JP2005164024A - オートテンショナー - Google Patents

Abstract

【課題】可動部材及びハウジング材と摩擦材との摺動面の面積を大きくすることにより、摺動面の面圧を小さくして摩擦材の摩耗速度を小さくすることで、寿命の長いオートテンショナーを提供する。
【解決手段】車体等に固定されるハウジング材２と、ハウジング材２に回動自在に支持されるアーム状構造体の可動部材３と、可動部材３のアーム状先端部に設けられベルトに係合するプーリ７と、可動部材３をハウジング材２に対し所定方向に付勢するコイルバネ４と、可動部材３とハウジング材２との間に介装され、可動部材３の揺動を減衰・収束させる摩擦材５と、を備えたベルトの張力を適度に保つためのオートテンショナー１であって、上記摩擦材５をコイルバネ４の外側に配置して可動部材３あるいはハウジング材２と摩擦材５との摺動面６の面積を大きくし、摺動面６の面圧を小さくして摩擦材５の摩耗速度を小さくしたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ベルトの張力を自動的に適度に保つためのオートテンショナーに関する。

自動車用エンジンの補機駆動用ベルトの張力を適度に保つ装置としてオートテンショナーが使用されている。一般に、このオートテンショナーは、バネの力を利用してベルトの張力を自動的に制御するものであるが、オートテンショナーの揺動を減衰・収束させる方式としては、油圧ダンパ方式と摩擦ダンパ方式に大別される。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車体に固定するハウジング材からなり、両者は捻りバネによってベルトの張力をなるべく一定にすべく軸部を介して相対運動をする。

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

一般的には、可動部材及びハウジング材はダイキャスト工法で製造されたアルミニウム合金鋳物でできており、摩擦材は可動部材もしくはハウジング材のどちらか一方に固定されている。また、一般には摩擦材は合成樹脂製であり、合成樹脂とアルミニウム合金鋳物が摺動することにより、ベルトの張力を一定に保ち、かつ両者間に摩擦エネルギーを発生させることで可動部材の揺動を短時間に減衰する機構になっている。（例えば、特許文献１に開示。）

ところが、前述のようにオートテンショナーの主な機能には、ベルトになるべく一定の張力を付与する機能と、ベルトの振動を短時間で収束させるダンピング機能がある。短時間でダンピングする為には大きなダンピングトルクが必要であり、そのためには前述の合成樹脂製の摩擦材とアルミニウム合金鋳物の摺動面で大きな摩擦力が要求される。この摩擦力は、摺動面の摩擦係数と摺動面に作用する垂直荷重の積になる。即ち、大きなダンピングトルクを得るには、（ａ）摩擦係数を大きくすること、（ｂ）摺動面に作用する荷重を大きくすることが必要である。しかし摩擦係数を大きくすること及び荷重(一定面積では面圧)を大きくするとアルミニウム合金鋳物より柔らかい樹脂摩擦材の摩耗速度が大きくなり、オートテンショナーの寿命が短くなるという問題があった。
米国特許第４，６９６，６６３号

本発明は、このような問題点を解決するものであり、可動部材及びハウジング材と摩擦材との摺動面の面積を大きくすることにより、摺動面の面圧を小さくして摩擦材の摩耗速度を小さくすることで、寿命の長いオートテンショナーを提供することを目的とする。

本願請求項記載の発明では、車体等に固定されるハウジング材と、ハウジング材に回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ベルトに係合するプーリと、可動部材をハウジング材に対し所定方向に付勢するコイルバネと、可動部材とハウジング材との間に介装され、可動部材の揺動を減衰・収束させる摩擦材と、を備えたベルトの張力を適度に保つためのオートテンショナーであって、上記摩擦材をコイルバネの外側に配置することに特徴がある。これにより、可動部材あるいはハウジング材と摩擦材との摺動面の面積が大きくなり、そして摺動面の面圧を小さくして摩擦材の摩耗速度を小さくすることができる。

また、コイルバネが引張りコイルバネであり、可動部材をハウジング材側へ引き寄せる方向の力を付与し、更にはコイルバネが圧縮コイルバネであり、可動部材をハウジング材から離れる方向の力を付与することもできる。

本発明のオートテンショナーでは、摩擦材をコイルバネの外側に配置してその外径を大きくして摺動面の面積を増大させることができるため、同一摩擦力(ダンピングトルク)を得るための面圧を小さくすることができること、摩擦材に大きな摩擦力がかからないこと、そして摩擦材の摩耗量速度を減少させることができること等により、摩擦材の耐久性が向上してオートテンショナーの寿命が期待できる。しかも、摩擦により発生した熱が内部に蓄熱することなく外部へ発散しやすい構造になっていることから、摺動部の温度上昇量が小さくなり、更に摩擦材の耐久性が向上する。このような特性をもったオートテンショナーはより大きなダンピングトルクを得ることができ、ベルトの振動、スリップ及び発音を小さくすることが出来る。

図１は本発明に係るオートテンショナーの一例の概略説明図である。オートテンショナー１は、自動車等の固定体（図示しない）に固定されるハウジング材２と、このハウジング材２に回動自在に支持されたアーム状構造体の可動部材３と、可動部材３をハウジング材２に対し所定方向に付勢するコイルバネ４と、可動部材３とハウジング材２との間に介装され、可動部材３の揺動を減衰・収束させる摩擦材５を備え、可動部材３ではベルトに係合されるプーリ７が軸受９を介して回動支持する軸部８に固定している。

そして、上記摩擦材５は長手方向に沿って切り溝を設けた厚さ０．５〜３ｍｍ程度の比較的薄めの円錐状であって、コイルバネ４の外側に位置するハウジング材２と可動部材３の間に位置し、面積の大きいテーパ状の摺動部６を形成している。摺動部６は摩擦材５と可動部材３の外周面との界面および摩擦材５とハウジング材２の内周面との界面、即ち摩擦材５の内周面と外周面の両面、あるいは摩擦材５と可動部材３の外周面との界面である。コイルバネ４はハウジング材２と可動部材３で形成された空間部１０に収容され、一端をハウジング材２の内壁に、他端を可動部材３の内壁に係止し、本実施例では可動部材３とハウジング材２とを図中矢印方向へ引き寄せる引張りコイルバネとなり、摺動部６で摩擦力を与えている。

図２は本発明に係る他の実施例に係るオートテンショナーの概略説明図であり、基本的に図１に示すオートテンショナーの構造と同じであるが、摩擦材５がコイルバネ４の外側に配置され、摺動部６の面積を大きくしている。長手方向に沿って切り溝を設けた円錐状の摩擦材５はハウジング材２の外周面に嵌着し、可動部材３の内周面に接している。コイルバネ４はハウジング材２と可動部材３で形成された空間部１０に収容され、一端をハウジング材２の内壁に、他端を可動部材３の内壁に係止し、可動部材３とハウジング材２とを図中矢印方向へ引き寄せる引張りコイルバネとなり、摺動部６で摩擦力を与えている。

図３は本発明に係る他の実施例に係るオートテンショナーの概略説明図であり、このオートテンショナー１はハウジング材２と、このハウジング材２に回動自在に支持されたアーム状構造体の可動部材３と、可動部材３をハウジング材２に対し所定方向に付勢するコイルバネ４と、可動部材３とハウジング材２との間に介装され、可動部材３の揺動を減衰・収束させる摩擦材５を備え、可動部材３ではベルトに係合されるプーリ７が軸受９を介して回動支持する軸部８に固定している。尚、ここで使用するハウジング材２は中央部に設けた開口部１３にコイルバネ４を固定するプレート１２で空間部１０を閉鎖するように固着し、一方可動部材３はレバーアーム１５に円錐状のコーン１６を装着している。

コイルバネ４はハウジング材２と可動部材３で形成された空間部１０に収容され、一端をハウジング材２のプレート１２の内壁に、他端を可動部材３の内壁に係止し、可動部材３とハウジング材２とを図中矢印方向へ引き離す圧縮コイルバネとなり、摺動部６で摩擦力を与えている。

上記オートテンショナー１に組立てる場合には、部品となるプレート１２とハウジング材２、レバーアーム１５と円錐状のコーン１６が分離している。開口部１３を設けたハウジング材２をレバーアーム１５に近接した状態で設置した後、円錐状のコーン１６を開口部１３から挿入して先端部をレバーアーム１５に機械的に固定し、続いてコイルバネ４を開口部１３から空間部１０に収容して端部を係止しプレート１２を開口部１３に嵌め込んで空間部１０を閉鎖し、コイルバネ４を圧縮コイルバネにして組立てを完了する。

上記摩擦材５は、例えば射出成形機で成形して作製することができる。この摩擦材５は両端が開口した筒状体であり、一端部から他端部にかけて僅かに小径となる断面テーパ状に形成されている。上記摩擦材５はナイロン６６、ナイロン４６、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、シンジオタクチックポリスチレン、そしてポリテトラフルオロエチレン、これらの樹脂に高酸価ワックス等を配合した合成樹脂を素材にしている。

上記ハウジング材２や可動部材３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の鋳造(ダイキャスト)から形成されている。可動部材３の表面は窒化処理、軟窒化処理、亜鉛メッキ、アルミニウム合金メッキ、硬質クロームメッキ等を施している。

以下に、本発明を具体的な実施例のより更に詳細に説明する。
実施例１、比較例１
図１に示す形状のアルミニウム合金鋳物製のハウジング材２、アルミニウム合金鋳物製の可動部材３、テーパ状の摺動面の平均直径が７０mmであるナイロン４６製の筒状の摩擦材５、可動部材３に装着させるプーリ７、そしてコイルバネ４を用意した。そして、これらの部品を用いてハウジング材２と可動部材３によって形成された空間部１０にコイルバネ４を収容し、一端をハウジング材２の内壁に、他端を可動部材３の内壁に係止して可動部材３をハウジング材２側へ引き付けるような引張りコイルバネになるように設置し、摩擦材５を可動部材３の外壁に機械的に固定してハウジング材２との摺動部６で摩擦力を受ける構造に組立てた。摩擦材５はコイルバネ４の外側に位置している。

組立てたオートテンショナーはスプリングトルク(ベルトへの付与張力)が２５Ｎｍ、ダンピングトルクが１５Ｎｍであり、次の条件（雰囲気温度：１００±３℃、プーリ中心の振幅：±２．５ｄｅｇ、プーリの揺動周波数：３０Ｈｚ、試験時間：３００時間）でプーリを揺動させる耐久試験を行い、実施後の摩擦材の摩耗量を測定した。

一方、図４に示す比較例で使用する従来のオートテンショナー２０は、ハウジング材２２と、このハウジング材２２に回動自在に支持されたアーム状構造体の可動部材２３と、可動部材２３をハウジング材２２に対し所定方向に付勢するコイルバネ２４と、可動部材２３とハウジング材２２との間に介装され、可動部材２３の揺動を減衰・収束させる摩擦材２５を備え、可動部材２３ではベルトに係合されるプーリ２７が軸受２９を介して回動支持する軸部２８に固定し、特に図1に比べて摩擦材２５がコイルバネ２４の内側に位置した構造になっている。

図４に示すオートテンショナー２０では、テーパ状の摺動面の平均直径が３５ｍｍで、実施例に係るオートテンショナーの摺動面の面積より小さく、かつ同程度のスプリングトルクとダンピングトルクを有している。このオートテンショナーを比較製品として同一の耐久試験を行い、同様に摩擦材の摩耗量を測定した。その結果、実施例１の摩耗量は２３μｍであり、比較例１では５５μｍであり、本実施例の方が顕著に摩耗量が少ないことを検証した。

また、摺動部近傍に熱電対を挿入して耐久試験中の温度を測定した結果、摺動部の温度は摩擦発熱によって雰囲気温度よりも高温になった。比較例のオートテンショナーの温度は約１３５℃であったのに対して、本実施例の摺動部近傍の温度は、ハウジング部を介して外部への放熱が大きいことにより約１１０℃であり、２５℃の差があった。このように、本実施例のオートテンショナーにおいて摩耗速度が小さいのは、同じダンピングトルクを得るためには面圧が小さくてよいこと、そして摺動部の温度が低いために摩擦材の耐摩耗性が維持されることに起因している。

実施例２、比較例２
図２に示す形状のアルミニウム合金鋳物製のハウジング材２、アルミニウム合金鋳物製の可動部材３、テーパ状の摺動面の平均直径が７０mmであるナイロン４６製の筒状の摩擦材５、可動部材３に装着させるプーリ７、そしてコイルバネ４を用意した。そして、これらの部品を用いてハウジング材２と可動部材３によって形成された空間部１０にコイルバネ４を収容し、一端をハウジング材２の内壁に、他端を可動部材３の内壁に係止して可動部材３をハウジング材２側へ引き付けるような引張りコイルバネになるように設置し、摩擦材５をハウジング材２の外壁に機械的に固定して可動部材３との摺動部６で摩擦力を与える構造に組立てた。摩擦材５はコイルバネ４の外側に位置している。

組立てたオートテンショナーはスプリングトルク(ベルトへの付与張力)が２５Ｎｍ、ダンピングトルクが１５Ｎｍであり、実施例１と同一の条件でプーリを揺動させる耐久試験を実施し、実施後の摩擦材の摩耗量を測定した。

一方で、比較例２として図４に示すオートテンショナー（摺動面の平均直径が３５mm）を用いて同一の耐久試験を行い、同様に摩擦材の摩耗量を測定した。その結果は実施例２の摩耗量は１９μｍであり、比較例２では５５μｍであり、本実施例の方が顕著に摩耗量が少ないことを検証した。

また実施例１と同じように、摺動部近傍に熱電対を挿入して耐久試験中の温度を測定した。摺動部の温度は摩擦発熱によって雰囲気温度よりも高温になる。比較例２のオートテンショナーの温度が約１３５℃であったのに対して、実施例２の摺動部近傍の温度は、実施例１と全く同様に約１１０℃であった。

本発明に係るオートテンショナーは、自動車用エンジンなどの多軸駆動装置に装着した補機駆動用ベルトの張力を自動的に適度に保つものとして広く使用することができる。

本発明に係るオートテンショナーの一例の概略説明図である。 本発明に係る他のオートテンショナーの概略説明図である。 本発明に係る更に他のオートテンショナーの概略説明図である。 従来のオートテンショナーの概略説明図である。

符号の説明

１ オートテンショナー
２ ハウジング材
３ 可動部材
４ コイルバネ
５ 摩擦材
６ 摺動部
７ プーリ
８ 軸部
９ 軸受

Claims (3)

1. 車体等に固定されるハウジング材と、ハウジング材に回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ベルトに係合するプーリと、可動部材をハウジング材に対し所定方向に付勢するコイルバネと、可動部材とハウジング材との間に介装され、可動部材の揺動を減衰・収束させる摩擦材と、を備えたベルトの張力を適度に保つためのオートテンショナーであって、上記摩擦材をコイルバネの外側に配置したことを特徴とするオートテンショナー。
2. コイルバネが引張りコイルバネであり、可動部材をハウジング材側へ引き寄せる方向の力を付与する請求項１記載のオートテンショナー。
3. コイルバネが圧縮コイルバネであり、可動部材をハウジング材から離れる方向の力を付与する請求項１記載のオートテンショナー。
   

Images