JP2022039999A - クランクプーリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予め潤滑剤を封入せずとも、作動時に異音等の問題を解消し、補機駆動ベルトシステムにおいて、エンジン始動等によりクランク軸へ過大なトルクが入力される際に生じる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るクランクプーリ装置を提供する。【解決手段】エンジンのクランク軸２１１に相対回転可能に同心配置された内輪２と外輪５との間で回転トルクの伝達を行うクランクプーリ装置１であって、内輪２と外輪５とは、クラッチ機構部３と渦巻ばね４とを介在させて連結されており、クラッチ機構部３は、内輪２に対して摩擦係合する摩擦板３４・３５と、摩擦板３４・３５を付勢する皿ばね３２とを備え、摩擦板３４・３５は、内輪２から所定以上の回転トルクが加わった際に摩擦係合が解除され、内輪２を摺動する摩擦係数を有し、渦巻ばね４は、クラッチ機構部３と外輪５との間に介装されている。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンのクランクシャフトに取り付けられるクランクプーリ装置に関する。

自動車等のエンジンのクランクシャフトには、オルタネータ等の補機類を駆動するためのベルトが巻き掛けられるクランクプーリ装置が取り付けられている。

一般に、自動車等のエンジンのクランクシャフトは、気筒内の爆発力によって回転力が付与されるので、その回転速度に変動が生じる。そして、このようなクランクシャフトの回転速度の変動が補機駆動ベルトシステムに伝達されると、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変動は、ベルトの異音の発生やベルト等他の部分の寿命低下等の原因となる。また、ベルトのスリップを防止するために、当該ベルトの初期張力を比較的高く設定することがあり、この場合には、クランクシャフトの回転抵抗が増大し、エンジンの燃費性能を低下させることもあった。

クランクシャフトの回転速度変動は、各気筒における燃焼爆発時期に同期して生じるものである。このため、エンジン始動によるクランキング動作中（間欠的動作中）の各気筒における燃焼爆発時において、クランクシャフトの回転速度変動は、クランクシャフトの常用回転域など通常トルクの入力時よりも過大なトルクをクランクシャフトに入力させる。特にクランキング初期段階に過大なトルクをクランクシャフトに入力させる。つまり、エンジン始動による過大トルク入力時に、クランクシャフトの回転速度変動は最大化し、上記通常トルク入力時よりもベルトの張力が過大に増加するとともに、ベルトの張力が過大に変動する問題等、ベルト等他の部分への影響が顕在化し易くなる。特に、最近は、信号待ち等のアイドル状態でエンジンを停止させ、このアイドルストップ後にエンジンを再始動するシステムを備えた車両が増加しており、エンジン停止・再始動の頻度が顕著に増加したことに伴い、上記問題がより顕在化する虞があった。

このため、特許文献１には、上記のような頻繁なエンジン始動によりクランクシャフトへ過大なトルクが入力され、頻繁に、ベルトの張力が過大に増加するとともに、ベルトの張力が過大に変動する問題に対応すべく、内輪１１と、外輪１２と、内輪の外周に設けられたカム面２１と、外輪の内周に設けられ、カム面に向けてスライド自在に設けられると共にばねで付勢されたピストン２２と、を備えてなるカム機構部１３を介して連結することにより、補機駆動ベルトシステムにおいて、エンジン始動等によりクランクシャフト（以下、クランク軸という）へ過大なトルクが入力される際に生じる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るクランクプーリ装置、が提案されている。

特開２０１９－６５９１７号公報

しかしながら、従来（特許文献１）のクランクプーリ装置では、カム機構部における金属部材同士（ピストンとカム面）が圧接状態で摺動するように構成されているため、カム機構部の動作が繰り返された際に、（１）異音（キーキー音等の摺動音）、（２）カム面におけるピストン先端部が圧接状態で摺動する部分の異常摩耗、ならびに、（３）ピストンとシリンダーとの焼き付き、等の問題が生じるのを防止するため、予め（組付け段階で）、潤滑剤（グリース）をカム機構部に封入しておく必要があった。もし、潤滑剤をカム機構部に封入しなかった場合、装置の作動時に、カム機構部において異音や異常摩耗等の問題が発生するおそれがあった。

本発明は、予め潤滑剤を封入せずとも、装置の作動時に、異音等の問題を解消し、補機駆動ベルトシステムにおいて、エンジン始動等によりクランク軸へ過大なトルクが入力される際に生じる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るクランクプーリ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、エンジンのクランク軸上に相対回転可能に同心配置された内輪と外輪との間で回転トルクの伝達を行うクランクプーリ装置であって、
前記クランク軸に取り付けられる前記内輪と前記外輪とは、クラッチ機構部とダンパ機構部とを介在させて連結されており、
前記クラッチ機構部は、前記内輪に対して摩擦係合する摩擦板と、前記摩擦板を付勢する弾性部とを備え、前記摩擦板は、前記内輪から所定以上の回転トルクが加わった際に前記摩擦係合が解除され、前記内輪を摺動する摩擦係数を有し、
前記ダンパ機構部は、伸縮可能なばね部材であり、前記クラッチ機構部と前記外輪との間に介装されている。

上記構成によれば、下記（I）及び（II）の効果を発揮する。
（I）クランク軸の駆動状態において、所定未満の回転トルクがクランク軸に伝達される場合、すなわち、クランク軸からクランクプーリ装置への通常トルク入力時は、クラッチ機構部において、弾性部に付勢された摩擦板と内輪とが強く摩擦係合したロック状態に維持され、且つ、ダンパ機構部において、ばね部材が伸縮変形（渦巻ばねなら、拡径変形又は縮径変形）する際に自己弾性復元力が作用することによって、クランク軸の（通常の）回転速度変動が効果的に緩和される。これにより、外輪に巻き付けられるベルトの張力の（通常の）変動が効果的に抑制されつつ、内輪から外輪へ回転トルクが円滑に伝達される。
（II）クランク軸の駆動状態において、所定以上の回転トルクがクランク軸に伝達される場合、すなわち、クランク軸からクランクプーリ装置への過大トルク入力時は、クラッチ機構部において、弾性部に付勢された摩擦板と内輪とが強く摩擦係合したロック状態から、摩擦係合が解除されて、摩擦板が内輪を摺動（スリップ）する係合解除状態に移行することによって、通常の回転トルクよりも過大な回転トルクを、クランク軸に取り付けられた内輪から外輪に伝達されないようにする。すなわち、その間、内輪と外輪との間に係合作用がほとんど働かない状態で内輪と外輪とが顕著に相対回転する。その結果、内輪から外輪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が伝達されない。そのため、エンジン始動等によりクランク軸へ過大なトルクが入力される際に生じる、外輪に巻き付けられたベルトの張力の過大な増加やベルトの張力の過大な変動を効果的に抑制できる。
そして、上記（I）の効果を発揮する際には、クラッチ機構部において、ロック状態が維持される（係合解除状態にはならない）ことから、摩擦による異音の問題は生じない（特許文献１では、通常トルク入力時でも、ピストンがカム面を摺動して異音が発生していた）。

また、本発明は、上記クランクプーリ装置において、前記摩擦板が、非金属性の摩擦材であってもよい。

上記構成によれば、上記(II)の効果を発揮する際に（係合解除状態に移行し、摩擦板が内輪を摺動（スリップ）する際に）、摩擦板が金属部材である場合に比べて、摩擦による異音を抑制することができる。そのため、クラッチ機構部およびダンパ機構部に、金属部材同士が圧接状態で摺動するように構成された部分が存在しないようにすることができる。これにより、予めクラッチ機構部およびダンパ機構部に潤滑剤（グリース）を使用（封入、塗布等）する必要はなく、クランクプーリ装置の作動中に異音や異常摩耗等の問題が発生するのを防止することができる。

また、本発明は、上記クランクプーリ装置の前記クラッチ機構部において、前記内輪と前記摩擦板とが摩擦係合又は摺動する、係合面は、前記内輪、前記外輪、前記クラッチ機構部、及び、前記ダンパ機構部とを連結させるために必要な隙間を除いて、密閉されていてもよい。

上記構成によれば、係合面に油等の異物が侵入しないようにして、異物の混入による、伝達トルクの低下や伝達トルクの不適当な水準での遮断動作・異音を防止することができる。これにより、予め潤滑剤を使用（封入、塗布等）せずとも、クランクプーリ装置の作動時に、遮断動作・異音等を防止することができる。

予め潤滑剤を封入せずとも、装置の作動時に、異音等の問題を解消し、補機駆動ベルトシステムにおいて、エンジン始動等によりクランク軸へ過大なトルクが入力される際に生じる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るクランクプーリ装置を提供することができる。

本実施形態に係るクランクプーリ装置を含む補機駆動ベルトシステムの概略構成図である。 本実施形態に係るクランクプーリ装置の全体図（組立図）である。（ａ）正面図、（ｂ）右側面図、（ｃ）背面図 本実施形態に係るクランクプーリ装置のＩ－Ｉ断面図である。 本実施形態に係るクランクプーリ装置のII－II断面図である。 本実施形態に係るクランクプーリ装置の、内輪及びクラッチ機構部の分解図である。 本実施形態に係るクランクプーリ装置の、外輪及び渦巻ばねを主体とする構成の分解図である。 比較例２、参考例１に係るクランクプーリ装置の断面図（特許文献１の図２）である。（比較例２：特許文献１の第１実施形態、カム機構部への潤滑剤封入なし）（参考例１：特許文献１の第１実施形態、カム機構部への潤滑剤封入あり） エンジンベンチ試験機の概略構成図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態に係るクランクプーリ装置１について説明する。

本実施形態のクランクプーリ装置１は、例えば、図１に示す補機駆動ベルトシステム２０１に適用することができる。

（補機駆動ベルトシステム２０１）
補機駆動ベルトシステム２０１は、図１に示すように、エンジンのクランク軸２１１に取り付けられたクランクプーリ装置１と、オルタネータ（ＡＬＴ）の軸２１８に接続されたオルタネータプーリ２１２と、エアコン・コンプレッサ（ＡＣ）に接続されたＡＣプーリ２１３とを有する。また、クランクプーリ装置１とオルタネータプーリ２１２とのベルトスパン間に、オートテンショナ（Ａ／Ｔ）２１４が設けられる。
エンジンの出力は、Ｖリブドベルトのような１本のベルト２１５を介して、クランクプーリ装置１から時計回りに、オルタネータプーリ２１２、ＡＣプーリ２１３に対してそれぞれ伝達されて、オルタネータ、エアコン・コンプレッサの各補機が駆動される。

（クランクプーリ装置１）
クランクプーリ装置１は、図２及び図３に示すように、エンジンのクランク軸２１１に取り付けられる内輪２と、内輪２に対して相対回転可能に同心配置される外輪５と、内輪２と外輪５との間に介在されて連結されている、クラッチ機構部３及び渦巻ばね４（ダンパ機構部）とを備えている。このクランクプーリ装置１では、エンジンのクランク軸２１１に取り付けられた内輪２と外輪５との間で回転トルクの伝達を行う。

なお、エンジンのクランク軸２１１に沿った方向（以下、軸方向）の一端側（クランクプーリ装置１の背面側）を後側（後）、軸方向の他端側（クランクプーリ装置１の正面側）を前側（前）とし、クランクプーリ装置１の径方向の一方（外方）を外側（外）、径方向の他方（内方）を内側（内）とする（図３等参照）。

（内輪２）
内輪２は、図３～図５に示すように、エンジンのクランク軸２１１が一体回転可能に取り付けられる筒状のボス部２１と、ボス部２１の後端から径方向外方に延びたリング状の外延部２２とを有している（断面Ｌ字状に形成されている：図３参照）。

ボス部２１の前端（外周面）には、周方向に延びる凹溝２３（後述するスナップリング６６を係止する溝）が形成されている。また、ボス部２１の内周面には、軸方向に延びる凹溝２１０（クランク軸２１１を取付けるためのキー溝）が形成されている（図４参照）。

（外輪５）
外輪５は、円筒状のプーリ部材であり、図３～図６に示すように、内筒部５１と、内筒部５１の外側に配置された外筒部５２と、内筒部５１の前端と外筒部５２の前端とを連結する円環板部５３とを有する（断面コ字状に形成されている：図３参照）。また、外筒部５２の外周には、ベルト２１５が巻き掛けられるベルト溝５２１が形成されている。

内筒部５１、外筒部５２、及び円環板部５３で囲まれた空間５４内に、渦巻ばね４とクラッチ機構部３の一部（第１ホルダー３７の筒部３７１）とが収容されている。また、内筒部５１には、渦巻ばね４の内端部４１（後述）を係止するための切欠５１１が１カ所形成されている（図４参照）。

（内輪２と外輪５との支持形態）
外輪５の径方向に関しては、図３に示すように、外輪５は、滑り軸受６３を介して内輪２（外周面）に相対回転可能に支持されている。この滑り軸受６３は、予め（クランクプーリ装置１への組付け前に）、外輪５の内筒部５１の内周面に相対回転不能に圧入されている。これにより、外輪５と内輪２との相対回転時には、滑り軸受６３の内周面が内輪２（外周面）に対して摺動する。

外輪５の軸方向に関しては、図３及び図６に示すように、外輪５は、外輪５の前側に配置される、スナップリング６６、押え板６５、及び、摩擦板６４と、外輪５の後側に配置される、皿ばね６１、押え板６２、及び、滑り軸受６３により、軸方向に移動不能に支持されている。

スナップリング６６は、内輪２のボス部２１の前端（外周面）に形成された凹溝２３に嵌合し、外輪５の軸方向の位置決めの基点となるＣ形状の平座金である。

押え板６５は、スナップリング６６の後面に係止されて、摩擦板６４を支持する、円環板状に形成された平座金である。

摩擦板６４は、押え板６５と外輪５（前面）との間に前後方向に挟まれる、円環板状に形成された非金属製の摩擦材である。摩擦板６４の材質は、後述する摩擦板３４・３５と同じである。これにより、外輪５と内輪２との相対回転時には、摩擦板６４の後面が外輪５（前面）に対して摺動する。

皿ばね６１は、自己弾性力を有するばね部材であり、前後方向（軸方向、皿ばね６１の高さ方向）に圧縮させた状態で、内輪２におけるボス部２１（外面）と外延部２２（前面）とが接続する隅部２４に係合させることにより、前後方向に拡大する自己弾性復元力が働き、外輪５及び滑り軸受６３を前側に付勢する（押し付ける）。これにより、摩擦板６４と外輪５（前面）との摺動面、ならびに、押え板６２と滑り軸受６３との摺動面に、適度な摩擦力（外輪５を軸方向に移動不能に維持できる程度の摩擦力）を与える。

押え板６２は、皿ばね６１と滑り軸受６３（縁部６３２）との間に挟まれる、円環板状に形成された平座金である。

滑り軸受６３は、外輪５の内筒部５１の内周面に圧入（内嵌）されて、外輪５と一体回転可能に取り付けられる基部６３１と、基部６３１の後端から外側に延びて、外輪５（内筒部５１）の後面に接触する縁部６３２とを有する（断面Ｌ字状に形成されている：図３参照）、金属製軸受（所謂メタル軸受）である。

また、滑り軸受６３の摺動面（内輪２と接触する基部６３１の内周面、及び、押え板６２と接触する縁部６３２の後面）は、ポリ四フッ化エチレンの潤滑材を含有する樹脂組成物（低摩擦材）で構成されている。これにより、滑り軸受６３と内輪との相対回転時には、押え板６２の前面が滑り軸受６３（縁部６３２の後面）に対して摺動する。

（渦巻ばね４：ダンパ機構部）
渦巻ばね４は、図３及び図６に示すように、外輪５の内筒部５１、外筒部５２、及び円環板部５３で囲まれた空間５４内に収容され、外輪５（内筒部５１）とクラッチ機構部３（第１ホルダー３７）との間に介装している。この渦巻ばね４は、内輪２と外輪５との間で伝達される回転トルクの変動を吸収する役割を果たす。

渦巻ばね４（ばね数１）は、帯状のばね材を渦巻形に巻いたものである。また、内端部４１が略９０°内側に折り曲げられており、外端部４２が略９０°外側に折り曲げられている（図４、図６参照）。渦巻ばね４は、例えば２～４巻きに形成されており、その材質や寸法等は、渦巻ばね４が変形（拡径変形又は縮径変形）する際に有効な自己弾性復元力を得ることができるものであれば特に限定されるものではない。

例えば、渦巻ばね４の材質を、ばね用オイルテンパー線（ＪＩＳＧ３５６０:２０１７に準拠）にして、寸法を、ばね線の厚み６ｍｍ、ばね線の幅２５ｍｍ、巻き径（外径）１００ｍｍにして、巻き数を２巻き半にして、巻き方向を前側（クランクプーリ装置１の正面側）からみて、右巻き（内端部４１から外端部４２に向かう際、時計回り）にする。

また、渦巻ばね４は、内端部４１が、外輪５の内筒部５１に形成された切欠５１１（図４参照）に相対回転不能に連結されており、外端部４２が、クラッチ機構部３の第１ホルダー３７の筒部３７１に形成された切欠３７２（図４、図５参照）に連結されている。また、渦巻ばね４は、クランクプーリ装置１への組付け段階で、プリロード（巻締め動作等）は不要であり付与されていない。また、渦巻ばね４が変形（拡径変形又は縮径変形）する際に自己弾性復元力が作用する。

なお、ダンパ機構部としては、伸縮可能なばね部材であれば、ねじりコイルばね、板状のばね部材（板ばね）、皿状のばねを使用してもよい。本実施形態のクランクプーリ装置１の場合、エンジンレイアウト上、比較的（例えばオルタネータプーリ装置と比べて）、径方向長さ（外径）の制約は小さく、軸方向（前後方向）長さの制約は大きい。そのため、軸方向（前後方向）長さを径方向長さ（外径）よりも小さくしなければならない。このため、クランクプーリ装置１用として有効にダンピング機能を発揮させるために、ダンパ機構部を形成するばね部材（ばね数１の場合）は、軸方向（前後方向）長さを径方向長さ（外径）よりも小さくし難い「ねじりコイルばね」とはせず、軸方向（前後方向）長さを径方向長さ（外径）よりも小さくし易い「渦巻ばね」とする方がよい。なお、ねじりコイルばねを採用する場合は、周方向に複数配置（ばね数は例えば４）を余儀なくされ、部品点数が増加する場合がある。

（クラッチ機構部３）
クラッチ機構部３は、図３及び図５に示すように、皿ばね３２（弾性部）で付勢された１対の摩擦板３４・３５が内輪２（外延部２２）に対して摺動可能に摩擦係合するように（圧接された状態に）構成されている。具体的には、内輪２（外延部２２）の前側には、第１ホルダー３７、及び、摩擦板３５が配置され、内輪２（外延部２２）の後ろ側には、第２ホルダー３１、皿ばね３２、押え板３３、及び、摩擦板３４が配置される。このクラッチ機構部３は、内輪２と外輪５との間の過大な回転トルクの伝達を遮断する。

第１ホルダー３７は、外側に延びる外縁部３７３と、外縁部３７３の内端から前側に延びる（前側に延びて折り返される二重構造の）筒部３７１と、筒部３７１の後端から内側に延びる円環板部３７４と、円環板部３７４の内端から後側に折り曲げられた内縁部３７５とからなる、鋼板製のプレス加工部材である。この鋼板製のプレス加工部材の厚さは例えば１．６～２．３ｍｍ（実施例１は２．０ｍｍ）である。また、プレス加工部材の材質は、例えば、比強度が比較的大きい高張力鋼板である。なお、実施例１では、自動車用加工性冷間圧延高張力鋼板（ＳＰＦＣ）を使用している。

また、外縁部３７３には、リベット３８を挿通するための貫通孔３７６が周方向に複数（実施例１は等分８カ所）形成されている。また、筒部３７１には、渦巻ばね４の外端部４２を係止するための切欠３７２が１カ所形成されている（図４、図５）。また、円環板部３７４の後面には、摩擦板３５を相対回転不能に係止するための凸部３７７が周方向に複数（実施例１では等分８カ所、摩擦板３５の前面に形成された複数の凹部３５１と嵌合）形成されている。

また、内縁部３７５は、クランクプーリ装置１の組立状態で、その後端面と内輪２（外延部２２）との間の間隙が僅か（例えば０．４ｍｍ程度）となるように形成されている。これは、特には摩擦板３５と内輪２（外延部２２）との係合面（クラッチ係合面）に、外部からの異物（油、砂等）が侵入するのを極力抑制するためである。

摩擦板３５は、第１ホルダー３７（円環板部３７４）と内輪２（外延部２２）との間に前後方向に挟まれる、円環板状に形成された非金属製の摩擦材である。摩擦板３５の前面には、凹部３５１が周方向に複数（実施例１では等分８カ所、第１ホルダー３７の円環板部３７４の後面に形成された複数の凸部３７７と嵌合）形成されている。また、摩擦板３５の材質は、例えば、ドラムブレーキ装置に使用される周知のブレーキライニングなどの摩擦材料（フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂をマトリクスとする繊維強化複合材料）で全体を形成してもよく、あるいは、上記のような摩擦材料で摩擦板３５の後面（係合面：クラッチ係合面）を被覆してもよい（実施例１では摩擦材料で摩擦板３５全体を形成）。これにより、摩擦板３５と内輪２との相対回転時には、摩擦板３５の後面が内輪２（外延部２２の前面）と摺動可能となる。

第２ホルダー３１は、外側に延びる外縁部３１１と、外縁部３１１の内端から後側に延びる筒部３１２と、筒部３１２の後端から内側に延びる円環板部３１３と、円環板部３１３の内端から前側に折り曲げられた、周方向に形成された複数の内縁部３１４（図５参照）と、内縁部３１４と周方向に隣接して形成された複数の切欠３１５（図３、図５参照）とからなる、鋼板製のプレス加工部材である。この鋼板製のプレス加工部材の厚さ、材質は、第１ホルダー３７と同じである。

また、外縁部３１１には、リベット３８を挿通するための貫通孔３１６が周方向に複数（実施例１では等分８カ所）形成されている。また、内縁部３１４及び切欠３１５は、内周に周方向に交互に複数（実施例１では共に等分６カ所、切欠３１５は、押え板３３の内周に形成された複数の爪３３１と嵌合）形成されている。

また、内縁部３１４は、クランクプーリ装置１の組立状態で、その前端面と内輪２（外延部２２）との間の間隙が僅か（例えば０．４ｍｍ程度）となるように形成されている。これは、特には摩擦板３４と内輪２（外延部２２）との係合面（クラッチ係合面）に、外部からの異物（油、砂等）が侵入するのを極力抑制するためである。

皿ばね３２は、自己弾性力（伸縮可能）を有するばね部材であり、前後方向（軸方向、皿ばね３２の高さ方向）に圧縮させた状態で、第２ホルダー３１における筒部３１２（内面）と円環板部３１３（前面）とが接続する隅部３１７に係合させることにより、前後方向に拡大する自己弾性復元力が働き、摩擦板３４を付勢することにより、摩擦板３４と摩擦板３５との間（一対の摩擦板３４・３５の間）に挟まれた、内輪２（外延部２２）を付勢する（押し付ける）。これにより、摩擦板３５と内輪２（外延部２２の前面）との係合面（クラッチ係合面）、ならびに、摩擦板３４と内輪２（外延部２２の後面）との係合面（クラッチ係合面）に、適度な摩擦力（詳細には、クランク軸２１１への通常トルク入力に、１対の摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）とが強く摩擦係合したロック状態に維持され、クランク軸２１１への過大トルク入力時に、１対の摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）とが摺動（スリップ）する係合解除状態に変化させ得る水準の摩擦力）を与える。なお、皿ばね３２は、自己弾性力（伸縮可能）を有する弾性材であればよく、コイルばねでも、ゴム部材でもよい。

押え板３３は、皿ばね３２の前面に係止されて、摩擦板３４を支持する、円環板状に形成された平座金である。押え板３３の前面には、押え板３３に対して、摩擦板３４を相対回転不能に係止するための凸部３３２が周方向に複数（実施例１では等分８カ所、摩擦板３４の後面に形成された複数の凹部３４１と嵌合）形成されている。

また、押え板３３の内周には、爪３３１が周方向に複数（実施例１では等分６カ所、第２ホルダー３１の内周に形成された複数の切欠３１５と嵌合）形成されている。

摩擦板３４は、押え板３３と内輪２（外延部２２）との間に前後方向に挟まれる、円環板状に形成された非金属製の摩擦材である。摩擦板３４の後面には、凹部３４１が周方向に複数（実施例１では等分８カ所、押え板３３の前面に形成された複数の凸部３３２と嵌合）形成されている。摩擦板３４の材質は、摩擦板３５と同様に、例えば、ドラムブレーキ装置に使用される周知のブレーキライニングなどの摩擦材料（フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂をマトリクスとする繊維強化複合材料）で全体を形成してもよく、あるいは、上記のような摩擦材料で摩擦板３４の前面（係合面：クラッチ係合面）を被覆してもよい（実施例１では摩擦材料で摩擦板３４全体を形成）。これにより、摩擦板３４と内輪２との相対回転時には、摩擦板３４の前面が内輪２（外延部２２の後面）と摺動可能となる。

ここで、摩擦板３４・３５（あるいは係合面）は、皿ばね３２によって付勢された状態で、内輪から所定以上の回転トルクが加わった場合（後述：エンジン始動等によりクランク軸２１１へ入力されるトルクが通常時よりも過大な場合）に、１対の摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）との摩擦係合が解除され、１対の摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）とが摺動（スリップ）する摩擦係数を有する、非金属製の摩擦材が選択される。

リベット３８は、第１ホルダー３７の貫通孔３７６と第２ホルダー３１の貫通孔３１６とに通されて、一体回転可能に接合され、第１ホルダー３７と第２ホルダー３１との間の空間を準密閉構造とするための接合部材である（実施例１では、８個使用（材質：リベット用丸鋼））。

上記構成により、クラッチ機構部３は、摩擦板３５と内輪２（外延部２２の前面）との係合面（クラッチ係合面）、ならびに、摩擦板３４と内輪２（外延部２２の後面）との係合面（クラッチ係合面）に、油等異物が侵入しないよう、準密閉構造にしている。これにより、内輪２と外輪５との間での伝達トルクの低下や伝達トルクの不適当な水準での遮断動作を防止することができる（クラッチ機構部３の効果が低下することを防止）。

（クランクプーリ装置１の動作）
図１に示す補機駆動ベルトシステム２０１にクランクプーリ装置１を組み入れた場合のクランクプーリ装置１の動作について、エンジンのクランク軸２１１の常用回転域などクランク軸２１１へ入力されるトルクが通常の範囲内の場合と、エンジン始動等によりクランク軸２１１へ入力されるトルクが上記通常時よりも過大な場合とに分けて説明する。

（Ｉ．クランク軸の常用回転域などクランク軸へ入力されるトルクが通常の範囲内の場合）
クランク軸２１１へ入力されるトルクが通常の範囲内の場合、下記(i)、(ii)２つの場合がある。

(i)内輪２の回転速度が外輪５の回転速度より速くなった場合（内輪２が加速する場合）
内輪２の回転速度が外輪５の回転速度より速くなった場合、内輪２は、外輪５に対して回転方向（図４の矢印方向）と同じ方向に相対回転する。
クランクプーリ装置１に外力が付与されていない状態（静止時）を起点とすると、渦巻ばね４が拡径変形する。
そして、この渦巻ばね４が拡径変形すると、縮径方向の自己弾性復元力が次第に増加し、内輪２と外輪５との相対回転により生じた位相差を解消する方向の回動付勢力が内輪２と外輪５との間に付与される。
この時、クランク軸２１１へ入力されるトルクが通常の範囲内につき、クラッチ機構部３（クラッチ係合面）において、１対の摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）とが摺動（スリップ）しない程度の摩擦係合作用で、内輪２と外輪５とが周方向に弾性的に相対回転しながら内輪２から外輪５へ正（正回転方向）のトルクが伝達される。
これにより、従来（特許文献１）のクランクプーリ装置と同様に、ベルト２１５の張力変動を抑制することができる。

(ii)内輪２の回転速度が外輪５の回転速度より遅くなった場合（内輪２が減速する場合）
内輪２の回転速度が外輪５の回転速度より遅くなった場合、内輪２は、外輪５に対して回転方向（図４の矢印方向）と逆方向に相対回転する。
クランクプーリ装置１に外力が付与されていない状態（静止時）を起点とすると、渦巻ばね４が縮径変形する。
そして、この渦巻ばね４が縮径変形すると拡径方向の自己弾性復元力が次第に増加し、内輪２と外輪５との相対回転により生じた位相差を解消する方向の回動付勢力が内輪２と外輪５との間に付与される。
この時、クランク軸２１１へ入力されるトルクが通常の範囲内につき、クラッチ機構部３（クラッチ係合面）において、１対の摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）とが摺動（スリップ）しない程度の摩擦係合作用で、内輪２と外輪５とが周方向に弾性的に相対回転しながら内輪２から外輪５へ負のトルクが伝達される。
これにより、従来（特許文献１）のクランクプーリ装置と同様に、ベルト２１５の張力変動を抑制することができる。

（II．エンジン始動等によりクランク軸２１１へ入力されるトルクが上記通常時よりも過大な場合）
クランク軸２１１へ入力されるトルクが上記通常時よりも過大な場合、内輪２の回転速度が外輪５の回転速度より顕著に速くなる（内輪２が急加速する）。
そうすると、渦巻ばね４が拡径変形し、縮径方向の自己弾性復元力が増加し、内輪２と外輪５との相対回転により生じた位相差を解消する方向の回動付勢力が内輪２と外輪５との間に付与される。
この時、クランク軸２１１へ入力されるトルクが上記通常トルクよりも過大なため、クラッチ機構部３（クラッチ係合面）において、１対の摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）とが摺動（スリップ）する。そして、この摺動後、再び１対の摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）とが強く摩擦係合したロック状態に転じ始めるまでの間、内輪２と外輪５との間に摩擦係合作用がほとんど働かない状態になり、内輪２と外輪５とが顕著に相対回転する（つまり、内輪２は急加速状態のまま空転し、外輪５は急加速しない）。
その結果、内輪２から外輪５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が伝達されない。

これにより、従来（特許文献１）のクランクプーリ装置と同様に、エンジン始動等によりクランク軸２１１へ過大なトルクが入力される際に生じるベルト２１５の張力の過大な増加やベルト２１５の張力の過大な変動を効果的に抑制することができる。

なお、上記動作IIの場合に含まれるが、クランク軸２１１の過大な回転変動（例えば、突発故障によるエンジン停止）により、内輪２の回転速度が外輪５の回転速度より顕著に遅くなった場合（内輪２が急減速した場合）でも、内輪２は急減速状態のまま空転し、外輪５の急減速を回避できるため、補機駆動ベルトシステム２０１への影響を抑制可能である。

上記構成によれば、下記（I）及び（II）の効果を発揮する。
（I）クランク軸２１１の駆動状態において、所定未満の回転トルクがクランク軸２１１に伝達される場合（クランク軸の常用回転域などクランク軸へ入力されるトルクが通常の範囲内の場合）、クラッチ機構部３において、皿ばね３２に付勢された摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）とが強く摩擦係合したロック状態に維持され、且つ、渦巻ばね４が伸縮変形（拡径変形又は縮径変形）する際に自己弾性復元力が作用することによって、クランク軸２１１の（通常の）回転速度変動が効果的に緩和される。これにより、外輪５に巻き付けられるベルト２１５の張力の（通常の）変動が効果的に抑制されつつ、内輪２から外輪５へ回転トルクが円滑に伝達される。

（II）クランク軸２１１の駆動状態において、所定以上の回転トルクがクランク軸２１１に伝達される場合（エンジン始動等によりクランク軸２１１へ入力されるトルクが上記通常時よりも過大な場合）、クラッチ機構部３において、皿ばね３２に付勢された摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）とが強く摩擦係合したロック状態から、摩擦係合が解除されて、摩擦板３４・３５が内輪２（外延部２２）を摺動（スリップ）する係合解除状態に移行することによって、通常の回転トルクよりも過大な回転トルクを、クランク軸２１１に取り付けられた内輪２から外輪５に伝達されないようにする。すなわち、その間、内輪２と外輪５との間に係合作用がほとんど働かない状態で内輪２と外輪５とが顕著に相対回転する。その結果、内輪２から外輪５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が伝達されない。そのため、エンジン始動等によりクランク軸２１１へ過大なトルクが入力される際に生じる、外輪５に巻き付けられたベルト２１５の張力の過大な増加やベルト２１５の張力の過大な変動を効果的に抑制できる。

そして、上記（I）の効果を発揮する際には、クラッチ機構部３において、ロック状態が維持される（係合解除状態にはならない）ことから、摩擦による異音の問題は生じない（特許文献１では、通常トルク入力時でも、ピストンがカム面を摺動して異音が発生する。

また、上記構成によれば、摩擦板３４・３５は、非金属性の摩擦材であることから、上記(II)の効果を発揮する際に（係合解除状態に移行し、摩擦板３４・３５が内輪２（外延部２２）を摺動（スリップ）する際に）、摩擦板３４・３５が金属部材である場合に比べて、摩擦による異音を抑制することができる。そのため、クラッチ機構部３および渦巻ばね４に、金属部材同士が圧接状態で摺動するように構成された部分が存在しないようにすることができる。これにより、予めクラッチ機構部３および渦巻ばね４に潤滑剤（グリース）を使用（封入、塗布等）する必要はなく、クランクプーリ装置１の作動中に異音や異常摩耗等の問題が発生するのを防止することができる。

また、上記構成によれば、クラッチ機構部３において、摩擦板３４・３５と内輪２（外延部２２）とが摩擦係合又は摺動する、係合面（クラッチ係合面）は、内輪２、外輪５、クラッチ機構部３、及び、渦巻ばね４とを連結させるために必要な隙間を除いて、密閉されている。これにより、係合面（クラッチ係合面）に油等の異物が侵入しないようにして、異物の混入による、伝達トルクの低下や伝達トルクの不適当な水準での遮断動作・異音を防止することができる。これにより、予め潤滑剤を使用（封入、塗布等）せずとも、クランクプーリ装置１の作動時に、遮断動作・異音等を防止することができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、図４、図６に示すように、ダンパ機構部を形成する渦巻ばね４の巻き方向を前側（クランクプーリ装置１の正面側）からみて右巻き（内端部４１から外端部４２に向かう際、時計回り）としていたが、渦巻ばね４の巻き方向を前側（クランクプーリ装置１の正面側）からみて左巻き（内端部４１から外端部４２に向かう際、反時計回り）としてもよい。

次に、上記実施形態のクランクプーリ装置１を実施例１とし、実施例１のクランクプーリ装置１に対して、クラッチ機構部３における、１対の摩擦板３４・３５に対する皿ばね３２の付勢力を大きくしたクランクプーリ装置を比較例２とし、特許文献１の第１実施形態（図７、特許文献１の図２に相当）に記載された従来のクランクプーリ装置を比較例２とし、比較例２のクランクプーリ装置のカム機構部に潤滑剤を封入しておいたものを参考例１として、各供試体（実施例１、比較例１、比較例２、及び、参考例１）のクランクプーリ装置を、図８のベルトシステムに取り付けて、エンジン始動試験を行い、各供試体に対して評価を行った。

（実施例１）
実施例１は、上記実施形態に記載したクランクプーリ装置１である。詳細な構成については、上記実施形態において記載している。

（比較例１）
比較例１は、下記以外の構成は、実施例１のクランクプーリ装置と同じである。
実施例１と異なる点は、クラッチ機構部３における、１対の摩擦板３４・３５に対する皿ばね３２の付勢力（皿ばね３２の前後方向に拡大する自己弾性復元力）であり、比較例１のクランクプーリ装置の皿ばね３２は、実施例１の皿ばね３２の付勢力１００（指数）に対し、付勢力を２００（指数）にしたことである。

従って、エンジン始動等によりクランク軸２１１へ入力されるトルクが通常時よりも過大となった場合（前述のIIの場合）でも、クラッチ機構部（クラッチ係合面）において、１対の摩擦板と内輪（外延部）とが摺動（スリップ）する係合解除状態に変化するクラッチ機構を作動させることができず、１対の摩擦板と内輪（外延部）とが強く摩擦係合したロック状態が維持される。

なお、渦巻ばね（ダンパ機構部）については、実施例１と同じ構成である。このため、クランク軸２１１の常用回転域などクランク軸２１１へ入力されるトルクが通常の範囲内の場合（前述のＩの場合）は、実施例１と同様の動作が為されるようになっている。

（比較例２：図７、特許文献１の図２）
比較例２は、金属部材同士が圧接状態で摺動するように機構部（ダンパ機構部およびクラッチ機構部）が構成された、従来のクランクプーリ装置である、特許文献１の第１実施形態（図７、特許文献１の図２）において、カム機構部に潤滑剤を封入しなかったものである。

（参考例１：図７、特許文献１の図２参照）
参考例１は、比較例２の従来のクランクプーリ装置（特許文献１の第１実施形態（図７、特許文献１の図２））において、予め、カム機構部に潤滑剤を封入しておいたものである。

（評価試験）
上記各供試体（実施例１、比較例１、比較例２、及び、参考例１）のクランクプーリ装置を、図８のエンジンベンチ試験機２００に取り付けて、エンジン始動試験を行った。このエンジン始動試験で、エンジン始動時の下記評価項目について、時系列に検出、記録し、実施例１と他例との評価結果を比較して、本発明の効果の検証を行った。なお、クランクプーリ径は、全て１４０ｍｍである。
・第１評価項目は、ベルト張力（張り側）である。
・第２評価項目は、エンジン始動動作中の問題発生有無である。

（試験機）
図８に示すエンジンベンチ試験機２００は、図１の補機駆動ベルトシステム２０１を含む試験装置であって、エンジン２１０のクランク軸２１１に取り付けられたクランクプーリ装置１（実施例１、比較例１、比較例２、及び、参考例１）と、オルタネータ（ＡＬＴ）の軸２１８に接続されたオルタネータプーリ２１２と、エアコン・コンプレッサ（ＡＣ）に接続されたＡＣプーリ２１３とを有する。また、クランクプーリ装置１とオルタネータプーリ２１２とのベルトスパン間に、オートテンショナ（Ａ／Ｔ）２１４が設けられる。
エンジンの出力は、１本のベルト（Ｖリブドベルト）２１５を介して、クランクプーリ装置１から時計回りに、オルタネータプーリ２１２、ＡＣプーリ２１３に対してそれぞれ伝達されて、各補機（オルタネータ、エアコン・コンプレッサ）は駆動される。

（計測装置）
図８において、ベルト張力の検出は、張り側Ｂ部ベルトスパン間（図１参照）のベルト背面に押し当てたアイドラプーリ（不図示）の軸に取り付けたひずみ計（不図示）により、軸ひずみを検出し、これを電気信号に変換する。
上記ひずみ計で検出された軸ひずみの電気信号は、ＰＣ（不図示）の演算制御部に送られ、当該演算制御部により、ベルト張力（データ）に演算される。最終的に、ＰＣの演算制御部により、クランクプーリ装置（外輪）のベルト張力データは、デジタル表示可能な液晶画面などからなる表示部に数字表示されるとともに、デジタル出力され記録される。なお、ＰＣは、操作盤（タッチパネル）、演算制御部、及び、表示部を備えたパーソナルコンピュータである。
また、人間（熟練した試験員）の聴感による官能試験（クランクプーリ装置より３０ｃｍ離れた位置で、耳で聞いて判定）等により、エンジン始動動作中の異音等問題の有無を評価した。

（条件）
雰囲気温度２５℃、ベルトの初期張力４００Ｎにて、エンジンの始動（クランキング）試験を行った。雰囲気温度は、実車によるエンジン始動時を想定した温度である。

（エンジン始動動作）
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）がクランクプーリ装置（外輪）に伝達されて、更に、ベルト２１５を介して、オルタネータプーリ２１２、及び、ＡＣプーリ２１３に対してそれぞれ伝達される。
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。

（評価結果）
評価結果を、表１に基づいて説明する。
・クランキング終了時（約１秒後）のベルト張力は、各供試体のいずれも５００Ｎ程度であった。

・ベルト張力およびベルト張力変動の抑制効果
具体的な、気筒内爆発時のベルト張力の値より、特に、２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との差異量は、８００Ｎである。これは、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。その抑制効果は約３２％に達する。
なお、実施例１、比較例２、及び、参考例１については、気筒内爆発時のベルト張力の値は同水準であった。

・エンジン始動動作中の問題発生有無
比較例２については、エンジン始動動作中（潤滑剤のカム機構部への封入無しに、カム機構部の動作が繰り返された際）に、異音（キーキー音）の発生が認められた。

（評価結果）

（考察）
１）クランクプーリ（外輪）の回転速度およびベルト張力（張り側Ｂ部のベルト張力）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と２発目の気筒内爆発時において、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。

２）この１発目の気筒内爆発時と２発目の気筒内爆発時に着目すると、クランクプーリ（外輪）の回転速度およびベルト張力（張り側Ｂ部のベルト張力）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。

３）ダンパ機構部及びクラッチ機構部を備えるクランクプーリ装置であっても、金属部材同士が圧接状態で摺動するように構成されたクランクプーリ装置（比較例２、参考例１）においては、上記機構部に予め潤滑剤を封入しておかなかった場合（比較例２）、エンジン始動動作中に異音（キーキー音）が発生し、上記機構部に予め潤滑剤を封入しておいた場合（参考例１）は、エンジン始動動作中に異音（キーキー音）等の問題が発生しないことがわかった。

なお、比較例２について、さらにエンジン始動動作等が頻繁に繰り返された場合、異音のみならず、機構部（カム面）の異常摩耗や、ピストンとシリンダーとの焼き付き等の問題が顕在化することが推察される。

また、上記機構部（ダンパ機構部及びクラッチ機構部）に金属部材同士が圧接状態で摺動するように構成された部分が存在しないクランクプーリ装置（実施例１、比較例１）においては、エンジン始動動作中に異音（キーキー音）等の問題が発生しないことがわかった。

（得られた効果）
実施例１において、エンジン始動時には、異音等の問題を生じさせることなく、内輪から外輪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。これは、機構部（ダンパ機構部及びクラッチ機構部）に金属部材同士が圧接状態で摺動するように構成された部分が存在しないこと、ならびに、通常トルクの入力時よりも過大なトルクがクランク軸に入力された際に、内輪と外輪との間に摩擦係合作用がほとんど働かない状態で内輪を急加速状態のまま空転させて、外輪を急加速させないこと、が可能であったためと考えられる。
結果として、予め潤滑剤を封入せずとも、装置の作動時に、異音等の問題を生じさせることなく、補機駆動ベルトシステムで特に問題となる、エンジン始動によりクランクシャフトへ過大なトルクが入力される際に生じる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ることが伺えた。

１ クランクプーリ装置
２ 内輪
３ クラッチ機構部
３１ 第２ホルダー
３２ 皿ばね
３３ 押え板
３４ 摩擦板
３５ 摩擦板
３７ 第１ホルダー
３８ リベット
４ 渦巻ばね
５ 外輪

Claims (3)

1. エンジンのクランク軸上に相対回転可能に同心配置された内輪と外輪との間で回転トルクの伝達を行うクランクプーリ装置であって、
   前記クランク軸に取り付けられる前記内輪と前記外輪とは、クラッチ機構部とダンパ機構部とを介在させて連結されており、
   前記クラッチ機構部は、前記内輪に対して摩擦係合する摩擦板と、前記摩擦板を付勢する弾性部とを備え、前記摩擦板は、前記内輪から所定以上の回転トルクが加わった際に前記摩擦係合が解除され、前記内輪を摺動する摩擦係数を有し、
   前記ダンパ機構部は、伸縮可能なばね部材であり、前記クラッチ機構部と前記外輪との間に介装されている、ことを特徴とするクランクプーリ装置。
2. 前記摩擦板は、非金属性の摩擦材であることを特徴とする、請求項１に記載のクランクプーリ装置。
3. 前記クラッチ機構部において、前記内輪と前記摩擦板とが摩擦係合又は摺動する、係合面は、前記内輪、前記外輪、前記クラッチ機構部、及び、前記ダンパ機構部とを連結させるために必要な隙間を除いて、密閉されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のクランクプーリ装置。

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