JP2008223910A - プーリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プーリの内周面と回転軸の外周面との隙間に起因して生じる締結力の低下を抑制し、安定した回転が可能なプーリ装置を提供する。
【解決手段】一方向に回転する回転軸２に形成された雄ネジ部２ｄに、雌ネジ部５ａが形成されたナット５を螺合し、回転軸２に外嵌されるプーリ４をナット５で軸方向に締め付け固定するプーリ装置１であって、雌ネジ部５ａが、その締め付け方向が回転軸２の回転方向と逆方向となるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プーリ装置に関し、特に、オルタネータ、（パワーステアリング用）オイルポンプ等の自動車補機用のプーリ装置を回転軸に固定する構造に関する。

例えば、自動車のエンジンを駆動源として自動車に必要な発電を行うオルタネータ１００は、図５に示すように、ハウジング１０２の内側に回転軸１０３を、一対の転がり軸受１０４，１０４により回転自在に支持している。この回転軸１０３の中間部には、ロータ１０５と整流子１０６とを設けている。また、この回転軸１０３の一端部（図５の左端部）で上記ハウジング１０２外に突出した部分には従動プーリ１０７が固定されている。この場合、回転軸１０３の軸端部に形成された雄ネジ部１０３ａに、雌ネジ部１１０ａが形成されたナット１１０を螺合し、このナット１１０で回転軸１０３に外装された従動プーリ１０７を軸方向に締め付け固定する。そして、エンジンへの組み付け状態では、この従動プーリ１０７に無端ベルトを掛け渡し、エンジンのクランクシャフトにより、回転軸１０３を回転駆動自在とする。

また、プーリを回転軸に固定する場合には、スリーブの内周面に形成された雌ネジ部を回転軸の軸端部の雄ネジ部に螺合して直接締め付け固定する場合もある（例えば、特許文献１参照。）。

ナットを用いてプーリを回転軸に固定する方法としては、ダブルナットを使用し、ネジ部内で対向する軸方向の力を生じさせて、ネジ部での固着力を高めることが考案されている。また、ナットまたはスリーブでプーリを回転軸に固定する他の方法として、雄ネジ部と雌ネジ部との締め付け方向を回転軸の回転方向と同じ方向にし（プーリ開放側から見て、回転軸が右回転なら右ネジとする）、ナットやスリーブに作用する慣性力や駆動力でネジが緩まないようにすることが知られている。
特開２００５−２６５０４４号公報（０００８段落）

ところで、回転軸を支持する支持軸受は、安定した回転性能を実現し長寿命化を図るために組み込みのバラツキを抑える必要があり、回転軸やハウジングとの隙間は小さく管理する必要があって、場合によってはタイトで組み付けるようになっている。これに対して、プーリと回転軸との隙間は、多少大きく、プーリ及び回転軸の回転中心が若干ずれていても、プーリにかけられるゴムベルトの弾性とテンショナの機能等によって、張力変動が吸収されるため、組み込み性を優先して、比較的大きな隙間に設定されるものが多い。

このようなプーリと回転軸との隙間は、従来特に問題となっていなかったが、近年、自動車及び補機類の高機能・高容量・高性能化の要求にともない、ベルト一本で多くの補機類を駆動するサーペンタイン化が図られている。その際、確実な回転・動力伝達を行うため、ベルトの張力を高く設定したり、ベルトをプーリに大きく巻き付けたりする傾向があり、プーリにかかる荷重は大きくなる傾向にある。また、ベルトで駆動される補機類のレイアウトによっては荷重変動が大きくなり、より大きな荷重がかかることが考えられる。

例えば、ナットでの軸方向締め付け力を１０００ｋｇｆと仮定し、プーリと軸受・スペーサ等の他部品との接触面の摩擦係数を０．２と仮定した場合、Ｆ＝μＮ＝０．２×１０００＝２００ｋｇｆとなり、プーリにこれ以上の荷重が負荷された場合、プーリの内周面と回転軸の外周面との間の隙間が大きいと、プーリと他部品との接触面は、すべりを伴いズレを生じてしまう可能性が考えられる。

このすべりは、プーリの内周面が回転軸の外周面と接触することで規制される、数十〜数百μｍ程度の軸直角方向（ラジアル方向）の小さなすべりであるが、このすべりが繰り返されること、さらには回転軸の外周面とプーリの内周面との隙間に起因してクリープ現象が生じることで、プーリの内周面と回転軸の外周面、さらには軸方向で接触するプーリ及び他部品の平面部で摩耗が進行し、締結力が低下して安定した回転ができなくなる可能性がある。このクリープ現象は、嵌め合いの設定や軸方向の押し付け力の設定等によって発生し易さは異なるが、嵌め合いがルーズの場合、プーリ荷重Ｆｒ（ｋｇｆ）≧軸外径（ｍｍ）×（１０〜１５）となると発生し易い。

また、図５に示すように、プーリ１０７の内周面にテーパ面１０７ａを形成するとともに、その内側のスリーブ部１１２の外周面にもテーパ面１１２ａを形成し、これらテーパ面１０７ａ，１１２ａでナット１１０の締め付け力を軸方向分力とラジアル方向分力とに分け、ラジアル方向分力によりスリーブ部１１２を回転軸１０３に押し付けることで隙間を小さくする構造も示されている。

しかしながら、この構造では、ラジアル方向分力によりスリーブ部１１２を収縮させて回転軸１０３に密着させると、スリーブ部１１２に作用する軸方向分力が、それ以上の軸力にはならず、その結果、軸方向の押し付け力が不足するという問題があり、さらなる有効な隙間対策が必要であった。

本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、プーリの内周面と回転軸の外周面との隙間に起因して生じる締結力の低下を抑制し、安定した回転が可能なプーリ装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１） 回転軸に外嵌されるプーリと、
前記回転軸に形成された雄ネジ部と螺合する雌ネジ部を有し、前記プーリを前記回転軸に締め付け固定するナットと、
を有するプーリ装置であって、
前記雌ネジ部は、その締め付け方向が前記回転軸の回転方向と逆方向となるように形成されていることを特徴とするプーリ装置。
（２） 回転軸に形成された雄ネジ部と螺合する雌ネジ部を有し、前記回転軸に締め付け固定されるプーリ装置であって、
前記雌ネジ部は、その締め付け方向が前記回転軸の回転方向と逆方向となるように形成されていることを特徴とするプーリ装置。

本発明のプーリ装置によれば、回転軸と螺合されるナットの雌ネジ部は、その締め付け方向が前記回転軸の回転方向と逆方向となるように形成されているので、回転軸とプーリとの間の隙間によって回転軸に対してプーリが遅れて回転するクリープ現象が生じた際にも、プーリに接触するナットが締め付け方向に作用する。したがって、プーリの内周面と回転軸の外周面との隙間に起因して生じる締結力の低下が抑制され、安定した回転が可能となる。

また、本発明の他のプーリ装置によれば、回転軸と螺合される雌ネジ部は、その締め付け方向が前記回転軸の回転方向と逆方向となるように形成されているので、回転軸とプーリ装置との間の隙間によって回転軸に対してプーリ装置が遅れて回転するクリープ現象が生じた際にも、プーリ装置が回転軸に対して締め付けられる。したがって、プーリ装置の内周面と回転軸の外周面との隙間に起因して生じる締結力の低下が抑制され、安定した回転が可能となる。

以下、本発明の各実施形態に係るプーリ装置について図面を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るプーリ装置１は、自動車用補機としてオルタネータの回転軸（図５参照。）に、一方向に回転する走行用エンジンの駆動力を導入するためのものである。図１に示すように、プーリ装置１は、オルタネータの回転軸２に外嵌されるプーリ４と、プーリ４を回転軸２に締め付け固定するナット５と、を備える。回転軸２には、支持軸受３も外嵌されており、ナット５によってプーリ４と共に回転軸２に固定される。

回転軸２は、大径軸部２ａと、この大径軸部２ａよりも小径の小径軸部２ｂと、を備え、これらの間に形成された段差面２ｃによって段付き形状に形成される。また、小径軸部２ｂの軸端側には、小径軸部２ｂと同外径の雄ネジ部２ｄが形成されている。

プーリ４は、内周面４ａが円筒面とされており、また外周面にベルト溝４ｂが形成されている。このベルト溝４ｂに、エンジンのクランクシャフトに固定された駆動プーリに懸架された駆動ベルト（図示せず）が掛け渡されている。

そして、プーリ装置１は、回転軸２の段差面２ｃに支持軸受３の内輪３ａが当接し、この内輪３ａにプーリ４が当接した状態で、ナット５をその内周側に形成された雌ネジ部５ａにおいて回転軸２の雄ネジ部２ｄに螺合する。これにより、回転軸２に外装されたプーリ４及び支持軸受３が、プーリ４に当接するナット５で軸方向に締め付け固定され、回転軸２は、プーリ４の回転方向と同じ方向に回転する。

ここで、図２に示すように、駆動ベルトの大きな成分の回転荷重が負荷される場合、プーリ４が外装される回転軸２の小径軸部２ｂの外周面とプーリ４の内周面との間には隙間が存在し、この隙間に起因してクリープ現象が生じる。

プーリ４の内周面と小径軸部２ｂの外周面との最大隙間をｃとすると、小径軸部２ｂの外径２ｒよりも、プーリ４の内径２ｒ＋ｃがｃだけ大きくなり、その結果、小径軸部２ｂの外周長さ２πｒよりも、プーリ４の内周長さ２πｒ＋πｃが、πｃだけ長くなる。

プーリ４には、駆動ベルトの大きな成分の回転荷重が、図２に矢印Ｘで示すように中心に向けて加わることになり、軸方向から見た場合、プーリ４はこの荷重の入力位置を常に接触させるように回転し、その結果、プーリ４は小径軸部２ｂに倣うように回転する。このように回転すると、プーリ４が１回転する間に、回転軸２は（１＋（ｃ／２ｒ））回転する。つまり、回転軸２の回転速度はプーリ４の回転速度よりも速くなる。言い換えれば、プーリ４は、回転軸２に対して相対的に、回転軸２の回転方向（矢印Ｒ１）及びプーリ４の回転方向（矢印Ｒ２）とは逆方向に少しずつ相対回転をする。

このため、第１実施形態に係るプーリ装置１では、クリープ現象が生じた際にも、プーリ４に接触するナット５が締め付け方向に作用するように、回転軸２の雄ネジ部２ｄ及びナット５の雌ネジ部５ａは、その締め付け方向が回転軸２の回転方向と逆方向となるように形成されている。より具体的には、図３に示すように、ナット５の開放側から軸方向に見た場合に右回転する回転軸２及びプーリ４に対して左ネジ（左に回すと前進する）でナット５が締め付けられるように雄ネジ部２ｄ及び雌ネジ部５ａが形成されている。

また、第１実施形態に係るプーリ装置１では、クリープ現象を生じにくくするように、プーリ４の内周面と回転軸２の小径軸部２ｂの外周面との隙間を小さく設定している。具体的に、回転軸２の軸径がφ１２〜３０ｍｍ程度の場合、最大隙間ｃを概ね、ｃ≦ネジピッチｓ×（１／８０〜１／１００）としている。

以上に述べた第１実施形態に係るプーリ装置１によれば、回転軸２の雄ネジ部２ｄ及びナット５の雌ネジ部５ａは、その締め付け方向が回転軸２の回転方向と逆方向となるように形成されているため、回転軸２とプーリ４との間の隙間によって回転軸２に対してプーリ４が遅れて回転するクリープ現象が生じた際にも、プーリ４に接触するナット５を締め付け方向に作用させることができる。したがって、プーリ４の内周面と回転軸２の外周面との隙間に起因して生じる締結力の低下が抑制され、安定した回転が可能となる。

また、プーリ４の内周面と回転軸２の小径軸部２ｂの外周面との最大隙間ｃが、ネジピッチｓ×（１／８０〜１／１００）以下とされているため、プーリ４の平面部における摩擦力以上のプーリ荷重が負荷された場合でも、接触面・部品の弾性変位の範囲で、プーリ４の内周面が回転軸２の外周面に拘束されるようにできる。したがって、さらに安定した回転が可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るプーリ装置について図４を参照して以下に説明する。なお、第２実施形態に係るプーリ装置も、自動車用補機としてのオルタネータの回転軸に、一方向に回転する走行用エンジンの駆動力を導入するためのものであるが、第２実施形態に係るプーリ装置１０は、一方向クラッチ内蔵型プーリであり、図４に示すように、回転軸２の小径軸部２ｂに形成された雄ねじ部２ｄに螺合固定される。

具体的に、プーリ装置１０は、回転軸２に外嵌され、内周面に回転軸２の雄ネジ部２ｄと螺合する雌ネジ部１１ａを有するスリーブ部１１と、スリーブ部１１の径方向外側にスリーブ部１１と同心に配設され、外周面にベルト溝１２ａが形成されるプーリ部１２と、を備えている。ベルト溝１２ａには、エンジンのクランクシャフトに固定された駆動プーリに懸架された駆動ベルト（図示せず）が掛け渡される。

また、プーリ装置１０は、スリーブ部１１の軸方向中間部における外周面とプーリ部１２の軸方向中間部における内周面との間に一方向クラッチ１３を有しており、この一方向クラッチ１３に対して軸方向に離間した位置となる、スリーブ部１１の軸方向両端部における外周面とプーリ部１２の軸方向両端部における内周面との間には、一対の転がり軸受１４が配置されている。一方向クラッチ１３は、プーリ部１２がスリーブ部１１に対して所定方向に相対回転する傾向となる場合のみ、プーリ部１２とスリーブ部１１との間で回転力を伝達する。転がり軸受１４は、深軸玉軸受等が使用されており、プーリ部１２に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ部１１とプーリ部１２とを相対回転を可能とする。

一方向クラッチ１３は、スリーブ部１１の外周面に圧入固定される内輪１５と、プーリ部１２の内周面に圧入固定される外輪１６と、内輪１５の外周面と外輪１６の内周面との間に配置される係合子である複数のローラ１７とを備える。内輪１５の外周面は、複数のランプ部１５ａが円周方向に所定の間隔で形成されたカム面をなしており、ローラ１７は外輪１６の円筒面１６ａと各ランプ部１５ａとから形成される楔空間に回動自在に保持されている。

また、一方向クラッチ１３は、各ローラ１７を個別に収容する複数のポケットを有する保持器１８と、各ローラ１７を楔空間に係合する方向に弾性的に押圧するバネ１９とを有している。

このようにして構成された一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、プーリ部１２の回転角速度が回転軸２の回転角速度よりも速い場合、即ち、外輪１６が内輪１５に対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合には、ローラ１７が楔作用によって外輪１６の円筒面と内輪１５のランプ部１５ａとの間の楔空間に噛み込まれて、外輪１６と内輪１５との間で各ローラ１７を介して回転力が伝達自在となる。これにより、プーリ部１２とスリーブ部１１とが相対回転不能（ロック状態）になり、エンジンの回転力が回転軸２に伝達される。一方、プーリ部１２の回転角速度が回転軸２の回転角速度よりも遅い場合には、ローラ１７の噛み込みが解除されて、プーリ部１２とスリーブ部１１との相対回転が自在（オーバーラン状態）となる。

このような本実施形態のプーリ装置１０においても、クリープ現象が生じた際に、スリーブ部１１が回転軸２に締め付けられるように、回転軸２の雄ネジ部２ｄ及びスリーブ部１１の雌ネジ部１１ａは、その締め付け方向が回転軸２の回転方向と逆方向となるように形成されている。即ち、プーリ装置１０の開放側から軸方向視した場合に右回転する回転軸２及びプーリ部１２に対して左ネジでスリーブ部１１が締め付けられるように雄ネジ部２ｄ及び雌ネジ部１１ａが形成されている。

また、本実施形態に係るプーリ装置１０でも、クリープ現象を生じにくくするように、スリーブ部１１の雌ネジ部１１ａのねじ山頂部の内径部分と回転軸２の雄ネジ部２ｄのねじ谷底部外径部分との隙間ｃを、ネジピッチｓ×（１／８０〜１／１００）以下と小さくしている。

以上に述べた第２実施形態に係るプーリ装置１０によれば、回転軸２の雄ネジ部２ｄ及びプーリ装置１０を構成するスリーブ部１１の雌ネジ部１１ａは、その締め付け方向が回転軸２の回転方向と逆方向となるように形成されているため、回転軸２とスリーブ部１１との間の隙間によって回転軸２に対してスリーブ部１１が遅れて回転するクリープ現象が生じた際にも、スリーブ部１１を回転軸２に締め付けることができる。したがって、スリーブ部１１の雌ネジ部１１ａのねじ山頂部の内径部分と回転軸２の雄ネジ部２ｄのねじ谷底部外径部分との隙間に起因して生じる締結力の低下が抑制され、安定した回転が可能となる。

また、スリーブ部１１の雌ネジ部１１ａのねじ山頂部の内径部分と回転軸２の雄ネジ部２ｄのねじ谷底部外径部分との最大隙間ｃが、ネジピッチｓ×（１／８０〜１／１００）以下とされているため、スリーブ部１１の平面部及び、ネジ部における摩擦力以上のプーリ荷重が負荷された場合でも、接触面・部品の弾性変位の範囲で、スリーブ部１１の内周面が回転軸２の外周面に拘束されるようにできる。したがって、さらに安定した回転が可能となる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
第１実施形態では、プーリ４がナット（締結部材）５を用いて回転軸２に固定され、第２実施形態では、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０のスリーブ部１１自体が締結部材を構成して回転軸２に固定されているが、第１実施形態のプーリ４自体が雌ねじ部を設けて締結部材を構成し回転軸２に固定されてもよく、或は、第２実施形態の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０が本発明のプーリを構成し、スリーブ部１１が回転軸２に外嵌され、ナット５を用いて回転軸２に固定されるようにしてもよい。
また、雄ねじ部及び雌ねじ部のねじ形状は、上記実施形態のような１条ねじに限らず、多条ねじであってもよい。

本発明の第１実施形態に係るプーリ装置を示す断面図である。 クリープ現象の説明図である。 図１のナットの断面図である。 本発明の第２実施形態に係るプーリ装置を示す断面図である。 従来のプーリ装置をオルタネータに適用した例を示す断面図である。

符号の説明

１，１０ プーリ装置
２ 回転軸
２ｄ 雄ネジ部
４ プーリ
５ ナット
５ａ，１１ａ 雌ネジ部

Claims (2)

1. 回転軸に外嵌されるプーリと、
   前記回転軸に形成された雄ネジ部と螺合する雌ネジ部を有し、前記プーリを前記回転軸に締め付け固定するナットと、
   を有するプーリ装置であって、
   前記雌ネジ部は、その締め付け方向が前記回転軸の回転方向と逆方向となるように形成されていることを特徴とするプーリ装置。
2. 回転軸に形成された雄ネジ部と螺合する雌ネジ部を有し、前記回転軸に締め付け固定されるプーリ装置であって、
   前記雌ネジ部は、その締め付け方向が前記回転軸の回転方向と逆方向となるように形成されていることを特徴とするプーリ装置。

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