JP2015025538A - 内燃機関用のベルトテンショナ - Google Patents

Abstract

【課題】２つのアイドルプーリでベルトを張り側と弛み側とから挟むタイプのテンショナにおいて、ばね体の破損や脱落、緩みを防止すると共に、コンパクトなばね体で強いばね力を確保する。【解決手段】テンショナ４はハウジング６に回転自在に装着された２つのアーム９，１０を有しており、アーム９，１０の外向き張り出し部９ｂ，１０ｂにアイドルプーリ７，８を取り付けている。両アイドルプーリ７，８は、アーム９，１０に固定されたばね体１１によって互いに接近する方向に付勢されている。ばね体１１はＣ字状の形態であり、端部１１ａ，１１ｂの側がアーム９，１０に設けた係合凹所２０に嵌まっており、端部１１ａ，１１ｂはファスー１８，１９でアーム９，１０に固定されている。【選択図】図３

Description

本願発明は、内燃機関で使用される動力伝達用ベルトの張力を一定に保持するための ベルトテンショナに関するものである。

内燃機関は、スタータ兼発電機や発電専用のオルタネータ、エアコンのような補機を備えており、これらの補機はベルトを介してクランク軸から動力伝達されるようになっていることが殆どである（スタータ兼発電機がスタータとして機能するときは、ベルトを介してクランク軸に動力伝達される。）。

ベルトは使用しているうちに伸びが発生する問題があり、そこで、伸びが発生しても所定の張力が保持されるように、テンショナでベルトを外側から押すことが行われている。テンショナには様々のものがあるが、その一例として、特許文献１に記載されているように、ベルトが巻き掛けられているプーリの軸心回りに回転可能な一対のアームの一端部にアイドルプーリを回転自在に取り付けて、両プーリでベルトを張り側と弛み側とから挟むと共に、両アームを、両アイドルプーリの間隔が狭まる方向にばね体で付勢することが開示されている。

そして、ばね体の例として特許文献１の図８には、アイドルプーリの回転軸心方向から見て略Ｕ字状の形態を成す板ばね製のばね体が開示されている。このばね体の両端部はアイドルプーリの軸心に向けて凹に曲がったカール部になっている一方、アイドルプーリの軸心と同心の状態でアームに設けた支承滑り片にカール部が外側から嵌まる溝を形成しており、ばね体は、ばね体自身の弾性によって支承滑り片に保持されている。

また、特許文献１における図８のばね体はアイドルプーリの回転軸心方向から見て略Ｕ字状の形態であるが、このばね体は、断面長方形の帯状のばね鋼を、その広幅面が内側と外側とに位置するようにして曲げている。

特開２００９−２８７７７６号公報

特許文献１はオートテンショナは、２つのアイドルプーリでベルトの張り側と弛み側とが挟まれており、いずれも等しい張力に維持されるため、スタータ兼用発電機に使用するベルトのように張り側と弛み側とが切り替わる場合に有益である。また、特許文献１の図８のような板ばね製のばね体を使用すると、コイルばねを使用する場合に比べて構造を簡単化できる利点がある。

しかし、特許文献１では、ばね体はその弾性を利用して支承滑り片への嵌め込み状態を保持しているに過ぎないため、ばね体に要請されるばね力が弱い場合は、支承滑り片を抱持する力が弱いため、支承滑り片から外れ易くなる問題がある（ばね力が強くても、例えばベルトの踊り現象が発生すると弾みでばね体が支承滑り片から外れてしまうことも懸念される。）。

また、特許文献１では構造的に１つのばね体しか使用できないため、ばね力を変える場合は厚さや幅等が異なるものを複数種類用意しておかねばならず、このため、ばね力の変更に対する適応性が悪いという問題もある。

更に、特許文献１の板ばね製（ばね鋼製、金属板製）のばね体は、カール部を支承滑り片に安定的に嵌合させるには、内周面と外周面とが広幅面となるようにして曲げねばならず、すると、アイドルプーリの回転軸心方向から見た厚さを厚くしないと高いばね力を確保できないという問題がある。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、２つのアイドルプーリでベルトを張り側と弛み側から挟む構造については特許文献１と共通しつつ、その問題を改善することを目的とするものである。

本願発明のベルトテンショナは、無端ベルトの張り側と弛み側とに外側から当接する一対のアイドルプーリと、一端部に前記アイドルプーリがそれぞれ回転自在に取り付けられた一対のアームとを備えており、前記一対のアームは、前記一対のアイドルプーリの間隔が広狭変化し得るように相対動自在であると共に、前記アイドルプーリの間隔を狭める方向にばね体で付勢されている基本構成である。

そして、請求項１の発明は、上記基本構成において、前記ばね体は、前記両アイドルプーリの回転軸心方向から見て一端と他端との間に間隔が空いている略Ｃ字状の形態であって、その一端部は一方のアームの一端部に相対動不能に嵌合して他端部は他方のアームの一端部に相対動不能に嵌合しており、前記ばね体の一端部と他端部とをそれぞれアームにファスーで離脱不能に取り付けている。

請求項２の発明は、請求項１において、前記ばね体の一端部及び他端部は、前記アームに形成された段落ち状の係合凹所に嵌め込まれることでアームに対して相対動不能に保持されており、かつ、前記アームの係合凹所を、前記アイドルプーリの取り付け位置よりもベルトに近い内側に設けている。

請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記ばね体とアームとの嵌合部を、前記アイドルプーリの軸心方向から見て、ばね体を広がらせる方向に向かって凹状の曲面に形成している。

本願発明では、ばね体はアームにファスーで取り付けられているため、ばね力が弱かったりベルトに踊り現象が発生したりしても、ばね体がアームから外れるようなことは皆無である。このため、信頼性に優れている。

また、ばね体の両端はアームに対して相対動不能に嵌合しているため、アームが独自に動く現象を無くして、ばね体の形状の変化をアームの動きに的確に変化させることができる。従って、ばね体のばね力をアイドルプーリに的確に伝えて、ベルトの押え機能を確保できる。この面でも信頼性に優れている。また、嵌合部の面積（重ね合わせ面積）を多くすることも簡単であり、このため、ばね体とアームとの荷重支持面積を大きくしてばね体の破損や変形を防止することも容易に実現できる。

また、アイドルプーリの回転軸心方向から見てばね体の端部がアームに重なっているため、複数のばね体を重ねてアームに取り付けることも簡単であり、このため、１種類のばね体を複数枚使用してばね力を変えることも簡単である。従って、ばね力が異なるものを複数種類用意するにおいて、部材の製造コストや管理コストを抑制で可能となる。

更に、アイドルプーリの回転軸心方向から見てばね体の端部がアームに重なっているため、ばね体を板ばねで製造する場合、広幅面がアイドルプーリの回転軸心方向から見て前後方向に位置する形態になるが、すると、ばね体はアイドルプーリの軸心方向から見て幅寸法が大きくなるため、ばね体が薄板製であっても（断面積が小さくても）、大きなばね力を得ることができる。従って、ばね体は必要なばね力を確保しつつコンパクト化することができる。

請求項２の発明を採用すると、ばね体の一端と他端との間の間隔を狭めることができるため、ばね体の長さ（周方向の長さ）をできるだけ長くして耐久性を向上できる。また、２つのアイドルプーリの間の部分はデッドスペースになっており、デッドスペースを利用してばね体をアームに取り付けるものであるため、コンパクト化にも貢献している。

ばね体とアームとの嵌合手段としては、アームにボス体を突設してこれにばね体を嵌め込むことも可能であるが、この場合は、アームにボス体を加工することが面倒になる問題や、ばね体にはボス体に嵌まる穴を空けねばならないため、ばね体の端部の固定強度が弱くなるおそれがあるという問題がある。

これに対して請求項２のようにアームに設けた凹所にばね体の端部を嵌め込む構造を採用すると、凹所は例えばプレス加工で簡単に形成できるため加工コストを抑制できるのみならず、ばね体の端部に大きな穴を設ける必要はないためばね体の強度低下も防止できる。ばね体の厚さが凹所の深さより小さくても、ばね体をファスーでアームに固定できるため、任意の枚数のばね体をアームに嵌合させた状態で固定できる利点もある。

請求項３の構成を採用すると、ばね体とアームとの当接面積をできるだけ大きくできるため、ばね体の耐久性を向上できると共に、ばね体の捩れを抑制してばね力の安定化に貢献できる。また、アームにばね体が嵌まる凹所（溝）を形成した場合、アイドルプーリの軸から凹所までの距離をできるだけ大きくすることができるため、アームには変形を招来することなく凹所を形成してばね体をしっかりと保持できる利点もある。

実施形態を示す図で、クランク軸の軸線方向から見た側面図である。 分離側面図である。 （Ａ）は斜視図、（Ｂ）は図１のIIIB-IIIB 視平面図である。 図１の IV-IV視断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、スタータ兼用派発電機とクランク軸との動力伝達用ベルトのテンショナに使用しており、クランク軸１の一端部はシリンダブロック２の一側面（或いはタイミングチェーンを覆うチェーンケースの外面）から外側に突出しており、この一端部にクランクプーリ３が固定されている。

テンショナ４は、ブラケット板５を介してシリンダブロック２に固定されるハウンジング６と、一端部にそれぞれアイドルプーリ７，８を回転自在に取り付けた第１及び第２のアーム９，１０と、両アーム９，１０をアイドルプーリ７，８が近づくように付勢するばね体１１とを備えている。

アーム９，１０は、リング状部９ａ，１０ａと外向き張り出し部９ｂ，１０ｂとを有しており、外向き張り出し部９ｂ，１０ｂにアイドルプーリ７，８がナット１３で取り付けられている。両アーム９，１０のリング状部９ａ，１０ａは、アイドルプーリ７，８の軸方向にずれて重なっているが、外向き張り出し部９ｂ，１０ｂはアイドルプーリ７，８の軸方向の同じ位置に位置している。そこで、手前に位置した第２アーム１０の外向き張り出し部１０ａは、板厚分だけ第１アーム９の側に段落ちさせている。

ハウジング６は、アーム９，１０のリング状部９ａ，１０ａが外側から嵌まる円筒形のボス部６ａと、ボス部６ａと一体に連続したベース部６ｂとを備えており、ベース６ｂのうちボス部６ａと反対側の面に、ブラケット板５を介してスタータ兼用派発電機１４が固定されている。既述のとおり、ブラケット板５はシリンダブロック２（又はチェーンケース）にボルト（図示せず）で固定されている。

スタータ兼用派発電機１４の主軸は、ハウジング６におけるベース部６ｂの内部に露出しており、この主軸にプーリ１５が固定されており、プーリ１５とクランクプーリ３とにエンドレスのベルト１６が巻き掛けられている。ハウジング６のベース部６ｂにはクランク軸１に向けて開口した切り開き溝１５が形成されており、ベルト１６は、張り側と弛み側との間隔を狭めた状態で切り開き溝１５の箇所に位置しており、かつ、アーム９，１０のアイドルプーリ７，８がベルト１６の外面に当接している。

図４に示すように、ハウジング６のボス部６ａは、第２アーム１０のリング状部１０ａが重なるフランジ６ｃを有しており、アーム９，１０のリング状部９ａ，１０ａは、ボス部６ａにビス等で固定された蓋板１７で抜け不能に保持されている。両アーム９，１０はボス部６ａの中心軸回りに回転可能であり、２つのアーム９，１０が逆方向に回転することにより、２つのアイドルプーリ７，８の間隔が広狭変化してベルト１６に作用する張力が変化する。

ばね体１１は、アイドルプーリ７，８の回転軸心方向から見て、リングに近い形状ではあるが一端部１１ａと他端部１１ｂとの間に間隔が空いた略Ｃ字状の形態を成しており、一端部１１ａは第１アーム９の張り出し部９ｂに重ねてボルト１８及びナット１９で固定し、他端部１１ｂは第２アーム１０の張り出し部１０ｂに重ねてボルト１８及びナット１９で固定している。ボルト１８及びナット１９はファスーの一例である。

この場合、アーム９，１０の外向き張り出し部９ｂ，１０ｂに、嵌合部の一例として、ばね体１１における端部１１ａ，１１ｂを含むある程度の範囲が嵌まり込む係合凹所２０を形成しており、係合凹所２０に嵌め込んだ状態でボルト１８及びナット１９で固定している。ボルト１８は、アーム９，１０の外向き張り出し部９ｂ，１０ｂに溶接又はかしめで固定されたスタッドボルトを使用しているが、頭付きボルト（或いはビス）も使用できる。

また、アーム９，１０の係合凹所２０はアイドルプーリ７，８の取り付け箇所より半径内側に位置しており、かつ、係合凹所２０は外向き張り出し部９ｂ，１０ｂの付け根の全体を横切る状態に形成されている。また、ばね体１１は、外向き張り出し部９ｂ，１０ｂのうち、アイドルプーリ７，８の取り付け位置よりもベルト１６に寄った端部に固定されている。

更に、ばね体１１の端部１１ａ，１１ｂはボルト１８及びナット１９の配置スペースを確保するため他の部位よりも広幅になっており、このため、端部１１ａ，１１ｂは半径外向きに突出した状態になっているが、端部１１ａ，１１ｂをばね体１１の外周に滑らかに連続させることにより、ばね体１１と係合凹所２０との嵌合部の外面２１を、アイドルプーリ７，８の軸心に向けて凹状に湾曲した曲面と成している。嵌合部の外面２１は、アイドルプーリ７，８の回転軸心の方向から見て、ばね体１１の開き方向に向かって凹状に湾曲しているとも云える。

このように、嵌合部の外面２１をアイドルプーリ７，８の軸心に向けて凹と円弧状に湾曲させることにより、嵌合部の外面２１の長さをできるだけ長くして嵌合部の特定箇所に応力が集中することを防止できる。また、係合凹所２０を設けるとアーム９，１０は係合凹所２０の箇所で強度は低下するが、嵌合部の外面をアーム９，１０に向けて凹に湾曲させると、アイドルプーリ７，８の軸芯から嵌合部の外面２１までの距離を大きく取ることができるため、係合凹所２０を設けたことの影響を無くしてアーム９，１０の破損や変形を防止できる。

ばね体１１は、アーム９，１０に重なっている部分（嵌合している部分）を除いて、アーム９，１０の半径外側に位置している。従って、ばね体１１のうちアーム９，１０との嵌合部（重合部）を除いた部分は、ある程度の間隔を開けた状態で第２アーム１０の外側に配置されている。このため、ばね体１１が窄まり変形することが許容されている。

ばね体１１は、その弾性に抗して両端部１１ａ，１１ｂの間隔を広げた状態でハウジング５に装着されており、このため、アイドルプーリ７，８は、互いの間隔が狭められるようにばね体１１で付勢されている。これにより、ベルト１６を張り側と弛み側との両側から押して、ベルト１６に一定の張力を付与できる。

そして、ばね体１１はボルト１８及びナット１９でアーム９，１０に固定されているため、ばね体１１のばね力が弱かったりベルト１６に踊り現象が発生したりしても、ばね体１１がアーム９，１０から脱落することはない。機関の始動時や発電開始時にはベルト１６に強いテンションが瞬間的に掛かり、このためばね体１１にはこれを押し広げようとする力が瞬間的に掛かるが、ばね体１１はボルト１８及びナット１９で固定されているため、瞬間的な力でばね体１１が脱落するような事態が発生することは皆無である。

また、ばね体１１は端部１１ａ，１１ｂの側の部分がアーム９，１０の係合凹所２０に嵌まっているため、ばね体１１の端部１１ａ，１１ｂとアーム９，１０とはその表面方向にずれ不能に保持されている。このため、アーム９，１０とばね体１１とが重合面に沿って相対動してベルト１６の張力が低下するような問題は発生しない。

ばね体１１はボルト１８及びナット１９でしっかりと固定してもよいが、ばね体１１とアーム９，１０とを嵌め合わせると両者の相対姿勢は一定に保持されるため、ばね体１１とアーム９，１０との間に多少の遊びを持った状態で取り付けても差し支えない。本実施形態ではばね体１１が長い範囲でアーム９，１０の係合凹所２０に嵌まっているため、ばね体１１の特定箇所に応力が集中することを防止して、ばね体１１の耐久性を向上できる。

ばね体１１は広がり変形することで弾性力が蓄えられるが、その幅Ｗ（図３（Ａ）参照）をある程度の寸法に設定すると、板厚Ｔ（同）が薄くても広がり変形に対して強い抵抗を発揮するため、コンパクト・軽量でありながら、強いばね力を確保することができる。この点も本実施形態の特徴の一つである。

上記の実施形態では、ばね体１１とアーム９，１０との嵌合手段として係合凹所２０を形成したが、係合凹所に代えてボス部を形成してこれにばね体１１を嵌め込んだり、ばね体１１を内外から挟むストッパー片を切り起こし等で形成したりすることも可能である。また、ばね体１１は線材で製造することも可能である（この場合は、両端にリング状のカール部を曲げ形成したらよい。）。

アーム９，１０は必ずしもハウジング４に回転自在に装着する必要はないのであり、例えば帯板状に形成して、その一端をハウジングにピンで回動自在に取り付けて、他端にアイドルプーリを取り付けるといった構造も採用可能である。ばね体１１を取り付けるファスーとしては、リベットやハトメ、スナップピンなども採用できる。適用対象はスタータ兼用派発電機に使用するベルトには限らず、オルタネータを駆動するベルトやエアコンのコンプレッサを駆動するベルトなど、各種のベルトのテンショナに使用できる。

本願発明は、実際に内燃機関のベルトテンショナに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ クランク軸
２ シリンダブロック
３ クランクプーリ
４ ベルトテンショナ
６ ハウジング
７，８ アイドルプーリ
９，１０ アーム
９ａ，１０ａ 外向き張り出し部
１１ ばね体
１１ａ，１１ｂ 端部
１４ 補機の一例としてのスタータ兼用派発電機
１５ スタータ兼用派発電機のプーリ
１６ ベルト
１８ ファスーを構成するボルト
１９ ファスーを構成するナット
２０ 嵌合部の一例としての係合凹所

Claims (3)

1. 無端ベルトの張り側と弛み側とに外側から当接する一対のアイドルプーリと、一端部に前記アイドルプーリがそれぞれ回転自在に取り付けられた一対のアームとを備えており、前記一対のアームは、前記一対のアイドルプーリの間隔が広狭変化し得るように相対動自在であると共に、前記アイドルプーリの間隔を狭める方向にばね体で付勢されている構成であって、
   前記ばね体は、前記両アイドルプーリの回転軸心方向から見て一端と他端との間に間隔が空いている略Ｃ字状の形態であって、その一端部は一方のアームの一端部に相対動不能に嵌合して他端部は他方のアームの一端部に相対動不能に嵌合しており、前記ばね体の一端部と他端部とをそれぞれアームに重ねた状態でファスーにて離脱不能に取り付けている、
   内燃機関用のベルトテンショナ。
2. 前記ばね体の一端部及び他端部は、前記アームに形成された段落ち状の係合凹所に嵌め込まれることでアームに対して相対動不能に保持されており、かつ、前記アームの係合凹所を、前記アイドルプーリの取り付け位置よりもベルトに近い内側に設けている、
   請求項１に記載した内燃機関用のベルトテンショナ。
3. 前記ばね体とアームとの嵌合部を、前記アイドルプーリの軸心方向から見て、ばね体を広がらせる方向に向かって凹状の曲面に形成している、
   請求項１又は２に記載した内燃機関用のベルトテンショナ。

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