JP3936006B2

JP3936006B2 - Propulsion device

Info

Publication number: JP3936006B2
Application number: JP34354296A
Authority: JP
Inventors: 一郎流石; 徹郎村田; 政一和田
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: JPH10184824A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は移動体に軸方向の推力を与える推進力付与装置に係り、特にエンジンのカムシャフト等を駆動するチェンやベルト等の巻掛け伝動体に張力を付与するテンショナとして好適な推進力付与装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジンカムシャフトを駆動するチェンやタイミングベルト等に張力を与えるためのテンショナとして使用される推進力付与装置の一例として、図４に示すような構造のものが採用されている。この種の従来装置１は、ケーシング２と、ケーシング２内に軸回りに回転自在に収容された回転体３と、この回転体３の雄ねじ部４に螺合する雌ねじ部５を有する移動体６と、トルク発生用ばね７とを具備している。上記移動体６はケーシング２に対し回転不能にかつ軸線方向に所定位置まで移動できるように支持されている。
【０００３】
上記ばね７は回転体３を第１の方向に回転させることができるように初期撓み（ねじり）を与えた状態でその一端７ａが回転体３に係止され、他端７ｂがケーシング２に係止されている。そして上記ばね７が発生するトルクによって移動体６に軸方向の推力（ケーシング２から突出する方向の力）が生じるようにしている。回転体３の端面３ａはケーシング２の受け座２ａに対向しており、両者の接触部において回転体３の軸方向の推力を受けるようになっている。
【０００４】
従って上記従来装置１は、ケーシング２に対し移動体６が図４中の矢印Ａ方向に変位する場合に、雄ねじ部４と雌ねじ部５との間が滑ることにより回転体３が第２の方向（例えば矢印Ｂに示す方向）に回転するとともに、ばね７が更にねじられて弾性エネルギーが蓄積される。そして移動体６が逆方向（ケーシング２から突き出る方向）に変位する際にばね７の弾性エネルギーによって回転体３が第１の方向に回転するため回転体３の端面３ａと受け座２ａが接したまま相対回転する。
【０００５】
上記のような推進力付与装置１の挙動特性は回転体３の端面３ａと受け座２ａとの間の摩擦力や雄ねじ部４と雌ねじ部５との間の摩擦力に大きく左右される。ここで、移動体６に負荷される軸方向の力（入力軸力）Ｐに対して移動体６が変位しない条件は、解析結果より下記数式（１）を満足することである。
【０００６】
【数１】

【０００７】
Ｑ：ばねのトルクによって生じる力
Ｐ：入力軸力
ｒ：回転体端面の摺動半径
ｒ_s ：ねじ部の半径
Ｃ₁ 〜Ｃ₄ ：摩擦係数を含む定数項
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記装置を長期間使用すると主に次の２つの原因から、みかけ上摩擦力が低下し、移動体が変位しやすくなることがある。
（ａ）回転体と移動体との摺動部がその摺動により平滑となり摩擦係数自体が低下する。
（ｂ）回転体の雄ねじ部と移動体の雌ねじ部との摺動部の摩耗により両者の摩擦面の位置が回転中心に近い方へ移動し、前記（１）式においてｒとｒ_s が小さくなり、同一の入力軸力Ｐに対してＰの係数が大きくなることで移動体が変位しやすくなる。
【０００９】
例えば図４に示す従来装置１では、図５に示すように基本的に雄ねじ部４と雌ねじ部５のねじ山角度が同一であり両者が面接触・面摺動の状態となっている。この場合、摺動面が摩耗しても摺動半径が実質的に変化しないので、摺動部の摩擦係数の低下に伴い、装置１の摩擦トルクが直接比例して低下してしまう。これにより従来装置１は入力軸力Ｐに対して移動体６が矢印Ａ方向に後退しやすくなり、チェンが緩むことによって所定の張力が得られず、チェンのばたつきが生じるなどの問題があった。
【００１０】
また図６（ａ）に示すようにねじ部４，５が摩耗する前に両者がねじ外周寄りの位置で接する場合、ねじ部４，５が摩耗すると図６（ｂ）に示すようにねじ内周寄りの位置で接するようになるため摺動半径ｒが減少する傾向となる。このように摺動半径ｒが摩耗とともに減少する場合について、負荷荷重（入力軸力Ｐ）に対して移動体６の変位（戻り量）がどのように変化するかを実験によって調べたところ、摩耗前は図７に示すように３種類のデータＡ，Ｂ，Ｃがいずれも変位が比較的小さかったのに対し、摩耗後は図８に示すように変位が増大することが確認された。
従って本発明の目的は摺動部の摩擦係数が低下しても移動体の変位が過剰になることを抑制できるような推進力付与装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するために開発された本発明は、ケーシングと、上記ケーシング内に軸回りに回転自在に収容されかつ外周部に雄ねじ部を有する回転体と、上記雄ねじ部と螺合する雌ねじ部を有しかつ上記ケーシングに対し回転不能にかつ軸線方向に所定位置まで移動できるように支持された移動体と、上記移動体がケーシングから突き出る方向の推力を生じるよう上記回転体を軸回り所定方向に付勢するトルク発生用ばねとを具備し、上記回転体の端面とこの端面が対向するケーシング側の受け座との接触部にて上記回転体の推力を受けるようにした推進力付与装置において、上記雌ねじ部のねじ山角を上記雄ねじ部のねじ山角よりも小さくし、ねじ部が摩耗するにつれてねじ部相互の摺動半径が増加するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
本発明装置の使用初期には回転体の雄ねじ部と移動体の雌ねじ部との摺動部において回転中心寄りの摺動半径の小さい部位において両者が接触しながら回転するが、使用時間の経過とともにねじ部が摩耗してゆき、摩擦面が回転中心寄りから次第に外周側に広がってゆき、ねじ部相互の摺動半径が大きくなる方向に変化する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１に示す推進力付与装置１０はエンジンのカムシャフト等を駆動するチェンやタイミングベルト等の巻掛け伝動体に張力を与えるテンショナとして用いるものであり、エンジン本体側に固定される略円筒状の中空のケーシング１１を備えている。ケーシング１１の内部に回転体１２が軸まわりに回転自在に収容されている。回転体１２はケーシング１１の軸線方向に延びる軸部１３と、軸部１３の端に位置する短円柱状の頭部１４を有しており、軸部１３の外周に雄ねじ部１５が設けられている。頭部１４にスリット１６が形成されている。
【００１４】
回転体１２と同一軸線上に中空の移動体２０が設けられている。移動体２０はケーシング１１の軸線方向（図１において左右方向）に移動自在であり、ケーシング１１に固定された支持部材２１によって回転しないように支持され、かつケーシング１１に対して移動体２０が所定量突出したときにストッパ部２２が支持部材２１に突き当たることにより、移動体２０がそれ以上ケーシング１１から突出しないようにしている。移動体２０の先端部２０ａは、図示しない押圧部材を介してチェンやベルト等の巻掛け伝動体を押圧するように構成されている。
【００１５】
移動体２０の内面に雌ねじ部２５が形成されており、この雌ねじ部２５に回転体１２の雄ねじ部１５が螺合し、雌ねじ部２５に対して雄ねじ部１５が軸回りに滑りながら相対回転することができるようになっている。この場合、回転体１２が回転すると移動体２０に軸方向の推力が発生し、可逆的に移動体２０側から軸線方向の荷重が入力されると回転体１２が回転する。
【００１６】
回転体１２を取り巻くようにトルク発生用のねじりコイルばね３０が設けられている。このばね３０の一端３０ａは回転体１２の頭部１４のスリット１６に嵌合され、ばね３０の他端３０ｂは初期撓み（ねじり）を与えた状態でケーシング１１のばね受け部３１に係止され、このばね３０の反発荷重によって回転体１２が第１の方向（移動体２０を回転体１２から突き出す方向）に回転するようになっている。回転体１２の端面３５は、ケーシング１１の内面に形成された受け座３６と対向しており、端面３５と受け座３６との接触部３７において回転体１２の軸方向の推力を受けるようにしている。
【００１７】
図２に示すように、移動体２０の雌ねじ部２５のねじ山角θ₁ は回転体１２の雄ねじ部１５のねじ山角θ₂ よりも小さく、ねじ部１５，２５が摩耗するにつれてねじ部相互の実質的な摺動半径ｒ₁ が次第に増加するようになっている。
【００１８】
次に上記構成の推進力付与装置１０の作用について説明する。
ケーシング１１に対して移動体２０が図１中の矢印Ａ方向に変位する場合、雌ねじ部２５が矢印Ａ方向に変位することに伴って雄ねじ部１５が雌ねじ部２５との間で滑りつつ回転体１２が第２の方向（矢印Ｂ方向）に回転するとともに、ばね３０が弾性エネルギーを更に蓄える方向にねじられる。この場合、回転体１２の端面３５が受け座３６に押し付けられた状態で回転するため、端面３５と受け座３６との間に摩擦力が発生する。
【００１９】
上記とは逆に移動体２０がケーシング１１から突出する方向に変位するときには、回転体１２の端面３５が受け座３６から離れようとするが、ねじりコイルばね３０の弾性エネルギーによって回転体１２が第１の方向に回転するため回転体１２の端面３５は受け座３６と接した状態のまま相対回転する。
【００２０】
従って上記構成の装置１０によれば、移動体２０によって張力を与えているチェンあるいはベルトが弛みそうになると移動体２０がケーシング１１から突出する方向に変位することにより弛みが吸収される。何らかの原因によりチェンあるいはベルトの張力が高まると、移動体２０がケーシング１１側に押込まれる方向に後退することにより、回転体１２が矢印Ｂ方向に回転しつつばね３０がねじられることにより、張力変化に追従することができる。
【００２１】
この装置１０の使用開始当初は、図２に示すように、雄ねじ部１５と雌ねじ部２５が互いに回転中心ＣＬ寄りの摺動半径ｒ₁ の小さい位置で接している。この装置１０を長期間使用することによってねじ部１５，２５が摩耗すると、図３に示すように摩耗とともに摺動半径ｒ₂ が使用初期の摺動半径ｒ₁ に比較して増加する。このため長期の使用により摺動部の摩擦係数が減少しても摩擦トルクを維持できることによって移動体２０が過剰に変位することを回避でき、使用初期の状態に近い変位を確保することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、回転体の雄ねじ部と移動体の雌ねじ部との経時変化による摺動半径の減少が防止され、ねじ部の摩耗とともに摺動半径が増加するので入力軸力に対抗する摩擦トルクの減少を防止することが可能となる。このため装置使用に伴う摩擦面の表面状態の変化等によって摩擦係数が低下してもその減少分を補うことができ、移動体の変位が経時変化により過剰になるなどの不具合を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す推進力付与装置の断面図。
【図２】図１に示された装置の雄ねじ部と雌ねじ部を示す断面図。
【図３】図２に示されたねじ部が摩耗した状態を示す断面図。
【図４】従来の推進力付与装置の断面図。
【図５】図４に示された従来装置の雄ねじ部と雌ねじ部を示す断面図。
【図６】従来装置のねじ部の摩耗による摺動半径の変化を示す断面図。
【図７】図６に示されたねじ部の摩耗前の負荷荷重と変位との関係を示す図。
【図８】図６に示されたねじ部の摩耗後の負荷荷重と変位との関係を示す図。
【符号の説明】
１０…推進力付与装置
１１…ケーシング
１２…回転体
１５…雄ねじ部
２０…移動体
２５…雌ねじ部
３０…トルク発生用ばね[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a propulsive force applying device that applies axial thrust to a moving body, and in particular, a propulsive force applying device that is suitable as a tensioner that applies tension to a winding transmission such as a chain or belt that drives an engine camshaft or the like. About.
[0002]
[Prior art]
As an example of a thrust applying device used as a tensioner for applying tension to a chain or timing belt for driving an engine camshaft of an automobile, a structure as shown in FIG. 4 is adopted. This type of conventional device 1 includes a casing 2, a rotating body 3 accommodated in the casing 2 so as to be rotatable about an axis, and a moving body 6 having a female screw portion 5 that is screwed into a male screw portion 4 of the rotating body 3. And a torque generating spring 7. The moving body 6 is supported so that it cannot rotate with respect to the casing 2 and can move to a predetermined position in the axial direction.
[0003]
One end 7 a of the spring 7 is engaged with the rotating body 3 and the other end 7 b of the casing 2 is engaged with the casing 2 with initial deflection (torsion) applied so that the rotating body 3 can be rotated in the first direction. It has been stopped. An axial thrust (force in a direction protruding from the casing 2) is generated in the moving body 6 by the torque generated by the spring 7. The end surface 3a of the rotating body 3 faces the receiving seat 2a of the casing 2, and receives the thrust in the axial direction of the rotating body 3 at the contact portion between the two.
[0004]
Therefore, when the moving body 6 is displaced in the direction of arrow A in FIG. 4 with respect to the casing 2, the conventional apparatus 1 causes the rotating body 3 to move in the second direction by sliding between the male screw portion 4 and the female screw portion 5. While rotating in the direction indicated by the arrow B, for example, the spring 7 is further twisted to accumulate elastic energy. When the moving body 6 is displaced in the reverse direction (the direction protruding from the casing 2), the rotating body 3 rotates in the first direction by the elastic energy of the spring 7, so that the end surface 3a of the rotating body 3 and the receiving seat 2a are in contact with each other. Continue relative rotation.
[0005]
The behavior characteristics of the propulsive force applying device 1 as described above are greatly influenced by the frictional force between the end surface 3a of the rotating body 3 and the receiving seat 2a and the frictional force between the male screw portion 4 and the female screw portion 5. Here, the condition that the moving body 6 is not displaced with respect to the axial force (input axial force) P applied to the moving body 6 is that the following mathematical expression (1) is satisfied from the analysis result.
[0006]
[Expression 1]

[0007]
Q: Force generated by the torque of the spring P: Input shaft force r: Sliding radius r _s of the rotating body end surface: Radius C _{1 to} C _{4 of the} threaded portion: Constant term including friction coefficient
[Problems to be solved by the invention]
However, when the above apparatus is used for a long time, the frictional force is apparently lowered mainly due to the following two causes, and the moving body may be easily displaced.
(A) The sliding portion between the rotating body and the moving body becomes smooth due to the sliding, and the friction coefficient itself decreases.
(B) the position of the friction surfaces of both moved to closer to the center of rotation by the wear of the sliding portion between the female screw portion of the movable body and the externally threaded portion of the rotating member, wherein (1) a small r and r _s In the equation Thus, the moving body is easily displaced by increasing the coefficient of P with respect to the same input axial force P.
[0009]
For example, in the conventional apparatus 1 shown in FIG. 4, as shown in FIG. 5, the thread angles of the male screw part 4 and the female screw part 5 are basically the same, and both are in surface contact and surface sliding. In this case, since the sliding radius does not substantially change even when the sliding surface is worn, the friction torque of the device 1 is directly reduced as the friction coefficient of the sliding portion is reduced. As a result, the conventional apparatus 1 has a problem such that the movable body 6 is easily retracted in the direction of the arrow A with respect to the input axial force P, and a predetermined tension cannot be obtained when the chain is loosened. .
[0010]
Also, as shown in FIG. 6 (a), when the screw parts 4 and 5 are in contact with each other at a position near the outer periphery of the screw before the thread parts 4 and 5 are worn, if the thread parts 4 and 5 are worn, Since the contact is made at a position closer to the circumference, the sliding radius r tends to decrease. In this way, when the sliding radius r decreases with wear, it was examined by experiment how the displacement (return amount) of the moving body 6 changes with respect to the load (input shaft force P). Before, as shown in FIG. 7, the displacement of all three types of data A, B, and C was relatively small, but after wear, it was confirmed that the displacement increased as shown in FIG.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a propulsive force imparting device capable of suppressing an excessive displacement of a moving body even when a friction coefficient of a sliding portion is lowered.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, which has been developed to solve the above-described object, includes a casing, a rotating body that is rotatably accommodated around the axis in the casing, and has a male screw portion on the outer peripheral portion, and a female screw that is screwed into the male screw portion. And a movable body supported so as to be non-rotatable with respect to the casing and movable to a predetermined position in the axial direction, and the rotary body around the axis to generate a thrust in a direction in which the movable body protrudes from the casing. A propulsive force imparting device that is provided with a torque generating spring that biases in the direction and that receives the thrust of the rotating body at a contact portion between the end face of the rotating body and a receiving seat on the casing side facing the end face. The screw thread angle of the female screw part is smaller than the screw thread angle of the male screw part, and the sliding radius between the screw parts increases as the thread part wears.
[0012]
In the initial stage of use of the device of the present invention, in the sliding part between the male threaded part of the rotating body and the female threaded part of the moving body, both rotate in contact with each other at a small sliding radius near the rotational center. As the threaded parts wear, the friction surface gradually spreads from the rotation center toward the outer peripheral side, and the sliding radius between the threaded parts increases.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A propulsive force applying device 10 shown in FIG. 1 is used as a tensioner for applying tension to a winding transmission such as a chain or timing belt for driving a camshaft or the like of an engine, and has a substantially cylindrical shape fixed to the engine body side. A hollow casing 11 is provided. A rotating body 12 is accommodated in the casing 11 so as to be rotatable about an axis. The rotating body 12 has a shaft portion 13 extending in the axial direction of the casing 11 and a short columnar head portion 14 positioned at the end of the shaft portion 13, and a male screw portion 15 is provided on the outer periphery of the shaft portion 13. Yes. A slit 16 is formed in the head 14.
[0014]
A hollow moving body 20 is provided on the same axis as the rotating body 12. The movable body 20 is movable in the axial direction of the casing 11 (left and right direction in FIG. 1), is supported so as not to rotate by a support member 21 fixed to the casing 11, and the movable body 20 is located with respect to the casing 11. When the fixed amount protrudes, the stopper portion 22 abuts against the support member 21 so that the moving body 20 does not protrude from the casing 11 any more. The distal end portion 20a of the moving body 20 is configured to press a winding transmission body such as a chain or a belt via a pressing member (not shown).
[0015]
An internal thread portion 25 is formed on the inner surface of the moving body 20. The external thread portion 15 of the rotating body 12 is screwed into the internal thread portion 25, and the external thread portion 15 rotates relative to the internal thread portion 25 while sliding around the axis. Be able to. In this case, when the rotating body 12 rotates, an axial thrust is generated in the moving body 20, and the rotating body 12 rotates when an axial load is input from the moving body 20 side reversibly.
[0016]
A torsion coil spring 30 for generating torque is provided so as to surround the rotating body 12. One end 30a of the spring 30 is fitted into the slit 16 of the head 14 of the rotating body 12, and the other end 30b of the spring 30 is locked to the spring receiving portion 31 of the casing 11 with initial deflection (torsion) applied. The repulsive load of the spring 30 causes the rotating body 12 to rotate in the first direction (the direction in which the moving body 20 protrudes from the rotating body 12). The end surface 35 of the rotator 12 is opposed to a receiving seat 36 formed on the inner surface of the casing 11, and receives an axial thrust of the rotator 12 at a contact portion 37 between the end surface 35 and the receiving seat 36. Yes.
[0017]
As shown in FIG. 2, the thread angle θ ₁ of the female thread portion 25 of the moving body 20 is smaller than the thread angle θ ₂ of the male thread portion 15 of the rotating body 12, and as the

thread portions

15 and 25 wear, The substantial sliding radius r ₁ of the slab increases gradually.
[0018]
Next, the operation of the propulsive force imparting device 10 having the above configuration will be described.
When the moving body 20 is displaced in the arrow A direction in FIG. 1 with respect to the casing 11, the male screw part 15 slides between the female screw part 25 and the rotating part while the female screw part 25 is displaced in the arrow A direction. As 12 rotates in the second direction (arrow B direction), the spring 30 is twisted in a direction to further store elastic energy. In this case, since the rotating body 12 rotates with the end face 35 pressed against the receiving seat 36, a frictional force is generated between the end face 35 and the receiving seat 36.
[0019]
Contrary to the above, when the moving body 20 is displaced in the direction projecting from the casing 11, the end surface 35 of the rotating body 12 tends to move away from the receiving seat 36, but the rotating body 12 is moved by the elastic energy of the torsion coil spring 30. The end surface 35 of the rotating body 12 rotates relative to the receiving seat 36 because it rotates in the direction 1.
[0020]
Therefore, according to the apparatus 10 having the above-described configuration, when the chain or belt to which the tension is applied by the moving body 20 is about to be loosened, the moving body 20 is displaced in a direction protruding from the casing 11 to absorb the slack. When the tension of the chain or the belt increases for some reason, the moving body 20 moves backward in the direction in which the moving body 20 is pushed into the casing 11, and the spring 30 is twisted while the rotating body 12 rotates in the arrow B direction. It can follow changes.
[0021]
At the beginning of use of the apparatus 10, as shown in FIG. 2, the male screw portion 15 and the female screw portion 25 are in contact with each other at a position where the sliding radius r ₁ is small, near the rotation center CL. When the threaded

portions

15 and 25 are worn by using the device 10 for a long period of time, the sliding radius r ₂ increases with wear as compared with the sliding radius r ₁ at the initial use as shown in FIG. For this reason, even if the friction coefficient of the sliding portion decreases due to long-term use, it is possible to avoid the displacement of the moving body 20 by maintaining the friction torque, and it is possible to ensure the displacement close to the initial use state.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, the sliding radius is prevented from decreasing due to a change with time of the male threaded portion of the rotating body and the female threaded portion of the moving body, and the sliding radius increases with wear of the threaded portion, so that the friction against the input axial force is increased. It is possible to prevent a decrease in torque. For this reason, even if the friction coefficient decreases due to a change in the surface condition of the friction surface due to the use of the apparatus, the decrease can be compensated, and problems such as excessive displacement of the moving body due to changes over time can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a propulsive force imparting device showing an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a male screw part and a female screw part of the apparatus shown in FIG. 1. FIG.
3 is a cross-sectional view showing a state in which the thread portion shown in FIG. 2 is worn.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional thrust applying device.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a male screw portion and a female screw portion of the conventional apparatus shown in FIG. 4;
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a change in sliding radius due to wear of a thread portion of a conventional device.
7 is a diagram showing a relationship between a load applied before displacement and displacement of a thread portion shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a load applied after displacement of the threaded portion shown in FIG. 6 and displacement.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Propulsive force provision apparatus 11 ... Casing 12 ... Rotating body 15 ... Male thread part 20 ... Moving body 25 ... Female thread part 30 ... Spring for torque generation

Claims

A casing,
A rotating body housed in the casing so as to be rotatable about an axis and having a male threaded portion on the outer periphery;
A movable body that has a female screw portion that is screwed with the male screw portion and is supported so as to be non-rotatable with respect to the casing and move to a predetermined position in the axial direction;
A torque generating spring that biases the rotating body in a predetermined direction around an axis so as to generate a thrust in a direction in which the moving body protrudes from the casing;
In the propulsive force imparting device configured to receive the thrust of the rotating body at a contact portion between the end surface of the rotating body and a receiving seat on the casing side opposite to the end surface,
A propulsive force imparting device characterized in that a screw thread angle of the female screw part is made smaller than a screw thread angle of the male screw part, and a sliding radius between the screw parts increases as the screw parts wear.