JP2014084914A - プーリユニット、及びこれを備えた発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性材料製のシールドリングに対する熱影響を小さくすることができるプーリユニットを提供する。
【解決手段】プーリユニット１５は、発電装置１０の入力軸１２が挿入される筒形状の軸部１６と、この軸部１６の径方向外側に配置され、ベルト２７が巻回されるプーリ部１７と、前記軸部１６の外周面に設けられ、前記入力軸１２を突出させるために前記発電装置１０のハウジング１１に形成された開口１１ａとの間にシール隙間ｔを形成する弾性材料製のシールドリング４１と、を備えているプーリユニットにおいて、シールドリング４１の径方向内方における前記軸部１６の内周面には、前記入力軸１２の外周面との間の熱の伝達を抑制する断熱層Ａが形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プーリユニット及びこれを備えた発電装置に関する。

自動車のエンジンに装備されているオルタネータ（発電装置）は、エンジンのクランクシャフトによりベルトを介して駆動されるようになっている。しかし、クランクシャフトと同期回転するように連結していると、クランクシャフトの回転数が低下した場合、オルタネータの発電効率が低下してしまう。

そこで、オルタネータのプーリ部分に一方向クラッチを内蔵させ、クランクシャフトの回転数が低下すると、オルタネータのロータの回転数をその慣性力により維持させるようにして、発電効率を高めるようにしたプーリユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このプーリユニットでは、泥水などの異物の侵入を防いだり、内部の潤滑剤が外部へ流出したりするのを防ぐために当該プーリユニットの軸方向両端にシールが配設されている。また、オルタネータのハウジング内に異物が侵入するのを防止するために、プーリユニットの軸部には、ハウジングの開口との間に微小な隙間を形成するシールドリングが設けられている。

特開２００３−７４６７３号公報

特許文献１に記載のシールドリングは、金属製又は弾性ゴム製とされている。シールドリングが金属製である場合、プーリユニットの軸部に対して圧入によって取り付けられるため、圧入設備や圧入工程が必要となる。また、軸部の外径やハウジングの開口径が変更されると、シールドリングの内径や外径の寸法を変更しなければならないので、部品を流用することができないという欠点がある。

一方、シールドリングが弾性ゴム製である場合、圧入設備や圧入工程が不要になるとともに、軸部の外径やハウジングの開口径が変更されてもシールドリングの弾性変形によって対応することができ、部品の汎用性が高くなる。
しかしながら、オルタネータの入力軸が高温になると、その熱が軸部に伝わり、シールドリングの劣化が早まる可能性がある。かかる劣化を防止するために耐熱性の高いシールドリングを用いると、製造コストが高騰するという弊害がある。

本発明は、以上のような実情に鑑み、弾性材料製のシールドリングに対する熱影響を小さくすることができるプーリユニット及びこれを備えた発電装置を提供することを目的とする。

本発明のプーリユニットは、発電装置の入力軸が挿入される筒形状の軸部と、この軸部の径方向外側に配置され、ベルトが巻回されるプーリ部と、前記軸部の外周面に設けられ、前記入力軸を突出させるために前記発電装置のハウジングに形成された開口との間にシール隙間を形成する弾性材料製のシールドリングと、を備えているプーリユニットにおいて、前記シールドリングの径方向内方における前記軸部の内周面には、前記入力軸の外周面との間の熱の伝達を抑制する断熱層が形成されていることを特徴とする。

本発明のプーリユニットによれば、軸部の内周面に形成された断熱層によって、入力軸から軸部への熱の伝達を抑制することができ、シールドリングに対する熱影響を小さくすることができる。そのため、弾性材料製のシールドリングの熱による劣化を抑制し、シールドリングの耐久性を高めることができる。

前記軸部の内周面には、前記断熱層を形成するための凹部が設けられていることが好ましい。
軸部の内周面に凹部を形成することにより、この凹部内の空気によって断熱層を形成したり、凹部内に充填した断熱材によって断熱層を形成したりすることができる。

前記凹部は、軸方向又は周方向に沿って形成された溝であることが好ましい。
このような構成によって、軸部に対して軸方向又は周方向に広い範囲で断熱層を形成することができ、入力軸から軸部への熱の伝達を効果的に抑制することができる。

本発明の発電装置は、ハウジングと、このハウジングに形成された開口から突出する入力軸と、この入力軸に取り付けられるプーリユニットとを備え、当該プーリユニットが、前記入力軸が挿入される筒形状の軸部と、当該軸部の径方向外側に配置され、ベルトが巻回されるプーリ部と、前記軸部の外周面に設けられ、前記開口との間にシール隙間を形成する弾性材料製のシールドリングと、を備えている発電装置において、前記シールドリングの径方向内方における前記軸部の内周面と前記入力軸の外周面との間には、両者間の熱の伝達を抑制する断熱層が形成されていることを特徴とする。

本発明の発電装置によれば、軸部の内周面と入力軸の外周面との間に形成された断熱層によって、入力軸から軸部への熱の伝達を抑制することができ、シールドリングに対する熱影響を小さくすることができる。そのため、弾性材料製のシールドリングの熱による劣化を抑制し、シールドリングの耐久性を高めることができる。

前記軸部の内周面及び前記入力軸の外周面の少なくとも一方には、前記断熱層を形成するための凹部が設けられていることが好ましい。
軸部の内周面や入力軸の外周面に凹部を設けることにより、この凹部内の空気によって断熱層を形成したり、凹部内に充填した断熱材によって断熱層を形成したりすることができる。

前記凹部は、軸方向又は周方向に沿って形成された溝であることが好ましい。
このような構成によって、軸部や入力軸に対して軸方向又は周方向に広い範囲で断熱層を形成することができ、入力軸から軸部への熱の伝達を効果的に抑制することができる。

本発明のプーリユニット及び発電装置によれば、プーリユニットの軸部に設けられた弾性材料製のシールドリングに対する熱影響を小さくすることができ、当該シールドリングの耐久性を高めることができる。

本発明の第１の実施形態に係るプーリユニットを有する発電装置の断面図である。 発電装置の要部を拡大して示す断面図である。 軸体及び入力軸の断面図（図１のIII−III矢視断面図）である。 本発明の第２の実施形態における軸体及び入力軸の断面図（図１のIII−III矢視断面に相当する図）である。 本発明の第３の実施形態における発電装置の要部を拡大して示す断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の製造方法の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプーリユニットを有する発電装置の断面図である。
本実施形態の発電装置１０は、エンジンの補機として使用されるオルタネータであり、ロータやステータ等を内蔵するハウジング１１と、ロータに接続されるとともに転がり軸受１３を介してハウジング１１に支持された入力軸１２とを有している。この入力軸１２は、ハウジング１１に形成された開口１１ａから外部に突出している。入力軸１２にはプーリユニット１５が取り付けられ、エンジンの回転動力がプーリユニット１５を介して伝達される。

プーリユニット１５は、入力軸１２に取り付けられる軸体（軸部）１６と、軸体１６の径方向外側に、当該軸体１６に対して相対回転可能に配設されたプーリ本体（プーリ部）１７と、軸体１６とプーリ本体１７との間の環状空間１８に設けられたクラッチ機構１９と、当該環状空間１８におけるクラッチ機構１９の軸方向両外側に配置された転がり軸受２０，２１と、を備えている。

プーリユニット１５の基端側（オルタネータ１０のハウジング１１側；図１における右側）に位置している転がり軸受２０は、深溝玉軸受であり、プーリ本体１７の内周面と軸体１６の外周面に形成された軌道上を転動する複数の玉２２と、複数の玉２２の周方向間隔を保持する保持器２３とを有している。
プーリユニット１５の自由端側（オルタネータ１０の入力軸１２の先端側；図１における左側）に位置している転がり軸受２１は、ころ軸受であり、プーリ本体１７の内周面と軸体１６の外周面とに形成された軌道上を転動する複数のころ２４と、複数のころ２４の周方向の間隔を保持する保持器２５とを有している。

プーリ本体１７の外周面には、ベルト２７を巻き掛けるベルト案内面２８が形成されている。そして、プーリ本体１７は、ベルト２７を介して自動車エンジンのクランクシャフト（図示せず）により回転駆動される。
クラッチ機構１９は、一方向クラッチであり、保持器３１に収納された複数のころ３２を有している。ころ３２は、軸体１６の外周面に形成したカム面３３とプーリ本体１７の内周面３４との間のくさび状の狭い側（ロック側）へコイルバネ３５によって押圧されている。

深溝玉軸受２０及びころ軸受２１の軸方向外側には、潤滑剤の漏れを防ぐ内側環状シール３７，３８が環状空間１８を密封するように設けられている。また、プーリユニット１５の自由端側の内側環状シール３８のさらに軸方向外側（図１における左側）には、外側環状シール３９が設けられている。この外側環状シール３９は、専ら環状空間１８内に泥水などが侵入するのを防ぐ機能を有している。

内側環状シール３７，３８は、環状芯金の外面にゴム等の弾性体を接着してなっている。内側環状シール３７，３８の外周部３７ａ，３８ａは、プーリ本体１７の内周面に嵌着されている。内側環状シール３７，３８の内周部には、弾性体からなるリップ部３７ｂ，３８ｂが形成されている。このリップ部３７ｂ，３８ｂを軸体１６の外周面等に当接することで、環状空間１８が密封されている。

また、外側環状シール３９は、環状芯金の外面にゴム等の弾性体を接着してなっている。外側環状シール３９の内周部３９ａは、軸体１６の外周面に嵌着されている。外側環状シール３９の外周部には、弾性体からなるリップ部３９ｂが形成されている。このリップ部３９ｂをプーリ本体１７の内周面等に当接することで、環状空間１８が密閉されている。

図２は、発電装置１０の要部を拡大して示す断面図である。
図１及び図２に示されるように、プーリユニット１５の基端側に位置する内側環状シール３７よりもさらに軸方向外側（図１における右側）において、軸体１６の外周面にシールドリング４１が設けられている。そして、シールドリング４１の外周面と、ハウジング１１の開口１１ａの縁部との間には、ラビリンス効果によってシール機能を発揮するシール隙間ｔが形成されている。シール隙間ｔは、例えば、０．３〜１．０ｍｍ程度に形成される。

シールドリング４１は、ゴム等の弾性材料により形成されている。具体的に、本実施形態のシールドリング４１は、Ｏリングにより構成されている。そして、軸体１６の外周面には、断面円弧形状の位置決め溝４２が周方向に沿って形成され、この位置決め溝４２にＯリング４１が嵌合されることによって、軸方向に関する位置決めがなされている。なお、位置決め溝４２は、断面円弧形状に限らず断面角形状（四角形状、三角形状等）に形成されていてもよい。

図１に示されるように、プーリユニット１５の自由端側において、軸体１６の内周面には、工具を嵌合させるための六角形状の工具差込孔４５が設けられている。この工具差込孔４５よりも基端側には、雌ねじが形成された取付孔４６が設けられている。さらに、この取付孔４６よりも基端側には、取付孔４６よりも大径の嵌合孔４７が設けられている。
一方、入力軸１２の先端部には、取付孔４６に螺合する雄ねじが形成された取付部４９が設けられている。また、取付部４９よりも基端側には、軸体１６の嵌合孔４７に嵌合される嵌合部５０が設けられている。

図３は、軸体１６及び入力軸１２の断面図（図１のIII−III矢視断面図）である。
図１及び図３に示されるように、軸体１６の嵌合孔４７の内周面には、軸方向に沿って延びる凹溝（凹部）５２が、周方向に間隔をあけて複数（図示例では８本）形成されている。この凹溝５２は、例えば深さが１ｍｍ程度に形成されている。この凹溝５２によって、軸体１６の嵌合孔４７の内周面と入力軸１２の嵌合部５０の外周面との間には空気層（断熱層）Ａが形成されている。そして、この空気層Ａによって、入力軸１２から軸体１６への熱の伝達が抑制されるようになっている。

前述したように、軸体１６の基端部側の外周面にはシールドリング４１（図１参照）が設けられており、このシールドリング４１は、ゴム等の弾性材料により形成されているので、熱による劣化等が問題となる。しかしながら、シールドリング４１の径方向内方には空気層Ａが形成され、入力軸１２から軸体１６への熱伝達が抑制されるので、シールドリング４１に対する熱影響を小さくすることができる。よって、シールドリング４１の熱による劣化を抑制し、シールドリング４１の耐久性を高めることができる。また、空気層Ａは、軸方向に沿って延びる複数の凹溝５２によって形成されているので、簡単な加工で広範囲に空気層Ａを形成することができ、軸体１６と入力軸１２との接触面積も十分に確保することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態における軸体１６及び入力軸１２の断面図（図１のIII−III矢視断面に相当する図）である。
上述の第１の実施形態では、軸体１６の嵌合孔４７の内周面に、軸方向に沿って延びる凹溝５２を形成することによって、軸体１６の内周面と入力軸１２の外周面との間に空気層Ａが形成されていたが、本実施形態では、入力軸１２の嵌合部５０の外周面に凹溝５３を形成することによって空気層Ａが形成されている。したがって、本実施形態においても第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。

なお、軸体１６と入力軸１２との双方に凹溝５２，５３を形成することによって空気層Ａを形成することも可能である。この場合、軸体１６の凹溝５２と入力軸１２の凹溝５３とは、同数形成されてもよいし、異なる数であってもよい。ただし、軸体１６の内周面と入力軸１２の外周面とが面接触するように、互いの凹溝５２，５３の周方向の位置を一致させておくことが好ましい。また、凹溝５２，５３は、シールドリング４１と軸方向に関して重複する位置に形成されていることが望ましい。

図５は、本発明の第３の実施形態における発電装置１０の要部を拡大して示す断面図である。
本実施形態では、軸体１６の嵌合孔４７に周方向に沿って延びる凹溝（周溝）５４が形成され、この凹溝５４によって空気層Ａが形成されている。本実施形態では、軸方向に関して３本の凹溝５４が軸方向に並べて形成されている。そして、この凹溝５４によって入力軸１２から軸体１６への熱伝達が抑制され、シールドリング４１に対する熱影響を小さくすることができる。また、周方向に沿って形成することで、簡単な加工によって広範囲に空気層Ａを形成することができ、しかも、軸体１６と入力軸１２との接触面積も十分に確保することができる。

なお、周方向に沿って延びる凹溝は、入力軸１２の外周面に形成されていてもよく、軸体１６と入力軸１２との双方に形成されていてもよい。
また、シールドリング４１は、必ずしも凹溝５４に対し軸方向に関して重複する位置に形成されていなくてもよく、複数の凹溝５４が形成された軸方向の領域内にシールドリング４１が配置されていればよい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更可能である。
例えば、断熱層Ａを形成するための凹溝５２，５３，５４は、その断面形状が角形状に限らず円弧形状に形成されていてもよい。
また、凹溝は、軸体１６の内周面及び／又は入力軸１２の外周面に、螺旋状に形成されていてもよい。但し、凹溝が軸方向又は周方向に沿って形成されることによって、加工を容易に行うことができる。また、断熱層Ａを形成する凹部は、溝形状に限らず、有底穴であってもよい。

上記実施形態では、断熱層Ａが空気層によって構成されていたが、例えば凹溝５２，５３，５４内に、軸体１６及び入力軸１２よりも熱伝導率の小さい断熱材を充填することによって断熱層が形成されていてもよい。また、凹溝５２，５３，５４を形成せず、軸体１６と入力軸１２との間に、これらよりも熱伝導率が低い金属製やセラミック製等の筒形状の断熱材を挿入することによって断熱層が形成されていてもよい。

プーリユニット１５は、クラッチ機構１９を備えていない構成であってもよく、軸部とプーリ部とが一体に形成されていてもよい。

１０：オルタネータ（発電装置）、１１：ハウジング、１１ａ：開口、１２：入力軸、１５：プーリユニット、１６：軸体（軸部）、１７：プーリ本体（プーリ部）、４１：シールドリング、５２：凹溝、５３：凹溝、５４：凹溝、Ａ：空気層（断熱層）、ｔ：シール隙間

Claims (4)

1. 発電装置の入力軸が挿入される筒形状の軸部と、この軸部の径方向外側に配置され、ベルトが巻回されるプーリ部と、前記軸部の外周面に設けられ、前記入力軸を突出させるために前記発電装置のハウジングに形成された開口との間にシール隙間を形成する弾性材料製のシールドリングと、を備えているプーリユニットにおいて、
   前記シールドリングの径方向内方における前記軸部の内周面には、前記入力軸の外周面との間の熱の伝達を抑制する断熱層が形成されていることを特徴とするプーリユニット。
2. 前記軸部の内周面には、前記断熱層を形成するための凹部が設けられている、請求項１記載のプーリユニット。
3. 前記凹部は、軸方向又は周方向に沿って形成された溝である、請求項２記載のプーリユニット。
4. ハウジングと、このハウジングに形成された開口から突出する入力軸と、この入力軸に取り付けられるプーリユニットとを備え、当該プーリユニットが、前記入力軸が挿入される筒形状の軸部と、当該軸部の径方向外側に配置され、ベルトが巻回されるプーリ部と、前記軸部の外周面に設けられ、前記開口との間にシール隙間を形成する弾性材料製のシールドリングと、を備えている発電装置において、
   前記シールドリングの径方向内方における前記軸部の内周面と前記入力軸の外周面との間には、両者間の熱の伝達を抑制する断熱層が形成されていることを特徴とする発電装置。

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