JPS591897B2 - 可変速ベルト駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は可変速ベルト駆動装置に関しており、特に自動
車輛の補機に用途を有する。

代表的自動車はエンジンから動力を受ける数多くの補機
（たとえば、ファン、水ポンプ、空気噴射（ＡＩＲ）ポ
ンプ、空調用コンプンツサ、その他）を有する。

エンジンと補機との速度比が一定の場合、エンジンが低
速の時は補機の被駆動速度が一般に遅過ぎて有効な性能
を発揮できず、エンジンが高速の時は同じく被駆動速度
が一般に必要以上に早くなる（その為に動力の無、駄と
なる）ことが今日まで知られている。

それ故、エンジン速度の全範囲にわたって補機速度をも
つと一定に近く維持するために、可変速度比の補機駆動
装置が従来、公知である。

本明細書で用いられる「速度比」は普通用いられている
のと同様に、エンジン（入力軸）速度の補機（出力軸）
速度に対する比である。

従って速度比１：０．５とはエンジン１回転に対し補機
が０．５回転するという意味である。

自動車輛の補機１駆動に関する従来の代表的技術は、米
国特許２９０９０７１ ；２９０６０２４ ；２９６２
９１０；３０４８０５６；３６６４２０６；３８４５６
６６；３９８１２０５；４０２０７１１ ；に示され
ている。

米国特許３９８１２０５は上記の比較的関連のある特許
の代表例である。

この特許は補機軸（出力軸）上の速度応答可変ピッチ被
駆動プーリーヲ開示しており、被駆動ブーリートとエン
ジン・クランク軸（入力軸）上の可変ピッチ駆動プーリ
ーとの回わりに配置したベルトにより補機軸は駆動され
る。

゛米国特許２９０９０７１も関連があり、出力軸上に速
度応答装置を持つ補機駆動装置を開示している。

しかし、補機駆動に関する従来の装置で、出力軸上の速
度応答機構と入力軸上のトルク応答機構との組合せを開
示しているものは全くない。

上記型式の伝達装置では出力軸の速度は出力軸のトルク
による影響を受け、出力軸のトルクが増大すると速度が
落ちる。

速度応答性とトルク応答性との双方を具えた伝達装置は
「マシン・デザイン」誌１９７７年８月２５日号、米国
特許３６２５０７９、および米国特許２６７８５６６に
開示される。

これらの変速装置は全て、速度応答機構と連合可変ピッ
チ駆動プーリーとはベルト１駆動装置の入力軸上に配置
され、トルク応答機構と協動の可変ピッチ・プーリーと
は出力軸に取付けられる。

こねろ従来技術では入力軸に対する出力軸の相対速度は
入力速度が増すにつれて増大する。

米国特許３６２５０７９はエンジン速度とトルクとの両
方に応ぺするミニバイク用の可変速度比ベルト駆動伝達
を開示している。

通常開いている可変中の駆動プーリーと協働の速度応答
機構とは駆動軸すなわち入力軸に取付けられ、増大す烏
エンジン速度に応答して駆動プーリーの一方のフランジ
を他方のフランジに近付くように動かす。

連結Ｖベルトが、駆動プーリーと通常開じている可変中
破駆動プーリーとの回わりに配置され、この被１駆動プ
ーリーはベル斗１駆動装置の被駆動軸すなわち出力軸に
取付けられたトルク応答機構により制御される。

低角カムおよびねじりばねが被、駆動プーリーの可動フ
ランジの位置を制御する。

米国特許３６２５０７９の駆動装置は最初高い減速比た
とえば出力軸の１回転に対し入力軸の３．２回転に設定
される。

高いエンジン速度に応答して、エンジン（すなわち入力
軸）上の速度応答機構は伝達機構をより低い速度比、た
とえば入力軸の１回転に対して出力軸の１回転に変速す
る。

トルク負荷が高いと、トルク応答機構が働いて高トルク
を処理してエンジンの過負荷を防ぐ。

すなわち、この変速装置はエンジン制限値に応答して最
大車輛速度を得るような１駆動比を与え、トルクが増大
する時はエンジンに過負荷を与えないように、部品が配
置されている。

本発明のベルト、駆動装置は出力軸上に速度応答機構を
、入力軸上−トルク応答機構を有する。

本発明のベルト駆動装置はトルク応答機構を用いる従来
技術の機械とは、出力軸の速度が増すに従いエンジン速
度に対する補機速度が速度応答機構により減するという
点でも異る。

出力軸のトルクが増しても、エンジン速度ｆ対するその
ような減速速度を補機速度は実質的に維持する。

換言すれば、本発明の入力軸上のトルク応答装置は出力
軸のトルクの増大が出力軸の速度を下げようとする傾向
と対抗する働きをする。

本発明の可変速ベルト駆動装置に多くの用途が有るが、
望ましい用途は自動車輛用の補機駆動装置である。

従来技術の可変速度比駆動装置は高エンジン速度にて補
機に伝わる無用の馬力を減するので、通常の状態では初
期の固定速度比の１駆動装置に優る改良である。

しかし、補機が平均をこえるトルク負荷を受ける時に、
従来技術の可変速度比駆動装置に生ずるような補機の減
速を少くとも１１、、＋ｈすることが望ましい。

たとえば、酷暑の田マ車輛の搭乗者の快感のため空調器
を最大冷却効果で用いることが望ましい。

補機の高トルク条件を意味するかかる状態の下では、運
転状況により当然決まるエンジン速度比駆動装置が為し
得ない補機速［９少くとも実質的に一定に保つことが望
ましい。

従って、本発明の可変速ベルト１駆動装置は、入力軸、
出力軸、各軸上の可変ピッチ・プーリーであって、一方
のフランジが他方の連合するフランジに対して軸方向運
動を行うように取付けられた対向するプーリー・フラン
ジを各プーリーが有するプーリー、可変有効ピッチ径に
て前記プーリーに受承される循環ベルト、前記プーリー
の一つに結合される速度応答機構、および前記プーリー
のもう一つに結合されたトルク応答機構を有する可変速
ベルト駆動装置において、出力軸のトルク負荷の増加に
応答して出力軸の速度を少くとも維持するために、入力
軸上のプーリーにトルク応答機構を結合した改良である
。

以下に図面を参照して、本発明の望ましい実施例につい
て詳細に記載する。

本発明による可変速駆動装置１０の望ましい実施例（第
１図、第２図）が通常の在来型エンジン補機１４の１基
以上を駆動する目的で自動車のエンジン１２に結合され
ている状態が図示されている。

図解された補機１４は、エンジン冷却系の水ポンプ１６
およびファン１８、空調系の空気圧縮機２０（第１図）
、ハワー・ステアリング用の油圧ポンプ２２、および電
気系の交流発電機２４を有している。

可変速ベルト駆動装置１０は、速度応答機構３２を組込
んだ無限可変ピッチ・プーリー３０、トルク応答機構３
６を組込んだ無限可変ピッチ・プーリー３４、およびプ
ーリーの一つの有効ピッチ径が増すともう一つのプーリ
ーの有効ピッチ径が減するように、両プーリー３０，３
４の回りに配置された無端ベルト３８を有している。

後述の理由により、プーリー３０および速度応答機構３
２が水ポンプ軸として図解されている出力軸４０（第２
図゛）に取付けられ、一方、プーリー３４およびトルク
応答機構３６がエンジン１２のクランク軸として図解さ
れている入力軸４２に結合されていることが本発明の重
要な特徴である。

可変ピッチ・ブーＩＪ−３０、速度応答機構３２、およ
び多溝プーリー４４はまとめて出力軸４０に平頭ポル）
４６に−より組付けられている。

ファン１８、キャップ４８、おもり案内板５０、円筒形
ブロック５２、およびプーリー４４のフランジの孔を通
して平頭ボルトが延在する。

平頭ボルトは出力軸４０に固定されたバブ５４にねじ込
まれている。

ブーＩＪ−３０、速度応答機構３２、およびプーリー４
４は概ね在来型の構造のものであるが本発明の構成要素
を十分に開示するために詳細にそれらを説明する。

プーリー４４は他の補機な駆動するための複数の固定ピ
ッチＶベルト溝５６，５８，６０を有する。

プーリー４４はさらに可変ピッチ・プーリー３０の一方
のベルト係合フランジ６４をも画成する。

このプーリー３０のもう一方のフランジ６６に円筒型取
付基部７０と傾斜したベルト接触部分とが設けられてい
る。

第一の傾斜したおもり案内面７６と基部７０上に支持さ
れた円筒形取付部分７８とを有する、類似形状のおもり
案内板７４によりフランジ６６は後押しされている。

中央孔を有する概して円板形のおもり案内板５０は第２
の傾斜したおもり案内面８２を画成する部分を有する。

複数の円弧状おもり８４がおもり案内面７６゜８２０間
に滑動自在に受承されて、継目なしコイルばね８６によ
り出力軸４００回転軸の方向へ圧迫される。

環状の突合せ止金９０を有するスリーブ８８がプーリー
・フランジ６６の取付基部７０を滑動自在に受承する。

したがって、出力軸４０が停止または低速で回転゛して
いる時は、おもり８４は第２図に図解されるように最も
内方の位置に止まって、可変ピッチ・プーリー３０をこ
れも第２図に図解されるように低ピツチ位置に維持する
。

しかし、出力軸４０が高速で回転している時には、ばね
８６の圧迫に逆っておもり８４が遠心力により外方へ動
かされて、プーリー・フランジ６６とおもり案内板７４
とを右方（第２図）へベルト係合フランジ６４に向けて
動かす。

この作用でプーリー３０は高ピツチ位置に移り、ベルト
３８は半径方向の外方へ動く。

無限可変ピッチ・プーリー３４およびトルク応答機構３
６は取付バブ１００を有し、該バブは入力軸４２（エン
ジン・クランク軸）に対し軸方向の固定位置ｆ該軸と共
に回転するように固定される。

環状カム・ハウジング１０２がバブ１００にボルト止め
され、段付き鋼製軸１０４にキー結合され、該軸１０４
は入力軸４２にねじ込まれかつそれと同心である。

入力軸４２の軸線と同心である等間隔の複数脚１０８の
端部に形成された複数の傾斜面すなわちカム而１０６（
第２−４図）を前記ハウジングは含んでいる。

第２のハウジング１１０は可変ピッチ・プーリー３４の
軸方向へ移動し得るフランジ１１１を画成し、スタブ軸
１０４の上を回転かつ軸方向に滑動するように軸受面を
持つ管状バブ１１２を含む。

複数のカム面１１６はハウジング１１０上に支持され、
前記カム面１０６と同数でそれと相補形をなしている。

相補形のカム面１０６に対するカム面１１６の相対回転
運動における摩さつ抵抗を減するために、カム面１０６
に低摩さつナイロン・インサート１１７を取付けること
が望ましい。

環状フランジ１２０が可変ピッチ・プーリー３４の他の
半部を画成し、フランジ１１１０表面に対し相補形をな
す傾斜したベルト接触面を有する。

フランジ１２０はスタブ軸のねじ付端部１２４を受承す
るための中央孔を有する。

スタブ軸端部はナツト１２５を受承して、フランジを軸
１０４．４２にしつかり固定し、それと共に回転させる
。

ねじり・圧縮組合せばね１２６は〒端をカム・ハウジン
グ１０２Ｋ、他端を第２のハウジング１１０に固定され
ている。

ばね１２６のねじり力はプーリー３４の軸方向可動半部
を入力軸４２０回転方向と反対の方向に圧迫する。

図解された実施例では入力軸４２はエンジン前方から見
て時計回り方向に回転し、一方、ばね１２６は可動フラ
ンジ１１１を反時計回り方向にねじるように押す。

したがって、フランジ１２０に対する軸方向可動フラン
ジ１１１０反時計回り運動がフランジ１１１を軸方向に
相手フランジ１２０の方へ動かすように、協働カム面１
０６．Ｈ６の角度が付けられている。

ごみやよごれがカム表面１０６゜１１６を阻害しないよ
うに、第２図に図解される如く、フランジ付管状カード
１２８がハウジング１１０に取付けられている。

トルク応答機構３６の作動は出力軸４０の速度と補機が
ベルト３８に及ぼすトルク負荷との両方により決まる。

エンジンが停止または緩速回転中は、第２，３図が示す
位置を可変速ベルト駆動装置の構成部品はとる。

この時、速度応答機構３２のおもり８４を図示の位置か
ら外方へ遠心力で動かす程十分な速度を出力軸４０は持
っていない。

それ故、ベルト３８の位置はプーリー３２の最低ピッチ
径の所に、またプーリー３４の最高ピッチ径の所にある
。

これは低エンジン速度において望ましい、入力軸４２に
対する最高の相対速度で補機な駆動することになる。

このような補機速度に対するエンジン速度の比は「低速
度比」と呼ばれ、第５Ｃ，５Ｄ図で１対１．２で示され
る。

１対ｌより下の速度比をオーバードライブと呼び、１対
１より上の速度比をアンダードライブと呼ぶことができ
る。

補機負荷トルクが普通であり、エンジンが出力軸４０を
高速すなわち変速速度より高い速度で駆動する時、出力
軸４０上の速度応答機構３２は１対０．５で示される高
速度比にベルト駆動装置を変速する。

従って変速作動の完了後は、変速をしなかった場合より
も、入力軸速度に対する相対速度が低い所でエンジン補
機が駆動される。

変速が無かった場合の１／２という、より低い補機速度
が第５Ｃ，ＳＤ図に示される。

補機速度が低いと補機の所要馬力は少いから、これは望
ましい。

１対０．５の上記高速度比への変速は出力軸上に取付け
られて入力軸でなく出力軸の速度に応答する速度応答機
構３２により行われる。

おもり案内面７６．８２に沿って半径方向の外方へおも
り８４が動く時、表面７６およびベルト案内フランジ６
６は右方（第２図）へ動いて、ベルト３８を半径方向の
外方へ、第２図に点線で示される最高ピッチ位置に押し
やる。

ベルトが被駆動プーリー３０上で外方に動く時カム１０
６，１１６を通じて掛けられる軸方向力のみならず、ば
ね１２６のねじりおよび圧縮力にベルト力が打勝ち、そ
のバめ第３図から第３Ａ図の位置にフランジ１１１を動
かす。

フランジ１１１，１２０に対するベルト３８の引張力は
通常のトルク負荷の下では過大でないが、ベルトがフラ
ンジ１１１をフランジ１２０に対して入力プーリーと同
じ方向に動かすのには十分であり、表面１０６，１１６
を通じて働くカムがフランジ１２０に対するフランジ１
１１の軸方向の遊離を制御する一方、ばね１２６の圧縮
およびねじり力が増すことになる。

この時、出力軸４０および補機は最高速度比（第５Ｄ図
）で駆動され、この比が補機を比較的低速にて駆動する
ことになる。

補機によりベルト、駆動装置１（Ｋかげられるトルク負
荷が通常より大きい場合は、増大トルク負荷に応答して
、またこの時点で変速速度（第５Ｄ図）よりも高い出力
軸速度とは独立に、補機速度の減速を少くとも防止する
ことが望ましい。

換言すれば、ベルト３８は点線の位置（第２図）から実
線位置に向けてプーリー３４を半径方向の外方へと、第
５Ｄ図に図示する速度曲線を保つのに十分な量だけ、動
くことが望ましい。

上述のように速度応答機構のおもり８４に働く遠心力と
ばね力との少くとも一部分に打勝つ、ベルト３８を介し
て働く通常より大きなトルクによりこの運動が達成され
る。

トルク負荷が高いと、カムが与える軸方向力が増して、
プーリー・フランジ１１１に対するベルトの摩さつによ
る把持力が増す。

ばねの圧縮力およびねじり力の増加に助けられて、フラ
ンジ１１１はフランジ１２０に対し反時計廻りに回転し
、同時に軸１０４上のバブ１１２により案内されてフラ
ンジ１２０の方へ軸方向駆動くことになる。

したがって通常よりも高いトルク負荷は出力軸が変速速
度より早く回転している時には、第３Ａ図の位置から第
３図の位置に向けてフランジ１１１を圧迫し、それによ
り補機の過大負荷に順応して補機速度を少くとも一定に
保つ。

入力軸のトルク応答機構が無いと、補機が最大負荷を受
ける時、たとえこの補機の負荷が稀にしか起らないとし
ても、ベルトが滑らないように適当に把握するため常に
ベルトに軸方向の力を与える必要があるであろう。

トルク応答機構の追加により、定常的な大きな軸方向力
が不要となるので、ベルトの摩もうか低減する。

トルク応答機構はその換りに、瞬間的な補機の負荷に対
しベルトへの軸方向力を合せる働きを持つ。

本発明のいま一つの特徴は速度応答機構３０の変速速度
を設けることである。

この機構は出力軸４０の上に付いており、入力軸でなく
出力軸の速度に応答することにより補機速度の瞬間的減
速を防止する。

本発明の概念は第５Ａ〜５Ｄ図のグラフを使って巧く説
明されると思われる。

第５Ａ図、５Ｂ図は入力軸に速度応答プーリーを持ち、
出力軸にトルク応答プーリーを持たない可変速ベルトの
一例を示す。

変速中の補機速度のためらいすなわち瞬間的低下を実現
し易いように瞬間的に（実際はそうでないが）変速が起
ったと仮定した場合の速度関係を第５Ａ図に示す。

第５Ｂ図はこの従来技術の例の変速中における実際の速
度関係をより正しく表わす。

高トルクの場合よりも低トルクの場合に、より旨い補機
速度において変速が生ずることに着目すべきである。

第５０図は変速が瞬間的に（実際はそうではないが）生
じたと仮定した場合の、本発明の可変速ベルト駆動装置
の速度関係を示す。

一方、第５Ｄ図は入力軸のプーリーがトルク応答である
時の変速中の実際の速度関係をより正しく示す。

駆動軸すなわち入力軸に速度応答機構が有する場合、低
速度比（１対１．２）から高速度比（１対０．５）への
変速があると、変速中に実際に補機速度の低下生じ、こ
れは補機がこの低速度では適正ら作動しないので、望ま
しくない。

第５Ｂ図では、曲線ＨＴは出力軸に高トルクが掛ってい
る場合の、出力軸速度と入力軸速度との関係を表わす。

曲線ＬＴは出力軸に低トルクが掛っている場合の、出力
軸速度と入力軸速度との関係を表わす。

出力軸４０に速度受感機構３２を、入力軸４２にトルク
応答機構３６を取付けると変速中に補機速度の低下を来
たさないことを第５Ｃ，５Ｄ図は示す。

従って、この配備は補機に滑らかな速度遷移を与えて、
車輛の作動速度範囲の全域にわたって適正な性能を保つ
。

第５Ｄ図で、曲線ＨＴＬＴは出力軸に高トルクと低トル
クとの両方が掛った場合の、出力軸速度と入力軸速度と
の関係を表わす。

第５Ｂ図と第５Ｃ図を比較すると、入力軸にトルク応答
プーリーが付くことが補機速度に与える補機トルクの変
化の影響を減することが判る。

本発明の無限可変ベルト駆動装置は車輛補機の駆動に用
いられる場合、補機のトルク要件に応答することが前記
の記載から明らかである。

出力軸が変速速度に達するのに呼応して、補機速度を低
下させることなく最初の低速度比から高速度比へ速度比
を変えるために、出力軸すなわち補機軸に取付けに可変
ピッチ・プーリーおよび速度応答機構を、このベルト駆
動装置は含む。

入力軸上のトルク応答機構および可変ピッチ・プーリー
は普通のトルク負荷範囲を超える補機トルクに応答して
、補機速度の低下を少くとも防止する。

【図面の簡単な説明】

第１図は車輛の幾つかの補機を１駆動するため、車輛の
エンジンに取付けられた本発明の可変速ベルト７駆動装
置を図解する斜視図、第２図は第１図の２−２線による
、可変速ベルト１駆動伝達装置の拡大垂直断面図、第３
図は第２図の矢印３−３の方向に見た拡大平向図であり
、一組の協働するトルク応答カム作用表面を有し、部品
が最高速度にて出力軸を駆動する位置にある、トルク応
答機構の部分を図解している。 第３Ａ図は第３図に似ている、より小さな縮尺の平面図
であるが、入力軸に対し最も遅い速度にて出力軸を駆動
する位置にあるトルク応答機構を図解している点が第３
図と異る。 第４図は第３図に図解されたと同じ位置にかげるトルク
応答機構を図解する拡大分解図っ第５Ａ図はエンジン・
クランク軸（入力軸）速度と補機軸（出力軸）速度との
関係を図解するグラフであり、出力軸でなく入力軸上に
速度応答プーリーを有する装置における瞬間的変速を仮
定している。 第５Ｂ図は第５Ａ図と似ているが、該装置の実際の低ト
ルクおよび高トルクの変速曲線をより正確に表わすグラ
フ。 第５Ｃ図と似ているが、本発明の装置の瞬間変速を仮定
した速度関係を図解するグラフ。 第５Ｄ図は第５Ｃ図と似ているが本発明による可変速ベ
ルト１駆動装置の実際の変速曲線をより正確に図解する
グラフ。 ３０・・・・・・ブーＩＪ−５３２・・・・・・速度反
応機構、３４・・・・・・グー’Ｊ−１３６・・・・・
・トルク反応機構、４０・・・・・・出力軸、４２・・
・・・・入力軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 人力軸、出力軸、該入力軸および出力軸にそれぞれ
   取りつげられたプーリー、前記両プーリーに巻掛けられ
   た無端ベルト、前記プーリーの一方に結合された速度応
   答機構、および前記プーリーの他方に結合されたトルク
   応答機構を有する可変速ベルト駆動装置において、前記
   出力軸４０のブー’Ｊ−３０の負荷の増大に応答して前
   記入力軸４２のグーグー３４の有効ピッチ径を増すため
   に前記入力軸４２のプーリー ３４ Ｋ ）ルク応答機
   構３６が結合され、出力軸４０の速度が増すにつれて出
   力軸のプーリー３０の有効ピッチ径を増すために該出力
   軸のグー！Ｊ −３０に速度応答機構３２が結合され、
   前記トルク応答機構は、前記入力軸プーリー３４の片方
   のフランジを構成する、かつ、前記入力軸に対し軸方向
   および回転方向に相対的に可動フランジ１１１と、前記
   入力軸に固定された第１のカム面１０６と、前記可動フ
   ランジ１１１に固定され前記第１カム面に係合する第２
   のカム面１１６とから成り、前記入力軸が前記可動フラ
   ンジに対し相対的に入力軸回転方向に回転すると、前記
   両カム面の作用により前記可動７ランジが前記入力軸プ
   ーリーの他方のフランジに接近する方向に軸方向移動す
   るようになされ、前記入力軸と前記可動フランジとの間
   に、前記両カム面を係合状態に維持して該可動フランジ
   を前記入力軸プーリーの他方のフランジに接近させる方
   向に軸方向および回転方向に偏倚するトルク・圧縮ばね
   １２６が設げられていることを特徴とする可変速ベルト
   駆動装置。