(57)【要約】【課題】プーリ装置のプーリのＶ溝底部の応力集中を緩和して、プーリの肉厚を薄くすることが可能なプーリ装置を提供する。【解決手段】外周部にベルトＢが巻き掛けられるベルト溝１２ａが形成されるプーリを有するプーリ装置１０であって、ベルト溝１２ａはプーリ１２の軸方向において溝深さが互いに異なる複数のＶ溝１２ａ１，１２ａ２を備え、軸方向中央部におけるＶ溝１２ａ１の溝深さは、軸方向端部におけるＶ溝１２ａ２よりも浅く形成されている。【選択図】図１
2010001987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部にベルトが巻き掛けられるベルト溝が形成されるプーリを有するプーリ装置であって、
前記ベルト溝は、前記プーリの軸方向において溝深さが互いに異なる複数のＶ溝を備え、前記プーリに作用する荷重が集中する軸方向位置付近における前記Ｖ溝の溝深さは、他のＶ溝よりも浅く形成されていることを特徴とするプーリ装置。
【請求項２】
前記プーリは、回転軸の周囲に該回転軸と同心に配置されており、
前記プーリの内側に配置され、前記プーリと前記回転軸との間で動力伝達を行う一方向クラッチをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のプーリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プーリ装置に関し、特に、一方向クラッチを備えた一方向クラッチ内蔵型プーリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プーリ装置は、エンジンのクランク軸の動力によって駆動される、パワーステアリング用の送油ポンプ、エアコンディショナ用のコンプレッサ、冷却ファン、水ポンプ、オルタネータ等の補機類の入力軸や、逆に、エンジンのクランク軸に動力を与えるスタータモータの出力軸に使用されている。
【０００３】
例えば、オルタネータ等、自動車補機の入力軸の端部には従動プーリが固定されており、エンジンのクランク軸の端部に固定された駆動プーリとの間に無端ベルトが掛け渡され、補機を駆動するために利用される。従動プーリには一方向クラッチが内蔵され、無端ベルトの走行速度が一定もしくは上昇傾向にある場合に、無端ベルトから回転軸への動力の伝達を自在とし、無端ベルトの走行速度が低下傾向にある場合に、従動プーリと回転軸との相対回転を自在とする。従って、クランク軸の回転角速度が変動した場合でも、一方向クラッチの作用により、無端ベルトと従動プーリが擦れ合うことが防止され、鳴きと呼ばれる異音の発生や摩耗による無端ベルトの寿命低下を防止すると共に、オルタネータの発電効率が低下することを防止できる（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００４】
特許文献１に記載の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置では、ラジアル玉軸受とラジアルころ軸受とを使用し、ラジアル玉軸受をスリーブの内径が小さい部分に配置してスリーブがその部分で薄くなることを抑制し、且つプーリの内径を均一としてプーリの肉厚を確保し、装置全体の直径方向における小型化を図っている。
【特許文献１】特開２０００−３２０６５０号公報
【特許文献２】特開２００１―４０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、プーリの外径を変えることなく、一方向クラッチのトルク伝達能力を大きくするため、プーリの肉厚を薄くすることが求められるが、プーリの疲れ寿命や塑性変形のため薄肉化することには限界がある。
【０００６】
また、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置の中央付近の外側にあたるプーリ外径のＶ溝底部には、クラッチ外輪の圧入による荷重と、クラッチ係合時のころからの荷重によって応力集中が作用する。このため、プーリの肉厚を薄くする場合、プーリ装置の中央付近におけるプーリのＶ溝底部の応力集中を緩和することが求められる。
【０００７】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プーリ装置のプーリのＶ溝底部の応力集中を緩和して、プーリの肉厚を薄くすることが可能なプーリ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  外周部にベルトが巻き掛けられるベルト溝が形成されるプーリを有するプーリ装置であって、
ベルト溝は、プーリの軸方向において溝深さが互いに異なる複数のＶ溝を備え、プーリに作用する荷重が集中する軸方向位置付近におけるＶ溝の溝深さは、他のＶ溝よりも浅く形成されていることを特徴とするプーリ装置。
（２）  プーリは、回転軸の周囲に回転軸と同心に配置されており、
プーリの内側に配置され、プーリと回転軸との間で動力伝達を行う一方向クラッチをさらに備えることを特徴とする（１）に記載のプーリ装置。
【０００９】
なお、プーリに作用する荷重が集中する軸方向位置は、プーリに作用する荷重が分布荷重である場合に、この分布荷重と等価な集中荷重が作用する軸方向位置を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ベルト溝は、プーリの軸方向において、溝深さが互いに異なる複数のＶ溝を備え、プーリに作用する荷重が集中する軸方向位置付近におけるＶ溝の溝深さは、他のＶ溝よりも浅く形成されているので、プーリ装置のプーリのＶ溝底部の応力集中を緩和して、プーリの肉厚を薄くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係るプーリ装置について図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態のプーリ装置として、オルタネータ用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を説明するための縦断面図である。図１（ａ）に示されるように、本実施形態の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０は、オルタネータ等の自動車補機を駆動するためのもので、図示されない回転軸が内嵌されるスリーブ１１を有する。スリーブ１１の周囲には、外周面にベルト溝１２ａが形成されたプーリ１２がスリーブ１１と同心に配置されており、プーリ１２は、回転軸の周囲に回転軸と同心に配置可能な構成となる。また、スリーブ１１の外周面とプーリ１２の内周面との間で、この間に形成される環状空間の軸方向中間部には、クラッチである一方向クラッチ１３が配置されており、上記環状空間の軸方向両端部には、一方向クラッチ１３を挟持するようにして、例えば、深溝玉軸受等の一対のサポート軸受１４が配設されている。
【００１２】
一方向クラッチ１３は、プーリ１２がスリーブ１１に対して所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみプーリ１２からスリーブ１１への回転力を伝達する。また、一対のサポート軸受１４は、プーリ１２に加わるラジアル荷重を支承しつつ、スリーブ１１とプーリ１２との相対回転を可能とする。
【００１３】
各サポート軸受１４は、スリーブ１１の外周面に外嵌される軸受内輪１５と、プーリ１２の内周面に内嵌される軸受外輪１６と、軸受内輪１５と軸受外輪１６の両軌道面間に配置された転動体である複数の玉１７と、玉１７を転動自在に保持する保持器１８と、外部からの異物の浸入や内部からのグリース等の潤滑剤の漏洩を防止するシール部材１９を有している。
【００１４】
一方向クラッチ１３は、プーリ１２の内周面に圧入固定されるクラッチ外輪２０と、スリーブ１１の大径部の外周面に圧入固定されるクラッチ内輪２１と、クラッチ外輪２０とクラッチ内輪２１との間に回動自在に配設された係合子である複数のころ２２とを備えている。クラッチ内輪２１の外周面は、複数のランプ面２１ａが円周方向に所定の間隔で設けられたカム面を形成する。ころ２２は、各ランプ面２１ａとクラッチ外輪２０の内周面に形成された円筒面２０ａとから構成される楔空間に回転自在に保持されている。
【００１５】
また、一方向クラッチ１３は、各ころ２２を個別に収容する複数のポケットを有するクラッチ保持器２３と、各ころ２２をロック方向に弾性的に押圧するばね２４とを備えている。
【００１６】
上記のように構成される一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０では、プーリ１２の回転角速度が、例えばオルタネータの回転軸の回転角速度より速い場合には、一方向クラッチ１３のころ２２がくさび作用によってクラッチ内輪２１のランプ面２１ａとクラッチ外輪２０の円筒面２０ａとの間に噛み込まれて、プーリ１２とスリーブ１１とが相対回転不能(ロック状態)となり、エンジンの回転力がオルタネータの回転軸に伝達される。一方、プーリ１２の回転角速度がオルタネータの回転角速度より遅い場合には、ころ２２の噛み込みが解除されて、プーリ１２とスリーブ１１との相対回転が自在(オーバーラン状態)となる。
【００１７】
ここで、図１（ｂ）に示すように、プーリ１２のベルト溝１２ａは、プーリ１２の軸方向において等間隔に形成される複数のＶ溝１２ａ１，１２ａ２を備える。そして、プーリ１２に作用する荷重が集中する軸方向位置付近である、軸方向中央付近におけるＶ溝１２ａ１の溝深さは、軸方向端部付近における他のＶ溝１２ａ２よりも浅く形成されており、本実施形態では、軸方向端部付近に向けて徐々に深く形成される。また、軸方向中央付近におけるＶ溝１２ａ１の底部曲率半径Ｒ１も、軸方向端部付近における他のＶ溝１２ａ２の底部曲率半径Ｒ２よりも大きく設定されている。
【００１８】
また、このベルト溝１２ａに巻き掛けられるベルトＢもこのベルト溝１２ａの形状に沿って形成される。
【００１９】
従って、本実施形態の一方向クラッチ内蔵型プーリ装置１０によれば、ベルト溝１２ａは、プーリ１２の軸方向において、溝深さが互いに異なる複数のＶ溝１２ａ１，１２ａ２を備え、プーリ１２の軸方向中央付近におけるＶ溝１２ａ１の溝深さは、軸方向端部付近における他のＶ溝１２ａ２よりも浅く形成されているので、プーリ装置１０のプーリ１２のＶ溝底部の応力集中を緩和して、プーリ１２の肉厚を薄くすることが可能となる。
【００２０】
また、プーリ１２の軸方向中央付近におけるＶ溝１２ａ１の底部曲率半径Ｒ１は、軸方向端部付近における他のＶ溝１２ａ２の底部曲率半径Ｒ２よりも大きく形成されているので、プーリ１２のＶ溝底部の応力集中をより緩和することができる。特に、各Ｖ溝１２ａ１，１２ａ２のくさび角を等しくすることで、伝達トルクは単一形状のＶ溝を有するベルト溝のもの比べてほとんど変わらないことが計算により考えられており、溝深さが互いに異なる複数のＶ溝を等間隔に形成する場合には、Ｖ溝底部の曲率半径は上記構成となり、伝達トルク及び応力集中緩和の点でより効果的である。
【００２１】
なお、ベルト溝１２ａの形状は、本実施形態のように、軸方向中央付近のＶ溝１２ａ１から軸方向端部付近１２ａ２に向けて徐々に溝深さを深く形成してもよいし、或は、図２に示すように、軸方向中央付近のＶ溝１２ａ１のみの溝深さを他のＶ溝１２ａ２より浅くしてもよく、或は、軸方向中央付近のＶ溝から軸方向端部付近のＶ溝に向けて段階的に溝深さを深く形成してもよい。
【００２２】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
【００２３】
上記実施形態では、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置について説明したが、本発明のベルト溝１２ａの形状は、図３に示すような軸受３０に成形される樹脂プーリ１２´にも適用可能である。
【００２４】
また、上記実施形態では、複数のＶ溝は、等間隔に形成されているが、これに限定されるものでない。さらに、本発明の溝深さの浅いＶ溝は、荷重により応力集中が生じやすい、プーリ１２に作用する荷重が集中する軸方向位置付近であればよく、一方向クラッチ１３の位置等に応じて、圧入力や係合時の荷重が集中する軸方向位置付近に設定すればよい。本実施形態のように、一方向クラッチ１３が一対のサポート軸受１４間に配置される場合には、軸方向中央付近のＶ溝を浅く形成すればよい。
【００２５】
また、本発明の一方向クラッチは、スリーブとプーリとの間で回転力を伝達するものであればよく、本実施形態のように、プーリがスリーブに対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、回転力を伝達する一方向クラッチでもよいし、クラッチ内輪の外周面を円筒面と、クラッチ外輪の内周面を複数のランプ面を有するカム面とし、スリーブがプーリに対して所定の方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、回転力を伝達する一方向クラッチでもよい。
【００２６】
また、本発明の一方向クラッチは、本実施形態のようなローラクラッチであってもよく、カムクラッチやスプラグクラッチであってもよい。また、一方向クラッチの外輪或いは内輪は、本実施形態のようにプーリ或いはスリーブと別体であってもよく、プーリ或いはスリーブと一体、即ち、プーリの内周面或いはスリーブの外周面によって構成されてもよい。
【００２７】
さらに、本発明の一対のサポート軸受は、深溝玉軸受以外の形式であってもよく、ころ軸受や、玉軸受ところ軸受の組合せであってもよい。また、サポート軸受の内輪或いは外輪も、プーリ或いはスリーブと一体、即ち、プーリの内周面或いはスリーブの外周面によって構成されてもよい。
【実施例】
【００２８】
ここで、図１に示すＶ溝形状を有する本発明のプーリ装置と、単一のＶ溝形状を有する従来のプーリ装置について、有限要素法解析（ＦＥＭ）により適当なモデルを用いて、クラッチ外輪のはめあいによる応力、係合時のころからの荷重による応力を計算した。なお、図１のＶ溝の底部曲率半径は、軸方向一端側から０．５ｍｍ、０．７５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．０ｍｍ、０．７５ｍｍ、０．５ｍｍに設定され、従来のＶ溝の曲率半径は、一様に０．５ｍｍに設定される。また、いずれのＶ溝も等間隔に形成され、くさび角も一様であるので、いずれのＶ溝の溝深さも底部曲率半径に応じて設定される。さらに、荷重や、クラッチ外輪とプーリのしめしろは同条件とした。
【００２９】
上記解析の結果、従来のプーリ装置での最大主応力の最大値を１００％とすると、図１の最大値は約８０％となり、応力を約２０％程度軽減できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るプーリ装置の縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のI部拡大図である。
【図２】図１（ｂ）に対応する、プーリのベルト溝の変形例にかかる拡大図である。
【図３】本発明のベルト溝の形状を、樹脂プーリのベルト溝に適用した例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  クラッチ内蔵型プーリ装置
１１  スリーブ
１２  プーリ
１２ａ  ベルト溝
１２ａ１，１２ａ２  Ｖ溝
１３  一方向クラッチ
１４  サポート軸受
【図１】
2010001987.tif 000003
【図２】
2010001987.tif 000004
【図３】
2010001987.tif 000005