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JP2000240461A - オルタネータ用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置とオルタネータ駆動用無端ベルトの鳴き防止方法 - Google Patents

オルタネータ用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置とオルタネータ駆動用無端ベルトの鳴き防止方法

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JP2000240461A
JP2000240461A JP11044266A JP4426699A JP2000240461A JP 2000240461 A JP2000240461 A JP 2000240461A JP 11044266 A JP11044266 A JP 11044266A JP 4426699 A JP4426699 A JP 4426699A JP 2000240461 A JP2000240461 A JP 2000240461A
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JP
Japan
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driven pulley
alternator
rotating shaft
way clutch
peripheral surface
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Hideo Ouchi
英男 大内
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NSK Ltd
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NSK Ltd
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Publication date
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    • F16D41/06Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オルタネータの駆動部分を大きくしたり発電
効率を低下させる事なく、鳴きと呼ばれる騒音の発生を
抑える。 【解決手段】 オルタネータの回転軸を駆動する為の従
動プーリとして、一方向クラッチ内蔵型のものを使用す
る。この回転軸に関する慣性モーメントとこの回転軸の
回転に対する抵抗との関係を規制して、上記従動プーリ
の1回転当たりの角速度の変動幅に対する上記回転軸の
1回転当たりの角速度の変動幅を1/2未満とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明の対象となるオルタネ
ータ用一方向クラッチ内蔵型従動プーリ装置とオルタネ
ータ駆動用無端ベルトの鳴き防止方法は、自動車用の発
電機であるオルタネータを駆動する為の無端ベルトとこ
のベルトを掛け渡したプーリとの係合部で、鳴きと呼ば
れる騒音が発生するのを防止する為に利用する。
【0002】
【従来の技術】自動車の走行用エンジンを駆動源として
自動車に必要な発電を行なうオルタネータの構造が、例
えば特開平7−139550号公報に記載されている。
図8は、この公報に記載されたオルタネータ1を示して
いる。ハウジング2の内側に回転軸3を、1対の転がり
軸受4、4により、回転自在に支持している。この回転
軸3の中間部には、ロータ5と整流子6とを設けてい
る。又、この回転軸3の一端部(図8の右端部)で上記
ハウジング2外に突出した部分には、従動プーリ7を固
定している。エンジンへの組み付け状態では、この従動
プーリ7とエンジンのクランクシャフトの端部に固定し
た駆動プーリ(図示せず)との間に無端ベルトを掛け渡
し、上記回転軸3を回転駆動自在とする。
【0003】上記従動プーリ7として従来一般的には、
単に上記回転軸3に固定しただけのものを使用してい
た。これに対して近年、無端ベルトの走行速度が一定若
しくは上昇傾向にある場合には、無端ベルトから回転軸
への動力の伝達を自在とし、無端ベルトの走行速度が低
下傾向にある場合には、従動プーリと回転軸との相対回
転を自在とする、オルタネータ用一方向クラッチ内蔵型
従動プーリ装置が各種提案され、一部で使用されてい
る。例えば、特開昭56−101353号公報、特開平
7−317807号公報、同8−61443号公報、同
8−226462号公報、特公平7−72585号公
報、フランス特許公報FR2726059A1等に、上
述の様な機能を有するオルタネータ用一方向クラッチ内
蔵型従動プーリ装置が記載されている。
【0004】図9は、このうちの特開平8−22646
2号公報に記載されているオルタネータ用一方向クラッ
チ内蔵型従動プーリ装置を示している。このオルタネー
タ用一方向クラッチ内蔵型従動プーリ装置は、オルタネ
ータの回転軸3に外嵌固定自在なスリーブ8を有する。
そして、このスリーブ8の周囲に従動プーリ7aを、こ
のスリーブ8と同心に配置している。この従動プーリ7
aの外周面には、それぞれが断面V字形である複数本
(図9の例では5本)の凹溝9、9を、互いに平行に且
つそれぞれ全周に亙って形成している。この様な従動プ
ーリ7aと図示しない駆動プーリとの間には、JASO
規格の自動車用Vリブドベルトである、内周面に断面V
字形で全周に亙って連続するリブを複数本形成した無端
ベルトを掛け渡す。この状態でこの無端ベルトの内周面
に形成した各リブと上記各凹溝9、9とがくさび状に噛
み合い、これら各リブと各凹溝9、9との当接部の面圧
を確保して、上記無端ベルトと従動プーリ7aとの間で
大きな動力(牽力)を伝達自在とする。
【0005】又、上記スリーブ8の外周面と従動プーリ
7aの内周面との間に、1対のサポート軸受10、10
とローラクラッチ11とを設けている。このうちのサポ
ート軸受10、10は、上記従動プーリ7aに加わるラ
ジアル荷重を支承しつつ、上記スリーブ8と従動プーリ
7aとの相対回転を自在とする。又、上記ローラクラッ
チ11は、上記従動プーリ7aが上記スリーブ8に対し
て所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ、この
従動プーリ7aからスリーブ8への回転力の伝達を自在
とする。
【0006】上記ローラクラッチ11を構成し、上記ス
リーブ8に外嵌固定した内輪12の中間部外周面には、
ランプ部と呼ばれる複数の凹部13、13を、円周方向
に亙って等間隔に形成し、上記中間部外周面をカム面1
4としている。又、上記内輪12の両端部外周面は、上
記各サポート軸受10、10の為の内輪軌道15、15
としている。これに対して、上記ローラクラッチ11を
構成し、上記従動プーリ7aに内嵌固定した外輪16の
内周面は、ほぼ全長に亙り単なる円筒面としている。
又、これら内輪12及び外輪16と共に上記ローラクラ
ッチ11を構成する複数個のローラ17、17は、クラ
ッチ用保持器18に、転動及び円周方向に亙る若干の変
位自在に支持している。そして、このクラッチ用保持器
18に設けた柱部と上記各ローラ17、17との間にば
ねを設けて、これら各ローラ17、17を、円周方向に
関して同方向に弾性的に押圧している。尚、ローラクラ
ッチ11の構造及び作用は、従来から周知であるから、
詳しい図示並びに説明は省略する。
【0007】上述の様なオルネータ用ローラクラッチ内
蔵型従動プーリ装置は、従来は次の様な理由で、オルタ
ネータ1(図8)の回転軸3に装着していた。例えば、
前記駆動用エンジンがディーゼルエンジンであった場
合、アイドリング時等、低回転時にはクランクシャフト
の回転角速度の変動が大きく(例えば変動率が20%程
度に)なる。この結果、上記クランクシャフトの端部に
固定した駆動プーリに掛け渡した図示しない無端ベルト
の走行速度も細かく変動する事になる。一方、この無端
ベルトにより従動プーリ7aを介して回転駆動されるオ
ルタネータ1の回転軸3は、この回転軸3並びにこの回
転軸3に固定したロータ5及び整流子6(図8)等の慣
性質量に基づき、それ程急激には変動しない。従って、
上記従動プーリ7aを回転軸3に対し単に固定した場合
には、クランクシャフトの回転角速度の変動に伴い、上
記無端ベルトと従動プーリ7aとが両方向に擦れ合う傾
向となる。この結果、この従動プーリ7aと擦れ合う無
端ベルトに、繰り返し異なる方向の応力が作用して、こ
の無端ベルトと従動プーリ7aとの間に滑りが発生し易
くなったり、或はこの無端ベルトの寿命が短くなったり
する原因となる。
【0008】又、上述の様な従動プーリ7aの外周面と
無端ベルトの内周面との摩擦に基づく無端ベルトの寿命
低下は、走行時に加減速を繰り返す事によっても生じ
る。即ち、加速時には無端ベルト側から従動プーリ7a
側に駆動力が伝達されるのに対し、減速時には上述の様
に慣性に基づいて回転し続けようとする従動プーリ7a
に、上記無端ベルトから制動力が作用する。この制動力
と上記駆動力とは、上記無端ベルトの内周面に対して逆
方向の摩擦力として作用するので、やはり上記無端ベル
トの寿命低下の原因となる。特に、トラックの様に排気
ブレーキを備えた車両の場合には、アクセルオフ時に於
けるクランクシャフトの回転低下の減速度が著しく、上
記制動力に基づいて上記無端ベルトの内周面に加わる摩
擦力が大きくなる結果、上記寿命低下が著しい。
【0009】そこで、上述の様な従動プーリ7aとし
て、上記オルタネータ用一方向クラッチ内蔵型従動プー
リ装置を使用する事により、上記無端ベルトの走行速度
が一定若しくは上昇傾向にある場合には、上記従動プー
リ7aから回転軸3への回転力の伝達を自在とし、反対
に上記無端ベルトの走行速度が低下傾向にある場合に
は、これら従動プーリ7aと回転軸3との相対回転を自
在とする。即ち、上記無端ベルトの走行速度が低下傾向
にある場合には、上記従動プーリ7aの回転角速度を上
記回転軸3の回転角速度よりも遅くして、上記無端ベル
トと従動プーリ7aとの当接部が強く擦れ合う事を防止
する。この様にして、従動プーリ7aと無端ベルトとの
擦れ合い部に作用する応力の方向を一定にし、この無端
ベルトと従動プーリ7aとの間に滑りが発生したり、或
はこの無端ベルトの寿命が低下する事を防止する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述の様に従来は、一
方向クラッチ内蔵型プーリ装置をオルタネータに付属の
従動プーリに対して、駆動用無端ベルトの寿命延長のみ
を考慮して組み込んでいた。一方、オルタネータを駆動
する為の無端ベルトは、従動プーリとの接触部の摩擦に
基づいて、しばしば鳴きと呼ばれる耳障りな音が発生す
る事が知られている。この様な鳴きの発生を防止する為
に従来は、従動プーリの径を大きくしたり、或はこの従
動プーリ外周面の凹溝並びに無端ベルト内周面のリブの
数を増やしていた。
【0011】但し、上記従動プーリの径を大きくしたり
凹溝やリブの数を増やす事は、設置スペースの点から限
度があるだけでなく、上記従動プーリの径を大きくする
と、オルタネータのロータの回転速度が低くなって、発
電効率が低下する等、他の問題を生じる。本発明のオル
タネータ用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置とオルタネ
ータ駆動用無端ベルトの鳴き防止方法は、この様な事情
に鑑みて発明したものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明のオルタネータ用
一方向クラッチ内蔵型プーリ装置とオルタネータ駆動用
無端ベルトの鳴き防止方法は、前述の図9に示した従来
のオルタネータ用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置と同
様に、オルタネータを構成し、このオルタネータのロー
タと共に回転する回転軸と、この回転軸の周囲にこの回
転軸と同心に配置した従動プーリと、これら回転軸の外
周面の軸方向中間部と従動プーリの内周面の軸方向中間
部との間に設け、この従動プーリが上記回転軸に対し所
定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ従動プーリ
と回転軸との間での回転力の伝達を自在とする一方向ク
ラッチと、この一方向クラッチを軸方向両側から挟む状
態で、上記回転軸の外周面と従動プーリの内周面との間
に設け、この従動プーリに加わるラジアル荷重を支承し
つつこれら回転軸と従動プーリとの相対回転を自在とす
る1対のサポート軸受とを備えたオルタネータ用一方向
クラッチ内蔵型プーリ装置を使用する。特に、本発明の
オルタネータ用一方向クラッチ内蔵型プーリ装置とオル
タネータ駆動用無端ベルトの鳴き防止方法に於いては、
上述の様なオルタネータ用一方向クラッチ内蔵型プーリ
装置を、上記エンジンがアイドリング状態で、且つ上記
オルタネータの電流負荷が最大状態での、上記回転軸の
1回転当たりの回転角速度の変動幅を、上記従動プーリ
の1回転当たりの回転角速度の変動幅の1/2未満(好
ましくは1/3未満、更に好ましくは1/4未満)とな
る状態で使用する。
【0013】
【作用】上述の様に構成する本発明のオルタネータ用一
方向クラッチ内蔵型プーリ装置とオルタネータ駆動用無
端ベルトの鳴き防止方法によれば、特に従動プーリの径
を大きくしたり、或は凹溝やリブの数を多くしたりしな
くても、無端ベルトと従動プーリとの摩擦係合に基づく
鳴きの発生を抑えられる。次に、オルタネータの回転軸
の1回転当たりの回転角速度の変動幅を従動プーリの1
回転当たりの回転角速度の変動幅の1/2未満とする事
により、上記鳴きの発生を抑えられる理由に就いて説明
する。
【0014】先ず、上記鳴きが発生する条件を知る為に
本発明者が行なった実験に就いて、図1により説明す
る。先ず、従動プーリ7を組み付けるオルタネータの負
荷をP[PS]とする。この場合の負荷とは、このオルタ
ネータの慣性負荷も考慮したものとする。即ち、このオ
ルタネータを駆動するエンジンのクランクシャフトは、
エンジンのシリンダ内部での間欠的な爆発に基づいて回
転駆動される為、完全に円滑な回転運動をする訳ではな
く、角速度が微小変化する。そして、角速度が低下した
後、上昇する際には、上記オルタネータの回転部分の慣
性質量が負荷となって、上記従動プーリ7と無端ベルト
19との摩擦係合部に作用する。鳴きと呼ばれる騒音
は、この摩擦係合部で伝達すべき負荷が大きくなる程発
生し易くなる傾向がある。そこで、上記オルタネータの
負荷P[PS]としては、ロータ5とステータとの間に作
用する力等、回転軸3(図8)の回転に対する抵抗に基
づく負荷だけでなく、上記慣性負荷を加えたものを使用
する。
【0015】又、上記従動プーリ7のピッチ円直径をD
[mm]とし、この従動プーリ7と共に回転する回転軸の
回転速度をn[r.p.m.]とし、上記従動プーリ7に対す
る上記無端ベルト19の巻き付け角をθ[°]とし、こ
の無端ベルト19の内周面に形成したリブ(全周に亙っ
て連続する断面V字形の突条)の数をN[本]とする。
更に、この無端ベルト19の張り側(図示しない駆動プ
ーリにより引っ張られる側)の張力をF1 [kgf ]、弛
み側(図示しない駆動プーリにより送り出される側)の
張力をF2 [kgf ]とする。1[PS]は75[kgf・m/s
]であるから、次の(1)式が成り立つ。
【0016】 (F1 −F2 )・π・D×10-3・(n/60)=75P −−− (1) そして、この(1)式から次の(2)式が導かれる。 F1 −F2 =(60×75×103 /π)・{P/(D・n)} −−− (2) 又、上記巻き付け角θ[°]から、上記従動プーリ7と
無端ベルト19との、ピッチ円部分での接触長さL
[m]は、次の(3)式で求められる。 L=(D/2)・(π/180)・θ×10-3 −−− (3) 従って、上記無端ベルト19の内周面に形成した複数本
のリブのうちの1本当たり、単位長さ毎の牽力T[kgf/
m]は、次の(4)式で表される。 T=(F1 −F2 )/(L・N)=(1.6414×1011・P) /(D2 ・n・θ・N) −−− (4) 本発明者が、この様にして求められる牽力T[kgf/m]
と鳴きとの関連性に就いて実験を行なった結果、次の表
1の様な結果を得られた。
【0017】
【表1】
【0018】この表1にその結果を示した実験に使用し
た従動プーリ7は、一方向クラッチを内蔵しない、固定
式のものである。この様な条件で行なった実験の結果を
表す、上記表1で、○印は鳴きが発生しなかった場合
を、×印は鳴きが発生した場合を、それぞれ表してい
る。この様な、表1に示した実験結果から明らかな通
り、固定式の従動プーリ7を使用した場合には、リブ1
本当たり、単位長さ毎の牽力Tが100[kgf/m]以上
である場合には、鳴きが発生する。
【0019】そこで本発明者は、リブ1本当たり、単位
長さ毎の牽力Tが100[kgf/m]を越える条件で、オ
ルタネータに一方向クラッチ内蔵型プーリ装置を組み込
んで、このオルタネータをベルト駆動したところ、鳴き
と呼ばれる騒音の発生が解消若しくは低減した。この理
由に就いて、発明者は次の様に考えている。
【0020】オルタネータを回転駆動する為に一方向ク
ラッチ内蔵型プーリ装置を組み込んだ場合には、クラン
クシャフトの回転角速度の変動に拘らず、無端ベルトの
走行速度と従動プーリの回転速度との差を小さく抑える
事ができる。即ち、クランクシャフトに固定した駆動プ
ーリの回転速度並びにこの駆動プーリに掛け渡した無端
ベルトの走行速度は、上記クランクシャフトの回転角速
度変動に伴って(同期して)変動する。これに対して一
方向クラッチ内蔵型プーリ装置により回転駆動されるオ
ルタネータの回転軸の回転速度の変動は、上記クランク
シャフトの回転角速度変動よりも小さくなる。即ち、こ
のクランクシャフトの回転角速度及び上記無端ベルトの
走行速度が低下する場合でも、上記一方向クラッチがオ
ーバラン状態となり、上記オルタネータの回転軸は、こ
の回転軸自身及びこの回転軸に固定したロータ等の慣性
質量に基づいてそのままの速度で回転しようとする。こ
の為、次に上記クランクシャフトの回転角速度及び上記
無端ベルトの走行速度が上昇する場合に、この無端ベル
トの走行速度と上記回転軸の回転速度とのずれが小さく
なる。この事は、従動プーリと共に回転駆動する部分の
慣性負荷の減少につながり、前記リブ1本当たり、単位
長さ毎の牽力T[kgf/m]が減少したのと同様の効果と
なる。
【0021】従って、上記単位長さ毎の牽力T[kgf/
m]が100[kgf/m]を越える場合に、オルタネータ
の回転軸に装着する従動プーリとして一方向クラッチ内
蔵型プーリ装置を装着すれば、前述した様な鳴きを、或
る程度抑える事ができる(少なくとも鳴きの継続時間を
短くできる)。但し、単に上記回転軸に一方向クラッチ
内蔵型プーリ装置を装着したのみでは、上記鳴き防止の
効果を最大限得る事ができない。即ち、オルタネータ部
分で発生する鳴きの原因は、従動プーリの外周面と無端
ベルトの内周面との摩擦に基づいて発生する。又、この
摩擦は、この無端ベルトの走行速度が変化する事により
生じる。従って、この無端ベルトの走行速度が最も大き
く変化する際に、上記従動プーリが軽い力で回転する
(この従動プーリを回転させる為に要するトルクを小さ
くする)事が、上記鳴きを防止する為に有効である。本
発明の様に、上記回転軸の回転角速度の変動幅を従動プ
ーリの回転角速度の変動幅、即ち上記無端ベルトの走行
速度の変動幅の1/2未満にすれば、上記無端ベルトの
走行速度が最も大きく変化する際に、上記従動プーリが
軽い力で回転する様にできる。この点に就いて、図2〜
5により説明する。
【0022】尚、オルタネータの回転軸を駆動する為の
トルクは、電流負荷に応じて大きくなる。又、この電流
負荷に対応する発電量は、上記回転軸の回転速度にほぼ
比例する。従って、この回転軸を駆動する為のトルク
は、上記電流負荷が最大で、駆動用のエンジンの回転速
度が最低である、アイドリング時に最大となる。しか
も、エンジンの回転速度の変動は、アイドリング状態で
最も大きくなる。従って、鳴きと呼ばれる騒音は、上記
エンジンがアイドリング状態で、且つ上記オルタネータ
の電流負荷が最大状態の場合に、最も発生し易くなる。
これが、請求項での条件の限定理由である。
【0023】何れにしても、エンジンのクランクシャフ
トに固定した駆動プーリとの間に掛け渡された無端ベル
トにより回転駆動される従動プーリの回転角速度は、図
2(A)に示す様に、上記クランクシャフトの回転角速
度の変動にほぼ対応して変化する。この様な従動プーリ
の回転角速度は、同図(B)に示した平均角速度成分
と、同図(C)に示した変動角速度成分とに分解でき
る。このうちの平均角速度成分に基づく駆動力は、上記
オルタネータの電流負荷、このオルタネータの回転軸を
支持する転がり軸受の転がり抵抗、密封の為のシールリ
ング等の抵抗に抗して上記回転軸を回転させる為に消費
されるもので、上記鳴きにつながる摩擦の原因には、直
接はならない。これに対して、上記変動角速度成分は、
そのまま上記回転軸を回転駆動させる為に消費されるも
のではなく、直接鳴きにつながる摩擦の原因となる。そ
こで、以下、従動プーリとして一方向クラッチ内蔵型プ
ーリ装置を使用する事により、上記変動角速度成分の存
在に拘らず、上記鳴きの発生を抑えられる理由に就いて
説明する。
【0024】従動プーリがオルタネータの回転軸に固定
されたものである場合、この回転軸の角速度は図3
(A)に示す様に変動する。この図3(A)に示した線
図は、 ω≒δ・sin(Bt) −−− (1) でほぼ近似できる。尚、実際の角速度変動を表す曲線
は、正弦波に対して少し歪んだ形状であるが、以下の説
明が十分に成り立つ程度の歪みである。又、上記回転軸
に関する慣性モーメントをIとし、この回転軸の角速度
をωとすると、上記オルタネータの駆動トルクのうち、
慣性力により生じるものは、ニュートンの法則により、 I・(dω/dt) −−− (2)となる。 この(2)式と上記(1)式とから、上記慣性力により
生じるオルタネータの駆動トルクは、 I・(dω/dt)≒I・δ・B・cos(Bt) −−− (3) となり、図3(B)の様に表せる。上記慣性力により生
じるオルタネータの駆動トルクの変動を表す、この図3
(B)は、同図(A)と比較すれば明らかな通り、上記
角速度の大きさを表す曲線とは、位相が90度ずれてい
る。これら図3(A)(B)にそれぞれ記載した曲線の
一部を丸で囲った部分、即ち、上記角速度の増加途中の
中間点でこの角速度の増加度合い(角速度の微分値=角
加速度)が最も大きくなった部分、並びに上記慣性力に
より生じるオルタネータの駆動トルクが最も大きくなっ
た点が、前記鳴きが最も発生し易い部分である。
【0025】次に、オルタネータの回転軸に装着する従
動プーリが、一方向クラッチ内蔵型プーリ装置である場
合に就いて説明する。この従動プーリが一方向クラッチ
を内蔵したものである場合、無端ベルトの走行に同期し
て回転する従動プーリが減速する際には、上記一方向ク
ラッチがオーバラン状態になり、上記回転軸はそのまま
惰性で回転する。但し、この回転軸の角速度は、電流負
荷と転がり軸受の転がり抵抗、密封の為のシールリング
等の抵抗に基づいて低下し、短時間経過後に上記従動プ
ーリの角速度と同じになって、上記一方向クラッチが再
びロックする。この状態では、上記回転軸の角速度と従
動プーリの角速度とが同じになる。この様な、上記一方
向クラッチのオーバラン状態とロック状態とは、上記従
動プーリが、角速度を変動させつつ回転する限り、細か
く繰り返される。
【0026】この様な使用状態で、先ず、上記回転軸の
回転角速度の変動幅δ1 が、上記従動プーリの回転角速
度の変動幅δ0 の1/2以上(δ0/2≦δ1 <δ0 )で
ある場合に就いて、図4により説明する。この場合に
は、上記従動プーリの角速度は同図(A)に破線で示す
様に、上記回転軸の角速度は同じく実線で示す様に、そ
れぞれ変化する。この実線のうちの直線部分では、上記
一方向クラッチがオーバラン状態となっている。この図
4(A)から明らかな通り、上記回転軸の回転角速度の
変動幅δ1 が、上記従動プーリの回転角速度の変動幅δ
0 の1/2以上である場合には、前記図3に示した曲線
の一部で同図に丸印を付した{図4(A)に鎖線丸印で
示す}部分、即ち、上記従動プーリの角加速度が最も大
きくなる部分を、上記一方向クラッチがロックした状態
で通過する。
【0027】図4(B)は、図4(A)に実線で示した
上記回転軸の角速度ωの微分値にこの回転軸に関する慣
性モーメントIを掛けた値{I・(dω/dt)}で、
オルタネータの駆動トルクのうち、慣性力により生じる
ものを示している。このうちの図4(A)の実線部分に
は、前述の図3(A)の丸印に対応する部分がそのまま
残っている。従って、この実線部分を微分して得られる
曲線を表した上記図4(B)に記載した曲線中には、前
述の図3(B)の丸印に対応する{図4(B)に鎖線丸
印で示す}部分、即ち、慣性力により生じるオルタネー
タの駆動トルクが最も大きくなる部分がそのまま残って
いる。この事から明らかな通り、上記回転軸の回転角速
度の変動幅δ1 が上記従動プーリの回転角速度の変動幅
δ0 の1/2以上である場合には、一方向クラッチを使
用する事によっても、上記従動プーリを駆動する為に要
するトルクの最大値を低くする事はできない。できるの
は、無端ベルトの張力の変動を抑えてこの無端ベルトの
寿命延長を図る事と、上記トルクが大きい状態の継続時
間を短くして、鳴きが発生した場合にもその鳴きの継続
時間を短くし、耳障りとなる程度を低くするのみであ
る。
【0028】これに対して、本発明の様に、上記回転軸
の回転角速度の変動幅δ1 が上記従動プーリの回転角速
度の変動幅δ0 の1/2未満である場合には、上記従動
プーリを駆動する為に要するトルクの最大値を低くし
て、上記鳴きの発生そのものを抑える事ができる。この
点に就いて、図5により説明する。この場合も、上記従
動プーリの角速度は同図(A)に破線で示す様に、上記
回転軸の角速度は同じく実線で示す様に、それぞれ変化
する。この図5(A)から明らかな通り、上記回転軸の
回転角速度の変動幅δ1 が、上記従動プーリの回転角速
度の変動幅δ0 の1/2未満である場合には、前記図3
に示した曲線の一部で同図に丸印を付した{図5(A)
に鎖線丸印で示す}部分、即ち、上記従動プーリの角加
速度が最も大きくなる部分を、上記一方向クラッチがト
ルクの伝達を行なわない、オーバラン状態で通過する。
【0029】図5(B)は、図5(A)に実線で示した
上記回転軸の角速度ωの微分値にこの回転軸に関する慣
性モーメントIを掛けた値{I・(dω/dt)}で、
オルタネータの駆動トルクのうち、慣性力により生じる
ものを示している。このうちの図5(A)に記載した実
線中には、前述の図3(A)の丸印に対応する部分は存
在しない。従って、この実線部分を微分して得られる曲
線を表した上記図5(B)に記載した曲線中には、前述
の図3(B)の丸印に対応する{図5(B)に鎖線丸印
で示す}部分、即ち、慣性力により生じるオルタネータ
の駆動トルクが最も大きくなる点が存在しない。この事
から明らかな通り、上記回転軸の回転角速度の変動幅δ
1 が上記従動プーリの回転角速度の変動幅δ0 の1/2
未満である場合には、一方向クラッチを使用する事によ
って、上記従動プーリを駆動する為に要するトルクの最
大値を低くできる。
【0030】この様に、本発明の場合には、上記オルタ
ネータの回転軸を駆動する為の従動プーリとして一方向
クラッチ内蔵型プーリ装置を使用すると共に、上記回転
軸の回転角速度の変動幅δ1 を上記従動プーリの回転角
速度の変動幅δ0 の1/2未満(好ましくは1/3未
満、更に好ましくは1/4未満)とする事により、上記
従動プーリを駆動する為に要するトルクの最大値を低く
できる。この為、前述した単位長さ毎の牽力T[kgf/
m]を低くしたのと同様の効果を発揮して、厳しい使用
条件の下でも、鳴きの発生を有効に防止できる。
【0031】尚、上述の説明から明らかな通り、上記回
転軸の回転角速度の変動幅δ1 を上記従動プーリの回転
角速度の変動幅δ0 の1/2未満として、本発明の作用
・効果を十分に得られる条件とは、オルタネータの回転
軸の慣性モーメントIが大きく、この回転軸の回転に対
する抵抗が小さく、一方向クラッチがオーバラン状態に
なっても、この回転軸の回転速度が低下するまでの時間
が長い事である。従って、本発明を実施する場合には、
上述の様な条件を満たすオルタネータと、一方向クラッ
チ内蔵型プーリ装置とを組み合わせる。
【0032】
【発明の実施の形態】図6は、本発明の実施の形態の第
1例を示している。スリーブ8aは、全体を円筒状に形
成しており、オルタネータの回転軸3(図8〜9参照)
の端部に外嵌固定して、この回転軸3と共に回転自在で
ある。この為に図示の例では、上記スリーブ8aの中間
部内周面に雌スプライン部20を形成し、この雌スプラ
イン部20と上記回転軸3の端部外周面に形成した雄ス
プライン部(図示省略)とを係合自在としている。尚、
上記回転軸3とスリーブ8aとの相対回転を防止する為
の構造は、スプラインに代えて、前述の図9に示した様
なねじ、或は非円筒面同士の嵌合、キー係合等としても
良い。
【0033】上述の様なスリーブ8aの周囲には従動プ
ーリ7bを、このスリーブ8aと同心に配置している。
この従動プーリ7bは、その内側に次述するサポート軸
受10a、10a及びスプラグ式の一方向クラッチ21
を装着する。又、上記従動プーリ7bの外周面には、そ
れぞれが断面V字形である複数本の凹溝9、9を、互い
に平行に且つそれぞれ全周に亙って形成している。この
様な従動プーリ7bと図示しない駆動プーリとの間に
は、内周面に断面V字形で全周に亙って連続するリブを
複数本形成した無端ベルトを掛け渡す。
【0034】前述の様に構成するスリーブ8aの外周面
と上述の様に構成する従動プーリ7bの内周面との間に
は、1対のサポート軸受10a、10aと、1個の一方
向クラッチ21とを設けている。このうちのサポート軸
受10a、10aは、上記従動プーリ7bに加わるラジ
アル荷重を支承しつつ上記スリーブ8aと従動プーリ7
bとの相対回転を自在とする。図示の例では、上記各サ
ポート軸受10a、10aとして、深溝型の玉軸受を使
用している。即ち、これら各サポート軸受10a、10
aは、それぞれ内周面に深溝型の外輪軌道22、22を
有する外輪23、23と、それぞれの外周面に深溝型の
内輪軌道24、24を有する内輪25、25と、上記外
輪軌道22、22と内輪軌道24、24との間にそれぞ
れ複数個ずつ転動自在に設けた転動体(玉)26、26
とから成る。この様な各サポート軸受10a、10a
は、それぞれの外輪23、23を上記従動プーリ7bの
内周面両端部に締り嵌めにより内嵌固定し、それぞれの
内輪25、25を上記スリーブ8aの外周面両端部に締
り嵌めにより外嵌固定する事により、上記スリーブ8a
の外周面両端部と従動プーリ7bの内周面両端部との間
に設けている。
【0035】又、上記一方向クラッチ21は、上記従動
プーリ7bがスリーブ8aに対して所定方向に回転する
傾向となる場合にのみ、従動プーリ7bとスリーブ8a
との間での回転力の伝達を自在とする。この様な一方向
クラッチ21を構成する為に本例の場合には、上記プー
リ7b及びスリーブ8aを軸受鋼等の硬質金属により造
ると共に、これらプーリ7bの中間部内周面及びスリー
ブ8aの中間部外周面を、それぞれ円筒面としている。
そして、これら両周面同士の間に、それぞれがロック部
材である、断面形状が非円形である複数個のスプラグ2
7を、クラッチ用保持器28により保持した状態で設け
ている。本例の場合、このクラッチ用保持器28の軸方
向両端部は、上記各サポート軸受10a、10aを構成
する内輪25、25の端面に当接若しくは近接させて、
軸方向に亙るずれ止めを図っている。
【0036】上述の様な一方向クラッチ21を構成する
複数個のスプラグ27には、弾性リング29等の弾性材
により、上記従動プーリ7bの内周面と上記スリーブ8
aの外周面とに押し付ける方向の弾性を付与している。
上記各スプラグ27は、上記スリーブ8aと上記従動プ
ーリ7bとが所定方向に相対回転する場合には、これら
スリーブ8aの外周面と従動プーリ7bの内周面との間
で突っ張り、これらスリーブ8aと従動プーリ7bとの
間で回転力の伝達を行なわせる。これに対して、上記ス
リーブ8aと上記従動プーリ7bとが逆方向に相対回転
する場合に上記各スプラグ27は、これらスリーブ8a
の外周面と従動プーリ7bの内周面とに対して滑り、こ
れらスリーブ8aと従動プーリ7bとの間で回転力の伝
達を行なわせない。尚、この様なスプラグ型の一方向ク
ラッチ21の構造及び作用は、従来から周知であるの
で、詳しい説明は省略する。又、上記各スプラグ27の
形状は、伝達すべきトルクの大きさ等に応じて各種の形
状を採用できる。
【0037】上述の様に構成する本例のオルタネータ用
一方向クラッチ内蔵型プーリ装置は、例えば、前記各凹
溝9、9にそれぞれ係合する、無端ベルトの内周面に形
成したリブ1本当たりの単位長さ毎の牽力が100[kg
f/m]を越え、且つ駆動用エンジンの回転速度の変動率
が、アイドリング時で20%程度になる用途に使用す
る。又、オルタネータの回転軸3の慣性モーメントとこ
の回転軸3の回転に対する抵抗との関係を規制して、上
記一方向クラッチ21がオーバラン状態にある場合での
上記回転軸3の角速度低下を極力小さくする。そして、
上記オルタネータの駆動源であるエンジンがアイドリン
グ状態で、且つこのオルタネータの電流負荷が最大であ
る状態での、上記回転軸3の角速度の変動幅を、上記従
動プーリ7bの1/2未満(好ましくは1/3未満、よ
り好ましくは1/4未満)とする。上述の様な用途にこ
の様な条件で上記オルタネータ用一方向クラッチ内蔵型
プーリ装置を組み込んでオルタネータを回転駆動する
と、上記一方向クラッチ21の働きにより、無端ベルト
を掛け渡した前記従動プーリ7bの回転速度が、オルタ
ネータの回転軸3に固定したスリーブ8aの回転速度以
上の場合にのみ、上記従動プーリ7からこの回転軸3に
トルクを伝達する。
【0038】逆に言えば、上記従動プーリ7bの回転速
度が上記スリーブ8aの回転速度未満の場合には、これ
ら従動プーリ7bとスリーブ8aとの接続を断ち、この
スリーブ8aがこの従動プーリ7bよりも高速回転する
事を許容する。この為、次の瞬間に上記無端ベルトが掛
け渡された従動プーリ7bの回転速度が上昇した場合
に、この従動プーリ7bの回転速度と、上記スリーブ8
aと一体的に回転する部分の回転速度との差が小さくな
り、上記従動プーリ7bと共に回転駆動する部分の慣性
負荷の減少につながる。特に、上記回転軸3の角速度の
変動幅を、上記従動プーリ7bの角速度の変動幅の1/
2未満としている為、この回転軸3を駆動するトルクの
うち、この回転軸3に関する慣性モーメントに基づくト
ルクの最大値を小さく抑え、前述の無端ベルトの内周面
に形成したリブ1本当たりの牽力を小さくしたのと同様
にして、鳴きの発生を抑える事ができる。
【0039】次に、図7は、本発明の実施の形態の第2
例を示している。本例の場合には、スリーブ8bの外周
面と従動プーリ7cの内周面との間に、それぞれがラジ
アルころ軸受である1対のサポート軸受10b、10b
と、ローラクラッチである1個の一方向クラッチ21a
とを設けている。このうちの一方向クラッチ21aを構
成する為、上記スリーブ8bの中間部外周面に一方向ク
ラッチ用内輪30を、締まり嵌めにより外嵌固定してい
る。この一方向クラッチ用内輪30は、軸受鋼等の硬質
金属製の板材又はSCM415等の浸炭鋼の板材により
全体を円筒状に形成し、外周面はカム面14aとしてい
る。又、上記各サポート軸受10b、10bを構成する
為、上記スリーブ8bの両端部外周面には、それぞれ内
輪31、31を、締まり嵌めにより外嵌固定している。
やはり、軸受鋼等の硬質金属製の板材又はSCM415
等の浸炭鋼の板材により造った、これら各内輪31、3
1は、それぞれ円筒部32の一端縁に外向フランジ状の
内輪側鍔部33を形成する事により、断面L字形で全体
を円筒状に形成している。
【0040】この様な各内輪31、31は、上記内輪側
鍔部33を互いに反対側に位置させた状態で上記スリー
ブ8bに外嵌し、それぞれの先端縁を上記一方向クラッ
チ用内輪30の軸方向両端縁に突き当てている。本例の
場合、上記各内輪31、31のうちの円筒部32の外径
を、上記一方向クラッチ用内輪30の外周面に形成した
複数の凹部13aの底部に関する内接円の直径よりも大
きくしている。そして、上記一方向クラッチ21aを構
成するクラッチ用保持器28aの内周面に形成して上記
各凹部13aと係合した各突片34、34の軸方向片面
を、上記各内輪31、31の端縁に対向させて、上記ク
ラッチ用保持器28aが軸方向にずれ動く事を防止して
いる。
【0041】一方、上記従動プーリ7cには外輪35
を、締まり嵌めにより内嵌固定している。この外輪35
は、上記一方向クラッチ21aの外輪としてだけでな
く、前記各サポート軸受10b、10bの外輪としても
機能するもので、やはり軸受鋼等の硬質金属製の板材又
はSCM415等の浸炭鋼の板材にプレス加工を施す等
により、全体を円筒状に形成している。この様な外輪3
5の軸方向両端縁に、それぞれ内向フランジ状の外輪側
鍔部36a、36bを形成している。尚、これら両外輪
側鍔部36a、36bのうち、一方(図7の左方)の外
輪側鍔部36aは、他の構成各部材と組み合わせる以前
に形成する為、上記外輪35の本体部分と同様の厚さ寸
法を有する。これに対して、他方(図7の右方)の外輪
側鍔部36bは、他の構成各部材と組み合わせた後に形
成する為、薄肉にしている。
【0042】そして、上記一方向クラッチ21aは、上
記外輪35の中間部内周面と上記一方向クラッチ用内輪
30の外周面とを含んで構成している。即ち、上記外輪
35の中間部内周面と上記一方向クラッチ用内輪30の
外周面との間に、合成樹脂により籠型円筒状に形成した
クラッチ用保持器28aと、それぞれが複数ずつのロー
ラ17a及び図示しないばねとを設けている。又、クラ
ッチ用保持器28aは、上述した様に、その内周面に形
成した上記各突片34、34を上記一方向クラッチ用内
輪30のカム面14aを構成する凹部13aに係合させ
て、この一方向クラッチ用内輪30に対する相対回転を
阻止している。
【0043】又、上記各サポート軸受10b、10b
は、前記各内輪31、31と上記外輪35の軸方向両端
部寄り部分とを含んで構成している。即ち、上記各内輪
31、31の外周面と上記外輪35の軸方向両端部寄り
部分の内周面との間に、それぞれ合成樹脂により籠型円
筒状に形成された軸受用保持器37、37と、この軸受
用保持器37、37により転動自在に保持された複数の
ころ38、38とを配置して、ラジアルころ軸受を構成
している。
【0044】又、前記各外輪側鍔部36a、36bの外
側面と前記各内輪側鍔部33、33の内側面との間に
は、それぞれフローティングワッシャ39、39を、こ
れら各外輪側鍔部36a、36bと内輪側鍔部33、3
3とに対する相対回転を自在に装着している。上記各フ
ローティングワッシャ39、39は、銅等の自己潤滑性
を有する金属、タフトライド処理した金属、或は含油メ
タル等の潤滑油を含浸させた金属材、若しくはポリアミ
ド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリ四弗化エチレン樹脂
等の摩擦係数の低い合成樹脂により、円輪状に形成して
いる。この様なフローティングワッシャ39、39は、
上記各外輪側鍔部36a、36bと内輪側鍔部33、3
3との間に、緩く挟持している。又、このフローティン
グワッシャ39、39は、上記各内輪31、31の外周
面、又は前記従動プーリ7cの内周面により案内(ラジ
アル方向の変位を防止)する。
【0045】又、上記外輪35の軸方向端部内周面と上
記各内輪31、31の外周面との間の隙間は、それぞれ
シールリング40、40により塞いでいる。これら各シ
ールリング40、40は、それぞれ芯金41と弾性材4
2とにより構成しており、上記外輪35の両端部内周面
に、上記弾性材42の外径を弾性的に縮めた状態で、内
嵌支持している。そして、各弾性材42、42にそれぞ
れ複数本ずつ設けたシールリップの先端縁を、上記内輪
31、31の中間部外周面、並びに上記各外輪側鍔部3
6a、36bの内側面に摺接若しくは当接させている。
尚、上記各シールリング40、40の芯金41、41の
片側面で、前記各サポート軸受10b、10bを構成す
る軸受用保持器37、37の端面に対向する部分は、上
記弾性材42、42により覆われない様にして、仮にこ
の軸受用保持器37、37の端面と上記芯金41、41
の片側面とが摺接した場合でも、摺動抵抗を低く抑えら
れる様にしている。
【0046】この様に構成する本例の構造の場合も、前
記従動プーリ7cの外周面に形成した凹溝9、9の数
(本例の場合には4本)等により決まる、無端ベルトの
内周面に形成したリブ1本当たりの単位長さ毎の牽力が
100[kgf/m]を越える場合に使用する。又、オルタ
ネータの回転軸の慣性モーメントとこの回転軸の回転に
対する抵抗との関係を規制して、上記一方向クラッチ2
1aがオーバラン状態にある場合での上記回転軸の角速
度低下を極力小さくする。そして、上記オルタネータの
駆動源であるエンジンがアイドリング状態で、且つこの
オルタネータの電流負荷が最大である状態での、上記回
転軸の1回転当たりの角速度の変動幅を、上記従動プー
リ7cの1回転当たりの角速度の変動幅の1/2未満
(好ましくは1/3未満、より好ましくは1/4未満)
とする。この様な本例の場合も、鳴きの発生を抑える事
ができる。
【0047】
【発明の効果】本発明のオルタネータ用一方向クラッチ
内蔵型プーリ装置とオルタネータ駆動用無端ベルトの鳴
き防止方法は、以上に述べた通り構成され作用するの
で、ディーゼルエンジンのアイドリング時等、オルタネ
ータを駆動する為の無端ベルトの走行速度が大きく変動
する場合でも、鳴きと呼ばれる騒音を抑えて、運転者や
自動車の周囲にいる者に不快感を与える事を防止でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】無端ベルトによる牽力を説明する為、無端ベル
トを従動プーリに巻き掛けた部分を示す略正面図。
【図2】無端ベルトの走行速度の変動に基づく従動プー
リの回転角速度の変動を説明する為の線図。
【図3】従動プーリをオルタネータの回転軸に固定した
場合のこの回転軸の回転角速度の変動成分と慣性に基づ
くオルタネータの駆動トルクとを説明する為の線図。
【図4】オルタネータの回転軸の1回転当たりの角速度
の変動幅が従動プーリの1回転当たりの角速度の変動幅
の1/2以上である場合の従動プーリの回転角速度の変
動成分と慣性に基づくオルタネータの駆動トルクとを説
明する為の線図。
【図5】オルタネータの回転軸の1回転当たりの角速度
の変動幅が従動プーリの1回転当たりの角速度の変動幅
の1/2未満である場合の従動プーリの回転角速度の変
動成分と慣性に基づくオルタネータの駆動トルクとを説
明する為の線図。
【図6】本発明の実施の形態の第1例を示す半部断面
図。
【図7】同第2例を示す半部断面図。
【図8】従来から知られているオルタネータの1例を示
す断面図。
【図9】従来から知られているオルタネータ用一方向ク
ラッチ内蔵型プーリ装置の1例を示す断面図。
【符号の説明】
1 オルタネータ 2 ハウジング 3 回転軸 4 転がり軸受 5 ロータ 6 整流子 7、7a、7b、7c 従動プーリ 8、8a、8b スリーブ 9 凹溝 10、10a、10b サポート軸受 11 ローラクラッチ 12 内輪 13、13a 凹部 14、14a カム面 15 内輪軌道 16 外輪 17、17a ローラ 18 クラッチ用保持器 19 無端ベルト 20 雌スプライン部 21、21a 一方向クラッチ 22 外輪軌道 23 外輪 24 内輪軌道 25 内輪 26 転動体 27 スプラグ 28、28a クラッチ用保持器 29 弾性リング 30 一方向クラッチ用内輪 31 内輪 32 円筒部 33 内輪側鍔部 34 突片 35 外輪 36a、36b 外輪側鍔部 37 軸受用保持器 38 ころ 39 フローティングワッシャ 40 シールリング 41 芯金 42 弾性材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 オルタネータを構成し、このオルタネー
    タのロータと共に回転する回転軸と、この回転軸の周囲
    にこの回転軸と同心に配置した従動プーリと、これら回
    転軸の外周面の軸方向中間部と従動プーリの内周面の軸
    方向中間部との間に設け、この従動プーリが上記回転軸
    に対し所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ従
    動プーリと回転軸との間での回転力の伝達を自在とする
    一方向クラッチと、この一方向クラッチを軸方向両側か
    ら挟む状態で、上記回転軸の外周面と従動プーリの内周
    面との間に設け、この従動プーリに加わるラジアル荷重
    を支承しつつこれら回転軸と従動プーリとの相対回転を
    自在とする1対のサポート軸受とを備え、この従動プー
    リの外周面とエンジンのクランクシャフトの端部に固定
    した駆動プーリとの間に無端ベルトを掛け渡した状態で
    使用されるオルタネータ用一方向クラッチ内蔵型従動プ
    ーリ装置に於いて、上記エンジンがアイドリング状態
    で、且つ上記オルタネータの電流負荷が最大状態での、
    上記回転軸の1回転当たりの回転角速度の変動幅が、上
    記従動プーリの1回転当たりの回転角速度の変動幅の1
    /2未満となる状態で使用する事を特徴とするオルタネ
    ータ用一方向クラッチ内蔵型従動プーリ装置。
  2. 【請求項2】 エンジンのクランクシャフトの端部に固
    定した駆動プーリに掛け渡した無端ベルトによりオルタ
    ネータの回転軸を回転駆動する為に、この回転軸の周囲
    にこの回転軸と同心に配置した従動プーリと、これら回
    転軸の外周面の軸方向中間部と従動プーリの内周面の軸
    方向中間部との間に設け、この従動プーリが上記回転軸
    に対し所定方向に相対回転する傾向となる場合にのみ従
    動プーリと回転軸との間での回転力の伝達を自在とする
    一方向クラッチと、この一方向クラッチを軸方向両側か
    ら挟む状態で、上記回転軸の外周面と従動プーリの内周
    面との間に設け、この従動プーリに加わるラジアル荷重
    を支承しつつこれら回転軸と従動プーリとの相対回転を
    自在とする1対のサポート軸受とを備える一方向クラッ
    チ内蔵型プーリ装置を使用し、上記エンジンがアイドリ
    ング状態で、且つ上記オルタネータの電流負荷が最大状
    態での、上記回転軸の1回転当たりの回転角速度の変動
    幅を、上記従動プーリの1回転当たりの回転角速度の変
    動幅の1/2未満とするオルタネータ駆動用無端ベルト
    の鳴き防止方法。
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