JP2013533947A - ラジアルダンパ機構、およびベルトテンショナに使用したラジアルダンパ機構 - Google Patents

Abstract

【構成】本発明は、駆動システムにおけるエンドレス動力伝達要素のテンショナであり、このテンショナは、所定の軸を中心として回転可能であり、ランプ面または傾斜面を有するスリーブを備えたアーム、凸部およびプレートを有するダンパカップ、およびダンパカップのプレートがスリーブのランプ面または傾斜面に係合した状態でアームのスリーブおよびダンパカップを収容するバネケースからなる。テンショナの巻き取り時、正常な力がダンパカップの凸部に作用し、プレートがランプ面または傾斜面にそって第１方向に移動し、そしてこの第１方向において、ランプ面または傾斜面がダンパカップを全体として半径方向外側に押し出し、バネケースに押し込み、摩擦ダンパ作用を発揮する。
【選択図】図１

Description

本発明は全体としては駆動ベルトシステム用テンショナのダンパ（減衰）機構に関し、具体的にはランプ面または傾斜面（ｒａｍｐｅｄ ｏｒ ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ ｆｅａｔｕｒｅｓ）を備えたダンパ機構を利用した非対称性ダンパテンショナに関する。

ベルトテンショナの場合、ベルトスリップの原因となる定常状態振動または遷移事象を最小限に抑える、テンショナ動作を減衰するシステムまたは機構を利用する。この減衰作用の必要な大きさは、幾何学的形状、付属装置荷重、付属装置慣性、エンジンデューティサイクルなどを始めとする多数の要因に依存する。例えば、トーション入力が大きいか、あるいはある遷移動的条件が存在する駆動システムは、テンショナ動作を十分に制御するためにはより高いダンパ作用（減衰作用）が必要である。このより高い減衰作用はアーム動作の制御にきわめて有効であるが、（例えばベルトがたるんだ状態に対する応答が遅いか、全くないなどの）他の臨界的なテンショナ機能に対しては有害である。さらに、製造上のバラつき、動作温度および構成部品の破断や摩耗（break-in or wear）の結果として生じる減衰バラツキまたは減衰変化もテンショナの無応答性の原因になる。

滑り摩擦によって誘導される減衰作用は、ベルトテンショナの場合に共通してみられる作用である。一つの具体的な方法は、ＵＳＰ４，６６１，０８７（発明者：Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ）と同様にテンショナの回転軸に対して垂直な２面間の摩擦を利用する方法である。第１面はテンショナベースに取り付けられ、そして第２面はテンショナアームと一体に回転する。バネによって両面を押しつけ、ダンパ摩擦が、両面の相互滑動時に発生する。

他の解決策では、例えばＵＳＰ６，３６１，４５９、ＵＳＰ４，８７８，８８５およびＵＳＰ６，８６３，６３１と同様に、巻き取り時にダンパ摩擦を強化する楔を利用し、また例えばＵＳＰ６，２３１，４６５、ＵＳＰ６，５８２，３３２およびＵＳＰ６，６０９，９８８と同様に、バネ荷重式自己付勢制輪子を利用する。ところが、これらの設計は複雑であり、多くの小さな部品を組み立てる必要がある。

例えばＵＳＰ４，５８３，９６２およびＵＳＰ６，４２２，９６２には、逆走を防止するか抑制して歯の飛び出しを防止するタイミングベルトテンショナを対象とした一方向クラッチ機構が提案されている。ところが、これら“ラチェット作用”テンショナの場合、必要でないときにベルト張力を十分に緩和する能力に欠ける。例えばＵＳＰ５，６９２，４８２，ＵＳＰ４，８３２，６６５およびＵＳＰ６，３７５，５８８で提案されている他のベルトテンショナもあり、ビスカスダンパに連結された一方向装置を利用している。これら装置はすぐれた機能性をもつが、運転寿命全体を通して粘性流体を保持することが難しい。さらに別な設計が米国特許出願第２００３/０００８７３９号に開示され、ラップバネクラッチのクランプ作用によって発生した摩擦を使用して減衰を行っている。

ＵＳＰ４，６６１，０８７ ＵＳＰ６，３６１，４５９ ＵＳＰ４，８７８，８８５ ＵＳＰ６，８６３，６３１ ＵＳＰ６，２３１，４６５ ＵＳＰ６，５８２，３３２ ＵＳＰ６，６０９，９８８ ＵＳＰ４，５８３，９６２ ＵＳＰ６，４２２，９６２ ＵＳＰ５，６９２，４８２ ＵＳＰ４，８３２，６６５ ＵＳＰ６，３７５，５８８ 米国特許出願第２００３/０００８７３９号明細書

大半の摩擦ダンパは、テンショナの動作方向とは無関係に運動に対して等しい抵抗を与える。ところが、均一ではない、換言すれば非対称性テンショナダンパ作用の場合、典型的な対称システムよりもテンショナアーム動作の制御性がすぐれている。非対称性ダンパテンショナは、ベルトに付加的な張力が作用したときにダンパ作用を行うが、ベルトがたるんでいる条件に対しては自由に応答する。他のすべてのフロントエンドの付属駆動テンショナには非対称性摩擦作用は必要ないが、運転寿命の延長可能性、ベルトスリップを始めとする他の遷移動的システム問題の解決、あるいはテンショナの減衰バラツキに対する感受性を単に低く抑えることなどを考えると、非対称性摩擦作用は望ましい設計オプションになる。

上記ダンパ機構例および上記テンショナ設計例は、理想的な実例ではない。従って、新規なダンパ機構およびテンショナ設計が望まれている。

本発明の一つの態様は、駆動システムにおけるエンドレス動力伝達要素のテンショナであって、所定の軸を中心として回転可能で、ランプ面または傾斜面を備えたスリーブを備えたアーム、凸部およびプレートを有するダンパカップ、およびこのダンパカップのプレートが上記スリーブのランプ面または傾斜面に係合した状態で、上記アームのスリーブおよび上記ダンパカップを収容するバネケースからなるテンショナに関する。このテンショナの巻き取り時、正常な力がダンパカップの凸部に作用し、ダンパカップを外側に向けてバネケースを押しこむため、摩擦ダンパ作用が生じる。

別な実施態様では、上記ダンパカップは弾性を有し、上記凸部が偏向可能に構成され、上記ダンパカップを伸長させて、上記正常な力に応答して、上記プレートを上記ランプ面または傾斜面にそって移動させるように構成する。

本発明の別な態様では、上記テンショナの上記アームも、内側スリーブに対して同心で、ベースによって上記内側スリーブに接続されたアームアーバー（ａｒｍ ａｒｂｏｒ）または外側スリーブを有する。このアームアーバーは、上記ベースに対向して開口端部を有するとともに、側部およびベースの一部に上記ダンパカップを受け取る大きさのダンパカップ受け取り通路を有する。

別な実施態様では、上記テンショナは所定の軸を中心として回転できるアームおよびダンパカップからなる。このアームの第１端部がランプ面または傾斜面を有する内側スリーブおよび内部に開口を備えた外側スリーブを有し、そして第２端部が動力伝達要素に係合するベルト車を有する。このダンパカップが上記アームの上記外側スリーブに受け取られ、そしてこのダンプカップは凸部およびプレートを有する。上記ダンパカップの上記プレートが上記内側スリーブのランプ面または傾斜面と係合するため、巻き取り時に上記テンショナアームが回転すると、このアームの回転によって上記ダンパカップが外側に向き、非対称性摩擦ダンパ作用が生じる。

本発明のさらに別な態様では、上記テンショナが、ほぼ中心にある中心シャフトを有するバネケースを有し、このシャフトを中心にして上記アームが回転する。上記アームの上記内側スリーブが、上記バネケースの上記シャフトを受け取るボアを有するため、上記アームが上記シャフトを中心にして回転できる。上記内側スリーブが上記シャフト上にゆるく嵌合するため、上記アームが上記シャフト上において自由に浮動できる。この浮動アームが上記シャフトの周りで移動可能なため、巻き取り時、上記アームが、上記ダンパカップの上記凸部に作用する少なくとも正常な力に応答して、上記ダンパカップから離間移動する。この浮動アームが移動して上記バネケースに摩擦接触するため、摩擦ダンプ作用が強くなる。

上記浮動アームを有する実施態様の場合、巻き取り時、上記アームの第２端部にあるベルト車のハブ荷重が増す。増大したハブ荷重とのバランスを取るために、上記ダンパカップおよび上記浮動アームは、上記バネケース内においてハブ荷重の方向に配向する。

本発明の新規なテンショナの一実施態様を利用したエンジンを示す正面図である。 ダンパカップを含むテンショナの一実施態様を示す展開斜視図である。 図１の線３−３にそって断面化したテンショナを示す側面図である。 図３の線４−４にそって断面化した平面図である。 図３の線５−５にそって断面化した斜視図である。 図３の線５−５にそって断面化した、別な構成を示す平面図である。 相対的角度±θを示す図６の上面図である。 図３の線５−５と同様な線にそって断面化した、内側スリーブが傾斜面を有するテンショナを示す上面図である。

以下の詳細な説明は、本発明の原理を一般化したもので、実施例を添付図面に例示する。添付図面において、同じ参照数字は、同一か、あるいは機能が同じ要素を示す。

以下に説明するダンパ機構およびテンショナは、非対称性摩擦ダンパ作用をもつテンショナを実現するものである。このテンショナは、テンショナがシステム内において少なくとも一つの駆動源によって駆動されるベルト、チェーン、またはその他の連続ループなどのエンドレス動力伝達要素に張力を作用させる動力システムの要部を構成するものであり、また少なくとも一つの付属装置を駆動するものでもある。エンドレス動力伝達要素は、テンショナと調和動作し、必要に応じかつ動的条件に応答して、動力伝達要素に張力を与える。

図１について説明する。全体を参照数字２０によって示すエンジンの場合、よく知られているように複数の従動付属装置を駆動するエンドレス動力伝達要素２１を利用する。全体を１００で示す本発明のベルトテンショナを利用して、以下に説明するように、エンドレス動力伝達要素２１に引っ張り力（張力）を作用させる。エンドレス動力伝達ベルト２１としては、公知の好適な形式の要素であればよい。テンショナ１００は、複数の固定装置２５によってエンジン２０の取り付けブラケットまたは支持構造体２４に固定することができる。固定装置は、エンジン運転時テンショナを所定位置に保持する、公知のボルト、ネジ、溶接その他の固定装置であればよい。取り付けブラケットまたは支持構造体２４は任意の構成でよく、固定装置２５を受け取る所定数の開口を備えていればよい。

たるんだ動力伝達要素に張力を作用させることは、巻き取られたテンショナを巻き戻すことであり、ここでの巻き戻し方向を引っ張り方向Ｔで示す。また、巻き取り方向Ｗと呼ぶ逆方向では、テンショナが存在する範囲で締め付け作用をもつ、動力伝達要素の主要な力に応答してテンショナが巻き取られる。テンショナの巻き取りは、潜在的に有害な作用を示し、これらの有害な作用を緩和するためには、テンショナに摩擦ダンパなどのダンパを設け、動力伝達要素の動作に対して抵抗するようにすることが望ましく、テンショナの動作、特に動力伝達要素に張力を作用させるそのアームの動作に悪影響を与えることはない。この種の摩擦ダンパ作用は、非対称性ダンパ作用として一般的に知られている。

本発明のダンパ機構およびベルトテンショナの場合、ここではランプ/ランプ体（ｒａｍｐ/ｒａｍｐ ａｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ぶことができるブレーキ要素を一部使用することによって、非対称性ダンプ作用を実現する。ランプ/ランプ体は、相互にインターフェースするランプ面または傾斜面を有する少なくとも２つのテンショナ構成成分から構成することができる。この場合、ランプ/ランプ体が外側に配向した力を発生するため、ダンパ作用機構および/またはベルトテンショナの構成成分間に半径方向摩擦ダンプ作用が生じる。

ランプ面または傾斜面を備えたテンショナ構成成分の少なくとも一つが移動可能であるため、一方向摩擦ダンパ作用、即ち非対称性摩擦ダンパ作用、換言すれば漸増摩擦ダンパ作用が、テンショナアームがベルトから離間し始める時点で、テンショナアームの動作に対抗する。テンショナアームの変位に対して摩擦ダンパ作用が漸増できるため、テンショナアームの変位が巻き取り方向Ｗにおいて大きくなることに応答して、摩擦ダンパ作用が強くなる。このため、巻き取りの潜在的な有害な作用を相殺するフィードバックループが生じる。即ち、テンショナアームが巻き取り方向に回転すればするほど、より強い摩擦ダンパ作用が生じ、巻き取りが停止する。本発明の非対称性ダンパ作用については、巻き取り方向における全動作を制限せず、これによって一部の用途では有利に作用する付加的なコンプライアンスを実現できるように特化することも可能である。設計によりダンパ作用それ自体が非対称性なため、テンショナが通常動作に戻ると、引っ張り方向における装置の運動に加わる摩擦ダンパ作用量が、巻き取り時に加わる作用量よりも小さくなる。

次に図１〜図５に示す実施態様について説明する。ベルトテンショナ１００の場合、ランプ/ランプ体１０１（図３、図５、図６）を部分的に使用することによって、非対称性ダンプ作用を実現する。ベルトテンショナ１００はバネケース１０２、ブシュ１０４、アームアーバーまたは外側スリーブ１３６および内側スリーブ１３８を有するテンショナアーム１０６、ダンパカップ１０８、トーションバネ１１０、およびテンショナアーム１０６の第１端部１３４に組み付けたキャップ１１２からなる。第２端部１３５において、テンショナアーム１０６はベアリング１１７を備えたベルト車１１６、カバー１１８、およびベルト車を取り付け、ベルト車軸１１９を中心として回転するベルト車固定装置１２０を備える。

バネケース１０２の場合、ベルトテンショナの構成成分を受け取り、引っ張るべきベルトに対する所定位置へのベルトテンショナ１００の取り付けを容易にするように構成する。このバネケース１０２は、少なくともバネ１１０、ブシュ１０４、ダンパカップ１０８を受け取るとともに、少なくとも外側スリーブ１３６およびこれに取り付けられた内側スリーブ１３８の一部を受け取る側壁１２４を備えたバネキャビティ１２１を画定する。バネケース１０２はバネキャビティ１２１に延入するとともに、テンショナアーム１０６が回転する回転軸１０３を画定するピボット軸またはジャーナル軸１２２を有する。この軸１２２は、全体としてバネキャビティ１２１の中心に設ける。軸１２２の露出端部１２５は、キャップ１１２のボア１６８に係合するようにスプライン加工やその他の加工を行った取り付けベース１２３を有していてもよい。

バネケース１０２は、図２に示すように、固定装置を装入してテンショナを取り付け面に取り付ける開口を形成することができるマウント１２６からなる。固定装置にはネジ、ボルト、リベット、ピンなど使用すればよい。固定装置を利用して取り付けを行うことを図示しているが、別な方法を利用してテンショナを引っ張るべきベルトに固定することも公知であり、制限する意図はないが例示すると、溶接、ロック作用構造、ベルト車軸１１９にそってテンショナを貫通する軸などがある。本発明装置をエンジンその他の装置に取り付ける方法に関係なく、巻き取りを相殺する（combat）非対称的な力を発生するというアプローチには、実質的に変更はない。

バネケース１０２の側壁１２４には、テンショナアーム１０６を受け取るための開口１２７を形成することができる。この開口１２７は全体としてテンショナアーム１０６よりも広いため、アームの回転動作範囲が広くなる。開口を画定する側壁１２４の第１端部１２８および第２端部１２９は、アームがバネ１１０を一方向に過剰に巻き上げることを抑止する抑止体として作用し、また例えばベルトが破断した場合などのように過剰回転した際にアームの逆方向における回転を止める作用ももつ。

バネケース１０２には、組み立て時に、アーム１０６および/またはキャップ１１２に係合または着座するように構成されたフランジまたはリム１３１を形成することができる。また、バネケース１０２には、キャップ１１２から延長するタブ１７８を受け取るように開口したスロット１３０をリム１３１または側壁１２４内に形成してもよい。組み立て時、このスロット１３０がタブ１７８を受け取る。ボルトなどの固定装置１１４をキャップ１１２のボア１６８に受け取り、このキャップをシャフト１２２の露出端部１２５に接続し、組み立てられたテンショナを一体保持してもよい。当業者ならば理解できるように、固定装置１１４としては同様にネジ、ピン、リベットやテンショナ各部品を組み立て位置に保持できるその他の固定装置を使用することができる。

ブシュ１０４は、上端部１８４および下端部１８５をもつ実質的に円筒形のスリーブ１８１である。このブシュ１０４には、スリーブ１８１の上端部１８４から半径方向外側に延長するフランジ１８２を形成すことができる。また、このブシュ１０４には、スリーブ１８１の長さにそって軸１０３に対して平行に延長するスリット１８３を形成することができ、組み立てが簡単になるだけでなく、ブシュにある程度の可撓性を付与することができる。

本発明の一つの実施態様では、ブシュ１０４がバネケース１０２にキー接続することができるため、ダンパカップ１０８とブシュの円筒形スリーブ１８１との相対運動を実現できる（換言すると、ブシュは回転しない）。図６について説明すると、ブシュ１０４には、バネケース１０２の内面から突出するキー１３３を受け取るスロット１８６を形成することができる。あるいは、バネケース１０２にスロットを形成し、ブシュにキーを形成してもよい。このキー関係については、スロット/係合凸部として図示してあるが、当業者ならば、ブシュが実質的に回転できないようにブシュをバネケースに係合する構成が好適であることを理解できるはずである。このブシュが、音および/または振動を減衰する一つの機構になる。

組み立て時、側壁１２４に隣接するバネケース１０２にブシュ１０４を挿入し、シャフト１２２および軸１０３を中心とするベルトテンショナ１００の各要素の回転ベアリング面を構成する。ブシュ１０４は、バネケース１０２と外側スリーブ１３６との間に設けることができ（図３）、そしてフランジ１８２は肩部１３２などのバネケースの一部とアームとの間に設けることができる。このフランジ１８２は連続、不連続のいずれでもかまわず、上面または下面から突出し、アームの溝またはバネケースのリップに係合するリッジなどとして構成してもよい。

テンショナアーム１０６は、その第１端部１３４に外側スリーブ１３６を有する。この外側スリーブ１３６は、テンショナアームから全体として下向きに延長し、開放端部１４４および少なくとも一部が閉じた端部１４９をもつハウジング１４５を画定する。外側スリーブの少なくとも一部が閉じた端部１４９を画定するために、外側スリーブ１３６のベース１４２は、円周外側スリーブ１３６の一部から半径方向内側に一部が閉じている端部１４９の中心に向かって延長し、次に、ハウジング１４５に延入する内側スリーブ１３８の方に移行し、これに延入する。外側スリーブ１３６もダンパカップ１０８を受け取る大きさの開口１４０を有する。ダンパカップ受け取り通路１４０が外側スリーブ１３６の周囲の一部を巡り、一部がベース１４２に延入するようにしてもよい。

アーム１０６の内側スリーブ１３８が、シャフト１２２を受け取るボア１３９を画定するため、アーム１０６がシャフトを中心にして回転する。ボア１３９の大きさがシャフト１２２よりも大きいため、アーム１０６が浮動アームになる。この浮動アーム１０６はシャフトに強く固定されず、テンショナに作用する力に応答して、シャフト周囲で半径方向に自由にシフトする。特に、このアームは巻き取り時に、ダンパカップ１０８から全体として自由に離間シフトする。アームがダンパカップから離間シフトすると、外側スリーブ１３６がバネケース１０２の側壁１２４および/またはダンパブシュ１０４と摩擦接触する。

内側スリーブ１３８は、ダンパカップ１０８を受け取る受け取り通路１４０に対向するスリーブの露出外面にランプ面１４６を有する。ランプ面１４６の角度については、摩擦ダンパ作用量が最大化するように予め設定しておくことができる。また、ランプ面１４６の角度については、ダンパカップ１０８の係合ランプ面に係合するようにも設定しておく。本発明の一つの実施態様では、ランプ面の傾斜すなわち勾配は、バネの配向力に沿っている。ランプ面とバネの配向力との間の相対的角度θは、約±７５°、より好ましくは約±４５°の範囲にあればよい。図７に、ランプ面１４６と、バネ、特にバネ端部１６２がダンパカップ１０８に加える正常な力との間で測定した相対的角度＋θおよび−θを示す。本発明の一つの実施態様では、この相対的角度は約＋２°である。ランプ面１４６には、トーション１１０の第１端部１６２を受け取るように構成したバネ面１４８が隣接する。

本発明の別な実施態様、即ち図８の実施態様では、全体として平面のランプ面１４６ではなく、全体を２３８で示す内側スリーブ２３８は傾斜面２４６を有する。この傾斜面２４６は、横断面で見た場合、全体として涙滴の半分の外側輪郭を有するか、あるいはその他の任意の楕円輪郭を有していればよい。本発明の一つの実施態様では、アーム１０６の内側スリーブ２３８は、本実施態様では全体を２５０で示すダンパカップ１０８のプレートに係合するスリーブ２３８の外面の少なくとも一部にカム係合する。図８に示すように、内側スリーブ２３８の外面は、バネ１１０のコイルが着座するシートを与えるように湾曲した全体として円形湾曲部分２９１、バネの第１端部１６２が着座するシートになる全体として平面の部分２９２、および全体として楕円曲率をもつカム係合部分２９３を有する。このカム係合部分２９３が、ダンパカップ１０８のプレート２５０に着座するか、係合する。この実施態様では、このプレート２５０の輪郭は、内側スリーブ２３８のカム係合部分２９３にほぼ係合する形状に構成する。本実施態様の傾斜面２４６は、有利な作用効果を発揮する。というのは、本実施態様は、ダンパカップ１０８を移動させて非対称性ダンパ作用を発揮するテンショナ構成成分間の摩擦特性への依存度が小さいからである。

再度図２〜５について説明する。ダンパカップ１０８の全体形状は、外側スリーブ１３６のダンパカップ受け取り通路１４０に嵌合する一部がＣ形状の形を取る。即ち、ダンパカップ１０８は全体としてＣ形状のバック部分１５４、このバック部分１５４の長さにそって延長するボトム部分１５８、およびバック部分１５４の一部に対向するボトム部分１５８の内側エッジ部分から上向きに延長し、支持体１５６によってバック部分１５４に接続されたプレート１５０からなる。ダンパカップ１０８は第１端部１５３および第２端部１５５を有する。ダンパカップ１０８の第１端部１５３はプレート１５０を有し、そしてプレート１５０はランプ面１４６と同様に傾斜面を有する。ランプ式プレート１５０の表面については、ランプ面１４６の角度を補完し、両面が係合可能になるように角度を設定する。プレート１５０がランプ面１４６に係合すると、傾斜角が逆になり、プレート１５０がその鏡像の１８０°回転にほぼ係合する。

プレート１５０にランプパッド１５１を形成してもよい。このランプパッド１５１を使用すると、プレートと、内側スリーブ１３８のランプ面１４６などの、このプレートが接触する面との間の摩擦係数が小さくなり、ランプ面１４６およびプレート１５０が不均等に摩耗し、あるいは早めに摩耗することがなくなり、あるいは相互に摩耗して溝を形成することがなくなる。また、このランプパッド１５１はランプ面１４６とプレート１５０との摩擦係数をより安定化するため、ベルトテンショナの運転寿命全体を通して非対称比をより一定化することができる。別な実施態様では、ランプ面１４６またはプレート１５０を被覆処理するか、あるいはその他の方法で処理して、ランプ/ランプインターフェース摩擦を最小限に抑えることも可能である。これを実際に実現する方法としては、当業者にとって公知なように、適当な材料でパッドを構成するか、あるいは被膜を構成する方法がある。例えば、金属材料、セラミック材料やプラスチック材料があり、制限するわけではないが、より具体的には、真鍮、アルミニウム、油浸ブロンズ、窒化珪素、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰ）、あるいは高密度ポリエチレンがある。これら材料でランプ面全体を構成してもよく、あるいは基材または構造材料に被覆して、具体的な荷重ベアリング特性および摩擦特性を実現することが可能である。

ダンパカップ１０８の第２端部１５５は、内側に突出する凸部１５２を有し、この凸部は、組み立てられたときに、内側スリーブ１３８のバネ面１４８に対向配置されることになる。ダンパカップ１０８は、バネ１１０の第１端部１６２を受け取るだけであり（即ち、コア１６５の一部を収め、あるいは保持することはない）、上記凸部と内側スリーブ１３８のバネ面１４８との間に第１端部１６２を保持する。この凸部１５２は、図６にその最良の形態を示すように、全体として湾曲した凸部であり、全体としてＣ形状バック部分１５４の連続体である。

本発明の一つの実施態様では、ダンパカップ１０８は膨張可能なため、第１バネ端部１６２を介してバネ１１０によって付与される正常なプレス力Ｎ_Ｓ（図５）が凸部１５２に作用すると、この凸部が変形し、凸部の位置においてダンパカップ１０８の全体としてＣ形状バック部分１５４が広がり、ダンパカップが第２端部１５５の方に長くなる。ダンパカップ１０８が長くなると、プレート１５０が、図５に矢印１９０で示すように、ランプ面にそって移動する。正常な力が凸部１５２からなくなると、凸部がその元の形状に復元し、その間にプレート１５０が矢印１９０とは逆の方向に移動し、ダンパカップが元の形状に復元する間に元の位置に戻る。この設計の一つの有利な作用効果は、必要なダンパカップは一つでよく、部品数が減るため、時間とコストを節約できるだけでなく、潜在的に摩耗を受ける部品も減ることである。

本発明の別な実施態様では、ダンパカップ１０８は剛性がより強く、膨張することがないように設計する。ダンパカップの剛性（あるいはその可撓性）は、使用材料および/またはカップ１０８および凸部１５２の一つの関数として考えることができる。より剛性の強い実施態様では、ダンパカップ１０８がバネケース１０２（およびブシュ１０４）とアーム１０６との摩擦トルクを利用して、巻き取り時バネ１１０によって押圧された時に、それ自体をランプ面１４６または傾斜面２４６上に乗り上げるようにする。

図３に示すように、組み立て時に、ダンパカップ１０８が外側スリーブ１３６のダンパカップ受け取り通路１４０に受け取られるため、プレート１５０が内側スリーブ１３８のランプ面１４６に接触する。ダンパカップ１０８および外側スリーブ１３６については、ブシュ１０４に隣接するバネケース１０２内に設け、内側スリーブ１３８をシャフト１２２上に嵌合し、これに対してアームを回転できるようにする。次に、バネ１１０を外側スリーブ１３６内に受け取る。

ダンパカップ１０８に関する上記作用（特徴、機能など）は、図８のダンパカップ２０８にも同様に該当する。

トーションバネ１１０には、コイルバネ、円形ワイヤバネ、フラットワイヤバネ、あるいは当業者に公知なその他のバネタイプを使用することができる。図２、図４および図５に示すように、トーションバネ１１０は、第１端部１６２、第２端部１６４、およびバネのコイルによって画定されたコア１６５からなる。組み立て後、図５に示すように、トーションバネ１１０の第１端部１６２がテンショナアーム１０６およびダンパカップ１０８に係合する。第１端部１６２は、内側スリーブ１３８のバネ面１４８とダンパカップ１０８の凸部１５２との間に位置する。第１端部１６２が全体としてバネ面１４８の長さになるため、バネそれ自体がバネキャビティ１２１に整合する。図４に示すように、キャップ１１２内のバネ溝１７２がトーションバネ１１０の第２端部１６４を受け取るため、バネがキャップ１１２に連結するか、あるいは係合できる。図３の最良の形態から理解できるように、トーションバネ１１０は外側スリーブ１３６を貫通し、キャップ１１２に受け取られ、バネのコア１６５の下部が外側スリーブの内側スリーブ１３８に巻き付き、コア１６５の主部が外側スリーブ１３６に収容される。

トーションバネ１１０がトーション力を発生し、テンショナアーム１０６を、引っ張られているベルトにバイアスするため、正常動作時にはベルトに張力が作用する。また、このトーションバネ１１０はダンパカップ１０８の凸部１５２に作用する正常な力Ｎ_Ｓを発生し、プレート１５０、２５０を移動させるか押圧するため、プレート１５０、２５０が内側スリーブ１３８、２３８のランプ面１４６または傾斜面２４６に乗り上げる。

アーム１０６の内側スリーブ１３８は、本発明の一つの実施態様では円形のコーナー部１４１（図５）、そして別な実施態様ではバネ面１４８に隣接するが、ランプ面１４６とは反対側にあるナブ（ｎｕｂ）１４１´（図６）を有する。円形のコーナー部１４１またはナブ１４１´は、バネの第１端部１６２と連続するトーションバネの第１湾曲部１４３と接触できる位置に存在する。ナブ１４１´については、第１湾曲部１４３とより良好に接触する、突出した円形または湾曲形状になっているのが好ましい。円形のコーナー部１４１およびナブ１４１´はいずれもテンショナ内の力に対する第２接触点になり、内側スリーブ１３８に作用し、巻き取り時にアーム１０６が移動し、摩擦ダンパ作用が強くなる。内側スリーブのランプ面１４６が第１接触点になる。

巻き取り時、トーションバネ１１０の巻き線がバネの第１端部１６２を外側に押し、凸部１５２に押し込むと同時に、円形のコーナー部１４１かナブ１４１´に第１湾曲部１４３を押しこむ。アーム１０６が浮動アームであるため、バネの第１湾曲部１４３の円形のコーナー部１４１またはナブ１４１´への押し込み作用に応答してこのアームが移動し、全体としてダンパプレート１０８に対向するバネキャビティ１０２の側壁１２４に向かってアームが移動し、両者間に摩擦ダンパ作用が生じる。

キャップ１１２はタブ１７８、キャップの下側から延長し、ボア１６８を画定するボス１６９、およびバネ溝１７２を有する。ボス１６９には、シャフト１２２の取り付けベース１２３に係合するシャフトシート１７０をボア１６８内に形成することができる。バネ溝１７２は、チャネル、ノッチ、スリット、フック、ストラップ、タイ、またはトーションバネの第２端部を固定する他の手段で構成することができる。

組み立て時、キャップ１１２は外側スリーブ１３６の開放端部１４４に受け取られ、タブ１７８がバネケース１０２のスロット１３０に受け取られ、そしてボス１６９がシャフト１２２の露出端部１２５上に部分的に嵌合するため、シート１７０が取り付けベース１２３に着座する。図３の最良の形態から理解できるように、キャップ１１２は、外側スリーブ１３６の開放端部１４４に嵌め込むことができる。キャップ１１２については、アーム１０６、例えばアーム１０６の開放端部１４４のシュラウド１４７とキャップ１１２との間に二次的なシールを有するのが好ましい。この二次的なシールとしては、ラビリンスシールでもよく、あるいは“Ｖ”または“Ｘ”リングなどのシールリングを使用することができる。

固定装置１１４をキャップ１１２のボア１６８に受け取り、キャップをシャフト１２２に接続する。このキャップ１１２については、他の手段によってシャフト１２２に接続してもよく、この他の手段としては、制限するわけではないが、ラジアルリベット、プレス嵌め、および/またはスエージ加工がある。キャップ１１２が外側スリーブ１３６の開放端部１４４を閉じ、ベルトテンショナの構成成分をバネケース１０２内に収めるが、アーム１０６がシャフトに強く固着することはない。このキャップは構成成分の汚染を防止するものでもある。

既に説明したように、また図５および図６に示すように、テンショナアーム１０６は引っ張り方向Ｔおよび巻き取り方向Ｗにおいて軸１０３を中心として回転できる。図６は、図１〜４と同じ構成成分であるため、対応する参照数字を使用する。なお、図５はランプ面プレートが右側にあるため、右手用のダンパカップであり、そして図６はランプ面プレートが左側にあるため、左手用ダンパカップである。従って、図６における引っ張り方向Ｔおよび巻き取り方向Ｗは、図５とは逆になっている。

正常なベルト引っ張り状態では、図５および図６に示すように、プレート１５０とランプ面１４６はダウンランプ（ｄｏｗｎ−ｒａｍｐ）位置で接触している。この位置では、ダンパカップ１０８、ブシュ１０４およびバネケース１０２の間には、一般的に、摩擦力がほとんどないか、あったとしても少なくとも最少の摩擦力があるに過ぎない。

バネ１１０は、既に説明したように、テンショナアーム１０６、ダンパカップ１０８およびキャップ１１２に連結しているため、アームが巻き取り方向Ｗに回転すると、バネが巻き取られ、そしてバネの第１端部１６２が外側に移動し、凸部１５２に外側に配向した正常な力（Ｎ_Ｓ）が作用する。この正常な力（Ｎ_Ｓ）の作用により、ダンパカップが可撓性（即ち、膨張性）をもつ一つの実施態様の場合、凸部１５２が変形し、凸部がダンパカップの少なくとも第２端部１５５の方に広がり、ダンパカップ１０８が長くなり、これによってプレート１５０がアップランプ（ｕｐ−ｒａｍｐ）方向１９０にランプ面１４６に乗り上げる。プレート１５０がランプ面１４６に乗り上げると、ランプ面１４６の角度によって正常なダンパ力（Ｎ_Ｄ）がランプ式プレートに作用し、プレート１５０に対向するダンパカップ１０８のバック部分１５４に作用し、バック部１５４が外側に移動して、ブシュ１０４およびバネケース１０２に嵌合し、両者の間に摩擦が生じる。従って、ダンパカップ１０８の第２端部１５５がアップランプ位置においてブシュ１０４およびバネケース１０２内に押し込まれるか、あるいはこれに対して嵌合し、半径方向の摩擦ダンパ作用を発揮する。以上のランプ式プレート/ランプ面体が摩擦面により一定化した力を作用させるため、半径方向摩擦ダンパ作用が向上する。

テンショナアームを非引っ張り方向に引き上げるベルトが緩和すると、巻き取られたバネがトルクを発生するため、テンショナアームがベルトに対して逆に、即ち引っ張り方向に回転する。バネがそのトルクを利用してテンショナアームを回転させると、バネが巻き戻り、凸部１５２に作用している正常な力（Ｎ_Ｓ）が小さくなり、これに従って凸部が徐々に元の形に復元する。そして、ダンパカップ１０８の長さが短くなり、徐々に元の長さになるため、プレート１５０がランプ面１４６にそってそのダウンランプ位置まで移動し、この結果正常なダンパ力（Ｎ_Ｄ）が小さくなるか、なくなるため、摩擦ダンパ作用が小さくなるか、全体としてなくなるためテンショナアーム１０６がベルトの方に回転しなくなる。

ダンパカップ１０８の剛性をより強化した設計の本発明の一つの実施態様では、凸部１５２に作用する正常な力（Ｎ_Ｓ）が、内側スリーブ１３８のランプ面１４６にそってダンパカップ１０８を矢印１９０（図５）の方向（“アップランプ方向”）に押し出す。プレート１５０がアップランプ方向に移動すると、ランプ面１４６に角度があるため、正常な力（Ｎ_Ｄ）がプレート１５０に作用し、プレート１５０に対向するダンパカップ１０８のバック部１５４が外側に向き、ブシュ１０４およびバネケース１０２に嵌合し、両者間に摩擦が生じる。即ち、ダンパカップ１０８がブシュ１０４およびバネケース１０２に押し込まれる。

巻き取りの停止後、巻き取られたバネはトルクを発生し、テンショナアームがベルトに対して逆に回転し、そしてバネが巻き戻されると、凸部１５２に作用している正常な力（Ｎ_Ｓ）が小さくなり、ダンパカップ１０８が自然に矢印１９０とは逆方向にその元の位置に向けて移動する。このため、ダンパカップ１０８のブシュ１０４およびバネケース１０２への押し込み作用が小さくなり、正常なダンパ力（Ｎ_Ｄ）が小さくなるか、なくなるため、摩擦ダンプ作用が小さくなるか、全体としてなくなり、この結果テンショナアーム１０６がベルトの方に回転しなくなる。

同じダンプ作用機構が、内側スリーブ２３８の傾斜面２４６をもつ図８の実施態様においても機能すると考えられる。ベルトテンショナ１００の場合、正常なダンパ作用力（Ｎ_Ｄ）の大きさは、主に、バネトルクおよびランプ面の角度または傾斜の関数である。バネトルクは事前荷重（ｐｒｅ−ｌｏａｄｉｎｇ）の量、バネ定数、および当業者に公知な、トーションバネのその他のよく制御された特性から知ることができる。従って、バネトルクはテンショナのために選択したバネについて設定でき、ランプ面プレートがランプ面に乗り上げている間、クリアランスを吸収するか、あるいは摩耗を補償するトルク変化はごくわずかである。このため、テンショナの寿命全体を通してダンパ制御が向上する。

ベルトテンショナ１００の動作および非対称的なダンパ作用のレートまたはプロファイルについては、ランプ面および/またはランプ面プレートの特性、例えばプロファイル（即ち、ランプの角度）、大きさ、構造および相対摩擦などを変更することによって調整することができる。従って、ランプ面を調整すれば、ラジアル非対称性ダンパ作用を正確に制御することができる。ランプ/ランプインターフェースの摩擦特性も、例えば、特定の表面処理、仕上げ処理、構造体、パッドを付加することによって、場合によっては基本的材料の選択によっても調整することができる。

ベルトテンショナの構成成分は、鍛造、鋳造、ダイカスト、焼結または機械加工を始めとする各種技術によって製造できる。あるいは、当業者にとって公知なその他の技術によって構成成分を個別に製造してから、焼結、溶接、接合、ボルト締め、その他当業者にとって公知な締り嵌めなどの技術によって一体接合してもよい。

添付図面に示し、かつ以上説明してきた本発明の実施態様は、特許請求の範囲内で実施可能な数多くの実施態様のうち例示に過ぎない。本発明技術を活用すれば、その他の多数のテンショナ装置を実現することが可能である。要約すると、本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ制限されるものである。

２０：エンジン
２１：エンドレス動力伝達要素
２４：支持構造体
２５：固定装置
１００：ベルトテンショナ
１０２：バネケース
１０４：ブシュ
１０６：テンショナアーム
１０８：ダンパカップ
１１６：ベルト車
１３６：外側スリーブ
１３８：内側スリーブ
１８１：スリーブ

Claims (28)

1. 駆動システムにおけるエンドレス動力伝達要素のテンショナであって、
   所定の回転軸を中心として回転可能で、ランプ面または傾斜面を有するスリーブを備えたアーム、
   凸部、および前記スリーブの前記ランプ面または傾斜面と係合するプレートを備えたダンパカップ、および
   前記スリーブおよび前記ダンパカップを収容するバネケースからなり、
   前記テンショナの巻き取り時、前記スリーブの前記ランプ面または傾斜面が前記ダンパカップの前記プレートに対して回転し、そして正常な力が前記凸部に作用し、前記ダンパカップを外側に向け、これを前記バネケースに押し込み、非対称性摩擦ダンパ作用を発揮することを特徴とする前記テンショナ。
   
2. さらに、前記バネケース内部にトーションバネを有する請求項１に記載のテンショナ。
   
3. 前記スリーブがバネ面を有し、そして前記バネの第１端部がこのバネ面にそって存在し、かつ前記ダンパカップの前記凸部に接触する請求項２に記載のテンショナ。
   
4. 前記バネの前記第１端部が前記正常な力を前記凸部に加える請求項３に記載のテンショナ。
   
5. 前記アームがさらに前記スリーブに対して同心なアームアーバーを有し、このアームアーバーが前記ダンパカップを受け取る開口を有する請求項１に記載のテンショナ。
   
6. さらに、前記バネケースと前記アームアーバーとの間のブシュを有する請求項１に記載のテンショナ。
   
7. 前記ブシュを前記バネケースに接続し、実質的に回転できないように構成した請求項６に記載のテンショナ。
   
8. 前記第１方向において、前記ダンパカップを全体として半径方向外側に押圧し、前記ブシュに押し込んだ請求項７に記載のテンショナ。
   
9. 前記アームが浮動アームである請求項１に記載のテンショナ。
   
10. 前記バネケースがさらにピボットシャフトを有し、前記アームの前記スリーブがこのピボットシャフトを中心にして回転可能である請求項９に記載のテンショナ。
    
11. 前記浮動アームが移動して前記バネケースに摩擦接触し、摩擦ダンパ作用を補強する請求項１０に記載のテンショナ。
    
12. さらに、前記スリーブに対向する端部において前記アームに結合されたベルト車を有し、巻き取り時、このベルト車のハブ荷重が増加し、かつ前記ダンパカップおよび前記浮動アームが前記バネケース内部において前記ハブ荷重の方向に配向する請求項１０に記載のテンショナ。
    
13. 前記ダンパカップが弾性をもち、前記凸部が前記正常な力に応答して偏向可能であり、これによって前記ダンパカップが前記プレートを前記ランプ面または傾斜面にそって移動させる請求項１に記載のテンショナ。
    
14. 駆動システムにおけるエンドレス動力伝達要素のテンショナであって、
    所定の軸を中心として回転できるアームであって、その第１端部において、ランプ面または傾斜面を備えた内側スリーブおよび内部に開口を形成した外側スリーブを有し、そしてその第２端部においてベルト車を有するアーム、および
    前記外側スリーブの前記開口に受け取られるダンパカップであって、凸部、および前記内側スリーブの前記ランプ面または傾斜面に接触するプレートからなるダンパカップからなり、
    前記テンショナの巻き取り条件下で前記アームが回転すると、前記ダンパカップを全体として半径方向外側に向け、非対称性摩擦ダンパ作用が生じることを特徴とする前記テンショナ。
    
15. さらに、前記アームの前記内側スリーブ、前記アームの前記外側スリーブの少なくとも一部、および前記ダンパカップを収容するバネケースを有する請求項１４に記載のテンショナ。
    
16. さらに前記アームの前記内側スリーブの周囲に着座し、そして前記ダンパカップに対して着座する第１端部をもつトーションバネを有する請求項１５に記載のテンショナ。
    
17. 前記内側スリーブがバネ面を有し、前記バネの前記第１端部が前記内側スリーブの前記バネ面と前記ダンパカップの前記凸部との間に存在する請求項１６に記載のテンショナ。
    
18. 前記バネの前記第１端部が、前記正常な力を前記凸部に加える請求項１７に記載のテンショナ。
    
19. 前記トーションバネが前記主バネである請求項１４に記載のテンショナ。
    
20. 前記アームの前記外側スリーブが前記内側スリーブと同心であり、両者の間に延長し、かつ前記外側スリーブの前記開口によって境界が定められたベースによって前記内側スリーブに接続した請求項１４に記載のテンショナ。
    
21. 前記外側スリーブが、前記ベースに対向する開放端部を有する請求項２０に記載のテンショナ。
    
22. さらに前記バネケースと前記ダンパカップとの間にブシュを有する請求項１５に記載のテンショナ。
    
23. 前記ブシュを実質的に回転できないように前記バネケースに接続した請求項２２に記載のテンショナ。
    
24. 前記バネケースが、前記アームが回転する全体的に中心に位置するシャフトを有する請求項１５に記載のテンショナ。
    
25. 前記アームの前記内側スリーブが前記シャフト上に受け取られる貫通ボアを有し、このアームが前記シャフト上で自由に浮動する請求項２４に記載のテンショナ。
    
26. 前記浮動アームが、巻き取り時、少なくとも前記ダンパカップの前記凸部に加わる前記正常な力に応答して、前記ダンパカップから離間移動する請求項２５に記載のテンショナ。
    
27. 前記浮動アームが移動して前記バネケースに摩擦接触し、摩擦ダンパ作用を補強する請求項２６に記載のテンショナ。
    
28. 前記トーションバネの巻き取り時、前記ベルト車のハブ荷重が増大し、そして前記ダンパカップおよび前記アームが前記バネケース内部においてこのハブ荷重の方向に配向する請求項１６に記載のテンショナ。

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