JP2005299856A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】例えばプーリユニットにおいて、ベルトとプーリとの間の異音の発生防止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】プーリ（外側環体）２の内周面に駆動側第１突片（外側突片）１５を、ロータ軸（内側環体）３の外周面に従動側第１突片（内側突片）１７をそれぞれ形成し、プーリ２とロータ軸３との間の環状収納空間Ａ１に、波形バネ１８を配置したプーリユニット（動力伝達装置）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、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、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る。

なお、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、突片をそれぞれ設け、両突片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の防止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。

本発明第１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に突出した外側突片を、内側環体の外周面に径方向外向きに突出した内側突片に対して円周方向交互に配置されるように設け、上記両環体および上記両突片によって形成される対向空間の円周方向に波形バネを配置したことを特徴とするものである。

上記本発明第１の動力伝達装置においては、例えば外側環体が駆動側の環体となって外側環体の角速度が増加変動するとき、外側環体の回転に伴い外側突片が周方向へ移動して、波形バネをその弾性に抗して押圧し、角速度の増加に伴う負荷が波形バネに働くこととなってこれが弾性変形させられる。このようにして波形バネが弾性変形することで、外側環体の角速度の増加変動分を吸収することになる。外側環体の角速度が減少変動するときは、内側環体の慣性回転に伴い、内側突片が周方向に移動し、内側突片が波形バネから離れることで、波形バネの弾性変形がいったん開放され、さらに内側環体が回転すると、これに伴って内側突片が周方向に位相をずらし、内側突片が波形バネに当接してこれを押圧し、波形バネを弾性変形させる。このように、波形バネが弾性変形することで、外側環体の角速度の減少変動分を吸収することになる。

本発明第２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、上記両環体の対向間に中間環体を配置し、上記外側環体の内周面に径方向内向きに突出した外側突片を、上記中間環体の外周面に径方向外向きに突出した第１中間突片に対して円周方向交互に配置されるように設け、上記内側環体の外周面に径方向外向きに突出した内側突片を、上記中間環体の内周面に径方向内向きに突出した第２中間突片に対して円周方向交互に配置されるように設け、上記外側環体と上記中間環体と上記両突片とにより形成される対向空間に第１波形バネを配置し、上記中間環体と上記内側環体と上記両突片とにより形成される対向空間に第２波形バネを配置したことを特徴とするものである。

上記本発明第２の動力伝達装置においては、例えば外側環体が駆動側の環体となって外側環体の角速度が増加変動するときや減少変動するときは、外側環体と中間環体との間の第１波形バネと、中間環体と内側環体との間の第２波形バネとにより、外側環体の角速度の上記変動分を吸収することになる。この場合、両波形バネは直列に接続されるので、両波形バネ全体のバネ定数が下がり、より上記変動分の吸収性が向上する。

この種の動力伝達装置では、そのダンパ性能を向上させようとすれば、これまで弾性体の弾性（強度）を低下させる必要があった。しかし、弾性の低い弾性体をこの種の動力伝達装置に用いると、例えば外側環体に増減速変動があった場合に弾性体にエネルギーが蓄積されすぎてしまい、弾性体の経年劣化が早期に発生することが懸念される。

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波形バネが弾性変形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、ベルトとプーリとの間で異音の発生等が抑制ないしは解消され、ベルトの耐久性が向上される。また、従来の技術として、上述したように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方向数箇所に、突片をそれぞれ設け、両突片が円周方向で対向する空間にゴムやコイルバネなどの弾性体を配置したプーリユニットが提案されている。

このように、両突片が円周方向で対向する空間にゴムやコイルバネなどの弾性体をダンパとして配置する場合、ゴムやコイルバネに必要な弾性・強度を有するものを用いると、上記空間の容積を大きくしなければ収納できない。このため、ロータ軸の径を小さくするなどして対応すると、プーリユニットの強度が低下してしまうことが考えられる。

しかし、本発明では、ダンパとして波形バネを用いるとともに、この波形バネを外側突片および内側突片とにより形成される対向空間をくぐって配置したことから、プーリとロータ軸との対向する波形バネの配置ないし収納空間の径方向幅を小さくすることができる。このため、ロータ軸の径を小さくする必要がなくなり、したがって、プーリユニットの強度の低下を抑制することができる。

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、ベルトの異音発生の抑制ないし防止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は同じく同プーリユニットの正面断面図である。

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、プーリ２の内周側に配置されてプーリ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動力伝達部材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との間の環状空間の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の外周面には、ベルトＶを巻き掛けるための波状溝２ｂが形成されている。プーリ２の内周面の軸方向中間における円周方向等配複数箇所には、外側突片として、径方向内向きに突出する板状の駆動側第１突片１５が一体形成されている。

駆動側第１突片（外側突片）１５の内周面１５ｃは、ロータ軸３の外周面３ａに非接触とされ、駆動側第１突片１５の周方向側面１５ａ，１５ｂどうしは径方向に沿って互いに平行に形成されている。

ロータ軸３には、例えば自動車に備える補機の回転軸４０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等配複数箇所には、内側突片として径方向外向きに突出する従動側第１突片（内側突片）１７が一体形成されている。

従動側第１突片１７は、駆動側第１突片１５間に配置可能なようロータ軸３の外周面に円周方向所定間隔ごとに配置され、径方向外向きに突出されている。従動側第１突片１７の周方向側面１７ａ，１７ｂどうしは径方向に沿って互いに平行に形成されている。

なお、駆動側第１突片１５および従動側第１突片１７を同一の径方向に沿わせるよう位置合わせした状態で、駆動側第１突片１５の内周面１５ｃと従動側第１突片１７の外周面１７ｃとの間に、すき間δを有する。

動力伝達部材４は、上記駆動側第１突片１５と、従動側第１突片１７と、プーリ２とロータ軸３との対向する環状収納空間（波形空間）Ａ１に配置される波形バネ１８とから構成されている。

波形バネ１８は、従動側第１突片１７を駆動側第１突片１５間に配置した状態で、湾曲部１９，２０が駆動側第１突片１５および従動側第１突片１７をくぐって回避するよう一体の波形に形成されている。

上記構成のプーリユニット１において、図示しないクランクシャフトの回転に伴ってベルトＶが回転すると、その回転に伴なって例えばプーリ２が、図２の時計方向に回転駆動する。そうすると、ロータ軸３は、動力伝達部材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、図の仮想線（二点鎖線）で示すように駆動側第１突片１５が移動し、これら駆動側第１突片１５によって波形バネ１８の湾曲部１９，２０が周方向に押圧されて波形バネ１８全体が周方向に回動し、波形バネ１８によって従動側第１突片１７が周方向に押圧されてロータ軸３がプーリ２に従動回転する。

ここで、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場合について説明する。この場合、図３の仮想線で示すように、プーリ２の時計方向への角速度の増加に伴い、プーリ２の駆動側第１突片１５がさらに時計方向へ移動し、波形バネ１８の弾性に抗して角速度の増加に伴う負荷が波形バネ１８に働いてこれが弾性変形させられる。

このように、波形バネ１８が弾性変形することで、プーリ２の角速度の増加変動分を吸収することになり、プーリ２とベルトＶとの間での滑りや異音の発生を防止することができる。

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、図４で示すように、ロータ軸３がその慣性回転による時計方向の回転に伴い、ロータ軸３の従動側第１突片１７が時計方向に移動し、従動側第１突片１７が波形バネ１８から離れることで、波形バネ１８の弾性変形がいったん開放されることになる。

さらにロータ軸３が時計方向に回転すると、これに伴って従動側第１突片１７が時計方向に位相をずらし、これら従動側第１突片１７が波形バネ１８（湾曲部２０）に当接して押圧する。この押圧力は波形バネ１８の弾性に抗して働き、波形バネ１８を弾性変形させる。

このように、波形バネ１８が弾性変形することで、プーリ２の角速度の減少変動分を吸収することになり、プーリ２とベルトＶとの間での滑りや異音の発生を防止し、もって長期にわたり、信頼性に優れたプーリユニット１を提供することができる。

ところで、従来の技術として、上述したように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、突片をそれぞれ設け、両突片が円周方向で対向する空間にゴムやコイルバネなどの弾性体を配置したプーリユニットが提案されている。

このように、両突片が円周方向で対向する空間にゴムやコイルバネなどの弾性体をダンパとして配置する場合、ゴムやコイルバネに必要な弾性・強度を有するものを用いると、上記空間の容積を大きくしなければ収納できない。

このため、ロータ軸の径を小さくするなどして対応すると、プーリユニットの強度が低下してしまうことが考えられる。

しかし、本発明の実施の形態のようにダンパとして、湾曲部１９，２０が駆動側第１突片１５および従動側第１突片１７をくぐって回避する一体の波形バネ１８を用いることにより、プーリ２とロータ軸３との対向する環状収納空間Ａ１の径方向幅を小さくすることができる。このため、ロータ軸３の径を小さくする必要がなくなり、したがって、プーリユニット１の強度の低下を抑制することができる。

本発明は上記実施の形態に限定されない。すなわち図５は、さらにダンパ性能を向上させつつ、バネ定数を小さくし、かつ強度の低下を抑制する構成としたプーリユニット１を示す。

このプーリユニット１における動力伝達部材４は、プーリ（外側環体）２とロータ軸（内側環体）３との間に配置された中間環体２５と、プーリ２の内周面に形成された駆動側第１突片（外側突片）２６と、中間環体２５の外周面に形成された従動側第１突片（第１中間突片）２７と、中間環体２５の内周面に形成された駆動側第２突片（第２中間突片）２８と、ロータ軸の外周面に形成された従動側第２突片（内側突片）２９と、プーリ２と中間環体２５との間の環状収納空間（第１波形空間）Ａ２に配置された第１波形バネ３０と、中間環体２５とロータ軸３との間の環状収納空間（第２波形空間）Ａ３に配置された第２波形バネ３１とから構成される。

このような構成のプーリユニット１では、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場合、あるいはプーリ２の角速度が減少変動する場合の何れも、駆動側第１突片２６、従動側第１突片２７、駆動側第２突片２８、および従動側第２突片２９が、第１波形バネ３０および第２波形バネ３１を弾性変形させ、これら第１波形バネ３０、第２波形バネ３１がダンパとなって、プーリ２の角速度の変動を吸収することになり、プーリ２とベルトＶとの間での滑りや異音の発生を防止することができる。

そして、波形バネを２個使いする構成で、上記実施の形態に比べてバネ定数の小さな波形バネを用いることができるので、ダンパ性能が向上し、しかもバネ定数の小さな波形バネであっても２個使いすることで、プーリユニット１の強度の低下を抑制することができる。

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のＢ−Ｂ線断面矢視図 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 本発明の他の形態に係るプーリユニットの正面断面図

符号の説明

１ プーリユニット（動力伝達装置）
２ プーリ（外側環体）
３ ロータ軸（内側環体）
４ 動力伝達部材
５，６ 転がり軸受
１５ 駆動側第１突片（外側突片）
１７ 従動側第１突片（内側突片）
１８ 波形バネ
１９，２０ 湾曲部

Claims (2)

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に突出した外側突片を、内側環体の外周面に径方向外向きに突出した内側突片に対して円周方向交互に配置されるように設け、上記両環体および上記両突片によって形成される対向空間の円周方向に波形バネを配置した、ことを特徴とする動力伝達装置。
2. 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、上記両環体の対向間に中間環体を配置し、上記外側環体の内周面に径方向内向きに突出した外側突片を、上記中間環体の外周面に径方向外向きに突出した第１中間突片に対して円周方向交互に配置されるように設け、上記内側環体の外周面に径方向外向きに突出した内側突片を、上記中間環体の内周面に径方向内向きに突出した第２中間突片に対して円周方向交互に配置されるように設け、上記外側環体と上記中間環体と上記両突片とにより形成される対向空間に第１波形バネを配置し、上記中間環体と上記内側環体と上記両突片とにより形成される対向空間に第２波形バネを配置した、ことを特徴とする動力伝達装置。

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