(57)【要約】【課題】伝動ベルトの共振による振れの増大を防止する。【解決手段】プーリ１は、半径が連続的に変化するとともに、回転角度に対する半径の変化のピークが１回転する間に２ヶ所生じる。さらに、ピーク間の回転角度θ１とθ２は互いに異なる。プーリ１の回転に伴って、プーリ１に巻き掛けられたベルト２０の張力が変動する。このベルト２０の張力変動は、回転角度に対する変化のピークを１回転する間に少なくとも２ヶ所生じ、ピーク間の回転角度は互いに異なる。一方、回転変動等に起因するベルトの張力変動は、回転角度に対する変化のピーク間の回転角度が互いに等しい。そのため、プーリ１の半径の変化に起因する張力変動と、回転変動等に起因する張力変動が合成されると、ベルト２０の張力は不規則的に変動する。従って、ベルト２０の張力変動の振動数とベルト２０の固有振動数は一致することがないため、共振を防止することができる。【選択図】図２
2008175291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半径が連続的に変化するとともに、回転角度に対する半径の変化のピークが１回転する間に２ヶ所生じるような外周形状を有し、
さらに、前記２ヶ所のピーク間の回転角度が互いに異なることを特徴とするプーリ。
【請求項２】
円弧状の外周形状を有する２つの大径部と、これら２つの大径部を滑らかに接続する曲線状の外周形状を有する２つの小径部とを備え、
前記２つの大径部のうち一方の大径部の円弧の中心と回転中心を結ぶ直線と、他方の大径部の円弧の中心と回転中心を結ぶ直線が交差しており、
さらに、前記２つの小径部の半径が、前記２つの大径部のそれぞれの最大半径のうち小さい方の最大半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のプーリ。
【請求項３】
前記２つの大径部の円弧とそれぞれ同じ中心及び半径を有する２つの円が２点で交わっており、
さらに、前記２つの大径部のそれぞれの最大半径が、前記２つの交点から回転中心までの距離のうち、大きい方の距離の１．０３〜１．２倍であることを特徴とする請求項２に記載のプーリ。
【請求項４】
前記２ヶ所のピーク間の回転角度が、１０８〜１４４°と２５２〜２１６°であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のプーリ。
【請求項５】
エンジンのクランク軸と、少なくとも１つ以上の従動軸にそれぞれ連結された複数のプーリにわたって伝動ベルトが懸架された多軸駆動装置であって、
前記クランク軸に連結されたプーリが、半径が連続的に変化するとともに、回転角度に対する半径の変化のピークが１回転する間に２ヶ所生じるような外周形状を有し、
さらに、前記２ヶ所のピーク間の回転角度が互いに異なることを特徴とするプーリを有する多軸駆動装置。
【請求項６】
前記２ヶ所のピーク間の回転角度が、１０８〜１４４°と２５２〜２１６°であることを特徴とする請求項５に記載のプーリを有する多軸駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン等に連結された多軸駆動装置に用いられるプーリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジン等に連結され、発電機等の補機がベルトを介して駆動される多軸駆動装置において、エンジンの爆発行程等の要因により駆動軸の回転速度が周期的に変動すると、ベルトの張力も周期的に変動する。この張力変動の振動数が、ベルトのスパン長さや張力及び単位重量により特性付けられるベルトの固有振動数に一致した場合に共振状態となる。このとき、ベルトの振れの増大や、異音が発生し、さらにはベルトの耐久性が低下する。
【０００３】
そこで、従来から、楕円形状のプーリや真円の外周を有し、且つ、回転中心が重心からずれた偏心プーリがベルトの張り側部分に係合するように設けられた多軸駆動装置が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。楕円形状のプーリや真円形状の偏心プーリは、回転角度に対して半径が連続的に変化する外周形状を有する。さらに、回転角度に対する半径の変化のピークは、楕円形状のプーリの場合は半回転ごとに生じ、真円形状の偏心プーリの場合は１回転ごとに生じる。そこで、例えば４気筒エンジンの場合であって、爆発行程等に起因したベルトの張力の弛緩時期が、駆動軸が１回転する間に２回生じている場合には、楕円形状のプーリの場合は駆動軸が１回転する間に１回転するように、真円形状の偏心プーリの場合は駆動軸が１回転する間に２回転するように、且つ、弛緩時期に最大半径の位置にベルトが巻き掛けられるように設置する。これにより、ベルト張力がほぼ一定に維持され、共振によるベルトの振れが抑えられる。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２５８１０９号公報
【特許文献２】特許平６−１０６９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような楕円形状のプーリや真円形状の偏心プーリを用いても、ベルト張力を完全に一定にすることは不可能である。また、楕円形状のプーリや真円形状の偏心プーリの半径の変化は、１８０°回転するごとに反復して生じるため、張力変動がある程度低減されたとしても、張力の弛緩時期は１８０°ごとに周期的に生じる。従って、張力変動の振動数がベルトの固有振動数と一致することも十分にあり得ることから、共振の発生を防止できるとは言い難い。
【０００６】
本発明では、駆動軸の回転変動に起因するベルトの張力変動の振動数がベルトの固有振動数に一致することを防ぎ、ベルトの共振を確実に防止できるプーリ及びこのプーリを有する多軸駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載のプーリは、半径が連続的に変化するとともに、回転角度に対する半径の変化のピークが１回転する間に２ヶ所生じるような外周形状を有し、さらに、前記２ヶ所のピーク間の回転角度が互いに異なることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明のプーリにおいては、回転に伴って半径が連続的に変化するため、このプーリに巻き掛けられたベルトの張力が変動する。また、回転角度に対する半径の変化のピークが１回転する間に２ヶ所生じるため、ベルト張力の変化のピークも１回転する間に少なくとも２ヶ所生じる。さらに、プーリの半径の変化のピーク間の回転角度は互いに異なるため、ベルトの張力変動のピーク間の回転角度も互いに異なることとなる。即ち、ベルト張力は不規則的に変動する
【０００９】
一方、回転変動等に起因するベルトの張力変動は、等間隔でピークが生じる。プーリの半径の変化に起因する張力変動と、回転変動等に起因する張力変動が合成されると、張力は不規則的に変動する。そのため、張力変動の振動数とベルトの固有振動数は一致することがない。即ち、張力変動を乱すことにより、共振を防止することができる。
【００１０】
請求項２のプーリは、請求項１において、円弧状の外周形状を有する２つの大径部と、これら２つの大径部を滑らかに接続する曲線状の外周形状を有する２つの小径部とを備え、前記２つの大径部の何れか一方の大径部の円弧の中心と回転中心を結ぶ直線と、他方の大径部の円弧の中心と回転中心を結ぶ直線が交差しており、さらに、前記２つの小径部の半径が、前記２つの大径部のそれぞれの最大半径のうち小さい方の最大半径よりも小さいことを特徴とするものである。
【００１１】
２つの小径部の半径は、２つの大径部のそれぞれの最大半径のうち小さい方の最大半径よりも小さい。そのため、２つの大径部のそれぞれの最大半径において、回転角度に対する半径の変化のピークが生じる。従って、回転角度に対する半径の変化のピークが１回転する間に２ヶ所生じる。さらに、２つの大径部のうち一方の大径部の円弧の中心と回転中心を結ぶ直線と、他方の大径部の円弧の中心と回転中心を結ぶ直線が交差する。言い換えると、回転中心は２つの大径部の円弧の中心同士を結ぶ直線から回転中心がずれている。そのため、ピーク間の回転角度は互いに異なる。従って、プーリの回転に伴って、プーリに巻き掛けられたベルトの張力は不規則的に変動するため、比較的単純な外周形状で共振を確実に防止することが可能となる。          
【００１２】
請求項３のプーリは、請求項２において、前記２つの大径部の円弧とそれぞれ同じ中心及び半径を有する２つの円が２点で交わっており、さらに、前記２つの大径部のそれぞれの最大半径が、前記２つの交点から回転中心までの距離のうち、大きい方の距離の１．０３〜１．２倍であることを特徴とするものである。
【００１３】
２つの大径部のそれぞれ最大半径のうち小さいほうの最大半径が小さく、回転角度に対する半径の変化が小さすぎると、回転変動等に起因するベルトの張力変動を乱す効果が薄くなり、共振を阻止することが困難となる。また、２つの大径部のそれぞれ最大半径のうち大きい方の最大半径が大きすぎると、回転バランスが悪くなるという不都合が生じる。従って、２つの大径部のそれぞれの最大半径を適切な範囲に設定することにより、回転バランスをある程度取りながら共振を確実に防止することが可能となる。
【００１４】
請求項４のプーリは、請求項１〜３の何れかにおいて、前記２ヶ所のピーク間の回転角度が、１０８〜１４４°と２５２〜２１６°であることを特徴とするものである。
【００１５】
ピーク間の回転角度の差が大きすぎると、回転中心がプーリの重心から大きくずれているため、回転中心バランスが悪くなるという不都合が生じる。逆に、ピーク間の回転角度の差が小さすぎると、回転変動等に起因するベルトの張力変動を乱す効果が薄いため、共振を阻止できない。従って、ピーク間の回転角度を適切な範囲に設定することにより、回転バランスをある程度取りながら共振を確実に防止することが可能となる。
【００１６】
請求項５の多軸駆動装置は、エンジンのクランク軸と、少なくとも１つ以上の従動軸にそれぞれ連結された複数のプーリにわたって伝動ベルトが懸架された多軸駆動装置であって、前記クランク軸に連結されたプーリが、半径が連続的に変化するとともに、回転角度に対する半径の変化のピークが１回転する間に２ヶ所生じるような外周形状を有し、さらに、前記２ヶ所のピーク間の回転角度が互いに異なることを特徴とするプーリを有する。
【００１７】
クランク軸に連結されたプーリの回転に伴い、その半径が連続的に変化するため、クランク軸に連結されたプーリと他のプーリとの間のベルトの張力が変動する。また、クランク軸に連結されたプーリの回転角度に対する半径の変化のピークが１回転する間に２ヶ所生じ、そのピーク間の回転角度は互いに異なるため、ベルトの張力の変化のピークも１回転する間に少なくとも２ヶ所生じ、張力変動のピーク間の回転角度も互いに異なることとなる。即ち、クランク軸に連結されたプーリと他のプーリとの間のベルトの張力は不規則的に変動する。従って、クランク軸に連結されたプーリの半径の変化に起因する張力変動と、クランク軸の回転変動に起因する張力変動が合成されると、ベルト張力は不規則的に変動する。そのため、ベルトの張力変動の振動数とベルトの固有振動数は一致することがない。即ち、ベルトの張力変動を乱すことにより、共振を防止することができる。
【００１８】
請求項６の多軸駆動装置は、請求項５において、前記２ヶ所のピーク間の回転角度が、１０８〜１４４°と２５２〜２１６°であることを特徴とするプーリを有する。
【００１９】
ピーク間の回転角度が適切な範囲に設定されることにより、回転バランスをある程度取りながら共振を確実に防止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】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の多軸駆動装置１００は、エンジンのクランク軸２１と、例えばウォーターポンプに連結された従動軸２２と、例えば発電機に連結された従動軸２３と、これらの軸２１、２２、２３にそれぞれ連結されたプーリ１、２４、２５と、これらのプーリ１、２４、２５の間に懸架された伝動ベルト２０とを備えている。
【００２１】
プーリ１は、エンジンのクランク軸２１に取り付けられており、図１の矢印方向（時計回りの方向）に回転する。プーリ２４、２５は、それぞれ従動軸２２、２３に回転自在に支持されている。そして、プーリ１が回転駆動されると、その回転により伝動ベルト２０が駆動されるとともに、プーリ２４、２５が伝動ベルト２０の走行に伴ってそれぞれ図４の矢印方向（時計回りの方向）に従動回転する。  
【００２２】
伝動ベルト２０は、プーリ１、２４、２５との接触面側にベルトの長手方向に延びたＶ字型のリブ部を複数有するＶリブドベルトが好適に用いられる。
【００２３】
ここで、特に、駆動軸であるクランク軸に連結されたプーリに、ベルトの共振を防止することが可能な形状を有するプーリ１が採用されている。図２に示すように、本実施形態のプーリ１は、円弧状の外周形状を有する２つの大径部２、３と、大径部２と大径部３の両端部同士を滑らかに接続する曲線状の外周形状を有する２つの小径部４、５とを備える。
【００２４】
大径部３の最大半径ｒ２は、大径部２の最大半径ｒ４よりも小さい。また、小径部４の半径及び小径部５の半径は、いずれも半径ｒ２より小さい。従って、図３に示すように、半径ｒ２と半径ｒ４において、回転角度に対する半径の変化のピークが生じる。即ち、回転角度に対する半径の変化のピークが１回転する間に２ヶ所生じる。尚、図２において、半径ｒ１、ｒ３は、それぞれ小径部４、５の最小半径である。
【００２５】
大径部２の最大半径ｒ４は、大径部２の円弧の中心Ｃ２を通る半径であり、大径部３の最大半径ｒ２は、大径部３の円弧の中心Ｃ３を通る半径である。大径部２の円弧の中心Ｃ２と回転中心Ｃ１を結ぶ直線と、大径部３の円弧の中心Ｃ３と回転中心Ｃ１を結ぶ直線は交差している。従って、前記ピーク間の回転角度θ１とθ２は互いに異なる。
【００２６】
図２において、円６は、大径部２の円弧と同じ中心及び半径を有する円である。また、円７は、大径部３の円弧と同じ中心及び半径を有する円である。円６と円７は２点で交わっている。距離Ｌ１は、これら２つ交点から回転中心Ｃ１までの距離のうち大きい方の距離である。
【００２７】
尚、プーリ１は外周形状が対称形ではないため、プーリボス部で回転バランスを調整することが好ましい。
【００２８】
クランク軸２１は、エンジンの爆発行程等に起因して回転変動が生じている。従って、この回転変動に起因してベルト２０の張力は周期的に変動する。
【００２９】
また、プーリ１の半径は連続的に変化することにより、ベルト２０の張力は変動する。半径ｒ２と半径ｒ４において、回転角度に対する半径の変化のピークが生じるため、ベルト２０の張力変動のピークも１回転する間に２ヶ所生じる。さらに、ピーク間の回転角度θ１、θ２は互いに異なるため、回転角度に対するベルト２０の張力変動のピーク間の回転角度も互いに異なることとなる。
【００３０】
プーリ１の半径の変化に起因する不規則的な張力変動と、回転変動に起因する規則的な張力変動が合成されることにより、ベルト２０の張力変動は不規則的に変動する。そのため、張力変動の振動数がベルト２０の固有振動数と一致することを防ぐことが出来る。即ち、ベルト２０の張力変動を乱すことにより、共振を防止することができる。さらに、異音の発生を防ぐとともに、ベルトの耐久性を向上することが可能になる。
【００３１】
半径ｒ２が小さく、半径ｒ２における回転角度に対する半径のピーク値が小さすぎると、ベルト２０の張力変動を乱す効果が薄くなり、共振を阻止することが困難となる。また、半径ｒ４が大きすぎると、回転バランスが悪くなるという不都合が生じる。よって、半径ｒ２と半径ｒ４を適切な範囲に設定することにより、回転バランスをある程度取りながら共振を確実に防止することが可能となる。具体的には、半径ｒ２と半径ｒ４は、距離Ｌ１の１．０３〜１．２倍であることが好ましい。
【００３２】
ピーク間の回転角度θ１とθ２の差が大きすぎると、回転中心Ｃ１はプーリ１の重心から大きくずれる。そのため、回転バランスが悪くなるという不都合が生じる。逆に、ピーク間の回転角度θ１とθ２の差が小さすぎると、ベルト２０の張力変動を乱す効果が薄い。そのため、共振を阻止することが困難となる。よって、ピーク間の回転角度θ１、θ２を適切な範囲に設定することにより、回転バランスをある程度取りながら共振を確実に防止することが可能となる。具体的には、ピーク間の回転角度θ１とθ２は、それぞれ１０８〜１４４°と２５２〜２１６°であることが好ましい。
【００３３】
ここで、従来の真円形状のプーリの場合、ベルト２０の張り側は、爆発行程時に最も緊張する。この緊張時期に合わせて、ベルト２０の張り側の張力が最小となるようにプーリ１を設置することが好ましい。これにより、共振を防止するとともに、１回転する間の少なくとも１回の緊張時期のベルト２０の張力変動を低減することが出来る。
【００３４】
また、従来の真円形状のプーリの場合、ベルト２０の張り側は、爆発から３０〜７０°遅れた時期に最も弛緩する。この弛緩時期に合わせて、ベルト２０の張り側の張力が最大となるようにプーリ１を設置してもよい。これにより、共振を防止するとともに、１回転する間の少なくとも１回の弛緩時期のベルト２０の張力変動を低減することが出来る。
【００３５】
共振を防止するためには、プーリ１を従動軸に連結させてもよい。この構成によれば、駆動プーリの回転に伴って伝動ベルトが駆動され、プーリ１は伝動ベルトの走行に伴って従動回転する。このとき、プーリ１の回転に伴って、駆動プーリとプーリ１との間のベルトの張力が不規則的に変動する。プーリ１の半径の変化に起因する張力変動と、エンジンの回転変動に起因する張力変動が合成されると、ベルトの張力が不規則的に変動するため、共振の発生を防止することができる。
【００３６】
また、共振を防止するためには、図４に示すように、２つの大径部２、３の円弧の半径が互いに等しいプーリ１１を用いてもよい。回転中心Ｃ１は、大径部２の円弧の中心Ｃ２と大径部３の円弧の中心Ｃ３を結ぶ直線からずれている。さらに、小径部４の半径は、大径部２、３の最大半径ｒ４、ｒ２よりも小さく、小径部５の半径も、大径部２、３の最大半径ｒ４、ｒ２よりも小さい。従って、プーリ１１の半径は連続的に変化するとともに、回転角度に対する半径の変化のピークは１回転する間に２ヶ所生じている。さらに、このピーク間の回転角度は互いに異なっている。
【００３７】
プーリの形状や回転中心を適切に設定することにより、様々な振動特性を持った共振の防止を図ることが可能となる。プーリの外周形状は任意曲線を組み合わせた形状であってもよい。例えば、滑らかな凸部分を有するプーリを用いれば、部分的に急激な張力変動を発生させることが可能となる。これにより、回転変動に起因する張力変動の周期を十分に乱すことが出来るため、共振の発生を確実に防止することが可能となる。一方、これらのプーリに対して、プーリ１は比較的単純な外周形状で共振を確実に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る多軸駆動装置を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプーリを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るプーリの回転角度に対する半径の変化を示すグラフである。
【図４】他の実施形態に係るプーリを示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  プーリ
２、３  大径部
４、５  小径部
Ｃ１  回転中心
θ１、θ２  ピーク間の回転角度
ｒ２、ｒ４  大径部の最大半径
２０  伝動ベルト
２１  クランク軸
２２、２３  従動軸
２４，２５  プーリ
１００  多軸駆動装置
【図１】
2008175291.tif 000003
【図２】
2008175291.tif 000004
【図３】
2008175291.tif 000005
【図４】
2008175291.tif 000006