JP2006077941A

JP2006077941A - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP2006077941A
Application number: JP2004265042A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Yamatani; 知也山谷; Hajime Watanabe; 肇渡邉; Hideki Fujiwara; 英樹藤原
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-09-13
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】線径が太く、また、巻数が少ないバネを用いて、回転変動の吸収性能を向上させる。
【解決手段】本動力伝達装置（プーリユニット１）は同心配置したプーリ２（外側環体）とロータ軸３（内側環体）との間で動力伝達を行うものであって、プーリ２を内歯車構成とし、偏心カム１５をロータ軸３の外周に設け、外歯車構成とした中間環体１７を偏心カム１５の外周にすべり軸受７（軸受）を介して設け、プーリ２と中間環体１７の両歯部１４，１８を噛み合わせるとともに、プーリ２と中間環体１７との間にねじりコイルバネ１９（バネ）の両端を固定した構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、径方向内外に同心に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プーリユニット等の動力伝達装置に関し、特に、上記回転動力の伝達に際してのこれら環体の回転速度の変動（回転変動）をバネを用いて吸収する動力伝達装置に関するものである。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。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、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、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（動力伝達状態）とフリー状態（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バネで媒介する一方、このバネの弾性により、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できる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、バネ線径を細くしたり、あるいは、バネ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、バネ線径を細くすると、バネにかかる応力が大きくなってバネ強度が低下してくるという課題があり、また、バネ巻数を増やすと、バネ寸法が増大するという課題がある。

したがって、本発明は、バネを用いた動力伝達装置において、バネ線径が太く、また、バネ巻数が少ないバネであっても、一方向クラッチ式の動力伝達装置と比較して回転変動の吸収性能を向上可能にすることを解決すべき課題としている。

本発明による動力伝達装置は、径方向内外に同心に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、外側環体をその内周に複数の歯部を備えた内歯車構成とし、内側環体の外周に該内側環体と一体回転可能でかつ該内側環体に対して偏心した円形の偏心カムを設け、偏心カムの外周に軸受を介してかつ偏心カムと同心に中間環体を配置するとともに、この中間環体をその外周に複数の歯部を備えた外歯車構成とし、外側環体と中間環体との互いの歯部を噛み合わせ、ねじりコイルバネを内側環体に巻装するとともに、該ねじりコイルバネの両端を外側環体と中間環体とに固定したことを特徴とするものである。

本発明による動力伝達装置の作用を説明する。外側環体が回転するとき、内側環体の回転慣性により、中間環体は、外側環体と中間環体との回転差分だけ多く回転（自転）する。この回転においては、ねじりコイルバネは、少なくとも外側環体と中間環体との回転差分だけ、ねじられてトルクが発生する。外側環体が上記回転方向にその回転を続行して中間環体の回転（自転）が進むと、ねじりコイルバネの増大トルクにより、中間環体は、偏心カムを介して、内側環体を自転させるように、内側環体の周囲を回転（公転）するようになる。これによって、内側環体には、外側環体の回転動力が徐々に伝達されてくる。

一方、外側環体の急激な回転変動に対しては、内側環体それ自体の慣性力により、中間環体が自転させられる。この場合、バネがねじれられるが、このときのバネのねじれ角θ１は、外側環体と中間環体との回転差分で与えられる。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のバネのねじれ角θ１´は、外側環体の回転分で与えられる。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、上記回転差分だけ、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小さくしてバネ定数を小さくするのに、該バネ巻数を少なくして、また、バネ線径を太くして、バネ全体の軸方向幅寸法を縮小することができる。

本発明によれば、バネ線径が太く、また、バネ巻数が少ないバネを用いていても、一方向クラッチ式の動力伝達装置と比較してプーリ等の環体の回転変動の吸収性能が向上した動力伝達装置を提供することができる。

以下、本発明の最良の実施の形態を、添付した図面を参照して説明する。本実施の形態では、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しているが、適用される動力伝達装置は、プーリユニットに限定されず、要するに、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ものであり、かつ、少なくとも一方の環体の回転変動をバネを用いて吸収するバネ式の動力伝達装置であればよい。

図１は当該実施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２は図１のＡ−Ａ線断面を矢符方向に見た断面図である。なお、説明の便宜により、図１において、右側を軸方向一方側と言い、また、左側を軸方向他方側と言うことにする。

これらの図に示すプーリユニット１は、プーリ（外側環体）２と、プーリ２に対してその径方向内側でかつ同心に配置されてプーリ２との間で回転動力の伝達を行うロータ軸（内側環体）３と、プーリ２とロータ軸３との軸方向一方側の対向間に配設固定された転がり軸受４とを備える。

プーリ２は、外周に、図示略のベルトを巻掛けるベルト巻掛部５を有し、また、軸方向他方側の内周に径方向内向きに延びた環状鍔部６を有する。プーリ２の環状鍔部６の内周とロータ軸３の外周との間の隙間にすべり軸受７が設けられている。この場合、すべり軸受７を省略し、この隙間を微小隙間としてプーリユニット１内部を密封可能としてもよい。

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８において軸方向一方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。

以上の構成において、本実施の形態では、プーリ２の内周に複数の歯部１４を円周方向等間隔に設けることにより、プーリ２を内歯車の構成としている。また、ロータ軸３の外周に該ロータ軸３と一体回転可能に偏心カム１５を設けている。偏心カム１５は、外周が円形をなすカム構成とし、その回転中心は、ロータ軸３の回転中心から偏心している。偏心カム１５は、ロータ軸３と一体に設けられているが、ロータ軸３とは別体のカム構成とてロータ軸３と一体回転可能な構成であってもよい。

偏心カム１５の外周にすべり軸受１６を介して中間環体１７が設けられている。すべり軸受１６は軸方向に円筒形をなすブッシュにより構成されている。この場合、すべり軸受１６に代えて、偏心カム１５の外周と中間環体１７の内周との間に保持器で保持した円周方向複数の円筒ころ（転動体）を介装したころ軸受構成としてもよい。あるいは、円筒ころを保持器で保持しない総ころ軸受構成としてもよい。また、偏心カム１５の外周と中間環体１７の内周のそれぞれに軌道溝を設け、保持器で保持した複数の玉（転動体）を両軌道溝間に介装する玉軸受構成としてもよい。中間環体１７は、外周に複数の歯部１８をプーリ２の上記歯部１４に噛み合うよう円周方向等間隔に備える。外歯車としての中間環体１７の歯部１８と内歯車としてのプーリ２の歯部１４とは噛み合わせられている。

プーリ２の環状鍔部６の内側面にバネ固定穴２０が設けられている。中間環体１７の内側面にもバネ固定穴２１が設けられている。ねじりコイルバネ１９は、ロータ軸３に巻装されるとともに、上記バネ固定穴２０，２１にその両端が挿入されて固定されている。ねじりコイルバネ１９の素材は、特に限定されない。また、プーリユニット１を構成する部材のうち、プーリ２、ロータ軸３、偏心カム１５、中間環体１７等の素材は鋼材製、樹脂製等でよく、特に限定されない。

プーリ２と中間環体１７とにおいては、プーリ２の直径をＤＡ、中間環体１７の直径をＤＢと仮定すると、プーリ２の１回転に対して、中間環体１７は、（ＤＡ−ＤＢ）／ＤＢ分（以下、回転差分という）だけ多く回転（自転）する。これによって、プーリ２の１回転に対して中間環体１７が自転するとき、ねじりコイルバネ１９は、ねじられるようになる。

図３を参照して、プーリユニット１の動作を説明する。なお、図３（ａ）では破線と仮想線とでねじりコイルバネ１９を示し、図３（ｂ）（ｃ）では点線でねじりコイルバネ１９を、それぞれ、模式的に示している。また、ねじりコイルバネ１９の両端のうち、プーリ２側の一端をＡで、中間環体１７側の他端をＢで示している。また、図３（ａ）ないし（ｃ）で、Ｏ１は、偏心カム１５の回転中心、Ｏ２はロータ軸３の回転中心を示す。偏心カム１５の回転中心Ｏ１は、中間環体１７の自転中心となる。ロータ軸３の回転中心Ｏ２は、該ロータ軸３の自転中心で、かつ、中間環体１７の公転中心となる。また、Ｐはプーリ２の回転方向および中間環体１７の公転時の回転方向、Ｑは中間環体１７の自転時の回転方向、Ｒはロータ軸３の回転方向（自転方向）を示す。

まず、図３（ａ）のようにロータ軸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中心Ｏ２周りを回転方向Ｐへ回転を開始（回転加速）すると、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、プーリ２とロータ軸３との間に介装されている中間環体１７が回転中心Ｏ１周りを回転方向Ｑで自転する。この自転においては、プーリ２と中間環体１７との回転差分の増大により、ねじりコイルバネ１９が、徐々にねじられてトルクが増大して中間環体１７の自転を阻止しようとする。なお、図３（ａ）において、ねじりコイルバネ１９は、ねじられていない状態では破線で示すように位置し、中間環体１７の上記自転においては、仮想線で示すようにねじられる。この場合、ねじりコイルバネ１９は徐々にねじられてトルクが増大してくると、中間環体１７の自転は阻止されてくるようになる。こうして、中間環体１７の自転が阻止されてくると、中間環体１７は、図３（ｂ）のように回転中心Ｏ２を公転中心として回転方向Ｐで公転するようになる。これによってロータ軸３は偏心カム１５を介して回転中心Ｏ２を自転中心として回転方向Ｒで徐々に自転させられ、これによって、プーリ２の回転動力がロータ軸３に徐々に伝達される。その後、ねじりコイルバネ１９のねじりトルクにより中間環体１７の自転が阻止されると、図３（ｃ）のようにプーリ２の回転動力は中間環体１７および偏心カム１５を介してそのままロータ軸３に伝達される。

以上の説明において、ねじりコイルバネ１９がねじられていく過程では、ねじりコイルバネ１９によりプーリ２の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のねじれトルクにより中間環体１７の自転が阻止されるようになると、プーリ２の動力伝達は、中間環体１７および偏心カム１５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。
以上の動作において、プーリ２の回転変動時において、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、プーリ２とロータ軸３との間に介装されている中間環体１７が自転する。この場合のねじりコイルバネ１９のねじれ角θ１は、プーリ２と中間環体１７との回転差分に対応した値で与えられる。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θ１´は、プーリ２の回転分で与えられる。したがって、本実施の形態の場合、ねじりコイルバネ１９のねじれ角θ１は、従来のそれθ１´よりも、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。

以上の結果、本実施の形態のプーリユニット１においては、回転変動の吸収に際してのねじりコイルバネ１９のねじれ量を小さくすることができるから、ねじりコイルバネ１９のバネ線径を太く、また、バネ巻数を少なくすることができる。

本発明の実施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線に沿う断面を矢符方向に見る断面図図１のプーリユニットの動作説明に供する概略図

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）
７すべり軸受（軸受）
１４プーリ２の歯部
１５偏心カム
１７中間環体
１８中間環体１７の歯部
１９ねじりコイルバネ（バネ）

Claims

径方向内外に同心に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、
外側環体をその内周に複数の歯部を備えた内歯車構成とし、内側環体の外周に該内側環体と一体回転可能でかつ該内側環体に対して偏心した円形の偏心カムを設け、偏心カムの外周に軸受を介してかつ偏心カムと同心に中間環体を配置するとともに、この中間環体をその外周に複数の歯部を備えた外歯車構成とし、外側環体と中間環体との互いの歯部を噛み合わせ、ねじりコイルバネを内側環体に巻装するとともに、該ねじりコイルバネの両端を外側環体と中間環体とに固定した、ことを特徴とする動力伝達装置。