JP2012145216A - プーリユニット - Google Patents

Abstract

【課題】一方向クラッチが配置される環状空間および、エンジン補機の内部空間の密封性を高めるプーリユニットを提供すること。
【解決手段】エンジン補機２０の回転軸２２に連結されるロータ軸２と前記ロータ軸２に対して同心状に配置され動力伝達用のベルト１６が掛巻されるプーリ３と、前記ロータ軸２と前期プーリ３との間の環状空間４に介装される一方向クラッチ５と前記一方向クラッチ５の片側または両側に配置される軸受部６、７または６および７を備えるプーリユニット１であって、前記プーリ３の前記エンジン補機２０側外径端部に前記エンジン補機２０のハウジング２１との間に非接触密封用の微小隙間９を形成する環状部材８を備える。さらに前記環状部材８は樹脂で形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プーリユニットに関し、特に自動車エンジンのクランクシャフトの回転をベルトを介して、オルタネータ等の補機の回転軸に伝達するためのプーリユニットに関する。

自動車エンジンに装着される各種の補機は、エンジンのクランクシャフトによりベルトを介して駆動されるようになっている。ここで、補機のうち、例えばオルタネータの場合、エンジンのクランクシャフトと同期回転するように連結していると、クランクシャフトの回転数が低下するとき、オルタネータの発電能力が低下する。

そこで、オルタネータ駆動用のプーリの回転軸部分に一方向クラッチを内蔵し、クランクシャフトの回転数が低下した時に、一方向クラッチによりクランクシャフトの回転数低下がオルタネータ軸に伝わらないようにすると共に、オルタネータの回転軸をその慣性力により継続させるようにして、発電効率を維持する技術がある。

この場合、オルタネータ駆動用のプーリと、オルタネータの回転軸に繋がるロータ軸との間に一方向クラッチを介装し、プーリとロータ軸との回転差に応じて、一方向クラッチをロック状態（動力伝達状態）とフリー状態（動力伝達遮断状態）とに切り替え、プーリとロータ軸との間で動力を伝達または遮断させる。ここで、プーリとロータ軸の間の環状空間において前記一方向クラッチの軸方向両側には、荷重を負担して回転を円滑化するための軸受部としての転動体が介装される。

通常、前記軸受部の軸方向外端にシールを取付け、このシールによって軸受部および一方向クラッチを外部に対して密封するようになっている。このシールは、その内周がロータ軸の外径に対して微小隙間を介して対向する非接触密封部または接触する接触密封部（以下リップ部と記す）を形成するようになっている。（特許文献１参照）

また、補機側のシールのリップ部は外部に露呈されているために、このリップ部に対して水が直接かかるようなことがあると、このリップ部から前述の環状空間に水が浸入し、一方向クラッチや軸受部の錆や潤滑不良が発生し、プーリユニットの寿命が低下する。そこで、リップ部に対して水が直接かかるようなことがないように、上記外側環体と補機ハウジングの間に非接触密封部を形成している。

しかしながら、図３に示すように、上述の従来の技術では、上記プーリの補機側側面と補機ハウジングの間に軽量化のための空間１００を形成している。このため、プーリの補機側側面の外径寸法が縮小されており、プーリと補機ハウジングの間の非接触密封部２０９の径方向の長さが短く、大量の水にさらされる条件下においては、十分な密封効果を得ることができない場合がある。

また、このような条件下においても、十分な密封効果を得るために、図４に示すように、補機ハウジングの形状を変更し、プーリ１０３と補機ハウジング１２１の間の非接触密封部を複雑な形状にして密封効果を高めた構造もある。（特許文献２参照）
しかし、通常は補機ハウジングの構造の変更は難しく、このような構造の適用は限定的である。

特開２００３−４１２２号公報 特開２００２−１３０４３２号公報

この発明の目的は、一方向クラッチが配置される環状空間および、エンジン補機の内部空間の密封性を高めるプーリユニットを提供することにある。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、エンジン補機の回転軸に連結されるロータ軸と前記ロータ軸に対して同心状に配置され動力伝達用のベルトが掛巻されるプーリと、前記ロータ軸と前期プーリの間との間の環状空間に介装される一方向クラッチと、前記一方向クラッチの片側又は両側に配置される軸受部とを備えるプーリユニットにおいて、前記プーリの外周面の前記エンジン補機側端部に前記エンジン補機のハウジングとの間に非接触密封用の微小隙間を形成する前記プーリと別体の環状部材を備えたことである。

上記構成によると、通常のプーリの補機側側面と補機ハウジングとの間に形成される微小隙間の密封効果に加え、前記環状部材と前記補機ハウジングとの間に形成される微小隙間による密封効果によって、十分な密封効果を得ることができる。

上記の課題を解決するため、請求項２に係る発明の構成上の特徴は、前記プーリ外周面は前記エンジン補機側において前記動力伝達用のベルトの掛巻部に対して縮径して形成されていることである。
本構成によれば、通常のプーリの補機側側面の面積が外周面の縮径によって縮小され、補機ハウジングとの間に形成される微小隙間の面積を極端に狭くできる。これにより、通常の密封効果が得られない構成であっても、前記環状部材と前記補機ハウジングとの間に形成される微小隙間の密封効果を高めることができる。

上記の課題を解決するため、請求項３に係る発明の構成上の特徴は、前記環状部材の外径部は前記補機本体の一部の径方向外方まで伸長して形成されていることである。
本構成によれば、前記環状部材と前記補機ハウジングとの間の非接触密封用の微小隙間は屈曲した断面の形状となり、密封効果はさらに高まる。

上記の課題を解決するため、請求項４に係る発明の構成上の特徴は、前記環状部材は樹脂で形成されていることである。
樹脂は射出成型等による複雑な形状の成型が可能であり、前記補機本体の前記環状部品に対峙する面が複雑な形状であっても、前記環状部品を前記補機ハウジングの形状に対応する屈曲した断面形状に成型することにより、対峙する全面について非接触密封用の微小隙間を形成することができる。また、高い弾性により、大きいしめしろの嵌合であっても圧入が可能である。さらに、金属にくらべはるかに密度が小さいため、軽量化も可能となる。

上記の課題を解決するため、請求項５に係る発明の構成上の特徴は、前記外側環体と前記環状部材は、前記外側環体の外周面と前記環状部材の内周面がしめしろを持った嵌合で係合されていることである。
本構成によれば、前記外側環体と前記環状部材との係合部に隙間をなくすことができる。これにより係合部に隙間は介在しないので、環状部材の反補機側から前記隙間を経由して前記外側環体の補機側側面と前記補機ハウジングとの間に水が浸入することはない。また、前記環状部材をプーリに容易に係合することができる。

上記の課題を解決するため、請求項６に係る発明の構成上の特徴は、前記外側環体の前記環状部材との係合部の軸方向の一方または両方に前記環状部材の軸方向移動防止用の半径方向外方への段部が形成されていることである。
本構成によれば、前記環状部材の突発的な外力による軸方向の移動によって、前記微小隙間が変化し、密封効果が損なわれることを防止できる。

本発明によれば、一方向クラッチを備えるプーリユニットにおいて、一方向クラッチが配置される環状空間および、エンジン補機の内部空間の密封性を高めるプーリユニットを提供することができる。

本発明の実施形態のプーリユニットの断面図である。 図１のプーリと環状部材の結合部の拡大断面図である。 従来のプーリユニットの断面図である。 従来のプーリユニットの断面図である。

本発明の実施形態を、以下図面を参照して説明する。本発明の実施の形態に係るプーリユニットは、エンジンの補機に付設されるもので、この補機と称されるものには、例えば自動車のオルタネータ、エアコンディショナー用コンプレッサ、ウォーターポンプ、冷却ファンなどがあるが、ここでは、本発明のプーリユニットをオルタネータに適用した実施形態を説明する。

図１は本発明の実施形態のプーリユニット１の断面図である。プーリユニット１は、エンジンの駆動部とオルタネータ２０の回転軸２２とを連結する部分に配置されるもので、このプーリユニット１は、オルタネータハウジング２１から側方に突出した回転軸２２の突出部に外嵌する中空のロータ軸２を有している。

また、このロータ軸２に対し、一方向クラッチ部５、玉軸受部６、およびころ軸受部７を介して、エンジンからの動力が伝達される動力伝達用のベルト（Ｖリブドベルト）１６を巻回するプーリ３を有している。そして、一方向クラッチ部５、玉軸受部６およびころ軸受部７により、プーリ３とロータ軸２とは互いに相対回転可能に構成されている。なお、前記プーリ３の外周面には、ベルト１６の内周面の凹凸が嵌合する波状の溝部３ａが形成されており、さらにオルタネータ側外周面には、環状部材８が外装されている。

前記一方向クラッチ部５は、プーリ３とロータ軸２とが対向する環状空間４の軸線方向中央位置に配置され、転動体としての複数のころ５ａを有し、一方向クラッチ部５の内輪軌道はロータ軸２の外周面で、外輪軌道はプーリ３の内周面とされる。また、一方向クラッチ部５は、ころ５ａを保持する合成樹脂製の環状の保持器５ｂ、前記ころ５ａを、図示しない楔状空間の狭い側（ロック側）へ付勢する機能を有する楕円形のコイルばね５ｃを有している。

前記玉軸受部６は、プーリ３のオルタネータ側内周面を外輪軌道面とし、ロータ軸２のオルタネータ側外周面を内輪軌道面とし、転動体としての玉６ａは保持器６ｂによって円周等配位置に保持されている。

前記ころ軸受部７は、プーリ３の反オルタネータ側内周面を外輪軌道面とし、ロータ軸２の反オルタネータ側外周面を内輪軌道面とし、転動体としてのころ７ａは保持器７ｂによって円周等配位置に保持されている。

そして、玉軸受部６およびころ軸受部７のそれぞれの軸線方向外側に、前記環状空間４をシールするシール部材１０が装着され、これらシール部材１０は、環状芯金１０ａとその外側に被着した弾性体１０ｂからなり、この弾性体１０ｂのラジアル方向一端側がプーリ３の内周面に固着され、他端側がシールリップとされてロータ軸２の外周面に接触する構成となっている。
さらにロータ軸２の外周面の反オルタネータ側端部には、プーリ３の反オルタネータ側内周面との間で泥水等が環状空間４の内部に侵入するのを防止するための環体１１が固着されている。

前記ロータ軸２の中心孔２ａの反オルタネータ側に、ロータ軸２を回転させるための工具（例えば六角レンチ）が嵌合する操作溝２ｂが形成され、また中心孔２ａの途中に、オルタネータの回転軸２２の途中に形成した雄ねじ部２２ａが螺合する雌ねじ部２ｃが形成されている。

次に、前記プーリ３の内周面は、オルタネータ側より反オルタネータ側に向けて、シール部材１０の固着部、玉軸受部６の外輪軌道面、一方向クラッチ部５の外輪軌道、ころ軸受部７の外輪軌道およびシール部材１０の固着部がそれぞれ形成されている。

また、前記プーリ３の外周面は、前記波状の溝部３ａのオルタネータ側に軽量化のための空間を形成するオルタネータ側外周面３ｂが寸法を縮小されて形成されている。

図２は図１の環状部材８およびプーリ３と環状部材８の結合部の拡大断面図である。
プーリ３には、オルタネータ側外周面３ｂより軸方向オルタネータ側に延在して嵌合部３ｃが形成されている。この嵌合部３ｃは環状部材８が嵌合されるためのものであり、軸方向長さｌ、オルタネータ側外周面３ｂの直径Ｄ１より小さい直径Ｄ２の環状溝である。環状部材８とさらに嵌合部３ｃより軸方向オルタネータ側に延在して直径がＤ３の半径方向外方への段部３ｄが形成されている。また、段部３ｄとオルタネータ側側面３ｅとの交点は側面３ｅ側の直径がＤ４で軸方向の幅が半径方向の幅より大きい面取り３ｆが形成されている。

環状部材８の素材は樹脂で、環状部材８の反オルタネータ側内周面にはプーリ３との嵌合部８ａが形成されている。嵌合部８ａの軸方向長さは前記プーリ３の嵌合部３ｃの軸方向長さｌより僅かに小さく、嵌合部８ａの内径ｄ１はプーリ３の嵌合部３ｃの直径Ｄ２に対し、しめしろをもつ寸法とされている。

前記環状部材８の嵌合部８ａと反オルタネータ側側面との交点は側面側の内径ｄ２がプーリ３のオルタネータ側外周面３ｂの直径Ｄ１より小さく、プーリ３のオルタネータ側端面の面取り３ｆの端面側直径Ｄ４より大きく、かつ、軸方向の幅が径方向の幅より大きい面取り８ｃが形成されている。

環状部材８の内周面は嵌合部８ａからオルタネータ側に向かって、内径ｄ３がプーリ３の段部３ｄの直径Ｄ２より大きい内周面８ｂとなってオルタネータ本体２１のプーリ側側面２１ａとの間隔が微小間隔δとなる位置まで軸方向に延在して形成されている。

環状部材８のオルタネータ側側面８ｄは内周面８ｂからオルタネータハウジング２１のプーリ側側面２１ａと微小間隔δを保って径方向外方に直径ｄ８の位置まで延在している。オルタネータ側側面８ｄの直径ｄ８の位置はオルタネータハウジング２１のプーリ側側面が軸方向プーリ側に凸状の円錐面２１ｂに変化する直径Ｄ２１と略等しい。
さらに環状部材８のオルタネータ側側面８ｄは直径ｄ８の位置からオルタネータ側側面８ｅに連なり上記オルタネータハウジング２１の円錐面２１ｂと間隔δを保って径方向外方にプーリ外径より大きい直径Ｄ８の外径面８ｆまでオルタネータハウジング２１の形状に沿って延在している。

ここで、環状部材８のオルタネータ側側面８ｄおよび８ｅと、オルタネータ本体２１のプーリ側側面２１ａおよび２１ｂの間で内径がｄ３で外径がＤ８、間隔がδかつ直径ｄ８（Ｄ２１）の位置より径方向外方ではオルタネータ本体２１の傾斜に沿って径方向外方に位置する被接触密封用の微小隙間９が形成される。

本実施形態によると、軽量化のため、プーリ端部の外径が縮小され、プーリ３オルタネータ本体２１の非接触密封部の径方向の長さが短かく、通常十分な密封効果を得ることができない構成においても、環状部材８のオルタネータ側側面８ｄおよび８ｅと、オルタネータ本体２１のプーリ側側面２１ａおよび２１ｂの間に半径方向に長く、かつ断面が屈曲した非接触密封用の微小隙間９が形成されているため、優れた密封効果が得られ、大量の水にさらされる条件においても、プーリユニット１の環状空間４やオルタネータ２０の内部空間への水の浸入が防止され、プーリユニット１およびオルタネータ２０の寿命を延長することが可能となる。

本実施形態によると環状部材８は素材が樹脂で形成されているため、射出成型等による複雑な形状の成型が可能であり、オルタネータハウジング２１のプーリ側端面２１ａ、２１ｂが複雑な形状であっても、環状部品８をオルタネータハウジング２１の形状に対応する形状に成型することにより、対峙する全面について非接触密封用の微小隙間９を形成することができ、優れた密封効果を得ることができる。

また、本実施形態によると環状部材８は素材が金属にくらべはるかに密度が小さい樹脂で形成されているため、軽量化が可能となる。
また、環状部材８は素材が樹脂で形成されているため、弾性が大きく、大きなしめしろであっても容易に圧入できる。

また、本実施形態によると環状部材８の内周面８ａとプーリ３の外周面３ｃとは、しめしろを持った嵌合で係合されており、嵌合による係合によって係合部の隙間をなくすことができる。係合部に隙間が介在しないので、環状部材８の反オルタネータ側から係合部の隙間を経由して外側環体８のオルタネータ側側面とオルタネータ本体２１との間に水が浸入することはない

さらに、環状部材８の嵌合部８ａの反オルタネータ側端部の面取り８ｃの端部の直径ｄ２はプーリ３の段部３ｄのオルタネータ側端部の面取り３ｆの端部の直径Ｄ４より大きいため、環状部材８を前記面取り８ｃを先にプーリ３にオルタネータ側から圧入を始めると、前記面取り８ｃの斜面部がプーリ３の面取り３ｆの斜面部外方に接し、斜面間ですべり始めるため、容易に圧入することができる。

また、本実施形態によるとはプーリ３の嵌合部３ｃの軸方向両側の直径すなわち、外周面３ｂの直径Ｄ１および、段部３ｄの直径Ｄ３は環状部材８のプーリ３との嵌合部８ａの直径ｄ１より大きく、環状部材８の軸方向の位置は外周面３ｂおよび段部３ｄに制限されるため、環状部材８の圧入時、および使用時において、環状部材８のオルタネータ側側面８ｄとオルタネータハウジング２１との間隔δが変化しない。また、いったん嵌合部３ｃに圧入された環状部材８は突発的な力が作用してもプーリ３から脱落することはない。

本実施形態はプーリ３とロータ軸２との間に一方向クラッチ部と玉軸受部ところ軸受部が介在する構成であるが、本発明ではプーリ３とロータ軸２との間に一方向クラッチ部と玉軸受部が介在する構成や、一方向クラッチ部ところ軸受部が介在する構成であってもよい。

本実施形態では環状部材８は素材が樹脂で形成されているが、環状部材はプレス成型された金属板で形成されてもよい。

１ ‥ プーリユニット
２ ‥ ロータ軸
３ ‥ プーリ
３ｃ ‥ 嵌合部外径
３ｄ ‥ 段部
４ ‥ 環状空間
５ ‥ 一方向クラッチ部
６ ‥ 玉軸受部
７ ‥ ころ軸受部
８ ‥ 環状部材
８ａ ‥ 嵌合部内径
９ ‥ 微小隙間
１０ ‥ シール
１６ ‥ ベルト
２０ ‥ オルタネータ（補機）
２１ ‥ オルタネータハウジング（補機ハウジング）
２２ ‥ 回転軸

Claims (6)

1. エンジン補機の回転軸に連結されるロータ軸と前記ロータ軸に対して同心状に配置され動力伝達用のベルトが掛巻されるプーリと、前記ロータ軸と前期プーリとの間の環状空間に介装される一方向クラッチと、前記一方向クラッチの片側又は両側に配置される軸受部とを備えるプーリユニットにおいて、前記プーリの外周面の前記エンジン補機側端部に前記エンジン補機のハウジングとの間に非接触密封用の微小隙間を形成する前記プーリと別体の環状部材を備えたことを特徴とするプーリユニット。
2. 前記プーリ外径部は前記エンジン補機側において前記動力伝達用のベルトの掛巻部に対して縮径して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプーリユニット。
3. 前記環状部材の外径部は前記エンジン補機ハウジングの形状に沿って径方向外方まで伸長して形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプーリユニット。
4. 前記環状部材は樹脂で形成されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載のプーリユニット。
5. 前記プーリと前記環状部材は、前記プーリの外周面の一部と前記環状部材の内周面の一部がしめしろを持った嵌合で係合されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のプーリユニット。
6. 前記プーリの前記環状部材との係合部の軸方向の一方または両方に、前記環状部材の軸方向移動防止用の半径方向外方への段部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のプーリユニット。

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