JP2010502914A - 摩擦減衰を行う回転ワンウェイクラッチチェーンテンショナ - Google Patents

Abstract

動力伝達システム用のテンショナは、動力伝達システムのチェーンまたはベルトのストランドに動作可能に係合された２つのテンショニングアームを含む。各テンショニングアームの上端は、テンショニングアームの上端の間で枢動可能に取り付けられる回転ワンウェイクラッチに連結される。ワンウェイクラッチは、両方のストランドに対する張力を同時に実質的に均一に調整するために、変化するチェーン負荷に応じて一方向に回転する。過剰な張力を防止するために、ワンウェイクラッチには減衰手段が含まれる。所定の過負荷閾値に達した場合、ダンパーのスプリングの摩擦係数を克服するために必要とされる大きさのトルクにより、ワンウェイクラッチが、その通常の回転方向と逆方向にスリップすることが可能になり、これによって、チェーンの過負荷状態が緩和される。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の閉ループの動力伝達システム用のテンショナの分野に関する。動力伝達機構はチェーンまたはベルトからなり得るが、本発明を説明するために、チェーンを参照する。より詳しくは、本発明は、テンショナの両方のアームに連結された摩擦減衰式ワンウェイクラッチと組み合わされている駆動スプロケットと少なくとも１つの被駆動スプロケットとの間の両方のチェーンストランドに同時に張力を与えるための二重アームテンショナからなる。

チェーンが、内燃機関の作動シャフトに連結される複数のスプロケット間で移動するときに、チェーン等の閉ループの動力伝達システムを制御するために、テンショニング装置が使用される。このシステムにおいて、チェーンは動力を駆動シャフトからカムシャフト等の少なくとも１つの被駆動シャフトに伝達し、この結果、任意の時点で、チェーンの一方の部分は弛緩することが可能であり、それと同時に、他方の部分は緊張している。歯付チェーン駆動システムの場合と同様に、ノイズ、スリップ、または歯の非係合を防止するために、チェーンに一定の程度の張力を与えて維持することが重要である。上記スリップの防止は、内燃機関のチェーン被駆動カムシャフトの場合に特に重要であるが、この理由は、カムシャフトスプロケットからの歯飛びがエンジンのカムタイミングを狂わせ、おそらく、エンジンに対する損傷を生じさせるかまたはエンジンを完全に作動不能にするからである。

内燃機関の過酷な環境では、多数の要因により、チェーンの回転サイクルでチェーンの所定の部分に沿った張力の変化が常に生じる。例えば、エンジンの種々の構成要素間の熱膨張係数における極端な温度変化および温度差により、チェーンに対する張力が高レベルと低レベルとの間で急速に交番される。さらに、連続使用後、動力伝達システムの構成要素に対する摩耗により、チェーン張力の漸進的な減少が生じる。その上、カムシャフトおよびクランクシャフトで発生されたねじり振動により、チェーン張力に大きな変化が生じる。例えば、エンジンの停止中にまたはエンジン始動の試みに失敗した際に生じるようなエンジンの逆回転により、チェーン張力に大きな変化が生じることもある。これらの理由により、チェーンの緊張側に対する過剰な張力を除去する一方で、同時に、適切な張力がチェーンの弛緩側に与えられることを保証するための機構が望まれる。

液圧テンショナは、適切なチェーン張力を維持するための既知の装置である。一般に、これらの機構には、動力伝達システムの弛緩側のチェーンを押圧するレバーアームが使用される。液圧がレバーアームに対してピストンを付勢し、その次に、レバーアームがチェーンに強制的に係合して弛緩状態中のチェーンを緊張させる。

さらに、負荷変化が、スプリングに過剰な応力を与える程度には激しくならないようにチェーンまたはベルトを制御するために、ブレードスプリングテンショナが一般に使用される。従来のブレードスプリングテンショナは、チェーンストランドに係合して接触し続ける湾曲したチェーン摺動面を有するブレードシューを含む。チェーンに与えられた張力の大きさを増加させるために、ブレードシューとチェーン摺動面との間には少なくとも１つのブレードスプリングが設置される。ブラケットはブレードシューとチェーン摺動面とを収容する。ブラケットは、ボルト、リベットまたはこのような他の手段によってエンジンに確実に取り付けられる。ブラケットが、変化する引張負荷に応じて枢動することを可能にする１つのみの取付手段が存在し得る。枢支点は、必要に応じて、ブラケットのいずれかの端部に、または中央にあり得る。その代わりに、テンショナの任意の枢転運動を効果的に防止する２つ以上の取付手段によって、ブラケットをエンジンに確実に取り付けてもよい。常に、取付手段は、テンショナが係合されるチェーンストランドに隣接して配置される。多くの場合、取付手段はチェーンループ自体の外側に配置される。

図１は、ブレードテンショナとガイドとを有する従来技術のチェーン駆動システムを示している。閉ループチェーン８が駆動スプロケット１２と被駆動スプロケット１０とを囲む。各スプロケット１０と１２は前方運動を維持しつつ独立して加減速する。固定ガイド１４が緊張チェーンストランド上においてブラケット７に取り付けられる。テンショナ１６が、ガイド１４の反対側の弛緩チェーンストランド上にあり、ブラケット７に少なくとも半剛体的に固定されかつ緊張チェーンストランドに向かって付勢される。ボルト１８により、テンショナ１６とガイド１４とを含むブラケットがエンジンブロック（図示せず）に固定される。

駆動スプロケット１２が加速するかまたは被駆動スプロケット１０が減速した場合、エネルギー波または高い局部負荷が緊張チェーンストランドに発生し、この緊張チェーンストランドが、速度変化したスプロケットから他のスプロケットに向かって移動する。チェーン８は、直線である可能な最短距離において、最初のスプロケットに接触するチェーンの部分から他のスプロケットまでの距離にわたるようにされる。フリーチェーンストランドが、エネルギーを吸収するガイド１４の端部に達するまで、エネルギーがリンクを介してフリーチェーンストランドに移動する。高い局部負荷の一定の吸収により、ガイド１４の端部が大きな摩耗を受ける。さらに、エネルギー波は、あたかも弛緩ストランドで生じたかのように存在し、同じ結果をもたらすことがある。しかし、これらのエネルギー波の効果は、テンショナがチェーンからの弛緩をどの程度適切に保持するかに応じて生じることが全くないであろう。

米国特許第６，３２２，４７０号明細書は、同じチェーンの２つの別個のストランドに同時に張力を与えるために使用される一対の枢動アームを含むテンショナを開示している。固定ピンを有するレバーは２つのストランド間に配置される。アームは、固定ピンに枢動可能に取り付けられ、チェーンストランドの外側に延びる。上記アームは、チェーンの外部に接触するシューを含む。レバーを回転させることにより、固定ピンが横方向に移動してアームを引き込み、別個のチェーンストランドに同時に張力を与える。

図２を参照すると、米国特許出願公開第２００５／００８５３２２Ａ１号明細書に開示されているようなチェーンテンショナ組立体が示されている。チェーンテンショナ組立体はテンショナ１１６とチェーンガイド１１４とからなり、これらの両方はブラケット１３６に固定される。テンショナ１１６は一方のチェーンストランド１０８に係合し、それと同時に、チェーンガイド１１４は他方のチェーンストランドに係合する。ブラケットは枢支点１２０でエンジンハウジングに枢動可能に取り付けられ、枢支点１２０は、２つのチェーンストランド間の、および駆動スプロケット１１２の中心軸と被駆動スプロケット１１０の中心軸との間に形成される中心線に沿った穴１２８に配置される。ブラケットが、弛緩張力状態または緊張張力状態に応じて、枢支点１２０を中心に時計回り方向または反時計回り方向に枢動することが可能になる。

米国特許第６，５９２，４８２号明細書は、エンジンの外部のアクセサリ駆動システム用のテンショナを開示している。そのテンショナは、トーションスプリングにより駆動ベルトに向かって付勢される枢動アームの一端に配置されたプーリからなる。さらに、テンショナは、摩擦クラッチに連結されたワンウェイクラッチを含む。枢動アームは、ベルトの方向に移動するように付勢されるが、所定のトルクが摩擦クラッチに達するまで自由に後退することが防止される。ベルトに対する張力がトーションスプリングの力と摩擦クラッチの所定のトルクとの組み合わせを超えた場合に、プーリがベルトから単に移動することが可能になる。

米国特許第６，５９２，４８２号明細書と同様に、米国特許出願公開第２００５／００５９５１８Ａ１号明細書は、増加または減少されたベルト張力が発生した場合に減衰を行う非対称のベルトテンショナを開示している。ベルトに向かう一方向のみの運動を可能にするワンウェイクラッチを使用することによって、いずれかの状態を調整するための能力が可能になる。また、ある高レベルのベルト張力が発生した場合には、摩擦ダンパーの力を超え、このようにしてベルトからの運動が可能になる。

典型的な閉ループのチェーン駆動式動力伝達システムは、動作中にほとんど常に緊張している一方のストランドと、それに対応して弛緩している他方のストランドとを有する。上記従来技術のテンショナは、緊張しているストランドに隣接するようにガイド要素を単に配置しつつ、主に弛緩しているストランドに接触するようにテンショニング装置を配置することによって上記状態に対処してきた。これらの装置は、支配的な張力状態から、緊張ストランドが弛緩しかつ弛緩ストランドが緊張する逆の張力状態への滑らかな移行を行うことができない。両方のストランドが、平衡化された張力をチェーンシステム全体にわたって一貫して受けるように、チェーンの支配的な張力状態とは逆になるように滑らかに調整できるテンショナを有することが望ましい。

本発明は、駆動シャフトのスプロケットと少なくとも１つのカムシャフトのスプロケットとの間で移動する２つのチェーンストランドの各々に動作可能に係合されたテンショニングアームを含む、チェーン駆動される動力伝達システム用のテンショナである。各テンショニングアームの下端は単一の取付点でエンジンに枢動可能に取り付けられる。各テンショニングアームの上端は、リンク機構によって、テンショニングアームの上端の間の位置でエンジンに枢動可能に取り付けられる回転ワンウェイクラッチに連結される。ワンウェイクラッチは、常時変化するチェーン負荷に応じて一方向に回転する。リンク機構は、実質的に等しい張力を両方のチェーンストランドに同時に伝達する。

チェーン駆動システムの種々の構成要素内の熱膨張、チェーンの動的伸び、またはシステム全体にわたる極端な共振により、テンショナがチェーンに過剰な張力を与える可能性がある。このことを防止するために、本発明はワンウェイクラッチ内に減衰手段を含む。減衰手段は、ワンウェイクラッチに摩擦負荷を与えるスプリングからなる。所定の応力の過負荷限界が検出された場合、摩擦係数を克服するために必要とされる大きさのトルクに達し、次に、このトルクにより、ワンウェイクラッチがその通常の回転方向と逆方向にスリップすることが可能になり、このようにして、チェーンの過剰な張力が防止される。

閉ループの動力伝達システムに設置された一方のチェーンストランドの従来技術のテンショナおよび他方のチェーンストランドのチェーンガイドの図面である。 ブラケットが、駆動スプロケットの中心軸と被駆動スプロケットの中心軸との間の中心線に配置された枢支点を中心に枢動することが可能になることを除いて、図１のテンショナと同様の従来技術のテンショナの図面である。 内燃機関の二重カム動力伝達システムに設置された本発明のワンウェイ摩擦減衰テンショナの正面図である。 図３の線４−４に沿った本発明のテンショナの断面図である。 テンショナ用の駆動力としてのトーションスプリングの破断断面図である。 ２つのテンショニングアームを連結する、テンショナの駆動力としてのスプリングの図面である。 テンショナの一端をエンジンの取付柱に連結する、テンショナの駆動力としてのスプリングの図面である。 第２のテンショニングアームの他方の側に配置されたエンジンの取付柱に、テンショニングアームの一方を中間で連結するスプリングの図面である。

図３は、内燃機関の動力伝達システムに動作可能に係合された本発明のテンショナ２１０を示している。図示した動力伝達システムは、チェーン２０７を介してカムスプロケット２０８と２０８’を駆動する駆動スプロケット２０６を含む。テンショナ２１０は、第１のチェーンストランド２０７に係合するためのチェーン摺動面（図示せず）を有する第１のテンショニングアーム２１２と、第２のチェーンストランド２０７に係合するためのチェーン摺動面（図示せず）を有する第２のテンショニングアーム２２０とからなる。第１のテンショニングアーム２１２は第１の端部２１４と第２の端部２１６とを有する。第２のテンショニングアーム２２０は第１の端部２２２と第２の端部２２４とを有する。各テンショニングアームの第２の端部は、図３に示されているように、単一の枢支取付部２１８によってエンジン（図示せず）に枢動可能に固定される。その代わりに、各テンショニングアームをエンジンハウジングに別個に枢動可能に取り付けてもよい。さらに、各テンショニングアームはそのチェーン摺動面に、少なくとも１つの細長いブレードスプリングを選択的に含むことが可能である。

各テンショニングアームの第１の端部の間にはワンウェイクラッチ２３０が配置される。ワンウェイクラッチは、以下のもの、すなわち、回転機械式クラッチ、回転液圧クラッチ、線形機械式クラッチ、線形液圧クラッチまたはスプリング／ラチェット構造のいずれかであり得る。このようなクラッチは関連技術で知られている。本発明に最も好ましいクラッチは、図３に示した回転機械式クラッチである。ワンウェイクラッチ２３０は、枢支取付手段２３４によりエンジンに枢動可能に取り付けられる。枢支取付手段２３４は、エンジンの前部ハウジングに圧入されるボルトまたはピン等の任意の従来の装置であり得る。ワンウェイクラッチ２３０は、枢支取付手段２３４に対して回転するディスク状の基板２３２を含む。第１のリンク機構２３６により、第１のテンショニングアーム２１２の第１の端部２１４がディスク状の基板２３２に連結される。第１のリンク機構２３６は、基板２３２の外縁に近接する位置にある第１のリンク機構取付手段２４０によって、基板２３２に枢動可能に固定される。第２のリンク機構２３８により、第２のテンショニングアーム２２０の第１の端部２２２がディスク状の基板２３２に連結される。第２のリンク機構２３８は、第１のリンク機構取付手段２４０の位置とは異なる位置で基板２３２の外縁に近接する第２のリンク機構取付手段２４２によって、基板２３２に枢動可能に固定される。第１および第２のリンク機構取付手段を互いから約１８０度に位置決めし得るが、このことはテンショナ２１０の性能パラメータおよび設計パラメータに依存する。リンク機構取付手段２４０と２４２の各々は、設計要求または空間制限によって必要とされるように、従来のボルトとナット、圧入ピンまたはリベットからなり得る。

図４は、図３の線４−４に沿ったワンウェイクラッチ２３０の断面図である。図４は、ねじ付きボルト等の取付手段２３４によってエンジン（図示せず）に取り付けられたワンウェイクラッチ２３０を示している。第１のブッシュ２５０が取付手段２３４を囲み、取付手段２３４によってエンジンに不動に固定される。第２のブッシュ２５２は、取付板２３５と第２の減衰板２６４との間で第１のブッシュ２５０を囲み、ワンウェイクラッチ２３０の内径に確実に固着される。増加したチェーン負荷が、第１のリンク機構２３６と第２のリンク機構２３８とを介して、ワンウェイクラッチの、外径に確実に固着される基板２３２、またはクラッチスリーブ２５４に伝達される。クラッチスリーブ２５４が、所定の大きさのトルクを受けた場合、第２のブッシュ２５２が第１のブッシュ２５０に対して回転してスリップすることが可能になる。基板２３２は、チェーンストランド２０７の一方または両方が受けた増加した弛緩または増加した引張に応じて、取付手段２３４の軸を中心にいずれかの方向に回転し得る。基板２３２が回転したとき、リンク機構２３６と２３８がチェーン２０７に向かって押圧されるかまたはチェーン２０７から離れるように引っ張られる。リンク機構２３６と２３８を介して伝達されるチェーン負荷により、クラッチスリーブ２５４によって抵抗されるトルクが逆方向に発生する。このことにより、２つのチェーンストランド２０７の間の張力の均衡が維持される。しかし、熱膨張、チェーンの動的伸び、またはシステム全体の共振によって、張力の過負荷状態が発生する可能性がある。過負荷状態は、過剰なノイズ、チェーン接触面の摩耗、さらにはチェーンの破損を生じさせる場合がある。その次に、リンク機構２３６と２３８が、より小さいチェーン負荷に応答することを可能にするであろう位置に戻ることを防止し得る高いチェーン負荷の間に、おそらく、リンク機構２３６と２３８をチェーンの経路に伸ばし過ぎることになる可能性がある。

上記の潜在的な問題を克服するために、チェーン負荷が所定の最大限界に達した場合、摩擦減衰手段２６０により、基板２３２がクラッチスリーブ２５４の方向と逆方向に回転してスリップすることが可能になる。摩擦減衰手段２６０は、第１の減衰板２６２と第２の減衰板２６４との間に、予め設定された大きさの力を与えるスプリング２６６からなる。スプリング２６６は、第１の減衰板２６２と第２の減衰板２６４との間に力を与えるのに十分な構造である。この用途には皿ばねが適切である。第２の減衰板２６４は、スプリングによって発生された力を伝達して、第２のブッシュ２５２と減衰板２６４との間に摩擦力を与える。第２の減衰板２６４と第２のブッシュ２５２との間の摩擦係数は、クラッチスリーブ２５４に対して基板２３２がその通常の回転運動方向と逆方向に回転してスリップすることを可能にするために必要とされる切り離しトルクの大きさとして規定される。要約すると、ワンウェイクラッチ２３０は、チェーン負荷の変化に対処するために主に一方向に回転するが、起こり得るチェーンの過負荷状態を補正するために逆方向に回転できる。

図５〜図８は、本発明の代替実施態様を示している。図５は、トーションスプリング２３１によって回転駆動されるワンウェイクラッチ２３０を示している。図６は、テンショニングアーム２１２と２２０の間に取り付けられた引張スプリング３３１を示している。図７は、ワンウェイクラッチ２３０とエンジン取付部３３３との間に取り付けられた引張スプリング３３７を示している。図８は、テンショニングアームの一方（この場合２２０）の中間に取り付けられ、テンショニングアーム２１２を横切ってエンジン取付部３３３に至る引張スプリング３３８を示している。本発明のすべての実施態様に共通の基本的な特徴は、変化するチェーン張力に応じて、テンショナ２３０が、リンク機構２３６と２３８を介して、均一な力を各テンショニングアームに与えることである。同じ力がチェーンのすべての部分に同時に与えられる。さらに、万一、テンショナ２３０がチェーンにおいて張力の過負荷を検出した場合には、摩擦減衰手段２６０のスリップにより、チェーンシステム全体にわたって張力の過負荷が均一かつ同時に低減される。このことは、従来技術のシステムの欠点を克服する固有の特徴である。

したがって、本明細書に記載した本発明の実施態様が本発明の原理の適用を例示しているに過ぎないことを理解されたい。例示した実施態様の詳細に対する本明細書の引例は、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。特許請求の範囲自体は、本発明に不可欠であるとみなされる特徴を記載したものである。

Claims (9)

1. 内燃機関の連続ループの動力伝達システム用のテンショナであり、前記連続ループが、第１のストランドと第２のストランドとを有するチェーンからなり、各ストランドが、駆動シャフトに連結された駆動スプロケットと、少なくとも１つのカムシャフトに連結された少なくとも１つの被駆動スプロケットとの間に配置されるテンショナであって、
   ａ）第１の端部と、第２の端部と、前記第１のチェーンストランドに動作可能に係合するチェーン摺動面とを有する第１のテンショニングアームと、
   ｂ）第１の端部と、第２の端部と、前記第２のチェーンストランドに動作可能に係合されたチェーン摺動面とを有する第２のテンショニングアームであって、前記第１のテンショニングアームの前記第２の端部が枢支取付手段によって前記内燃機関に取り付けられ、前記第２のテンショニングアームの前記第２の端部が枢支取付手段によって前記内燃機関に取り付けられる第２のテンショニングアームと、
   ｃ）摩擦減衰手段を含むワンウェイクラッチであって、該ワンウェイクラッチが、両方のテンショニングアームの前記第１の端部の間の位置で前記内燃機関に枢動可能に取り付けられ、第１のリンク機構により、前記第１のテンショニングアームの前記第１の端部が前記ワンウェイクラッチに連結され、第２のリンク機構により、前記第２のテンショニングアームの前記第１の端部が前記ワンウェイクラッチに連結されるワンウェイクラッチと、
   を備えるテンショナにおいて、
   前記ワンウェイクラッチが、前記チェーンの張力の一定の変化に応じて、両方のチェーンストランドに対する張力を実質的に均一に調整するために第１の方向に、そして前記摩擦減衰手段の所定の抵抗力が張力の過負荷力によって克服された場合にのみ、前記チェーンが受ける断続的な張力の過負荷状態を低減するために前記第１の方向とは逆の第２の方向に、交互に回転可能である、テンショナ。
2. 前記ワンウェイクラッチが、回転機械式クラッチ、回転液圧クラッチ、線形機械式クラッチ、線形液圧クラッチおよびスプリング／ラチェットクラッチからなる群から選択される請求項１に記載のテンショナ。
3. 前記ワンウェイクラッチが回転機械式クラッチである請求項２に記載のテンショナ。
4. 前記第１のリンク機構と前記第１のテンショニングアームの前記第１の端部との間の連結部が枢動可能であり、前記第２のリンク機構と前記第２のテンショニングアームの前記第１の端部との間の連結部が枢動可能である請求項１に記載のテンショナ。
5. 前記第１のテンショニングアームの前記チェーン摺動面に、少なくとも１つの細長いブレードスプリングをさらに備える請求項１に記載のテンショナ。
6. 前記第２のテンショニングアームの前記チェーン摺動面に、少なくとも１つの細長いブレードスプリングをさらに備える請求項１に記載のテンショナ。
7. 前記摩擦減衰手段の前記所定の抵抗力が、第１の減衰板と第２の減衰板との間に、予め設定された摩擦力を与えるスプリングによって与えられる請求項１に記載のテンショナ。
8. 前記スプリングが皿ばねである請求項７に記載のテンショナ。
9. 摩擦減衰手段が、前記動力伝達システム全体にわたって張力の過負荷を均一かつ同時に緩和する請求項８に記載のテンショナ。