(57)【要約】【課題】簡単な構成で被駆動装置側に過大なトルクが伝達されるのを確実に防止することのできる、動力伝達装置を提供すること。【解決手段】動力伝達装置１は、駆動装置に連結された駆動プーリ２と、被駆動装置に連結された被動プーリ３と、駆動プーリ２と被動プーリ３とにわたって懸架された摩擦伝動ベルト４とを有する。さらに、摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａに接触するテンションプーリ６と、このテンションプーリ６を摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａに押し付ける重りを備え、張り側部分４ａの張力を一定に維持する張力維持機構５を備えている。【選択図】図１
2009008204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動装置から被駆動装置へ動力を伝達する動力伝達装置であって、
前記駆動装置に連結された駆動プーリと、
前記被駆動装置に連結された被動プーリと、
前記駆動プーリと前記被動プーリとにわたって懸架された摩擦伝動ベルトと、
前記摩擦伝動ベルトの張り側部分に接触するテンションプーリと、このテンションプーリを前記摩擦伝動ベルトの張り側部分に押し付ける押圧手段を備え、前記張り側部分の張力を一定に維持する張力維持手段と、
を有することを特徴とする動力伝達装置。
【請求項２】
前記押圧手段は、前記テンションプーリに接続されたバネであ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】
前記押圧手段は、前記テンションプーリに接続された重りであることを特徴とする請求項１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、駆動装置から被駆動装置へ動力を伝達する動力伝達装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、駆動装置から被駆動装置へ動力（トルク）を伝達する動力伝達装置として、被駆動装置に過大な負荷がかかって被駆動装置が破壊、あるいは、故障してしまうのを防止するために、被駆動装置に一定以上のトルクがかかるのを制限する機構（いわゆる、トルクリミッタ）を備えているものがある。このようなトルクリミッタとしては、被駆動装置に作用する動力（トルク）が一定値以上となったときに、機械的、或いは、電気的な機構によって、駆動装置と被駆動装置との間の動力伝達を遮断するように構成されたものが多数知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、エンジンの動力を、カーエアコンの圧縮機に伝達する動力伝達装置が開示されている。この動力伝達装置は、ベルトが巻き掛けられるプーリと、プーリの内側に設けられたハブと、ハブに内嵌されるとともに圧縮機の回転軸に直結されたシャフトとを有する。また、ハブは、プーリに連結されるアウターハブと、シャフトに連結されるインナーハブと、アウターハブとインナーハブとを連結するブリッジ部を有し、ブリッジ部の途中部には狭幅部が設けられている。そして、ベルトを介してプーリにある一定以上のトルクが作用した場合には、ハブのブリッジ部に設けられた狭幅部が破断することにより、プーリとシャフトが切り離され、シャフトに過大なトルクが作用することが防止されるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５４４０２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、特許文献１に記載されているような従来のトルクリミッタは、一般的に機構が複雑であり部品数も多い。そのため、誤作動が生じやすく、また、コストが高いものとなっていた。
【０００６】
本発明の目的は、簡単な構成で被駆動装置側に過大なトルクが伝達されるのを確実に防止することのできる、動力伝達装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
第１の発明の動力伝達装置は、駆動装置から被駆動装置へ動力を伝達する動力伝達装置であって、前記駆動装置に連結された駆動プーリと、前記被駆動装置に連結された被動プーリと、前記駆動プーリと前記被動プーリとにわたって懸架された摩擦伝動ベルトと、  前記摩擦伝動ベルトの張り側部分に接触するテンションプーリと、このテンションプーリを前記張り側部分に押し付ける押圧手段を備え、前記摩擦伝動ベルトの張り側部分の張力を一定に維持する張力維持機構とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
この動力伝達装置において、駆動装置で発生した動力は、駆動プーリから摩擦伝動ベルトを介して、被駆動装置に連結された被動プーリに伝達される。また、摩擦伝動ベルトの張り側部分にはテンションプーリが接触しており、このテンションプーリが押圧手段によってベルトの張り側部分に押し付けられることで、摩擦伝動ベルトの張り側部分の張力が一定に維持される。
【０００９】
このように、摩擦伝動ベルトの張り側部分の張力が常に一定値に保たれていると、被駆動装置に連結された被動プーリに対して、この被動プーリを回転させるように摩擦伝動ベルトから作用する力（即ち、張り側部分のベルト張力から弛み側のベルト張力を引いた値）は、前記一定値を超えることはない。つまり、被動プーリに過大なトルクが作用することがない。本発明の構成によれば、テンションプーリと押圧手段という簡単な構成の張力維持手段によって、摩擦伝動ベルトの張り側部分の張力を一定に保つだけで、被動プーリに過大なトルクが作用するのを防止することができる。
【００１０】
尚、被動プーリに荷重を付与する押圧手段として、バネや重りを用いることができる（第２、第３の発明）。この構成によれば、バネや重りという簡単な構成の押圧手段によって、摩擦伝動ベルトの張り側部分の張力を一定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の動力伝達装置の概略構成図である。本実施形態の動力伝達装置は、例えば、自動車用エンジン（駆動装置）で発生した動力を、オルタネータやウォーターポンプなどの補機（被駆動装置）に伝達する場合などに適用可能なものである。
【００１２】
図１に示すように、動力伝達装置１は、動力（トルク）を発生させる駆動装置（図示省略）に連結された駆動プーリ２と、被駆動装置（図示省略）に連結された被動プーリ３と、駆動プーリ２と被動プーリ３に懸架された摩擦伝動ベルト４とを備えている。摩擦伝動ベルト４は、駆動プーリ２及び被動プーリ３と摩擦接触した状態で走行するエンドレス形状のベルトであり、平ベルト、Ｖベルト、あるいは、Ｖリブドベルト等が使用される。
【００１３】
駆動装置で発生した動力が駆動プーリ２に伝達されて、駆動プーリ２が図１の矢印方向に回転駆動されると、この駆動プーリ２の回転によって摩擦伝動ベルト４が矢印方向に走行駆動される。さらに、この摩擦伝動ベルト４の走行によってベルト４と摩擦接触する被動プーリ３が矢印方向に回転駆動される。これにより、駆動装置で発生した動力が被駆動装置に伝達され、被駆動装置が駆動される。
【００１４】
さらに、本実施形態の動力伝達装置１は、被動プーリ３に過大なトルクが作用するのを防止するために、摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａの張力を一定に維持する、デッドウェイト方式の張力維持機構５（張力維持手段）を有する。即ち、この張力維持機構５は、摩擦伝動ベルト４の張り側部分に接触するテンションプーリ６と、テンションプーリ６をベルト４の張り側部分４ａに押し付ける重り９（押圧手段）とを有する。尚、「ベルトの張り側部分４ａ」とは、駆動装置側の駆動プーリ２の回転によってベルト４が張られる側、即ち、被動プーリ３よりもベルト走行方向に関して下流側の部分を指す。逆に、被動プーリ３よりもベルト走行方向に関して上流側の部分を「ベルトの弛み側部分４ｂ」と呼ぶ。
【００１５】
テンションプーリ６は、駆動プーリ２及び被動プーリ３に対して上下方向に移動可能に配置され、さらに、エンドレス状の摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａに内側（下側）から接触している。また、テンションプーリ６は、摩擦伝動ベルト４の走行に伴って従動回転するように構成されている。
【００１６】
重り９は所定の重量Ｗを有し、テンションプーリ６と、２つのプーリ７，８に巻き掛けられたワイヤ１０を介して接続されることで、テンションプーリ６に上方への一定荷重Ｗを付与し、テンションプーリ６をベルト４の張り側部分４ａに押し付ける。これにより、張り側部分４ａが、テンションプーリ６を介して荷重Ｗで上方へ引き上げられ、この張り側部分４ａには張力Ｔ０が作用する。
【００１７】
ここで、摩擦伝動ベルト４のテンションプーリ６に対する巻き付け角の１／２をαとすると、張力Ｔ０は、
Ｔ０＝Ｗ／２ｓｉｎα・・・（１）
で表される。つまり、張り側部分４ａの張力Ｔ０は、荷重Ｗと巻き付け角２αによって定まり、被動プーリ３に伝達されるトルクに関係なく一定となる。
【００１８】
張り側部分４ａに一定張力Ｔ０が作用する一方で、弛み側部分４ｂに張力Ｔｓが作用している場合に、被動プーリ３に作用する最大有効張力Ｔｅ（被動プーリ３を矢印方向に回転させる力）は、張り側部分４ａのベルト張力Ｔ０から弛み側のベルト張力Ｔｓを引いた値であるから、オイラー式Ｔ０／Ｔｓ＝ｅμθを用いて、
Ｔｅ＝Ｔ０−Ｔｓ＝（１−ｅ−μθ）Ｔ０・・・（２）
で与えられる。ここで、μは摩擦伝動ベルト４と被動プーリ３との間の摩擦係数、θは摩擦伝動ベルト４の被動プーリ３に対する巻き付け角（ラジアン）である。
【００１９】
また、被動プーリ３に作用するトルクＴｒｑは、被動プーリ３の半径をＲとすると、
Ｔｒｑ＝Ｔｅ×Ｒ・・・（３）
で与えられる。
【００２０】
図２は、上述した式（２）のＴｅと巻き付け角θとの関係を、摩擦係数μを変化させてグラフに表したものである。尚、図２は横軸を巻き付け角θ（°）、縦軸を無次元最大有効張力（Ｔｅ／Ｔ０）で表している。
【００２１】
図２に示すように、摩擦係数μ、あるいは、被動プーリ３へのベルト４の巻き付け角θをいくら大きくしても、被動プーリ３上で摩擦伝動ベルト４が滑ることにより、最大有効張力Ｔｅは張り側部分４ａの一定張力Ｔ０を超えることはない。従って、式（３）より、被動プーリ３に作用するトルクＴｒｑは一定値Ｔ０Ｒを超えることがない。
【００２２】
実際には、被駆動装置側の諸条件から所定の限界トルクＴｒｑ（＝Ｔ０Ｒ）が決定されると、式（１）の関係から導き出される次式（４）を満たすように、荷重Ｗと角度αを決定すればよい。
Ｗ＝２ｓｉｎα×Ｔｒｑ／Ｒ・・・（４）
【００２３】
このように、テンションプーリ６と押圧手段としての重り９を主要構成とする、簡単な構成の張力維持機構５によって、摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａの張力を一定張力に維持するだけで、被駆動装置に連結された被動プーリ３に過大なトルクが作用するのを防止できる。また、重り９のみの簡単な構成の押圧手段によって、摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａの張力を一定に保つことができる。
【００２４】
尚、テンションプーリ６が、駆動プーリ２や被動プーリ３に対して移動不能に固定された固定プーリである場合には、ベルト４の初期張力を設定するためのプーリの位置、ベルト４の巻き付け角等のレイアウト、及び、ベルトの摩擦係数により最大有効張力が変化するため、設定が複雑になる。しかし、本実施形態のように、一定荷重Ｗが作用するテンションプーリ６が駆動プーリ２や被動プーリ３に対して移動可能であると、上述したような設定が非常に容易になる。
【００２５】
また、テンションプーリ６が固定プーリである場合には、被動プーリ３に対してベルト４がスリップしたときに、スリップ速度と共に摩擦係数が変化することにより、張り側部分４ａの張力が変化して、被動プーリ３に作用するトルクにも変化が生じる。しかし、本実施形態では、テンションプーリ６と重り９とを有する張力維持機構５によって、張り側部分４ａの張力が一定に維持されているために、被動プーリ３に対してベルト４がスリップしても、被動プーリ３に作用するトルクは変化しない。
【００２６】
また、本実施形態の動力伝達装置１は、摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａを一定張力に維持することにより、被動プーリ３に作用するトルクを制限する。ところで、従来から、動力伝達装置において、摩擦伝動ベルトの弛み側部分を一定張力に維持する構成は公知である。例えば、自動車用エンジンの動力をオルタネータやエアコン用圧縮機等の補機に伝達する補機駆動装置に設けられ、ベルトの弛み側部分の張力を一定に維持することによりベルトの弛みを防止する、オートテンショナーが知られている。
【００２７】
しかし、このように摩擦伝動ベルト４の弛み側部分４ｂの張力が一定に維持されても、張り側部分４ａの張力はその影響を受けず、張り側部分４ａの張力は、駆動プーリ２のトルクによって決定される。つまり、駆動プーリ２の駆動トルクが大きければ大きいほど張り側部分４ａの張力が大きくなり、被動プーリ３を回転させる力となる、最大有効張力Ｔｅに制限がかからない。従って、駆動装置に連結された駆動プーリ２に過大なトルクが発生したときには、そのトルクは、何ら制限されることなく張り側部分４ａを介して被動プーリ３に伝達されてしまう。このように、摩擦伝動ベルト４の弛み側部分４ｂの張力を一定に維持しても、張り側部分４ｂの張力を一定に維持する場合とは違って、被動プーリ３に作用するトルクを制限するという作用・効果は得られない。
【００２８】
次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。
【００２９】
摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａの張力を一定に維持する張力維持機構５は、図１の構成には限られず、それ以外の構成のものを採用することが可能である。
【００３０】
例えば、図３に示すように、摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａに外側（上側）からテンションプーリ６が接触し、このテンションプーリ６から重り９が吊り下げられた構成であってもよい。この場合、重り９の荷重Ｗによってテンションプーリ６がベルト４に押し付けられ、摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａが押し下げられることによって、張り側部分４ａに一定張力Ｔ０が付与される。
【００３１】
また、テンションプーリ６を摩擦伝動ベルト４に押し付ける押圧手段として、重り９の代わりにバネを用いることも可能である。例えば、図４に示すように、摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａに内側（下側）から接触するテンションプーリ６にバネ１１が接続され、テンションプーリ６がバネ１１を介して固定壁に吊り下げられている。そして、このバネ１１のバネ力Ｗによってテンションプーリ６がベルト４に押し付けられるとともに、ベルト４が引き上げられてもよい。あるいは、図５に示すように、摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａに外側（上側）から接触するテンションプーリ６にバネ１１の一端が接続され、このバネ１１の他端は固定壁に接続されている。そして、このバネ１１のバネ力Ｗによってテンションプーリ６がベルト４に押し付けられ、ベルト４が押し下げられてもよい。このように、バネ１１のみの簡単な構成の押圧手段によっても、摩擦伝動ベルト４の張り側部分４ａの張力を一定に保つことができる。
【００３２】
また、動力伝達装置１が、駆動装置の動力を複数の被駆動装置に伝達するものであってもよい。即ち、動力伝達装置１が、複数の被駆動装置にそれぞれ連結された複数の被動プーリ３を備えており、駆動プーリ２と複数の被動プーリ３にわたって摩擦伝動ベルト４が懸架されていてもよい。
【００３３】
（実施例）
次に、本発明の効果を実験により検証した。
【００３４】
［実験条件］
実験に使用した動力伝達装置のレイアウトを図６に示す。駆動プーリ２と被動プーリ３とテンションプーリ６にわたって摩擦伝動ベルト４が懸架されており、駆動プーリ２は矢印の方向に回転駆動される。また、ベルト４の張り側部分４ａに接触するテンションプーリ６には荷重Ｗの重り９が吊り下げられており、この荷重Ｗによりテンションプーリ６はベルト４に押し付けられている。尚、他の諸条件は以下の通りである。
プーリ外径：駆動プーリ、被動プーリ、テンションプーリともに１２０ｍｍ
摩擦伝動ベルト：Ｖリブドベルト（５ｒｉｂ、周長１４３０ｍｍ）
角度α（テンションプーリへの巻き付け角の１／２）：２８°
荷重Ｗ：２８１Ｎ
１リブ当たりのベルト張り側部分の張力Ｔ０：５９．９Ｎ／ｒｉｂ
【００３５】
以上の条件下で、駆動プーリを一定回転数（５００ｒｐｍ）で回転させながら、被動プーリに作用するトルクを０から徐々に上げていくと、トルクの上昇と共にベルトと被動プーリとの間に滑りが生じ、従動プーリの回転数が低下していく。このときのトルクＴｒｑと被動プーリの半径Ｒから有効張力Ｔｅ（＝Ｔｒｑ／Ｒ）を求め、さらに、以下の式（５），（６）からスリップ率Ｓを求めた。
Ｓ＝１−Ｉ／Ｉ０・・・（５）
Ｉ＝Ｎｎ／Ｎｒ・・・（６）
但し、Ｉ：回転数比、Ｎｒ：駆動プーリの回転数（ｒｐｍ）、Ｎｎ：被動プーリの回転数（ｒｐｍ）、Ｉ０：トルク０のときの回転数比、である。
【００３６】
以上のようにして求めた被動プーリ上のスリップ率（％）と１リブ当たりの有効張力（Ｎ／ｒｉｂ）の関係を図７に示す。図７から、ベルトの有効張力が張り側部分の一定張力Ｔ０（図７に破線で示すライン）に近づくと、スリップ率が急激に大きくなり、ベルトが被動プーリ上で滑るため、有効張力が一定張力Ｔ０を超えることがない。つまり、被動プーリの負荷トルクが所定の限界トルクを超えない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る動力伝達装置の概略構成図である。
【図２】最大有効張力Ｔｅと巻き付け角θとの関係を、摩擦係数μを変えて示したグラフである。
【図３】変更形態に係る動力伝達装置の概略構成図である。
【図４】別の変更形態に係る動力伝達装置の概略構成図である。
【図５】さらに別の変更形態に係る動力伝達装置の概略構成図である。
【図６】実施例の動力伝達装置のレイアウトを概略的に示す図である。
【図７】実施例の被動プーリ上のスリップ率と１リブ当たりの有効張力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３８】
１  動力伝達装置
２  駆動プーリ
３  被動プーリ
４  摩擦伝動ベルト
４ａ  張り側部分
５  張力維持機構
６  テンションプーリ
９  重り
１１  バネ
【図１】
2009008204.tif 000003
【図２】
2009008204.tif 000004
【図３】
2009008204.tif 000005
【図４】
2009008204.tif 000006
【図５】
2009008204.tif 000007
【図６】
2009008204.tif 000008
【図７】
2009008204.tif 000009