WO2012029815A1

WO2012029815A1 - プーリ構造体

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Publication number: WO2012029815A1
Application number: PCT/JP2011/069669
Authority: WO
Inventors: 智和石田
Original assignee: 三ツ星ベルト株式会社
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2012-03-08
Also published as: EP2626595A4; US9638308B2; US20130150191A1; CA2808060A1; EP2626595A1; BR112013004876B1; EP2626595B1; CN103080608A; CA2808060C; BR112013004876A2; JP5515084B2; CN103080608B; JP2012052576A

Abstract

　コイルばねに過大な力が作用するのを抑止してコイルばね自体の破損を防止し、摩擦トルクのばらつきを抑制しつつ、摩擦トルクを自在に変更することにより設計自由度を高めることができるプーリ構造体を提供する。　駆動プーリ構造体１は、伝動ベルト１０６が巻掛けられる筒状のプーリ部材２と、プーリ部材２の内側においてプーリ部材２に対して相対回転可能に設けられたハブ構造体３と、一端４ａがハブ構造体３に固定されたコイルばね４と、コイルばね４の他端４ｂが固定されハブ構造体３の回転軸Ｊを円錐軸とした円錐曲面を有するテーパリング５と、テーパリング５の円錐曲面とプーリ部材２との間に介挿された摩擦部材６とを有しており、コイルばね４はハブ構造体３の回転軸Ｊ方向に圧縮されて介挿され、コイルばね４の復元力Ｐによってテーパリング５と摩擦部材６とプーリ部材２とが圧接されている。

Description

プーリ構造体

　本発明は、プーリ部材とプーリ部材に対して相対回転可能なハブ構造体を有するプーリ構造体に関する。

　一般に、自動車等のエンジンの動力を伝達する機構として複数のプーリ構造体にベルトを巻掛けてなるベルト伝動機構がある。そして、このようなベルト伝動機構に使用されるプーリ構造体として、相対回転可能に連結された２つの回転体を有し、２つの回転体の一方に回転変動が生じたときに、その回転変動を減衰させるための構成を備えたものが知られている（例えば、特許文献１）。

　この種の技術として特許文献１には、環状プーリ部材と、ハブ構造体（交流発電機のシャフトが相対回転不能に固定される。）と、環状プーリ部材とハブ構造体の間に取り付けられたコイルバネと、から構成されるプーリが開示されている。この構成によれば、ハブ構造体に回転変動が生じたときには、ハブ構造体と環状プーリ部材の間のコイルバネが弾性変形することによって、その回転変動を減衰させることができるとされる。

　しかしながら、上記特許文献１に記載されるプーリの固有振動数をエンジンのアイドリング時における回転数によって観念される振動数以下となるように設定すると、エンジンの回転開始時又は回転停止時においてプーリは共振する場合がある。この結果、環状プーリ部材とハブ構造体の相対捩れ変位が急激に大きくなってコイルバネに過大な力が作用してコイルバネ自体の破損を招く問題があった。

　この問題に対処すべく、スプリングクラッチ構造を採用したプーリ構造体が提案されている。これは、例えば、特許文献２に挙げられているように、コイルバネの端部をプーリ部材やハブ構造体に直接固定するのではなく、コイルバネの端部を径方向に弾性変形させてその復元力によりプーリ部材やハブ構造体に装着させる構造をしている。そして、プーリ部材やハブ構造体に、コイルバネの端部とプーリ部材又はハブ構造体との間に発生する摩擦トルクを超える入力トルクがあった場合に、コイルバネの端部とプーリ部材又はハブ構造体との間で滑らせてコイルバネに過大な力が作用するのを抑止してコイルバネ自体の破損を防止することができるとされる。

日本国特許３２６８００７号公報日本国特開２００３－３２２１７４号公報

　もっとも、上記のようなスプリングクラッチ構造を採用した場合、コイルバネは塑性変形加工で製造されるため、要求寸法精度や面精度の画一化の実現が難しく、コイルバネの端部とプーリ部材又はハブ構造体との間に発生する摩擦トルクにばらつきがでやすいという問題がある。また、コイルバネの端部とプーリ部材又はハブ構造体との間に発生する摩擦トルクはコイルバネとプーリ部材又はハブ構造体の材質・性能等によって決まるが、コイルバネの弾性力の確保やプーリ部材・ハブ構造体の強度の確保の点からその材質・性能の選択の幅が狭くなり（設計自由度が低くなる）、ユーザが求める摩擦トルクを実現できない場合があった。

　そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、コイルばねに過大な力が作用するのを抑止してコイルばね自体の破損を防止し、摩擦トルクのばらつきを抑制しつつ、摩擦トルクを自在に変更することにより設計自由度を高めることができるプーリ構造体を提供することにある。

　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プーリ部材と、前記プーリ部材の内側において、前記プーリ部材に対して相対回転可能に設けられたハブ構造体と、一端が前記ハブ構造体又は前記プーリ部材に固定されたコイルばねと、前記コイルばねの他端が固定され、前記ハブ構造体の回転軸を円錐軸とした円錐曲面を有するテーパリングと、前記テーパリングの円錐曲面と前記プーリ部材、又は、前記テーパリングの円錐曲面と前記ハブ構造体との間に介挿された摩擦部材とを有し、前記コイルばねは前記ハブ構造体の回転軸方向に圧縮されて介挿され、前記コイルばねの復元力によって前記テーパリングと前記摩擦部材と前記プーリ部材、又は、前記テーパリングと前記摩擦部材と前記ハブ構造体とが圧接されていることを特徴としている。

　上記の構成によれば、コイルばねの復元力によってテーパリングが圧接され、圧接されたテーパリングの円錐曲面が摩擦部材を介してプーリ部材又はハブ構造体を圧接する。こうすることにより、テーパリングの円錐曲面と摩擦部材との間に摩擦トルクを発生させて、この摩擦トルクよりも大きな入力トルクがプーリ部材又はハブ構造体から入力された場合に、テーパリングの円錐曲面と摩擦部材とが圧接する面において相対的に滑らせてコイルばねが一定以上ねじれないようにすることができる。このようにコイルばねが一定以上ねじれないようにすることでコイルばねの耐久性を向上させることができる。また、摩擦トルクを発生させる摩擦部材と円錐曲面を有するテーパリングは切削加工や金型による成形等により精度よく加工することができるため、摩擦トルクのばらつきを抑制することができる。また、摩擦部材の材質・性能を自由に変えることで所望の摩擦トルクに設定可能となり設計自由度も高くすることができる。

　また、本発明の第２の態様は、前記第１の態様に係るプーリ構造体において、前記摩擦部材は、前記プーリ部材又は前記ハブ構造体に固定され、当該摩擦部材は前記テーパリングとのみ相対的な滑りを発生することを特徴としている。

　上記の構成によれば、摩擦部材をプーリ部材又はハブ構造体に固定することにより、摩擦部材はテーパリングとのみ相対的な滑りが発生するようになる。これにより、摩擦部材とテーパリングとの間の静止摩擦係数値等を考慮するだけでテーパリングの円錐曲面と摩擦部材との間に発生させる摩擦トルクの値を決めることができる。

　また、本発明の第３の態様は、前記第１又は第２の態様に係るプーリ構造体において、前記コイルばねの固定態様としては、前記コイルばねの一端及び他端の少なくとも１つが、前記ハブ構造体、前記プーリ部材及び前記テーパリングの少なくとも１つと径方向に弾性変形した状態で当該コイルばねの復元力により係止される態様であり、前記コイルばねの一端及び他端の少なくとも１つと、前記ハブ構造体、前記プーリ部材及び前記テーパリングの少なくとも１つとの間に発生する摩擦トルクよりも大きな回転トルクの入力がなされた場合に滑りが発生することを特徴としている。

　上記の構成によれば、テーパリングの円錐曲面と摩擦部材との間に発生する摩擦トルクと、コイルばねの一端及び他端の少なくとも１つとハブ構造体、プーリ部材及びテーパリングの少なくとも１つとの間に発生する摩擦トルクとを発生させることができる。こうすることにより、コイルばねとハブ構造体、プーリ部材及びテーパリングの少なくとも１つとの間に発生する摩擦トルクと、テーパリングの円錐曲面と摩擦部材との間に発生する摩擦トルクの値を自在に変更して設計自由度を高めることができる。

　また、本発明の第４の態様は、前記第３の態様に係るプーリ構造体において、前記テーパリングの円錐曲面と前記摩擦部材との間に発生する摩擦トルクと、前記コイルばねと前記ハブ構造体、前記プーリ部材及び前記テーパリングの少なくとも１つとの間に発生する摩擦トルクとが異なる値になるようにしたことを特徴としている。

　上記の構成によれば、テーパリングの円錐曲面と摩擦部材との間に発生する摩擦トルクと、コイルばねとハブ構造体、プーリ部材及びテーパリングの少なくとも１つとの間に発生する摩擦トルクとを異なる値にすることで、プーリ部材又はハブ構造体から入力された回転トルクの大きさにより、テーパリングの円錐曲面と摩擦部材との間、又は、コイルばねとハブ構造体、プーリ部材及びテーパリングの少なくとも１つとの間のどちらで滑らせるかを決定することができる。

　コイルばねに過大な力が作用するのを抑止してコイルばね自体の破損を防止し、摩擦トルクのばらつきを抑制しつつ、摩擦トルクを自在に変更することにより設計自由度を高めることができるプーリ構造体を提供することができる。

第１実施形態の補記駆動ベルトシステムの概略構成図である。第１実施形態に係る駆動プーリ構造体の平面図である。図２に示した駆動プーリ構造体の回転軸を含むＡ－Ａ断面図である。図３に示した駆動プーリ構造体の詳細図である。第２実施形態に係る駆動プーリ構造体の平面図である。図５に示した駆動プーリ構造体の回転軸を含むＢ－Ｂ断面図である。図６に示した駆動プーリ構造体の詳細図である。第３実施形態に係る駆動プーリ構造体の回転軸を含む断面図である。

（第１実施形態）
　本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態は、図１に示すように、自動車用エンジンの出力軸１０１のトルクによって補記（ウォーターポンプやオルタネータ等）を駆動する、補記駆動ベルトシステム１００に用いられる駆動プーリ構造体１に本発明を適用した一例である。なお、駆動プーリ構造体１は、エンジンの回転変動に起因する伝動ベルト１０６の張力変動を抑制するために使用される。

（補記駆動ベルトシステム１００）
　図１は本実施形態の補記駆動ベルトシステム１００の概略構成図である。図１に示すように、補記駆動ベルトシステム１００は、エンジンの出力軸１０１（レシプロエンジンのクランクシャフトや、ロータリーエンジンのエキセントリックシャフト等）に連結された駆動プーリ構造体１（プーリ構造体）と、ウォーターポンプやオルタネータ等の各種補記にそれぞれ連結された従動軸（補記軸）１０２、１０３と、従動軸１０２に取り付けられた従動プーリ構造体１０４と、従動軸１０３に取り付けられた従動プーリ構造体１０７と、駆動プーリ構造体１、従動プーリ構造体１０４、及び、従動プーリ構造体１０７にわたって架け渡された伝動ベルト１０６とを有する。尚、本実施形態では、伝動ベルト１０６として、ベルト長手方向に沿って互いに平行に延びる複数のＶリブを有するＶリブドベルトが用いられている。

　上記補記駆動ベルトシステム１００では、出力軸１０１のトルクによって駆動プーリ構造体１が回転駆動されると、その駆動プーリ構造体１の回転により伝動ベルト１０６が駆動される。すると、この伝動ベルト１０６の走行に伴って、従動プーリ構造体１０４や従動プーリ構造体１０７がそれぞれ回転駆動されることにより、図示しないが、従動軸１０２、１０３に連結されたウォーターポンプやオルタネータ等の補記がそれぞれ駆動される。

（駆動プーリ構造体１の構成）
　次に、出力軸１０１のトルクによって回転駆動される駆動プーリ構造体１について詳細に説明する。図２は駆動プーリ構造体１の平面図である。また、図３は、図２に示した駆動プーリ構造体１の回転軸Ｊを含むＡ－Ａ断面図である。また、図４は、図３に示した駆動プーリ構造体１の詳細図である。

　図２及び図３に示すように、駆動プーリ構造体１は、伝動ベルト１０６が巻き掛けられる円筒形状のプーリ部材２と、出力軸１０１に連結されるとともにプーリ部材２の内側に設けられたハブ構造体３と、一端４ａがハブ構造体３に固定されたコイルばね４と、コイルばね４の他端４ｂが固定され、ハブ構造体３の回転軸Ｊを円錐軸とした円錐曲面状の外周面５ａを有するテーパリング５と、テーパリング５の円錐曲面をした外周面５ａとプーリ部材２との間に介挿された摩擦部材６とを有している。また、プーリ部材２とハブ構造体３とは回転軸受９を介して相対回転可能に連結されている。更に、ハブ構造体３とテーパリング５との間には滑り軸受８が介装されている。

　プーリ部材２は円筒形状をしており、プーリ部材２の外周には、その周方向に沿って延びる複数のプーリ溝２ａが形成されている。そして、伝動ベルト１０６の内周に設けられた複数のＶリブが、複数のプーリ溝２ａにそれぞれ係合した状態で、プーリ部材２の外周に巻き掛けられる。

　ハブ構造体３も、円筒形状をしており、その円筒内部３ａには出力軸１０１が嵌挿され、ボルト等の適宜の連結手段によって出力軸１０１とハブ構造体３とが相対回転不能に連結される。尚、プーリ部材２、及び、ハブ構造体３を構成する材料としては、それぞれ非磁性材料（常磁性体や反磁性体、あるいは、反強磁性体）等が挙げられる。具体的には、非磁性材料として例えば、アルミニウム合金、チタン合金、あるいは、合成樹脂等を挙げられる。なお、プーリ部材２とハブ構造体３とは回転軸受９を介して相対回転可能に連結されている。

　テーパリング５は、図３に示すように断面略コの字型をしており、内周面５ｂは円筒形状をしており、外周面５ａはハブ構造体３の回転軸Ｊを円錐軸とした円錐曲面を有している。ここで、図４に示すように、断面視で円錐曲面をした外周面５ａの延長線５Ｌと回転軸Ｊとの成す角θは、１°以上、９０°未満の範囲に設定される。なお、ハブ構造体３とテーパリング５との間には滑り軸受８が介装されており、ハブ構造体３とテーパリング５とは相対回転可能になっている。

　摩擦部材６は、円錐曲面をした外周面５ａとプーリ部材２との間に介挿され、摩擦部材６自体は、プーリ部材２に回転不能に固定されている。摩擦部材６は、耐摩耗性、耐圧縮変形性に優れた材料で構成されるのが好ましく、例えば、真鍮、メッキ処理された真鍮、青銅、メッキ処理された青銅等の金属や、ポリアミド、ポリアセタール、ポリアリレート等の合成樹脂などが挙げられる。そして、テーパリング５と摩擦部材６との間の静止摩擦係数は、所望の入力トルクを受けてテーパリング５と摩擦部材６とが相対的に滑るような値に設定される。具体的には、摩擦部材６及びテーパリング５の材料の選択や、テーパリング５と当接する摩擦部材６の表面加工・形状（例えば凹凸パターンを配した形状）の態様や、前述した外周面５ａの延長線５Ｌと回転軸Ｊとの成す角θによって設定される。

　コイルばね４には、図３に示すように断面略矩形の線条体が螺旋状に形成された角コイルばねを使用している。そして、コイルばね４は、回転軸Ｊ方向に圧縮された状態でその一端４ａがハブ構造体３に固定されており、他端４ｂがテーパリング５に固定されている。そして、圧縮されたコイルばね４の復元力Ｐによってテーパリング５と摩擦部材６とが圧接されている。

　具体的には、図４に示すように、コイルばねの復元力Ｐによってテーパリング５が圧接される。そして、圧接されたテーパリング５の円錐曲面をした外周面５ａは、前述した断面視で円錐曲面をした外周面５ａの延長線５Ｌと回転軸Ｊとの成す角θとの関係において次式（１）で示される垂直抗力Ｎによって摩擦部材６を圧接する。
Ｎ＝Ｐ／ｓｉｎθ・・・（１）

　そして、テーパリング５の外周面５ａが、上記式（１）で示された垂直抗力Ｎによって摩擦部材６を圧接した際に発生するテーパリング５の外周面５ａと摩擦部材６との間の摩擦トルクＴｆは、次式（２）で示されることになる。
Ｔｆ＝μ×Ｎ×ｒ＝μ×Ｐ／ｓｉｎθ×ｒ・・・（２）
μ：テーパリング５と摩擦部材６との間の静止摩擦係数
ｒ：円錐曲面をした外周面５ａの平均半径

（駆動プーリ構造体１の作用）
　次に、本実施形態の駆動プーリ構造体１の作用について説明する。ここでは、エンジンの回転開始時に出力軸１０１が回転して、出力軸１０１を介してハブ構造体３側から駆動プーリ構造体１にトルクが入力された場合を想定して説明する。出力軸１０１を介してハブ構造体３側から入力されたトルクを入力トルクＴ（変数）とすると、ＴとＴｆとの関係が次式（３）の関係にある場合、テーパリング５の外周面５ａと摩擦部材６との当接面は滑らず、コイルばね４が周方向にねじれることにより入力トルクＴを吸収する。
Ｔ＜Ｔｆ・・・（３）
　一方、ＴとＴｆとの関係が次式（４）の関係にある場合、コイルばね４は周方向にねじれずに、テーパリング５の外周面５ａと摩擦部材６との当接面が滑ることにより入力トルクＴを吸収する。
Ｔ＞Ｔｆ・・・（４）

　上記の構成によれば、コイルばね４の復元力Ｐによってテーパリング５が圧接され、圧接されたテーパリング５の円錐曲面を有する外周面５ａが摩擦部材６を介してプーリ部材２を圧接する。こうすることにより、テーパリング５の円錐曲面を有した外周面５ａと摩擦部材６との間に摩擦トルクＴｆを発生させて、この摩擦トルクＴｆよりも大きな入力トルクＴがハブ構造体３から入力された場合に、テーパリング５の円錐曲面を有した外周面５ａと摩擦部材６とが圧接する面において相対的に滑らせてコイルばね４が一定以上ねじれないようにすることができる。このようにコイルばね４が一定以上ねじれないようにすることでコイルばね４の耐久性を向上させることができる。また、摩擦トルクＴｆを発生させる摩擦部材６と円錐曲面を有するテーパリング５は切削加工や金型による成形等により精度よく加工することができるため、摩擦トルクＴｆのばらつきを抑制することができる。また、摩擦部材６の材質・性能を自由に変えることで所望の摩擦トルクＴｆに設定可能となり設計自由度も高くすることができる。

　また、上記構成によれば、摩擦部材６をプーリ部材２に回転不能に固定することにより、摩擦部材６はテーパリング５とのみ相対的な滑りが発生するようになる。これにより、摩擦部材６とテーパリング５との間の静止摩擦係数値を考慮するだけでテーパリング５の円錐曲面を有する外周面５ａと摩擦部材６との間に発生させる摩擦トルクＴｆの値を決めることができる。

　なお、本実施形態では、エンジンの出力軸１０１に連結された駆動プーリ構造体１に本発明に係るプーリ構造体を適用したが、ウォーターポンプやオルタネータ等の各種補記にそれぞれ連結された従動軸（補記軸）１０２、１０３に取り付けられた従動プーリ構造体１０４・１０７に本発明に係るプーリ構造体を適用してもよい。

　この場合、上記補記駆動ベルトシステム１００では、出力軸１０１のトルクによって駆動プーリ構造体１が回転駆動されると、その駆動プーリ構造体１の回転により伝動ベルト１０６が駆動される。すると、この伝動ベルト１０６の走行に伴って、本発明に係るプーリ構造体を適用した従動プーリ構造体１０４や従動プーリ構造体１０７のプーリ部材２側からトルクが入力され、このトルクを入力トルクＴ（変数）とすると、ＴとＴｆとの関係が前述した式（３）の関係にある場合、テーパリング５の外周面５ａと摩擦部材６との当接面は滑らず、コイルばね４が周方向にねじれることにより入力トルクＴを吸収する。一方、ＴとＴｆとの関係が前述した式（４）の関係にある場合、コイルばね４は周方向にねじれずに、テーパリング５の外周面５ａと摩擦部材６との当接面が滑ることにより入力トルクＴを吸収する。

（第２実施形態）
　次に、第２実施形態に係る駆動プーリ構造体２０１について、第１実施形態と同様の箇所は説明を省略し、相違する構成を中心に説明する。図５は駆動プーリ構造体２０１の平面図である。また、図６は、図５に示した駆動プーリ構造体２０１の回転軸Ｊを含むＢＢ断面図である。また、図７は、図６に示した駆動プーリ構造体２０１の詳細図である。

（駆動プーリ構造体２０１の構成）
　図５及び図６に示すように、駆動プーリ構造体２０１は、伝動ベルト１０６が巻き掛けられる円筒形状のプーリ部材２０２と、出力軸１０１に連結されるとともにプーリ部材２０２の内側に設けられたハブ構造体２０３と、一端２０４ｂがプーリ部材２０２に固定されたコイルばね２０４と、コイルばね２０４の他端２０４ａが固定され、ハブ構造体２０３の回転軸Ｊを円錐軸とした円錐曲面状の内周面２０５ａを有するテーパリング２０５と、テーパリング２０５の円錐曲面をした内周面２０５ａとハブ構造体２０３との間に介挿された摩擦部材２０６とを有している。また、プーリ部材２０２とハブ構造体２０３とは回転軸受２０９及び滑り軸受２０８を介して相対回転可能に連結されている。

　テーパリング２０５は、図６に示すように、略円筒形状をしており、その内周面２０５ａがハブ構造体２０３の回転軸Ｊを円錐軸とした円錐曲面形状をしている。ここで、図７に示すように、断面視で円錐曲面形状をした内周面２０５ａの延長線２０５Ｌと回転軸Ｊとの成す角θは、１°以上、９０°未満の範囲に設定される。

　摩擦部材２０６は、円錐曲面形状をした内周面２０５ａとハブ構造体２０３との間に介挿され、摩擦部材２０６自体は、ハブ構造体２０３に回転不能に固定されている。

　コイルばね２０４は、回転軸Ｊ方向に圧縮された状態でその一端２０４ｂがプーリ部材２０２に固定されており、他端２０４ａがテーパリング２０５に固定されている。そして、圧縮されたコイルばね２０４の復元力Ｐによってテーパリング２０５と摩擦部材２０６とが圧接されている。

　具体的には、図７に示すように、コイルばねの復元力Ｐによってテーパリング２０５が圧接される。そして、圧接されたテーパリング２０５の円錐曲面形状をした内周面２０５ａは、断面視で円錐曲面形状をした内周面２０５ａの延長線２０５Ｌと回転軸Ｊとの成す角θとの関係において第１実施形態で述べた式（１）で示される垂直抗力Ｎによって摩擦部材２０６を圧接する。

　そして、テーパリング２０５の内周面２０５ａが、式（１）で示された垂直抗力Ｎによって摩擦部材２０６を圧接した際に発生するテーパリング２０５の内周面２０５ａと摩擦部材２０６との間の摩擦トルクＴｆは、第１実施形態で述べた式（２）で示されることになる。なお、第２実施形態では、μはテーパリング２０５と摩擦部材２０６との間の静止摩擦係数であり、ｒは円錐曲面形状をした内周面２０５ａの平均半径である。

（駆動プーリ構造体２０１の作用）
　次に、本実施形態の駆動プーリ構造体２０１の作用について説明する。ここでは、エンジンの回転開始時に出力軸１０１が回転して、出力軸１０１を介してハブ構造体２０３側から駆動プーリ構造体２０１にトルクが入力された場合を想定して説明する。出力軸１０１を介してハブ構造体２０３側から入力されたトルクを入力トルクＴ（変数）とすると、ＴとＴｆとの関係が前述した式（３）の関係（Ｔ＜Ｔｆ）にある場合、テーパリング２０５の内周面２０５ａと摩擦部材２０６との当接面は滑らず、コイルばね２０４が周方向にねじれることにより入力トルクＴを吸収する。一方、ＴとＴｆとの関係が前述した式（４）の関係（Ｔ＞Ｔｆ）にある場合、コイルばね２０４は周方向にねじれずに、テーパリング２０５の内周面２０５ａと摩擦部材２０６との当接面が滑ることにより入力トルクＴを吸収する。

　上記の構成によれば、コイルばね２０４の復元力Ｐによってテーパリング２０５が圧接され、圧接されたテーパリング２０５の円錐曲面を有する内周面２０５ａが摩擦部材２０６を介してハブ構造体２０３を圧接する。こうすることにより、テーパリング２０５の円錐曲面を有する内周面２０５ａと摩擦部材２０６との間に摩擦トルクＴｆを発生させて、この摩擦トルクＴｆよりも大きな入力トルクＴがハブ構造体２０３から入力された場合に、テーパリング２０５の円錐曲面を有する内周面２０５ａと摩擦部材２０６とが圧接する面において相対的に滑らせてコイルばね２０４が一定以上ねじれないようにすることができる。このようにコイルばね２０４が一定以上ねじれないようにすることでコイルばね２０４の耐久性を向上させることができる。また、摩擦トルクＴｆを発生させる摩擦部材２０６と円錐曲面を有するテーパリング２０５は切削加工や金型による成形等により精度よく加工することができ、摩擦トルクＴｆのばらつきを抑制することができる。また、摩擦部材２０６の材質・性能を自由に変えることで所望の摩擦トルクＴｆに設定可能となり設計自由度も高くすることができる。

　また、上記の構成によれば、摩擦部材２０６をハブ構造体２０３に回転不能に固定することにより、摩擦部材２０６はテーパリング２０５とのみ相対的な滑りが発生するようになる。これにより、摩擦部材２０６とテーパリング２０５との間の静止摩擦係数値等を考慮するだけでテーパリング２０５の円錐曲面を有する内周面２０５ａと摩擦部材２０６との間に発生させる摩擦トルクＴｆの値を決めることができる。

（第３実施形態）
　次に、第３実施形態に係る従動プーリ構造体３０１（プーリ構造体）について、第１実施形態と同様の箇所は説明を省略し、相違する構成を中心に説明する。第３実施形態に係る従動プーリ構造体３０１は、図８に示すように、第１実施形態に挙げた駆動プーリ構造体１のコイルばね４の部分にスプリングクラッチ構造を取り入れた構成としている。そして、第３実施形態では、本発明に係る従動プーリ構造体３０１を図１の補記駆動ベルトシステム１００の従動軸１０２に装着して、従動プーリ構造体として使用した場合について説明する。なお、図８は、従動プーリ構造体３０１の回転軸Ｊを含む断面図である。

（従動プーリ構造体３０１の構成）
　第３実施形態に係る従動プーリ構造体３０１は、第１実施形態で挙げた駆動プーリ構造体１のコイルばね４のように、他端４ｂをテーパリング５に直接固定するのではなく、図８に示すように、コイルばね３０４の他端３０４ｂを径外方向Ｏに弾性変形させてその復元力Ｆ（径内方向）によりテーパリング３０５に係止させて装着させる構造をしている。一方、コイルばね３０４の一端３０４ａは、ハブ構造体３０３に固定されている。

（従動プーリ構造体３０１の作用）
　次に、本実施形態の従動プーリ構造体３０１の作用について説明する。まず、エンジンの回転開始時において、出力軸１０１が回転して、出力軸１０１のトルクによって駆動プーリ構造体１及び伝動ベルト１０６を介して、従動プーリ構造体３０１のプーリ部材３０２側から従動プーリ構造体３０１にトルクが入力された場合について説明する。これは、エンジンの回転開始時において、従動プーリ構造体３０１のプーリ部材３０２の回転トルクがハブ構造体３０３の回転トルクを上回る場合を想定している。

　第１実施形態同様に、プーリ部材３０２側から従動プーリ構造体３０１に入力されたトルクを入力トルクＴ（変数）とし、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との間の摩擦トルクをＴｆとし、ＴとＴｆとの関係が式（３）の関係（Ｔ＜Ｔｆ）にある場合、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との当接面は滑らない。また、コイルばね３０４は、テーパリング３０５のクラッチ面３０５ｃとの接触により縮径して、コイルばね３０４が周方向にねじれ、クラッチ面３０５ｃに対する圧接係合力が増大した状態で保持されたまま滑らず、プーリ部材３０２の回転がハブ構造体３０３に伝達されることになる。そして、ハブ構造体３０３に取り付けられた従動軸１０２に連結されたウォーターポンプやオルタネータ等の補記がそれぞれ駆動されることになる。

　一方、ＴとＴｆとの関係が式（４）の関係（Ｔ＞Ｔｆ）にある場合、コイルばね３０４は、テーパリング３０５のクラッチ面３０５ｃとの接触により縮径して、クラッチ面３０５ｃに対する圧接係合力が増大した状態で保持されたまま滑らないが、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との当接面が滑ることにより入力トルクＴを吸収することになる。これにより、プーリ部材３０２の回転がハブ構造体３０３に伝達されず、プーリ部材３０２はフリー回転する。

　次に、エンジンの回転停止により出力軸１０１の回転が停止する際に、伝動ベルト１０６を介してプーリ部材３０２の回転トルクが下がるが、ハブ構造体３０３の回転トルクはエンジン回転時の惰性によりプーリ部材３０２の回転トルクを上回る場合、即ち、ハブ構造体３０３側から従動プーリ構造体３０１にトルクが入力された場合について説明する。

　ハブ構造体３０３側から従動プーリ構造体３０１に入力されたトルクを入力トルクＴ（変数）とし、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との間の摩擦トルクをＴｆとし、コイルばね３０４とクラッチ面３０５ｃの接触部における摩擦トルクをＴsとして、各摩擦トルクの関係をＴ＜Ｔs＜Ｔｆとした場合、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との当接面は滑らない。また、コイルばね３０４は、クラッチ面３０５ｃに対して保持されたまま滑ることはなく、ハブ構造体３０３の回転がプーリ部材３０２に伝達されることになる。

　また、各摩擦トルクの関係をＴs＜Ｔ＜Ｔｆとした場合、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との当接面は滑らない。一方、コイルばね３０４は、拡径してクラッチ面３０５ｃに対する圧接係合力が弱くなり、コイルばね３０４とクラッチ面３０５ｃの接触部において滑りが生じ、ハブ構造体３０３の回転がプーリ部材３０２に伝達されず、ハブ構造体３０３はフリー回転する。

　更に、各摩擦トルクの関係をＴs＜Ｔｆ＜Ｔとした場合、コイルばね３０４は、拡径してクラッチ面３０５ｃに対する圧接係合力が弱くなり、コイルばね３０４とクラッチ面３０５ｃの接触部において滑りが生じ、ハブ構造体３０３の回転がプーリ部材３０２に伝達されず、ハブ構造体３０３はフリー回転する。

　ここで、第３実施形態では、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との間の摩擦トルクＴｆとコイルばね３０４とクラッチ面３０５ｃの接触部における摩擦トルクＴsとの関係をＴs＜Ｔｆとしているが、摩擦トルクＴs・Ｔｆの値を自由に設定することにより（ＴsとＴｆとの値を異なる値に設定する）、入力トルクＴの大きさにより、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との間、又は、コイルばね３０４とクラッチ面３０５ｃとの間のどちらで滑らせるかを決定することができる。

　例えば、ハブ構造体３０３の回転トルクがエンジン回転時の惰性によりプーリ部材３０２の回転トルクを上回る場合、即ち、ハブ構造体３０３側から従動プーリ構造体３０１にトルクが入力された場合について説明すると、Ｔｆ＜Ｔsとした場合において、入力トルクＴとの関係で、Ｔｆ＜Ｔ＜Ｔsとした場合、コイルばね３０４は、クラッチ面３０５ｃに対して保持されたまま滑ることはなく、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との当接面において滑りが生じ、ハブ構造体３０３での回転がプーリ部材３０２に伝達されず、ハブ構造体３０３はフリー回転する。

　また、Ｔｆ＜Ｔs＜Ｔとした場合、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との当接面において滑りが生じ、ハブ構造体３０３での回転がプーリ部材３０２に伝達されず、ハブ構造体３０３はフリー回転する。

　なお、上記従動プーリ構造体３０１を出力軸１０１に装着して、駆動プーリ構造体として使用した場合にも同様の作用が働く。この場合、エンジンの回転開始時に出力軸１０１が回転して、出力軸１０１を介してハブ構造体３０３側から従動プーリ構造体３０１にトルクが入力され、ハブ構造体３０３の回転トルクがプーリ部材３０２の回転トルクを上回ることになる。一方、エンジンの回転停止により出力軸１０１の回転が停止する際に、伝動ベルト１０６の惰性駆動によりプーリ部材３０２の回転トルクがハブ構造体３０３の回転トルクを上回ることによりプーリ部材３０２側から従動プーリ構造体３０１にトルクが入力されることになる。

　また、第３実施形態では、コイルばね３０４の他端３０４ｂを径外方向Ｏに弾性変形させてその復元力Ｆ（径内方向）によりテーパリング３０５に係止させて装着させる構造をしている。しかし、これに限らずに、コイルばね３０４の他端３０４ｂを径内方向に弾性変形させてその復元力（径外方向）によりテーパリング３０５に係止させて装着させてもよい。

　また、第３実施形態では、コイルばね３０４の一端３０４ａは、ハブ構造体３０３に固定されている。しかし、コイルばね３０４の一端３０４ａを、ハブ構造体３０３に固定せずに、コイルばね３０４の他端３０４ｂと同様に、コイルばね３０４の一端３０４ａを径外方向に弾性変形させてその復元力（径内方向）によりハブ構造体３０３に係止させて装着させてもよい。

　また、第３実施形態に係る従動プーリ構造体３０１は、第１実施形態に挙げた駆動プーリ構造体１のコイルばね４の部分にスプリングクラッチ構造を取り入れた構成としているが、第２実施形態に挙げた駆動プーリ構造体２０１のコイルばね２０４の部分にスプリングクラッチ構造を取り入れた構成としてもよい。この場合、コイルばね２０４の他端２０４ａを径外方向に弾性変形させてその復元力（径内方向）によりテーパリング２０５に係止させて装着させている。なお、コイルばね２０４の一端２０４ｂは、プーリ部材２０２に固定されていてもよいし、コイルばね２０４の他端２０４ａ同様に、一端２０４ｂを径外（内）方向に弾性変形させてその復元力（径内（外）方向）によりプーリ部材２０２に係止させて装着させてもよい。

　上記の構成によれば、テーパリング３０５の円錐曲面を有した外周面３０５ａと摩擦部材３０６との間に発生する摩擦トルクＴｆと、コイルばね３０４の他端３０４ｂとテーパリング３０５のクラッチ面３０５ｃとの間に発生する摩擦トルクＴsとの２つの摩擦トルクを発生させることができる。こうすることにより、例えば、本発明に係る従動プーリ構造体３０１を従動軸１０２に装着して、従動プーリ構造体として使用した場合において、プーリ部材３０２側から入力トルクＴがあった場合、入力トルクＴがテーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との間で発生する摩擦トルクＴｆよりも大きい場合には、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との当接面を滑らせることにより入力トルクＴを吸収させることができる。一方、ハブ構造体３０３側から入力トルクＴがあった場合、各摩擦トルクとの関係をＴs＜Ｔ＜Ｔｆとすると、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との当接面は滑らずに、コイルばね３０４は、クラッチ面３０５ｃとの接触部において滑りが生じ、ハブ構造体３０３の回転がプーリ部材３０２に伝達されず、ハブ構造体３０３をフリー回転させることができる。更に、各摩擦トルクの関係をＴs＜Ｔｆ＜Ｔとした場合、コイルばね３０４は、クラッチ面３０５ｃとの接触部において滑りが生じ、ハブ構造体３０３の回転がプーリ部材３０２に伝達されず、ハブ構造体３０３をフリー回転させることができる。これにより、コイルばね３０４の他端３０４ｂとテーパリング３０５のクラッチ面３０５ｃとの間に発生する摩擦トルクＴsと、テーパリング３０５の円錐曲面を有した外周面３０５ａと摩擦部材３０６との間に発生する摩擦トルクＴｆの値を自在に変更して設計自由度を高めることが可能となる。

　また、摩擦トルクＴs・Ｔｆの値をそれぞれ自由に設定することにより（ＴsとＴｆとの値を異なる値に設定する）、入力トルクＴの大きさにより、テーパリング３０５の外周面３０５ａと摩擦部材３０６との間、又は、コイルばね３０４とクラッチ面３０５ｃとの間のどちらで滑らせるかを決定することができる。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の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に変更して実施することができるものである。

　本出願を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。　　
　本出願は、２０１０年８月３１日出願の日本特許出願（特願２０１０-１９３９３５）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、２０１：駆動プーリ構造体
２、２０２、３０２：プーリ部材
３、２０３、３０３：ハブ構造体
４、２０４、３０４：コイルばね
５、２０５、３０５：テーパリング
６、２０６、３０６：摩擦部材
１００：補記駆動ベルトシステム
１０１：出力軸
１０４、１０７、３０１：従動プーリ構造体
１０６：伝動ベルト
Ｊ：回転軸

Claims

　ベルトが巻き掛けられる筒状のプーリ部材と、
　前記プーリ部材の内側において、前記プーリ部材に対して相対回転可能に設けられたハブ構造体と、
　一端が前記ハブ構造体又は前記プーリ部材に固定されたコイルばねと、
　前記コイルばねの他端が固定され、前記ハブ構造体の回転軸を円錐軸とした円錐曲面を有するテーパリングと、
　前記テーパリングの円錐曲面と前記プーリ部材、又は、前記テーパリングの円錐曲面と前記ハブ構造体との間に介挿された摩擦部材と
を有し、
　前記コイルばねは前記ハブ構造体の回転軸方向に圧縮されて介挿され、前記コイルばねの復元力によって前記テーパリングと前記摩擦部材と前記プーリ部材、又は、前記テーパリングと前記摩擦部材と前記ハブ構造体とが圧接されていることを特徴とするプーリ構造体。
　前記摩擦部材は、前記プーリ部材又は前記ハブ構造体に固定され、当該摩擦部材は前記テーパリングとのみ相対的な滑りを発生することを特徴とする請求項１に記載のプーリ構造体。
　前記コイルばねの固定態様としては、前記コイルばねの一端及び他端の少なくとも１つが、前記ハブ構造体、前記プーリ部材及び前記テーパリングの少なくとも１つと径方向に弾性変形した状態で当該コイルばねの復元力により係止される態様であり、
　前記コイルばねの一端及び他端の少なくとも１つと、前記ハブ構造体、前記プーリ部材及び前記テーパリングの少なくとも１つとの間に発生する摩擦トルクよりも大きな回転トルクの入力がなされた場合に滑りが発生することを特徴とする請求項１に記載のプーリ構造体。
　前記テーパリングの円錐曲面と前記摩擦部材との間に発生する摩擦トルクと、前記コイルばねと前記ハブ構造体、前記プーリ部材及び前記テーパリングの少なくとも１つとの間に発生する摩擦トルクとが異なる値になるようにしたことを特徴とする請求項３に記載のプーリ構造体。