JP4076718B2 - ベルトテンショナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベルトテンショナに関するもので、特にエンジンのタイミングベルトに所定の初期張力を付与するベルトテンショナとして好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等のエンジンには、クランク軸に取り付けたクランクプーリとカム軸に取り付けたカムプーリとの間にタイミングベルトを巻きかけてクランク軸の回転と同期してカム軸を回転させることにより、ピストンの行程と同期してバルブを開閉駆動させるベルト伝動装置が設けられる。
【０００３】
このベルト伝動装置では、タイミングベルトの外周側の所定位置にベルトテンショナを配置し、このベルトテンショナによりタイミングベルトに所定の初期張力を付与してタイミングベルトが歯飛びするのを防止するのが一般的である。
【０００４】
タイミングベルトに所定の初期張力を付与するベルトテンショナは、例えば、図５に示すように構成される。図示しないエンジンのシリンダブロックの外面に突設した固定部材３２には、ボルト３３によって偏心軸３１が取り付けられる。ボルト３３は、偏心軸３１の偏心位置に形成した偏心孔３７に挿入され、これにより偏心軸３１が固定部材３２に対してボルト３３を中心として偏心回動可能となる。偏心軸３１の外周には、図示しないタイミングベルトに摺接するテンションプーリ３６が転がり軸受３４を介して取り付けられている。また、偏心軸３１の外周にはベルト張力設定用のコイルばね３５が配置されており、このコイルばね３５の一端３５ａを固定部材３２に係合させると共に、コイルばね３５の他端３５ｂを偏心軸３１に係合させることにより、偏心軸３１がボルト３３を中心として偏心回動方向に弾性的に付勢されている。
【０００５】
ボルト３３を緩めると、コイルばね３５のばね力によって偏心軸３１が偏心回動し、テンションプーリ３６をベルトの緊張方向に移動させる。このようにしてベルトの緊張を行った後、ボルト３３を締め付けて偏心軸３１をロックすれば、ベルトが緊張状態に保持される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ベルトテンショナでは、ボルトに対する偏心軸の円滑な回動運動を許容するため、偏心孔の内周とこれに対向するボルト外周との間に微小な半径方向隙間が設けられている。この隙間の存在により、従来では、ボルトの締め付けに伴う偏心軸の起き上がりが問題となっている。すなわち、コイルばねでベルトに張力を付与すると、ベルトの反力によりボルトと偏心孔の隙間の範囲内で偏心軸が傾くため、ベルト張力の逃げが生じるが、その後、ボルトを締め付けると、偏心軸がボルトと同軸となるように起き上がり、その際に張力の逃げ分がベルトに付加されるため、ベルト張力が初期よりも増加してしまう点が問題となる。
【０００７】
また、偏心軸をロックする際には、ボルト座面と偏心軸の端面との間の摩擦抵抗によって偏心軸がボルトと供回りする場合がある。このように供回りが生じると、テンションプーリが正規姿勢からずれた状態でロックされ、ベルト張力にばらつきを生じる要因となる。
【０００８】
また、ベルトテンショナでは、転がり軸受とコイルばねが軸方向に並べて配置されるため、例えばテンションプーリにモーメント荷重が負荷された際には、偏心軸の姿勢変化によってコイルばねと転がり軸受のシール部材とが干渉し、シール機能が害されるおそれもある。
【０００９】
そこで、本発明は、ボルト締め付け時のベルト張力の増大を防止でき、かつボルト締め付け後もばらつきのない安定したベルト張力が得られるベルトテンショナの提供を目的とする。
【００１０】
また、転がり軸受とコイルばねの干渉を防止することも併せて目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のため、本発明では、偏心位置に設けられた偏心孔を備え、偏心孔に挿入されたボルトを中心として、固定部材に対して偏心回動可能に支持される偏心軸と、偏心軸に転がり軸受を介して回転自在に軸支されるテンションプーリと、転がり軸受と固定部材の間の偏心軸の外周に配置されたコイルばねとを備え、コイルばねの固定部材側の一端を固定部材に、転がり軸受側の他端を偏心軸にそれぞれ係合させて偏心軸をコイルばねによって付勢し、これによって上記テンションプーリを偏心回動させてベルトに摺接させ、ベルトに所定の張力を付与するようにしたベルトテンショナにおいて、ボルトに、ねじのない円筒部とその先端側の雄ねじ部とを設け、上記偏心孔の軸方向全体にボルトの円筒部を嵌合させると共に、雄ねじ部を固定部材に螺合させ、ボルトの円筒部と偏心孔との間の半径方向隙間を０．４ｍｍ以下に制限し、コイルばねの上記他端を、偏心軸の軸方向に形成され、かつその端面に開口する係止溝に係合させ、コイルばねと転がり軸受との間に、転がり軸受の内輪の端面と軸方向で対向するカバー部材を介在させ、カバー部材の外径寸法をコイルばねの外径寸法以上とした。
【００１２】
これにより、偏心孔内周とボルトの外周との間の半径方向隙間の存在に起因した、ボルトの締め付けに伴う偏心軸の起き上がりを回避することができ、この起き上がりに基づくベルト張力の増大を抑えることが可能となる。
【００１３】
詳細には、ボルトと偏心孔との間の半径方向隙間を一定値以下に制限しているので、ボルトに対する偏心軸の許容揺動範囲が狭まり、偏心軸とボルトとをほぼ同軸状態に保持することができ、これによって偏心軸の起き上がりを防止することができる。ボルトと偏心孔との間には微小ながらも半径方向隙間が存在するので、ボルト締め付け前の偏心軸の偏心回動運動をスムーズに行うことができる。以上の効果を得るための具体的な条件として、半径方向隙間は０．４ｍｍ以下に設定する。なお、ここでの半径方向隙間は、偏心孔内周の直径とボルト外周の直径との差を意味する。また、コイルばねの上記他端を、偏心軸の軸方向に形成され、かつその端面に開口する係止溝に係合させ、コイルばねと転がり軸受との間に、転がり軸受の内輪の端面と軸方向で対向するカバー部材を介在させ、カバー部材の外径寸法をコイルばねの外径寸法以上としているので、テンションプーリにモーメント荷重が負荷された場合等におけるコイルばねと転がり軸受のシール部材との接触干渉を回避し、シール部材の変形・破損を確実に防止することができる。
【００１４】
ボルト座面と偏心軸との間に、両者間の摩擦トルクを減ずるための間座を配置すれば、ボルトの締め付けに伴って偏心軸が供回りすることはなく、従って、偏心軸の姿勢のばらつきによるベルト張力のばらつきを回避することができる。
【００１５】
この間座表面の摩擦係数を鋼よりも小さくしておけば、鋼材料からなるボルトや偏心軸との間に作用する摩擦力を減少させることができ、ボルトの締め付けに伴う偏心軸の供回りを確実に防止することができる。その具体的手段としては、間座表面に固体潤滑被膜を形成することが考えられる。
【００１７】
カバー部材の内径部に、偏心軸の外周に嵌合される円筒部を設けておけば、カバー部材を偏心軸に確実に取り付けることができ、その取り付け作業も容易化される。この場合、カバー部材の円筒部に軸方向の切り欠き部を形成すれば、円筒部が弾性的に拡径および縮径可能となるので、偏心軸への取り付け作業がさらに容易化される。
【００１８】
コイルばねの上記他端をＶ字状に形成すると共に、係止溝の幅をコイルばねの上記他端の素材径よりも大きくし、係止溝の対向壁面のうちの一方に、上記Ｖ字状他端の先端部を支持する第一係合部と、Ｖ字状他端の基端側を支持する第二係合部とを設けると共に、対向壁面の他方に、Ｖ字状他端の屈曲部分を支持する第三係合部を設けておけば、コイルばね他端を偏心軸の端面側から係止溝に挿入することができ、コイルばねの取り付け作業性が高まる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
【００２０】
図1に示すように、本発明にかかるベルトテンショナは、偏心軸１と、偏心軸１を固定部材２に取り付けるボルト３と、偏心軸１の外周に配置された転がり軸受４、コイルばね５、およびテンションプーリ６とを具備する。
【００２１】
偏心軸１は断面円形をなし、エンジンのシリンダブロック（図示せず）等の外面に設けられた固定部材２にボルト３を介して取り付けられる。偏心軸１の偏心位置には偏心孔７が形成され、この偏心孔７に半径方向の微小な隙間８を介して高張力鋼等からなるボルト３が挿入されている。ボルト３は、ねじのない円筒部３ａとその先端側の雄ねじ部３ｂとを有し、そのうちの円筒部３ａは偏心軸１の内周に嵌合され、雄ねじ部３ｂは固定部材２に形成した雌ねじ部２ａに螺合されている。ボルト３を緩めると、偏心軸１がボルト３を中心として偏心回動可能となり、ボルト３を締め付けると、偏心軸１がロックされてその偏心回動運動が規制される。なお、図１および図２中の９は、偏心軸１の一端面１ａ（固定部材２と対向する端面）と他端面１ｂとに開口させた孔で、この孔９はレンチ等の工具を係止して偏心軸１を偏心回動させるために用いられる。この孔９は工具を挿入できれば十分で、一端面１ａに開口しない有底孔でもよい。
【００２２】
ボルト３の座面３ｃは偏心軸１の他端面１ｂに係合している。ボルト座面３ｃと偏心軸１の他端面１ｂとの間には、ワッシャ等の間座１１が配置される。この間座１１は、ボルト３を締め付ける際の偏心軸1の他端面１ｂとの間の摩擦トルクを低減させるためのもので、少なくともボルト３もしくは偏心軸１の素材（本実施形態では鋼）より低い表面摩擦係数を有するもの、例えば樹脂や金属等の素材表面に摩擦低減処理を施したものが使用される。摩擦低減処理の具体例としては、二硫化モリブデン系、グラファイト系、フッ素系等の固体潤滑剤の被膜を形成したものが考えられる。
【００２３】
このベルトテンショナには、偏心孔７とボルト３の相対位置を、その中心が一致するように規制する規制手段１２が設けられる。この規制手段１２で両者１，３の芯ずれを規制することにより、偏心孔７内周とボルト３の円筒部外周との間の半径方向隙間８の存在に起因した偏心軸１の起き上がりを回避することができ、この起き上がりに基づくベルト張力の増大を抑えることが可能となる。規制手段１２の具体例としては、例えば上記半径方向隙間８の幅（偏心孔７の内周直径−ボルト円筒部３ａの外周直径）を一定値以下に制限することが考えられ、その値は後述するように０．４ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００２４】
偏心軸１の外周には、転がり軸受４が嵌合される。この転がり軸受４は、内輪４ａおよび外輪４ｂと、内・外輪４ａ，４ｂの軌道面間に配置された複数の転動体４ｃと、転動体４ｃを円周方向等間隔に保持する保持器４ｄと、軸受両端の開口部を密封するシール部材４ｅとを主要構成要素とするもので、図面では転動体４ｃとしてボールを使用した深溝玉軸受を例示している。転がり軸受４の内輪４ａの内周に上記偏心軸１が嵌合固定され、外輪４ｂの外周に図示しないタイミングベルトと摺接するテンションプーリ６が嵌合固定されている。
【００２５】
転がり軸受４よりもボルト先端側の偏心軸１外周には、コイルばね５が配置される。このコイルばね５は、偏心軸１の外周に十分な余裕をもって外挿され、その一端５ａは、図2に示すように、テンションプーリ６の外周を超えて延びて固定部材２に突設したピン２ｂと係合している。一端５ａの先端部は、ピン２ｂとの係合を確実に行うため、例えば図示のようにフック形状に形成される。一端５ａの立ち上がり部５ａ１は、偏心孔７の１８０°対向位置で当該一端５ａがコイルばね５のコイリング部分よりも内径側を通過するように、偏心孔７の１８０°対向位置よりも他端５ｂ側に戻った位置（例えば４５°程度戻った位置）に設けられる。これにより、偏心回動中心となるボルト３からコイルばね５の一端５ａまでの距離が縮小してモーメントが小さくなるので、一端５ａをばね５の縮径方向（図面Ａ矢視方向）に捩じった際のコイルばね５の傾斜（ばね中心の偏心軸中心に対する傾斜）を回避し、コイルばね５とテンションプーリ６内周との干渉を回避することができる。
【００２６】
コイルばね５の他端５ｂは偏心軸１に係止される。図２では、この他端５ｂをＶ字状に屈曲形成した場合を例示している。偏心軸１には、その外周面および一端面１ａに開口する係止溝１４が軸方向に沿って形成され、コイルばねのＶ字状他端５ｂは、この係止溝１４の一端面１ａ側の開口部から溝１４内に挿入される。
【００２７】
図2に示すように、係止溝１４は、Ｖ字状他端５ｂの先端部を支持する第一係合部１４ａと、Ｖ字状他端５ｂの基端側を支持する第二係合部１４ｂと、Ｖ字状他端５ｂの屈曲部分を支持する第三係合部１４ｃとを具備する。係止溝１４の対向壁面のうち、一方に第一および第二係合部１４ａ，１４ｂが形成され、他方に第三係合部１４ｃが形成される。第一係合部１４ａと第二係合部１４ｂは、他端５ｂのＶ字形状に対応してＶ字状に配置される。図示のように係止溝１４の幅をコイルばね他端５ｂの素材径よりも大きくすることにより、係止溝１４に他端５ｂを挿入する際の作業性を高めることができる。また、コイルばね他端５ｂの屈曲角度よりも第一および第二係合部１４ａ，１４ｂ間の屈曲角度を僅かに大きくすることにより、他端５ｂを係止溝１４に弾性的に係止させることができ、振動等によるコイルばね他端５ｂの係止溝１４からの脱落を防止することが可能となる。
【００２８】
コイルばね５と転がり軸受４との間の偏心軸１外周には、カバー部材１５が配置される。このカバー部材１５は、コイルばね５の外径寸法よりも大きい外径寸法を具備し、その外径端部１５ａは、その全周でコイルばね５側に折り曲げられている。図３に示すように、カバー部材１５の内周には偏心軸１の外周に嵌合固定するための円筒部１５ｂが形成され、さらに円筒部１５ｂの円周方向複数箇所には軸方向の切り欠き部１５ｂ１が形成される。この切欠き部１５ｂ１により、円筒部１５ｂが弾性的に拡径および縮径可能となるので、カバー部材１５の偏心軸１への取り付け作業が容易に行えるようになる。
【００２９】
このベルトテンショナのベルト伝動装置への組付けは、例えば以下の手順で行われる。
【００３０】
先ず、転がり軸受４との間にカバー部材１５を介在させた状態でコイルばね５を偏心軸１に外挿し、コイルばね５の他端５ｂを係止溝１４の一端面１ａ側開口部から係止溝１４に挿入して他端５ｂを第一〜第三係合部１４ａ〜１４ｃに係合させる。次にコイルばね５の一端５ａを固定部材２のピン２ｂに係合させた後、偏心軸１の偏心孔７にボルト３を挿入し、ボルト先端の雄ねじ部３ｂを固定部材２の雌ねじ部２ａに軽くねじ込んで偏心軸１を固定部材２にボルト３を中心とした偏心回動可能な状態にする。次いで、偏心軸１の孔９にレンチ等の回動用工具を係止して偏心軸１を偏心回動させ、コイルばね５を弾性変形させた状態でボルト３を仮固定する。その後、ベルトを組み付けてボルト３の仮固定を緩めると、偏心軸１がコイルばね５によってボルト３を中心として偏心回動付勢され、テンションプーリ６がベルトに押し当てられてベルトに張力が付与される。
【００３１】
このようにベルト張力とテンションプーリの偏心回動力（コイルばね５の弾性力）とがつり合った状態でボルト３を締め付け、偏心軸１を固定部材２の端面２ａに固定すれば、ベルトを所定の張力を持った緊張状態に保持することができる。この際、規制手段１２は偏心孔７とボルト３の相対位置をその中心が一致するように規制するため、ボルト３の締め付けによる偏心軸１の起き上がりを防止することができ、これによりベルト張力の増大が抑制される。また、ボルト３の締め付けに際しては、上記のようにボルト座面３ｃと偏心軸１の他端面１ｂとの間に摩擦トルクを減ずるための間座１１を配置しているため、ボルト３の締め付けに伴って偏心軸１が供回りすることはなく、従って、偏心軸１の姿勢のばらつきによるベルト張力のばらつきを回避することができる。
【００３２】
図４は、半径方向隙間８の幅、ボルト３および間座１１の材質を異ならせたサンプルＡ〜Ｅをそれぞれ三つずつ準備し、これらを上記手順でベルト伝動装置に組付けた上でベルト張力を測定した結果を示すものである。
【００３３】
サンプルＡ〜Ｅの仕様は以下の通りである。
▲１▼サンプルＡ：
ボルト…高張力鋼
間座…なし
半径方向隙間…１．６３ｍｍ
▲２▼サンプルＢ：
ボルト…市販品（ステンレス鋼）
間座…市販ワッシャ（ステンレス鋼）
半径方向隙間…０．６４〜０．６６ｍｍ
▲３▼サンプルＣ：
ボルト…高張力鋼
間座…市販ワッシャ（ステンレス鋼）
半径方向隙間…０．０９４〜０．１００ｍｍ
▲４▼サンプルＤ：
ボルト…高張力鋼
間座…摩擦低減処理ワッシャ（固体潤滑被膜）
半径方向隙間…０．０９４〜０．１００ｍｍ
▲５▼サンプルＥ：
ボルト…高張力鋼
間座…摩擦低減処理ワッシャ（固体潤滑被膜）
半径方向隙間…０．３３〜０．３４ｍｍ
【００３４】
図４からサンプルＤおよびＥでは、ベルト張力の増大量およびベルト張力のばらつきの双方が少なく、これら両面で良好な結果を示すことが理解される。サンプルＤおよびＥは、何れも間座１１として固体潤滑被膜を形成した摩擦低減処理品を使用し、かつ半径方向隙間８を０．４ｍｍ以下に抑えたものである。以上のの測定結果から、半径方向隙間８は０．４ｍｍ以下、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下に設定するのが望ましいことが判明した。
【００３５】
【発明の効果】
このように、ボルトの円筒部と偏心孔との間の半径方向隙間を０．４ｍｍ以下に制限し、偏心孔およびボルトの相対位置を、両者の中心が一致するように規制することにより、偏心軸の起き上がりを防止でき、これに基づくベルト張力の増大を抑制することができる。
【００３６】
また、ボルト座面と偏心軸の間に両者間の摩擦トルクを減ずるための間座を配置することにより、ボルト締め付け時の偏心軸の供回りを回避することができ、ベルト張力のばらつきを防止することができる。
【００３７】
コイルばねと転がり軸受の間にカバー部材を配置することにより、モーメント荷重負荷時等の際にもコイルばねと転がり軸受のシール部材との接触・干渉を確実に防止することができ、シール部材の変形や破損による軸受機能の低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるベルトテンショナの断面図（図２中のａ−ａ断面）である。
【図２】本発明にかかるベルトテンショナの正面図（図１中のｂ矢視図）である。
【図３】（ａ）図はカバー部材の断面図［（ｂ）図中のａ−ａ断面］、（ｂ）図はカバー部材の正面図［（ａ）図中のｂ矢視図］である。
【図４】実験結果を示す図である。
【図５】従来のベルトテンショナの断面図である。
【符号の説明】
１ 偏心軸
１ａ 一端面
１ｂ 他端面
２ 固定部材
３ ボルト
３ｃ 座面
４ 転がり軸受
５ コイルばね
５ａ 一端
５ｂ 他端
６ テンションプーリ
７ 偏心孔
８ 半径方向隙間
１１ 間座
１２ 規制手段
１４ 係止溝
１５ カバー部材
１５ｂ 円筒部

Claims (7)

1. 偏心位置に設けられた偏心孔を備え、偏心孔に挿入されたボルトを中心として、固定部材に対して偏心回動可能に支持される偏心軸と、
   偏心軸に転がり軸受を介して回転自在に軸支されるテンションプーリと、
   転がり軸受と固定部材の間の偏心軸の外周に配置されたコイルばねとを備え、
   コイルばねの固定部材側の一端を固定部材に、転がり軸受側の他端を偏心軸にそれぞれ係合させて偏心軸をコイルばねによって付勢し、これによって上記テンションプーリを偏心回動させてベルトに摺接させ、ベルトに所定の張力を付与するようにしたベルトテンショナにおいて、
   ボルトに、ねじのない円筒部とその先端側の雄ねじ部とを設け、上記偏心孔の軸方向全体にボルトの円筒部を嵌合させると共に、雄ねじ部を固定部材に螺合させ、ボルトの円筒部と偏心孔との間の半径方向隙間を０．４ｍｍ以下に制限し、コイルばねの上記他端を、偏心軸の軸方向に形成され、かつその端面に開口する係止溝に係合させ、コイルばねと転がり軸受との間に、転がり軸受の内輪の端面と軸方向で対向するカバー部材を介在させ、カバー部材の外径寸法をコイルばねの外径寸法以上としたことを特徴とするベルトテンショナ。
2. ボルト座面と偏心軸との間に、両者間の摩擦トルクを減ずるための間座を配置した請求項１記載のベルトテンショナ。
3. 間座表面の摩擦係数を鋼よりも小さくした請求項２記載のベルトテンショナ。
4. 間座表面に固体潤滑被膜を形成した請求項３記載のベルトテンショナ。
5. カバー部材の内径部に、偏心軸の外周に嵌合される円筒部を設けた請求項１記載のベルトテンショナ。
6. カバー部材の円筒部に軸方向の切り欠き部を形成した請求項５記載のベルトテンショナ。
7. コイルばねの上記他端をＶ字状に形成すると共に、係止溝の幅をコイルばねの上記他端の素材径よりも大きくし、係止溝の対向壁面のうちの一方に、上記Ｖ字状他端の先端部を支持する第一係合部と、Ｖ字状他端の基端側を支持する第二係合部とを設けると共に、対向壁面の他方に、Ｖ字状他端の屈曲部分を支持する第三係合部を設けた請求項１〜６何れか記載のベルトテンショナ。

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