JP2010019313A - プーリユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトに対する張力の増大を抑制し、ベルトの摩耗や破断を防止する。
【解決手段】エンジンの駆動力が伝達されるプーリ２０が外周に設けられた外輪１１と、被駆動体３１の回転軸３２が嵌め合わされる内輪１２との間に、一方向クラッチ１４と一対の軸受１３とが軸方向に並んで設けられ、内輪１２と回転軸３２との間にダンパ１５としてのコイルばね２２が設けられる。この一方向クラッチ１４は、エンジンの脈動によるクランク軸の回転変動を吸収し、コイルばね２２は伝達される衝撃トルクを、弾性変形することにより吸収する。これにより、プーリ２０に巻き掛けられるベルト３０の張力の増大を抑制し、ベルト３０の摩耗や破断を防止することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンの駆動力を被駆動体に伝達するプーリユニットに関するものである。

一般に、自動車のエンジンの駆動力を伝達し、被駆動体を駆動させるためにプーリが使用されている。被駆動体としては自動車用エアコンディショナの圧縮機、ウォータポンプ、オルタネータなどが挙げられる。

これらの被駆動体の回転軸にベルトを巻き掛けたプーリを取り付け、エンジンのクランク軸の回転をベルトを介して被駆動体の回転軸に伝達することで、被駆動体を駆動させることができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１４４９０４号公報

ところで、エンジンは吸入、圧縮、燃焼膨張、排気等の工程を繰り返すので、クランク軸には脈動的な角速度の変動（回転変動）が発生する。エンジンのクランク軸の回転を被駆動体の回転軸に伝達する際、被駆動体が、例えば、自動車用エアコンディショナの圧縮機の場合、その回転軸に固定された斜板の回転慣性力によって、プーリは一定の速度で回り続けようとして、クランク軸上のプーリと圧縮機の回転軸上のプーリとの間で大きな回転速度差が生じる。

このため、ベルトに過大な張力が生じて、ベルトがスリップして磨耗したり、破断したりし易くなる。

そこで、この発明の課題は、ベルトに対する張力の増大を抑制し、ベルトの摩耗や破断を防止することである。

前記課題を解決するために、この発明は、エンジンの駆動力が伝達されるプーリを外周に設けた外輪と、被駆動体の回転軸が嵌められる内輪との間に一方向クラッチを設け、前記内輪と前記回転軸との間に前記内輪から前記回転軸に駆動力が伝達されるときの衝撃を弾性変形して吸収するダンパを設けた構成を採用したのである。

ここで、被駆動体とは、エンジンの駆動力で駆動される装置類をいい、例えば、自動車用エアコンディショナの圧縮機、ウォータポンプ、オルタネータ、冷却ファンなどが挙げられる。

この構成によると、クランク軸の脈動的な回転変動によって、クランク軸の回転速度が被駆動体の回転軸の回転速度よりも小さくなったとき、その回転速度差を一方向クラッチで外輪と内輪を相対回転させることにより吸収する。

一方、クランク軸の回転速度が被駆動体の回転軸の回転速度よりも大きくなったときには、一方向クラッチが結合することにより外輪から内輪へトルクが伝達される。さらに内輪と回転軸間に設けたダンパの弾性変形によって被駆動体に伝達される衝撃トルクを吸収し、ベルトへの過大な張力の発生を抑制することができる。

前記構成において、前記内輪と前記回転軸との間に、前記回転軸に外嵌されるコイルばねを配置し、このコイルばねの一端部を前記内輪に固定し、他端部を前記回転軸に固定し、このコイルばねを前記ダンパとした構成を採用することができる。

このようにすると、プーリユニットに発生する前述した衝撃トルクを、ダンパとしたコイルばねが縮径または拡径するように弾性変形することにより吸収することができる。

また、コイルばねをダンパとする構成を採用する場合、前記内輪の内周部にばね収納凹部を形成し、そのばね収納凹部内に前記コイルばねを配置した構成とすることができる。この構成によって、コイルばねがばね収納凹部内に配置されるので、内輪の内周部と回転軸との間にコンパクトに配置することができる。

さらに、コイルばねをダンパとする構成を採用する場合、前記内輪と前記回転軸との間に筒体を介在し、その筒体に前記ばね収納凹部を形成し、前記ばね収納凹部内に前記コイルばねを配置した構成を採用することができる。

この構成では、筒体に形成されるばね収納凹部内にコイルばねを配置したので、コイルばねであるダンパを筒体とともにユニット化することが可能となり、このダンパユニットを内輪と回転軸との間に介在させることで、ダンパ機能を容易に付加することができる。

前記内輪と前記回転軸との間に環状のゴム部材を加硫接着などの方法により固着し、このゴム部材を前記ダンパとしてもよい。このようにすると、衝撃トルクを環状のゴム部材が弾性変形することにより吸収することができる。

前記内輪と外輪との間の軸方向両端に軸受が配置されており、その両側の軸受の間に前記一方向クラッチを配置した構成を採用すると、両軸受の間に形成されたスペースに一方向クラッチを配置することができ、プーリユニットのサイズをコンパクトにすることができる。

また、前記一方向クラッチは、前記外輪と前記内輪との間に複数の係合子が保持器により周方向に間隔を置いて保持されたものであり、トルク容量を確保するために、前記係合子をスプラグまたはローラとすることができる。

この発明のプーリユニットは、エンジンの脈動によるクランク軸と被駆動体の回転軸との回転速度差が一方向クラッチで吸収される。また、エンジン始動時や加速時に発生する衝撃トルクがダンパにより吸収されるので、ベルトへの過大な張力の発生が抑制され、ベルトの長寿命化を図ることができる。

以下、この発明の第１実施形態を図１〜図３に示す。図１に示すように、プーリユニットは、自動車用エンジンの被駆動体に使用され、外周にプーリ２０が設けられた外輪１１と、内輪１２との間に一方向クラッチ１４と、一対の軸受１３（１３ａ、１３ｂ）とが軸方向に並んで配置されたものである。

外輪１１は円筒状に形成され、その外周のプーリ２０には、ベルト３０が巻き掛けられる複列のＶ溝が形成されている。内輪１２の内周部と被駆動体３１の回転軸３２との間にダンパ１５が設けられている。

軸受１３は、深溝玉軸受が使用され、外輪１１と内輪１２の間の軸方向両端部にそれぞれ配置されており、軸受外輪２３と軸受内輪２４との間に軸受保持器１６により複数のボール１７が保持される。

外輪１１と内輪１２の間において、軸方向両端部に配置された軸受１３の間に一方向クラッチ１４が配置されており、この一方向クラッチ１４は、図２に示すように、保持器１８により係合子としての複数のスプラグ１９が周方向に間隔をおいて傾動可能に保持される。

保持器１８の各柱部には、ばね収納用凹部３３が形成され、ばね収納用凹部３３には弾性部材である板ばね３４が挿入され、スプラグ１９を外輪１１および内輪１２と係合する方向に付勢するようになっている。

軸受１３のうちの一方（軸方向一端側）の軸受１３ａの軸受保持器１６ａと一方向クラッチ１４の保持器１８とが合成樹脂により一体に形成される。他方（軸方向他端側）の軸受１３ｂの軸受保持部１６ｂは一方向クラッチ１４の保持器１８と独立している。なお、一方の軸受１３ａの軸受保持器１６ａを、一方向クラッチ１４の保持器１８に対して別体とすることもできる。

外輪１１と内輪１２との間は、軸方向両端部が軸受１３ａ、１３ｂの軸方向外端部に設けたシール２１ａ、２１ｂによりそれぞれ閉鎖されている。このシール２１ａ、２１ｂにより、外輪１１と内輪１２との間に充填されたグリースが封止される。

一方向クラッチ１４によって、図２に示すように、外輪１１が内輪１２に対して一方向（図２中の矢印ａ方向）に相対回転する場合にのみ、各スプラグ１９が外輪１１および内輪１２に係合して、外輪１１と内輪１２が一体に回転する。一方、外輪１１が内輪１２に対して方向（図２中の矢印ａと反対方向）に相対回転すると、各スプラグ１９による係合が解除され、外輪１１は空転する。

この一方向クラッチ１４は、スプラグ１９の係合によって、外輪１１と内輪１２が一体に回転するもの（スプラグタイプ）としたが、クラッチ容量を確保できる限り、外輪と内輪の間に設けた複数のころを、外輪または内輪に形成したカム面に係合することで、外輪と内輪が一体に回転するもの（ローラタイプ）としてもよい。

内輪１２の内周部が嵌められる被駆動体３１の回転軸３２は、被駆動体３１側が大径となっており、その径差による段部と、先端部に形成した溝に嵌め合わせた止め輪３５とで内輪１２の軸方向の位置決めがなされる。

位置決めされた内輪１２の内周部と被駆動体３１の回転軸３２との間には、図３に示すように、回転軸３２に外嵌されるコイルばね２２が配置される。コイルばね２２は、ダンパ１５とされ、内輪１２の内周部に形成されたばね収納凹部２５内に配置されている。

ばね収納凹部２５は外周面が円筒面をなし、内輪１２の内周部に回転軸３２を嵌め合わせた状態で、軸方向一端部が閉塞し、他端部が開放している。開放端部には環状の蓋２６が嵌められ、蓋２６とばね収納凹部２５の閉塞端部とが回転軸３２の外周面を摺接し、内輪１２の内周部と回転軸３２は相対回転可能な嵌め合いとされる。

コイルばね２２は回転軸３２に外嵌され、一端部２２ａが内輪１２の内周部（ばね収納凹部２５の内部）に固定され、他端部が回転軸３２に固定され、負荷のない自然状態で回転軸３２およびばね収納凹部２５の外周面に非接触状態となっている。

以上の構成のプーリユニットは、エンジンの脈動によってクランク軸の回転速度が被駆動体３１の回転軸３２の回転速度よりも小さくなったとき、その回転速度差を一方向クラッチ１４で外輪１１を内輪１２に対して相対回転させて吸収し、ベルト３０に掛かる過大な張力の発生を抑制することができる。

一方、クランク軸の回転速度が被駆動体３１の回転軸３２の回転速度よりも大きくなり、回転速度差が発生したときは、一方向クラッチ１４により外輪１１と内輪１２が一体に回転する。

また、トルクの伝達は衝撃的に行われるが、このときコイルばね２２が弾性変形して、衝撃トルクを吸収する。このコイルばね２２が、内輪１２の回転方向を問わず、拡径方向または縮径方向に弾性変形して、プーリユニットに伝達される衝撃トルクを吸収することが可能となる。

このように、この実施形態のプーリユニットは、クランク軸の回転変動による回転速度差を一方向クラッチ１４を介在した外輪１１と内輪１２の相対回転により吸収する。

また、伝達される衝撃トルクを、コイルばね２２の弾性変形により吸収する。このため、プーリ２０に巻き掛けられるベルト３０の張力の増大を抑制することができ、ベルト３０の摩耗や破断を防止することができる。

このプーリユニットが使用されるエンジンの被駆動体は特に限定しないが、例えば、自動車用エアコンディショナの圧縮機のうち、回転軸の回転により、その回転軸に設けられた斜板が往復する可変容量型に使用することができる。

斜板が設けられた回転軸は回転慣性力が大きく、エンジンの脈動により、他の被駆動体と比して、より大きな回転変動が生じる場合がある。この回転変動を一方向クラッチ１４による外輪１１の内輪１２に対する相対回転により効果的に吸収することができる。その結果、ベルト３０の張力の増大を抑制することができ、ベルト３０の長寿命化を図ることが可能となる。

この発明の第２実施形態を図４に示す。この実施形態のプーリユニットは、内輪１２の内周部と回転軸３２との間に、外筒体２７と内筒体２８とからなる筒体を介在し、外筒体２７と内筒体２８との間にばね収納凹部２５を形成し、ばね収納凹部２５にコイルばね２２を配置した点で、前述の第１実施形態と相違する。その他の構成は第１実施形態と同様であり、同一に考えられる構成に同符号を用いて、その説明を省略する。

この実施形態では、内輪１２の内周部に外筒体２７が嵌合され、回転軸３２の外周部に内筒体２８が嵌合され、外筒体２７内に内筒体２８が同心状に、かつ相対回転可能に嵌められている。

この外筒体２７の内周部は、径方向外向きにばね収納凹部２５が形成され、内筒体２８と嵌め合わせた状態で、軸方向一端部が閉塞し、他端部が開放している。この開放端には環状の蓋２６が嵌められる。この外筒体２７のばね収納凹部２５にコイルばね２２が配置される。

この蓋２６と外筒体２７の閉塞端部とが、内筒体２８の外周面を摺接しており、コイルばね２２は、外輪１２が前記一方向（図２中の矢印ａの方向）に回転した際、拡径方向に弾性変形するように内筒体２８に外嵌され、その一端部２２ａが外筒体２７の内周部（ばね収納凹部２５の内部）に固定され、他端部２２ｂが内筒体２８に固定されている。

この実施形態のプーリユニットも、前述の第１実施形態と同様、クランク軸の脈動による回転変動に伴って発生する回転速度差や、衝撃トルクを吸収するので、プーリ２０に巻き掛けられるベルト３０の張力の増大を抑制することができ、ベルト３０の摩耗や破断を防止することができる。

また、外筒体２７と内筒体２８との間のばね収納凹部内にコイルばね２２を配置したので、外筒体２７と内筒体２８とを内輪１２と回転軸３２との間に介在させることで、ダンパ機能を容易に付加することができる。

この実施形態の第３実施形態を図５に示す。この実施形態のプーリユニットは、内輪１２内周部と被駆動体３１の回転軸３２との間にゴム部材２９を介在し、このゴム部材２９をダンパ１５とした点で上述の第１実施形態と相違する。第１実施形態の構成に対して同一に考えられる構成には同符号を用い、その説明を省略する。

この実施形態では、内輪１２の内周部にはばね収納凹部２５は形成されておらず、その内周部と回転軸３２との間に環状のゴム部材２９が介在している。

このゴム部材２９は、自由状態で内輪１２の内周部の内径よりも少し大きい外径を有し、内輪１２の内周部（あるいは、回転軸３２の外周面）に加硫接着（ゴム部材の成形と同時に固着させる接着）により固着される。また、ゴム部材２９の固着は、接着剤を用いて行うこともできるが、加硫接着による固着の方が接着剤を用いる場合より接着強度が大きくなり好ましい。

この実施形態のプーリユニットも、前述の第１実施形態と同様、前述したクランク軸の脈動による回転変動に伴う回転速度差や、衝撃トルクを吸収するので、プーリ２０に巻き掛けられるベルト３０の張力の増大を抑制することができ、ベルト３０の摩耗や、破断を防止することができる。

第１実施形態のプーリユニットを示す断面図 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図 第１実施形態のプーリユニットのダンパを示す断面図 第２実施形態のプーリユニットのダンパを示す断面図 第３実施形態のプーリユニットのダンパを示す断面図

符号の説明

１１ 外輪
１２ 内輪
１３、１３ａ、１３ｂ 軸受
１４ 一方向クラッチ
１５ ダンパ
１６ 軸受保持器
１７ ボール
１８ 保持器
１９ スプラグ
２０ プーリ
２１、２１ａ、２１ｂ シール
２２ コイルばね
２３ 軸受外輪
２４ 軸受内輪
２５ ばね収納凹部
２６ 蓋
２７ 外筒体
２８ 内筒体
２９ ゴム部材
３０ ベルト
３１ 補機
３２ 回転軸
３３ ばね収納凹部
３４ 弾性部材
３５ 止め輪

Claims (7)

1. エンジンの駆動力が伝達されるプーリを外周に設けた外輪と、被駆動体の回転軸が嵌められる内輪との間に一方向クラッチを設け、前記内輪と前記回転軸との間に前記内輪から前記回転軸に駆動力が伝達されるときの衝撃を弾性変形して吸収するダンパを設けたことを特徴とするプーリユニット。
2. 前記内輪と前記回転軸との間に前記回転軸に外嵌されるコイルばねを配置し、このコイルばねの一端部を前記内輪に固定し、他端部を前記回転軸に固定し、このコイルばねを前記ダンパとした請求項１に記載のプーリユニット。
3. 前記内輪の内周部にばね収納凹部を形成し、そのばね収納凹部内に前記コイルばねを配置した請求項２に記載のプーリユニット。
4. 前記内輪と前記回転軸との間に筒体を介在し、その筒体に前記ばね収納凹部を形成し、前記ばね収納凹部内に前記コイルばねを配置した請求項２に記載のプーリユニット。
5. 前記内輪と前記回転軸との間に環状のゴム部材を配置し、このゴム部材を前記ダンパとした請求項１に記載のプーリユニット。
6. 前記内輪と外輪との間の軸方向両端に軸受が配置されており、その両端の軸受の間に前記一方向クラッチを配置した請求項１〜５のいずれかに記載のプーリユニット。
7. 前記一方向クラッチは、前記外輪と前記内輪との間に複数の係合子が保持器により周方向に間隔を置いて保持されたものであり、前記係合子がスプラグまたはローラである請求項１〜６のいずれかに記載のプーリユニット。
   

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