JP6658101B2 - プーリユニット - Google Patents

Description

本発明は、プーリユニットに関する。

エンジンの回転動力は、エンジンのクランクシャフトからベルトを介して補機に伝達される。エンジンには、爆発に伴う回転変動が発生する。そのため、クランクシャフトを通じてベルトにも回転変動が生じる。ベルトの張力が不足する場合には、ベルトとプーリの間に異常な滑りが発生する。そのため、特許文献１のプーリユニットでは、プーリとハブの間にナットを挟み込み、ナットの軸方向両側に弾性体を設置することで、プーリの制振性能を高めている。制振性能の高いプーリユニットを用いることで、プーリの回転変動が抑制され、ベルトの張力を低く設定することが可能となる。これにより、機械的なロスが削減され、燃費が向上する。

特開２００４−２５７５３５号公報

プーリユニットの制振性能は、弾性体の大きさに依存する。弾性体の大きさが大きいほど制振性能は高くなる。弾性体の設置空間を大きくするためには、幅の小さいナットを用いることが好ましい。しかし、ナットの幅を小さくすると、ナットとハブの接続部の面圧が大きくなり、ナットを滑らかに変位させることができない。

本発明の目的は、高い制振性能を有するプーリユニットを提供することにある。

本発明の一態様に係るプーリユニットは、外周面に第一の歯を有する中空状のハブと、内周面に第一の溝を有し、軸受を介して前記ハブの外側に相対回転可能に支持された中空状のプーリと、内周面に前記第一の歯と噛み合う第二の溝を有し、外周面に前記第一の溝と噛み合う第二の歯を有し、前記ハブと前記プーリとが相対回転することにより軸方向に変位するナットと、前記ナットの前記軸方向一方側に配置され、前記ナットの前記軸方向の変位に伴って弾性変形する第一の弾性体と、前記ナットの前記軸方向他方側に配置され、前記ナットの前記軸方向の変位に伴って弾性変形する第二の弾性体と、を有し、前記ナットの外周面の幅は前記ナットの内周面の幅よりも小さい。

この構成によれば、ナットの幅が径方向に変化するため、ナットの幅が小さい部分に、第一の弾性体および第二の弾性体を設置するための大きな設置空間が形成される。よって、サイズの大きい第一の弾性体および第二の弾性体を用いることができ、制振性能に優れたプーリユニットが提供される。

上記の構成では、ナットの外周面の幅は内周面の幅よりも小さい。そのため、ナットの外周面の近傍に可動範囲の大きい弾性体を設置することができる。ナットの外周面は内周面よりも直径が大きいため、ナットとプーリとの接触部の面圧は、ナットとハブとの接触部の面圧よりも小さくなりやすい。そのため、ナットとプーリとの接触部の面圧をナットとハブとの接触部の面圧と同程度に小さくしつつ、ナットの外周面の幅を小さくすることができる。外周面の幅を小さくすることで、外周面の加工コストも低減される。

本発明によれば、高い制振性能を有するプーリユニットを提供することができる。

図１は、第一の実施形態に係るプーリユニットの断面図である。 図２は、プーリユニットの分解図である。 図３は、トルク伝達部の概略図である。 図４は、トルク伝達部の作用を説明する図である。 図５は、トルク伝達部の作用を説明する図である。 図６は、動力伝達機構の概略図である。 図７は、第二の実施形態に係るプーリユニットの断面図である。 図８は、ナットを変位させる軸方向の荷重と第一の弾性体および第二の弾性体の変形量との関係を示す図である。

発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

［第一の実施形態に係るプーリユニット］
図１は、第一の実施形態に係るプーリユニット１の断面図である。図２は、プーリユニット１の分解図である。

プーリユニット１は、エンジンの回転動力を補機に伝達する。また、プーリユニット１は、補機の回転動力をエンジンに伝達する。プーリユニット１は、補機のシャフトが挿入される中空状のハブ１０と、ハブ１０と同軸状に配置された中空状のプーリ１３と、を有する。プーリ１３の外周面には、ベルトを掛け渡すための複数のプーリ溝１３ａが設けられている。プーリ１３は、ベルトによって駆動され、軸ＡＸの周りに回転する。以下、軸ＡＸと平行な方向を「軸方向」という。

ハブ１０は、中空状の胴部１１と、胴部１１の軸方向一端側に設けられたフランジ部１２と、を有する。フランジ部１２は、胴部１１からプーリ１３側に突出している。フランジ部１２の上にはブッシュガイド２３を介してすべり軸受（軸受）２４が設置されている。すべり軸受２４は、フランジ部１２とプーリ１３との間に挟まれ、プーリ１３をハブ１０に対して相対回転可能に支持する。

胴部１１の軸方向他端側には、スペーサー１９が嵌められている。スペーサー１９は、止め輪２０によってハブ１０の外周面に固定され、ハブ１０と一体に回転する。スペーサー１９の上にはラジアル軸受（軸受）２１が設置されている。ラジアル軸受２１は、スペーサー１９とプーリ１３との間に挟まれ、プーリ１３をハブ１０に対して相対回転可能に支持する。

プーリ１３は、すべり軸受２４とラジアル軸受２１によって両端部が支持される。そのため、プーリ１３に傾きが生じにくい。すべり軸受２４は、フランジ部１２の外周面上に設置されているので、プーリユニット１の軸方向の長さを増大させない。そのため、プーリユニット１の軸方向の長さは短い。

フランジ部１２とスペーサー１９との間には、ナット１６が設けられている。ハブ１０は、外周面に第一の歯１０ａを有する。プーリ１３は、内周面に第一の溝１３ｂを有する。ナット１６は、内周面に第一の歯１０ａと噛み合う第二の溝１６ａを有し、外周面に第一の溝１３ｂと噛み合う第二の歯１６ｂを有する。

第一の歯１０ａおよび第二の溝１６ａは、例えば、軸方向に延びる。第一の溝１３ｂと第二の歯１６ｂは、例えば、軸ＡＸと交差する方向に延びる。第一の溝１３ｂは、ねじれ角度を持った溝である。ナット１６とハブ１０およびプーリ１３とは、第一の歯１０ａと第二の溝１６ａとが噛み合い、且つ、第一の溝１３ｂと第二の歯１６ｂとが噛み合った状態で軸方向に相対移動する。

第一の溝１３ｂの底の内径は、第一の溝１３ｂの形成位置よりも軸方向一端側（ラジアル軸受２１側）に位置するプーリ１３の内周面の内径よりも小さい。第一の溝１３ｂの形成位置よりも軸方向一端側に位置するプーリ１３の内周面には、第一の溝１３ｂの底よりも内径側に突出した構造物は存在しない。第一の溝１３ｂは、例えば、プーリ１３の軸方向一端側から挿入した工具によって、プーリ１３の内周面にブローチ加工を施すことにより形成される。ブローチ加工の作業性を高めるために、第一の溝１３ｂの底の内径は、第一の溝１３ｂの形成位置よりも他端側（フランジ部１２側）に位置するプーリ１３の内周面の内径よりも小さいことが好ましい。

ナット１６の外周面の幅Ｗ２はナット１６の内周面の幅Ｗ１よりも小さい。例えば、ナット１６は、ハブ１０と対向する内径部１７と、プーリ１３と対向する外径部１８と、を有する。外径部１８の軸方向の幅Ｗ２は内径部１７の軸方向の幅Ｗ１よりも小さい。外径部１８と内径部１７はＴ字状に交差している。外径部１８が薄くなると、外径部１８の外周面に設けられる第二の歯１６ｂの軸方向の長さが短くなる。歯が短いと加工量が減り、コストが下がる。

ナット１６とプーリ１３の接続部の面圧は接触部の面積に反比例する。そのため、直径が大きいナット１６の外周面の面圧はナット１６の内周面の面圧に比べて大きくなりにくい。また、ナット１６の外周面の歯数はナット１６の内周面の歯数よりも多くなる。そのため、ナット１６とプーリ１３の接続部の面積は、ナット１６とハブ１０の接続部の面積よりも大きくなり、さらに面圧が小さくなる。よって、ナット１６とプーリ１３との接触部の面圧をナット１６とハブ１０との接触部の面圧と同程度に小さくしつつ、ナット１６の外周面の幅Ｗ２を内周面の幅Ｗ１よりも小さくすることができる。

ナット１６の軸方向一方側には、第一の弾性体１４が配置されている。ナット１６の軸方向他方側には、第二の弾性体１５が配置されている。第一の弾性体１４は、例えば、外径部１８とフランジ部１２との間に挟まれ、ナット１６の軸方向の変位に伴って弾性変形する。第二の弾性体１５は、例えば、外径部１８とスペーサー１９との間に挟まれ、ナット１６の軸方向の変位に伴って弾性変形する。外径部１８の幅は小さいので、第一の弾性体１４および第二の弾性体１５として、可動範囲の大きい弾性部材が外径部１８の側方に設置されている。第一の弾性体１４とフランジ部１２との間には、シム２２が挟まれている。

第一の弾性体１４および第二の弾性体１５は、例えば、皿ばねである。しかし、第一の弾性体１４および第二の弾性体１５はこれに限られない。例えば、第一の弾性体１４および第二の弾性体１５として、コイルばねやゴムなどが用いられてもよい。

ナット１６と第一の弾性体１４と第二の弾性体１５によって、トルク伝達部ＴＣが形成されている。トルク伝達部ＴＣは、プーリ１３またはハブ１０に入力されたトルクをナット１６の軸方向の変位に変換する。第一の弾性体１４と第二の弾性体１５のうち、ナット１６の変位方向に位置する弾性体は、ナット１６の変位に伴って弾性変形する。弾性体が弾性変形することにより、プーリ１３またはハブ１０に入力された駆動トルクの一部が弾性体に吸収される。弾性体に吸収されたトルクは熱などに変換される。また、弾性体の変形量に応じて、プーリ１３とハブ１０との間に回転位相差が生じ、従動するハブ１０またはプーリ１３の角速度が低減される。これにより、プーリユニット１に制振性能が付与される。また、プーリユニット１では、ナット１６が変位することにより、ハブ１０とプーリ１３とが相対回転しながら、ハブ１０とプーリ１３との間で動力伝達が行われる。

プーリ１３とハブ１０との間の空間Ｓは、グリースなどの潤滑剤（図示略）で満たされている。潤滑剤が外部に漏れないように、例えば、空間Ｓのフランジ部１２側の端部はオイルシール２５で液密に塞がれている。

図３は、トルク伝達部ＴＣの概略図である。図４および図５は、トルク伝達部ＴＣの作用を説明する図である。

図３に示すように、ナット１６の外径部１８は、第一の弾性体１４と第二の弾性体１５によって軸方向から挟まれている。第一の弾性体１４は、例えば、プーリ１３がハブ１０よりも大きな回転位相で回転するときに弾性変形する。第二の弾性体１５は、例えば、ハブ１０がプーリ１３よりも大きな回転位相で回転するときに弾性変形する。第一の弾性体１４の弾性係数ｋ１と第二の弾性体１５の弾性係数ｋ２は互いに異なる。なお、第一の弾性体１４および第二の弾性体１５として皿ばねを用いた本実施形態では、弾性係数は、バネ定数を意味する。

例えば、エンジンの回転動力をＩＳＧに伝達して発電を行う場合（従動時）には、プーリ１３の回転に追従してハブ１０が回転する。そのため、プーリ１３はハブ１０よりも大きな回転位相で回転する。ＩＳＧの回転動力によって車両の走行をアシストする場合（駆動時）には、ハブ１０の回転に追従してプーリ１３が回転する。そのため、ハブ１０はプーリ１３よりも大きな回転位相で回転する。

ＩＳＧがハブ１０を駆動する駆動トルクＦ１の大きさと、エンジンがプーリ１３を駆動する駆動トルクＦ２の大きさと、は異なる。そのため、相対的に大きい駆動トルクによって弾性変形する弾性体の弾性係数は、相対的に小さい駆動トルクによって弾性変形する弾性体の弾性係数よりも大きい。例えば、本実施形態では、従動時の駆動トルクＦ１は駆動時の駆動トルクＦ２よりも大きい。そのため、第一の弾性体１４の弾性係数ｋ１は第二の弾性体１５の弾性係数ｋ２よりも大きい。これにより、駆動時と従動時の双方で第一の弾性体１４および第二の弾性体１５の可動範囲を有効に使うことができる。駆動時と従動時で第一の弾性体１４と第二の弾性体１５の変形量にも偏りが生じにくくなる。よって、駆動時と従動時の双方において高い制振性能が発揮される。

［動力伝達機構］
図６は、プーリユニット１が適用される動力伝達機構１００の概略図である。

動力伝達機構１００は、複数のプーリＰと、アイドラーＩＤと、テンショナーＴＥと、ベルトＢと、を有する。本実施形態では、複数のプーリＰとして、クランクプーリ１０１と、ＩＳＧプーリ１０２と、ウォーターポンププーリ１０３と、コンプレッサープーリ１０４と、が設けられている。クランクプーリ１０１は、エンジンのクランクに接続されている。ＩＳＧプーリ１０２は、ＩＳＧに接続されている。ウォーターポンププーリ１０３は、ウォーターポンプに接続されている。コンプレッサープーリ１０４は、コンプレッサーに接続されている。

複数のプーリＰ、アイドラーＩＤおよびテンショナーＴＥには、無端状のベルトＢが掛け渡されている。エンジンの回転動力は、ベルトＢを介してＩＳＧ、ウォーターポンプおよびコンプレッサーに供給される。ベルトＢの張力はテンショナーＴＥによって調整されている。ＩＳＧプーリ１０２には、図１および図２に示したプーリユニット１の構成が適用されている。ＩＳＧは、ＩＳＧプーリ１０２に伝達されたエンジン回転動力を用いて発電を行うとともに、発進時には、バッテリーからの電力によってＩＳＧプーリ１０２を回転させ、車両の走行をアシストする。

上述した本実施形態のプーリユニット１では、ナット１６の幅が径方向に変化する。そのため、ナット１６の幅が小さい部分に、第一の弾性体１４および第二の弾性体１５を設置するための大きな設置空間が形成される。よって、サイズの大きい第一の弾性体１４および第二の弾性体１５を用いることができ、制振性能に優れたプーリユニット１が提供される。

本実施形態では、ナット１６の外周面の幅は内周面の幅よりも小さい。そのため、ナット１６の外周面の近傍に可動範囲の大きい弾性体を設置することができる。ナット１６の外周面は内周面よりも直径が大きいため、ナット１６とプーリ１３との接触部の面圧は、ナット１６とハブ１０との接触部の面圧よりも小さくなりやすい。そのため、ナット１６とプーリ１３との接触部の面圧をナット１６とハブ１０との接触部の面圧と同程度に小さくしつつ、ナット１６の外周面の幅を小さくすることができる。外周面の幅を小さくすることで、外周面の加工コストも低減される。

また、本実施形態のプーリユニット１では、第一の弾性体１４の弾性係数と第二の弾性体１５の弾性係数が互いに異なる。そのため、駆動時と従動時の双方で第一の弾性体１４および第二の弾性体１５の可動範囲を有効に使うことができる。よって、駆動時と従動時の双方において高い制振性能が発揮される。

［第二の実施形態に係るプーリユニット］
図７は、第二の実施形態に係るプーリユニット２の断面図である。図８は、ナット１６を変位させる軸方向の荷重Ｌと第一の弾性体３０および第二の弾性体３１の変形量Ｄとの関係を示す図である。図８では、プーリ１３がハブ１０よりも大きな回転位相で回転するときの荷重Ｌを正とし、ハブ１０がプーリ１３よりも大きな回転位相で回転するときの荷重Ｌを負としている。本実施形態において第一の実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態において第一の実施形態と異なる点は、第一の弾性体３０および第二の弾性体３１が、それぞれ弾性係数の異なる複数の弾性部材によって構成される点である。例えば、第一の弾性体３０は、第一の弾性部材２６と第二の弾性部材２８とを有する。第二の弾性体３１は、第三の弾性部材２７と第四の弾性部材２９とを有する。

第二の弾性部材２８は、第一の弾性部材２６よりも内径側（ハブ１０側）に配置されている。第四の弾性部材２９は、第三の弾性部材２７よりも内径側に配置されている。ナット１６の外径部１８は、例えば、第一の弾性部材２６と第三の弾性部材２７によって軸方向から挟まれている。ナット１６の内径部１７は、例えば、第二の弾性部材２８と第四の弾性部材２９によって軸方向から挟まれている。

第一の弾性部材２６の弾性係数ｋ１１は、例えば、第二の弾性部材２８の弾性係数ｋ１２よりも大きい。第三の弾性部材２７の弾性係数ｋ２１は、例えば、第四の弾性部材２９の弾性係数ｋ２２よりも大きい。第一の弾性部材２６と第三の弾性部材２７は、例えば、皿ばねであり、第二の弾性部材２８と第四の弾性部材２９は、例えば、コイルばねである。弾性係数ｋ１１と弾性係数ｋ２１は同じでもよいし異なっていてもよい。弾性係数ｋ１２と弾性係数ｋ２２は同じでもよいし異なっていてもよい。

第一の弾性体３０および第二の弾性体３１には、例えば、弾性部材どうしの摩擦を大きくするための表面処理が施されている。これにより、熱に変換されるトルクの量が大きくなり、制振性能が高まる。表面処理の一例としては、樹脂系の摩耗材料を弾性部材の表面にコーティングする処理などが挙げられる。

本実施形態のプーリユニット２では、荷重Ｌが大きくなるにしたがって、単位荷重あたりの第一の弾性体３０および第二の弾性体３１の変形量（柔軟性）が小さくなる。そのため、荷重Ｌが大きくなっても、第一の弾性体３０および第二の弾性体３１が潰れにくい。よって、荷重Ｌが大きい場合でも制振性能が維持される。荷重Ｌが小さい場合には、第一の弾性体３０および第二の弾性体３１が柔軟に変形する。そのため、高い制振性能が発揮される。

なお、本実施形態では、第一の弾性体３０および第二の弾性体３１が、それぞれ二つの弾性部材によって構成された。しかし、第一の弾性体３０および第二の弾性体３１を構成する弾性部材の数はこれに限定されない。第一の弾性体３０および第二の弾性体３１を構成する弾性部材の数は、三つ以上でもよい。また、弾性部材の種類も、皿ばねやコイルばねに限定されない。

１，２ プーリユニット
１０ ハブ
１０ａ 第一の歯
１２ フランジ部
１３ プーリ
１３ｂ 第一の溝
１４，３０ 第一の弾性体
１５，３１ 第二の弾性体
１６ ナット
１６ａ 第二の溝
１６ｂ 第二の歯
２１，２４ 軸受

Claims (1)

1. 外周面に第一の歯を有する中空状のハブと、
   内周面に第一の溝を有し、軸受を介して前記ハブの外側に相対回転可能に支持された中空状のプーリと、
   内周面に前記第一の歯と噛み合う第二の溝を有し、外周面に前記第一の溝と噛み合う第二の歯を有し、前記ハブと前記プーリとが相対回転することにより軸方向に変位するナットと、
   前記ナットの前記軸方向一方側に配置され、前記ナットの前記軸方向の変位に伴って弾性変形する第一の弾性体と、
   前記ナットの前記軸方向他方側に配置され、前記ナットの前記軸方向の変位に伴って弾性変形する第二の弾性体と、
   を有し、
   前記ナットの外周面の幅は前記ナットの内周面の幅よりも小さい
   プーリユニット。

Images