JP2017115927A

JP2017115927A - クランクプーリ

Info

Publication number: JP2017115927A
Application number: JP2015249660A
Authority: JP
Inventors: 政勝関根; Masakatsu Sekine
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: JP6682261B2

Abstract

【課題】部品点数の増大をきたすことなく、ダイナミックアンバランスの低減機能を満足することの可能なクランクプーリを提供する。【解決手段】クランクシャフトの一端に取り付けられるハブ１と、このハブ１と同心的にかつ円周方向相対変位可能な状態に配置されたプーリ本体５と、ハブ１側とプーリ本体５側を互いに円周方向相対変位可能に連結するカップリングゴム８と、プーリ本体５の軸方向変位を規制するスラストベアリング９を備え、ハブ１の外径部の円周方向１か所に、プーリ本体５と軸方向に並列する質量増大部１６が形成され、スラストベアリング９が、ハブ１とプーリ本体５の間に介装されている。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車エンジンのクランクシャフトに設けられるクランクプーリであって、特に、エンジンのダイナミックアンバランスを低減するためのカウンターウェイトを設けたものに関する。

近年、自動車の燃費向上を目的とするエンジンのダウンサイジングに伴い、直列３気筒エンジン等の小型エンジンが増えつつある。直列３気筒エンジンの場合、クランクシャフトは最もフロント側の気筒に対応する１番クランクから最もフライホイール側の気筒に対応する３番クランクまで、クランクシャフトの回転軸心に対する各クランクアームの回転方向相対角度が２４０度間隔となるように配置されている。

このため、４気筒エンジンのように各クランクアームの回転方向相対角度が１８０度間隔で配置されるものと異なり、１番クランクと３番クランクのクランクアームが外観上１２０度の角度をなしており、したがってクランクシャフトの回転時に、位相がクランク毎に１２０度異なる遠心力（慣性力）による偶力を生じてみそすり状に振動するダイナミックアンバランスが発生する。そしてこのようなダイナミックアンバランスは、車体を揺する振動となって搭乗者に不快感を与えることから、可及的にダイナミックアンバランスを低減させることが重要である。

そこで従来、クランクシャフトのフロント側の端部に取り付けられるクランクプーリに、このクランクプーリにおけるフロント側の端部の慣性偶力を相殺することによってダイナミックアンバランスを低減するためのカウンターウェイトを設けることが知られている（例えば、下記の特許文献参照）。

しかし、クランクプーリは、ベルトを介して回転機器へ伝達するトルクの変動を吸収する機構と、クランクシャフトの捩り振動を低減する動的吸振機構を併せ持つトルク変動吸収ダンパを構成しているものの場合、部品点数が多く、しかもこのような機構を有するクランクプーリの構成部品にカウンターウェイトを設けるには、重心の偏心量を大きくするために円周方向の質量アンバランスを大きくする必要があり、重量が大きく増大してしまう懸念がある。

特開昭５９−２２６７２８号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、部品点数の増大をきたすことなく、ダイナミックアンバランスの低減機能を満足することの可能なクランクプーリを提供することにある。

上述した技術的課題を解決するため、請求項１の発明に係るクランクプーリは、クランクシャフトの一端に取り付けられるハブと、このハブと同心的にかつ円周方向相対変位可能な状態に配置されたプーリ本体と、前記ハブ側と前記プーリ本体側を互いに円周方向相対変位可能に連結するカップリングゴムと、前記プーリ本体の軸方向変位を規制するスラストベアリングを備え、前記ハブの外径部の円周方向１か所に、前記プーリ本体と軸方向に並列する質量増大部が形成され、前記スラストベアリングが、前記ハブと前記プーリ本体の間に介装されたことを特徴とする。

また、請求項２の発明に係るクランクプーリは、請求項１に記載された構成において、ハブの外径部の質量増大部と１８０度対称位置の質量を減少させる質量減少部が形成されたことを特徴とする。

本発明に係るクランクプーリによれば、ハブがスラストベアリングを押さえる手段を兼ねるため、部品点数の増大をきたさず、ハブの外径部の円周方向１か所に形成された質量増大部がプーリ本体の外径部と軸方向に並列する径方向位置にあり、大径であるため、クランクシャフトの回転時のダイナミックアンバランスを相殺するためのカウンターウェイトとして有効な質量アンバランスを確保することができる。

本発明に係るクランクプーリの好ましい実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す断面図である。本発明に係るクランクプーリの好ましい実施の形態を示す斜視図である。

以下、本発明に係るクランクプーリの好ましい実施の形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。なお、以下の説明において「正面側」とは、図１における左側であって車両のフロント側のことであり、「背面側」とは各図おける右側であってエンジンが存在する側のことである。

図１において、参照符号１は、不図示のエンジンのクランクシャフトに取り付けられるハブである。このハブ１は、金属により製作されたものであって、クランクシャフトの軸端が挿入されるボス部１１と、このボス部１１の正面側の端部から外径側へ延びる内径フランジ部１２と、その外径端から正面側へ向けてボス部１１と同心の円筒状に延びる中間筒部１３と、この中間筒部１３の正面側の端部から外径側へ延びる外径フランジ部１４と、さらにこの外径フランジ部１４の外径端部から正面側へ延びるリム部１５を備える。外径フランジ部１４には、外径側ほど正面側へ偏在するように、軸心と直交する平面に対して緩やかに傾斜した円錐状傾斜部１４ａを有する。また、参照符号１１ａはボス部１１の内周面に形成されたキー溝である。

ハブ１の中間筒部１３の外周面には、金属製のスリーブ２が圧入嵌着されており、その外周側には環状質量体３が配置されており、この環状質量体３とスリーブ２は、ダンパゴム４を介して円周方向相対変位可能に弾性的に連結されている。

環状質量体３は金属からなるものであって、スリーブ２と略同等の軸方向長さを有する内周筒部３１と、その背面側の端部から外径側へ延びる円盤部３２と、さらにこの円盤部３２の外径端部から軸方向へ延びる外周筒部３３からなる。

ダンパゴム４は、ゴム状弾性体（ゴム又はゴム状弾性を有する合成樹脂）からなるものであって、スリーブ２の外周面と、環状質量体３の内周筒部３１の内周面に一体的に加硫接着されている。すなわちこのダンパゴム４は、不図示の金型に、スリーブ２と環状質量体３を互いに同心的にセットし、型締めによってスリーブ２の外周面と環状質量体３の内周筒部３１の内周面との間に画成される環状のキャビティに、成形用ゴム材料を充填して架橋硬化させることによって、加硫成形と同時にスリーブ２及び環状質量体３の内周筒部３１に加硫接着したものである。

ダンパゴム４及び環状質量体３は動的吸振部を構成するものであって、この動的吸振部の捩り方向（円周方向）固有振動数は、ダンパゴム４の円周方向剪断ばね定数と、環状質量体３の円周方向慣性質量によって、クランクシャフトの捩れ角が最大となる所定の振動数域、すなわちクランクシャフトの捩り方向固有振動数域に同調されている。

参照符号５は、ハブ１と同心的にかつ円周方向相対変位可能な状態で配置されたプーリ本体である。このプーリ本体５は金属からなるものであって、環状質量体３の外周筒部３３に耐摩耗性に優れた低摩擦係数の合成樹脂で円筒状に成形されたラジアルベアリング６を介して支持されたプーリ部５１と、このプーリ部５１から正面側へ延びる外径筒部５２と、その正面側の端部からハブ１のリム部１５の背面側から内径方向へ延びる接合フランジ部５３からなる。プーリ部５１の外周面には円周方向へ延びる複数のＶ溝（ポリＶ溝）５１ａが形成されて、不図示の無端ベルトが巻き掛けられるようになっており、接合フランジ部５３は、ハブ１における外径フランジ部１４の円錐状傾斜部１４ａに対応して、外径側ほど正面側へ偏在するように、軸心と直交する平面に対して緩やかに傾斜した円錐面をなしている。

環状質量体３の内周筒部３１の外周面には、カップリング支持環７が嵌着されている。このカップリング支持環７は金属板のプレス等によって成形されたものであって、環状質量体３の内周筒部３１における円盤部３２寄りの外周面に圧入嵌着された嵌合筒部７１と、その背面側の端部から環状質量体３の円盤部３２に沿って延びる接合フランジ部７２からなる。接合フランジ部７２は、外径側ほど背面側へ偏在するように、すなわちプーリ本体５の接合フランジ部５３と反対側へ傾斜した円錐面状をなしている。

カップリング支持環７の接合フランジ部７２と、その正面側に位置するプーリ本体５の接合フランジ部５３は、略円筒状に延びるカップリングゴム８を介して、円周方向相対変位可能に弾性的に連結されている。

カップリングゴム８はゴム状弾性材料からなるものであって、カップリング支持環７の接合フランジ部７２と、プーリ本体５の接合フランジ部５３に一体的に加硫接着されている。すなわちこのカップリングゴム８は、不図示の金型にカップリング支持環７とプーリ本体５を同心的にセットし、型締めによってこのカップリング支持環７の接合フランジ部７２とプーリ本体５の接合フランジ部５３の間に画成されるキャビティに、成形用ゴム材料を充填して架橋硬化させることによって、加硫成形と同時に接合フランジ部７２，５３に加硫接着したものである。

そしてこのカップリングゴム８は、クランクシャフトからハブ１、スリーブ２及びダンパゴム４を介して環状質量体３へ入力された駆動トルクを、カップリング支持環７とプーリ本体５の接合フランジ部５３との間での円周方向剪断変形によって平滑化しながら、プーリ本体５へ伝達するものである。そしてクランクシャフトのトルク変動は、アイドリング以下の低回転領域で大きくなるため、カップリングゴム８は、ばね定数を極力低くすると共に捩り方向への許容変形量を極力大きくし、所要のトルク伝達力を確保するために、軸方向及び径方向肉厚が十分に大きなものとなっている。また、カップリング支持環７の接合フランジ部７２とプーリ本体５の接合フランジ部５３が外径側へ互いに開く円錐面状をなすことによって、カップリングゴム８は軸方向肉厚が外周側ほど増大しており、このため環状質量体３とプーリ本体５の間で円周方向剪断変形を受けた時に、内周側と外周側とで歪応力がほぼ均一となるようになっている。

ハブ１における外径フランジ部１４の円錐状傾斜部１４ａと、その背面側に存在するプーリ本体５の接合フランジ部５３との間には、スラストベアリング９が介在している。このスラストベアリング９は、ラジアルベアリング６と同様の耐摩耗性に優れた低摩擦係数の合成樹脂からなるものであって、ワッシャ状に成形されている。

ハブ１のリム部１５は、プーリ本体５における外径筒部５２と略同径となっている。そして図２にも示すように、ハブ１の外径部には、円周方向１か所に、プーリ本体５と軸方向に並列する質量増大部１６が形成されている。この質量増大部１６は、外径フランジ部１４の外径部からリム部１５にかけての部分の断面積（軸方向及び径方向の肉厚）を大きくしたものであって、円弧状に延びており、ハブ１の重心を、このハブ１の回転軸心と質量増大部１６の円周方向中間位置とを結ぶ方向へ移動させるものである。

また、ハブ１の外径フランジ部１４の外径部には、質量減少部１７が形成されている。この質量減少部１７は、質量増大部１６と１８０度対称位置の質量を小さくするために外径フランジ部１４の肉厚を薄くしたものであって、図示の例では、同形同大の円弧状の凹部として円周方向２か所に形成され、この２つの質量減少部１７，１７の間の部分が、質量増大部１６の円周方向中間位置と１８０度異なる位相上にあり、これによって、ハブ１の重心を、質量増大部１６による重心移動方向と同方向へ移動させるものである。

以上の構成を備えるクランクプーリは、自動車エンジンのクランクシャフトの軸端に、ハブ１のボス部１１が装着されることによって、このクランクシャフトと一体的に回転し、クランクシャフトの駆動トルクを、プーリ本体５のプーリ部５１に巻き掛けられた不図示のベルトを介して補機の回転軸に伝達するものである。

そして低回転域でクランクシャフトに顕著に発生するトルク変動は、ハブ１からダンパゴム４を介して環状質量体３に伝達されるが、この環状質量体３に取り付けられたカップリング支持環７とプーリ本体５の接合フランジ部５３との間を連結しているカップリングゴム８は、ダンパゴム４に比較して円周方向剪断ばね定数が著しく低いため、入力されたトルク変動に応じて円周方向へ繰り返し剪断変形され、伝達トルクを平滑化する。このため、プーリ本体５と、これに巻き掛けられたベルトとのスリップが防止される。

また、ダンパゴム４と環状質量体３からなる動的吸振部は、クランクシャフトの共振によってその捩れ角が最大となる振動数域で円周方向に共振し、その共振によるトルクは、入力振動のトルクと方向が逆になるため、クランクシャフトの共振による捩れ角のピークを有効に低減することができる。

ここで、例えば直列３気筒エンジンの場合、先に説明したように、クランクシャフトはその回転軸心に対する各クランクアームの回転方向相対角度が２４０度間隔となるように配置されていることから、回転時には、位相がクランク毎に１２０度異なる慣性力による偶力を生じて、クランクシャフトがみそすり状に振動するダイナミックアンバランスが発生する。そして、上記構成のクランクプーリは、このようなダイナミックアンバランスを低減する機能を有するものである。

詳しくは、ハブ１は、このハブ１の外径部に設けた質量増大部１６及び質量減少部１７によって重心が偏心しており、その偏心の方向がクランクシャフトの一端に作用する偶力を相殺する偶力を生じる方向となるように、クランクシャフトの一端に取り付けられる。具体的には、例えば質量増大部１６の中央部の位相が、最もフロント側の気筒に対応する１番クランクに設けられたカウンターウェイトと同位相となるように取り付けられる。このためハブ１は、その重心が偏心していることによるカウンターウェイトを有するものであり、これによってダイナミックアンバランスを有効に低減させることができる。

特に上記構成によれば、ハブ１は、リム部１５の外径がプーリ本体５における外径筒部５２の外径と略同径であって、すなわち大径に形成されているため、その外径部に形成された質量増大部１６による重心の偏心量が大きくなり、しかもそれに加え、質量増大部１６による重心移動方向と反対側に質量減少部１７，１７を設けたことによって、重心の偏心量がさらに大きくなるので、有効なカウンターウェイトを得ることができると共に、ハブ１の重量増大を抑制することができる。

また、スラストベアリング９は、プーリ本体５の接合フランジ部５３を正面側から円周方向摺動自在に支承することによって、カップリングゴム８との間でプーリ本体５の軸方向挙動を規制するものであって、ハブ１は、このスラストベアリング９を正面側から押さえる手段を兼ねている。したがって、上記構成によれば、このスラストベアリング９を支持するためのスラスト受け部材などを別途取り付ける必要がないので、部品点数を減少させることができる。

なお、ハブ１は、リム部１５の外径がプーリ本体５における外径筒部５２の外径よりも大きなものであっても良く、これによって、より有効なカウンターウェイトを付与することができる。

１ハブ
１６質量増大部
１７質量減少部
３環状質量体
４ダンパゴム
５プーリ本体
５１プーリ部
５２外径筒部
５３接合フランジ部
８カップリングゴム
９スラストベアリング

Claims

クランクシャフトの一端に取り付けられるハブと、このハブと同心的にかつ円周方向相対変位可能な状態に配置されたプーリ本体と、前記ハブ側と前記プーリ本体側を互いに円周方向相対変位可能に連結するカップリングゴムと、前記プーリ本体の軸方向変位を規制するスラストベアリングを備え、前記ハブの外径部の円周方向１か所に、前記プーリ本体と軸方向に並列する質量増大部が形成され、前記スラストベアリングが、前記ハブと前記プーリ本体の間に介装されたことを特徴とするクランクプーリ。
ハブの外径部の質量増大部と１８０度対称位置の質量を減少させる質量減少部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のクランクプーリ。