JP5094736B2 - テンショナ用トルクバイアス摩擦ヒンジ - Google Patents

Description

本発明は、テンショナの分野に関する。より詳細には、本発明は、テンショナ用トルクバイアス摩擦ヒンジに関する。

ブレード型テンショナは、チェーンに対し張力を与える。ブレード型テンショナは一般に、弓状に湾曲したチェーン摺動面を伴うプラスチックブレードシュー、チェーン摺動面と反対側の１枚又は複数の板ばね形状の板バネ、及びブレードシューの近位端部を揺動自在に支持するとともにブレードシューの遠位端部を摺動自在に支持する金属ベースを備える。

動作中、チェーンはブレードシューのチェーン摺動面に沿って摺動及び移動する。ブレードシュー及び板バネの弾性変形に起因する弾性力がブレードシューを通じてチェーンに印加されることで適切なチェーン張力が維持される。

シングル板バネテンショナ又はダブル板バネテンショナ用旋回継手は、旋回継手に偏った摩擦損失を生じる。ある方向の継手回転で生成される摩擦トルクは反対方向の回転で生成される摩擦トルクより大きい。一実施形態において、継手におけるトルクバイアスの方向を使用することにより板バネの減衰が圧縮状態において伸張状態より大きくなる。圧縮状態において大きい減衰及び伸張状態において小さい減衰が、多くの用途でテンショナに望ましい特性である。本装置は、一方向クラッチ又は二方向クラッチとして作動するよう設計され得る。本装置はまた、継手が大振幅運動を受ける（制御不能の）ときのみ、大きな摩擦トルクを印加するよう設計され得る。

本発明の旋回継手は、押圧プレート表面を有する押圧プレート、クラッチプレート、旋回アーム、旋回ピン、及び第１及び第２のバネを備える。クラッチプレートホールがクラッチプレートを貫通する。クラッチプレート表面は押圧プレート表面と接触している。クラッチプレートはクラッチプレート表面の反対側に少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域を有する。旋回アームは旋回ホールを有するとともに、傾斜したクラッチ接触領域と接触し、且つそれと相補的な形状の少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域を備える。旋回ピンは、旋回ピンヘッドと、旋回ホール及びクラッチプレートホールを通じて押圧プレート内まで延在する旋回ピン軸とを備える。

第１のバネが旋回ピン上の旋回ピンヘッドと旋回アームとの間に取り付けられることにより、旋回アームは旋回ピンのヘッドから離される推進力を受けるとともに旋回アーム及びクラッチプレートに対し第１のバネ予荷重が与えられる。バネはまた、旋回ピンヘッドと旋回アームとの間に端部隙間を設け、これは緊張状態において旋回ピンの周囲のクラッチプレート及び旋回アームの積層高さの増加により吸収される。端部隙間が吸収されておらず、且つ旋回アームが圧縮方向に回転すると、傾斜したアーム接触領域が旋回ピンの周りで傾斜したクラッチ接触領域に対し回転する。こうして傾斜したアーム接触領域と押圧プレートとの間の距離及び旋回ピンの周囲の積層高さが増加する。

第１の実施形態において、第２のバネが旋回ピンに取り付けられる。第２のバネは、クラッチプレートの表面上でクラッチプレートを押圧プレートに向けて付勢し、クラッチプレートに対し第２のバネ予荷重を与えるよう作用する。好ましくは、クラッチプレートと押圧プレートとの間の摩擦係数、傾斜したクラッチ接触領域と傾斜したアーム接触領域との間の摩擦係数、傾斜したアーム接触領域のクラッチプレート表面と平行な平面に対する傾斜角、第１のバネ予荷重、第２のバネ予荷重、傾斜したアーム接触領域の有効半径、及びクラッチプレートの有効半径は、旋回アームが圧縮された状態において、傾斜平面接触領域を摺動させるトルクがクラッチプレートを摺動させるトルクより大きく、旋回アーム変位が端部隙間を吸収するために必要な変位より大きいときに生じる限界トルクの超過となるように選択される。好ましくは、クラッチプレートと押圧プレートとの間の摩擦係数、傾斜したクラッチ接触領域と傾斜したアーム接触領域との間の摩擦係数、傾斜したアーム接触領域のクラッチプレート表面と平行な平面に対する傾斜角、第１のバネ予荷重、第２のバネ予荷重、傾斜したアーム接触領域の有効半径、及びクラッチプレートの有効半径は、旋回アームが伸張された状態において、傾斜平面接触領域を摺動させるトルクがクラッチプレートを摺動させるトルクより小さくなるように選択される。一実施形態において、クラッチプレート表面又は押圧プレート表面上に摩擦材が設置される。別の実施形態において、押圧プレート表面はクラッチプレートが押圧プレートに対し回転するために必要なトルクを変化させるよう形成される。

第１のバネは好ましくは、ベルビルバネである。傾斜したクラッチ接触領域は好ましくは、旋回ホールを中心とするとともに、旋回ホールの中心点から固定半径に対し接線方向に拡がる斜面を有する。一実施形態において、押圧プレートは静止表面に取り付けられ、押圧プレートが表面に対し回転しないようにされる。

一実施形態において、第２のバネは旋回アームの表面上でクラッチプレートを押圧プレートに向けて付勢するよう作用する。別の実施形態において、第２のバネは旋回ピンの表面上でクラッチプレートを押圧プレートに向けて付勢するよう作用する。

好ましくは、クラッチプレートと押圧プレートとの間の摩擦係数（μ_Ｃ）、傾斜したクラッチ接触領域と傾斜したアーム接触領域との間の摩擦係数（μ_Ｒ）、傾斜したアーム接触領域のクラッチプレート表面と平行な平面に対する傾斜角（θ）、第１のバネ予荷重（Ｆ_Ｓ１）、第２のバネ予荷重（Ｆ_Ｓ２）、傾斜したアーム接触領域の有効半径（Ｒ_Ｒ）、及びクラッチプレートの有効半径（Ｒ_Ｃ）は、次のように選択される。

本発明のテンショナもまた開示される。一実施形態において、少なくとも１個の板バネがテンショナアームに取り付けられるとともに、テンショナアームの遠位端部が摺動面上で摺動式に支えられる。

別の実施形態において、テンショナアームの遠位端部は第２の旋回ピンに枢動可能に装着される。テンショナはさらに、テンショナアームに取り付けられる少なくとも１個の板バネを備える。第２のテンショナアームは、旋回ピンに枢動可能に装着される近位端部及び第２の旋回ピンに枢動可能に装着される遠位端部を有する。第２のテンショナアーム上の摩耗表面は、摺動面上で摺動式に支えられる。第２のテンショナアームは継手用の押圧プレートとして機能し得る。

本発明のさらに別の実施形態において、旋回継手は、押圧プレート、クラッチプレート、旋回アーム、旋回ピン、及び予荷重バネを備える。押圧プレートは押圧プレート表面を有する。クラッチプレートはクラッチプレートを貫通するクラッチプレートホール及び押圧プレート表面と接触しているクラッチプレート表面を有する。クラッチプレートは、クラッチプレート表面と反対側に少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域もまた有する。旋回アームは旋回ホールを有するとともに傾斜したクラッチ接触領域に対向し、且つそれと相補的な形状の少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域を備える。旋回ピンは、旋回ピンヘッドと、旋回ホール及びクラッチプレートホールを通じて押圧プレート内まで延在する旋回ピン軸とを備える。予荷重バネが旋回ピン上の旋回アームとクラッチプレートとの間に取り付けられる。予荷重バネは旋回アームにクラッチプレートから離れようとする推進力を与えるとともにクラッチプレートにバネ予荷重を与える。予荷重バネはまた、傾斜したクラッチ接触領域と傾斜したアーム接触領域との間に予荷重隙間も設け、これは旋回ピンの周囲のクラッチプレート及び旋回アームの積層高さの増加により吸収される。

本発明の別の実施形態において、テンショナは、押圧プレート、クラッチプレート、テンショナアーム、旋回ピン、及び予荷重バネを備える。押圧プレートは押圧プレート表面を有する。クラッチプレートは、クラッチプレートを貫通するクラッチプレートホール及び押圧プレート表面と接触しているクラッチプレート表面を有する。クラッチプレートは、クラッチプレート表面と反対側に少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域もまた有する。チェーン又はベルトを緊張させるためのテンショナアームは、近位端部に旋回ホールを有する。テンショナアームは、傾斜したクラッチ接触領域に対向し、且つそれと相補的な形状の少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域を備える。旋回ピンは、旋回ピンヘッドと、旋回ホール及びクラッチプレートホールを通じて押圧プレート内まで延在する旋回ピン軸とを有する。予荷重バネが旋回ピン上の旋回アームとクラッチプレートとの間に取り付けられ、旋回アームにクラッチプレートから離れようとする推進力を与える。予荷重バネはクラッチプレートにバネ予荷重を与える。予荷重バネはまた、傾斜したクラッチ接触領域と傾斜したアーム接触領域との間に予荷重隙間も設け、これは旋回ピンの周囲のクラッチプレート及び旋回アームの積層高さの増加により吸収される。

第１のセットの実施形態において、本発明の摩擦ヒンジは二方向クラッチとして働く。摩擦ヒンジは、旋回アーム及びクラッチを押圧プレートに向けて付勢する第１のバネ及びクラッチのみを押圧プレートに向けて付勢する第２のバネを備える。ダブルバネ装置については、クラッチは限界トルク値で高トルク方向（圧縮）に無限に変位するよう摺動し得る。ダブルバネ装置はまた、低トルク方向（伸張）にも無限に変位するよう摺動し得るが、これはランプの背面が衝突するとともにクラッチが駆動されるためである。

第２のセットの実施形態において、本発明の摩擦ヒンジは一方向クラッチとして働く。摩擦ヒンジは、旋回アーム及びクラッチを押圧プレートに向けて付勢するシングルバネを備える。シングルバネ装置の高トルク方向（圧縮）の可能変位は有限であり、これはクラッチが当該方向には絶対に摺動しないためである。シングルバネ装置は低トルク方向（伸張）には無限に変位するよう摺動し得るが、これはランプの背面が衝突するとともにクラッチが駆動されるためである。シングルバネ装置がピンを連結するとともにそれを回転させないために十分なトルクを生成するうえで必要な高トルク方向の回転は、一方向クラッチ装置用のバックラッシュとして機能する。

テンショナ圧縮は本明細書において、テンショナアームのチェーン張力を低減する方向への回転として定義され、一方テンショナ伸張は本明細書において、テンショナアームのチェーン張力を増加させる方向への回転として定義される。

本出願において、シングル板バネテンショナとは、一端を旋回軸により基盤に固定するとともに他端を基盤に固定されるランプ上を摺動させてチェーンドライブを緊張させるために使用される単一の可撓性要素を有するテンショナを指す。可撓性要素は好ましくは、ポリマー摩耗表面及び１つ又は複数の金属製板バネを有するが、他の材料があるいは使用可能であろう。

ダブル板バネテンショナは、各端部でピン継手により共に接合される両側に２個の可撓性要素を有するテンショナを指す。一方のピン継手により双方の要素が基盤に対し回転可能となる。他方のピン継手は基盤に拘束されない。ダブル板バネテンショナにおいては、摩耗表面の一方がチェーンと接触し、及び他方の摩耗表面が基盤に固定されるランプと接触する。いずれのテンショナにおける可撓性要素も、１個又は複数の板バネに接続される摩耗表面を備える。好ましい実施形態において、摩耗表面はポリマー製であるとともに板バネは金属製であるが、当該技術分野において周知の他の材料があるいは使用可能であろう。制約されない状態において、各可撓性要素は固定半径を近似する。

本出願において、用語「基盤」はチェーンドライブの静止基準系を表す。基盤の一般例としては、限定はされないが、エンジンブロック、取付けブラケット、トランスミッションケース、及び機械のフレーム又はケースが挙げられる。

本発明の摩擦ヒンジはブレードテンショナにおける使用について記載されるが、本発明はチェーン又はベルトを緊張させるための任意の緊張アーム用の旋回軸に適用可能である。

シングル板バネテンショナ又はダブル板バネテンショナ用の旋回継手は、旋回継手に偏った摩擦損失を生じる。ある方向の継手回転で生成される摩擦トルクは、反対方向の回転で生成される摩擦トルクより大きい。一実施形態において、継手におけるトルクバイアスの方向を使用することで板バネの減衰が圧縮状態において伸張状態より大きくなる。圧縮状態において大きい減衰及び伸張状態において小さい減衰が、多くの適用でテンショナに望ましい特性である。本装置はまた、継手が大振幅運動を受ける（制御不能の）ときのみ大きい摩擦力を印加するよう設計され得る。

本発明の摩擦継手は、シングル板バネテンショナの旋回端又はダブル板バネテンショナのいずれかの旋回部で使用され得る。一実施形態において、係合する一組の傾斜平面が２つの円形接触領域上に配置されるが、本発明においては任意の数の傾斜平面が使用され得る。より多くの平面を使用して、磨耗を減少させるとともにヒンジ上の接触圧を低下させてもよい。傾斜平面は好ましくは、ポリマーで射出成形によって、又は粉末金属（ＰＭ）から作製される。従って、傾斜平面の数が異なることによる製造原価の差は、あったとしても小さいが、特定の用途には特定の数の傾斜平面が好ましくあり得る。傾斜平面接触領域は板バネ可撓性要素内の旋回ホールを中心とするとともに、接触領域における傾斜平面は、各平面の斜面が旋回ホールの中心点から固定半径に対し接線方向に拡がるよう配置される。

一実施形態において、傾斜平面接触領域は好ましくはポリマー材料であり、ブレードテンショナポリマー摩耗表面の成形加工中に形成される。代替的実施形態において、傾斜平面接触領域はテンショナ可撓性要素と固定される金属材料であるとともに可撓性要素は好ましくは金属材料の周囲に直接成形され、金属材料は好ましくは粉末金属部品である。粉末金属部品は好ましくはスパーを有し、その周囲に可撓性要素が成形されることで傾斜平面接触領域と可撓性要素との間のトルク伝達を支援する。

第２の傾斜平面接触領域は好ましくは、第１の接触領域と同一且つ相補的な形状であるが、第２の接触領域は好ましくは、本明細書においてクラッチプレートと称される小さい円筒形部品上にある。クラッチプレートは好ましくは、ポリマー材料製又は金属材料製である。一実施形態において、クラッチプレートは粉末金属（ＰＭ）から作製されることで、金属部品上に傾斜平面を製造するための複雑な機械加工の実施を不要とする。クラッチプレートは、傾斜平面接触領域と反対側のシリンダの側面に接触領域を有するとともに、本明細書においてこの接触領域はクラッチ接触領域（又はクラッチプレート接触領域）と称される。クラッチ接触領域は場合により、表面に摩擦材が接着される。摩擦材としては、限定はされないが、紙ベースの湿式クラッチ材料及び真鍮が挙げられる。クラッチ接触領域はまた場合により、クラッチの工業的手法で一般的なとおり、摩擦特性を変質させるためテクスチャ加工もされる。例えば、接触領域は好ましくは、潤滑部品の接触領域表面にクロスハッチの切込み又は溝を有する。

クラッチプレートは、好ましくは基盤又は別の板バネ可撓性要素（ダブルブレードテンショナの継手内）のいずれかに取り付けられる押圧プレートと係合する。継手は、傾斜平面の対が完全に圧縮されるとき継手に小さい端部間隙を設けるのに十分な長さの剛性金属ピンで共に保持される。継手端部の遊びは好ましくは、対の傾斜平面が相対的に少し回転することにより端部隙間が吸収されるとともに積層された構成部品がピン上の端部停止要素と接触してピンに直接張力負荷が加えられるようなサイズとされる。小さい相対的回転は１〜２ミリメートル以下の小さいアームの撓みと一致するが、用途に依存する。

２個のバネの実施形態において、第１の予荷重バネ及び第２の予荷重バネは好ましくはコラム状の構成部品として配置され、コラムが継手ピンに対し直接連結しない場合に、傾斜平面及びクラッチプレートに対する公称予荷重を維持する。第１の予荷重バネはテンショナアーム及びクラッチプレートに対し押圧プレートに向けた推進力を与える。第１の予荷重バネは好ましくはベルビルバネである。コイルバネ又は摩擦プレートに対し公称予荷重をかけ得るであろう任意の他の装置があるいは使用され得る。またトーションバネが使用されてもよい。ワッシャもまた場合によりバネと共に備える。第２の予荷重バネ、好ましくはコイルバネは、クラッチプレートのみに押圧プレートに向けた推進力を与える。

２個の予荷重バネはクラッチに初期摩擦力を設定し、これは傾斜平面に対する初期摩擦力より大きい。２つの予荷重は好ましくは、クラッチプレートと押圧プレートとの間の摩擦係数、傾斜平面の係合する表面間の摩擦係数、傾斜平面の角度、並びにクラッチ及び傾斜平面の有効半径と組み合わせて、テンショナ圧縮中に次の条件を満たすよう選択される。低摩擦トルクでは、傾斜平面はクラッチより先に摺動する。限界トルクでは、クラッチ上の摩擦トルクが傾斜平面上の摩擦トルクと等しい。限界トルクを上回ると、クラッチプレートが摺動する。このクラッチ摺動特性により高圧縮力での部品故障が防止されるとともに、これを使用してテンショナのクーロン減衰が調節される。

低摩擦損失が所望される場合の方向に継手が回転するとき、好ましくは次のイベントが起こって継手に比較的低摩擦の回転を生じる。継手は、傾斜平面の対の相対運動がコラムの全高を低減する方向に旋回する。平らな背面が傾斜平面に衝突することにより、可撓性要素がクラッチプレートを駆動してピンの周囲に回転させる。傾斜平面は完全に倒れるため、クラッチプレートと押圧プレートとの間の法線力のみがベルビルバネ及び第２のバネにより生成される公称予荷重である。クラッチプレートと押圧プレートとの間が接触状態のとき摩擦が存在するが、法線力が小さいため摩擦により生成されるトルクは比較的低い。傾斜平面のピッチ並びにクラッチ及び傾斜平面の摩擦特性は好ましくは、回転方向が所望の高摩擦から所望の低摩擦に変化したとき、傾斜平面が固着しようとする傾向を最小限に抑えるよう設計される。

高摩擦損失が所望される場合の方向に継手が回転するとき、好ましくは次のイベントが起こって継手に比較的高摩擦の回転を生じる。継手は、傾斜平面の対の相対運動がコラムの全高を増加させる方向に旋回する。摩擦継手は好ましくは、ヒンジ上の所望又は所定の限界圧縮力を上回るとクラッチが摺動するように設計される。ヒンジ上の圧縮力が限界値未満の場合、傾斜平面の対は広がらないままクラッチプレートが押圧プレートに対して回転するのではなく、傾斜平面が回転するとともに離れて広がる。傾斜平面が少し回転すると、コラムの全高が増加することで継手端部の遊びが全てなくなり、コラムが継手ピンの端部に連結されてピンに直接張力負荷が加えられる。さらに回転することで傾斜平面及びクラッチはエネルギ自給式クラッチとして働き、ここでは大きい法線力が生成されて継手ピンを緊張状態に、及び部品積層コラムを圧縮状態に設定する。エネルギ自給式クラッチにより生じる大きい法線力は継手に比較的高い摩擦トルクをかける。

傾斜平面の斜面及び端部隙間のサイズは好ましくは、板バネ装置が適切に機能しているとともに適正な緊張力を与えてドライブを制御している場合には、クラッチが少しの継手回転ではエネルギを自給しないように選択される。板バネがチェーンドライブを制御できない条件下では、板バネの撓みが大きく、且つ継手回転運動の振幅も増加する。クラッチは、継手における大きな回転運動の結果としてブレードの圧縮中にエネルギを自給する。適切な端部隙間のサイジング及び傾斜平面特性により、ドライブを制御するために追加の摩擦力が実際に必要な稼動条件の間のみ高摩擦力を生成することが可能となる。換言すれば、小さい撓みはクラッチにより減衰することなく、可撓性テンショナアーム単独で完全に減衰され、クラッチは撓みが大きいときのみ作動する。必要な場合にのみ高摩擦力が生じることにより、装置の全耐用年数にわたってあらゆる部品の磨耗が低減される。

本発明の２個のバネの摩擦ヒンジには、好ましくは次の条件が存在する。ピンの連結に先立つ圧縮中、傾斜平面を摺動させるための所要トルクはクラッチを摺動させるための所要トルクより小さい。ピンが連結した後のあるトルク範囲について、傾斜平面を摺動させるための所要トルクは引き続き、クラッチを摺動させるための所要トルクより小さいままである。ピン連結後のある時点で、傾斜平面を摺動させるための所要トルクはクラッチを摺動させるための所要トルクより大きくなる。従って、限界値未満のトルク負荷では、クラッチは動かず、傾斜平面が互いにずれて摺動する。限界トルク負荷の時点で、摩擦ヒンジのクラッチが摺動し始め、トルク負荷が軽減されるとともに部品故障が防止される。

傾斜平面の角度、傾斜平面及びクラッチの摩擦係数、並びに傾斜平面及びクラッチの有効半径は好ましくは、これらの条件を満たすように選択される。

図１、２Ａ、及び２Ｂは、本発明の旋回継手（２）を有するシングルブレードテンショナ（１）を示す。シングルブレードテンショナ（１）は、遠位端（５１）、旋回近位端（３）、及びチェーン摺動面（５２）を有する弓状に湾曲したテンショナアーム（５０）を備える。アーム（５０）の近位端（３）は、ピン（１４）により基盤（１３）（すなわち、エンジンハウジング又はブラケット）に枢動可能に取り付けられる。遠位端（５１）は、基盤に固定されているランプ（１９）上を摺動する。ランプ（１９）は図ではくさび形として示されるが、テンショナがランプ上を摺動可能な他の形状もまた本発明により包含される。アーム（５０）は、チェーン摺動面（５２）を支持するための板バネ（５３）を含む。図には１個の板バネ（５３）のみが示されるが、あるいは、好ましくは金属製の、複数の板バネ（５３）を備える。

シングル板バネテンショナの旋回端（３）では摩擦継手（２）が使用される。図１、２Ａ、及び２Ｂは、２つの半円形接触領域上に配置された係合する一組の傾斜平面（４Ａ）、（４Ｂ）、（５Ａ）、（５Ｂ）を示すが、シングル板バネテンショナ（１）では任意の数の傾斜平面が使用され得る。図５Ａ及び５Ｂは、２つの傾斜平面（４Ａ）、（４Ｂ）を有するクラッチプレート（９）についての傾斜平面接触領域（６）、（７）の上面図及び側面図を示す。

傾斜平面接触領域の組は双方とも旋回ホール（８）を中心とする。一方の組は板バネ可撓性要素（１８）から延在し、第２の組はクラッチプレート（９）から延在する。傾斜平面（４Ａ）、（４Ｂ）、（５Ａ）、（５Ｂ）の斜面は、旋回ホール（８）の中心点から固定半径に対し接線方向に拡がる。図２Ａの破線領域（８８）は好ましくは、連続ポリマー又は板バネのポリマー部分に成形される金属インサートで作製される。クラッチプレート（９）は、傾斜平面接触領域と反対側のシリンダの側面にクラッチ接触領域（１０）を有する。クラッチ接触領域（１０）は場合によりその表面に摩擦材（１１）が接着される。

クラッチプレート（９）は押圧プレート（１２）と係合する。本実施形態において、押圧プレート（１２）は基盤（１３）に取り付けられる。継手は、傾斜平面の対（４）、（５）が完全に圧縮されたとき継手に小さい端部間隙を設けるのに十分な長さの剛性金属ピン（１４）で共に保持される。継手端部の遊びは好ましくは、傾斜平面の対（４）、（５）が相対的に少し回転することで端部隙間（１５）を吸収するとともに積層した構成部品が端部停止要素をピンと接触させてピンに直接張力負荷を加えるようなサイズとされる。好ましくはベルビルバネ（１６）を備えることで、コラムが継手ピン（１４）に対し直接連結しないときの傾斜平面（４）、（５）及びクラッチプレート（９）上の公称予荷重が維持される。場合によりワッシャ（１７）もまた備える。好ましくはコイルバネ（２０）を備えることで、傾斜平面（４）、（５）上の予荷重より大きいクラッチプレート（９）上の公称予荷重が維持される。クラッチプレート（９）と押圧プレート（１２）との間の摩擦係数及び傾斜平面の係合する表面（６）と（７）との間の摩擦係数が、平面の傾斜角、バネ予荷重、並びにクラッチ及び傾斜平面の有効半径と共に、摩擦ヒンジの性能の決定に寄与する。

シングルブレードテンショナ（１）が低摩擦損失状態で図２Ａに、及び高摩擦損失状態で図２Ｂに示される。図２Ａにおいては、端部隙間（１５）が大きく、及び傾斜平面（４Ａ）、（４Ｂ）、（５Ａ）、（５Ｂ）が、傾斜平面の高端で相補的な垂直表面間が接触するように配列される。図２Ｂにおいては、積層高さが増加しているとともに、端部隙間（１５）が可撓性要素（１８）の傾斜平面（５Ａ）、（５Ｂ）の回転により相補的な傾斜平面接触領域が摩擦接触状態となったことに伴い吸収されており、可撓性要素（１８）が押圧プレート（１２）からさらに離れベルビルバネ（１６）を平坦にし、旋回ピン（１４）を連結させている。図２Ａ及び図２Ｂは同じ視点から可撓性要素（１８）を示し、クラッチプレート（９）が回転したように見せている。しかしながら、実際に回転するのはテンショナアーム（５０）、従って可撓性要素（１８）であるとともに、図２Ａの状態から図２Ｂの状態に移行するなか、クラッチプレート（９）と押圧プレート（１２）との間に摺動がない限りクラッチプレート（９）及び押圧プレート（１２）は静止したままであり、摺動がある場合には摺動の結果としてクラッチプレート（９）が回転する点に留意することは重要である。

第１の予荷重バネ（１６）及び第２の予荷重バネ（２０）がクラッチプレート（９）に公称予荷重を設定する一方、第１の予荷重バネ（１６）のみが傾斜平面（４）、（５）に公称予荷重を設定する。従ってクラッチプレート（９）上の予荷重は、傾斜平面（４）、（５）上の予荷重より大きい。図２Ａ及び図２Ｂの実施形態において、第１の予荷重バネ（１６）はベルビルバネとして示される。図４の実施形態に示されるとおり、ベルビルバネの代わりにコイルバネ又は他のバネ（４６）が使用されてもよい。図２Ａ及び図２Ｂの実施形態において、第２の予荷重バネ（２０）はクラッチプレート（９）及びテンショナアーム（１８）に作用してクラッチプレート（９）にテンショナアーム（１８）から離れようとする推進力を与える。図４の実施形態に示されるとおり、第２の予荷重バネ（４９）はあるいは、ピンの表面と接触することによりクラッチプレート（３９）にピン（４４）から離れようとする推進力を与えてもよい。

端部隙間（１５）は典型的には、回転が十分に小さく、ひいては端部隙間が双方向に存在する場合を除き、一方向のみに存在する。結果的に、クラッチに印加される法線力のみがベルビルバネ（１６）及びコイルバネ（２０）に由来する。テンショナ伸張により傾斜平面（４）、（５）が広がり、端部隙間（１５）が吸収されるとともにテンショナ本体とピン（１４）との間に接触が生じる。これにより継手（２）から大きい法線力及び高い摩擦トルクが生まれる。

図３及び４は、本発明の旋回継手（３２）を有するダブルブレードテンショナ（３０）を示す。テンショナアーム（５０）は、チェーン摺動面（５２）を支持するための板バネ（５３）を含む。図では各テンショナアームにつき１個の板バネ（５３）のみが示されるが、好ましくは金属製の、複数の板バネ（５３）があるいは含まれる。

テンショナ（３０）の双方の端部（３３Ａ）、（３３Ｂ）はピン継手により共に接合される。遠位ピン継手（３６）は先行技術の継手であっても、又は本発明の摩擦継手であってもよい。摩耗表面の一方はチェーンと接触するチェーン摺動面（５２）であり、他方の摩耗表面（６１）は、基盤に固定されるランプ（３７）と接触する。ランプ（３７）は図ではくさび形として示されるが、テンショナをランプ上で摺動可能な他の形状もまた本発明により包含される。摩耗表面（６１）はランプ（３７）に沿って摺動する。

摩擦継手（３２）は、テンショナ（３０）の旋回端（３３Ａ）、（３３Ｂ）のいずれかにあり得るが、図では右の旋回端（３３Ａ）に示されている。係合する一組の傾斜平面（３４Ａ）、（３４Ｂ）、（３５Ａ）、（３５Ｂ）が２つの半円形接触領域上に配置されるが、ダブル板バネテンショナ（３０）では任意の数の傾斜平面が使用され得る。傾斜平面接触領域の双方の組とも旋回ホール（３８）を中心とする。一方の組は板バネ可撓性要素（４８Ａ）から延在する。第２の組は、図４に示されるとおり、好ましくはクラッチプレート（３９）から延在するが、第２の組は本発明の精神の範囲内では第２の板バネ可撓性要素（４８Ｂ）から直接延在してもよい。傾斜平面（３４Ａ）、（３４Ｂ）、（３５Ａ）、（３５Ｂ）の斜面は、旋回ホール（３８）の中心点から固定半径に対し接線方向に拡がる。クラッチ接触領域（４０）は場合により、表面に摩擦材（４１）が接着される。

クラッチプレート（３９）は、好ましくは第２の板バネ可撓性要素（４８Ｂ）に取り付けられる押圧プレート（４２）と係合する。継手はピン（４４）で共に保持され、ピンは好ましくは、傾斜平面の対（３４）、（３５）が完全に圧縮されるとき継手に小さい端部間隙を設けるのに十分な長さの剛性金属ピンである。継手端部の遊びは好ましくは、傾斜平面の対が相対的に少し回転すると端部隙間（４５）が吸収されるとともに積層された構成部品をピン上の端部停止要素と接触させてピンに直接張力負荷を加えるようなサイズとされる。第１のコイルバネ（４６）は、コラムが継手ピン（４４）に対し直接連結しないときの傾斜平面（３４）、（３５）及びクラッチプレート（３９）上の公称予荷重を維持する。代替的実施形態においては、図２Ａと同様に、ベルビルバネが使用される。場合によりワッシャ（４７）もまた備える。好ましくは第２のバネ（４９）を備えることで、傾斜平面（３４）、（３５）上の予荷重より大きいクラッチプレート（３９）上の公称予荷重が維持される。図４の実施形態において、第２のバネ（４９）は一端でクラッチプレート（３９）と接触し、他端でピン（４４）の軸の延びた部分と接触する。クラッチプレート（３９）と押圧プレート（４２）との間の摩擦係数及び傾斜平面の係合する表面間の摩擦係数は、平面の傾斜並びにクラッチ及び傾斜平面の有効半径と共に、摩擦ヒンジの性能の決定に寄与する。

ダブルブレードの実施形態において、可撓性要素（４８Ｂ）は好ましくは、押圧プレート（４２）として使用される。可撓性要素（４８Ｂ）の押圧プレート部分は好ましくは、可撓性要素（４８Ｂ）に成形されるポリマー又は金属部分で作製される。好ましくは摩擦材（４１）が押圧プレート（４２）又は前記クラッチプレート（３９）に装着される。

本発明のダブルブレードテンショナの右端（３３Ａ）は必ずしも基盤固定される必要はない。ダブルブレードテンショナの自由端旋回軸の実施形態において、ピン（４４）の遠端に位置するピンリテーナ（３１）は基盤固定されていない。旋回軸が基盤に固定される実施形態においては、リテーナ（３１）が基盤に相当する。場合により追加の摩擦材が可撓性要素（４８Ｂ）と基盤との間に設置される。

これまで考察されてきた図では２つの傾斜平面が示されるが、任意の数の傾斜平面が使用され得る。例えば、図６は３つの傾斜平面接触領域（７０）、（７１）、（７２）を示す。接触領域の各々は低い傾斜（Ｌ）から高い傾斜（Ｈ）に至る。図７は４つの傾斜平面接触領域（８０）、（８１）、（８２）、（８３）を示す。接触領域の各々は低傾斜（Ｌ）から高傾斜（Ｈ）に至る。上記で考察されるとおり、より多くの平面が使用されることで磨耗が減少するとともにヒンジ上の接触圧が減少し得る。特定の用途には特定の数の傾斜平面が好ましくあり得る。単一の傾斜平面対が使用されてもよいが、傾斜平面にモーメントがかかって摩擦が生じることのないよう２つ以上の対が好ましい。

本発明のトルクバイアス摩擦ヒンジは、任意の種類の緊張アームで使用され得る。例えば、図８及び９はテンショナアーム（９１）用の旋回継手（９０）を示す。テンショナアーム（９１）はテンショナアーム付勢装置（９３）により装置（９２）を緊張させる方へと付勢される。前述された旋回ピンの代替例が本実施形態において示される。ダウェルピン（９４Ａ）がピン軸として機能するとともにダウェルピン（９４Ａ）の狭まった部分の周囲に設置されるスナップリング（９４Ｂ）がこの旋回ピンのピンヘッドとなる。ダウェルピン（９４Ａ）は好ましくは、押圧プレート（９５）に基盤固定される。クラッチプレート（９６）、テンショナアーム（９１）、ワッシャ（９７）、テンショナアーム（９１）をクラッチプレート（９６）に向けて付勢するとともに端部隙間（１０２）を設けるためのバネ（９８）、及びスナップリング（９４Ｂ）が、押圧プレート（９５）の上方でピン（９４Ａ）に積層される。ダウェルピン及びスナップリングは本明細書に記載される任意の実施形態において、一体型のヘッドを備えるピンと交換可能に使用され得る。テンショナアーム（９１）及びクラッチプレート（９６）は、互いの対面に相補的な接触表面を形成する相補的な傾斜平面（９９Ａ）、（９９Ｂ）、（９９Ｃ）、（９９Ｄ）を有する。図９には２組の傾斜平面のみが示されるが、本発明においては任意の数の傾斜平面が使用され得る。好ましくは第２のバネ（１００）を備えることでクラッチプレート（９６）上のさらなる公称予荷重が維持される。

図１０及び１１は、本発明の方法のフローチャートを示す。ステップ（１１０）で低摩擦損失が所望される場合の方向に継手が回転すると、本方法により継手に比較的低摩擦の回転が生じる。ステップ（１２０）で継手は、対の傾斜平面の相対運動がコラムの全高を低下させる場合の方向に旋回する。ステップ（１３０）で傾斜平面が完全に倒れることにより、クラッチプレートと押圧プレートとの間の法線力が、第１の予荷重バネ及び第２の予荷重バネにより生成される公称予荷重により決定される。ステップ（１４０）で平坦な背面が傾斜平面と衝突することにより、ステップ（１５０）で可撓性要素がクラッチプレートを駆動してピンの周囲に回転させる。クラッチプレートと押圧プレートとの間には接触状態において摩擦が存在するが、法線力（１６０）に起因して摩擦により生成されるトルクは比較的小さい。傾斜平面のピッチ並びにクラッチ及び傾斜平面の摩擦特性は好ましくは、回転方向が所望の高摩擦から所望の低摩擦に変化したとき傾斜平面が固着しようとする傾向を最小限に抑えるよう設計される。

ステップ（２１０）で高摩擦損失が所望される場合の方向に継手が回転すると、本方法により継手に比較的高摩擦の回転が生じる。ステップ（２２０）で継手は、対の傾斜平面の相対運動がコラムの全高を増加させる方向に旋回する。ヒンジ上の圧縮力が限界値未満のとき、対の傾斜平面が広がらないままクラッチプレートが押圧プレートに対して回転するのではなく、傾斜平面が回転するとともに離れて広がる。少し回転すると、ステップ（２３０）で傾斜平面はコラムの全高を増加させ、ステップ（２４０）で継手端部の遊びが全てなくなり、及びコラムは継手ピンの端部に連結してピンに直接張力負荷を加える。ステップ（２５０）でさらなる回転により傾斜平面及びクラッチがエネルギ自給式クラッチとして働き、ここで大きい法線力が生成される。ステップ（２６０）でエネルギ自給式クラッチにより生成される大きい法線力が結果として継手上に比較的高い摩擦トルクをもたらす。ヒンジ上のトルクがさらに上昇すると、ステップ（２７０）で摩擦ヒンジは限界トルクに達し、ここでクラッチを摺動させるためのトルクが傾斜平面を摺動させるためのトルクに等しくなる。ステップ（２８０）でトルクが限界トルクを上回ると、クラッチが摺動する。エネルギ自給式クラッチはトルクバイアス、又は反対方向の回転と比較したある方向の回転間でのトルク又は力の大きな差（好ましくは因数１０〜１２）を与える。トルクバイアスの値は特定の用途及び利用可能な材料に基づき調整され得る。

本発明の摩擦ヒンジについての好ましいパラメータは、傾斜平面及びクラッチ上での力及びモーメントの均衡に基づき、以下に記載されるとおり決定され得る。本発明の好ましい実施形態において、摩擦ヒンジは以下の力及びモーメントの方程式を使用して決定され、式中、
Ｔ_Ａはテンショナにより傾斜平面に対し印加されるトルク
Ｒ_Ｒは傾斜平面の有効半径
Ｒ_Ｃはクラッチの有効半径
μ_Ｒは傾斜平面の摩擦係数
μ_Ｃはクラッチの摩擦係数
Ｎ_Ｒは傾斜平面の法線力
Ｎ_Ｃはクラッチの法線力
Ｆ_Ｐは連結後のピンからの力
Ｆ_Ｓ１はアーム予荷重力
Ｆ_Ｓ２はクラッチ予荷重力
θはクラッチプレート表面と平行な平面に対する傾斜平面の傾斜角
である。

図１２を参照すると、上記に列挙される変数が、本発明のテンショナアーム（９１）及びクラッチ（９６）についての圧縮中の自由体図で示される。

アーム予荷重力（Ｆ_Ｓ１）及びクラッチ予荷重力（Ｆ_Ｓ２）は、第２の予荷重バネが、図４にあるとおりピンを押圧するのか、又は図２Ａ、図２Ｂ、及び図９にあるとおりテンショナアームを押圧するのかに応じて、次のとおり定義される。アーム予荷重力は、テンショナアームをクラッチプレートに対し付勢する正味予荷重力である。クラッチ予荷重力は、クラッチプレートを押圧プレートに対し付勢する正味予荷重力である。第２の予荷重バネがピンを押圧する構成において、アーム予荷重力は第１の予荷重バネからのバネ力であり、及びクラッチ予荷重力は第２の予荷重バネからのバネ力である。

第２の予荷重バネがテンショナアームを押圧する構成において、アーム予荷重力は第１の予荷重バネからのバネ力と第２の予荷重バネからのバネ力との間で異なる。第１のバネからのバネ力は好ましくは、第２のバネからのバネ力より大きい。この構成においては前出の構成と同様、クラッチ予荷重力は第２の予荷重バネからのバネ力である。

圧縮状態においては、次の方程式が使用される。
旋回アーム傾斜平面力平衡：

旋回アーム傾斜平面モーメント平衡：

図１３を参照すると、上記に列挙される変数が、本発明のテンショナアーム（９１）及びクラッチ（９６）についての伸張中の自由体図で示される。

ランプ衝突前の伸張状態においては、次の方程式が使用される。
旋回アーム傾斜平面力平衡：

ピンの連結前の圧縮中、すなわちＦ_Ｐ＝０の場合、傾斜平面が立ち上がるよう、クラッチは摺動してはならない。ヒンジが記載のとおり機能するためには、クラッチモーメントに対する次の不等式が満たされなければならない。

これをＮ_Ｃについて解いて、

同様にピンの連結前、Ｆ_Ｐ＝０であり、それゆえ、

これをＮ_Ｒについて解いて、

クラッチに対する力平衡から、
Ｎ_Ｃ＝Ｆ_Ｓ２−μ_ＲＮ_Ｒｓｉｎθ＋Ｎ_Ｒｃｏｓθ （３’）
（１”）を（３’）に代入して、

従って、ピンの連結に先立ちクラッチを摺動させることなく傾斜平面を立ち上げるため、（９）及び（１”）を（４”）に代入して、

これをＦ_Ｓ２／Ｆ_Ｓ１ついて解いたうえ簡約すると、

従って、クラッチ予荷重の傾斜平面予荷重に対する限界比は、摩擦係数及びクラッチプレート表面と平行な平面に対する傾斜角の関数となる。

Ｒ_Ｒ＝Ｒ_Ｃの場合、関係式は次のとおり簡約化できる。

摩擦ヒンジ上の限界トルクはピン連結後の圧縮中にクラッチが摺動し始める限界点で生じる。用語Ｆ_Ｓ１、Ｆ_Ｓ２、μ_Ｒ、μ_Ｃ、Ｒ_Ｒ、Ｒ_Ｃ、及びθは、所与の摩擦ヒンジについての既知のパラメータであり、４つの方程式（１）、（２）、（３）、（４）は連立させて、Ｔ_Ａ、Ｎ_Ｒ、Ｎ_Ｃ、及びＦ_Ｐについて解かれる。このようにして摩擦ヒンジの性能は、適切な予荷重バネ力、摩擦係数、ヒンジの有効半径、及び平面の傾斜角を選択することにより、特定の用途向けに微調整され得る。

本発明の摩擦ヒンジはテンショナ圧縮中、テンショナにかかるトルクに応じて３つの異なる態様で動作し得る。図１４を参照すると、アーム変位に対するトルクの図により３つの異なる態様が説明されている。傾斜平面（３０２）、（３０８）、（３１４）及びクラッチ（３０４）、（３１０）、（３１６）についてのトルク−アーム変位曲線が概略的に示される。摩擦ヒンジに対するバネ予荷重は、ピン連結前、傾斜平面を旋回させるために必要なトルク（３０２）がクラッチを旋回させるためのトルク（３０４）未満であるように設計される。ピン連結（３０６）時点で傾斜平面曲線及びクラッチ曲線の双方の傾きが上昇する。傾斜平面トルク線（３０８）はクラッチトルク線（３１０）より傾きが大きいため、限界トルク（３１２）において２つの線は交差する。これが、クラッチが摺動し始める点である。限界点（３１２）を上回るトルクにおいて、傾斜平面トルク線（３１４）はクラッチトルク線（３１６）より高く、クラッチは摺動する。

テンショナ圧縮において、摩擦ヒンジは、線（３０２）−線（３０８）−線（３１８）の経路に従う。第１の態様においては、ピン連結（３０２）前の小さい圧縮トルクで、テンショナアームは比較的容易に旋回する。このトルクは以下では「未連結トルク」と称される。第２の圧縮態様においては、ピンが連結した後のより高い圧縮トルク（３０８）で、テンショナアームを所定量旋回させるためにはより高いトルクが必要とされる。このトルクは以下では「連結トルク」と称される。第３の圧縮態様においては、限界トルクを上回る非常に高いトルク（３１６）で、傾斜平面ではなくクラッチが摺動する。限界トルク（３１２）は継手が生成できる最高摩擦トルクに相当し、さらなるアーム変位により限界点（３１２）を過ぎて水平なトルク曲線（３１８）が生じる。限界点（３１２）未満では全ての線が傾きを有するが、これは積層高さの増加に伴い予荷重バネ又はピンの弾性変形によって法線力が増加するためである。クラッチの摺動後、コラムの高さは増加しないため、法線力は増加しない。従って、クラッチの摺動時に生成されるトルクは一定である。

最大トルク圧縮イベント後、テンショナ伸張は３つの異なる態様を経る。トルクはピンがそれ以上連結しなくなるまで、曲線（３０８）と同様の曲線に従う。ピンの負荷が解放された後、トルクはランプの背面が衝突するまで、曲線（３０２）と同様のより勾配の小さい曲線に従う。実トルク値は伸張状態において圧縮状態のものとは異なるが、これはランプ摩擦力の方向が回転方向の変化に伴い変化するためである。衝突後、クラッチプレート及びテンショナアームが継手で同時に回転することに伴いクラッチが摺動する。最終的なトルク曲線は水平であるが、これは平面の衝突後、継手が回転しても積層高さは減少しないためである。クラッチの摺動時、法線力は一定のままである。

表１は、３つの異なるパラメータセットについて、方程式１〜１２を使用して計算されるトルク値を示す。これらの値は例示に過ぎず、摩擦ヒンジのパラメータとその挙動との間の関係を説明するために与えられる。前述の条件を満足する任意のパラメータセットが、本発明の精神の範囲内で使用され得る。トルクについての符号の慣行として、負のトルクはテンショナ圧縮に抵抗し、正のトルクはテンショナ伸張に抵抗する。これらのうちいずれの場合も、傾斜平面は低トルクで圧縮中に摺動する。計算された出力としては、ピン連結前の圧縮状態における未連結トルク、ピン連結後クラッチを旋回させるための圧縮状態における連結トルク（限界トルク）、ピンを連結するための法線力（Ｆ_Ｐ）、圧縮中の連結トルクの未連結トルクに対する比、壁の衝突前の伸張中のトルク、壁の衝突後の伸張中のトルク、ピンが連結するときコラムの固着を引き離すための最大伸張トルク、大きい変位のための圧縮と伸張との間のトルクバイアス（衝突後の連結圧縮トルク／伸張トルク）、小さい変位のための圧縮と伸張との間のトルクバイアス（衝突前の未連結圧縮トルク／伸張トルク）、及び固着バイアス（完全連結圧縮トルク／未固着トルク）が挙げられる。固着バイアスは、傾斜平面が連結テンショナ圧縮からテンショナ伸張への切り換え時に固着する可能性の指標であり、固着バイアスが大きいほどより低い固着可能性を示す。Ｔ_Ｃ値は圧縮のためのトルク値であり、Ｔ_Ｅ値は伸張のためのトルク値である。

図１５を参照すると、本発明の二方向クラッチは１つの予荷重バネのみを備え得る。摩擦継手（４０２）はテンショナの旋回端（４０３）で使用される。旋回近位端（４０３）はピン（４１４）により基盤（４１３）（すなわち、エンジンハウジング又はブラケット）に枢動可能に取り付けられる。係合する一組の傾斜平面（４０４Ａ）、（４０４Ｂ）、（４０５Ａ）、（４０５Ｂ）が２つの半円形接触領域に配置されるが、このテンショナでは任意の数の傾斜平面が使用され得る。

傾斜平面接触領域の組は双方とも旋回ホール（４０８）を中心とする。一方の組はテンショナアーム（４１８）から延在するが、第２の組はクラッチプレート（４０９）から延在する。傾斜平面（４０４Ａ）、（４０４Ｂ）、（４０５Ａ）、（４０５Ｂ）の斜面は、旋回ホール（４０８）の中心点から固定半径に対し接線方向に拡がる。図２Ａにおける破線領域（４８８）は好ましくは、連続ポリマー又はテンショナアームのポリマー部分に成形される金属インサートで作製される。クラッチプレート（４０９）は、傾斜平面接触領域と反対側のシリンダの側面にクラッチ接触領域（４１０）を有する。クラッチ接触領域（４１０）は場合により、その表面に摩擦材（４１１）が接着される。クラッチプレート（４０９）は押圧プレート（４１２）と係合する。

バネ（４２０）を備えることにより、傾斜平面（４０４）と（４０５）との間に平面隙間（４１５）が設けられるとともにクラッチプレート（４０９）に対する公称予荷重が維持される。継手は好ましくは、対の傾斜平面（４０４）、（４０５）が相対的に少し回転すると平面隙間（４１５）が吸収されるとともに積層された構成部品がピンと接触してピンに対し直接張力負荷を加えるようなサイズとされる。クラッチプレート（４０９）と押圧プレート（４１２）との間の摩擦係数及び傾斜平面の係合する表面間の摩擦係数は、平面の傾斜角、バネ予荷重、並びにクラッチ及び傾斜平面の有効半径と共に、摩擦ヒンジの性能の決定に寄与する。

記載されるとともに図１〜図１５に示される摩擦ヒンジは二方向型クラッチとして働くが、本発明の摩擦ヒンジはまた、一方向クラッチであってもよい。図１６及び１７は、テンショナアーム（５０４）用の旋回継手（５０２）の一方向の実施形態を示す。テンショナアーム（５０４）は、テンショナアーム付勢装置（５０８）により張力を受ける装置（５０６）に向けて付勢される。テンショナアーム（５０４）はピン（５１０）の周囲に枢動する。ピン（５１０）は好ましくは、押圧プレート（５１２）に基盤固定される。クラッチプレート（５１４）、テンショナアーム（５０４）、及び好ましくはテンショナアーム（５０４）をクラッチプレート（５１４）に向けて付勢するとともに端部隙間（５１５）を設けるためのワッシャ（５１６）及びバネ（５１８）が、押圧プレート（５１２）上方でピン（５１０）に積層される。バネ（５１８）は好ましくはベルビルバネである。テンショナアーム（５０４）及びクラッチプレート（５１４）は相補的な傾斜平面（５２０Ａ）、（５２０Ｂ）、（５２２Ａ）、（５２２Ｂ）を有し、互いの対面で相補的な接触表面を形成する。２組の傾斜平面のみが図１７には示されるが、本発明では任意の数の傾斜平面が使用され得る。

本発明の一方向クラッチ摩擦ヒンジの構造は、この一方向ヒンジがクラッチプレートに予荷重をかけるための第２のバネを有しない点で、本発明の二方向摩擦ヒンジとは異なる。一方向クラッチは、図１に示されるとおりのシングルアームテンショナ又は図３に示されるとおりのデュアルアームテンショナで使用され得る。バネ（５１８）は、図４に示されるとおりのコイルバネであってもよく、又はトーションバネであってもよい。

一方向クラッチヒンジの構造は二方向クラッチヒンジと類似しているが、機能の仕方は異なる。一方向クラッチヒンジは、圧縮状態において傾斜平面がクラッチより容易に摺動するよう設計される。この実施形態では第２の予荷重バネがないため、圧縮状態におけるクラッチの摺動は、クラッチの摩擦係数を増加させるか、又は傾斜平面の摩擦係数を減少させることにより防止され得る。ヒンジ上のトルクの増加に伴い傾斜平面が摺動し続け、ピンが連結される。この実施形態においては、圧縮トルクが増加し続けるため、傾斜平面は部品が故障するまで摺動し続ける。圧縮状態においてクラッチを摺動させるためのトルクが傾斜平面を摺動させるためのトルク未満になることはないため、クラッチは圧縮状態においては摺動しない。

ダブルバネ装置について、クラッチは最大トルク値で高トルク方向に無限に変位するよう摺動し得る。対照的に、シングルバネ装置の可能変位は高トルク方向に有限であり、これはクラッチが当該方向には絶対に摺動しないためである。しかしながら、双方の装置とも低トルク方向には無限に変位するよう摺動でき、これはランプの背面が衝突することによりクラッチの駆動が可能となるためである。シングルバネ装置がピンを連結するとともに回転の抑止に十分なトルクを生成するために必要な高トルク方向の回転は、一方向クラッチ装置のためのバックラッシュとして機能する。

従って、本明細書に記載される本発明の実施形態は、単に本発明の原理の適用を例示するものであることは理解されたい。本明細書で言及される詳細な実施形態の説明は、本発明に必須であると見なされるそれらの特徴をそれ自身引用する特許請求の範囲の限定を意図したものではない。

本発明の実施形態におけるシングル板バネテンショナを示す。 図１Ａの線２Ａ−２Ａに沿った部分断面図を示す。 高摩擦損失状態における図２Ａのテンショナを示す。 本発明の実施形態におけるダブル板バネテンショナを示す。 図３の線４−４に沿った部分断面図を示す。 本発明の一実施形態における２つの傾斜平面接触領域を示す。 図５Ａの側面図を示す。 本発明の代替的実施形態における３つの傾斜平面接触領域を示す。 本発明の代替的実施形態における４つの傾斜平面接触領域を示す。 本発明の実施形態におけるテンショナを示す。 図８の線９−９に沿った部分断面図を示す。 低摩擦損失を生み出す本発明の方法のフローチャートを示す。 高摩擦損失を生み出す本発明の方法のフローチャートを示す。 本発明の摩擦ヒンジの圧縮についての自由体図を示す。 本発明の摩擦ヒンジの伸張についての自由体図を示す。 本発明の摩擦ヒンジについてのトルク−変位曲線を示す。 本発明の実施形態におけるシングルバネ二方向クラッチを示す。 本発明の実施形態における一方向クラッチテンショナを示す。 図１６の線１７−１７に沿った部分断面図を示す。

Claims (23)

1. 押圧プレート表面を有する押圧プレートと、
   クラッチプレートを貫通するクラッチプレートホールと、前記押圧プレート表面と接触しているクラッチプレート表面と、前記クラッチプレート表面と反対側の少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域とを有するクラッチプレートと、
   旋回ホールを有するとともに、前記傾斜したクラッチ接触領域と接触し、且つそれと相補的な形状の少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域を備える旋回アームと、
   旋回ピンヘッドと、前記旋回ホール及び前記クラッチプレートホールを通じて前記押圧プレート内まで延在する旋回ピン軸とを備える旋回ピンと、
   前記旋回ピン上の前記旋回ピンヘッドと前記旋回アームとの間に取り付けられていて、前記旋回アームを前記旋回ピンヘッドから離れるように付勢し且つ前記旋回アーム及び前記クラッチプレートに第１のバネ予荷重を提供し且つ前記旋回ピンヘッドと前記旋回アームとの間に端部隙間を設け、該端部隙間が、前記旋回ピンを中心とする前記少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域の前記少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域に対する相対的な回転により吸収されるようにした、第１のバネと、
   前記旋回ピンに取り付けられるとともに前記クラッチプレートの表面上で該クラッチプレートを前記押圧プレートに向けて付勢して前記クラッチプレートに対し第２のバネ予荷重を与える第２のバネと、を備え、
   前記端部隙間が吸収されていないときに、前記旋回アームが所定方向に回転せしめられると、前記傾斜したアーム接触領域が前記旋回ピンを中心として前記傾斜したクラッチ接触領域に対して回転することにより、前記傾斜したアーム接触領域と前記押圧プレートとの間の距離が増加するとともに前記クラッチプレートと前記旋回アームとの積層高さが増加して前記端部隙間の大きさが減少するようになされており、
   前記端部隙間が吸収されたときに、前記旋回アームが前記旋回ピンに接触して拘束され且つ前記旋回ピンに直接テンションがかかるようになされている、旋回継手。
2. 前記クラッチプレートと前記押圧プレートとの間の摩擦係数、前記傾斜したクラッチ接触領域と前記傾斜したアーム接触領域との間の摩擦係数、前記傾斜したアーム接触領域の前記クラッチプレート表面と平行な平面に対する傾斜角、前記第１のバネ予荷重、前記第２のバネ予荷重、前記傾斜したアーム接触領域の有効半径、及び前記クラッチプレートの有効半径が、前記旋回アームが前記所定方向に回転すると、前記傾斜したアーム接触領域を前記傾斜したクラッチ接触領域に対して摺動させるためのトルク荷重が前記クラッチプレートを摺動させるトルク荷重より大きく且つ旋回アームの変位が前記端部隙間を吸収するために必要とされる変位より大きい場合の限界トルク荷重を超えるように選択される、請求項１に記載の旋回継手。
3. 前記クラッチプレートと前記押圧プレートとの間の摩擦係数、前記傾斜したクラッチ接触領域と前記傾斜したアーム接触領域との間の摩擦係数、前記傾斜したアーム接触領域の前記クラッチプレート表面と平行な面に対する傾斜角、前記第１のバネ予荷重、前記第２のバネ予荷重、前記傾斜したアーム接触領域の有効半径、及び前記クラッチプレートの有効半径が、前記旋回ピンが前記所定方向と反対方向に回転すると、前記傾斜したアーム接触領域を前記傾斜したクラッチ接触領域に対して摺動させるためのトルク荷重が前記クラッチプレートを摺動させるためのトルク荷重より小さくなるように選択される、請求項２に記載の旋回継手。
4. 摩擦材が前記クラッチプレートの表面又は前記押圧プレートの表面に設置される、請求項１に記載の旋回継手。
5. 前記第１のバネがベルビルバネである、請求項１に記載の旋回継手。
6. 前記傾斜したクラッチ接触領域が前記旋回ホールを中心とするとともに前記旋回ホールの中心点から固定半径に対し接線方向に拡がる斜面を有する、請求項１に記載の旋回継手。
7. 前記押圧プレートが静止表面に取り付けられることで前記押圧プレートの前記表面に対する回転が防止される、請求項１に記載の旋回継手。
8. 前記第２のバネが前記旋回アームの表面上で前記クラッチプレートを前記押圧プレートに向けて付勢するよう作用する、請求項１に記載の旋回継手。
9. 前記第２のバネが前記旋回ピンの表面上で前記クラッチプレートを前記押圧プレートに向けて付勢するよう作用する、請求項1に記載の旋回継手。
10. 前記クラッチプレートと前記押圧プレートとの間の摩擦係数（μ_Ｃ）、前記傾斜したクラッチ接触領域と前記傾斜したアーム接触領域との間の摩擦係数（μ_Ｒ）、前記傾斜したアーム接触領域の前記クラッチプレート表面と平行な平面に対する傾斜角（θ）、アーム予荷重力（Ｆ_Ｓ１）、クラッチ予荷重力（Ｆ_Ｓ２）、前記傾斜したアーム接触領域の有効半径（Ｒ_Ｒ）、及び前記クラッチプレートの有効半径（Ｒ_Ｃ）が、
    

    

    となるように選択される、請求項1に記載の旋回継手。
11. 押圧プレート表面を有する押圧プレートと、
    クラッチプレートを貫通するクラッチプレートホールと、前記押圧プレート表面と接触しているクラッチプレート表面と、前記クラッチプレート表面と反対側の少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域とを有するクラッチプレートと、
    近位端部で旋回ホールを有するとともに、前記傾斜したクラッチ接触領域と接触し且つそれと相補的な形状の少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域を備える、チェーン又はベルトを緊張させるためのテンショナアームと、
    旋回ピンヘッドと、前記旋回ホール及び前記クラッチプレートホールを通じて前記押圧プレート内まで延在する旋回ピン軸とを備える旋回ピンと、
    前記旋回ピン上の前記旋回ピンヘッドと前記テンショナアームとの間に取り付けられていて、前記テンショナアームを前記旋回ピンヘッドから離れるように付勢し且つ前記テンショナアーム及び前記クラッチプレートに第１のバネ予荷重を提供し且つ前記旋回ピンヘッドと前記テンショナアームとの間に端部隙間を設け、該端部隙間が、テンションがかかったときに前記旋回ピンを中心とする前記少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域の前記少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域に対する相対的な回転により吸収されるようにした、第１のバネと、
    前記旋回ピンに取り付けられるとともに前記クラッチプレートの表面上で該クラッチプレートを前記押圧プレートに向けて付勢して前記クラッチプレートに対し第２のバネ予荷重を与える第２のバネと、を備え、
    前記端部隙間が吸収されていないときに、前記テンショナアームが所定方向に回転せしめられると、前記傾斜したアーム接触領域が前記旋回ピンを中心として前記傾斜したクラッチ接触領域に対して回転することにより、前記傾斜したアーム接触領域と前記押圧プレートとの間の距離が増加するとともに前記クラッチプレートと前記テンショナアームとの積層高さが増加して前記端部隙間の大きさが減少するようになされており、
    前記端部隙間が吸収されたときには、前記テンショナアームが前記旋回ピンに接触して拘束され且つ前記旋回ピンに直接テンションがかかるようになされている、テンショナ。
12. 前記クラッチプレートと前記押圧プレートとの間の摩擦係数、前記傾斜したクラッチ接触領域と前記傾斜したアーム接触領域との間の摩擦係数、前記傾斜したアーム接触領域の前記クラッチプレート表面と平行な平面に対する傾斜角、前記第１のバネ予荷重、前記第２のバネ予荷重、前記傾斜したアーム接触領域の有効半径、及び前記クラッチプレートの有効半径が、前記テンショナアームが前記所定方向に回転せしめられたときに、前記傾斜したアーム接触領域を前記クラッチ接触領域に対して摺動させるためのトルク荷重が、前記クラッチプレートを摺動させるトルク荷重より大きくなり且つテンショナ変位が前記端部隙間を吸収するために必要とされる変位より大きくなるときに生じる限界トルク荷重を超えるように選択される、請求項１１に記載のテンショナ。
13. 前記クラッチプレートと前記押圧プレートとの間の摩擦係数、前記傾斜したクラッチ接触領域と前記傾斜したアーム接触領域との間の摩擦係数、前記傾斜したアーム接触領域の前記クラッチプレート表面と平行な面に対する傾斜角、前記第１のバネ予荷重、前記第２のバネ予荷重、前記傾斜したアーム接触領域の有効半径、及び前記クラッチプレートの有効半径が、前記テンショナアームが前記所定の方向と反対の方向に回転したときに、前記傾斜したアーム接触領域を前記傾斜したクラッチ接触領域に対して摺動させるためのトルク荷重が前記クラッチプレートを摺動させるためのトルク荷重より小さくなるように選択される、請求項１１に記載のテンショナ。
14. 摩擦材が前記クラッチプレート表面又は前記押圧プレート表面に設置される、請求項１１に記載のテンショナ。
15. 前記第１のバネがベルビルバネである、請求項１１に記載のテンショナ。
16. 前記傾斜したクラッチ接触領域が前記旋回ホールを中心とするとともに前記旋回ホールの中心点から固定半径に対し接線方向に拡がる斜面を有する、請求項１１に記載のテンショナ。
17. 前記押圧プレートが静止表面に取り付けられることで前記押圧プレートの前記表面に対する回転が防止される、請求項１１に記載のテンショナ。
18. 前記テンショナアームに取り付けられる少なくとも１個の板バネ、及び
    前記近位端部と反対側の遠位端部、
    を備え、前記遠位端部が摺動表面上で摺動式に支えられる、請求項１１に記載のテンショナ。
19. 前記テンショナアームの前記近位端部と反対側の遠位端部が第２の旋回ピンに枢動可能に装着され、前記テンショナがさらに、
    前記テンショナアームに取り付けられる少なくとも１個の板バネと、
    前記旋回ピンに枢動可能に装着される近位端部と、前記第２の旋回ピンに枢動可能に装着される遠位端部と、摺動表面上で摺動式に支えられる摩耗表面とを有する第２のテンショナアームと、
    を備える、請求項１１に記載のテンショナ。
20. 前記第２のテンショナアームの一部が前記押圧プレートとして機能する、請求項１１に記載のテンショナ。
21. 前記クラッチプレートと前記押圧プレートとの間の摩擦係数（μ_Ｃ）、前記傾斜したクラッチ接触領域と前記傾斜したアーム接触領域との間の摩擦係数（μ_Ｒ）、前記傾斜したアーム接触領域の前記クラッチプレート表面と平行な平面に対する傾斜角（θ）、アーム予荷重力（Ｆ_Ｓ１）、クラッチ予荷重力（Ｆ_Ｓ２）、前記傾斜したアーム接触領域の有効半径（Ｒ_Ｒ）、及び前記クラッチプレートの有効半径（Ｒ_Ｃ）が、
    

    

    となるように選択される、請求項１１に記載のテンショナ。
22. 押圧プレート表面を有する押圧プレートと、
    クラッチプレートを貫通するクラッチプレートホールと、前記押圧プレート表面と接触しているクラッチプレート表面と、前記クラッチプレート表面と反対側の少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域とを有するクラッチプレートと、
    旋回ホールを有するとともに、前記傾斜したクラッチ接触領域に対向し、且つそれと相補的な形状の少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域を備える旋回アームと、
    旋回ピンヘッドと、前記旋回ホール及び前記クラッチプレートホールを通じて前記押圧プレート内まで延在する旋回ピン軸とを備える旋回ピンと、
    前記旋回ピン上の前記旋回アームと前記クラッチプレートとの間に取り付けられていて、前記旋回アームを前記クラッチプレートから離れるように付勢し且つ前記クラッチプレートにバネ予荷重を提供し且つ前記傾斜したクラッチ接触領域と前記傾斜したアーム接触領域との間に予荷重隙間を設け、該予荷重隙間が、前記旋回ピンを中心とする前記少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域の前記少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域に対する相対的な回転により吸収されるようにした、予荷重バネと、を備え、
    前記予荷重隙間が吸収されていないときに、前記旋回アームが所定方向に回転せしめられると、前記傾斜したアーム接触領域が前記旋回ピンを中心として前記傾斜したクラッチ接触領域に対して回転することにより、前記傾斜したクラッチ接触領域と前記傾斜したアーム接触領域との間の距離が減少して前記予荷重隙間の大きさが減少せしめられるようになされており、
    前記予荷重隙間が吸収されたときに、前記旋回アームが前記クラッチプレートに接触して拘束され且つ前記旋回ピンに直接テンションがかかるようになされている、旋回継手。
23. 押圧プレート表面を有する押圧プレートと、
    クラッチプレートを貫通するクラッチプレートホールと、前記押圧プレート表面と接触しているクラッチプレート表面と、前記クラッチプレート表面と反対側の少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域とを有するクラッチプレートと、
    近位端部に旋回ホールを有するとともに前記傾斜したクラッチ接触領域に対向し、且つそれと相補的な形状の少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域を備える、チェーン又はベルトを緊張させるためのテンショナアームと、
    旋回ピンヘッドと、前記旋回ホール及び前記クラッチプレートホールを通じて前記押圧プレート内まで延在する旋回ピン軸とを備える旋回ピンと、
    前記旋回ピン上の前記テンショナアームと前記クラッチプレートとの間に取り付けられていて、前記テンショナアームを前記クラッチプレートから離れるように付勢し且つ前記クラッチプレートにバネ予荷重を提供し且つ前記傾斜したクラッチ接触領域と前記傾斜したアーム接触領域との間に予荷重隙間を設け、該予荷重隙間が、前記旋回ピンを中心とする前記少なくとも１つの傾斜したアーム接触領域の前記少なくとも１つの傾斜したクラッチ接触領域に対する相対的な回転により吸収されるようにした、予荷重バネと、を備え、
    前記予荷重隙間が吸収されていないときに、前記テンショナアームが所定方向に回転せしめられると、前記傾斜したアーム接触領域が前記旋回ピンを中心として前記傾斜したクラッチ接触領域に対して回転することにより、前記傾斜したクラッチ接触領域と前記傾斜したアーム接触領域との間の距離が減少して前記予荷重隙間の大きさが減少せしめられるようになされており、
    前記予荷重隙間が吸収されたときに、前記テンショナアームが前記クラッチプレートに接触して拘束され且つ前記旋回ピンに直接テンションがかかるようになされている、テンショナ。

Images