JP2006009899A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一方向クラッチを用いないで回転変動を効率的に吸収可能とすること。
【解決手段】径方向内外に同心配置した外側環体２（プーリ）と内側環体３（ロータ軸）との間に可動環状レース１２と固定環状レース１３とを軸方向に対向配置し、可動環状レース１２を外側環体２に一体回転可能かつ軸方向変位可能に係合するとともに、該可動環状レース１２の背面側にバネ１５を配置し、固定環状レース１３を内側環体３に回転一体に固定するとともに、両環状レース１２，１３の対向面に環状波形部（係合部）１６，１７を設け、可動環状レース１２を、両環状波形部１６，１７の係合位置の変化により軸方向に変位可能とした構成。
【選択図】図１

Description

本発明は、径方向内外に同心配置した２つの環体間で回転動力の伝達を行う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。

自動車等の車両には、エンジンのクランクシャフトからベルトを介して駆動されるオルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウオーターポンプ、冷却ファン等の補機が装備されている。エンジンの回転動力をクランクシャフトからベルトを介して補機に伝達する場合、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と、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、ベルトの緩み側と張り側とが交互に入れ替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。

そのため、従来、オルタネータのロータ軸と、上記ベルトが巻き掛けられるプーリとの間に、動力伝達部材として一方向クラッチを用いた動力伝達装置が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、一方向クラッチ式の動力伝達装置では、入力回転の変動に応じて、クラッチ接続（動力伝達）状態とクラッチ遮断（動力非伝達）状態とが繰り返され、動力伝達状態の間に動力非伝達状態が介在することになる。入力側の大きな回転変動に伴ってクラッチ接続状態からクラッチ遮断状態に切り換わる場合、くさび部材としてのころやスプラグが急激にかみ合って出力側の回転にも比較的大きな変動が現れ、回転変動の吸収効果が不充分である。
特開２００１−９０７５１号公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、このような一方向クラッチを用いず、バネを用いて上記回転変動を効率的に吸収可能な動力伝達装置を提供することである。

本発明が完成されるに至るまでの過程を説明すると、本発明者らは、回転変動の吸収性能に劣る一方向クラッチの代わりにバネを用いた動力伝達装置を鋭意研究していた。その中で、プーリとロータ軸との間に当該両者と例えばスプライン嵌合して軸方向変位可能な環状レースと、該環状レースの軸方向両側に配置したコイルバネとで構成し、入力回転の変動に応じて環状レースをコイルバネのバネ力に抗して軸方向に変位させて回転変動を吸収する構成としたバネ式の動力伝達装置を考え付くに至った。なお、この考えに従い、本願出願人は、既に、特願２００４−８８９５０の動力伝達装置を提案している。しかしながら、このような本出願人の提案に係るバネ式の動力伝達装置の場合、スプライン嵌合部分が２つ存在しており、特に環状レースとロータ軸との間のスプライン嵌合による摩擦損失が大きく、動力伝達性能に影響を及ぼすものとなる上、コイルバネが２つ軸方向に配置するので、軸方向長さが長くなる。そこで、環状レースとロータ軸とをスプライン嵌合しない構成とし、かつ、軸方向に配置するバネの個数が１つで済む本発明を完成できるに至った。

本発明による動力伝達装置は、径方向内外に同心配置した外側環体と内側環体との間で回転動力の伝達を行う動力伝達装置であって、上記両環体間に２つの環状レースを軸方向に対向配置し、一方の環状レースを外側環体に回転一体でかつ軸方向変位可能に結合し、該一方の環状レースの背面側にバネを配置し、他方の環状レースを内側環体に回転一体に結合し、両環状レースの対向面それぞれに上記回転方向に係合の位置関係が変化する係合部を設けたことを特徴とするものである。好ましくは、上記係合部を、両環状レースの対向面それぞれに上記回転方向に対して波形に起伏する環状波形部により構成する。また、好ましくは、上記係合部を、両環状レースの対向面それぞれに互いに径方向に偏心した環状の軌道溝を設けるとともに当該両軌道溝間にピッチ円径を不変とした複数の転動体を介装して構成する。

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おいては、例えば、外側環体の回転動力は、両環状レースを介して内側環体に伝達される。この場合、外側環体が例えば加速側に回転変動すると、その外側環体の回転により可動環状レースが回転するが、内側環体は例えばロータ軸等のごとく慣性が大きいため回転しにくく、そのため、当該可動環状レースは固定環状レースに対して相対回転しつつ係合部の係合位置変化に従い軸方向に離隔変位してバネを圧縮する。その結果、外側環体の回転変動は、内側環体に伝達されにくく、該回転変動はバネで吸収される。

以上により、本発明の動力伝達装置によれば、一方向クラッチを用いないから、一方向クラッチを用いた動力伝達装置のごとく、回転動力の伝達に回転動力が伝達されていない状態が介在することがなく、また、入力側の回転変動が出力側の回転に大きな変動として現れることがなくなり、回転変動の吸収効果が円滑で充分に行われる。本発明の動力伝達装置ではさらに、固定環状レースを内側環体例えばロータ軸に固定するから、当該ロータ軸との間での摩擦損失が発生しなくて済むとともに、バネも可動と固定の両環状レースの軸方向両側ではなく軸方向一方側に配置するだけで済み、軸方向長さが短縮化される上、バネ個数を減らしてコストの削減を図れるものとなる。

本発明によれば、一方向クラッチ式ではなくバネ式とし、特に、回転変動の吸収性をより向上可能とした動力伝達装置を提供することができる。

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ける可動と固定の両環状レースの斜視図である。これらの図を参照して、１はプーリユニットの全体を示す。プーリユニット１は、外側環体としてのプーリ２と、内側環体としてのロータ軸３とを備える。

プーリ２は、外周側にエンジンのクランクシャフトに連動して回送されるベルト(図示省略)が巻き掛けられるプーリ溝４を有するとともに、内周側に軸方向直線状をなす雌のスプライン５を備える。ロータ軸３は、プーリ２に対してその径方向内側に同心配置されている。

転がり軸受６は、ロータ軸３をプーリ２に支持する深溝玉軸受であり、ロータ軸３の外周側の段部７と止め環８とにより軸方向不動に固定され、ロータ軸３に対してプーリ２の軸方向の位置決めをしている。プーリ２の鍔部９の内周側とロータ軸３の外周側との間には、プーリ２とロータ軸３との間の環状空間１０を外部から密封するシール１１が設けられている。

そして、本実施形態では、プーリ２とロータ軸３との間の環状空間１０に軸方向に可動と固定の２つの環状レース１２，１３を軸方向に相対向してスラスト軸受の形態にして設けている。可動環状レース１２は、外周面に、プーリ２の雌スプライン５に嵌合する雄スプライン１４を備え、プーリ２に対して互いのスプライン５，１４で嵌合してプーリ２と一体回転可能かつ軸方向変位可能になっている。可動環状レース１２の背面側とプーリ２の鍔部９との間には圧縮コイルバネ１５が配置されている。固定環状レース１３は、ロータ軸３に回転一体に固定されてロータ軸３と一体回転可能で軸方向変位不能になっている。

両環状レース１２，１３の軸方向対向面は、それぞれ、円周方向に沿って波形に起伏する環状波形部（係合部）１６，１７を有する。両環状波形部１６，１７は、それぞれ、円周方向に１８０度離れた２つの頂部と、１８０度離れた２つの底部とを有し、これら頂部と底部との間の斜面はトルク伝達性向上のため、ほぼ直線状とし頂部付近と底部付近とを衝撃緩和のため円弧状にしている。頂部と回転方向に両側にそれぞれ隣接する各底部との回転方向間隔は９０度である。可動環状レース１２の環状波形部１６の頂部は固定環状レース１３方向に突出し、可動環状レース１２の環状波形部１６の底部は、固定環状レース１３から遠ざかる方向に退出している。一方、固定環状レース１３の環状波形部１７の頂部は、可動環状レース１２に近づく方向に突出し、固定環状レース１３の環状波形部１７の底部は、可動環状レース１２から遠ざかる方向に退出している。可動環状レース１２と固定環状レース１３それぞれの環状波形部１６，１７には、互いに軸方向で対向する転動体用の軌道溝１８，１９が形成されている。両軌道溝１８，１９間には、多数の転動体２０が保持器２１に保持されて介装されている。ただし、転動体２０と保持器２１は図解の複雑化を避けるため簡略に示されている。両軌道溝１８，１９は、共に、溝深さが円周方向に一様になっている。なお、上記動力伝達装置においては、軌道溝１８，１９、転動体２０、保持器２１は、必ずしも、必須となるものではない。なお、環状波形部１６，１７の波形状は、三角波状が好ましいが、必ずしもこの波形状に限定されない。

上記環状レース１２，１３の構成では、例えば可動環状レース１２の環状波形部１６の頂部が、固定環状レース１３の環状波形部１７の底部に対向位置して、両環状レース１２，１３が最も接近しているときに、可動環状レース１２が回転すると、可動環状レース１２の環状波形部１６は、固定環状レース１３の環状波形部１７の斜面がその回転方向に対して昇り勾配の斜面となり、可動環状レース１２は、その回転により固定環状レース１３から離隔する方向に変位可能となる。また、例えば、可動環状レース１２の環状波形部１６の頂部が、固定環状レース１３の環状波形部１７の頂部に対向位置して、両環状レース１２，１３が最も離れているときでは、上記とは逆に可動環状レース１２が回転すると、固定環状レース１３の同斜面は降り勾配の斜面となり、可動環状レース１２は、その回転により固定環状レース１３に近接する方向に変位可能となる。この場合、可動環状レース１２のねじれ最大角度は片側９０度であり、可動環状レース１２は、環状波形部１６，１７の頂部と底部との軸方向高さの差分だけ、軸方向に変位可能となる。

以上の構成を備えたプーリユニット１の動作を説明すると、まず、ロータ軸３が回転静止の状態において、プーリ２がベルトにより駆動されて回転を開始（回転加速）すると、可動環状レース１２が該プーリ２と一体回転する。このとき、可動環状レース１２はその環状波形部１６が、固定環状レース１３の環状波形部１７に係合して当該固定環状レース１３を回転させようとするが、当該ロータ軸３が大きな慣性を有するために固定環状レース１３を回転させにくく、そのため、可動環状レース１２は、その環状波形部１６の斜面が固定環状レース１３の環状波形部１７の斜面を登るようにして回転していく（ねじれていく）結果、可動環状レース１２は固定環状レース１３から軸方向に圧縮コイルバネ１５を押圧しつつ離隔する方向に変位しようとする。これによって、可動環状レース１２の回転トルクは、一部が圧縮コイルバネ１５に吸収される一方、ロータ軸３が遅れて回転する。このことにより、慣性を有するロータ軸３の回転加速度を小さくして、過大トルクの発生を抑制し、ベルトの張力変動を低減することが可能になる。こうして、ロータ軸３が徐々に回転すると、可動環状レース１２は圧縮コイルバネ１５に押されて可動環状レース１２と固定環状レース１３それぞれの環状波形部１６，１７同士の結合状態が密となり、プーリ２からロータ軸３に回転動力を円滑に伝達することができる。なお、プーリ２の回転変動を両回転方向に吸収するため、回転方向一方に対する可動環状レース１２の最大回転（ねじれ）角は、環状波形部１６の頂部とこの頂部から９０度離れて隣接する底部との角度である９０度以内である。

このようにして本実施形態のプーリユニット１では、プーリ２の回転変動は、ロータ軸３には伝達されず、圧縮コイルバネ１５に吸収され、回転変動に伴うベルトへの急激なテンションの作用を防止され、ベルトやプーリ２の寿命を長くできる。

また、上記実施形態では、転動体２０が保持器２１により保持されており、環状波形部１６，１７の斜面に対して複数個常に介在するから、回転動力の伝達トルクが大きくなり、かつ、その安定したトルク伝達特性を得ることができる。

（他の形態）
図３ないし図６を参照して本発明の他の形態に係るプーリユニットを説明する。図３は、当該他の形態に係るプーリユニットの全体を示す側面断面図、図４は、可動環状レース１２と固定環状レース１３との斜視図、図５は、当該プーリユニットの動作説明に供するものでスラスト軸受を構成する可動環状レース１２と固定環状レース１３との部分側面図、図６は、図５の可動環状レース１２と固定環状レース１３それぞれの軌道溝の関係の説明に供する図である。図３および図４を参照して、この形態に係るプーリユニット１では、可動環状レース１２は、外周面にスプライン１４が形成され、対向面１６に環状の軌道溝３０が形成されている。固定環状レース１３は、対向面１７に軌道溝３０に対して径方向一方に偏心した環状の軌道溝３１が形成されている。両軌道溝３０，３１間に複数の転動体３２が介装されている。これら軌道溝３０，３１と転動体３２とにより、係合部を構成する。転動体３２は、可動環状レース１２と固定環状レース１３とが相対回転しても、図示略の保持器によりピッチ円径不変の状態に保持されて、両軌道溝３０，３１間を転動可能とされている。

図５を参照して、可動環状レース１２の対向面１６の軌道溝３０と固定環状レース１３の対向面１７の軌道溝３１との関係を説明すると、可動環状レース１２の回転位置により、両軌道溝３０，３１の対向関係は、図５（ａ）で示すように軸方向に正対する関係と、図５（ｂ）で示すように軌道溝３１に対して軌道溝３０が上記正対位置から径方向に偏心する関係と、図５（ｃ）で示すように軌道溝３１に対して軌道溝３０が上記正対位置からさらに径方向に偏心する関係とがある。この実施形態では、可動環状レース１２の回転（ねじれ）に伴い、軌道溝３０，３１の対向関係が、図５（ａ）から図５（ｃ）で示すような関係となる形状に当該軌道溝３０，３１を形成している。したがって、図５（ａ）では、軌道溝３０，３１が軸方向に正対して転動体３２は両軌道溝３０，３１の最も深い位置に位置するため、可動環状レース１２は固定環状レース１３に軸方向に対して最接近した位置（両環状レースの対向間隔ｄＡ）にある。図５（ｂ）では、軌道溝３０，３１の対向関係が正対位置から径方向に少しずれるため、転動体３２は軌道溝３０，３１の溝深さが浅い側に位置して、可動環状レース１２は固定環状レース１３から軸方向に少し離隔した位置（両環状レースの対向間隔ｄＢ）にある。図５（ｃ）では、軌道溝３０，３１の対向関係が正対位置から径方向に大きくずれるため、転動体３２は軌道溝３０，３１の溝深さが最も浅い側に位置して、可動環状レース１２は固定環状レース１３から軸方向に最も離隔した位置（両環状レースの対向間隔ｄＣ）にある。

したがって、プーリ２が例えば増速方向に回転変動すると、可動環状レース１２は、転動体３２を介して固定環状レース１３を回転させようとするが、当該ロータ軸３が大きな慣性を有するために、固定環状レース１３を回転させにくい。そのため、可動環状レース１２の回転に伴い、その対向面１６の軌道溝３０は、固定環状レース１３の対向面１７の軌道溝３１に対して、図５（ａ）の正対した位置から、図５（ｂ）のように径方向に偏心した位置、さらに図５（ｃ）のようにさらに径方向に偏心した位置とされ、これによって、両軌道溝３０，３１間の転動体３２は、軌道溝３０，３１の溝深さが順次、浅い位置側に位置していく結果となる。これによって可動環状レース１２は圧縮コイルバネ１５を圧縮しつつ固定環状レース１３から軸方向に離隔する方向に変位していく。そのため、可動環状レース１２の回転トルクは、一部が圧縮コイルバネ２５に吸収される結果、プーリ２の加速時では、瞬間的にロータ軸３が遅れて回転する。このことにより、慣性を有するロータ軸３の回転加速度を小さくして、過大トルクの発生を抑制し、ベルトの張力変動を低減することが可能になる。こうして、ロータ軸３が徐々に回転すると、可動環状レース１２は圧縮コイルバネ１５に押されて固定環状レース１３に回転動力を伝達させやすくなり、プーリ２の回転動力は、ロータ軸３に円滑に伝達される。

なお、図６を参照して、上記図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）の動作の理解のため補足説明すると、図６では、それぞれ、図５（ａ）の状態が状態（Ａ）、図５（ｂ）が状態（Ｂ）、図５（ｃ）が状態（Ｃ）に示されている。図６では、プーリ２とロータ軸３を共にハッチングで示している。可動環状レース１２は、ハッチング示すプーリ２に一体回転し、固定環状レース１３はハッチングで示すロータ軸３に一体回転する。状態（Ｃ）で示す可動環状レース１２の軌道溝３０とその軌道溝３０の中心Ｏ１と、固定環状レース１３の軌道溝３１と、該軌道溝３１の中心Ｏ２と、プーリ２とロータ軸３それぞれの回転中心Ｏ３と、両軌道溝３０，３１間に介装した複数の転動体３２とが示されている。転動体３２のうち、荷重を受ける転動体３２に対してのみハッチングが施されている。ハッチングが施されている転動体３２は２個である。すなわち、状態（Ｃ）では、荷重を受ける転動体３２は２個だけである。軌道溝３０の中心Ｏ１で直交する２つの線Ｌ１，Ｌ２と、軌道溝３１の中心Ｏ２で直交する２つの線Ｌ３，Ｌ４とにおいて、線Ｌ２と線Ｌ４とがなす角度θがねじれ角となり、回転中心Ｏ３の中心Ｏ１からの線Ｌ２上のずれが、偏心量δである。状態（Ａ）では可動環状レース１２と固定環状レース１３との対向間隔ｄＡが最も狭く、状態（Ｂ）の間隔ｄＢはその次に狭く、状態（Ｃ）の間隔ｄＣが最も広い。転動体３２のＰＣＤ（ピッチ円径）は状態（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）のいずれも同じで不変である。

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の環状レースの斜視図 本発明の他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３の可動環状レースと固定環状レースとの斜視図 図３のプーリユニットの動作説明に供する図 図５の動作の補足説明に供する図

符号の説明

２ プーリ（外側環体）
３ ロータ軸（内側環体）
５ プーリのスプライン
１２ 可動環状レース
１３ 固定環状レース
１４ 可動環状レースのスプライン
１５ 圧縮コイルバネ
１６ 可動環状レースの環状波形部（係合部）
１７ 固定環状レースの環状波形部（係合部）

Claims (1)

1. 径方向内外に同心配置した外側環体と内側環体との間で回転動力の伝達を行う動力伝達装置であって、上記両環体間に２つの環状レースを軸方向に対向配置し、一方の環状レースを外側環体に回転一体でかつ軸方向変位可能に結合し、該一方の環状レースの背面側にバネを配置し、他方の環状レースを内側環体に回転一体に結合し、両環状レースの対向面それぞれに上記回転方向に係合の位置関係が変化する係合部を設けた、ことを特徴とする動力伝達装置。

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