説明

プーリ構造体

【課題】伝達される回転トルクが急激に変化しても、2つの回転体間の大きい相対回転変位を抑制して、コイルスプリングに過大な剪断力が作用しないようにすることと、コイルスプリングが回転体の回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こさないようにすることである。
【解決手段】筒状の第1回転体1の内径面に、スプリング保持部5a、5bに嵌合されたコイルスプリング4の両端部4a、4bを除く中間部4cが捩じり変形によって所定の量だけ拡径したときに、拡径した中間部4cの外径面と接触してその径変化を規制するコイル径規制面13aを設け、コイル径規制面13aと接触するコイルスプリング4の中間部中間部4cをスリップ可能とすることにより、2つの回転体1、2間の大きい相対回転変位を抑制して、コイルスプリング4に過大な剪断力が作用しないようにするとともに、回転トルクを好適に伝達できるようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、相対回転可能な2つの回転体をコイルスプリングで連結し、両回転体間の回転変動を吸収できるようにしたプーリ構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車のエンジンによって回転駆動されるクランクシャフトから回転トルクを伝達される発電用のオルタネータ等の回転伝達部には、筒状の第1回転体の内径側に第2回転体を同軸上で相対回転可能に嵌挿し、これらの2つの回転体をコイルスプリングで連結して、両回転体間の回転変動を吸収できるようにし、一方の回転体にプーリを設けて、プーリからの回転トルクをコイルスプリングを介して他方の回転体に伝達するようにしたプーリ構造体が採用されている(例えば、特許文献1、2参照)。
【0003】
このコイルスプリングを用いたプーリ構造体は、プーリから伝達される回転トルクの回転方向と、トルク伝達方向へのコイルスプリングの螺旋巻き方向との関係によって、各回転体に連結されるコイルスプリングの両端部を除く中間部が拡径または縮径するように捩じれ変形し、両回転体間の回転変動を吸収する。回転トルクの回転方向とトルク伝達方向への螺旋巻き方向が同じ場合は、コイルスプリングの中間部は拡径し、これらの方向が逆の場合は、コイルスプリングの中間部は縮径する。
【0004】
特許文献1に記載されたものは、螺旋状のコイルスプリングの両端部に、半径方向に屈曲して延出する屈曲部を設け、これらの両端部の屈曲部を2つの回転体に回転方向で係止する手段で2つの回転体を連結している。このプーリ構造体は、コイルスプリングで伝達される回転トルクによって、両端部の屈曲部に繰り返しの応力集中が生じ、コイルスプリングが短期間で疲労破壊する問題があった。
【0005】
特許文献2に記載されたものは、螺旋状のコイルスプリングの両端部を拡径または縮径して、2つの各回転体に設けたスプリング保持部の外径面または内径面の嵌合面に嵌合し、コイルスプリングの弾性復元力に伴うコイルスプリングの両端部とスプリング保持部の嵌合面との摩擦力によって、2つの回転体をコイルスプリングで連結している。このプーリ構造体は、コイルスプリングが両端に屈曲部がなく終端まで螺旋状に延びているので、上述したような屈曲部での応力集中が生じることはなく、コイルスプリングの疲労破壊を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平5−180287号公報
【特許文献2】特開2008−57763号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献2に記載されたプーリ構造体は、コイルスプリングの両端部での応力集中を防止して疲労破壊を抑制することができる。しかしながら、このコイルスプリングを用いたプーリ構造体は、例えば、自動車の発進時や急加速時のように、クランクシャフトからプーリを設けた回転体に伝達される回転トルクが急激に変化すると、他方の回転体との相対回転変位が大きく変化する。また、エンジンの回転数によってエンジンの動力伝達系に固有振動が発生したときも、クランクシャフトからプーリを設けた回転体に伝達される回転トルクが急激に変化し、他方の回転体との相対回転変位が大きく変化する。
【0008】
このようにプーリを設けた回転体と他方の回転体との相対回転変位が大きく変化すると、コイルスプリングの中間部に大きな捩じれ変形に伴う過大な剪断力が作用して、コイルスプリングが疲労しやすくなる問題がある。
【0009】
また、このような大きい中間部の捩じれ変形は、コイルスプリング両端部の保持部に近い領域でより大きくなり、この保持部に近い領域で拡径または縮径するコイルスプリングが各回転体の内径面または外径面と周方向で部分的に接触すると、コイルスプリングが回転体の回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こし、スプリング保持部に嵌合された端部が離脱する恐れもある。
【0010】
そこで、本発明の課題は、伝達される回転トルクが急激に変化しても、2つの回転体間の大きい相対回転変位を抑制して、コイルスプリングに過大な剪断力が作用しないようにすることと、コイルスプリングが回転体の回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こさないようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記の課題を解決するために、本発明は、筒状の第1回転体の内径側に第2回転体を同軸上で相対回転可能に嵌挿して、これらの第1回転体の内径面と第2回転体の外径面との間に形成された環状空間に、線状の弾性体を螺旋状に巻回したコイルスプリングを収納し、このコイルスプリングの両端部を拡径または縮径して、前記2つの各回転体に設けたスプリング保持部の外径面または内径面の嵌合面に嵌合し、前記拡径または縮径されたコイルスプリングの弾性復元力に伴うコイルスプリングの両端部と前記スプリング保持部の嵌合面との摩擦力によって、前記2つの回転体をコイルスプリングで連結し、前記第1および第2回転体のいずれか一方にプーリを設けたプーリ構造体において、前記環状空間を形成する第1回転体の内径面または第2回転体の外径面の少なくとも一方に、前記嵌合されたコイルスプリングの両端部を除く中間部が捩じり変形によって所定の量だけ拡径または縮径したときに、このコイルスプリングの中間部の拡径した外径面または縮径した内径面と接触してその径変化を規制するコイル径規制面を設け、このコイル径規制面と接触する前記コイルスプリングの中間部をスリップ可能とした構成を採用した。
【0012】
すなわち、環状空間を形成する第1回転体の内径面または第2回転体の外径面の少なくとも一方に、嵌合されたコイルスプリングの両端部を除く中間部が捩じり変形によって所定の量だけ拡径または縮径したときに、このコイルスプリングの中間部の拡径した外径面または縮径した内径面と接触してその径変化を規制するコイル径規制面を設け、このコイル径規制面と接触するコイルスプリングの中間部をスリップ可能とすることにより、伝達される回転トルクが急激に変化しても、2つの回転体間の大きい相対回転変位を抑制して、コイルスプリングに過大な剪断力が作用しないようにするとともに、回転トルクを好適に伝達できるようにした。
【0013】
前記コイル径規制面に、潤滑グリースの塗布、硬質クロムめっき、ニッケルめっき、高周波焼入れおよびセラミックス溶射の少なくともいずれかの表面処理を施すことにより、コイルスプリングの中間部のスリップによるコイル径規制面の摩耗を抑制することができる。
【0014】
前記コイルスプリングの線状の弾性体の断面を矩形形状とすることにより、コイルスプリングの中間部をコイル径規制面に面接触させ、コイル径規制面の摩耗を抑制することができる。
【0015】
前記捩じり変形によって拡径または縮径する前記コイルスプリングの中間部が、前記嵌合された両端部の近傍領域で、前記第1回転体の内径面または第2回転体の外径面と接触しないようにすることにより、コイルスプリングが回転体の回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こさないようにすることができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係るプーリ構造体は、環状空間を形成する第1回転体の内径面または第2回転体の外径面の少なくとも一方に、嵌合面に嵌合されたコイルスプリングの両端部を除く中間部が捩じり変形によって所定の量だけ拡径または縮径したときに、このコイルスプリングの中間部の拡径した外径面または縮径した内径面と接触してその径変化を規制するコイル径規制面を設け、このコイル径規制面と接触するコイルスプリングの中間部をスリップ可能としたので、伝達される回転トルクが急激に変化しても、2つの回転体間の大きい相対回転変位を抑制し、コイルスプリングに過大な剪断力が作用しないようにして、コイルスプリングの破損を防止できるとともに、回転トルクを好適に伝達することができる。
【0017】
また、捩じり変形によって拡径または縮径するコイルスプリングの中間部が、嵌合された両端部の近傍領域で、第1回転体の内径面または第2回転体の外径面と接触しないようにしたので、コイルスプリングが回転体の回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こさないようにして、スプリング保持部に嵌合されたコイルスプリングの端部が離脱するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】第1の実施形態のプーリ構造体を示す縦断面図
【図2】図1のII−II線に沿った断面図
【図3】図1の切欠き縦断面図
【図4】図1のプーリ構造体に急激に大きな回転トルクが伝達された状態を示す一部省略縦断面図
【図5】図1のプーリ構造体のトルク伝達特性を示すグラフ
【図6】第2の実施形態のプーリ構造体を示す縦断面図
【図7】図6のVII−VII線に沿った断面図
【図8】図6のプーリ構造体に急激に大きな回転トルクが伝達された状態を示す一部省略縦断面図
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図1乃至図5は、第1の実施形態を示す。このプーリ構造体は、図1に示すように、筒状の第1回転体1の内径側に第2回転体2が同軸上で嵌挿され、第1回転体1の内径面と第2回転体2の外径面との間に形成された環状空間3に、矩形断面の線状の弾性体を螺旋状に巻回したコイルスプリング4が収納され、コイルスプリング4の両端部4a、4bが縮径されて、各回転体1、2に設けた各スプリング保持部5a、5bの内径面の嵌合面6a、6bに嵌合され、縮径されたコイルスプリング4の弾性復元力に伴うコイルスプリング4の両端部と各スプリング保持部の嵌合面6a、6bとの摩擦力によって、2つの回転体1、2がコイルスプリング4で連結されている。
【0020】
前記プーリ構造体は、自動車のオルタネータの入力軸(図示省略)に装着されるものであり、第1回転体1の外径面には、クランクシャフト(図示省略)から一方向の回転トルクを伝達されるプーリ7が設けられ、第2回転体2の中心には、オルタネータの入力軸が連結されるスプライン孔8が設けられている。また、第2回転体2は、転がり軸受9とすべり軸受10によって、第1回転体1に相対回転可能に支持されている。
【0021】
前記第1回転体1のスプリング保持部5aは、回転体1の内径を部分的に狭めて形成され、その内径面の嵌合面6aに、回転トルクの入力側となるコイルスプリング4の端部4aが嵌合されている。このコイルスプリング4の端部4aは、嵌合面6aに約1巻嵌合され、転がり軸受9の位置決めも兼ねる内向きの鍔11で抜け止めされている。スプリング保持部5aの嵌合面6aの軸方向内方側には、内径が増加するテーパ面12aが接続され、さらにテーパ面12aの軸方向内方側には、後述するコイルスプリング4の中間部4cの拡径を規制するコイル径規制面13aが接続されている。
【0022】
前記第2回転体2のスプリング保持部5bは、回転体2の端部から外方に突出して軸方向内方に張り出すコ字状断面に形成され、コ字状断面の内側の内径面の嵌合面6bに、回転トルクの出力側となるコイルスプリング4の端部4bが約1巻半嵌合されている。スプリング保持部5bの外側の外径面には、すべり軸受10が装着されている。
【0023】
図2に示すように、前記コ字状断面の第2回転体2のスプリング保持部5bの奥端面は螺旋面で形成され、コイルスプリング4の端部4bの周方向端面が当接されるストッパ面14bが設けられている。この実施形態では、図中に矢印で示すように、伝達される一方向の回転トルクTの回転方向が、回転トルクの入力側となるコイルスプリング4の端部4aから出力側となる端部4bに向かうトルク伝達方向に向かって、反時計回りとなっており、コイルスプリング4の端部4bがストッパ面14bによって固定される。なお、過大な回転トルクが伝達されたときは、嵌合巻数のが少なく、かつ、周方向端面が当接されるストッパ面もない回転トルク入力側の端部4aとスプリング保持部5aの嵌合面6aとの間ですべりが生じ、コイルスプリング4に過大な回転トルクが負荷されないようになっている。
【0024】
図3に示すように、前記コイルスプリング4の螺旋巻き方向は、入力側となる端部4aから出力側となる端部4bに向かうトルク伝達方向に向かって、回転トルクの回転方向と同じ反時計回りとなっている。したがって、プーリ7から回転トルクが伝達されると、コイルスプリング4の両端部4a、4bを除く中間部4cは、拡径するように捩じれ変形する。なお、図3は、コイルスプリング4の螺旋巻き方向を分かりやすくするために、図1の断面と90°位相をずらした断面で示している。
【0025】
図4は、前記プーリ7に急激に大きな回転トルクが伝達された状態を示す。回転トルクが伝達されると、コイルスプリング4の中間部4cは、図1に示した無負荷の状態から拡径するが、急激に回転トルクが伝達されると、中央部よりも両端部4a、4b側の巻部がより大きく拡径する。このとき、より大きく拡径する中間部4cの巻部が、所定の拡径量に達すると、第1回転体1の内径面に設けた一定内径のコイル径規制面13aに接触するようになっている。したがって、コイルスプリング4の捩じれ変形が規制されて、2つの回転体1,2間の大きい相対回転変位が抑制されるので、コイルスプリング4に過大な剪断力が作用することはない。コイル径規制面13aの内径寸法は、コイルスプリング4の巻数、強度等によって決まる許容拡径量に応じて設定することができる。
【0026】
前記コイル径規制面13aには潤滑グリースが塗布されており、コイル径規制面13aと接触するコイルスプリング4の中間部4cがスリップ可能とされている。したがって、回転トルクを好適に伝達することができる。コイル径規制面13aに潤滑性皮膜等を形成して、接触する中間部4cをスリップさせることもできる。
【0027】
前記コイル径規制面13aには硬質クロムめっきが施されている。したがって、矩形断面とされたコイルスプリング4が面接触することも相俟って、中間部4cのスリップによるコイル径規制面13aの摩耗を抑制することができる。コイル径規制面13aにニッケルめっき、高周波焼入れ、セラミック溶射等の表面処理を施し、耐摩耗性を確保することもできる。
【0028】
また、前記スプリング保持部5aの嵌合面6aとコイル径規制面13aとの間に設けられたテーパ面12aは、コイルスプリング4の中間部4cが拡径するときに、端部4aとの近傍領域と接触しないようになっている。端部4bとの近傍領域も、スプリング保持部5bの嵌合面6bとコイル径規制面13aとの間には十分な段差があるので、コイル径規制面13aと接触することはない。したがって、コイルスプリング4が回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こすことはなく、各スプリング保持部5a、5bに嵌合されたコイルスプリング4の端部4a、4bが離脱することもない。
【0029】
図5は、上述したプーリ構造体のトルク伝達特性を示す。伝達される回転トルクTが増加すると、コイルスプリング4の捩じれ角θは一定の勾配で増加し、このとき、中間部4cの拡径量も増加する。中間部4cがコイル径規制面13aと接触を開始すると(P点)、捩じれ角θの増加勾配は少し小さくなり、中間部4cのコイル径規制面13aとの接触長さが増加する。中間部4cの両端近傍を除くほぼ全長がコイル径規制面13aと接触すると、捩じれ角θはそれ以上増加することはなく、コイルスプリング4に過大な剪断力が作用することはない。なお、中間部4cがコイル径規制面13aと接触した状態から回転トルクTが減少するときは、ヒステリシスをもって捩じれ角θが減少する。
【0030】
図6乃至図8は、第2の実施形態を示す。このプーリ構造体も、自動車のオルタネータの入力軸(図示省略)に装着されるものであり、図6に示すように、筒状の第1回転体1の内径側に第2回転体2が同軸上で嵌挿され、第1回転体1の内径面と第2回転体2の外径面との間に形成された環状空間3に、矩形断面の線状の弾性体を螺旋状に巻回したコイルスプリング4が収納され、コイルスプリング4の両端部4a、4bが拡径されて、各回転体1、2に設けた各スプリング保持部5a、5bの外径面の嵌合面6a、6bに嵌合され、拡径されたコイルスプリング4の弾性復元力に伴うコイルスプリング4の両端部と各スプリング保持部の嵌合面間の摩擦力によって、2つの回転体1、2がコイルスプリング4で連結されている。
【0031】
前記第1回転体1の外径面には、クランクシャフト(図示省略)から一方向の回転トルクを伝達されるプーリ7が設けられ、第2回転体2の中心には、オルタネータの入力軸が連結されるスプライン孔8が設けられている。また、第2回転体2は、転がり軸受9とすべり軸受10によって、第1回転体1に相対回転可能に支持されている。転がり軸受9は、第1回転体1の内径面に設けられた内向きの鍔11で位置決めされている。
【0032】
前記第1回転体1のスプリング保持部5aは、回転体1の端部から内方に突出して軸方向内方に張り出すコ字状断面に形成され、コ字状断面の内側の外径面の嵌合面6aに、回転トルクの入力側となるコイルスプリング4の端部4aが約1巻半嵌合されている。スプリング保持部5aの内径面には、すべり軸受10が装着されている。
【0033】
前記第2回転体2のスプリング保持部5bは、回転体2の外径を部分的に拡げて形成され、その外径面の嵌合面6bに、回転トルクの出力側となるコイルスプリング4の端部4bが嵌合されている。この端部4bは、嵌合面6bに約1巻嵌合されている。スプリング保持部5bの嵌合面6bの軸方向内方側には、外径が減少するテーパ面12bが接続され、さらにテーパ面12bの軸方向内方側に、コイルスプリング4の中間部4cの縮径を規制するコイル径規制面13bが接続されている。
【0034】
図7に示すように、前記コ字状断面の第1回転体1のスプリング保持部5aの奥端面は螺旋面で形成され、コイルスプリング4の端部4aの周方向端面が当接されるストッパ面14aが設けられている。この実施形態では、図中に矢印で示すように、伝達される一方向の回転トルクTの回転方向が、回転トルクの入力側となるコイルスプリング4の端部4aから出力側となる端部4bに向かうトルク伝達方向に向かって、時計回りとなっており、コイルスプリング4の端部4aがストッパ面14aによって固定される。過大な回転トルクが伝達されたときは、嵌合巻数の少ない回転トルク出力側の端部4bとスプリング保持部5bの嵌合面6bとの間ですべりを生じ、コイルスプリング4に過大な回転トルクが負荷されるのが防止される。
【0035】
図示は省略するが、前記コイルスプリング4の螺旋巻き方向は、回転トルクの入力側となる端部4aから出力側となる端部4bに向かうトルク伝達方向に向かって、回転トルクの回転方向と逆の反時計回りとなっている。したがって、プーリ7から回転トルクが伝達されると、コイルスプリング4の両端部4a、4bを除く中間部4cは、縮径するように捩じれ変形する。
【0036】
図8は、前記プーリ7に急激に大きな回転トルクが伝達された状態を示す。回転トルクが伝達されると、コイルスプリング4の中間部4cは、図6に示した無負荷の状態から縮径するが、急激に回転トルクが伝達されると、中央部よりも両端部4a、4b側の巻部がより大きく縮径する。このとき、より大きく縮径する中間部4cの巻部が、所定の縮径量に達すると、第2回転体2の外径面に設けた一定外径のコイル径規制面13bに接触する。したがって、コイルスプリング4の捩じれ変形が規制されて、2つの回転体1,2間の大きい相対回転変位が抑制されるので、コイルスプリング4に過大な剪断力が作用することはない。コイル径規制面13bの外径寸法は、コイルスプリング4の巻数、強度等によって決まる許容縮径量に応じて設定することができる。
【0037】
前記コイル径規制面13bには、第1の実施形態のコイル径規制面13aと同様に、潤滑グリースが塗布され、硬質クロムめっきが施されている。したがって、接触する中間部4cをスリップさせて、回転トルクを好適に伝達することができるとともに、中間部4cのスリップによるコイル径規制面13bの摩耗を抑制することができる。
【0038】
また、前記スプリング保持部5bの嵌合面6bとコイル径規制面13bとの間に設けられたテーパ面12bは、コイルスプリング4の中間部4cが拡径するときに、端部4bとの近傍領域と接触しないようになっている。端部4aとの近傍領域も、スプリング保持部5aの嵌合面6aとコイル径規制面13bとの間には十分な段差があるので、コイル径規制面13bと接触することはない。したがって、コイルスプリング4が回転軸に対して傾斜する複雑な変形を起こすことはなく、各スプリング保持部5a、5bに嵌合されたコイルスプリング4の端部4a、4bが離脱することもない。
【0039】
上述した各実施形態では、一方向の回転トルクが伝達されるオルタネータの入力軸に装着されるものとしたが、本発明に係るプーリ構造体は、正逆両方向の回転トルクが伝達される部位に採用することもできる。この場合は、回転トルクの回転方向によって、コイルスプリングの中間部が拡径したり縮径したりするので、第1回転体の内径面と第2回転体の外径面との両方に、これらの拡径と縮径を規制するコイル径規制面を設けるとよい。
【0040】
また、上述した各実施形態では、回転トルクが伝達されるプーリを筒状の第1回転体側に設けたが、第1回転体の内径側に嵌挿される第2回転体を軸方向外方に延出し、この第2回転体の延出部にプーリを設けることもできる。
【符号の説明】
【0041】
1 第1回転体
2 第2回転体
3 環状空間
4 コイルスプリング
4a、4b 端部
4c 中間部
5a、5b スプリング保持部
6a、6b 嵌合面
7 プーリ
8 スプライン孔
9 転がり軸受
10 すべり軸受
11 鍔
12a、12b テーパ面
13a、13b コイル径規制面
14a、14b ストッパ面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状の第1回転体の内径側に第2回転体を同軸上で相対回転可能に嵌挿して、これらの第1回転体の内径面と第2回転体の外径面との間に形成された環状空間に、線状の弾性体を螺旋状に巻回したコイルスプリングを収納し、このコイルスプリングの両端部を拡径または縮径して、前記2つの各回転体に設けたスプリング保持部の外径面または内径面の嵌合面に嵌合し、前記拡径または縮径されたコイルスプリングの弾性復元力に伴うコイルスプリングの両端部と前記スプリング保持部の嵌合面との摩擦力によって、前記2つの回転体をコイルスプリングで連結し、前記第1および第2回転体のいずれか一方にプーリを設けたプーリ構造体において、前記環状空間を形成する第1回転体の内径面または第2回転体の外径面の少なくとも一方に、前記嵌合されたコイルスプリングの両端部を除く中間部が捩じり変形によって所定の量だけ拡径または縮径したときに、このコイルスプリングの中間部の拡径した外径面または縮径した内径面と接触してその径変化を規制するコイル径規制面を設け、このコイル径規制面と接触する前記コイルスプリングの中間部をスリップ可能としたことを特徴とするプーリ構造体。
【請求項2】
前記コイル径規制面に、潤滑グリースの塗布、硬質クロムめっき、ニッケルめっき、高周波焼入れおよびセラミックス溶射の少なくともいずれかの表面処理を施した請求項1に記載のプーリ構造体。
【請求項3】
前記コイルスプリングの線状の弾性体の断面を矩形形状とした請求項1または2に記載のプーリ構造体。
【請求項4】
前記捩じり変形によって拡径または縮径する前記コイルスプリングの中間部が、前記嵌合された両端部の近傍領域で、前記第1回転体の内径面または第2回転体の外径面と接触しないようにした請求項1乃至3のいずれかに記載のプーリ構造体。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2012−112480(P2012−112480A)
【公開日】平成24年6月14日(2012.6.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−263141(P2010−263141)
【出願日】平成22年11月26日(2010.11.26)
【出願人】(000006068)三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Fターム(参考)】