JP6682560B2

JP6682560B2 - ベルトテンショナ

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Publication number: JP6682560B2
Application number: JP2017562322A
Authority: JP
Inventors: アーネトローラント; ヴァイトナーアレクサンダー; マリチッチゾラン
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2016-05-30
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2036-05-30
Also published as: WO2016192727A1; US10865858B2; CN107667233B; DE102015210002B4; CN107667233A; EP3303878B1; KR102480115B1; JP2018517877A; DE102015210002A1; KR20180015641A; TR201905772T4; EP3303878A1; US20180172117A1

Description

本発明は、補機用ベルト駆動装置に用いられるベルトテンショナであって、補機用ベルト駆動装置は、発電機ハウジングと、発電機シャフトと、ベルトが巻き掛けられた発電機ベルトプーリとを有する発電機を備え、ベルトテンショナは、
環状に閉じた２つのテンションアームであって、相互にかつ発電機に対して旋回可能に発電機ハウジングに支承されていて、発電機シャフトを包囲している、テンションアームと、
テンションアームに取り付けられた２つのテンションローラであって、ベルトの循環走行方向で発電機ベルトプーリの前後においてベルトに予張力を加える、テンションローラと、
予張力を形成する円弧ばねであって、軸方向でテンションローラと重畳した配置で、テンションアームの間で緊締されている、円弧ばねと、を備え、
テンションアームは、円弧ばねを収容する円弧状のばね室を画定しており、ばね室の周方向延伸部は、発電機ベルトプーリの巻掛け領域内に延在していて、一方のテンションアームの２つの壁部により画定されている、
ベルトテンショナに関する。

環状に閉じた、発電機シャフトを包囲しているテンションアームを有するベルトテンショナは、欧州特許第２１２８４８９号明細書において、複数の態様で知られている。この文献において、ばねは、構成に応じて、半径方向側方でテンションアーム支承部の外側に配置された圧縮コイルばね、テンションアーム支承部の領域に配置された扁平帯状ばね、またはテンションアーム支承部を取り囲んでいる湾曲されたばねである。ばねの、テンションアームと軸方向でほぼ完全に重畳する配置は、ベルトテンショナの軸方向で特にコンパクトな構造を実現可能にする。

独国特許出願公開第１０２０１２２２３０８６号明細書および独国特許出願公開第１０２０１３１０２５６２号明細書も、環状の閉じたテンションアームを有するベルトテンショナを開示している。両方の文献において、ばねは、発電機シャフトを包囲しているねじりコイルばねであるが、このねじりコイルばねは、前者の文献では、軸方向でテンションローラと重畳せずに配置されており、後者の文献では、軸方向でテンションローラとごくわずかに重畳して配置されている。冒頭で引用された上位概念に基づくベルトテンショナとは異なり、これらの構造は、軸方向の構造スペース要求の増加を伴う。

欧州特許第２５５７２９５号明細書は、ベルトテンショナを開示しており、このベルトテンショナは、２つのテンションアームを有し、そのうちの一方のテンションアームだけが、閉じたリングとして形成されていて、発電機シャフトを包囲している。これに対して、他方のテンションアームは、開いた円弧の形状を有し、一方のテンションアームのキャビティ内に支承されている。

相互にかつ発電機に対して旋回可能な２つのテンションアームを有する別のベルトテンショナが、独国特許出願公開第１０２０１１０８２７６４号明細書および独国特許出願公開第１０２００８０２５５５２号明細書において知られている。

環状に閉じた複数のテンションアームとその間に緊締された１つの円弧ばねとを有する、上位概念に基づくベルトテンショナは、独国特許出願公開第１０２０１３００２９９３号明細書において知られている。

本発明の根底を成す課題は、できるだけコンパクトなベルトテンショナの構造に鑑みて、上位概念に基づくベルトテンショナを構造的に改善することである。

この課題の解決手段は、一方の壁部と他方のテンションアームの連行体との間に円弧ばねが緊締されることによって得られる。連行体は、他方のテンションアームの円環状の端面に対して軸方向で突出していて、他方の壁部の手前でばね室に入り込んでいる。

このような円弧ばねによるテンショナばね弾性部の構造上の態様は、ねじりばねの比較的高い形状利用値を、円弧状の構造スペースへのばねの周方向の制限と組み合せ、その際、環状に閉じたテンションアームの支承部技術的に有利な幾何学形状を断念する必要がない。というのも、円弧ばねを、十分に高いばね能力をもって、テンションローラと大部分でまたは完全に軸方向で重畳して、発電機ベルトプーリの巻掛け領域にほぼ問題なく位置決めすることができるからである。一般的に知られているように、円弧ばねは、常に円弧状の開いた長手方向延伸部を有する圧縮コイルばねであり、形状利用値は、吸収されるばねのエネルギを、同一のばね体積および同一の材料応力で最大限実現可能な蓄えられた仕事と比較したものである。

本発明の別の特徴および好適な態様は、以下の説明および図面から明らかである。図面には、本発明に係るベルトテンショナの１つの態様が示されている。

ベルトテンショナが組み付けられた発電機ハウジングの斜視図である。ベルトテンショナの正面図である。ベルトテンショナの側面図である。ベルトテンショナの展開斜視図である。正面カバーを含まないベルトテンショナの正面斜視図である。他方のテンションアームが取り外された、図５に基づく図である。他方のテンションアームの背面斜視図である。ベルトテンショナの背面斜視図である。背面側の支承部が取り外された、図８に基づく図である。

図１は、発電機ハウジング２の前面側の、つまりベルト側の部分と組み合わされた状態で、内燃機関の補機用ベルト駆動装置における本発明に係るベルトテンショナ１を示している。発電機は、発電のために用いられるだけではなく、内燃機関のベルト始動または過給のために（駆動）モータとしても運転される。ベルトテンショナ１は、２つのテンションローラ３，４をテンションアーム５，６に有している。テンションアーム５，６は、相互にかつ発電機に対しても旋回可能に発電機ハウジング２に支承されており、これにより、動作に応じてベルトの張り側部分と変わる弛み側部分を緊張させる。

図２に示されたベルトテンショナ１の正面図には、概略的に描画されたベルト７および同様に概略的に描画された発電機ベルトプーリ８が補足されている。両方のテンションアーム５，６は、環状に閉じていて、発電機シャフト９を包囲している。発電機シャフト９の回転軸線は、テンションアーム５，６の旋回支承部に対して同心である。図示されていない代替的な態様では、発電機に対するベルトテンショナの取付け可能性が与えられており、発電機ベルトプーリ８が、巻き掛けられているベルト７とともに、テンションアーム５，６の内側で十分な間隔を置いて循環走行することができる場合には、発電機シャフト９に対する旋回支承部の非同心の配置も可能である。

ベルトテンショナ１は、両方のテンションローラ３，４が相互にできるだけ大きな間隔を置いて固定される位置で、発電機に取り付けられる。その際、ベルト７は、すでに発電機ベルトプーリ８に装着されている。図示されていない代替的な構造では、テンションローラのねじ結合は、１８０°反転されてよいので、この場合、テンションローラ３，４は逆になる、つまり、発電機を起点としてベルト平面に入り込み、ベルトは、まずベルトテンショナを取り付けたあとで装着しなければならない。固定は、図１および図３によれば固定ピン１０を用いて成される。固定ピン１０は、テンションアーム５，６を軸方向に貫通し、他方のテンションアーム６に対する一方のテンションアーム５の旋回をブロックする。固定ピン１０は、一方のテンションアーム５の連続する孔１１と、他方のテンションアーム６の外周の切欠１２とを貫通する。孔１１および切欠１２は、固定ピン１０が取り外された状態でそれぞれ図２において看取される。固定位置では、両方のテンションローラ３，４は、ベルト７が緊張されずに保持される程度に相互に間隔を置いている。ベルト７の緊張は、まず固定ピン１０が取り外されたあとで行われ、その際、テンションローラ３，４は、相互に接近する方向に旋回して、ベルト７をその周方向で発電機ベルトプーリ８の前後で緊張させる。

ベルトの緊張を生じさせるのに必要なテンショナばね弾性部は、図４によるベルトテンショナ１の分解図で看取される（テンションアーム５，６とねじ結合されたテンションローラ３，４は、この図面では認められない）。テンショナばね弾性部は、テンションアーム５，６の間に緊締された円弧ばね１３であり、円弧ばね１３は、ベルト平面に対して平行に、一方のテンションアーム５の相応する円弧状のばね室１４に収容されている。ばね室１４は、一方では、一方のテンションアーム５の、テンションローラ３，４の軸方向で隆起した円弧状の隆起部１５と、他方では、他方のテンションアーム６の背面側の端面１６とによって画定されている。図１〜図３を総合的に見ると、ばね室１４およびばね室１４に収容された円弧ばね１３は、発電機ベルトプーリ８の巻掛け領域内に延在していて、テンションローラ３，４と大部分で軸方向に重畳して配置されていることが明らかとなる。したがって、ベルト平面は、発電機ハウジング２に対して比較的わずかな軸方向間隔を置いて延在しているので、前方の発電機シャフト支承部のモーメント荷重ができるだけわずかに維持される。

ばね室１４は、周方向で約１８０°の円弧角にわたって延在しており、２つの壁部１７，１８（図６も参照）により、円弧状の隆起部１５の周方向の端部で画定されている。円弧ばね１３は、一方のテンションアーム５の一方の壁部１７と、他方のテンションアーム６の、連行体１９により形成されたばね載置部２０との間で緊締されており、これにより、両方のテンションローラ３，４に相互に向き合う方向でトルクが加えられる。連行体１９は、他方のテンションアーム６の円環状の端面１６に対して軸方向で突出し、一方のテンションアーム５の他方の壁部１８の手前でばね室１４に入り込む。ばね載置部２０が完全にまたは少なくとも大部分でテンションローラ４と軸方向で重畳して延在していることにより、円弧ばね１３とテンションローラ４とにより及ぼされる反力の対は、比較的小さな傾倒モーメントを他方のテンションアーム６の旋回支承部に生じさせる。

特に、ばね巻体にとって不都合に大きな円弧角を有する円弧ばね１３が必要である場合には、またそのような場合でなくても、２つまたは３つ以上の円弧ばねが、直列接続で設けられてよく、相応して、円弧ばねに適合された円弧角を有するばね室１４が設けられてよい。

これに関係なく、外側の円弧ばねと内側の円弧ばねとを有するばねセットの態様の、相互に平行に配置された複数の円弧ばねも実現可能である。そのパラメータにより、テンショナばね弾性部の全体特性を広い範囲で変更することができる。

両方のテンションアーム５，６は、アルミニウムダイカスト部分である。他方のテンションアーム６は、中にＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が積層された公知の滑り支承部用のプラスチック、ここではポリアミドから成る２部分の滑り被覆層を有しており、両方の被覆層部分２１，２２は、相互にスナップ結合されている。他方のテンションアーム６の半径方向の旋回支承は、一方のテンションアーム５の外周部２３と、その上で滑動する、前面側の被覆層部分２１の内周部２４とによって行われる。他方のテンションアーム６の軸方向の支承は、発電機の側で、背面側の被覆層部分２２の端面１６と、一方のテンションアーム５の、ばね室１４の周方向外側に延在している端面２５とによって行われる。

平らな金属薄板打抜き部分として製造され、一方のテンションアーム５とねじ結合される正面カバー２６は、ベルトテンショナ１の閉鎖部を、その発電機から遠い方の前面側で形成し、かつ前面側の被覆層部分２１の端面２７とともに、他方のテンションアーム６の、発電機から離間する側のスラスト支承部を形成する。したがって、他方のテンションアーム６は、正面カバー２６により、一方のテンションアーム５に接して支承されているだけであり、発電機ハウジング２に対して非接触で支持されている。

必要な場合には、ベルトテンショナ１の内部への汚れおよび水飛沫の進入を、追加的な（図示されていない）シールによって困難にすることができ、理想的には完全に阻止することができる。

円弧ばね１３の外側円弧部分に、ポリアミドから成るＵ字形の３つの滑りシュー２８が固定されており、滑りシュー２８は、円弧ばね１３の反力を、半径方向外側の方向でかつ両側の軸方向でテンションアーム５，６に支持する。半径方向の支持は、滑りシュー２８とばね室１４の円弧状の内周部２９との滑り接触によって行われる。円弧ばね１３の軸方向の逃げまたは折れを阻止する軸方向の支持は、発電機の側で、滑りシュー２８とばね室１４の底部３０との滑り接触によって行われる。反対の側で、軸方向の支持は、そこではほぼ平らな滑りシュー２８と他方のテンションアーム６の背面側の端面１６’との滑り接触によって行われ、他方のテンションアーム６の背面側の被覆層部分２２は、この接触領域には設けられていない。図７を参照のこと。

図示の態様において、それぞれ一方ではプラスチック表面により、かつ他方では金属表面により形成された複数の滑り接触部によって、ベルトテンショナ１の摩擦特性、ひいては運転の減衰特性の調整に大きな余地が生じる。滑り接触部のそれぞれの材料対偶、表面形状および表面粗さならびに場合によりグリーシングに関して滑り接触部を調整するとき、滑り接触部の相対運動も考慮しなければならない。滑り接触部を、連行体１９を起点として一方の壁部１７の方向に見ると、この相対運動は、たとえば滑りシュー２８と他方のテンションアーム６の端面１６’との間でより大きくなる。これとは逆に、一方では滑りシュー２８と、他方ではばね室１４の内周部２９および底部３０との間の相対運動は小さくなる。

ベルトテンショナ１は、これを発電機ハウジング２に旋回支承するために、隆起部１５の外面に取り付けられる支承リング３１を有する。支承リング３１が滑り被覆層３２により被覆されており、滑り被覆層３２は、同様にポリアミドから成り、軸方向で、一方では発電機ハウジング２の端面３３と、他方では発電機ハウジング２に取り付けられる支承カバー３５の端面３４との間に支承されている。発電機ハウジング２の端面３３は、凹部の一部であり、凹部の内周部３６に、支承リング３１の滑り被覆層３２が半径方向で支承されている。したがって、支承カバー３５は、平らに形成されてよく、図示の態様では閉じた環状の金属薄板成形部分であり、この金属薄板成形部分は、周方向に分配された全部で８つのねじ止め箇所３７で発電機ハウジング２とねじ結合されている。

図５および図６は、ベルトテンショナ１を支承カバー用ねじ３８とともに組付け状態で示している。ただし、これらの図では、正面カバー２６が取り外されているかまたは他方のテンションアーム６も取り外されている。他方のテンションアーム６（その発電機側の背面が図７に示されている）の組付けに際して、円弧ばね１３は、その上に保持された滑りシュー２８とともに、ばね室１４に挿入されており、その際、ばね端部は、図６に示されたのとは異なり、わずかな予荷重をもって壁部１７に当接し、連行体１９の後方で延在している他方の壁部１８に当接する。他方の壁部１８は、連行体１９を収容するための凹部３９を有するので、連行体１９は、他方のテンションアーム６を一方のテンションアーム５に組み付ける際に円弧ばね１３に対して自由に運動可能である。続いて、他方のテンションアーム６を、図１に示された固定の組付け位置へ回動させると、連行体１９は、円弧ばね１３を持ち上げて、円弧ばね１３を緊張させるので、円弧ばね１３は、ベルトテンショナ１の全ての運転位置で、一方の壁部１７と連行体１９のばね載置部２０との間に緊締される。

支承リング３１は、図８および図９に示されているように、同様にねじ結合により、一方のテンションアーム５に取り付けられている。５つのねじ止め箇所は、発電機ベルトプーリ８のほぼ巻掛け領域内に位置しており、支承リング用ねじ４０は、隆起部１５のねじ山付き孔にねじ込まれている。代替的に、かしめやリベット止めなどの他の公知のかつ／または着脱不能な種類の取付けも実現可能である。

１ベルトテンショナ
２発電機ハウジング
３テンションローラ
４テンションローラ
５テンションアーム
６テンションアーム
７ベルト
８発電機ベルトプーリ
９発電機シャフト
１０固定ピン
１１孔
１２切欠
１３円弧ばね
１４ばね室
１５隆起部
１６他方のテンションアームの端面
１７壁部
１８壁部
１９連行体
２０ばね載置部
２１前面側の被覆層部分
２２背面側の被覆層部分
２３一方のテンションアームの外周部
２４前面側の被覆層部分の内周部
２５一方のテンションアームの端面
２６正面カバー
２７前面側の被覆層部分の端面
２８滑りシュー
２９ばね室の内周部
３０ばね室の底部
３１支承リング
３２滑り被覆層
３３発電機ハウジングの端面
３４支承カバーの端面
３５支承カバー
３６凹部の内周部
３７支承カバーのねじ止め箇所
３８支承カバー用ねじ
３９凹部
４０支承リング用ねじ
４１ねじ山付き孔

Claims

補機用ベルト駆動装置に用いられるベルトテンショナ（１）であって、
前記補機用ベルト駆動装置は、発電機ハウジング（２）と、発電機シャフト（９）と、ベルト（７）が巻き掛けられた発電機ベルトプーリ（８）とを有する発電機を備え、
当該ベルトテンショナ（１）は、
環状に閉じた２つのテンションアーム（５，６）であって、相互にかつ前記発電機に対して旋回可能に前記発電機ハウジング（２）に支承されていて、前記発電機シャフト（９）を包囲している、テンションアーム（５，６）と、
前記テンションアーム（５，６）に取り付けられた２つのテンションローラ（３，４）であって、前記ベルト（７）に該ベルト（７）の循環走行方向で前記発電機ベルトプーリ（８）の前後において予張力を加える、テンションローラ（３，４）と、
前記予張力を形成する円弧ばね（１３）であって、軸方向で前記テンションローラ（３，４）と重畳した配置で、前記テンションアーム（５，６）の間で緊締されている、円弧ばね（１３）と、
を備え、
前記テンションアーム（５，６）は、前記円弧ばね（１３）を収容する円弧状のばね室（１４）を画定しており、該ばね室（１４）の周方向延伸部は、前記発電機ベルトプーリ（８）の巻掛け領域内に延在していて、一方の前記テンションアーム（５）の２つの壁部（１７，１８）により画定されている、
ベルトテンショナ（１）において、
前記円弧ばね（１３）は、前記壁部のうちの一方の壁部（１７）と他方の前記テンションアーム（６）の連行体（１９）との間で緊締されており、該連行体（１９）は、他方の前記テンションアーム（６）の円環状の端面に対して軸方向で突出していて、他方の前記壁部（１８）の手前で前記ばね室（１４）に入り込んでいることを特徴とする、ベルトテンショナ（１）。
前記円弧ばね（１３）は、前記テンションアーム（５，６）を相互に組み付ける前に、両方の前記壁部（１７，１８）に当接し、他方の前記壁部（１８）は、他方の前記テンションアーム（６）を一方の前記テンションアーム（５）に組み付ける際に前記連行体（１９）を収容する凹部（３９）を有する、請求項１記載のベルトテンショナ（１）。
前記円弧ばね（１３）の周に１つまたは複数の滑りシュー（２８）が固定されており、該滑りシュー（２８）は、前記円弧ばね（１３）の反力を、半径方向外側の方向で、前記ばね室（１４）の円弧状の内周部（２９）に対して支持し、軸方向で、一方では前記ばね室（１４）の底部（３０）に対して、かつ／または他方では他方の前記テンションアーム（６）の、前記ばね室（１４）に向いた側の端面（１６’）に対して支持する、請求項１または２記載のベルトテンショナ（１）。
他方の前記テンションアーム（６）は、前記発電機ハウジング（２）に対して非接触式に支承されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のベルトテンショナ（１）。
他方の前記テンションアーム（６）は、前記テンションアーム（５，６）を相互に半径方向でかつ軸方向で支承するための滑り被覆層を有する、請求項４記載のベルトテンショナ（１）。
前記ばね室（１４）は、一方の前記テンションアーム（５）の円弧状の隆起部（１５）により画定されており、該隆起部（１５）の外面に、当該ベルトテンショナ（１）を前記発電機ハウジング（２）に旋回支承するための支承リング（３１）が取り付けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載のベルトテンショナ（１）。
発電機ハウジング（２）と該発電機ハウジング（２）に旋回支承された請求項６記載のベルトテンショナ（１）とを備える発電機であって、前記支承リング（３１）が滑り被覆層（３２）により被覆されており、該滑り被覆層（３２）は、軸方向で、一方では前記発電機ハウジング（２）の端面（３３）と、他方では前記発電機ハウジング（２）に取り付けられた支承カバー（３５）の端面（３４）との間に支承されていることを特徴とする、発電機。
発電機ハウジング（２）と該発電機ハウジング（２）に旋回支承された請求項７記載のベルトテンショナ（１）とを備える発電機であって、前記発電機ハウジング（２）の前記端面（３３）は、凹部の一部であり、該凹部の内周部（３６）に、前記支承リング（３１）の前記滑り被覆層（３２）が半径方向で支承されていることを特徴とする、発電機。
発電機ハウジング（２）と該発電機ハウジング（２）に旋回支承された請求項８記載のベルトテンショナ（１）とを備える発電機であって、前記支承カバー（３５）は平らな金属薄板成形部分であることを特徴とする、発電機。