JP2007278442A - プーリ - Google Patents

Abstract

【課題】外周面に巻き掛けられるベルトのリブと当該外周面に形成されたリブとの間でのスティックスリップの発生、及びそれに伴う異音の発生を抑制する。
【解決手段】プーリ３にベルト４が巻き掛けられると、ベルト４がプーリ３の中心軸線の軸線方向において当該中心軸線に向かってへこむように湾曲し、その湾曲によってベルト４の各リブ１９が互いに離れる方向に変位しようとする。従って、周回移動するベルト４がプーリ３の周方向に対し斜めに延びた状態で、プーリ３のリブにベルト４のリブ１９が噛み合うとき、プーリ３のリブ２０に対するベルト４のリブ１９の押し付けが、ベルト４の湾曲に伴いリブ１９が上述したように変位しようとする分だけ弱くなる。このため、プーリ３のリブ２０と噛み合うベルト４のリブ１９との間でのスティックスリップの発生、及びそれに伴う異音の発生を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、プーリに関するものである。

従来より、駆動源から被駆動体への駆動力の伝達として、プーリ及びベルトを用いて駆動力を伝達することが知られている。
例えば、自動車等においては、内燃機関を駆動源とするとともに各種補機を被駆動体とし、内燃機関の出力軸及び補機の入力軸にそれぞれプーリを固定するとともに、それらプーリの外周面にループ状のベルトを巻き掛けるようにしている。この場合、ベルトが巻き掛けられる両プーリの外周面と当該ベルトとの間の摩擦力によって、それらプーリとベルトとの間での駆動力の伝達が行われる。従って、内燃機関の運転時に同機関が回転すると、内燃機関側のプーリとベルトとの間の摩擦力によって、同ベルトが上記プーリの回転に伴い周回移動する。更に、そのベルトと補機側のプーリとの間の摩擦力によって、そのプーリが上記ベルトの周回移動に伴い回転する。以上により、内燃機関の駆動力がプーリを介して及びベルトを介して補機に伝達され、その駆動力の伝達を通じて補機が駆動されるようになる。なお、内燃機関側のプーリとしては、プーリの回転方向についての捩り振動を抑制することのできる特許文献１に示されるようなダンパプーリを採用することが好ましい。

ところで、こうしたプーリ及びベルトを用いた駆動力の伝達では、プーリの外周面とベルトとの間の摩擦力を大きくすることが好ましく、それを実現するためにベルトに周方向に延びる複数のリブを形成するとともに、プーリの外周面に上記ベルトの各リブと噛み合う複数のリブを当該外周面の周方向に延びるように形成することが考えられる。この場合、プーリの外周面とベルトとにそれぞれ形成されたリブによって両者の接触面積の拡大が図られるため、プーリの外周面とベルトとの間の摩擦力を大きくすることができる。
特開平４−１５１０４５公報

上述したようにプーリの外周面及びベルトにそれぞれリブを形成することで、両者の間に生じる摩擦力を大きくすることができるようにはなる。ただし、図５に示されるように、プーリ５１が傾いた状態となって同プーリ５１の中心軸線Ｌがベルト５２の延びる方向（図中の上下方向）に対して垂直にならない場合、周回移動するベルト５２がプーリ５１の周方向に対し斜めに延びた状態で当該プーリ５１の外周面に接触するため、ベルト５２のリブがプーリ５１のリブに押しつけられる。そして、こうしたプーリ５１のリブへのベルト５２のリブの押し付けが問題を引き起こす要因となる。

図６はこのときのベルトのリブとプーリのリブとの噛み合いの状態を示しており、図７は上記ベルト及びプーリを図６の矢印Ａ−Ａ方向から見た状態を示している。図６から分かるように、図５のようなプーリ５１傾きが生じると、同プーリのリブ５３が矢印Ｂ方向に変位し、そのリブ５３におけるベルトのリブ５４と噛み合い始める部分に当該リブ５４が押し付けられることになる。すなわち、図７において、プーリ５１のリブ５３に対し、ベルト５２のリブ５４が矢印Ｃ方向に押し付けられる。より詳しくは、図８に示されるプーリのリブ５３における図中の右側面に、ベルトのリブ５４における図中の左側面が押し付けられることとなる。

このように、プーリにおけるリブの側面に対し、ベルトにおけるリブの側面が押し付けられると、プーリのリブとベルトのリブとの間に滑りと静止との繰り返し（いわゆるスティックスリップ）が生じ、それに伴う異音の発生が問題となる。なお、こうした問題は、内燃機関から補機への駆動力の伝達に用いられるプーリに限らず、それ以外の駆動力伝達用のプーリにおいても共通したものとなっている。

また、内燃機関から補機への駆動力の伝達を行うプーリにおいては、同機関が発生する駆動力に変動が生じることは避けられないことから、上記スティックスリップ及びそれに伴う異音が発生しやすくなる。すなわち、内燃機関の駆動力をプーリ及びベルトによって伝達する場合、内燃機関の駆動力をプーリ側からベルト側に伝達したり、或いはベルト側からプーリ側に伝達したりする際、同駆動力の変動時に上記スティックスリップが発生しやすくなり、それに伴う異音も発生しやすくなるという問題がある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、外周面に巻き掛けられるベルトのリブと当該外周面に形成されたリブとの間でのスティックスリップの発生、及びそれに伴う異音の発生を抑制することのできるプーリを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、ループ状のベルトが巻き掛けられる外周面と当該ベルトとの間の摩擦力によって同ベルトとの間で駆動力の伝達を行い、前記外周面には前記ベルトに形成された周方向に延びる複数のリブと噛み合う複数のリブが当該外周面の周方向に延びるように形成され、前記ベルトとの間での駆動力の伝達時には中心軸線周りに回転するプーリにおいて、前記外周面における前記中心軸線からの距離は、その外周面における当該中心軸線の軸線方向中央で最小とされるとともに軸線方向両縁で最大とされていることを要旨とした。

上記構成によれば、プーリの外周面にベルトが巻き掛けられたとき、その外周面に対応してベルトが変形する。すなわち、ベルトにおける上記中心軸線の軸線方向両縁がプーリの外周面における当該軸線方向両縁に当たった状態で、ベルトにおける上記軸線方向中央部分が上記中心軸線側に引き込まれる。その結果、ベルトがその各リブを互いに離間させるように湾曲し、当該湾曲に伴い上記各リブが互いに離れる方向に変位しようとする。

ここで、プーリの中心軸線がベルトの延びる方向に対して垂直になっていない場合、周回移動するベルトがプーリの周方向に対し斜めに延びた状態で当該プーリの外周面に接触する。このため、プーリのリブにおけるベルトのリブと噛み合い始める部分に当該ベルトのリブが押し付けられ、その部分にてプーリのリブとベルトのリブとの間が滑りと静止とを繰り返す、いわゆるスティックスリップが生じ、それに伴い異音が発生するおそれがある。

しかし、プーリの外周面に巻き掛けられたベルトは、上述したように湾曲して同ベルトの各リブが互いに離れる方向に変位しようとする。このため、ベルトにおける各リブが互いに離れる方向へと変位しようとする分だけ、プーリのリブにおけるベルトのリブと噛み合い始める部分に対する当該ベルトのリブが押し付けが弱くなる。従って、プーリのリブに対するベルトのリブの押し付けによる上記スティックスリップの発生、及びそれに伴う異音の発生を抑制することができる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記外周面は、前記中心軸線の軸線方向において、その中心軸線に向かってへこむ円弧状に形成されていることを要旨とした。

上記構成によれば、プーリの外周面にベルトが巻き掛けられたとき、上記中心軸線の軸線方向においてベルトが同中心軸線に向けて膨らむ円弧状に湾曲し、それに伴いベルトの各リブが互いに離れる方向に変位しようとする。このようにプーリに巻き掛けられたベルトが円弧状に湾曲するため、その湾曲によってプーリに巻き掛けられた状態でのベルトの周回移動が支障を来すことはなく、同ベルトが滑らかに周回移動するようになる。

以下、本発明を内燃機関における各種補機への駆動力伝達に用いられるプーリに具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示される内燃機関１においては、その出力軸であるクランクシャフト２にプーリ３が固定されるとともに、そのプーリ３の外周面にループ状のベルト４の内側面が巻き掛けられており、それらプーリ３及びベルト４によって各種補機への駆動力の伝達を行うようにしている。なお、上記プーリ３としては、内燃機関が発生する駆動力を変動のない状態で各種補機へと伝達するため、その駆動力の変動を減衰させる機能を有するダンパプーリが用いられる。

一方、内燃機関１の駆動力が伝達される各種補機としては、パワーステアリング用オイルポンプ５、オルタネータ６、ウォータポンプ７、及びエアコンディショナ用コンプレッサ８といったものがあげられる。これら各種補機の入力軸９〜１２にはそれぞれプーリ１３〜１６が固定されている。そして、パワーステアリング用オイルポンプ５、オルタネータ６、及びエアコンディショナ用コンプレッサ８のプーリ１３，１４，１６の外周面には上記ベルト４の内側面が巻き掛けられている。

オルタネータ６のプーリ１３とエアコンディショナ用コンプレッサ８のプーリ１４と間にはウォータポンプ７のプーリ１５が位置しており、このプーリ１５の外周面には上記ベルト４の外側面が巻き掛けられている。このようにプーリ１５を配置するとともにベルト４を巻き掛けることにより、上記プーリ１４，１６とベルト４との接触長さの拡大が図られている。

また、クランクシャフト２のプーリ３とパワーステアリング用オイルポンプ５のプーリ１３との間には、ベルト４を常に張った状態に保つためのオートテンショナ１７が設けられている。このオートテンショナ１７は、ばね力等によりウォータポンプ７側に付勢されるとともに回転可能に支持されるプーリ１８を備えている。プーリ１８の外周面には上記ベルト４がその外側面を接触させた状態で巻き掛けられている。そして、プーリ１８によって上記ベルト４を所定の圧力でウォータポンプ７側に押圧することで、ベルト４に経時変化に伴う伸びが生じたとしても、同ベルト４が常に張った状態に保たれる。また、上記のようにプーリ１８を配置するとともにベルト４を巻き掛けることにより、上記プーリ３，１３とベルト４との接触長さの拡大が図られている。

内燃機関１の駆動によりクランクシャフト２と共にプーリ３が回転すると、そのプーリ３とベルト４との間の摩擦力によって同ベルト４が周回移動する。このことは、プーリ３とベルト４との間の駆動力の伝達が、それらプーリ３とベルト４との間の摩擦力によって行われていることを意味する。更に、ベルト４が周回移動すると、そのベルト４とプーリ１３〜１６との間の摩擦力によって当該プーリ１３〜１６，１８が回転する。このことは、ベルト４とプーリ１３〜１６，１８との間の駆動力の伝達が、それらベルト４とプーリ１３〜１６との間の摩擦力によって行われていることを意味する。そして、ベルト４の周回移動に伴いプーリ１３〜１６が回転することにより、パワーステアリング用オイルポンプ５、オルタネータ６、ウォータポンプ７、及びエアコンディショナ用コンプレッサ８といった各種補機が駆動される。

図２において、（ａ）はベルト４の断面図であり、（ｂ）はプーリ３の外周面付近の断面図である。
図２（ａ）に示されるように、ベルト４においては、その外側面（図中の上側面）が平らに形成されており、ベルト４の内側面（図中の下側面）には当該内側面から突出する複数のリブ１９が同ベルト４の周方向に延びるように形成されている。また、図２（ｂ）に示されるように、プーリ３の外周面３ａは同プーリ３の中心軸線の軸線方向（図中の左右方向）において、その中心軸線の存在する図中の下方に向かってへこむ円弧状に形成されている。従って、プーリ３の外周面３ａにおける上記中心軸線からの距離は、上記軸線方向中央で最小とされるとともに上記軸線方向両縁で最大とされる。また、この外周面３ａには、当該外周面３ａから突出する複数のリブ２０がプーリ３の周方向に延びるように形成されている。

プーリ３の外周面にベルト４の内側面が巻き掛けられると、図３（ａ）に示されるように、ベルト４のリブ１９がプーリ３のリブ２０と噛み合う。これにより、プーリ３とベルト４との接触面積をリブ１９，２０によって拡大することができ、プーリ３とベルト４との間の摩擦力を大きくして両者間での駆動力の伝達を好適に行うことができる。

また、プーリ３の外周面３ａにベルト４の内側面が巻き掛けられると、そのベルト４がプーリ３の外周面３ａに対応して変形する。すなわち、ベルト４における上記中心軸線の軸線方向両縁がプーリ３の外周面３ａにおける当該軸線方向両縁に当たった状態で、ベルト４における上記軸線方向中央部分が上記中心軸線側（図中下側）に引き込まれる。その結果、ベルト４がその各リブ１９を互いに離間させるように湾曲し、当該湾曲に伴い上記各リブ１９が図中の矢印Ｄで示されるように互いに離れる方向に変位しようとする。

なお、プーリ１３，１４，１６の外周面においては、プーリ３の外周面３ａと同じく円弧状に形成されるとともに、プーリ３と同じく複数のリブが形成されている。従って、プーリ１３，１４，１６のそれぞれの外周面にベルト４の内周面が巻き掛けられると、ベルト４におけるそれら外周面に巻き掛けられた部分は、図３（ａ）に示される状態と同じ状態になる。また、ベルト４の外側面と接触するプーリ１５，１８の外周面は、ベルト４の外側面に対応して平らに形成されている。そして、それらプーリ１５，１８の外周面とベルト４の外側面との間の摩擦力によって、両者の間での駆動力の伝達が行われる。

ところで、ベルト４が巻き掛けられるプーリ３，１３〜１６，１８においては、必ずしも、それらの中心軸線が互いに平行となるよう取り付けられているとは限らない。仮に、プーリの中心軸線が他のプーリの中心軸線に対し傾いていると、その中心軸線の傾いたプーリの中心軸線がベルト４の延びる方向に対し垂直にならなくなる。ここで、ベルト４の内側面が巻き掛けられるプーリ３，１３，１４，１６の中心軸線が他のプーリの中心軸線に対し傾いていると、周回移動するベルト４がプーリ３，１３，１４，１６の周方向に対し斜めに延びた状態で当該プーリ３の外周面に接触する。このため、ベルト４のリブ１９がプーリ３，１３，１４，１６のリブに押しつけられ、これが問題を引き起こす要因となる。

図４は、プーリ３に上述した中心軸線Ｌの傾きが生じているときのベルト４のリブ１９とプーリ３のリブ２０との噛み合いの状態を示す略図である。なお、プーリ１３，１４，１６に上述した中心軸線の傾きが生じた場合にも、この図３（ａ）に示されるベルト４のリブ１９とプーリ３のリブ２０との噛み合いの状態と同じ状態で、ベルト４のリブ１９とプーリのリブとが噛み合うことになる。

以下、プーリ３に上述した中心軸線Ｌの傾きが生じた場合を例に、ベルト４の内側面を巻き掛けたプーリが傾いたときの不具合及びその対処について説明する。
同図に示されるように、プーリ３の上記中心軸線Ｌの傾きが生じている場合、同プーリ３のリブ２０が矢印Ｅ方向に変位し、そのリブ２０におけるベルト４のリブ１９と噛み合い始める部分に当該リブ２０が押し付けられることになる。すなわち、図３（ａ）において、プーリ３のリブ２０に対し、ベルト４のリブ１９が矢印Ｆ方向に押し付けられる。より詳しくは、図３（ｂ）に示されるプーリ３のリブ２０における図中の右側面に、ベルト４のリブ１９における図中の左側面が押し付けられることとなる。

このように、プーリ３におけるリブ２０の側面に対し、ベルト４におけるリブ１９の側面が押し付けられると、プーリ３のリブ２０とベルト４のリブ１９との間に滑りと静止との繰り返し（いわゆるスティックスリップ）が生じるおそれがあり、それに伴う異音の発生も問題となる。特に、内燃機関１においては、発生する駆動力に変動が生じることは避けられないことかから、上記スティックスリップ及びそれに伴う異音が発生しやすい。すなわち、内燃機関１の駆動力をプーリ３，１３〜１６及びベルト４によって伝達する場合、内燃機関１の駆動力をプーリ３側からベルト４側に伝達したり、或いはベルト４側からプーリ１３，１４，１６側に伝達したりする際、同駆動力の変動時に上記スティックスリップが発生しやすくなり、それに伴う異音も発生しやすくなる。

しかし、プーリ３の外周面に巻き掛けられたベルト４は、上述したように湾曲し、同ベルト４の各リブ１９が図３（ａ）の矢印Ｄで示されるように互いに離れる方向に変位しようとする。このため、ベルト４における各リブ１９が互いに離れる方向へと変位しようとする分だけ、プーリ３のリブ２０におけるベルト４のリブ１９と噛み合い始める部分に対する当該ベルト４のリブ１９の押し付けが弱くなる。すなわち、図３（ｂ）のリブ１９にベルト４の湾曲による上記矢印Ｆと逆方向である矢印Ｇ方向への力が働き、この力の分だけリブ１９のリブ２０への押し付けが弱くなる。従って、プーリ３のリブ２０に対するベルト４のリブ１９の押し付けによるスティックスリップの発生、及びそれに伴う異音の発生を抑制することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）プーリ３，１３，１４，１６にベルト４が巻き掛けられると、ベルト４がプーリの中心軸線の軸線方向において当該中心軸線に向かってへこむように湾曲し、その湾曲によってベルト４の各リブ１９が互いに離れる方向に変位しようとする。従って、周回移動するベルト４がプーリ３，１３，１４，１６の周方向に対し斜めに延びた状態で、プーリ３，１３，１４，１６のリブにベルト４のリブ１９が噛み合うとき、プーリ３，１３，１４，１６のリブに対するベルト４のリブ１９の押し付けが、ベルト４の湾曲に伴いリブ１９が上述したように変位しようとする分だけ弱くなる。このため、プーリ３，１３，１４，１６のリブと噛み合うベルト４のリブ１９との間でのスティックスリップの発生、及びそれに伴う異音の発生を抑制することができる。

（２）プーリ３，１３，１４，１６の外周面にベルト４が巻き掛けられたとき、同ベルト４はその中心軸線の軸線方向において当該中心軸線に向けて膨らむ円弧状に湾曲する。このようにプーリ３，１３，１４，１６に巻き掛けられたベルト４が円弧状に湾曲するため、その湾曲によってプーリ３，１３，１４，１６に巻き掛けられた状態でのベルト４の周回移動が支障を来すことはなく、同ベルト４が滑らかに周回移動するようになる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・プーリ３，１３，１４，１６の外周面を円弧状に形成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、それらプーリの外周面において、プーリの中心軸線の軸線方向中央部に周方向に延びる凹部を形成することで、その軸線方向中央部分における上記中心軸線との間の距離を最小とし、上記軸線方向両縁部分における上記中心軸線との間の距離を最大としてもよい。この場合においても上記（１）に準じた効果が得られるようになる。

・ループ状をなすベルト４の外側面に複数のリブを形成するとともに、そのベルト４の外側面が巻き掛けられるプーリ１５，１８の外周面に上記各リブと噛み合う複数のリブを形成してもよい。この場合、プーリ１５，１８の外周面を例えばプーリ３の外周面３ａと同様に円弧状に形成することで、互いに噛み合うプーリ１５，１８のリブとベルト４のリブとの間でのスティックスリップの発生、及びそれに伴う異音の発生を抑制することができる。

・上記において、プーリ１５，１８の外周面を円弧状に形成する代わりに、上述したように当該外周面に凹部を形成するようにしてもよい。すなわち、プーリ１５，１８の外周面におけるそれらプーリ１５，１８の中心軸線の軸線方向中央部に周方向に延びる凹部を形成し、それによって当該外周面における上記軸線方向中央部分の上記中心軸線との距離を最小にするとともに、上記軸線方向両縁部分における上記中心軸線との間の距離を最大とする。

・内燃機関の駆動力を各種補機に伝達するためのプーリに本発明を適用したが、その他の駆動力伝達用のプーリに本発明を適用してもよい。

本実施形態のプーリが適用される内燃機関全体を示す略図。 （ａ）は上記プーリに巻き掛けられるベルトの断面図であり、（ｂ）は同プーリにおける外周面付近の断面図。 （ａ）はプーリの外周面にベルトの内側面が巻き掛けられた状態を示す断面図であり、（ｂ）はそのときに互いに噛み合うプーリのリブとベルトのリブとの拡大断面図。 プーリが傾いているときのベルトのリブとプーリのリブとの噛み合いの状態を示す略図。 ベルトを巻き掛けたプーリが傾いた状態を示す略図。 プーリが傾いた状態にあって互いに噛み合うプーリのリブとベルトのリブとを示す断面図。 従来のプーリの外周面にベルトの内側面が巻き掛けられた状態を示す断面図。 従来のプーリの外周面にベルトの内側面が巻き掛けられた状態にあって、互いに噛み合うプーリのリブとベルトのリブとを拡大して示した断面図。

符号の説明

１…内燃機関、２…クランクシャフト、３…プーリ、３ａ…外周面、４…ベルト、５…パワーステアリング用オイルポンプ、６…オルタネータ、７…ウォータポンプ、８…エアコンディショナ用コンプレッサ、９，１０，１１，１２…入力軸、１３，１４，１５，１６…プーリ、１７…オートテンショナ、１８…プーリ、１９，２０…リブ。

Claims (2)

1. ループ状のベルトが巻き掛けられる外周面と当該ベルトとの間の摩擦力によって同ベルトとの間で駆動力の伝達を行い、前記外周面には前記ベルトに形成された周方向に延びる複数のリブと噛み合う複数のリブが当該外周面の周方向に延びるように形成され、前記ベルトとの間での駆動力の伝達時には中心軸線周りに回転するプーリにおいて、
   前記外周面における前記中心軸線からの距離は、その外周面における当該中心軸線の軸線方向中央で最小とされるとともに軸線方向両縁で最大とされている
   ことを特徴とするプーリ。
2. 前記外周面は、前記中心軸線の軸線方向において、その中心軸線に向かってへこむ円弧状に形成されている
   請求項１記載のプーリ。

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