JP6178860B2 - テンショナ - Google Patents

Description

本発明は、テンショナに関し、より具体的には、相互の間において相対的な軸方向運動を可能にするため協働的に連結される第１ダンピング部材と第２ダンピング部材と、それらの間に配置され、第１ダンピング部材と第２ダンピング部材を離間するように押し遣る圧縮部材とを備えるテンショナに関する。

クランクシャフトによりカムシャフトやバランスシャフトなどの回転部材を同期駆動する最も一般的な２つの方法は、タイミングチェーンとタイミングベルトである。タイミングチェーンは、作動するためにエンジンオイルを必要とする。比較して、殆どのタイミングベルトのアプリケーションは、オイルの存在がベルトを毀損する可能性があり、その意図された目的が妨げられ得ることから、ベルト伝動装置内にオイルが存在しないことを要求する。ベルトにおける最近の進歩は、エンジンオイルが存在する環境からベルトが分離していることをもう必要としない。

しかし、油中で作動するためのベルトの最近の改良は、解決されるべき他の問題を提起する。１つの具体的な問題は、クランクシャフトへのカムシャフトの同期を維持するためベルト駆動装置に適切な張力を与えることである。カムシャフトあるいは他の同期された従動クランクシャフトコンポーネントがクランクシャフトとの同期を失えば、エンジンの破滅的な損傷が起こり得る。

ベルトを通して動力を回転するクランクシャフトから伝達するには、ベルトの一方はクランクシャフトの周りに引っ張られ、これは当業者において一般にベルト緊張側と呼ばれる。反対に、もう一方の側は、ベルトがクランクシャフトから「押し」やられることから、ベルト緩み側と呼ばれる。ベルトが過度に緩んでクランクシャフトとクランクシャフトにより回転されるコンポーネントとの間の同期は失われることを防ぐために緩み側に張力を与えることは重要である。この同期の消失は、当業者において一般的に「歯飛び」あるいは「ラチェッテイング」と呼ばれる。

歯飛びあるいはラチェッテイングを防止するためにベルトの緩みを無くす問題を悪化させるのは、エンジンの回転振動によって引き起こされるテンショナアームの過度の運動、あるいは振動である。アームの過度の運動は、歯飛びやラチェッテイングを発生させる条件をもたらすだけではなく、テンショナとベルトの使用寿命を短くし得る。アーム振動量を最小化するために、摩擦ダンピングが一般に用いられ、これはテンショナがベルトから離れるのを防止するためのものである。

油の存在は、摩擦ダンピングの実現を困難なものとする。擦り合わされる２つの面への潤滑油の適用は、この２つの面の間の相対運動をより容易にする。

この技術の代表は、米国特許第７，９５１，０３０号明細書であり、これにはベースと、ベースに枢軸的に係合されるアームと、アームに軸支されるプーリと、アームとベースの間に係合されるトーションスプリングとを備え、ベースが片持ちリーフスプリング、片持ちリーフスプリングとアームの間に作動可能に介装される第１摩擦ディスクとを有し、片持ちリーフスプリングが第１摩擦ディスクをアームと摩擦接触するように付勢し、第１摩擦ディスクがベースに対して回転自在に固定され、第２摩擦ディスクがベースに対して回転自在に工程され、第１摩擦ディスクおよび第２摩擦ディスクの間に分離部材が配置され、第１摩擦ディスクと第２摩擦ディスクの各々が約０．１２の濡れ摩擦係数(wet coefficient of friction)を有し、分離部材はアームに対して回転自在に固定されることを開示する。

必要とされているのは、第１ダンピング部材と、相対軸運動を可能にするように協働的に連結された第２ダンピング部材と、第１ダンピング部材と第２ダンピング部材とが離れるように押しやり両者の間に配置される圧縮部材とを備えるテンショナである。本発明はこの要求に合致する。

本発明の第１の目的は、協働的に連結され相対的な運動を可能にする第１ダンピング部材と第２ダンピング部材と、それらの間に配置され、第１ダンピング部材と第２ダンピング部材を押し離す圧縮部材とを備えるテンショナと提供することである。

本発明の別の目的は、本発明の以下の詳細な説明と添付図面により指摘され明らかにされる。

本発明は、ベースと、ベースに連結されるシャフトと、シャフトに同軸的に係合される偏心アジャスタと、シャフトに回動自在に係合されるアームと、アームに軸支されるプーリと、アームとベースの間に係合されるトーションスプリングとを備え、アームは、第１収容部と、第１収容部に対して軸方向反対側に配置される第２収容部とを有し、更に、アームとベースの間に配置される第１ダンピング部材を備え、第１ダンピング部材はベースと摩擦係合されるとともに第１収容部に係合され、更に、アームと偏心アジャスタの間に配置され第２収容部に係合される部材を有する第２ダンピング部材と、第１ダンピング部材とアームの間に配置され、第１ダンピング部材と第２ダンピング部材に垂直力を与える付勢部材とを備えるテンショナを含む。

本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明するためのものであり、同一参照番号は同一構成要素を示す。
テンショナの側断面図である。 テンショナの分解図である。 波状スプリングの側面図である。 テンショナの分解図である。 別の実施形態の側断面図である。 図４に示される別の実施形態の分解図である。 バネ高さの関数としてバネ定数（ｋ）を示すチャートである。 リテーナとアジャスタの詳細図である。 アジャスタに設けられたリテーナの詳細図である。 組立てられたシャフトとアジャスタの詳細図である。 図７のリテーナの詳細図である。 シャフトの側断面図である。

図１は、テンショナの側断面図である。テンショナ１００は、ベルト（図示せず）に係合し、ベルト張力あるいは付加を与えるプーリ７を備える。プーリ７は、ベアリング１１によりアーム６に軸支される。プーリ７は、ベアリングの外側レースに係合される。ベアリング１１は、図示されるようにボールベアリングであるが、ニードルベアリングや周知の他の適切なベアリングであってもよい。

アーム６は、トーションスプリング３により付勢され、これによりプール７がベルトに係合するように押しやり、ベルトに引張荷重を与える。トーションスプリング３は、ベース１とアーム６の間に作動可能に配置される。

アーム６は、シャフト２の周りに回動する。アーム６の回動運動は、テンショナが経時的なベルトの伸びによるベルト長さのあらゆる変化、熱膨張によるベルト長さの変化を補償できるようにする。アーム６は、シャフト２の周りの低摩擦ブッシュ１０の周りに回動する。シャフト２は、ベース１に押し嵌められ、ベース１から垂直に延出する。

偏心アジャスタ８も、ベース１とは反対側のシャフト２の端部に押し嵌められる。偏心アジャスタ８は、取り付けの際に、テンショナをベルトとの適正な係合状態になるまで回転するのに用いられる。偏心は、プーリ７やアーム６の回転中心とは同軸ではない穴２１の中心に対して用いられる。偏心アジャスタ８は、全てのコンポーネントとシステムの許容誤差を補償することで、ベルトに所定張力で適正な荷重を掛けるのに使用される。工具（不図示）は、工具受け部８２において、このアジャスタに係合する。偏心アジャスタ８は、ベルト取り付けの際にのみ使用される。穴２１、８１を通してファスナを取付面へと挿入し完全に係合させることでベルトが一旦取り付けられると、それは決まった位置にロックされる。

作動中のアームの振動、あるいは運動を最小化するために摩擦ダンピングが使用される。エンジンの振動により引き起こされる過度のアームの運動は、ベルトが歯飛びすること、すなわち「ラチェット」を引き起こし得る。ベルトの歯飛びあるいはラチェッテイングは、ベルトの従動および原動シャフトの間の同期を喪失させる。

ウエーブスプリング５は、ダンピング部材１３とアーム６の間に配置される。ウエーブスプリング５は、ダンピング部材１３に垂直力を与える。ダンピング部材１３は、摩擦を発生するようにベース１を押圧し、それによりアーム６の振動を減衰する。ダンピング部材１３は、形状において通常はトロイドであるが、円盤形状であってもよい。トーションスプリング３は、アーム６とパッド１２の間で圧縮される。パッド１２は、ベース１と機械的に係合され、タング１２０はタブ４１の各側辺に係合する。これにより係合したパット１２は、ベース１に対する回転運動に関し規制される。

図２は、テンショナの分解図である。ダンピング部材１３は、アーム６とベース１の間に摩擦ダンピングを発生させる。ダンピングディスク９もアーム６と偏心アジャスタ８との間の摩擦ダンピングを生成するのに用いられる。摩擦面９２は、偏心アジャスタ８と係合する。ダンピング部材１３とダンピングディスク９は、アーム６の軸方向反対側の端部に配置される。

ダンピング部材１３とダンピングディスク９は、ベース１と偏心アジャスタ８がエンジン（不図示）などの取り付け面に固定されているのに対して、各々アーム６とともに回転する。プーリ面７１は、適切なベルトに合わせて例えば平坦、マルチリブ、あるいは歯付とされる。

スプリング３の一端３１はタブ４１に係合し、タブ４１はベース１における反作用点として働く。スプリング３の他端３２は、アーム６に係合する。

アーム６の回転は、タブ４１と接触する係止部６３によって規制される。

図２ｂは、ウエーブスプリングの側面図である。ウエーブスプリングは、多重螺旋５１を備える。各コイルは、約１２０°離れた限られた数の位置においてコイル各々が隣接するコイルと接触するうねりを備える。この説明は、スプリングのコイルデザインを限定することを意図したものではない。各スプリングは、設計要求に応じてコイル毎により多くのあるいは少ないうねりを備えていてもよい。また１以上のコイルを備えていてもよい。別の実施形態では、波状スプリングは両端が接合された１つのコイルのみを備える。

図３は、テンショナの分解図である。アーム６からのトルクは、キー溝６１を通してタブ１３０へ伝達され、これによりダンピング部材１３はアーム６にロックされ同調して動かされる。キー溝６１はアーム６の軸方向端部に配置される。ベース１は、実質的に軸方向へ延出するタブ４１（３つが示される）を備える。

アーム６からのトルクは、キー溝６２を通して伝達される。キー溝６２は、アーム６の軸方向端部、キー溝６１とは反対側に配置される。ダンピングディスク９は、軸方向に延出するタブ９１を備える。タブ９１は、キー溝６２に係合する。アーム６の回転は、キー溝６２とタブ９１の干渉によりダンピングディスク９のロックされた回転を引き起こす。

ダンピング部材１３とダンピングディスク９は、波状スプリング５の圧縮により垂直荷重を受け、これにより垂直力摩擦を発生する。この配置は、摩耗と組立公差を補償する。波状スプリング５は、ダンピング部材１３とアーム６の間にあって、収容部６３に取り込まれる。スプリング５は、アーム６とともに回転し、相対的な運動がダンピング部材１３とベース１の間だけで、同様にダンピングディスク９と偏心アジャスタ８の間だけで発生することを保証する。

スプリング５は、そのバネ定数の特性および面接触の面積から好ましい波状スプリングとして示される。図２ｂは、波状スプリングの側面図である。この実施形態では、スプリング５は、各々が波状形状を呈する多数の螺旋、あるいは渦巻を備える。これは、テンショナ組立時の公差に関連する軸方向（あるいは垂直方向）の力の適切な制御を可能にする。トーションスプリング３の圧縮と共同し、更に接合部の摩擦係数と協働する波状スプリングの力は、テンショナ組立体のダンピングレベルを決定する。別の実施形態では、スプリング５は単一の波状コイルスプリングを備える。

様々な接合部の摩擦係数は以下の通りである。
部材 摩擦係数
ベース１に対するダンピング部材１３ ≦０．４
アジャスタ８に対するダンピングディスク９ ≦０．４

ベース１１に対するダンピングディスク１８ ≦０．４
アーム２０に対するダンピングディスク１９ ≦０．４

ダンピング部材１３とダンピングディスク９は、テンショナダンピングのアプリケーションにおいて使用される周知のどのような摩擦素材を備えてもよく、これには耐油性金属やポリマーも含まれる。別の実施形態は、波状スプリングを利用しない圧縮においてトーションスプリング３を用いて十分な軸力を発生させるかもしれない。図６は、バネ高さの関数としてバネ定数（ｋ）を図示するチャートである。総圧縮量が各スプリングタイプに対して、すなわちワッシャスプリング、波状スプリングそして圧縮あるいはトーションスプリングに対して示される。

図４は、別の実施形態の側断面図である。図５は、図４の別の実施形態の分解図である。図４および図５は、スプリングが一緒に回転するように固定された２つのダンピングディスク１８、１９に荷重を掛け、これにより減衰されるためにアーム２０にこれらのダンピングディスクを固定する必要をなくした実施形態を示す。ダンピングディスク１８は、固定構成部であるベース１１に摩擦接触し、そしてダンピングディスク１９は、可動部材であるアーム２０に摩擦接触してアーム２０の運動を減衰する。

偏心アジャスタ１５は、取り付け時に、テンショナをベルトと適正な係合するように移動するのに用いられる偏心器である。偏心は、プーリ１４あるいはアーム１２の回転中心と同軸でない穴１５０の中心に対して言及される。偏心アジャスタ１５は、ベルトに所定張力を与えるのに用いられる。偏心アジャスタ１５は、ベルト取り付け作業の際にのみ用いられ、穴１５０を通してファスナ（不図示）が取り付け面に完全に係合されることでベルトが一旦取り付けられるとその位置は固定される。ファスナには、例えば、ボルトあるいはその他の当技術分野において知られている適当なファスナが含まれる。

プーリ１４は、ベルトに係合し、ベルト張力、あるいはベルト荷重を与える。プーリ１４は、ベアリング１４１の周りにアーム２０に軸支され、プーリ１４はベアリング外側レースに係合される。ベアリング１４１は、図示されるようにボールベアリングであるが、ニードルベアリングや周知の他の適切なベアリングであってもよい。

アーム２０は、トーションスプリング１３により付勢され、これによりプーリ１４をベルト（不図示）に押し付ける。アーム２０の回動運動は、ベルトの経時的な伸長によるベルト長さの任意の変化、熱膨張あるいはエンジン負荷による走行長さの変化、そしてそれによるベルト荷重の変化をテンショナが補償できるようにする。アーム２０は、シャフト１２に設けられた低摩擦ブッシュ１６の周りに回動する。シャフト１２はベース１に固定されている。

アーム２０の運動は、ダンピングディスク１９との摩擦接触により減衰される。ダンピングディスク１９は、Ｏリング１７によりアーム２０内へ押入される。Ｏリング１７は、エラストマ素材からなり、ダンピングディスク１９とダンピングディスク１８に垂直力を与える圧縮可能な弾性部材として用いられる。Ｏリング１７は、波状スプリング、圧縮スプリング、ベルビルスプリング、あるいはバネ特性を備えるその他の周知の圧縮可能な弾性部材により置き換えることができる。ダンピングディスク１８は、Ｏリング１７により押圧され、ベース１１内へと押し込まれる。ベース１１は、エンジン（不図示）などの取り付け面に固定される。摩擦面１９３は、アーム２０に係合する。摩擦面１８３は、ベース１１に係合する。減衰は、ダンピングディスク１８とベース１１、およびダンピングディスク１９とアーム２０の間の接触による摩擦力により発生する抵抗トルクにより生成される。

ダンピングディスク１８に設けられた各タブ１８１は、ダンピングディスク１９に設けられた２つの協働するラグ１９１の間に嵌合する。この配置は、ダンピングディスク１８とダンピングディスク１９を固定し、そのため両者の間に相対回転はないが、これら２つの構成部の間における軸方向への運動は可能にする。軸方向への運動は、Ｏリング１７が両ダンピングディスク１８、１９に予荷重を与え、製造上の公差と摩耗を補償することを可能にする。各タブ１８１に設けられたリップ１８２は、ダンピングディスク１９に設けられた協働するリム１９２に係合し、ダンピングディスク１８、１９の軸方向への相対運動を、両者を１つに固定することで規制する。

ダンピングディスク１８とダンピングディスク１９の組立体は、アーム２０とベース１１の間で「浮いた」状態となる。ダンピングディスク１８、ダンピングディスク１９の何れもベース１１あるいはアーム２０に回転方向に固定されることはない。

リテーナ２１は、この組立体を軸方向に一体的に保持する。リテーナ２１は、偏心アジャスタ１５に固定され、シャフト１２に係合してこの組立体を軸方向に保持する。

図７は、リテーナとアジャスタの詳細図である。リテーナ２１は、テンショナがエンジンに取り付けられていないときに組立体を１つに保持する。リテーナ２１は、支柱１５１と穴２１１と突起２１２の係合によりアジャスタ１５に取り付けられる。２つの支柱１５１は、リテーナ２１が回転することを防止し、突起２１２は、リテーナ２１を支柱１５１に保持する。図１０は、図７のリテーナの詳細図である。

図８は、アジャスタに設けられたリテーナの詳細図である。リテーナ２１とアジャスタ１５の部分的組立体は、シャフト１２内へと挿入される。タブ２１３は、組立の際、弾性的に内側に曲げられ、リテーナ２１がシャフト１２のボアを通り抜けることを可能にする。収容部１５２は、タブ２１３が曲げられて入れられるスペースを提供する。シャフト１２内の円周溝１２１は、タブ２１３が弾性的に外側へ広がりシャフト１２にロックされた状態で係合することを可能にする。図９は、組立てられたシャフトとアジャスタの詳細図である。アジャスタ１５とシャフト１２の相対的な軸方向への運動は、溝１２１の壁面と径方向に広げられたタブ２１３の干渉により規制される。図１１は、シャフトの側断面図である。

ここで本発明の構成が説明されたが、当業者であれば、ここで説明された発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、その構成、パーツ間の関係、方法に様々な変更ができることは明らかである。

Claims (11)

1. ベース（１）と、
   前記ベースに連結されるシャフト（２）と、
   前記シャフトに同軸的に係合される偏心アジャスタ（８）と、
   前記シャフトに回動自在に係合されるアーム（６）と、
   前記アームに軸支されるプーリ（７）と、
   前記アームと前記ベースの間に係合されるトーションスプリング（３）とを備え、
   前記アームは、第１収容部（６１）と、第１収容部に対して軸方向反対側に配置される第２収容部（６２）とを有し、
   更に、前記アームと前記ベースの間に配置される第１ダンピング部材（１３）を備え、前記第１ダンピング部材は前記ベースと摩擦係合されるとともに前記第１収容部（６１）に係合され、
   更に、前記アームと前記偏心アジャスタの間に配置され第２収容部に係合される部材（９１）を有する第２ダンピング部材（９）と、
   前記第１ダンピング部材と前記アームの間に配置され、前記第１ダンピング部材と前記第２ダンピング部材に両者が離間する方向に垂直力を与える付勢部材（５）と
   を備えることを特徴とするテンショナ。
2. 前記付勢部材がウエーブスプリング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. 前記第１ダンピング部材が円環体であることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
4. 前記第２ダンピング部材が円盤であることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
5. 前記第１ダンピング部材と前記第２ダンピング部材がアームの軸方向反対側の両端に配置されることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
6. ベースと、
   前記ベースに連結されるシャフトと、
   前記シャフトに係合される偏心アジャスタと、
   前記シャフトに回動自在に係合されるアームと、
   前記アームに軸支されるプーリと、
   前記アームと前記ベースの間に係合されるトーションスプリングと、
   それらの間における相対的な軸方向運動を可能にするように相互に協働的に連結される第１ダンピング部材と第２ダンピング部材と、
   前記第１ダンピング部材と前記第２ダンピング部材の間に配置され、両者が離間するように押し遣る圧縮部材とを備え、
   前記第１ダンピング部材と前記第２ダンピング部材が、前記ベースと前記アームの間に配置される
   ことを特徴とするテンショナ。
7. 前記圧縮部材がＯリングであることを特徴とする請求項６に記載のテンショナ。
8. 前記第１ダンピング部材と前記第２ダンピング部材が、前記ベースまたは前記アームに回転しないように固定されることを特徴とする請求項６に記載のテンショナ。
9. 前記偏心アジャスタに取り付けられたリテーナを更に備え、前記リテーナが前記シャフト内の溝に係止された状態で係合していることを特徴とする請求項６に記載のテンショナ。
10. 前記リテーナが弾性タブであることを特徴とする請求項９に記載のテンショナ。
11. 前記偏心アジャスタが前記弾性タブを収容する収容部を備えることを特徴とする請求項１０に記載のテンショナ。
    
    

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