JP5598436B2 - 車両用回転電機のプーリ蓋構造 - Google Patents

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機のプーリ蓋構造に関する。

従来から、車両に搭載される各種の補機に装備可能な一方向クラッチ内蔵のプーリユニットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このプーリユニットでは、ロータ軸の端面に多角形形状の穴が開口しており、この穴に取り付け用の治具を装着してロータ軸の補機へ締め付けが行われる。

また、車両用回転電機に一方向クラッチを内蔵したプーリユニットを備えるとともに、このプーリユニットに蓋を装着する際にプーリ内部の内圧を抜くための通気路を設け、プーリ端面の開口に蓋を取り付けるようにした構造が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００３−４１２１号公報（第２−５頁、図１−４） 特開２０１１−４５１７０号公報（第３−１１頁、図１−１０）

ところで、特許文献１に開示されたプーリユニットでは、車両環境による湿気や被水等に伴って、金属露出部である多角形形状の穴の端面および内面に、短期間に赤錆が発生し、車両価値（エンジン周辺部の美観）を阻害するという問題があった。一般には金属露出部に塗装等の防錆処理を施すことにより錆の発生を抑制することは可能であるが、プーリユニットの金属露出部に防錆処理する場合には、塗装等が軸受けのシールに付着するおそれがあり、シールを避けた局部的な部位および多角形形状の穴の凹面に対する防錆処理は難しい。なお、工数（時間と手間）をかければこれらの部位への防錆処理は可能であるが、大幅なコスト上昇につながるため、実用的ではない。シールが取り付けられる前のプーリ軸単体の状態で防錆処理をすることも考えられるが、その後の組み付け工程において塗装の剥がれが発生するおそれがあり、防錆処理の十分な効果を期待する場合にはプーリユニットを補機に取り付けた後に防錆処理を施す必要がある。

一方、特許文献２に開示された構造ではプーリユニットに蓋が装着されてプーリ内部が露出しないため、美観維持に関しては有効であるが、蓋を取り付ける際にプーリ内部の内圧を抜いていることからもわかるように、高い気密性を維持するために蓋やその組み付けに高い精度が必要になり、蓋を取り付ける際にアウタープーリに過大な荷重がかかって内部のクラッチ機構に悪影響を与えないようにするためには、組み付け管理が非常に難しく、専用の蓋装着設備が必要になり、コスト上昇につながる。また、プーリ内部の内圧を抜くための通気路形成に伴って加工コストが上昇する。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、キャップの装着が容易でプーリユニットの開口部が露出することを防止することができる車両用回転電機のプーリ蓋構造を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機のプーリ蓋構造は、回転軸を有する車両用回転電機に取り付けられたプーリユニットが、回転軸を取り付け固定するプーリ軸とこのプーリ軸の外周に設けられたプーリとを備え、プーリ軸に形成された開口部にキャップを取り付ける車両用回転電機のプーリ蓋構造であって、プーリ軸は、開口部側に形成された多角形断面を有する多角形穴部と、軸方向に沿って多角形穴部に隣接して円形断面を有する第１の円形穴部と、軸方向に沿って第１の円形穴部に隣接して第１の円形穴部よりも大径の円形断面を有する第２の円形穴部と、軸方向に沿って第２の円形穴部よりも反開口部側に形成された内径ねじ部とを有し、キャップは、樹脂材料で形成され、開口部の全体を覆う平面部と、平面部から内径ねじ部に向けて延在するとともに外径方向に突出したふくらみ部を含む複数の柱部とを有し、平面部で開口部の全体を覆ったときに、複数の柱部に含まれるふくらみ部が第２の円形穴部に対応する位置に配置されている。

樹脂材料で形成されたキャップの柱部をプーリユニットの開口部である多角形穴部に挿入してふくらみ部を第２の円形穴部に嵌め込むことにより、特別な取り付け工具等を用いることなく容易にキャップを装着することができ、低コストでプーリユニットの開口部が露出することを防止することができる。また、多角形穴部と内径ねじ部の間に形成された第２の円形穴部にキャップが装着されるため、クラッチ機構を有するプーリユニットの場合には、内径ねじ部を用いて車両用回転電機の回転軸に取り付けられるプーリ軸側にキャップを装着することができ、プーリ（アウタープーリ）に過大な荷重がかからないようにすることができ、精度の高い組み付け管理や専用の装着設備が不要であって、キャップ装着に伴うコストの上昇を抑えることができる。

また、上述した多角形穴部の辺数と柱部の本数は同数であり、多角形穴部に対向する柱部の外側は平面であり、柱部の外側の平面部分が多角形穴部の内面に対向して接触していることが望ましい。多角形穴部の辺数と柱部の本数を同じにしてそれらを面接触させることにより、多角形穴部内部においてキャップを確実に拘束し、キャップのガタおよび回転を抑制し、長期にわたってキャップの安定した装着が可能となる。

また、上述した柱部は、平面部分とふくらみ部との間に段差部を有し、段差部において、柱部と第１の円形穴部との間に隙間が形成される。第１の円形穴部とキャップの柱部との間に部分的に隙間を持たせることにより、第１の円形穴部からキャップの柱部に作用する荷重を低減することができ、長期間の使用に際して柱部の変形やへたりの発生を抑制し、キャップの固定を長期間維持することが可能となる。

また、上述した多角形穴部は、正多角形の断面を有しており、この正多角形の各辺に複数の柱部のそれぞれが対応していることが望ましい。これにより、キャップの装着可能位置を増やすことができ、キャップ装着時の位置決めが容易となる。

また、上述した複数の柱部の中心から各柱部の外側までの距離ｄ’は、多角形穴部の断面の正多角形の中心から各辺までの距離ｄに等しく、柱部の幅をｅ、正多角形の頂点の数をｎとしたときに、ｅ＝２ｄ×ｔａｎ（９０°／ｎ）に設定されていることが望ましい。これにより、柱部の平面部が多角形穴部の一の辺に対向する位置と、柱部の平面部の両端部が多角形穴部の隣接する２つの辺のそれぞれに接する位置のいずれにおいてもキャップを固定することができるようになるため、キャップの装着可能位置をさらに増やすことができる。特に、多角形穴部の辺数を多くした場合（例えば６以上）には、キャップの周方向の装着位置の間隔が狭くなるため、キャップを適当な周方向位置に装着した場合であっても、柱部の反力によって適切な装着位置に自動調整することが可能となる。

一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。 プーリユニットの詳細形状を示す拡大断面図である。 キャップの詳細形状を示す平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図３のＰ方向から見たキャップの部分的な側面図である。 六角穴部とキャップの柱部の寸法を示す説明図である。 柱部と六角穴部の対応位置を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す断面図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、ブラシ装置４、整流装置５、フレーム６、リヤカバー７、プーリユニット８、キャップ９等を含んで構成されている。

固定子２は、固定子鉄心２１と、この固定子鉄心２１に形成された複数個のスロットに所定の間隔で巻き回された三相の固定子巻線２３とを備えている。回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが複数の磁極爪部を有するポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、ポールコア３２の端面には、冷却ファン３４、３５が溶接等によって取り付けられている。

ブラシ装置４は、整流装置５から回転子３の界磁巻線３１に励磁電流を流すためのものである。整流装置５は、三相の固定子巻線２３の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電力を得るためのものである。

フレーム６は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転可能な状態で支持されているとともに、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。リヤカバー７は、リヤ側のフレーム６の外側に取り付けられるブラシ装置４、整流装置５およびＩＣレギュレータ１２の全体を覆って、これらを保護するためのものである。

上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリユニット８にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置５の出力端子からは直流の出力電力が取り出される。

図２は、プーリユニット８の詳細形状を示す拡大断面図である。プーリユニット８は、プーリ軸８０、プーリ８１、一方向クラッチ８２、玉軸受け８３、ころ軸受け８４、環状シール８５、８６、８７を備えている。

プーリ軸８０は、中空の筒形状を有し、回転軸３３に取り付けられる。プーリ軸８０の内周面には、軸方向に沿った中間領域に雌ねじ部としての内径ねじ部８０Ａが、車両用交流発電機１に組み付けたときに開口部となる側（回転子３と反対側）に配置された多角形穴部としての六角穴部８０Ｂがそれぞれ形成されている。プーリ軸８０の内周面の詳細形状については後述する。

内径ねじ部８０Ａは、回転軸３３の先端に設けられた雄ねじ部にプーリ軸８０を締め付けて車両用交流発電機１にプーリユニット８を取付固定するためのものである。この締め付け固定は、外径が六角形状の工具を六角穴部８０Ｂに挿入した状態でこの工具を締め付け側に回転させることにより行われる。

プーリ８１は、外周にプーリ溝が形成されており、プーリ軸８０に対して外周側に同心状に配置される。プーリ軸８０とプーリ８１との間には、軸方向に沿って所定の間隔で玉軸受け８３ところ軸受け８４が配置されている。

回転子３側に配置された玉軸受け８３は、複数の玉８３Ａと、これら複数の玉８３Ａの周方向間隔を一定に維持するために用いられる保持器８３Ｂとを含んで構成されている。本実施形態では、プーリ軸８０の外周面に周方向に延在する軌道溝が形成されており、プーリ軸８０の外周面の一部が玉軸受け８３の内輪の役目をなしている。また、プーリ８１の内周面に周方向に延在する軌道溝が形成されており、プーリ８１の内周面の一部が玉軸受け８３の外輪の役目をなしている。

回転子３と反対側に配置されたころ軸受け８４は、円筒形状の複数のころ８４Ａと、これら複数のころ８４Ａの周方向間隔を一定に維持するとともに軸方向位置を拘束するために用いられる保持器８４Ｂとを含んで構成されている。玉軸受け８３と同様に、プーリ軸８０の外周面の一部がころ軸受け８４の内輪の役目をなし、プーリ８１の内周面の一部がころ軸受け８４の外輪の役目をなしている。

一方向クラッチ８２は、プーリ軸８０とプーリ８１の間であって、玉軸受け８３ところ軸受け８４の間の軸方向位置に介装されており、円筒形状の複数のころ８２Ａと、これらの複数のころ８２Ａの周方向位置および軸方向位置を拘束するために用いられる保持器８２Ｂと、複数のころ８２Ａのそれぞれに対応して設けられた弾性部材としての楕円形のコイルバネ８２Ｃとを含んで構成されている。この一方向クラッチ８２に対応するプーリ軸８０の外周面は、多角形形状、例えば六角形形状を有しており、プーリ軸８０の六角形の外周面とプーリ８１の円筒状の内周面との間に、６箇所のくさび状空間が形成される。それぞれのくさび状空間には、ころ８２Ａとコイルバネ８２Ｃが配置されている。コイルバネ８２Ｃは、ころ８２Ａをくさび空間の狭い側（ロック側）に押圧している。

プーリ８１が一方向に回転したときに、プーリ８１の回転数がプーリ軸８０の回転数よりも速いあるいは同じ場合には、ころ８２Ａがくさび空間のロック側で位置が固定され、プーリ８１とプーリ軸８０とが噛み合った状態になる。このため、エンジンからプーリ８１に伝達されて回転駆動力がプーリ軸８０に伝わり、回転子３がこの回転駆動力によって回転する。

一方、この状態でエンジンの回転数が低下するとプーリ８１の回転数も低下するが、プーリ軸８０は、回転子３の慣性力のため直ちに回転数が低下せず回転数を維持しようとする。このため、ころ８２Ａの周方向位置がくさび状空間のロック側から移動し、プーリ８１とプーリ軸８０とが噛み合った状態が解除される。このため、回転子３は、プーリ８１に連動して直ちに回転数が低下することはなく、プーリ８１よりもゆっくり回転数が低下する。

また、図２に示すように、プーリ軸８０の内周面には、上述した内径ねじ部８０Ａと六角穴部８０Ｂの間に、軸方向に沿って六角穴部８０Ｂに隣接して円形断面を有する第１の円形穴部８０Ｃと、軸方向に沿って第１の円形穴部８０Ｃに隣接してこの第１の円形穴部８０Ｃよりも大径の円形断面を有する第２の円形穴部８０Ｄが形成されている。第１の円形穴部８０Ｃの内径は、六角穴部８０Ｂの内接円の内径と一致、あるいは内接円の内径よりも小さく設定されている。

図３は、キャップ９の詳細形状を示す平面図である。また、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、図３のＰ方向から見たキャップ９の部分的な側面図である。キャップ９は、樹脂材料で形成され、プーリ軸８０の六角穴部８０Ｂの開口部の全体を覆う平面部９０と、平面部９０からプーリ軸８０の内径ねじ部８０Ａに向けて延在するとともに外径方向に突出したふくらみ部９２Ａを含む複数の柱部９２とを有する。平面部９０でプーリ軸８０の六角穴部８０Ｂの開口部の全体を覆ったときに、複数の柱部９２に含まれるふくらみ部９２Ａがプーリ軸８０の第２の円形穴部８０Ｄに対応する位置に配置されるようになっている。

また、六角穴部８０Ｂの辺数と柱部９２の本数は同数（ともに６）であり、六角穴部８０Ｂに対向する柱部９２の外側は平面であって、柱部９２の外側の平面部分が六角穴部８０Ｂの内面（平面部）に対向して接触している。六角穴部８０Ｂの辺数と柱部９２の本数を同じにしてそれらを面接触させることにより、六角穴部８０Ｂ内部においてキャップ９の周方向位置を確実に拘束し、キャップ９のガタおよび回転を抑制し、長期にわたってキャップ９の安定した装着が可能となる。

また、柱部９２は、外側の平面部分とふくらみ部９２Ａとの間に段差部９２Ｂを有している。この段差部９２Ｂにおいて、柱部９２と第１の円形穴部８０Ｃとの間に隙間が形成されている。第１の円形穴部８０Ｃとキャップ９の柱部９２との間に部分的に隙間を持たせることにより、第１の円形穴部８０Ｃからキャップ９の柱部９２に作用する荷重を低減することができ、長期間の使用に際して柱部９２の変形やへたりの発生を抑制し、キャップ９の固定を長期間維持することが可能となる。

また、六角穴部８０Ｂは正六角形の断面形状を有しており、この正多角形の各辺に６本の柱部９２のそれぞれが対応している。これにより、キャップ９の装着可能位置（周方向に沿って６箇所）を増やすことができ、キャップ９装着時の位置決めが容易となる。

図６は、六角穴部８０Ｂとキャップ９の柱部９２の寸法を示す説明図である。図６に示すように、キャップ９の中心（６本の柱部９２の中心）Ｏ’から各柱部９２の外側の平面部分までの距離ｄ’は、六角穴部８０Ｂの断面の中心Ｏから各辺までの距離ｄに等しい。また、望ましくは、六角穴部８０Ｂの断面形状としての正六角形の頂点の数をｎ（＝６）としたときに、柱部９２の幅ｅは、
ｅ＝２ｄ×ｔａｎ（９０°／ｎ） …（１）
に設定されている。

図７は、（１）式にしたがって柱部９２の幅ｅを設定した場合の柱部９２と六角穴部８０Ｂの対応位置を示す図である。（１）式にしたがって柱部９２の幅ｅを設定することにより、柱部９２の平面部が六角穴部８０Ｂの一の辺に対向する位置（図７（Ａ））と、柱部９２の平面部の周方向に沿った両端部が六角穴部８０Ｂの隣接する２つの辺のそれぞれに接する位置（図７（Ｂ））のいずれにおいても、キャップ９の取り付け状態が安定するようになるため、キャップ９の装着可能位置（周方向に沿って１２箇所）をさらに増やすことができる。特に、多角形穴部の辺数を多くした場合（例えば６以上）には、キャップの周方向の装着位置の間隔が狭くなるため、キャップを適当な周方向位置に装着した場合であっても、柱部の反力によって適切な装着位置に自動調整することが可能となる。

このように、本実施形態の車両用交流発電機１では、樹脂材料で形成されたキャップ９の柱部９２をプーリユニット８の開口部である六角穴部８０Ｂに挿入してふくらみ部９２Ａを第２の円形穴部８０Ｄに嵌め込むことにより、特別な取り付け工具等を用いることなく容易にキャップ９を装着することができ、低コストでプーリユニット８の開口部（プーリ軸８０の端面および六角穴部８０Ｂの内面）が露出することを防止することができる。また、六角穴部８０Ｂと内径ねじ部８０Ａの間に形成された第２の円形穴部８０Ｄにキャップ９が装着されるため、クラッチ機構を有するプーリユニット８の場合には、内径ねじ部８０Ａを用いて車両用交流発電機１の回転軸３３に取り付けられるプーリ軸８０側にキャップ９を装着することができ、プーリ８１に過大な荷重がかからないようにすることができ、精度の高い組み付け管理や専用の装着設備が不要であって、キャップ９装着に伴うコストの上昇を抑えることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、断面が正六角形形状を有する多角形穴部としての六角穴部８０Ｂをプーリ軸８０に形成したが、正六角形形状以外の正多角形形状を有する多角形穴部をプーリ軸８０に形成するようにしてもよい。この場合には、正多角形の辺の数にあわせてキャップ９の柱部９２の本数を変更すればよい。また、（１）式を用いた柱部の幅の設定は、六角形形状以外の正多角形形状の断面を有する多角形穴部に対応するキャップの各柱部についても適用することができる。

また、上述した実施形態では、車両用交流発電機１に備わったプーリユニット８の蓋構造について本発明を適用したが、他の車両用回転電機に備わったプーリユニットの蓋構造についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、クラッチ機構を有するプーリユニット８に取り付けられるキャップ９について説明したが、クラッチ機構が含まれないプーリユニットにであっても、取り付け用の多角形穴部が形成されている場合には本発明を適用することができる。

上述したように、本発明によれば、樹脂材料で形成されたキャップ９の柱部９２をプーリユニット８の開口部である六角穴部８０Ｂに挿入してふくらみ部９２Ａを第２の円形穴部８０Ｄに嵌め込むことにより、特別な取り付け工具等を用いることなく容易にキャップ９を装着することができ、低コストでプーリユニット８の開口部が露出することを防止することができる。

１ 車両用交流発電機
２ 固定子
３ 回転子
４ ブラシ装置
５ 整流装置
６ フレーム
７ リヤカバー
８ プーリユニット
９ キャップ
８０ プーリ軸
８１ プーリ
８２ 一方向クラッチ
８３ 玉軸受け
８４ ころ軸受け
８５、８６、８７ 環状シール
８０Ａ 内径ねじ部
８０Ｂ 六角穴部
８０Ｃ 第１の円形穴部
８０Ｄ 第２の円形穴部
９０ 平面部
９２ 柱部
９２Ａ ふくらみ部
９２Ｂ 段差部

Claims (4)

1. 回転軸を有する車両用回転電機に取り付けられたプーリユニットが、前記回転軸を取り付け固定するプーリ軸とこのプーリ軸の外周に設けられたプーリとを備え、前記プーリ軸に形成された開口部にキャップを取り付ける車両用回転電機のプーリ蓋構造であって、
   前記プーリ軸は、前記開口部側に形成された多角形断面を有する多角形穴部と、軸方向に沿って前記多角形穴部に隣接して円形断面を有する第１の円形穴部と、軸方向に沿って前記第１の円形穴部に隣接して前記第１の円形穴部よりも大径の円形断面を有する第２の円形穴部と、軸方向に沿って前記第２の円形穴部よりも反開口部側に形成された内径ねじ部とを有し、
   前記キャップは、樹脂材料で形成され、前記開口部の全体を覆う平面部と、前記平面部から前記内径ねじ部に向けて延在するとともに外径方向に突出したふくらみ部を含む複数の柱部とを有し、
   前記平面部で前記開口部の全体を覆ったときに、前記複数の柱部に含まれる前記ふくらみ部が前記第２の円形穴部に対応する位置に配置され、
   前記柱部は、前記平面部分と前記ふくらみ部との間に段差部を有し、
   前記段差部において、前記柱部と前記第１の円形穴部との間に隙間が形成されることを特徴とする車両用回転電機のプーリ蓋構造。
2. 請求項１において、
   前記多角形穴部の辺数と前記柱部の本数は同数であり、
   前記多角形穴部に対向する前記柱部の外側は平面であり、
   前記柱部の外側の平面部分が前記多角形穴部の内面に対向して接触していることを特徴とする車両用回転電機のプーリ蓋構造。
3. 請求項１または２において、
   前記多角形穴部は、正多角形の断面を有しており、
   この正多角形の各辺に前記複数の柱部のそれぞれが対応していることを特徴とする車両用回転電機のプーリ蓋構造。
4. 請求項３において、
   前記複数の柱部の中心から各柱部の外側までの距離ｄ’は、前記多角形穴部の断面の正多角形の中心から各辺までの距離ｄに等しく、
   前記柱部の幅をｅ、正多角形の頂点の数をｎとしたときに、
   ｅ＝２ｄ×ｔａｎ（９０°／ｎ）
   に設定されていることを特徴とする車両用回転電機のプーリ蓋構造。

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