JP2020183807A - プーリ構造体 - Google Patents
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Abstract
Description
前記外回転体の径方向内側に設けられ、前記外回転体と同一の回転軸を中心として前記外回転体に対して相対回転可能な内回転体と、
前記外回転体と前記内回転体との間に設けられ、前記回転軸に沿った軸方向に圧縮されている、第1のコイルばねと、
前記第1のコイルばねに対して径方向に並設され、前記回転軸に沿った軸方向に圧縮されている、第2のコイルばねと、を備えており、
前記第1のコイルばねは、拡径又は縮径方向にねじり変形した際に、前記外回転体及び前記内回転体に係合して、前記外回転体と前記内回転体との間でトルクを伝達し、トルクの伝達時と反対方向にねじり変形した際に、前記外回転体又は前記内回転体と摺動する係合解除状態となって、前記外回転体と前記内回転体との間でのトルクの伝達を遮断し、
前記第2のコイルばねは、少なくとも、前記軸方向の一端側及び他端側の一方の部分が、該部分に径方向に対向し、前記外回転体に係合する前記第1のコイルばねの前記軸方向の一端側及び他端側の一方の部分に接続可能に形成されており、トルクの伝達時において、前記第1のコイルばねと同じ方向にねじり変形することによって、前記第1のコイルばねを介し、前記外回転体及び前記内回転体に係合する。
このように、外回転体側からの過大な入力トルクに対しても、トルク伝達時のダンピング機能を有効に維持することができる。ひいては、クランク軸の回転変動をプーリ構造体により十分に吸収することができる。
前記第1のコイルばねは、
前記一端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において外周面が拡径方向の自己弾性復元力によって前記外回転体及び前記内回転体の一方に接触する第1一端側領域と、
前記他端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方に接触する第1他端側領域と、
前記第1一端側領域及び前記第1他端側領域の間であって、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において前記外回転体及び前記内回転体のいずれにも接触しない第1中領域と、を有し、
前記第1のコイルばねは、前記外回転体と前記内回転体との相対回転によって拡径方向にねじれた場合に、前記第1他端側領域の少なくとも一部分の内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方から離れるように構成されており、
前記第2のコイルばねは、
前記第1のコイルばねと前記内回転体との間に設けられており、前記一端側及び前記他端側の一方の部分が、該部分と径方向に対向し、前記外回転体に係合する前記第1のコイルばねの前記一端側及び前記他端側の一方の部分に接続可能に形成されており、
前記一端側で前記外回転体及び前記内回転体の一方に接触する第2一端側領域と、
前記他端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方に接触する第2他端側領域と、
前記第2のコイルばねの前記第2一端側領域及び前記第2他端側領域の間であって、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において前記外回転体及び前記内回転体のいずれにも接触しない第2中領域と、を有し、
前記第2のコイルばねは、前記外回転体と前記内回転体との相対回転によって拡径方向にねじれた場合に、前記第2のコイルばねの前記第2他端側領域の少なくとも一部分の内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方から離れているように構成されている。
また、(ii)2つのコイルばねは、いずれも、拡径方向にねじれた場合に、他端側領域(第1他端側領域、第2他端側領域)の内周面のうち少なくとも周方向一部分が他方の回転体から離れている。
また、(iii)2つのコイルばねがいずれも、拡径方向にねじれた場合に係合状態となるよう、第2のコイルばねは、第1のコイルばねと内回転体との間に設けられている。
上記(i)及び(ii)により、プーリ構造体は、トルク伝達時に外回転体と内回転体とが相対回転したときに、プーリ構造体の停止時よりも、有効巻数が増加する。したがって、本態様のプーリ構造体は、外回転体と内回転体とが相対回転したときに、第1のコイルばねの有効巻数及び第2のコイルばねの有効巻数がそれぞれさらに増加した構成となるので、ばね定数の設計自由度をさらに高めることができる。
上記(iii)により、2つのコイルばねがいずれも、縮径方向にねじれた場合に係合状態となるよう、第2のコイルばねが第1のコイルばねと外回転体との間に設けられる場合と比較し、プーリ構造体が径方向にむやみに大型化するのを抑制し、プーリ構造体の径方向の大型化を最小限に留めることができる。
前記第1のコイルばねは、
前記一端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において外周面が拡径方向の自己弾性復元力によって前記外回転体及び前記内回転体の一方に接触する第1一端側領域と、
前記他端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方に接触する第1他端側領域と、
前記第1一端側領域及び前記第1他端側領域の間であって、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において前記外回転体及び前記内回転体のいずれにも接触しない第1中領域と、を有し、
前記第1のコイルばねは、前記外回転体と前記内回転体との相対回転によって拡径方向にねじれた場合に、前記第1他端側領域の少なくとも一部分の内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方から離れるように構成されており、
前記第2のコイルばねは、
前記第1のコイルばねと前記内回転体との間に設けられており、前記一端側及び前記他端側の一方の部分が、該部分と径方向に対向し、前記外回転体に係合している前記第1のコイルばねの前記一端側及び前記他端側の一方の部分に接続可能に形成されており、
前記一端側で前記外回転体及び前記内回転体の一方に接触する第2一端側領域と、
前記他端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方から離れている第2他端側領域と、
前記第2のコイルばねの前記第2一端側領域及び前記第2他端側領域の間であって、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において前記外回転体及び前記内回転体のいずれにも接触しない第2中領域と、を有している。
また、(ii)第2のコイルばねの第2他端側領域は、プーリ構造体に外力が付与されていない状態においてすでに内周面が外回転体及び内回転体の他方から離れている。つまり、第2のコイルばねの第2他端側領域は、プーリ構造体に外力が付与されていない状態において軸方向の端面でしか外回転体及び内回転体の他方に接触していない。
このため、本態様のプーリ構造体は、トルク伝達時に2つの回転体が相対回転したときに、請求項2の構成よりも、第2のコイルばねの有効巻数がさらに増加した構成であるので、ばね定数の設計自由度を最大限に高めることができる。
以下、本発明の実施形態のプーリ構造体1について説明する。
プーリ構造体1は、自動車の補機駆動システム(図示省略)において、オルタネータの駆動軸に設置される。補機駆動システムは、エンジンのクランク軸に連結された駆動プーリと、オルタネータ等の補機を駆動する従動プーリとにわたってベルトが掛け渡された構成であって、クランク軸の回転がベルトを介して従動プーリに伝達されることで、オルタネータ等の補機が駆動される。クランク軸は、エンジン燃焼に起因して回転速度が変動し、それに伴いベルトの速度も変動する。
図1〜図4に示すように、プーリ構造体1は、外回転体2、内回転体3、第1のコイルばね4(以下、単に「ばね4」という)、第2のコイルばね5(以下、単に「ばね5」という)、及び、エンドキャップ10を含む。以下、図1における右方を一端(後)、左方を他端(前)として説明する。エンドキャップ10は、外回転体2及び内回転体3の他端側に配置されている。
外回転体2及び内回転体3は、共に略円筒状であり、同一の回転軸を有する。外回転体2及び内回転体3の回転軸は、プーリ構造体1の回転軸であり、以下、単に「回転軸」という。また、回転軸方向を、単に「軸方向」という。内回転体3は、外回転体2の内側に設けられ、外回転体2に対して相対回転可能である。外回転体2の外周面に、ベルトが巻回される。
本実施形態では、許容トルクを、安全を見て、コイルばねの拡径変形の最大化(ロック機構の作動)を回避し得るねじりトルクの水準、つまり、上記ロック機構が働くねじりトルクよりも若干程度小のトルク水準(図5(a)の、Tm1の水準)に設定し、ばね構造を設計した。
ばね4は、外回転体2と内回転体3との間(詳細には、ばね4は、外回転体2とばね5との間)に設けられている。ばね4は、ばね線(ばね線材:ばね用オイルテンパー線(JISG3560:1994に準拠))を螺旋状に巻回(コイリング)して形成されたねじりコイルばねである。ばね4は、左巻き(他端から一端に向かって反時計回り)である(図7参照)。ばね4は、外力を受けていない状態において、全長に亘って径が一定である。外力を受けていない状態でのばね4の外径は、圧接面2aにおける外回転体2の内径よりも大きい。ばね4は、一端側領域4c(第1一端側領域に相当)が縮径された状態で、空間9に収容されている。ばね4における一端側領域4cの外周面は、ばね4の拡径方向の自己弾性復元力によって、圧接面2aに押し付けられている。一端側領域4cは、ばね4の一端から1周以上(回転軸回りに360°以上)の領域である。
ばね5は、ばね4に対して径内方向に並設され、ばね4と筒本体3aとの間に設けられている。ばね5は、ばね4同様に、ばね線(ばね線材:ばね用オイルテンパー線(JISG3560:1994に準拠))を螺旋状に巻回(コイリング)して形成されたねじりコイルばねである(図7参照)。ばね5は、外力を受けていない状態において、全長に亘って径が一定である。外力を受けていない状態でのばね5の外径は、ばね4の内径よりも小さい。ばね5は、一端側領域5c(第2一端側領域に相当)が拡径も縮径もされていない状態で、空間9に収容されている。従って、ばね5における一端側領域5cの外周面は、ばね4の内周面に干渉(接触)していない(ばね5における一端側領域5cは、ばね5が軸方向に圧縮されていることにより、スラストプレート8を介して、外回転体2に接触している)。一端側領域5cは、ばね5の一端から1周以上(回転軸回りに360°以上)の領域である。
上述したように、ばね4の折り曲げ部4gとばね5の周方向端面5gとが当接可能(接続可能)に構成されている(図4参照)。
スラストプレート8は、円環板状(平座金状)をしており、筒本体3aに挿入され、外回転体2と内回転体3との間であって、転がり軸受6の前方(他端側)に配置されている。スラストプレート8は、外回転体2に固定され、外回転体2と一体的に回転する。スラストプレート8の前面は、ばね4の第1座研面4f、及び、ばね5の第2座研面5fに接触している。スラストプレート8は、外回転体2の減速時(クラッチ係合解除状態)には、ばね4の第1座研面4f及びばね5の第2座研面5fと周方向に摺動する構成となるので、スラストプレート8(前端面)には螺旋面を形成させず、軸方向に直交する平坦面を形成させている。
次に、プーリ構造体1の動作について説明する。
このように、外回転体2側からの過大な入力トルクに対しても、トルク伝達時のダンピング機能を有効に維持することができる。ひいては、クランク軸の回転変動をプーリ構造体1により十分に吸収することができる。
また、(ii)ばね4及びばね5の2つのコイルばねは、いずれも、拡径方向にねじれた場合に、他端側領域4b及び他端側領域5bの、内周面のうち少なくとも周方向一部分が他方の回転体から離れている。
また、(iii)ばね4及びばね5の2つのコイルばねがいずれも、拡径方向にねじれた場合に係合状態となるよう、ばね5は、ばね4と内回転体3との間に設けられている。
上記(i)及び(ii)により、プーリ構造体1は、トルク伝達時に外回転体2と内回転体3とが相対回転したときに、プーリ構造体1の停止時よりも、有効巻数が増加する。したがって、本実施態様のプーリ構造体1は、外回転体2と内回転体3とが相対回転したときに、ばね4の有効巻数及びばね5の有効巻数がそれぞれさらに増加した構成となるので、ばね定数の設計自由度をさらに高めることができる。
上記(iii)により、ばね4及びばね5の2つのコイルばねがいずれも、縮径方向にねじれた場合に係合状態となるよう、ばね5がばね4と外回転体2との間に設けられる場合と比較し、プーリ構造体1が径方向にむやみに大型化するのを抑制し、プーリ構造体1の径方向の大型化を最小限に留めることができる。
このため、本実施形態のプーリ構造体1は、トルク伝達時に、外回転体2と内回転体3とが相対回転したときに、ばね5の有効巻数をさらに増加することができる構成であるので、ばね定数の設計自由度を最大限に高めることができる。
上述の実施形態では、第2のコイルばね5を、第1のコイルばね4と筒本体3aとの間に設けることにより、ばね4及びばね5の2つのコイルばねが縮径方向にねじり変形したときに、係合解除状態となるように構成(ばね4の外周面が、外回転体2における圧接面2a(クラッチ係合部)と係合解除状態となる構成)しているが、これには限られない。即ち、第2のコイルばね5は、第1のコイルばね4が有するクラッチ機能を妨げない側、換言すると、外回転体2又は内回転体3の第1のコイルばね4と摺動する部分(クラッチ係合部)に干渉しない側に、設けられればよい。例えば、第2のコイルばね5は、第1のコイルばね4と外回転体2との間に設けられてもよい。この場合、ばね4及びばね5の2つのコイルばねが共に拡径方向にねじり変形したときに、係合解除状態となるように構成する(第1のコイルばね4の内周面が、筒本体3a(クラッチ係合部)と係合解除状態となる構成)。
2 外回転体
3 内回転体
4 第1のコイルばね
5 第2のコイルばね
6 転がり軸受
7 滑り軸受
8 スラストプレート
9 空間10 エンドキャップ
Claims (3)
- ベルトが巻き掛けられる筒状の外回転体と、
前記外回転体の径方向内側に設けられ、前記外回転体と同一の回転軸を中心として前記外回転体に対して相対回転可能な内回転体と、
前記外回転体と前記内回転体との間に設けられ、前記回転軸に沿った軸方向に圧縮されている、第1のコイルばねと、
前記第1のコイルばねに対して径方向に並設され、前記回転軸に沿った軸方向に圧縮されている、第2のコイルばねと、を備えており、
前記第1のコイルばねは、拡径又は縮径方向にねじり変形した際に、前記外回転体及び前記内回転体に係合して、前記外回転体と前記内回転体との間でトルクを伝達し、トルクの伝達時と反対方向にねじり変形した際に、前記外回転体又は前記内回転体と摺動する係合解除状態となって、前記外回転体と前記内回転体との間でのトルクの伝達を遮断し、
前記第2のコイルばねは、少なくとも、前記軸方向の一端側及び他端側の一方の部分が、該部分に径方向に対向し、前記外回転体に係合する前記第1のコイルばねの前記軸方向の一端側及び他端側の一方の部分に接続可能に形成されており、トルクの伝達時において、前記第1のコイルばねと同じ方向にねじり変形することによって、前記第1のコイルばねを介し、前記外回転体及び前記内回転体に係合する、ことを特徴とするプーリ構造体。 - 前記第1のコイルばねは、
前記一端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において外周面が拡径方向の自己弾性復元力によって前記外回転体及び前記内回転体の一方に接触する第1一端側領域と、
前記他端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方に接触する第1他端側領域と、
前記第1一端側領域及び前記第1他端側領域の間であって、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において前記外回転体及び前記内回転体のいずれにも接触しない第1中領域と、を有し、
前記第1のコイルばねは、前記外回転体と前記内回転体との相対回転によって拡径方向にねじれた場合に、前記第1他端側領域の少なくとも一部分の内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方から離れるように構成されており、
前記第2のコイルばねは、
前記第1のコイルばねと前記内回転体との間に設けられており、前記一端側及び前記他端側の一方の部分が、該部分と径方向に対向し、前記外回転体に係合する前記第1のコイルばねの前記一端側及び前記他端側の一方の部分に接続可能に形成されており、
前記一端側で前記外回転体及び前記内回転体の一方に接触する第2一端側領域と、
前記他端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方に接触する第2他端側領域と、
前記第2のコイルばねの前記第2一端側領域及び前記第2他端側領域の間であって、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において前記外回転体及び前記内回転体のいずれにも接触しない第2中領域と、を有し、
前記第2のコイルばねは、前記外回転体と前記内回転体との相対回転によって拡径方向にねじれた場合に、前記第2のコイルばねの前記第2他端側領域の少なくとも一部分の内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方から離れているように構成されている、請求項1に記載のプーリ構造体。 - 前記第1のコイルばねは、
前記一端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において外周面が拡径方向の自己弾性復元力によって前記外回転体及び前記内回転体の一方に接触する第1一端側領域と、
前記他端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方に接触する第1他端側領域と、
前記第1一端側領域及び前記第1他端側領域の間であって、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において前記外回転体及び前記内回転体のいずれにも接触しない第1中領域と、を有し、
前記第1のコイルばねは、前記外回転体と前記内回転体との相対回転によって拡径方向にねじれた場合に、前記第1他端側領域の少なくとも一部分の内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方から離れるように構成されており、
前記第2のコイルばねは、
前記第1のコイルばねと前記内回転体との間に設けられており、前記一端側及び前記他端側の一方の部分が、該部分と径方向に対向し、前記外回転体に係合している前記第1のコイルばねの前記一端側及び前記他端側の一方の部分に接続可能に形成されており、
前記一端側で前記外回転体及び前記内回転体の一方に接触する第2一端側領域と、
前記他端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において内周面が前記外回転体及び前記内回転体の他方から離れている第2他端側領域と、
前記第2のコイルばねの前記第2一端側領域及び前記第2他端側領域の間であって、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において前記外回転体及び前記内回転体のいずれにも接触しない第2中領域と、を有している、請求項1に記載のプーリ構造体。
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