(57)【要約】【課題】低コストで張力を一定に維持することのできるＶベルトプーリーを提供する。【解決手段】Ｖベルト２により自動車エンジンの補機類に動力を伝達するＶベルトプーリー１は、回転軸５を受ける軸受６に固定されている。回転軸心４を含む平面で切断した断面に示されるように、このＶベルトプーリー１は、３枚の板状リング体である大径部８と、２枚の板状リング体である小径部１０とが、回転軸方向に向かって交互に層状接合されることにより構成されるリング体である。Ｖベルトプーリー１を構成する５枚の大径部８及び小径部１０からなる板状リング体のうち、エンジン側に位置するエンジン側大径部８ａのみが、軸受６に固定された片持ち構造となっている。そして、大径部８と小径部１０とは異なる部材で構成されており、小径部１０の回転軸方向への熱膨張率は大径部８の熱膨張率よりも大きい。【選択図】図１
2012026555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｖ字溝が形成されたベルト受部に掛装された断面略Ｖ字状のＶベルトを介してエンジンの補機に動力を伝達する、軸受に固定されたＶベルトプーリーにおいて、
外周縁で前記ベルト受部の山領域を形成する第１の板状体と、
外周縁で前記ベルト受部の谷領域を形成し、前記第１の板状体よりも径の小さい第２の板状体とが、回転軸方向に交互に層状接合され、
前記第１の板状体よりも前記第２の板状体の方が、前記回転軸方向への熱膨張率が高  く、
前記第１の板状体の一つが前記軸受に固定されている
ことを特徴とするＶベルトプーリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度変化の激しい環境で使用されるＶベルトプーリーであって、特に、自動車エンジンの補機類を駆動するＶベルトプーリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウォーターポンプやオルタネーター等の自動車エンジンの補機類を回転駆動するための回転動力を伝達する機構として、ＶベルトとＶベルトプーリーとからなる構成が知られている。そして、このようなベルト駆動型の動力伝達機構においては、ベルトの緩みによる騒音の発生や、逆に張力が大きくなり過ぎることによる動力伝達ロス等が問題となる。
【０００３】
エンジンは動作状態に応じて温度が大きく変化する。そして、この温度変化により、高温時にはエンジンブロックが熱膨張し、Ｖベルトプーリーが固定されている回転軸間の距離が広がる。
【０００４】
一般に、エンジンブロックはアルミ材等で形成されており、Ｖベルトはゴムや心線（ピアノ線等）から構成されている。ここで、アルミ材の熱膨張率よりもＶベルトを構成する材質の熱膨張率の方が小さいため、温度変化に伴うＶベルトプーリーの回転軸間距離の変化にＶベルトが追従できない。したがって、高温時にはＶベルトへ加わる張力が大きくなる。
【０００５】
逆に、低温時には、エンジンブロックが収縮するので、Ｖベルトプーリーの回転軸間距離は短くなる。これにより、低温時には、Ｖベルトへ加わる張力が小さくなり、緩みが生じ易くなる。
【０００６】
このように、張力が大きいときには、ＶベルトプーリーとＶベルトとの摩擦力が大きくなるので駆動力の伝達ロスが生じ、また、張力が小さいときには、緩みが生じることによりＶベルトに振動が発生し易くなり、この振動により生じる騒音（いわゆる「ベルト鳴き」）が問題となる。
【０００７】
このような温度変化によるＶベルトの張力の変動を抑え、一定に保つために図５に示すような構成が考えられている。ここでは、タイミングベルト１１０により２つのＶベルトプーリー１００、１０５の間の動力伝達を行う構成が示されている。この構成には、タイミングベルト１１０の張力を一定に保つためにオートテンショナー１２０が設けられている。このオートテンショナー１２０は回転軸１４０を中心に回動可能に設置されており、フック部１２０ａが形成されている。そして、このフック部１２０ａは、一端が固定ピン１２０ｃに固定されたコイルばね１２０ｂの他端に係合されている。このように、オートテンショナー１２０には、コイルばね１２０ｂからの付勢力１３０が働いている。これにより、タイミングベルト１１０は外側からオートテンショナー１２０のフック部１２０ａによる押圧力を受けているので、弛みの発生が抑えられている。
【０００８】
また、エンジンの温度上昇により、Ｖベルトプーリー１００、１０５の回転軸間距離が広がった場合には、張力の増大したタイミングベルト１１０がフック部１２０ａを外側に押し返すことができる。これにより、タイミングベルト１１０が、張力の緩和される方向へその軌道を変えることができ、張力が一定に保たれる。
【０００９】
上記のような、張力を一定に保持する動力伝達機構については、特許文献１に開示例がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６２−６２０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の構成では、オートテンショナーを設けるスペースを確保しなければならない。ところが、エンジンルーム内には、各種の装備が限られたスペースに配置されているので、新たに構成要素が追加されると、その分だけ設計自由度が低下する。このため、エンジンのコンパクトな設計が困難になる。
【００１２】
また、装備が多くなればそれだけ車重が増加するので、燃費の低下に繋がり、さらに、部品コストや製造コストの増大にも繋がる。
【００１３】
そこで、本発明では、上記のような課題を解決するために、低コストで張力を一定に維持することのできるＶベルトプーリー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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明のＶベルトプーリーは、Ｖ字溝が形成されたベルト受部に掛装された断面略Ｖ字状のＶベルトを介してエンジンの補機に動力を伝達する、軸受に固定されたＶベルトプーリーにおいて、外周縁でベルト受部の山領域を形成する第１の板状体と、外周縁でベルト受部の谷領域を形成し、第１の板状体よりも径の小さい第２の板状体とが、回転軸方向に交互に層状接合され、第１の板状体よりも第２の板状体の方が、回転軸方向への熱膨張率が高く、第１の板状体の一つが軸受に固定されていることを特徴とする。
【００１５】
このように構成すると、高温時には、第１の板状体よりも熱膨張率の高い第２の板状体の方が、回転軸方向に大きく膨張するので、第１の板状体により形成される山領域が半径方向に膨張するよりも、第２の板状体により形成される谷領域の幅の方が大きく広がる。また、高温状態から低温状態に移行すると、山領域の半径方向への収縮よりも、谷領域の幅の方が大きく収縮する。
【００１６】
これにより、高温時には、山領域が全体的に膨張してＶ字溝の対向するテーパー面同士が回転半径方向に広がるよりも、谷幅の回転軸方向への広がりの方が大きくなるので、Ｖベルトの当接する位置が回転中心へ近づく。すなわち、Ｖベルトプーリーの回転軸間距離が広がる高温時においても、Ｖベルトの実質周長が短くなる方向に当接位置が変化するので、Ｖベルトに加わる張力の増大が緩和される。
【００１７】
また、高温状態から低温状態に移行する際には、山領域が全体的に収縮してＶ字溝の対向するテーパー面同士が回転半径方向に縮小されるよりも、谷幅の回転軸方向の縮小の方が大きく働くので、Ｖベルトの当接する位置が回転中心から離れる。すなわち、Ｖベルトプーリーの回転軸間距離が狭くなる低温時においては、Ｖベルトの実質周長が長くなる方向に当接位置が変化するので、Ｖベルトの緩みが防止される。
【発明の効果】
【００１８】
上述したように、本発明によれば、高温時には、エンジンブロックの熱膨張により拡大した回転軸間距離を緩和する方向にＶベルトプーリーのＶ字溝の幅が広がることにより、Ｖベルトに加わる張力が緩和され、Ｖベルトの耐久性が向上するとともに、動力の伝達ロスが低減され、低燃費化を図ることが可能となる。また、低温時には、逆にＶ字溝の幅が
狭くなることによりＶベルトの弛みが解消され、Ｖベルト鳴き等の騒音を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態におけるＶベルトプーリーの端面図である。
【図２】図１のＶベルトプーリーの熱膨張状態を示したＶ字溝の拡大図である。
【図３】第１の実施の形態におけるＶベルトプーリーの温度変化を示し、（ａ）は低温時の動作状態を、また、（ｂ）は高温時の動作状態を示した拡大図である。
【図４】第２の実施の形態におけるＶベルトプーリーの端面図である。
【図５】従来のオートテンショナーを備えた動力伝達機構を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
先ず、本発明の第１の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるＶベルトプーリーの周辺の構成を示したものであり、回転軸５の回転軸心４を含む平面で切断した端面図である。
【００２３】
この図に示すように、本実施の形態におけるＶベルトプーリー１は、エンジン側から延びる回転軸５を受ける軸受６に固定されている。この図は端面図を示しており、上下に表わされたＶベルトプーリー１は一体のリング状の形態を為している。すなわち、このリング状のＶベルトプーリー１は、５枚の板状のリング体が層状に接合されて構成されている。これら５枚の板状のリング体は、ベルト受部１２の山領域１６をその外周縁で形成する３枚の大径部８（第１の板状体）と、その外周縁で谷領域１８（第２の板状体）を形成する２枚の小径部１０とから構成されている。この２枚の小径部１０のうち１枚は、大径部８のうち最もエンジン側に位置するエンジン側大径部８ａと中央に位置する中央大径部８ｂとの間に挟まれ、もう一枚は、中央大径部８ｂと外側に位置する外側大径部８ｃとにより挟まれている。
【００２４】
ここで、大径部８と小径部１０とは熱膨張率が異なる部材で構成されている。本実施の形態に示した例では、大径部８には鉄材が用いられ、小径部１０には鉄材の約２倍の線膨張係数を有するアルミ材が採用されている。このように、熱膨張率の異なる部材が交互に回転軸方向に層状接合されている。
【００２５】
この図に示すように、本実施の形態におけるＶベルトプーリー１には、ベルト受部１２にそれぞれ山領域１６と谷領域１８とから構成される２本のＶ字溝１４が形成されており、これに断面が略Ｖ字状に形成された２つの山を有するポリＶベルトが掛装されている。
【００２６】
本実施の形態に示したＶベルトプーリー１は、エンジン側大径部８ａのみが軸受６に固定されているので、温度上昇の際には、回転軸方向に沿ってエンジンの外側向きにそれぞれの部材が熱膨張する。ここで、大径部８と小径部１０の熱膨張の状態について図２を用いて説明する。
【００２７】
図２は、中央大径部８ｂと外側大径部８ｃとの間に挟まれた小径部１０の周辺の熱膨張状態を示した拡大図である。図中の２点鎖線は、熱膨張後の各部材の輪郭の位置を示している。このような構成において、エンジンの熱が回転軸５から軸受６を介してＶベルトプーリー１のエンジン側大径部８ａに伝達され、このエンジン側大径部８ａからエンジンの外側へ層状接合された各部材へ、順に熱が伝達される。図に示すように、熱膨張により、各部材の輪郭は全方向に広がるが、大径部８は、図中の小さい矢印２２の方向に膨張するのに対し、小径部２０は矢印２０の方向に大きく膨張する。また、Ｖベルトプーリー１は、エンジン側大径部８ａの片持ち固定となっているので、エンジンから遠ざかるにしたがって、各部材の膨張分が累積し、回転軸方向外側への変位が大きくなっている。ここで、実線で示した各部材の輪郭と、２点鎖線で示した各部材の輪郭とを比べると明らかなように、熱膨張により、中央大径部８ｂのテーパー面２３と外側大径部８ｃのテーパー面２１とが回転半径方向に広がるよりも、小径部１０の接合面が回転軸方向に大きく広がっている。これによりＶ字溝１４の対向するテーパー面２１、２３同士の間隔は、膨張後の方が元の状態よりも回転軸方向に広がっている。
【００２８】
次に、高温時と低温時におけるＶベルトとＶベルトプーリーとの関係について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は低温時の状態を示しており、図３（ｂ）は高温時の状態を示している。この図３（ａ）に示す低温時の谷幅１８ａは、図３（ｂ）に示すように、高温時に小径部１０が回転軸方向に膨張することにより、谷幅１８ｂに示す状態に広がる。一方、３つの大径部８は何れも小径部１０よりも膨張率が小さいので、回転半径方向への広がりは殆どない。これにより、Ｖ字溝１４を形成する対向するテーパー面同士の間隔は回転軸方向に広がるので、低温時におけるＶ字溝１４の底面からのベルト高さ２４ａは、高温時においてベルト高さ２４ｂにまで小さくなっている。したがって、回転軸間距離の広がる高温時においては、Ｖベルトプーリー１に巻き付けられたＶベルト２が形成する円弧状部分の径が小さくなり、Ｖベルト２の動力伝達経路における実質周長が短くなる方向にその軌道が変化している。これにより、Ｖベルト２に生じる張力の増大が抑えられる。
【００２９】
また、図３（ｂ）高温状態から図３（ａ）の低温状態に移行する際には、上記とは逆の変位が生じ、Ｖベルトプーリー１の回転軸間距離が縮小されるとともに、谷幅１８ｂは谷幅１８ａにまで縮小される。これにより、Ｖベルト２がベルト高さ２４ｂからベルト高さ２４ａにまで高くなる。すなわち、Ｖベルト２に生じる張力の低下が、Ｖベルト２の動力伝達経路における実質周長の長化により吸収される。よって、Ｖベルト２には弛みが生じることなく、その張力は一定に保たれる。
【００３０】
以上のように、本実施の形態におけるＶベルトプーリー１では、温度変化に応じて、Ｖベルト２の動力伝達経路における実質周長を変化させることにより、張力を一定に保持することが可能となる。
【００３１】
本実施の形態に示した例では、上記のような構成により、Ｖベルトに生じる張力の変動幅が小さくなるので、従来は、弛みが生じると「Ｖベルト鳴き」が発生するという理由から、強めに設定していたＶベルトの張り具合を、低めの張力に設定することが可能となる。これにより、ＶベルトとＶ字溝との間に不要な摩擦力が生じることを防止することができるので、Ｖベルト駆動のフリクションロスを低減することができ、エンジンの効率向上、言い換えれば、燃費や性能の向上を図ることが可能となる。
【００３２】
また、本実施の形態のように、異種材料（アルミ材と鉄材）が接合された境界においては、それぞれの材質のもつ固有の共振周波数が異なるので、振動の伝達が抑えられる制振作用がある。これにより、Ｖベルト鳴きが生じた場合であっても、振動が低減されるので、騒音を緩和することが可能となる。
【００３３】
さらに、従来では、オートテンショナー等の別構成を設ける必要があったが、Ｖベルトプーリーそのものがオートテンショナーの機能を有しているので、エンジンスペースを圧迫することがなく、設計自由度の低下を防ぐことが可能である。また、別構成のオートテンショナーを必要としないので、構成部品も少なくなり、製造コストや部品コストの増大を抑えることが可能となる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図４を用いて説明する。なお、第１の実施の形態において示した構成と同じ部分については、同一符号を用いて説明する。
【００３５】
図４は、本実施の形態におけるＶベルトプーリー５１の周辺の構成を示した図であり、回転軸５の回転軸心４を含む面で切断した側方端面図である。
【００３６】
この図４に示すＶベルトプーリー５１は、第１の実施の形態において図１を用いて示したＶベルトプーリー１と同様に、ベルト受部６２には２本のＶ字溝６４が形成されている。そして、これら２本のＶ字溝６４を、３枚の板状のリング体である大径部５８と、２枚の板状のリング体である小径部６０とから構成されている点についても、図１のＶベルトプーリーと同様である。具体的には、エンジン側大径部５８ａと中央大径部５８ｂとの間にエンジン側小径部６０ａが挟まれ、また、中央大径部５８ｂと外側大径部５８ｃとの間に外側小径部６０ｂが挟まれている。
【００３７】
しかし、Ｖベルトプーリー５１の軸受６に対する取付位置は、エンジン側大径部５８ａではなく、中央大径部５８ｂであり、この点において、第１の実施の形態におけるＶベルトプーリー１とは異なる。
【００３８】
このように構成することにより、エンジン側から回転軸５及び軸受６を介して伝達された熱のＶベルトプーリー５１内における伝導経路が、図１のＶベルトプーリー１とは異なる。
【００３９】
すなわち、本実施の形態においては、２枚の小径部６０ａ、６０ｂにより挟まれた中央大径部５８ｂに軸受６からの熱が伝導するので、これら２枚の小径部６０ａ、６０ｂへはほぼ均等に熱が伝導する。したがって、２枚の小径部６０ａ、６０ｂには、ほぼ均等に熱膨張が生じる。これにより、２本のＶ字溝６４の幅は均等に広がるので、Ｖ字溝６４の底からＶベルト２の２つの山の下端までの高さもほぼ均等な高さとなる。よって、Ｖベルト２の動力伝達経路における実質周長が、２つの山の間でほぼ同じ長さとなるので、２つの山に生じる摩擦力や張力がほぼ同じ値に揃い、Ｖベルト２の２つの山同士の間で歪みが生じることを防止することができる。これによりＶベルト２の耐久性を向上させることが可能となる。
【００４０】
なお、以上に述べた各実施の形態におけるＶベルトプーリーでは、大径部に鉄材、小径部にアルミ材を用いた例を示したが、大径部よりも小径部の材質の方が熱膨張率が高くなるような組合せであれば、他の材質による組合せであっても構わない。
【００４１】
また、大径部、小径部ともに、単一材質で構成される例を示したが、何れか一方、又は両方が複合部材で構成されていてもよい。すなわち、大径部よりも小径部の回転軸方向への熱膨張率の方がトータルで高くなるような構成であればよい。
【００４２】
また、上記各実施の形態においては、Ｖベルトプーリーのベルト受部に形成されるＶ字溝の数が２本の場合を例として示したが、Ｖ字溝は１本であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、温度変化の激しい環境においても、熱膨張によるＶベルトプーリーの回転軸間の距離の変動を吸収し、Ｖベルトの張力を一定に保つことができるので、自動車のエンジンルーム内のクランクプーリーや、熱転写プリンターの回転駆動機構等に対し有用である。
【符号の説明】
【００４４】
１、５１      Ｖベルトプーリー
２      Ｖベルト
４      回転軸心
５      回転軸
６      軸受
８、５８      大径部（第１の板状体）
８ａ、５８ａ      エンジン側大径部
８ｂ、５８ｂ      中央大径部
８ｃ、５８ｃ      外側大径部
１０、６０    小径部（第２の板状体）
６０ａ      エンジン側小径部
６０ｂ      外側小径部
１２、６２      ベルト受部
１４、６４      Ｖ字溝
１６      山領域
１８      谷領域
【図１】
2012026555.tif 000003
【図２】
2012026555.tif 000004
【図３】
2012026555.tif 000005
【図４】
2012026555.tif 000006
【図５】
2012026555.tif 000007