JP5526304B2 - トルク感応性クラッチ作用を有する滑車 - Google Patents

Description

本発明は、全体としては滑車に関し、具体的には、トルク感応性クラッチ作用を利用する滑車装置に関する。

エンジンを利用して、水ポンプ、発電機、冷却材の冷却ファン、パワーステアリングポンプやコンプレッサーなどの自動車の付属装置を駆動することは公知である。これを行うには、従動滑車により付属装置を作動するエンドレス駆動ベルトを駆動する自動車のエンジンシャフトによって作動させる駆動滑車を使用する。

例えば、燃焼エンジンのフィアリングによって引き起こされることがある周期的なトルクパルスは、従動成分のスムーズな動作を妨害する傾向がある重大な速度変化の原因になり得る。また、始動、停止、制動やギヤシフトなどに応じて慣性や従動速度が変化することもある。これらの変化が発生すると、望ましくない影響、例えばベルトジャンプ、ベルト摩耗、ベアリング摩耗、騒音が発生する。

本発明の第１態様では、自動車の付属装置駆動システムに使用する滑車装置は、付属装置の入力シャフトを受け取り、これに係合するボアを有するシャフト係合部材を有する。滑車部材は、軸係合部材の軸方向に延長するシャフトを受け取るボアを有するとともに、第１結合面および周囲のベルト係合面を有する。シャフト延長部材が、滑車部材とシャフト係合部材との間にトルクを伝達する。このシャフト延長部材は、第１結合面に対向する第２結合面を有する。シャフト延長部材に作用するトルクが、シャフト延長部材およびシャフト係合部材が滑車部材とともに回転する第１方向にある場合に、第１結合面および第２結合面が結合する。そして、シャフト延長部材に作用するトルクが、シャフト係合部材が滑車部材に対して回転する、第１方向とは反対の第２方向にある場合に、第１結合面と第２結合面との結合が外れる。

本発明の第２態様は、自動車の付属装置駆動システムの自動車付属装置の駆動方法に関する。この駆動方法では、滑車装置を付属装置の入力シャフトに接続する。この滑車装置は、付属装置の入力シャフトを受け取り、これに係合するボアを有するシャフト係合部材を有する。滑車装置の滑車部材のベルト係合面が、自動車の付属装置駆動システムの駆動ベルトに係合する。この滑車部材は、第１結合面を有する。シャフト延長部材を使用して、滑車部材とシャフト係合部材との間にトルクを伝達する。このシャフト延長部材は、第１結合面に対向する第２結合面を有する。シャフト延長部材に作用するトルクが、シャフト延長部材およびシャフト係合部材が滑車部材とともに回転する第１方向にある場合に、第１結合面および第２結合面が結合する。そして、シャフト延長部材に作用するトルクが、シャフト係合部材が滑車部材に対して回転する、第１方向とは反対の第２方向にある場合に、第１結合面と第２結合面との結合が外れる。

本発明の上記以外の作用効果および特徴は、以下の具体的な実施態様の説明、および特許請求の範囲の記載から明らかになるはずである。

本発明の特徴、および技術的な作用効果は、特許請求の範囲の記載および添付図面を参考にして好適な実施態様の以下の具体的な説明を読めば理解できるはずである。

付属装置駆動システムの一実施態様を示す概略図である。 図１の付属装置駆動システムに使用する滑車装置の一実施態様を示す側面図である。 図２の滑車装置の展開斜視図である。 オルタネータの入力シャフトに接続した状態の、図２の滑車装置を示す側面図である。 図１の付属装置駆動システムに使用する滑車装置の別な実施態様を示す展開斜視図である。 組み立てた状態にある、図５の滑車装置を示す側面図である。

図１に示すように、例えば内燃機関の付属装置駆動システム１０は、多数の付属装置を駆動するために使用されるエンドレスベルト３０を有する。各種の付属装置は、図１において、滑車装置によってその概略を示す。ベルト３０は、クランク滑車装置１２、ファン／水ポンプ滑車装置１４、パワーステアリング滑車装置１８、アイドラ滑車装置２０、およびテンショナ滑車装置２２の周囲に設ける。一部の実施態様では、テンショナ滑車装置２２は、制動作用、例えばテンショナアームがベルト３０から離間することを抑制する摩擦ダンパによる制動作用を示す。

各種付属装置は、それ自体ベルト３０によって回転する滑車装置１４、１６、１８、２０、２２によって駆動される。説明の便宜上、ここでオルタネータの滑車装置１６について詳しく説明する。なお、その他の付属装置の他の滑車装置も、滑車装置１６と同じように動作する。

次に図２および図３について、説明する。滑車装置１６は、滑車装置とオルタネータの入力シャフト７８との間における（主動作回転からの）相対的な回転反転に一部は基づいて、入力トルクのオルタネータの入力シャフトへの伝達を制御する（図４）。滑車装置１６とオルタネータの入力シャフトとの間においてこのような相対的な回転反転が生じると、滑車装置１６の内部クラッチ作用システム（全体として要素３８として示す）が作動し、オルタネータを速度反転から切り離すとともに、オルタネータの入力シャフトが回転し、その運動量は主動作方向にある。

滑車装置１６は、シャフト係合部材４０の外面４６から内向きに延長し、オルタネータの入力シャフトを受け取るボア４４を形成した軸方向に延長するシャフト４２を有するシャフト係合部材４０を有する。図示の実施態様では、シャフト係合部材４０は、オルタネータの入力シャフトの係合スロットに係合して、シャフト係合部材４０が入力シャフトの周りで自由に回転することを防止するＷｏｏｄｒｕｆｆキー４８を有する。シャフト係合部材４０とオルタネータの入力シャフトとは別な方法で接続してもよい。

滑車部材５０は、シャフト４２に周設する。この滑車装置５０は、ベルト３０に係合するベルト係合面５２、シャフト４２を受け取る開口５４、およびシャフト４２から外向きに延長するフランジ５６を受け取る凹部５５を有する。図示の実施態様では、ベルト係合面５２はＶ字形凸（リブ）部と凹〈溝〉部を有し、これらが、ベルト３０の対応する凸部および凹部と係合する。円形の凹凸部などの他の構成も可能である。開口５４については、滑車部材５０がシャフト係合部材のシャフト４２の周りで自由に回転できるようにそのサイズを設定する。一部の実施態様では、（例えば、オイル含浸焼結ブロンズベアリング、即ち金属シェルにＰＴＦＥライナー材を形成したＮＯＲＧＬＩＤＥ（登録商標）、“Ｔ”形ベアリングなどの）スリーブ５８などのベアリング材料をシャフト４２と滑車装置５０との間の間隙内に設けることができる。

滑車部材５０は、シャフト延長部材６４の結合面、即ちランプ面６２に向き合うランプ面６０として図示する結合面を有する。なお、ここで使用する“ランプ面”は、これら面６０、６２が、滑車装置１６の回転軸Ａに対して直角以外の角度（即ち９０°未満の角度）で延長することを意味する。シャフト延長部材６４は、ヘリカルねじ６６によってシャフト係合部材４０にねじ接続する。ランプ面６０と６２との間に、摩擦材料６５を設けることができる。この摩擦材料としては、高い摩擦作用、良好な安定性および優れた摩耗特性を示す非アスベスト系成形材料、例えば、ＷＩ、Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，Ｇｒｅａｔ Ｌａｋｅｓ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔ，Ｉｎｃ．社製のＧＬ１２１−１１０またはＧＬ１８１−１４２などを使用することができる。摩擦材料６５については、滑車部材５０とフランジ５６との間に設けてもよい。

カバープレート６８は、外面４６に対向するシャフト係合部材４０側に設ける。このカバープレート６８は、ファスナー装置７２が延長する開口７０を有し、シャフト係合部材４０にねじ接続し、これによってシャフト延長部材６４とシャフト４２から外向きに延長するフランジ５６との間に滑車部材５０を保持する。

一部の実施態様では、カバープレート６８とシャフト延長部材６４との間の間隙に、波形ばね７４などのばねを設ける。この波形ばね７４により、シャフト延長部材６４に係合力が作用するため、シャフト延長部材６４のランプ面６２を滑車部材５０のランプ面６０の方に押圧する作用が生じる。波形ばね７４は、また、シャフト延長部材６４が、回転速度の急激な変化時に、カバープレート６８に引っかかり、ここに固定されることを防止する作用ももつ。一部の実施態様では、波形ばね７４は、エンジン始動時に、シャフト延長部材６４に係合力を作用させ、これによってベルト騒音を抑制する作用をも示す。

図２から理解できるように、滑車部材５０とカバープレート６８との間に（例えば、間隙７６を参照）シャフト延長部材６４が軸方向に若干の運動をできる余地を設定する。シャフト延長部材６４とカバープレート６８との間に空間があると、以下に詳しく説明するように、シャフト延長部材６４（およびシャフト係合部材４０）を滑車部材５０に結合でき、またこれらの滑車部材５０との結合を外すことができる。

図４は、オルタネータの入力シャフト７８に接続した状態にある滑車装置１６を示す図である。ベルト３０は、滑車部材５０のベルト係合面５２に係合する。矢印８０で示すように、滑車装置１６が主動作方向にあるベルト３０の通常の動作下では、シャフト延長部材６４とシャフト４２との間のヘリカルねじ６６は、ランプ面６２が滑車部材５０のランプ面６０に結合し、従ってシャフト延長部材６４およびシャフト係合部材４０が滑車部材５０と一体に回転するように設定されている。シャフト係合部材４０間が接続しているため、オルタネータの入力シャフト７８が回転し、電気エネルギーを発生する。

一部の実施態様では、滑車装置１６は、回転速度だけでなく、速度反転についても急激な変化を受けるため、滑車部材５０も、その回転速度が急激に変化する。ところが、オルタネータの入力シャフト７８は、その運動量のため、主動作方向に回転する傾向がある。滑車部材５０の速度反転時、シャフト延長部材６４がトルクの反転を受け、シャフト延長部材が、シャフト延長部材とシャフト４２との間のヘリカルねじ接続６６のため、軸方向に運動して滑車部材５０から離間する。シャフト延長部材６４が軸方向に運動し、滑車部材５０から離間すると、これらの接続が切れるため、オルタネータの入力シャフト７８が滑車部材に対して回転する。そして、シャフト延長部材６４と滑車部材５０との接続が切れると、オルタネータの入力シャフト７８（およびシャフト係合部材４０）が、滑車部材５０に速度反転が生じるさいに発生するオルタネータの入力シャフトの運動量のため、主動作方向に回転し続ける。

ヘリカルねじ接続６６を構成するねじのねじピッチおよびねじ量、波形ばねのばね力などの各種のパラメータが滑車装置１６の動作に影響を与える。さらに、上記クラッチ装置３８は、ランプ面６０および６２の係合および非係合との間においてスリップ作用が発生するため、結合状態と非結合状態との間において比較的スムーズに（換言すれば、時間をかけて）変化移行する。面６０および６２をランプ加工することによって、面６０と６２との間の圧力が低くなり、この結果摩耗が減り、寿命が長くなる。

また、面６０および６２をランプ加工することによって、ヘリカルねじの方に力が内向きに作用するため、ねじ圧力が低下し、シャフト延長部材６４がより自由にその係合を解くため、システムの応答性が向上する。さらに、ねじ接続６６は、反対方向において比較的軽く誘導された非係合に対する主動作方向における接触圧力を大きくすることを担保する。

以上、本発明の実施態様を詳しく説明してきたが、もちろん、多くの変更が可能である。例えば、図５および図６に示すように、上記構成成分の多くからなる別な滑車装置８２を構成してもよい。トーションばね８４（例えば、丸いワイヤばねなど）を使用して、滑車部材５０およびそのランプ面６０の方にシャフト延長部材６４およびそのランプ面６２を押圧することも可能である。即ち、上記以外の実施態様も本発明の範囲に含まれるものである。

１０：付属装置駆動システム
１４、１６、１８、２０、２２：滑車装置
３０：エンドレスベルト
３８：クラッチ装置
４０：シャフト係合部材
４２：軸方向に延長するシャフト
４４：ボア
５０：滑車部材
５２：ベルト係合面
５４：開口
６０、６２：結合面
６４：シャフト延長部材
６５：摩擦材料
６６：ヘリカルねじ接続
７４、８４：バイアス作用部材（ばね）

Claims (8)

1. 自動車の付属装置駆動システム（１０）に使用する滑車装置において、
   付属装置の入力シャフト（７８）を受け入れ、これに係合するボア（４４）を有するシャフト係合部材（４０）と、
   前記シャフト係合部材（４０）の軸方向に延長するシャフト（４２）を受け入れるボアを有し、かつ第１結合面（６０）および周囲のベルト係合面（５２）を有する滑車部材（５０）と、
   前記滑車部材（５０）と前記シャフト係合部材（４０）との間にトルクを伝達するシャフト延長部材（６４）であって、第１結合面（６０）に対向する第２結合面（６２）を有する前記シャフト延長部材（６４）と、
   を備え、
   前記シャフト延長部材（６４）が貫通開口を有し、この開口が、前記シャフト係合部材（４０）の前記軸方向に延長する前記シャフト（４２）のねじ式外面（６６）に係合するねじ式内面（６６）を有し、
   前記ねじ式外面（６６）および前記ねじ式内面（６６）の前記軸方向の位置と、前記滑車部材（５０）の前記軸方向の位置とを離して異なる軸方向位置とし、
   前記滑車部材（５０）とともに前記シャフト延長部材（６４）および前記シャフト係合部材（４０）を第１方向に回転するトルクが前記シャフト延長部材（６４）に作用する場合に、前記第１結合面（６０）および前記第２結合面（６２）が結合し、そして、
   前記滑車部材（５０）の前記第１方向の回転とは反対の回転方向を第２方向とすると、前記シャフト係合部材（４０）を前記第２方向に回転するトルクがシャフト延長部材（６４）に作用する場合に、前記第１結合面（６０）と前記第２結合面（６２）との結合が外れる構成であり、
   前記シャフト延長部材（６４）に作用するトルクが前記第１方向にある状態では、前記第２結合面（６２）が前記第１結合面（６０）の方に移動し、そして、
   前記シャフト延長部材（６４）に作用するトルクが前記第２方向にある状態では、前記第２結合面（６２）が前記第１結合面（６０）から離間する方に移動することを特徴とする滑車装置。
2. 前記第１結合面（６０）および前記第２結合面（６２）が、前記滑車装置の回転軸（Ａ）に対して９０°未満の角度で延長するランプ面である請求項１に記載の滑車装置。
3. 前記シャフト係合部材（４０）の前記シャフト（４２）と前記滑車部材（５０）との間にさらにベアリング材料（６５）を有する請求項１または２に記載の滑車装置。
4. 前記第１結合面（６０）と前記第２結合面（６２）との間にさらに摩擦材料（６５）を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の滑車装置。
5. 前記第２結合面（６２）を前記第１結合面（６０）の方に押圧する波形ばね（７４）およびトーションばね（８４）のうちの一つで特定されるバイアス作用部材（７４、８４）をさらに有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の滑車装置。
6. 自動車の付属装置駆動システム（１０）の自動車付属装置の駆動方法において、
   付属装置の入力シャフト（７８）を受け入れ、これに係合するボア（４４）を有するシャフト係合部材（４０）を有する滑車装置を付属装置の前記入力シャフト（７８）に接続し、
   第１結合面（６０）を有する、滑車装置の滑車部材（５０）のベルト係合面（５２）を自動車の前記付属装置駆動システム（１０）の駆動ベルト（３０）に係合し、
   前記第１結合面（６０）に対向する第２結合面（６２）を有するシャフト延長部材（６４）を使用して、前記滑車部材（５０）と前記シャフト係合部材（４０）との間にトルクを伝達し、
   さらに、前記シャフト延長部材（６４）を前記シャフト係合部材（４０）にねじ接続し、このシャフト延長部材（６４）が貫通開口を有し、この開口が、前記シャフト係合部材（４０）のねじ式外面（６６）に係合するねじ式内面（６６）を有し、
   前記ねじ式外面（６６）および前記ねじ式内面（６６）の軸方向の位置と、前記滑車部材（５０）の前記軸方向の位置とを離して異なる軸方向位置とし、
   前記滑車部材（５０）とともに前記シャフト延長部材（６４）および前記シャフト係合部材（４０）を第１方向に回転するトルクが前記シャフト延長部材（６４）に作用する場合に、前記第１結合面（６０）および前記第２結合面（６２）が結合し、そして、
   前記滑車部材（５０）の前記第１方向の回転とは反対の回転方向を第２方向とすると、
   前記シャフト係合部材（４０）を前記第２方向に回転するトルクがシャフト延長部材（６４）に作用する場合に、前記第１結合面（６０）と前記第２結合面（６２）との結合が外れる構成であり、
   前記シャフト延長部材（６４）に前記第１方向にトルクを作用させると、前記第２結合面（６２）が前記第１結合面（６０）の方に移動し、そして、
   前記シャフト延長部材（６４）に前記第２方向にトルクを作用させると、前記第２結合面（６２）が前記第１結合面（６０）から離間するように移動することを特徴とする駆動方法。
7. さらに、波形ばね（７４）およびトーションばね（８４）のうちの一つで特定されるバイアス作用部材を使用して、第２結合面（６２）にバイアスを作用させて、第１結合面（６０）の方にこれを移動させる請求項６に記載の方法。
8. 自動車の付属装置が、オルタネータである請求項６または７に記載の方法。
   
   

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