手段】ベルト８が巻掛けられるプーリ２と、ロータ軸３とを動力伝達媒介部材４を介して連結し、プーリ２の内周面２３とロータ軸３の外周面２５それぞれに、周方向交互に凸部１５，１７，１６，１８を設け、凸部１５，１７，１６，１８間の収納空間Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２に、バネ１９，２０とダンパー２１，２２とを周方向で対で機能するよう収納しているプーリユニット１。
【選択図】図２

Description

本発明は、プーリユニット等の動力伝達装置に関する。この種の動力伝達装置は、例えばエンジンのクランクシャフトやクランクシャフトから伝動ベルトを介して駆動される補機類に装備することができる。補機類には、例えば自動車のオルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウオーターポンプ、冷却ファンなどが挙げられる。

エンジンの回転駆動力をクランクシャフト（駆動側）から伝動ベルトを介して補機（従動側）に伝達する場合、クランクシャフトにおける回転角速度の微小変動に起因して、伝動ベルトに滑りが起こって異音が発生する傾向となる。このことを、補機類の一つであるオルタネータを例にとって説明する。

エンジンを駆動源とする場合、エンジンの動作工程により、クランクシャフトは、その回転中、常に回転角速度の微小変動がある。一方、オルタネータのロータは、大きな回転慣性（慣性モーメント）を有しているから、当該ロータには慣性トルクがかかっている。このため、オルタネータのロータを、回転角速度の微小変動を伴うクランクシャフトで駆動すると、伝動ベルトに緩みと張り側とが変わって張力変動が発生する一方で、該伝動ベルトには、ロータの慣性トルクがかかる結果、伝動ベルトに滑りが起こって異音が発生したり耐久性が低下したりする傾向となる。

なお、従来の技術として、伝動ベルトが巻き掛けられるプーリの内周面と、オルタネータのロータに一体回転可能に連結されるロータ軸の外周面とにおける円周数ヶ所に、凸部をそれぞれ設け、両凸部が円周方向で対向する空間にゴムやバネなどの弾性体を配置した動力伝達装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−３０３３３３号公報

本発明は、上記ベルトの異音の発生や耐久性の向上を図り、長期にわたり、信頼性に優れた動力伝達装置を提供するものである。

本発明による動力伝達装置は、同心配置した内側と外側の両環体間で回転動力の伝達を行う動力伝達装置であって、外側環体の内周面に径方向内向きの凸部を、内側環体の外周面に径方向外向きの凸部を周方向交互に配置されるよう設けて各凸部の周方向間に複数の収納空間を形成し、各収納空間の少なくとも１つに環体の回転変動に基づく回転トルクを受け得るようにバネを収納し、少なくとも１つに該バネの振動を減衰し得るようにダンパーを収納したことを特徴とするものである。

この場合、収納空間を径方向に対向する位置に配置し、これら対向配置した収納空間にバネとダンパーとをそれぞれ収納する構成としてもよい。

本発明の動力伝達装置を例えばプーリユニットに適用した場合、エンジンのクランクシャフト側からベルトを介して例えば外側環体としてのプーリが駆動されると、上記バネとダンパーを介して内側環体としてのロータ軸が回転する。

そして、ベルトの張力が変動し、この張力変動に対してロータ軸がその慣性トルクにより該張力変動に追随できない状況下において、ベルトの張力変動はバネが圧縮伸長することで受けるからベルトはプーリに対して滑らずに済む。これによって、ベルトの異音の発生等が抑制ないしは解消され、さらに耐久性が向上される。

一方、バネは上記張力変動による圧縮伸長という振動をするが、この振動は、ダンパーにより減衰される。その結果、上記張力変動をダンパーだけで受けずに済むから、ダンパーはその経年劣化を軽減されるようになる。

以上のことから、本発明では、バネによりベルトの張力変動は吸収されてベルトの異音の発生や耐久性の向上が可能となる一方で、バネの振動はダンパーで減衰されることから、長期にわたり円滑な動力伝達が可能となる信頼性に優れた動力伝達装置を提供することができる。

なお、特許文献１に開示されている動力伝達装置では、各収納空間にダンパーかバネのいずれか一方のみを収納しているから、例えば、ダンパーだけを収納すると、ベルトの張力変動の抑制はできても、該張力変動による荷重によりダンパーはその経年劣化が起こり易く、バネだけを収納すると、ベルトの張力変動の抑制はできても当該バネの振動の減衰が抑制しにくく、円滑に動力伝達しにくくなるという課題がある。これに対して、本発明によると、ダンパーとバネという弾性特性が異なる部材を用いたから、上述したごとき、作用効果を得ることができるものとなる。

本発明によれば、エンジンの回転駆動力をクランクシャフトから伝動ベルトを介してオルタネータ等の補機に伝達する動力伝達装置、例えば、プーリユニットにおいて、伝動ベルトの異音の発生や耐久性の向上を図り、長期にわたり、信頼性に優れた動力伝達装置を提供することができる。

以下本発明の最良の形態を、図を参照して説明する。この形態では、動力伝達装置を車両の補機に用いるプーリユニットに適用させている。図１はプーリユニットの全体構成を示す側面断面図、図２および図３は同じく正面断面図である。

これらの図に示すプーリユニット１は、外側環体としてのプーリ２と、該プーリ２の内周側に配置されて当該プーリ２との間で回転動力の伝達を行う内側環体としてのロータ軸３と、プーリ２とロータ軸３との軸方向中間に配置されて当該プーリ２からロータ軸３に対しての動力伝達の媒介を行う媒介部材４と、同じくプーリ２とロータ軸３との軸方向両端間に配設される転がり軸受５，６とを備える。

転がり軸受５，６は、プーリ２とロータ軸３との間の環状空間において軸方向両側にそれぞれ１つずつ介装されるもので、それぞれ、外輪７、内輪８、複数の玉９、それらを保持する冠形保持器１０、およびシールリング１１からなる一般的な深溝玉軸受である。

プーリ２の内周面の軸方向中間における円周数箇所、好ましくは、１８０°で対向する二箇所には径方向内向きに突出する凸部１５，１６（駆動側第１，第２凸部）が設けられている。プーリ２の外周面には、伝動ベルト６を巻き掛けるための波状溝（ベルト巻掛部）が形成されている。プーリ２の内周の軸方向他端側（ロータ軸３の自由端側に対応）には、径方向内向きの鍔部２ａが設けられている。

駆動側第１，第２凸部１５，１６の内周面１５ｃ，１６ｃは、ロータ軸３の外周面２５に摺接可能とされ、駆動側第１，第２凸部１５，１６それぞれの周方向側面１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは、径方向に沿って形成されている。プーリ２の内周面２３の駆動側第１凸部１５，駆動側第２凸部１６間は、所定の曲率を有する円筒面に形成されている。

ロータ軸３には、例えば自動車に備える補機の回転軸やエンジンのクランクシャフトが一体回転可能に連結される。ロータ軸３の外周面の軸方向中間における円周数箇所、好ましくは、１８０°で対向する二箇所には径方向外向きに突出する凸部１７，１８（従動側第１，第２凸部）がそれぞれ設けられている。

従動側第１，第２凸部１７，１８は、駆動側第１，２凸部１５，１６間に配置されるようロータ軸３の外周面に径方向外向きに突出形成されて、従動側第１，第２凸部１７，１８と駆動側第１，２凸部１５，１６とは周方向で交互に設けられる配置となっている。

従動側第１，第２凸部１７，１８の周方向に対向する一方の対向側面１７ａ，１８ａどうしは径方向に沿って形成され、周方向に対向する他方の対向側面１７ｂ，１８ｂどうしは、一方の対向側面に向けて湾曲傾斜する突出曲面に形成されている。ロータ軸３の外周面２５の従動側第１，第２凸部１７，１８間は、所定の曲率を有する円筒面に形成されている。

プーリ２とロータ軸３との対向環状空間においてロータ軸３側の各凸部１７，１８とプーリ２側の各凸部１５，１６との円周方向での各対向間（図上で４箇所の対向間）には、収納空間Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２が形成されている。

動力伝達媒介部材４は、収納空間Ａ１，Ａ２に圧縮状態で収納された楕円形でコイル状の第１、第２バネ１９，２０と、収納空間Ｂ１，Ｂ２に収納された断面矩形の第１，第２ダンパー２１，２２とを備える。第１、第２バネ１９，２０は、好ましくは、金属製であるが、ゴムや樹脂などをバネ材料として用いてもよく、要するに、荷重の増減によってたわみ変化し、エネルギを吸収蓄積できるなどのバネとしての性質を備えることができるものであればよい。第１，第２ダンパー２１，２２は、ゴム系、特に硬質のゴムが好ましいが、これに限定されず、後述するごとく、従動側第１，第２凸部１７，１８に圧接して摩擦抵抗によりダンパー（制振ないしは防振等の振動抑制）機能を発揮できるものであればよい。樹脂系であっても、ゴムのごとき性質を付与できれば、当該樹脂系で構成することもできる。

第１，第２バネ１９，２０は、駆動側第１凸部１５の周方向側面１５ａ，１５ｂと、従動側第１，第２凸部１７，１８の一方の対向側面１７ａ，１８ａとの間の収納空間Ａ１，Ａ２にそれぞれ配置され、周方向側面１５ａ，１５ｂと対向側面１７ａ，１８ａとをバネ座としている。

第１，第２ダンパー２１，２２それぞれは、プーリ２の内周面２３に沿う湾曲外周面２１ｂ，２２ｂとロータ軸３の外周面２５に沿う湾曲内周面２１ｃ，２２ｃとを有して、所定の軸方向幅を有する円弧帯状の周方向断面に形成され、駆動側第２凸部１６と従動側第１，第２凸部１７，１８それぞれの間の収納空間Ｂ１，Ｂ２に配置されている。

第１，第２ダンパー２１，２２それぞれの基端部側面２１ａ，２２ａは、駆動側第２凸部１６の周方向側面１６ａ，１６ｂに当接可能な平面に形成され、第１，第２ダンパー２１，２２の先端部側に径方向内方側の短突起３０と、径方向外方側の長突起３１とを有し、両突起３０，３１の径方向中間に周方向に後退する凹部３２が形成され、短突起３０が従動側第１，第２凸部１７，１８の突出曲面１７ａ，１８ａに圧接等、接触可能に配置されている。

上記プーリユニット１において、図示しないクランクシャフトの回転に伴なってベルト８が回転すると、その回転によってプーリ２が回転駆動する。そうすると、ロータ軸３は、動力伝達媒介部材４を介してプーリ２から動力伝達されて回転する。この場合、プーリ２が回転し、その回転動力が動力伝達媒介部材４を介してロータ軸３に伝達される過程を説明すると、図２の仮想線で示すように、プーリ２の図２上における時計回りの回転に伴い、プーリ２の駆動側第１凸部１５が従動側第１凸部１７に近づいて、駆動側第１凸部１５の周方向側面１５ａが第１バネ１９をその弾性に抗して押圧して第１バネ１９は周方向側面１５ａと従動側第１凸部１７の対向側面１７ａとの間で圧縮され、駆動側第１凸部１５が従動側第１凸部１７に周方向に近づくこと、すなわち駆動側第１凸部１５が従動側第２凸部１８から周方向に離れることで、第２バネ２０は自由状態になる。

また、プーリ２の駆動側第２凸部１６が従動側第２凸部１８に近づいて駆動側第２凸部１６の周方向側面１６ａが第２ダンパー２２をその弾性に抗して押圧して圧縮してこれが弾性変形し、駆動側第２凸部１６が従動側第２凸部１８に周方向に近づくこと、すなわち駆動側第２凸部１６が従動側第１凸部１７から周方向に離れることで、第１ダンパー２１が自由状態になる。以上により、第１バネ１９が圧縮して従動側第１凸部１７の対向側面１７ａを押すことにより、ロータ軸３がプーリ２に従動回転する。

上記クランクシャフトが脈動回転した場合を説明する。クランクシャフトの脈動回転でプーリ２の角速度が増加変動するときは、その角速度の増加変動分について上記と同様の動作で第１バネ１９が圧縮してロータ軸３にその変動が伝達されるのを抑制できる一方、第１バネ１９が圧縮の反動で伸長し、また、その反動で圧縮するという振動を起こそうとするが、このとき、第２ダンパー２２が従動側第２凸部１８の突出曲面１８ｂに摩擦当接してその振動を減衰させる。これによって、第１バネ１９が圧縮してもロータ軸３にその変動が伝達されるのを抑制できる。以上により、クランクシャフトの脈動回転でプーリ２の角速度が増加変動しても、ベルトが張力変動しても、該張力変動は第１バネ１９で吸収され、第１バネ１９の振動は第２ダンパー２２で減衰されるから、プーリ２からの動力は、ベルトが張力変動してもロータ軸３に円滑に伝達され、その際、ベルトがプーリ２に滑らずに済むから、異音の発生等は抑制され耐久性が向上する。

なお、第２ダンパー２２の両突起３０，３１は周方向に後退する凹部３２を介して配置されているので、特に従動側第２凸部１８の突出曲面１８ｂに接触する短突起３０を撓み易く弾性復元し易い形状とすることにより、第２ダンパー２２が自由状態となった際に短突起３０が弾性復元するから、第１バネ１９の減衰を効果的に促進することができる。

クランクシャフトの脈動回転でプーリ２の角速度が減少変動するときは、その角速度の減少変動分について第２バネ２０が圧縮してプーリ２にその変動が伝達されるのを抑制できる一方、第２バネ２０が圧縮の反動で伸長し、また、その反動で圧縮するという振動を起こそうとするが、このとき、第１ダンパー２１が従動側第１凸部１７の突出曲面１７ｂに摩擦当接してその振動を減衰させる。これによって、第２バネ２０が圧縮してもプーリ２にその変動が伝達されるのを抑制できる。以上により、クランクシャフトの脈動回転でプーリ２の角速度が減少変動してベルトが張力変動しても、該張力変動は第２バネ２０で吸収され、第２バネ２０の振動は第１ダンパー２１で減衰され、ベルト８がプーリ２に滑らずに済むから、異音の発生等は抑制され、耐久性が向上する。

さらに、第１ダンパー２１の両突起３０，３１は周方向に後退する凹部３２を介して配置されているので、特に突出曲面１８ｂに接触する短突起３０を撓み易く弾性復元し易い形状とすることにより、プーリ２の不安定な挙動を効果的に抑制することができる。

ところで、バネを用いることなく弾性体を全てダンパーとした場合でも、プーリ２の角速度の増加変動を吸収することはできるが、ダンパーは経年劣化し易いといった問題がある。そこで本発明の実施の形態では、第１の弾性体としてバネを用い、第２の弾性体としてダンパーを用い、バネとダンパーとが周方向に対で機能するよう構成したことで、バネの減衰をダンパーで促進することができるとともに、ダンパーの経年劣化をバネで補うことができる構成としている。

上記プーリユニット１の角速度変動が吸収されてロータ軸３に伝達されにくくなることについて、実験により確認しているので、以下に説明する。

運転条件は、エンジンに付設されるオルタネータにプーリユニット１を搭載した状態とし、オルタネータ回転数を２０００ｒｐｍとし、オルタネータの負荷電流を５アンペアに設定している。

図４のグラフ図に示すように、プーリ２の角速度がサインカーブのように微小に変動している場合であっても、ロータ軸３の回転波形は、変動幅が小さくなることでが確認できている。そして、プーリ２に巻掛けられるベルトの張り側と、緩み側との張力変動についても、図４に示すように、変動が少なく抑制される結果となっている。

このように本発明の実施の形態によれば、減衰性に劣る第１バネ１９と減衰性に優れた第２ダンパー２２とが対で作用するよう周方向で組合せ、第２バネ２０と減衰性に優れた第１ダンパー２１とを対で作用するよう周方向で組合せて、プーリ２の角速度の増減変動を効果的に吸収でき、かつベルト８の耐久性を向上させることができる。

本発明の最良の形態に係るプーリユニットの全体構成を示す側面断面図プーリの角速度の増加変動の場合を示すプーリユニットの正面断面図プーリの角速度の減少変動の場合を示すプーリユニットの正面断面図プーリの角速度の増減変動に伴なうプーリおよびロータ軸の回転波形図

符号の説明

１プーリユニット
２プーリ
３ロータ軸
４動力伝達装置
５，６転がり軸受
８ベルト
１５駆動側第１凸部
１６駆動側第２凸部
１７従動側第１凸部
１８従動側第２凸部
１９第１バネ
２０第２バネ
２１第１ダンパー
２２第２ダンパー

Claims

同心配置した内側と外側の両環体間で回転動力の伝達を行う動力伝達装置であって、外側環体の内周面に径方向内向きの凸部を、内側環体の外周面に径方向外向きの凸部を周方向交互に配置されるよう設けて各凸部の周方向間に複数の収納空間を形成し、各収納空間の少なくとも１つに環体の回転変動に基づく回転トルクを受け得るようにバネを収納し、少なくとも１つに該バネの振動を減衰し得るようにダンパーを収納した、ことを特徴する動力伝達装置。
収納空間を径方向に対向する位置に配置し、これら対向配置した収納空間にバネとダンパーとをそれぞれ収納した、ことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
上記外側環体を、外周部にベルト巻掛部を備えかつ該ベルト巻掛部にエンジンの回転動力を伝動するベルトが巻き掛けられるオルタネータ用プーリで構成する一方、上記内側環体を上記プーリの径方向内側に配置されるオルタネータ用ロータ軸で構成した、ことを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達装置。