JP2008169757A - ベルト駆動機構 - Google Patents

Abstract

【課題】作用する荷重を低減することにより軸受けの寿命を延ばして信頼性を向上させることができるとともに、軸受けおよび周辺構造を小型化してコストダウンを図ることができるベルト駆動機構を提供すること。
【解決手段】ベルトによって回転駆動されるプーリ２０と、一方端がプーリ２０に連結された２本のコイルばね８１、８２と、コイルばね８１、８２の他方端が連結されたインナー１２およびロータ１０と、プーリ２０とインナー１２との間であってコイルばね８１、８２の両端近傍に配置された軸受け３０、３２とが備わっている。コイルばね８１、８２のそれぞれの一方端とプーリ２０との連結と、コイルばね８１、８２のそれぞれの他方端とインナー１２との連結を、周方向に沿った複数箇所で行っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載されてエンジンのクランクシャフトの回転駆動力を補機に伝達するベルト駆動機構に関する。

車両用発電機等の補機をベルトで連結してエンジンで駆動する場合に、エンジンのクランクシャフトの回転に回転角に対応した角速度変化が生じると、車両用発電機等の回転がこの角速度変化に追随できずに、ベルトの滑りによる異音発生やベルト寿命低下の原因となる。このような不都合を回避するために、ベルトの回転を伝えるプーリと車両用発電機の電機子組立体との間にコイルばねを配置し、プーリと電機子組立体との間で相対弾性回転運動ができるようにした蛇行ベルト駆動機構が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−２０７５２５号公報（第３−４頁、図１−４）

ところで、特許文献１に開示された蛇行ベルト駆動機構では、コイルばねの端部に加わるトルクによってコイルばねの外側の一箇所に荷重が作用し、この荷重を軸受けで受けることになるため、軸受けの寿命が大幅に低下し、信頼性が低下するという懸念がある。通常、プーリの前後に配置された２個の軸受けでベルト荷重を受けることになるが、コイルばねの特性値によっては、過大な荷重がコイルばねの端部から軸受けに作用し、その反力を生じる軸受けの寿命低下が懸念される。また、この寿命低下を防止するために大型の軸受けを用いることも考えられるが、そのようにすると軸受けおよびその周辺構造が大型化し、コスト上昇を招くことになる。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、作用する荷重を低減することにより軸受けの寿命を延ばして信頼性を向上させることができるとともに、軸受けおよび周辺構造を小型化してコストダウンを図ることができるベルト駆動機構を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のベルト駆動機構は、ベルトによって回転駆動されるプーリと、一方端がプーリに連結されたコイルばねと、コイルばねの他方端が連結された回転体と、プーリと回転体との間であってコイルばねの両端近傍に配置された軸受けとを備えており、コイルばねの一方端とプーリとの連結と、コイルばねの他方端と回転体との連結を、それぞれ周方向に沿った複数箇所で行っている。コイルばねの端部の複数箇所をプーリおよび回転体と連結することにより、コイルばねの端部とプーリや回転体との間で作用する荷重を分散させることができるため、プーリと回転体との間に設けられた軸受けの一部のみに過大な荷重が加わることを防止し、軸受けの寿命を延ばすとともに信頼性を向上させることができる。また、寿命の低下を防止するために軸受けを大型化する必要もなくなるため、その周辺構造の小型化やコストダウンを図ることが可能になる。

また、上述したコイルばねは、回転体の回転軸を中心として複数個が組み合わされて用いられ、それぞれのコイルばねの一方端をプーリに連結し、それぞれのコイルばねの他方端を回転体に連結することが望ましい。具体的には、上述した複数個のコイルばねのそれぞれは、径方向に沿って少なくとも一部が重複しており、螺旋部分が重ねて配置されていることが望ましい。あるいは、上述した複数個のコイルばねのそれぞれは、径方向に沿って互いに重複しない位置に同心状に配置されていることが望ましい。これにより、単純な形状を有するコイルばねを組み合わせるだけで軸受けの寿命低下を防止して信頼性を向上させることができる。

また、上述したコイルばねは、一方端および他方端のそれぞれがさらに周方向に沿って分散した位置に配置された複数の端部を有しており、一方端に対応する複数の端部をプーリに連結し、他方端に対応する複数の端部を回転体に連結することが望ましい。これにより、単一のコイルばねを用いて部品点数の増加を防止しつつ、軸受けの寿命低下を防止して信頼性を向上させることができる。

また、上述したコイルばねの一方端および他方端のそれぞれにおいてプーリあるいは回転体と連結する複数箇所は、コイルばねの中心軸回りの周方向に沿って等間隔に配置されていることが望ましい。これにより、軸受けに作用する荷重を周方向に沿ってさらに分散させることができ、軸受けの寿命および信頼性をさらに向上させることができるとともに、これに伴って軸受けおよびその周辺構造のさらなる小型化が可能となる。

また、等間隔に配置された複数箇所において複数の端部のそれぞれとプーリあるいは回転体との間に作用する荷重を同じにすることが望ましい。これにより、軸受けに作用する荷重を周方向に沿ってさらに均一にすることができ、軸受けの寿命および信頼性をさらに向上させることができるとともに、これに伴って軸受けおよびその周辺構造のさらなる小型化が可能となる。

また、上述したプーリおよび回転体の少なくとも一方には、コイルばねの複数箇所の端部と嵌合する嵌合部が一体に形成されていることが望ましい。嵌合部をプーリや回転体と一体形成することにより、部品点数の低減が可能になる。

また、上述したコイルばねの複数箇所の端部が嵌合する嵌合部をさらに備え、プーリおよび回転体の少なくとも一方に嵌合部が固定されていることが望ましい。これにより、プーリや回転体の形状が複雑化することを防止することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態のベルト駆動機構について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態のベルト駆動機構の全体構成を示す断面図である。図１に示すベルト駆動機構１００は、エンジンのクランクシャフトによって発生した回転駆動力をベルトを介して車両用発電機等の補機のシャフト２００に伝達するためのものであり、ロータ１０、インナー１２、プーリ２０、軸受け３０、３２、コイルばね８１、８２を含んで構成されている。

ロータ１０は、シャフト２００に取り付けられてシャフト２００と一体となって回転する回転体である。例えば、ロータ１０の内周に雌ねじ溝１０ａが形成されており、シャフト２００の先端部に形成された雄ねじ溝に締め付け固定される。

プーリ２０は、外周に複数の溝を有しており、これらの溝にベルトを掛けることでエンジンのクランクプーリの回転が伝達される。このプーリ２０の内周部の一部には、内周側に突出したフランジ２２が一体に形成されている。このフランジ２２は、円盤形状を有する嵌合部であり、一方の軸方向面に、コイルばね８１、８２のそれぞれの端部８１−Ａ、８２−Ａを嵌合させて固定する凹部が形成されている。本実施形態では、コイルばね８１の端部８１−Ａが嵌合する凹部とコイルばね８２の端部８２−Ａが嵌合する凹部とが互いに１８０°隔たった位置に形成されている。

軸受け３０、３２は、プーリ２０とロータ１０の間であって回転中心に沿って隔たった位置に配置されている。一方の軸受け３０は、シャフト２００の反挿入側の端部近傍に設けられ、外輪の外周面がプーリ２０の内周面と嵌合し、内輪の内周面全体がインナー１２の外周面と嵌合している。インナー１２は、ロータ１０とは別部材であって、ロータ１０の外周面であってシャフト２００の反挿入側端部に固定される円盤形状の嵌合部である。インナー１２の一方の軸方向端面には、コイルばね８１の他方の端部８１−Ｂが嵌合する凹部とコイルばね８２の他方の端部８２−Ｂが嵌合する凹部とが互いに１８０°隔たった位置に形成されている。

他方の軸受け３２は、シャフト２００の挿入側の端部近傍に設けられ、外輪の外周面がプーリ２０の内周面と嵌合し、内輪の内周面がロータ１０の外周面と嵌合している。なお、シャフト２００の挿入側の端部には蓋部１４が配置されている。この蓋部１４は、シャフト２００を通す貫通孔１６を有する段付きの筒状部材であり、段付き部の外周面を軸受け３２の内周面に嵌合させることにより、軸受け３２の一方の軸方向端面側を蓋部１４で塞いでいる。

コイルばね８１、８２のそれぞれは、プーリ２０とインナー１０とを連結するために用いられ、一方端がプーリ２０と一体に形成されたフランジ２２の凹部に嵌合し、他方端がロータ１０に固定されたインナー１２の凹部に嵌合している。

図２は、コイルばね８１、８２の詳細形状を示す図である。図２（Ａ）にはコイルばねの平面図が、図２（Ｂ）には側面図が、図２（Ｃ）には底面図がそれぞれ示されている。図２（Ａ）に示すように、コイルばね８１の一方端とコイルばね８２の一方端は、中心軸回りの周方向に沿って互いに１８０°隔たった位置に配置されている。また、図２（Ｃ）に示すように、コイルばね８１の他方端とコイルばね８２の他方端は、中心軸回りの周方向に沿って互いに１８０°隔たった位置に配置されている。本実施形態では、図２（Ｂ）に示すように、２本のコイルばね８１、８２は同一（形状およびばね定数が同じであり、各螺旋部分の全体の厚みをＨとしたときにそれぞれの厚みがＨ／２に設定されている）のものが用いられており、周方向位置を１８０°異ならせることにより、一方端の位置を互いに１８０°ずらすとともに、他方端の位置を互いに１８０°ずらしている。

このように、本実施形態のベルト駆動機構１００では、コイルばね８１、８２のそれぞれの２箇所の端部をプーリ２０のフランジ２２およびロータ１０に固定されたインナー１２に嵌合させてプーリ２０とロータ１０を連結することにより、コイルばね８１、８２の端部とプーリ２０やロータ１０との間で作用する荷重を１８０°隔たった２箇所に分散させることができるため、エンジンのクランクシャフトの回転角に対応した角速度変化が生じた場合であって車両用発電機の回転子のように慣性の大きい回転体が回転を維持しようとした場合であっても、プーリ２０とロータ１０との間に設けられた軸受け３０、３２の周方向の一部のみに過大な荷重が加わることを防止し、軸受け３０、３２の寿命を延ばすとともに信頼性を向上させることができる。また、寿命の低下を防止するために軸受け３０、３２を大型化する必要もなくなるため、その周辺構造の小型化やコストダウンを図ることが可能になる。

また、コイルばね８１、８２は、ロータ１０の回転軸を中心として２個が組み合わされて用いられており、コイルばね８１、８２のそれぞれの一方端をプーリ２０に連結し、コイルばね８１、８２のそれぞれの他方端をロータ１０に連結している。具体的には、上述したコイルばね８１、８２のそれぞれは、同一形状を有しており、径方向に沿って重複し、螺旋部分が重ねて配置されている。これにより、単純な形状を有するコイルばね８１、８２を組み合わせるだけで軸受け３０、３２の寿命低下を防止して信頼性を向上させることができる。

また、コイルばね８１、８２の一方端および他方端のそれぞれにおいてプーリ２０およびロータ１０と連結する複数箇所（２箇所）は、コイルばね８１、８２の中心軸回りの周方向に沿って１８０°おきに等間隔（点対称の位置）に配置されている。これにより、軸受け３０、３２に作用する荷重を周方向に沿ってさらに分散させることができ、軸受け３０、３２の寿命および信頼性をさらに向上させることができるとともに、これに伴って軸受け３０、３２およびその周辺構造のさらなる小型化が可能となる。特に、同一のコイルばね８１、８２を用いることにより、１８０°おきの２箇所においてプーリ２０あるいはロータ１０との間に作用する荷重を同じにして偶力を発生させ、軸受け３０、３２に作用する荷重を周方向に沿ってさらに均一にすることができるため、軸受け３０、３２の寿命および信頼性をさらに向上させることができるとともに、これに伴って軸受け３０、３２およびその周辺構造のさらなる小型化が可能となる。

また、プーリ２０には、コイルばね８１、８２の一方端と嵌合する嵌合部としてのフランジ２２が一体に形成されている。フランジ２２をプーリ２０と一体形成することにより、部品点数の低減が可能になる。また、コイルばね８１、８２の一方端と嵌合する嵌合部としてのインナー１２をロータ１０とは別部品として備え、ロータ１０に固定して用いることにより、ロータ１０の形状が複雑化することを防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、フランジ２２をプーリ２０と一体に形成したが、フランジ２２をプーリ２０と別部品で用意し、プーリ２０の内周面の一部にフランジ２２を固定するようにしてもよい。また、ロータ１０とは別部品のインナー１２を用いたが、ロータ１０の外周面の一部を外径側に突出させることにより、インナー１２をロータ１０の一部として一体形成するようにしてもよい。

また、コイルばね８１、８２は、以下に示すような様々な変形が考えられる。図３は、コイルばねの変形例を示す図である。図２に示した例では、一方のコイルばね８１と他方のコイルばね８２とを接触させて配置したが、図３に示す変形例では、一方のコイルばね８１と他方のコイルばね８２とを離して等間隔に配置している。これにより、同一形状を有するコイルばね８１、８２のそれぞれの中心軸に沿った端部位置を合わせることができる。

図４は、コイルばねの他の変形例を示す図である。図４に示すように、２個のコイルばね８１、８２のそれぞれは、径方向に沿って互いに重複しない位置に同心状に配置するようにしてもよい。これにより、単純な形状を有するコイルばね８１、８２を組み合わせるだけで軸受け３０、３２の寿命低下を防止して信頼性を向上させることができる。この場合には、形状が異なる２本のコイルばね８１、８２を組み合わせることになるが、径方向の幅あるいは中心軸に沿った厚みを調整して、コイルばね８１の端部とコイルばね８２の端部に生じる荷重の大きさを一致させることが好ましい。

なお、図２に示した２本のコイルばね８１、８２は、完全に同一のものを用いたが、互いの径方向位置を少しずらして（内外径を多少異ならせて）、径方向に一部が重複するようにしてもよい。また、図４に示したコイルばね８１、８２は、一方のコイルばね８１の外径と他方のコイルばね８２の内径とがほぼ一致するようにしたが、これらの間に隙間が形成されるように内外径寸法を変更するようにしてもよい。また、図４に示した２本のコイルばね８１、８２は、図３に示した例のように、中心軸に沿った位置をずらしてそれぞれの端部位置が一致するようにしてもよい。

図５は、コイルばねの他の変形例を示す図である。上述したコイルばねは２個を１セットにして用いたが、図５に示すコイルばね８３は、一方端側に２箇所の端部８３ａ、８３ｂを有し、他方端側に２箇所の端部８３ｃ、８３ｄを有する。このコイルばね８３は、図２に示した２個のコイルばね８１、８２を一体化したものと同じ形状を有しており、コイルばね８１の両方の端部に端部８３ａ、８３ｄが対応し、コイルばね８２の両方の端部に端部８３ｂ、８３ｃが対応している。単一のコイルばね８３を用いることで部品点数の増加を防止しつつ、軸受け３０、３２の寿命低下を防止して信頼性を向上させることができる。

図６は、コイルばねの他の変形例を示す図である。図２および図３に示したコイルばねは２個を１セットにして用いたが、図６に示すように、３個（あるいは４個以上でもよい）を組み合わせて用いるようにしてもよい。この場合には、コイルばねの一方端側に３箇所（あるいは４箇所以上）の端部が配置されるが、これら複数の端部を周方向に配置し、それぞれの端部において生じる荷重を同じにすることが望ましい。

図７は、コイルばねの他の変形例を示す図である。図４に示したコイルばねは径方向のサイズが異なる２個を１セットにして用いたが、図７に示すように、３個（あるいは４個以上でもよい）を組み合わせて用いるようにしてもよい。この場合には、図６に示したコイルばねと同様に、コイルばねの一方端側に３箇所（あるいは４箇所以上）の端部が配置されるが、これら複数の端部を周方向に配置し、それぞれの端部において生じる荷重を同じにすることが望ましい。

一実施形態のベルト駆動機構の全体構成を示す断面図である。 コイルばねの詳細形状を示す図である。 コイルばねの変形例を示す図である。 コイルばねの他の変形例を示す図である。 コイルばねの他の変形例を示す図である。 コイルばねの他の変形例を示す図である。 コイルばねの他の変形例を示す図である。

符号の説明

１０ ロータ
１２ インナー
２０ プーリ
２２ フランジ
３０、３２ 軸受け
８１、８２ コイルばね
１００ ベルト駆動機構
２００ シャフト

Claims (9)

1. ベルトによって回転駆動されるプーリと、一方端が前記プーリに連結されたコイルばねと、前記コイルばねの他方端が連結された回転体と、前記プーリと前記回転体との間であって前記コイルばねの両端近傍に配置された軸受けとを備えるベルト駆動機構において、
   前記コイルばねの一方端と前記プーリとの連結と、前記コイルばねの他方端と前記回転体との連結を、それぞれ周方向に沿った複数箇所で行うことを特徴とするベルト駆動機構。
2. 請求項１において、
   前記コイルばねは、前記回転体の回転軸を中心として複数個が組み合わされて用いられ、それぞれのコイルばねの一方端を前記プーリに連結し、それぞれのコイルばねの他方端を前記回転体に連結することを特徴とするベルト駆動機構。
3. 請求項２において、
   前記複数個のコイルばねのそれぞれは、径方向に沿って少なくとも一部が重複しており、螺旋部分が重ねて配置されていることを特徴とするベルト駆動機構。
4. 請求項２において、
   前記複数個のコイルばねのそれぞれは、径方向に沿って互いに重複しない位置に同心状に配置されていることを特徴とするベルト駆動機構。
5. 請求項１において、
   前記コイルばねは、一方端および他方端のそれぞれがさらに周方向に沿って分散した位置に配置された複数の端部を有しており、一方端に対応する複数の端部を前記プーリに連結し、他方端に対応する複数の端部を前記回転体に連結することを特徴とするベルト駆動機構。
6. 請求項１において、
   前記コイルばねの一方端および他方端のそれぞれにおいて前記プーリあるいは前記回転体と連結する前記複数箇所は、前記コイルばねの中心軸回りの周方向に沿って等間隔に配置されていることを特徴とするベルト駆動機構。
7. 請求項６において、
   等間隔に配置された前記複数箇所において前記複数の端部のそれぞれと前記プーリあるいは前記回転体との間に作用する荷重を同じにすることを特徴とするベルト駆動機構。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   前記プーリおよび前記回転体の少なくとも一方には、前記コイルばねの複数箇所の端部と嵌合する嵌合部が一体に形成されていることを特徴とするベルト駆動機構。
9. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   前記コイルばねの複数箇所の端部が嵌合する嵌合部をさらに備え、前記プーリおよび前記回転体の少なくとも一方に前記嵌合部が固定されていることを特徴とするベルト駆動機構。

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