JP4534554B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

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Description

本発明は、プーリユニット等の動力伝達装置に関する。この種の動力伝達装置は、例えばエンジンのクランクシャフトやクランクシャフトからベルトを介して駆動される補機類に装備することができる。補機類には、例えば自動車のオルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウオーターポンプ、冷却ファンなどが挙げられる。
エンジンの回転動力をクランクシャフトからベルトを介して補機に伝達する場合、クランクシャフトにおける回転角速度の微小変動に起因して、ベルトに滑りが起こって異音が発生する傾向となる。このことを、補機類の一つであるオルタネータを例にとって説明する。
クランクシャフトは、エンジンの動作工程が原因で、常に回転角速度が微小に増減変動する。一方、オルタネータのロータは、大きな回転慣性を有しているから、当該ロータには慣性トルクがかかっている。このため、オルタネータのロータとクランクシャフトとの間に架け渡されるベルトの張り側と緩み側とにおける張力が変動しやすくなり、上述したようなベルトの滑りが起こることがある。
そこで、従来の技術として、ベルトが巻き掛けられるプーリと、オルタネータのロータに一体回転可能に連結されるロータ軸との間に一方向クラッチを組み込んだプーリユニットが提案されている(例えば特許文献1参照。)。このプーリユニットは、クランクシャフトの回転角速度の増減変動に応じて、一方向クラッチがプーリからロータ軸へ回転動力を伝達させたり遮断させたりすることによって、ベルトの滑りを抑制し、異音の発生を防止するとともに、ベルトの耐久性を高めることを可能としている。
特開2001−90751号
本発明は、プーリ等の外側環体と、ロータ軸等の内側環体とを備えたプーリユニット等の動力伝達装置において、上記一方向クラッチを用いる従来例に比べて簡素な構成で、上記回転角速度の微小変動を効率よく吸収できるようにすることを課題とする。
本発明は、外側環体とこれと同心に配置した内側環体との間で回転動力の伝達を行う動力伝達装置であって、外側環体と内側環体との間に転がり軸受を配置し、外側環体と内側環体との円周方向等間隔の複数箇所に、両環体を連結する連結部材を取り付け、各連結部材を、長手方向途中に屈曲部を有しており、両環体間での回転動力の伝達時に入力回転の角速度変動に応じて両環体の位相ずれを許容するよう伸縮するものとしたことを特徴としている。
なお、外側環体を回転動力の入力側とし、内側環体を回転動力の出力側にする場合と、その逆の場合とがある。内側環体は、中空形状や中実形状のいずれでもよい。
本発明によると、例えば外側環体を回転動力の入力側として、外側環体の回転角速度が微小変動する場合において、その回転角速度が増加したときには内側環体の慣性トルクによって内側環体と外側環体とが逆方向に相対回転しようとするので、連結部材が回転方向に引っ張られて伸びる。これにより、外側環体と内側環体との位相ずれを許容して外側環体から内側環体への回転動力の伝達を遮断するので、外側環体の回転角速度の増加分が吸収される。この連結部材が所定位置まで引っ張られると、外側環体と内側環体とが一体化して回転動力が伝達される。一方、外側環体の回転角速度が減少したときには内側環体の回転慣性力で内側環体の回転速度が外側環体よりも速くなって外側環体を追い越そうとするので、連結部材が回転方向に引っ張られて伸びる。これにより、外側環体と内側環体との位相ずれを許容して外側環体から内側環体への回転動力の伝達を遮断するので、外側環体の回転角速度の減少分が吸収される。このようにして、外側環体の回転角速度の微小変動を効率的に吸収できる。
しかも、本発明によれば、従来例で説明した複雑で高価な構造とならざるを得ない一方向クラッチを用いずに、複数個の連結部材を用いただけの簡素な構成にしたから、動力伝達装置の部品コストや製造コストの低減が可能になる。
好ましくは、上記各連結部材を、上記両環体の軸方向一端面どうしを連結するよう上記両環体の軸方向一端面側に配置し、各連結部材の少なくとも一端を、上記一方の環体の軸方向一端面にピンを介してヒンジ結合することができる。この場合、連結部材の軸方向ならびに径方向の占有スペースを小さくできるから、動力伝達装置を軸方向ならびに径方向にコンパクトにできる。また、連結部材が伸縮するときに連結部材の両環体に対する取り付け部分が捩れないので、連結部材の耐久性が向上する。
好ましくは、上記各連結部材の外側環体側の取り付け部分を円周方向一方にずらして配置することによって、当該各連結部材を上記内側環体の中心から放射方向に延びる線に対し所定角度傾かせることができる。この場合、各連結部材の全長が伸縮しやすくなるので、両環体の位相ずれを容易とするとともに許容する位相ずれ角度を大きくでき、回転変動の吸収性が向上する。
本発明では、プーリ等の外側環体と、ロータ軸等の内側環体とを備えたプーリユニット等の動力伝達装置において、一方向クラッチを用いる従来例に比べて簡素な構成でありながら、両環体間の動力伝達に際して、上記した回転角速度の微小変動を効率よく吸収できる。
以下、まず、本発明の参考の形態を図面に示して説明する。この参考の形態では、動力伝達装置としてプーリユニットを例に挙げている。
図1および図2を参照して、プーリユニット1は、外側環体としてのプーリ2と、プーリ2の内周側に同心に配置されてプーリ2との間で回転動力の伝達を行う内側環体としてのロータ軸3と、プーリ2とロータ軸3との間の軸方向中間に配設される転がり軸受4とを備える。転がり軸受4は、潤滑剤密封タイプの深溝玉軸受からなる。
プーリ2の外周面には、ベルト6を巻き掛けるための波状溝が形成されている。ロータ軸3の内周には、例えば自動車に備える補機の回転軸やエンジンのクランクシャフトが一体回転可能に連結される。
プーリ2およびロータ軸3の軸方向一端面側における円周方向等間隔の複数箇所(図では4箇所)に、プーリ2とロータ軸3とを連結する連結部材7が取り付けられている。
各連結部材7は、帯板状に形成されているとともに、その外端7aおよび内端7bが丸く膨出するよう形成されている。各連結部材7は、ロータ軸3の回転中心Oから放射方向に延びる線10に沿って配置されており、各連結部材7の外端7aがプーリ2にピン8を介して、また、内端7bがロータ軸3にピン9を介してそれぞれヒンジ結合されている。各連結部材7は、プーリ2とロータ軸3との間での回転動力の伝達時に入力回転の微小な増減変動に応じて回転方向の正逆いずれか一方向に傾きつつ長手方向に伸縮することによってプーリ2とロータ軸3との位相ずれを許容する。つまり、連結部材7は、長手方向の伸縮が可能な適宜の材料で形成される。
図3および図4を参照して、上記プーリユニット1の動作を説明する。
ここでは、プーリユニット1を、例えば自動車のオルタネータに利用する場合を例に挙げる。オルタネータは、自動車の車両のエンジンからベルト6により駆動される交流発電機であり、図示しないが、ロータ、ステータ、調整器、整流器等から構成されている。
ロータ軸3は、オルタネータのロータに取り付けられ、プーリ2は、エンジンのクランク シャフトにより回転駆動されるベルト6で回転駆動される。本例では、プーリ2が回転動力の入力側となり、ロータ軸3が回転動力の出力側となる。一般的に、クランクシャフトは所定周期で回転速度が微小変動するので、クランクシャフトからベルト6を通じて回転駆動されるプーリ2の回転角速度は、上記所定周期に略合わせて微小に増減変動する。そこで、本実施形態では、プーリ2の回転角速度の上記微小変動を効率よく吸収可能にしている。以下、説明する。
プーリ2の回転角速度が増加したときにはロータ軸3の慣性トルクによってロータ軸3とプーリ2とが逆方向に相対回転しようとするので、図3の矢印方向で示すように、各連結部材7の外端7a側が回転方向に引っ張られることになって、各連結部材7が内端7b側のピン9を支点として回転方向に所定角度X傾きつつ長手方向に伸びる。これによって、プーリ2とロータ軸3との位相ずれを許容してプーリ2からロータ軸3への回転動力の伝達を遮断するので、プーリ2の回転角速度の増加分が吸収される。
一方、プーリ2の回転角速度が減少したときにはロータ軸3の回転慣性力でロータ軸3の回転速度がプーリ2よりも速くなってプーリ2を追い越そうとするので、図4の矢印方向に示すように、各連結部材7の内端7b側が回転方向に引っ張られることによって、各連結部材7が外端7a側のピン8を支点として回転方向に所定角度Y傾きつつ長手方向に伸びる。これによって、プーリ2とロータ軸3との位相ずれを許容してプーリ2からロータ軸3への回転動力の伝達を遮断するので、プーリ2の回転角速度の減少分が吸収される。
このようにして、プーリ2の回転角速度の微小変動が効率的に吸収される。ここで、連結部材7の伸びについて説明する。図5に示すように、ロータ軸3に対しプーリ2を角度θ回転させたとき、連結部材7の伸びδは、次式で表される。
Figure 0004534554
上記式において、lは連結部材7の外端7aを支持するピン8の中心から内輪7bを支持するピン9の中心までの長さ、rはロータ軸3の回転中心Oから連結部材7の内輪7bを支持するピン9の中心までの長さである。
以上説明したように、本実施形態では、プーリ2とロータ軸3とを複数個の連結部材7で連結しただけの簡素な構成でもって、プーリ2の回転角速度の増減変動を効率よく吸収することができる。この結果として、プーリ2に巻き掛けられるベルト6の張り側と緩み側との張力変動量を少なくできるようになるので、ベルト6が負担するトルクを軽減して、ベルト6の滑りによる異音の発生を防止できる。したがって、一方向クラッチを用いる従来例に比べて安価でベルトの耐久性を向上できるプーリユニット1を提供できる。
しかも、複数個の連結部材7をプーリユニット1の軸方向一端側に取り付けただけであって、連結部材7の軸方向ならびに径方向の占有スペースを小さくできるから、プーリユニット1を従来例の一方向クラッチを用いるものに比べて軸方向ならびに径方向にコンパクトにできるという効果も奏する。
以下、本発明の実施形態を説明する。この実施形態では、図8に示すように、図2に示した各連結部材7の長手方向途中にU字形の屈曲部7cを設けている。この場合、各連結部材7の全長が伸縮しやすくなるので、プーリ2とロータ軸3との位相ずれを容易に許容するとともに、許容する位相ずれ角度θを大きくでき、回転変動の吸収性が向上する。
他の参考形態を説明する。
(1)図6に示すように、各連結部材7の外端7aを円周方向一方にずらして配置することによって、各連結部材7を放射方向に延びる線10に対し所定角度Z傾かせた姿勢にしてもよい。この場合、各連結部材7の伸びに対してプーリ2とロータ軸3との位相ずれを可変することができ、回転変動の吸収性能を容易に調整可能となる。
(2)連結部材7は棒形状とすることができ、その断面形状についても丸、角等、特に限定されない。この他、例えば図7に示すように、各連結部材7をコイルバネ11とすることができる。この場合、各連結部材7の全長が伸縮しやすくなるので、プーリ2とロータ軸3との位相ずれを容易に許容するとともに、許容する位相ずれ角度θを大きくでき、回転変動の吸収性が向上する。
(3)例えばロータ軸3を回転動力の入力側とし、プーリ2を回転動力の出力側とすることができる。その一例としては、プーリユニット1をクランクシャフトに取り付ける形態が考えられる。この場合の動作については基本的に上記実施形態と同じである。
(4)図示しないが、連結部材7の数は、少なくとも2個以上とし、円周等間隔に配置することができる。また、図示しないが、各連結部材7はプーリ2とロータ軸3との軸方向一端面側だけでなく他端面側にも設けることができる。また、連結部材7は、所定の強度を確保したうえで弾性的に撓みうる材料、例えば適宜の金属、ゴム、樹脂、コイルバネ等で形成することができる。
本発明の参考形態に係るプーリユニットの軸方向に沿う断面図 図1の正面図 プーリユニットの回転角速度増加時の動作説明に用いる断面図 プーリユニットの回転角速度減少時の動作説明に用いる断面図 図3に示す連結部材の伸びを説明するための図 本発明の他の参考形態に係るプーリユニットで図2に対応する図 本発明の他の参考形態に係るプーリユニットで図2に対応する図 本発明の実施形態に係るプーリユニットで図2に対応する図
符号の説明
1…プーリユニット
2…プーリ
3…ロータ軸
4…転がり軸受
7…連結部材。

Claims (3)

  1. 外側環体とこれと同心に配置した内側環体との間で回転動力の伝達を行う動力伝達装置であって、
    外側環体と内側環体との間に転がり軸受を配置し、外側環体と内側環体との円周方向等間隔の複数箇所に、両環体を連結する連結部材を取り付け、各連結部材を、長手方向途中に屈曲部を有しており、両環体間での回転動力の伝達時に入力回転の角速度変動に応じて両環体の位相ずれを許容するよう伸縮するものとしたことを特徴とする動力伝達装置。
  2. 上記各連結部材を、上記両環体の軸方向一端面どうしを連結するよう上記両環体の軸方向一端面側に配置し、上記各連結部材の少なくとも一端を、上記一方の環体の軸方向一端面にピンを介してヒンジ結合したことを特徴とする請求項1に記載の動力伝達装置。
  3. 上記各連結部材の外側環体側の取り付け部分を円周方向一方にずらして配置することによって、当該各連結部材を上記内側環体の中心から放射方向に延びる線に対し所定角度傾かせたことを特徴とする請求項1または2に記載の動力伝達装置。
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