JP5914416B2 - プーリ構造体 - Google Patents

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Description

本発明は、コイルばねを備えたプーリ構造体に関する。
自動車等のエンジンの動力によってオルタネータ等の補機を駆動する補機駆動システムでは、オルタネータ等の補機の駆動軸に連結されるプーリと、エンジンのクランク軸に連結されるプーリにわたってベルトが掛け渡され、このベルトを介してエンジンのトルクが補機に伝達される。一般的に、エンジンのクランク軸は、エンジンの爆発行程等の要因により回転速度が変動し、それに伴いベルトの走行速度も変動する。そのため、補機の駆動軸に連結されたプーリとベルトとの間でスリップが生じたり、ベルトの張力が大きく変動したりする。このようなベルトのスリップや張力の過大な変動は、ベルトの異音の発生や寿命低下等の原因となる。
特に、オルタネータは、発電軸の慣性モーメントが大きいため、ベルトのスリップや張力変動が生じやすい。さらに、発電軸にクランク軸の回転変動が伝えられると、オルタネータの耐久性を低下させ、また、発電効率に悪影響を与えるという問題がある。
そこで、従来からクランク軸の回転変動を吸収するためのプーリが種々提案されている。例えば、特許文献1に記載のプーリ構造体は、ベルトが巻き掛けられる第1回転体と、第1回転体の内側に設けられ、第1回転体に対して相対回転可能な第2回転体と、2つの回転体の間に配置されたコイルばねとを有する。コイルばねの両端部の外周面(または内周面)は、拡径方向(または縮径方向)の自己弾性復元力によって、第1回転体と第2回転体にそれぞれ圧接している。
クランク軸の回転変動がベルトを介して第1回転体に伝達され、2つの回転体が相対回転すると、2つの回転体の間でコイルばねを介してトルクが伝達されるとともに、コイルばねが周方向にねじれることにより、回転変動が吸収される。そのため、ベルトのスリップや張力変動を抑えることができる。
日本国特開2008−57763号公報
しかしながら、上述した特許文献1のプーリ構造体では、コイルばねを拡径する方向のねじり角度が増すほどねじりトルクが増加するため、ねじり角度が比較的大きくなる使用状況では、コイルばねが疲労しやすくなる恐れがあった。
この問題に対して、従来はコイルばねの巻き数を増やすことでばね定数を低下させて、コイルばねにかかる負荷を低減していた。ばね定数が低下すると、ねじり角度が同じであっても、ねじりトルクが低下するため、コイルばねの耐疲労性を向上させることができる。しかしながら、コイルばねの巻き数を増やすと、コイルばねの軸方向長さが長くなるため、プーリ構造体が大型化してしまうという問題が生じる。
そこで、本発明は、プーリ構造体を大型化することなくコイルばねの耐疲労性を向上させることのできるプーリ構造体を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段及び発明の効果
本発明の第1の態様に係るプーリ構造体は、ベルトが巻き掛けられる筒状の第1回転体と、
前記第1回転体の内側に、前記第1回転体に対して相対回転可能に設けられた第2回転体と、
前記第1回転体と前記第2回転体との間の空間に収容されたねじりコイルばねとを備えたプーリ構造体であって、
前記ねじりコイルばねが、一端側に、プーリ構造体が停止している状態において外周面が前記ねじりコイルばねの拡径方向の自己弾性復元力によって前記第1回転体と前記第2回転体の一方の回転体に接触している一端側領域;他端側に、プーリ構造体が停止している状態において内周面が他方の回転体に接触しており、且つ、外周面が2つの前記回転体のいずれにも接触しない他端側領域;及び、前記一端側領域と前記他端側領域の間に、プーリ構造体が停止している状態において外周面が2つの前記回転体のいずれにも接触しない中領域を有し、
2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域のうち少なくとも周方向一部分の内周面が前記他方の回転体から離れる。
この構成によると、プーリ構造体の停止時には、ねじりコイルばねは、一端側の外周面が拡径方向の自己弾性復元力によって一方の回転体に押し付けられ、他端側領域の内周面が他方の回転体に接触していることで、2つの回転体に固定されている。
2つの回転体が相対回転した場合には、ねじりコイルばねがねじれるため、回転変動を吸収できる。
ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合には、ねじりコイルばねの拡径変形によって、ねじりコイルばねの他端側領域の内周面のうち少なくとも周方向一部分が他方の回転体から離れるため、プーリ構造体の停止時よりも、ねじりコイルばねの有効巻数が増加する。ねじりコイルばねの有効巻数とは、ばね全長からばねを固定している部分を除いた範囲の巻数であって、有効巻数が大きいほど、ばね定数が小さくなる。したがって、本態様のプーリ構造体は、2つの回転体が相対回転したときに、ねじりコイルばねの有効巻数を増加させてばね定数を低下させることができるため、相対回転時もコイルばねの両端部の内周面または外周面が回転体に固定される従来のプーリ構造体と比べて、コイルばねの巻数を増やすことなく(プーリ構造体を大型化することなく)、ねじりコイルばねの耐疲労性を向上させることができる。
なお、本発明において、「プーリ構造体の停止時」とは、プーリ構造体に外力がかかっていない状態(ねじりコイルばねのねじり角度が0の状態)を意味する。
本発明の第2の態様に係るプーリ構造体は、第1の態様において、前記他方の回転体は、前記ねじりコイルばねの前記他端側の端面と周方向に対向する当接面を有しており、
2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、前記ねじりコイルばねの前記他端側の端面が前記当接面に当たる。
この構成によると、ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばねの他端側の端面を他方の回転体の当接面に当接させることで、ねじりコイルばねを他方の回転体に固定できる。
本発明の第3の態様に係るプーリ構造体は、第2の態様において、プーリ構造体が停止している状態において、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面と前記第1回転体または前記第2回転体との間に形成された第1隙間を有し、
2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合、前記ねじりコイルばねの前記他端側の端面が前記当接面に当たった時点で、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面が、2つの前記回転体のいずれにも接しない。
この構成によると、プーリ構造体が停止している状態において、ねじりコイルばねの他端側領域の外周面と回転体との間に隙間があるため、ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばねの他端側領域を容易に拡径変形させて、他端側領域の内周面を前記他方の回転体から離間させることができる。
また、ねじりコイルばねの他端側の端面が前記当接面に当たった時点で、ねじりコイルばねの他端側領域の外周面が2つの回転体のいずれにも接しないため、ねじりコイルばねの他端側領域を当接面だけで固定することができ、有効巻数を大きくできる。
本発明の第4の態様に係るプーリ構造体は、第3の態様において、プーリ構造体が停止している状態において、前記ねじりコイルばねの前記中領域の外周面と前記第1回転体または前記第2回転体との間に形成された第2隙間を有する。
この構成によると、プーリ構造体が停止している状態において、ねじりコイルばねの中領域の外周面と回転体との間に隙間があるため、ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばねを容易に拡径変形させることができる。また、拡径方向のねじり角度が大きくなって、ねじりコイルばねの中領域の外周面が回転体に当接した場合には、それ以上の拡径変形を規制でき、ねじりコイルばねの破損を防止できる。
本発明の第5の態様に係るプーリ構造体は、第4の態様において、前記第1隙間の大きさが、前記第2隙間の大きさ以下であることを特徴とする。
この構成によると、ねじりコイルばねの拡径方向のねじり角度が大きくなって、ねじりコイルばねの他端側領域の外周面が回転体に当接した場合には、それとほぼ同時、または、それよりもさらにねじり角度が大きくなったときに、ねじりコイルばねの中領域の外周面が回転体に当接し、それ以上の拡径変形を規制でき、ねじりコイルばねの破損を防止できる。また、ねじりコイルばねの外周面が回転体に当接することで、ねじりコイルばねの有効巻数が変化するため、3つ以上のばね定数を有するプーリ構造体にすることができる。
本発明の第6の態様に係るプーリ構造体は、第2の態様において、2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、前記ねじりコイルばねの前記他端側の端面が前記当接面に当たる前に前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の拡径変形を規制する、規制手段をさらに有する。
規制手段を設けない場合、ねじりコイルばねが拡径方向にねじれると、各巻部にかかるねじり応力は一定でなく、ねじりコイルばねの他端側の巻部にねじり応力が集中して、この巻部の拡径変形が最も大きくなるが、本態様では、規制手段によって、ねじりコイルばねの他端側領域の拡径変形を規制できるため、他端側領域にねじり応力が集中するのを抑制でき、ねじりコイルばねの各巻部にかかるねじり応力の差を小さくできる。その結果、ねじりコイルばねの疲労破壊を防止できる。
本発明の第7の態様に係るプーリ構造体は、第6の態様において、前記他方の回転体が前記規制手段を有する。
本発明の第8の態様に係るプーリ構造体は、第7の態様において、前記規制手段が、径方向内側に向かって突出しており、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の周方向一部分の外周面と対向する、少なくとも1つの支持突起部であって、
2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面に前記少なくとも一つの支持突起部が当接することで、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の拡径変形が規制される。
この構成によると、ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、支持突起部は、ねじりコイルばねの他端側領域の周方向一部分の外周面と当接するため、他端側領域にねじり応力が集中するのを抑制しつつ、ねじりコイルばねの他端側領域の周方向一部分の内周面を、他方の回転体から離間させることができる。つまり、ねじりコイルばねの有効巻数を増加させるのに、支持突起部が邪魔にならない。
本発明の第9の態様に係るプーリ構造体は、第8の態様において、前記支持突起部が形成されている領域が、前記当接面から回転軸回りに90°離れた位置を含む。
前記規制手段を設けない場合、ねじりコイルばねが拡径方向にねじれると、ねじりコイルばねの他端側の端面から回転軸回りに90°離れた位置付近にねじり応力が最も集中する。本態様では、支持突起部が、当接面から回転軸回りに90°離れた位置を含むように配置されているため、ねじりコイルばねの他端側の端面から回転軸回りに90°離れた位置付近にねじり応力が集中するのを防止できる。
本発明の第10の態様に係るプーリ構造体は、第9の態様において、前記支持突起部が形成されている領域の前記当接面から遠い方の端部と、前記当接面との回転軸回りになす角度が、315°以下である。
支持突起部の、当接面から遠い方の端部と当接面とのなす回転軸回りの角度が大きすぎる場合、ねじりコイルばねの他端側領域と支持突起部との接触面積が大きくなり、ねじりコイルばねの他端側領域が支持突起部を摺動しにくくなる。そのため、ねじりコイルばねの他端側領域が支持突起部を摺動して、ねじりコイルばねの他端側の端面が当接面に当接するときのねじり角度が大きくなるため、ねじりコイルばねがそのねじり角度までのねじれ範囲で疲労しやすくなる。
本態様では、支持突起部の、当接面から遠い方の端部と当接面とのなす回転軸回りの角度が315°以下であるため、ねじりコイルばねの他端側領域が支持突起部を摺動するときのねじり角度が大きくなり過ぎるのを防止できる。
本発明の第11の態様に係るプーリ構造体は、第8〜第10の態様のいずれかにおいて、プーリ構造体が停止している状態において、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面と前記他方の回転体の前記支持突起部以外の部分との間に形成された第4隙間を有し、かつ前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面と前記支持突起部とが接しているか、若しくは前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面と前記支持突起部との間に形成された、前記第4隙間より小さい第3隙間を有する。
この構成によると、プーリ構造体が停止している状態において、ねじりコイルばねの他端側領域の外周面と他方の回転体の支持突起部以外の部分との間に隙間(第4隙間)があるため、ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばねの他端側領域を拡径変形させて、他端側領域の内周面を前記他方の回転体から離間させることができる。
本発明の第12の態様に係るプーリ構造体は、第6の態様において、前記ねじりコイルばねが前記規制手段を有する。
本発明の第13の態様に係るプーリ構造体は、第12の態様において、前記規制手段が、径方向外側に向かって突出しており、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の周方向一部分の外周面に存在する、少なくとも1つの支持突起部であって、
2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、前記他方の回転体の内周面に前記少なくとも一つの支持突起部が当接することで、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の拡径変形が規制される。
この構成によると、ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばねの他端側領域に設けられた支持突起部が前記他方の回転体の内周面に当接するため、他端側領域にねじり応力が集中するのを抑制しつつ、ねじりコイルばねの他端側領域の周方向一部分の内周面を、他方の回転体から離間させることができる。つまり、ねじりコイルばねの有効巻数を増加させるのに、支持突起部が邪魔にならない。
本発明の第14の態様に係るプーリ構造体は、第6〜第13の態様のいずれかにおいて、プーリ構造体が停止している状態において、前記ねじりコイルばねの前記中領域の外周面と前記第1回転体または前記第2回転体との間に形成された第2隙間を有する。この構成によると、第4の態様と同様の効果が得られる。
図1は、本発明の第1実施形態のプーリ構造体の断面図である。 図2は、図1のA−A線断面図である。 図3は、図1のB−B線断面図である。 図4は、第1実施形態および第5実施形態のプーリ構造体のねじりコイルばねのねじり角度とねじりトルクとの関係を示すグラフである。 図5は、本発明の第2実施形態のプーリ構造体の断面図である。 図6は、図5のC−C線断面図である。 図7は、図5のD−D線断面図である。 図8は、本発明の第3実施形態のプーリ構造体の断面図である。 図9は、図8のE−E線断面図である。 図10は、図8のF−F線断面図である。 図11は、本発明の第4実施形態のプーリ構造体の断面図である。 図12は、図11のG−G線断面図である。 図13は、図11のH−H線断面図である。 図14は、本発明の第5実施形態のプーリ構造体の断面図である。 図15は、本発明の第6実施形態のプーリ構造体の断面図である。 図16は、本発明の第7実施形態のプーリ構造体の断面図である。
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態のプーリ構造体1について説明する。
本実施形態のプーリ構造体1は、自動車の補機駆動システム(図示省略)において、オルタネータの駆動軸に設置される。補機駆動システムは、エンジンのクランク軸に連結された駆動プーリと、オルタネータ等の補機を駆動する従動プーリとにわたってベルトが掛け渡された構成であって、クランク軸の回転がベルトを介して従動プーリに伝達されることで、オルタネータ等の補機が駆動される。クランク軸は、エンジン燃焼に起因して回転速度が変動し、それに伴いベルトの速度も変動する。
図1〜図3に示すように、本実施形態のプーリ構造体1は、ベルトBが巻き掛けられる略筒状の第1回転体2と、第1回転体2の内側に回転軸を同一に配置される略筒状の第2回転体3と、第1回転体2と第2回転体3との間のばね収容空間8に収容されるねじりコイルばね4と、第1回転体2および第2回転体3の軸方向一端に配置されたエンドキャップ5とを備えている。以下の説明において、図1中の紙面上左方向を前方向、右方向を後方向と称する。後述する第2実施形態〜第7実施形態でも同様とする。
第2回転体3は、オルタネータの駆動軸(図示省略)に外嵌固定される筒本体3aと、筒本体3aの前端部の外側に配置された外筒部3bとを有する。
第1回転体2の後端部の内周面と、第2回転体3の筒本体3aの外周面との間には、転がり軸受6が介設されている。また、第1回転体2の前端部の内周面と、第2回転体3の外筒部3bの外周面との間には、滑り軸受7が介設されている。この2つの軸受6、7によって、第1回転体2と第2回転体3は相対回転可能に連結されている。第1回転体2および第2回転体3は、図2および図3の矢印方向に回転する。
第1回転体2と第2回転体3との間であって、転がり軸受6よりも前方には、ばね収容空間8が形成されている。このばね収容空間8に、ねじりコイルばね4が収容されている。ばね収容空間8は、第1回転体2の内周面および第2回転体3の外筒部3bの内周面と、第2回転体3の筒本体3aの外周面との間に形成された空間である。
ばね収容空間8内において、第1回転体2の内径は、後方に向かって2段階で小さくなっている。最も小さい内径を有する部分の内周面を圧接面2aとし、2番目に小さい内径を有する部分の内周面を環状面2bとする。圧接面2aの径は、第2回転体3の外筒部3bの内径よりも小さい。環状面2bの径は、第2回転体3の外筒部3bの内径と同じか、それよりも大きい。
また、第2回転体3の筒本体3aは、前端部において、ばね収容空間8内のその他の部分よりも外径が大きくなっている。この部分の外周面を接触面3cとする。
ねじりコイルばね4は、左巻き(軸方向先端に向かって反時計回り)であり、外力を受けていない状態において、全長にわたって径が一定である。また、ねじりコイルばね4は、後端側領域(一端側領域)、中領域、及び前端側領域(他端側領域)4bを有する。また、外力を受けていない状態でのねじりコイルばね4の外径は、第1回転体2の圧接面2aの内径よりも大きい。ねじりコイルばね4は、後端側が縮径された状態で、ばね収容空間8に収容されており、ねじりコイルばね4の後端側領域(一端側領域)の外周面は、ねじりコイルばね4の拡径方向の自己弾性復元力によって、第1回転体2の圧接面2aに押し付けられている。
また、プーリ構造体1が停止しており、ねじりコイルばね4の後端側領域(一端側領域)が自己弾性復元力によって外周面を圧接面2aに押し付けられた状態において、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bは、若干拡径された状態で第2回転体3の接触面3cと当接している。つまり、プーリ構造体1が停止している状態において、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの内周面は、第2回転体3の接触面3cに押し付けられている。前端側領域(他端側領域)4bは、ねじりコイルばね4の前側先端(他端)から半周以上(回転軸回りに180°以上)の領域である。
また、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの内周面が接触面3cに接触している状態において、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの外周面と第2回転体3の外筒部3bの内周面との間には、隙間(第1隙間)L1が形成されている。
また、第1回転体2の環状面2bとねじりコイルばね4の中領域の外周面との間には、隙間(第2隙間)M1が形成されている。ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの内周面が接触面3cに接触している状態において、前記隙間M1は、第2回転体3の外筒部3bの内周面とねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの外周面との間に形成される隙間L1と同じか、それよりも大きい(L1≦M1)。
また、図2に示すように、第2回転体3の前端部には、ねじりコイルばね4の前端面4aと周方向に対向する当接面3dが形成されている。当接面3dは軸方向から見て円弧状に形成されている。
次に、プーリ構造体1の動作について説明する。
先ず、第1回転体2の回転速度が第2回転体3の回転速度より速くなった場合、即ち、第1回転体2が加速する場合について説明する。この場合、第1回転体2は、第2回転体3に対して回転方向(図2および図3の矢印方向)と同じ方向に相対回転する。
第1回転体2の相対回転に伴って、ねじりコイルばね4の後端側領域が、第1回転体2の圧接面2aとともに第2回転体3に対して相対回転する。これにより、ねじりコイルばね4は、拡径方向にねじれる。
ねじりコイルばね4の後端側領域の圧接面2aに対する圧接力は、ねじりコイルばね4のねじり角度が大きくなるほど増大する。
ねじりコイルばね4の拡径方向のねじり角度が所定の角度θ1(例えば5°)未満の場合には、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの接触面3cに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干低下するものの、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bは接触面3cに圧接している。
ねじりコイルばね4の拡径方向のねじり角度がθ1のとき、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの接触面3cに対する圧接力はほぼゼロとなり、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bが、接触面3cを周方向に摺動して、ねじりコイルばね4の前端面4aが、第2回転体3の当接面3dを周方向に押圧する。前端面4aが当接面3dを押圧するため、2つの回転体2、3の間で確実にトルクを伝達できる。
ねじりコイルばね4の拡径方向のねじり角度が角度θ1を超えると、ねじりコイルばね4の拡径変形によって、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bが接触面3cから離れる。当接面3dが円弧状に形成されていることにより、ねじりコイルばね4の前端面4aが当接面3dを周方向に押圧すると、前端面4aは当接面3dに沿って径方向外側に移動するため、前端側領域4bの内周面が接触面3cから離れやすい。
このように、ねじりコイルばね4の拡径方向のねじり角度が角度θ1以上(角度θ2未満)の場合には、ねじりコイルばね4は、その前端面4aのみで第2回転体3に固定されるため、ねじり角度が角度θ1未満の場合に比べて、ねじりコイルばね4の有効巻数が増加する。コイルばねの有効巻数とは、ばね全長からばねを固定している部分を除いた範囲の巻き数であって、ばね定数(ねじりトルク/ねじり角度)と反比例する。ここで、図4は、ねじりコイルばね4のねじり角度とねじりトルクとの関係を示すグラフである。拡径方向のねじり角度が角度θ1以上の場合には、有効巻数が増加することで、図4に示すように、ばね定数(図4に示す直線の傾き)が低下する。
また、ねじりコイルばね4の拡径方向のねじり角度が所定の角度θ2(例えば45°)になると、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの外周面が、第2回転体3の外筒部3bの内周面に当接する。それとほぼ同時、または、それよりもさらにねじり角度が大きくなったときに、ねじりコイルばね4の中領域の外周面が第1回転体2の環状面2bに当接するか、もしくは、ねじり角度が限界角度に達することで、ねじりコイルばね4のそれ以上の拡径変形が規制され、第1回転体2と第2回転体3が一体的に回転する。これにより、ねじりコイルばねの拡径変形による破損を防止できる。プーリ構造体が停止している状態における前記隙間L1、M1の大きさは、ねじりコイルばね4のばね定数、ねじり角度の限界角度等を含めた特性を考慮して設定される。なお、図4は、ねじり角度が角度θ2のときに、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bと中領域の外周面がほぼ同時に、第2回転体3の外筒部3bの内周面と第1回転体2の環状面2bにそれぞれ当接した場合のグラフである。
次に、第1回転体2の回転速度が第2回転体3の回転速度より遅くなった場合、即ち、第1回転体2が減速する場合について説明する。この場合、第1回転体2は、第2回転体3に対して回転方向(図2および図3の矢印方向)と逆方向に相対回転する。
第1回転体2の相対回転に伴って、ねじりコイルばね4の後端側領域が、第1回転体2の圧接面2aとともに第2回転体3に対して相対回転するため、ねじりコイルばね4は、縮径方向にねじれる。
ねじりコイルばね4の縮径方向のねじり角度が所定の角度θ3(例えば10°)未満の場合には、ねじりコイルばね4の後端側領域の圧接面2aに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干低下するものの、ねじりコイルばね4の後端側領域は圧接面2aに圧接している。また、ねじりコイルばね4の前端側領域の接触面3cに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干増大する。
ねじりコイルばね4の縮径方向のねじり角度が角度θ3以上の場合には、ねじりコイルばね4の後端側領域の圧接面2aに対する圧接力はほぼゼロとなり、ねじりコイルばね4の後端側領域は圧接面2aを周方向に摺動する。したがって、2つの回転体2、3の間でトルクは伝達されない。
以上説明したように、本実施形態のプーリ構造体1は、2つの回転体2、3が相対回転した場合に、ねじりコイルばね4がねじれるため、回転変動を吸収できる。ねじりコイルばね4は、所定のねじり角度θ2まで拡径変形できるため、広範囲のねじり角度にわたり回転変動を吸収できる。
プーリ構造体1が停止している状態では、ねじりコイルばね4は、後端側領域の外周面が拡径方向の自己弾性復元力によって第1回転体2に押し付けられ、前端側領域(他端側領域)4bの内周面が第2回転体3に接触していることで、2つの回転体2、3に固定されている。
2つの回転体2、3が相対回転して、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれた場合、ねじりコイルばね4の拡径変形によって、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの内周面が第2回転体3から離れるため、プーリ構造体1の停止時に比べて、ねじりコイルばね4の有効巻数が増加する。したがって、本実施形態のプーリ構造体1は、2つの回転体2、3が相対回転したときに、ねじりコイルばね4の有効巻数を増加させてばね定数を低下させることができるため、相対回転時もコイルばねの両端部の内周面または外周面が回転体に固定される従来のプーリ構造体と比べて、コイルばねの巻き数を増やすことなく(プーリ構造体を大型化することなく)、ねじりコイルばね4の耐疲労性を向上させることができる。
また、本実施形態では、第2回転体3が、ねじりコイルばね4の前端面4aと対向する当接面3dを有するため、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばね4の前端面4aを第2回転体3の当接面3dに当接させることで、ねじりコイルばね4を第2回転体3に固定できる。
また、本実施形態では、ねじりコイルばね4の前端面4aが当接面3dに当たった時点で、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの外周面が、第2回転体3の外筒体3bの内周面に接しないため、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bを当接面3dだけで固定することができ、ねじりコイルばね4の有効巻数を大きくできる。
また、本実施形態では、プーリ構造体1が停止している状態において、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの外周面と第2回転体3の外筒部3bの内周面との間に隙間L1があるため、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bを容易に拡径変形させて、前端側領域(他端側領域)4bの内周面を接触面3cから離間させることができる。
また、本実施形態では、プーリ構造体1が停止している状態において、ねじりコイルばね4の中領域の外周面と第1回転体2の環状面2bとの間に隙間M1があるため、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばね4を容易に拡径変形させることができる。
また、L1≦M1であることにより、ねじりコイルばねの拡径方向のねじり角度が大きくなって、ねじりコイルばねの前端側領域(他端側領域)4bの外周面が第2回転体3の外筒部3bの内周面に当接した場合には、それとほぼ同時、または、それよりもさらにねじり角度が大きくなったときに、ねじりコイルばね4の中領域の外周面が第1回転体2の環状面2bに当接する。これにより、ねじりコイルばね4のそれ以上の拡径変形を規制でき、ねじりコイルばね4の破損を防止できる。また、ねじりコイルばね4の外周面が回転体2、3に当接することで、ねじりコイルばね4の有効巻数が段階的に変化するため、3つ以上のばね定数を有するプーリ構造体にすることができる。
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態のプーリ構造体101について説明する。なお、上述の第1実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
本実施形態のプーリ構造体101は、第1実施形態と同様に、補機駆動システムのオルタネータの駆動軸に設置される。図5〜図7に示すように、プーリ構造体101は、ベルトBが巻き掛けられる略筒状の第1回転体102と、第1回転体102の内側に回転軸を同一に配置される略筒状の第2回転体103と、ねじりコイルばね104と、エンドキャップ5とを備えている。
第1回転体102は、ベルトBが巻き掛けられる筒本体102aと、筒本体102aの内側に配置され、筒本体102aよりも軸方向長さが短い内筒部102bとを有する。第2回転体103は、オルタネータの駆動軸(図示省略)に外嵌固定される筒本体103aと、筒本体103aの前端部の外側に配置された外筒部103bとを有する。第1回転体102と第2回転体103は、第1実施形態と同様に、2つの軸受6、7によって相対回転可能に連結されている。
第1回転体102と第2回転体103との間であって、転がり軸受6よりも前方には、ねじりコイルばね104が収容されるばね収容空間108が形成されている。ばね収容空間108は、第1回転体102の筒本体102aの内周面および第2回転体103の外筒部103bの内周面と、第1回転体102の内筒部102bの外周面および第2回転体103の筒本体103aの外周面との間に形成された空間である。
第1回転体102の内筒部102bの外径は、第2回転体103の筒本体103aのばね収容空間108内の部分の外径よりも大きい。以下、第1回転体102の内筒部102bの外周面を、接触面102cという。
ばね収容空間108内において、第1回転体102の筒本体102aの内径は、後方に向かって2段階で小さくなっている。最も小さい内径を有する部分の内周面を環状面102dとし、2番目に小さい内径を有する部分の内周面を環状面102eとする。
第2回転体103の外筒部103bの内径は、第1回転体102の筒本体102aの環状面102dの径よりも小さい。以下、第2回転体103の外筒部103bの内周面を、圧接面103cという。
第1実施形態と同様に、ねじりコイルばね104は、左巻きであり、外力を受けていない状態において、全長にわたって径が一定である。また、ねじりコイルばね104は、前端側領域(一端側領域)、中領域、及び後端側領域(他端側領域)104bを有する。また、外力を受けていない状態でのねじりコイルばね104の外径は、第2回転体103の圧接面103cの内径よりも大きい。ねじりコイルばね104は、前端側領域が縮径された状態で、ばね収容空間108に収容されており、ねじりコイルばね104の前端側領域(一端側領域)の外周面は、ねじりコイルばね104の拡径方向の自己弾性復元力によって、第2回転体103の圧接面103cに押し付けられている。
また、プーリ構造体101が停止しており、ねじりコイルばね104の前端側領域(一端側領域)が自己弾性復元力によって外周面を圧接面103cに押し付けられた状態において、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bは、若干拡径された状態で第1回転体102の接触面102cと当接している。つまり、プーリ構造体101が停止している状態において、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bの内周面は、第1回転体102の接触面102cに押し付けられている。後端側領域(他端側領域)104bは、ねじりコイルばね104の後側先端(他端)から半周以上(回転軸回りに180°以上)の領域である。
また、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bの内周面が接触面102cに接触している状態において、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bの外周面と第1回転体102の筒本体102aの内周面(環状面102d)との間には、隙間L2が形成されている。
また、第1回転体102の環状面102eとねじりコイルばね104の中領域の外周面との間には、隙間M2が形成されている。ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bの内周面が接触面102cに接触している状態において、前記隙間M2は、前記隙間L2よりも大きい(L2<M2)。
また、図7に示すように、第1回転体102のばね収容空間108の後端部の位置には、ねじりコイルばね104の後端面104aと周方向に対向する円弧状の当接面102fが形成されている。
次に、プーリ構造体101の動作について説明する。
先ず、第1回転体102の回転速度が第2回転体103の回転速度より速くなった場合について説明する。この場合、第1回転体102は、第2回転体103に対して回転方向(図6および図7の矢印方向)と同じ方向に相対回転する。
第1回転体102の相対回転に伴って、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bが、第1回転体102の接触面102cとともに第2回転体103に対して相対回転する。これにより、ねじりコイルばね104は、拡径方向にねじれる。
ねじりコイルばね104の前端側領域の圧接面103cに対する圧接力は、ねじりコイルばね104のねじり角度が大きくなるほど増大する。
ねじりコイルばね104の拡径方向のねじり角度が所定の角度θ11(第1実施形態におけるθ1に相当)未満の場合には、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bの接触面102cに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干低下するものの、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bは接触面102cに圧接している。
ねじりコイルばね104の拡径方向のねじり角度が角度θ11以上(θ12未満)の場合には、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bは、圧接力がほぼゼロの状態で接触面102cに接触するか、もしくは、接触面102cから離間し、ねじりコイルばね104の後端面104aは、第1回転体102の当接面102fによって周方向に押圧される。したがって、ねじりコイルばね104は、その後端面104aのみで第1回転体102に固定されるため、ねじり角度が角度θ11未満の場合に比べて、ねじりコイルばね104の有効巻数が増加し、ばね定数が低下する。
また、ねじりコイルばね104の拡径方向のねじり角度が所定の角度θ12(第1実施形態におけるθ2に相当)になると、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bの外周面が、第1回転体102の筒本体102aの環状面102dに当接する。それとほぼ同時、または、それよりもさらにねじり角度が大きくなったときに、ねじりコイルばね104の中領域の外周面が、第1回転体102の筒本体102aの環状面102eに当接するか、もしくは、ねじり角度が限界角度に達することで、ねじりコイルばね104のそれ以上の拡径変形が規制され、第1回転体102と第2回転体103が一体的に回転する。これにより、ねじりコイルばね104の拡径変形による破損を防止できる。プーリ構造体が停止している状態における前記隙間L2、M2の大きさは、ねじりコイルばね104のばね定数、ねじり角度の限界角度等を含めた特性を考慮して設定される。
次に、第1回転体102の回転速度が第2回転体103の回転速度より遅くなった場合について説明する。この場合、第1回転体102は、第2回転体103に対して回転方向(図6および図7の矢印方向)と逆方向に相対回転する。
第1回転体102の相対回転に伴って、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bが、第1回転体102の接触面102cとともに第2回転体103に対して相対回転するため、ねじりコイルばね104は、縮径方向にねじれる。
ねじりコイルばね104の縮径方向のねじり角度が所定の角度θ13(第1実施形態におけるθ3に相当)未満の場合には、ねじりコイルばね104の前端側領域の圧接面103cに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干低下するものの、ねじりコイルばね104の前端側領域は圧接面103cに圧接している。また、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bの接触面102cに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干増大する。
ねじりコイルばね104の縮径方向のねじり角度が角度θ13以上の場合には、ねじりコイルばね104の前端側領域の圧接面103cに対する圧接力はほぼゼロとなり、ねじりコイルばね104の前端側領域は圧接面103cを周方向に摺動する。したがって、2つの回転体102、103の間でトルクは伝達されない。
本実施形態のプーリ構造体101は、第1実施形態のプーリ構造体1と同様に、2つの回転体102、103が相対回転した場合に、ねじりコイルばね104がねじれることによって回転変動を吸収できる。また、第1回転体102が第2回転体103よりも回転速度が速くなった場合に、ねじりコイルばね104の有効巻数を増加させてばね定数を低下させることができるため、相対回転時もコイルばねの両端部の内周面または外周面が回転体に固定される従来のプーリ構造体と比べて、コイルばねの巻き数を増やすことなく(プーリ構造体を大型化することなく)、ねじりコイルばね104の耐疲労性を向上させることができる。また、隙間L2、M2を設けたことにより、第1実施形態で述べた効果と同様の効果を得ることができる。
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態のプーリ構造体201について説明する。なお、上述の第1実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
本実施形態のプーリ構造体201は、第1実施形態と同様に、補機駆動システムのオルタネータの駆動軸に設置される。図8〜図10に示すように、プーリ構造体201は、ベルトBが巻き掛けられる略筒状の第1回転体202と、第1回転体202の内側に回転軸を同一に配置される略筒状の第2回転体203と、ねじりコイルばね204と、エンドキャップ5とを備えている。
第1回転体202は、ベルトBが巻き掛けられる筒本体202aと、筒本体202aの前端部の内側に配置された内筒部202bとを有する。第2回転体203は、オルタネータの駆動軸(図示省略)に外嵌固定される筒本体203aと、筒本体203aの外側に配置され、筒本体203aよりも軸方向長さが短い外筒部203bとを有する。
第1回転体202の筒本体202aの後端部の内周面と、第2回転体203の筒本体203aの外周面との間には、転がり軸受206が介設されており、第1回転体202の内筒部202bの内周面と、第2回転体203の筒本体203aの外周面との間には、滑り軸受207が介設されている。この2つの軸受206、207によって、第1回転体202と第2回転体203は相対回転可能に連結されている。
第1回転体202と第2回転体203との間であって、転がり軸受206よりも前方には、ねじりコイルばね204が収容されるばね収容空間208が形成されている。ばね収容空間208は、第1回転体202の筒本体202aの内周面および第2回転体203の外筒部203bの内周面と、第1回転体202の内筒部202bの外周面および第2回転体203の筒本体203aの外周面との間に形成された空間である。
第1回転体202の内筒部202bの外径は、第2回転体203の筒本体203aのばね収容空間208内の部分の外径よりも大きい。以下、第1回転体202の内筒部202bの外周面を、接触面202cという。
第2回転体203の外筒部203bの内径は、第1回転体202の筒本体202aのばね収容空間208内の部分の内径よりも小さい。以下、第2回転体203の外筒部203bの内周面を、圧接面203cという。
ねじりコイルばね204は、右巻き(軸方向先端に向かって時計回り)であり、外力を受けていない状態において、全長にわたって径が一定である。また、ねじりコイルばね204は、後端側領域(一端側領域)、中領域、及び前端側領域(他端側領域)204bを有する。また、外力を受けていない状態でのねじりコイルばね204の外径は、第2回転体203の圧接面203cの内径よりも大きい。ねじりコイルばね204は、後端側領域が縮径された状態で、ばね収容空間208に収容されており、ねじりコイルばね204の後端側領域(一端側領域)の外周面は、ねじりコイルばね204の拡径方向の自己弾性復元力によって、第2回転体203の圧接面203cに押し付けられている。
また、プーリ構造体201が停止しており、ねじりコイルばね204の後端側領域(一端側領域)が自己弾性復元力によって外周面を圧接面203cに押し付けられた状態において、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bは、若干拡径された状態で第1回転体202の接触面202cと当接している。つまり、プーリ構造体201が停止している状態において、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bの内周面は、第1回転体202の接触面202cに押し付けられている。前端側領域(他端側領域)204bは、ねじりコイルばね204の前側先端(他端)から半周以上(回転軸回りに180°以上)の領域である。
また、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bの内周面が接触面202cに接触している状態において、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bの外周面と、第1回転体202の筒本体202aの内周面との間には、隙間L3が形成されている。
また、ねじりコイルばね204の中領域の外周面と第1回転体202の筒本体202aの内周面との間には、隙間M3が形成されている。隙間M3は隙間L3とほぼ同じ大きさである。
また、図9に示すように、第1回転体202の前端部には、ねじりコイルばね204の前端面204aと周方向に対向する円弧状の当接面202dが形成されている。
次に、プーリ構造体201の動作について説明する。
先ず、第1回転体202の回転速度が第2回転体203の回転速度より速くなった場合について説明する。この場合、第1回転体202は、第2回転体203に対して回転方向(図9および図10の矢印方向)と同じ方向に相対回転する。
第1回転体202の相対回転に伴って、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bが、第1回転体202の接触面202cとともに第2回転体203に対して相対回転する。これにより、ねじりコイルばね204は、拡径方向にねじれる。
ねじりコイルばね204の後端側領域の圧接面203cに対する圧接力は、ねじりコイルばね204のねじり角度が大きくなるほど増大する。
ねじりコイルばね204の拡径方向のねじり角度が所定の角度θ21(第1実施形態におけるθ1に相当)未満の場合には、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bの接触面202cに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干低下するものの、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bは接触面202cに圧接している。
ねじりコイルばね204の拡径方向のねじり角度が角度θ21以上(角度θ22未満)の場合には、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bは、圧接力がほぼゼロの状態で接触面202cに接触するか、もしくは、接触面202cから離間し、ねじりコイルばね204の前端面204aは、第1回転体202の当接面202dによって周方向に押圧される。したがって、ねじりコイルばね204は、その前端面204aのみで第1回転体202に固定されるため、ねじり角度が角度θ21未満の場合に比べて、ねじりコイルばね204の有効巻数が増加し、ばね定数が低下する。
また、ねじりコイルばね204の拡径方向のねじり角度が所定の角度θ22(第1実施形態におけるθ2に相当)になると、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bが、第1回転体202の筒本体202aの内周面に押し付けられる。それとほぼ同時、または、それよりもさらにねじり角度が大きくなったときに、ねじりコイルばね204の中領域の外周面が、第1回転体202の筒本体202aの内周面に押し付けられるか、もしくは、ねじり角度が限界角度に達することで、ねじりコイルばね204のそれ以上の拡径変形が規制され、第1回転体202と第2回転体203が一体的に回転する。これにより、ねじりコイルばね204の拡径変形による破損を防止できる。プーリ構造体が停止している状態における前記隙間L3、M3の大きさは、ねじりコイルばね204のばね定数、ねじり角度の限界角度等の特性を考慮して設定される。
次に、第1回転体202の回転速度が第2回転体203の回転速度より遅くなった場合について説明する。この場合、第1回転体202は、第2回転体203に対して回転方向(図9および図10の矢印方向)と逆方向に相対回転する。
第1回転体202の相対回転に伴って、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bが、第1回転体202の接触面202cとともに第2回転体203に対して相対回転するため、ねじりコイルばね204は、縮径方向にねじれる。
ねじりコイルばね204の縮径方向のねじり角度が所定の角度θ23(第1実施形態におけるθ3に相当)未満の場合には、ねじりコイルばね204の後端側領域の圧接面203cに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干低下するものの、ねじりコイルばね204の後端側領域は圧接面203cに圧接している。また、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bの接触面202cに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干増大する。
ねじりコイルばね204の縮径方向のねじり角度が角度θ23以上の場合には、ねじりコイルばね204の後端側領域の圧接面203cに対する圧接力はほぼゼロとなり、ねじりコイルばね204の後端側領域は圧接面203cを周方向に摺動する。したがって、2つの回転体202、203の間でトルクは伝達されない。
本実施形態のプーリ構造体201は、第1実施形態のプーリ構造体1と同様に、2つの回転体202、203が相対回転した場合に、ねじりコイルばね204がねじれることによって回転変動を吸収できる。また、第1回転体202が第2回転体203よりも回転速度が速くなった場合に、ねじりコイルばね204の有効巻数を増加させてばね定数を低下させることができるため、相対回転時もコイルばねの両端部の内周面または外周面が回転体に固定される従来のプーリ構造体と比べて、コイルばねの巻き数を増やすことなく(プーリ構造体を大型化することなく)、ねじりコイルばね204の耐疲労性を向上させることができる。また、隙間L3、M3を設けたことにより、第1実施形態で述べた効果と同様の効果を得ることができる。
<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態のプーリ構造体301について説明する。なお、上述の第1実施形態または第3実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
本実施形態のプーリ構造体301は、第1実施形態と同様に、補機駆動システムのオルタネータの駆動軸に設置される。図11〜図13に示すように、プーリ構造体301は、ベルトBが巻き掛けられる略筒状の第1回転体302と、第1回転体302の内側に回転軸を同一に配置される略筒状の第2回転体303と、ねじりコイルばね304と、エンドキャップ5とを備えている。
第2回転体303の軸孔は、オルタネータの駆動軸(図示省略)に固定可能に形成されている。第1回転体302は、ベルトBが巻き掛けられる筒本体302aと、筒本体302aの前端部の内側に配置された内筒部302bとを有する。第1回転体302と第2回転体303は、第3実施形態と同様に、2つの軸受206、207によって相対回転可能に連結されている。
第1回転体302と第2回転体303との間であって、転がり軸受206よりも前方には、ねじりコイルばね304が収容されるばね収容空間308が形成されている。ばね収容空間308は、第1回転体302の筒本体302aの内周面と、第1回転体302の内筒部302bの外周面および第2回転体303の外周面との間に形成された空間である。
第1回転体302の筒本体302aは、前端部において、ばね収容空間308内のその他の部分よりも内径が小さくなっている。この部分の内周面を圧接面302cとする。また、第2回転体303は、ばね収容空間308の後端部の位置において、ばね収容空間308内のその他の部分よりも外径が大きくなっている。この部分の外周面を接触面303aとする。接触面303aの径は、第1回転体302の内筒部302bの外径よりも大きい。
第3実施形態と同様に、ねじりコイルばね304は、右巻きであり、外力を受けていない状態において、全長にわたって径が一定である。また、ねじりコイルばね304は、前端側領域(一端側領域)、中領域、及び後端側領域(他端側領域)304bを有する。また、外力を受けていない状態でのねじりコイルばね304の外径は、第1回転体302の圧接面302cの内径よりも大きい。ねじりコイルばね304は、前端側領域が縮径された状態で、ばね収容空間308に収容されており、ねじりコイルばね304の前端側領域(一端側領域)の外周面は、ねじりコイルばね304の拡径方向の自己弾性復元力によって、第1回転体302の圧接面302cに押し付けられている。
また、プーリ構造体301が停止しており、ねじりコイルばね304の前端側領域(一端側領域)が自己弾性復元力によって外周面を圧接面302cに押し付けられた状態において、ねじりコイルばね304の後端側領域(他端側領域)304bは、若干拡径された状態で第2回転体303の接触面303aと当接している。つまり、ねじりコイルばね304の後端側領域(他端側領域)304bの内周面は、第2回転体303の接触面303aに押し付けられている。後端側領域(他端側領域)304bは、ねじりコイルばね304の後側先端(他端)から半周以上(回転軸回りに180°以上)の領域である。
また、ねじりコイルばね304の後端側領域(他端側領域)304bの内周面が接触面303aに接触している状態において、ねじりコイルばね304の後端側領域(他端側領域)304bの外周面と第1回転体302の筒本体302aの内周面との間には、隙間L4が形成されている。
また、ねじりコイルばね304の中領域の外周面と第1回転体302の筒本体302aの内周面との間には、隙間M4が形成されている。隙間M4は隙間L4とほぼ同じ大きさである。
また、図13に示すように、第2回転体303のばね収容空間308の後端部の位置には、ねじりコイルばね304の後端面304aと周方向に対向する円弧状の当接面303bが形成されている。
次に、プーリ構造体301の動作について説明する。
先ず、第1回転体302の回転速度が第2回転体303の回転速度より速くなった場合について説明する。この場合、第1回転体302は、第2回転体303に対して回転方向(図12および図13の矢印方向)と同じ方向に相対回転する。
第1回転体302の相対回転に伴って、ねじりコイルばね304の前端側領域が、第1回転体302の圧接面302cとともに第2回転体303に対して相対回転する。これにより、ねじりコイルばね304は、拡径方向にねじれる。
ねじりコイルばね304の前端側領域の圧接面302cに対する圧接力は、ねじりコイルばね304のねじり角度が大きくなるほど増大する。
ねじりコイルばね304の拡径方向のねじり角度が所定の角度θ31(第1実施形態におけるθ1に相当)未満の場合には、ねじりコイルばね304の後端側領域(他端側領域)304bの接触面303aに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干低下するものの、ねじりコイルばね304の後端側領域(他端側領域)304bは接触面303aに圧接している。
ねじりコイルばね304の拡径方向のねじり角度が角度θ31以上(角度θ32未満)の場合には、ねじりコイルばね304の後端側領域(他端側領域)304bは、圧接力がほぼゼロの状態で接触面303aに接触するか、もしくは、接触面303aから離間し、ねじりコイルばね304の後端面304aは、第2回転体303の当接面303bを周方向に押圧する。したがって、ねじりコイルばね304は、その後端面304aのみで第2回転体303に固定されるため、ねじり角度が所定の角度θ31未満の場合に比べて、ねじりコイルばね304の有効巻数が増加し、ばね定数が低下する。
また、ねじりコイルばね304の拡径方向のねじり角度が所定の角度θ32(第1実施形態におけるθ2に相当)になると、ねじりコイルばね304の後端側領域(他端側領域)304bが、第1回転体302の内周面に押し付けられる。それとほぼ同時、または、それよりもさらにねじり角度が大きくなったときに、ねじりコイルばね304の中領域の外周面が、第1回転体302の内周面に押し付けられるか、もしくは、ねじり角度が限界角度に達することで、ねじりコイルばね304の拡径変形が規制され、第1回転体302と第2回転体303が一体的に回転する。これにより、ねじりコイルばね304の拡径変形による破損を防止できる。プーリ構造体が停止している状態における前記隙間L4、M4の大きさは、ねじりコイルばね304のばね定数、ねじり角度の限界角度等の特性を考慮して設定される。
次に、第1回転体302の回転速度が第2回転体303の回転速度より遅くなった場合について説明する。この場合、第1回転体302は、第2回転体303に対して回転方向(図12および図13の矢印方向)と逆方向に相対回転する。
第1回転体302の相対回転に伴って、ねじりコイルばね304の前端側領域が、第1回転体302の圧接面302cとともに第2回転体303に対して相対回転するため、ねじりコイルばね304は、縮径方向にねじれる。
ねじりコイルばね304の縮径方向のねじり角度が所定の角度θ33(第1実施形態におけるθ3に相当)未満の場合には、ねじりコイルばね304の前端側領域の圧接面302cに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干低下するものの、ねじりコイルばね304の前端側領域は圧接面302cに圧接している。また、ねじりコイルばね304の後端側領域(他端側領域)304bの接触面303aに対する圧接力は、ねじり角度がゼロの場合に比べて若干増大する。
ねじりコイルばね304の縮径方向のねじり角度が角度θ33以上の場合には、ねじりコイルばね304の前端側領域の圧接面302cに対する圧接力はほぼゼロとなり、ねじりコイルばね304の前端側領域は圧接面302cを周方向に摺動する。したがって、2つの回転体302、303の間でトルクは伝達されない。
本実施形態のプーリ構造体301は、第1実施形態のプーリ構造体1と同様に、2つの回転体302、303が相対回転した場合に、ねじりコイルばね304がねじれることによって回転変動を吸収できる。また、第1回転体302が第2回転体303よりも回転速度が速くなった場合に、ねじりコイルばね304の有効巻数を増加させてばね定数を低下させることができるため、相対回転時もコイルばねの両端部の内周面または外周面が回転体に固定される従来のプーリ構造体と比べて、コイルばねの巻き数を増やすことなく(プーリ構造体を大型化することなく)、ねじりコイルばね304の耐疲労性を向上させることができる。また、隙間L4、M4を設けたことにより、第1実施形態で述べた効果と同様の効果を得ることができる。
<第5実施形態>
次に、本発明の第5実施形態のプーリ構造体401について説明する。図14に示すように、本実施形態のプーリ構造体401は、第2回転体403の構成が第1実施形態の第2回転体3と異なっており、その他の構成は第1実施形態と同様である。なお、第1実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
第2回転体403は、第1実施形態の筒本体3aと同様に構成された筒本体403aと、外筒部403bとを有する。また、第2回転体403は、筒本体403aと外筒部403bとの連結部分に、第1実施形態の当接面3dと同様の構成の当接面403dを有する。本実施形態の外筒部403bは、内周面の形状が、第1実施形態の外筒部3bと異なっており、その他の構成は第1実施形態の外筒部3bと同様である。
外筒部403bの内周面には、径方向内側に向かって突出する支持突起部403eが設けられている。支持突起部403eは、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの外周面と対向している。支持突起部403eは、当接面403dから回転軸回りに90°離れた位置を含む領域に配置されている。なお、図14では、当接面403dから回転軸回りに90°離れた位置が、支持突起部403eのほぼ周方向中央部となっているが、周方向中央部でなくてもよい。
支持突起部403eは、当接面403dから周方向に離れている。支持突起部403eの当接面403dから遠い方の端部と、当接面403dとの回転軸回りになす角度α1は、315°以下が好ましい。なお、図14では角度α1は、約110°であって、支持突起部403eの角度(支持突起部403eの当接面403dから遠い方の端部と当接面403dに近いほうの端部が、回転軸回りになす角度)β1は、約35°となっている。
第1実施形態と同様に、プーリ構造体401が停止している状態において、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの内周面は、第2回転体403の接触面403c(筒本体403aの前端部の外周面)に押し付けられている。ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bのうち、前端面4aから回転軸回りに90°離れた位置付近を第2領域4b2とし、第2領域4b2よりも前端面4a側の部分を第1領域4b1とし、残りの部分を第3領域4b3とする。第2領域4b2は、支持突起部403eと対向している。
プーリ構造体401が停止している状態において、ねじりコイルばね4の第2領域4b2の外周面と支持突起部403eとの間には、隙間(第3隙間)P1が形成されている。また、ねじりコイルばね4の第1領域4b1および第3領域4b3の外周面と、外筒部403bの内周面との間には、それぞれ隙間(第4隙間)Q1が形成されている。隙間P1は隙間Q1よりも小さい。
次に、プーリ構造体401の動作について説明する。
先ず、第1回転体2の回転速度が第2回転体403の回転速度より速くなった場合、即ち、第1回転体2が加速する場合について説明する。この場合、第1回転体2は、第2回転体403に対して回転方向(図14の矢印方向)と同じ方向に相対回転する。
第1回転体2の相対回転に伴って、ねじりコイルばね4の後端側領域が、第1回転体2の圧接面2aとともに第2回転体403に対して相対回転する。これにより、ねじりコイルばね4は、拡径方向にねじれる。
第1実施形態と同様に、ねじりコイルばね4の後端側領域の圧接面2aに対する圧接力は、ねじりコイルばね4のねじり角度が大きくなるほど増大する。
ねじりコイルばね4の前端面4aから回転軸回りに90°離れた位置付近(第2領域4b2)は、最もねじり応力を受けやすいため、ねじり角度が大きくなると、ねじりコイルばね4の第2領域4b2が接触面403cから離れる。このとき、第1領域4b1と第3領域4b3は接触面403cに圧接している。第2領域4b2が接触面403cから離れるとほぼ同時、または、それよりもねじり角度が大きくなったときに、第2領域4b2の外周面は、支持突起部403eに当接する。
第2領域4b2の外周面が支持突起部403eに当接することにより、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの拡径変形が規制(抑制)されるため、ねじり応力が前端側領域(他端側領域)4b以外の巻部に分散される。特に、ねじりコイルばね4の後側の巻部にかかるねじり応力が増加する。これにより、ねじりコイルばね4の各巻部にかかるねじり応力の差を低減でき、ねじりコイルばね4全体で歪エネルギーを吸収できるため、局部的な疲労破壊を防止できる。
また、第3領域4b3の接触面403cに対する圧接力は、ねじり角度が大きくなるほど低下し、第2領域4b2が支持突起部403eに当接すると同時、または、それよりもねじり角度が大きくなったときに、第3領域4b3の接触面403cに対する圧接力はほぼゼロとなる。このときのねじり角度を角度φ1(例えば3°)とする。
ねじり角度が角度φ1を超えると、第3領域4b3の拡径変形により第3領域4b3は接触面403cから離れていくが、第3領域4b3と第2領域4b2の境界付近、即ち、支持突起部403eの当接面403dから遠い方の端部付近において、ねじりコイルばね4が湾曲(屈曲)することは無く、前端側領域(他端側領域)4bは円弧形状に維持される。つまり、前端側領域(他端側領域)4bは、支持突起部403eを摺動しやすい形状に維持されている。そのため、ねじり角度が大きくなって前端側領域(他端側領域)4bにかかるねじり応力が増加すると、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bは、第2領域4b2の支持突起部403eに対する圧接力、および、第1領域4b1の接触面403cに対する圧接力に抗して、周方向に移動(支持突起部403eと接触面403cを摺動)し、ねじりコイルばね4の前端面4aが、第2回転体403の当接面403dを押圧する。前端面4aが当接面403dを押圧することにより、2つの回転体2、403の間で確実にトルクを伝達できる。
このように、ねじりコイルばね4の拡径方向のねじり角度が角度φ1以上(角度φ2未満)の場合には、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bは、第3領域4b3が接触面403cから離間し(且つ外筒部403bの内周面に接触しておらず)、第2領域4b2が支持突起部403eに圧接されているため、ねじり角度がφ1未満の場合に比べて、ねじりコイルばね4の有効巻数が増加する。したがって、図4に示すように、ねじり角度がφ1を超えると、ばね定数(図4に示す直線の傾き)が低下する。なお、第1実施形態では、ねじり角度がθ1〜θ2のとき、前端側領域4bは前端面4aのみで第2回転体3に固定されているため、ねじり角度がφ1〜φ2のときの本実施形態のグラフの傾きは、ねじり角度がθ1〜θ2のときの第1実施形態のグラフの傾きよりも大きい(有効巻数が小さい)。
また、ねじり角度が所定の角度φ2(例えば45°)になると、ねじりコイルばね4の中領域の外周面が第1回転体2の環状面2bに当接するか、もしくは、ねじり角度が限界角度に達することで、ねじりコイルばね4のそれ以上の拡径変形が規制され、第1回転体2と第2回転体403が一体的に回転する。これにより、ねじりコイルばねの拡径変形による破損を防止できる。プーリ構造体が停止している状態における隙間P1、M1の大きさは、ねじりコイルばね4のばね定数、ねじり角度の限界角度等を含めた特性を考慮して設定される。
第1回転体2の回転速度が第2回転体403の回転速度より遅くなった場合の動作は、第1実施形態と同様である。
以上説明したように、本実施形態のプーリ構造体401は、第1実施形態のプーリ構造体1と同様に、2つの回転体2、403が相対回転した場合に、ねじりコイルばね4がねじれることによって回転変動を吸収できる。
プーリ構造体401が停止している状態では、ねじりコイルばね4は、後端側領域の外周面が拡径方向の自己弾性復元力によって第1回転体2に押し付けられ、前端側領域(他端側領域)4bの内周面が第2回転体403に接触していることで、2つの回転体2、403に固定されている。
2つの回転体2、403が相対回転して、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれた場合、前端側領域(他端側領域)4bの拡径変形によって、前端側領域(他端側領域)4bのうちの第3領域4b3の内周面が第2回転体403から離れるため、プーリ構造体401の停止時に比べて、ねじりコイルばね4の有効巻数が増加する。したがって、本実施形態のプーリ構造体401は、2つの回転体2、403が相対回転したときに、ねじりコイルばね4の有効巻数を増加させてばね定数を低下させることができるため、相対回転時もコイルばねの両端部の内周面または外周面が回転体に固定される従来のプーリ構造体と比べて、コイルばねの巻き数を増やすことなく(プーリ構造体を大型化することなく)、ねじりコイルばね4の耐疲労性を向上させることができる。
支持突起部403eを設けない場合、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれると、各巻部にかかるねじり応力は一定でなく、ねじりコイルばね4の前端の巻部にねじり応力が集中して、この巻部の拡径変形が最も大きくなるが、本実施形態では、支持突起部403eによって、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bの拡径変形を規制できるため、前端側領域(他端側領域)4bにねじり応力が集中するのを抑制でき、ねじりコイルばね4の各巻部にかかるねじり応力の差を小さくできる。その結果、ねじりコイルばね4の疲労破壊を防止できる。
また、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれた場合に、支持突起部403eは、ねじりコイルばね4の第2領域4b2の外周面に当接するため、ねじりコイルばね4の第3領域4b3の内周面を、第2回転体403の接触面403cから離間させることができる。つまり、ねじりコイルばね4の有効巻数を増加させるのに、支持突起部403eが邪魔にならない。
支持突起部403eを設けない場合、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれると、ねじりコイルばね4の前端面4aから回転軸回りに90°離れた位置付近にねじり応力が最も集中するが、本実施形態では、支持突起部403eが、当接面403dから回転軸回りに90°離れた位置を含むように配置されているため、ねじりコイルばね4の前端面4aから回転軸回りに90°離れた位置付近(第2領域4b2)にねじり応力が集中するのを防止できる。
支持突起部403eの、当接面403dから遠い方の端部と当接面403dとのなす角度α1が大きすぎる場合、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bと支持突起部403eとの接触面積が大きくなり、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bが支持突起部403eを摺動しにくくなる。そのため、ねじりコイルばね4の前端側領域(他端側領域)4bが支持突起部403eを摺動して、ねじりコイルばね4の前端面4aが第2回転体403の当接面403dに当接するときのねじり角度が大きくなるため、ねじりコイルばね4がそのねじり角度までの範囲で疲労しやすくなる。
本実施形態では、角度α1を315°以下とすることにより、ねじりコイルばね4の前端側領域4bが支持突起部403eを摺動するときのねじり角度が大きくなり過ぎるのを防止できる。
また、本実施形態では、第2回転体403が、ねじりコイルばね4の前端面4aと対向する当接面403dを有するため、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばね4の前端面4aを第2回転体403の当接面403dに当接させることで、ねじりコイルばね4を第2回転体403に固定できる。
また、本実施形態では、プーリ構造体401が停止している状態において、ねじりコイルばね4の第3領域4b3の外周面と、第2回転体403の外筒部403bの内周面との間に、隙間Q1があるため、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばね4の第3領域4b3を拡径変形させて第2回転体403の接触面403cから離間させることができる。
また、本実施形態では、プーリ構造体401が停止している状態において、ねじりコイルばね4の中領域の外周面と第1回転体2の環状面2bとの間に隙間M1があるため、ねじりコイルばね4が拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばね4を容易に拡径変形させることができる。
<第6実施形態>
次に、本発明の第6実施形態のプーリ構造体501について説明する。図15に示すように、本実施形態のプーリ構造体501は、第1回転体502の構成が第2実施形態の第1回転体102と異なっており、その他の構成は第2実施形態と同様である。なお、第2実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
第1回転体502は、筒本体502aと、第2実施形態の内筒部102bと同様に構成された内筒部502bとを有する。また、第1回転体502は、筒本体502aと内筒部502bとの連結部分に、第2実施形態の当接面102fと同様の構成の当接面502fを有する。本実施形態の筒本体502aは、内周面のうち、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bと対向する部分の形状が、第2実施形態の筒本体102aと異なっており、その他の構成は第2実施形態の筒本体102aと同様である。
筒本体502aの内周面のうち、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bと対向する部分には、径方向内側に向かって突出する支持突起部502gが設けられている。支持突起部502gは、当接面502fから回転軸回りに90°離れた位置を含む領域に配置されている。なお、図15では、当接面502fから回転軸回りに90°離れた位置が、支持突起部502gのほぼ周方向中央部となっているが、周方向中央部でなくてもよい。
支持突起部502gは、当接面502fから周方向に離れている。支持突起部502gの当接面502fから遠い方の端部と、当接面502fとの回転軸回りになす角度α2は、315°以下が好ましい。なお、図15では角度α2は、約110°であって、支持突起部502gの角度(支持突起部502gの当接面502fから遠い方の端部と当接面502fに近いほうの端部が、回転軸回りになす角度)β2は、約35°となっている。
第2実施形態と同様に、プーリ構造体501が停止している状態において、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bの内周面は、第1回転体502の接触面502c(内筒部502bの外周面)に押し付けられている。ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bのうち、後端面104aから回転軸回りに90°離れた位置付近を第2領域104b2とし、第2領域104b2よりも後端面104a側の部分を第1領域104b1とし、残りの部分を第3領域104b3とする。第2領域104b2は、支持突起部502gと対向している。
プーリ構造体501が停止している状態において、ねじりコイルばね104の第2領域104b2の外周面と支持突起部502gとの間には、隙間(第3隙間)P2が形成されている。また、ねじりコイルばね104の第1領域104b1および第3領域104b3の外周面と、筒本体502aの内周面との間には、それぞれ隙間(第4隙間)Q2が形成されている。隙間P2は隙間Q2よりも小さい。
次に、プーリ構造体501の動作について説明する。
先ず、第1回転体502の回転速度が第2回転体103の回転速度より速くなった場合について説明する。この場合、第1回転体502は、第2回転体103に対して回転方向(図15の矢印方向)と同じ方向に相対回転する。
第1回転体502の相対回転に伴って、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bが、第1回転体502の接触面502cとともに第2回転体103に対して相対回転する。これにより、ねじりコイルばね104は、拡径方向にねじれる。
第2実施形態と同様に、ねじりコイルばね104の前端側領域の圧接面103cに対する圧接力は、ねじりコイルばね104のねじり角度が大きくなるほど増大する。
ねじりコイルばね104の後端面104aから回転軸回りに90°離れた位置付近(第2領域104b2)は、最もねじり応力を受けやすいため、ねじり角度が大きくなると、ねじりコイルばね104の第2領域104b2が接触面502cから離れる。このとき、第1領域104b1と第3領域104b3は接触面502cに圧接している。第2領域104b2が接触面502cから離れるとほぼ同時、または、それよりもねじり角度が大きくなったときに、第2領域104b2の外周面は、支持突起部502gに当接する。
第2領域104b2の外周面が支持突起部502gに当接することにより、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bの拡径変形が規制(抑制)されるため、ねじり応力が後端側領域(他端側領域)104b以外の巻部に分散される。特に、ねじりコイルばね104の前側の巻部にかかるねじり応力が増加する。これにより、ねじりコイルばね104の各巻部にかかるねじり応力の差を低減でき、ねじりコイルばね104全体で歪エネルギーを吸収できるため、局部的な疲労破壊を防止できる。
また、第3領域104b3の接触面502cに対する圧接力は、ねじり角度が大きくなるほど低下し、第2領域104b2が支持突起部502gに当接するとほぼ同時、または、それよりもねじり角度が大きくなったときに、第3領域104b3の接触面502cに対する圧接力はほぼゼロとなる。このときのねじり角度を角度φ11(第5実施形態におけるφ1に相当)とする。
ねじり角度が角度φ11を超えると、第3領域104b3の拡径変形により第3領域104b3は接触面502cから離間して、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bは、第2領域104b2の支持突起部502gに対する圧接力、および、第1領域104b1の接触面502cに対する圧接力に抗して、周方向に移動(支持突起部502gと接触面502cを摺動)し、ねじりコイルばね104の後端面104aは、第1回転体502の当接面502fによって押圧される。
このように、ねじりコイルばね104の拡径方向のねじり角度が角度φ11以上(角度φ12未満)の場合には、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104bは、第3領域104b3が接触面502cから離間し(且つ筒本体502aの内周面に接触しておらず)、第2領域104b2が支持突起部502gに圧接されているため、ねじり角度がφ11未満の場合に比べて、ねじりコイルばね104の有効巻数が増加する。
また、ねじり角度が所定の角度φ12(第5実施形態におけるφ2に相当)になると、ねじりコイルばね104の中領域の外周面が第1回転体502の筒本体502aの内周面に当接するか、もしくは、ねじり角度が限界角度に達することで、ねじりコイルばね104のそれ以上の拡径変形が規制され、第1回転体502と第2回転体103が一体的に回転する。これにより、ねじりコイルばねの拡径変形による破損を防止できる。プーリ構造体が停止している状態における隙間P2、M2の大きさは、ねじりコイルばね104のばね定数、ねじり角度の限界角度等を含めた特性を考慮して設定される。
第1回転体502の回転速度が第2回転体103の回転速度より遅くなった場合の動作は、第2実施形態と同様である。
本実施形態のプーリ構造体501は、第5実施形態のプーリ構造体401と同様に、2つの回転体502、103が相対回転した場合に、ねじりコイルばね104がねじれることによって回転変動を吸収できる。また、第1回転体502が第2回転体103よりも回転速度が速くなった場合に、ねじりコイルばね104の有効巻数を増加させてばね定数を低下させることができるため、相対回転時もコイルばねの両端部の内周面または外周面が回転体に固定される従来のプーリ構造体と比べて、コイルばねの巻き数を増やすことなく(プーリ構造体を大型化することなく)、ねじりコイルばね104の耐疲労性を向上させることができる。また、支持突起部502gを設けたことにより、ねじりコイルばね104の後端側領域(他端側領域)104b(特に第2領域104b2)にねじり応力が集中するのを抑制でき、ねじりコイルばね104の疲労破壊を防止できる。その他、第5実施形態で述べた効果と同様の効果を得ることができる。
<第7実施形態>
次に、本発明の第7実施形態のプーリ構造体601について説明する。図16に示すように、本実施形態のプーリ構造体601は、第1回転体602の筒本体602aの構成が第3実施形態の第1回転体202の筒本体202aと異なっており、その他の構成は第3実施形態と同様である。なお、第3実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。
第1回転体602は、筒本体602aと、第3実施形態の内筒部202bと同様に構成された内筒部602bとを有する。また、第1回転体602は、筒本体602aと内筒部602bとの連結部分に、第3実施形態の当接面202dと同様の構成の当接面602dを有する。本実施形態の筒本体602aは、内周面のうち、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bと対向する部分の形状が、第3実施形態の筒本体202aと異なっており、その他の構成は第3実施形態の筒本体202aと同様である。
筒本体602aの内周面のうち、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bと対向する部分には、径方向内側に向かって突出する支持突起部602eが設けられている。支持突起部602eは、当接面602dから回転軸回りに90°離れた位置を含む領域に配置されている。なお、図16では、当接面602dから回転軸回りに90°離れた位置が、支持突起部602eのほぼ周方向中央部となっているが、周方向中央部でなくてもよい。
支持突起部602eは、当接面602dから周方向に離れている。支持突起部602eの当接面602dから遠い方の端部と、当接面602dとの回転軸回りになす角度α3は、315°以下が好ましい。なお、図16では角度α3は、約110°であって、支持突起部602eの角度(支持突起部602eの当接面602dから遠い方の端部と当接面602dに近いほうの端部が、回転軸回りになす角度)β3は、約35°となっている。
第3実施形態と同様に、プーリ構造体601が停止している状態において、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bの内周面は、第1回転体602の接触面602c(内筒部602bの外周面)に押し付けられている。ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bのうち、前端面204aから回転軸回りに90°離れた位置付近を第2領域204b2とし、第2領域204b2よりも前端面204a側の部分を第1領域204b1とし、残りの部分を第3領域204b3とする。第2領域204b2は、支持突起部602eに対向している。
プーリ構造体601が停止している状態において、ねじりコイルばね204の第2領域204b2の外周面と支持突起部602eとの間には、隙間(第3隙間)P3が形成されている。また、ねじりコイルばね204の第1領域204b1および第3領域204b3の外周面と、筒本体602aの内周面との間には、それぞれ隙間(第4隙間)Q3が形成されている。隙間P3は隙間Q3よりも小さい。
次に、プーリ構造体601の動作について説明する。
先ず、第1回転体602の回転速度が第2回転体203の回転速度より速くなった場合について説明する。この場合、第1回転体602は、第2回転体203に対して回転方向(図16の矢印方向)と同じ方向に相対回転する。
第1回転体602の相対回転に伴って、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bが、第1回転体602の接触面602cとともに第2回転体203に対して相対回転する。これにより、ねじりコイルばね204は、拡径方向にねじれる。
第3実施形態と同様に、ねじりコイルばね204の後端側領域の圧接面203cに対する圧接力は、ねじりコイルばね204のねじり角度が大きくなるほど増大する。
ねじりコイルばね204の前端面204aから回転軸回りに90°離れた位置付近(第2領域204b2)は、最もねじり応力を受けやすいため、ねじり角度が大きくなると、ねじりコイルばね204の第2領域204b2が接触面602cから離れる。このとき、第1領域204b1と第3領域204b3は接触面602cに圧接している。第2領域204b2が接触面602cから離れるとほぼ同時、または、それよりもねじり角度が大きくなったときに、第2領域204b2の外周面は、支持突起部602eに当接する。
第2領域204b2が支持突起部602eに当接することにより、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bの拡径変形が規制(抑制)されるため、ねじり応力が前端側領域(他端側領域)204b以外の巻部に分散される。特に、ねじりコイルばね204の後側の巻部にかかるねじり応力が増加する。これにより、ねじりコイルばね204の各巻部にかかるねじり応力の差を低減でき、ねじりコイルばね204全体で歪エネルギーを吸収できるため、局部的な疲労破壊を防止できる。
また、第3領域204b3の接触面602cに対する圧接力は、ねじり角度が大きくなるほど低下し、第2領域204b2が支持突起部602eに当接するとほぼ同時、または、それよりもねじり角度が大きくなったときに、第3領域204b3の接触面602cに対する圧接力はほぼゼロとなる。このときのねじり角度を角度φ21(第5実施形態におけるφ1に相当)とする。
ねじり角度が角度φ21を超えると、第3領域204b3の拡径変形により第3領域204b3は接触面602cから離間して、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bは、第2領域204b2の支持突起部602eに対する圧接力、および、第1領域204b1の接触面602cに対する圧接力に抗して、周方向に移動(支持突起部602eと接触面602cを摺動)し、ねじりコイルばね204の前端面204aは、第1回転体602の当接面602dによって押圧される。
このように、ねじりコイルばね204の拡径方向のねじり角度が角度φ21以上(角度φ22未満)の場合には、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204bは、第3領域204b3が接触面602cから離間し(且つ筒本体602aの内周面に接触しておらず)、第2領域204b2が支持突起部602eに圧接されているため、ねじり角度がφ21未満の場合に比べて、ねじりコイルばね204の有効巻数が増加する。
また、ねじり角度が所定の角度φ22(第5実施形態におけるφ2に相当)になると、ねじりコイルばね204の中領域の外周面が第1回転体602の筒本体602aの内周面に当接するか、もしくは、ねじり角度が限界角度に達することで、ねじりコイルばね204のそれ以上の拡径変形が規制され、第1回転体602と第2回転体203が一体的に回転する。これにより、ねじりコイルばねの拡径変形による破損を防止できる。プーリ構造体が停止している状態における隙間P3、M3の大きさは、ねじりコイルばね204のばね定数、ねじり角度の限界角度等を含めた特性を考慮して設定される。
第1回転体602の回転速度が第2回転体203の回転速度より遅くなった場合の動作は、第3実施形態と同様である。
本実施形態のプーリ構造体601は、第5実施形態のプーリ構造体401と同様に、2つの回転体602、203が相対回転した場合に、ねじりコイルばね204がねじれることによって回転変動を吸収できる。また、第1回転体602が第2回転体203よりも回転速度が速くなった場合に、ねじりコイルばね204の有効巻数を増加させてばね定数を低下させることができるため、相対回転時もコイルばねの両端部の内周面または外周面が回転体に固定される従来のプーリ構造体と比べて、コイルばねの巻き数を増やすことなく(プーリ構造体を大型化することなく)、ねじりコイルばね204の耐疲労性を向上させることができる。また、支持突起部602eを設けたことにより、ねじりコイルばね204の前端側領域(他端側領域)204b(特に第2領域204b2)にねじり応力が集中するのを抑制でき、ねじりコイルばね204の疲労破壊を防止できる。その他、第5実施形態で述べた効果と同様の効果を得ることができる。
<第5〜第7実施形態の変形例1>
上記第5〜第7実施形態では、一つの支持突起部が所定の位置に設けられている。ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合、ねじりコイルばねの第2領域の外周面が支持突起部に当接することにより、ねじりコイルばねの他端側領域の拡径変形が抑制され、ねじり応力が他端側領域以外の巻部にも分散される。
連結するエンジンのトルクが小さい場合、角度α(支持突起部が形成されている領域の当接面から遠い方の端部と、前記当接面との回転軸回りになす角度)は、135°以下程度でよい。しかしながら、エンジンの種類によっては大きなトルクがプーリに入力されるため、上記第5〜7実施形態に示したような、角度α=110°かつ角度β(支持突起部の当接面から遠い方の端部と当接面に近いほうの端部が、回転軸回りになす角度)=35°程度の規制範囲の支持突起では、ねじりコイルばねの拡径変形を十分に抑制できない。したがって、エンジンの種類によって過大なトルクがプーリに入力されても、ねじりコイルばねの拡径変形を確実に規制させるためには、角度αを315°以下にまで拡大することが好ましいことが、種々の実験結果から明らかになった。
支持突起部の角度αを315°以下にまで拡大する手法として、例えば、支持突起部を、上記第5〜7実施形態より回転軸回りに当接面から遠い方向にさらに延在させる方法と、間隔を隔てて支持突起部を複数箇所設ける方法がある。
支持突起部を、上記第5〜第7実施形態より回転軸回りに当接面から遠い方向にさらに延在させる場合、支持突起部の角度βが大きくなりすぎ、ねじりコイルばねの他端側領域と支持突起部との接触面積が大きくなる。その結果、摺動(摩擦)抵抗が増え、ねじりコイルばねのねじり角度が増し、トルク特性(トルクカーブ)や耐久性に影響を及ぼすおそれがある。したがって、この形態の場合、トルク特性(トルクカーブ)や耐久性に影響を及ぼさないように、角度αの好ましい範囲は180°以下程度であり、より好ましくは45°以上180°以下程度である。角度αが45°未満では、ねじりコイルばねの他端側領域と支持突起部との接触面積が僅かしか得られないため、ねじりコイルばねの拡径変形の規制効果が乏しい。
支持突起部の角度αが180°を超え大きくなりすぎる場合には、摺動(摩擦)抵抗の増大によるトルク特性(トルクカーブ)や耐久性への影響を避けるために、支持突起部を回転軸回りに複数箇所(少なくとも2ケ所)に分ける形態を採用することが好ましい。こうすれば、摺動(摩擦)抵抗の増大を最小限に抑制し、トルク特性(トルクカーブ)や耐久性が良好なプーリ構造体を実現できる。具体的な例としては、支持突起部を2ケ所配置し、一方を当接面から回転軸回りに90°離れた位置を含む領域に設け、他方を当接面から回転軸回りに270°離れた位置を含む領域に設けてもよい。なお、支持突起部の大きさ(角度β)については、例えばβ=90°であるが、プーリに入力されるねじりトルクの大きさに起因する摺動(摩擦)抵抗が過度とならない程度に適宜設定される。
<第5〜第7実施形態の変形例2>
上記第5〜第7実施形態では、2つの回転体の片方に規制手段(支持突起部403e、502g、602e)が形成されているが、規制手段(少なくとも一つの支持突起部等)はねじりコイルばね側に設けてもよい。具体的には、ねじりコイルばねの前記他端側領域における外周側に径方向外側に向かって突出した、少なくとも一つの支持突起部を形成させることができる。例えば、外周側に突出するようにねじりコイルばねの前記他端側領域における外周面に、C形金具をカシメ止め、特には、ロウ付けすることにより実現される。この場合、回転体に径方向内側に向かって突出した支持突起部を設ける場合と同様、ねじりコイルばねの拡径変形を規制する効果が得られる。
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の第1〜第7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変更が可能である。
上記第1〜第7実施形態では、当接面3d、102f、202d、303b、403d、502f、602dは、円弧状に形成されているが、円弧状でなくてもよい。例えば、当接面は、径方向に沿って形成されていてもよい。また例えば、当接面は、内周側部分が、径方向に対して傾斜した直線状または円弧状に形成されており、外周側部分が、径方向に沿って形成されていてもよい。
また、上記第1〜第7実施形態では、プーリ構造体が停止している状態において、ねじりコイルばねの端部が、圧接面または接触面に対して、半周以上にわたって圧接するように構成されているが(図1、5、8、11等参照)、圧接(又は接触)範囲の長さは、これより短くても長くてもよい。
また、上記第1〜第7実施形態では、ねじりコイルばねの線材の断面は、正方形状であるが(図1、5、8、11参照)、これに限定されるものではなく、長方形状や円形状であってもよい。
また、上記第1〜第7実施形態では、ねじりコイルばねの巻き数は4であるが(図1、5、8、11参照)、これより多くても少なくてもよい。
また、上記第1〜第7実施形態では、外力を受けていない状態のねじりコイルばねの径は、全長にわたって一定であるが、一定でなくてもよい。即ち、接触面3c、102c、202c、303aの外径>ねじりコイルばね4、104、204、304の内径、かつ圧接面2a、103c、203c、302cの内径<ねじりコイルばね4、104、204、304の外径の関係を維持するばねの外観形状であればよい。
上記第5〜第7実施形態では、支持突起部403e、502g、602eは、当接面403d、502f、602dから周方向に離れているが、支持突起部が当接面まで延びていてもよい。つまり、角度β1、β2、β3が、角度α1、α2、α3と同じであってもよい。
上記第5〜第7実施形態では、プーリ構造体が停止している状態で、支持突起部403e、502g、602eとねじりコイルばねの外周面との間に隙間P1、P2、P3が形成されているが、プーリ構造体が停止している状態で、支持突起部とねじりコイルばねの外周面とが接していてもよい。この場合も、上記第5〜第7実施形態と同様の効果が得られる。また、この変更例では、ねじりコイルばねの第2領域にねじり応力が集中するのをより確実に防止できる。
上記第5〜第7実施形態では、ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、ねじりコイルばねの第1領域および第3領域の外周面は回転体に当接しないが、隙間Q1、Q2、Q3が上記実施形態よりも小さく、ねじりコイルばねの端面が当接面403d、502f、602dに当接した後で、ねじりコイルばねの第1領域および第3領域の外周面が回転体に当接するように構成されていてもよい。この場合、有効巻数が変化する回数が、上記第5〜第7実施形態よりも1回多くなる。
上記第1〜第7実施形態では、オルタネータの駆動軸に設置するプーリに、本発明のプーリ構造体を適用しているが、オルタネータ以外の補機の駆動軸に設置するプーリに本発明を適用してもよい。
本出願は、2012年6月20日付出願の日本特許出願2012−138978、及び2012年11月16日付出願の日本特許出願2012−252550に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1、101、201、301、401、501、601 プーリ構造体
2、102、202、302、502、602 第1回転体
2a、302c 圧接面(第1回転体)
2b、102d、102e 環状面
3、103、203、303、403 第2回転体
3a、103a、203a、403a 筒本体(第2回転体)
3b、103b、203b、403b 外筒部(第2回転体)
3c、303a、403c 接触面(第2回転体)
3d、303b、403d 当接面(第2回転体)
4、104、204、304 ねじりコイルばね
4a、204a 前端面
4b、204b 前端側領域(他端側領域)
4b1、204b1 第1領域
4b2、204b2 第2領域
4b3、204b3 第3領域
5 エンドキャップ
6、206 転がり軸受
7、207 滑り軸受
8、108、208、308 ばね収容空間
102a、202a、302a、502a、602a 筒本体(第1回転体)
102b、202b、302b、502b、602b 内筒部(第1回転体)
102c、202c、502c、602c 接触面(第1回転体)
102f、202d、502f、602d 当接面(第1回転体)
103c、203c 圧接面(第2回転体)
104a、304a 後端面
104b、304b 後端側領域(他端側領域)
104b1 第1領域
104b2 第2領域
104b3 第3領域
403e、502g、602e 支持突起部
B ベルト
L1、L2、L3、L4 隙間(第1隙間)
M1、M2、M3、M4 隙間(第2隙間)
P1、P2、P3 隙間(第3隙間)
Q1、Q2、Q3 隙間(第4隙間)

Claims (14)

  1. ベルトが巻き掛けられる筒状の第1回転体と、
    前記第1回転体の内側に、前記第1回転体に対して相対回転可能に設けられた第2回転体と、
    前記第1回転体と前記第2回転体との間の空間に収容されたねじりコイルばねとを備えたプーリ構造体であって、
    前記ねじりコイルばねが、一端側に、プーリ構造体が停止している状態において外周面が前記ねじりコイルばねの拡径方向の自己弾性復元力によって前記第1回転体と前記第2回転体の一方の回転体に接触している一端側領域;他端側に、プーリ構造体が停止している状態において内周面が他方の回転体に接触しており、且つ、外周面が2つの前記回転体のいずれにも接触しない他端側領域;及び、前記一端側領域と前記他端側領域の間に、プーリ構造体が停止している状態において外周面が2つの前記回転体のいずれにも接触しない中領域を有し、
    2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域のうち少なくとも周方向一部分の内周面が前記他方の回転体から離れる、プーリ構造体。
  2. 前記他方の回転体は、前記ねじりコイルばねの前記他端側の端面と周方向に対向する当接面を有しており、
    2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、前記ねじりコイルばねの前記他端側の端面が前記当接面に当たる、請求項1に記載のプーリ構造体。
  3. プーリ構造体が停止している状態において、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面と前記第1回転体または前記第2回転体との間に形成された第1隙間を有し、
    2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合、前記ねじりコイルばねの前記他端側の端面が前記当接面に当たった時点で、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面が、2つの前記回転体のいずれにも接しない、請求項2に記載のプーリ構造体。
  4. プーリ構造体が停止している状態において、前記ねじりコイルばねの前記中領域の外周面と前記第1回転体または前記第2回転体との間に形成された第2隙間を有する、請求項3に記載のプーリ構造体。
  5. 前記第1隙間の大きさが、前記第2隙間の大きさ以下である、請求項4に記載のプーリ構造体。
  6. 2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、前記ねじりコイルばねの前記他端側の端面が前記当接面に当たる前に前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の拡径変形を規制する、規制手段をさらに有する、請求項2に記載のプーリ構造体。
  7. 前記他方の回転体が前記規制手段を有する、請求項6に記載のプーリ構造体。
  8. 前記規制手段が、径方向内側に向かって突出しており、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の周方向一部分の外周面と対向する、少なくとも1つの支持突起部であって、
    2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面に前記少なくとも一つの支持突起部が当接することで、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の拡径変形が規制される、請求項7に記載のプーリ構造体。
  9. 前記支持突起部が形成されている領域が、前記当接面から回転軸回りに90°離れた位置を含む、請求項8に記載のプーリ構造体。
  10. 前記支持突起部が形成されている領域の前記当接面から遠い方の端部と、前記当接面との回転軸回りになす角度が、315°以下である、請求項9に記載のプーリ構造体。
  11. プーリ構造体が停止している状態において、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面と前記他方の回転体の前記支持突起部以外の部分との間に形成された第4隙間を有し、かつ前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面と前記支持突起部とが接しているか、若しくは前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の外周面と前記支持突起部との間に形成された、前記第4隙間より小さい第3隙間を有する、請求項8〜10のいずれか一項に記載のプーリ構造体。
  12. 前記ねじりコイルばねが前記規制手段を有する、請求項6に記載のプーリ構造体。
  13. 前記規制手段が、径方向外側に向かって突出しており、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の周方向一部分の外周面に存在する、少なくとも1つの支持突起部であって、
    2つの前記回転体の相対回転によって前記ねじりコイルばねが拡径方向にねじれた場合に、前記他方の回転体の内周面に前記少なくとも一つの支持突起部が当接することで、前記ねじりコイルばねの前記他端側領域の拡径変形が規制される、請求項12に記載のプーリ構造体。
  14. プーリ構造体が停止している状態において、前記ねじりコイルばねの前記中領域の外周面と、前記第1回転体または前記第2回転体との間に形成された第2隙間を有する、請求項6〜13のいずれか一項に記載のプーリ構造体。
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