JP2005098457A - オートテンショナーおよび伝動ベルトの多軸駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン等の回転変動に起因して発生するトルク変動による伝動ベルトの振れ（弦振動）、スリップ、これらに起因する発音、およびベルトの耐久性低下を抑制したオートテンショナーおよびこれを用いた伝動ベルトの多軸駆動装置を提供することを目的とする。
【解決手段】伝動ベルト１に張力を付与するオートテンショナー２３であり、固定部材２７と、固定部材２７に移動自在に支持されるアーム状構造体の可動部材３０と、可動部材３０のアーム状先端部に設けられ伝動ベルト１に係合するプーリ２８と、調節部材３６とプッシュ材３７との間に介在させた弾性部材３８によってプッシュ材３７を調節部材３６の先端から離れる方向へのみ摺動させて、逆方向の戻りを制限するように可動部材３０を移動させるプッシュ手段３５と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、オートテンショナーおよび伝動ベルトの多軸駆動装置であり、詳しくは多軸駆動装置においてエンジン等の回転変動に起因して発生するトルク変動による伝動ベルトの振れ（弦振動）、スリップ、これらに起因する発音、およびベルトの耐久性低下を抑制したオートテンショナーおよびこれを用いた伝動ベルトの多軸駆動装置に関する。

多軸駆動装置に使用するＶリブドベルトは、接着ゴム層中に心線を埋設し、該接着ゴム層の上部には必要に応じてカバー帆布を積層し、そして該接着ゴム層の下部に複数のリブ部を設けている。このＶリブドベルトは、Ｖベルトに代わって自動車のウォーターポンプや発電機等の多軸駆動の動力伝動用として広く使用されてきている。

多軸駆動用に使用する伝動ベルトにはいつも適切な張力を必要とする。しかし、ベルトの経時伸縮、エンジンの熱膨張による軸間距離の伸縮のために、静的なベルト張力は変化しやすい環境に置かれている。加えて、運転時には各種の補機の負荷により各スパンのベルト張力が変化する。オートテンショナーがなければ、最大負荷時には張り側のベルト張力が大きく上昇し、その反対に緩み側のベルト張力はゼロ近くまで低下し、ベルトは弦振動、スリップ、発音を生じた。これを防ぐため、初期から高いベルト張力に設定すると、無負荷や軽負荷運転時には必要以上の張力が掛かり、ベルト寿命を損ねる原因になっていた。オートテンショナーを最も緩み側に設置すれば、ベルトの伸縮に応じていつも適切な緩み側張力を維持することができ、負荷の大小によっても余分な張力が掛からないので長寿命とすることができる。

上記オートテンショナーは、バネの力を利用してベルト張力を自動的に制御するものであるが、その揺動を減衰・収束させる方式として、油圧ダンパ方式と摩擦ダンパ方式（例えば特許文献１参照）に大別される。このうち、後者の摩擦方式では一般にプーリが取り付けられた可動部材とエンジンに固定する固定部材からなり、両者は捻りバネによってベルト張力をなるべく一定にすべく軸部を介して相対運動している。

この場合、可動部材と固定部材の間の軸部には、所定の摩擦係数を有する摩擦材を配置し適度な面圧を与えることによって、摺動時に発生する可動部材の揺動を摩擦エネルギーにより短時間に減衰・収束させ、ベルト張力を可能な限り一定に保持するものである。

しかし、摩擦ダンパ方式においては、クランク軸が大きな回転変動が生じているために、回転が急に下がる瞬間において発電機等のような大きな回転慣性をもつものは、特に無負荷時においてその回転速度で回り続けようとするから、オートテンショナー部のベルト張力が増大し、そのためバネ力が負けてベルトが伸張し全スパンの平均張力が低下してベルトにスリップが発生した。これを防ぐために、大きな摩擦力を発生させる必要があるが、これにも限度があり、また大きくすると、かえってベルトを張る方向へ動くべき時に、移動動が少なくなる不具合もあった。また、従来のオートテンショナーでは、可動部材はバネ部材によりベルトに張りを与える方向とベルトの緩む方向のどちらにも自由に移動可能であるため、ベルトの振れを抑制できず、スリップ、発音を発生させる不具合があった。
米国特許第４，４７９，３６２号明細書

従って、本発明はこのような問題点を改善するものであり、これに対処するもので多軸駆動装置においてエンジン等の回転変動に起因して発生するトルク変動による伝動ベルトの振れ（弦振動）、スリップ、これらに起因する発音、およびベルトの耐久性低下を抑制したオートテンショナーおよびこれを用いた伝動ベルトの多軸駆動装置を提供することを目的とする。

本願請求項１記載の発明は、伝動ベルトに張力を付与するオートテンショナーにおいて、プッシュ材と調節部材との間に介在させた弾性部材によってプッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させ、プッシュ材の動きに連動したプーリを伝動ベルトに張りを与える方向に移動させ、プッシュ材の逆方向の戻りを調節部材の先端で制限したオートテンショナーであり、簡単な構造で安価ものが提供でき、またプッシュ材が伝動ベルトに張りを与える方向に移動して逆方向の戻りを調節部材の先端で制限されているために、伝動ベルトの振れ（弦振動）、スリップ、これらに起因する発音およびベルトの耐久性低下を抑制する。

本願請求項２記載の発明は、伝動ベルトに係合するプーリを装着したプッシュ材と調節部材との間に介在させた弾性部材によって、プッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させ、プッシュ材の動きによってプーリを伝動ベルトに当接させるオートテンショナーにあり、プッシュ材の自由振動が逆方向への戻りを調節部材の先端で制限されているために、特に振動減衰機構を必要としないため簡単な構造で安価ものが提供できる。

本願請求項３記載の発明は、固定部材と、固定部材に移動自在に支持されるアーム状構造体の可動部材と、可動部材のアーム状先端部に設けられ伝動ベルトに係合するプーリと、調節部材とプッシュ材との間に介在させた弾性部材によってプッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させて、逆方向の戻りを制限するように可動部材を移動させるプッシュ手段と、を備えているオートテンショナーにあり、必ずしも振動減衰機構を必要としないため簡単な構造で安価なものが提供でき、またプッシュ手段により伝動ベルトに張りを与える方向に移動して逆方向の戻りを制限しているために、伝動ベルトの振れ（弦振動）、スリップ、これらに起因する発音、およびベルトの耐久性低下を抑制する。

本願請求項４記載の発明は、調節部材がプッシュ材の位置を調節するオートテンショナーであり、調節部材をプッシュ材に接触させて移動させることにより、プッシュ材の位置修正が可能になる。

本願請求項５記載の発明は、駆動軸と、少なくとも一つ以上の従動軸に装着した各プーリに伝動ベルトを取付け、更にオートテンショナーを該伝動ベルトに係合した伝動ベルトの多軸駆動装置において、オートテンショナーが、プッシュ材と調節部材との間に介在させた弾性部材によってプッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させ、プッシュ材の動きに連動したプーリを伝動ベルトに張りを与える方向に移動させ、プッシュ材の逆方向の戻りを調節部材の先端で制限した伝動ベルトの多軸駆動装置にあり、伝動ベルトに張りを与える方向に移動して逆方向の戻りを調節部材の先端で制限したことで、エンジンの回転変動に起因して発生するトルク変動による伝動ベルトの振れ（弦振動）を規制することができる。

本願請求項６記載の発明は、オートテンショナーとして、伝動ベルトに係合するプーリを装着したプッシュ材と調節部材との間に介在させた弾性部材によってプッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させ、プッシュ材の動きによってプーリを伝動ベルトに張りを与える方向に移動させて、プッシュ材の逆方向の戻りを調節部材の先端で制限した伝動ベルトの多軸駆動装置にある。

本願請求項７記載の発明は、オートテンショナーが固定部材と、固定部材に移動自在に支持されるアーム状構造体の可動部材と、可動部材のアーム状先端部に設けられ伝動ベルトに係合するプーリと、調節部材とプッシュ材との間に介在させた弾性部材によってプッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させて可動部材を移動させるプッシュ手段とを備え、プッシュ材に連結した可動部材を伝動ベルトに張りを与える方向に移動させ、かつプッシュ材の逆方向の戻りを調節部材の先端で制限した伝動ベルトの多軸駆動装置にある。

本願請求項８記載の発明は、伝動ベルトに張りを与える方向の移動を制限するストッパー材を有している伝動ベルトの多軸駆動装置にある。

本願請求項９記載の発明は、調節部材がプッシュ材の位置を調節する伝動ベルトの多軸駆動装置にあり、プッシュ材の位置修正が容易になる。

本願請求項１０記載の発明は、ベルト初張力が３０〜８０Ｎ／リブに設定される伝動ベルトの多軸駆動装置にあり、適切なベルト張力が維持されてスリップも起こりにくい。

本願請求項１１記載の発明は、伝動ベルトとして、ベルトを２％伸ばすのに必要な引張力が１００〜２５０Ｎ／リブのものを使用する伝動ベルトの多軸駆動装置にある。

本願請求項１２記載の発明は、自動車用の補機駆動装置に適用される伝動ベルトの多軸駆動装置にある。

本発明のオートテンショナーは、必ずしも振動減衰機構等を必要としないために部品点数の少ない簡単な構造で安価なものになり、またプッシュ材がベルトに張りを与える方向に移動し、その逆方向の戻りを調節部材の先端で制限されているために、ベルトの振れ（弦振動）、スリップ、これらに起因する発音、およびベルトの耐久性低下を抑制する。そして、従来のような振動減衰機構に使用する摩擦部材の磨耗が発生しないことから長時間使用してもガタなど生じることなく、長期に亘って安定して性能が維持できる。

また、このオートテンショナーを用いた伝動ベルトの多軸駆動装置は、プッシュ材が伝動ベルトに張りを与える方向に移動し、その逆方向の戻りを制限されているために、エンジンの回転変動に起因して発生するトルク変動によるベルトの振れ（弦振動）を規制して、スリップ、これらに起因する発音、およびベルトの耐久性低下を抑制できるといった効果を有している。

以下に添付図面を参照し、本実施を説明する。

図１における多軸駆動装置１０では、エンジンのクランク軸からなる駆動軸１１とし、そして一つの従動軸１２に例えばウォーターポンプ１３、他の従動軸１４に例えば大きな回転慣性を有する発電機１５を、そして他の従動軸１６に例えばクーラーコンプレッサー１７を備え、これらの軸にそれぞれプーリ１８、１９、２０、２１を装着して、これらのプーリ１８、１９、２０、２１に伝動ベルト１を懸架し、アイドラープーリ２２、オートテンショナー２３を伝動ベルト１の背面に当接させている。

また、上記オートテンショナー２３は、図２および図３に示すようにエンジン等のボディ（図示しない）に固定される固定部材２７と、この固定部材２７に回動自在に支持され、ベルトに係合されるプーリ２８を軸受３４によって回動支持する軸部２９に固定し、該軸部２９をアーム先端部に設けたアーム状構造体の可動部材３０と、調節部材３６とプッシュ材３７との間に介在させたバネ、エラストマー等の弾性部材３８によってプッシュ材３７を調節部材３６の先端から離れる方向へ摺動させて可動部材３０を移動させるプッシュ手段３５からなっている。

上記プッシュ手段３５では、固定部材２７と一体になった筒状のナット３９内部にネジ等の調節部材３６が嵌め込まれてロックナット４０で位置固定され、またプッシュ材３７がブッシュ４１を介して摺動自在に挿入され、調節部材３６と当接可能になっている。そして、ナット３９とプッシュ材３７の各端部に設けられた空所４２に弾性部材３８を介在して、プッシュ材３７を調節部材３６の先端から離れる方向へ摺動させて可動部材３０を移動させている。

図２に示すように基準線Ａは、オートテンショナー２３を多軸駆動装置１０に設置する前の状態であり、可動部材３０をこの基準線Ａから基準線Ｃまで弾性部材３８の圧縮力に抗して移動させた後、この基準線Ｃの位置で可動部材３０を開放してプーリ２８を伝動ベルト１に当接して張力を付与する。ベルト張力が目標値より小さいときには、調節部材３６を回してプッシュ材３７の突出量を変えることで、ベルト張力を調節することができる。

エンジンの回転変動に起因して発生するトルク変動による伝動ベルト１が伸張して張力低下を起こすと、可動部材３０は図４に示すように基準線Ｃから基準線Ｂの方向に向かって移動し、一定のベルト張力を維持してベルトの耐久性低下を抑制することになる。また、ベルトの振れ（弦振動）が発生すると、該オートテンショナー２３では、可動部材３０が伝動ベルト１に張りを与える方向に移動し、逆方向の戻り（この場合、基準線Ｃの位置まで）に制限を受けているために、ベルトの振れ、スリップ、これらに起因する発音を抑制する。

更に、本実施例では、ストッパー材４５が固定部材２７に固着され、可動部材３０の移動に制限を与えている。即ち、このストッパー材４５は、伝動ベルト１の伸張によって可動部材３０に当接すると、電気的にアラーム信号を発信して、ベルトの寿命を予備的に感知できるようになっている。

また、他のオートテンショナー２３としては、図５および図６に示すように、伝動ベルト１に係合するプーリ２８がプッシュ材３７の先端に装着され、このプッシュ材３７が調節部材３６との間に介在したバネ、エラストマー等の弾性部材３８によって、プッシュ材３７を調節部材３６の先端から離れる方向へ摺動させ、このプッシュ材３７の動きによってプーリ２８を伝動ベルト１に当接させる構造になっている。

即ち、このオートテンショナー２３では、筒状のナット３９内部に調節部材３６が嵌め込まれてロックナット４０で位置固定され、またプッシュ材３７がブッシュ４１を介して摺動自在に挿入され、調節部材３６と当接可能になっている。そして、ナット３９とプッシュ材３７の各端部に設けられた空所４２に弾性部材３８が介在している。プッシュ材３７は調節部材３６の先端から離れる方向へのみ摺動し、逆方向の戻りを調節部材３６の先端で制限されている。尚、プッシュ材３７を回転せずに真直ぐに摺動させるために、ナット３９内周部にガイド溝４８を設け、プッシュ材３７に設けた突条部４９を嵌合させることが望ましい。

上記オートテンショナー２３を多軸駆動装置１０へ取付ける場合には、プッシュ材３７を弾性部材３８の圧縮力に抗して移動させた後、この位置でプッシュ材３７を開放してプーリ２８を伝動ベルト１に当接して張力を付与する。

ここで使用するＶリブドベルト１は、図７に示すように綿、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、アラミド繊維からなる糸を用いて、平織、綾織、朱子織等に製織したカバー帆布３からなる伸張部２と、コードよりなる心線４を埋設した接着ゴム層５と、その下側に水素化ニトリルゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム、ＥＰＤＭ、ＣＳＭ、ＡＣＳＭ、ＳＢＲから選ばれた原料ゴムの弾性体層である圧縮部６からなっている。この圧縮部６は、ベルト長手方向に延びる断面略三角形である台形の複数のリブ７を有している。

上記心線４としては、エチレン−２，６−ナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、そしてポリトリメチレンテレフタレート主たる構成単位とするポリエステル繊維フィラメント群を撚糸したコードを接着処理したものが使用される。上記撚糸コードは、トータル繊度が１，０００〜１２，０００デニールｔｅｘであり、総デニールが下限値未満の場合には、ベルトのモジュラス、強力が小さくなり過ぎ、また上限値を越えると、逆にベルトのモジュラスが大きくなって、ベルトの厚みが厚くなって、屈曲疲労性が悪くなる。

Ｖリブドベルトは、ベルトを２％伸ばすのに必要な引張力が１００〜１，０００Ｎ／リブであり、低モジュラスベルト、高モジュラスベルトであってよい。特に、低モジュラスのベルトでは、１００〜２５０Ｎ／リブが好ましい。このような低モジュラスベルトの引張力であると、たとえ駆動軸が回転変動し、大きな回転慣性を有する発電機１３にもつ従動軸に大きなトルク変動が発生してＶリブドベルトが引張力を吸収して弾性的に伸張し、ベルトの振れ（弦振動）がエンジンの最も厳しい条件の回転数からシフトしており、前述にように大きなベルトの振れ（弦振動）、スリップ、これらに起因した発音は抑制される。

尚、上記ベルトの引張力の測定は、ベルトを２つの溝付きプーリに巻き付け、一方のプーリを５０ｍｍ／分の速度で引張って、ベルトを２％伸ばすのに必要な引張力を測定し、１リブ（例えば３．５６ｍｍ）当たりに換算して求められる。

しかも、１００℃におけるベルト収縮力が１０〜５０Ｎ／リブであると、Ｖリブドベルト１はベルトスリップ率が小さくてベルト張力が維持することが出来る。ベルト収縮力が１０Ｎ／リブ未満の場合には、ベルトが伸びやすくてベルト張力の低下が大きく、スリップ率が高くなる傾向がある。一方、ベルト収縮力が５０Ｎを越える場合には、ベルト長さの経時収縮が大きくなる傾向がある上に、スリップ率が小さくなる効果は小さい。

本発明に係るオートテンショナーおよびこれを用いた伝動ベルトの多軸駆動装置は、エンジンの回転変動に起因して発生するトルク変動による伝動ベルトのスリップ、これらに起因する発音、およびベルトの耐久性低下を抑制できるため、自動車用エンジンの補機駆動装置に広く適用することができる。

Ｖリブドベルトを用いた多軸駆動装置を示す概略図である。 図１の多軸駆動装置に使用するテンショナーの断面概略図である。 図２をＡ−Ａから見た一部切欠平面図である。 可動部材を移動させた状態のオートテンショナーを示す図である。 他のテンショナーの断面概略図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の多軸駆動装置に使用するＶリブドベルトの断面斜視図である。

符号の説明

１ Ｖリブドベルト
２ 伸張部
３ カバー帆布
４ 心線
５ 接着ゴム層
６ 圧縮部
７ リブ
１０ 多軸駆動装置
１１ 駆動軸
１２ 従動軸
１３ ウォーターポンプ
１４ 従動軸
１５ 発電機
１６ 従動軸
１７ クーラーコンプレッサー
１８ 駆動プーリ
１９ 従動プーリ
２０ 従動プーリ
２１ 従動プーリ
２２ アイドラープーリ
２３ オートテンショナー
２７ 固定部材
２８ プーリ
３０ 可動部材
３５ プッシュ手段
３６ 調節部材
３７ プッシュ材
３８ 弾性部材
４５ ストッパー材

Claims (12)

1. 伝動ベルトに張力を付与するオートテンショナーにおいて、プッシュ材と調節部材との間に介在させた弾性部材によってプッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させ、プッシュ材の動きに連動したプーリを伝動ベルトに張りを与える方向に移動させ、プッシュ材の逆方向の戻りを調節部材の先端で制限したことを特徴とするオートテンショナー。
2. 伝動ベルトに係合するプーリを装着したプッシュ材と調節部材との間に介在させた弾性部材によって、プッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させ、プッシュ材の動きによってプーリを伝動ベルトに当接させる請求項１記載のオートテンショナー。
3. 固定部材と、固定部材に移動自在に支持されるアーム状構造体の可動部材と、可動部材のアーム状先端部に設けられ伝動ベルトに係合するプーリと、調節部材とプッシュ材との間に介在させた弾性部材によってプッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させて、逆方向の戻りを制限するように可動部材を移動させるプッシュ手段と、を備えている請求項１記載のオートテンショナー。
4. 調節部材がプッシュ材の位置を調節する請求項１〜３の何れかに記載のオートテンショナー。
5. 駆動軸と、少なくとも一つ以上の従動軸に装着した各プーリに伝動ベルトを取付け、更にオートテンショナーを該伝動ベルトに係合した伝動ベルトの多軸駆動装置において、オートテンショナーが、プッシュ材と調節部材との間に介在させた弾性部材によってプッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させ、プッシュ材の動きに連動したプーリを伝動ベルトに張りを与える方向に移動させ、プッシュ材の逆方向の戻りを調節部材の先端で制限したことを特徴とする伝動ベルトの多軸駆動装置。
6. オートテンショナーとして、伝動ベルトに係合するプーリを装着したプッシュ材と調節部材との間に介在させた弾性部材によってプッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させ、プッシュ材の動きによってプーリを伝動ベルトに張りを与える方向に移動させて、プッシュ材の逆方向の戻りを調節部材の先端で制限した請求項５記載の伝動ベルトの多軸駆動装置。
7. オートテンショナーが固定部材と、固定部材に移動自在に支持されるアーム状構造体の可動部材と、可動部材のアーム状先端部に設けられ伝動ベルトに係合するプーリと、調節部材とプッシュ材との間に介在させた弾性部材によってプッシュ材を調節部材の先端から離れる方向へのみ摺動させて可動部材を移動させるプッシュ手段とを備え、プッシュ材に連結した可動部材を伝動ベルトに張りを与える方向に移動させ、かつプッシュ材の逆方向の戻りを調節部材の先端で制限した請求項５記載の伝動ベルトの多軸駆動装置。
8. 伝動ベルトに張りを与える方向の移動を制限するストッパー材を有している請求項７記載の伝動ベルトの多軸駆動装置。
9. 調節部材がプッシュ材の位置を調節する請求項５〜８の何れかに記載の伝動ベルトの多軸駆動装置。
10. ベルト初張力が３０〜８０Ｎ／リブに設定される請求項５〜９の何れかに記載の伝動ベルトの多軸駆動装置。
11. 伝動ベルトとして、ベルトを２％伸ばすのに必要な引張力が１００〜２５０Ｎ／リブのものを使用する請求項５〜１０の何れかに記載の伝動ベルトの多軸駆動装置。
12. 自動車用の補機駆動装置に適用される請求項５〜１１の何れかに記載の伝動ベルトの多軸駆動装置。
    

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