JP2005273798A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝撃荷重がバネにかからないようにして当該バネの動力伝達の媒介部材としての機能を維持しかつその破損を防止して、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】本発明のプーリユニット１は、プーリ２（外側環体）の内周面に径方向内向きの凸部１２Ａ，１２Ｂと、ロータ軸３（内側環体）の外周面に径方向外向きの凸部１３Ａ，１３Ｂと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１４Ａ−１４Ｄを構成している。上記収納空間内に伸縮に応じてバネ定数が変化するバネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを収納している。
【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、クランクシャフトの回転速度の変動に起因して、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、常にその回転速度に変動がある。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、回転速度の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りやすい。

そこで、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箇所に、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バネ等の弾性体を動力伝達の媒介部材として配置し、当該弾性体の弾性により、ベルトの張力変動を受けることでベルトがプーリに対して滑らないようにして、ベルトの異音の発生等を抑制ないしは解消可能と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）。しかしながら、上記提案に係る動力伝達装置で、バネを設けてもエンジンの始動時や急加速時等の使用態様ではバネの回転変動吸収機能が失われて当該ベルトに滑り等が発生したり、また、バネに衝撃荷重がかかって破損が見られるケースがあった。
特開２００２−３０３３３３号公報

本発明は、上記使用態様においてもバネの機能を維持可能としてベルトに滑り等の発生を抑制し、また、バネに衝撃荷重がかからないようにしてその破損を有効に防止可能にし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と、内側環体の外周面に径方向外向きの凸部と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、上記収納空間内に上記両環体間での動力伝達の媒介部材として伸縮に応じてバネ定数が変化するバネを収納してなることを特徴とするものである。

上記バネの好ましい例として、例えば、テーパーコイルバネ、樽型コイルバネ、不等ピッチバネ、バネ定数が互いに異なる少なくとも２種類のバネ部分からなる親子バネ、一部のバネ部分を樹脂で固めたバネ、等を含む。また、金属製だけでなく、樹脂製のバネも含む。上記バネは、バネとしての機能を備えたものであればその形状を問わない。

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る。

ところで、バネ定数が一定のバネを動力伝達の媒介部材として用いた場合、バネの破損が見られるケースがあった。そこで、本発明者らは、バネの破損原因について以下の通り鋭意検討した。すなわち、バネの破損は、エンジンの始動や急加速等の頻繁な繰り返しに特に多く発生する現象が見られた。その原因は、エンジンの始動や急加速時で、プーリがベルトを介して急速に回転された場合では、ロータ軸が大きな慣性トルクを有しているために、バネに衝撃荷重がかかる。そして、この場合、当該バネはそのバネ定数が一定であるために、各バネ部分全体が密着するようになってバネ全体の弾性がなくなって剛性が急速に上昇してしまう。その結果、バネの機能が急に失われてベルトが滑ったり、異音が発生したり、また、バネがその衝撃荷重で破損するに至ることを解明できた。そこで、本発明においては、収納空間に伸縮に応じてバネ定数が変化するバネを収納したのである。本発明によると、エンジンの始動や急加速に際しては、当該バネのバネ定数が変化する結果、当該バネ全体のバネ部分が急激に密着して剛性が急激に上がることがなく、徐々に密着して徐々に剛性が上がるようになり、当該バネの機能が維持されてベルトの滑り等を防止し、また、バネへの衝撃荷重がかからずに済んで当該バネの破損を効果的に防止できるようになった。

本発明によれば、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において、収納空間に伸縮に応じてバネ定数が変化するバネを収納したことにより、両環体間の相対回転速度差が急速に大きくなっても、当該バネに衝撃荷重がかからずに済むようになり、これによってバネの破損を効果的に防止可能となる。また、外側環体を駆動環体とし、内側環体を従動環体とし、外側環体にベルトを巻き掛けたプーリユニット構成とした場合、バネの機能が維持されて、当該ベルトが滑ったり、あるいは異音が発生したりすることを防止できるようになる。

以下、本発明を実施するうえで最良の形態を、添付した図面を参照して説明する。この実施の形態では、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ないし図４は図１の同じ箇所からの正面断面図であって、図２は、バネに負荷がかかっていない（無負荷）とき、図３は、バネに軽負荷がかかっているとき、図４は、バネに重負荷がかかっているときの、それぞれの断面図である。図５は、横軸をプーリのねじれ角（プーリとロータ軸との相対回転速度差）、縦軸をバネにかかる負荷（トルク）をとる図である。

これらの図に示す実施形態のプーリユニット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部材としてのバネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ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、潤滑剤密封タイプの深溝型玉軸受からなる転がり軸受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度で対向する２箇所に径方向内向きに突出する凸部１２Ａ，１２Ｂ（駆動側凸部）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が形成されている。

駆動側凸部１２Ａ，１２Ｂはプーリ２の内周面に径方向内方に向けて周方向に１８０°置きにそれぞれ突出形成されており、駆動側凸部１２Ａ，１２Ｂの内周面は、ロータ軸３の外周面に摺接可能とされている。

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１５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度で対向する２箇所に径方向外向きに突出する凸部（従動側凸部）１３Ａ，１３Ｂがそれぞれ設けられている。従動側凸部１３Ａ，１３Ｂは、駆動側凸部１２Ａ，１２Ｂ間に配置されるようロータ軸３の外周面に１８０°置きに突出形成されている。

プーリ２とロータ軸３との対向環状空間においてプーリ２側の各凸部１２Ａ，１２Ｂとロータ軸３側の各凸部１３Ａ，１３Ｂ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１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄが形成されている。各収納空間１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄそれぞれには、動力伝達の媒介部材であるバネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが収納されている。バネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、それぞれ、圧縮状態で収納された断面楕円形をなしている。

バネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、等間隔のピッチでかつテーパー状をなしたバネ定数可変バネとして、そのバネ定数がその伸縮量に応じて可変するようになっている。バネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの周方向一端側と他端側それぞれの座巻部分は、バネ座である各凸部１２Ａ，１２Ｂ，１３Ａ，１３Ｂの内壁面に当接している。

以上の構成を備えたプーリユニット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が回転する。そうすると、ロータ軸３は、バネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを介してプーリ２から回転動力を伝達されて回転する。この場合、プーリ２の、図上、時計回りの回転に伴い、プーリ２の駆動側凸部１２Ａ，１２Ｂが従動側凸部１３Ａ，１３Ｂそれぞれに近づいて収納空間１４Ａ，１４Ｃに収納されているバネ４Ａ，４Ｃが圧縮されつつ、また、収納空間１４Ｂ，１４Ｄに収納されているバネ４Ｂ，４Ｄが伸長しつつ、ロータ軸３が回転する。そして、上記クランクシャフトが回転変動してプーリ２の回転速度が変動するときは、その変動分に従いバネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄが圧縮伸長してロータ軸３にその変動が伝達されるのを抑制できる。

以上の挙動を示すバネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄは、テーパー状であるから、大径側バネ部分は小径側バネ部分よりも柔らかく、そのため、圧縮方向の荷重がかかると大径側バネ部分から圧縮されて密着していき、バネ定数が変化していく。したがって、このようなバネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄにおいては、図２で示すように、プーリ２とロータ軸との相対回転速度差がゼロで当該バネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄに圧縮方向の荷重がかからない無負荷状態から、図３で示すようにプーリ２が時計回り方向に回転してロータ軸３との間での相対回転速度差が大きくなってバネ４Ａ，４Ｃに圧縮方向の荷重が軽くかかる軽負荷状態、さらに、図４で示すように相対回転速度差が過大になってバネ４Ａ，４Ｃに圧縮方向の荷重が重くかかる重負荷状態となる。無負荷状態では、いずれのバネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄも、自然伸縮状態から圧縮も伸長も受けていない。軽負荷状態では、バネ４Ａ，４Ｃが自然伸縮状態から圧縮を受けて凸部１２Ａ，１２Ｂの内壁面に当接する座巻側の大径で柔らかいバネ部分が数巻程度密着して弾性を失った状態となる。バネ４Ｂ，４Ｄは、自然伸縮状態から伸長している。重負荷状態では、バネ４Ａ，４Ｃが自然伸縮状態からさらに圧縮を受けて凸部１２Ａ，１２Ｂの内壁面に当接する座巻側のバネ部分がさらに数巻程度密着して弾性を失った状態となる。バネ４Ｂ，４Ｄは、自然伸縮状態からさらに伸長している。プーリ２が相対的にロータ軸３に対して反時計回り方向に回転してプーリ２とロータ軸３との相対回転速度差が大きくなってきた場合は、図示しての説明は省略するが上記とは逆の関係となる。

以上のバネ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの挙動を図５を参照してさらに説明すると、図５（ａ）は従来のバネ定数が一定のバネを動力伝達の媒介部材として用いた場合、図５（ｂ）は本発明のバネ定数が可変のバネを動力伝達の媒介部材として用いた場合を示している。図５（ａ）および図５（ｂ）において、横軸は、プーリ２のねじれ角（プーリ２とロータ軸３との相対回転速度差）、縦軸は、バネにかかる負荷（トルク）を示す。従来のバネ定数が一定のバネを用いた場合、図５（ａ）の特性線Ｃ２で示すように、プーリ２のねじれ角が一定の値αになると、バネに急激に過大な負荷（衝撃荷重）がかかる。その結果、バネは、一時的に機能が喪失されてベルトの滑りや異音の発生を来たし、また、バネが破損してくる可能性が高くなる。これに対して、本発明のごとくバネ定数が可変のバネを用いた場合、図５（ｂ）の特性線Ｃで示すように、プーリ２のねじれ角が大きくなっていっても、バネにかかる負荷はなだらかな曲線で大きくなり、バネに衝撃荷重がかかるようなことがない。したがって、本発明では、プーリ２のねじれ角が急速に大きくなっても、バネの機能喪失が防止されずに済んでベルトの滑りや異音の発生を抑制できるようになるとともに、バネが破損するおそれが低減され、動力伝達装置における動力伝達の媒介部材としての信頼性が高まる。なお、図５（ｂ）の特性線Ｃ０、Ｃ１で示すように、バネのバネ定数が伸縮に応じて変化する割合を適宜に設定することで、バネに対する種々の負荷態様に適用することができる。

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 図１に示すプーリユニットの正面断面図 図１に示すプーリユニットの正面断面図 図１に示すプーリユニットの正面断面図 （ａ）従来のバネを用いた場合のプーリのねじれ角に対するバネ負荷特性を示す図、（ｂ）本発明のバネを用いた場合のプーリのねじれ角に対するバネ負荷特性を示す図

符号の説明

２ プーリ（外側環体）
３ ロータ軸（内側環体）
４Ａ〜４Ｄ バネ
１２Ａ，１２Ｂ 駆動側凸部
１３Ａ，１３Ｂ 従動側凸部
１４Ａ〜１４Ｄ 収納空間

Claims (1)

1. 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と、内側環体の外周面に径方向外向きの凸部と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、上記収納空間内に上記両環体間での動力伝達の媒介部材として伸縮に応じてバネ定数が変化するバネを収納してなることを特徴する動力伝達装置。

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