JP3597133B2 - 力伝達部材に張力を与えるためのテンショナ - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、無端ベルトや無端チェン等の力伝達部材を用いた動力伝達機構において、力伝達部材の張力を適正に保つためのテンショナ(tensioner)に関する。
背景技術
例えば自動車のエンジンの回転運動をカムシャフトに伝達する動力伝達機構に、無端状のベルトやチェン等の力伝達部材が使われている。この力伝達部材の張力を適正に保つために、テンショナが採用されることがある。図２１と図２２はそれぞれ従来のテンショナの断面を示している。このテンショナはケース１を備えている。ケース１に、第１のシャフト部材２と、筒状の第２のシャフト部材３が挿入されている。ケース１は、エンジンなどの機器に固定するための取付孔１ａを有するフランジ部１ｂを備えている。第１のシャフト部材２の外面に雄ねじ部が形成されている。第２のシャフト部材３の内面に雌ねじ部が形成されている。これら雄ねじと雌ねじ部が互いに螺合している。第１のシャフト部材２の後端部２ａは、ケース１の内部に形成された嵌合孔９に挿入される。この後端部２ａの端面が、ケース１の内面に接触している。第１のシャフト部材２の外周側に、ねじりばね４が設けられている。ねじりばね４の一端４ａは第１のシャフト部材２に係止され、他端４ｂはケース１に係止される。このばね４がねじられると、ばね４の反発力によって第１のシャフト部材２を回転させるトルクが発生する。第１のシャフト部材２は、ケース１に対して回転自在である。
円筒状の第２のシャフト部材３は、軸受５に形成された摺動孔５ａを挿通している。図２２に示すように、第２のシャフト部材３の外周面と、摺動孔５ａの内周面は、いずれも非円形状である。これにより第２のシャフト部材３は、軸受５に対して軸方向に移動することが許容され、しかも回転が阻止される。このため、ねじりばね４の反発力によって第１のシャフト部材２が回転すると、第２のシャフト部材３は回転せず、軸方向に推力を生じる。例えばこのばね４の反発力は、第２のシャフト部材３をケース１から突出させる方向に作用する。この推力を前記ベルトあるいはチェン等の力伝達部材に与えることにより、力伝達部材に適度な張力が付与される。第２のシャフト部材３が力伝達部材を押すと、このシャフト部材３には力伝達部材からの反力が作用する。この反力（入力荷重）と、ねじりばね４によるシャフト部材３の推力とが釣合う位置までシャフト部材３が軸方向に移動する。このため従来のテンショナは、入力荷重と第２のシャフト部材３の移動量とが比例するリニヤ(liner)な特性であった。
チェンやベルト等の力伝達部材の張り具合は、例えばエンジンの運転条件によって時々刻々に変化する。しかし従来のテンショナは、直線的(liner)な特性をもつため、広い範囲の入力荷重の変化に対応させることが難しいという問題があった。
ここで、テンショナが力伝達部材を押す力（推力）と、テンショナの変位振幅σとの関係について述べる。テンショナの剛性は、力伝達部材から受ける荷重に対する第２のシャフト部材の移動量（すなわち変位振幅σ）で表わすことができる。推力が大きく、剛性の高いテンショナは、大きな入力荷重に耐えることができる反面、変位振幅σは小さくなる。逆に、テンショナの推力を小さくすれば、変位振幅σを大きくとることができるが、大きな入力荷重に対応することができない。例えば大排気量のエンジンに対して、テンショナの剛性を高くすると変位振幅σが小さくなる。つまり剛性の高いテンショナは、狭い変位振幅σの範囲で機能するように設計せざるをえないなど、テンショナの設計上の自由度が狭いという問題があった。
本発明の目的は、剛性が高いにもかかわらず変位振幅を大きくとることができるなど、広い範囲の入力荷重の変化に対応することができるテンショナを提供することにある。
発明の開示
本発明のテンショナは、
ケースの内部に軸方向の移動が拘束された状態で回転可能に挿入されかつ第１のねじ部を有する第１のシャフト部材と、
前記第１のねじ部に螺合する第２のねじ部を有しかつ前記ケースに対して軸線方向に移動可能で回転が拘束される第２のシャフト部材と、
前記第１のシャフト部材を回転させるトルクを発生するねじりばねと、
前記第１のシャフト部材の回転角に応じて該シャフト部材の回転トルクを変化させるトルク切換手段とを具備している。
前記トルク切換手段は、前記第１のシャフト部材の回転角が小さいときに小さな摩擦トルクが生じ、回転角が大きいときに大きな摩擦トルクを生じるトルク切換部材を用いることができる。
この発明のテンショナにおいて、ベルトやチェン等の力伝達部材から前記第２のシャフトに入力する荷重は、前記第１のねじ部と第２のねじ部を介して、第１のシャフト部材を回転させる。第１のシャフト部材が回転しはじめてから回転角が小さいうちは、前記トルク切換部材が小さな回転トルクを発生する。第１のシャフト部材の回転角が大きくなると、このトルク切換部材は大きな回転トルクを発生する。このことにより、大きな受け荷重に対応することができ、しかも小さな変位振幅に対する追従性も良好である。例えば大排気量のエンジン等に使われる力伝達部材に対しても、大きな受け荷重の変化に対応することができ、力伝達部材に適性な張力を付与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１の実施形態を示すテンショナの断面図、
図２は図１に示されたテンショナの使用例を示すエンジンの一部の断面図、
図３は図１に示されたテンショナのトルク切換部材の分解斜視図、
図４は図１に示されたテンショナの軸方向長さとトルクとの関係を示す図、
図５Ａは図１に示されたテンショナの一部の断面図、
図５Ｂは本発明の第２の実施形態を示すテンショナの一部の断面図、
図５Ｃは本発明の第３の実施形態を示すテンショナの一部の断面図、
図６Ａは本発明の第４の実施形態を示すテンショナの断面図、
図６Ｂは図６Ａ中のＦ６−Ｆ６線に沿うテンショナの断面図、
図７は、図６Ａに示されたテンショナの一部の拡大図、
図８Ａは本発明の第５の実施形態を示すテンショナの断面図、
図８Ｂは図８Ａ中のＦ８−Ｆ８線に沿うテンショナの断面図、
図９は本発明の第６の実施形態を示すテンショナの一部の分解斜視図、
図１０Ａは図９に示されたテンショナの一部の断面図、
図１０Ｂは本発明の第７の実施形態を示すテンショナの一部の断面図、
図１１は本発明の第８の実施形態を示すテンショナの一部の断面図、
図１２は本発明の第９の実施形態を示すテンショナの一部の断面図、
図１３は図１２中のＦ１３−Ｆ１３線に沿う断面図、
図１４は本発明の第１０の実施形態を示すテンショナの断面図、
図１５は図１４に示されたテンショナの軸方向長さとトルクとの関係を示す図、
図１６は本発明の第１１の実施形態を示すテンショナの断面図、
図１７は図１６に示されたテンショナの軸方向長さとトルクとの関係を示す図、
図１８は本発明の第１２の実施形態を示すテンショナの断面図、
図１９は図１８に示されたテンショナの軸方向長さとトルクとの関係を示す図、
図２０は本発明の第１３の実施形態を示すテンショナの断面図、
図２１は従来のテンショナの断面図、
図２２は図２１に示されたテンショナの径方向に沿う断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の第１の実施形態について、図１から図５Ａを参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、互いに共通の構成要素については同一の符号を付してある。
図１に示されるテンショナ１０は、例えば図２に示される自動車用エンジン１００の動力伝達機構１０１に採用される。この動力伝達機構１０１は、エンジン１００の回転運動を、タイミングベルトあるいはチェーン等の無端の力伝達部材１０２を介して、カムシャフト１０３に伝える。テンショナ１０はエンジン１００の所定位置に装着され、後述する推力を発生することにより、力伝達部材１０２を矢印Ｖで示す方向に押す。
テンショナ１０は、中空のケース１１と、第１のシャフト部材１２と、第２のシャフト部材１３とを備えている。これらシャフト部材１２，１３が互いにねじ部１６，１７において螺合することにより、シャフトアセンブリＳが構成される。シャフトアセンブリＳはケース１１に挿入されている。ケース１１には、シャフトアセンブリＳを挿入するための空洞部１４が、ケース１１の軸方向に形成されている。ケース１１の前端部は開口し、この開口を通じて第２のシャフト部材１３が進退する。ケース１１の後端部にねじ孔１５が形成されている。このねじ孔１５に、ケース１１の内部をシールするためのボルト１５ａがねじ込まれる。
第１のシャフト部材１２に雄ねじ部１６が形成されている。第１のシャフト部材１２は、その軸線方向に関して、雄ねじ部１６が形成されている領域１２ａと、トルク調整部１２ｂとを有している。第２のシャフト部材１３は円筒状をなし、その内周面に雌ねじ部１７が形成されている。この雌ねじ部１７に雄ねじ部１６が螺合することにより、シャフトアセンブリＳが構成される。これらのねじ部１６，１７は、一般的なねじ山よりもリード角(lead angle)を大きくすることが通例であり、例えば三条ねじ(triple thread)などの多条ねじ(multiple thread)が採用されている。
シャフトアセンブリＳの外周側に、ねじりばね１８が設けられている。ねじりばね１８はシャフト部材１２，１３の軸方向に延びている。ねじりばね１８の一端部１８ａが第１のシャフト部材１２に係止され、他端部１８ｂがケース１１に係止される。第１のシャフト部材１２の後端部に、このシャフト部材１２の軸線方向に沿うスリット１９が形成されている。このスリット１９に、ねじりばね１８の一端部１８ａが挿入されている。ケース１１の前部には軸受部材２０が固定されている。この軸受部材２０によって、ねじりばね１８の他端部１８ｂが固定される。ボルト１５ａをねじ孔１５から取外し、ドライバー(screw driver)等の操作部材Ｗを、ケース１１の外側から孔１５に挿入し、操作部材Ｗの先端をスリット１９に差し込めば、操作部材Ｗによって第１のシャフト部材１２を回転させることができる。第１のシャフト部材１２を第１の方向（例えば時計回り）に回転させ、ばね１８をねじると、このばね１８はシャフト部材１２を第２の方向（例えば反時計回り）に回転させる弾性エネルギー（初期トルク）を蓄える。
軸受部材２０は、ケース１１の前端部に止め輪２１によって固定されている。この軸受部材２０には、第２のシャフト部材１３が挿通する非円形の摺動孔２０ａが形成されている。第２のシャフト部材１３の径方向の断面は、摺動孔２０ａに対応して非円形状である。このため第２のシャフト部材１３は、ケース１１に対して軸方向に移動できるが、回転は阻止される。キャップ２２が、第２のシャフト部材１３の前端に設けられている。図２に示すように、キャップ２２を介して、第２のシャフト部材１３が力伝達部材１０２に直接あるいは間接的に当接する。
前記操作部材Ｗによって、第１のシャフト部材１２を第１の方向に回転させると、ばね１８がねじられる。そしてこのばね１８は、第１のシャフト部材１２を第２の方向に回転させる弾性エネルギーを蓄える。一方、第２のシャフト部材１３は軸受部材２０によって回転が阻止されているから、操作部材Ｗによって第１のシャフト部材１２が第１の方向に回転させられると、第２のシャフト部材１３はケース１１に引き込まれる方向に移動する。
ばね１８が蓄えた弾性エネルギーによって、第１のシャフト部材１２が第２の方向に回転すると、そのトルクは第２のシャフト部材１３に作用する。しかし第２のシャフト部材１３は、軸受部材２０によって回転が阻止されているから、このシャフト部材１３に、ケース１１から突き出る方向の推力が生じる。一方、力伝達部材１０２から第２のシャフト部材１３に入力する荷重Ｚは、第２のシャフト部材１３をケース１１内に押し戻す方向に作用する。このため第１のシャフト部材１２を第１の方向に回転させるトルクが発生する。このトルクに対抗する力は、第１のシャフト部材１２とケース１１との間に生じる摩擦トルクと、ばね１８の反発力などである。そしてこれらの対抗する力が、前記入力荷重と釣り合う位置まで第２シャフト部材１３が移動することにより、力伝達部材１０２に適度な張力を与えることができる。
この実施形態のテンショナ１０は、ケース１１と第１のシャフト部材１２との間に、トルク切換部材３０を備えている。図３に示すように、トルク切換部材３０は、第１のシャフト受け部材３１と、第２のシャフト受け部材３２とを有している。この明細書では、シャフト受け部材を単に“受け部材”と称することもある。第１のシャフト部材１２の前記トルク調整部１２ｂに、端末部材３３が設けられている。トルク調整部１２ｂの端部が端末部材３３に挿入されている。ピン３４によって、シャフト部材１２と端末部材３３とが互いに固定されている。シャフト部材１２と一体に回転する端末部材３３は、第１のシャフト部材１２の一部を構成している。この端末部材３３には、第１の受け部材３１に向かって突出する凸部３５が形成されている。なお、端末部材３３は、第１のシャフト部材１２の端部に、シャフト部材１２と一体に成形されていてもよい。
第１の受け部材３１は、所定の内径と外径とを有した円筒状をなし、底部３１ｂを有している。図５Ａに示すように、第１のシャフト部材１２の端部が、第１の受け部材３１に回転可能に挿入されている。第１のシャフト部材１２の端面１２ｆは、第１の受け部材３１の底部３１ｂに対し、接触径Ｄ１で接触した状態で回転する。第１の受け部材３１には、端末部材３３の凸部３５が入り込む凹部３６が形成されている。凹部３６は、受け部材３１の周方向に関して所定の長さを有している。前記凸部３５は、凹部３６の周方向の長さ範囲内で、受け部材３１の周方向に移動（回転）することができる。凸部３５が凹部３６内で移動するとき、第１のシャフト部材１２と受け部材３１とは一体に回転しない。言い換えると、図３中にＥで示す角度範囲において、第１のシャフト部材１２が第１の受け部材３１に対して空回りすることができる。
凸部３５が凹部３６内を周方向に前記Ｅの範囲を移動すると、凸部３５は凹部３６の周方向の内側面３６ａまたは３６ｂに当接する。凸部３５が内側面３６ａまたは３６ｂに当接すると、第１のシャフト部材１２は受け部材３１と一体に回転するようになる。
第２の受け部材３２は、ケース１１に形成された円形の窪み３７に圧入されることにより、ケース１１に固定されている。この受け部材３２は、所定の内径と外径とを有した円筒状をなし、底部３２ｂを有している。第２の受け部材３２に、第１の受け部材３１が回転可能に挿入される。図５Ａに示すように、第１の受け部材３１の底部３１ｂと第２の受け部材３２の底部３２ｂとは、互いにほぼ全面で接触する。これらの受け部材３１，３２は、接触径Ｄ２で接触した状態で相対的に回転することができる。
第１のシャフト部材１２は、互いに嵌合する第１および第２の受け部材３１，３２を介して、ケース１１の窪み３７に支持される。このため第１のシャフト部材１２は、ぶれることなく円滑に回転することができる。受け部材３１，３２には、それぞれ、スリット１９と対応した位置に連通孔３１ａ，３２ａが形成されている。ねじりばね１８に前記初期トルクを与える際に、操作部材Ｗ（図１に示す）の先端をこれらの連通孔３１ａ，３２ａを通してスリット１９に嵌合させることができる。なお、ケース１１の材質によっては、第２の受け部材３２を用いずに、ケース１１に形成した円形の窪み３７に第１のシャフト部材１２の端部を直接挿入してもよい。この点については、以下に説明する全ての実施形態に適用することができる。
第１のシャフト部材１２は、第１の受け部材３１に対して、第１の方向と第２の方向のいずれにも回転することができる。すなわちこのシャフト部材１２が第１の受け部材３１に対して前記Ｅの範囲で回転するうちは、凸部３５が凹部３６の内側面３６ａ，３６ｂ間を移動する。その場合には、第２の受け部材３２と第１の受け部材３１が停止したまま、シャフト部材１２のみが回転する。つまり第１のシャフト部材１２の端面１２ｆが、第１の受け部材３１の底部３１ｂに対して接触径Ｄ１で回転する。このため接触径Ｄ１に応じた比較的小さな摩擦トルクが発生する。
第１のシャフト部材１２がさらに回転すると、凸部３５が凹部３６の内側面３６ａまたは３６ｂに当接する。この当接により、第１の受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転するようになる。つまり第１の受け部材３１の底部３１ｂが、第２の受け部材３２の底部３２ｂに対して接触径Ｄ２で回転する。このため接触径Ｄ２に応じた比較的大きな摩擦トルクが発生する。
図４は、この第１の実施形態のテンショナ１０において、第２のシャフト部材１３が入力荷重を受けたときに発生する回転トルクと、テンショナ１０の軸方向長さとの関係を示している。第１のシャフト部材１２が入力荷重によって回転し始めたとき、回転の初期においては、凸部３５が凹部３６内を移動する。このときシャフト部材１２は、第１の受け部材３１に対して、接触径Ｄ１で回転するため、比較的小さな摩擦抵抗が発生する。シャフト部材１２が第１の方向に回転すると、ばね１８の反発力が増加するが、ばね１８のねじり量が小さいうちは反発力も小さい。このためシャフト部材１２は比較的小さなトルクＴ１で回転することにより、力伝達部材１０２に小さな押し力Ｖを与える。
力伝達部材１０２からの入力荷重が増大し、第２のシャフト部材１３がさらにケース１１内に押し戻されると、凸部３５が凹部３６の内側面３６ａに当接する。これにより、第１のシャフト部材１２と第１の受け部材３１が一体に回転しはじめる。この場合には、摩擦径がＤ２に切換わり、摩擦トルクが増大するとともに、ばね１８の反発力も大きくなる。このため、図４に示すようにＰ１点を境に、シャフト部材１２が大きな回転トルクＴ２で回転することにより、力伝達部材１０２に比較的大きな押し力Ｖを与える。
受け荷重が減少する際も、受け荷重が増大するときと同様に、シャフト部材１２の回転角が小さいうちは、シャフト部材１２が摩擦径Ｄ１で回転することによって小さな回転トルクが発生する。そしてシャフト部材１２の回転角が大きくなると、凸部３５が凹部３６の内側面３６ｂに当接することにより、シャフト部材１２と受け部材３１が摩擦径Ｄ２で一体に回転する。こうして大きな回転トルクが発生する。
この第１の実施形態によれば、第１のシャフト部材１２が回転する際の接触径を、その回転角に応じてＤ１とＤ２とに切換えることにより、比較的大きな振幅変位を確保しながらも、受け荷重が大きいときのテンショナの剛性を高めることができる。このためこのテンショナは、小さな入力荷重から大きな入力荷重に対応することができる。従って、例えばエンジン等において、力伝達部材１０２からテンショナ１０に入力する荷重が小さい場合であっても、小さい振幅変位のもとで第２のシャフト部材１３が良好に追従することができ、その結果、力伝達部材１０２の張力を適正に保つことができる。
図５Ｂはこの発明の第２の実施形態を示している。この実施形態においては、第１の受け部材３１に、その中央に向かって厚みが増すテーパ面３８が形成されている。これにより、第１のシャフト部材１２と第１の受け部材３１との接触径Ｄ１を、第１の実施形態における前記接触径Ｄ１よりもさらに小さくしている。
図５Ｃはこの発明の第３の実施形態を示している。この実施形態の場合、第１の受け部材３１の下面中央部に凹部４９が形成されている。このため第１の受け部材３１は、凹部４９の周りの環状の端面において、第２の受け部材３２に対して接触径Ｄ２で接触する。こうすれば、受け部材３１がある程度摩耗しても、接触径Ｄ２を一定に保つことができる。なお、図５Ｂと図５Ｃは、いずれも接触径Ｄ１，Ｄ２を説明するのに必要な部分のみ示されているが、それ以外の部分は第１の実施形態と同様に構成されている。
図６Ａから図７までは、この発明の第４の実施形態を示している。この実施形態のねじりばね１８の一端部１８ａは、第１の受け部材３１の径方向に延出し、第１の受け部材３１の凹部３６に入り込んでいる。この場合、第１の受け部材３１の周方向に関して、ばね１８の一端部１８ａが凹部３６内である程度動き得る。この動き得る範囲では、第１のシャフト部材１２が回転しても第１の受け部材３１は止まっている。シャフト部材１２の回転角が大きくなると、ばね１８の一端部１８ａが凹部３６の内側面３６ａまたは３６ｂに当接することにより、第１の受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転する。この実施形態のばね１８の一端部１８ａは、第１の実施形態の端末部材３３と同様の機能を果たすため、テンショナ１０の部品数を減らすことができる。
図８Ａと図８Ｂは、この発明の第５の実施形態を示している。この実施形態では、スリット１９に、ばね１８の一端部１８ａと係止片３９とが挿入されている。係止片３９は第１の受け部材３１の径方向に延び、係止片３９の両端部３９ａが第１の受け部材３１の凹部３６の内側に位置している。第１のシャフト部材１２が回転する際に、係止片３９の端部３９ａが凹部３６内で動き得る範囲では、第１の受け部材３１は回転しない。シャフト部材１２の回転角が大きくなると、係止片３９の端部３９ａが凹部３６の内側面３６ａまたは３６ｂに当接することにより、第１の受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転する。従ってこの係止片３９は、第１の実施形態の端末部材３３と同様の機能を果たす。これら第４および第５の実施形態においても、第１のシャフト部材１２の端面１２ｆの回転接触径がＤ１とＤ２とに切換わることにより、回転トルクを切換えることができる。
図９と図１０Ａは、この発明の第６の実施形態を示している。この実施形態の場合には、第２の受け部材３２に一対の凹部４０が形成されている。第１の受け部材３１に凸部４１が形成されている。凸部４１は凹部４０の内側に位置し、受け部材３２の周方向に関して、凹部４０の長さ範囲内で移動することができる。図１０Ａに示すように、第１の受け部材３１の底面に、中央に向かって厚みが増大するテーパ面４２が形成されている。こうすることにより、第１の受け部材３１と第２の受け部材３２との間の接触径Ｄ２を、第１の受け部材３１と第１のシャフト部材１２との間の接触径Ｄ１よりも小さくしている。
この実施形態（図９と図１０Ａ）の場合には、第１のシャフト部材１２が回転する際に、凸部４１が凹部４０内で動き得る範囲では、第１の受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転する。このときの接触径はＤ２であり、発生する摩擦トルクは比較的小さい。シャフト部材１２の回転角が大きくなると、凸部４１が凹部４０の内側面４０ａまたは４０ｂに当接し、第１の受け部材３１の回転が止まることにより、シャフト部材１２のみが大きな接触径Ｄ１で回転する。このとき発生する摩擦トルクは、接触径Ｄ２で回転するときよりも大きい。したがってこの実施形態においても、第１のシャフト部材１２の回転トルクを２段階に切換えることができる。
図１０Ｂは、この発明の第７の実施形態を示している。この実施形態の基本的な構成は第６の実施形態と同様であるが、第７の実施形態では、第２の受け部材３２の底部３２ｂの中央に、周囲よりも厚みが大きい部分４３が形成されている。こうすることにより、第１の受け部材３１と第２の受け部材３２との接触径Ｄ２を、第１の受け部材３１と第１のシャフト部材１２との接触径Ｄ１よりも小さくしている。したがってこの第７の実施形態も、第６の実施形態と同様に、回転トルクを２段階に切換えることができる。
図１１はこの発明の第８の実施形態を示している。この実施形態の基本的な構成は第６の実施形態（図１０Ａ）と同様であるが、第８の実施形態の場合には、第１の接触径Ｄ１と第２の接触径Ｄ２がほぼ同じとなるように、第１の受け部材３１の底部にテーパ面４２が形成されている。
この実施形態のようにＤ１とＤ２とが等しい場合には、シャフト部材１２と受け部材３１との接触部における表面の性状と、受け部材３１，３２どうしの接触部における表面の性状を、互いに異ならせることにより、両者の摩擦トルクに差をつける。例えば上記２箇所の接触部に施すメッキの種類や、表面硬度あるいは材質等を互いに異ならせることにより、回転トルクＴ１，Ｔ２に差をつけることができる。このように、接触部に適宜の表面処理を施したり、表面を改質するなどして、回転トルクの大きさを調整できる。この技術思想は、前述の第１の実施形態から第７の実施形態においても適用することができる。
図１２と図１３は、この発明の第９の実施形態のテンショナを示している。この実施形態のテンショナは、端末部材３３が回転可能に挿入される第１の受け部材３１と、この受け部材３１が回転可能に挿入される第２の受け部材３２と、第２の受け部材３２が回転可能に挿入される第３の受け部材４５とを備えている。第３の受け部材４５はケース１１の底面に固定されている。
図１３に示されるように、端末部材３３に形成された凸部３５が、第１の受け部材３１に形成された凹部３６に入り込んでいる。凸部３５は、第１の受け部材３１の周方向に関して、凹部３６の内側面３６ａ，３６ｂ間を移動することができる。第１の受け部材３１には、端末部材３３の凸部３５と同じように凸部４６が形成されている。第２の受け部材３２には、凸部４６が入り込む凹部４７が形成されている。凸部４６は、第２の受け部材３２の周方向に関して、凹部４７の内側面４７ａ，４７ｂ間を移動することができる。シャフト部材１２が回転するとき、その回転角が小さいうちは、凸部３５が凹部３６内を移動するため、第１の受け部材３１と第２の受け部材３２は止まっている。このときのシャフト部材１２の接触径はＤ１であるため、回転トルクは最小である。シャフト部材１２の回転角がある程度大きくなると、まず、第１の凸部３５が凹部３６の内側面３６ａまたは３６ｂに当接する。このことにより、第１の受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転する。第１の受け部材３１の回転角が小さいうちは、第２の凸部４６が凹部４７内を移動するため、第２の受け部材３２は回転しない。このときの接触径はＤ２であるため、回転トルクは中程度である。シャフト部材１２がさらに回転すると、凸部４６が凹部４７の内側面４７ａまたは４７ｂに当接する。このことにより、第２の受け部材３２もシャフト部材１２と一体に回転するようになる。このときの接触径はＤ３であるため、回転トルクは最大となる。このように第９の実施形態のテンショナは、シャフト部材１２の回転トルクを、より細かく、三段階に変化させることが可能となる。この実施形態においても、前記３箇所の接触部の摩擦トルクを互いに異ならせるために、各部材に施すメッキの種類や、表面硬度あるいは材質等を互いに異ならせてもよい。
図１４はこの発明の第１０の実施形態を示している。この実施形態のテンショナ１０は、クラッチ機構を構成する連結ばね５０を備えている。また、ねじりばね１８は、第１のシャフト部材１２の外周側に設けられている。これに対し、前記各実施形態のテンショナ１０のねじりばね１８は、第１のシャフト部材１２と第２のシャフト部材１３とにわたって設けられている。しかし、いずれの実施形態のねじりばね１８も、第１のシャフト部材１２にトルクを与えるという基本的な機能は共通である。これら実施形態に記載されているねじりばね１８は、その反発力が、シャフト部材１３をケース１１から押し出す方向に作用している。ただし入力荷重の方向によっては、このねじりばね１８の反発力を、シャフト部材１３をケース１１内に押し返す方向に作用させてもよい。
この第１０の実施形態のテンショナ１０も、ケース１１の内部に固定された筒状の第２の受け部材３２を備えている。この受け部材３２は底部３２ｂを有している。この受け部材３２に、底部３１ｂを有する筒状の第１の受け部材３１が回転可能に挿入されている。第１の受け部材３１に、第１のシャフト部材１２の端部が回転可能に挿入されている。第２の受け部材３２の底部３２ｂの中央に、孔３２ｄが形成されている。第１の受け部材３１の底部３１ｂの中央に、孔３２ｄに挿入される突起部３１ｄが形成されている。突起部３１ｄは、孔３２ｄを通ってねじ孔１５の内部に突出している。突起部３１ｄの先端にスリット３１ｃが形成されている。
ねじりばね１８の一端部１８ａは、第１の受け部材３１に係止されている。ねじりばね１８の他端部１８ｂは、ケース１１に係止されている。ねじりばね１８の内周面とシャフト部材１２のトルク調整部１２ｂの外周面との間に、連結ばね５０が設けられている。連結ばね５０の一端５０ａは、第１の受け部材３１に係止されている。連結ばね５０の他端５０ｂは、第１のシャフト部材１２に係止されている。ねじりばね１８と連結ばね５０がねじられることによって発生するトルクの方向は、互いに同じである。
この第１０の実施形態（図１４）のテンショナ１０において、孔１５からドライバー等の操作部材Ｗを挿入し、操作部材Ｗを先端をスリット３１ｃに嵌合させる。そして操作部材Ｗを回転させることにより、ばね１８，５０の一端１８ａ，５０ａを、それぞれ第１の方向に所定数回転させる。第１のシャフト部材１２は、連結ばね５０を介して、第１の受け部材３１に接続されている。このため、受け部材３１を第１の方向に回転させると、連結ばね５０を介して第１のシャフト部材１２が第１の方向に回転する。この回転により、第２のシャフト部材１３がケース１１に引き込まれる方向に移動する。この回転と同時に、ねじりばね１８が反発力を蓄える方向にねじられることになり、初期トルクが付与される。
初期トルクが付与された第１０の実施形態のテンショナ１０に、外部から、第２のシャフト部材１３を押す方向の荷重が入力すると、その荷重がねじ部１６，１７を介して第１のシャフト部材１２に伝達され、第１のシャフト部材１２が回転する。上記受け荷重が小さく、連結ばね５０のねじれが少ないうちは、シャフト部材１２が回転しても第１の受け部材３１は回転しない。この場合、シャフト部材１２の端面１２ｆが、第１の受け部材３１の底部３１ｂに対して、接触径Ｄ１で回転するため、小さな摩擦トルクが生じる。
前記受け荷重が増大し、シャフト部材１２の回転角が増加すると、連結ばね５０のねじれの増加に伴って、第１の受け部材３１がシャフト部材１２に結合される。このことにより、受け部材３１とシャフト部材１２とが一体に回転する。この場合には、第１の受け部材３１が第２の受け部材３２に対して接触径Ｄ２で回転するため、回転トルクが増大する。
図１５は、第１０の実施形態のテンショナ１０の回転トルクの変化を示している。第１のシャフト部材１２が回転し、その回転角が小さい間（受け荷重が小さいとき）は、接触径Ｄ１に基く回転トルクＴ１が発生する。受け荷重が増大することにより、第２のシャフト部材１３がさらに軸方向に移動すると、図１５中のＰ２点において、シャフト部材１２と受け部材３１とが連結ばね５０を介して結合される。その場合、接触径Ｄ２に基いて、比較的大きい回転トルクＴ２が発生する。
増大した受け荷重が減少し、シャフト部材１２が逆方向に回転するときにも、回転角に応じて接触径が変化することにになり、回転トルクを変化させることができる。
図１５から明らかなように、第１段階の回転トルクＴ１と第２段階の回転トルクＴ２とは互いに連続し、図４に示されるような段差部Ｑが存在しない。すなわちこの第１０の実施形態では、回転トルクが切換わる際に、連結ばね５０の弾性作用が介在するため、Ｔ１とＴ２とが連続した特性が得られる。このような第１０の実施形態によれば、前述した各角実施形態と比較して、回転トルクの変動をなめらかにすることができる。
図１６はこの発明の第１１の実施形態のテンショナ１０を示している。このテンショナ１０は、第１のシャフト部材１２に形成された突起部１２ｃと、この突起部１２ｃに設けたゴム部材５１を備えている。突起部１２ｃとゴム部材５１は、第１の受け部材３１に形成された凹部３６の内側に位置している。突起部１２ｃと凹部３６は、第１のシャフト部材１２と受け部材３１とをつなぐクラッチ機構を構成する。底部３２ｂを有する円筒状の第２の受け部材３２が、ケース１１に固定されている。この受け部材３２に、底部３１ｂを有する円筒状の第１の受け部材３１が、回転可能に挿入されている。第１の受け部材３１に、第１のシャフト部材１２の端部が回転可能に挿入されている。前記突起部１２ｃは第１の受け部材３１の周面に形成されている。この突起部１２ｃの両側面に、それぞれ、弾性部材として機能するゴム部材５１が取付けられている。ゴム部材５１は、凹部３６の内側面３６ａ，３６ｂと対向している。また、ねじりばね１８が、第１のシャフト部材１２と第１の受け部材３１の外周側に設けられている。ねじりばね１８の一端部１８ａは、第１の受け部材３１に係止されている。ねじりばね１８の他端部１８ｂは、ケース１１に係止されている。この第１１の実施形態のテンショナ１０は、第１０の実施形態と同様に、初期トルクを与えるためのスリット３１ｃを有する突起部３１ｄと、孔３２ｄなどを備えている。
この第１１の実施形態のテンショナ１０に、第２のシャフト部材１３を押す方向の荷重が入力すると、その荷重がねじ部１６，１７を介して第１のシャフト部材１２に伝達されることにより、第１のシャフト部材１２が回転する。シャフト部材１２の回転角の小さいうちは、突起部１２ｃが凹部３６内を移動するため、第１の受け部材３１は回転しない。この場合、シャフト部材１２が接触径Ｄ１で回転するため、回転トルクは比較的小さい。
前記受け荷重が増大し、シャフト部材１２の回転角が大きくなると、ゴム部材５１が凹部３６の内側面３６ａまたは３６ｂに当接する。この当接により、ゴム部材５１が圧縮されつつ、受け部材３１とシャフト部材１２が互いに結合される。このことにより、受け部材３１とシャフト部材１２とが一体に回転する。すなわち、第２の受け部材３２に対して、第１の受け部材３１が接触径Ｄ２で回転する。このため回転トルクが増大する。
増大した受け荷重が減少するときには、ばね１８の反発力によって、第１の受け部材３１が第２の方向に回転するとともに、第１のシャフト部材１２も第２の方向に回転する。このため、第２のシャフト部材１３がケース１１から突き出る方向に移動する。この場合も、シャフト部材１２の回転角に応じて、接触径Ｄ１のときの小さな回転トルクＴ１と、接触径Ｄ２のときの大きな回転トルクＴ２とに切換えることができる。
図１７は、第１１の実施形態のテンショナ１０の回転トルクの変化を示している。図１７から明らかなように、第１段階の回転トルクＴ１と第２段階の回転トルクＴ２とはＰ３を境に互いに連続しており、しかも第１段階のトルクＴ１が下に凸の曲線となっている。このトルクＴ１の特性は、ゴム部材５１が、突起部１２ｃと内側面３６ａまたは３６ｂ間で圧縮されることによって得られる。
図１８はこの発明の第１２の実施形態のテンショナ１０を示している。この実施形態のテンショナ１０は、前述した第１０の実施形態（図１４）に加えて、突起部１２ｄと、この突起部１２ｄが入り込む凹部３６とを有している。第１のシャフト部材１２の回転角が小さいとき、突起部１２ｄは、凹部３６の内側面３６ａ，３６ｂ間を移動することができる。突起部１２ｄと凹部３６の内側面３６ａ，３６ｂは、クラッチ機構を構成している。このクラッチ機構は、シャフト部材１２と受け部材３１とが互いに回転できる角度範囲を規制する。
ねじりばね１８の一端部１８ａが第１の受け部材３１に係止され、他端部１８ｂがケース１１に係止されている。連結ばね５０の一端５０ａが第１の受け部材３１に係止され、他端５０ｂが第１のシャフト部材１２に係止されている。
突起部１２ｄは、第１のシャフト部材１２の周面に形成されている。凹部３６は、第１の受け部材３１の端部に、その周方向に関して、所定の長さにわたって形成されている。この凹部３６内に突起部１２ｄが位置している。このため、凹部３６の周方向の長さに応じて、シャフト部材１２と受け部材３１とが相対回転しうる角度が規制される。
第１２の実施形態のテンショナ１０（図１８）に、外部から、第２のシャフト部材１３を押す方向の荷重が入力すると、その荷重がねじ部１６，１７を介して第１のシャフト部材１２に伝達され、第１のシャフト部材１２が回転する。上記受け荷重が小さいとき、すなわちシャフト部材１２の回転角が小さいとき、突起部１２ｄが凹部３６内を移動する。このため第１の受け部材３１は回転せず、シャフト部材１２のみが回転する。この場合、第１の受け部材３１の底部３１ｂに対して、シャフト部材１２の端面１２ｆが接触径Ｄ１で回転するため、小さな摩擦トルクが生じる。
前記受け荷重が増大し、シャフト部材１２の回転角が大きくなると、連結ばね５０のねじれが増加するとともに、突起部１２ｄが凹部３６の内側面３６ａに当接することにより、受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転する。この場合には、第１の受け部材３１が第２の受け部材３２に対して接触径Ｄ２で回転するため、大きな摩擦トルクが発生する。図１９は、第１２の実施形態のテンショナ１０の回転トルクの変化を示している。図１９中のＰ４点を境に、接触径がＤ１からＤ２に変化する。連結ばね５０を用いたことにより、Ｔ１とＴ２との間の段差部Ｑを少なくすることができる。
図２０はこの発明の第１３の実施形態のテンショナを示している。このテンショナは、前述の第１０の実施形態（図１４）に加えて、さらに第３の受け部材６０と、第２の連結ばね６１とを備えている。第１および第２の受け部材３１，３２と、ねじりばね１８および第１の連結ばね５０の構成と作用は、それぞれ第１０の実施形態と同様である。
この第１３の実施形態においては、第１のシャフト部材１２が、第３の受け部材６０に回転可能に挿入されている。そして第３の受け部材６０が、第１の受け部材３１に回転可能に挿入されている。第２の連結ばね６１は、第１の連結ばね５０の内周面とシャフト部材１２の外周面との間に設けられている。第２の連結ばね６１の一端６１ａは、第３の受け部材６０に係止されている。第２の連結ばね６１の他端６１ｂは、第１のシャフト部材１２に係止されている。ねじりばね１８がねじられることによって生じる反発力の方向と、連結ばね５０，６１がねじられることによって生じる反発力の方向は同じである。
この第１３の実施形態（図２０）のテンショナ１０において、孔１５からドライバー等の操作部材を挿入し、その先端をスリット３１ｃに嵌合させる。そして操作部材を回転させることにより、ねじりばね１８と連結ばね５０，６１をそれぞれ第１の方向に所定数回転させる。第１の受け部材３１が第１の方向に回転すると、連結ばね５０，６１のねじれが増加することに伴い、第１のシャフト部材１２が第１の方向に回転する。この回転により、第２のシャフト部材１３がケース１１に引き込まれる方向に移動する。この回転と同時に、ねじりばね１８が反発力を蓄える方向にねじられることになり、初期トルクが付与される。
このテンショナ１０に、外部から、第２のシャフト部材１３を押す方向の荷重が入力すると、その荷重は、ねじ部１６，１７を介して第１のシャフト部材１２に伝達され、第１のシャフト部材１２が回転する。上記受け荷重が小さく、シャフト部材１２の回転角が小さいうちは、連結ばね６１のねじれが少ないため第３の受け部材６０は回転しない。この場合、シャフト部材１２の端面１２ｆが、第３の受け部材６０の底部６０ｂに対して接触径Ｄ１で回転するため、比較的小さな摩擦トルクが生じる。
前記受け荷重が増大し、シャフト部材１２の回転角が大きくなると、第２の連結ばね６１のねじれが増加することに伴い、連結ばね６１を介してシャフト部材１２と第３の受け部材６０とが一体に回転する。この場合には、第３の受け部材６０が、第１の受け部材３１に対して、接触径Ｄ２で回転するため、中程度の摩擦トルクが発生する。
前記受け荷重がさらに増大し、シャフト部材１２がさらに回転すると、第１の連結ばね５０のねじれが増加することに伴い、連結ばね５０を介して第１の受け部材３１も回転する。この場合には、第１の受け部材３１が、第２の受け部材３２に対して、接触径Ｄ３で回転するため、摩擦トルクが最も大きくなる。
増大した受け荷重が減少することにより、テンショナ１０が逆方向に作動する際には、ねじりばね１８の反発力によって第１のシャフト部材１２が第２の方向に回転する。こうして受け荷重が減少する際も、受け荷重が増大するときと同様に、シャフト部材１２の回転角に応じて接触径が３段階に変化することにより、回転トルクを順次変化させることができる。
この第１３の実施形態のテンショナは、シャフト部材１２の回転トルクを、より細かく、三段階に変化させることが可能となる。この実施形態においても、前記３箇所の接触面の摩擦トルクを互いに異ならせるために、各部材に施すメッキの種類や、表面硬度あるいは材質等を互いに異ならせてもよい。前記第９の実施形態と第１３の実施形態は、いずれも回転トルクを３段階に変化させる構成であるが、４段階以上に変化させるように構成することもできる。
産業上の利用の可能性
以上の説明から明らかなように、本発明のテンショナは、例えば自動車のエンジンをはじめとして、無端ベルトや無端チェーン等を用いる動力伝達機構に好適に用いることができる。
本発明は、無端ベルトや無端チェン等の力伝達部材を用いた動力伝達機構において、力伝達部材の張力を適正に保つためのテンショナ(tensioner)に関する。
背景技術
例えば自動車のエンジンの回転運動をカムシャフトに伝達する動力伝達機構に、無端状のベルトやチェン等の力伝達部材が使われている。この力伝達部材の張力を適正に保つために、テンショナが採用されることがある。図２１と図２２はそれぞれ従来のテンショナの断面を示している。このテンショナはケース１を備えている。ケース１に、第１のシャフト部材２と、筒状の第２のシャフト部材３が挿入されている。ケース１は、エンジンなどの機器に固定するための取付孔１ａを有するフランジ部１ｂを備えている。第１のシャフト部材２の外面に雄ねじ部が形成されている。第２のシャフト部材３の内面に雌ねじ部が形成されている。これら雄ねじと雌ねじ部が互いに螺合している。第１のシャフト部材２の後端部２ａは、ケース１の内部に形成された嵌合孔９に挿入される。この後端部２ａの端面が、ケース１の内面に接触している。第１のシャフト部材２の外周側に、ねじりばね４が設けられている。ねじりばね４の一端４ａは第１のシャフト部材２に係止され、他端４ｂはケース１に係止される。このばね４がねじられると、ばね４の反発力によって第１のシャフト部材２を回転させるトルクが発生する。第１のシャフト部材２は、ケース１に対して回転自在である。
円筒状の第２のシャフト部材３は、軸受５に形成された摺動孔５ａを挿通している。図２２に示すように、第２のシャフト部材３の外周面と、摺動孔５ａの内周面は、いずれも非円形状である。これにより第２のシャフト部材３は、軸受５に対して軸方向に移動することが許容され、しかも回転が阻止される。このため、ねじりばね４の反発力によって第１のシャフト部材２が回転すると、第２のシャフト部材３は回転せず、軸方向に推力を生じる。例えばこのばね４の反発力は、第２のシャフト部材３をケース１から突出させる方向に作用する。この推力を前記ベルトあるいはチェン等の力伝達部材に与えることにより、力伝達部材に適度な張力が付与される。第２のシャフト部材３が力伝達部材を押すと、このシャフト部材３には力伝達部材からの反力が作用する。この反力（入力荷重）と、ねじりばね４によるシャフト部材３の推力とが釣合う位置までシャフト部材３が軸方向に移動する。このため従来のテンショナは、入力荷重と第２のシャフト部材３の移動量とが比例するリニヤ(liner)な特性であった。
チェンやベルト等の力伝達部材の張り具合は、例えばエンジンの運転条件によって時々刻々に変化する。しかし従来のテンショナは、直線的(liner)な特性をもつため、広い範囲の入力荷重の変化に対応させることが難しいという問題があった。
ここで、テンショナが力伝達部材を押す力（推力）と、テンショナの変位振幅σとの関係について述べる。テンショナの剛性は、力伝達部材から受ける荷重に対する第２のシャフト部材の移動量（すなわち変位振幅σ）で表わすことができる。推力が大きく、剛性の高いテンショナは、大きな入力荷重に耐えることができる反面、変位振幅σは小さくなる。逆に、テンショナの推力を小さくすれば、変位振幅σを大きくとることができるが、大きな入力荷重に対応することができない。例えば大排気量のエンジンに対して、テンショナの剛性を高くすると変位振幅σが小さくなる。つまり剛性の高いテンショナは、狭い変位振幅σの範囲で機能するように設計せざるをえないなど、テンショナの設計上の自由度が狭いという問題があった。
本発明の目的は、剛性が高いにもかかわらず変位振幅を大きくとることができるなど、広い範囲の入力荷重の変化に対応することができるテンショナを提供することにある。
発明の開示
本発明のテンショナは、
ケースの内部に軸方向の移動が拘束された状態で回転可能に挿入されかつ第１のねじ部を有する第１のシャフト部材と、
前記第１のねじ部に螺合する第２のねじ部を有しかつ前記ケースに対して軸線方向に移動可能で回転が拘束される第２のシャフト部材と、
前記第１のシャフト部材を回転させるトルクを発生するねじりばねと、
前記第１のシャフト部材の回転角に応じて該シャフト部材の回転トルクを変化させるトルク切換手段とを具備している。
前記トルク切換手段は、前記第１のシャフト部材の回転角が小さいときに小さな摩擦トルクが生じ、回転角が大きいときに大きな摩擦トルクを生じるトルク切換部材を用いることができる。
この発明のテンショナにおいて、ベルトやチェン等の力伝達部材から前記第２のシャフトに入力する荷重は、前記第１のねじ部と第２のねじ部を介して、第１のシャフト部材を回転させる。第１のシャフト部材が回転しはじめてから回転角が小さいうちは、前記トルク切換部材が小さな回転トルクを発生する。第１のシャフト部材の回転角が大きくなると、このトルク切換部材は大きな回転トルクを発生する。このことにより、大きな受け荷重に対応することができ、しかも小さな変位振幅に対する追従性も良好である。例えば大排気量のエンジン等に使われる力伝達部材に対しても、大きな受け荷重の変化に対応することができ、力伝達部材に適性な張力を付与することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１の実施形態を示すテンショナの断面図、
図２は図１に示されたテンショナの使用例を示すエンジンの一部の断面図、
図３は図１に示されたテンショナのトルク切換部材の分解斜視図、
図４は図１に示されたテンショナの軸方向長さとトルクとの関係を示す図、
図５Ａは図１に示されたテンショナの一部の断面図、
図５Ｂは本発明の第２の実施形態を示すテンショナの一部の断面図、
図５Ｃは本発明の第３の実施形態を示すテンショナの一部の断面図、
図６Ａは本発明の第４の実施形態を示すテンショナの断面図、
図６Ｂは図６Ａ中のＦ６−Ｆ６線に沿うテンショナの断面図、
図７は、図６Ａに示されたテンショナの一部の拡大図、
図８Ａは本発明の第５の実施形態を示すテンショナの断面図、
図８Ｂは図８Ａ中のＦ８−Ｆ８線に沿うテンショナの断面図、
図９は本発明の第６の実施形態を示すテンショナの一部の分解斜視図、
図１０Ａは図９に示されたテンショナの一部の断面図、
図１０Ｂは本発明の第７の実施形態を示すテンショナの一部の断面図、
図１１は本発明の第８の実施形態を示すテンショナの一部の断面図、
図１２は本発明の第９の実施形態を示すテンショナの一部の断面図、
図１３は図１２中のＦ１３−Ｆ１３線に沿う断面図、
図１４は本発明の第１０の実施形態を示すテンショナの断面図、
図１５は図１４に示されたテンショナの軸方向長さとトルクとの関係を示す図、
図１６は本発明の第１１の実施形態を示すテンショナの断面図、
図１７は図１６に示されたテンショナの軸方向長さとトルクとの関係を示す図、
図１８は本発明の第１２の実施形態を示すテンショナの断面図、
図１９は図１８に示されたテンショナの軸方向長さとトルクとの関係を示す図、
図２０は本発明の第１３の実施形態を示すテンショナの断面図、
図２１は従来のテンショナの断面図、
図２２は図２１に示されたテンショナの径方向に沿う断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の第１の実施形態について、図１から図５Ａを参照して説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、互いに共通の構成要素については同一の符号を付してある。
図１に示されるテンショナ１０は、例えば図２に示される自動車用エンジン１００の動力伝達機構１０１に採用される。この動力伝達機構１０１は、エンジン１００の回転運動を、タイミングベルトあるいはチェーン等の無端の力伝達部材１０２を介して、カムシャフト１０３に伝える。テンショナ１０はエンジン１００の所定位置に装着され、後述する推力を発生することにより、力伝達部材１０２を矢印Ｖで示す方向に押す。
テンショナ１０は、中空のケース１１と、第１のシャフト部材１２と、第２のシャフト部材１３とを備えている。これらシャフト部材１２，１３が互いにねじ部１６，１７において螺合することにより、シャフトアセンブリＳが構成される。シャフトアセンブリＳはケース１１に挿入されている。ケース１１には、シャフトアセンブリＳを挿入するための空洞部１４が、ケース１１の軸方向に形成されている。ケース１１の前端部は開口し、この開口を通じて第２のシャフト部材１３が進退する。ケース１１の後端部にねじ孔１５が形成されている。このねじ孔１５に、ケース１１の内部をシールするためのボルト１５ａがねじ込まれる。
第１のシャフト部材１２に雄ねじ部１６が形成されている。第１のシャフト部材１２は、その軸線方向に関して、雄ねじ部１６が形成されている領域１２ａと、トルク調整部１２ｂとを有している。第２のシャフト部材１３は円筒状をなし、その内周面に雌ねじ部１７が形成されている。この雌ねじ部１７に雄ねじ部１６が螺合することにより、シャフトアセンブリＳが構成される。これらのねじ部１６，１７は、一般的なねじ山よりもリード角(lead angle)を大きくすることが通例であり、例えば三条ねじ(triple thread)などの多条ねじ(multiple thread)が採用されている。
シャフトアセンブリＳの外周側に、ねじりばね１８が設けられている。ねじりばね１８はシャフト部材１２，１３の軸方向に延びている。ねじりばね１８の一端部１８ａが第１のシャフト部材１２に係止され、他端部１８ｂがケース１１に係止される。第１のシャフト部材１２の後端部に、このシャフト部材１２の軸線方向に沿うスリット１９が形成されている。このスリット１９に、ねじりばね１８の一端部１８ａが挿入されている。ケース１１の前部には軸受部材２０が固定されている。この軸受部材２０によって、ねじりばね１８の他端部１８ｂが固定される。ボルト１５ａをねじ孔１５から取外し、ドライバー(screw driver)等の操作部材Ｗを、ケース１１の外側から孔１５に挿入し、操作部材Ｗの先端をスリット１９に差し込めば、操作部材Ｗによって第１のシャフト部材１２を回転させることができる。第１のシャフト部材１２を第１の方向（例えば時計回り）に回転させ、ばね１８をねじると、このばね１８はシャフト部材１２を第２の方向（例えば反時計回り）に回転させる弾性エネルギー（初期トルク）を蓄える。
軸受部材２０は、ケース１１の前端部に止め輪２１によって固定されている。この軸受部材２０には、第２のシャフト部材１３が挿通する非円形の摺動孔２０ａが形成されている。第２のシャフト部材１３の径方向の断面は、摺動孔２０ａに対応して非円形状である。このため第２のシャフト部材１３は、ケース１１に対して軸方向に移動できるが、回転は阻止される。キャップ２２が、第２のシャフト部材１３の前端に設けられている。図２に示すように、キャップ２２を介して、第２のシャフト部材１３が力伝達部材１０２に直接あるいは間接的に当接する。
前記操作部材Ｗによって、第１のシャフト部材１２を第１の方向に回転させると、ばね１８がねじられる。そしてこのばね１８は、第１のシャフト部材１２を第２の方向に回転させる弾性エネルギーを蓄える。一方、第２のシャフト部材１３は軸受部材２０によって回転が阻止されているから、操作部材Ｗによって第１のシャフト部材１２が第１の方向に回転させられると、第２のシャフト部材１３はケース１１に引き込まれる方向に移動する。
ばね１８が蓄えた弾性エネルギーによって、第１のシャフト部材１２が第２の方向に回転すると、そのトルクは第２のシャフト部材１３に作用する。しかし第２のシャフト部材１３は、軸受部材２０によって回転が阻止されているから、このシャフト部材１３に、ケース１１から突き出る方向の推力が生じる。一方、力伝達部材１０２から第２のシャフト部材１３に入力する荷重Ｚは、第２のシャフト部材１３をケース１１内に押し戻す方向に作用する。このため第１のシャフト部材１２を第１の方向に回転させるトルクが発生する。このトルクに対抗する力は、第１のシャフト部材１２とケース１１との間に生じる摩擦トルクと、ばね１８の反発力などである。そしてこれらの対抗する力が、前記入力荷重と釣り合う位置まで第２シャフト部材１３が移動することにより、力伝達部材１０２に適度な張力を与えることができる。
この実施形態のテンショナ１０は、ケース１１と第１のシャフト部材１２との間に、トルク切換部材３０を備えている。図３に示すように、トルク切換部材３０は、第１のシャフト受け部材３１と、第２のシャフト受け部材３２とを有している。この明細書では、シャフト受け部材を単に“受け部材”と称することもある。第１のシャフト部材１２の前記トルク調整部１２ｂに、端末部材３３が設けられている。トルク調整部１２ｂの端部が端末部材３３に挿入されている。ピン３４によって、シャフト部材１２と端末部材３３とが互いに固定されている。シャフト部材１２と一体に回転する端末部材３３は、第１のシャフト部材１２の一部を構成している。この端末部材３３には、第１の受け部材３１に向かって突出する凸部３５が形成されている。なお、端末部材３３は、第１のシャフト部材１２の端部に、シャフト部材１２と一体に成形されていてもよい。
第１の受け部材３１は、所定の内径と外径とを有した円筒状をなし、底部３１ｂを有している。図５Ａに示すように、第１のシャフト部材１２の端部が、第１の受け部材３１に回転可能に挿入されている。第１のシャフト部材１２の端面１２ｆは、第１の受け部材３１の底部３１ｂに対し、接触径Ｄ１で接触した状態で回転する。第１の受け部材３１には、端末部材３３の凸部３５が入り込む凹部３６が形成されている。凹部３６は、受け部材３１の周方向に関して所定の長さを有している。前記凸部３５は、凹部３６の周方向の長さ範囲内で、受け部材３１の周方向に移動（回転）することができる。凸部３５が凹部３６内で移動するとき、第１のシャフト部材１２と受け部材３１とは一体に回転しない。言い換えると、図３中にＥで示す角度範囲において、第１のシャフト部材１２が第１の受け部材３１に対して空回りすることができる。
凸部３５が凹部３６内を周方向に前記Ｅの範囲を移動すると、凸部３５は凹部３６の周方向の内側面３６ａまたは３６ｂに当接する。凸部３５が内側面３６ａまたは３６ｂに当接すると、第１のシャフト部材１２は受け部材３１と一体に回転するようになる。
第２の受け部材３２は、ケース１１に形成された円形の窪み３７に圧入されることにより、ケース１１に固定されている。この受け部材３２は、所定の内径と外径とを有した円筒状をなし、底部３２ｂを有している。第２の受け部材３２に、第１の受け部材３１が回転可能に挿入される。図５Ａに示すように、第１の受け部材３１の底部３１ｂと第２の受け部材３２の底部３２ｂとは、互いにほぼ全面で接触する。これらの受け部材３１，３２は、接触径Ｄ２で接触した状態で相対的に回転することができる。
第１のシャフト部材１２は、互いに嵌合する第１および第２の受け部材３１，３２を介して、ケース１１の窪み３７に支持される。このため第１のシャフト部材１２は、ぶれることなく円滑に回転することができる。受け部材３１，３２には、それぞれ、スリット１９と対応した位置に連通孔３１ａ，３２ａが形成されている。ねじりばね１８に前記初期トルクを与える際に、操作部材Ｗ（図１に示す）の先端をこれらの連通孔３１ａ，３２ａを通してスリット１９に嵌合させることができる。なお、ケース１１の材質によっては、第２の受け部材３２を用いずに、ケース１１に形成した円形の窪み３７に第１のシャフト部材１２の端部を直接挿入してもよい。この点については、以下に説明する全ての実施形態に適用することができる。
第１のシャフト部材１２は、第１の受け部材３１に対して、第１の方向と第２の方向のいずれにも回転することができる。すなわちこのシャフト部材１２が第１の受け部材３１に対して前記Ｅの範囲で回転するうちは、凸部３５が凹部３６の内側面３６ａ，３６ｂ間を移動する。その場合には、第２の受け部材３２と第１の受け部材３１が停止したまま、シャフト部材１２のみが回転する。つまり第１のシャフト部材１２の端面１２ｆが、第１の受け部材３１の底部３１ｂに対して接触径Ｄ１で回転する。このため接触径Ｄ１に応じた比較的小さな摩擦トルクが発生する。
第１のシャフト部材１２がさらに回転すると、凸部３５が凹部３６の内側面３６ａまたは３６ｂに当接する。この当接により、第１の受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転するようになる。つまり第１の受け部材３１の底部３１ｂが、第２の受け部材３２の底部３２ｂに対して接触径Ｄ２で回転する。このため接触径Ｄ２に応じた比較的大きな摩擦トルクが発生する。
図４は、この第１の実施形態のテンショナ１０において、第２のシャフト部材１３が入力荷重を受けたときに発生する回転トルクと、テンショナ１０の軸方向長さとの関係を示している。第１のシャフト部材１２が入力荷重によって回転し始めたとき、回転の初期においては、凸部３５が凹部３６内を移動する。このときシャフト部材１２は、第１の受け部材３１に対して、接触径Ｄ１で回転するため、比較的小さな摩擦抵抗が発生する。シャフト部材１２が第１の方向に回転すると、ばね１８の反発力が増加するが、ばね１８のねじり量が小さいうちは反発力も小さい。このためシャフト部材１２は比較的小さなトルクＴ１で回転することにより、力伝達部材１０２に小さな押し力Ｖを与える。
力伝達部材１０２からの入力荷重が増大し、第２のシャフト部材１３がさらにケース１１内に押し戻されると、凸部３５が凹部３６の内側面３６ａに当接する。これにより、第１のシャフト部材１２と第１の受け部材３１が一体に回転しはじめる。この場合には、摩擦径がＤ２に切換わり、摩擦トルクが増大するとともに、ばね１８の反発力も大きくなる。このため、図４に示すようにＰ１点を境に、シャフト部材１２が大きな回転トルクＴ２で回転することにより、力伝達部材１０２に比較的大きな押し力Ｖを与える。
受け荷重が減少する際も、受け荷重が増大するときと同様に、シャフト部材１２の回転角が小さいうちは、シャフト部材１２が摩擦径Ｄ１で回転することによって小さな回転トルクが発生する。そしてシャフト部材１２の回転角が大きくなると、凸部３５が凹部３６の内側面３６ｂに当接することにより、シャフト部材１２と受け部材３１が摩擦径Ｄ２で一体に回転する。こうして大きな回転トルクが発生する。
この第１の実施形態によれば、第１のシャフト部材１２が回転する際の接触径を、その回転角に応じてＤ１とＤ２とに切換えることにより、比較的大きな振幅変位を確保しながらも、受け荷重が大きいときのテンショナの剛性を高めることができる。このためこのテンショナは、小さな入力荷重から大きな入力荷重に対応することができる。従って、例えばエンジン等において、力伝達部材１０２からテンショナ１０に入力する荷重が小さい場合であっても、小さい振幅変位のもとで第２のシャフト部材１３が良好に追従することができ、その結果、力伝達部材１０２の張力を適正に保つことができる。
図５Ｂはこの発明の第２の実施形態を示している。この実施形態においては、第１の受け部材３１に、その中央に向かって厚みが増すテーパ面３８が形成されている。これにより、第１のシャフト部材１２と第１の受け部材３１との接触径Ｄ１を、第１の実施形態における前記接触径Ｄ１よりもさらに小さくしている。
図５Ｃはこの発明の第３の実施形態を示している。この実施形態の場合、第１の受け部材３１の下面中央部に凹部４９が形成されている。このため第１の受け部材３１は、凹部４９の周りの環状の端面において、第２の受け部材３２に対して接触径Ｄ２で接触する。こうすれば、受け部材３１がある程度摩耗しても、接触径Ｄ２を一定に保つことができる。なお、図５Ｂと図５Ｃは、いずれも接触径Ｄ１，Ｄ２を説明するのに必要な部分のみ示されているが、それ以外の部分は第１の実施形態と同様に構成されている。
図６Ａから図７までは、この発明の第４の実施形態を示している。この実施形態のねじりばね１８の一端部１８ａは、第１の受け部材３１の径方向に延出し、第１の受け部材３１の凹部３６に入り込んでいる。この場合、第１の受け部材３１の周方向に関して、ばね１８の一端部１８ａが凹部３６内である程度動き得る。この動き得る範囲では、第１のシャフト部材１２が回転しても第１の受け部材３１は止まっている。シャフト部材１２の回転角が大きくなると、ばね１８の一端部１８ａが凹部３６の内側面３６ａまたは３６ｂに当接することにより、第１の受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転する。この実施形態のばね１８の一端部１８ａは、第１の実施形態の端末部材３３と同様の機能を果たすため、テンショナ１０の部品数を減らすことができる。
図８Ａと図８Ｂは、この発明の第５の実施形態を示している。この実施形態では、スリット１９に、ばね１８の一端部１８ａと係止片３９とが挿入されている。係止片３９は第１の受け部材３１の径方向に延び、係止片３９の両端部３９ａが第１の受け部材３１の凹部３６の内側に位置している。第１のシャフト部材１２が回転する際に、係止片３９の端部３９ａが凹部３６内で動き得る範囲では、第１の受け部材３１は回転しない。シャフト部材１２の回転角が大きくなると、係止片３９の端部３９ａが凹部３６の内側面３６ａまたは３６ｂに当接することにより、第１の受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転する。従ってこの係止片３９は、第１の実施形態の端末部材３３と同様の機能を果たす。これら第４および第５の実施形態においても、第１のシャフト部材１２の端面１２ｆの回転接触径がＤ１とＤ２とに切換わることにより、回転トルクを切換えることができる。
図９と図１０Ａは、この発明の第６の実施形態を示している。この実施形態の場合には、第２の受け部材３２に一対の凹部４０が形成されている。第１の受け部材３１に凸部４１が形成されている。凸部４１は凹部４０の内側に位置し、受け部材３２の周方向に関して、凹部４０の長さ範囲内で移動することができる。図１０Ａに示すように、第１の受け部材３１の底面に、中央に向かって厚みが増大するテーパ面４２が形成されている。こうすることにより、第１の受け部材３１と第２の受け部材３２との間の接触径Ｄ２を、第１の受け部材３１と第１のシャフト部材１２との間の接触径Ｄ１よりも小さくしている。
この実施形態（図９と図１０Ａ）の場合には、第１のシャフト部材１２が回転する際に、凸部４１が凹部４０内で動き得る範囲では、第１の受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転する。このときの接触径はＤ２であり、発生する摩擦トルクは比較的小さい。シャフト部材１２の回転角が大きくなると、凸部４１が凹部４０の内側面４０ａまたは４０ｂに当接し、第１の受け部材３１の回転が止まることにより、シャフト部材１２のみが大きな接触径Ｄ１で回転する。このとき発生する摩擦トルクは、接触径Ｄ２で回転するときよりも大きい。したがってこの実施形態においても、第１のシャフト部材１２の回転トルクを２段階に切換えることができる。
図１０Ｂは、この発明の第７の実施形態を示している。この実施形態の基本的な構成は第６の実施形態と同様であるが、第７の実施形態では、第２の受け部材３２の底部３２ｂの中央に、周囲よりも厚みが大きい部分４３が形成されている。こうすることにより、第１の受け部材３１と第２の受け部材３２との接触径Ｄ２を、第１の受け部材３１と第１のシャフト部材１２との接触径Ｄ１よりも小さくしている。したがってこの第７の実施形態も、第６の実施形態と同様に、回転トルクを２段階に切換えることができる。
図１１はこの発明の第８の実施形態を示している。この実施形態の基本的な構成は第６の実施形態（図１０Ａ）と同様であるが、第８の実施形態の場合には、第１の接触径Ｄ１と第２の接触径Ｄ２がほぼ同じとなるように、第１の受け部材３１の底部にテーパ面４２が形成されている。
この実施形態のようにＤ１とＤ２とが等しい場合には、シャフト部材１２と受け部材３１との接触部における表面の性状と、受け部材３１，３２どうしの接触部における表面の性状を、互いに異ならせることにより、両者の摩擦トルクに差をつける。例えば上記２箇所の接触部に施すメッキの種類や、表面硬度あるいは材質等を互いに異ならせることにより、回転トルクＴ１，Ｔ２に差をつけることができる。このように、接触部に適宜の表面処理を施したり、表面を改質するなどして、回転トルクの大きさを調整できる。この技術思想は、前述の第１の実施形態から第７の実施形態においても適用することができる。
図１２と図１３は、この発明の第９の実施形態のテンショナを示している。この実施形態のテンショナは、端末部材３３が回転可能に挿入される第１の受け部材３１と、この受け部材３１が回転可能に挿入される第２の受け部材３２と、第２の受け部材３２が回転可能に挿入される第３の受け部材４５とを備えている。第３の受け部材４５はケース１１の底面に固定されている。
図１３に示されるように、端末部材３３に形成された凸部３５が、第１の受け部材３１に形成された凹部３６に入り込んでいる。凸部３５は、第１の受け部材３１の周方向に関して、凹部３６の内側面３６ａ，３６ｂ間を移動することができる。第１の受け部材３１には、端末部材３３の凸部３５と同じように凸部４６が形成されている。第２の受け部材３２には、凸部４６が入り込む凹部４７が形成されている。凸部４６は、第２の受け部材３２の周方向に関して、凹部４７の内側面４７ａ，４７ｂ間を移動することができる。シャフト部材１２が回転するとき、その回転角が小さいうちは、凸部３５が凹部３６内を移動するため、第１の受け部材３１と第２の受け部材３２は止まっている。このときのシャフト部材１２の接触径はＤ１であるため、回転トルクは最小である。シャフト部材１２の回転角がある程度大きくなると、まず、第１の凸部３５が凹部３６の内側面３６ａまたは３６ｂに当接する。このことにより、第１の受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転する。第１の受け部材３１の回転角が小さいうちは、第２の凸部４６が凹部４７内を移動するため、第２の受け部材３２は回転しない。このときの接触径はＤ２であるため、回転トルクは中程度である。シャフト部材１２がさらに回転すると、凸部４６が凹部４７の内側面４７ａまたは４７ｂに当接する。このことにより、第２の受け部材３２もシャフト部材１２と一体に回転するようになる。このときの接触径はＤ３であるため、回転トルクは最大となる。このように第９の実施形態のテンショナは、シャフト部材１２の回転トルクを、より細かく、三段階に変化させることが可能となる。この実施形態においても、前記３箇所の接触部の摩擦トルクを互いに異ならせるために、各部材に施すメッキの種類や、表面硬度あるいは材質等を互いに異ならせてもよい。
図１４はこの発明の第１０の実施形態を示している。この実施形態のテンショナ１０は、クラッチ機構を構成する連結ばね５０を備えている。また、ねじりばね１８は、第１のシャフト部材１２の外周側に設けられている。これに対し、前記各実施形態のテンショナ１０のねじりばね１８は、第１のシャフト部材１２と第２のシャフト部材１３とにわたって設けられている。しかし、いずれの実施形態のねじりばね１８も、第１のシャフト部材１２にトルクを与えるという基本的な機能は共通である。これら実施形態に記載されているねじりばね１８は、その反発力が、シャフト部材１３をケース１１から押し出す方向に作用している。ただし入力荷重の方向によっては、このねじりばね１８の反発力を、シャフト部材１３をケース１１内に押し返す方向に作用させてもよい。
この第１０の実施形態のテンショナ１０も、ケース１１の内部に固定された筒状の第２の受け部材３２を備えている。この受け部材３２は底部３２ｂを有している。この受け部材３２に、底部３１ｂを有する筒状の第１の受け部材３１が回転可能に挿入されている。第１の受け部材３１に、第１のシャフト部材１２の端部が回転可能に挿入されている。第２の受け部材３２の底部３２ｂの中央に、孔３２ｄが形成されている。第１の受け部材３１の底部３１ｂの中央に、孔３２ｄに挿入される突起部３１ｄが形成されている。突起部３１ｄは、孔３２ｄを通ってねじ孔１５の内部に突出している。突起部３１ｄの先端にスリット３１ｃが形成されている。
ねじりばね１８の一端部１８ａは、第１の受け部材３１に係止されている。ねじりばね１８の他端部１８ｂは、ケース１１に係止されている。ねじりばね１８の内周面とシャフト部材１２のトルク調整部１２ｂの外周面との間に、連結ばね５０が設けられている。連結ばね５０の一端５０ａは、第１の受け部材３１に係止されている。連結ばね５０の他端５０ｂは、第１のシャフト部材１２に係止されている。ねじりばね１８と連結ばね５０がねじられることによって発生するトルクの方向は、互いに同じである。
この第１０の実施形態（図１４）のテンショナ１０において、孔１５からドライバー等の操作部材Ｗを挿入し、操作部材Ｗを先端をスリット３１ｃに嵌合させる。そして操作部材Ｗを回転させることにより、ばね１８，５０の一端１８ａ，５０ａを、それぞれ第１の方向に所定数回転させる。第１のシャフト部材１２は、連結ばね５０を介して、第１の受け部材３１に接続されている。このため、受け部材３１を第１の方向に回転させると、連結ばね５０を介して第１のシャフト部材１２が第１の方向に回転する。この回転により、第２のシャフト部材１３がケース１１に引き込まれる方向に移動する。この回転と同時に、ねじりばね１８が反発力を蓄える方向にねじられることになり、初期トルクが付与される。
初期トルクが付与された第１０の実施形態のテンショナ１０に、外部から、第２のシャフト部材１３を押す方向の荷重が入力すると、その荷重がねじ部１６，１７を介して第１のシャフト部材１２に伝達され、第１のシャフト部材１２が回転する。上記受け荷重が小さく、連結ばね５０のねじれが少ないうちは、シャフト部材１２が回転しても第１の受け部材３１は回転しない。この場合、シャフト部材１２の端面１２ｆが、第１の受け部材３１の底部３１ｂに対して、接触径Ｄ１で回転するため、小さな摩擦トルクが生じる。
前記受け荷重が増大し、シャフト部材１２の回転角が増加すると、連結ばね５０のねじれの増加に伴って、第１の受け部材３１がシャフト部材１２に結合される。このことにより、受け部材３１とシャフト部材１２とが一体に回転する。この場合には、第１の受け部材３１が第２の受け部材３２に対して接触径Ｄ２で回転するため、回転トルクが増大する。
図１５は、第１０の実施形態のテンショナ１０の回転トルクの変化を示している。第１のシャフト部材１２が回転し、その回転角が小さい間（受け荷重が小さいとき）は、接触径Ｄ１に基く回転トルクＴ１が発生する。受け荷重が増大することにより、第２のシャフト部材１３がさらに軸方向に移動すると、図１５中のＰ２点において、シャフト部材１２と受け部材３１とが連結ばね５０を介して結合される。その場合、接触径Ｄ２に基いて、比較的大きい回転トルクＴ２が発生する。
増大した受け荷重が減少し、シャフト部材１２が逆方向に回転するときにも、回転角に応じて接触径が変化することにになり、回転トルクを変化させることができる。
図１５から明らかなように、第１段階の回転トルクＴ１と第２段階の回転トルクＴ２とは互いに連続し、図４に示されるような段差部Ｑが存在しない。すなわちこの第１０の実施形態では、回転トルクが切換わる際に、連結ばね５０の弾性作用が介在するため、Ｔ１とＴ２とが連続した特性が得られる。このような第１０の実施形態によれば、前述した各角実施形態と比較して、回転トルクの変動をなめらかにすることができる。
図１６はこの発明の第１１の実施形態のテンショナ１０を示している。このテンショナ１０は、第１のシャフト部材１２に形成された突起部１２ｃと、この突起部１２ｃに設けたゴム部材５１を備えている。突起部１２ｃとゴム部材５１は、第１の受け部材３１に形成された凹部３６の内側に位置している。突起部１２ｃと凹部３６は、第１のシャフト部材１２と受け部材３１とをつなぐクラッチ機構を構成する。底部３２ｂを有する円筒状の第２の受け部材３２が、ケース１１に固定されている。この受け部材３２に、底部３１ｂを有する円筒状の第１の受け部材３１が、回転可能に挿入されている。第１の受け部材３１に、第１のシャフト部材１２の端部が回転可能に挿入されている。前記突起部１２ｃは第１の受け部材３１の周面に形成されている。この突起部１２ｃの両側面に、それぞれ、弾性部材として機能するゴム部材５１が取付けられている。ゴム部材５１は、凹部３６の内側面３６ａ，３６ｂと対向している。また、ねじりばね１８が、第１のシャフト部材１２と第１の受け部材３１の外周側に設けられている。ねじりばね１８の一端部１８ａは、第１の受け部材３１に係止されている。ねじりばね１８の他端部１８ｂは、ケース１１に係止されている。この第１１の実施形態のテンショナ１０は、第１０の実施形態と同様に、初期トルクを与えるためのスリット３１ｃを有する突起部３１ｄと、孔３２ｄなどを備えている。
この第１１の実施形態のテンショナ１０に、第２のシャフト部材１３を押す方向の荷重が入力すると、その荷重がねじ部１６，１７を介して第１のシャフト部材１２に伝達されることにより、第１のシャフト部材１２が回転する。シャフト部材１２の回転角の小さいうちは、突起部１２ｃが凹部３６内を移動するため、第１の受け部材３１は回転しない。この場合、シャフト部材１２が接触径Ｄ１で回転するため、回転トルクは比較的小さい。
前記受け荷重が増大し、シャフト部材１２の回転角が大きくなると、ゴム部材５１が凹部３６の内側面３６ａまたは３６ｂに当接する。この当接により、ゴム部材５１が圧縮されつつ、受け部材３１とシャフト部材１２が互いに結合される。このことにより、受け部材３１とシャフト部材１２とが一体に回転する。すなわち、第２の受け部材３２に対して、第１の受け部材３１が接触径Ｄ２で回転する。このため回転トルクが増大する。
増大した受け荷重が減少するときには、ばね１８の反発力によって、第１の受け部材３１が第２の方向に回転するとともに、第１のシャフト部材１２も第２の方向に回転する。このため、第２のシャフト部材１３がケース１１から突き出る方向に移動する。この場合も、シャフト部材１２の回転角に応じて、接触径Ｄ１のときの小さな回転トルクＴ１と、接触径Ｄ２のときの大きな回転トルクＴ２とに切換えることができる。
図１７は、第１１の実施形態のテンショナ１０の回転トルクの変化を示している。図１７から明らかなように、第１段階の回転トルクＴ１と第２段階の回転トルクＴ２とはＰ３を境に互いに連続しており、しかも第１段階のトルクＴ１が下に凸の曲線となっている。このトルクＴ１の特性は、ゴム部材５１が、突起部１２ｃと内側面３６ａまたは３６ｂ間で圧縮されることによって得られる。
図１８はこの発明の第１２の実施形態のテンショナ１０を示している。この実施形態のテンショナ１０は、前述した第１０の実施形態（図１４）に加えて、突起部１２ｄと、この突起部１２ｄが入り込む凹部３６とを有している。第１のシャフト部材１２の回転角が小さいとき、突起部１２ｄは、凹部３６の内側面３６ａ，３６ｂ間を移動することができる。突起部１２ｄと凹部３６の内側面３６ａ，３６ｂは、クラッチ機構を構成している。このクラッチ機構は、シャフト部材１２と受け部材３１とが互いに回転できる角度範囲を規制する。
ねじりばね１８の一端部１８ａが第１の受け部材３１に係止され、他端部１８ｂがケース１１に係止されている。連結ばね５０の一端５０ａが第１の受け部材３１に係止され、他端５０ｂが第１のシャフト部材１２に係止されている。
突起部１２ｄは、第１のシャフト部材１２の周面に形成されている。凹部３６は、第１の受け部材３１の端部に、その周方向に関して、所定の長さにわたって形成されている。この凹部３６内に突起部１２ｄが位置している。このため、凹部３６の周方向の長さに応じて、シャフト部材１２と受け部材３１とが相対回転しうる角度が規制される。
第１２の実施形態のテンショナ１０（図１８）に、外部から、第２のシャフト部材１３を押す方向の荷重が入力すると、その荷重がねじ部１６，１７を介して第１のシャフト部材１２に伝達され、第１のシャフト部材１２が回転する。上記受け荷重が小さいとき、すなわちシャフト部材１２の回転角が小さいとき、突起部１２ｄが凹部３６内を移動する。このため第１の受け部材３１は回転せず、シャフト部材１２のみが回転する。この場合、第１の受け部材３１の底部３１ｂに対して、シャフト部材１２の端面１２ｆが接触径Ｄ１で回転するため、小さな摩擦トルクが生じる。
前記受け荷重が増大し、シャフト部材１２の回転角が大きくなると、連結ばね５０のねじれが増加するとともに、突起部１２ｄが凹部３６の内側面３６ａに当接することにより、受け部材３１がシャフト部材１２と一体に回転する。この場合には、第１の受け部材３１が第２の受け部材３２に対して接触径Ｄ２で回転するため、大きな摩擦トルクが発生する。図１９は、第１２の実施形態のテンショナ１０の回転トルクの変化を示している。図１９中のＰ４点を境に、接触径がＤ１からＤ２に変化する。連結ばね５０を用いたことにより、Ｔ１とＴ２との間の段差部Ｑを少なくすることができる。
図２０はこの発明の第１３の実施形態のテンショナを示している。このテンショナは、前述の第１０の実施形態（図１４）に加えて、さらに第３の受け部材６０と、第２の連結ばね６１とを備えている。第１および第２の受け部材３１，３２と、ねじりばね１８および第１の連結ばね５０の構成と作用は、それぞれ第１０の実施形態と同様である。
この第１３の実施形態においては、第１のシャフト部材１２が、第３の受け部材６０に回転可能に挿入されている。そして第３の受け部材６０が、第１の受け部材３１に回転可能に挿入されている。第２の連結ばね６１は、第１の連結ばね５０の内周面とシャフト部材１２の外周面との間に設けられている。第２の連結ばね６１の一端６１ａは、第３の受け部材６０に係止されている。第２の連結ばね６１の他端６１ｂは、第１のシャフト部材１２に係止されている。ねじりばね１８がねじられることによって生じる反発力の方向と、連結ばね５０，６１がねじられることによって生じる反発力の方向は同じである。
この第１３の実施形態（図２０）のテンショナ１０において、孔１５からドライバー等の操作部材を挿入し、その先端をスリット３１ｃに嵌合させる。そして操作部材を回転させることにより、ねじりばね１８と連結ばね５０，６１をそれぞれ第１の方向に所定数回転させる。第１の受け部材３１が第１の方向に回転すると、連結ばね５０，６１のねじれが増加することに伴い、第１のシャフト部材１２が第１の方向に回転する。この回転により、第２のシャフト部材１３がケース１１に引き込まれる方向に移動する。この回転と同時に、ねじりばね１８が反発力を蓄える方向にねじられることになり、初期トルクが付与される。
このテンショナ１０に、外部から、第２のシャフト部材１３を押す方向の荷重が入力すると、その荷重は、ねじ部１６，１７を介して第１のシャフト部材１２に伝達され、第１のシャフト部材１２が回転する。上記受け荷重が小さく、シャフト部材１２の回転角が小さいうちは、連結ばね６１のねじれが少ないため第３の受け部材６０は回転しない。この場合、シャフト部材１２の端面１２ｆが、第３の受け部材６０の底部６０ｂに対して接触径Ｄ１で回転するため、比較的小さな摩擦トルクが生じる。
前記受け荷重が増大し、シャフト部材１２の回転角が大きくなると、第２の連結ばね６１のねじれが増加することに伴い、連結ばね６１を介してシャフト部材１２と第３の受け部材６０とが一体に回転する。この場合には、第３の受け部材６０が、第１の受け部材３１に対して、接触径Ｄ２で回転するため、中程度の摩擦トルクが発生する。
前記受け荷重がさらに増大し、シャフト部材１２がさらに回転すると、第１の連結ばね５０のねじれが増加することに伴い、連結ばね５０を介して第１の受け部材３１も回転する。この場合には、第１の受け部材３１が、第２の受け部材３２に対して、接触径Ｄ３で回転するため、摩擦トルクが最も大きくなる。
増大した受け荷重が減少することにより、テンショナ１０が逆方向に作動する際には、ねじりばね１８の反発力によって第１のシャフト部材１２が第２の方向に回転する。こうして受け荷重が減少する際も、受け荷重が増大するときと同様に、シャフト部材１２の回転角に応じて接触径が３段階に変化することにより、回転トルクを順次変化させることができる。
この第１３の実施形態のテンショナは、シャフト部材１２の回転トルクを、より細かく、三段階に変化させることが可能となる。この実施形態においても、前記３箇所の接触面の摩擦トルクを互いに異ならせるために、各部材に施すメッキの種類や、表面硬度あるいは材質等を互いに異ならせてもよい。前記第９の実施形態と第１３の実施形態は、いずれも回転トルクを３段階に変化させる構成であるが、４段階以上に変化させるように構成することもできる。
産業上の利用の可能性
以上の説明から明らかなように、本発明のテンショナは、例えば自動車のエンジンをはじめとして、無端ベルトや無端チェーン等を用いる動力伝達機構に好適に用いることができる。
Claims (9)
- ケースの内部に軸方向の移動が拘束された状態で回転可能に挿入されかつ第１のねじ部を有する第１のシャフト部材と、
前記第１のねじ部に螺合する第２のねじ部を有しかつ前記ケースに対して軸線方向に移動可能で回転が拘束される第２のシャフト部材と、
前記第１のシャフト部材を回転させるトルクを発生するねじりばねと、
前記第１のシャフト部材の回転角に応じて該シャフト部材の回転トルクを変化させるトルク切換手段と、
を具備したことを特徴とするテンショナ。 - 請求項１に記載したテンショナにおいて、
前記トルク切換手段は、前記第１のシャフト部材の回転角が小さいときと、回転角が大きいときとで、摩擦トルクを変化させるトルク切換部材を有することを特徴とするテンショナ。 - 請求項２に記載したテンショナにおいて、
前記第１のシャフト部材の端面と前記ケースとの間に回転自在に設けた受け部材と、前記第１のシャフト部材の回転角が所定値を越えたときに前記第１のシャフト部材と前記受け部材とを結合する弾性部材と、
を具備したことを特徴とするテンショナ。 - 請求項２に記載したテンショナにおいて、
前記第１のシャフト部材の端面と前記ケースとの間に回転自在に設けた受け部材と、前記第１のシャフト部材または前記受け部材の一方に設けた凸部と、他方に形成されかつ前記第１のシャフト部材の回転角が所定値を越えたときに前記凸部が当接することによって前記第１のシャフト部材と前記受け部材とを結合する面を有する凹部と、
を具備したことを特徴とするテンショナ。 - 請求項２に記載したテンショナにおいて、
前記第１のシャフト部材の端部が回転自在に挿入されかつ前記第１のシャフト部材の回転角が小さいうちは小さな摩擦力を発生させながら前記第１のシャフト部材を回転させ、前記第１のシャフト部材の回転角が所定値を越えたときに前記第１のシャフト部材と一体に回転する第１の受け部材と、
前記第１の受け部材と前記ケースとの間に設けられかつ前記第１の受け部材が回転するときに前記摩擦力よりも大きな摩擦力を発生させながら前記第１の受け部材を回転させる第２の受け部材と、
を具備したことを特徴とするテンショナ。 - 請求項５に記載したテンショナにおいて、
前記第１のシャフト部材の回転角が所定値を越えたときに前記第１のシャフト部材と前記第１の受け部材とを結合する弾性部材とを具備したことを特徴とするテンショナ。 - 請求項５に記載したテンショナにおいて、
前記第１のシャフト部材と前記第１の受け部材との間に、前記第１のシャフト部材の回転角が小さいうちは小さな摩擦力を発生させながら前記第１のシャフト部材を回転させ、前記第１のシャフト部材の回転角が所定値を越えたときに前記第１のシャフト部材と一体に回転する第３の受け部材を具備したことを特徴とするテンショナ。 - 請求項７に記載したテンショナにおいて、
前記第１の受け部材と前記第３の受け部材との間に設けられた第１の弾性部材であって、前記第３の受け部材の回転角が所定値を越えたときに前記第１の受け部材と前記第３の受け部材とを結合する第１の連結用弾性部材と、
前記第１のシャフト部材と前記第３の受け部材との間に設けられた第２の弾性部材であって、前記第１のシャフト部材の回転角が所定値を越えたときに前記第１のシャフト部材と前記第３の受け部材とを結合する第２の連結用弾性部材と、
を具備したことを特徴とするテンショナ。 - 請求項１に記載したテンショナにおいて、
前記トルク切換え手段は、前記第１のシャフト部材の回転角に応じて摩擦トルクを３段階以上に変化させることを特徴とするテンショナ。
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