JP7439012B2 - プーリ構造体 - Google Patents
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Description
(A)コイルばねの端部の拡径力(拡径方向の自己弾性復元力)による場合(つまり、ばねの端部は、いずれの側も外回転体又は内回転体の内周面に圧接している態様)
(B)コイルばねの端部の縮径力(縮径方向の自己弾性復元力)による場合(つまり、ばねの端部は、いずれの側も外回転体又は内回転体の外周面に圧接している態様)
即ち、コイルばねの端部が外回転体又は内回転体に対して圧接する力(径方向)の向きは、一端側と他端側とにおいて同じである(なお、「逆向き」でもよい旨は、記載も言及も無い)。
(a)コイルばねの端部(一端側、他端側)のいずれの側も、外回転体又は内回転体に対する圧接力が増大し、外回転体又は内回転体と強く摩擦係合していくか、
(b)コイルばねの端部(一端側、他端側)のいずれの側も、外回転体又は内回転体に対する圧接力が低下し、外回転体又は内回転体と滑りだすか(係合解除していくか)、
のどちらかの状態((a)又は(b))となる。
即ち、コイルばねの端部は、一端側と他端側とにおいて、同じ作用(上記(a)又は(b))をもたらす、と考えられる。
前記外回転体の径方向内側に設けられ、前記外回転体と同一の回転軸を中心として前記外回転体に対して相対回転可能な内回転体と、
前記外回転体と前記内回転体との間に設けられ、前記回転軸に沿った軸方向に圧縮されているコイルばねと、を備えたプーリ構造体であって、
前記コイルばねは、
一端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において外周面が拡径方向の自己弾性復元力によって、前記外回転体及び前記内回転体の一方に、接触する一端側領域と、
他端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において内周面が縮径方向の自己弾性復元力によって、前記外回転体及び前記内回転体の他方に、接触する他端側領域と、
前記一端側領域及び前記他端側領域の間であって、前記外回転体と前記内回転体との相対回転時において前記外回転体及び前記内回転体のいずれにも接触しない自由部分である中領域と、を有し、
前記コイルばねが縮径方向にねじられ、前記外回転体と前記内回転体との間で所定以上のトルクが伝達された際、前記一端側領域の前記外周面は、前記外回転体及び前記内回転体の前記一方、に対して摺動し、
前記コイルばねが拡径方向にねじられ、前記外回転体と前記内回転体との間で所定以上のトルクが伝達された際、前記他端側領域の前記内周面は、前記外回転体及び前記内回転体の前記他方、に対して摺動する。
(a)コイルばねの一端側(一端側領域の外周面)及び他端側(他端側領域の内周面)の一方は、外回転体又は内回転体に対する圧接力が増大し、外回転体及び内回転体の一方と強く摩擦係合し、
(b)コイルばねの一端側(一端側領域の外周面)及び他端側(他端側領域の内周面)の他方は、外回転体又は内回転体に対する圧接力が低下し、外回転体及び内回転体の他方と滑りだす(係合解除していく)、
即ち、コイルばねの端部は、一端側と他端側とにおいて、真逆の作用(上記(a)且つ(b))をもたらす。
その結果、(i)通常トルク(設定されたスリップトルクに到達しない範囲の、コイルばねのねじりトルク)入力時、コイルばねは、双方向(拡径又は縮径方向)にねじり変形した際に、外回転体及び内回転体に係合して、外回転体と内回転体との間でトルクを伝達する。
一方、(ii)過大トルク(設定されたスリップトルク以上の、コイルばねのねじりトルク)入力時、コイルばねは、双方向(拡径又は縮径方向)において、外回転体と内回転体との間で所定以上のトルクが伝達された際に、外回転体又は内回転体と摺動する係合解除状態となって、外回転体と内回転体との間でのトルクの伝達を遮断する。
これにより、上記(i)、(ii)に示したように、コイルばね式のクラッチ機能(トルクの伝達又は遮断)を双方向(コイルばねの拡径方向、縮径方向)に確保できる(効果1)。
以下、本発明の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、自動車の補機駆動ベルトシステム(図示省略)において、オルタネータの駆動軸に設置される。なお、本発明のプーリ構造体1は、オルタネータ以外の補機の駆動軸に設置してもよい。
図1及び図6に示すように、プーリ構造体1は、外回転体2、内回転体3、コイルばね4(以下、単に「ばね4」という)、及び、エンドキャップ5を含む。以下、図1における右方を一端(後端)、左方を他端(前端)として説明する。エンドキャップ5は、外回転体2及び内回転体3の他端側(前端側)に配置されている。
・「双方向」とは、コイルばね4の拡径方向及び縮径方向、を指す場合や、2つの回転体(外回転体2と内回転体3)が相対回転する際の、正方向及び逆方向、を指す場合(下記(a)、(b))や、外回転体2と内回転体3との間のトルクの伝達方向が双方向(下記(i)と(ii))、という場合がある。
(a).外回転体2が内回転体3に対して同方向に相対回転する場合(正方向)(外回転体2が加速する場合)
(b).外回転体2が内回転体3に対して逆方向に相対回転する場合(逆方向)(外回転体2が減速する場合)
(i).内回転体3に入力されたトルクが、外回転体2へ伝達される場合(駆動プーリとなる場合)
(ii).外回転体2に入力されたトルクが、内回転体3へ伝達される場合(従動プーリとなる場合)
・「クラッチ係合部」とは、トルクを伝達又は遮断するためにクラッチ(コイルばね4)が係合又は係合解除する部分のこと。
・有効巻数とは、コイルばね4の全長からコイルばね4を固定している部分を除いた範囲の巻数のこと。有効巻数が大きいほど、ばね定数が小さくなる。
・通常トルクとは、設定されたスリップトルクに到達しない範囲の、コイルばね4のねじりトルクのこと。
・過大トルクとは、設定されたスリップトルク以上の、コイルばね4のねじりトルクのこと。
外回転体2及び内回転体3は、共に略円筒状であり、同一の回転軸を有する。外回転体2及び内回転体3の回転軸は、プーリ構造体1の回転軸であり、以下、単に「回転軸」という。また、回転軸方向を、単に「軸方向」という。内回転体3は、外回転体2の径方向の内側に設けられ、外回転体2に対して相対回転可能である。外回転体2の外周面に、ベルトが巻回される。
ばね4は、ばね線(ばね線材)を螺旋状に巻回(コイリング)して形成されたねじりコイルばねである。ばね4は、左巻き(前端から後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、全長に亘って径が一定である。ばね4の巻き数Nは、例えば6~10巻きである(本実施形態では、ばね4の巻き数Nは、8巻きである)。ばね4のばね線は、断面形状(回転軸を通り且つ回転軸と平行な方向に沿った断面形状)が台形状の台形線である。ばね線の断面における4つの角は、面取り形状(例えば、曲率半径0.3mm程度のR面、又は、C面)となっている。なお、ばね4の構成(ばねの外径等の構成)は、巻き数以外は、全て従来(後述する比較例1)と同じである
外力を受けていない状態でのばね4の外径は、圧接面aにおける外回転体2の内径よりも大きい。ばね4は、後端側領域Aが縮径された状態で、空間9に収容されている。プーリ構造体1が停止している状態で、ばね4における後端側領域Aの外周面は、ばね4の拡径方向の自己弾性復元力によって、圧接面aに押し付けられている。そのため、ばね4の後端側領域Aと圧接面a(クラッチ係合面a)との間(Aa間)は、ばねが拡径方向にねじり変形したとき、係合を強めるように作用し、ばねが縮径方向にねじり変形したとき、係合を解除するように作用する。
・縮径方向のスリップトルクTsa(設定値):-1N・m
*従来のトルクカーブ(図5(b)参照)におけるスリップトルクの大きさと同程度とした。
・後端側領域Aの巻き数:縮径方向におけるばね4のねじりトルクが上記スリップトルクTsaに到達しない範囲内では、ばね4(後端側領域A)と圧接面a(クラッチ係合面a)との間、Aa間を摩擦係合状態に維持できるよう、後端側領域Aの巻き数を従来と同程度に1~2巻きとした。
・圧接面a(クラッチ係合面a)の径方向長さ(外回転体2の内径):外力を受けていない状態でのばね4の外径100(指数)に対し、約99とした。
・圧接面a(クラッチ係合面a)の軸方向長さ:対向接触する上記ばね4(後端側領域A)の巻き数に対応する長さとした。
外力を受けていない状態でのばね4の内径は、圧接面bにおける内回転体3の外径よりも小さい。ばね4は、前端側領域Bが拡径された状態で、空間9に収容されている。プーリ構造体1が停止しており、ばね4における後端側領域Aの外周面が、ばね4の拡径方向の自己弾性復元力によって圧接面aに押し付けられた状態において、ばね4の前端側領域Bは、ばね4の縮径方向の自己弾性復元力によって圧接面bに押し付けられている。そのため、ばね4の前端側領域Bと圧接面b(クラッチ係合面b)との間(Bb間)は、ばね4が縮径方向にねじり変形したとき、係合を強めるように作用し、ばねが拡径方向にねじり変形したとき、係合を解除するように作用する。
・拡径方向のスリップトルクTsb(設定値):23N・m
*従来のトルクカーブ(図5(b)参照)においてロック機構が作動するときのねじりトルクと同水準に設定した。
*許容トルクTm1(図5(a))は、従来(図5(b)のTm0)と同様、20N・mとした。
・前端側領域Bの巻き数:拡径方向におけるばね4のねじりトルクが上記スリップトルクTsbに到達しない範囲内では、ばね4(前端側領域B)と圧接面b(クラッチ係合面b)との間、Bb間を摩擦係合状態に維持できるよう、前端側領域Bの巻き数を2~3巻きとした(なお、従来は1~2巻き)。
・圧接面b(クラッチ係合面b)の径方向長さ(内回転体3の外径):外力を受けていない状態でのばね4の内径100(指数)に対し、104とした。この水準は、ばね4の前端側領域Bの径方向位置(図1参照)が、従来ロック機構作動時のばねの中領域(自由部分)の径方向位置(図7)に略一致する水準である。
・圧接面b(クラッチ係合面b)の軸方向長さ:対向接触する上記ばね4(前端側領域B)の巻き数(2~3巻き)に対応する長さとした。
スリップトルク(N・m)(絶対値)の設定は、Tsb:23>>Tsa:1である。
同様に、圧接面b(クラッチ係合面b)の径方向長さ(内回転体3の外径)、軸方向長さは、プーリ構造体1に外力が付与されていない状態において、圧接面bに対する圧接力Fb(前端側領域Bの縮径方向の自己弾性復元力)の方が、圧接面aに対する圧接力Fa(後端側領域Aの拡径方向の自己弾性復元力)よりも顕著に大となるように設定されている。このように設定することにより、より好適に、エンジンの冷間始動時等において、外回転体2に過大なトルクが入力された際に、ベルト張力の過大な増加やベルト張力の過大な変動を効果的に抑制することができる。
ばね4は、プーリ構造体1に外力が作用していない状態(即ち、プーリ構造体1が停止した状態)において、軸方向に圧縮されている。ばね4の軸方向の圧縮率は、例えば、20%程度であってもよい。ばね4の前端側領域Bの軸方向端面の周方向一部分(前端から約1/4周(約90°))には、軸方向に圧縮されているばねの姿勢を安定させるために、座研面Beが形成されている(図6参照)。座研面Beは、研削加工が施されることによって形成された、ばね4の軸方向と直交する平面である。同様に、ばね4の後端側領域Aの軸方向端面の周方向一部分(後端から約1/4周(約90°))にも、軸方向に圧縮されているばねの姿勢を安定させるために、座研面Aeが形成されている。そして、ばね4の座研面Beが、内回転体3の溝底面3dに接触し、ばね4の座研面Aeが、外回転体2の円環板部2cの前端面に接触している(図1参照)。
ばね4の中領域Cは、図1に示すように、ばね4の前端側領域Bと後端側領域Aとの間の領域(中領域)であって、圧接面bと圧接面aのいずれにも接触しない自由部分である。このばね4の中領域C(自由部分)の巻き数は、目標とする、ばね4のばね定数(ばねのねじり角度に対するねじりトルクの割合、即ち、トルクカーブの傾き)、ばね4のねじり角度の許容範囲(例えば拡径方向、縮径方向ともに60°)等、に基づき、適切に設定される。
・ばね4の中領域C(自由部分)の巻き数:3巻き(従来と同じ)
・拡径変形時のばねの有効巻数:3巻き(上記中領域Cの巻き数に対し増加しない)
なお、従来は3巻き+α(ばねの前端側領域が内回転体から離れる分、有効巻数が増加する)
・ねじり角度の許容範囲:60°
従来のねじり角度の許容範囲内(例えば60°)において、ロック機構が働く拡径方向のねじり角度(図5(b)のθ2:約45°)、及び、ねじりトルクで、クラッチが作動(ばねのねじりトルクがスリップトルクに到達し、Bb間が摺動)するように、構成した。
その結果、拡径方向のばねのばね定数k1(図5(a)のトルクカーブの傾き)は、拡径変形時(図5(b)のθ1~θ2)にばねの有効巻数を若干増加させることができる従来のプーリ構造体のばね定数k0(θ1~θ2間)(図5(b))よりも若干程度大になった。
具体的には、ばね4のねじりトルクが、双方向(ばね4の拡径又は縮径方向)において設定されたスリップトルクに到達しない間は、ばね4の中領域C(自由部分)が外回転体2及び内回転体3のいずれにも接触しないよう、プーリ構造体1に外力が付与されていない状態において、ばね4の中領域C(自由部分)と外回転体2、及び、ばね4の中領域C(自由部分)と内回転体3、との間の空隙の大きさ(クリアランス)が十分に広く設けられている(図1、図4(a)参照)。
ばね4単体の外径は従来と同じだが、プーリ構造体1が停止時の、ばね4の中領域C(自由部分)と外回転体2との間の空隙は、従来よりも広い。そのため、従来、ロック機構が作動するねじり角度(θ2:約45°)においても、ばね4の中領域C(自由部分)は、環状面2b(外回転体2)に接触しない(つまり、ロック機構が作動しない)ようになっている(図4(b)参照)。
プーリ構造体1が停止時の、ばね4の中領域C(自由部分)と内回転体3との間の空隙の大きさは、従来と同じである。ばね4が縮径方向にねじれた場合は、従来同様、若干の縮径変形、つまり、比較的小さい、ばね4の縮径方向のねじり角度(θ3:約3°)でクラッチが作動するように構成されているため、上記空隙の大きさが従来と同じでも、従来同様に、ばね4の中領域C(自由部分)は、筒本体3a(内回転体3)に接触しない(つまり、ロック機構が作動しない)ようになっている(図4(c))。
次に、プーリ構造体1の動作について説明する。
外回転体2及びばね4が内回転体3に対して正方向(前端から後端へ向かって時計回り:図2及び図3参照)に相対回転するとき(外回転体2が加速する場合)、ばね4の巻き方向が左巻き(前端から後端へ向かって反時計回り)であるため、外回転体2の相対回転に伴って、ばね4の後端側領域Aが、外回転体2の圧接面aと共に移動し、内回転体3に対して相対回転する。これにより、ばね4は拡径変形する。
ばね4の後端側領域Aと圧接面a(クラッチ係合面a)(外回転体2の内周面)との間(Aa間)の圧接力Faは、ばね4の拡径方向のねじり角度が大きくなるほど増大していくが、圧接面a(クラッチ係合面a)となる外回転体2の内周面が周方向に閉じた内周壁面であるため、ばね4(後端側領域A)は、すぐに(殆ど圧接面aの相対的な摺動を伴わないまま)外回転体2と強く摩擦係合した状態(Aa間でロック状態)となる(図4(b)参照)。
さらにばね4の拡径方向のねじり角度が大きくなると、ばね4のねじりトルクが設定されたスリップトルク(Tsb)(例えば23N・m)に到達するとともに、減少しつつあるBb間の摩擦トルクTBbが、スリップトルクTsbに到達することで(図5(a)参照)、Bb間で、外回転体2及びばね4と、内回転体3とが摺動(スリップ)する(係合解除状態となる)(図4(b)参照)。
外回転体2及びばね4が内回転体3に対して逆方向(前端から後端へ向かって反時計回り)に相対回転するとき(外回転体2が減速する場合)、外回転体2の相対回転に伴って、ばね4の後端側領域Aが、外回転体2の圧接面aと共に移動し、内回転体3に対して相対回転する。これにより、ばね4が縮径変形する。
ばね4の後端側領域Aと圧接面a(クラッチ係合面a)(外回転体2の内周面)との間(Aa間)の圧接力Faは、ばね4の縮径方向のねじり角度が大きくなるほど低下し、Aa間の摩擦トルク(TAa)が減少する(図4(c)、図5(a)参照)。
さらにばね4の縮径方向のねじり角度が大きくなると、ばね4のねじりトルクが設定されたスリップトルクTsa(例えば、-1N・m)に到達するとともに、減少しつつあるAa間の摩擦トルクTAa(絶対値)がスリップトルクTsa(絶対値)に到達することで(図5(a)参照)、Aa間で、外回転体2と、内回転体3及びばね4とが摺動(スリップ)する(係合解除状態となる)(図4(c)参照)。
また、スリップトルクTsaは、ゼロに設定されるよりも、ばね4に若干の縮径変形(ねじり角度θ3以上の縮径変形)を生じさせるようなトルクに設定されることが好ましい。具体的には、スリップトルクTsa(絶対値)は、1N・m以上且つ10N・m以下(例えば1N・m程度)となるように設定されることが好ましい。スリップトルクTsa(絶対値)が1N・m未満では、クラッチの係合解除が特定の運転走行パターン(例えばエンジン始動時)に限定されず行われる。スリップトルクTsa(絶対値)が10N・mを超える場合には、エンジン始動時にクラッチを係合解除できない虞がある。エンジン始動時にクラッチが係合解除されない場合は、外回転体2に巻回されるベルトのスリップを防止することができず、最悪、ベルトが外回転体から外れる虞がある。
(a)コイルばね4の後端側領域A(一端側領域の外周面)及び前端側領域B(他端側領域の内周面)の一方は、外回転体2又は内回転体3に対する圧接力が増大し、外回転体2及び内回転体3の一方と強く摩擦係合し、
(b)コイルばね4の後端側領域A(一端側領域の外周面)及び前端側領域B(他端側領域の内周面)の他方は、外回転体2又は内回転体3に対する圧接力が低下し、外回転体2及び内回転体3の他方と滑りだす(係合解除していく)、
即ち、コイルばね4の端部は、一端側(後端側領域A)と他端側(前端側領域B)とにおいて、真逆の作用(上記(a)且つ(b))をもたらす。
その結果、(i)通常トルク(設定されたスリップトルクに到達しない範囲の、コイルばねのねじりトルク)入力時、コイルばね4は、双方向(拡径又は縮径方向)にねじり変形した際に、外回転体2及び内回転体3に係合して、外回転体2と内回転体3との間でトルクを伝達する。
一方、(ii)過大トルク(設定されたスリップトルク以上の、コイルばね4のねじりトルク)入力時、コイルばね4は、双方向(拡径又は縮径方向)において、外回転体2と内回転体3との間で所定以上のトルクが伝達された際に、外回転体2又は内回転体3と摺動する係合解除状態となって、外回転体2と内回転体3との間でのトルクの伝達を遮断する。
これにより、上記(i)、(ii)に示したように、コイルばね式のクラッチ機能(トルクの伝達又は遮断)を双方向(コイルばね4の拡径方向、縮径方向)に確保できる(効果1)。
したがって、従来のプーリ構造体のように、内回転体3の他端側に、コイルばね4の前端面4a(図2)と周方向に対向する当接面を形成させて、コイルばね4の前端面4aが、内回転体の当接面を周方向に押圧するようにしなくても、比較的簡単な構成で(当接面の無い構成で)、コイルばね4を介して外回転体2と内回転体3との間でトルクを伝達できるとともに、ばね4のばね定数(トルクカーブの傾き)に従ってコイルばね4が周方向にねじれることにより、ベルトの張力変動を適切に抑制できる(ダンピング機能を適切に確保できる)。
その際、逆に、外回転体2の回転速度が一時的に大きく増加した後に急低下するような運転走行パターンとなっても(例えば、縮径方向に、スリップトルク1N・m以上のトルクが入力されても)、ベルト張力(張り側)が過度に低下しすぎることはなく、ベルトにスリップが発生するのを防止できる。
上述の実施形態では、プーリ構造体1に外力が付与されていない状態において、ばね4の一端側領域(後端側領域A)の外周面が、拡径方向の自己弾性復元力によって、外回転体2における圧接面a(クラッチ係合部a)に接触し、ばね4の他端側領域(前端側領域B)の内周面が、縮径方向の自己弾性復元力によって、内回転体3における圧接面b(クラッチ係合部b)に接触していたが(※特許文献1第1実施形態図1に対応)、これには限らない。即ち、プーリ構造体に外力が付与されていない状態において、ばねの一端側領域(この場合は前端側領域B)の外周面が、拡径方向の自己弾性復元力によって、内回転体における圧接面(クラッチ係合部)に接触し、ばねの他端側領域(この場合は後端側領域A)の内周面が、縮径方向の自己弾性復元力によって、外回転体における圧接面(クラッチ係合部)に接触していてもよい(特許文献1第2実施形態図5に対応)。
この場合、プーリ構造体に外力が付与されていない状態において、ばねの一端側領域(この場合は前端側領域B)の外周面が、拡径方向の自己弾性復元力によって、外回転体における圧接面(クラッチ係合部)に接触し、ばねの他端側領域(この場合は後端側領域A)の内周面が、縮径方向の自己弾性復元力によって、内回転体における圧接面(クラッチ係合部)に接触する(特許文献1第4実施形態図11に対応)。
実施例1は、上記実施形態に係るプーリ構造体1に対応するものである。
エンジン冷間始動時には、外回転体2が急加速してばね4が拡径方向に捩れた場合にクラッチがBb間で作動するとともに、外回転体2が急減速してばね4が縮径方向に捩れた場合にクラッチがAa間で作動する、ように構成されている。
ばね4が縮径方向に捩れた場合にクラッチがAa間で作動する構成、及び、そのトルク(スリップトルクTsa)の水準は、比較例1(従来)と同じである。
したがって、外回転体2への過大トルク入力時に、ベルトの張力が過大に増加した直後にベルトの張力が過度に低下するのを抑制する効果(つまり、1発目の気筒内爆発時の動的ベルト最小張力の大きさ)については、比較例1と略同等になる、と推測された。
・ばね4のばね線は、ばね用オイルテンパー線(JISG3560:1994に準拠)とした。
・ばね線は、台形線であって、内径側軸方向長さは、3.8mmとし、外径側軸方向長さは、3.6mmとし、径方向長さは、5.0mmとした。なお、ばね線の断面における4つの角は、面取り形状(曲率半径0.3mm程度のR面)とした。
・ばね4の巻き数Nは、8巻きとし、巻き方向は、左巻きとした。
・ばね4の軸方向の圧縮率は、約20%とした。軸方向に隣り合うばね線間の隙間は、ばね4が軸方向に圧縮された状態で0.6mmとした。
比較例1は、上述の従来のプーリ構造体(図7参照)に対応するものである。
エンジン冷間始動時には、外回転体が急加速してばねが拡径方向に捩れた場合にロック機構が作動するとともに、外回転体が急減速してばねが縮径方向に捩れた場合にクラッチがAa間で作動する、ように構成されている。
・ばねの巻き数Nを7巻きとした以外のばねの構成は、実施例1と同じである。
なお、比較例1の他の各部の構成は、前述(本実施形態)の従来との対比部分に述べた構成である。
以上の実施例1及び比較例1の各プーリ構造体について、図8及び図9に示すエンジンベンチ試験機200を用いて、エンジン冷間始動試験を行った。このエンジン冷間始動試験は、ベルトを介してプーリ構造体の外回転体に過大なトルクが入力され、ばねが拡径方向に捩れ、実施例1の場合にはクラッチ(Bb間)が確実に作動し、比較例1の場合にはロック機構が確実に作動し得るよう、エンジンの回転変動を最大化できる実機台上試験とされる。ここで、エンジン冷間始動とは、エンジン始動の一形態であって、具体的には、エンジンが完全に冷え切った状態下(例えば、エンジン冷却水の水温が30℃以下)での、エンジン始動を指す。そのため、走行途上(暖気完了後)にエンジンを一時停止させた状態(アイドルストップ等)からのエンジン始動は、当試験条件から除外される。
エンジン冷間始動時(エンジンが完全に冷え切った状態でのエンジン始動時)のベルト張力(動的ベルト張力)(張り側)の時系列変化(アウトプット)を評価した。
雰囲気温度約0℃(エンジンが完全に冷え切った状態でのエンジン始動とするため、低温室内に試験機を設置)、ベルト張力(取付時)400Nにおいて、エンジン冷間始動(クランキング)を行った。
電子制御装置(不図示)からエンジン始動信号がスタータモータ(不図示)に送られ、スタータモータが起動し、クランキングが始まる。このとき(各気筒における燃焼爆発前)の、クランク軸211の回転速度は200rpm程度である。
電子制御装置から燃料噴射信号および点火信号が燃料噴射装置(不図示)および着火装置(不図示)に送られ、各気筒における燃焼爆発が順々に開始される。
各気筒における燃焼爆発時期に同期して、クランク軸211の回転速度が上昇してゆく。クランク軸211の回転トルク(動力)がクランクプーリ201(外輪)に伝達されて、更に、エンジンベンチ試験機200に伝達される。
エンジンが始動されると、スタータモータによるクランキング動作が停止する。
実施例1及び比較例1のプーリ構造体毎に、上記動作によるエンジン冷間始動試験によって得られた、エンジン冷間始動時におけるベルト張力の時系列変化を示す波形データ(グラフ)に基づいて、ベルト張力が最も過大に増加し、かつ最も過度に低下した波形(つまり、1発目の気筒内爆発時の波形)における、ベルト最大張力(ベルト張力の最大値)(N/ベルト)、ベルト最小張力(ベルト張力の最小値)(N/ベルト)及び、ベルト張力の変動幅(N/ベルト)を読み取ったうえで、下記評価基準に基づき、実施例1の評価を行った。
1発目の気筒内爆発時のベルト張力およびベルト張力変動の大きさに関する、実施例1と比較例1との差異量(N/ベルト)(つまり、図10において「m」で表示した部分)を読み取る。この差異量m(N/ベルト)の、比較例1における動的ベルト最大張力(N/ベルト)に対する割合(百分率)(%)が、実施例1の比較例1に対するベルト張力およびベルト張力変動の抑制効果に相当する。
その抑制効果が25%以上(顕著)である場合、ベルトシステムの耐久性を損なうおそれがないとして、評価「○」とした。
一方、その抑制効果が25%を下回った場合、ベルトシステムの耐久性を損なうおそれがあるとして、評価「×」にした。
エンジン冷間始動試験によって得られた、エンジン冷間始動時における動的ベルト張力(単に、ベルト張力)の時系列変化を示すグラフを図10に示した。また、評価結果(試験結果の一覧)を表1に示した。
ベルト張力(張り側のタッチプーリ205のベルト張力)は、クランキング中(約1秒間)の各気筒における燃焼爆発中、特に、1発目の気筒内爆発時(図中a)において、最も過大に増加し、かつ最も過大に変動することがわかった(図10参照)。
表1に示した評価結果(判定)のとおり、この1発目の気筒内爆発時(図中a)に着目すると、ベルト張力(張り側のタッチプーリ205のベルト張力)の大きさおよび変動幅は、実施例1の方が比較例1の場合よりも顕著に小さく、ベルト張力の過大な増加やベルト張力の過大な変動を効果的に抑制できていることがわかった。
(1)実施例1において、エンジン冷間始動時に、外回転体2の回転速度が一時的に大きく増加する1発目の気筒内爆発時(図10のa参照)において、外回転体2から内回転体3へ伝達されるトルクのうち、通常トルクよりも過大なトルクは伝達されない結果となった(図10のa参照)。これは、ばね4の拡径方向に、通常トルクの入力時よりも過大なトルク(スリップトルクTsb(23N・m)以上のトルク)が外回転体2に入力された際に、内回転体3とばね4との間(Bb間)に係合作用がほとんど働かない状態で、外回転体2を急加速状態のまま空転(スリップ)させ、慣性の大きい内回転体3を急加速させようとすることによる衝撃荷重(過大な回転制動力)をトルク入力側のベルト250に作用させないこと、が可能であったためと考えられる。
2 外回転体
3 内回転体
4 コイルばね(ばね)
A 後端側領域(一端側領域)
B 前端側領域(他端側領域)
C 中領域(自由部分)
5 エンドキャップ
7 転がり軸受
8 滑り軸受
9 空間
a 圧接面(クラッチ係合面)
b 圧接面(クラッチ係合面)
Claims (2)
- ベルトが巻き掛けられる筒状の外回転体と、
前記外回転体の径方向内側に設けられ、前記外回転体と同一の回転軸を中心として前記外回転体に対して相対回転可能な内回転体と、
前記外回転体と前記内回転体との間に設けられ、前記回転軸に沿った軸方向に圧縮されているコイルばねと、を備えたプーリ構造体であって、
前記コイルばねは、
一端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において外周面が拡径方向の自己弾性復元力によって、前記外回転体及び前記内回転体の一方に、接触する一端側領域と、
他端側で、前記プーリ構造体に外力が付与されていない状態において内周面が縮径方向の自己弾性復元力によって、前記外回転体及び前記内回転体の他方に、接触する他端側領域と、
前記一端側領域及び前記他端側領域の間であって、前記外回転体と前記内回転体との相対回転時において前記外回転体及び前記内回転体のいずれにも接触しない自由部分である中領域と、を有し、
前記コイルばねが縮径方向にねじられ、前記外回転体と前記内回転体との間で所定以上のトルクが伝達された際、前記一端側領域の前記外周面は、前記外回転体及び前記内回転体の前記一方、に対して摺動し、前記コイルばねと前記外回転体及び前記内回転体の前記一方との間で係合が解除され、
前記コイルばねが拡径方向にねじられ、前記外回転体と前記内回転体との間で所定以上のトルクが伝達された際、前記他端側領域の前記内周面は、前記外回転体及び前記内回転体の前記他方、に対して摺動し、前記コイルばねと前記外回転体及び前記内回転体の前記他方との間で係合が解除される、
ことを特徴とするプーリ構造体。 - プーリ構造体に外力が付与されていない状態において、前記コイルばねの前記他端側領域における前記縮径方向の自己弾性復元力の方が、前記コイルばねの前記一端側領域における前記拡径方向の自己弾性復元力よりも大きくなるように構成されている、請求項1に記載のプーリ構造体。
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