JP4560837B2 - プーリユニット - Google Patents

Description

本発明はプーリユニットに関し、特に低ねじり剛性のプーリユニットに関する。

従来から、プーリユニットは、例えば自動車エンジンのクランクシャフトやそれに付設される補機などに装着されて使用されている。近年、燃費対策として、回転変動吸収性能を向上させた低ねじり剛性のプーリユニットが提案されている。

従来の低ねじり剛性のプーリユニットは、図４に示すように、プーリ１０１と、中空軸１０２と、ねじりコイルばね１３１と、玉軸受１０４と、ブッシュ１０５と、抜け止め環１０６とから、その主要部が構成されている。

プーリ１０１は、例えば自動車エンジンのクランク軸によりＶリブ形状のベルト（図示せず）を介して回転駆動されるもので、その外周にはベルトが巻き掛けられる波状溝が形成されている。

中空軸１０２は、中心に貫通孔を有し、この貫通孔に対して図示しないが自動車エンジンに付設される補機の入力軸（例えば、オルタネータのロータ）などが挿入固定される。この中空軸１０２は、プーリ１０１の内周に同心に挿通されている。

ねじりコイルばね１３１は、例えば高張力ばね鋼部材で断面有機四角形状のコイルに形成されており、中空軸１０２の外周中程に挿着され、その軸方向基端（図４において右端）はプーリ１０１の内周段差面に固着され、軸方向末端（図４において左端）は中空軸１０２の外周段差面に固着されている。

玉軸受１０４は、プーリ１０１と中空軸１０２との間の対向環状間隙において中空軸１０２の基端側に配設されており、複数の玉１４１と、内輪１４２と、外輪１４３と、複数の玉１４１を保持する保持リング１４４と、封入されている潤滑油をシールドするシーリング１４５とから構成されている。

ブッシュ１０５は、プーリ１０１と中空軸１０２との間の対向環状間隙において中空軸１０２の自由端側に配設されている。

抜け止め環１０６は、中空軸１０２の基端外周に固定され、玉軸受１０４が中空軸１０２から抜けるのを防止している。

なお、プーリ１０１の軸方向自由端には、シールリング１０７が装着されており、玉軸受１０４，ねじりコイルばね１３１およびブッシュ１０５が配置される対向環状間隙内に所定の潤滑剤が封入されている。

このような従来のプーリユニットでは、プーリ１０１の回転速度が中空軸１０２よりも相対的に速くなると、ねじりコイルばね１３１がねじれて相対速度差を吸収しながらプーリ１０１の回転に追従するように中空軸１０２を回転させる。また、プーリ１０１の回転速度が中空軸１０２よりも相対的に遅くなると、ねじりコイルばね３１が反対側にねじれて相対速度差を吸収しながらプーリ１０１の回転を追い越すように中空軸１０２の回転を許容する。

従来の低ねじり剛性のプーリユニットでは、共振点をアイドル周波数以下の周波数に設定しているが、エンジンの始動時や停止時には、アイドル周波数を通過するためのベルト滑りやベルト鳴きが発生するという問題がある。

このため、一方向クラッチを設けることによって共振周波数でも一方向クラッチが離脱することにより、共振を増幅させないようにしたプーリユニットが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特表２００１−５２３３２５号公報（第２７−３６頁、図２−５）

上述した従来の低ねじり剛性のプーリユニットは、一方向クラッチを設けることによって共振周波数でもクラッチが離脱することにより共振を増幅させない構造になっているが、一方向クラッチが追加となり、体格アップおよびコストアップとなっているという課題がある。

このような事情に鑑み、本発明は、低ねじり剛性のプーリユニットにおいて、すでに配設されているねじりコイルばねを利用したばねクラッチ機構を設けることにより、体格およびコストを増やすことなしに、ベルト滑りやベルト鳴きの問題を解消することを目的としている。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明のプーリユニットは、同心に配設される軸体および環体と、前記環体に固着されると共に前記軸体に挿着され、前記軸体と前記環体との間の対向環状間隙に介装されるねじりコイルばねと、前記対向環状間隙において前記ねじりコイルばねの少なくとも一方側に配設される転がり軸受と、を備える低ねじり剛性のプーリユニットにおいて、前記環体に一端を固着した前記ねじりコイルばねと、一方の端部が前記軸体に配設され他方の端部が前記ねじりコイルばねの自由端と係合する係合面を有するラチェットと、前記ラチェットの前記係合面を前記ねじりコイルばねの前記自由端と係合する方向に付勢する付勢手段と、によって、前記環体の一方の回転を前記ねじるコイルばねと前記ラチェットを介して前記軸体に伝達し、前記環体の他方の回転は前記軸体に伝達しないばねクラッチ機構を備えることを特徴とするプーリユニット。かかるプーリユニットによれば、別途に一方向クラッチを追加したタイプに比べて体格が小さく、かつ低コストで、共振点でのベルト滑りやベルト鳴きを防止することができるという効果がある。

また、前記ラチェットは、前記ねじりコイルばねの前記自由端側が摺接する軸体の摺接面に穿設された収納凹部に浮沈自在に配設することができる。そのため、ラチェットの配置に新規な部品を必要としないので、きわめて容易かつ安価にラチェットを配置することができる。

さらに、前記ラチェットは、前記係合面とは反対側の端部が円弧面となって前記軸体の摺接面に穿設された前記収納凹部に配接し、前記ねじりコイルばねと対向する面を、前記円弧面側から前記係合面側方向に向かうほど高くなる傾斜面とすることができる。そのため、ラチェットが円弧面を中心として揺動し、ねじりコイルばねの回転に伴うラチェットとの係合、離脱を円滑に制御できる。

そして、前記付勢手段は、伸張性のコイルばねで形成されていて、前記軸体に穿設された前記収納凹部と前記ラチェットとの間に介挿されて配置することができる。そのため、付勢手段がねじりコイルばねと接触することなく、ねじりコイルばねの回転に伴うラチェットの収納凹部に対する浮沈を円滑に制御できる。

また、ラチェットは付勢弾性を有し、前記ラチェットが前記付勢手段をも兼ねることもできる。そのため、ラチェットが自身をねじりコイルばねと係合する方向に付勢する弾性を有するので、少ない部品点数でばねクラッチ機構を構成することができる。

そして、前記ラチェットは、ばね座金で構成され、前記ばね座金の一方の端面が前記ねじりコイルばねの前記自由端と係合する前記係合面となり、他方の端面が前記軸体の摺接面に穿設された前記収納凹部内に収納されていて、前記ばね座金のばね座面を前記係合面側方向に向かうほど高くなる傾斜面とすることができる。そのため、ラチェットとしてばね座金を使用するので、ばね座金とねじりコイルばねとによってばねクラッチ機構をきわめて簡単に構成することができる。

低ねじり剛性のプーリユニットにおいて、すでに配設されているねじりコイルばねを利用したばねクラッチ機構を設けることにより、体格およびコストを増やすことなしに、共振点でのベルト滑りやベルト鳴きの問題を解消した。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るプーリユニットの軸方向に沿った断面図である。本実施例１に係るプーリユニットは、プーリ１と、中空軸２と、ばねクラッチ機構３と、玉軸受４と、ブッシュ５と、抜け止め環６とから、その主要部が構成されている。

プーリ１は、例えば自動車エンジンのクランク軸によりＶリブ形状のベルト（図示せず）を介して回転駆動されるもので、その外周にはベルトが巻き掛けられる波状溝が形成されている。

中空軸２は、中心に貫通孔を有し、この貫通孔に対して図示しないが自動車エンジンに付設される補機の入力軸（例えば、オルタネータのロータ）などが挿入固定される。中空軸２は、プーリ１の内周に同心に挿通されている。プーリ１と中空軸２との間の対向環状間隙に、ブッシュ５、ばねクラッチ機構３および玉軸受４を軸方向基端側から順番に簡単に組み込めるようにするために、中空軸２は、ブッシュ５に対応する外径寸法、ばねクラッチ機構３に対応する外径寸法、玉軸受４に対応する外径寸法の順に小さくなっている。

ばねクラッチ機構３は、プーリ１と中空軸２との間の対向環状間隙の軸方向中央に介装されるもので、中空軸２に挿着されたねじりコイルばね３１と、ねじりコイルばね３１の自由端３１ａと係合するラチェット３２と、ラチェット３２を付勢するコイルばねでなる付勢ばね３３とから構成されている。

ねじりコイルばね３１は、例えば高張力ばね鋼部材で断面有機四角形状のコイルに形成されており、その基端部はプーリ１の内周段差面に、例えばプレス嵌め等により固着され、自由端３１ａはラチェット３２の係合面３２ａに係脱自在となっている（図２（ａ）参照））。

ラチェット３２は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ラチェット３２の上面でなる、ねじりコイルばね３１との摺接面３２ｃをねじりコイルばね３１と中空軸２との同期回転方向に向かうほど高くなる斜面とし、かつねじりコイルばね３１と中空軸２との同期回転方向とは反対側の側面（すなわち、係合面３２aとは反対側の側面）を円弧面３２ｄとしている。ラチェット３２は、円弧面３２ｄを中心として揺動することにより、ねじりコイルばね３１の回転に伴うラチェット３２の収納凹部２１に対する浮沈を円滑に行えるようにしている。

付勢ばね３３は、例えば伸張性のコイルばね（図２（ａ）および（ｂ）参照））で形成されていて、中空軸２の収納凹部２１とラチェット３２の底面壁に穿設された穴３２ｂとの間に介挿されて配置されている。この付勢ばね３３の伸張弾力により、ラチェット３２は、通常は、収納凹部２１内から浮上されていて係合面３２ａをねじりコイルばね３１の自由端３１ａに係合させている（図２（ａ）参照））。しかし、ねじりコイルばね３１に同期回転方向とは反対方向の回転力が加わると、図２（ｂ）に示すように、ラチェット３２は、ねじりコイルばね３１に押されて、収納凹部２１内に沈み込み、ねじりコイルばね３１を係止せずに逃すようになっている。なお、本実施例１では、付勢手段として、伸張性のコイルばねでなる付勢ばね３３を使用したが、板ばね等の他の付勢手段を使用することもできる。

玉軸受４は、プーリ１と中空軸２との間の対向環状間隙において中空軸２の基端側に配設されており、複数の玉４１と、内輪４２と、外輪４３と、複数の玉４１を保持する保持リング４４と、封入されている潤滑油をシールドするシーリング４５とから構成されている。内輪４２は、中空軸２の外周面に、例えばプレス嵌めによって固定されている。外輪４３は、プーリ１の内周面に、例えばプレス嵌めによって固定されている。なお、本実施例１では、転がり軸受けとして玉軸受４を使用したが、玉軸受４の代わりに、ころ軸受を使用することもできる。

ブッシュ５は、プーリ１と中空軸２との間の対向環状間隙において中空軸２の自由端側に配設されている。ブッシュ５は、潤滑油含浸金属等でリング状に形成され、プーリ１の内周面に嵌め込み固定されている。ブッシュ５の内周面は、中空軸２の外周面と摩擦摺接している。なお、本実施例１では、ブッシュ５としたが、玉軸受またはころ軸受でなる転がり軸受を使用することもできる。

抜け止め環６は、中空軸２の基端外周面に、例えばプレス嵌めにより嵌合固定され、玉軸受４が中空軸２から抜けるのを防止している。

なお、プーリ１の軸方向自由端には、シールリング７が装着されており、玉軸受４、ばねクラッチ機構３およびブッシュ５が配置される対向環状間隙内に所定の潤滑剤が封入されている。

図２（ａ）および（ｂ）は、ねじりコイルばね３１とラチェット３２との動作を説明する模式図である。なお、図２（ａ）および（ｂ）は、あくまでも動作説明のための図であり、図１における各部材の寸法関係等は保たれていない。

次に、このように構成された実施例１に係るプーリユニットの動作について、図１および図２を用いて説明する。

エンジンの始動等によって、ベルトの駆動力がプーリ１に印加されると、プーリ１が回転し（以下、この回転方向を同期回転方向という）、図２（ａ）に示すように、プーリ１に基端を固定されたねじりコイルばね３１も矢印で示す同期回転方向に回転し始める。そして、ねじりコイルばね３１は、その自由端３１ａを、中空軸２の収納凹部２１から浮上しているラチェット３２の係合面３２ａに係合させる。このため、ねじりコイルばね３１からトルクを加えられた中空軸２も、プーリ１およびねじりコイルばね３１とともに同期回転方向に回転を始める。プーリ１に印加されるベルトからの駆動力が増加するに従って、ねじりコイルばね３１は、その応力範囲内で撓みを増しながらラチェット３２を介して中空軸２にトルクを伝達し続け、中空軸２が回転し続ける。プーリ１の回転が定速に達すると、プーリ１と中空軸２とが一体化して同期回転をし続ける。

一方、エンジンの減速または停止等によって、ベルトの駆動力が減少すると、これに伴ってプーリ１の回転速度は低下するが、中空軸２は、機械的に結合された機器（例えば、オルタネータ）の慣性によって速度変化に抗して速い回転速度で回転し続けようとする。すると、プーリ１の回転速度が中空軸２の回転速度よりも相対的に遅くなるので、図２（ｂ）に示すように、ねじりコイルばね３１が中空軸２に対して相対的に同期回転方向とは反対方向に回転して、その自由端３１ａがラチェット３２の係合面３２ａから離間してフリー状態となる。これと同時に、ねじりコイルばね３１の相対的な同期回転方向とは反対方向への回転により、ラチェット３２の摺接面３２ｃが押され、ラチェット３２が付勢ばね３３の伸張弾力に抗して収納凹部２１内に沈み込む。このため、プーリ１からねじりコイルばね３１を介して中空軸２に伝達されていたトルクが遮断され、中空軸２は回転慣性力のみで回転を継続するようになる。すなわち、コイルばね３１がラチェット３２との係合を外れることにより、中空軸２の回転慣性力が一時的に解放される。

このように、本実施例１によれば、プーリ１の減速条件の下で、ばねクラッチ機構が中空軸２の回転慣性力を一時的に解放するので、コイルばね３１の過剰なねじれによるプーリ１や中空軸２の振動が抑制され、共振点でのベルト滑りやベルト鳴きを有効に防止することができる。

また、プーリ１，ねじりコイルばね３１および中空軸２への過剰な回転慣性力の印加が抑制されるので、プーリユニットの耐久性が向上する。

さらに、従来の一方向クラッチを追加する場合に比べて、きわめて少ない部品点数の増加で、実質的にラチェット３２および付勢ばね３３の増加のみよって、体格アップおよびコストアップとなることなしに、共振点でのベルト滑りやベルト鳴きを防止することが可能となる。

ちなみに、本実施例１のプーリユニットを車両エンジンのオルタネータに適用すると、ベルトの駆動源となるエンジンのクランク軸の回転変動に関係なく、オルタネータのロータの回転を高回転域に維持して、発電効率を高めることができる。つまり、クランク軸の回転数が上昇するとき、ばねクラッチ機構３がロック状態となって中空軸２をプーリ１と同期回転させる一方、クランク軸の回転数が低下するとき、ばねクラッチ機構３がフリー状態となって中空軸２をプーリ１の減速と無関係に自身の回転慣性力により回転継続させることができる。これにより、車両の燃費効率の改善にも資することができる。

図３は、本発明の実施例２に係るプーリユニットの要部斜視図である。本実施例２に係るプーリユニットでは、ラチェット３２は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｃ字状のばね座金で形成されていて、中空軸２の内周段差面に穿設されたＣ字状溝でなる収納凹部２１に嵌入されるように収納されている。ばね座金は、ステンレス鋼，燐青銅等の弾性金属板体が１周で板厚程度に螺旋を描くようにねじられて形成されていて、その一端側面でなるばね座面３２ｅが、ねじりコイルばね３１の自由端３１ａと係合する係合面となる。

なお、その他の特に言及しない部材については、図１に示した実施例１に係るプーリユニットと同様に形成されて同様に配置されているので、それらの詳しい説明は割愛する。また、図３は、あくまでも要部の説明のための図であり、図１における各部材の寸法関係等は保たれていない。

次に、このように構成された実施例２に係るプーリユニットの動作について、図１および図３を用いて説明する。

エンジンの始動等によって、ベルトの駆動力がプーリ１に印加されると、プーリ１が同期回転方向に回転し、プーリ１に基端を固定されたねじりコイルばね３１も同期回転方向に回転し始める。そして、ねじりコイルばね３１は、その自由端３１ａを、図３（ａ）に示すように、中空軸２の収納凹部２１から浮上しているばね座金でなるラチェット３２のばね座面３２ｅに係合させる。このため、ねじりコイルばね３１からトルクを加えられた中空軸２も、プーリ１およびねじりコイルばね３１とともに同期回転方向に回転を始める。プーリ１に印加されるベルトからの駆動力が増加するに従って、ねじりコイルばね３１は、その応力範囲内で撓みを増しながらラチェット３２を介して中空軸２にトルクを伝達し続け、中空軸２が同期回転方向に回転し続ける。プーリ１の回転が定速に達すると、プーリ１と中空軸２とが一体化して同期回転をし続ける。

一方、エンジンの減速または停止等によって、ベルトの駆動力が減少すると、プーリ１の回転速度は低下するが、中空軸２は、機械的に結合された機器（例えば、オルタネータ）の慣性によって速度変化に抗して速い回転速度で回転し続けようとする。すると、プーリ１の回転速度が中空軸２の回転速度よりも相対的に遅くなるので、ねじりコイルばね３１が中空軸２に対して相対的に同期回転方向とは反対方向に回転して、その自由端３１ａがばね座金でなるラチェット３２のばね座面３２ｅから離間してフリー状態となる。これと同時に、ねじりコイルばね３１の相対的な同期回転方向とは反対方向への回転により、ラチェット３２の上面である摺接面３２ｃが押され、図３（ｂ）に示すように、ばね座金でなるラチェット３２が自身の伸張弾力に抗して収納凹部２１内に沈み込む。このため、プーリ１からねじりコイルばね３１を介して中空軸２に伝達されていたトルクが遮断され、中空軸２は回転慣性力のみで回転を継続するようになる。すなわち、コイルばね３１がラチェット３２との係合を外れることにより、中空軸２の回転慣性力が一時的に解放される。

このため、実施例２に係るプーリユニットにおいても、実施例１に係るプーリユニットと同様の効果が得られることはいうまでもない。これに加えて、ラチェット３２がばね座金で形成されているので、別途、付勢手段を設けることなくラチェット３２を収納凹部２１内で付勢することが可能になる。このため、プーリユニットは、実質的にラチェット３２の増加のみよって、体格アップおよびコストアップとなることなしに、共振点でのベルト滑りやベルト鳴きを防止することが可能となる。

また、部品点数が少ない分、それだけプーリユニットの耐久性を向上させることができる。

以上、本発明の各実施例について説明したが、これらはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。例えば、プーリ１や中空軸２を、ばねクラッチ機構３、玉軸受４ならびにブッシュ５の各内・外輪としてそれぞれ兼用する構造も本発明に含まれる。

本発明の実施例１に係るプーリユニットの軸方向に沿う断面図。 図１中のねじりコイルばねとラチェットとの動作を説明する模式図。 本発明の実施例２に係るプーリユニットにおけるねじりコイルばねとラチェットとの動作を説明する模式図。 従来のプーリユニットの軸方向に沿う断面図。

符号の説明

１ プーリ（環体）
２ 中空軸（軸体）
３ ばねクラッチ機構
４ 玉軸受（転がり軸受）
５ ブッシュ
６ 抜け止め環
２１ 収納凹部
３１ ねじりコイルばね
３２ ラチェット
３２ａ 係合面
３２ｂ 穴
３２ｃ 摺接面
３２ｄ 円弧面
３２ｅ ばね座面
３３ 付勢ばね（付勢手段）

Claims (6)

1. 同心に配設される軸体および環体と、
   前記環体に固着されると共に前記軸体に挿着され、前記軸体と前記環体との間の対向環状間隙に介装されるねじりコイルばねと、
   前記対向環状間隙において前記ねじりコイルばねの少なくとも一方側に配設される転がり軸受と、
   を備える低ねじり剛性のプーリユニットにおいて、
   前記環体に一端を固着した前記ねじりコイルばねと、
   一方の端部が前記軸体に配設され他方の端部が前記ねじりコイルばねの自由端と係合する係合面を有するラチェットと、
   前記ラチェットの前記係合面を前記ねじりコイルばねの前記自由端と係合する方向に付勢する付勢手段と、
   によって、
   前記環体の一方の回転を前記ねじりコイルばねと前記ラチェットを介して前記軸体に伝達し、前記環体の他方の回転は前記軸体に伝達しないばねクラッチ機構を備えることを特徴とするプーリユニット。
2. 前記ラチェットは付勢弾性を有し、前記ラチェットが前記付勢手段をも兼ねていることを特徴とする請求項１に記載のプーリユニット。
3. 前記ラチェットは、前記ねじりコイルばねの前記自由端側が摺接する軸体の摺接面に穿設された収納凹部に浮沈自在に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のプーリユニット。
4. 前記ラチェットは、
   前記係合面とは反対側の端部が円弧面となって前記軸体の摺接面に穿設された前記収納凹部に配接し、
   前記ねじりコイルばねと対向する面を、前記円弧面側から前記係合面側方向に向かうほど高くなる傾斜面となっていることを特徴とする請求項３に記載のプーリユニット。
5. 前記付勢手段は、伸張性のコイルばねで形成されていて、前記軸体に穿設された前記収納凹部と前記ラチェットとの間に介挿されて配置されていることを特徴とする請求項４に記載のプーリユニット。
6. 前記ラチェットは、ばね座金で構成され、前記ばね座金の一方の端面が前記ねじりコイルばねの前記自由端と係合する前記係合面となり、他方の端面が前記軸体の摺接面に穿設された前記収納凹部内に収納されていて、前記ばね座金のばね座面を前記係合面側方向に向かうほど高くなる傾斜面とすることを特徴とする請求項３に記載のプーリユニット。

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