JP4311452B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

Description

車両等に搭載される原動機の動力を発電機などの補機にベルトなどを用いて伝達する動力伝達装置に関する。

近年、地球環境への配慮の意識が高まり、燃費向上のためエンジンは低アイドリング化、低フリクション化している。一方、ＥＰＳ（電動パワーステアリング）の採用などの電化による車両用発電機の大型化とともに消費パワーが増大している。これらは、エンジンの爆発に起因する回転変動によって生じるエンジン回転の不安定化やベルトスリップ、ばたつき、寿命低下などを助長するという弊害を生じる。このような弊害に対処するための従来技術として、プーリとロータ軸との間を圧縮コイルバネを介して連結し、プーリの回転変動を効率的に吸収するようにした動力伝達装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００６−９８９９号公報（第３−６頁、図１−６）

ところで、特許文献１に開示された動力伝達装置では、系全体の慣性モーメントが大きい場合に差動を許容する空転側の慣性モーメントを小さくすることで、効果的な脈動吸収を行うことができる。ところが、この動力伝達装置では、空転側のプーリに圧縮コイルバネや可動環状レースが固定されているため、空転側の慣性モーメントをあまり小さくすることができず、回転変動の吸収性が悪いという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、回転変動の吸収性を向上させることができる動力伝達装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の動力伝達装置は、回転トルクを入力軸から出力軸に伝達するためのものであり、入力軸と出力軸とを回転自在に保持する軸受けと、入力軸に対する角度変位に応じて軸方向に移動するスライダと、スライダを出力軸の軸方向に拘束する軸方向拘束部とを備え、軸方向拘束部を出力軸に固定するとともに、スライダを入力軸から分離可能にしている。入力軸が空転する際にスライダや軸方向拘束部が入力軸と連動して回転しないため、入力軸側の慣性モーメントを小さくすることができ、回転変動の吸収性を向上させることが可能となる。

また、上述した入力軸は、外筒であって内面に螺旋状の第１溝を備え、出力軸は、内筒であって外周面に軸方向の第２溝を備え、スライダは、直径Ａの球状で、第１溝と第２溝の間の隙間に配置され、第１溝の深さＨ１が（Ａ／２）＞Ｈ１の関係を満たし、かつ、第２溝の深さＨ２が（Ａ／２）＞Ｈ２の関係を満たすことが望ましい。これにより、スライダを挟んで入力軸と出力軸との離間した状態を維持しつつ、これらの間の相対的な回転角を変更することが可能となる。

また、上述した軸方向拘束部はバネであり、バネとスライダの間に配置されたスライダ保護板をさらに備えることが望ましい。これにより、バネの端部形状にかかわらずスライダの移動に適した形状を容易に実現することができ、入力軸が出力軸に対して相対的に回転する際の抵抗を減らすことができる。

また、上述したスライダ保護板は環状であることが望ましい。これにより、スライダを回転方向全体に配置することが可能になる。

また、上述した軸受けは、スライダの軸方向両側のそれぞれにおいて、外筒と内筒との間に配置されていることが望ましい。これにより、スライダに偏った荷重が加わることを防止することができ、スライダの円滑な移動を促進して回転変動の吸収性をさらに向上させることが可能となる。

また、上述した入力軸は、内周面に内周側に突出するとともに軸方向端面に第１溝を有する円盤状の第１の環状体を備え、軸方向拘束部は、外周面に外周側に突出するとともに第１の環状体に対向する軸方向端面に第２溝を有する第２の環状体を備え、第１溝と第２溝は、入力軸と出力軸との間の相対的な角度変位に応じて互いの径方向位置が変位し、第１溝と第２溝の間にスライダが配置されていることが望ましい。あるいは、上述した入力軸は、内周面に内周側に突出するとともに軸方向端面に波形形状の第１溝を有する円盤状の第１の環状体を備え、軸方向拘束部は、外周面に外周側に突出するとともに第１の環状体に対向する軸方向端面に波形形状の第２溝を有するとともにスライダの機能を有する第２の環状体を備え、第１溝と第２溝は、入力軸と出力軸との間の相対的な角度変位に応じて互いの波形形状の径方向位置が変位することが望ましい。このような構造を採用した場合であっても入力軸が空転する際にスライダや軸方向拘束部が入力軸と連動して回転しないため、入力軸側の慣性モーメントを小さくすることができ、回転変動の吸収性を向上させることが可能となる。

以下、本発明を適用した一実施形態の動力伝達装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施形態では、動力伝達装置を車両用交流発電機のプーリユニットに適用した場合について説明するが、車両用交流発電機以外にエアコン等を駆動するために用いられるプーリユニットに適用するようにしてもよい。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態のプーリユニットの全体構成を示す断面図である。なお、図１に示す断面は、回転中心に対して片側の一方のみが図示してあり、他方は省略してある。図２は、図１に示すプーリユニットの部分的な断面図である。図３は、プーリユニットに含まれる環状体の斜視図である。図１等に示すプーリユニット１００は、プーリ１０、ロータ軸２０、スライダ３０、環状体４０、圧縮コイルバネ５０、スライダ保護板５２、軸受け６０、６２を含んで構成されている。

プーリ１０は、入力軸となる外側環体（外筒）であり、外周側にエンジンのクランクシャフトに連動して回送されるベルト（図示せず）が巻き付けられるプーリ溝１２を有するとともに、内周面に螺旋をなす第１溝１４を有する。ロータ軸２０は、出力軸となる内側環体（内筒）であり、車両用発電機のシャフト（図示せず）と一体となって回転する。例えば、ロータ軸２０の内周に雌ねじ溝２２が形成されており、車両用発電機のシャフトの先端部に形成された雄ねじ溝に締め付け固定される。また、ロータ軸２０の外周面には環状体４０が嵌合している。この環状体４０は、Ｌ字状の断面を有しており、外周面に軸方向に沿った複数の第２溝４２を有する。このＬ字状の断面は、軸方向に沿った部分と径方向に沿った部分とに分かれるが、複数の第２溝４２は軸方向に沿った部分に形成されており、径方向に沿った部分は圧縮コイルバネ５０の一方端が当接して固定される円盤状（環状）のストッパ４４となる。なお、上述した例では、ロータ軸２０と環状体４０とを別部品で構成してこれらを嵌合したが、一体化した単一部品として形成するようにしてもよい。

圧縮コイルバネ５０は、環状体４０の外周側に同心状に配置されており、上述したように一方端が環状体４０の一部であるストッパ４４に当接して固定される。また、圧縮コイルバネ５０の他方端は、スライダ保護板５２と連結されている。スライダ保護板５２は、一方の軸方向端面に圧縮コイルバネ５０の他方端が当接して連結されるとともに、他方の軸方向端面には複数のスライダ３０が当接する。

スライダ３０は、プーリ１０に対する角度変位に応じて軸方向に移動する球体であり、環状体４０の外周面に形成された複数の第２溝４２のそれぞれに１対１に対応している。このスライダ３０は、プーリ１０の内周面に接触しているが分離可能であり、プーリ１０と連動して回転しないようになっている。なお、図３では、わかりやすくするためにスライダ３０の数を少なくしているが、実際には環状体４０の第２溝４２の数に一致させている。スライダ保護板５２の他方の軸方向端面は、軸方向に対して螺旋状に傾斜している。スライダ３０は、プーリ１０とロータ軸２０との間の環状空間に設けられている。具体的には、軸方向に沿った位置がプーリ１０の内周面の第１溝１４によって拘束され、周方向の位置が環状体４０の外周面に形成された第２溝４２によって拘束される。プーリ１０の第１溝１４は螺旋状に形成されているため、プーリ１０が環状体４０に対して相対的に回転すると、この第１溝１４も相対的に回転し、スライダ３０の軸方向位置が変化する。なお、スライダ保護板５２は、圧縮コイルバネ５０から加わる荷重を全てのスライダ３０に均等に分散させるためのものであり、プーリ１０の第１溝１４によって軸方向位置が拘束された各スライダ３０に均等に当接させるために、スライダ３０に当接する側の軸方向端面の傾斜角は、螺旋状の第１溝１４と同じ傾斜角に設定されている。上述したスライダ３０の直径をＡとしたときに、第１溝１４の深さＨ１は（Ａ／２）＞Ｈ１の関係を満たしており、第２溝４２の深さＨ２は（Ａ／２）＞Ｈ２の関係を満たしている。

軸受け６０、６２は、ロータ軸２０をプーリ１０に支持する軸受けであり、スライダ３０を挟んで軸方向両側に配置されている。これらの軸受け６０、６２のそれぞれは、ロータ軸２０の外周面の段部により内輪が軸方向不動に固定されており、ロータ軸２０に対してプーリ１０の軸方向の位置決めをしている。上述した圧縮コイルバネ５０とスライダ保護板５２が軸方向拘束部に対応する。

本実施形態のプーリユニット１００はこのような構造を有しており、次にその動作を説明する。まず、プーリ１０がベルトにより駆動されてロータ軸２０が回転数の定常状態から回転数増加状態になる場合を考える。車両用発電機の回転子と一体化されたロータ軸２０は大きな慣性を有するため、プーリ１０の回転数増加に追随するように回転上昇させにくい。このため、ロータ軸２０に対してプーリ１０の第１溝１４が相対的に回転し、その結果、スライダ３０が圧縮コイルバネ５０を圧縮する方向に変位する（その前提として、圧縮コイルバネ５０を圧縮するように第１溝１４の傾斜角とスライダ保護板５２の軸方向端面の傾斜角とを設定しておく必要がある）。これによってプーリ１０の回転トルクは、一部が圧縮コイルバネ５０に吸収されるとともに、ロータ軸２０が遅れて回転する。これにより、プーリ１０の回転変動（上昇）に対して、効果的な脈動吸収を行うことが可能になる。反対に、回転数の定常状態から回転数減少状態になる場合にも、車両用発電機の回転子と一体化されたロータ軸２０は大きな慣性を有するため、プーリ１０の回転数減少に追随するように回転下降させにくい。回転数増加の場合と同様に、スライダ３０が圧縮コイルバネ５０をそれ以前の位置よりも伸張する方向に変位する。これによってプーリ１０の回転トルクは、一部が圧縮コイルバネ５０に吸収されるとともに、ロータ軸２０が遅れて回転する。これにより、プーリ１０の回転変動（下降）に対して、効果的な脈動吸収を行うことが可能になる。

このように、本実施形態のプーリユニット１００では、プーリ１０が空転する際にスライダ３０や軸方向拘束部としての圧縮コイルバネ５０がプーリ１０と連動して回転しないため、プーリ１０側の慣性モーメントを小さくすることができ、回転変動の吸収性を向上させることが可能となる。
（参考実施形態）
図４は、参考実施形態のプーリユニットの全体構成を示す断面図である。図４に示すプーリユニット１００Ａは、プーリ１０Ａ、ロータ軸２０Ａ、スライダ３０Ａ、圧縮コイルバネ５０、スライダ保護板５２Ａ、軸受け６０、６２を含んで構成されている。なお、図１に示したプーリユニット１００と同一部材には同一符号が用いられ、作用が類似した部材には同一符号に符号Ａが追加されている。以下では、図１に示したプーリユニット１００と相違する点に着目して説明するものとする。

プーリ１０Ａは、内周側に突出した円盤状の環状体（第１の環状体に対応する）１６を有する。この環状体１６の一方の軸方向端面には、軸方向に垂直な面上で螺旋をなす第１溝１４Ａが形成されている。また、スライダ保護板５２Ａは、円盤状の環状体（第２の環状体に対応する）であって、ロータ軸２０Ａの外周面に配置されている。このスライダ保護板５２Ａは、プーリ１０Ａの環状体１６に対向する軸方向端面に螺旋をなす第２溝４２Ａが形成されている。第１溝１４Ａと第２溝４２Ａは、同じ形状を有しており、プーリ１０Ａとロータ軸２０Ａとが所定の角度をなしているときにそれぞれの溝の位置が一致し、プーリ１０Ａとロータ軸２０Ａの角度がこの所定の角度からずれるにしたがってそれぞれの溝の位置が径方向に次第にずれるようになっている。

また、ロータ軸２０Ａは、外周側に突出した円盤状のストッパ４４Ａを有している。なお、ロータ軸２０Ａにストッパを形成するのではなく、図１に示した環状体４０をロータ軸２０の外周に嵌合して用いるようにしてもよい。ストッパ４４Ａは、図１に示した環状体４０のストッパ４４と同様に、圧縮コイルバネ５０の一方端が当接し、この一方端を固定する。圧縮コイルバネ５０の他方端は、スライダ保護板５２Ａに連結されている。このスライダ保護板５２Ａは、軸方向には移動可能であるが、回転方向には移動が拘束されている。回転方向の拘束は、例えば、圧縮コイルバネ５０の他方端をスライダ保護板５２Ａに連結することにより実現することもできるが、回転方向の拘束をより確実にするには、スライダ保護板５２Ａの内周面に軸方向に沿った複数本の溝を形成するとともにロータ軸２０Ａの外周面にこれらの溝に対応する軸方向に沿った複数本の溝を形成し、軸方向にのみ移動可能なようにしてもよい。

スライダ３０Ａは、球体であり、第１溝１４Ａと第２溝４２Ａの間に複数個が周方向に所定間隔で配置されている。所定間隔を維持するために、例えば軸受け６０等でボールの間隔を維持するために一般に用いられる保持器を用いることができる。

本実施形態のプーリユニット１００Ａはこのような構造を有しており、次にその動作を説明する。まず、プーリ１０Ａがベルトにより駆動されてロータ軸２０Ａが回転数の定常状態から回転数増加状態になる場合を考える。車両用発電機の回転子と一体化されたロータ軸２０Ａは大きな慣性を有するため、プーリ１０Ａの回転数増加に追随するように回転上昇させにくい。このため、スライダ保護板５２Ａの第２溝４２Ａに対してプーリ１０Ａの第１溝１４Ａが相対的に回転し、その結果、スライダ３０Ａが径方向に移動し、スライダ保護板５２Ａが圧縮コイルバネ５０を圧縮する方向に変位する。

図５は、スライダ３０Ａ周辺の詳細を示す図である。図５（Ａ）には第１溝１４Ａと第２溝４２Ａの径方向位置が一致している場合が示されている。第１溝１４Ａと第２溝４２ＡはともにＶ字断面を有しており、これらの溝の径方向位置が一致しているときに、スライダ３０Ａを挟んで環状体１６とスライダ保護板５２Ａの軸方向距離が最も接近する。また、図５（Ｂ）には第１溝１４Ａと第２溝４２Ａの径方向位置がずれる場合が示されている。この場合には、スライダ３０Ａを挟んで環状体１６とスライダ保護板５２Ａとの軸方向距離が溝のずれ量に比例して次第に離間する。本実施形態では、環状体１６の軸方向位置が固定され、スライダ保護板５２Ａの軸方向位置が移動可能になっているため、スライダ保護板５２Ａが圧縮コイルバネ５０を圧縮する方向に移動する。これによってプーリ１０Ａの回転トルクは、一部が圧縮コイルバネ５０に吸収されるとともに、ロータ軸２０Ａが遅れて回転する。これにより、プーリ１０Ａの回転変動（上昇）に対して、効果的な脈動吸収を行うことが可能になる。反対に、回転数の定常状態から回転数減少状態になる場合にも、車両用発電機の回転子と一体化されたロータ軸２０Ａは大きな慣性を有するため、プーリ１０Ａの回転数減少に追随するように回転下降させにくい。回転数増加の場合と同様に、スライダ保護板５２Ａが圧縮コイルバネ５０を圧縮する方向に変位する。これによってプーリ１０Ａの回転トルクは、一部が圧縮コイルバネ５０に吸収されるとともに、ロータ軸２０Ａが遅れて回転する。これにより、プーリ１０Ａの回転変動（下降）に対して、効果的な脈動吸収を行うことが可能になる。
（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態のプーリユニットの全体構成を示す断面図である。図６に示すプーリユニット１００Ｂは、プーリ１０Ｂ、ロータ軸２０Ａ、スライダ３０Ｂ、圧縮コイルバネ５０、軸受け６０、６２を含んで構成されている。なお、図１、図４に示したプーリユニット１００、１００Ａと同一部材には同一符号が用いられ、作用が類似した部材には同一符号に符号Ｂが追加されている。以下では、図１、図４に示したプーリユニット１００、１００Ａと相違する点に着目して説明するものとする。

プーリ１０Ｂは、内周側に突出した円盤状の環状体（第１の環状体に対応する）１６Ｂを有する。この環状体１６Ｂの一方の軸方向端面には、軸方向に垂直な面上で螺旋をなすとともに径方向に波形形状を有する第１溝１４Ｂが形成されている。

スライダ３０Ｂは、図４に示したスライダ３０Ａとスライダ保護板５２Ａの機能を併せ持ったものであり、ロータ軸２０Ａの外周に配置された円盤状の環状体（第２の環状体に対応する）である。このスライダ３０Ｂは、プーリ１０Ｂの環状体１６Ｂに対向する軸方向端面に螺旋をなす第２溝４２Ｂが形成されている。第２溝４２Ｂも第１溝１４Ｂと同様の形状を有しており、プーリ１０Ｂとロータ軸２０Ａとが所定の角度をなしているときにそれぞれの表面が隙間なく当接し、プーリ１０Ｂとロータ軸２０Ａの角度がこの所定の角度からずれるにしたがってそれぞれの山の位置と谷の位置が径方向に次第にずれるようになっている。圧縮コイルバネ５０の他方端は、スライダ３０Ｂに連結されている。また、このスライダ３０Ｂは、軸方向には移動可能であるが、回転方向には移動が拘束されている。

本実施形態のプーリユニット１００Ｂはこのような構造を有しており、次にその動作を説明する。まず、プーリ１０Ｂがベルトにより駆動されてロータ軸２０Ａが回転数の定常状態から回転数増加状態になる場合を考える。車両用発電機の回転子と一体化されたロータ軸２０Ａは大きな慣性を有するため、プーリ１０Ｂの回転数増加に追随するように回転上昇させにくい。このため、スライダ３０Ｂの第２溝４２Ｂに対してプーリ１０Ｂの第１溝１４Ｂが相対的に回転し、その結果、スライダ３０Ｂが圧縮コイルバネ５０を圧縮する方向に変位する。

図７は、スライダ３０Ｂ周辺の詳細を示す図である。図７（Ａ）には第１溝１４Ｂと第２溝４２Ｂの径方向形状が一致し、これらの表面が隙間なく当接している場合が示されている。なお、実際には必ずしもこれらの表面が隙間なく当接する必要はなく、図７（Ｂ）に示すように隙間が生じてもよい。また、図７（Ｂ）には第１溝１４Ｂと第２溝４２Ｂのそれぞのれ波形形状の谷と山の径方向位置がずれる場合が示されている。この場合には、環状体１６Ｂとスライダ３０Ｂとの軸方向距離が溝のずれ量に比例して次第に離間する。本実施形態では、環状体１６Ｂの軸方向位置が固定され、スライダ３０Ｂの軸方向位置が移動可能になっているため、スライダ３０Ｂが圧縮コイルバネ５０を圧縮する方向に移動する。これによってプーリ１０Ｂの回転トルクは、一部が圧縮コイルバネ５０に吸収されるとともに、ロータ軸２０Ａが遅れて回転する。これにより、プーリ１０Ｂの回転変動（上昇）に対して、効果的な脈動吸収を行うことが可能になる。反対に、回転数の定常状態から回転数減少状態になる場合にも、車両用発電機の回転子と一体化されたロータ軸２０Ａは大きな慣性を有するため、プーリ１０Ｂの回転数減少に追随するように回転下降させにくい。回転数増加の場合と同様に、スライダ３０Ｂが圧縮コイルバネ５０を圧縮する方向に変位する。これによってプーリ１０Ｂの回転トルクは、一部が圧縮コイルバネ５０に吸収されるとともに、ロータ軸２０Ａが遅れて回転する。これにより、プーリ１０Ｂの回転変動（下降）に対して、効果的な脈動吸収を行うことが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した第１の実施形態では、図１に示した第１溝１４を螺旋状に形成したが、プーリ１０とロータ軸２０との間の相対的な回転変位が少ない場合等においては波形形状に形成するようにしたもよい。また、上述した参考および第２の実施形態では、図４あるいは図６に示した第１溝１４Ａ、１４Ｂ、第２溝４２Ａ、４２Ｂをともに螺旋状に形成したが、プーリ１０Ａ、１０Ｂとロータ軸２０Ａとの間の相対的な回転変位が少ない場合等においては一方あるいは両方を円形状や楕円形状に形成してもよい。但し、両方とも円形状とする場合には、これらの溝は同心状ではなく、少なくとも一方を偏心させる必要がある。

第１の実施形態のプーリユニットの全体構成を示す断面図である。 図１に示すプーリユニットの部分的な断面図である。 プーリユニットに含まれる環状体の斜視図である。 参考実施形態のプーリユニットの全体構成を示す断面図である。 図４に示すプーリユニットに含まれるスライダ周辺の詳細を示す図である。 第２の実施形態のプーリユニットの全体構成を示す断面図である。 図６に示すプーリユニットに含まれるスライダ周辺の詳細を示す図である。

符号の説明

１０ プーリ
１２ プーリ溝
１４ 第１溝
２０ ロータ軸
３０ スライダ
４０ 環状体
４２ 第２溝
４４ ストッパ
５０ 圧縮コイルバネ
５２ スライダ保護板
６０、６２ 軸受け
１００ プーリユニット

Claims (5)

1. 回転トルクを入力軸から出力軸に伝達する動力伝達装置において、
   前記入力軸と前記出力軸とを回転自在に保持する軸受けと、
   前記入力軸に対する角度変位に応じて軸方向に移動するスライダと、
   前記スライダを前記出力軸の軸方向に拘束する軸方向拘束部と、を備え、
   前記軸方向拘束部を前記出力軸に固定するとともに、前記スライダを前記入力軸から分離可能にし、
   前記入力軸は、外筒であって内面に螺旋状の第１溝を備え、
   前記出力軸は、内筒であって外周面に軸方向の第２溝を備え、
   前記スライダは、直径Ａの球状で、前記第１溝と前記第２溝の間の隙間に配置され、
   前記第１溝の深さＨ１が（Ａ／２）＞Ｈ１の関係を満たし、かつ、前記第２溝の深さＨ２が（Ａ／２）＞Ｈ２の関係を満たすことを特徴とする動力伝達装置。
2. 請求項１において、
   前記軸方向拘束部はバネであり、
   前記バネと前記スライダの間に配置されたスライダ保護板をさらに備えることを特徴とする動力伝達装置。
3. 請求項２において、
   前記スライダ保護板は環状であることを特徴とする動力伝達装置。
4. 請求項１において、
   前記軸受けは、前記スライダの軸方向両側のそれぞれにおいて、前記外筒と前記内筒との間に配置されていることを特徴とする動力伝達装置。
5. 回転トルクを入力軸から出力軸に伝達する動力伝達装置において、
   前記入力軸と前記出力軸とを回転自在に保持する軸受けと、
   前記入力軸に対する角度変位に応じて軸方向に移動するスライダと、
   前記スライダを前記出力軸の軸方向に拘束する軸方向拘束部と、を備え、
   前記軸方向拘束部を前記出力軸に固定するとともに、前記スライダを前記入力軸から分離可能にし、
   前記入力軸は、内周面に内周側に突出するとともに軸方向端面に波形形状の第１溝を有する円盤状の第１の環状体を備え、
   前記軸方向拘束部は、外周面に外周側に突出するとともに前記第１の環状体に対向する軸方向端面に波形形状の第２溝を有するとともに前記スライダの機能を有する第２の環状体を備え、
   前記第１溝と前記第２溝は、前記入力軸と前記出力軸との間の相対的な角度変位に応じて互いの波形形状の径方向位置が変位し、
   前記波形形状は、径方向に凹凸形状であるとともに螺旋をなすことを特徴とする動力伝達装置。

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