JP6246080B2 - オートテンショナ - Google Patents

Description

本明細書に開示された技術は、自動車等に用いられるオートテンショナに関する。

自動車等のエンジン補機を駆動するベルトに張力を付与することで、ベルトに所定の張力を保持させるオートテンショナが広く用いられている。オートテンショナは、ベルト張力の変動をダンピングする機能を有している。

特許文献１には、円筒部材の軸方向内部に収容された捩りスプリングと、円筒部材の内周面に沿って配設された摩擦部材とを備えたオートテンショナが開示されている。このオートテンショナでは、アーム揺動時に摩擦部材の側面が円筒部材の内周面と当接することによってダンピング力を発生させてプーリの揺動を減衰させている。

また、特許文献２には、くさび形の摩擦部材を備えたオートテンショナが開示されている。このオートテンショナでは、プーリが補機駆動用ベルトのベルト張り側に揺動するときには支持軸の外周に沿って摩擦部材を滑らせ、プーリがベルト弛み側に揺動するときには、摩擦部材を支持軸の外周に押し付けてプーリの揺動を減衰させている。

特開２００３−２５４３９９号公報 実開平４−１０５２４６号公報

しかしながら、近年エンジンの回転変動や補機の負荷が増加するのに伴って、オートテンショナにはさらなるダンピング特性の向上が望まれている。特に、ダンピング特性は、アームの捩れが大きくなった場合に十分なダンピング力を発生させるような優れた異方性を有することが要求されている。

本発明の目的は、より優れたダンピング特性を有するオートテンショナを提供することにある。

本発明の一実施形態に係るオートテンショナは、固定部材と、前記固定部材に嵌合された軸部と、前記軸部の上部から径外方向に延在する端部とを有し、前記固定部材に対して前記軸部の軸回り方向に回転自在に設けられたアームと、前記アームの端部に取付けられたプーリと、前記軸部の少なくとも一部の外側を囲み、前記軸部の軸回り方向に前記アームを付勢する捩りコイルばねと、前記捩りコイルばねの外方に配置され、前記固定部材のうち前記捩りコイルばねを囲む部分の内周面、又は前記アームのうち前記捩りコイルばねを囲む部分の内周面を摺動し、円弧状断面を有するダンピング部材と、前記ダンピング部材の周方向の一端と前記固定部材の一部又は前記アームの一部との間に介装されたコイルばねとを備えている。

本発明の一実施形態に係るオートテンショナによれば、より優れたダンピング特性を得ることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係るオートテンショナの構成を示す断面図である。 図２は、図１に示すオートテンショナの固定部材を上方から見た図である。 図３は、図１に示すオートテンショナの変形例における固定部材を上方から見た図である。 図４は、本発明の一実施形態に係るオートテンショナ及びベルト駆動装置を概略的に示す図である。

−オートテンショナの構成−
図１は、本発明の一実施形態に係るオートテンショナ１の構成を示す断面図である。図２は、本実施形態に係るオートテンショナ１の固定部材９を示す平面図である。図２は、固定部材９を上方から見た図である。なお、本明細書では便宜上、図１に示す上下方向（すなわち内筒部９ａ及び軸部５ａの軸方向）を基準として、固定部材９側を下方、プーリ７側を上方として説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態のオートテンショナ１は、固定部材９と、アーム５と、プーリ７とを備えている。

固定部材９は、内筒部９ａと、所定の間隔を空けて内筒部９ａの外側を囲むとともに、内筒部９ａの下部と接続されたブラケット（外筒部）９ｂとを有している。内筒部９ａと外筒部９ｂとで構成される空間（保持部１２）には、捩りコイルばね１１が設置されている。内筒部９ａの内周面には、例えば上方から下方に向かって内径が小さくなるようにテーパーが付けられている。この内周面には、例えばナイロン等の樹脂からなるブッシュ１３が取付けられている。

外筒部９ｂから径外方向（水平方向）に延びた部分には、取付穴１４ａ、１４ｂとが形成されている。この取付穴１４ａ、１４ｂは、エンジン等に固定部材９を取付けるのに用いられる。固定部材９は例えばアルミニウム等の金属で構成され、その全体は公知の方法により一体的に成型可能である。固定部材９の下には樹脂等で構成されたスラスト座金２０が取り付けられており、スラスト部材２０の下には金属等からなるベースプレート１９が取り付けられている。

アーム５は、少なくとも下部が内筒部９ａに挿通された軸部５ａと、軸部５ａの上部から径外方向（水平方向）に延在する端部５ｂとを有している。

アーム５は、ブッシュ１３を介在させた状態で、固定部材９に対して内筒部９ａ及び軸部５ａの軸回り方向に回転自在に取付けられている。なお、本実施形態のオートテンショナ１では、アーム５の回転方向のうち、図２における反時計回りの方向が「捩り方向」となっており、時計回りの方向が「反捩り方向」となっている。このアーム５はアルミニウム等の金属で構成され、公知の方法で成型可能である。

プーリ７は、アーム５の端部５ｂ上にボルト２３を用いて回転自在に支持されており、ボールベアリングやダストシールド等を有している。プーリ７には、車両等の補機を駆動するためのベルトが巻き掛けられている。オートテンショナ１からベルトへは、プーリ７を介して所定の張力が付与される。

捩りコイルばね１１は、その一端がアーム５の係止部５ｅに係止されており、その他端
が固定部材９に係止されていることにより、プーリ７を通してベルトに張力を与えることができる。捩りコイルばね１１の軸は、内筒部９ａの軸とほぼ一致している。捩りコイルばね１１は、シリコンクロム銅等の金属又は金属化合物で構成されていることが好ましい。

本実施形態のオートテンショナ１においては、捩りコイルばね１１の外方に、外筒部９ｂの内周面に沿って設けられ、円弧状断面を有するダンピング補助部材１５が設けられている。ダンピング補助部材１５の外周面と外筒部９ｂの内周面との間には、円弧状断面を有するダンピング部材１７が設けられている。ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７は、それぞれ例えば２７０°以上、より好ましくは３００°以上の範囲で外筒部９ｂの内周面に沿って設けられている。

捩りコイルばね１１とダンピング部材１７との間に介装されたダンピング補助部材１５は、捩りコイルばね１１から加わる力がダンピング部材１７に均一に伝わるように設けられた部材であり、例えば、金属（アルミニウム、鉄等）あるいは樹脂（ナイロン、ポリアミド、変成ポリアミド等）で構成されていてもよい。本実施形態のオートテンショナ１では、ダンピング補助部材１５の一例として、湾曲可能なダンピングリングを用いている。

ダンピング部材１７は、例えば円筒状のブラケット（外筒部９ｂ）の内周面を摺動することで後述のようにダンピング力を発生させる。ここで、図２に示す例では、ダンピング部材１７は、アーム５の一部に係止され、外筒部９ｂの内周面を摺動する。

あるいは、アーム５に捩りコイルばね１１の外側を囲む円筒状部分を設け、ダンピング部材１７がその円筒状部分の内周面を摺動することで後述のようにダンピング力を発生させてもよい（図示せず）。この場合、ダンピング部材１７は固定部材９側に係止される。ダンピング部材１７としては、例えばナイロン、ポリエチレン、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等の熱可塑性樹脂等で構成されたスプリングサポートが用いられる。

ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７は、図１に示すように、捩りコイルばね１１の上部と当接しうる領域に設けられていてもよいが、捩りコイルばね１１の上部以外の部分と当接しうる領域に設けられていてもよい。

また、図２に示すように、アーム５の一部は、捩りコイルばね１１の外側であって、外筒部９ｂの内側に形成されていてもよく、その場合、アーム５の当該部分の一端は、ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７が係止された係止部（突き当て部；第１の係止部）５ｄとなっており、係止部５ｄとは逆の端部は、後述するコイルばね２１が係止された係止部（第２の係止部）５ｃとなっている。

ここで、ダンピング部材１７の軸回り方向の端部のうち反捩り方向の端部を第一の端部１７ａ、アーム捩り方向の端部を第二の端部１７ｂと呼ぶこととする。このとき、本実施形態のオートテンショナ１において、ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７の周方向の一端（第一の端部１７ａ）とアーム５の係止部５ｃとの間には、ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７を周方向に押圧するコイルばね２１が介装されている。このコイルばね２１によって、ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７には、周方向のプレロード（図２に示す矢印Ｆｐ）が付与されている。

この構成において、アーム５が捩り方向に移動した場合、アーム５の係止部５ｅを支点として捩りコイルばね１１が当該端部からある角度（例えば９０°）ずれた方向に移動する。すると、捩りコイルばね１１はダンピング補助部材１５と当接し、ダンピング補助部材１５を介して捩りコイルばね１１からダンピング部材１７へと荷重Ｆｓが加わる。これ
により、ダンピング部材１７は外筒部９ｂとの間で摩擦摺動し、ダンピング力が発生する。

一方、上述のプレロードＦｐが付与されていることにより、ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７は係止部５ｄを支点として周方向に広がる。このため、コイルばね２１に近い程、径外方向への荷重Ｆｒは大きくなり、係止部５ｄに向かうにつれて荷重Ｆｒは小さくなる。この状態で、アーム５が捩り方向に移動した場合、外筒部９ｂは相対的に荷重Ｆｒが大きくなる方向に移動することになるので、ダンピング部材１７と外筒部９ｂとの間の摩擦力は増加し、結果としてダンピング力が増加する。

従って、捩りコイルばね１１から加わる荷重ＦｓにプレロードＦｐにより生じる荷重Ｆｒが加わるので、コイルばね２１を設けない場合に比べてより強いダンピング力を発生させることができる。

これに対し、アーム５が反捩り方向に移動した場合、捩りコイルばね１１は、元の位置に戻るため、捩りコイルばね１１がダンピング部材１７を押す力（荷重Ｆｓ）は弱くなり、ダンピング部材１７と外筒部９ｂとの間に生じる摩擦力は小さくなる。またこの場合、外筒部９ｂは相対的に荷重Ｆｒが小さくなる方向に移動することになるので、ダンピング部材１７と外筒部９ｂとの間の摩擦力は小さくなり、結果としてダンピング力が小さくなる。

以上のように、本実施形態のオートテンショナ１によれば、アーム５が捩り方向に移動する際の摩擦抵抗を大きくすることができるとともに、アーム５が反捩り方向に移動する際の摩擦抵抗を従来よりも大幅に小さくすることができる。これにより、一方向性の優れたダンピング力を得ることができ、アーム５の変位を効果的に抑制することができる。このため、エンジンの回転変動や補機の負荷が増加した場合でも補機駆動ベルトシステムを安定して駆動させることが可能となる。

なお、図２では、コイルばね２１、ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７がアーム５に係止され、ダンピング部材１７と固定部材９の外筒部９ｂとの間で摩擦摺動が生じる例を示したが、アーム５の軸部５ａに捩りコイルばね１１の外側を囲む部分が設けられており、ダンピング部材１７が当該部分の内周面を摺動する構成を有していてもよい。この場合、コイルばね２１、ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７が固定部材９に係止され、軸部５ａのうち、捩りコイルばね１１を囲む部分の内周面とダンピング部材１７との間でダンピング補助部材１５を介して摩擦摺動が生じる構成をとってもよい。このとき、例えば、外筒部９ｂの内周面のうち、ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７が設けられない領域に、径内方向に所定幅で突き出た凸状部を形成し、当該凸状部の一端にダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７を係止し、凸状部の他端にコイルばね２１を係止してもよい。

この構成をとる場合でも、図１及び図２に示すオートテンショナ１と同様に、一方向性の優れたダンピング力を得ることが可能となる。

次に、本実施形態のオートテンショナ１の変形例について説明する。図３は、変形例に係るオートテンショナにおける、固定部材９を示す平面図である。

同図に示すように、本変形例に係るオートテンショナでは、アーム５の捩り方向が図１及び図２に示すオートテンショナ１と逆方向になっており、コイルばね２１がダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７に接続される位置もオートテンショナ１と逆になっている。ただし、コイルばね２１がダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７の第
一の端部（反アーム捩り方向の端部）に接続されている点は共通している。

つまり、ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７の第二の端部１７ｂ（アーム捩り方向の端部）はアーム５の係止部（突き当て部）５ｆに係止され、コイルばね２１は、ダンピング補助部材１５及びダンピング部材１７の第一の端部１７ａとアーム５の係止部（第２の係止部）５ｇとの間に設けられている。

このような構成であっても、アーム５がアーム捩り方向に移動する場合には外筒部９ｂが大きな荷重Ｆｒを受けることになり、アーム５が反アーム捩り方向に移動する場合には外筒部９ｂが相対的に小さい荷重を受けることになるので、図２に示すオートテンショナ１と同様に優れた一方向性のダンピング力を得ることが可能となる。

−ベルト駆動装置の構成−
図４は、本実施形態に係るオートテンショナ及びベルト駆動装置を概略的に示す図である。

オートテンショナ１は、捩りコイルばね１１（図２参照）によって生じたトルクをプーリ７を介して補機駆動用のベルト２２に伝える。ベルト駆動装置は、例えば駆動プーリ４、プーリ２ａ、２ｂを有している。オートテンショナ１のアーム５は、ベルト２２の張力が一定になるように回動する。つまり、ベルト２２の張力が増大したときには、捩りコイルばね１１の捩りトルクに抗して付勢方向と逆の方向（アーム５の捩り方向）に回動する。一方、ベルト２２の張力が減少したときには、アーム５が捩りコイルばね１１の捩りトルクにより、捩りコイルばね１１の付勢方向に回動する。

本実施形態のオートテンショナ１は上述のように一方向性のダンピング特性を有しており、ベルト２２の張力が増大した場合には、ダンピング部材１７と外筒部９ｂとの間の摺動抵抗が大きくなるので、アーム５の回動が効果的にダンピングされる。

一方で、ベルト２２の張力がエンジンの始動等によって急激に低下した場合には、ダンピング部材１７と外筒部９ｂとの間の摺動抵抗は大幅に減少するので、アーム５を元の位置に速やかに復帰させることができ、ベルト２２の振動を迅速に低減することができる。この効果は、上述の変形例に係るオートテンショナを用いた場合にも同様に得ることができる。

なお、以上で説明したオートテンショナの構成は、実施形態の一例であって、各部材の構成、形状、配置等は本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

以上説明したように、本発明の一例に係るオートテンショナは、各種車両等に適用されうる。

１ オートテンショナ
２ａ、２ｂ、７ プーリ
４ 駆動プーリ
５ アーム
５ａ 軸部
５ｂ 端部
５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ、５ｇ 係止部
５ｈ 突き当て部
７ プーリ
９ 固定部材
９ａ 内筒部
９ｂ 外筒部
１１ 捩りコイルばね
１２ 保持部
１３ ブッシュ
１４ａ、１４ｂ 取付穴
１５ ダンピング補助部材
１７ ダンピング部材
１７ａ 第一の端部
１７ｂ 第二の端部
１９ ベースプレート
２０ スラスト部材
２１ コイルばね
２２ ベルト
２３ ボルト
Ｆｐ プレロード
Ｆｓ 捩りコイルばねによる荷重
Ｆｒ プレロードＦｐにより生じる荷重

Claims (7)

1. 固定部材と、
   前記固定部材に嵌合された軸部と、前記軸部の上部から径外方向に延在する端部とを有し、前記固定部材に対して前記軸部の軸回り方向に回転自在に設けられたアームと、
   前記アームの端部に取付けられたプーリと、
   前記軸部の少なくとも一部の外側を囲み、前記軸部の軸回り方向に前記アームを付勢する捩りコイルばねと、
   前記捩りコイルばねの外方に配置され、前記固定部材のうち前記捩りコイルばねを囲む部分の内周面を摺動し、円弧状断面を有するダンピング部材と、
   前記ダンピング部材の周方向の一端と前記アームの一部との間に介装されたコイルばねと、
   前記捩りコイルばねと前記ダンピング部材との間には、ダンピング補助部材とを備え、 前記固定部材は、前記捩りコイルばねの内側に位置する内筒部と、間隔を空けて前記内筒部の外側を囲み、前記内筒部の下部と接続された外筒部とを有しており、
   前記捩りコイルばねは、前記内筒部と前記外筒部とで構成された保持部内に設置され、
   前記軸部は前記内筒部に挿通されており、
   前記ダンピング部材は前記アームの一部に係止されるとともに、前記外筒部の内周面を摺動し、
   前記コイルばねは、前記ダンピング部材の周方向の一端と前記アームの一部との間に介装されており、
   前記アームの一部は、前記外筒部の内周側の、前記ダンピング部材及びダンピング補助部材が設けられない領域に突設した円弧状断面を有する凸状部よりなる突き当て部である
   ことを特徴とするオートテンショナ。
2. 固定部材と、
   前記固定部材に嵌合された軸部と、前記軸部の上部から径外方向に延在する端部とを有し、前記固定部材に対して前記軸部の軸回り方向に回転自在に設けられたアームと、
   前記アームの端部に取付けられたプーリと、
   前記軸部の少なくとも一部の外側を囲み、前記軸部の軸回り方向に前記アームを付勢する捩りコイルばねと、
   前記捩りコイルばねの外方に配置され、前記アームのうち前記捩りコイルばねを囲む部分の内周面を摺動し、円弧状断面を有するダンピング部材と、
   前記ダンピング部材の周方向の一端と前記固定部材の一部との間に介装されたコイルばねと、
   前記捩りコイルばねと前記ダンピング部材との間には、ダンピング補助部材とを備え、
   前記軸部には、前記捩りコイルばねの外側を囲む部分が設けられており、
   前記ダンピング部材は前記固定部材の一部に係止されるとともに、前記アームのうち前記捩りコイルばねの外側を囲む部分の内周面を摺動し、
   前記コイルばねは、前記ダンピング部材の周方向の一端と前記固定部材の一部との間に介装されており、
   前記固定部材の一部は、外筒部の内周面のうち、前記ダンピング補助部材及びダンピング部材が設けられない領域に、径内方向に所定幅で突き出た凸状部よりなる突き当て部である
   ことを特徴とするオートテンショナ。
3. 請求項１又は２に記載のオートテンショナにおいて、
   前記ダンピング部材には、前記コイルばねによって周方向のプレロードが付与されることで生じる径外方向の荷重と、前記アームが前記軸部の軸回り方向の一方であるアーム捩り方向に移動した場合に前記捩りコイルばねから与えられる径外方向の荷重とが加わることを特徴とするオートテンショナ。
4. 請求項１又は２に記載のオートテンショナにおいて、
   前記軸部の軸回り方向の一方をアーム捩り方向、他方を反捩り方向とし、前記ダンピング部材の軸回り方向の端部のうち前記反捩り方向の端部を第一の端部、前記アーム捩り方向の端部を第二の端部とするとき、
   前記コイルばねは、前記ダンピング部材の前記第一の端部に接続されており、
   前記ダンピング部材の前記第二の端部は、前記凸状部の第１の係止部に係止されていることを特徴とするオートテンショナ。
5. 請求項４に記載のオートテンショナにおいて、
   前記ダンピング部材は湾曲可能であり、
   前記ダンピング部材は、前記第１の係止部を支点として、周方向に広がっていることを特徴とするオートテンショナ。
6. 請求項５に記載のオートテンショナにおいて、
   前記ダンピング部材は、前記第１の係止部を支点として２７０°以上の範囲で周方向に広がっていることを特徴とするオートテンショナ。
7. 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載のオートテンショナにおいて、
   前記ダンピング補助部材は、前記ダンピング部材よりも剛性が高く、
   前記ダンピング補助部材の周方向の一端は、前記コイルばねに接続されていることを特徴とするオートテンショナ。

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