JP2005282659A

JP2005282659A - 動力伝達装置

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Publication number: JP2005282659A
Application number: JP2004094826A
Authority: JP
Inventors: Hajime Watanabe; 肇渡邉; Tomoya Yamatani; 知也山谷
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2005-10-13

Abstract

【課題】バネの強度を下げずに、環体の回転変動の吸収性能を向上させる。
【解決手段】プーリ２（外側環体）の内周面とロータ軸３（内側環体）の外周面とにバネ受け１２，１３を設け、プーリ２とロータ軸３との間における両バネ受け間に複数の環状プレート１４−１６を回転可能にかつ軸方向に並置するとともに各環状プレートにバネ受け１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂを設け、各バネ受けの円周方向間にバネ１７〜２４を配置して、バネ受けを介して直列に連結した複数のバネからなるバネ列を構成する。
【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、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、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、該ベルトには、ロータの慣性トルクがかかる結果、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、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、凸部からなるバネ受けをそれぞれ設け、両バネ受けが円周方向で対向するバネ収納空間内にバネを動力伝達の媒介部材として配置し、プーリからロータ軸への動力伝達を当該バネで媒介する一方、当該バネの弾性により、ベルトの張力変動に伴うプーリの回転変動を吸収して、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）。上記の場合、プーリの回転変動の吸収性能を上げるには、バネのバネ定数を小さくすることが好ましい。しかしながら、上記提案に係る動力伝達装置では、バネの線径を細くするなどしてバネ定数を小さくすると、バネにかかる応力が大きくなってその強度が低下してくる。したがって、バネの強度を確保しながら、バネ定数を小さくすることはできず、プーリの回転変動の吸収性能の向上には限界がある。
特開２００２−３０３３３３号公報

本発明は、バネの強度を下げることなく、プーリ等の環体の回転変動の吸収性能を向上可能と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２つの環体間で回転動力の伝達を行う動力伝達装置であって、上記外側環体の内周面に径方向内向きに突出するバネ受けを、また、上記内側環体の外周面に径方向外向きに突出するバネ受けを、それぞれ、軸方向で異なる位置に設け、該両環体間における上記両バネ受けの軸方向間に複数の環状プレートを回転可能にかつ軸方向に並置するとともに、各環状プレートの両側面に軸方向に突出するバネ受けを設け、上記両環体間における上記各バネ受けの円周方向間にバネを配置して、上記各バネ受けを介して直列に連結した複数のバネからなるバネ列を構成したことを特徴とするものである。

当該バネは、金属製だけでなく、樹脂製のバネも含む。上記バネは、コイルバネだけでなく、バネとしての機能を備えたものであればその名称や形状を問わないものであり、例えば、弾性体と表現されても、バネ機能を備えていれば、本発明のバネに含むものと解釈される。

本発明の動力伝達装置によれば、例えば、外側環体が回転すると、その回転動力は、各バネ受けを介して直列に連結した複数のバネを介して、内側環体に伝達される。したがって、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てプーリが回転変動するときは、ロータ軸がその慣性トルクにより該回転変動に追随できない状況下においても、当該回転変動はバネの圧縮伸長により吸収され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。

そして、本発明においては、各バネをバネ受けを介して直列に連結した構成としたから、バネ列のバネ定数をＫｔ、各バネのバネ定数をＫ、直列に連結するバネの個数（バネ列数）を例えばＮとすると、そのバネ列のバネ定数Ｋｔは、Ｋｔ＝Ｋ／Ｎとなる結果、バネの線径等を変えたりせず、したがって、バネとしての強度を確保しながら、当該バネ列によるプーリの回転変動の吸収性能を大幅に向上させることができる。

本発明によれば、バネの強度を下げずに、環体の回転変動の吸収性能を向上させることができる。

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は同プーリユニットにおいて転がり軸受を除いた各部の分解斜視図である。図１は、図２に示す相対回転状態にあるプーリとロータ軸とに対して各環状プレートが図示の位置関係の状態で組み込まれたときの各環状プレートのバネ受け部分を含む縦断面図である。

これらの図を参照して、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とを備える。プーリ２の内周面とロータ軸３の外周面との対向間で軸方向両端間に潤滑剤密封タイプの深溝型玉軸受からなる転がり軸受４，５が配置されている。転がり軸受４，５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６、内輪７、複数の玉８、それらを保持する冠形保持器９、およびシールリング１０からなる一般的な深溝玉軸受である。ロータ軸３の内周面には、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１１が一体回転可能に連結される。プーリ２の外周面には、ベルトＢを巻き掛けるための波状溝２ａが形成されている。

以上の構成において、プーリ２は、転がり軸受４，５の軸方向中間の内周面２ｃにおいて転がり軸受４寄り位置に径方向内向きに矩形薄板状に突出したバネ受け１２を備える。ロータ軸３は、転がり軸受４，５の軸方向中間の外周面３ａにおいて転がり軸受５寄り位置に径方向外向きに突出した矩形薄板状をなすバネ受け１３を備える。バネ受け１２，１３の両側面は、円周方向に向いている。上記配置位置により、バネ受け１２と１３は軸方向で相異なる位置に設けられている。プーリ２のバネ受け１２は、一方の側面が、バネをその一端側の座巻部分において受けるバネ座面１２ａとなり、他方の側面がバネをその他端側の座巻部分において受ける他方のバネ座面１２ｂとなる。ロータ軸３は、一方の側面がバネをその一端側の座巻部分において受けるバネ座面１３ａとなり、他方の側面がバネをその他端側の座巻部分において受ける他方のバネ座面１３ｂとなる。

プーリ２の内周面とロータ軸３の外周面との間でかつ両バネ受け１２，１３の軸方向間に複数の、この例ではいずれも内外径が同径でかつ軸方向肉厚が薄肉の３枚の第１、第２、第３環状プレート１４，１５，１６が回転可能にかつ軸方向に並置されている。各環状プレート１４，１５，１６は、その両側面における円周方向同一位置から軸方向に突出する平坦な矩形薄板状をなすバネ受け１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂを備える。各バネ受け１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂの両側面は、円周方向に向いている。バネ受け１４ａは、両側面がバネを受けるバネ座面１４ａ１，１４ａ２となる。バネ受け１４ｂは、両側面がバネを受けるバネ座面１４ｂ１，１４ｂ２となる。バネ受け１５ａは、両側面がバネを受けるバネ座面１５ａ１，１５ａ２となる。バネ受け１５ｂは、両側面がバネを受けるバネ座面１５ｂ１，１５ｂ２となる。バネ受け１６ａは、両側面がバネを受けるバネ座面１６ａ１，１６ａ２となる。バネ受け１６ｂは、両側面がバネを受けるバネ座面１６ｂ１，１６ｂ２となる。

プーリ２のバネ受け１２と該バネ受け１２に隣接する第１環状プレート１４のバネ受け１４ａとは軸方向同一位置において図上、円周方向１８０度離れて対向している。ただし、この円周方向対向位置は、以下の説明も含め、図１および図２の状態において説明の理解のためであり、プーリ２とロータ軸３の相対回転状態により、また、環状プレート１４〜１６の回転位置状態により、１８０度以上にも以下にもなる。プーリ１のバネ受け１２の一方のバネ座面１２ａと第１環状プレート１４のバネ受け１４ａの一方のバネ座面１４ａ１との円周方向間の収納空間には、第１コイルバネ１７が配置収納されている。第１コイルバネ１７の一端側１７ａは、プーリ１のバネ受け１２の一方のバネ座面１２ａが、他端側１７ｂは、第１環状プレート１４のバネ受け１４ａの一方のバネ座面１４ａ１に当接する。

プーリ１のバネ受け１２の他方のバネ座面１２ｂと第１環状プレート１４のバネ受け１４ａの他方のバネ座面１４ａ２との円周方向間の収納空間には、第２コイルバネ１８が配置収納されている。第２コイルバネ１８の一端側１８ａは、プーリ１のバネ受け１２の他方のバネ座面１２ｂに、他端側１８ｂは、第１環状プレート１４のバネ受け１４ａの他方のバネ座面１４ａ２に当接する。

第１環状プレート１４のバネ受け１４ｂと第２の環状プレート１５のバネ受け１５ａとは軸方向同一位置において図上、円周方向１８０度離れて対向している。第１環状プレート１４のバネ受け１４ｂの一方のバネ座面１４ｂ１と第２環状プレート１５のバネ受け１５ａの一方のバネ座面１５ａ１との円周方向間の収納空間には、第３コイルバネ１９が配置収納されている。第３コイルバネ１９の一端側１９ａは、第２環状プレート１５のバネ受け１５ａの一方のバネ座面１５ａ１に、他端側１９ｂは、第１環状プレート１４のバネ受け１４ｂの一方のバネ座面１４ｂ１に当接する。

第１環状プレート１４のバネ受け１４ｂの他方のバネ座面１４ｂ２と第２環状プレート１５のバネ受け１５ａの他方のバネ座面１５ａ２との円周方向間の収納空間には、第４コイルバネ２０が配置収納されている。第４コイルバネ２０の一端側２０ａは、第２環状プレート１５のバネ受け１５ａの他方のバネ座面１５ａ２に、他端側２０ｂは、第１環状プレート１４のバネ受け１４ｂの他方のバネ座面１４ｂ２に当接する。

第２環状プレート１５のバネ受け１５ｂと第３環状プレート１６のバネ受け１６ａとは軸方向同一位置において図上、円周方向１８０度離れて対向している。第２環状プレート１５のバネ受け１５ｂの一方のバネ座面１５ｂ１と第３環状プレート１６のバネ受け１６ａの一方のバネ座面１６ａ１との円周方向間の収納空間には、第５コイルバネ２１が配置収納されている。第５コイルバネ２１の一端側２１ａは、第２環状プレート１５のバネ受け１５ｂの一方のバネ座面１５ｂ１に、他端側２１ｂは、第３環状プレート１６のバネ受け１６ａの一方のバネ座面１６ａ１に当接する。

第２環状プレート１５のバネ受け１５ｂの他方のバネ座面１５ｂ２と第３環状プレート１６のバネ受け１６ａの他方のバネ座面１６ａ２との円周方向間の収納空間には、第６コイルバネ２２が配置収納されている。第６コイルバネ２２の一端側２２ａは、第２環状プレート１５のバネ受け１５ｂの他方のバネ座面１５ｂ２に、他端側２２ｂは、第３環状プレート１６のバネ受け１６ａの他方のバネ座面１６ａ２に当接する。

第３環状プレート１６のバネ受け１６ｂとロータ軸３のバネ受け１３とは軸方向同一位置において図上、円周方向１８０度離れて対向している。第３環状プレート１６のバネ受け１６ｂの一方のバネ座面１６ｂ１とロータ軸３のバネ受け１３の一方のバネ座面１３ａとの円周方向間の収納空間には、第７コイルバネ２３が配置収納されている。第７コイルバネ２３の一端側２３ａは、ロータ軸３のバネ受け１３の一方のバネ座面１３ａに、他端側２３ｂは、第３環状プレート１６のバネ受け１６ｂの一方のバネ座面１６ｂ１に当接する。

第３環状プレート１６のバネ受け１６ｂの他方のバネ座面１６ｂ２とロータ軸３のバネ受け１３の他方のバネ座面１３ｂとの円周方向間の収納空間には、第８コイルバネ２４が配置収納されている。第８コイルバネ２４の一端側２４ａは、ロータ軸３のバネ受け１３の他方のバネ座面１３ｂに、他端側２４ｂは、第３環状プレート１６のバネ受け１６ｂの他方のバネ座面１６ｂ２に当接する。

上記第１ないし第８コイルバネ１７〜２４において、第１コイルバネ１７、第４コイルバネ２０、第５コイルバネ２１、第８コイルバネ２４は、バネ受けを介して直列に連結された第１バネ列を構成している。第２コイルバネ１８、第３コイルバネ１９、第６コイルバネ２２、第７コイルバネ２３は、バネ受けを介して直列に連結された第２バネ列を構成している。例えば、プーリ２が図中、矢印Ｐ方向に回転すると、第１バネ列において、第１コイルバネ１７がプーリ２のバネ受け１２により同方向に押され、そのバネ受け１４ａが第１コイルバネ１７に係合している第１の環状プレート１４は、同方向への回転動力を受ける。これによって、第１環状プレート１４のバネ受け１４ｂに係合する第４コイルバネ２０が同方向への圧縮力を受ける。そうすると、そのバネ受け１５ａが第４コイルバネ２０に係合している第２環状プレート１５は、同方向への回転動力を受ける。これによって、第２環状プレート１５のバネ受け１５ｂに係合する第５コイルバネ２１が同方向への圧縮力を受ける。そうすると、そのバネ受け１６ａが第５コイルバネ２１に係合している第３環状プレート１６は、同方向への回転動力を受ける。これによって、第３環状プレート１６のバネ受け１６ｂに係合している第８コイルバネ２４が同方向への圧縮力を受ける。そうすると、そのバネ受け１３が第８コイルバネ２４に係合しているロータ軸３は、同方向への回転動力を受けて回転する。プーリ２が図中、矢印とは反対の方向に回転すると、上記とは逆に、第２バネ列を構成する各コイルバネ１８，１９，２２，２３を介して、ロータ軸３は、同反対方向の回転動力を受けて回転する。

以上のように、上記プーリユニット１においては、図示しないクランクシャフトの回転に伴ってベルトＢを介してプーリ２が回転すると、各バネ列を構成する各コイルバネを介して、ロータ軸３が回転して回転動力が伝達されるとともに、プーリ２の回転変動に対しては、上記各コイルバネ１７−２４の伸縮により吸収され、ロータ軸３にその回転変動は吸収されるようになる。

そして、本実施形態では、第１バネ列を構成する各コイルバネ１７，２０，２１，２４と、第２バネ列を構成する各コイルバネ１８，１９，２２，２３は、それぞれ、バネ受けを介して、直列に連結されているから、各バネ列を構成する各コイルバネ１７〜２４の線径を細くせずに、全体の強度を確保しながら、その全体のバネ定数を理論的にそれぞれのコイルバネ１７〜２４のそれの１／４に小さくすることができ、プーリ２の回転変動の吸収性能が向上するものとなっている。

なお、直列に連結した複数のコイルバネのバネ定数Ｋは、Ｋ＝（１／Ｎ）・（Ｇｄ^４／８ｎＤ^３）・Ｒ^２の式で与えられる。ただし、Ｄは平均コイル径、ｄはバネ線径、ＲはコイルバネのＰ．Ｃ．Ｄ．／２、ｎはバネ巻数、Ｇは横弾性係数（コイルバネの剛性率）、Ｎはバネ列数（直列に連結したバネの個数）である。

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要部の分解斜視図

符号の説明

２プーリ（外側環体）
３ロータ軸（内側環体）
１２，１３バネ受け
１４，１５，１６第１，第２，第３環状プレート
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂバネ受け
１７〜２４第１〜第８コイルバネ

Claims

同心配置した内側と外側の２つの環体間で回転動力の伝達を行う動力伝達装置であって、上記外側環体の内周面に径方向内向きに突出するバネ受けを、また、上記内側環体の外周面に径方向外向きに突出するバネ受けを、それぞれ、軸方向で相異なる位置に設け、該両環体間における上記両バネ受けの軸方向間に複数の環状プレートを回転可能にかつ軸方向に並置するとともに、各環状プレートの両側面に軸方向に突出するバネ受けを設け、上記両環体間における上記各バネ受けの円周方向間にバネを配置して、上記各バネ受けを介して直列に連結した複数のバネからなるバネ列を構成した、ことを特徴とする動力伝達装置。