JP2009531634A - テンショナ - Google Patents

Abstract

ベースと、ベースに回動自在に連結されたピボットアームと、ピボットアームに枢着されたプーリと、第１動作レンジに渡りピボットアームにバネ力を与え、ベースとピボットアームの間に配置される第１バイアス部材と、ベースとピボットアームの間に配置される第２バイアス部材とを備え、第２バイアス部材が、所定のピボットアーム位置においてバネ力をピボットアームに与え、所定のピボットアーム位置が第１動作レンジ内にあり、所定のピボットアーム位置を越えると第２バイアス部材が第１バイアス部材のバネ力を補足するテンショナ。

Description

本発明は、テンショナに関し、より具体的には、第１スプリングと第２スクリングを備え、所定のピボットアーム位置において第２スプリングが第１スプリングのバネ力を補足するようにピボットアームにバネ力を与えるテンショナに関する。

一般に、テンショナは、装置の静的なトルク（あるいは力）を出力するスプリングなどのエネルギ蓄積要素と、外部からの入力に対する装置の動的な力の応答を緩和する例えばある種の形態のダンピング機構などエネルギ吸収要素を備える。エネルギ蓄積要素とエネルギ吸収要素は、アームの動作レンジ全体に渡って機能し、動作レンジ内において選択的に用いられるものではない。エネルギ蓄積要素により出力される力は、この要素に掛かる荷重（通常テンショナベースに対するテンショナアームの位置により規定される）とその要素のバネ係数によって変わる。

例えば、スプリング同士が直線的に配置された２個の捻りスプリングを備えるテンショナなど、１以上のエネルギ蓄積要素を備えるテンショナが知られている。直列するスプリングは２つの異なる機能を提供し、それぞれは、常時動作可能な状態でピボットアームに係合されている。第１のものは、エネルギ蓄積機能に係わる。第２のものは、テンショナアームの動きを減衰するダンピング要素、すなわち摩擦要素の負荷を与える手段の提供に係わる。

この技術の代表は、ウシオの米国特許第４，８２６，４７１号（１９８９年）であり、動力伝達ベルトに押し当てられるアイドラローラに２種類の付勢を与えるスプリング機構を備えた動力伝達ベルトのオートテンショナを開示する。この付勢のための構成は、アイドラローラを搭載したアームに２種類の付勢を与え、捻りによる付勢とスプリング機構の圧縮による付勢を含む。１つの方式では、一対の付勢スプリングが用いられ、１つは捻り付勢を与えるためのもので、１つは圧縮付勢を与えるためのものである。別の方式では、単独のスプリングが２種類の付勢動作の両方に作用する。圧縮付勢機構は、圧縮スプリングの圧縮がアイドラローラアームの運動に寄与するように相互に協働する傾斜面を有する一対のカムを備える。

必要とされているのは、第１スプリングと第２スプリングとを備え、所定のピボットアーム位置において第２スプリングが第１スプリングのバネ力を補足するようにピボットアームにバネ力を与えるテンショナである。本発明はこの要求に合致する。

本発明の第１の目的は、第１スプリングと第２スプリングとを備え、所定のピボットアーム位置において第２スプリングが第１スプリングのバネ力を補足するようにピボットアームにバネ力を与えるテンショナを提供することである。

本発明のその他の目的は、本発明の以下の説明と添付された図面により指摘され明らかとされる。

本発明は、ベースと、ベースに回動自在に連結されたピボットアームと、ピボットアームに枢着されたプーリと、第１動作レンジに渡りピボットアームにバネ力を与えベースとピボットアームの間に設けられた第１バイアス部材と、ベースとピボットアームの間に配置され所定のピボットアーム位置でバネ力をピボットアームに与える第２バイアス部材とを備え、所定のピボットアーム位置が上記動作レンジ内にあり、所定のピボットアームの位置を越えると第２バイアス部材が第１バイアス部材のバネ力を補足するテンショナを備える。

この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。

図１は、本発明に係わるテンショナの平面図である。テンショナ１００は、ベース１０を備える。ベース１０は、テンショナを、例えばエンジンなどの取付面（図示せず）に取り付けるためのファスナ（図示せず）が挿入される穴１２を有する。ファスナは、ボルトなどのネジ付きファスナであってもよく、またリベット、スタッド、あるいは接着剤であってもよい。

ピボットアーム２０は、ピボット２１においてベース１０に回動自在に連結される。プーリ３０は、回転軸３１においてピボットアーム２０に枢着される。回転軸３１は、周知のどのような形式のボルトやロッドであってもよい。プーリ３０は、例えば補機伝動システムにおけるベルトなどの動力伝達ベルトに係合される。

テンショナ１００は、第１スプリング４１（図４参照）と第２スプリング４０（図４参照）を備える。第２スプリング４０は、係合部１１においてベース１０に係合する。第２スプリング４０の他端は、係合部２２において、ピボットアーム２０に係合する。第２スプリング４０としては、ＥＰＤＭ、ＨＮＢＲ、ポリウレタン、天然ゴム、合成ゴム、あるいは、これら２以上の組み合わせなどからなるエラストマ部材などがある。また、スプリング４０は、圧縮コイルバネや捻りスプリングであってもよい。

図２は、テンショナの移動量に対するハブ荷重を示す。補助レンジＢは、通常動作レンジＡを越えたレンジである。補助レンジＢは、予荷重なしでの高いバネ係数により特徴付けられる。

２個のスプリング（４０、４１）は、テンショナにおける２段階のトルク出力レンジを与える。第１トルク出力レンジは、スプリング４１により規定され、図２においてレンジＡとして示される。第２トルク出力レンジは、要求に応じて断続的に係合される第２スプリング４０の利用により特徴付けられ、図２においてレンジＢとして示される。レンジＢにおいて、第２トルク出力レンジは、第２スプリング４０のトルクに第１スプリング４１のトルクを足し合わせた合計である。スプリング４０は、所定の角変位位置に達したピボットアーム２０に掛かるスプリング４１のバネ力を補足する。

図３は、ピボットアームが動作可能な動作レンジを示すテンショナの模式的な平面図である。径方向Ｒ１に対して、フリーアーム位置は約１１７°である。「フリーアーム」とは、ベルトが係合されていないときに、スプリングに押し遣られたピボットアームが停止する位置である。平均ベルト位置は約１７７°で、ベルト取付位置は約１４３°である。これらの値は、単に例示されたもので本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

「平均ベルト位置」は、ピボットアームの通常の動作位置である。スプリング４０は、「平均ベルト」位置と「ベルト取付」位置の間で回転移動した位置、あるいは等しい位置おいてピボットアーム２０に係合する。

「ベルト取付」位置は、ベルトをテンショナプーリに取り付けるためにピボットアームが移動される位置である。ベルトが取り付けられると、ピボットアームは一般にベルト取付位置から平均ベルト位置へと移動する。ベルト取付位置は、一般にスプリング４０が不完全に圧縮された位置から完全に圧縮される位置までの間の範囲にある。ここで示されるレンジの値は、単に例示したもので、説明されたいかなるレンジを限定することを意図したものではない。

図４は、テンショナの分解斜視図である。テンショナはスプリング４１を備え、この実施形態では捩りスプリングであり、ベース１０内に収容されている。スプリング４１の第１端部４２はベース１０に連結される。スプリング４１の第２端部４３は、ダンピングシュー１５と係合される。ダンピングシュー１５は、ピボットアーム２０の内側面と摩擦係合する。ダンピングシュー１５は、ピボットアーム２０の搖動運動を減衰する。ダンピングシュー１５は、スプリング４１からの押圧力により適正位置に保持される。

第２スプリング４０は、ベース１０の取付部１１に係合する。ピン１４により、スプリング４０は取付部１１に取り付けられる。係合部２２は、スプリング４０の他端に接触する。作動中、スプリング４０は係合部２２と取付部１１の間に保持される。スプリング４０の軸（Ｂ−Ｂ）は、第１スプリング４１の軸（Ａ−Ａ）に略垂直に配置される。これは、軸（Ａ−Ａ）が垂直に配置された平面内に、軸（Ｂ−Ｂ）が配置されているとも言える。

作動中、捩りスプリング４１は、ピボットアーム２０が回転するにしたがって捩り方向に圧縮され、これによりプーリ３０に係合されたベルトにバネ力が与えられる。異物がプーリ３０の回転領域３３に侵入することを防止するために、防塵部材３１が用いられる。

スプリング４０には、第２弾性バネ要素が用いられ、テンショナの通常動作レンジ内において動作に影響を及ぼす。所定のピボットアーム位置に達すると、スプリング４０は、捻りスプリング４１のバネ力を増大させるために第２バネ力を与える。すなわち、スプリング４０、すなわちバイアス（付勢）部材は、所定のピボットアーム位置においてピボットアームにバネ力を付与するもので、所定のピボットアーム位置は動作レンジ内に配置され、そこを越えると、第２スプリング４０が第１スプリング４１のバネ力を補足する。また、スプリング４０は、それがピボットアームと係合されている間、ピボットアームの運動を減衰させる。

スプリング４１を単独で用いた低いトルク出力は、ピボットアームの応答を通常のベルト入力に適応させ（ベアリングとハブの低い疲労荷重を保証する）、過度のベルト荷重入力（それによる極端なピボットアームの移動）は、両方のスプリングにより調節され、第２スプリング４０は補助動作レンジ内において作動される。

スプリング４０の力は、ピボットアームの移動範囲内のどの位置でピボットアームに作用させてもよく、これは求められるアプリケーションでの要求に合わせて、ピボットアーム２０の移動範囲内のどの位置においてもスプリング４０を係合部２２に接触させられることを意味する。

スプリング４０のバネ係数は、例えば一定または段階的であり、バネ係数は軸方向圧縮変位の関数として変動してもよい。ピボットアーム力（すなわちベルト力）は、異なるバネ係数をもつ異なるスプリングを用いることにより調整されてもよい。スプリング４０は、従来のスプリング、例えば捻りあるいは圧縮の用途で使用される螺旋状巻回スプリング、あるいはプラスチックや例えばポリウレタンなどの天然または合成ゴムを含めた他の弾性材料からなる。ゴムあるいはポリマーの場合、スプリング４０はラジアル方向に保持され、あるいは保持されていなかもしれず、スプリングは横方向への過度な変位を防止するために保持される。

またスプリング４０は、ピボットアーム移動レンジの終端における穏やかな停止をもたらす。ピボットアーム２０は、取付部１１との衝突が激しいと騒音と機械的な破損を招き得る硬質な係止部にぶつかる代わりに、自らの予定された移動の終端に近づくと、ピボットアーム２０は「柔らかい」スプリング４０に衝突する。

ピボット２１は、シャフト１３とブッシュ１３０を備える。ピボットアーム２０は、シャフト１３に連結される。ブッシュ１３０は、ピボットアーム２０の回動運動を容易にする低摩擦ベアリングである。

このテンショナの適用例には、ベルト伝動スタータジェネレータシステムが含まれ、ベルト伝動スタータジェネレータシステムでは、（例えば、オルタネータとして利用されるときにスタータジェネレータのベルト緊張側にテンショナが設けられており）始動モードの方が通常の運転モードよりも厳しい条件である。

ジェネレータスタータによる始動時、すなわちブースト時に高いベルト張力が必要とされることから、従来のテンショナは過度に高いトルク出力をもつ必要があり、これは通常のエンジン運転モードにおいて許容できない高いベルト張力をもたらす。すなわち、通常のエンジン運転モードにおいて低い張力制御／ベルト追従性能をもたらす略０度のハブ荷重・アーム角度（ハブ荷重に対するアーム角度）、あるいは略０度の巻き付け角は、より大きなアームの運動と耐久性の低下をも導く。

本発明に係わるテンショナは、ベルト荷重が、ピボットアーム２０を第２スプリング４０と係合させる所定のレベルにまで増大したときのみ第２スプリングの作動を通して補足的なトルク出力を提供する。本発明に係わるテンショナ以外では、トルクは第１スプリング４１によってのみもたらされる。すなわち、通常の運転および通常動作レンジ内において、テンショナは捻りスプリング４１の特性に基づいて作動する。通常動作レンジでは、スプリング４０はピボットアーム２０とベース１０の間において圧縮状態にない。しかし、過剰なベルト荷重が掛かり、それにより通常動作レンジを越えてアームが移動するとき、係合部２２はスプリング４０と接触し、そして取付部１１と連結され、それによりピボットアーム２０とベース１０の間でスプリング４０が圧縮される。この配置では、スプリング４０のバネ力が、捻りスプリング４１のバネ力に付加される。スプリング４０は、付加的なバネ力と、発生した過剰な荷重に抵抗するダンピングを与える。非圧縮状態におけるスプリング４０の面４５の位置は（図６（ａ）参照）、通常動作レンジの上側のピボットアーム移動限界を規定する。

スプリング４０、４１の各々は、テンショナ荷重に影響を及ぼすバネ力とバネ係数を規定する。スプリング４１がダンピングシュー１５に力を与えることから、スプリング４１はダンピングに直接影響するが、それは最小のダンピング力も与え、これはスプリングが捻り方向へ巻き締め巻き解により発生する。

バネ係数の例は表１に示される。別の適用例におけるハブ荷重の比率とダンピングが表２に示される。

図５は、捻りスプリングの側面図である。端部４２はベース１０に連結される。端部４３はダンピングシュー１５に係合される。

図６（ａ）は第２スプリングの側断面図である。凹部４４はピン１４を受け入れる。ピン１４は、スプリング４０をベース１０に保持する（図４参照）。面４５、４６は、スプリング４０の反対側の端部にある。面４５、４６は、一般的には平らであり、係合部２２や取付部１１と係合するのに必要などのような形状であってもよい。

図６（ｂ）は、第２スプリングの頂面図である。凹部４４は段形状を備える形で示される。すなわち、スプリングの出力を阻害するような係合とならずに、ピン１４としっかりと係合するための第１および第２の直径を有する。これはピボットアーム２０がベース１０から引き戻されたときに、スプリング４０がベース１０と非係合状態となるのを防止する。

図７は、ダンピングシューの斜視図である。ダンピングシュー１５は、所定の摩擦係数を有する摩擦材１５０を備える。摩擦材１５０は面２３に係合する（図４参照）。摩擦材１５０は、本体１５１に連結される。

受容部１５２はスプリング４１の端部４３に係合する。スプリング４１の端部４３は、受容部１５２と２点、すなわち、Ｆ１とＦ２において係合する。Ｆ１、Ｆ２においてダンピングシューに力を加えることにより、スプリング４１は、ダンピングシューの面１５０が面２３に略垂直な力を与えるように作用する。スプリング４１の捻り荷重が掛かっている間、スプリング４１はダンピングシュー１５を一般的に面２３に押し当てる。これは通常ピボットアーム２０が回動している間に起こる。スプリング４１に捻り荷重が掛かっているときに面２３と面１５０の間に発生する摩擦力は、捻りスプリング４１の荷重が解放されるときに面２３、１５０により発生する摩擦力よりも約１倍〜約５倍大きい範囲にある。

図８は、ダンピングシューの断面図である。受容部１５２は、典型的にはスプリング端部４３と係合する“Ｕ”字形である。ダンピングシューは、テンショナの動作に対して非対称ダンピング特性を備える。これはピボットアームがベルトに荷重を与える形で移動すると、ピボットアームに掛かるダンピング力は、ピボットアームがベルトから荷重を解放する形で移動するときにピボットアームに掛かるダンピング力よりも大きいことを意味する。これは、例えばベルトが緩んだときなどベルト荷重の反転時にベルトに掛かる荷重を維持するためのピボットアームのより制限的でない運動を許容しながらも、ピボットアームがベルト荷重の増大による運動に抵抗することを意味する。

ベルトに荷重を負荷する方向でのテンショナアームの移動に対するダンピング特性の、ベルトから荷重を解放する方向に比べた違いは、約１：１〜約５：１の範囲にある。ダンピング特性が１：１よりも大きいときが非対称ダンピング特性である。上述したように、非対称ダンピング特性は、ベルトにおける荷重の反転により通常は緩んでいないベルトの部分で一時的な弛緩状態が発生する伝動システムへのアプリケーションである。ダンピングの非対称性は、ダンピング機構の特徴である。すなわち、ダンピングシュー１５、面２３、捻りスプリング４１である。

ここでは、本発明の複数の形態について説明されたが、当業者にとっては、ここで説明された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、その構成や構成部の関係を様々に変形することは容易である。

本発明に係わるテンショナの平面図である。 テンショナ移動量に対するハブ荷重を示す。 ピボットアームの利用可能な動作レンジを示すテンショナの平面模式図である。 テンショナの分解斜図である。 捻りスプリングの側面図である。 第２スプリングの側断面図である。 第２スプリングの頂面図である。 ダンピングシューの斜視図である。 ダンピングシューの断面である。

Claims (12)

1. ベース（１０）と、
   前記ベースに回動自在に連結されたピボットアーム（２０）と、
   前記ピボットアームに枢着されたプーリ（３０）と、
   第１バイアス部材軸を有する捻りスプリングを備え、前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される第１バイアス部材（４１）と、
   前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される圧縮可能なエラストマ材料を備え、前記第１バイアス部材軸に実質的に垂直な第２バイアス部材軸を有する第２バイアス部材とを備え、
   前記第２バイアス部材が、所定のピボットアーム位置において前記第１バイアス部材のバネ力を補足するためにバネ力を前記ピボットアームに与える
   ことを特徴とするテンショナ。
2. 前記第１バイアス部材と前記ピボットアームの間に係合されるダンピング部材を備え、前記ダンピング部材が非対称ダンピング特性を与えることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
3. 前記ダンピング部材が前記ピボットアームと摩擦係合することを特徴とする請求項２に記載のテンショナ。
4. ベース（１０）と、
   前記ベースに回動自在に連結されたピボットアーム（２０）と、
   前記ピボットアームに枢着されたプーリ（３０）と、
   前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される第１バイアス部材（４１）と、
   テンショナに非対称ダンピング特性を与え、前記第１バイアス部材と前記ピボットアームの間に係合されるダンピング部材（１５）と、
   前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される圧縮可能なエラストマ材料を備える第２バイアス部材（４０）とを備え、
   前記第２バイアス部材が、所定のピボットアーム位置において前記第１バイアス部材のバネ力を補足するためにバネ力を前記ピボットアームに与える
   ことを特徴とするテンショナ。
5. 前記非対称ダンピング特性が約１：１〜約５：１の範囲にあることを特徴とする請求項４に記載のテンショナ。
6. 前記第２バイアス部材が、第１バイアス部材軸に実質的に垂直に配置された軸を有することを特徴とする請求項４に記載のテンショナ。
7. ベース（１０）と、
   前記ベースに回動自在に連結されたピボットアーム（２０）と、
   前記ピボットアームに枢着されたプーリ（３０）と、
   第１動作レンジに渡り前記ピボットアームにバネ力を与え、前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される第１バイアス部材（４１）と、
   前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される圧縮可能なエラストマ材料を備える第２バイアス部材（４０）とを備え、
   前記第２バイアス部材が、所定のピボットアーム位置においてバネ力を前記ピボットアームに与え、前記所定のピボットアーム位置が前記第１動作レンジ内にあり、前記所定のピボットアーム位置を越えると前記第２バイアス部材が前記第１バイアス部材のバネ力を補足する
   ことを特徴とするテンショナ。
8. 前記第１バイアス部材と前記ピボットアームの間に係合されるダンピング部材を備え、前記ダンピング部材が非対称ダンピング特性を与えることを特徴とする請求項７に記載のテンショナ。
9. 前記ダンピング部材が前記ピボットアームと摩擦係合することを特徴とする請求項８に記載のテンショナ。
10. 前記非対称ダンピング特性が約１：１〜約５：１の範囲にあることを特徴とする請求項８に記載のテンショナ。
11. 前記第２バイアス部材が第１バイアス部材軸に実質的に垂直に配置された軸を有することを特徴とする請求項７に記載のテンショナ。
12. 前記第１バイアス部材が捻りスプリングであることを特徴とする請求項１１に記載のテンショナ。
    

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