JP5512400B2 - テンショナ - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用エンジンの補機を駆動する無端ベルトに張力を付与するために設けられるテンショナに関し、より詳しくはテンショナアームとシャフトの間に装着されるブッシュに関する。

従来、このようなテンショナとして、テンショナアームに対してテンショナカップ等の固定部とプーリが同じ側に設けられたものが知られている（例えば特許文献１）。すなわち、テンショナアームは固定部に設けられたフランジ付シャフトに揺動自在に支持され、テンショナアームの揺動端に設けられたプーリは、テンショナアームに対してフランジ付シャフトと同じ側に設けられている。

テンショナアームとフランジ付シャフトの間にはブッシュが設けられる。ブッシュは例えばナイロンを主成分とする樹脂材で成形され、円筒部とフランジ部を有しており、円筒部によってテンショナアームのスムーズな揺動が確保される。フランジ部はテンショナアームの上面とフランジ付シャフトのフランジ部との間に挟まれる。

特開平８−２００４６０号公報

ベルトからの荷重がプーリに作用すると、テンショナアームにはフランジ付シャフトの頂部中心を支点とするモーメントが発生し、このモーメントによって、ブッシュのフランジ部はフランジ付シャフトのフランジ部の下面に大きな力で押付けられる。このため、テンショナの長期の使用の間にブッシュのフランジ部が摩耗し、破損するおそれが生じる。また、プーリに作用する荷重によって、ブッシュの円筒部の下端部（フランジ部とは反対側）に偏摩耗が発生しやすくなり、この偏摩耗により生じた隙間のために、ブッシュのフランジ部にモーメントがより作用しやすくなってフランジ部の摩耗が促進することとなる。

本発明は、テンショナアームに対して固定部とプーリが同じ側に設けられたテンショナにおいて、ブッシュの耐摩耗性を向上させることを目的としている。

本発明に係るテンショナは、テンショナアームのフランジ付シャフトが挿入される支持穴とフランジ付シャフトの円筒状外周面との間に設けられる円筒部材と、円筒部材とは異なる材料から成形され、フランジ付シャフトのフランジ部とテンショナアームの上面との間に装着されるフランジ部材とを備え、フランジ部材の限界ＰＶ値が円筒部材の限界ＰＶ値よりも大きいことを特徴としている。

フランジ部材は例えばバックメタル層と、このバックメタル層の上に形成された樹脂層とを備え、樹脂層の表面がフランジ付シャフトのフランジ部に摺接する摺動面である。すなわちフランジ部材の一方の面だけが摺動面であるが、フランジ部材の複数の突起がフランジ付シャフトの軸心に直交する直線に関して非対称の位置にあるので、テンショナの組立て作業においてフランジ部材が裏返しに取付けられるおそれはない。

このようなフランジ部材において、好ましくは、樹脂層が四フッ化エチレン樹脂層であり、青銅焼結層を介してバックメタル層に結合される。

フランジ部材に複数の突起が形成されるとともに、テンショナアームに突起が係合する凹部が形成されてもよい。この場合、突起はフランジ部材の外周部から径方向外方に突出するように構成されることが好ましい。この構成によれば、フランジ部材が金属製である場合、その成形が容易である。

本発明によれば、フランジ部材を耐摩耗性の高い材料によって成形することが簡単になり、ブッシュの耐摩耗性を向上させることができる。

本発明の一実施形態であるブッシュが装着されたテンショナを分解して示す斜視図である。 図１に示すテンショナが組立てられた状態における断面図である。 円筒部材とフランジ部材を示す斜視図である。 フランジ部材を示す平面図である。 テンショナアームのフランジ付シャフトの部分を示す平面図である。 フランジ部材の材料組成を示す断面図である。 テンショナアームの初期位置からの傾き経時変化を計測した試験結果を示すグラフである。

以下、図示された実施形態を参照して本発明を説明する。
図１および図２は本発明の一実施形態であるテンショナを示している。本実施形態のテンショナは、自動車用エンジンにおいて、クランクプーリの回転駆動力を種々の補機に伝達する無端状ベルトの張力を調整するために設けられる。

テンショナは円板状のベース１１を介してエンジンブロック（図示せず）に固着される。ベース１１の中央部に設けられた取付け穴１２にはフランジ付シャフト１３の先端部が圧入され、フランジ付シャフト１３には、テンショナをエンジンブロックに固定するためのボルト（図示せず）が挿入される穴１４が形成される。ベース１１の下面にはエンジンブロックに形成された穴に嵌合される位置決めピン１５が設けられ、またベース１１の上面には回り止め突起１６が設けられる。

フランジ付シャフト１３において、円筒状外周面には円筒部材２１が嵌合され、円筒状外周面のフランジ部１７に隣接した部位にはフランジ部材２２が嵌合される。テンショナアーム３０の基部３１に形成された支持穴３２は円筒部材２１に嵌合され、これによりテンショナアーム３０はフランジ付シャフト１３に揺動自在に支持される。テンショナアーム３０の揺動端には、軸受け４１を介してプーリ４２が回転自在に設けられる。軸受け４１はボルト４３によってテンショナアーム３０に固定され、ボルト４３と軸受け４１の間には、軸受け４１に異物が侵入するのを防止するためのダストシールド４４が設けられる。

フランジ付シャフト１３とプーリ４２の回転軸（すなわちボルト４３の軸心）とは平行であり、テンショナアーム３０から同一方向（図１、２において下方）に延びている。この構成により、テンショナの厚さはフランジ付シャフト１３の長さと略同じとなり、薄型化が図られる。

テンショナアーム３０の基部３１は、ベース１１の外縁と略同径の外周筒３３とベース１１の取付け穴１２よりも大径の内周筒３４とを有し、内周筒３４によって囲まれる空間が支持穴３２である。外周筒３３と内周筒３４の間に形成された収容室には、捩じりバネ５１と減衰機構５２が設けられる。減衰機構５２は、上方から見るとＣ型を呈する金属製の支持部材５３と、円弧状の２つの合成樹脂製の減衰部材５４、５５とから成る。減衰部材５４、５５はＬ形の断面を有し、支持部材５３の外周面に取付けられ、ベース１１の上面に載置される。減衰部材５４、５５の外周面は基部３１の外周筒３３の内周壁面に摺接する。支持部材５３と減衰部材５４、５５の端部は回り止め突起１６に係止可能である。

捩じりバネ５１はテンショナアーム３０を揺動方向に付勢するために設けられ、その一端はテンショナアーム３０の基部３１に係合し、他端は減衰機構５２の支持部材５３に係合する。テンショナは、テンショナアーム３０が捩じりバネ５１に抗して捩じられた状態で、プーリ４２をベルトに係合させてエンジンブロックに取付けられ、これによりベルトは常時捩じりバネ５１のバネ力に応じた張力を付与される。

エンジンの駆動時、ベルトの張力が変動しようとすると、ベルトの振動に応じてテンショナアーム３０が揺動し、ベルトの張力の変動が抑えられる。テンショナアーム３０の揺動の振幅は、減衰機構５２において、減衰部材５４、５５と外周筒３３の内周壁面との間の摩擦抵抗によって抑えられる。

テンショナアーム３０は従来、合成樹脂によって一体的に成形されたフランジ付ブッシュを介して、フランジ付シャフトにより支持されていたが、本実施形態では、上述したように円筒部材２１とフランジ部材２２を介して支持される。すなわち円筒部材２１とフランジ部材２２は別部材であり、異なる材料から成形される。円筒部材２１は例えばナイロンを主成分とする合成樹脂から成形されるが、フランジ部材２２は金属から成形される。

円筒部材２１は、テンショナアーム３０のフランジ付シャフト１３が挿入される支持穴３２とフランジ付シャフト１３の円筒状外周面との間に設けられ、これによりテンショナアーム３０のスムーズな揺動が確保される。フランジ部材２２は、テンショナアーム３０の上面に形成された環状段部３５に設けられ、フランジ付シャフト１３のフランジ部１７とテンショナアーム３０の上面との間に装着される。フランジ部材２２は、後述するように、プーリ４２に作用するベルト荷重のモーメントによって早期に摩耗しないように構成されている。

図３は円筒部材２１とフランジ部材２２を示している。円筒部材２１に設けられたスリット２３は、テンショナアーム３０の支持穴３２との嵌め合い誤差を吸収するためであり、円筒面の母線に対して傾斜している。フランジ部材２２は金属板から成形され、フランジ付シャフト１３のフランジ部１７と略同じ環状を有する。フランジ部材２２のテンショナアーム３０に対する位置決めのために、フランジ部材２２の外周部からは３つの突起２４、２５、２６が径方向外方に突出している。

図４はフランジ部材２２を上方から見た図である。直線Ｌはフランジ付シャフト１３の軸心に直交しており、フランジ部材２２の円の中心Ｃを通り、かつ第１および第２の突起２４、２５の中間を通る。第３の突起２６は直線Ｌに対して第１の突起２４側にある。すなわち３つの突起２４、２５、２６は直線Ｌに関して非対称の位置にある。一例として、直線Ｌに対する第１および第２の突起２４、２５の角度位置は２５°であり、第３の突起２６の角度位置は１５°である。

図５はテンショナアーム３０のフランジ付シャフト１３の部分を上から見た図である。テンショナアーム３０の上面に設けられた環状段部３５には、フランジ部材２２の突起２４、２５、２６が係合する３つの凹部３６が形成されている。この係合により、フランジ部材２２はテンショナアーム３０に対して相対回転することはない。

図６はフランジ部材２２の材料組成を示している。フランジ部材２２はバックメタル層２２ａと、このバックメタル層２２ａの上に形成された樹脂層２２ｂとを有する。樹脂層２２ｂの表面２２ｃがフランジ付シャフト１３のフランジ部１７に摺接する摺動面である。樹脂層２２ｂは四フッ化エチレン樹脂層であり、青銅焼結層２２ｄを介してバックメタル層に結合される。

このようにフランジ部材２２は、表面２２ｃだけが摺動面であり、裏面は摺動面ではない。したがってテンショナの組立て工程において、フランジ部材２２をテンショナアーム３０の環状段部３５に装着するときに、フランジ部材２２の表面２２ｃが上方を向くようにしなければならないが、３つの突起２４、２５、２６が直線Ｌに関して非対称の位置に定められ、環状段部３５にも、これらの突起に対応させて凹部３６が設けられているので、フランジ部材２２の表裏が誤った状態で組み付けられることはない。

円筒部材２１は合成樹脂製であるので、円筒部材２１の成形において、テンショナアーム３０を鋳造により成形するときの型を利用することができる。したがって円筒部材２１の形状を支持穴３２に合わせることが容易になり、円筒部材２１を嵌合するために支持穴３２に機械加工を施す必要はない。また、フランジ部材２２は金属製であるので、打ち抜き加工によって簡単に成形することができる。したがって、円筒部材２１とフランジ部材２２から成るブッシュの全体的な製造コストを最小限に抑えることができる。

次にフランジ部材２２の耐摩耗性について説明する。
合成樹脂の摩耗は、その樹脂に作用する圧力Ｐと摺動速度Ｖの積であるＰＶ値に関係する。限界ＰＶ値は合成樹脂毎に異なり、その限界値を超えると摩耗し、限界値以下であれば耐久性に問題は生じない。上記実施形態における円筒部材２１の合成樹脂の限界ＰＶ値は0.5MPa・m/sである。エンジンの低速時では、円筒部材２１における計算ＰＶ値は0.06MPa・m/sであり、またフランジ部材２２における計算ＰＶ値は0.15MPa・m/sであるので、摩耗に関する問題は生じない。しかしエンジンの高速時では、円筒部材２１における計算ＰＶ値は0.21MPa・m/sであるのに対して、フランジ部材２２における計算ＰＶ値は0.81MPa・m/sであり、限界値を超えている。

そこで上記実施形態では、バックメタル層２２ａの上に樹脂層２２ｃが形成されたフランジ部材２２を採用した。このフランジ部材２２の限界ＰＶ値は1.47MPa・m/sであり、したがってエンジンの高速時においても摩耗の問題は生じない。

なお、ブッシュ全体を金属から成形することも可能であるが、この場合、ブッシュは金属板から鍛造により成形されるので、テンショナアーム３０の支持穴３２に対する嵌め合いの精度が低くなるので支持穴３２に切削加工を施すことが必要になるという問題が生じることとなり、製造コストが高くなる。これに対してフランジ部材２２を採用すれば、製造コストを抑えることができる。

図７は、円筒部材２１とフランジ部材２２を実際に製造し、テンショナに組み込んでエンジンに取り付け、テンショナアーム３０の初期位置からの傾き経時変化を計測した試験結果を示している。

比較例として、樹脂ブッシュ１、２とメタルブッシュ１、２を製造した。樹脂ブッシュ１、２は合成樹脂から一体的に成形したものであり、円筒部の端部にフランジ部が一体的に連設されている。メタルブッシュ１、２は金属材料から一体的に成形したものであり、樹脂ブッシュと同様に、円筒部の端部にフランジ部が一体的に連設されている。比較例のブッシュはいずれも、テンショナアームとの嵌め合い誤差を吸収するために、円筒部とフランジ部にスリットが設けられている。

実施例のメタルフランジ１、２は、合成樹脂から成形した円筒部材２１と、金属材料から成形したフランジ部材２２とから成るブッシュを組み込んだテンショナである。

試験条件は以下の通りである。試験条件は、実施例のほうが比較例よりも厳しく、例えばテンショナアームの振動範囲は、樹脂ブッシュ１、２では、全振幅が4.5mm、メタルブッシュ１、２では全振幅が5.0mmであるのに対し、メタルフランジ１、２では全振幅が6.0mmである。

図７から理解されるように、樹脂ブッシュ１、２を備えたテンショナでは、試験時間が約４００時間に達するとテンショナアームの傾き角が限界値に近付いている。これに対して、メタルブッシュ１、２とメタルフランジ１、２を備えたテンショナでは、試験時間が約４００時間に達してもテンショナアームの傾き角は樹脂ブッシュ１、２の場合の傾き角の半分程度であった。すなわち、実施例のようにフランジ部材を金属にすることにより、ブッシュの耐久性が２倍に伸び、また円筒部とフランジ部を金属材料から一体的に成形した構成と比較して、同等の性能を発揮することが理解される。

なお、上記実施形態ではフランジ部材２２は金属から成形されているが、円筒部材２１よりも耐摩耗性の優れた材料であれば合成樹脂であってもよく、例えば、円筒部材２１よりも限界ＰＶ値が大きい材料を採用することも可能である。その例としては、ポリカーボネート樹脂、強化剤あるいは潤滑剤を添加したナイロン6/6樹脂、ポリフタルアミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂が考えられる。これらの限界ＰＶ値は下記の通りである。

また突起２４、２５、２６はフランジ部材２２の外周部から径方向外方に突出しているが、下方に突出する構成でもよく、この場合、突起に係合する凹部はテンショナアーム３０の環状段部３５の上面に形成される。

１３ フランジ付シャフト
２１ 円筒部材
２２ フランジ部材
２４、２５、２６ 突起
３０ テンショナアーム
３２ 支持穴
３６ 凹部
４２ プーリ
Ｌ 直線

Claims (6)

1. フランジ付シャフトに揺動自在に支持されたテンショナアームの揺動端にプーリが回転自在に設けられ、前記シャフトと前記プーリの回転軸が平行であり、かつ前記テンショナアームから同一方向に延びるテンショナにおいて、
   前記テンショナアームの前記シャフトが挿入される支持穴と前記シャフトの円筒状外周面との間に設けられる円筒部材と、
   前記円筒部材とは異なる材料から成形され、前記シャフトのフランジ部と前記テンショナアームの上面との間に装着されるフランジ部材とを備え、
   前記円筒部材と前記フランジ部材は前記シャフトの円筒状外周面に嵌合され、
   前記フランジ部材の限界ＰＶ値が前記円筒部材の限界ＰＶ値よりも大きいことを特徴とするテンショナ。
2. 前記フランジ部材はバックメタル層と、このバックメタル層の上に形成された樹脂層とを備え、前記樹脂層の表面が前記シャフトのフランジ部に摺接する摺動面であることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
3. 前記樹脂層が四フッ化エチレン樹脂層であり、青銅焼結層を介して前記バックメタル層に結合されることを特徴とする請求項２に記載のテンショナ。
4. 前記フランジ部材に複数の突起が形成されるとともに、前記テンショナアームに、前記突起が係合する凹部が形成され、
   前記複数の突起が、前記シャフトの軸心に直交する直線に関して非対称の位置にあることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
5. 前記突起が前記フランジ部材の外周部から径方向外方に突出することを特徴とする請求項４に記載のテンショナ。
6. フランジ付シャフトに揺動自在に支持されたテンショナアームの揺動端にプーリが回転自在に設けられ、前記シャフトと前記プーリの回転軸が平行であり、かつ前記テンショナアームから同一方向に延びるテンショナに設けられるブッシュであって、
   前記テンショナアームの前記シャフトが挿入される支持穴と前記シャフトの円筒状外周面との間に設けられる円筒部材と、
   前記円筒部材とは異なる材料から成形され、前記シャフトのフランジ部と前記テンショナアームの上面との間に装着されるフランジ部材とを備え、
   前記円筒部材と前記フランジ部材は前記シャフトの円筒状外周面に嵌合され、
   前記フランジ部材の限界ＰＶ値が前記円筒部材の限界ＰＶ値よりも大きいことを特徴とするテンショナのブッシュ。

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