JP2018076902A - プーリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】補機側プーリの構成の自由度を高めるとともに、遠心クラッチ部の制御性を高めることが可能なプーリ装置を提供する。【解決手段】エンジンのクランクシャフトにクランクシャフトと同軸で配置され、オルタネータを含む補機に駆動力を伝達するベルトと連結されるプーリ部を有するプーリ装置であって、クランクシャフトに入力部材を介して接続され、プーリ装置内に配置された遊星歯車機構と、遊星歯車機構とプーリ部との接続状態を切り換える２つのクラッチ部を含む遠心クラッチ部と、を有し、２つのクラッチ部の切り換えにより、入力部材の回転数よりもプーリ部の回転数を大きくする増速モードと、入力部材の回転数とプーリ部の回転数とを一致させる等速モードとを有し、遠心クラッチ部の回転数は、入力部材の回転数よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、プーリ装置に関する。

下記特許文献１には、自動車等のエンジンのクランクシャフトからオルタネータ等の補機に回転駆動力を伝達するためのプーリ装置が記載されている。特許文献１のプーリユニットは、補機回転軸に取り付けられたプーリと、このプーリと補機回転軸との間に設けられた回転調整機構を有している。回転調整機構は、遊星機構と一方向クラッチを含む増速伝達機構と、遠心クラッチを含む等速結合機構とを備えており、プーリの回転数が所定レベルより小さい低速回転領域において、プーリの回転が増速して補機回転軸に伝達される。

また、内燃機関では、スムーズな始動と効率的な発電のためにスタータモータと発電機とを兼用するＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）の採用が増加している。ＩＳＧオルタネータを用いた場合、エンジンのクランクシャフトが駆動源となりＩＳＧオルタネータ等の補機が従動側になる場合と、ＩＳＧオルタネータが駆動源となりエンジンが従動側になる場合とが切り換えられる。

特開２００８−１８５０４９号公報

ＩＳＧオルタネータは、駆動時と従動時とでトルクの大きさが異なるため、補機側のプーリ内部に制振機能を追加する場合がある。特許文献１のプーリユニットは、補機側プーリに変速機構が設けられているので補機側のプーリ内部に制振機能を追加することが困難な場合がある。また、遠心クラッチ部は、プーリに入力される回転数と等速で回転するため、錘などの機構を大きくし遠心力を大きくしなければならない可能性がある。

本発明は、補機側のプーリ装置の構成の自由度を高めるとともに、遠心クラッチ部の制御性を向上させることが可能なプーリ装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るプーリ装置は、エンジンのクランクシャフトに前記クランクシャフトと同軸で配置され、オルタネータを含む補機に駆動力を伝達するベルトと連結されるプーリ部を有するプーリ装置であって、前記クランクシャフトに入力部材を介して接続され、前記プーリ装置の内部に配置された遊星歯車機構と、前記遊星歯車機構と前記プーリ部との接続状態を切り換える２つのクラッチ部を含む遠心クラッチ部と、を有し、前記２つのクラッチ部の切り換えにより、前記入力部材の回転数よりも前記プーリ部の回転数を大きくする増速モードと、前記入力部材の回転数と前記プーリ部の回転数とを一致させる等速モードとを有し、前記遠心クラッチ部の回転数は、前記入力部材の回転数よりも大きい。

これによれば、増速モードにおいて入力部材の回転数よりも大きい回転数が補機側に伝達されるため、補機側のプーリ径を大きくすることができる。したがって、補機側のプーリ装置の内部に制振機能を追加する等、補機側のプーリ装置の構成の自由度を高めることができる。また、遠心クラッチ部の回転数が入力部材の回転数よりも大きくなるため、入力部材と等速で回転する場合に比べて遠心クラッチ部に生じる遠心力が大きくなる。したがって、遠心クラッチ部の錘を軽量化する等、制御性を向上させることができる。

本発明の一態様に係るプーリ装置において、前記遊星歯車機構は、サンギアと、前記サンギアと噛み合うピニオンギアと、前記ピニオンギアと噛み合うリングギアと、前記ピニオンギアが自転できるように、かつ、前記ピニオンギアが前記サンギアを中心に公転できるように前記ピニオンギアを保持するキャリアと、を有し、前記入力部材は、前記キャリアに接続され、前記遠心クラッチ部は、前記サンギアとともに回転する。これによれば、入力部材の回転数が遊星歯車機構の増速比に応じて増速され、増速された回転数がサンギアを介して遠心クラッチ部に伝達される。これにより、遠心クラッチ部の遠心力が大きくなるので、遠心クラッチ部の錘部を軽量化する等、制御性を向上させることができる。

本発明の一態様に係るプーリ装置において、前記２つのクラッチ部は、第１クラッチ部と、第２クラッチ部とを含み、前記増速モードにおいて、前記第１クラッチ部は前記サンギアと前記プーリ部とを締結し、前記第２クラッチ部は前記キャリアと前記プーリ部との接続を解除し、前記等速モードにおいて、前記第１クラッチ部は前記サンギアと前記プーリ部との接続を解除し、前記第２クラッチ部は前記キャリアと前記プーリ部とを締結する。これによれば、増速モードにおいて、入力部材からキャリアに入力された回転数が、遊星歯車機構により増速されて、サンギアからプーリ部に出力される。また、等速モードにおいて、入力部材からキャリアに入力された回転数が、遊星歯車機構により変速されず、等速でプーリ部に出力される。このように、２つのクラッチ部により、プーリ部と遊星歯車機構との接続状態が切り換えられることで、増速モードと等速モードとを実現することができる。

本発明によれば、補機側のプーリ装置の構成の自由度を高めるとともに、遠心クラッチ部の制御性を向上させることが可能なプーリ装置を提供することができる。

図１は、補機の駆動構造を模式的に示す図である。 図２は、実施形態に係るプーリ装置の構成を示す説明図である。 図３は、遊星歯車機構の構成の一例を示す断面図である。 図４は、増速モードにおけるプーリ装置の動作を説明する説明図である。 図５は、等速モードにおけるプーリ装置の動作を説明する説明図である。 図６は、第１クラッチ部及び第２クラッチ部の締結と解放との切り換えを示す表である。 図７は、プーリ部の回転数と、エンジン回転数との関係を模式的に示すグラフである。 図８は、オルタネータ回転数と出力電流との関係を説明するためのグラフである。 図９は、遠心クラッチ部の一例を示し、増速モードの動作を説明する断面図である。 図１０は、遠心クラッチ部の一例を示し、等速モードの動作を説明する断面図である。 図１１は、遠心クラッチ部による、増速モードの切り換え動作を説明する説明図である。 図１２は、遠心クラッチ部による、等速モードの切り換え動作を説明する説明図である。 図１３は、補機のプーリ装置の制振構造の一例を示す断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、補機の駆動構造を模式的に示す図である。プーリ装置１０は、自動車等のエンジン１０８（図１では省略して示す）の回転軸（クランクシャフト）に接続されて、エンジン１０８の回転駆動力をオルタネータ等の補機に伝達する。各補機には、パワーステアリングプーリ部１０１、オルタネータプーリ部１０２、ウォータポンププーリ部１０４、エアコンプレッサプーリ部１０６等が設けられている。エンジン１０８の回転力はベルトＢを介して各補機に伝達される。テンショナープーリ部１０３は、ベルトＢを押して張力を与えることで、エンジン１０８の回転力を各補機に確実に伝達するために設けられている。

ＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）オルタネータを用いた場合、ＩＧＳオルタネータは、オルタネータプーリ部１０２に伝達されたエンジン１０８の回転駆動力を用いて発電を行うとともに、発進時には、バッテリーからの電力によってオルタネータプーリ部１０２を回転させ、車両の走行をアシストする。すなわち、エンジン１０８のクランクシャフトに接続されたプーリ装置１０が駆動源となり、オルタネータプーリ部１０２が従動側になる場合と、オルタネータプーリ部１０２が駆動源となりプーリ装置１０が従動側になる場合とが切り換えられる。このように、駆動源が切り換わることにより、プーリ装置１０に伝達されるトルクの方向が反転することとなる。

図２は、実施形態に係るプーリ装置の構成を示す説明図である。図２に示すように本実施形態のプーリ装置１０は、プーリ部１２と、遊星歯車機構２０と、遠心クラッチ部３０とを備える。入力部材１４はエンジン１０８のクランクシャフト（図示しない）と接続された軸部材である。エンジン１０８からの回転力は、入力部材１４を介して遊星歯車機構２０に伝達される。遊星歯車機構２０は、入力部材１４とプーリ部１２との間で回転力を伝達する。

遠心クラッチ部３０は、第１クラッチ部４１と第２クラッチ部４２を含む。遠心クラッチ部３０は、遊星歯車機構２０から伝達された回転力により回転可能に設けられており、遠心力に応じて第１クラッチ部４１及び第２クラッチ部４２のそれぞれの締結と解放とが切り換えられる。第１クラッチ部４１と第２クラッチ部４２とにより、プーリ部１２と遊星歯車機構２０との接続状態を切り換えることで、プーリ装置１０の増速モードと等速モードとが切り換えられる。

プーリ部１２は、遠心クラッチ部３０に接続され、ベルトＢ（図１参照）を介してエンジン１０８からの回転力を増速、又は等速でオルタネータプーリ部１０２等の補機に伝達する。又は、プーリ部１２は、補機からの回転力をエンジン１０８に伝達する。

なお、クランクシャフトと入力部材１４との締結と解放とを切り換えるための電磁クラッチ部９５が設けられていてもよい。エンジン１０８の駆動時には電磁クラッチ部９５が締結され、エンジン１０８の回転力が入力部材１４に伝達される。例えばエンジン１０８の停止時には、電磁クラッチ部９５が解放され、プーリ装置１０は、オルタネータの駆動力を他の補機に伝達するために動作する。これにより、エアコンプレッサ等の補機をオルタネータの駆動力によって単独で運転させることができる。

次に図２及び図３を参照しつつ、遊星歯車機構２０の構成について説明する。図３は、遊星歯車機構の構成の一例を示す断面図である。図２に示すように、遊星歯車機構２０は、サンギア２１と、ピニオンギア２２と、第１キャリア２３と、第２キャリア２４と、リングギア２５とを含む。サンギア２１は、中心軸Ｃを中心に回転する。サンギア２１には軸部材１５が接続されており、サンギア２１の回転力は軸部材１５を介して遠心クラッチ部３０に伝達される。

ピニオンギア２２は、サンギア２１と噛み合う。図３に示すように、ピニオンギア２２は、サンギア２１の径方向の外周に複数設けられている。図３では、４つのピニオンギア２２が設けられているが、これに限定されず、２つ、３つ、又は、５つ以上であってもよい。

図２に示す第１キャリア２３及び第２キャリア２４は、ピニオンギア２２がピニオン中心軸Ｃｐ１を中心に回転（自転）できるようにピニオンギア２２を保持する。ピニオン中心軸Ｃｐ１は、例えば中心軸Ｃと平行である。第１キャリア２３及び第２キャリア２４は、中心軸Ｃを中心に回転（自転）できるように設けられている。このような構造により、ピニオンギア２２は、サンギア２１を中心に、すなわち中心軸Ｃを中心に公転できるように第１キャリア２３及び第２キャリア２４に保持される。なお、第１キャリア２３及び第２キャリア２４は、ピン２７（図３参照）を介して各ピニオンギア２２と連結される。

本実施形態において、第２キャリア２４は、入力部材１４に連結され、入力部材１４とともに回転（自転）する。第１キャリア２３は、ピニオンギア２２と遠心クラッチ部３０とを連結する。

図３に示すように、リングギア２５は、複数のピニオンギア２２を囲む円筒状の部材であり、内周面に設けられた内歯車がピニオンギア２２と噛み合う。さらに、リングギア２５の径方向外側には、プーリ部１２に回転力を伝達する外輪６６が設けられている。図２に示すように、リングギア２５はエンジン１０８のケース９０に直接、又は間接に固定されており、入力部材１４の回転に伴って回転しない。なお、ケース９０は、エンジン１０８のケースやシリンダブロックである。ケース９０は、これに限られず、入力部材１４等の回転に伴って回転しない固定された固定部であればよく、例えば、プーリ装置１０のケースであってもよい。

以上のような構成により、エンジン１０８の回転力が入力部材１４に入力されると、第２キャリア２４は、中心軸Ｃを中心に、エンジン１０８の回転数と等速で回転する。ピニオンギア２２は、第２キャリア２４の回転に伴って、ピニオン中心軸Ｃｐ１を中心に回転（自転）しながら、中心軸Ｃを中心に回転（公転）する。サンギア２１は、ピニオンギア２２の回転に伴って中心軸Ｃを中心に回転する。サンギア２１の回転数は、遊星歯車機構２０の増速比に応じて、入力部材１４の回転数よりも増速される。サンギア２１に接続された軸部材１５は、入力部材１４の回転数よりも増速された回転数を遠心クラッチ部３０に伝達可能になっている。また、第１キャリア２３は、入力部材１４の回転数と一致した回転数を遠心クラッチ部３０に伝達可能になっている。

図２に示すように、遠心クラッチ部３０は、遊星歯車機構２０とプーリ部１２との間に配置される。遠心クラッチ部３０は、軸部材１５に接続されており、サンギア２１の回転数と等速の回転数で回転する。すなわち、遠心クラッチ部３０の回転数は、入力部材１４の回転数よりも増速された回転数で回転する。遠心クラッチ部３０は、錘部３１と、可動部３９と、第１クラッチ部４１と、第２クラッチ部４２と、第１付勢部材５５と、軸受５０とを含む。

錘部３１は、軸部材１５に連結され、軸部材１５とともに中心軸Ｃを中心に回転する。錘部３１は、軸部材１５の回転数に応じて、すなわち、錘部３１に生じる遠心力に応じて、軸部材１５の径方向に移動可能となっている。錘部３１は、所定の回転数よりも小さい場合に径方向内側に配置され、所定の回転数以上の場合に径方向外側に移動する。

可動部３９は、例えば、錘部３１の径方向外側に配置されている。可動部３９は、軸部材１５の軸方向に沿って移動可能に設けられた部材であり、錘部３１の径方向の移動に伴って軸方向に移動する。さらに、軸部材１５の端部には板状の支持部材１７が設けられている。支持部材１７は、可動部３９を軸方向に支持するために設けられている。可動部３９と支持部材１７との間に第１付勢部材５５及び軸受５０が設けられている。第１付勢部材５５は圧縮ばねである。可動部３９は、第１付勢部材５５により軸方向前側（遊星歯車機構２０側）に押し付けられる付勢力が加えられている。錘部３１に生じる遠心力を軸方向に変換した力が、第１付勢部材５５の付勢力以上に大きくなると、可動部３９は軸方向後側（支持部材１７側）に移動する。錘部３１に生じる遠心力を軸方向に変換した力が、第１付勢部材５５の付勢力よりも小さくなると、可動部３９は軸方向前側に移動する。

ここで、第１付勢部材５５は例えばリングばね等が用いられる。軸受５０は、第１付勢部材５５の付勢力を可動部３９に伝達しつつ、可動部３９を回転可能に支持する。軸受５０は、スラスト軸受等の公知のものを用いることができる。

図２に示すように、可動部３９の径方向外側に内輪３５が連結されており、可動部３９及び内輪３５は、中心軸Ｃを中心に回転可能となっている。内輪３５の径方向外側には、外輪６６が設けられている。内輪３５の外周面と外輪６６の内周面との、いずれか一方には、スプライン溝が設けられており、他方には、スプライン溝と噛み合う歯車が設けられている。これにより、内輪３５は、外輪６６に対して軸方向に移動可能になっており、かつ、外輪６６は、内輪３５とともに回転して入力部材１４に入力された回転力をプーリ部１２に伝達することができる。

第１クラッチ部４１は、可動部３９と支持部材１７との間に設けられており、プーリ部１２とサンギア２１との間の締結と解放とを切り換えることができる。また、第２クラッチ部４２は、可動部３９と第１キャリア２３との間に設けられており、プーリ部１２と第２キャリア２４（入力部材１４）との間の締結と解放とを切り換えることができる。

第１クラッチ部４１及び第２クラッチ部４２は、例えば、摩擦板等の摩擦結合部を含み、摩擦力により遊星歯車機構２０とプーリ部１２との接続状態を切り換えることができる。この場合、第１クラッチ部４１及び第２クラッチ部４２は、トルクの方向によらず締結と解放とが切り換えられる。したがって、本実施形態のプーリ装置１０は、トルクの方向が反転した場合であっても、プーリ部１２を介してエンジン１０８の回転力を補機側に伝達し、又は、プーリ部１２を介して補機側の回転力をエンジン１０８側に伝達することができる。

次に、図４から図８を参照しつつ、プーリ装置１０の動作について説明する。図４は、増速モードにおけるプーリ装置の動作を説明する説明図である。図５は、等速モードにおけるプーリ装置の動作を説明する説明図である。図６は、第１クラッチ部及び第２クラッチ部の締結と解放との切り換えを示す表である。なお、図４及び図５では、中心軸Ｃに対して径方向の一方のみ図示している。

図６に示すように、本実施形態のプーリ装置１０は、増速モードと等速モードとを切り換えて動作することができる。増速モードでは、入力部材１４の回転数が、増速で、すなわち入力部材１４の回転数よりも大きい回転数でプーリ部１２に伝達される。等速モードでは、入力部材１４の回転数が、等速で、すなわち入力部材１４の回転数と一致した回転数でプーリ部１２に伝達される。

図４に示すように、増速モードＭ１では、エンジン１０８の回転数が所定の回転数よりも小さい場合に、錘部３１の遠心力を軸方向に変換した力よりも、第１付勢部材５５による付勢力が大きくなるように錘部３１及び第１付勢部材５５が設定されている。このため、錘部３１は矢印Ｄｒ１に示す径方向内側に移動し、軸部材１５側に位置する。可動部３９及び内輪３５は、第１付勢部材５５の付勢力により矢印Ｄａ１に示す軸方向前側（遊星歯車機構２０側）に移動する。これにより、第１クラッチ部４１が締結され、第２クラッチ部４２が解放される（図６参照）。

第１クラッチ部４１が締結されることにより、軸部材１５と可動部３９とが連結される。また、第２クラッチ部４２が解放されることにより第１キャリア２３と可動部３９との間が切り離される。したがって、入力部材１４の回転数は、第２キャリア２４、ピニオンギア２２及びサンギア２１を介して、遊星歯車機構２０の増速比に応じて増速されて、軸部材１５に伝達される。つまり、増速モードＭ１では、第２キャリア２４が入力であり、サンギア２１が出力となる。そして、入力部材１４の回転数よりも増速された回転数は、軸部材１５、支持部材１７、第１クラッチ部４１、可動部３９、内輪３５及び外輪６６を介してプーリ部１２に出力される。

ここで、遊星歯車機構２０の増速比とは、遊星歯車機構２０の入力である第２キャリア２４と、出力であるサンギア２１との回転比である。ここで、サンギア２１の歯数をｚ１とし、リングギア２５の歯数をｚ２とし、サンギア２１の歯数ｚ１とリングギア２５の歯数ｚ２との比をｉ（＝ｚ２／ｚ１）とする。この場合、リングギア２５が固定されているため、サンギア２１の回転数は、入力部材１４の回転数の（１＋ｉ）倍となる。例えば、ｉ＝２とすると、サンギア２１の回転数は、入力部材１４の回転数の３倍となる。つまり、プーリ部１２の回転数は、入力部材１４の回転数の３倍に増速される。なお、遊星歯車機構２０の増速比は、あくまで一例であり、適宜変更することができる。

図５に示すように、等速モードＭ２では、エンジン１０８の回転数が所定の回転数以上の場合に、錘部３１の遠心力を軸方向に変換した力が、第１付勢部材５５による付勢力よりも大きくなるように錘部３１及び第１付勢部材５５が設定されている。錘部３１は、遠心力により矢印Ｄｒ２に示す軸部材１５の径方向外側に移動する。可動部３９及び内輪３５は、錘部３１の遠心力により、矢印Ｄａ２に示す軸方向後側（支持部材１７側）に移動する。これにより、第１クラッチ部４１が解放され、第２クラッチ部４２が締結される（図６参照）。

第１クラッチ部４１が解放されることにより、軸部材１５と可動部３９とが切り離される。また、第２クラッチ部４２が締結されることにより、第１キャリア２３と可動部３９とが連結される。第１クラッチ部４１が解放されているため、サンギア２１は、第１キャリア２３から伝達される回転力に対する反力を受けることができず、入力部材１４の回転数をプーリ部１２に伝達する際に邪魔にならない。つまり、遊星歯車機構２０の増速機構が動作せず、入力部材１４の回転数は、第２キャリア２４、第１キャリア２３、第２クラッチ部４２、可動部３９、内輪３５及び外輪６６を介して、等速でプーリ部１２に伝達される。

なお、等速モードＭ２においても、軸部材１５は、遊星歯車機構２０の増速比に応じて、入力部材１４の回転数よりも増速された回転数で回転する。すなわち、遠心クラッチ部３０の錘部３１は、常に入力部材１４の回転数よりも増速された回転数で回転する。したがって、遠心クラッチ部３０を入力部材１４に連結した場合に比べて大きな遠心力が得られるので、錘部３１等の軽量化を図ることができる。

図７は、プーリ部の回転数と、エンジン回転数との関係を模式的に示すグラフである。図８は、オルタネータ回転数と出力電流との関係を説明するためのグラフである。図７のグラフ１に示す太線Ｒｐ１は、本実施形態のプーリ装置１０のプーリ部１２から補機側に出力される回転数を示す。図７に示す細線Ｒｐ０は、従来例のプーリ装置を用いた場合、すなわち、回転数の切り換え機構が設けられていない等速モードのみのプーリ装置において、プーリ部から補機側に出力される回転数である。

本実施形態のプーリ装置１０は、上述のように増速モードＭ１と等速モードＭ２とを切り換え可能である。図７に示すように、エンジン１０８の回転数が所定の回転数Ｒｓ（例えば２０００（１／ｍｉｎ））よりも小さい低回転時には、プーリ装置１０は上述の増速モードＭ１で動作する。図７に示す例では、プーリ部１２の回転数（太線Ｒｐ１）は、エンジン回転数の３倍に増速されている。

エンジン１０８の回転数が、所定の回転数Ｒｓ（例えば２０００（１／ｍｉｎ））以上の高回転時には、プーリ装置１０は上述の等速モードＭ２で動作し、プーリ部１２の回転数（太線Ｒｐ１）は、エンジン回転数と等速の回転数となる。従来例のプーリ装置では、エンジン１０８の回転数が低回転時、高回転時のいずれにおいても、プーリ部の回転数（細線Ｒｐ０）は、エンジン回転数と等速の回転数となる。

従来例の増速機構を設けていないプーリ装置では、プーリ部の直径Ｄ１に対して、オルタネータプーリ部１０２（図１参照）の直径Ｄ２との比（Ｄ１／Ｄ２）により、プーリ部の回転数を増速させて補機に入力することとなる。例えば、プーリ部の直径Ｄ１と、オルタネータプーリ部１０２の直径Ｄ２との比（Ｄ１／Ｄ２）を、２．３以上、２．５以下程度とすることができる。プーリ部の直径Ｄ１が１５０ｍｍであり、オルタネータプーリ部１０２の直径Ｄ２が６０ｍｍである場合、Ｄ１／Ｄ２＝２．５となり、プーリ部の回転数に対して、２．５倍の回転数でオルタネータプーリ部１０２が回転する。この場合、オルタネータプーリ部１０２のプーリ径の大きさに制約があるため、補機側に制振機能等を追加することが困難になる場合がある。

また、直径Ｄ１と直径Ｄ２との比（Ｄ１／Ｄ２）により増速する機構の場合、エンジン回転数が、例えば３０００（１／ｍｉｎ）以上の高回転時においても、オルタネータプーリ部１０２の回転は、エンジン回転数の２．５倍に比例して増加する。

しかし、図８のグラフ２に示すように、オルタネータの回転数が所定の回転数Ｒｓｏ（例えば３０００（１／ｍｉｎ））よりも大きくなると、オルタネータの出力電流の傾きが緩やかになる。３５００（１／ｍｉｎ）よりも大きい領域では、オルタネータの回転数の増加に対して出力電流の増加は小さくなっている。また、一般的にオルタネータは、エンジン回転数が例えば１２００（１／ｍｉｎ）程度で、必要とされる発電能力が得られるように設計されている。すなわち、エンジンの高回転時では、プーリ装置及びオルタネータプーリ部１０２は必要以上の回転数を補機に伝達している可能性がある。

本実施形態のプーリ装置１０は、エンジン１０８の回転数が所定の回転数Ｒｓよりも小さい回転数の場合に、オルタネータ等の補機に伝達される回転数を増速させることができる。よって、オルタネータプーリ部１０２のプーリ径をプーリ装置１０のプーリ径に近い大きさ（実質的に等速となるプーリ径）とすることができる。したがって、オルタネータプーリ部１０２等の補機側のプーリ径の大きさの制約が小さくなるので、補機側に制振機能を追加する等、高機能化が可能となる。また、本実施形態のプーリ装置１０は、エンジン１０８の回転数が所定の回転数Ｒｓ以上の回転数の場合に、オルタネータ等の補機に伝達される回転数を等速にすることができる。したがって、必要以上の回転数で補機が駆動されることを抑制することができ、燃費の向上や長寿命化が可能である。

また、本実施形態では、錘部３１の遠心力と、第１付勢部材５５の付勢力とで、増速モードＭ１と等速モードＭ２との切り換えが可能となっている。本実施形態では、上述のように、遠心クラッチ部３０はサンギア２１に連結されているので、遠心クラッチ部３０の錘部３１は常に入力部材１４の回転数よりも増速された回転数で回転する。したがって、遠心クラッチ部３０の遠心力を増大できるため、錘部３１を軽量にすることができ、遠心クラッチ部３０の制御性を向上させることができる。

遠心クラッチ部３０は、遠心力を利用して増速モードＭ１と等速モードＭ２とを切り換えることができるので、切り換え駆動を行うための電源や油圧系統をプーリ装置１０に設ける必要がなく、簡便な構成とすることができる。さらに、プーリ装置１０は一方向クラッチが用いられていないため、エンジン１０８が駆動側になった場合であっても、オルタネータ等の補機側が駆動側になった場合であっても、回転力を従動側に伝達することができる。

次に遠心クラッチ部３０の構成の一例について説明する。図９は、遠心クラッチ部の一例を示し、増速モードの動作を説明する断面図である。図１０は、遠心クラッチ部の一例を示し、等速モードの動作を説明する断面図である。図１１は、遠心クラッチ部による、増速モードの切り換え動作を説明する説明図である。図１２は、遠心クラッチ部による、等速モードの切り換え動作を説明する説明図である。

図９及び図１０に示すように、遠心クラッチ部３０は、基部３６と、錘部３１と、可動部３９と、を含む。基部３６は、軸部材１５の外周に固定され、軸部材１５とともに回転する円板状の部材である。基部３６は、図２に示すサンギア２１と対向して、サンギア２１よりも軸方向後側（支持部材１７側）に設けられている。さらに、図１１及び図１２に示すように、基部３６は、第１キャリア２３の径方向の内側に設けられている。これにより、プーリ装置１０の軸方向の長さを小さくすることが可能である。

図９及び図１０に示すように、錘部３１は、軸部材１５と可動部３９との間に２つ配置されている。２つの錘部３１は、軸部材１５の外周に沿う湾曲した形状を有しており、中心軸Ｃを中心に点対称となるように配置されている。錘部３１は、一方の端部側において、支点３２で基部３６に固定され、支点３２を中心として回動可能となっている。錘部３１の他方の端部側に取付部３４ａを介して第２付勢部材３４が取り付けられている。第２付勢部材３４は、引張ばねである。２つの錘部３１は第２付勢部材３４により連結されて、互いに引き寄せあう方向に付勢されている。当接部３３は、支点３２から離れた位置、すなわち錘部３１の他方の端部側に設けられている。

入力部材１４（図２参照）が所定の回転数Ｒｓよりも小さい場合、すなわち、上述した増速モードＭ１の場合、図９に示すように、軸部材１５の回転力により生じる遠心力よりも、第２付勢部材３４の付勢力が大きくなるように、錘部３１及び第２付勢部材３４が調整されている。このため、錘部３１は、軸部材１５に接するように互いに引き寄せられ、可動部３９とは接触しない状態で回転する。若しくは、錘部３１は可動部３９が軸方向に移動しない程度の遠心力で、可動部３９と接触してもよい。

入力部材１４が所定の回転数Ｒｓ以上の場合、すなわち、上述した等速モードＭ２の場合、軸部材１５の回転力により生じる遠心力が第２付勢部材３４の付勢力よりも大きくなる。このため、図１０に示すように、錘部３１は、支点３２を中心として軸部材１５の径方向外側に移動する。そして、錘部３１に設けられた当接部３３が、可動部３９の傾斜面３９ａに当接する。これにより、可動部３９は軸方向に移動する。

図１１に示すように、錘部３１は、基部３６の、支持部材１７と対向する面に取り付けられている。錘部３１には、球状の当接部３３が設けられている。当接部３３は、錘部３１の支持部材１７と対向する面から突出するように設けられており、錘部３１が径方向の外側に移動したときに当接部３３が可動部３９と当接する。

図１１及び図１２に示すように、可動部３９は、錘部３１よりも径方向外側に設けられた円環状の部材である。可動部３９は、軸方向において、支持部材１７と第１キャリア２３との間に設けられている。可動部３９の径方向外側には、内輪３５が連結されている。外輪６６の内周面には、内輪３５の外周面と噛み合うスプライン溝が設けられている。これにより、内輪３５は、外輪６６と連結して周方向に回転するとともに、可動部３９の移動とともに軸方向に移動可能となっている。

可動部３９の内周面、すなわち軸部材１５と対向する面は、軸方向に対して傾斜する傾斜面３９ａが設けられている。この傾斜面３９ａに錘部３１の当接部３３が当接することにより、錘部３１の遠心力による径方向の力が軸方向に変換されて、可動部３９が軸方向後側に移動する。また、可動部３９と支持部材１７との間には、第１付勢部材５５及び軸受５０が設けられている。第１付勢部材５５は、可動部３９を軸方向前側に押し付けるように与圧している。第１付勢部材５５は支持部材１７に固定されており、軸部材１５の回転とともに回転する。

第１クラッチ部４１は、摩擦板１８と摩擦板３７を含む。摩擦板１８及び摩擦板３７は、例えば、円環状の部材であり、周方向に沿って摩擦板１８と摩擦板３７とが摩擦結合可能となっている。摩擦板１８は、支持部材１７の軸方向後側の面に設けられる。また、摩擦板３７は、摩擦板１８に対して軸方向に対向して、内輪３５の軸方向の後側に設けられる。摩擦板１８と摩擦板３７とが接触して摩擦結合することにより第１クラッチ部４１が締結され、摩擦板１８と摩擦板３７とが離隔している場合、第１クラッチ部４１が解放される。

第２クラッチ部４２は、摩擦板３８と摩擦板９１を含む。摩擦板９１は、第１キャリア２３に設けられている。また、摩擦板３８は、摩擦板９１に対して軸方向に対向して、内輪３５の軸方向前側の端部に設けられている。摩擦板３８と摩擦板９１とが接触して摩擦結合することにより第２クラッチ部４２が締結され、摩擦板３８と摩擦板９１とが離隔している場合、第２クラッチ部４２が解放される。摩擦板３８と摩擦板９１とは、例えば円環状となっている。

図１１に示すように、増速モードＭ１では、軸部材１５の回転力により生じる遠心力よりも第２付勢部材３４（図９参照）による付勢力が大きいため、錘部３１は、矢印Ｄｒ１に示す方向、すなわち軸部材１５の径方向内側に引き寄せられる。可動部３９は、第１付勢部材５５により矢印Ｄａ１に示す方向、すなわち軸方向前側に押し付けられる。これにより、摩擦板１８と摩擦板３７とが摩擦係合し、第１クラッチ部４１が締結される。また、摩擦板３８と摩擦板９１とは離隔し、第２クラッチ部４２が解放される。

このようにして、内輪３５と第１キャリア２３とが解放され、内輪３５と軸部材１５とが締結される。第１クラッチ部４１が締結されることにより、可動部３９及び内輪３５は軸部材１５から回転力が伝達され、軸部材１５と等速で回転する。上述したように、軸部材１５はサンギア２１と連結しており、遊星歯車機構２０の増速比に応じて、入力部材１４の回転数よりも増速された回転数が伝達される。このようにして、本実施形態のプーリ装置１０は、エンジン１０８の回転数が所定の回転数Ｒｓよりも小さい場合に、入力部材１４の回転数よりも増速された回転数が、軸部材１５、内輪３５及び外輪６６を介してプーリ部１２に伝達される。

なお、図１１では、錘部３１の当接部３３と、可動部３９の傾斜面３９ａとが接触するように示しているが、これに限られず、離隔していてもよい。当接部３３を傾斜面３９ａに対して接触若しくは接近させて配置することで、増速モードＭ１と等速モードＭ２とを切り換える時間を短くすることができる。

図１２に示すように、等速モードＭ２では、軸部材１５の回転力により生じる遠心力が第２付勢部材３４（図１０参照）による付勢力よりも大きくなり、錘部３１は矢印Ｄｒ２に示す方向、すなわち軸部材１５の径方向外側に移動する。当接部３３が可動部３９の傾斜面３９ａに接触して、径方向の外側に向かう力が可動部３９に加えられる。可動部３９の径方向の位置は、外輪６６により規制されており、可動部３９は軸方向に沿って移動可能となっている。したがって、錘部３１から伝達された遠心力が、傾斜面３９ａにより軸方向の力に変換される。錘部３１から伝達された遠心力を軸方向に変換した力が、第１付勢部材５５の付勢力よりも大きくなり、可動部３９は、矢印Ｄａ２に示す方向、すなわち軸方向後側に押し付けられる。これにより、摩擦板３８と摩擦板９１とが摩擦係合し、第２クラッチ部４２が締結される。また、摩擦板１８と摩擦板３７とは離隔し、第１クラッチ部４１が解放される。

このようにして、内輪３５と第１キャリア２３とが締結され、内輪３５と軸部材１５とが解放される。第２クラッチ部４２が締結されることにより、可動部３９及び内輪３５は、第１キャリア２３から回転力が伝達されるため、入力部材１４と等速で回転する。このようにして、本実施形態のプーリ装置１０は、エンジン１０８の回転数が所定の回転数Ｒｓ以上の場合に、入力部材１４の回転数と等速の回転数が第１キャリア２３、内輪３５、外輪６６を介してプーリ部１２に伝達される。

軸部材１５は、遊星歯車機構２０の増速比に応じて、入力部材１４の回転数よりも増速された回転数で回転する。この場合、可動部３９は軸部材１５に対して低減された回転数で回転するが、軸受５０を設けることにより、可動部３９と軸部材１５とが相対的に回転可能となっている。

本実施形態では、入力部材１４に接続された第２キャリア２４を入力とし、第１キャリア２３又はサンギア２１を出力として示したが、ＩＳＧオルタネータが駆動側となりエンジン１０８が従動側となる場合、すなわち、サンギア２１を入力とし第１キャリア２３を出力とする場合であってもよい。第１クラッチ部４１及び第２クラッチ部４２は、摩擦板１８、３７、３８、９１の摩擦結合により、締結と解放とを切り換え可能であるため、トルクの向きが反転した場合であっても回転力を伝達できる。

次に、補機側のプーリ装置の高機能化を図る例として、プーリ装置の制振構造の一例を説明する。図１３は、補機のプーリ装置の制振構造の一例を示す断面図である。図１３に示すプーリ装置１０２Ａは、例えばオルタネータプーリ部１０２（図１参照）等の補機側に設けられる。プーリ装置１０２Ａは、エンジン１０８のクランクシャフト側に配置された本実施形態のプーリ装置１０の回転力を補機に伝達する。

図１３に示すように、プーリ装置１０２Ａは、補機のシャフトが挿入される中空状のハブ１１０と、ハブ１１０と同軸状に配置されたプーリ１１３と、を有する。プーリ１１３の外周面には、ベルトＢを掛け渡すための複数のプーリ溝１１３ａが設けられている。プーリ１１３は、ベルトＢによって駆動され、軸ＡＸの周りに回転する。ラジアル軸受１２８は、ハブ１１０とプーリ１１３との間に挟まれ、プーリ１１３をハブ１１０に対して相対回転可能に支持する。

ハブ１１０とプーリ１１３との間に、第１カム板１１４、第２カム板１１５、複数の転動体１１６、スラスト軸受１１８及び弾性体１２３が設けられている。スラスト軸受１１８は、例えば軸受本体１１９とワッシャー１２２とを有し、第２カム板１１５を回転可能に支持する。

第１カム板１１４と第２カム板１１５と複数の転動体１１６によって、トルクカムＴＣが形成されている。トルクカムＴＣは、プーリ１１３又はハブ１１０に入力されたトルクを第２カム板１１５の軸方向の変位に変換する。

弾性体１２３は、第２カム板１１５の軸方向の変位に伴って弾性変形する。弾性体１２３は、例えば、皿ばねである。しかし、これに限られず、弾性体１２３は、例えば、コイルばねやゴムなどであってもよい。弾性体１２３が弾性変形することにより、プーリ１１３又はハブ１１０に入力された駆動トルクの一部が弾性体１２３に吸収される。弾性体１２３に吸収されたトルクは熱などに変換される。また、弾性体１２３の変形量に応じて、プーリ１１３とハブ１１０との間に回転位相差が生じ、従動するハブ１１０又はプーリ１１３の角速度が低減される。これにより、プーリ装置１０２Ａに制振機能が付与される。

上述のように、本実施形態のプーリ装置１０は、増速モードＭ１において、入力部材１４の回転数よりも増速された回転数を補機側のプーリ装置１０２Ａに伝達することができる。このため、エンジン１０８側のプーリ径と補機側のプーリ径との比によって増速を図る必要がなく、補機側のプーリ装置１０２Ａのプーリ径を大きくすることが可能である。したがって、図１３に示すように、プーリ装置１０２Ａの内部にトルクカムＴＣ、弾性体１２３等を含む制振構造を設ける等、補機側のプーリ装置１０２Ａの高機能化を図ることが可能である。

以上説明したように、本実施形態のプーリ装置１０は、エンジン１０８のクランクシャフトにクランクシャフトと同軸で配置され、オルタネータを含む補機に駆動力を伝達するベルトＢと連結されるプーリ部１２を有するプーリ装置１０であって、クランクシャフトに入力部材１４を介して接続され、プーリ装置１０の内部に配置された遊星歯車機構２０と、遊星歯車機構２０とプーリ部１２との接続状態を切り換える２つのクラッチ部を含む遠心クラッチ部３０と、を有し、２つのクラッチ部の切り換えにより、入力部材１４の回転数よりもプーリ部１２の回転数を大きくする増速モードＭ１と、入力部材１４の回転数とプーリ部１２の回転数とを一致させる等速モードＭ２とを有し、遠心クラッチ部３０の回転数は、入力部材１４の回転数よりも大きい。

これによれば、入力部材１４の回転数が所定の回転数Ｒｓよりも小さい場合に、増速モードＭ１において入力部材１４の回転数よりも大きい回転数に増速できる。オルタネータ等の補機に伝達される回転数を、エンジン１０８のクランクシャフトに接続されたプーリ装置１０で増速させることができるので、補機側のプーリ径を小さくして増速させる必要がなくなり、補機側のプーリ径の制約が少なくなる。したがって、補機側に制振機構を追加する等、高機能化が可能となり、補機側のプーリ装置の構成の自由度を高めることができる。

そして、入力部材１４の回転数が所定の回転数Ｒｓ以上の場合に、等速モードＭ２において、入力部材１４の回転数と同じ回転数が補機側に伝達される。これにより、必要以上の回転数で補機が駆動されることを抑制することができ、燃費の向上や長寿命化が可能である。

また、本実施形態では、遠心クラッチ部３０が軸部材１５に連結されており、常に入力部材１４よりも増速された回転数で回転する。このため、入力部材１４と等速で回転する場合に比べて、大きな遠心力が得られることとなり、錘部３１、当接部３３等の軽量化が可能となる。遠心クラッチ部３０の軽量化を図ることで、プーリ装置１０の振動の発生を抑制することができ、また、入力部材１４の回転数の変化に対する遠心クラッチ部３０の応答性が向上する等、遠心クラッチ部３０の制御性を高めることができる。

本実施形態のプーリ装置１０において、遊星歯車機構２０は、サンギア２１と、サンギア２１と噛み合うピニオンギア２２と、ピニオンギア２２と噛み合うリングギア２５と、ピニオンギア２２が自転できるように、かつ、ピニオンギア２２がサンギア２１を中心に公転できるようにピニオンギア２２を保持する第１キャリア２３及び第２キャリア２４と、を有する。入力部材１４は、第２キャリア２４に接続され、遠心クラッチ部３０は、サンギア２１とともに回転する。これによれば、入力部材１４の回転数が遊星歯車機構２０の増速比に応じて増速され、増速された回転数がサンギア２１を介して遠心クラッチ部３０に伝達される。これにより、遠心クラッチ部３０の遠心力が大きくなるので、遠心クラッチ部３０の錘部３１を軽量化する等、制御性を向上させることができる。

本実施形態のプーリ装置１０において、２つのクラッチ部は、第１クラッチ部４１と、第２クラッチ部４２とを含み、増速モードＭ１において、第１クラッチ部４１はサンギア２１とプーリ部１２とを締結し、第２クラッチ部４２は第１キャリア２３とプーリ部１２との接続を解除し、等速モードＭ２において、第１クラッチ部４１はサンギア２１とプーリ部１２との接続を解除し、第２クラッチ部４２は第１キャリア２３とプーリ部１２とを締結する。これによれば、増速モードＭ１において、入力部材１４から第２キャリア２４に入力された回転数が、遊星歯車機構２０により増速されて、サンギア２１からプーリ部１２に出力される。また、等速モードＭ２において、入力部材１４から第２キャリア２４に入力された回転数が、遊星歯車機構２０により変速されず、等速で第１キャリア２３からプーリ部１２に出力される。このように、２つのクラッチ部により、プーリ部１２と遊星歯車機構２０との接続状態が切り換えられることで、増速モードＭ１と等速モードＭ２とを実現することができる。

本実施形態のプーリ装置１０において、遠心クラッチ部３０は、サンギア２１の径方向に沿って移動可能な錘部３１と、錘部３１の径方向の移動に伴って、入力部材１４の軸方向に沿って移動可能な可動部３９とを有する。第１クラッチ部４１は、サンギア２１に接続された軸部材１５と可動部３９とを摩擦力により締結する第１摩擦結合部（摩擦板１８、３７）を含み、第２クラッチ部４２は、第１キャリア２３と可動部３９とを摩擦力により締結する第２摩擦結合部（摩擦板３８、９１）を含む。これによれば、遠心クラッチ部３０に生じる遠心力を軸方向の力に変換して、第１クラッチ部４１及び第２クラッチ部４２の締結と解放とを切り換えることができる。また、第１クラッチ部４１は摩擦板１８、３７を含み、第２クラッチ部４２は、摩擦板３８、９１を有しているため、トルクの方向が反転した場合であっても、プーリ部１２を介してエンジン１０８の回転力を補機側に伝達し、又は、プーリ部１２を介して補機側の回転力をエンジン１０８側に伝達することができる。

以上説明したプーリ装置１０の構成は適宜変更してもよい。例えば、遠心クラッチ部３０の錘部３１、可動部３９、第１クラッチ部４１及び第２クラッチ部４２等の形状や動作はあくまで一例であり、他の構成であってもよい。また、遊星歯車機構２０についても上述の構成に限定されず、適宜変更することができる。

１０ プーリ装置
１２ プーリ部
１４ 入力部材
１５ 軸部材
１７ 支持部材
２０ 遊星歯車機構
２１ サンギア
２２ ピニオンギア
２３ 第１キャリア
２４ 第２キャリア
２５ リングギア
１８、３７、３８、９１ 摩擦板
３０ 遠心クラッチ部
３１ 錘部
３３ 当接部
３４ 第２付勢部材
３５ 内輪
３９ 可動部
４１ 第１クラッチ部
４２ 第２クラッチ部
５０ 軸受
５５ 第１付勢部材
６６ 外輪
９０ ケース

Claims (3)

1. エンジンのクランクシャフトに前記クランクシャフトと同軸で配置され、オルタネータを含む補機に駆動力を伝達するベルトと連結されるプーリ部を有するプーリ装置であって、
   前記クランクシャフトに入力部材を介して接続され、前記プーリ装置の内部に配置された遊星歯車機構と、
   前記遊星歯車機構と前記プーリ部との接続状態を切り換える２つのクラッチ部を含む遠心クラッチ部と、を有し、
   前記２つのクラッチ部の切り換えにより、前記入力部材の回転数よりも前記プーリ部の回転数を大きくする増速モードと、前記入力部材の回転数と前記プーリ部の回転数とを一致させる等速モードとを有し、
   前記遠心クラッチ部の回転数は、前記入力部材の回転数よりも大きいプーリ装置。
2. 前記遊星歯車機構は、サンギアと、前記サンギアと噛み合うピニオンギアと、前記ピニオンギアと噛み合うリングギアと、前記ピニオンギアが自転できるように、かつ、前記ピニオンギアが前記サンギアを中心に公転できるように前記ピニオンギアを保持するキャリアと、を有し、
   前記入力部材は、前記キャリアに接続され、
   前記遠心クラッチ部は、前記サンギアとともに回転する請求項１に記載のプーリ装置。
3. 前記２つのクラッチ部は、第１クラッチ部と、第２クラッチ部とを含み、
   前記増速モードにおいて、前記第１クラッチ部は前記サンギアと前記プーリ部とを締結し、前記第２クラッチ部は、前記キャリアと前記プーリ部との接続を解除し、
   前記等速モードにおいて、前記第１クラッチ部は、前記サンギアと前記プーリ部との接続を解除し、前記第２クラッチ部は前記キャリアと前記プーリ部とを締結する請求項２に記載のプーリ装置。

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