(57)【要約】【課題】回転軸及びベルト間の動力伝達効率の低下を抑制するとともに、回転軸及びベルトの回転変動による振動を抑制する。【解決手段】外周にベルト１０が巻き掛けられるプーリ本体２が筒形状を有している。クランクシャフトが締結されるボス３がプーリ本体２の内側空間にプーリ本体２と同心に配置されている。弾性部材から成るスリーブダンパがプーリ本体２の内周面とボス３の外周面とに挟持されるように配置されている。プーリ本体２の内部に、周方向に延在する６つの内部空間５が周方向に関して等間隔に形成されている。球形状を有する慣性質量体６が、内部空間５内を周方向に関して移動可能となっている。【選択図】図１
2007263321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にベルトが巻き掛けられる筒状の第１回転体と、
前記第１回転体の内側空間に前記第１回転体と同心に配置されているとともに回転軸が接続される第２回転体と、
前記第１回転体の内周面及び前記第２回転体の外周面に挟持されている回転弾性体と、
前記第１及び第２回転体の少なくともいずれかの内部に配置されているとともに、前記第１及び第２回転体の周方向に関して延在している延在空間と、
前記延在空間内において前記延在空間の延在方向に沿って移動可能な質量体とを備えていることを特徴とするプーリ構造体。
【請求項２】
前記質量体が、金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプーリ構造体。
【請求項３】
前記質量体が、弾性材料で包囲されていることを特徴とする請求項２に記載のプーリ構造体。
【請求項４】
前記質量体が、弾性材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプーリ構造体。
【請求項５】
前記延在空間において、前記質量体が前記周方向に関して変位可能な弾性部材に接続されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載のプーリ構造体。
【請求項６】
前記延在空間内に流体が充填されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のプーリ構造体。
【請求項７】
前記質量体が球形状を有していることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載のプーリ構造体。
【請求項８】
前記質量体が、流体であることを特徴とする請求項１に記載のプーリ構造体。
【請求項９】
前記延在空間が、前記第１及び第２回転体の少なくともいずれかと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のプーリ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベルトと回転軸との間で動力を伝達するプーリ構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、オルタネータやコンプレッサなどの各種補機類が取り付けられている。これら各種補機類は、エンジンのクランクシャフト（回転軸）から出力された動力がプーリ及びベルトを介して各種補機類に入力されることによって駆動される。しかしながら、内燃機関エンジンの場合には、クランクシャフトにおいて回転方向に関する加減速が頻繁に繰り返される。これにより、クランクシャフトの回転速度が変動（回転変動）し、クランクシャフトに揺さ振られてプーリが振動する。これにより、プーリとベルトとの間で滑りが生じ、ベルトの鳴き及び損耗が誘発され、ベルトの寿命が短くなる。
【０００３】
そこで、クランクシャフトの回転変動による振動を抑制するプーリとして、クランクシャフトに接続された回転体であるボスとベルトが巻き掛けられたプーリ本体との間に弾性機能を有するダンパユニット（弾性体）を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。これによると、クランクシャフトにおいて回転変動が生じた場合であっても、ダンパユニットが弾性変形することによって、プーリ本体における振動を抑制することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３４６１３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
クランクシャフト及びベルト間の動力伝達効率の向上という観点からは、ダンパユニットのバネ係数を大きくすることが好ましいが、この場合、プーリの振動を十分抑制することができなくなることがある。一方、プーリ本体の振動を抑制するという観点からは、ダンパユニットのバネ係数を小さくすることが好ましい。しかしながら、ダンパユニットのバネ係数を小さくするとクランクシャフトからベルトへの動力伝達効率が低下してしまう。
【０００６】
従って、本発明は、回転軸及びベルト間の動力伝達効率の低下を抑制するとともに、回転軸及びベルトの回転変動による振動を抑制することができるプーリ構造体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明のプーリ構造体は、外周面にベルトが巻き掛けられる筒状の第１回転体と、前記第１回転体の内側空間に前記第１回転体と同心に配置されているとともに回転軸が接続される第２回転体と、前記第１回転体の内周面及び前記第２回転体の外周面に挟持されている回転弾性体とを備えている。さらに、前記第１及び第２回転体の少なくともいずれかの内部に配置されているとともに、前記第１及び第２回転体の周方向に関して延在している延在空間と、前記延在空間内において前記延在空間の延在方向に沿って移動可能な質量体とを備えている。
【０００８】
本発明によると、プーリ構造体に接続された回転軸又はベルトが加減速することによって、プーリ構造体全体が揺さ振られ、回転方向に関して振動する。このとき、第１回転体と第２回転体との間に配置された回転弾性体が弾性変形することによって、プーリ構造体の振動が抑制される。さらに、質量体が、延在空間内において回転軸又はベルトが加減速する方向の反対方向に移動するように振動する。これにより、プーリ構造体の振動がさらに抑制される。また、回転弾性体のみでプーリ構造体の振動を抑制する場合と比較して回転弾性体のバネ係数を大きくすることができるため、回転軸とベルト間との間の動力伝達効率が低下するのを抑制することができる。
【０００９】
本発明においては、前記質量体が、金属材料で形成されていてもよい。これによると、質量体の耐久性を向上させることができる。
【００１０】
このとき、前記質量体が、弾性材料で包囲されていることが好ましい。これによると、質量体が延在空間の壁面と衝突するときに発生する衝撃を弾性材料が緩和するため、プーリ構造体の低騒音化を図ることができる。
【００１１】
さらに、本発明においては、質量体が、弾性材料で形成されていてもよい。これによると、プーリ構造体のさらなる低騒音化を図ることができる。
【００１２】
加えて、本発明においては、前記延在空間において、前記質量体が前記周方向に関して変位可能な弾性部材に接続されていることが好ましい。これによると、質量体の振動に関するバネ係数を調整することができるため、質量体を容易に効率よく振動させることができる。
【００１３】
また、本発明においては、前記延在空間内に流体が充填されていることが好ましい。これによると、質量体の振動に関する減衰係数を容易に調整することができる。
【００１４】
さらに、本発明においては、前記質量体が球形状を有していることがより好ましい。これによると、延在空間において質量体をスムーズに移動させることができる。
【００１５】
加えて、本発明においては、前記質量体が、流体であってもよい。これによると、プーリ構造体の低騒音化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記延在空間が、前記第１及び第２回転体の少なくともいずれかと一体的に形成されていることが好ましい。これによると、プーリ構造体の低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ、説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るプーリ構造体の概略平面図である。図２は、図１に示すII-II線に係るプーリ構造体１の断面図である。プーリ構造体１は、自動車に搭載されたオルタネータやコンプレッサなどの各種補機類を駆動するためのものである。具体的には、プーリ構造体１は、自動車エンジン（内燃機関）のクランクシャフト（回転軸）からの回転出力を、ベルト１０を介して各種補機類を駆動するための入力軸に伝達する。
【００１９】
図１及び図２に示すように、プーリ構造体１は、プーリ本体（第１回転体）２と、ボス（第２回転体）３と、スリーブダンパ（回転弾性体）４とを有している。プーリ本体２は、筒形状を有しており、その外周面にベルト１０が巻き掛けられている。プーリ本体２の外周面には、周方向に沿って延在しているとともにＶ字形状を有するＶ溝２ａが複数形成されている。一方、ベルト１０は、無端ベルトであり、その内周面には長手方向に沿って延在しているとともにＶ字断面を有するリブ１０ａが複数形成されている。つまり、ベルト１０はＶリブドベルトである。そして、プーリ本体２のＶ溝２ａとベルト１０のリブ１０ａとが係合するように、プーリ本体２にベルト１０が巻き掛けられている。
【００２０】
プーリ本体２の内部には、プーリ本体２（プーリ構造体１）の回転中心を支点とする円周軌道上に沿って（周方向に関して）延在している６つの延在空間５が形成されている。６つの延在空間５は、プーリ本体２の中心軸を基準として同じ中心角を有するように、且つ、同一平面上に配置されている。この延在空間５は、プーリ本体２の側面から切削加工を施すことによって形成されている。言い換えれば、延在空間５が、プーリ本体２と一体的に形成されている。そして、延在空間５の内部には金属材料で形成されているとともに球形状を有する慣性質量体（質量体）６が配置されている。慣性質量体６は、延在空間５内において、延在空間５の延在方向に沿って、言い換えれば、プーリ本体２（プーリ構造体１）の回転中心を支点とする円周軌道上に沿って移動可能となっている。プーリ本体２の側面に形成された延在空間５の開口は、カバー部材７によって封止されている。
【００２１】
ボス３は、プーリ本体２の内側空間に同心に配置されている。また、ボス３は、略筒形状を有しており、その内側空間に同心に配置された図示しないクランクシャフトが締結される。
【００２２】
スリーブダンパ４は、筒形状を有するものであり、ゴムなどの弾性材料で形成されている。また、スリーブダンパ４は、プーリ本体２の内周面とボス３の外周面とに挟持されるように、プーリ本体２の内側空間に同心に配置されている。このように、プーリ本体２とボス３とがスリーブダンパ４を介して接続されている。
【００２３】
次に、プーリ構造体１の動作について説明する。クランクシャフトが回転するとともにこれに締結されたボス３が回転する。ボス３が回転すると、スリーブダンパ４を介してプーリ本体２が回転する。そして、プーリ本体２が回転することによってベルト１０が駆動され、ベルト１０に巻き掛けられた各種補機類を駆動するための入力軸（図示せず）に回転力が伝達される。これにより、各種補機類が駆動される。
【００２４】
自動車エンジンのエンジン始動時からアイドル回転時までの低速回転域（２〜３０Ｈｚ）においては、クランクシャフトの回転変動が、等角速度運動している座標上から見て数Ｈｚの振動周期となっている。クランクシャフトがこの振動周期で加減速を繰り返すと、プーリ構造体１が揺さ振られるように振動する。このとき、慣性質量体６が延在空間５内においてクランクシャフトの加減速方向の反対方向に移動するように振動する。これにより、プーリ構造体１の振動が抑制される。一方、自動車エンジンの高速回転域においては、クランクシャフトの回転変動が慣性座標上から見てより高い振動周期となっている。このとき、スリーブダンパ４が弾性変形することによって、プーリ構造体１の振動が抑制される。このように、スリーブダンパ４が弾性ダイナミックダンパ機構として作用する。これにより、プーリ構造体１の共振振動を抑制することができる。
【００２５】
次に、プーリ構造体１の設計方法について図３を参照しつつ説明する。図３は、プーリ構造体１が回転するときの力学的な作用を説明するための図である。図３に示すように、慣性質量体６を除くプーリ構造体１（主系）及び慣性質量体６を、プーリ構造体１が回転したときに発生する遠心力を仮想重力加速度ｇ’×質量とする一自由度の振り子と仮定する。主系の質量をｍ１、主系の重心軌道半径をＬ１、仮想重力方向からの角変位をθ１とする。なお、主系の減衰は無視するものとする。また、慣性質量体６の質量をｍ２、慣性質量体６の半径をｒとし、慣性質量体６の重心軌道半径をＬ２、減衰係数をｃ、主系からの角変位をθ２とする。慣性質量体６の支点は、主系の重心と主系の支点とを結ぶ直線上であって、主系の支点から距離Ｌ離れた位置にあるものとする。このとき、慣性質量体６の慣性モーメントＩは、
【００２６】
【数１】
2007263321.tif 000003
【００２７】
と表される。また、慣性質量体６が軌道上を滑ることなく転動する条件は、慣性質量体６が転動するときの角度をθとすると、
【００２８】
【数２】
2007263321.tif 000004
【００２９】
と表される。これらを考慮すると、慣性座標上から見て外力（クランクシャフトのトルク）がＰＬ１ｅｉωｔで振動しているとき、振動方向に関する運動方程式が、
【００３０】
【数３】
2007263321.tif 000005
【００３１】
と表される。また、仮想重力方向に関する運動方程式が、
【００３２】
【数４】
2007263321.tif 000006
【００３３】
と表される。主系の角変位振幅をω１、慣性質量体６が軌道上を転動するときの角変位振幅をω２とし、
【００３４】
【数５】
2007263321.tif 000007
【００３５】
を用いて、数式３、４を無次元化するとともに、角変位を複素数で表示して解くと、主系の角変位振幅比の周波数応答関数Ｋ１（λ）は、
【００３６】
【数６】
2007263321.tif 000008
【００３７】
と表される。つまり、周波数応答関数Ｋ１（λ）を、Ｒ、ν、ζ、及びγの４項目で表すことができる。そして、この周波数応答関数Ｋ１（λ）を解析することによって、周波数応答関数Ｋ１（λ）が小さくなるような主系と慣性質量体６との質量比（Ｒ）と、慣性質量体６の取り付け位置（γ）とを決定することができる。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係るプーリ構造体１によると、プーリ構造体１に接続されたクランクシャフトが加減速することによって、プーリ構造体１全体が揺さ振られ、回転方向に関して振動する。このとき、プーリ本体２とボス３との間に配置されたスリーブダンパ４が弾性変形することによって、プーリ構造体１の振動が抑制される。さらに、慣性質量体６が、延在空間５内においてクランクシャフトが加減速する方向の反対方向に移動するように振動する。これにより、プーリ構造体１の振動がさらに抑制される。このように、スリーブダンパ４及び慣性質量体６が、プーリ構造体１の振動を抑制するため、ベルト１０の鳴き及び損耗の抑制を図ることができ、ベルト１０の長寿命化を図ることができる。また、スリーブダンパ４のみでプーリ構造体１の振動を抑制する場合と比較して、スリーブダンパ４のバネ係数を大きくすることができるため、クランクシャフトとベルト１０との間の動力伝達効率が低下するのを抑制することができる。
【００３９】
また、慣性質量体６が金属材料で形成されているため、慣性質量体６の耐久性を向上させることができる。
【００４０】
さらに、慣性質量体６が球形状を有しているため、延在空間５内において慣性質量体６をスムーズに移動させることができる。
【００４１】
加えて、延在空間５がプーリ本体２と一体的に形成されているため、プーリ構造体１の低コスト化を図ることができる。
【００４２】
次に、本実施形態に係る変形例について図４〜図７を参照しつつ説明する。図４〜図７は、本実施形態に係る変形例に係るプーリ構造体の部分断面図である。本実施形態においては、慣性質量体６が、金属材料のみで形成される構成であるが、図４に示すように、慣性質量体６が弾性材料６ａで包囲される構成であってもよい。これによると、慣性質量体６と延在空間５の壁面とが衝突したときの衝撃が弾性材料６ａによって緩和されるため、プーリ構造体１の低騒音化を図ることができる。なお、慣性質量体が弾性材料のみで形成されていてもよい。これによると、プーリ構造体１のさらなる低騒音化を図ることができる。
【００４３】
また、本実施形態においては、慣性質量体６が延在空間５内にそのまま配置される構成であるが、図５に示すように、延在空間５において、慣性質量体６が周方向に関して変位可能な弾性部材８に接続されていてもよい。この弾性部材８は、バネ部材であってもよいし、ゴムなどの弾性体であってもよい。これによると、慣性質量体６の振動に関するバネ係数を調整することができるため、容易に慣性質量体６を効率よく振動させることができる。また、図６に示すように、延在空間５に流体９が充填されていてもよい。これによると、流体９の粘性を変えることにより慣性質量体６の振動に関する減衰係数を容易に調整することができるため、容易に慣性質量体６を効率よく振動させることができる。なお、慣性質量体６の振動状態を調整するという観点からは、延在空間５において、慣性質量体６が周方向に関して変位可能な弾性部材８に接続されているとともに、延在空間５に流体９が充填されていていることが好ましい。
【００４４】
さらに、本実施形態においては、延在空間５に慣性質量体６を配置する構成であるが、図７に示すように、慣性質量体６の代わりに慣性流体３０６が配置され構成であってもよい。慣性流体３０６は、延在空間５内において、その形状を変化させることよって重心位置を移動させる。これによると、プーリ構造体１の低騒音化を図ることができる。
【００４５】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態について図８及び図９を参照しつつ説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係るプーリ構造体の概略平面図である。図９は、図８に示すIX-IX線に係るプーリ構造体４０１の断面図である。なお、第１実施形態と実質的に同じ部材については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図８及び図９に示すように、プーリ構造体４０１は、プーリ本体（第１回転体）４０２と、ボス（第２回転体）４０３と、スリーブダンパ４とを有している。プーリ本体４０２は、筒形状を有しており、その外周面にベルト１０が巻き掛けられている。プーリ本体４０２の外周面には、周方向に沿って延在しているとともにＶ字形状を有するＶ溝２ａが複数形成されている。
【００４７】
ボス４０３は、プーリ本体４０２の内側空間に同心に配置されている。また、ボス４０３は、略筒形状を有しており、その内側空間に同心に配置された図示しないクランクシャフトが締結される。
【００４８】
ボス４０３の内部には、ボス４０３（プーリ構造体４０１）の回転中心を支点とする円周軌道上に沿って（周方向に関して）延在している２つの延在空間４０５が形成されている。２つの延在空間４０５は、ボス４０３の中心軸を基準として同じ中心角を有するように、且つ、同一平面上に配置されている。この延在空間４０５は、ボス４０３の側面から切削加工を施すことによって形成されている。言い換えれば、延在空間４０５が、ボス４０３と一体的に形成されている。そして、延在空間４０５の内部には慣性質量体６が配置されている。慣性質量体６は、延在空間４０５内において、延在空間４０５の延在方向に沿って、言い換えれば、ボス４０３（プーリ構造体４０１）の回転中心を支点とする円周軌道上に沿って移動可能となっている。ボス４０３の側面に形成された延在空間４０５の開口は、カバー部材４０７によって封止されている。
【００４９】
スリーブダンパ４は、プーリ本体４０２の内周面とボス４０３の外周面とに挟持されるように、プーリ本体４０２の内側空間に同心に配置されている。このように、プーリ本体４０２とボス４０３とがスリーブダンパ４を介して接続されている。
【００５０】
プーリ構造体４０１の動作及び設計方法は、第１実施形態と実質的に同じであるため説明を省略する。
【００５１】
本実施形態に係るプーリ構造体４０１によると、プーリ構造体４０１に接続されたクランクシャフトが加減速することによって、プーリ構造体４０１全体が揺さ振られ、回転方向に関して振動する。このとき、プーリ本体４０２とボス４０３との間に配置されたスリーブダンパ４が弾性変形することによって、プーリ構造体４０１の振動が抑制される。さらに、慣性質量体６が、延在空間４０５内においてクランクシャフトが加減速する方向の反対方向に移動するように振動する。これにより、プーリ構造体４０１の振動がさらに抑制される。また、スリーブダンパ４のみでプーリ構造体１の振動を抑制する場合と比較して、スリーブダンパ４のバネ係数を大きくすることができるため、クランクシャフトとベルト１０との間の動力伝達効率が低下するのを抑制することができる。
【００５２】
加えて、延在空間４０５がボス４０３と一体的に形成されているため、プーリ構造体４０１の低コスト化を図ることができる。
【００５３】
本発明は、上記の好ましい各実施形態に沿って説明されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他に成されることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用効果を述べているが、これら作用効果は一例であり、本発明を限定するものではない。
【００５４】
例えば、上述の第１実施形態においては、６つの延在空間５がプーリ本体２に形成される構成となっており、上述の第２実施形態においては、２つの延在空間４０５がボス４０３に形成される構成となっているが、延在空間が、プーリ本体及びボスのいずれに対しても任意の数だけ形成されてよい。また、延在空間がプーリ本体及びボスの両方に形成されてもよい。
【００５５】
また、上述の第１及び第２実施形態においては、プーリ本体２、４０２にV リブドベルトであるベルト１０が巻き掛けられる構成であるが、プーリ本体にVベルトなどVリブドベルト以外のベルトが巻き掛けられる構成であってもよい。
【００５６】
さらに、上述の第１及び第２実施形態においては、慣性質量体６が球形状を有する構成であるが、立方体など球形状以外の形状を有する構成であってもよい。
【００５７】
さらに、上述の第１及び第２実施形態においては、延在空間５、４０５が、プーリ構造体１、４０１の回転中心を支点とする円周軌道上に沿って延在する構成であるが、上述した運動方程式（数式３、４）が成立する範囲であれば、延在空間がプーリ構造体の回転中心以外の点を支点とする円周軌道上に沿って延在する構成であってもよい。
【００５８】
加えて、上述の第１及び第２実施形態においては、プーリ構造体１、４０１がクランクシャフトからの動力をベルト１０に伝達する構成となっているが、他の回転軸からの動力をベルト１０に伝達する構成でもよい。また、逆に、ベルト１０からの動力をボス３に締結された回転軸に伝達する構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプーリ構造体の概略平面図である。
【図２】図１に示すII-II線に係るプーリ構造体の断面図である。
【図３】図１に示すプーリ構造体が回転するときの力学的な作用を説明するための図である。
【図４】第１実施形態の変形例に係るプーリ構造体の部分断面図である。
【図５】第１実施形態の変形例に係るプーリ構造体の部分断面図である。
【図６】第１実施形態の変形例に係るプーリ構造体の部分断面図である。
【図７】第１実施形態の変形例に係るプーリ構造体の部分断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るプーリ構造体の概略平面図である。
【図９】図８に示すIX-IX線に係るプーリ構造体の断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１、４０１    プーリ構造体
２、４０２    プーリ本体
２ａ          Ｖ溝
３、４０３    ボス
４            スリーブダンパ
５、４０５    延在空間
６ａ          弾性材料
６            慣性質量体
７、４０７    カバー部材
８            弾性部材
９            流体
１０          ベルト
１０ａ        リブ
３０６        慣性流体
【図１】
2007263321.tif 000009
【図２】
2007263321.tif 000010
【図３】
2007263321.tif 000011
【図４】
2007263321.tif 000012
【図５】
2007263321.tif 000013
【図６】
2007263321.tif 000014
【図７】
2007263321.tif 000015
【図８】
2007263321.tif 000016
【図９】
2007263321.tif 000017