JP2006009900A - 動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バネ定数を小さくして回転変動の吸収性能を向上するにあたり、バネの強度を確保しかつバネ全体の軸方向幅寸法を縮小可能にする。
【解決手段】本動力伝達装置（プーリユニット１）は同心配置した外側環体（プーリ２）と内側環体（ロータ軸３）との間で動力伝達を行うものであって、上記両環体間に当該両環体の相対回転に伴い遊星転動する遊星転動体（遊星歯車１６）を介装するとともに、バネ（ねじりコイルバネ１９）の一端側を上記遊星転動体に、同他端側を一方の環体（プーリ２）にそれぞれ連結した構成。
【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、上記の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、クラッチのロック状態とフリー状態とが繰り返され、動力伝達状態の間に非動力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フリー状態からロック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うから、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

そこで、本発明者らは、このような一方向クラッチ式の動力伝達装置に対して、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なるようなバネ式の動力伝達装置を開発研究している。このようなバネ式の動力伝達装置において、プーリの回転変動の吸収性能を向上させるには、バネの線径を細くしたり、あるいは、バネの巻数を増やしたりして、そのバネ定数を小さくすることが考えられる。しかしながら、バネの線径を細くすると、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という課題があり、バネの巻数を増やすと、バネ全体の軸方向幅寸法が増大するという課題がある。

したがって、本発明により解決すべき課題は、プーリ等の環体の回転変動の吸収性能を向上するために、バネ定数を小さくするにあたり、バネの強度を確保でき、同時に、バネ全体の軸方向幅寸法を縮小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、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であって、上記両環体間に遊星転動体を介装するとともに、バネの各端を上記遊星転動体と一方の環体にそれぞれ連結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、ねじり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。
当該遊星転動体には、ギアを外周面に備えた歯車構造としたものや、外周面を摩擦面とした摩擦車構造としたものがある。遊星転動体を歯車構造とした場合、内側環体の外周面と外側環体の内周面それぞれにギア部を形成し、また、遊星転動体を摩擦車構造とした場合、内側環体の外周面と外側環体の内周面それぞれに摩擦面を形成するとよい。

本発明の動力伝達装置によれば、内側環体が静止状態のときに、外側環体が回転すると、遊星転動体は自転しながら内側環体の回りを公転する。遊星転動体が公転すると、バネの一端側がねじられる。上記の場合、バネのねじれ角をθ１、外側環体の回転角をθ２、遊星転動体の回転角（公転角）をθ３とすると、バネのねじれ角θ１は、θ２−θ３で与えられる。ここで、バネが外側環体と内側環体とのそれぞれに連結されている従来の動力伝達装置では、バネのねじれ角をθ１´とすると、該ねじれ角θ１´は、外側環体の回転角θ２で与えられる。したがって、本発明の場合、バネのねじれ角θ１は、従来の場合のそれθ１´よりも、遊星転動体の回転角θ３分だけ、小さくなり、同じ回転変動吸収性能を向上するべくバネの巻数を少なくしてバネ定数を小さくするのに、当該バネの巻数を少なくして、バネ全体の軸方向幅寸法を縮小することができる。

本発明の好ましい実施態様として、上記遊星転動体を複数介装し、これら各遊星転動体をキャリアプレートで一体に連結し、該キャリアプレートに対して上記バネの一端側を連結する。

本発明の好ましい実施態様として、上記遊星転動体を複数介装し、これら複数の遊星転動体のうち、少なくとも１つに上記バネの一端側を連結する。

本発明の好ましい実施態様として、本発明の両環体のうち、外側環体の内周面にギア部、内側環体の外周面にギア部をそれぞれ設け、上記遊星転動体を上記両ギア部に噛合する遊星歯車構造となして上記３者で遊星歯車機構とする。

本発明によれば、プーリ等の環体の回転変動の吸収性能を向上するために、バネ定数を小さくするにあたり、バネの強度を確保でき、同時に、バネ全体の軸方向幅寸法を縮小可能とすることができる。

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は当該実施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２は図１のＡ−Ａ線断面の矢視図である。

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との軸方向一側端間に配設される転がり軸受４とを備える。プーリ２とロータ軸３との軸方向他側端間はすべり軸受５の構成となっている。プーリ２は図示略のベルトを巻掛ける巻掛部７と、この巻掛部７に一体に形成されるとともに、プーリ２の内周の軸方向他端側（ロータ軸３の自由端側に対応）に径方向内向きの鍔部８とを有する。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が一体回転可能に連結される。転がり軸受４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一側に介装された一般的な深溝玉軸受の構成とされ、外輪９、内輪１０、複数の玉１１、これら玉１１を保持する保持器１２、およびシールリング１３からなっている。すべり軸受５はプーリ２の鍔部８の内周面８ａと、ロータ軸３の軸方向他端側の外周面３ａとをすべり接触可能とすることで構成される。

本実施形態では、上記構成に加えて、プーリ２の内周面にギア部１４を形成して当該プーリ２を内歯歯車構造となし、また、ロータ軸３の外周面に上記ギア部１４に径方向で対向するギア部１５を形成して当該ロータ軸３を太陽歯車構造となし、これら両ギア部１４，１５間に円周方向等間隔に複数の遊星歯車（遊星転動体）１６を介装し、各遊星歯車１６それぞれに遊星歯車支持軸１７を挿入し、これら各遊星歯車支持軸１７をキャリアプレート１８に一体に連結して、当該プーリユニット１の全体を遊星歯車機構にするとともに、かつ、キャリアプレート１８とプーリ２との間にねじりコイルバネ１９を連結固定した構成になっている。ねじりコイルバネ１９の固定は、例えば、キャリアプレート１８に設けたバネ固定穴１８ａにねじりコイルバネ１９の一端側を挿入固定し、プーリ２の鍔部８に設けたバネ固定穴８ｂにねじりコイルバネ１９の他端側を挿入固定することにより行われる。また、転がり軸受４と遊星歯車１６との間に位置決め環状体３０が設けられている。

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、当該ロータ軸３は大きな慣性を有するために回転させにくく、そのために、プーリ２とロータ軸３との間がねじれようとするが、この場合、プーリ２とロータ軸３との間に介装されている遊星歯車１６が自転しつつ公転する。遊星歯車１６が公転すると、ねじりコイルバネ１９がねじられてトルクが発生して当該遊星歯車３の公転を阻止しようとする。こうして、遊星歯車１６の公転が阻止されると、ロータ軸３が回転させられる。このようにして、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。

以上のプーリ２とロータ軸３とのねじれ量は、プーリ２の回転加速度、ロータ軸３の慣性モーメント、ねじりコイルバネ１９のバネ定数により決まるが、プーリユニット１が遊星歯車機構になっていることから、プーリ２とロータ軸３との間のねじれ量よりも、プーリ２の回転角と遊星歯車１６の公転角との差の方が小さく、すなわち、ねじりコイルバネ１９のねじれ量が小さくなる。したがって、ねじりコイルバネ１９の巻数を減らして、当該ねじりコイルバネ１９の軸方向寸法を縮小することができる。

以上の説明において、ねじりコイルバネ１９がねじられている過程では、ねじりコイルバネ１９により回転動力が吸収されることにより、その回転動力が徐々にロータ軸３へ伝達され、ねじりコイルバネ１９がねじられなくなったときは、プーリ２の動力伝達は遊星歯車１６を介してそのままロータ軸３に伝達される。また、ねじりコイルバネ１９がねじり戻されているときは、上記ねじりコイルバネ１９が吸収した回転動力分はロータ軸３へ放出される。

以上のように、本実施形態では、ねじりコイルバネ１９のねじれ角をθ１、プーリ２の回転角をθ２、遊星歯車１６の公転角をθ３とすると、ねじりコイルバネ１９のねじれ角θ１は、θ２−θ３で与えられる。一方、ねじりコイルバネ１９がプーリ２とロータ軸３とのそれぞれに連結されている従来の動力伝達装置では、ねじりコイルバネ１９のねじれ角をθ１´とすると、該ねじれ角θ１´は、プーリ２の回転角θ２で与えられる。したがって、本実施形態の場合、ねじりコイルバネ１９のねじれ角θ１は、従来よりも、遊星歯車１６の公転角θ３分だけ、小さくなる。そのため、同じ回転変動吸収性能を向上するべく、ねじりコイルバネ１９の巻数を少なくしてそのバネ定数を小さくするのに、本実施形態では当該ねじりコイルバネ１９の巻数を少なくして、ねじりコイルバネ１９全体の軸方向幅寸法を縮小することができる。

（他の形態）
図３を参照して本発明の他の形態を説明する。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である。同図に示す形態においては、各遊星歯車を一体に連結するキャリアプレート１８を用いず、ねじりコイルバネ１９の一端側を直接、遊星歯車１６の中心孔２０に挿入した構成としたものであり、プーリユニット１の挙動は既述のプーリユニットの挙動と同様であるからその説明は省略する。以上の構成を備えたプーリユニット１においても、上記図１および図２に示したプーリユニット１と同様に、プーリ２の回転変動を吸収するためのねじりコイルバネ１９の巻数を少なくしてそのバネ定数を小さくすることができ、従来よりもねじりコイルバネ１９全体の軸方向幅寸法を縮小することができる。

（さらに他の形態）
図４および図５を参照して本発明のさらに他の形態を説明する。図４は、当該さらに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５は、図４に示すＣ形止め輪状バネとそ周辺の斜視図である。これらの図に示す形態においては、上述した形態に用いるねじりコイルバネ１９に代えて、複数、この形態では３個の第１ないし第３Ｃ形止め輪状バネ２１，２２，２３を用いたことに特徴を有する。すなわち、遊星歯車１６の端面にピン２４（遊星歯車側ピン）を当該遊星歯車１６と一体または別体に軸方向一方に突設し、各Ｃ形止め輪状バネ２１，２２，２３を並列配置した状態で各Ｃ形止め輪状バネ２１，２２，２３の各一端側ピン穴２１ａ，２２ａ，２３ａに遊星歯車側ピン２４を挿入して当該遊星歯車側ピン２４に各Ｃ形止め輪状バネ２１，２２，２３の各一端側を連結係合する一方、プーリ２の内側面にピン２５（プーリ側ピン）を当該プーリ２と一体または別体に軸方向他方に突設し、各Ｃ形止め輪状バネ２１，２２，２３の各他端側ピン穴２１ｂ，２２ｂ，２３ｂにプーリ側ピン２５を挿入して当該プーリ側ピン２５に各Ｃ形止め輪状バネ２１，２２，２３の各他端側を連結係合した構成になっている。

以上の構成を備えたプーリユニット１においては、各Ｃ形止め輪状バネ２１，２２，２３が既述した上記実施形態のねじりコイルバネ１９と同様の作用をなすものであるから、当該プーリユニット１の挙動の説明は上述の実施形態のそれと同様であるから、その説明は省略する。

なお、Ｃ形止め輪状バネ２１，２２，２３は、図６で示すように、軸方向一端側に配置した第１Ｃ形止め輪状バネ２１のピン穴２１ａを遊星歯車側ピン２４に挿入し、軸方向他端側に配置した第３Ｃ形止め輪状バネ２３のピン穴２３ｂをプーリ側ピン２５に挿入し、これらの間に介在する第２Ｃ形止め輪状バネ２２の両側の各ピン穴２２ａ，２２ｂと第１Ｃ形止め輪状バネ２１と第３Ｃ形止め輪状バネ２３のピン穴２１ｂ，２３ａをそれぞれピン２６で接続してこれらＣ形止め輪状バネ２１，２２，２３を直列に接続した構成としてもよい。

このように複数のＣ形止め輪状バネ２１，２２，２３を直列または並列のバネ列構成に接続することで、それらＣ形止め輪状バネ２１，２２，２３の線径等を変えたりせずに、当該バネ列のバネ定数を調整ないし設定して、当該バネ列によるプーリ２の回転変動の吸収性能を向上させることができる。

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Ａ−Ａ線の矢視断面図 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 本発明のさらに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４のＣ形止め輪状バネの、遊星歯車とプーリとの連結関係を示す斜視図 図４のＣ形止め輪状バネの他の連結例を示す図

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）
１６ 遊星歯車（遊星転動体）
１７ 遊星歯車支持軸
１８ キャリアプレート
１９ ねじりコイルバネ

Claims (1)

1. 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であって、上記両環体間に遊星転動体を介装するとともに、バネの各端を上記遊星転動体と一方の環体にそれぞれ連結した、ことを特徴とする動力伝達装置。

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