JP5227269B2 - 動力伝達機構 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用エンジンの補機駆動システムに適用される、相対回転可能な２つの回転体を含む動力伝達機構に関する。

上記のような動力伝達機構において、回転体としてのプーリとハブとの間に弾性体を介在し、当該弾性体によってプーリ及びハブの相対回転時における回転差を吸収するという技術が知られている（特許文献１参照）。

特許３２６８００７号公報

しかしながら、エンジンの回転開始時においては、共振によりプーリ及びハブ間に大きな相対変位が生じ易く、上記特許文献１による技術では、弾性体が上記大きな相対変位を吸収しようとして疲労し、弾性体の耐久性が悪化するという問題がある。

本発明の目的は、第１及び第２回転体の回転差を吸収する弾性体における疲労を抑制可能な動力伝達機構を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明によると、駆動装置の回転軸に一体回転可能に取り付けられた第１回転体と、前記第１回転体と一体回転及び相対回転可能な第２回転体と、前記第１及び第２回転体の間に配置され、前記第１及び第２回転体が相対回転する際にこれらの回転差を吸収する弾性体と、前記第１及び第２回転体の一方に一体回転可能に取り付けられた質量体、及び、前記質量体を前記第１及び第２回転体の他方に当接する方向に付勢する付勢部材を有すると共に、前記回転軸の回転数が所定回転数以下の場合、前記付勢部材の付勢力によって前記質量体が前記他方と当接することにより、当該当接した面間に生ずる摩擦力によって、前記第１及び第２回転体の相対回転を不能にし、前記回転軸の回転数が所定回転数を超えた場合、前記回転軸の回転により生じる遠心力によって前記質量体が前記付勢部材の付勢力に抗して変位して前記他方から離隔することにより、前記弾性体を介した前記第１及び第２回転体の相対回転を可能にする切換部とを備え、前記切換部は、前記質量体の表面において前記他方と当接可能に形成されると共にその前記他方と当接可能な面が前記質量体の前記表面よりも大きな摩擦係数を有する摩擦部材をさらに備え、前記回転軸の回転数が所定回転数以下の場合、前記質量体が前記摩擦部材を介して前記他方と当接し、前記回転軸の回転数が所定回転数を超えた場合、前記摩擦部材が前記質量体と共に変位して前記他方から離隔し、前記摩擦部材が、ゴム及び樹脂のいずれかからなり、前記質量体は、前記回転軸の回転数が所定回転数以下の場合に前記他方に当接する部分が環状に形成され、前記質量体は、前記付勢部材により結合されつつ前記第１回転体の外周に沿って環状に形成されていると共に、前記第２回転体と一体回転可能で且つ当該質量体により形成される環の拡径及び縮径変位が可能となるよう、前記第２回転体に取り付けられており、前記付勢部材は、前記質量体により形成される環が縮径する方向の付勢力を前記質量体に付加していることを特徴とする動力伝達機構が提供される。

上記構成によれば、駆動装置の回転軸の回転数が所定回転数以下の場合（回転軸の回転開始時等）、切換部によって第１及び第２回転体が相対回転不能（即ち、一体回転可能）となり、これら回転体間の回転差の発生が抑制される。そのため、弾性体に大きな応力が加わらず、弾性体の疲労を抑制することができる。

また、この構成によれば、摩擦部材の存在により、回転軸の回転数が所定回転数以下の場合における第１及び第２回転体の結合が強固になり、これらの相対回転不能（一体回転）をより確実に実現することができる。ひいては、弾性体の耐久性をより一層向上させることができる。

また、この構成によれば、比較的安価且つ簡易な構成の摩擦部材によって、上記効果（相対回転の抑止効果、及び、これによる弾性体の耐久性向上の効果）を奏することができる。

また、この構成によれば、質量体と他方との当接領域が環状であるため、回転軸の回転数が所定回転数以下の場合における第１及び第２回転体の結合が強固になり、これらの相対回転不能（一体回転）をより確実に実現することができる。ひいては、弾性体の耐久性をより一層向上させることができる。

また、この構成によれば、回転軸の回転数が所定回転数以下の場合、付勢部材の付勢力によって、環状の質量体が第１回転体の外周に押し付けられるようにしてこれに当接する。これにより、第１及び第２回転体の結合が強固になり、これらの相対回転不能（一体回転）をより確実に実現することができる。ひいては、弾性体の耐久性をより一層向上させることができる。

前記弾性体が、コイルバネ及び渦巻きバネのいずれかであってよい。この構成によれば、弾性体の耐久性のより一層の向上を図ることができる。

前記弾性体が、ゴムからなってよい。この構成によれば、弾性体を比較的簡易且つ安価に形成することができる。

前記弾性体が、磁石を含んでよい。この構成によれば、磁石の反発力を利用するため、部材の変位に伴う発音を回避することができる。

前記所定回転数は、６００ｒｐｍであってよい。

本発明の第１実施形態に係る動力伝達機構を含む、補機駆動システムを示す概略構成図である。 図１に示す動力伝達機構のロック状態における断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図１に示す動力伝達機構のアンロック状態における断面図である。 図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

先ず、図１を参照し、本発明の第１実施形態に係る動力伝達機構１を含む、自動車用エンジンの補機駆動システム１００の全体構成について説明する。

図１に示すように、補機駆動システム１００は、エンジンの出力軸（レシプロエンジンのクランクシャフト、ロータリーエンジンのエキセントリックシャフト等）１０１、出力軸１０１に連結された駆動プーリ１０５、各種補機（ウォーターポンプやオルタネータ等）に連結された従動軸１０２，１０３、従動軸１０２に取り付けられた従動プーリ１０４、従動軸１０３に取り付けられ、本実施形態に係る動力伝達機構１に含まれる従動プーリ２、並びに、プーリ２，１０４，１０５に架け渡された伝動ベルト１０６を有する。本実施形態では、伝動ベルト１０６として、ベルト長手方向に沿って互いに平行に延びる複数のＶリブ１０６ａを有するＶリブドベルトが用いられている（図２参照）。

出力軸１０１のトルクによって駆動プーリ１０５が回転すると、当該駆動プーリ１０５の回転に伴って伝動ベルト１０６が走行する。そして当該伝動ベルト１０６の走行に伴って従動プーリ２，１０４がそれぞれ回転することにより、従動軸１０２，１０３に連結された各種補機が駆動する。このように、本実施形態の動力伝達機構１は、出力軸１０１から伝動ベルト１０６を介して伝達されるトルクを従動軸１０３に伝える機能を有する。

次に、図２〜図５を参照し、本実施形態の動力伝達機構１について説明する。図２及び図４は、動力伝達機構１における、従動軸１０３の回転中心軸Ｃを含む面に沿った断面図である。以下、図２及び図４の右側を先端側、左側を基端側として説明する。

図２〜図５に示すように、動力伝達機構１は、軸Ｃを中心とした円筒形形状を有するプーリ２、プーリ２と同様に軸Ｃを中心とした円筒形形状を有すると共にプーリ２より一回り小さくプーリ２の内側に配置されたハブ３、プーリ２及びハブ３の間に配置されたコイルバネ４、並びに、プーリ２及びハブ３の相対回転不能（即ち、一体回転可能）なロック状態及び相対回転可能（即ち、一体回転不能）なアンロック状態を選択的に切り換える切換部１０を有する。以下、これら各部の構成について説明する。

プーリ２の外周面には、図２に示すように、その周方向に沿って延びる複数のＶ溝２ａが形成されている。伝動ベルト１０６は、そのＶリブ１０６ａがプーリ２のＶ溝２ａ内にそれぞれ挿入された状態で、プーリ２の外周に巻回されている。プーリ２の先端には、外周面から軸Ｃに向けて軸Ｃと直交する方向に延びた蓋２ｂが形成されている。この蓋２ｂの裏側に、切換部１０が配置されている。

ハブ３は、軸Ｃに沿って延在する内筒３ａ、及び、内筒３ａの先端近傍における外周面に固定された外筒３ｂを含む。内筒３ａには従動軸１０３の先端近傍が嵌挿されており、ボルト等の適宜の固定手段により、ハブ３と従動軸１０３とが相対回転不能に連結されている。つまり、ハブ３は従動軸１０３に一体回転可能に取り付けられている。

コイルバネ４は、金属線材等が螺旋状に巻回されることによって形成されたものであり、プーリ２とハブ３との間に形成された収容室４ｘ内に収容されている。収容室４ｘは、プーリ２の内周面から軸Ｃに向けて突出する断面視Ｌ字状の突起により形成された溝２ｘと、外筒３ｂの基端側に形成された溝３ｘとの間の空間である。溝２ｘ，３ｘは、それぞれプーリ２の内周面及び外筒３ｂの基端側の面に沿って環状に形成されている。つまり、収容室４ｘは軸Ｃを中心とした環状の空間であり、コイルバネ４はこの環状の収容室４ｘ内に配置されるように螺旋を描きつつ配置されている。コイルバネ４の一端及び他端はそれぞれ、溝２ｘ，３ｘ内に嵌合され又は溝２ｘ，３ｘを画定する壁面に接合等されることにより、プーリ２及びハブ３に固定されている。コイルバネ４は、このようにプーリ２及びハブ３を連結し、アンロック状態においてプーリ２及びハブ３が相対回転する際にこれらの回転差をその弾性により吸収する。

なお、プーリ２及びハブ３は、ロック状態のときは切換部１０、アンロック状態のときはコイルバネ４によって、間接的に接続されるが、直接接触する部分はない。

切換部１０は、図２及び図３に示すように、質量体１１、摩擦部材１２、及びバネ１３を含む。

質量体１１は、図３に示すように、２つのバネ１３により結合されつつハブ３の外筒３ｂの外周に沿って環状に形成された、２つの円弧状部材１１ａ，１１ｂを有する。各部材１１ａ，１１ｂは、質量体１１がプーリ２と一体回転可能で且つ質量体１１により形成される環の拡径及び縮径変位が可能となるよう、プーリ２の蓋２ｂの裏面に取り付けられている。具体的には、プーリ２の蓋２ｂの裏面に、軸Ｃを中心とした円の径方向に沿って延在する複数の凸部２ｙ（図３参照）が円周に沿って互いに離隔しつつ形成され、且つ、質量体１１の各部材１１ａ，１１ｂにおける蓋２ｂの裏面に当接する面に上記各凸部２ｙに対応する複数の溝１１ｘが同じく上記径方向に沿って延在するよう形成されている。質量体１１は、これら各溝１１ｘと凸部２ｙとの係合によって、プーリ２と一体回転可能でありつつ、凸部２ｙの溝１１ｘ内におけるスライドによって、軸Ｃに直交する面内における質量体１１により形成される環が拡径及び縮径する変位が可能となっている。

摩擦部材１２は、質量体１１の部材１１ａ，１１ｂそれぞれの内周面に積層・接着された、シート状の２つの部材１２ａ，１２ｂを有する。摩擦部材１２の各部材１２ａ，１２ｂはゴム又は樹脂からなり、その表面は質量体１１の各部材１１ａ，１１ｂよりも大きな摩擦係数を有する。摩擦部材１２の各部材１２ａ，１２ｂは、図２及び図３に示すロック状態において、その内周面がハブ３の外筒３ｂの外周面と当接している。

バネ１３は、コイルバネ４と同様に金属線材等が螺旋状に巻回されることによって形成されたものであって、質量体１１の各部材１１ａ，１１ｂを連結するよう、軸Ｃを介して対向する位置に、２つ設けられている。バネ１３はそれぞれ、部材１１ａ，１１ｂの上下方向に対向する端部を接続し、これら端部同士が近づく方向の付勢力を質量体１１に付加している。つまり、バネ１３は、質量体１１により形成される環が縮径する方向（ハブ３に当接するよう軸Ｃに向かう方向）の付勢力を質量体１１に付加している。

ここで、補機駆動システム１００（図１参照）の駆動に伴う動力伝達機構１の各部の動作について説明する。

先ず、図１の出力軸１０１のトルクによって伝動ベルト１０６が走行すると、プーリ２が回転する。このプーリ２の回転による動力は、ハブ３及び従動軸１０３に伝達されるが、従動軸１０３の回転数に応じて、切換部１０によるロック・アンロックの切り換えにより、動力の伝達経路が変化する。

従動軸１０３の回転数が所定回転数（例えば６００ｒｐｍ(revolution per minute)）以下の場合（プーリ２の回転開始直後等）、動力伝達機構１は、図２及び図３に示すように、切換部１０により、プーリ２及びハブ３の相対回転不能なロック状態に維持されている。このとき、切換部１０の質量体１１は、バネ１３の付勢力によって、摩擦部材１２を介してハブ３に当接している。摩擦部材１２の内周面とハブ３の外筒３ｂの外周面とが当接し、この当接した面間に生ずる摩擦力によって、プーリ２及びハブ３が回転方向の正逆両方向共に一体回転可能に結合（ロック）されている。ロック状態においては、図２の矢印Ｐ１で示すように、伝動ベルト１０６からプーリ２、切換部１０の質量体１１及び摩擦部材１２を介して、ハブ３及び従動軸１０３に動力が伝達される。このときこれら各部２，１１，１２，３，１０３は軸Ｃを中心として一体的に回転する。

従動軸１０３の回転数が所定回転数を超えた場合（プーリ２の回転開始直後から一定時間経過後等）、動力伝達機構１は、図４及び図５に示すように、切換部１０により、プーリ２及びハブ３の相対回転可能なアンロック状態に維持されている。このとき、切換部１０の質量体１１及び摩擦部材１２はハブ３から離隔している。これは、従動軸１０３の回転数が所定回転数を超えると、従動軸１０３の回転により生じる遠心力によって、質量体１１が摩擦部材１２と共にバネ１３の付勢力に抗して、上記凸部２ｙに溝１１ｘを係合させつつスライドしながら、軸Ｃの外側に向けて変位するためである。これにより、図２及び図３に示すロック状態のときに質量体１１の外周面とプーリ２の内周面との間に形成されていた間隙Ｓ１がほぼなくなると共に、代わりに摩擦部材１２の内周面とハブ３の外筒３ｂの外周面との間に間隙Ｓ２が形成される。このようにして質量体１１及び摩擦部材１２がハブ３から離隔することで、プーリ２及びハブ３の結合が解除（アンロック）され、プーリ２及びハブ３は回転方向の正逆両方向共に相対回転可能となる。アンロック状態においては、図４の矢印Ｐ２で示すように、伝動ベルト１０６からプーリ２、そしてコイルバネ４を介して、ハブ３及び従動軸１０３に動力が伝達される。このときに生ずるプーリ２及びハブ３の回転差はコイルバネ４によって吸収され、当該回転差に起因した振動等が抑制される。

以上に述べたように、本実施形態の動力伝達機構１によると、従動軸１０３の回転数が所定回転数以下の場合（回転軸の回転開始時等）、切換部１０によってプーリ２及びハブ３が相対回転不能（即ち、一体回転可能）となり、これらの間の回転差の発生が抑制される。そのため、コイルバネ４に大きな応力が加わらず、コイルバネ４の疲労を抑制することができる。

切換部１０は摩擦部材１２を含み、従動軸１０３の回転数が所定回転数以下の場合、質量体１１が摩擦部材１２を介してハブ３と当接し、従動軸１０３の回転数が所定回転数を超えた場合、摩擦部材１２が質量体１１と共に変位してハブ３から離隔する。したがって、摩擦部材１２の存在により、従動軸１０３の回転数が所定回転数以下の場合におけるプーリ２及びハブ３の結合が強固になり、これらの相対回転不能（一体回転）をより確実に実現することができる。ひいては、コイルバネ４の耐久性をより一層向上させることができる。

摩擦部材１２は、ゴム及び樹脂のいずれかからなる。これにより、比較的安価且つ簡易な構成の摩擦部材１２によって、上記効果（相対回転の抑止効果、及び、これによるコイルバネ４の耐久性向上の効果）を奏することができる。

質量体１１は、従動軸１０３の回転数が所定回転数以下の場合にハブ３に当接する部分が環状に形成されている（図３参照）。つまり、質量体１１とハブ３との当接領域が環状であるため、従動軸１０３の回転数が所定回転数以下の場合におけるプーリ２及びハブ３の結合が強固になり、これらの相対回転不能（一体回転）をより確実に実現することができる。ひいては、コイルバネ４の耐久性をより一層向上させることができる。

質量体１１は、バネ１３により結合されつつハブ３の外周に沿って環状に形成されていると共に、プーリ２と一体回転可能で且つ当該質量体１１により形成される環の拡径及び縮径変位が可能となるよう、プーリ２に取り付けられており、バネ１３は、質量体１１により形成される環が縮径する方向の付勢力を質量体１１に付加している。このため、従動軸１０３の回転数が所定回転数以下の場合、バネ１３の付勢力によって、環状の質量体１１がハブ３の外周に押し付けられるようにしてこれに当接する。これにより、第１及び第２回転体の結合が強固になり、これらの相対回転不能（一体回転）をより確実に実現することができる。ひいては、コイルバネ４の耐久性をより一層向上させることができる。

弾性体としてコイルバネ４を用いたことで、弾性体の耐久性のより一層の向上を図ることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。

本発明に係る動力伝達機構は、上述の実施形態のように自動車用エンジンの補機駆動システムにおける補機に連結された従動軸１０３に第１回転体が取り付けられることに限定されず、例えばエンジンの出力軸１０１に第１回転体が取り付けられてもよい。

本発明に係る動力伝達機構は、上述の実施形態のように自動車用エンジンの補機駆動システムに適用されることに限定されず、その他適宜の動力伝達システムに適用可能であり、例えば窓、ドア、蓋等の開閉部材の開閉角度に応じてトルクを変化させるシステムにも適用可能である。

上述の実施形態では、第２回転体としてのプーリ２に伝動ベルト１０６が巻回されているが、これに限定されず、例えば第２回転体にチェーンが巻回されたり、歯車が係合されたりしてよい。

切換部に含まれる付勢部材としては、上述の実施形態のようなバネの他、付勢力を付加できる限りは様々な部材を適用可能であり、例えば弾性材料からなる固体（ゴム等）や磁石等を適用可能である。

弾性体は、コイルバネ４に限定されず、例えば渦巻きバネであってもよく、また、弾性体の構成材料は金属線材以外にも様々な材料であってよく、例えばゴム、磁石等であってよい。弾性体がゴムからなる場合、弾性体を比較的簡易且つ安価に形成することができる。また、弾性体が磁石を含む場合、磁石の反発力を利用するため、部材の変位に伴う発音を回避することができる。

所定回転数は、６００ｒｐｍに限定されず、適宜に設定可能である。

１ 動力伝達機構
２ プーリ（第２回転体）
３ ハブ（第１回転体）
４ コイルバネ（弾性体）
１０ 切換部
１１ 質量体
１２ 摩擦部材
１３ バネ（付勢部材）
１０３ 従動軸（駆動装置の回転軸）

Claims (5)

1. 駆動装置の回転軸に一体回転可能に取り付けられた第１回転体と、
   前記第１回転体と一体回転及び相対回転可能な第２回転体と、
   前記第１及び第２回転体の間に配置され、前記第１及び第２回転体が相対回転する際にこれらの回転差を吸収する弾性体と、
   前記第１及び第２回転体の一方に一体回転可能に取り付けられた質量体、及び、前記質量体を前記第１及び第２回転体の他方に当接する方向に付勢する付勢部材を有すると共に、前記回転軸の回転数が所定回転数以下の場合、前記付勢部材の付勢力によって前記質量体が前記他方と当接することにより、当該当接した面間に生ずる摩擦力によって、前記第１及び第２回転体の相対回転を不能にし、前記回転軸の回転数が所定回転数を超えた場合、前記回転軸の回転により生じる遠心力によって前記質量体が前記付勢部材の付勢力に抗して変位して前記他方から離隔することにより、前記弾性体を介した前記第１及び第２回転体の相対回転を可能にする切換部と
   を備え、
   前記切換部は、前記質量体の表面において前記他方と当接可能に形成されると共にその前記他方と当接可能な面が前記質量体の前記表面よりも大きな摩擦係数を有する摩擦部材をさらに備え、
   前記回転軸の回転数が所定回転数以下の場合、前記質量体が前記摩擦部材を介して前記他方と当接し、前記回転軸の回転数が所定回転数を超えた場合、前記摩擦部材が前記質量体と共に変位して前記他方から離隔し、
   前記摩擦部材が、ゴム及び樹脂のいずれかからなり、
   前記質量体は、前記回転軸の回転数が所定回転数以下の場合に前記他方に当接する部分が環状に形成され、
   前記質量体は、前記付勢部材により結合されつつ前記第１回転体の外周に沿って環状に形成されていると共に、前記第２回転体と一体回転可能で且つ当該質量体により形成される環の拡径及び縮径変位が可能となるよう、前記第２回転体に取り付けられており、
   前記付勢部材は、前記質量体により形成される環が縮径する方向の付勢力を前記質量体に付加していることを特徴とする動力伝達機構。
2. 前記弾性体が、コイルバネ及び渦巻きバネのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達機構。
3. 前記弾性体が、ゴムからなることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達機構。
4. 前記弾性体が、磁石を含むことを特徴とする請求項１に記載の動力伝達機構。
5. 前記所定回転数が、６００ｒｐｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の動力伝達機構。

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