JP4534554B2 - 動力伝達装置 - Google Patents

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。

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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