(57)【要約】【課題】動力伝達に際して回転角速度変動を効率よく吸収可能とする。【解決手段】プーリ２とロータ軸３とをバネ体７を介して結合し、プーリ２とロータ軸３との間での回転動力の伝達時に入力回転の角速度変動に応じてバネ体７が回転方向に撓んでプーリ２とロータ軸３との位相ずれを許容するとともに、このバネ体７に、その撓みに伴う反力によって生ずる機械エネルギを電気エネルギに変換して消費することによりバネ体７の撓み反力を減衰させる圧電ダンパ８を設けた。【選択図】図２
2005233301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側環体とこれと同心に配置した内側環体との間で回転動力の伝達を行う動力伝達装置であって、
両環体間に両端が固定されたバネ体と、
当該バネ体の撓み変形により電気エネルギを発生し、発生した電気エネルギを用いて当該バネ体の撓み状態からの復元に抗する圧電ダンパとを含むことを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
上記圧電ダンパは、バネ体に固定した圧電素子と、該圧電素子の両端間に接続された、少なくともインダクタを含む回路素子とを備えることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
【請求項３】
上記回路素子は、抵抗器を含むことを特徴とする請求項２に記載の動力伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プーリユニット等の動力伝達装置に関する。この種の動力伝達装置は、例えばエンジンのクランクシャフトやクランクシャフトから伝動ベルトを介して駆動される補機類に装備することができる。補機類には、例えば自動車のオルタネータ、エアコンディショナ用コンプレッサ、ウオーターポンプ、冷却ファンなどが挙げられる。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの回転駆動力をクランクシャフト（駆動側）から伝動ベルトを介して補機（従動側）に伝達する場合、クランクシャフトにおける回転角速度の微小変動に起因して、伝動ベルトに滑りが起こって異音が発生する傾向となる。
【０００３】
そこで、伝動ベルトが巻き掛けられるプーリと、オルタネータのロータに一体回転可能に連結されるロータ軸とを備えるとともに、プーリとロータ軸との間に組み込まれて該プーリの回転角速度の増減変動に応じて、プーリからロータ軸へ回転動力を伝達させたり遮断させたりする一方向クラッチを備えたプーリユニットが従来から提案されている（例えば特許文献１参照）。上記プーリユニットにおいては、プーリの回転角速度の増減変動に応じて一方向クラッチをプーリとロータ軸とを一体回転させるロック状態やプーリとロータ軸とを相対回転可能とするフリー状態にさせて、クランクシャフトの回転角速度の微小変動があっても、ロータ軸の回転変動を抑制することによって、伝動ベルトが負担するトルクを軽減して、伝動ベルトの滑りによる異音の発生を防止し、伝動ベルトの耐久性を高めることを可能としている。
【０００４】
しかしながら、上記した一方向クラッチを用いた上記プーリユニットにおいては、オルタネータの発電トルクが、当該オルタネータのロータの慣性トルクよりも過大となってくる状況下では、上記フリー状態でロータを慣性回転可能にさせている状態であるにもかかわらず、ロータが上記回転角速度の微小変動の減少にほぼ追随して回転変動してくるようになり、上記回転角速度の微小変動を吸収できなくなるという課題がある。そのため、上記一方向クラッチを備えたプーリユニットにおいては、回転角速度の微小変動の吸収には限界があり、回転角速度の微小変動を十分に吸収可能なプーリユニットが望まれている。
【特許文献１】特開２００１−９０７５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、プーリ等の外側環体と、ロータ軸等の内側環体とを備えたプーリユニット等の動力伝達装置において、上記した一方向クラッチよりも簡素な構成で、上記した回転角速度の微小変動を効率よく吸収できるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、外側環体とこれと同心に配置した内側環体との間で回転動力の伝達を行う動力伝達装置であって、両環体間に両端が固定されたバネ体と、当該バネ体の撓み変形により電気エネルギを発生し、発生した電気エネルギを用いて当該バネ体の撓み状態からの復元に抗する圧電ダンパとを含むことを特徴とする。
【０００７】
なお、外側環体を回転動力の入力側とし、内側環体を回転動力の出力側にする場合と、その逆の場合とがある。内側環体は、中空形状や中実形状のいずれでもよい。
【０００８】
本発明によると、例えば外側環体を回転動力の入力側として、外側環体の回転角速度が微小変動する場合において、その回転角速度が増加してバネ体が回転角速度の増加方向に撓み変形し、その後、外側環体の回転角速度が減少してバネ体が撓み変形とは反対方向に弾性復元しようとするとき、圧電ダンパからバネ体にその弾性復元に抗する力が作用する結果、外側環体の微小変動は効率的に吸収させられる。
【０００９】
また、本発明によれば、プーリの回転角速度の増減変動に応じてロック状態やフリー状態にさせるために複雑で高価な構造とならざるを得ない一方向クラッチに代えて、バネ体と圧電ダンパという簡素で安価な部品の組み合わせだけで構成できるから、動力伝達装置の部品コストや製造コストの低減を図れるものとなる。
【００１０】
上記圧電ダンパは、バネ体に固定した圧電素子と、該圧電素子の両端間に接続された、少なくともインダクタを含む回路素子とを備えることが好ましい。インダクタには、バネ体の弾性変形に伴い機械変形した圧電素子が発生した電気エネルギが蓄積される。そして、バネ体の弾性復元に伴い圧電素子も上記バネ体の弾性復元方向に変形しようとすると、インダクタから圧電素子に上記機械変形の状態を維持させる向きの電気エネルギが与えられる。この結果、圧電素子からバネ体にはその弾性復元に抗する力が作用する結果、外側環体の微小変動は効率的に吸収される。
【００１１】
この場合、回路素子に抵抗器を含むことが好ましい。インダクタが発生する電気エネルギは抵抗器で消費されるから、圧電素子とインダクタとの間でのエネルギ交換を急速に消滅させることが可能となり、上記環体の微小変動の吸収を効率的に行わせることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、プーリ等の外側環体と、ロータ軸等の内側環体とを備えたプーリユニット等の動力伝達装置において、両環体間の動力伝達に際して、上記した回転角速度の微小変動を効率よく吸収できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の最良の実施の形態を図に示して説明する。図１は、プーリユニットを軸方向に沿って断面にした図、図２は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図である。本発明は、動力伝達装置として、プーリユニットに適用して説明する。
【００１４】
これらの図に示す実施形態のプーリユニット１は、外側環体としてのプーリ２と、該プーリ２の内周側に配置されて当該プーリ２との間で回転動力の伝達を行う内側環体としてのロータ軸３と、プーリ２とロータ軸３との間でロータ軸３の基端側に配設される転がり軸受４とを備える。転がり軸受４は、潤滑剤密封タイプの深溝型玉軸受からなる。
【００１５】
プーリ２の外周面には、伝動ベルト６を巻き掛けるための波状溝が形成されている。ロータ軸３の内周には、例えば自動車に備える補機の回転軸やエンジンのクランクシャフトが一体回転可能に連結される。
【００１６】
以上の構成のプーリユニット１においては、プーリ２とこれと同心に配置したロータ軸３との間に回転動力を伝達するバネ体７が設けられている。
【００１７】
バネ体７は、弾性的に撓みうる材料、例えば適宜の金属、ゴム、樹脂などで形成されるものであり、例えば矩形状の板バネとされている。バネ体７は、プーリ２およびロータ軸３の円周等間隔の複数箇所、好ましくは４箇所、に配置されており、このバネ体７の一端側がプーリ２の内周面に、また、バネ体７の他端側がロータ軸３の外周面にそれぞれ固定されている。バネ体７は、プーリ２とロータ軸３との間での回転動力の伝達時に入力回転の角速度変動に応じて回転方向に撓んでプーリ２とロータ軸３との位相ずれを許容するものである。
【００１８】
圧電ダンパ８は、圧電素子１０と、インダクタ１１と、抵抗器１２とから構成されている。圧電素子１０は、その詳しい断面構成は周知であるから図示しないが、例えば、ＢａＴｉＯ３等の圧電材料からなる素子本体の両側を電極で挟んで構成されている。このような圧電素子１０は、バネ体７の一方の面上に接着等の適宜の取付手段を用いて、バネ体７の弾性変形方向に対応して弾性変形するように固定されている。インダクタ１１と抵抗器１２は、電気的および機械的に直列に接続されている。インダクタ１１と抵抗器１２とからなる直列回路において、その一端側は、圧電素子１０の一方の電極に、また、同他端側は、圧電素子１０の他方の電極に接続されている。インダクタ１１は、巻線型および非巻線型を含み、本実施形態では、例えば巻線型とされてバネ体７に巻き付けられている。抵抗器１２は、図解の都合で、回路記号で示されている。抵抗器１２は、インダクタ１１の抵抗成分や、圧電素子１０の抵抗成分の程度によっては、必ずしも、必須となるものではない。
【００１９】
圧電ダンパ８は、上記構成を備えたことにより、バネ体７の撓み変形により変形して電気エネルギを発生し、発生した電気エネルギを用いて当該バネ体７の撓み状態からの復元に抗するようになっている。具体的な作用としては、インダクタ１１には、バネ体７の弾性変形に伴い機械変形した圧電素子１０が発生した電気エネルギが蓄積される。バネ体７の弾性復元に伴い圧電素子１０がバネ体７の弾性復元方向に変形しようとするときに、インダクタ１１から圧電素子１０にはその機械変形状態を維持させようとする向きの電気エネルギが与えられる。この結果、圧電素子１０からバネ体７にはその弾性復元に抗する力が作用する結果、プーリ２の微小変動は効率的に吸収される。この場合、インダクタ１１が発生する電気エネルギは抵抗器１２で消費されるから、圧電素子１０とインダクタ１１との間でのエネルギ交換を急速に消滅させることが可能となり、プーリ２の微小変動を効率的に吸収する。
【００２０】
図３および図４を参照して、上記プーリユニット１の動作を説明する。
【００２１】
ここでは、プーリユニット１を、例えば自動車のオルタネータに利用する場合を例に挙げる。オルタネータは、自動車の車両のエンジンから伝動ベルトにより駆動される交流発電機であり、図示しないが、ロータ、ステータ、調整器、整流器等から構成されている。ロータ軸３は、オルタネータのロータに取り付けられ、プーリ２は、エンジンのクランクシャフトにより回転駆動される伝動ベルト６で回転駆動される。本例では、プーリ２が回転動力の入力側となり、ロータ軸３が回転動力の出力側となる。一般的に、クランクシャフトは所定周期で回転速度が微小変動するので、クランクシャフトから伝動ベルト６を通じて回転駆動されるプーリ２の回転角速度は、上記所定周期に略合わせて微小に増減変動する。これに対し、本実施形態では、プーリ２の回転角速度の上記微小変動を効率よく吸収可能としてロータ軸３の回転変動を抑制可能にしている。以下、説明する。
【００２２】
プーリ２の回転角速度が増加方向と減少方向とに微小変動し、そのうち、微小変動の増加分により、プーリ２が図３に示す方向に増速回転すると、バネ体７はその増速分に応じて回転方向に撓むから、プーリ２からロータ軸３への回転動力は遅延して伝達される。この場合、バネ体７の撓み変形に伴い圧電ダンパ８内の圧電素子１０も機械変形を受ける結果、圧電素子１０は電気エネルギである電圧を発生し、その電圧によって電流が抵抗器１２を介してインダクタ１１に流れて、上記電気エネルギ分はインダクタ１１に蓄積される。プーリ２の回転角速度が減少すると、プーリ２がその減少分だけ減速回転しようとする。この減速回転により、バネ体７は図４に示すように弾性復元する。これによって、圧電素子１０に上記機械変形とは逆向きの機械変形が作用するため、インダクタ１１には逆起電力が発生し、この逆起電力によって発生する電気エネルギにより、圧電素子１０は、バネ体７の弾性復元に抗してバネ体の撓み変形を維持させる方向の機械変形力を発生することになる。これによって、バネ体７は、図３の撓み変形の状態から図４の弾性復元の状態に移行する過程で圧電素子１０からの機械的変形力により弾性復元しにくくなる結果、プーリ２は回転角速度の減少速度が低下される。こうして、プーリ２の回転角速度の微小変動が抑制または吸収される。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態では、バネ体７と圧電ダンパ８とにより、従来例のように一方向クラッチを用いる場合よりも確実に、プーリ２の回転角速度の増減変動を効率よく吸収して、ロータ軸３の回転変動を抑制することができる。この結果として、プーリ２に巻き掛けられる伝動ベルト６の張り側と緩み側との張力変動量を少なくできるようになるので、伝動ベルト６が負担するトルクを軽減して、伝動ベルト６の滑りによる異音の発生を防止し、伝動ベルト６の耐久性を向上できるようになる。しかも、バネ体７と圧電ダンパ８とを用いた簡素な構成であるから、一方向クラッチを用いる従来例に比べてコストを低減することができる。
【００２４】
なお、オルタネータの発電トルクが大きい場合、ロータ軸３の回転抵抗が大きくなる。この場合、プーリ２の回転角速度が増減変動するときは、バネ体７の撓む度合いがオルタネータの発電トルクが小さい場合に比べて大きくなって、ロータ軸３の回転変動を抑制する効果が増す。このように、本実施形態の構成であれば、従来例の一方向クラッチを用いるプーリユニットの場合において内側環体となるロータ軸３の回転変動の抑制効果が薄くなる条件でも、ロータ軸３の回転変動を確実に抑制できるようになる。
【００２５】
以下、本発明の他の実施形態や応用例を説明する。
【００２６】
（１）例えばロータ軸３を回転動力の入力側とし、プーリ２を回転動力の出力側とすることができる。その一例としては、プーリユニット１をクランクシャフトに取り付ける形態が考えられる。この場合の動作については基本的に上記実施形態と同じである。
【００２７】
（２）図示しないが、バネ体７の数は、少なくとも２個以上とし、円周等間隔に配置することができる。その場合、バネ体７の数と圧電ダンパ８の数とを同一とする必要がある。また、図示しないが、バネ体７を圧電ダンパ８の圧電素子１０そのものとすることもできる。さらに、圧電ダンパ８は、プーリ２とロータ軸３との軸方向一端面側に設けてもよい。例えば図５および図６に示すように、バネ体７の形状を帯状とし、プーリ２とロータ軸３との軸方向一端面側にクロスした状態で取り付けることができる。このバネ体７は、プーリ２およびロータ軸３にねじ１４などで固定することができる。また、一方のバネ体７の表面に圧電素子１０を設けることができる。
【００２８】
（３）図示していないが、例えばプーリ２とロータ軸３との間においてロータ軸３の自由端側にも転がり軸受を設けてもよい。２個の転がり軸受を設ける場合には、２個の転がり軸受の間に圧電ダンパ８を設けることができる。また、転がり軸受として複列玉軸受を用い、プーリ２の軸方向中心からオフセットされた荷重を支持するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係るプーリユニットの軸方向に沿う断面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】プーリユニットの回転角速度増加時の動作説明に用いる断面図
【図４】プーリユニットの回転角速度減少時の動作説明に用いる断面図
【図５】本発明の他の実施形態に係るプーリユニットの軸方向に沿う断面図
【図６】図５のプーリユニットを端面から見た図
【符号の説明】
【００３０】
１…プーリユニット、２…プーリ、３…ロータ軸、４…転がり軸受、７…バネ体、８…圧電ダンパ。
【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】
2005233301.tif 000007
【図６】
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