(57)【要約】【課題】  低アイドリング化等の事情により補機等の回転軸の回転速度を十分に確保するとともに、エンジン等が高速回転時に回転軸の回転速度が過大となることを効果的に防止でき、ひいては回転要素の軽量化等にも貢献できるプーリユニットを提供する。【解決手段】  回転調整機構として、遊星機構３、遠心クラッチ５を組合せることで、特別な切換スイッチなどを設けることなく、エンジン等が低速回転領域では回転軸２を増速回転させる一方、エンジン等が高速回転領域では回転軸２をプーリ１と等速回転させるように、機械的に自動で切り替えることができる。【選択図】図１
2008208897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からの回転駆動力を回転軸に伝達するために、前記回転軸に同心的に取り付けられたプーリと、該プーリと回転軸との間に介装された回転調整機構とを有するプーリユニットにおいて、
前記回転調整機構は、
遊星機構を含むことにより、前記プーリの回転を前記回転軸に同方向に増速して伝達可能な増速伝達機構と、
遠心クラッチを含むことにより、前記プーリの回転を前記回転軸に等速にて伝達可能な等速結合機構と、を備え、
前記プーリの回転速度が、所定レベルより小さい低速回転領域では、前記等速結合機構の遠心クラッチが遮断され、かつ前記増速伝達機構の前記遊星機構で動力が伝達されることにより、該プーリの回転が増速されて前記回転軸に伝達され、
前記所定レベルより大きい高速回転領域では、前記等速結合機構の遠心クラッチが結合され、該プーリの回転が等速で前記回転軸に伝達されることを特徴とするプーリユニット。
【請求項２】
前記遊星機構が、
前記回転軸の外周面を接触伝動面として中央に配置される太陽ローラと、
前記プーリの内周面を接触伝動面として前記太陽ローラを囲むように配置されるリングローラと、
前記太陽ローラと前記リングローラとの間に配置され、対をなして互いに接触するとともに、一方が該太陽ローラと接触して回転する接触伝動面を有し、もう一方が該リングローラと接触して回転する接触伝動面を有する複数の遊星ローラ対と、
前記遊星ローラ対を構成する遊星ローラをそれぞれ自転、及び前記太陽ローラを中心とする公転自在に軸支するキャリアと、を含む遊星ローラ機構で構成され、
前記プーリの回転速度が前記低速回転領域の場合に、前記遊星ローラ対が互いに逆回転することにより、該プーリの回転が前記回転軸に同方向に増速して伝達される請求項１に記載のプーリユニット。
【請求項３】
前記遊星ローラ対は、前記太陽ローラと前記リングローラとの間で前記遊星ローラがラジアル方向に並んで形成され、
前記キャリアは、アキシャル方向において前記遊星ローラ対の両側に対向配置される一対の環状プレートを有し、前記遊星ローラが該一対の環状プレートの内側で軸支されてなる請求項２に記載のプーリユニット。
【請求項４】
請求項２ないし３のいずれか１項に記載のプーリユニットにおいて、
前記遊星機構は、前記太陽ローラに代わる太陽ギアと、前記リングローラに代わるリングギアと、前記遊星ローラ対に代わる遊星ギア対とを含む遊星ギア機構を構成し、
前記プーリの回転速度が前記低速回転領域のとき、該プーリの回転を前記増速伝達機構を介して同方向に増速して前記回転軸に伝達することを特徴とするプーリユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プーリユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００１−４０１１号公報
【０００３】
自動車用エンジンのクランクシャフトからベルト、プーリユニットを介してオルタネータ等の補機を回転駆動する場合、原動側となるエンジン側で急激な回転速度変動が生ずると、従動側の補機の回転がこれに追従できず、ベルト鳴きやばたつきといった不具合を生じやすくなる。また、補機のプーリや回転軸あるいはベルト等に過大な回転トルクや張力が生じ、寿命低下の原因となることがある。そこで、これを防止するために、クランクシャフトの回転速度が低下したときに補機との回転接続を切り離すための一方向クラッチを、補機プーリと補機回転軸との間に介挿する技術が知られている（特許文献１参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、自動車用エンジンは、燃費低減及び環境規制のため、低アイドリング化が進められている。しかし、アイドリング時のエンジン回転速度の減少は、従動回転されるオルタネータの出力低下につながるので、低アイドリング時においてもオルタネータの回転速度を十分に確保できるようにするため、補機プーリを小径化することが行なわれている。しかし、補機プーリを小径化した場合、オルタネータの回転速度は、アイドリング時だけでなくエンジンが高速回転した場合もプーリ径の縮小比に比例して増加することになる。オルタネータは、回転速度が一定以上に大きくなると発電効率が飽和し、非効率であるばかりでなく、回転軸やプーリないし回転軸を支持する軸受等の回転要素を、高速回転に対応した仕様としなければならないためコストアップにつながる問題がある。
【０００５】
本発明の課題は、低アイドリング化等の事情により補機等の回転軸の回転速度を十分に確保するとともに、エンジン等が高速回転時に回転軸の回転速度が過大となることを効果的に防止でき、ひいては回転要素の軽量化等にも貢献できるプーリユニットを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のプーリユニットは、
外部からの回転駆動力を回転軸に伝達するために、回転軸に同心的に取り付けられたプーリと、該プーリと回転軸との間に介装された回転調整機構とを有するプーリユニットにおいて、
回転調整機構は、
遊星機構を含むことにより、プーリの回転を回転軸に同方向に増速して伝達可能な増速伝達機構と、
遠心クラッチを含むことにより、プーリの回転を回転軸に等速にて伝達可能な等速結合機構と、を備え、
プーリの回転速度が、所定レベルより小さい低速回転領域では、等速結合機構の遠心クラッチが遮断され、かつ増速伝達機構の遊星機構で動力が伝達されることにより、該プーリの回転が増速されて回転軸に伝達され、
所定レベルより大きい高速回転領域では、等速結合機構の遠心クラッチが結合され、該プーリの回転が等速で回転軸に伝達されることを特徴とする。
【０００７】
上記本発明によると、プーリユニットに組み込まれた回転調整機構に増速伝達機構を設けたので、その増速伝達機構の動作により、原動側である外部（例えば、エンジン）が所定レベル未満の低速回転（すなわち従動側であるプーリ（例えば、補機プーリ）の回転速度が所定レベル未満の低速回転）の場合に、回転軸の回転を同方向に増速することができる。したがって、比較的大きなプーリ径でも回転速度を十分に確保することができ、ベルト初期張力低減等に寄与して信頼性を図ることができる。
【０００８】
また、回転調整機構に等速結合機構を設けたので、外部が所定レベルよりも大きい高速回転（すなわちプーリの回転速度が所定レベルよりも大きい高速回転）となった場合に、等速結合機構の動作により、増速伝達機構による増速伝達を規制し回転軸への回転を等速伝達とすることができる。これにより、外部の高速回転に伴いプーリの回転速度が過大となることを効果的に防止でき、ひいては回転側の回転要素の小型化や軽量化を図ることができる。
【０００９】
このように、回転調整機構として、遊星機構、遠心クラッチを組合せることで、特別な切換スイッチなどを設けることなく、外部（エンジン等）が低速回転領域では回転軸（補機回転軸）を増速回転させる一方、外部が高速回転領域では回転軸をプーリと等速回転させるように、機械的に自動で切り替えることができる。例えば、オルタネータであれば、発電量の不足を防止し、耐久性を低下させないように調整することができる。
【００１０】
上記本発明のプーリユニットにおいて遊星機構が、
回転軸の外周面を接触伝動面として中央に配置される太陽ローラと、
プーリの内周面を接触伝動面として太陽ローラを囲むように配置されるリングローラと、
太陽ローラとリングローラとの間に配置され、対をなして互いに接触するとともに、一方が該太陽ローラと接触して回転する接触伝動面を有し、もう一方が該リングローラと接触して回転する接触伝動面を有する複数の遊星ローラ対と、
遊星ローラ対を構成する遊星ローラをそれぞれ自転、及び太陽ローラを中心とする公転自在に軸支するキャリアと、を含む遊星ローラ機構で構成され、
プーリの回転速度が低速回転領域の場合に、遊星ローラ対が互いに逆回転することにより、該プーリの回転を回転軸に同方向に増速して伝達させることができる。
【００１１】
このように、プーリと回転軸との間に遊星ローラ機構を介装することによって、比較的大きな増速比を容易に得ることができる。また、遊星ローラを対にすることで、簡単に回転軸の回転方向をプーリの回転方向と同方向とすることができる。したがって、プーリ（回転軸）が高速回転領域になった場合に両者を等速結合することが可能となる。
【００１２】
また、遊星ローラ対は、太陽ローラとリングローラとの間で遊星ローラがラジアル方向に並んで形成され、キャリアは、アキシャル方向において遊星ローラ対の両側に対向配置される一対の環状プレートを有し、遊星ローラを一対の環状プレートの内側で軸支させることができる。これにより、遊星ローラとキャリアとが一体化されるので、組付けが容易となる。また、遊星ローラがラジアル方向に並んでいるので、回転によるラジアル荷重を効率よく受けることができる。
【００１３】
また、プーリユニットにおいて遠心クラッチは、
回転軸を中心として取り付けられ、該回転軸と一体回転する環状の内輪と、
その内輪との間にラジアル方向のクラッチ係合部材収容空間を形成する形で同心的に配置されるとともに、プーリに固定されて該プーリと一体回転する外輪と、
クラッチ係合部材収容空間内に配置され、プーリの回転速度が高速回転領域であり、増速された該回転軸の回転遠心力により内輪と外輪とをクラッチ係合させてプーリと回転軸とを一体回転させるロック位置と、プーリの回転速度が低速回転領域であり、クラッチ係合を解除して増速伝達機構による該プーリから回転軸への増速伝達を許容するアンロック位置との間で移動可能に配置されるクラッチ係合部材と、を備えることができる。これにより、遠心クラッチの動作により、クラッチ係合部材がロック位置となっても、回転軸の回転速度が低下すれば再びアンロック位置へ復帰し、増速伝達機構を再び問題なく動作させることができる。また、回転軸が遠心クラッチの内輪となるため、回転軸の回転速度を基準に等速結合をかけることができる。例えば、オルタネータに用いられる場合は、発電効率が飽和する過剰回転状態となることを効果的に防止できる。
【００１４】
そして、上記課題を解決するために、本発明にプーリユニットは、
以上のような遊星ローラ機構を備えたプーリユニットにおいて、
遊星機構は、太陽ローラに代わる太陽ギアと、リングローラに代わるリングギアと、遊星ローラ対に代わる遊星ギア対とを含む遊星ギア機構を構成し、
プーリの回転が低速回転領域のとき、該プーリの回転を増速伝達機構を介して同方向に増速して回転軸に伝達することを特徴とする。
【００１５】
このように、遊星ローラ機構に代えて遊星ギア機構によって遊星機構を構成してもよく、その場合にも上記した同様の作用効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明のプーリユニットの実施形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係るプーリユニットの一例を示す縦断面図、図２はそのプーリユニットに用いられる遊星ローラ機構のＸ−Ｘ断面図、図３はキャリア及び遊星ローラの一部破断斜視図、図４はプーリユニットに用いられる遠心クラッチのＹ−Ｙ断面図である。
【００１７】
図１は、例えばオルタネータやコンプレッサ、ウォッシュポンプ等の補機（図示せず）に付設され、図示しないエンジンからの回転駆動力を、補機回転軸（以下、単に回転軸ともいう）２に同心的に取り付けられた補機プーリ（以下、単にプーリともいう）１にベルトＢによって伝達されるようになっており、そのプーリ１から増速伝達機構としてプーリ１の回転を回転軸２に同方向に増速して伝達可能な遊星ローラ機構３（遊星機構）や、等速結合機構としてプーリ１の回転を回転軸２に等速にて伝達可能な遠心クラッチ５等を含む回転調整機構を介して回転軸２に伝達するためのプーリユニット１００である。
【００１８】
プーリユニット１００は、プーリ１から回転軸２に至る伝動径路であって両者１，２間に形成される環状空間には、環状空間のアキシャル方向中央部に配設される遊星ローラ機構３と、遊星ローラ機構３に対してハウジング７とは反対側（前端側）に配設される遠心クラッチ５とを備えている。
【００１９】
遊星ローラ機構３は、図２に示すように、回転軸２で構成される太陽ローラ２（以下、回転軸を太陽ローラともいう）とプーリ１で構成されるリングローラ１（以下、プーリをリングローラともいう）と複数（例えば４対）の遊星ローラ対３３とキャリア３４（図１参照）とを含む。太陽ローラ２は、回転軸の外周面を接触伝動面２ａとして中央に配置されている。リングローラ１は、プーリの内周面を接触伝動面１ａとして太陽ローラ２を囲むように配置されている。
【００２０】
各遊星ローラ対３３は、太陽ローラ３１とリングローラ３２との間に形成される環状空間内に配置され、ラジアル方向に並び、対をなして互いに接触する内側遊星ローラ３１及び外側遊星ローラ３２を備えている。なお、内側遊星ローラ３１と外側遊星ローラ３２とがラジアル方向に並ぶとは、図２に示されるように、軸心がラジアル方向に並ぶ必要はなく、径方向サイズダウンのために周方向にずれる配置も含む。内側遊星ローラ３１は、太陽ローラ２と接触する接触伝動面３１ａを形成する一方、外側遊星ローラ３２は、リングローラ１と接触する接触伝動面３２ａを形成している。したがって、遊星ローラ機構３によりプーリ１から回転軸２に回転駆動が伝達される場合には、遊星ローラ対３３が互いに逆回転することにより、プーリ１の回転が回転軸２に同方向に増速して伝達されることになる。
【００２１】
次に、図３に示すように、キャリア３４は、一対の環状プレート３４ａ，３４ｂを備え、アキシャル方向において複数の遊星ローラ対３３の両側に対向配置されている（図１参照）。そして、一対の環状プレート３４ａ，３４ｂは、軸棒３５によって連結されており、その軸棒３５は、遊星ローラ対３３を構成する内側遊星ローラ３１及び外側遊星ローラ３２をそれぞれ回転自在（自転自在）に軸支している。
【００２２】
ここで、遊星ローラ機構３（遊星機構）の変形例として、図７に図２の遊星ローラ機構に対応する遊星ギア機構の相当断面図を示す。プーリユニット１００の遊星機構として、遊星ローラ機構３に代えて遊星ギア機構８を備えることができる。すなわち、太陽ローラ２に代わる太陽ギア８２と、リングローラ１に代わるリングギア８１と、遊星ローラ対３３に代わる遊星ギア対８３とを含む遊星ギア機構８を構成することができる。これにより、プーリの回転を遊星ギア機構８を介して回転軸２に増速して伝達することができる。なお、以下の説明では遊星機構として遊星ローラ機構３を用いて説明し、同様の作用効果を得るため遊星ギア機構８を用いた説明は省略する。
【００２３】
次に、遠心クラッチ５は、図４に示すように、回転軸２に固定されて該回転軸２と一体回転する環状の内輪５１と、内輪５１との間にラジアル方向のクラッチ係合部材収容空間Ｓを形成する形で同心的に配置されるとともに、プーリ１に固定されて該プーリ１と一体回転する外輪５２と、クラッチ係合部材収容空間Ｓ内に配置される複数（例えば２個）のクラッチ係合部材５３とを備えている。クラッチ係合部材５３は、外輪５２の内周面５２ａに沿う形で形成され、一方の端部を基端として内輪５１に設けられた支持部５４に回動可能に固定され、もう一方の端部には、クラッチ係合部材５３をラジアル方向内側に付勢して引き寄せる付勢部材５５（圧縮コイルばね等）が組み付けられている。
【００２４】
ここで、遠心クラッチ５は、プーリ１及び回転軸２の回転速度のレベルによって両者間での動力の伝達（ロック状態）及び遮断（アンロック状態）を機械的に切り替えることができる。すなわち、遠心クラッチ５は、通常時等のプーリ１が所定レベルよりも小さい低速回転領域では付勢部材５５の付勢力により、クラッチ係合部材５３が外輪５２の内周面５２ａから離間して位置し、内輪５１と外輪５２との間で動力の伝達が遮断された状態（アンロック状態）となる（図４、図５（ｂ）参照）。そして、回転軸２の回転速度が上がり、この回転力による遠心力が付勢部材５５の付勢力に打ち勝ってクラッチ係合部材５３が外輪５２の内周面５２ａに向かって回動し始める。プーリ１が所定レベルよりも大きい高速回転領域に達すると、クラッチ係合部材５３が外輪５２の内周面５２ａと接触（結合）し、内輪５１と外輪５２との間でクラッチ係合部材５３を介して動力が伝達される状態（ロック状態）となる（図６（ｂ）参照）。
【００２５】
なお、再びプーリ１の回転速度が下がり低速回転領域になると遠心力が弱まって付勢部材５５の付勢力が遠心力に打ち勝ちクラッチ係合部材５３が内側に引き寄せられ、ロック状態が解除されてアンロック状態となり、動力の伝達が遮断されることになる（図４，図５（ｂ）参照）。
【００２６】
次に、図５及び図６を用いて上記説明したプーリユニット１００の作動を説明する。プーリユニット１００は、プーリ１の回転速度が、所定レベルより小さい低速回転領域では、等速結合機構の遠心クラッチ５が遮断され、かつ増速伝達機構の遊星ローラ機構３で動力が伝達されることにより、該プーリ１の回転が増速されて回転軸２に伝達される（図５参照）。そして、プーリ１の回転速度が、所定レベルより大きい高速回転領域では、等速結合機構の遠心クラッチ５が結合され、かつ増速伝達機構の遊星ローラ機構３での動力の伝達が制限されることにより、該プーリ１の回転が等速で回転軸２に伝達される（図６参照）。
【００２７】
具体的には、図５に示すように、プーリ１の回転速度（例えば反時計回りに回転）が低速回転領域では、遊星ローラ機構３は、遊星ローラ対３３においてリングローラ１の接触伝動面１ａに接触する外側遊星ローラ３２がリングローラ（プーリ）１の回転に追従する形で自転回転（反時計回り）する。次いで、内側遊星ローラ３１が外側遊星ローラ３２の自転回転により逆回転（時計回り）で自転回転する。そして、太陽ローラ２が内側遊星ローラ３１の自転回転に追従する形で反時計回りに回転する（図５（ａ）参照）。
【００２８】
このとき遊星ローラ対３３（内側遊星ローラ３１及び外側遊星ローラ３２）において、外側遊星ローラ３２が反時計回りの公転回転方向に回転トルクが生ずる一方で、内側遊星ローラ３１は時計回りの公転回転方向に回転トルクが生ずるが、両者３１，３２がキャリア３４により連結されて一体化されているため、それぞれの公転回転が規制されている。すなわち、低速回転領域においては、遊星ローラ対３３の自転回転のみによりプーリ１の回転が回転軸２に伝達されることになり、プーリ１の回転が回転軸２に同方向に増速されて伝達される。このように、プーリ１と回転軸２との間の環状空間内に遊星ローラ対を形成することで（換言すれば、キャリア３４との一体ユニット（図３参照）を配置することで）、プーリ１の回転が回転軸２に同方向に増速して伝達されるようになっている。したがって、ハウジング７（図１参照）等にキャリア３４（遊星ローラ対）の公転回転を規制する特別なキャリア保持機能を付加する必要がないので、安価である。
【００２９】
続いて、プーリ１の回転速度が高速回転領域になると、図６に示すように、遠心クラッチ５の作用により、上記したようにプーリ１と回転軸２とが等速結合され（図６（ｂ）参照）、両者間に介在する遊星ローラ機構３での動力の伝達が制限される。すなわち、図６（ａ）に示すように、プーリ１と回転軸２とが一体回転するので（等速回転するので）、遊星ローラ対３３は、公転回転の規制が解除される。つまり、遊星ローラ対３３は、プーリ１及び回転軸２間に形成される環状空間内でフリー状態となり、そのまま互いに自転回転してプーリ１及び回転軸２の回転を受け流す、又はその低速回転速度領域における自転回転の慣性回転等によりプーリ１及び回転軸２に対して一体的に又は、相対的に公転することになる。これにより、遠心クラッチ５が等速結合した際に、遊星ローラ対３３を連れまわそうとする急激な回転速度変動等の衝撃が抑制され問題なく作動される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るプーリユニットの一例を示す縦断面図。
【図２】図１に用いられる遊星ローラ機構のＸ−Ｘ断面図。
【図３】キャリア及び遊星ローラの一部破断斜視図。
【図４】図１に用いられる遠心クラッチのＹ−Ｙ断面図。
【図５】本発明の実施形態に係るプーリユニットの作動説明図。
【図６】図５に続く作動説明図。
【図７】図２の遊星ローラ機構に対応する遊星ギア機構の相当断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１    プーリ（補機プーリ；リングローラ）
２    回転軸（補機回転軸；太陽ローラ）
３    遊星ローラ機構（遊星機構、増速伝達機構）
５    遠心クラッチ（等速結合機構）
７    補機ハウジング
８    遊星ギア機構（遊星機構、増速伝達機構）
３１  内側遊星ローラ
３２  外側遊星ローラ
３３  遊星ローラ対
３４  キャリア
３５  軸棒
５１  内輪
５２  外輪
５３  クラッチ係合部材
１００  プーリユニット
Ｂ    ベルト
【図１】
2008208897.tif 000003
【図２】
2008208897.tif 000004
【図３】
2008208897.tif 000005
【図４】
2008208897.tif 000006
【図５】
2008208897.tif 000007
【図６】
2008208897.tif 000008
【図７】
2008208897.tif 000009