JP2016148395A - ベルトテンショナおよびベルト伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトの耐久性の低下を抑制し、ベルトのバタツキを直ちに抑えることができるようにしたベルトテンショナを提供することである。【解決手段】クランクプーリ１１とカムプーリ１３間に掛け渡されたベルト１４の弛み側ベルト１４ａに沿うよう配置されて固定の支持とされる曲線状のガイドベース２１長さ方向に間隔をおいて複数のローラ軸３０を設け、そのローラ軸３０のそれぞれでローラ４０を回転自在に支持する。ローラ軸３０のそれぞれをベルト１４に対して移動自在に支持し、そのローラ軸３０を弾性部材５０によりベルト１４に向けて付勢して、複数のローラ４０でベルト１４を押圧して、ベルト１４に一定の張力を付与する。【選択図】図２

Description

この発明は、自動車エンジンのカム軸駆動用ベルトや補機駆動用ベルトの張力を調整するベルトテンショナおよびベルト伝動装置に関する。

クランク軸の端部に取り付けられたクランクプーリとカム軸の端部に取り付けられたカムプーリ間にタイミングベルトを掛け渡してクランク軸の回転をカム軸に伝達するカム軸駆動用のベルト伝動装置においては、普通、タイミングベルトの弛み側にベルトテンショナを組み込んでタイミングベルトの張力を一定に保持している。

また、クランク軸の端部に取り付けられたクランクプーリとオルタネータやウォータポンプ等の補機の回転軸の軸端部に取り付けられたプーリ間にＶベルトを掛け渡して補機を駆動する補機駆動用のベルト伝動装置においても、Ｖベルトの弛み側にベルトテンショナを組み込んでＶベルトの張力を一定に保持している。

上記のようなベルト伝動装置に組み込まれるベルトテンショナには、初期に必要な張力をベルトに付与する固定式のものが知られているが、ベルトの伸びやトルクの変動による張力変化に対応することができないため信頼性が低い。

このため、固定式のベルトテンショナに代えて、ベルトの張力変化を自動的に吸収することができるオート式のベルトテンショナが一般的に採用されている。

オート式ベルトテンショナとして、下記特許文献１に記載されたものが従来から知られている。このベルトテンショナにおいては、図８に示すように、エンジンブロックに突設される支点軸６０を中心にして揺動可能なプーリアーム６１でテンションプーリ６２を回転自在に支持し、そのプーリアーム６１に連結された油圧式オートテンショナ６３によりテンションプーリ６２がベルト１４を押圧する方向にプーリアーム６１を付勢し、ベルト１４の伸びやトルク変動によるベルト１４の張力変化を油圧式オートテンショナ６３で吸収してベルト１４の張力を一定に保持するようにしている。ここで、同図における１１はクランクプーリを示し、１３はカムプーリを示す。

特開２００５−１８０４７６号公報

ところで、図８に示す従来のベルトテンショナにおいては、ベルト１４の張力変化を自動的に吸収するため、クランクプーリ１１とベルト１４の接触部およびカムプーリ１３とベルト１４の接触部でのベルト歯飛びを防止することができるため、クランクプーリ１１とカムプーリ１３が同期するベルト伝動装置を得ることができるが、単一のテンションプーリ６２でベルトの張力調整とするため、動き量が大きく、調整量の大きなオートテンショナ６３を必要としてコスト的に不利であり、しかも、テンションプーリ６２によるベルト案内部でのベルト１４の折れ曲り角度が大きく、ベルト１４の耐久性が低下して、ベルト１４が損傷し易いという不都合がある。

また、テンションプーリ６２に対するベルト１４の接触長さが短いため、ベルト１４にバタツキが生じると、そのバタツキが治まるまでに時間を要し、その間、ベルト１４はテンションプーリ６２を叩き続けるため、振動や騒音が発生するという不都合がある。

この発明の課題は、ベルトの耐久性の低下を抑制し、ベルトのバタツキを直ちに抑えることができるようにしたベルトテンショナおよびそのベルトテンショナを採用したベルト伝動装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明に係るベルトテンショナにおいては、駆動プーリと従動プーリ間に掛け渡されたベルトの弛み側ベルトに沿うよう配置されて固定の支持とされる曲線状のガイドベースと、そのガイドベースの前記ベルトと対向する凸形曲面の長さ方向に間隔をおいて配置された複数のローラ軸と、その複数のローラ軸のそれぞれによって回転自在に支持されたローラとからなり、前記ローラ軸のそれぞれを前記ベルトに対して移動自在に支持し、そのローラ軸を弾性部材によりベルトに向けて付勢し複数のローラでベルトを押圧する構成を採用したものである。

また、上記の課題を解決するため、この発明に係るベルト伝動装置においては、駆動プーリと従動プーリ間にベルトを掛け渡し、そのベルトの弛み側ベルトの一側部にベルトテンショナを設けてベルトの張力を調整するベルト伝動装置において、前記ベルトテンショナとして、この発明に係る上記のベルトテンショナを採用する構成としたものである。

上記の構成からなるベルト伝動装置において、駆動プーリを駆動すると、ベルトが移動し、駆動プーリの回転が従動プーリに伝達される。その回転トルクの伝達時、ベルトはベルトテンショナに設けられた複数のローラによって転がり案内される。

このとき、複数のローラのそれぞれは弾性部材によってベルトに向けて付勢されているため、ベルトは所定の張力が付与される状態で走行する。

ベルトに伸びが生じ、あるいは、温度変化によって駆動プーリと従動プーリの中心軸間の距離が変化し、さらには、トルク変動によってベルトに弛みが生じると、複数のローラのそれぞれがベルトに向けて移動してベルトの弛みを吸収する。

一方、ベルトが緊張すると、複数のローラのそれぞれが弾性部材の弾性に抗して後退し、ベルトの張力変化を吸収する。このため、ベルトは一定の張力が付与される状態で走行し、駆動プーリおよび従動プーリとの接触部でベルト歯飛びが生じることがなく、ロスなく同期回転される。

ここで、ベルトにバタツキが生じると、複数のローラのそれぞれが弾性部材の弾性に抗して後退動し、ベルト進入側のローラから順にバタツキを吸収する。このため、バタツキは瞬時に吸収されることになり、騒音や振動を発生することはない。

ここで、ローラをベルトに向けて付勢する弾性部材は、複数のローラ軸のそれぞれに対応して設けられる個別組込みの圧縮ばねからなるものであってもよく、あるいは、複数のローラ軸のそれぞれを同時に押圧する共通の線条ばねからなるものであってもよい。

線条ばねを弾性部材とすることにより、部品点数を低減し、コストの安い組立ての容易なベルトテンショナを得ることができる。

また、ガイドベースのベルトと対向する凸形曲面にベルトの移動を案内するベルト案内溝を設けておくと、ベルトの蛇行を防止し、ベルトを円滑に走行させることができる。

上記ガイドベースを合成樹脂の成形品とすると、金属材料を切削して形成する場合に比較してコストの低減を図り、振動、騒音の低減を図ることができる。この場合、油浴中でベルトが走行するようなベルト伝動装置においては、合成樹脂として耐油性、耐候性および強度的に優れた樹脂を用いるのが好ましい。

さらに、ローラとして、針状ころ軸受やころ軸受を用いると、ベルトとの接触によって円滑に回転し、ベルトの移動抵抗が小さく、トルク伝達効率の低下を抑制することができる。

この発明においては、上記のように、曲線状ガイドベースの長さ方向に間隔をおいて設けられた複数のローラのそれぞれでベルトを押圧してベルトに所定の張力を付与するようにしたので、ベルトの曲率半径が大きい状態でベルトに張力を負荷することができ、ベルトの耐久性の低下を抑制することができる。

また、ベルトにバタツキが生じた場合、そのバタツキを複数のローラのそれぞれで順次吸収することができるため、バタツキを直ちに吸収することができ、振動や騒音の発生を抑制することができる。

この発明に係るベルト伝動装置の実施の形態を示す正面図 （ａ）はこの発明に係るベルトテンショナの縦断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図 図２（ｂ）のIII−III線に沿った断面図 図３の一部を拡大して示す断面図 図４のV−V線に沿った断面図 弾性部材として線条ばねを用いたベルトテンショナの縦断面図 図６のVII−VII線に沿った断面図 従来のベルトテンショナを用いたベルト伝動装置の正面図

以下、この発明の実施形態を図１乃至図７に基づいて説明する。図１は、カム軸駆動用のベルト伝動装置を示す。このベルト伝動装置においては、クランク軸１０の軸端部に取り付けた駆動プーリとしてのクランクプーリ１１とカム軸１２の軸端部に取り付けた従動プーリとしてのカムプーリ１３間にタイミングベルト１４をかけ渡し、そのタイミングベルト１４を介してクランクプーリ１１の矢印で示す方向の回転をカムプーリ１３に伝達してカム軸１２を回転駆動する。

タイミングベルト１４は、クランクプーリ１１の回転時に矢印で示す方向に走行し、クランクプーリ１１からカムプーリ１３に至るベルト部が弛み側とされ、その弛み側ベルト１４ａの外側にベルトテンショナ２０が設けられている。

図２乃至図５はベルトテンショナ２０の詳細を示す。このベルトテンショナ２０は、弛み側ベルト１４ａの走行方向に長く延びるガイドベース２１を有する。

ガイドベース２１は曲線状とされ、その長さ方向には挿入孔２２が設けられ、その挿入孔２２に図１に示すボルト２３が挿入され、図示省略したエンジンブロックへの上記ボルト２３のねじ込みによりガイドベース２１が固定される。このとき、ガイドベース２１は、凸形曲面が弛み側ベルト１４ａと対向する取り付けとされる。

ガイドベース２１の弛み側ベルト１４ａと対向する凸形曲面には一端部から他端部に至るベルト案内溝２４が設けられている。ベルト案内溝２４の底面には複数の円弧状の凹部２５がガイドベース２１の長さ方向に間隔をおいて設けられている。

また、ベルト案内溝２４の対向する側壁２４ａには、対向一対の支持溝２６が複数の凹部２５のそれぞれと対応する位置に設けられている。支持溝２６は、側壁２４ａの凸形曲面から凹部２５の底面に向けて長く延び、その開口端部に突出部２７が形成されて狭小部２８とされている。

支持溝２６の凹部２５と対向する端部は閉塞され、その閉塞端にばね収容凹部２９が設けられている。

上記の構成からなるガイドベース２１は、合成樹脂の成形品とされている。合成樹脂として耐油性、耐候性および強度的に優れた樹脂を用いるのが好ましい。そのような樹脂として、ポリアミド４６（ＰＡ４６）やポリアミド６６（ＰＡ６６）を挙げることができる。機械的強度をさらに向上させるため、それらの樹脂に強化ガラス繊維を混入するのが好ましい。

ガイドベース２１における対向一対の支持溝２６のそれぞれにはローラ軸３０の両端部がスライド自在に嵌合されている。ローラ軸３０は支持溝２６の開口端部に設けられた狭小部２８によって抜止めされ、それぞれのローラ軸３０によってローラ４０が回転自在に支持されている。このとき、ローラ４０は外周一部が凹部２５内に収容する状態で回転自在とされている。

ローラ軸３０はＳＵＪ２やＳＣ材を素材としている。このローラ軸３０は、耐摩耗性を向上させるため、熱処理されて硬度が高められている。熱処理として、ここでは、光輝焼入れを採用しているが、高周波焼入れしてもよく、浸炭焼入れしてもよい。あるいは、浸炭窒化処理してもよい。

ローラ４０として、ここでは、図５に示すように、内径面の両端部に鍔４２が形成された外輪４１と、その外輪４１の鍔４２間に形成された軌道溝４３に沿って転動可能なころ４４と、そのころ４４を保持する保持器４５とかなるころ軸受が採用されている。

なお、ローラ４０はころ軸受に限定されるものではない。例えば、外輪４１がシェル形とされた針状ころ軸受であってもよい。

図４および図５に示すように、ばね収容凹部２９内には弾性部材５０が組み込まれ、その弾性部材５０はローラ軸３０を介してローラ４０を弛み側ベルト１４ａに向けて付勢しており、そのローラ４０の押圧によって弛み側ベルト１４ａに一定の張力が付与されている。

弾性部材５０として、帯状の弾性板をジグザグに折り曲げた圧縮ばねからなるものを採用しているが、これに限定されるものではない。

実施の形態で示すベルト伝動装置は上記の構造からなり、クランクプーリ１１を回転駆動すると、タイミングベルト１４が図１の矢印で示す方向に移動し、そのタイミングベルト１４を介してクランクプーリ１１の回転がカムプーリ１３に伝達されてカム軸１２が回転する。

上記のようなクランクプーリ１１からカムプーリ１３への回転トルクの伝達時、タイミングベルト１４はガイドベース２１に形成されたベルト案内溝２４に案内されて走行する。このため、タイミングベルト１４は左右に蛇行することなく走行する。

また、タイミングベルト１４はベルトテンショナ２０に設けられた複数のローラ４０によって転がり案内される状態で走行する。

このとき、複数のローラ４０のそれぞれは弾性部材５０によってタイミングベルト１４に向けて付勢されているため、タイミングベルト１４は一定の張力が付与される緊張状態で走行する。

タイミングベルト１４に伸びが生じ、あるいは、温度変化によってクランク軸１０とカム軸１２の心間距離が変化し、さらには、トルク変動によってタイミングベルト１４に弛みが生じると、複数のローラ４０のそれぞれがタイミングベルト１４に向けて移動してタイミングベルト１４の弛みを吸収する。

一方、タイミングベルト１４が緊張すると、複数のローラ４０のそれぞれが弾性部材５０の弾性に抗して後退し、その後退によってタイミングベルト１４の張力変化が吸収される。このため、タイミングベルト１４は一定の張力が付与される状態で走行し、クランクプーリ１１およびカムプーリ１３との接触部でベルト歯飛びが生じることがなく、ロスなく同期回転される。

ここで、タイミングベルト１４にバタツキが生じると、複数のローラ４０のそれぞれが弾性部材５０の弾性に抗して後退動し、ベルト進入側のローラ４０から順にバタツキを吸収する。このため、バタツキは瞬時に吸収されることになり、騒音や振動を発生することはない。

ところで、図８に示す従来のベルトテンショナにおいては、ベルト１４の張力変化を自動的に吸収するため、クランクプーリ１１とベルト１４の接触部およびカムプーリ１３とベルト１４の接触部でのベルト歯飛びを防止することができるため、クランクプーリ１１とカムプーリ１３が同期するベルト伝動装置を得ることができるが、油圧式オートテンショナ６３を採用するため高価であり、しかも、単一のテンションプーリ６２でベルト１４を案内して張力調整とするため、案内部でのベルト１４の折れ曲りが大きく（曲率半径が小さく）、ベルト１４の耐久性が低下し、ベルト１４が損傷し易いという不都合がある。

実施の形態に示すように、曲線状のガイドベース２１の長さ方向に間隔をおいて配置された複数のローラ４０のそれぞれでタイミングベルト１４を押圧することにより、タイミングベルト１４の曲率半径が大きい状態でタイミングベルト１４に一定の張力を負荷することができ、タイミングベルト１４の耐久性の低下を抑制することができる。

図６および図７は、ベルトテンショナ２０の他の例を示す。この例においては、ベルト案内溝２４の底面上に配置された２本の線条ばねからなる弾性部材５０で複数のローラ軸３０のそれぞれを同時に押圧して、複数のローラ４０のそれぞれをタイミングベルト１４に向けて付勢している点で図２乃至図５に示す例と相違している。このため、図２乃至図５に示す例と同一の部品には同一の符号を付して説明を省略する。

図６および図７に示すように、２本の線条ばねからなる弾性部材５０で複数のローラ４０をタイミングベルト１４に向けて付勢することにより、複数のローラ４０を個々に付勢する場合に比較して、部品点数を低減することができるため、コストが安くなり、ベルトテンショナ２０の組立ての容易化を図ることができる。

１１ クランクプーリ（駆動プーリ）
１３ カムプーリ（従動プーリ）
１４ タイミングベルト（ベルト）
１４ａ 弛み側ベルト
２０ ベルトテンショナ
２１ ガイドベース
２４ ベルト案内溝
３０ ローラ軸
４０ ローラ（ころ軸受）
５０ 弾性部材（圧縮ばね、線条ばね）

Claims (7)

1. 駆動プーリ（１１）と従動プーリ（１３）間に掛け渡されたベルト（１４）の弛み側ベルト（１４ａ）に沿うよう配置されて固定の支持とされる曲線状のガイドベース（２１）と、そのガイドベース（２１）の前記ベルト（１４）と対向する凸形曲面の長さ方向に間隔をおいて配置された複数のローラ軸（３０）と、その複数のローラ軸（３０）のそれぞれによって回転自在に支持されたローラ（４０）とからなり、前記ローラ軸（３０）のそれぞれを前記ベルト（１４）に対して移動自在に支持し、そのローラ軸（３０）を弾性部材（５０）によりベルト（１４）に向けて付勢し複数のローラ（４０）でベルト（１４）を押圧するようしたベルトテンショナ。
2. 前記弾性部材（５０）が、前記複数のローラ軸（３０）のそれぞれに対応して設けられる個別組込みの圧縮ばねからなる請求項１に記載のベルトテンショナ。
3. 前記弾性部材（５０）が、前記複数のローラ軸（３０）のそれぞれを同時に押圧する共通の線条ばねからなる請求項１に記載のベルトテンショナ。
4. 前記ガイドベース（２１）が、前記凸形曲面にベルト（１４）の移動を案内するベルト案内溝（２４）を有してなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載ベルトテンショナ。
5. 前記ガイドベース（２１）が、合成樹脂の成形品からなる請求項１乃至４のいずれか１項に記載のベルトテンショナ。
6. 前記ローラ（４０）が、ころ軸受または針状ころ軸受からなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載のベルトテンショナ。
7. 駆動プーリ（１１）と従動プーリ（１３）間にベルト（１４）を掛け渡し、そのベルト（１４）の弛み側ベルト（１４ａ）の一側部にベルトテンショナ（２０）を設けてベルトの張力を調整するベルト伝動装置において、
   前記ベルトテンショナ（２０）が、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のベルトテンショナからなることを特徴とするベルト伝動装置。

Images