JP2008069974A - 係合解除可能なプーリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フリーホイールを有するプーリ装置においてコンパクトで、安価に製造でき、軸受けおよびフリーホイールを別々に潤滑できるものとする。
【解決手段】内側の伝達要素３上に、転がり軸受４およびフリーホイール５によって装着されたプーリ２を有するプーリ装置１であって、転がり軸受４は、プーリ２の軸方向の同一の側に近接した２列の転動要素１１および１２を有し、フリーホイール５は、２列の転動要素の軸方向の外側であって、プーリ２の２列の転動要素１１および１２を備える側と反対の側に配置されている、係合解除可能なプーリ装置１。
【選択図】図１

Description

本発明は、フリーホイール（freewheel）の分野に関し、より詳細には、例えば、自動車の交流発電機の駆動プーリに用いられる、フリーホイールを備えた、係合解除可能なプーリ（disengagable pulley）の分野に関する。

係合解除可能なプーリそれ自体は知られており、燃焼エンジン、特にディーゼルエンジンにおいて、詳しくは低いエンジン速度のときに起こる、非周期的な動き、あるいは急なエンジンの減速による有害な影響を抑えるために、係合解除可能なプーリはますます用いられている。エンジンの燃焼中に起こる非周期的な動き、あるいは急なエンジンの減速による有害な影響を抑えるために、特に低いエンジンスピードのとき、かつ、特にディーゼルエンジンにおいて、ますます用いられている。例えば発電機プーリである駆動プーリが、慣性によって、同じ速度で回転し続けようとする間に、エンジンによって駆動されるクランクシャフトプーリの駆動ベルトが急に減速する。プーリと発電機軸とが剛結合されていれば、ベルトは、このような突然のスピードの変化の間に、非常に大きいストレスを受ける。このストレスは、異常なベルト磨耗および破損の可能性、プーリ上のベルトのスリップあるいはプーリ間のベルトの紐の振動といった有害な影響を伴う。プーリが急に減速した場合、一時的にプーリとの結合を解くフリーホイールを駆動プーリと駆動される軸との間に組み入れることにより、これらの現象を少なくする試みがなされている。このような係合解除可能なプーリは、ＵＳ６，２３７，７３６号明細書、および、ＪＰ０８−１６６，０２７号明細書により、詳細に知られており、プーリのそれぞれの側に各１つ配置された２つの転がり軸受と、２つの転がり軸受間に配置されたフリーホイールとを備える。

出願人である会社は、係合解除可能な、モジュール式構造のシールされたコンパクトなプーリであって、経済的に製造し組立てることができ、転がり軸受およびフリーホイールを別々に潤滑できるプーリが必要であることを知るにいたっている。

ＵＳ６，２３７，７３６号明細書 ＪＰ０８−１６６，０２７号明細書

係合解除可能なプーリ装置は、転がり軸受およびフリーホイールによって、内側の伝達要素上に装着されたプーリを有する。このフリーホイールは、プーリと内側の伝達要素との間に一方向結合（one-way couple）を提供することを意図するものである。転がり軸受は、このプーリの一方の同じ側に配置された近接した２列の転動要素を有する。フリーホイールは、前記２列の転動要素の軸方向の外側であって、プーリの２列の転動要素を備える側と反対の側に配置される。転動要素の列は、反力として生じる半径方向の力に対して最も適切な軸方向の位置に配置することができ、それにより、構成要素の強度をより低下する可能性を与える。

一実施形態において、転動要素は球体である。また、一実施形態において、フリーホイールは、係合カム型式のものである。また、一実施形態において、内側の伝達要素は、例えば軸であり、すくなくとも転動要素用の内側レース（raceway）の領域以外では、円筒の外形を有する。このような内側の伝達要素は、特に経済的に製造できる。

また、一実施形態において、内側レースは、例えば、軸である内側の伝達要素に直接形成される。また、一実施形態において、外側レースは、プーリに直接形成される。また、一実施形態において、カム用の内側カム軌道（cam track）は、内側の伝達要素に形成される。また、一実施形態において、内側の伝達要素は、軸を含む。また、一実施形態において、外側カム軌道は、プーリに形成される。また、一実施形態において、プーリは、円筒状の孔を備え、その中には少なくとも１つの転がり軸受の外側環が押してはめ込まれている。

また、一実施形態において、レース（raceway）は、プーリの外側表面の、ベルトと接触する領域と、同じ軸方向位置に設置される。このため、接触領域は、一旦ベルトが取り付けられたならば、半径方向の荷重を受ける領域に相当する。したがって、軸受に与えるアンギュラ荷重（angular loading）は減少し、それゆえ、軸受寿命は延びる。

また、一実施形態において、レースのある空間は、フリーホイールが位置する空間からシールされている。シールは、前記両空間の間に配置されてもよい。このため、レースおよびフリーホイールは、お互いに分離されていて、完全に、またはほぼ完全に、液体が接続されない。また、転がり軸受のために用いられる潤滑油は、フリーホイールのために用いられる潤滑油と異なることが好ましい。上述したように、潤滑油が混ざる程度は非常に小さい。

係合解除可能なプーリ装置は、発電機の軸に、前記発電機を駆動する目的で装着されてもよい。プーリは、転がり軸受およびフリーホイールを介して、中心軸に装着されてもよい。駆動軸は、発電機軸に装着されてもよい。駆動ベルトは、エンジンによって駆動される多数のＶ型の溝が付けられたプーリの円周に、適用されてもよい。フリーホイールのおかげで、エンジンが加速またはほぼ一定速度で動くとき、プーリは中心軸を駆動し、またそれ以外のとき、プーリは非常にゆるやかに減速する。エンジンおよびそれにともないプーリが急に減速しても、係合解除可能なプーリ装置の中心軸は、フリーホイールのおかげで、実際のプーリに比較して、より速く回転し続けるであろう。これにより、駆動ベルトへの過度な応力を防止する。

本発明により、製造し、かつ、管理すべき要素の数は少なくなる。一方において、転がり軸受用として、他方において、フリーホイール用として、異なる特別仕様の潤滑油を使用することができる。組立品は、非常にコンパクトである。転がり軸受部は、プーリの荷重が掛かる領域の下に配置でき、一方、フリーホイールは、この領域の外側に置くことができる。したがって、転がり軸受部は、半径方向荷重に反力を生じる一方、フリーホイールは、半径方向の荷重を負荷されることなく、一方向のトルクを単に伝達する。部品の厚みは、薄くすることができ、それゆえ、回転質量、動力の消費および用いる材料の量は減少する。

本発明は、全く限定されない実施例によって与えられる、添付図に描かれた多数の実施形態の詳細な記述を読むことで、さらに良く理解されるであろう。

図１および２に示されるように、係合解除可能なプーリ装置１は、プーリ２と、内側の伝達要素３、例えば中空軸と、転がり軸受４と、フリーホイール５と、を有する。

プーリ２は、多数のＶ型の環状の溝が付けられた領域２ａと、溝が付けられた領域２ａの軸方向の端部に形成された軸方向領域２ｂと、を備えた外部表面を有する。またプーリ２は、円筒状の孔２ｃを有する。孔２ｃは、片側の軸端に位置する面取り面２ｄおよび反対側の軸端に位置する環状の溝２ｅを除く、プーリ２の全長に延びている。また、プーリ２は、２つの半径方向横断面２ｆおよび２ｇを有する。また、その孔には、二つの円環状の溝が配置され、それぞれは、止め輪であるスプリングクリップ２７を収容するようになっている。内側の伝達要素３は、プーリ２の溝が付けられた領域２ａの軸方向の位置に、２つのレース６および７が形成された、円筒状の軸方向の外部表面３ａを有する。外部表面３ａの軸方向の両端部には、２つの面取り面が設けられている。さらに、内側の伝達要素３は、内側表面３ｂを有し、内側表面３ｂの部分３ｃは、発電機の軸（図示しない）の端部と締結し、かつ前記軸を駆動することができるように、ねじが切られている。

転がり軸受４は、１ピースの外側環８を有する。外側環８は、プーリ２の孔２ｃに押してはめ込まれた外部表面と、軸３の外部表面に形成されたレース６および７と同じ軸方向位置に、２つのレース９および１０が形成された孔と、を有する。レース６および７と、９および１０とは、元の表面から材料を機械加工することにより凹部として形成される。

一列の転動要素１１、例えば球体は、レース６および９の間に装着される。同様に、一列の転動要素１２は、レース７および１０の間に装着される。転動要素１１および１２は、ケージ１３および１４によって、円周上の均一な間隔にそれぞれ保持される。すなわち、転がり軸受４は、２列の転動要素を有する。勿論、異なる形状の転動要素、例えば、円柱状、テーパ状または針状等のコロが用いられてもよい。異なる列数の転動要素、例えば、１列の球体、または、特に大荷重のときには３列の転動要素、詳しくは１列のコロおよび２列の球体、を提供することも可能である。

転がり軸受４の外側環８の孔の軸方向の両端には、２つの環状の溝１５および１６があり、そこには、シール１７および１８が装着されている。シール１７および１８は、外側環８とともに静的シールを形成し、軸３と動的シールを形成する。動的シールは、狭い通路の型式のものであってもよいし、あるいは、図１に示されるように、精巧に研磨された、軸３の外部軸受面と擦れ合う唇部を含む型式のものであってもよい。この方法で、転動要素は汚染物質の侵入を防ぎ、潤滑油は転がり軸受内に保持される。潤滑油は、転動要素の最良の位置動作（best position operation）を確保するように、特に選択可能である。おおまかには転がり軸受４、詳細には転動要素１１および１２の列は、プーリ２の、溝が付けられた領域２ａと、軸方向の同じ位置に配置される。プーリ２は、自動車のエンジンに機械的に取り付けられている駆動ベルト（図示しない）と協働するように設計されたプーリである。転がり軸受４は、それゆえ、ベルトと同一線上に配置され、そのため、プーリを傾かせまたはねじることなく、ベルトによる半径方向の荷重に対して反力を生じさせる点で、転がり軸受４は、特に効果的である。プーリは、比較的細身にできる。

フリーホイール５は、円筒状の回転形状を成している２つのカム軌道２０および２１の間に配置される複数のカム１９を有する。カム１９は、係合する型式のものである。言い換えれば、カム１９は、フリーホイールが回転する際に生じる遠心力の影響下において、カム自身を２つのカム軌道を結合しようとする方向に軸回転させる型式のものである。その結果、カムは、自由回転の動作から、トルク伝達の動作に、ほとんど即座に、より容易に切り替わる。カム軌道２０は、プーリ２の孔２ｃによって形成されている。カム軌道２１は、軸３の軸方向の外部表面３ａによって形成されている。

換言すれば、一端の面取り面２ｄおよび反対側の端の溝２ｅを除いた、軸方向の全てにおいて、特に単純な形状の内部表面を有するプーリ２が製造できる。したがって、プーリ２は、低いコスト価格で得ることができる。反対の側において、カム軌道２１が、軸３の外部表面３ａ上に形成される。こうして、軸３の、回転する外側の輪郭は、レース６および７を除けば、全長にわたって同じ直径であることにより、容易に機械加工可能となっている。仕上げ加工は、研磨機械上の１回の工程で行うことができる。また、この仕上げ加工によって、シールのための擦れ合う表面とフリーホイール５のカム１９用の小径のカム軌道２１とを、低いコストで大量生産できる。

また、フリーホイール５は、断面においてＵ形状を成すケージ２２を有する。ケージ２２は、同一でない短い枝、および、カム１９を収容するために軸方向の主要部に形成された多数の開口を持つ。また、フリーホイール５はリターンスプリング２３を有する。リターンスプリング２３はケージ２２の中に装着され、金属バンドの形状を有する。金属バンドは、ケージ２２の孔に対応する孔を有する。また、カム１９は、これらの孔の中に配置することができる。スプリング２３は、カム１９毎に、すくなくとも１つのタブ（tab）２４を備えている。このタブ２４が、カム１９上に形成された表面を押し、結果として、カム１９がカム軌道２０および２１の結合を維持する回転トルクを発生するように、カム１９は設計されている。

このように、フリーホイール５は、プーリ２と軸３との間に一方向結合を提供する。フリーホイール５は、自動車のエンジンが一定のスピードで動くまたは加速するとき、前記フリーホイールがトルク伝達装置として働き、プーリ２と軸３との間に駆動トルクを伝達するように、配置される。

それと対照的に、エンジンが急に減速するとき、フリーホイールは、もはやトルクを伝達せず、軸に対する、プーリの相対的な回転動作を、一時的に許容する。

さらに、シール２５は、プーリ２の溝２ｅ内に装着され、かつ、軸３の外部表面３ａに対するシールを行う。シール２５は、横断面２ｇと孔２ｃとの間に位置している。また、シール２５は、軸方向断面において孔２ｃの近傍に凹部と、横断面２ｇ近傍に内側に向けて飛び出した突出部と、を有する溝２ｅ内に強制的にはめ込まれている。シール２５は、ラビリンス型式のものであってもよく、図１に図示するように、前記外部表面と擦れ合う唇部を含む型式のものであってもよい。フリーホイール５は、前記シール２５によって、外部からシールされ、かつ、転がり軸受４のシール１８によって、転がり軸受４の側からシールされている。したがって、フリーホイール５は、異物の侵入からの保護を享受し、転がり軸受のために用いられる潤滑油とは異なる、前記フリーホイール５の適正な動作のために特別に設計された潤滑油を用いて潤滑可能である。

フリーホイール５は、例えば、止め輪であるスプリングクリップ２７によって、位置を定められ、プーリ２と協働する。

係合解除可能なプーリ装置は、内側の伝達要素３と、転がり軸受４と、フリーホイール５とで構成される同一の組立品として、いろいろな外径のプーリの供給を可能にするといった点で、モジュール式のものであってもよい。さらに、転がり軸受４の軸方向位置がプーリ２の溝が付けられた領域２ａと同じであり、ベルトによって及ぼされる半径方向の荷重がレースと同一線上で加えられるので、転がり軸受４の寿命は改善される。軸受４の対称面と溝が付けられた領域２ａの対称面とは、一致してもよい。

図３に示される実施形態において、転がり軸受４の外側環８およびプーリ２は、１つの部品として製造される。プーリ２は、小径の部分２ｈを備える、段付きの孔を有する。小径の部分２ｈには、転動要素１１および１２用のレース９および１０と、シール１７および１８用の溝１５および１６とが形成されている。また、プーリ２の孔は、一部がカム１９用のカム軌道２０を形成する、大径の部分２ｃを有する。フリーホイール５は、プーリ２の孔において、小径の部分２ｈと大径の部分２ｃとの間に形成される肩部２６と、止め輪２７との間に位置決めされてもよい。止め輪２７は、プーリ２の孔において、大径の部分２ｃ内に形成される溝内に装着される。止め輪２７は、軸方向において、フリーホイール５のケージ２２と、シール２５と、の間に配置されてもよい。したがって、フリーホイールは、止め輪２７と肩部２６とによって、軸方向に位置決めされる。

レースおよび一方向回転軸のカム軌道の熱処理は、同一の操作で行うことが好ましい。レースおよびフリーホイールのカム軌道は、同一の操作で仕上げ研磨できることが好ましい。内側の伝達要素３と、転動要素１１および１２と、ケージ１３および１４と、シール１７および１８とで構成される同一のサブ組立品は、意図された用途に対応して、異なるサイズのプーリ２の供給を可能にする。また、同一のフリーホイールを用いつつ、異なる外径を持つプーリ２を供給することも可能である。製造し、取り扱うべき要素の数は、特に少ない。また、転がり軸受用およびフリーホイール用の異なる潤滑油を用いることは、一方の側の転動要素１１および１２と、他方の側のカム１９と、の間に配置されるシール１８の存在によって可能となる。

図３に示される実施形態は、プーリ２の外側の多数のＶ型の溝が付けられた領域２ａが、フリーホイールと同じ位置に配置される領域２ｂより小さい直径を持つ限りにおいて、小さな外径のプーリに特に適している。溝が付けられた領域２ａは、プーリ２の孔２ｃの直径と同じか、より小さい直径を有してもよい。さらに、実際の転がり軸受自体は、プーリの半径方向の荷重がかかる領域の下に配置され、一方、フリーホイールは、この領域から離れて置かれている。したがって、フリーホイールがトルクの一方向伝達を提供しつつ、転がり軸受が半径方向荷重に対して反力を生じるように、転がり軸受は特に好適に配置される。

第１の実施形態による、係合解除可能なプーリ装置の軸方向の断面を示す図である。 図１のII−IIに沿った半径方向断面を示す図である。 第２の実施形態による、係合解除可能なプーリ装置の軸方向の断面を示す図である。

Claims (13)

1. 内側の伝達要素（３）上に、転がり軸受（４）およびフリーホイール（５）によって装着されたプーリ（２）を有する、係合解除可能なプーリ装置（１）であって、
   前記フリーホイール（５）は、前記プーリ（２）と、前記内側の伝達要素（３）との間で一方向結合を提供するものであり、
   前記転がり軸受（４）は、前記プーリ（２）の軸方向の一方の側に配置された、近接した２列の転動要素（１１，１２）を有し、
   前記フリーホイール（５）は、前記２列の転動要素の軸方向の外側であって、前記プーリ（２）の前記２列の転動要素を備える側と反対の側に配置されることを特徴とする係合解除可能なプーリ装置（１）。
2. 前記転動要素（１１，１２）は、球体である請求項１に記載のプーリ装置（１）。
3. 前記フリーホイール（５）は、係合カム（１９）を含む請求項１または２に記載のプーリ装置（１）。
4. 前記内側の伝達要素（３）は、すくなくとも前記転動要素（１１，１２）用の内側レース（６，７）の領域以外では、円筒状の外形を有する軸を含む請求項１〜３のいずれかに記載のプーリ装置（１）。
5. 前記内側レース（６，７）は、前記内側の伝達要素に直接形成される請求項４に記載のプーリ装置（１）。
6. 前記転動要素（１１，１２）用の外側レースは、プーリ（２）に直接形成される請求項１〜５のいずれかに記載のプーリ装置（１）。
7. 前記フリーホイール（５）のカム（１９）用の内側のカム軌道（２１）は、前記内側の伝達要素（３）上に形成される請求項１〜６のいずれかに記載のプーリ装置（１）。
8. 前記フリーホイール（５）のカム（１９）用の外側のカム軌道（２０）は、前記プーリ（２）に形成される請求項１〜７のいずれかに記載のプーリ装置（１）。
9. 前記プーリ（２）は、円筒状の孔を備え、その中にすくなくとも１つの転がり軸受（４）の外側環（８）がはめ込まれている請求項１〜８のいずれかに記載のプーリ装置（１）。
10. 前記プーリ（２）がベルトと接触するように設計された外側の表面を有する場合、前記転動要素（１１，１２）用のレース（６，７，９，１０）は、そのベルト接触面と同じ軸方向位置に位置する請求項１〜９のいずれかに記載のプーリ装置（１）。
11. 前記レース（６，７，９，１０）は、フリーホイール（５）からシールされる請求項１０に記載のプーリ装置（１）。
12. 前記転がり軸受（４）用の第１の潤滑油と、前記フリーホイール（５）用の第２の潤滑油とを有し、前記第１と第２の潤滑油は異なる請求項１１に記載のプーリ装置（１）。
13. 軸と、前記軸上に装着された請求項１〜１２のいずれかに記載の係合解除可能なプーリ装置と、を有することを特徴とする発電機。

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