JP6542776B2

JP6542776B2 - 荷重付加装置

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Publication number: JP6542776B2
Application number: JP2016540230A
Authority: JP
Inventors: 林貴雄小; 村典利高; 藤隆広伊; 岡和人平
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 2014-08-08
Filing date: 2015-08-03
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2035-08-03
Also published as: WO2016021566A1; JPWO2016021566A1

Description

本発明は無端状のベルトやチェーンの張力を一定に保つために用いられるテンショナーを始めとした荷重負荷装置に関する。

荷重負荷装置のひとつとしてのテンショナーは例えば、自動車のエンジンに組み込まれたタイミングチェーンやタイミングベルトを所定の力で押圧しており、これらに伸びや緩みが生じた場合に，その張力を一定に保つように作用する。

図２４は自動車のエンジン本体２００の内部を示す。エンジン本体２００の内部には、従動軸である一対のカムスプロケット２１０、２１０と駆動軸であるクランクスプロケット２２０とが配置されており、これらのスプロケット２１０、２１０、２２０の間にタイミングチェーン２３０が無端状となって掛け渡されている。そしてクランクスプロケット２２０の回転によってタイミングチェーン２３０がスプロケット２１０、２１０、２２０の間を移動（走行）する。タイミングチェーン２３０の移動路上にはチェーンガイド２４０がタイミングチェーン２３０に接触するように配置されており、タイミングチェーン２３０はチェーンガイド２４０を摺動しながら移動する。チェーンガイド２４０は支軸２５０を中心に揺動可能となっており、この揺動によってタイミングチェーン２３０の張力を調整する。

符号３００は、チェーンガイド２４０をタイミングチェーン２３０に押圧するためにエンジン本体２００の内部に設けられたテンショナーである。テンショナー３００は軸方向への伸縮によってチェーンガイド２４０を押圧する構造のものが一般的に使用される。

図２５はテンショナー３００の一般的な構造を示す。筒状の推進部材３２０と、ねじ部３３０によって推進部３２０と螺合したシャフト状の回転部材３４０と、回転部材３４０に回転トルクを付与するコイルばね３５０と、これらを収容するケース３１０とを備えており、ケース３１０がボルト止め等によってエンジン本体２００に固定される。推進部材３２０はケース３１０の先端部分に取り付けられた軸受部材３６０によって回転が拘束され、これにより推進部材３２０はねじ部３３０を介して伝達された回転部材３４０の回転力によってケース３１０に対して進出しチェーンガイド２４０を介してタイミングチェーン２３０を押圧する。一方、タイミングチェーン２３０の張力が大きくなると、推進部材３２０が回転部材３４０を逆方向に回転させながら後退する。これらの動作によってタイミングチェーン２３０の張力を一定に保つ。

図２５に示す一般的なテンショナー３００においては、推進部材３２０に対してタイミングチェーン２３０から大きな張力が作用すると、推進部材３２０がコイルばね３５０のばね力に抗して後退し易く、タイミングチェーン２３０の張力を保つことが難しい問題がある。このため推進部材３２０の後退（戻り作動）を抑制する必要があり、特許文献１及び２にはこのための従来のテンショナーが開示されている。

特許文献１及び２に開示された従来のテンショナーでは、図２５の構造に加えて、推進部材が進退自在に貫通する貫通孔をケースに形成し、この貫通孔にロック部材を配置している。ロック部材は、推進部材の進出方向に向けて拡径するようにケースに形成したテーパ面と、複数のボールがテーパ面と推進部材との間に挟まれるように保持するリテーナと、リテーナを推進部材の後退方向に付勢する付勢手段とを備えている。このロック部材を備えた構造では、タイミングチェーンの張力が大きくなって推進部材に後退方向（戻り方向）の力が作用すると、ボールがテーパ面と推進部材とに圧接して推進部材の戻り作動を抑制する。

実開平１−１７６２５２号公報特許第４２１３３７７号公報

図２５の一般的なテンショナー及び特許文献１及び２に開示された従来のテンショナーにおいては、コイルばねのばね力によって推進部材が推進してチェーンガイド（タイミングチェーン）を高い荷重で押圧するため、タイミングチェーンが必要以上な高張力となり易く、エンジンの出力ロスとなる問題がある。
又、特許文献１及び２に開示された従来のテンショナーでは、エンジンから強い振動を受けると、ボールの接触面の抵抗力が静摩擦係数から動摩擦係数に変化して低下するため、推進部材が一気に戻り作動する不安定な状態となり易い。又、ボールが推進部材及びテーパ面と点接触して面圧が高いため、エンジンからの繰り返し振動（交番荷重）によって推進部材やテーパ面に圧痕が付き易い問題がある。
又、特許文献１及び２に開示された従来のテンショナーでは、長期使用によってボールが摩耗することによって推進部材のロック力が低下する。さらに、推進部材、テーパ面、ボールは共に剛性が高い鋼部材であるため、エンジンからの振動に対する緩衝性能が低く、チェーンガイドからの振動を受けると打音（衝突音）を発生している。

本発明は、このような一般的なテンショナー及び従来のテンショナーの問題点を考慮してなされたものであり、推進部材の推進を良好な推進力によって行うことができ、しかも推進部材の戻り作動を抑制でき、構成部品への圧痕の発生や打音の発生を防止することが可能なテンショナー等の荷重付加装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の荷重付加装置は、軸方向に進退移動する推進部材と、薄板材が複数回巻かれたゼンマイばねとを備え、前記推進部材は前記ゼンマイばねの外周部と直接に又は受け部材を介して間接的に当接する当接面を有し、前記当接面は前記ゼンマイばねの中心との距離が前記推進部材の進退移動に伴って漸次変化するように形成されていることを特徴とする。

ここで、前記当接面は前記推進部材の先端に近づくにつれて前記ゼンマイばねの中心との距離が漸次大きくなることを特徴とする。

また、前記推進部材及びゼンマイばねを収容する保持部材をさらに有し、前記保持部材には、前記軸方向の進退移動の際に前記推進部材が摺動するガイド面が前記軸方向に沿って直線状となって形成されていることが好ましい。

また、前記保持部材に窓部が形成され、前記受け部材には前記窓部に係止される係止片が形成されていることが好ましい。

また、前記推進部材の進出方向に沿って伸縮する弾性部材がさらに設けられていることが好ましい。

また、前記推進部材に前記当接面が複数形成され、前記ゼンマイばねは複数が前記当接面のそれぞれに対応して設けられていることが好ましい。

また、前記受け部材が係止されるストッパ部材が前記保持部材に着脱自在となっており、前記受け部材が前記ストッパ部材に係止されることにより前記推進部材の進出が停止状態となることが好ましい。

また、前記ゼンマイばねが入り込むことによりゼンマイばねを保持部材の定位置に留める受け凹部が前記保持部材に形成されていることが好ましい。

また、本発明の別の荷重付加装置は、軸方向に進退移動する推進部材と、薄板材が複数回巻かれたゼンマイばねと、前記ゼンマイばねを囲んだ状態でゼンマイばねと前記推進部材との間に配置され、前記ゼンマイばねの拡縮径方向と前記推進部材の進退移動方向との間で方向変換を行う方向変換部材とを備え、前記ゼンマイばねの中心との間の寸法が漸次変化する当接面が前記推進部材の前記ゼンマイばねとの対向面に形成され、前記方向変換部材は、前記推進部材の当接面に対応した形状に形成されて当接面に接触する接触面部を外面に複数有し、前記ゼンマイばねの外周部に当接するばね受け面部を内面に複数有していることを特徴とする。

また、前記推進部材の当接面が前記軸方向と交差する方向に傾斜するテーパ面であることが好ましい。

また、前記推進部材は、自動車のエンジン内で無端状となって移動するタイミングチェーン又はタイミングベルトである相手部材を押圧することが好ましい。

本発明の荷重付加装置によれば、推進部材の推進を良好な推進力によって行うことができ、推進部材の戻り作動を抑制でき、構成部品への圧痕の発生や打音の発生を防止することができる。

本発明の荷重付加装置としての第１実施形態のテンショナーを示す断面図である。図１に対して推進部材が進出した状態を示す断面図である。第１実施形態のテンショナーの全体を示す平面図である。第１実施形態のテンショナーをエンジン本体に取り付けた状態を示す側面図である。図３の右側面図である。（ａ）、（ｂ）は保持部材の上カバーを示す平面図及び側面図である。（ａ）、（ｂ）は保持部材の下カバーを示す平面図及び側面図である。（ａ）、（ｂ）は保持部材の保持本体を示す平面図及び側面図である。（ａ）、（ｂ）は推進部材を示す平面図及び側面図である。（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は受け部材を示す正面図、平面図及び側面図である。ゼンマイばねを示す平面図である。テンショナーに荷重が作用した場合を説明する断面図である。（ａ）、（ｂ）は静荷重が作用したときのゼンマイばねの作動を示す断面図である。交番荷重が作用したときのゼンマイばねの作動を示す断面図である。第１実施形態の変形形態のテンショナーを示す断面図である。本発明の荷重付加装置としての第２実施形態のテンショナーを示す断面図である。第２実施形態のテンショナーの別の形態を示す平面図である。本発明の荷重付加装置としての第３実施形態のテンショナーを示す平面図である。本発明の荷重付加装置としての第４実施形態のテンショナーを示す平面図である。本発明の荷重付加装置としての第５実施形態のテンショナーを示す平面図である。本発明の荷重付加装置としての第６実施形態のテンショナーを示す平面からの断面図であり、図２２のＧ−Ｇ線断面図である。第６実施形態のテンショナーを示す正面からの断面図であり、図２１のＦ−Ｆ線断面図である。第６実施形態のテンショナーに用いる方向変換部材を示し、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は正面図、底面図、平面図である。エンジン本体へのテンショナーの配置を示す断面図である。一般的なテンショナーを示す断面図である。

以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。なお、各実施形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。

（第１実施形態）
図１〜図１１は、本発明の荷重付加装置として用いるテンショナー１の第１実施形態を示す。図１〜図５に示すように、テンショナー１は推進部材２と、ゼンマイばね３と、受け部材５と、これらを収容する保持部材４とを備えている。

推進部材２は、テンショナー１がエンジン本体２００（図２０参照）に取り付けられることにより先端面２０がチェーンガイド２４０に当接し、チェーンガイド２４０を介してタイミングチェーン２３０を押圧する。従って、エンジン本体２００のタイミングチェーン２３０は推進部材２が押圧する相手部材となる。テンショナー１へのエンジン本体２００への取り付けは、図３〜図５に示すように、保持部材４を複数（２個）のボルト１１によってエンジン本体２００に固定することによりなされる。推進部材２は、保持部材４に収容された状態で軸方向（図１、図２、図９の左右に延びる矢印Ｘ方向（以下、軸方向Ｘと記載する））に沿って進退移動する。

保持部材４は図４及び図５に示すように、上下一対の平板状のカバー４１、４２と、上下のカバー４１、４２の間に挟持される保持本体４３とによって形成されている。図６は上カバー４１、図７は下カバー４２を示し、上下のカバー４１、４２は略横長矩形の同形同大の板材によって形成されている。上下のカバー４１、４２の長さ方向の中間部分には、ボルト１１が貫通するボルト用孔４４が対向するように形成されている。又、上下カバー４１、４２には、ゼンマイばね３の巻き上げを行うため窓部４５が対向するように開口される。窓部４５は上下のカバー４１、４２の長さ方向の先端部分（右端部分）に斜め状となって開口されている。窓部４５はゼンマイばね３の巻き上げを行うのに加え、後述する受け部材５の係止片５１（図１０参照）を係止するものである。さらにカバー４１、４２の長さ方向における窓部４５との反対側の端部にはロックピン１２が挿入されるピン孔４６が形成されている。

上下のカバー４１、４２に挟持される保持本体４３は図８に示すように、所定厚さの矩形枠状に形成されることにより、基端側（左端側）の基端辺４３ｃと、基端辺４３ｃの長さ方向終端部分から平行となって対向するように連設された二辺４３ａ、４３ｂとを備えており。先端側（右端側）の辺は削除されることにより開口された開口部４７となっている。この開口部４７を通じて推進部材２が進退移動する。

保持本体４３の長さ方向で対向する二辺４３ａ、４３ｂは推進部材２が進退移動する軸方向Ｘに沿って延びており、この内、一辺４３ａには、推進部材２の進退移動を案内するガイド面１３が形成されている。ガイド面１３は軸方向Ｘと平行となった状態で直線状に延びており、推進部材２はこのガイド面１３を摺動しながら進退移動する。他の一辺４３ｂにはガイド面１３から遠ざかる方向に略湾曲状に窪んだ受け凹部１４が形成されている。受け凹部１４は後述するゼンマイばね３が入り込むことによりゼンマイばね３を保持部材４における定位置に留める。ゼンマイばね３は受け凹部１４に入り込むことにより、その外周部３１が受け凹部１４に当接し、この当接によりゼンマイばね３が保持部材４に受けられて支持された状態となる。なお、保持本体４３には、上下のカバー４１、４２のボルト用孔４４に対向したボルト用孔４８が形成されている。

推進部材２は全体が保持本体４３と略同じ厚さとなっており、保持本体４３の内部に挿入された状態で上下のカバー４１、４２に挟持される。これにより推進部材２は保持部材４に進退可能に収容される。図１、図２及び図９に示すように、推進部材２は軸方向Ｘに沿って延びる本体部２１と、本体部２１の進出方向Ａ側に連設した先端部２２と、本体部２１の後退方向Ｂ側に連設した基端部２３とが一体となって形成されている。先端部２２及び基端部２３は、本体２１からゼンマイばね３及び受け部材５の方向に屈曲するように本体部２１に連設している。このような推進部材２は保持部材４に収容された状態で、先端部２２の先端面２０がエンジン本体２００のタイミングチェーン２３０（チェーンガイド２４０）を押圧する。又、基端部２３は、推進部材２が進出することによって受け部材５に当接する。この当接によって推進部材２の必要以上の進出が停止するため、保持部材４からの推進部材２の脱落を防止することができる。

推進部材２の本体部２１には、当接面９が形成される。当接面９は推進部材２におけるゼンマイばね３との対向面（すなわちゼンマイばね３の外周部３１との対向面）に形成されるものである。この実施形態においては、ゼンマイばね３の外周部３１と推進部材２との間には受け部材５が挟まれるように配置されており、当接面９には受け部材５を介してゼンマイばね３の外周部３１が間接的に当接する。

当接面９はゼンマイばね３の中心３０（図１、図２参照）との間の距離（寸法）が推進部材２の進退移動に伴って漸次変化するように形成されるものである。この実施形態において、図１及び図９に示すように、当接面９は軸方向Ｘに対して交差した直線状の傾斜面となっており、ゼンマイばね３の中心３０との間の距離（寸法）がその長さ方向に沿って漸次変化する。すなわち当接面９における先端側（先端面２０側）が最もゼンマイばね３の中心３０に近く、基端側（基端部２３側）が最もゼンマイばね３の中心３０から離れていると共に、これらの間では、ゼンマイばね３の中心３０との間が連続的に変化するものである。この場合、当接面９は図１に示すように、推進部材２の推進方向（軸方向Ｘ）に対し、テーパ角θで直線状に傾斜したテーパ面となっている。このような構造では、受け部材５を介して当接面９に間接的に当接しているゼンマイばね３は当接面９との当接位置に応じて径が拡縮する。

図１、図２及び図９に示すように、推進部材２の本体部２１における当接面９との反対側の面は、保持部材４のガイド面１３と同様に直線状の摺動側面２４となっており、この摺動側面２４が保持部材４のガイド面１３に接触している。推進部材２が進退移動する際には、摺動側面２４と保持部材４のガイド面１３とが相互に摺動し、この摺動によりこれらの間には摩擦抵抗が発生する。なお、推進部材２の本体部２１における基端部２３にはロックピン１２が係合するピン用凹部２５が形成されている。

ゼンマイばね３は、ばね性を有した薄板材を複数回渦巻き状に巻くことにより形成されている。図１１は、ゼンマイばね３を示し、渦巻き状の内端部が巻き上げ部３２となっており、渦巻き状の外端部は受け部材５に引っ掛けられて係止する外端係止部３３となっている。ゼンマイばね３は保持部材４の受け凹部１４に入り込むことにより保持部材４の定位置にセットされる。ゼンマイばね３のセット状態では巻き上げ部３２が保持部材４の窓部４５に臨んでおり、窓部４５から巻き上げ部材（図示省略）を挿入して回転操作することによりゼンマイばね３を巻き上げる（縮径させる）ことができる。

図１及び図２に示すように、受け部材５はゼンマイばね３の外周部３１と推進部材２の当接面９との間に設けられ、これによりゼンマイばね３の外周部３１が受け部材５を介して当接面９に間接的に当接している。図１０に示すように、受け部材５は中央受け片部５２の両端から左右側受け片部５３、５４がゼンマイばね３の方向に一体的に屈曲することにより形成されている。図１及び図２に示すように、受け部材５が推進部材２及びゼンマイばね３の間に配置されることにより、中央受け片部５２の背面が推進部材２の当接面９に当接し、左右側受け片部５３、５４の前面がゼンマイばね３の外周部３１に当接する。中央受け片部５２が推進部材２の当接面９に当接することにより、推進部材２の進退移動に際に、中央受け片部５２に対して当接面９が摺動するため、受け部材５と推進部材２との間に摩擦抵抗が発生する。又、左右側受け片部５３、５４がゼンマイばね３の外周部３１に当接することにより、ゼンマイばね３の拡径によって受け部材５が推進部材２の当接面９を押圧して推進部材２が進出方向Ａに移動する一方、推進部材２の後退方向Ｂへの移動によって受け部材５がゼンマイばね３を押圧して同ばね３を縮径させる。

ゼンマイばね３の外端係止部３３は左側受け片部５３に係止される。上述した係止片５１は、受け部材５の中央受け片部５２を上下方向に幾分伸ばすことにより形成されており、この係止片５１が保持部材４の窓部４５に係止される。この係止によって、受け部材５は保持部材４から外れることがなくなると共にゼンマイばね３の拡縮に応じて窓部４５の長さ方向に沿って移動可能となる。さらに、窓部４５との変位によって、受け部材５は推進部材２からの軸方向Ｘの荷重を受け止めるようになっている。

以上の構造のテンショナー１では、図１及び図２に示すように、ゼンマイばね３の外周部３１が保持部材４の受け凹部１４に当接し、推進部材２の摺動側面２４が保持部材４のガイド面１３に接触し、受け部材５が推進部材２の当接面９及びゼンマイばね３の外周部３１に当接するように組み付けられる。この組み付け状態で、窓部４５を通じてゼンマイばね３の巻き上げを行うと、ゼンマイばね３が縮径して推進部材２を後退方向Ｂに戻すことができる。

テンショナー１はゼンマイばね３を縮径させ、推進部材２を保持部材４の最も後側に位置させた状態でロックピン１２を保持部材４のピン孔４６に差し込む。これによりロックピン１２が推進部材２のピン用凹部２５に係止するため、図１に示すように推進部材２が最も後退した位置で停止する。この状態でテンショナー１の全体をボルト１１によってエンジン本体２００に取り付ける。その後、ロックピン１２を引き抜くことにより、推進部材２が進出可能状態となり、ゼンマイばね３が拡径しながら受け部材５を介して推進部材２の当接面９を押圧する。これにより推進部材２は進出方向Ａに進出して図２に示す状態となり、エンジン本体２００のチェーンガイド２４０を押圧する。

推進部材２がチェーンガイド２４０（タイミングチェーン２３０）から交番荷重（振動）を受けると、推進部材２の当接面９が受け部材５を介してゼンマイばね３を押圧する。これによりゼンマイばね３は径方向に撓む。さらに繰り返し交番荷重を受けることにより、ゼンマイばね３は全体的に縮径する動作を行う。

図１２〜図１４は、荷重を受けた場合のゼンマイばね３の作用を示す。図１２に示すように、チェーンガイド２４０（タイミングチェーン２３０）から荷重を受けると、推進部材２の当接面９が受け部材５を押すため、受け部材５に荷重Ｐとして作用する。

図１３は、ゼンマイばね３に対して静的な荷重が作用したときの変化を示し、（ａ）は荷重が作用する前の状態、（ｂ）は荷重が作用したときの状態である。荷重が作用する前においては、巻き上げ部３２となっている内端部３２が図１３（ａ）の位置Ｚ１となっている。静的な荷重Ｐを受けると、ゼンマイばね３は略菱形形状に弾性変形して撓みを生じる。さらに大きな荷重が加わると、ゼンマイばね３の全体が縮径するような方向（図１４におけるＴ２方向）のトルクが作用し、このトルクがゼンマイばね３が拡径する方向（図１４におけるＴ１方向）のトルクを超えるとゼンマイばね３の全体が巻き締まり内端部３２がＴ２方向に移動し、ゼンマイばね３の全体が図１３（ｂ）の矢印方向に巻き締まるように作動し、内端部（巻き上げ部）３２が位置Ｚ２に移動する。

図１４はチェーンガイド２４０から交番荷重（動的荷重）が作用した状態を示す。ゼンマイばね３が拡径する方向の荷重Ｔ１に対し、交番荷重によって発生する巻締め方向への荷重Ｔ２が大きい場合、交番荷重の１波形に対しゼンマイばね３の薄板材が滑り、交番荷重の１波形ごとに内端部３２がＴ２方向に徐々に移動してゼンマイばね３の全体が縮径作動する。かかる縮径作動が進行すると、ゼンマイばね３は拡径する方向の荷重Ｔ１が増加し、拡径する方向の荷重Ｔ１と巻締め方向の荷重Ｔ２が釣り合った位置までゼンマイばね３が縮径して安定化する。
一方、ゼンマイばね３が略菱形形状に弾性変形する際には、薄板材の間で摩擦抵抗が発生するため、推進部材２の進退作動時にゼンマイばね３が縮径方向及び拡径方向で荷重の差（ヒス特性）が発生し、この差によってチェーンガイド２４０からの交番荷重を緩衝して受けることができる。

このようなテンショナー１においては、ゼンマイばね３が拡径する荷重は、受け部材５を介して推進部材２の当接面９に略直角方向に作用し、推進部材２は略直角方向のトルクの分力によって進出方向Ａに沿って移動する。このときのトルクの分力は保持部材４のガイド面１３と推進部材２の摺動側面２４とが摺動することによる摩擦抵抗及び推進部材２の当接面９と受け部材５の中央受け片部５２とが摺動することによる摩擦抵抗に大部分が消費される。このため、進出方向Ａに発生するゼンマイばね３の押圧力は、ゼンマイばね３の拡径荷重よりも大幅に少ない荷重となる。従って推進部材２がチェーンガイド２４０を押す荷重が低くなるため、タイミングチェーン２３０の摺動抵抗を低減することができる。タイミングチェーン２３０の摺動抵抗を低減させることができることからエンジンの出力ロスを低減することができる。

推進部材２がチェーンガイド２４０から後退方向Ｂの荷重を受けた場合においても、保持部材４のガイド面１３と推進部材２の摺動側面２４とが摺動することによる摩擦抵抗及び推進部材２の当接面９と受け部材５の中央受け片部５２とが摺動することによる摩擦抵抗があるため、推進部材２の後退（戻り）に対して大きな抵抗を発揮する。さらに、推進部材２が後退するときのゼンマイばね３の縮径では、同ばね３の薄板材間での摩擦抵抗が大きくなり、推進部材２の後退に対する抵抗となる。このため、推進部材２の戻り作動を確実に抑制することができる。

テンショナー１においては、ゼンマイばね３の拡径力が受け部材５を介して常に推進部材２の当接面９を押圧しているため、部品間の隙間の発生が少なく、チェーンガイド２４０から振動を受けても打音を発生させることがない。

さらに、保持部材４のガイド面１３と推進部材２の摺動側面２４とが接触し、推進部材２の当接面９と受け部材５とが接触し、ゼンマイばね３と受け部材５とが接触し、ゼンマイばね３と保持部材４の受け凹部１４とが接触した状態となっている。これらによって接触面積が大きくなっており、この大きな接触面積でチェーンガイド２４０からの交番荷重を受けているため、構成部品に発生する圧痕を抑制することができる。加えて、ゼンマイばね３の外周部３１が受け部材５の左右側受け片部５３、５４に当接すると共に保持部材４の受け凹部１４に当接して荷重を受けるため、ゼンマイばね３が容易に撓んだ状態となって面圧が低くなる。これによっても圧痕の発生を抑制することができる。

次に、テーパ面となっている推進部材２の当接面９のテーパ角θについて説明する。推進部材２が鋼製部材の場合、その静摩擦角度ρは約６．８°である。この静摩擦角度ρは、静摩擦係数μに対し、μ＝ａｒｃｔａｎρで決定され、鋼の静摩擦係数μが約０．１２前後であることから約６．８°となるものである。テンショナー設計の実際では、推進部材２の当接面９のテーパ角θをこの静摩擦角度ρの２倍前後に設定することにより、推進部材２の進出方向Ａの推進力が少なくなってチェーンガイド２４０を押圧する力を弱くすることができ、メカニカルロスを低減することができる。ここで、テーパ角θ＝１５°とした場合、軸方向Ｘと直角方向（図１の矢印Ｃ方向）における当接面９の寸法変化に対し、推進部材２の進出方向Ａ及び後退方向Ｂの作動量は約３．８倍に増大する。これによりゼンマイばね３の拡縮径が少なくても推進部材２の作動量を確保することができる。

この実施形態では、推進部材２の当接面９をテーパ面としているが、これに限らず、ゼンマイばね３の中心３０との寸法（距離）が漸次変化するものであれば、緩やかな曲面や曲面及び平面の複合面であっても良い。ゼンマイばね３の外径によってばねの拡径の荷重が変化することを一定化するためである。かかる当接面９の変形例については、以下の実施形態においても同様である。

図１５はこの実施形態の変形形態であるテンショナー１Ｆを示す。テンショナー１Ｆは、相手部材としてのタイミングチェーン２３０を押圧するために推進部材２が保持部材４に引き込まれる構造となっている。

すなわち、テンショナー１Ｆにおいては、保持部材４の軸方向（前後方向）の両端部が開口されており、推進部材２における軸方向Ｘの基端部２３を保持部材４の後端開口部から後退方向Ｂ（反進出方向Ａ）に引き出している。この推進部材２の後端部２３には係止溝部２７が形成されており、この係止溝部２７がチェーンガイド２４０の係止凸部２４０ａに係合している。ゼンマイばね３の進出方向への荷重により推進部材２が進出方向Ａに移動すると、推進部材２が保持部材４に引き込まれる。この引き込みの際に、推進部材２はチェーンガイド２４０を進出方向Ａに移動させるため、チェーンガイド２４０はその右端面を摺動しているタイミングチェーン２３０を押圧する。これによりタイミングチェーン２３０に張力を付与することができる。

（第２実施形態）
図１６及び図１７は、本発明の荷重付加装置の第２実施形態のテンショナー１Ａを示す。第２実施形態では、第１実施形態のテンショナー１に対し、弾性部材６を設けるものである。

図１３の形態のテンショナー１Ａでは、保持部材４の基端辺４３ｃを軸方向Ｘに沿って筒状に延長して筒状部分６１を形成し、この筒状部分６１の内部と推進部材２の基端部２３との間に弾性部材６としてのコイルばねを配置している。図１３の形態のテンショナー１Ａでは、推進部材２の先端部２２を進出方向Ａに沿って延長し、この延長部分に弾性部材６としてのコイルばねを外挿することにより弾性部材６を保持部材４の外側に配置している。いずれの形態においても、弾性部材６は推進部材２の進出方向Ａに沿って伸縮するものであり、推進部材２の推進力を大きなものとすることができる。これにより振動の大きなエンジンに対して好適に適用することができる。

（第３実施形態）
図１８は本発明の荷重付加装置の第３実施形態としてのテンショナー１Ｂを示す。
テンショナー１Ｂでは、推進部材２の当接面９とゼンマイばね３の外周部３１との間に配置される受け部材５を長尺に形成している。長尺となっている受け部材５はその先端側（右端側）の端部が保持部材４のヒンジ１５に係止されており、ヒンジ１５を中心に回動してゼンマイばね３の方向への変位が可能となっている。

受け部材５はヒンジ１５との反対側（左端側）に向かって保持部材４の内部で延びており、その延長端５５が保持部材４の基端辺４３ｃに達している。延長端５５に対応した保持部材４の基端辺４３ｃ６２には、ストッパ部材１６が軸方向Ｘに沿って着脱可能に挿入される。受け部材５の延長端５５は挿入されたストッパ部材１６に当接することによりゼンマイばね３から離れる方向の変位（矢印Ｄ方向の変位）が拘束される。このため受け部材５が回動することがなく、受け部材５の中央受け片部５２に当接面９が当接している推進部材２の進退移動がロックされた停止状態となる。一方、ストッパ部材１６を引き抜くことにより、受け部材５の回動が可能となるため、推進部材２の進退移動が可能となる。このような実施形態では、ストッパ部材１６を設けることにより推進部材２の進退移動を一時的に停止させることができる。

（第４実施形態）
図１９は本発明の荷重付加装置の第４実施形態としてのテンショナー１Ｃを示す。
テンショナー１Ｃでは、推進部材２の対向した両面（上下面）にテーパ面からなる２つの当接面９が形成されている。又、保持部材４における当接面９に臨む部分には推進部材２から遠ざかるように窪む受け凹部１４が２箇所に形成されており、この受け凹部１４のそれぞれにゼンマイばね３が配置されている。２個のゼンマイばね３のそれぞれが受け部材５を介して推進部材２の当接面９に間接的に当接する。このように推進部材２に２つの当接面９を形成し、それぞれの当接面９に対応してゼンマイばね３が同数配置されることにより、第１実施形態のテンショナー１よりもゼンマイばね３及び当接面９の作用を増大させることができる。なお、当接面９及びゼンマイばね３の数は、２つ以上であっても良い。

（第５実施形態）
図２０は本発明の荷重付加装置の第５実施形態としてのテンショナー１Ｄを示す。
テンショナー１Ｄにおいては、第１実施形態のテンショナー１に対し受け部材５を省略するものであり、その他の構造は第１実施形態のテンショナー１と同様となっている。この場合、ゼンマイばね３の外端係止部３３は保持部材４の受け凹部１４に係止される。このような構造のテンショナー１Ｄでは、ゼンマイばね３の外周部３１が推進部材２の当接面９に直接に当接した状態となり、この状態で第１実施形態のテンショナー１と同様に作動する。

（第６実施形態）
図２１〜図２３は本発明の荷重付加装置の第６実施形態としてのテンショナー１Ｅを示す。テンショナー１Ｅは、推進部材２と、ゼンマイばね３と、方向変換部材８とを備えている。

推進部材２は外形が円環形状のキャップ状に形成されており、その先端面２０がエンジン本体内のチェーンガイド２４０に当接する。推進部材２は基端側（左端側）から先端側（右端側）に向かって空洞状の凹み部２６が内部に形成されており、凹み部２６の内周面の全体が当接面９となっている。当接面９は凹み部２６の内面を軸方向Ｘに沿って連続的に傾斜させることにより形成されるものであり、先端側に向かって径が漸次小さくなったテーパ面となっている。これにより当接面９はゼンマイばね３の中心部３０との寸法（距離）が漸次変化するように推進部材２の軸方向Ｘに沿って形成される。

ゼンマイばね３はエンジン本体に取り付けられるベース１７に支持されており、ベース１７に支持された状態で推進部材２の内部に挿入されている。

方向変換部材８は推進部材２とゼンマイばね３との間に配置されている。図２２に示すように、方向変換部材８はゼンマイばね３を囲んだ環状となってゼンマイばね３の周囲に配置されて推進部材２の内部に設けられる。方向変換部材８は推進部材２の当接面９とゼンマイばね３の外周部３１とに挟まれるものであり、ゼンマイばね３の外周部３１は方向変換部材８を介して推進部材２の当接面９と間接的に当接する。

図２３は方向変換部材８を示し、開口部８１を一部に有した環状の本体部８０と、本体部８０に沿って形成された複数の接触面部８２及びばね受け面部８３とを備えている。本体部８０は開口部８１を有することにより、全体の径の拡縮が可能となっている。接触面部８２は推進部材２の当接面９に対応して形成されるものであり、当接面９と同じ変化面（テーパ面）となって本体部８０に対し９０°間隔で設けられ、それぞれが推進部材２の当接面９と接触する。ばね受け面部８３は本体部８０における接触面部８２の間を外側に膨らんだ湾曲状とすることにより設けられており、本体部８０に対し９０°間隔で形成されている。それぞれのばね受け面部８３は、ゼンマイばね３の外周部３１に直接に当接する。

この実施形態のテンショナー１Ｅにおいては、ゼンマイばね３が拡径することにより方向変換部材８が拡径方向に押圧され、その当接面９が方向変換部材８の接触面部８２と接触している推進部材２が軸方向Ｘに進出する。すなわち、ゼンマイばね３の拡径によりばね受け面部８３を介して方向変換部材８が拡径し、この方向変換部材８の拡径によって接触面部８２が推進部材２の当接面９を押圧するため、推進部材２が進出方向Ａに直線的に進出するものである。

一方、エンジン本体のタイミングチェーン２３０からの荷重は、推進部材２を押圧し、方向変換部材８に伝達された後、ゼンマイばね３の外周部３１に作用する。具体的には、方向変換部材８の接触面部８２が推進部材２の当接面９と接触しているため、推進部材２を押圧する軸方向Ｘの荷重によって方向変換部材８の径が縮小する。そして、方向変換部材８のばね受け面部８３がゼンマイばね３の外周部３１に当接しているため、方向変換部材８の径が縮小することによりゼンマイばね３の径が縮小する。このような実施形態における方向変換部材８は、ゼンマイばね３の拡縮径の方向と推進部材２の進退移動の方向との間で方向変換を行うものである。

以上の構造では、ゼンマイばね３の外周部３１が方向変換部材８のばね受け面部８３と摺動することによって摩擦抵抗が発生し、方向変換部材８の接触面部８２と推進部材２の当接面９とが摺動することによって摩擦抵抗が発生する。従って、推進部材２を進出方向へ付勢するためのゼンマイばね３が拡径する荷重は、これらの摩擦抵抗に大部分が消費されるため、進出方向Ａに発生するゼンマイばね３の押圧力は、ゼンマイばね３の拡径荷重よりも大幅に少ない荷重となる。これにより推進部材２がチェーンガイド２４０を押す荷重が低いため、タイミングチェーン２３０の摺動抵抗を低減することができ、エンジンの出力ロスを低減することができる。又、推進部材２がチェーンガイド２４０から後退方向Ｂの荷重を受けた場合においては、これらの摩擦抵抗があると共に、ゼンマイばね３の薄板材間の摩擦抵抗があるため、推進部材２の後退（戻り）に対して大きな抵抗となって推進部材２の戻り作動を確実に抑制することができる。

又、ゼンマイばね３の拡径力が方向変換部材８を介して常に推進部材２の当接面９を押圧しているため、構成部品間の隙間の発生が少なく、チェーンガイド２４０から振動を受けても打音を発生させることがない。さらに、ゼンマイばね３と方向変換部材８と推進部材２とが接触することにより接触面積が大きくなっており、この大きな接触面積でチェーンガイド２４０からの交番荷重を受けているため、構成部品に発生する圧痕を抑制することができる。

なお、テンショナー１Ｅにおいて、方向変換部材８を環状としているが、方向変換部材８はゼンマイばね３を囲んだ状態でゼンマイばね３と推進部材２との間に配置されるものであれば、断片的な円弧状、その他の形状であっても良い。

以上の実施形態では、荷重付加装置として自動車のエンジンに使用されるテンショナーへの適用を示したが、これに限らず、開閉作動する自動車のエンジンの吸気バルブやその他の開閉機構や直線移動機構に対しても適用することができる。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆテンショナー
２推進部材
３ゼンマイばね
４保持部材
５受け部材
６弾性部材
７ストッパ部材
８方向変換部材
９当接面
１３ガイドピン
１４受け凹部
１６ストッパ部材
３０中心
３１外周部
４５窓部
５１係止片
８２接触面部
８３ばね受け面部

Claims

軸方向に進退移動する推進部材と、
薄板材が複数回巻かれたゼンマイばねとを備え、
前記推進部材は前記ゼンマイばねの外周部と直接に又は受け部材を介して間接的に当接する当接面を有し、
前記当接面は前記ゼンマイばねの中心との距離が前記推進部材の進退移動に伴って漸次変化するように形成されており、
前記当接面は前記推進部材の先端に近づくにつれて前記ゼンマイばねの中心との距離が漸次大きくなることを特徴とする荷重付加装置。
請求項１記載の荷重付加装置であって、
前記推進部材及びゼンマイばねを収容する保持部材をさらに有し、
前記保持部材には、前記軸方向の進退移動の際に前記推進部材が摺動するガイド面が前記軸方向に沿って直線状となって形成されていることを特徴とする荷重付加装置。
請求項２記載の荷重付加装置であって、
前記保持部材に窓部が形成され、前記受け部材には前記窓部に係止される係止片が形成されていることを特徴とする荷重付加装置。
請求項１乃至３のいずれか１項記載の荷重付加装置であって、
前記推進部材の進出方向に沿って伸縮する弾性部材がさらに設けられていることを特徴とする荷重付加装置。
請求項１乃至４のいずれか１項記載の荷重付加装置であって、
前記推進部材に前記当接面が複数形成され、前記ゼンマイばねは複数が前記当接面のそれぞれに対応して設けられていることを特徴とする荷重付加装置。
請求項２記載の荷重付加装置であって、
前記受け部材が係止されるストッパ部材が前記保持部材に着脱自在となっており、前記受け部材が前記ストッパ部材に係止されることにより前記推進部材の進出が停止状態となることを特徴とする荷重付加装置。
請求項２記載の荷重付加装置であって、
前記ゼンマイばねが入り込むことによりゼンマイばねを前記保持部材の定位置に留める受け凹部が前記保持部材に形成されていることを特徴とする荷重付加装置。
軸方向に進退移動する推進部材と、
薄板材が複数回巻かれたゼンマイばねと、
前記ゼンマイばねを囲んだ状態でゼンマイばねと前記推進部材との間に配置され、前記ゼンマイばねの拡縮径方向と前記推進部材の進退移動方向との間で方向変換を行う方向変換部材とを備え、
前記ゼンマイばねの中心との間の寸法が漸次変化する当接面が前記推進部材の前記ゼンマイばねとの対向面に形成され、
前記方向変換部材は、前記推進部材の当接面に対応した形状に形成されて当接面に接触する接触面部を外面に複数有し、前記ゼンマイばねの外周部に当接するばね受け面部を内面に複数有していることを特徴とする荷重付加装置。
請求項１乃至８のいずれか１項記載の荷重付加装置であって、
前記推進部材の当接面が前記軸方向と交差する方向に傾斜するテーパ面であることを特徴とする荷重付加装置。
請求項１乃至９のいずれか１項記載の荷重付加装置であって、
前記推進部材は、自動車のエンジン内で無端状となって移動するタイミングチェーン又はタイミングベルトである相手部材を押圧することを特徴とする荷重付加装置。