JP5761970B2

JP5761970B2 - プーリ構造体

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Publication number: JP5761970B2
Application number: JP2010263141A
Authority: JP
Inventors: 隼人島村; 良祐團
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP2012112480A

Description

本発明は、相対回転可能な２つの回転体をコイルスプリングで連結し、両回転体間の回転変動を吸収できるようにしたプーリ構造体に関する。

自動車のエンジンによって回転駆動されるクランクシャフトから回転トルクを伝達される発電用のオルタネータ等の回転伝達部には、筒状の第１回転体の内径側に第２回転体を同軸上で相対回転可能に嵌挿し、これらの２つの回転体をコイルスプリングで連結して、両回転体間の回転変動を吸収できるようにし、一方の回転体にプーリを設けて、プーリからの回転トルクをコイルスプリングを介して他方の回転体に伝達するようにしたプーリ構造体が採用されている（例えば、特許文献１、２参照）。

このコイルスプリングを用いたプーリ構造体は、プーリから伝達される回転トルクの回転方向と、トルク伝達方向へのコイルスプリングの螺旋巻き方向との関係によって、各回転体に連結されるコイルスプリングの両端部を除く中間部が拡径または縮径するように捩じれ変形し、両回転体間の回転変動を吸収する。回転トルクの回転方向とトルク伝達方向への螺旋巻き方向が同じ場合は、コイルスプリングの中間部は拡径し、これらの方向が逆の場合は、コイルスプリングの中間部は縮径する。

特許文献１に記載されたものは、螺旋状のコイルスプリングの両端部に、半径方向に屈曲して延出する屈曲部を設け、これらの両端部の屈曲部を２つの回転体に回転方向で係止する手段で２つの回転体を連結している。このプーリ構造体は、コイルスプリングで伝達される回転トルクによって、両端部の屈曲部に繰り返しの応力集中が生じ、コイルスプリングが短期間で疲労破壊する問題があった。

特許文献２に記載されたものは、螺旋状のコイルスプリングの両端部を拡径または縮径して、２つの各回転体に設けたスプリング保持部の外径面または内径面の嵌合面に嵌合し、コイルスプリングの弾性復元力に伴うコイルスプリングの両端部とスプリング保持部の嵌合面との摩擦力によって、２つの回転体をコイルスプリングで連結している。このプーリ構造体は、コイルスプリングが両端に屈曲部がなく終端まで螺旋状に延びているので、上述したような屈曲部での応力集中が生じることはなく、コイルスプリングの疲労破壊を抑制することができる。

特開平５−１８０２８７号公報特開２００８−５７７６３号公報

特許文献２に記載されたプーリ構造体は、コイルスプリングの両端部での応力集中を防止して疲労破壊を抑制することができる。しかしながら、このコイルスプリングを用いたプーリ構造体は、例えば、自動車の発進時や急加速時のように、クランクシャフトからプーリを設けた回転体に伝達される回転トルクが急激に変化すると、他方の回転体との相対回転変位が大きく変化する。また、エンジンの回転数によってエンジンの動力伝達系に固有振動が発生したときも、クランクシャフトからプーリを設けた回転体に伝達される回転トルクが急激に変化し、他方の回転体との相対回転変位が大きく変化する。

このようにプーリを設けた回転体と他方の回転体との相対回転変位が大きく変化すると、コイルスプリングの中間部に大きな捩じれ変形に伴う過大な剪断力が作用して、コイルスプリングが疲労しやすくなる問題がある。

また、このような大きい中間部の捩じれ変形は、コイルスプリング両端部の保持部に近い領域でより大きくなり、この保持部に近い領域で拡径または縮径するコイルスプリングが各回転体の内径面または外径面と周方向で部分的に接触すると、コイルスプリングが回転体の回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こし、スプリング保持部に嵌合された端部が離脱する恐れもある。

そこで、本発明の課題は、伝達される回転トルクが急激に変化しても、２つの回転体間の大きい相対回転変位を抑制して、コイルスプリングに過大な剪断力が作用しないようにすることと、コイルスプリングが回転体の回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こさないようにすることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、筒状の第１回転体の内径側に第２回転体を同軸上で相対回転可能に嵌挿して、これらの第１回転体の内径面と第２回転体の外径面との間に形成された環状空間に、線状の弾性体を螺旋状に巻回したコイルスプリングを収納し、このコイルスプリングの両端部を拡径または縮径して、前記２つの各回転体に設けたスプリング保持部の外径面または内径面の嵌合面に嵌合し、前記拡径または縮径されたコイルスプリングの弾性復元力に伴うコイルスプリングの両端部と前記スプリング保持部の嵌合面との摩擦力によって、前記２つの回転体をコイルスプリングで連結し、前記第１および第２回転体のいずれか一方にプーリを設けたプーリ構造体において、前記環状空間を形成する第１回転体の内径面または第２回転体の外径面の少なくとも一方に、前記嵌合されたコイルスプリングの両端部を除く中間部が捩じり変形によって所定の量だけ拡径または縮径したときに、このコイルスプリングの中間部の拡径した外径面または縮径した内径面と接触してその径変化を規制するコイル径規制面を設け、前記中間部が前記コイル径規制面と接触を開始したあと前記第１および第２回転体間の回転トルクが増加しても前記コイルスプリングの捩じれ角の増加勾配が徐々に減少して前記コイルスプリングの捩じれ変形が規制されて前記回転トルクを伝達できるように、前記コイル径規制面と接触する前記コイルスプリングの中間部をスリップ可能とし、前記コイルスプリングの線状の弾性体の断面を、前記コイル径規制面と平行に対向する面を有する矩形形状とした構成を採用した。

すなわち、環状空間を形成する第１回転体の内径面または第２回転体の外径面の少なくとも一方に、嵌合されたコイルスプリングの両端部を除く中間部が捩じり変形によって所定の量だけ拡径または縮径したときに、このコイルスプリングの中間部の拡径した外径面または縮径した内径面と接触してその径変化を規制するコイル径規制面を設け、このコイル径規制面と接触するコイルスプリングの中間部をスリップ可能とすることにより、伝達される回転トルクが急激に変化しても、２つの回転体間の大きい相対回転変位を抑制して、コイルスプリングに過大な剪断力が作用しないようにするとともに、回転トルクを好適に伝達できるようにした。

前記コイル径規制面に、潤滑グリースの塗布、硬質クロムめっき、ニッケルめっき、高周波焼入れおよびセラミックス溶射の少なくともいずれかの表面処理を施すことにより、コイルスプリングの中間部のスリップによるコイル径規制面の摩耗を抑制することができる。

前記コイルスプリングの線状の弾性体の断面を矩形形状とすることにより、コイルスプリングの中間部をコイル径規制面に面接触させ、コイル径規制面の摩耗を抑制することができる。

前記捩じり変形によって拡径または縮径する前記コイルスプリングの中間部が、前記嵌合された両端部の近傍領域で、前記第１回転体の内径面または第２回転体の外径面と接触しないようにすることにより、コイルスプリングが回転体の回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こさないようにすることができる。

本発明に係るプーリ構造体は、環状空間を形成する第１回転体の内径面または第２回転体の外径面の少なくとも一方に、嵌合面に嵌合されたコイルスプリングの両端部を除く中間部が捩じり変形によって所定の量だけ拡径または縮径したときに、このコイルスプリングの中間部の拡径した外径面または縮径した内径面と接触してその径変化を規制するコイル径規制面を設け、このコイル径規制面と接触するコイルスプリングの中間部をスリップ可能としたので、伝達される回転トルクが急激に変化しても、２つの回転体間の大きい相対回転変位を抑制し、コイルスプリングに過大な剪断力が作用しないようにして、コイルスプリングの破損を防止できるとともに、回転トルクを好適に伝達することができる。

また、捩じり変形によって拡径または縮径するコイルスプリングの中間部が、嵌合された両端部の近傍領域で、第１回転体の内径面または第２回転体の外径面と接触しないようにしたので、コイルスプリングが回転体の回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こさないようにして、スプリング保持部に嵌合されたコイルスプリングの端部が離脱するのを防止することができる。

第１の実施形態のプーリ構造体を示す縦断面図図１のII−II線に沿った断面図図１の切欠き縦断面図図１のプーリ構造体に急激に大きな回転トルクが伝達された状態を示す一部省略縦断面図図１のプーリ構造体のトルク伝達特性を示すグラフ第２の実施形態のプーリ構造体を示す縦断面図図６のVII−VII線に沿った断面図図６のプーリ構造体に急激に大きな回転トルクが伝達された状態を示す一部省略縦断面図

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図５は、第１の実施形態を示す。このプーリ構造体は、図１に示すように、筒状の第１回転体１の内径側に第２回転体２が同軸上で嵌挿され、第１回転体１の内径面と第２回転体２の外径面との間に形成された環状空間３に、矩形断面の線状の弾性体を螺旋状に巻回したコイルスプリング４が収納され、コイルスプリング４の両端部４ａ、４ｂが縮径されて、各回転体１、２に設けた各スプリング保持部５ａ、５ｂの内径面の嵌合面６ａ、６ｂに嵌合され、縮径されたコイルスプリング４の弾性復元力に伴うコイルスプリング４の両端部と各スプリング保持部の嵌合面６ａ、６ｂとの摩擦力によって、２つの回転体１、２がコイルスプリング４で連結されている。

前記プーリ構造体は、自動車のオルタネータの入力軸（図示省略）に装着されるものであり、第１回転体１の外径面には、クランクシャフト（図示省略）から一方向の回転トルクを伝達されるプーリ７が設けられ、第２回転体２の中心には、オルタネータの入力軸が連結されるスプライン孔８が設けられている。また、第２回転体２は、転がり軸受９とすべり軸受１０によって、第１回転体１に相対回転可能に支持されている。

前記第１回転体１のスプリング保持部５ａは、回転体１の内径を部分的に狭めて形成され、その内径面の嵌合面６ａに、回転トルクの入力側となるコイルスプリング４の端部４ａが嵌合されている。このコイルスプリング４の端部４ａは、嵌合面６ａに約１巻嵌合され、転がり軸受９の位置決めも兼ねる内向きの鍔１１で抜け止めされている。スプリング保持部５ａの嵌合面６ａの軸方向内方側には、内径が増加するテーパ面１２ａが接続され、さらにテーパ面１２ａの軸方向内方側には、後述するコイルスプリング４の中間部４ｃの拡径を規制するコイル径規制面１３ａが接続されている。

前記第２回転体２のスプリング保持部５ｂは、回転体２の端部から外方に突出して軸方向内方に張り出すコ字状断面に形成され、コ字状断面の内側の内径面の嵌合面６ｂに、回転トルクの出力側となるコイルスプリング４の端部４ｂが約１巻半嵌合されている。スプリング保持部５ｂの外側の外径面には、すべり軸受１０が装着されている。

図２に示すように、前記コ字状断面の第２回転体２のスプリング保持部５ｂの奥端面は螺旋面で形成され、コイルスプリング４の端部４ｂの周方向端面が当接されるストッパ面１４ｂが設けられている。この実施形態では、図中に矢印で示すように、伝達される一方向の回転トルクＴの回転方向が、回転トルクの入力側となるコイルスプリング４の端部４ａから出力側となる端部４ｂに向かうトルク伝達方向に向かって、反時計回りとなっており、コイルスプリング４の端部４ｂがストッパ面１４ｂによって固定される。なお、過大な回転トルクが伝達されたときは、嵌合巻数のが少なく、かつ、周方向端面が当接されるストッパ面もない回転トルク入力側の端部４ａとスプリング保持部５ａの嵌合面６ａとの間ですべりが生じ、コイルスプリング４に過大な回転トルクが負荷されないようになっている。

図３に示すように、前記コイルスプリング４の螺旋巻き方向は、入力側となる端部４ａから出力側となる端部４ｂに向かうトルク伝達方向に向かって、回転トルクの回転方向と同じ反時計回りとなっている。したがって、プーリ７から回転トルクが伝達されると、コイルスプリング４の両端部４ａ、４ｂを除く中間部４ｃは、拡径するように捩じれ変形する。なお、図３は、コイルスプリング４の螺旋巻き方向を分かりやすくするために、図１の断面と９０°位相をずらした断面で示している。

図４は、前記プーリ７に急激に大きな回転トルクが伝達された状態を示す。回転トルクが伝達されると、コイルスプリング４の中間部４ｃは、図１に示した無負荷の状態から拡径するが、急激に回転トルクが伝達されると、中央部よりも両端部４ａ、４ｂ側の巻部がより大きく拡径する。このとき、より大きく拡径する中間部４ｃの巻部が、所定の拡径量に達すると、第１回転体１の内径面に設けた一定内径のコイル径規制面１３ａに接触するようになっている。したがって、コイルスプリング４の捩じれ変形が規制されて、２つの回転体１，２間の大きい相対回転変位が抑制されるので、コイルスプリング４に過大な剪断力が作用することはない。コイル径規制面１３ａの内径寸法は、コイルスプリング４の巻数、強度等によって決まる許容拡径量に応じて設定することができる。

前記コイル径規制面１３ａには潤滑グリースが塗布されており、コイル径規制面１３ａと接触するコイルスプリング４の中間部４ｃがスリップ可能とされている。したがって、回転トルクを好適に伝達することができる。コイル径規制面１３ａに潤滑性皮膜等を形成して、接触する中間部４ｃをスリップさせることもできる。

前記コイル径規制面１３ａには硬質クロムめっきが施されている。したがって、矩形断面とされたコイルスプリング４が面接触することも相俟って、中間部４ｃのスリップによるコイル径規制面１３ａの摩耗を抑制することができる。コイル径規制面１３ａにニッケルめっき、高周波焼入れ、セラミック溶射等の表面処理を施し、耐摩耗性を確保することもできる。

また、前記スプリング保持部５ａの嵌合面６ａとコイル径規制面１３ａとの間に設けられたテーパ面１２ａは、コイルスプリング４の中間部４ｃが拡径するときに、端部４ａとの近傍領域と接触しないようになっている。端部４ｂとの近傍領域も、スプリング保持部５ｂの嵌合面６ｂとコイル径規制面１３ａとの間には十分な段差があるので、コイル径規制面１３ａと接触することはない。したがって、コイルスプリング４が回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こすことはなく、各スプリング保持部５ａ、５ｂに嵌合されたコイルスプリング４の端部４ａ、４ｂが離脱することもない。

図５は、上述したプーリ構造体のトルク伝達特性を示す。伝達される回転トルクＴが増加すると、コイルスプリング４の捩じれ角θは一定の勾配で増加し、このとき、中間部４ｃの拡径量も増加する。中間部４ｃがコイル径規制面１３ａと接触を開始すると（Ｐ点）、捩じれ角θの増加勾配は少し小さくなり、中間部４ｃのコイル径規制面１３ａとの接触長さが増加する。中間部４ｃの両端近傍を除くほぼ全長がコイル径規制面１３ａと接触すると、捩じれ角θはそれ以上増加することはなく、コイルスプリング４に過大な剪断力が作用することはない。なお、中間部４ｃがコイル径規制面１３ａと接触した状態から回転トルクＴが減少するときは、ヒステリシスをもって捩じれ角θが減少する。

図６乃至図８は、第２の実施形態を示す。このプーリ構造体も、自動車のオルタネータの入力軸（図示省略）に装着されるものであり、図６に示すように、筒状の第１回転体１の内径側に第２回転体２が同軸上で嵌挿され、第１回転体１の内径面と第２回転体２の外径面との間に形成された環状空間３に、矩形断面の線状の弾性体を螺旋状に巻回したコイルスプリング４が収納され、コイルスプリング４の両端部４ａ、４ｂが拡径されて、各回転体１、２に設けた各スプリング保持部５ａ、５ｂの外径面の嵌合面６ａ、６ｂに嵌合され、拡径されたコイルスプリング４の弾性復元力に伴うコイルスプリング４の両端部と各スプリング保持部の嵌合面間の摩擦力によって、２つの回転体１、２がコイルスプリング４で連結されている。

前記第１回転体１の外径面には、クランクシャフト（図示省略）から一方向の回転トルクを伝達されるプーリ７が設けられ、第２回転体２の中心には、オルタネータの入力軸が連結されるスプライン孔８が設けられている。また、第２回転体２は、転がり軸受９とすべり軸受１０によって、第１回転体１に相対回転可能に支持されている。転がり軸受９は、第１回転体１の内径面に設けられた内向きの鍔１１で位置決めされている。

前記第１回転体１のスプリング保持部５ａは、回転体１の端部から内方に突出して軸方向内方に張り出すコ字状断面に形成され、コ字状断面の内側の外径面の嵌合面６ａに、回転トルクの入力側となるコイルスプリング４の端部４ａが約１巻半嵌合されている。スプリング保持部５ａの内径面には、すべり軸受１０が装着されている。

前記第２回転体２のスプリング保持部５ｂは、回転体２の外径を部分的に拡げて形成され、その外径面の嵌合面６ｂに、回転トルクの出力側となるコイルスプリング４の端部４ｂが嵌合されている。この端部４ｂは、嵌合面６ｂに約１巻嵌合されている。スプリング保持部５ｂの嵌合面６ｂの軸方向内方側には、外径が減少するテーパ面１２ｂが接続され、さらにテーパ面１２ｂの軸方向内方側に、コイルスプリング４の中間部４ｃの縮径を規制するコイル径規制面１３ｂが接続されている。

図７に示すように、前記コ字状断面の第１回転体１のスプリング保持部５ａの奥端面は螺旋面で形成され、コイルスプリング４の端部４ａの周方向端面が当接されるストッパ面１４ａが設けられている。この実施形態では、図中に矢印で示すように、伝達される一方向の回転トルクＴの回転方向が、回転トルクの入力側となるコイルスプリング４の端部４ａから出力側となる端部４ｂに向かうトルク伝達方向に向かって、時計回りとなっており、コイルスプリング４の端部４ａがストッパ面１４ａによって固定される。過大な回転トルクが伝達されたときは、嵌合巻数の少ない回転トルク出力側の端部４ｂとスプリング保持部５ｂの嵌合面６ｂとの間ですべりを生じ、コイルスプリング４に過大な回転トルクが負荷されるのが防止される。

図示は省略するが、前記コイルスプリング４の螺旋巻き方向は、回転トルクの入力側となる端部４ａから出力側となる端部４ｂに向かうトルク伝達方向に向かって、回転トルクの回転方向と逆の反時計回りとなっている。したがって、プーリ７から回転トルクが伝達されると、コイルスプリング４の両端部４ａ、４ｂを除く中間部４ｃは、縮径するように捩じれ変形する。

図８は、前記プーリ７に急激に大きな回転トルクが伝達された状態を示す。回転トルクが伝達されると、コイルスプリング４の中間部４ｃは、図６に示した無負荷の状態から縮径するが、急激に回転トルクが伝達されると、中央部よりも両端部４ａ、４ｂ側の巻部がより大きく縮径する。このとき、より大きく縮径する中間部４ｃの巻部が、所定の縮径量に達すると、第２回転体２の外径面に設けた一定外径のコイル径規制面１３ｂに接触する。したがって、コイルスプリング４の捩じれ変形が規制されて、２つの回転体１，２間の大きい相対回転変位が抑制されるので、コイルスプリング４に過大な剪断力が作用することはない。コイル径規制面１３ｂの外径寸法は、コイルスプリング４の巻数、強度等によって決まる許容縮径量に応じて設定することができる。

前記コイル径規制面１３ｂには、第１の実施形態のコイル径規制面１３ａと同様に、潤滑グリースが塗布され、硬質クロムめっきが施されている。したがって、接触する中間部４ｃをスリップさせて、回転トルクを好適に伝達することができるとともに、中間部４ｃのスリップによるコイル径規制面１３ｂの摩耗を抑制することができる。

また、前記スプリング保持部５ｂの嵌合面６ｂとコイル径規制面１３ｂとの間に設けられたテーパ面１２ｂは、コイルスプリング４の中間部４ｃが拡径するときに、端部４ｂとの近傍領域と接触しないようになっている。端部４ａとの近傍領域も、スプリング保持部５ａの嵌合面６ａとコイル径規制面１３ｂとの間には十分な段差があるので、コイル径規制面１３ｂと接触することはない。したがって、コイルスプリング４が回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こすことはなく、各スプリング保持部５ａ、５ｂに嵌合されたコイルスプリング４の端部４ａ、４ｂが離脱することもない。

上述した各実施形態では、一方向の回転トルクが伝達されるオルタネータの入力軸に装着されるものとしたが、本発明に係るプーリ構造体は、正逆両方向の回転トルクが伝達される部位に採用することもできる。この場合は、回転トルクの回転方向によって、コイルスプリングの中間部が拡径したり縮径したりするので、第１回転体の内径面と第２回転体の外径面との両方に、これらの拡径と縮径を規制するコイル径規制面を設けるとよい。

また、上述した各実施形態では、回転トルクが伝達されるプーリを筒状の第１回転体側に設けたが、第１回転体の内径側に嵌挿される第２回転体を軸方向外方に延出し、この第２回転体の延出部にプーリを設けることもできる。

１第１回転体
２第２回転体
３環状空間
４コイルスプリング
４ａ、４ｂ端部
４ｃ中間部
５ａ、５ｂスプリング保持部
６ａ、６ｂ嵌合面
７プーリ
８スプライン孔
９転がり軸受
１０すべり軸受
１１鍔
１２ａ、１２ｂテーパ面
１３ａ、１３ｂコイル径規制面
１４ａ、１４ｂストッパ面

Claims

筒状の第１回転体の内径側に第２回転体を同軸上で相対回転可能に嵌挿して、これらの第１回転体の内径面と第２回転体の外径面との間に形成された環状空間に、線状の弾性体を螺旋状に巻回したコイルスプリングを収納し、このコイルスプリングの両端部を拡径または縮径して、前記２つの各回転体に設けたスプリング保持部の外径面または内径面の嵌合面に嵌合し、前記拡径または縮径されたコイルスプリングの弾性復元力に伴うコイルスプリングの両端部と前記スプリング保持部の嵌合面との摩擦力によって、前記２つの回転体をコイルスプリングで連結し、前記第１および第２回転体のいずれか一方にプーリを設けたプーリ構造体において、前記環状空間を形成する第１回転体の内径面または第２回転体の外径面の少なくとも一方に、前記嵌合されたコイルスプリングの両端部を除く中間部が捩じり変形によって所定の量だけ拡径または縮径したときに、このコイルスプリングの中間部の拡径した外径面または縮径した内径面と接触してその径変化を規制するコイル径規制面を設け、前記中間部が前記コイル径規制面と接触を開始したあと前記第１および第２回転体間の回転トルクが増加しても前記コイルスプリングの捩じれ角の増加勾配が徐々に減少して前記コイルスプリングの捩じれ変形が規制されて前記回転トルクを伝達できるように、前記コイル径規制面と接触する前記コイルスプリングの中間部をスリップ可能とし、前記コイルスプリングの線状の弾性体の断面を、前記コイル径規制面と平行に対向する面を有する矩形形状としたことを特徴とするプーリ構造体。
前記コイル径規制面に、潤滑グリースの塗布、硬質クロムめっき、ニッケルめっき、高周波焼入れおよびセラミックス溶射の少なくともいずれかの表面処理を施した請求項１に記載のプーリ構造体。
前記捩じり変形によって拡径または縮径する前記コイルスプリングの中間部が、前記嵌合された両端部の近傍領域で、前記第１回転体の内径面または第２回転体の外径面と接触しないようにした請求項１または２に記載のプーリ構造体。