JP2008095863A - 多軸駆動装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的な設計が可能な多軸駆動装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】多軸駆動装置の製造方法には、プーリを発電軸に取り付けるプーリ取り付け工程が含まれる。プーリ取り付け工程において、下記の式（１）で表わされるＴ_ｍａｘ の値が所定の閾値以上であれば、ダンパ機能を有する第１プーリが発電軸に取り付けられる。一方、Ｔ_ｍａｘ の値が所定の閾値未満であれば、通常のプーリである第２プーリが発電軸に取り付けられる。
Ｔ_ｍａｘ＝Ｉ×（Ｒ_ｃ／Ｒ）×［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ 式（１）
（Ｔ_ｍａｘ：クランク軸の回転数が２０００ｒｐｍ以下での発電軸のトルク変動分の最大値、Ｉ：発電機の慣性モーメント、［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ：クランク軸の角加速度の最大値、Ｒ_ｃ：クランク軸に取り付けられたプーリの半径、Ｒ：発電軸に取り付けられたプーリの半径）
【選択図】図４

Description

本発明は、トルク変動による影響を低減するプーリ構造体を有する多軸駆動装置及びその製造方法に関する。

多軸駆動装置（補機駆動システム）は、自動車等のエンジン（発動機）と他の補機とが伝動ベルトを介して連結されて構成されているもので、発動機のクランク軸（クランクシャフト）の回転が伝動ベルトを介して他の補機の従動軸へと伝達されることで、エンジンの動力が他の補機へと供給される。ここで、クランク軸及び従動軸にはプーリが取り付けられており、伝動ベルトはこのプーリに装着される。そして、このような多軸駆動装置においては、内燃機関の特性に関連して、クランク軸のトルクが一定に保たれずに、あるトルクを中心として振動的に変化する現象が生じる。以下、この現象をトルク変動と記す。

特に、慣性モーメントが高い（発電機構の重量が大きい）補機である発電機（オルタネータ）の従動軸（発電軸）とクランク軸とが伝動ベルトを介して接続され、発電機に動力が伝達される多軸駆動装置の構成においては、トルク変動が発生してクランク軸の回転速度が変化すると、発電軸は慣性でそのまま回転しようとし、発電軸に取り付けられたプーリと伝動ベルトとの間で滑りが生じて、騒音（ベルト鳴き）が発生したり、ベルトが損耗したりする

そこで、クランク軸のトルク変動による影響を低減するようなプーリの一例として、特許文献１には、ダンパープーリ（デカプラ）が開示されている。このダンパープーリにおいては、径方向について重なる二つの回転体が、互いに相対回転可能に同軸配置されており、当該二つの回転体は、弾性部材（コイルスプリング）により弾性的に連結されている。そして、径方向内側に配置された回転体（ハブ構造体）は発電軸に取り付けられ、他方の回転体（プーリ部材）には伝動ベルトが装着されている。そして、クランク軸にトルク変動が発生した場合には、上記の二つの回転体を連結する弾性部材の作用により、二つの回転体の間には、所定の相対角変位が確保される。そのため、ダンパープーリによって、トルク変動による回転方向の変位量が弾性的に吸収され、騒音、ベルトの損耗、発電効率の低下を防止することができる。
特表２００１−５２３３２５号公報

ところで、上記のような多軸駆動装置において、発動機の運転特性等の条件によっては、特許文献１に開示されているようなダンパープーリ（プーリ構造体）を使用する必要がない場合もある。すなわち、トルク変動の大きさが所定の大きさよりも大きい場合にはダンパープーリのダンパ機能が有効に作用するが、一方で、トルク変動の大きさが所定の大きさよりも小さい場合には、ダンパープーリのダンパ機能は殆ど作用しない。このように、ダンパープーリが不要な（トルク変動の大きさが小さい）発動機を含む場合にもダンパープーリを使用するような設計は、多軸駆動装置の設計としては非効率的である。

ここで、ダンパープーリ（以下、第１プーリと記す）は、ダンパ機能を有していない通常のプーリ（以下、第２プーリと記す）よりも複雑な構造を有する。そのため、設計上、多軸駆動装置に第１プーリを取り付ける場合には、第１プーリを使用せずに第２プーリを取り付ける場合と比べて、製造コスト、組み立て時間、製品重量等が増大する。そのため、トルク変動の大きさが小さい場合には第１プーリを使用せずに第２プーリを使用し、トルク変動の大きさが所定の大きさよりも大きい場合に第１プーリを使用するように多軸駆動装置が設計されることが望ましい。そして、そのような設計は、多軸駆動装置にとって本来は不要な製造コスト、組み立て時間、製品重量等を削減することができるため、効率的である。

そこで、本発明の目的は、発電軸のトルク変動分の最大値に基づいてダンパープーリ（第１プーリ）又はダンパ機能を有していない通常のプーリ（第２プーリ）を選択することにより、効率的な設計が可能な多軸駆動装置及びその製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

上記の目的を達成するために、本発明の多軸駆動装置の製造方法は、発動機に設けられたクランク軸と、発電機の発電軸を含む少なくとも一つの従動軸と、を有し、前記クランク軸及び前記従動軸に取り付けられたプーリには伝動ベルトが巻き掛けられ、当該伝動ベルトを介し、前記クランク軸の回転に従動して前記従動軸を回転させる多軸駆動装置を製造するための多軸駆動装置の製造方法である。そして、前記プーリを前記発電軸に取り付けるプーリ取り付け工程を有し、前記プーリ取り付け工程において、下記の式（１）で表わされるＴ_ｍａｘ の値が所定の閾値以上であれば、前記伝動ベルトが巻き掛けられる第１巻き掛け面を備える筒状の第１回転体と、当該第１回転体の内側空間に前記第１回転体と同心に配置され且つ前記発電軸に固定された第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体との間に形成されたバネ収容室と、前記バネ収容室内に収容されており、線状体が螺旋状に巻回されて形成され且つ一端は前記第１回転体に他端は前記第２回転体にそれぞれ固定されたコイルスプリングと、を有する第１プーリが前記プーリとして前記発電軸に取り付けられる。また、前記プーリ取り付け工程において、前記クランク軸の回転数が２０００ｒｐｍ以下で、且つ、下記の式（１）で表わされるＴ_ｍａｘ の値が所定の閾値未満であれば、前記伝動ベルトが巻き掛けられる第２巻き掛け面を有し、且つ、当該第２巻き掛け面が前記発電軸の回転速度と同じ速度で回転する第２プーリが前記プーリとして前記発電軸に取り付けられる。
Ｔ_ｍａｘ＝Ｉ×（Ｒ_ｃ／Ｒ）×［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ 式（１）
（式（１）において、Ｔ_ｍａｘ：前記クランク軸の回転数が２０００ｒｐｍ以下での前記発電軸のトルク変動分の最大値 [Ｎｍ]、Ｉ：前記発電機の慣性モーメント[ｋｇｍ^２]、［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ：前記クランク軸の角加速度の最大値［ｒａｄ／ｓ^２］、Ｒ_ｃ：前記クランク軸に取り付けられた前記プーリの半径［ｍ］、Ｒ：前記発電軸に取り付けられた前記プーリの半径[ｍ]）

この構成によると、発電軸のトルク変動分の最大値であるＴ_ｍａｘに基づいて、ダンパープーリ（第１プーリ）又はダンパ機能を有していない通常のプーリ（第２プーリ）を選択することができる。そのため、トルク変動の大きさが所定の大きさよりも小さい場合には、第１プーリを使用せずに第２プーリを使用し、トルク変動の大きさが所定の大きさよりも大きい場合に第１プーリを使用する、という効率的な設計が可能な、多軸駆動装置の製造方法が得られる。

なお、自動車に用いられる多軸駆動装置においては、クランク軸の回転数が１０００ｒｐｍ程度となるときに、ベルト伝動システムに共振が発生する。そのため、１０００ｒｐｍ付近の回転数領域においてトルク変動が生じ易い。そこで、本発明においては、共振の発生する１０００ｒｐｍ付近の回転数が確実に含まれるように、２０００ｒｐｍ以下の回転数領域でのＴ_ｍａｘを測定、計算等により求めて、このＴ_ｍａｘと所定の閾値とを比較することで、第１プーリの使用・不使用を決定し、共振の発生する回転数（１０００ｒｐｍ付近）では確実に第１プーリを使用するようにしている。

前記所定の閾値は５［Ｎｍ］であってもよい。自動車に用いられる多軸駆動装置において、ベルト伝動システムに共振が発生しやすい１０００ｒｐｍ付近の回転数領域では、（以下の例においては）Ｔ_ｍａｘが約９［Ｎｍ］となる。そこで、Ｔ_ｍａｘが９［Ｎｍ］のときには第１プーリが確実に使用されるように、９［Ｎｍ］より低い５［Ｎｍ］をＴ_ｍａｘの閾値として設定している。そして、Ｔ_ｍａｘが５以上の場合に第１プーリを使用するようにすれば、共振が発生し易く、トルク変動が起こり易い１０００ｒｐｍ付近では、確実に第１プーリが使用される。また、Ｔ_ｍａｘが５未満の場合、トルク変動は小さいので、第１プーリを使用する必要がない。以上から、所定の閾値を５［Ｎｍ］とすることによって、第１プーリの使用・不使用を、より効率的に決定することが可能な多軸駆動装置の製造方法が得られる。

また、本発明に係る多軸駆動装置は、発動機に設けられたクランク軸と、発電機の発電軸を含む少なくとも一つの従動軸と、を有し、前記クランク軸及び前記従動軸に取り付けられたプーリには伝動ベルトが巻き掛けられ、当該伝動ベルトを介し、前記クランク軸の回転に従動して前記従動軸を回転させる多軸駆動装置である。前記プーリは、プーリ取り付け工程において前記発電軸に取り付けられ、下記の式（１）で表わされるＴ_ｍａｘ の値が所定の閾値以上であれば、前記プーリ取り付け工程において、前記伝動ベルトが巻き掛けられる第１巻き掛け面を備える筒状の第１回転体と、当該第１回転体の内側空間に前記第１回転体と同心に配置され且つ前記発電軸に固定された第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体との間に形成されたバネ収容室と、前記バネ収容室内に収容されており、線状体が螺旋状に巻回されて形成され且つ一端は前記第１回転体に他端は前記第２回転体にそれぞれ固定されたコイルスプリングと、を有する第１プーリが前記プーリとして前記発電軸に取り付けられ、下記の式（１）で表わされるＴ_ｍａｘ の値が所定の閾値未満であれば、前記プーリ取り付け工程において、前記伝動ベルトが巻き掛けられる第２巻き掛け面を有し、且つ、当該第２巻き掛け面が前記発電軸の回転速度と同じ速度で回転する第２プーリが前記プーリとして前記発電軸に取り付けられる。
Ｔ_ｍａｘ＝Ｉ×（Ｒ_ｃ／Ｒ）×［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ 式（１）
（式（１）において、Ｔ_ｍａｘ：前記クランク軸の回転数が２０００ｒｐｍ以下での前記発電軸のトルク変動分の最大値 [Ｎｍ]、Ｉ：前記発電機の慣性モーメント[ｋｇｍ^２]、［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ：前記クランク軸の角加速度の最大値［ｒａｄ／ｓ^２］、Ｒ_ｃ：前記クランク軸に取り付けられた前記プーリの半径［ｍ］、Ｒ：前記発電軸に取り付けられた前記プーリの半径[ｍ]）

この構成によると、トルク変動の大きさが所定の大きさよりも小さい場合には、第１プーリを使用せず、トルク変動の大きさが所定の大きさよりも大きい場合に第１プーリを使用する、という効率的な設計が可能な多軸駆動装置が得られる。

前記所定の閾値は５［Ｎｍ］であってもよい。所定の閾値を５［Ｎｍ］とすることによって、第１プーリの使用・不使用を、より効率的に決定することが可能な多軸駆動装置が得られる。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（全体構成）
まず、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態に係る多軸駆動装置の全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る多軸駆動装置のプーリレイアウトを示す。

本実施形態に係る多軸駆動装置１は自動車に用いられるものであって、図１に示すように、クランク軸プーリ２３ａ、Ａ／Ｔ（オートテンショナ）プーリ２２ａ、Ｗ／Ｐ（ウォーターポンプ）プーリ２１ａ、発電軸プーリ２４ａ、Ｉ／Ｄ（アイドラー）プーリ２５ａ、及び、Ａ／Ｃ（エアコン）プーリ２６ａを有して構成されている。そして、これらのプーリは、それぞれ、クランク軸２３ｂ、Ａ／Ｔ（オートテンショナ）軸２２ｂ、Ｗ／Ｐ（ウォーターポンプ）軸２１ｂ、発電軸２４ｂ、Ｉ／Ｄ軸２５ｂ、及び、Ａ／Ｃ（エアコン）軸２６ｂに対して取り付けられている。ここで、クランク軸２３ｂは、内燃機関であるエンジン（発動機）に直接取り付けられているもので、発電軸２４ｂは、発電機（オルタネータ）に直接取り付けられている。クランク軸２３ｂ以外の回転軸は従動軸と呼ばれ、多軸駆動装置１では、クランク軸２３ｂの回転に従動して、これらの従動軸が回転する。以下、クランク軸プーリ２３ａの半径及び発電軸プーリ２４ａの半径を、それぞれ、Ｒ_ｃ及びＲと表わす（図１参照）。

本実施形態に係る多軸駆動装置１において、図１のようにＸ軸、Ｙ軸をとった場合に、これらのプーリの基本配置は表１のようになっている。表１に示すように、発電機及びＡ／Ｃの慣性モーメントが比較的大きい。

（伝動ベルト）
本実施形態に用いられている伝動ベルト１３０は、図２に示すようなＶリブドベルトとなっている。図２は、本実施形態に用いられている伝動ベルト１３０の部分断面斜視概略図である（断面における斜線は省略して示した）。図２に示すように、ここで使用する伝動ベルト（Ｖリブドベルト）１３０は、カバー帆布１３３からなる伸長部１３２と、その下方に設けられ、複数の心線１３４（伸縮可能な有機又は無機の繊維材料から構成されている）が埋設された接着ゴム層１３５と、さらにその下方に設けられた弾性体層からなる圧縮部１３６と、を有して構成される。ここで、圧縮部１３６は、断面が台形状に形成された複数のリブ１３７を有している。複数のリブ１３７は、それぞれがベルトの長手方向（図２の矢印方向参照）に連続している。なお、図２は、長手方向及び幅方向（矢印方向参照）について部分的に示したものである。

そして、伝動ベルト１３０は、Ａ／Ｔプーリ２２ａ、及び、Ｉ／Ｄプーリ２５ａとは、伝動ベルト１３０の背面側（伸長部１３２側）において接触し、それ以外のプーリとは、リブ１３７（圧縮部１３６）側において接触するように、各プーリに巻き掛けられて装着されている（図１参照）。

このような構成により、自動車のエンジンと、他の補機とが、伝動ベルト１３０を介して連結されている。そして、伝動ベルト１３０を介して、クランク軸２３ｂの回転が、他の補機の従動軸へと伝達されることで、エンジンの動力が他の補機へと供給される。また、多軸駆動装置１においては、内燃機関の特性に関連して、クランク軸２３ｂのトルクが一定とならずに、振動的に変化するトルク変動が生じる。

（第１プーリ）
次に、本実施形態において、後述の条件下で用いられる、ダンパ機能を有するダンパープーリについて、図３を参照しつつ説明する。以下、当該ダンパープーリを第１プーリと記す。図３は、第１プーリの軸方向断面を示している。なお、図３では、中心線１０ｃよりも上側半分のみを示し、中心線１０ｃについて対称となる下側半分は省略して示している。

図３に示す第１プーリ１０（ダンパープーリ、プーリ構造体）は、後述する所定の条件下で、オルタネータの発電軸２４ｂに設置されるものであって、エンジンの動力が、クランク軸２３ｂ及び伝動ベルト１３０を介して伝達されることにより回転する。この第１プーリ１０は、筒状に形成された第１回転体（プーリ部材）２を有し、当該第１回転体２の外周面には、伝動ベルト１３０を巻き掛けることによりエンジンからの駆動力を伝えることが可能な第１巻き掛け面２ａが設けられている。第１巻き掛け面２ａは、伝動ベルト１３０のリブ１３７と係合可能となるように、周方向に沿って形成された複数の溝を有している（図３、図５参照）。

第１回転体２の軸方向一端側の内周には軸受４が、軸方向他端側の内周には軸受５が配置されている。これら軸受４及び軸受５により、第２回転体（ハブ構造体）３が第１回転体２に対して相対回転自在に支持されており、この第２回転体３は第１回転体２の内側空間に、第１回転体２と同心に配置されている。

第２回転体３の外周には、軸受４及び軸受５が外れないように固定するための止め部材３ｓ、３ｔがそれぞれ嵌装されている。また、この第２回転体３の軸孔３ａには、オルタネータの発電軸２４ｂが挿入・固定される。すなわち、第２回転体３と発電軸２４ｂとは、同じ回転速度で回転する。

なお、本実施形態において軸受４及び軸受５として、ボールベアリングを用いている。しかし、これに限らず、例えばドライメタルなどを採用することで構成を簡素化しても良い。

第１回転体２、第２回転体３、及び、軸受４、５によりバネ収容室６が形成されており、バネ収容室６内には、コイルスプリング７が収容されている。コイルスプリングは、主に金属からなる線状体が螺旋状に巻回されたものである。

本実施形態においては、収容室６に面した第１回転体２の内面に、図３に示すような第１収容溝２ｂが設けられ、収容室に面した第２回転体３の内面に、第２収容溝３ｂが設けられている。そして、コイルスプリング７の一端は第１収容溝２ｂに、他端は第２収容溝３ｂに、それぞれ圧入により固定されている。ここで、第１収容溝２ｂ及び第２収容溝３ｂは、径方向断面が円弧状となるように形成されている。また、本実施形態においては、コイルスプリング７は、第１回転体２及び第２回転体３に対して圧入により固定されているが、この固定方法は圧入には限られず、例えば、フック状に曲げられた先端部が、それに合わせて形成された溝に対して係合することで固定されてもよいし、その他、ロウ付けなどにより固定されていてもよい。

（第２プーリ）
次に、本実施形態において用いられる、ダンパ機能を有していない通常のプーリである第２プーリについて、図６を参照しつつ説明する。図６は、多軸駆動装置１のプーリ取り付け工程における第２プーリを示す斜視説明概略図である。第２プーリ２０は、筒状の本体部２０ｂを有しており、本体部２０ｂは、その表面（側面）に、伝動ベルト１３０が巻き掛けられる第２巻き掛け面２０ｓを有している。第２巻き掛け面２０ｓは、第１巻き掛け面２ａと同様に、伝動ベルト１３０のリブ１３７と係合可能となるように、周方向に沿って形成された複数の溝を有している。そして、第２プーリ２０が発電軸２４ｂに取り付けられた場合には、第２プーリ２０は、第２巻き掛け面２０ｓ及び発電軸２４ｂの回転速度が同じ速度となるように回転する。すなわち、発電軸２４ｂに対して、本体部２０ｂが固定設置されている。第２プーリ２０はこのように、筒状の本体部２０ｓから構成されているものであるため、第１プーリ１０のようなダンパ機能を有していない。

（動作）
次に、以上のように構成される第１プーリ１０の動作について説明する。

まず、第１回転体２及び第２回転体３が回転していない状態から、伝動ベルト１３０により駆動力が伝えられて第１回転体２が回転を開始した状態では、第１回転体２の回転がコイルスプリング７を介して第２回転体３に弾性的に伝達され、回転が伝えられた第２回転体３も回転を始める。このとき、第１回転体２と第２回転体３とは、コイルスプリング７を巻き締めながら回転しており、コイルスプリング７が限界まで巻き締まると、第１回転体２と第２回転体３とは同じ回転速度で回転する。

上記の状態では、コイルスプリング７の両端部における圧入による保持力に加えて、コイルスプリング７による第１収容溝２ｂ及び第２収容溝３ｂ（の径方向内側）への締め付け力が発生し、コイルスプリング７による第１回転体２及び第２回転体３に対する摩擦力が強化されている。

また上記のように、第１回転体２と第２回転体３とが同じ回転速度で回転している間、コイルスプリング７の一端と他端との間の中間部分が当初よりも巻き締められた状態になっていることで、コイルスプリング７には、巻き緩み方向への弾性的回転エネルギーが蓄えられ、第１回転体２と第２回転体３とが、互いに反対方向に対して瞬間的な相対弾性回転運動ができるようになっている。

ここで、クランク軸２３ｂにトルク変動が生じてベルト速度が急激に低下した場合、第１回転体２には、第２回転体３に対してコイルスプリング７が巻き緩む方向の力が伝動ベルト１３０により加えられる。上記のように、第１回転体２と第２回転体３とは、コイルスプリング７の弾性力により、互いに反対方向への瞬間的な相対弾性回転運動が可能であるので、ベルト速度の急激な低下時に、慣性でそのまま回転を続ける第２回転体３に対して、伝動ベルト１３０の動きに合わせて第１回転体２が独立して（第２回転体３とは相対的に反対方向へ）回転する。その結果、コイルスプリング７がクランク軸２３ｂのトルク変動による回転方向の変位量を緩やかに吸収することでベルト鳴きが抑制され、ベルトの磨耗を防止できる。

また、コイルスプリング７を用いることにより、バネ線を螺旋状に巻くという構造上の理由で、その許容できる相対角変位を環状のゴムなどに比べて大とすることができる。従って、第１回転体２と第２回転体３との間で許容できる相対角変位を大きくでき、第１プーリ１０によって、トルク変動による回転方向の変位量を効率よく吸収することができる。

一方で、第２プーリ２０は、トルク変動による回転方向の変位量を吸収するようなダンパ機能は有していないため、クランク軸２３ｂと同じ回転速度で回転し、変位量を吸収することができない。

（多軸駆動装置の製造方法について）
次に、多軸駆動装置１の製造方法について、図４〜６を参照しつつ説明する。ここで、図４は、多軸駆動装置の製造方法の一部を示すフローチャートであり、図５は、多軸駆動装置１のプーリ取り付け工程における第１プーリ１０を示す斜視説明概略図である。図５、図６で、発電軸２４ｂについては、発電軸プーリ２４ａが取り付けられる先端部のみを概略的に示している。

本製造方法には、上記の各補機（オルタネータ、Ａ／Ｃ等）に設けられた各軸２１ｂ〜２６ｂに対して、それぞれに対応した各プーリ２１ａ〜２６ａを取り付ける、プーリ取り付け工程が含まれる。プーリ取り付け工程は、図４のステップＳ１０１、Ｓ１０２、Ｓ１０３に相当する。プーリ取り付け工程においては、以下のような条件の下で、第１プーリ１０、第２プーリ２０のいずれかが、発電軸プーリ２４ａとして発電軸２４ｂに取り付けられる。

まず、下記の式（１）で表わされるＴ_ｍａｘ の値が５［Ｎｍ］以上であれば（図４のステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、第１プーリ１０が、発電軸プーリ２４ａとして発電軸２４ｂに取り付けられる（ステップＳ１０２、図５参照）。一方、クランク軸２３ｂの回転数が２０００ｒｐｍ以下で、且つ、Ｔ_ｍａｘ の値が５［Ｎｍ］未満であれば（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、第２プーリ２０が、発電軸プーリ２４ａとして発電軸２４ｂに取り付けられる（ステップＳ１０３、図６参照）。
Ｔ_ｍａｘ＝Ｉ×（Ｒ_ｃ／Ｒ）×［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ 式（１）
（式（１）において、Ｔ_ｍａｘ：クランク軸２３ｂの回転数が２０００ｒｐｍ以下での発電軸２４ｂのトルク変動分の最大値 [Ｎｍ]、Ｉ：発電機の慣性モーメント[ｋｇｍ^２]、［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ：クランク軸２３ｂの角加速度の最大値［ｒａｄ／ｓ^２］、Ｒ_ｃ：クランク軸２３ｂに取り付けられたクランク軸プーリ２３ａの半径［ｍ］、Ｒ：発電軸２４ｂに取り付けられた発電軸プーリ２４ａの半径[ｍ]）

そして、プーリが取り付けられた各補機が、図１のようなレイアウトとなるように配置され（ステップＳ１０４）、その後、伝動ベルト１３０がこれらのプーリ２１ａ〜２６ａに装着される（ステップＳ１０５）。このようにして多軸駆動装置１が製造される。

（式（１）について）
ここで、式（１）についてより詳細に説明する。発電機の慣性モーメントをＩ[ｋｇｍ^２]、発電軸２４ｂの角加速度の最大値を［（ｄω）／（ｄｔ）］_ｍａｘ ［ｒａｄ／ｓ^２］、クランク軸２３ｂの角加速度の最大値を［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ ［ｒａｄ／ｓ^２］、クランク軸２３ｂに取り付けられたクランク軸プーリ２３ａの半径をＲ_ｃ［ｍ］、発電軸２４ｂに取り付けられた発電軸プーリ２４ａの半径をＲ[ｍ]とする。さらに、ここでは、クランク軸２３ｂのトルク変動が、発電軸２４ｂへと直接伝わる場合（伝動ベルト１３０の弾性的性質や、伝動ベルト１３０の弛み等を考慮しない場合）を考える。発電軸２４ｂのトルク変動分の最大値Ｔ_ｍａｘは、
Ｔ_ｍａｘ＝Ｉ×［（ｄω）／（ｄｔ）］_ｍａｘ 式（ａ）
と表わされる。また、上記より、クランク軸２３ｂ、発電軸２４ｂのプーリ周速は同じとなるため、周速ｖは、
ｖ＝Ｒ_ｃω_ｃ＝Ｒω
と表わされ、
ω＝（Ｒ_ｃ／Ｒ）ω_ｃ
と式変形できる。両辺を時間ｔで微分して、
［（ｄω）／（ｄｔ）］＝（Ｒ_ｃ／Ｒ）×［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］
となる。ここで、角加速度が最大となる場合には、
［（ｄω）／（ｄｔ）］_ｍａｘ＝（Ｒ_ｃ／Ｒ）×［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ
となる。そして、この式及び式（ａ）より、
Ｔ_ｍａｘ＝Ｉ×（Ｒ_ｃ／Ｒ）×［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ 式（１）
と表わされる。

一般に、自動車に用いられる多軸駆動装置においては、クランク軸の回転数が１０００ｒｐｍ程度となるときに、ベルト振動システムに共振が発生する。そのため、１０００ｒｐｍ付近の回転数領域において、トルク変動が生じ易い。

図１の多軸駆動装置１における回転変動率［％］及びクランク軸２３ｂの角加速度［ｒａｄ／ｓ^２］と、クランク軸２３ｂの回転数との関係を示すグラフを、図７及び図８にそれぞれ示す。ここで、回転変動率は、以下のように定義されるものである。
回転変動率＝変動回転数／平均回転数
＝（最大回転数―最小回転数）／平均回転数
図７に示すように、クランク軸２３ｂの回転変動率は低回転域で大きい。しかし、図８に示すように、クランク軸２３ｂの角加速度は、回転数の増加と共に増加する。図８において、１０００ｒｐｍを境に、角加速度の増加率が変化している（１０００ｒｐｍ未満の領域よりも１０００ｒｐｍ以上の領域において角加速度の増加率が小さくなっている）。なお、本実施形態においては、回転変動率、角加速度は、図７、８のような傾向を示しているが、これらはエンジン特性により多少異なる。

そこで、本発明においては、共振の発生する１０００ｒｐｍ付近の回転数が確実に含まれるようにするため、２０００ｒｐｍ以下の回転数領域でのＴ_ｍａｘを測定、計算等により求めて、このＴ_ｍａｘと所定の閾値（５［Ｎｍ］、後述）とを比較することで、第１プーリ１０の使用・不使用を決定している。なお、２０００ｒｐｍ以上の回転数領域では角加速度は大きくなるが、共振域から大きく外れることによりトルク変動は小さくなるので、２０００ｒｐｍ以下を対象としている。

これにより、発電軸２４ｂのトルク変動分の最大値であるＴ_ｍａｘに基づいて、第１プーリ１０又はダンパ機能を有していない第２プーリ２０を選択することができる。そのため、効率的な設計が可能な多軸駆動装置、及び、多軸駆動装置の製造方法が得られる。

より具体的に説明する。第１プーリ１０は、第２プーリ２０よりも複雑な構造を有するため、設計上、多軸駆動装置１に第１プーリ１０を取り付ける場合には、第１プーリ１０を使用せずに第２プーリ２０を取り付ける場合と比べて、製造コスト、組み立て時間、製品重量等が増大する。そのため、トルク変動の大きさが小さい場合には第１プーリ１０を使用せずに第２プーリ２０を使用し、トルク変動の大きさが所定の大きさよりも大きい場合に第１プーリ１０を使用するように多軸駆動装置１を設計することで、多軸駆動装置にとって本来は不要な製造コスト、組み立て時間、製品重量等を削減することができるため、このような設計は効率的であるといえる。

また、クランク軸の回転数が１０００ｒｐｍのときのＴ_ｍａｘを、式（１）を用いて求めると、以下のようになる。
Ｔ_ｍａｘ＝２．１×１０^−３×（１４０／５５）×１６６０＝８．８
ここで、Ｉ、Ｒ、Ｒ_ｃには表１の値を使用した。また、角加速度［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘには、図８から得られる値を使用した。このように、自動車に用いられる多軸駆動装置１において、ベルト伝動システムに共振が発生しやすい１０００ｒｐｍ付近の回転数領域では、Ｔ_ｍａｘが約９［Ｎｍ］となる。そこで、Ｔ_ｍａｘが約９［Ｎｍ］となるときには第１プーリ１０が確実に使用されるように、本実施形態においては９［Ｎｍ］より低い５［Ｎｍ］をＴ_ｍａｘの閾値として設定している。そして、Ｔ_ｍａｘが５以上の場合に第１プーリを使用するようにすれば、共振が発生し易く、トルク変動が起こり易い１０００ｒｐｍ付近では、確実に第１プーリ１０が使用される。また、Ｔ_ｍａｘが５未満の場合、トルク変動は小さいので、第１プーリ１０を使用する必要がない。以上から、所定の閾値を５［Ｎｍ］とすることによって、多軸駆動装置１の製造方法において、第１プーリ１０の使用・不使用を、より効率的に決定することが可能となる。また、より効率的な設計が可能な多軸駆動装置１が得られる。

なお、本実施形態においては、Ｔ_ｍａｘ についての閾値を５［Ｎｍ］としているが、この値には限られず、他の値が採用されてもよい。また、クランク軸２３ｂの回転数２０００ｒｐｍでは、Ｔ_ｍａｘは、
Ｔ_ｍａｘ＝２．１×１０^−３×（１４０／５５）×２４００＝１２．８３
となる（表１、図８より）。ここで、例えば、Ｔ_ｍａｘ＝１３という条件を、第１プーリ１０の使用限界と定め、クランク軸２３ｂ回転数が２０００ｒｐｍ以下で、且つ、５≦Ｔ_ｍａｘ≦１３となる場合においてのみ、第１プーリ１０を使用するようにしてもよい。これにより、第１プーリ１０の使用限界（ダンパとして機能する限界）として、Ｔ_ｍａｘの上限を定めることもできる。

（実施例）
ここで、多軸駆動装置１において、クランク軸２３ｂの回転数が１０００ｒｐｍ付近において、第１プーリ１０を使用した場合と、第１プーリ１０を使用せず第２プーリ２０を使用した場合との比較結果を表２に示す。また、表２におけるプーリ径が「４０％減」のレイアウトは、プーリ径のみ表１のものとは異なっており、この場合のレイアウトを、表１と異なる部分のみについて表３に示す。

表２の成立性において、△、○、◎は、それぞれ次のような状態を示している。
△：伝動ベルト１３０の多軸駆動装置１への適用は困難であり、ベルトスリップ、騒音、切断が発生しやすい。
○：伝動ベルト１３０を多軸駆動装置１に一応は適用することができる。
◎：伝動ベルト１３０を多軸駆動装置１に十分に適用可能であり、ベルトスリップ、騒音、切断が殆ど発生することがない。
また、表２、４において、第１プーリ１０無し、というのは、発電軸プーリ２４ａとして第２プーリ２０を使用する、ということを表わしている。

表２に示すように、全てのプーリ径を同一にして比べた場合（表２のＡ、Ｂ、Ｄ）、第１プーリ１０が無い場合には、リブ数（リブ１３７の数）が８個で成立性が△であったが（表２のＡ参照）、第１プーリ１０がある場合には、リブ数４個で成立性が○であり（Ｂ参照）、リブ数５で成立性が◎となった（Ｄ参照）。すなわち、同径の第２プーリ２０を使用する場合と比べて、第１プーリ１０を使用する場合には、リブ数が少なくても多軸駆動装置として成立するため、システムの小型化、軽量化が可能となり、製造コストが低減できる。

また、ベルト一本当たりのＡ／Ｔ（オートテンショナ）付与張力が、第１プーリ１０なしの場合には４１２［Ｎ／本］だったが（Ａ参照）、それに対して、第１プーリ１０ありの場合には、１４４［Ｎ／本］と減少させることが可能である（Ｂ、Ｄ参照）。また、張り側張力についても、第１プーリ１０なしの場合、１０２９［Ｎ／本］であったのが（Ａ参照）、第１プーリ１０ありの場合に、７６３［Ｎ／本］と減少する（Ｄ参照）。そのため、第１プーリ１０により、不要なエネルギーロスが低減できることが分かる。

また、プーリ径が、表１の場合に比べて４０％減の場合（表３の場合）であっても、リブ数、Ａ／Ｔ付与張力をほぼ同じ条件とした場合に（表２のＡ、Ｃ）、第１プーリ１０が無い場合（基本プーリ径で第２プーリ２０を使用した場合）に成立性が△であったが（Ａ参照）、４０％減のプーリ径を有する第１プーリ１０を使用した場合であっても成立性が○となった（Ｃ参照）。すなわち、第１プーリ１０を使用する場合には、第２プーリ２０を（同様のリブ数、Ａ／Ｔ付与張力において）使用する場合に比べて、プーリを小型化できることが分かった。

次に、図１とは異なり、Ａ／Ｔの代わりに固定テンショナを使用したレイアウトにおいて、第１プーリ１０がある場合と無い場合との比較結果を表４に示す。

表４に示すように、固定テンショナを用いたレイアウトにおいて、第１プーリ１０が無い場合には、リブ数８で成立性が○であったが、第１プーリ１０がある場合には、リブ数が６で成立性が○となった。また、このとき、静止張力は、第１プーリ１０が無い場合には、６００［Ｎ／本］であり、第１プーリ１０がある場合には、３６０［Ｎ／本］であった。固定テンショナを用いる場合に、長時間の走行後には、１リブ当たりの張力（耐久可能な張力）が６０［Ｎ／リブ］程度にまで減少する。表４において、第１プーリ１０がない場合及びある場合で、それぞれ、リブ数が８本及び６本であるので、これに対応して、１リブ当たりの張力（発生する張力）は、７５［Ｎ／リブ］及び６０［Ｎ／リブ］となり、第１プーリ１０がある場合には６０［Ｎ／リブ］に収まるために、第１プーリ１０がある場合には、固定テンショナを用いることも可能となる（第１プーリ１０なしで、７５[Ｎ／リブ]の静止張力が常に維持されているという条件で成立性は○である。しかし、通常、長時間走行後には６０[Ｎ／リブ]程度にまで張力が低下してしまい、スリップが発生しやすくなるので、実際にはリブ数８個では成立しない。一方、第１プーリ１０がある場合には、リブ数６個であっても６０[Ｎ／リブ]を満たす）。また、張り側張力についても、第１プーリ１０なしでは、９９５［Ｎ／本］であったのが、第１プーリ１０ありの場合に、７５４［Ｎ／本］と減少した。張力が低減するためにエネルギーロスが低減できることはＡ／Ｔ付きと同様である。

以上から、第１プーリ１０を使用した場合には、第１プーリ１０を使用しない場合、すなわち第２プーリ２０を使用する場合に比べて、伝動ベルトのリブ数を減らすことができ、プーリ径を小さくすることができるので、システムの小型化、軽量化が可能となり、製造コストが低減できる。また、第１プーリ１０は、ベルト張力を低減させる効果も有し、不要なエネルギーロスが低減され、エンジンの運転効率（燃費など）が向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。

本発明の一実施形態に係る多軸駆動装置のプーリレイアウトを示す概略図。 図１の伝動ベルトの部分断面斜視概略図。 第１プーリの軸方向概略断面図。 図１の多軸駆動装置の製造方法の一部を示すフローチャート。 図１の多軸駆動装置のプーリ取り付け工程における第１プーリを示す斜視説明概略図。 図１の多軸駆動装置のプーリ取り付け工程における第２プーリを示す斜視説明概略図。 図１の多軸駆動装置における回転変動率［％］と、クランク軸の回転数との関係を示すグラフ。 図１の多軸駆動装置におけるクランク軸の角加速度［ｒａｄ／ｓ^２］と、クランク軸２３ｂの回転数との関係を示すグラフ。

符号の説明

１ 多軸駆動装置
２ 第１回転体
２ａ 第１巻き掛け面
３ 第２回転体
６ バネ収容室
７ コイルスプリング
１０ 第１プーリ
２０ 第２プーリ
２０ｓ 第２巻き掛け面
２１ａ〜２６ａ プーリ
２１ｂ、２２ｂ、２４ｂ〜２６ｂ 従動軸
２３ｂ クランク軸
２４ｂ 発電軸
１３０ 伝動ベルト

Claims (4)

1. 発動機に設けられたクランク軸と、発電機の発電軸を含む少なくとも一つの従動軸と、を有し、前記クランク軸及び前記従動軸に取り付けられたプーリには伝動ベルトが巻き掛けられ、当該伝動ベルトを介し、前記クランク軸の回転に従動して前記従動軸を回転させる多軸駆動装置を製造するための多軸駆動装置の製造方法において、
   前記プーリを前記発電軸に取り付けるプーリ取り付け工程を有し、
   前記プーリ取り付け工程において、下記の式（１）で表わされるＴ_ｍａｘ の値が所定の閾値以上であれば、前記伝動ベルトが巻き掛けられる第１巻き掛け面を備える筒状の第１回転体と、当該第１回転体の内側空間に前記第１回転体と同心に配置され且つ前記発電軸に固定された第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体との間に形成されたバネ収容室と、前記バネ収容室内に収容されており、線状体が螺旋状に巻回されて形成され且つ一端は前記第１回転体に他端は前記第２回転体にそれぞれ固定されたコイルスプリングと、を有する第１プーリが前記プーリとして前記発電軸に取り付けられ、
   前記プーリ取り付け工程において、下記の式（１）で表わされるＴ_ｍａｘ の値が所定の閾値未満であれば、前記伝動ベルトが巻き掛けられる第２巻き掛け面を有し、且つ、当該第２巻き掛け面が前記発電軸の回転速度と同じ速度で回転する第２プーリが前記プーリとして前記発電軸に取り付けられることを特徴とする多軸駆動装置の製造方法。
   Ｔ_ｍａｘ＝Ｉ×（Ｒ_ｃ／Ｒ）×［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ 式（１）
   （式（１）において、Ｔ_ｍａｘ：前記クランク軸の回転数が２０００ｒｐｍ以下での前記発電軸のトルク変動分の最大値 [Ｎｍ]、Ｉ：前記発電機の慣性モーメント[ｋｇｍ^２]、［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ：前記クランク軸の角加速度の最大値［ｒａｄ／ｓ^２］、Ｒ_ｃ：前記クランク軸に取り付けられた前記プーリの半径［ｍ］、Ｒ：前記発電軸に取り付けられた前記プーリの半径[ｍ]）
2. 前記所定の閾値は５［Ｎｍ］であることを特徴とする請求項１に記載の多軸駆動装置の製造方法。
3. 発動機に設けられたクランク軸と、発電機の発電軸を含む少なくとも一つの従動軸と、を有し、前記クランク軸及び前記従動軸に取り付けられたプーリには伝動ベルトが巻き掛けられ、当該伝動ベルトを介し、前記クランク軸の回転に従動して前記従動軸を回転させる多軸駆動装置であって、
   前記プーリは、プーリ取り付け工程において前記発電軸に取り付けられ、
   下記の式（１）で表わされるＴ_ｍａｘ の値が所定の閾値以上であれば、前記プーリ取り付け工程において、前記伝動ベルトが巻き掛けられる第１巻き掛け面を備える筒状の第１回転体と、当該第１回転体の内側空間に前記第１回転体と同心に配置され且つ前記発電軸に固定された第２回転体と、前記第１回転体と前記第２回転体との間に形成されたバネ収容室と、前記バネ収容室内に収容されており、線状体が螺旋状に巻回されて形成され且つ一端は前記第１回転体に他端は前記第２回転体にそれぞれ固定されたコイルスプリングと、を有する第１プーリが前記プーリとして前記発電軸に取り付けられることで製造され、
   下記の式（１）で表わされるＴ_ｍａｘ の値が所定の閾値未満であれば、前記プーリ取り付け工程において、前記伝動ベルトが巻き掛けられる第２巻き掛け面を有し、且つ、当該第２巻き掛け面が前記発電軸の回転速度と同じ速度で回転する第２プーリが前記プーリとして前記発電軸に取り付けられることで製造されることを特徴とする多軸駆動装置。
   Ｔ_ｍａｘ＝Ｉ×（Ｒ_ｃ／Ｒ）×［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ 式（１）
   （式（１）において、Ｔ_ｍａｘ：前記クランク軸の回転数が２０００ｒｐｍ以下での前記発電軸のトルク変動分の最大値 [Ｎｍ]、Ｉ：前記発電機の慣性モーメント[ｋｇｍ^２]、［（ｄω_ｃ）／（ｄｔ）］_ｍａｘ：前記クランク軸の角加速度の最大値［ｒａｄ／ｓ^２］、Ｒ_ｃ：前記クランク軸に取り付けられた前記プーリの半径［ｍ］、Ｒ：前記発電軸に取り付けられた前記プーリの半径[ｍ]）
4. 前記所定の閾値は５［Ｎｍ］であることを特徴とする請求項３に記載の多軸駆動装置。