JP6774859B2 - オートテンショナ - Google Patents

Description

本発明は、ベルトの張力を自動的に適度に保つためのオートテンショナに関する。

例えば自動車エンジンの補機駆動ベルトシステムやカムシャフト駆動ベルトシステムにおいては、従来から、ベルトの張力を一定に保つための機構として、オートテンショナが採用されている。

このようなオートテンショナには、非対称なダンピング特性が要求される。すなわち、ベルトの張力が増加してベルトを緩ませる方向に可動部材（以下、アームという）が回動した場合に、アームの回動を大きく減衰させる。逆に、ベルト張力が低下してベルトを張る方向にアームが回動する場合には、アームの回動を減衰させずに、ベルト張力の減少に対して十分に追従させる。

このオートテンショナを補機駆動ベルトシステムに適用する場合は、エンジン燃焼に起因する回転変動等による摩擦伝動ベルトの滑りに起因してベルトの張力変動は比較的大きいため、アームを大きく回動させる必要がある。

これに対して、オートテンショナをカムシャフト駆動ベルトシステムに適用する場合は、ベルトシステムがかみ合い伝動であるがゆえに、エンジン燃焼に起因する回転変動やベルトの張力変動に関係なくなるため、アームをさほど大きく回動させない方がよい。そのため、例えば、ベルトの張力が増加した場合にベルトを緩ませる方向にアームが回動する際には、アームの回動を顕著に減衰させて、アームの回動を抑制させるのがよい。すなわち、カムシャフト駆動ベルトシステムに適用されるオートテンショナにあっては、クラッチ効果を顕著に発揮させるものがよい。

非対称なダンピング特性を有し、クラッチ効果を顕著に発揮させるオートテンショナとして、スプリングクラッチを備えるオートテンショナが好適であるとの着想を得た。このスプリングクラッチを用いるオートテンショナとしては、例えば特許文献１および特許文献２に開示されているものがある。

特許文献１には、外周面に所定幅の制動面を有する線材を巻回してなり、拡径方向の自己復元力により外周面がアーム又はベースの内周壁面に当接するスプリングクラッチを設け、そのスプリングクラッチの一端をベース部材に固定されたスプリングクラッチホルダに固定し、他端を自由端とする、オートテンショナが開示されている。

特許文献２には、同一平面内に円弧を描くドーナツ状とされ、所定幅を有する板バネであって、コイルばねに対して外周側から当接するスプリングクラッチを設け、このスプリングクラッチの周方向一端を固定端としてベースに固定し、その周方向他端を自由端とする、オートテンショナが開示されている。

特開２００７−０６４２５４号公報 特開２００９−０２４８２３号公報

特許文献１のオートテンショナにおいて、クラッチ効果を顕著に発揮させる場合、即ち、ベルトを緩ませる方向に回動したアームの回動を顕著に減衰させる場合には、スプリングクラッチがコイルばねと径方向外側に離間されてばね収容室内に配置される構成が好適である。しかし、この場合は、オートテンショナが径方向に大型化してしまう。
また、ベルトの装着を容易にするために、アームを固定部材（以下、ベースという）に対して方向を問わず回動自在にさせるためには、スプリングクラッチホルダをばね収容室と軸方向に離間させて配置される構成が好適である。しかし、この場合は、オートテンショナが軸方向に大型化してしまう。
つまり、特許文献１のオートテンショナでは、クラッチ効果を顕著に発揮させるために、径方向および軸方向に大型化してしまうという問題点がある。

特許文献２のオートテンショナは、クラッチ効果を顕著に発揮させる場合には好適な構成である。ただし、クラッチ効果を顕著に発揮させる場合、スプリングクラッチはその延在方向（周方向）に沿って引張されて縮径変形し、コイルばねとスプリングクラッチとの間の摺動抵抗が増大する。このとき、回動軸の軸受面には、スプリングクラッチの周方向の一端（固定端）がベースの筒部に固定され、周方向の他端が自由端であるがゆえに、径方向一方向（上記固定端側）への引張による偏荷重が余分に生じてしまう。
つまり、特許文献２のオートテンショナでは、クラッチ効果を顕著に発揮させるために、径方向および軸方向の大型化は招かないが、回動軸の軸受機能（摩耗や摺動抵抗の安定化等）の低下を招き易くなってしまうという問題点がある。

そこで本発明は、クラッチ効果を顕著に発揮させるものであって、比較的簡素かつコンパクトな構成で非対称なダンピング特性を有し、クラッチ効果が顕著に発揮されても回動軸の軸受機能の低下を招き難いオートテンショナを提供することを目的とする。

第１の発明のオートテンショナは、揺動軸が取り付けられるベースと、前記揺動軸を介して前記ベースに対して回動自在に支持されたアームと、前記アームに取り付けられ、ベルトに接触可能であるとともに、前記揺動軸と平行な軸線回りに回転自在に設けられるプーリと、前記揺動軸の回りに配設され、前記アームを前記ベースに対して一方向に回動付勢するコイルばねと、前記コイルばねの周囲に設けられたスプリングクラッチと、を備えるオートテショナにおいて、
前記コイルばねは、前記揺動軸に沿った軸方向に圧縮され、一端が前記アームに係止され、他端が前記ベースに係止されているとともに、前記ベルトを緩ませる方向に前記アームが回動したときに拡径するように設定されており、
前記スプリングクラッチは、周方向に離間されたスリットを有する断面Ｃ字状であるとともに、前記軸方向に延在する円筒形の板ばねであって、前記スプリングクラッチは、縮径方向の自己弾性復元力により前記コイルばねに対して外周側から接触しているとともに、前記円筒形の前記軸方向の端が前記ベースに対して相対回転不能に支持されていることを特徴とする。
ここで、前記円筒形の前記軸方向の端が前記ベースに対して相対回転不能に支持されていることとは、前記ベースに対して径方向に偏りなく回り止めされるとともに、前記コイルばねと前記スプリングクラッチとの係合面に前記アームの回動に伴う周方向の相対的な摺動を生じさせることである。

この構成によると、ベルトの張力が増加し、ベルトを緩ませる方向（Ｙ方向）にアームが回動する場合、コイルばねは、Ｙ方向にねじり変形させられて拡径変形する。その際、コイルばねに対して把持力を有するスプリングクラッチとの係合面には、摩擦トルク（ＴＬ）が発生する。このコイルばねが拡径変形する際に発生する摩擦トルク（ＴＬ）は、係合面の相対的な摺動（スリップ）が小さい分、コイルばねが縮径変形する場合に発生する摩擦トルク（ＴＳ）より相対的に大きくなる。したがって、アームの回動を顕著に減衰させる減衰力を発生させ、クラッチ効果を顕著に発揮させることができる。

また、クラッチ効果が顕著に発揮されるような、コイルばねとスプリングクラッチとの間の摩擦トルクが増大する場合でも、スプリングクラッチの円筒形の軸方向の一端がベースに対して相対回転不能に支持されているため、スプリングクラッチがベースに径方向に偏りなく相対回転不能に支持されることになり、軸受面に対し径方向一方向への引張による偏荷重が余分に生じることがない。

さらに、コイルばねの周囲にスプリングクラッチを配設し、スプリングクラッチの円筒形の軸方向の一端がベースに対して相対回転不能に支持されているため、オートテンショナを径方向及び軸方向にコンパクトに構成できる。

第２の発明のオートテンショナは、第１の発明において、前記スプリングクラッチは、オートテンショナに外力が作用していない状態において、前記軸方向に関する一端は自由端であり、前記軸方向に関する他端が前記ベースに当接しかつ回り止めされている、ことを特徴とする。
この構成によると、スプリングクラッチがベースに径方向に偏りなく相対回転不能に支持されることが、より具体的に実現できる。

第３の発明のオートテンショナは、第１または第２の発明において、前記コイルばねの線断面は略四角形である、ことを特徴とする。
この構成によると、コイルばねの線断面が円形である場合に比べて、接触面積が増加する。そのため、コイルばねとスプリングクラッチとの係合面が周方向に線接触状態である場合と比べて、双方又は一方の接触面の偏摩耗を防止できるとともに、長期に亘って減衰効果を発揮できる。また、上記係合面での共振振動を抑制し得る。

第４の発明のオートテンショナは、第１または第２の発明において、前記コイルばねの線断面は略Ｄ字状であって、前記揺動軸の軸線に沿った断面において前記コイルばねの外周面に相当する部分が前記軸線と平行な直線状に形成されている、ことを特徴とする。
この構成によると、コイルばねの線断面が円形である場合に比べて、接触面積が増加する。そのため、コイルばねとスプリングクラッチとの係合面が周方向に線接触状態である場合と比べて、双方又は一方の接触面の偏摩耗を防止できるとともに、長期に亘って減衰効果を発揮できる。また、上記係合面での共振振動を抑制し得る。

第５の発明のオートテンショナは、第１〜第４のいずれかの発明において、前記スプリングクラッチは、前記コイルばねの前記一端を含む一端側領域の外周面を除き、前記コイルばねの外周面全体に接触している、ことを特徴とする。
この構成によると、スプリングクラッチに接触するコイルばねの有効巻き数が最大に維持されるので、アームの回動を抑制しようとする減衰力を増大させることができるとともに、上記第3または第４の発明の効果をより確実に発揮できる。

第６の発明のオートテンショナは、第１〜第５のいずれかの発明において、前記スプリングクラッチの外周面に前記ベースを接触させて、前記アームが前記ベースに対して前記一方向と逆方向に回動する範囲の上限を規制できる、ことを特徴とする。
この構成によると、スプリングクラッチの外周面とこれに対向するベースの内周面との間隙の大きさを適切に設定することにより、ベルトの緩み側張力が過度に増加した場合に、アームの回動を、オートテンショナの構造上故障原因となるコイルばねの拡径変形限界より手前の安全な範囲内（例えば９５°）に留めることができる。これにより、オートテンショナ（特には、コイルばね）を保護できる。

第７の発明のオートテンショナは、第１〜第６のいずれかの発明において、前記コイルばねの内周面に前記アームを接触させて、前記アームが前記コイルばねに前記一方向に回動付勢される範囲の下限を規制できる、ことを特徴とする。
この構成によると、コイルばねの内周面とこれに対向するアームの外周面との間隙の大きさを適切に設定することにより、例えばオートテンショナのアッセンブリー時のアーム回動角度の下限（例えば３５°）を、回動角度ゼロより大の適切な範囲内に留めることができる。このため、アームの回動角度の下限規制を備えない場合と比べて、アッセンブリー後のコイルばねの端部の係合状態をガタ付きのない安定な状態に維持できる。また、オートテンショナのエンジンブロックへの組付け作業、およびベルトのプーリへの巻き掛け作業の負荷を軽減できる。

第８の発明のオートテンショナは、第１〜第７のいずれかの発明において、前記アームは前記ベースに偏心支持されていると共に、前記プーリは前記アームの外周側に取り付けられている、ことを特徴とする。
この構成によると、ベルトの張力変動が比較的小さく、アームをさほど大きく回動させない方がよいカムシャフト駆動ベルトシステムに、本発明のオートテンショナが好適である。

本発明によると、比較的簡素かつコンパクトな構成で、非対称なダンピング特性を有し、クラッチ効果が顕著に発揮されても回動軸の軸受機能の低下を招き難いオートテンショナを提供できる。
つまり、本発明は、比較的部品点数が少なく組立容易で簡素な構成で、かつ径方向および軸方向に大型化してしまうことがない。
また、アームの揺動を、ベルトの張力が増加した場合にベルトを緩ませる方向では顕著に減衰させて、アームの回動を抑制させ、ベルトの張力が減少した場合にベルトを張る方向では減衰させずに、ベルト張力の減少に対して十分に追従させることができる。
また、ベルトを緩ませる方向でアームの回動を顕著に減衰させた場合でも、スプリングクラッチの円筒形の軸方向の一端がベースに対して相対回転不能に支持され、スプリングクラッチがベースに径方向に偏りなく相対回転不能に支持されている構成であるので、軸受面に対し径方向一方向への引張による偏荷重を余分に生じさせることはなく、回動軸の軸受機能の低下を招き難い。

本発明のオートテンショナの断面図であって、図６のＢ−Ｂ線断面図である。 図１のＤ−Ｄ線断面図である。 図１のＣ−Ｃ線断面図である。 図５のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＥ−Ｅ線断面図である。 本発明のオートテンショナの正面図である。 本発明のオートテンショナの分解斜視図である。 実施形態２のコイルばねを示す断面図である。

次に、本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、自動車用エンジンのカムシャフトを駆動するかみ合い伝動ベルト（即ち、タイミングベルト）の緩み側張力を一定に保つオートテンショナに本発明を適用した一例を示す。このようなカムシャフト駆動ベルトシステムにおいては、ベルトの張力変動が比較的小さく、アームをさほど大きく回動させないオートテンショナが好適に用いられる。

図１乃至図３に示すように、本実施形態のオートテンショナ１００は、揺動軸６が取り付けられるベース１と、揺動軸６を介してベース１に対して回動自在に支持されたアーム２と、アーム２に取り付けられ、ベルトに接触可能であるとともに、揺動軸６と平行な軸線回りに回転自在に設けられるプーリ３と、揺動軸６の回りに配設され、アーム２をベース１に対して一方向に回動付勢するコイルばね４と、コイルばね４の周囲に設けられたスプリングクラッチ５と、を備えている。なお、図１中の左右方向を前後方向と定義する。また、図２中の反時計方向の回転をＸ方向と、時計方向の回転をＹ方向と定義する。

ベース（固定部材）１は、図示されないエンジンブロックに固定される取付け部分であり、アルミニウム合金鋳物等からなる金属部品で形成される。ベース１は、台座部１１と、台座部１１の外縁部から前方に延びる円筒部１２と、台座部１１の中央部に揺動軸６の軸心を中心として締結ボルトが挿通される挿通孔１３と、後側面（背面）にエンジンブロックに対し位置決めするための突起１４（図４参照）と、を備えている。ベース１の円筒部１２の内周面は、アーム２の上限側回動規制壁面１２ａとして機能する。

ベース１の台座部１１には、コイルばね４の後端面（他端面）４１と周方向に対向する当接面１１ａと、スプリングクラッチ５がベース１に対して回り止めされる溝部１１ｂが形成されている（図５参照）。

この溝部１１ｂの深さは、スプリングクラッチ５後面の爪部５１の突出し長さよりも大きければよいが、貫通していてもよい。この溝部１１ｂの軸Ｒと直交する断面寸法は、周方向に関して上記爪部５１の同断面寸法と略同じか若干大きく、径方向に関してはスプリングクラッチ５の厚さに加え、内側及び外側双方にスプリングクラッチ５の径方向の変形（拡径、縮径）に対応する所定の隙間を加えた溝に形成されている（図４参照）。

より具体的には、台座部１１の前面（ばね収容室９と軸方向に対向する面）は、コイルばね４の他端側領域の後面の螺旋形状と合致させて、高さが周方向で変化する螺旋状の台座に形成した（図７参照）。
また、台座部１１の前面には、スプリングクラッチ５の後面に突設された爪部５１（対角２か所）と対向する位置（対角２か所）に溝部１１ｂを設けた。なお、この溝部１１ｂは貫通溝とした。対角２か所とは、コイルばね４の後端面４１（他端面）と周方向に対向する当接面１１ａ際と、その対角と、である（図５、図７参照）。

ベース１に取り付けられる揺動軸６は、アーム２の揺動の中心軸として前後方向（軸Ｒ方向）に延びる支柱である。揺動軸６の後面は、締結ボルト６１を介して、ベース１の前面に当接されている。揺動軸６とベース１とが周方向に相対回転しない様、両者は回り止めされている。例えば、揺動軸６の後面における周方向対角２か所に凹部を形成させ、これに対向するベース１の前面に揺動軸６の凹部に係合するピン状の凸形状を突設させて、両者の回り止めとする（図７参照）。なお、揺動軸６の後面における周方向対角２か所に雌ネジ部を設け、ベース１の後面から両者をねじ止めしてもよい。
揺動軸６の中央部には、前後方向に延びる孔６２が形成されており、この孔６２に締結ボルト６１が相対回転不能に挿入されている。この締結ボルト６１は、エンジンブロックへオートテンショナを固定する締結用ボルトも兼ねる。揺動軸６は、ブッシュ（滑り軸受）７を介してアーム２（ベアリング８、プーリ３を含む）を軸Ｒを中心に回動可能に支持している。

このブッシュ７は、略円筒形状の軸受部材である。ブッシュ７は、金属製軸受（所謂メタル軸受）が好ましいが、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂等の樹脂製軸受でもよい。より具体的には、ブッシュ７の前端にフランジ７１を形成させた。このフランジ７１は、アーム２の前面と揺動軸６のフランジの後面とに挟まれて着座している。このブッシュ７は、揺動軸６の軸受機能（摩耗や摺動抵抗の安定化等）に加え、振動減衰作用も担う。

アーム２は、揺動軸６を介してベース１に回動自在に支持されており、アルミニウム合金鋳物等からなる金属部品で形成される。このアーム２は、ベース１の前方に配置される円盤部（回動部材、プーリ支持部）２１と、円盤部２１の中央部から後方に延びる内筒部２２と、内筒部２２と径方向外側に平行に離間されて形成された外筒部２３と、を備えている（図４参照）。このアーム２の内筒部２２の外周面は、アーム２の下限側回動規制壁面２２ａとして機能する。

この円盤部２１におけるプーリ中心に対して偏心した位置に挿通孔２４が形成されている。この挿通孔２４に、ブッシュ（滑り軸受）７を介して揺動軸６が挿入されている。内筒部２２と外筒部２３とは、挿通孔２４（および揺動軸６）と同軸心状に設けられている。
円盤部２１の後面（ばね収容室９と軸方向に対向する面）に、コイルばね４の前端（一端）を保持（係止）する保持溝２５を形成した。この保持溝２５は、深さが周方向で変化する螺旋状の溝になっている。保持溝２５の一端側には、コイルばね４の前端面（一端面）４２と周方向に対向する当接面２６を形成した。（図３、図４参照）

プーリ３は、アーム２の円盤部２１の外周側に取り付けられており、ベアリング（転がり軸受）８を介して円盤部２１に回転自在に支持されている。プーリ３には、タイミングベルトが巻き掛けられる。タイミングベルトの張力の増減に伴って、プーリ３（およびアーム２）は、軸Ｒを揺動中心として揺動する。

ばね収容室９は、ベース１とアーム２との間に形成される。具体的には、アーム２の内筒部２２と、アーム２の外筒部２３およびこれに軸方向に対向するベース１の円筒部１２と、アーム２の円盤部２１およびこれに軸方向に対向するベース１の台座部１１と、に囲まれた空間に形成される（図４参照）。このばね収容室９に、コイルばね４とスプリングクラッチ５とが収容される。

つぎに、実施形態１のコイルばね４を説明する。このコイルばね４は、略四角形断面の金属線を螺旋状に巻回（本実施形態では右巻きに巻回）して形成された、ねじりコイルばねである。オートテンショナ１００に外力が作用していない状態において、全長にわたって径が一定である。線材の断面形状は、軸方向（前後方向）よりも径方向が長い略長方形が好ましい。径方向の断面長を軸方向の断面長よりも長くするのは、ばね線の径方向の断面長（線幅）が軸方向の断面長（線厚）と同等又は短い略四角形状の場合と比べ、断面特性からの断面係数（Ｚ）が大きくなる。そのため、曲げ応力（最大値）を小さくすることができ、捩じりトルクに対する強度や耐力（曲げ剛性）が増加し、コイルばね４の拡径方向のねじり角度の限界値を増加させることができる。
また、コイルばねの一端及び他端は、螺旋形状に沿った形態のまま維持させた。これにより、製造負荷を抑制できる。

コイルばね４は、前述のように、一端がアーム２に係止され、他端がベース１に係止されている。そのため、アーム２をベース１に対して一方向に回動付勢することができる。ベルトを緩ませる方向にアーム２が回動したときに拡径するように設定されている。
コイルばね４は、軸方向（前後方向）に圧縮された状態でばね収容室９に収容されている。そのため、コイルばね４は、軸方向の自己弾性復元力によって、コイルばね４自身とともにスプリングクラッチ５の姿勢をも安定化できる。また、アーム２にガタが生じないようにできる。
コイルばね４の一端側領域は、径方向に関して保持溝２５（アーム）の溝に沿った両側面に挟まれ、軸方向に関して深さが周方向で変化する螺旋状の保持溝２５の溝底面に接触している（図３参照）。一方、コイルばね４の他端側領域は、高さが周方向で変化する螺旋状の台座部１１の前面に接触している（図５参照）。具体的には、コイルばね４は、アッセンブリー時には、拡径方向にねじられた状態でア−ム２の内筒部２２に装着され、コイルばね４の内周面が内筒部２２の外周面（下限側回動規制壁面２２ａ）に接触している。また、コイルばね４の前端面４２（一端面）が円盤部２１（アーム）の当接面２６を周方向に押圧し、コイルばね４の後端面４１（他端面）が台座部１１（ベース）の当接面１１ａを周方向に押圧している。

コイルばね４の外周に配設されるスプリングクラッチ５は、周方向に離間されたスリット５２を有する断面Ｃ字状であるとともに、軸方向に延在する円筒形の板ばねであって、縮径方向の自己弾性復元力を有する締まりばねである。クラッチ面（内周面）の周方向に関する長さは、断面Ｃ字状ゆえ、完全に閉じた内周面に略同じにてなる。
なお、径方向にも長さ方向（軸方向）にも、厚さは略一定でよい。また、オートテンショナ１００に外力が作用していない状態において、全長にわたって径が一定である。
軸方向の一端（以下、前端）は、自由端であって、それゆえ単に平坦な板状端面でよい。軸方向の他端（以下、後端）は、台座部１１（ベース）に対する回り止めと台座部１１への良好な据わりを得るため、以下に記載した構成に形成するとよい。具体的には、軸方向の他端面（以下、後面）は、コイルばね４の後端面４１（他端面）から略一巻き目領域（以下、他端側領域）の後面の螺旋形状と合致する螺旋形状に形成した。また、後面には、爪部５１が、自身のスリット５２際とその対角との計２か所で、後側に突設させた。なお、爪部５１の突設位置を、スリット５２際を含む位置としたのは、スリット５２際を含ませる方が、製造時の負荷を低減できるからである。

スプリングクラッチ５は、縮径方向の自己弾性復元力を有する締まりばねである。よって、スプリングクラッチ５の内周面は、周方向に関してコイルばね４の外周面の略全体に接触している。具体的には、スプリングクラッチ５の軸方向の幅（面長）は、コイルばね４の前端面（一端面）から略一巻き目領域（以下、一端側領域）の軸方向長さを除き、コイルばねの軸方向長さと略同じとした。スプリングクラッチ５は、コイルばね４の一端側領域には接触しておらず、自身の把持力を作用させていない。スプリングクラッチ５は、コイルばね４の後端面（他端面）から略一巻き目領域（他端側領域）にも接触しており、自身の把持力を作用させている。

スプリングクラッチ５の内周面は、縮径方向の自己弾性復元力により、線断面が略四角形のコイルばね４の外周面に面接触している。上記接触面の摩耗防止のため、対向面にグリース等の摩耗防止剤を介在させてもよい。また、含油性が向上するように、対向する両者またはどちらか一方の表面を微細な凹凸面としてもよい。

スプリングクラッチ５は、断面Ｃ字状であるとともに軸方向に延在する円筒形の板ばねである。その円筒形の軸方向の他端がベース１に対して相対回転不能に支持されている。すなわち、スプリングクラッチ５は、ベース１に径方向に偏りなく相対回転不能に支持されている。
具体的には、スプリングクラッチ５後面の爪部５１（対角２か所）と台座部１１前面の溝部１１ｂ（対角２か所）とを係合させた（図５参照）。これにより、スプリングクラッチ５はベース１に対して径方向に偏りなく回り止めされるとともに、コイルばね４とスプリングクラッチ５との係合面にアーム２の回動に伴う周方向の相対的な摺動を生じさせることができる。
台座部１１の前面（ばね収容室９と軸方向に対向する面）は、前述のように、高さが周方向で変化する螺旋状の台座になっている。すなわち、スプリングクラッチ５の後面は、コイルばね４の後面と同様、台座の前面に当接している。これにより、コイルばね４とともにスプリングクラッチ５の据わりを良くして、両者の姿勢をより安定化できる。

スプリングクラッチ５の前面（軸Ｒと略直交する面）は自由端であり、円盤部２１（アーム）の後面（具体的には、コイルばね保持溝２５の深さがゼロである面）との間には、隙間が確保されている。これにより、スプリングクラッチ５の前面が円盤部２１（アーム）の後面に接触し、アーム２の回動が不用意に抑制（規制）されるのが防止される。

つぎに、実施形態２に係るコイルばね１０４を、図８を用いて説明する。この図８は、図４に相当する断面図である。図４と異なる点は、コイルばね１０４の線断面の形状が略Ｄ字状に形成されている点である。なお、図４に典型的に示される、実施形態１に係るコイルばね４の線断面の形状は、略四角形に形成されている。
図８の線断面が略Ｄ字状に形成されたコイルばね１０４は、円形断面の金属線（ばね線）を螺旋状に巻回（本実施形態では右巻きに巻回）した後、コイルばねの中心軸線に沿った断面においてコイルばねの外周面がこの軸線と平行な直線状に形成されるように軸線方向の長さ（面長）全体にわたって研磨仕上げがなされて、線断面が略Ｄ字状に形成されるねじりコイルばねである。
円形断面の金属線の外周面を研磨仕上げしたコイルばね１０４は、コイルばねの線断面が略四角形である場合と比べて、汎用な円形断面の線材を用いて加工できるので、製造負荷を抑制できる。
なお、図４の実施形態１の場合と同様に、図８の実施形態２のコイルばね１０４においても、オートテンショナ１００に外力が作用していない状態において、全長にわたってコイルばね１０４の径が一定である。
また、コイルばね１０４の一端がアーム２に係止され、他端がベース１に係止される形態は、実施形態１のコイルばね４で説明したものと同様である。

また、コイルばね１０４の外周に配設されるスプリングクラッチ５も、実施形態１のコイルばね４で説明したものと同様である。
そのため、スプリングクラッチ５の内周面は、縮径方向の自己弾性復元力により、線断面が略Ｄ字状であって揺動軸の軸線（コイルばねの中心軸線）に沿った断面においてこの軸線と平行な直線状に形成されたコイルばね１０４の外周面に面接触している。
さらに、図４の実施形態１と同様に、コイルばね１０４の上記接触面の摩耗防止のため、対向面にグリース等の摩耗防止剤を介在させてもよい。また、含油性が向上するように、対向する両者またはどちらか一方の表面を微細な凹凸面としてもよい。

以下に、オートテンショナの作動を説明する。
伝動ベルトの張力の増減に伴って、アーム（およびプーリ）は、揺動軸の軸線Ｒを揺動中心として揺動する。

○伝動ベルト１０１の張力が増加しベルトを緩ませる方向（Ｙ方向）にアーム２が回動する場合
ベルトから荷重を受けて、アーム２は、コイルばね４の周方向の付勢力に抗する方向に回動される。この場合は、アーム２の回動を大きく減衰させて、アーム２の回動を抑制させることが重要である。
以下に詳細に説明する。伝動ベルト１０１の張力が増加すると、ベルト張力の合力であるベルト荷重Ｆ_Bがプーリ３の回転軸に作用する（図６参照）。
このベルト荷重Ｆ_Bにより、プーリ３の回転軸から偏心された揺動軸６の軸線Ｒ回りにトルクＴが発生し、アーム２は、コイルばね４の周方向の付勢力に抗して、Ｙ方向に回動する。
なお、アーム２の回動トルクＴは、Ｔ＝Ｆ_B×ｅである（ここで、ｅは、トルク半径：軸線Ｒからベルト荷重Ｆ_Bの力線までの最短距離である（図６参照）。）
軸線Ｒ回りに作用したトルクＴによりアーム２の当接面２６に力Ｆａが伝達される（図３参照）。
コイルばね４は、その一端面でコイルばねの周方向の付勢力に抗する力Ｆａを受けて、Ｙ方向にねじり変形させられて拡径変形する（図３参照）。その際、コイルばね４に対し把持力を有するスプリングクラッチ５に外周側から押さえつけられつつ、スプリングクラッチ５がベース１に対し回り止めされていることにより、両者（コイルばね４及びスプリングクラッチ５）は、相対的な周方向の摺動摩擦を伴いながら拡径変形する。これにより、アーム２の回動により拡径変形するコイルばね４と、コイルばね４に対し把持力を有するスプリングクラッチ５との係合面には、摩擦トルク（ＴＬ）が発生する（図２参照）。
このコイルばね４が拡径変形する際に発生する摩擦トルク（ロックトルクともいう）（ＴＬ）（絶対値）は、係合面の相対的な摺動（スリップ）が小さい分、コイルばね４が縮径変形する際に発生する摩擦トルク（スリップトルク）（ＴＳ）（絶対値）よりも相対的に大きく、その作用する向きは、アーム２の回動方向とは逆向き（Ｘ方向）である。
伝動ベルト１０１の張力が増加した場合に、アーム２の回動トルクＴに抗する減衰トルク（絶対値）は、コイルばね４の周方向の付勢力による減衰トルク（絶対値）をＴＣとすると、（ＴＣ（絶対値）＋ＴＬ（絶対値））で表すことができる。
したがって、アームの回動を顕著に減衰させる減衰力を発生させることができる。
なお、アームの回動トルクＴ（絶対値）が上記（ＴＣ＋ＴＬ）（絶対値）と等しい釣り合い関係となるとき、その回動角度でアーム２の回動は停止する。

○伝動ベルト１０１の張力が減少しベルトを張る方向（Ｘ方向）にアーム２が回動する場合
コイルばね４の周方向の付勢力を受け、アーム２は、回動付勢方向に回動される。この場合はアーム２の回動を減衰させずに、ベルト１０１の張力を増加（回復）させる方向にアーム２を回動させて、ベルト張力の減少に対して十分に追従させることが重要である。
以下に詳細に説明する。コイルばね４の周方向の付勢力を受け、アーム２は、回動付勢方向に回動される。伝動ベルト１０１の張力が減少した場合には、コイルばね４のねじり復元力が支配的となり、アーム２がＸ方向に回動する。
アーム２の回動により縮径変形するコイルばね４と、コイルばね４に対し把持力を有するスプリングクラッチ５との係合面には、摩擦トルク（ＴＳ）が発生する（図２参照）。しかし、コイルばね４が縮径変形する際に発生する摩擦トルク（スリップトルクともいう）（ＴＳ）（絶対値）は、係合面の相対的な摺動（スリップ）が大きい分、コイルばね４が拡径変形する際に発生する場合（ロックトルク）（ＴＬ）（絶対値）よりも相対的に小さく、その作用する向きは、アーム２の回動方向とは逆向きである（Ｙ方向）。
したがって、伝動ベルト１０１の張力が減少した場合のアーム２の回動トルクＴ（絶対値）は、（ＴＣ（絶対値）−ＴＳ（絶対値））となるものの、コイルばね４とスプリングクラッチ５との係合面には、アーム２がＹ方向に回動した場合に比べて小さい減衰トルクＴＳ（絶対値）しか生じない。
したがって、アーム２はコイルばね４のねじり復元力を十分に受けることができ、アーム２の回動を減衰させずに、ベルト張力の減少に対して十分に追従させることができる。

〇スプリングクラッチのクラッチ効果について
スプリングクラッチをオートテンショナの構造に適用した場合のスプリングクラッチのクラッチ効果とは、コイルばねをクラッチ面に接触させることによって、摩擦トルクをクラッチ面に発生させて、ベースに対するアームの回動を規制できる効果のことである。
このクラッチ効果は、オートテンショナの機能的には、ベルトの張力が増加してベルトを緩ませる方向にアーム２が回動する際（構造的には、コイルばね４の回動付勢方向と逆の方向に回動する際）に発揮される。
このクラッチ効果は、クラッチ面に作用する発生トルク比（ＴＬ／ＴＳ）（絶対値）、即ち、スリップトルク（ＴＳ）（絶対値）に対するロックトルク（ＴＬ）（絶対値）の比率（ＴＬ／ＴＳ）（絶対値）を指標（代用特性）として捉えることができる。
つまり、クラッチ面が周方向に完全に閉じた内周壁面であるスプリングクラッチの場合の発生トルク比は、発生トルク比（ＴＬ／ＴＳ）＝e^(２×π×μ×N）となる。ここで、μ：摩擦係数、Ｎ：コイルばねの有効巻き数、である。
この発生トルク比（ＴＬ／ＴＳ）（絶対値）が大きいほど、クラッチ効果が顕著であることを示す。
本実施形態の場合、係合面の摩擦係数やコイルばねの有効巻き数のみならずスプリングクラッチの断面特性や材料の弾性係数等の設計事項に依り一義的に定まり難い側面はあるが、クラッチ面に作用する発生トルク比（ＴＬ／ＴＳ）（絶対値）は、低く見積もっても１よりは大きい値（例えば概ね３）を示す、と考えられる。

実施形態１に係るコイルばね４として、ばね用オイルテンパー線（ＪＩＳＧ３５６０に準拠）を用い、断面寸法は軸方向約２ｍｍ×径方向約３ｍｍとした線材を用い、その有効巻き数（Ｎ）は４とした。
スプリングクラッチ５として、厚さは約２ｍｍの薄板ばね鋼（炭素工具鋼：ＳＫ−５）を用い、スリットの幅（開口隙間）は、オートテンショナに外力が作用していない状態において、約１ｍｍであるものを用いた。
これらを用いたオートテンショナにおいて、コイルばね４とスプリングクラッチ５との接触面（クラッチ面）に作用する発生トルク比（ＴＬ／ＴＳ）（絶対値）は、実測の結果、約３であった。
これにより、本実施形態のスプリングクラッチ５を備えるオートテンショナ１００は、クラッチ効果が顕著に発揮されていることがわかる。

実施形態２に係るコイルばね１０４については、ばね用オイルテンパー線（ＪＩＳＧ３５６０に準拠）を用い、コイルばね１０４の線断面形状を次の断面寸法からなる略Ｄ字状に形成させた。
コイルばね１０４の線断面寸法は、軸方向全長を約３ｍｍ、径方向全長を約２ｍｍ、コイルばね１０４の中心軸線に沿った断面においてこの軸線と平行な直線状に形成されたコイルばね４の外周面に相当する部分の軸線方向長さ（面長）を約２ｍｍとした。コイルばね１０４の有効巻き数（Ｎ）は４とした。なお、スプリングクラッチ５は、上記と同じものを用いた。
これらを用いたオートテンショナにおいて、コイルばね４とスプリングクラッチ５との接触面（クラッチ面）に作用する発生トルク比（ＴＬ／ＴＳ）（絶対値）は、実測の結果、約３であった。
これにより、本実施形態のスプリングクラッチ５を備えるオートテンショナ１００は、クラッチ効果が顕著に発揮されていることがわかる。
なお、コイルばね１０４の外径、コイルばね１０４の有効巻き数（Ｎ）、およびコイルばね１０４の線断面（略Ｄ字状）におけるコイルばね１０４の外周面に相当する部分の軸線方向長さ（面長）を、すべて、実施形態１（コイルばねの線断面が略四角形）と略同じにした場合は、コイルばね１０４とスプリングクラッチ５との接触面積は、実施形態１の場合と略同じになる。この場合は、実施形態１のオートテンショナと同程度に、双方又は一方の接触面の偏摩耗を防止できる。

〇コンパクト化について
ばね収容室９を、アーム２の内筒部２２と、アーム２の外筒部２３およびこれに軸方向に対向するベース１の円筒部１２と、アーム２の円盤部２１およびこれに軸方向に対向するベース１の台座部１１とに囲まれた空間に形成している。このばね収容室９の中で、コイルばね４は、一端がアーム２に係止され、他端がベース１に係止されている状態で収納される。スプリングクラッチ５は、その内周面が、周方向に関してコイルばね４の外周面の略全体に接触するように配設される。スプリングクラッチ５の後端面４１は、台座部１１に対して径方向に偏りなく回り止めされるとともに、コイルばね４とスプリングクラッチ５との係合面にアーム２の回動に伴う周方向の相対的な摺動を生じさせることができる。
すなわち、スプリングクラッチ５は、スプリングクラッチホルダのような部品を追加することなく、径方向の最小限の拡大で収容することができる。そのため、比較的部品点数が少なく組立容易で簡素な構成で、かつ径方向および軸方向に大型化してしまうことがない。

〇偏荷重防止について
スプリングクラッチ５は、断面Ｃ字状であるとともに軸方向に延在する円筒形の板ばねである。その円筒形の軸方向の他端だけがベース１に対して相対回転不能に支持されている。すなわち、スプリングクラッチ５は、ベース１に径方向に偏りなく相対回転不能に支持されている。具体的には、スプリングクラッチ５後面の爪部５１（対角２か所）と台座部１１前面の溝部１１ｂ（対角２か所）とを係合させた（図５参照）。これにより、スプリングクラッチ５はベース１に対して径方向に偏りなく回り止めされるとともに、コイルばね４とスプリングクラッチ５との係合面にアーム２の回動に伴う周方向の相対的な摺動を生じさせることができる。また、スプリングクラッチ５の後面は、コイルばね４の後面と同様、台座部１１の前面に当接している。これにより、コイルばね４とともにスプリングクラッチ５の据わりを良くして、両者の姿勢をより安定化している。
これにより、ベルトを緩ませる方向でアーム２の回動を顕著に減衰させた場合でも、スプリングクラッチ５の円筒形の軸方向の一端がベース１に対して相対回転不能に支持され、スプリングクラッチ５がベース１に径方向に偏りなく相対回転不能に支持される。したがって、軸受面に対し径方向一方向への引張による偏荷重を余分に生じさせることはなく、回動軸の軸受機能の低下を招き難い。

〇スプリングクラッチ５は、オートテンショナ１０１に外力が作用していない状態において、軸方向に関する一端は自由端であり、軸方向に関する他端がベース１に当接しかつ回り止めされている場合（第２の発明の構成）
具体的には、スプリングクラッチ５の後面は、コイルばね４の後面と同様、台座部１１の前面に当接させる。スプリングクラッチ５後面の爪部５１（対角２か所）と台座部１１前面の溝部１１ｂ（対角２か所）とを係合させ、スプリングクラッチ５はベース１に対して径方向に偏りなく回り止めされるとともに、コイルばね４とスプリングクラッチ５との係合面にアーム２の回動に伴う周方向の相対的な摺動を生じさせる。
これにより、スプリングクラッチ５がベース１に径方向に偏りなく相対回転不能に支持されることが、より具体的に実現できる。

〇コイルばね４の線断面は略四角形である場合（第３の発明の構成）
コイルばね４は、略四角形断面の金属線を螺旋状に巻回（本実施形態では右巻きに巻回）して形成された、ねじりコイルばねである。オートテンショナ１００に外力が作用していない状態において、全長にわたって径が一定である。
そのため、コイルばねの線断面が円形である場合に比べて、接触面積が増加する。そのため、コイルばね４とスプリングクラッチ５との係合面が周方向に線接触状態である場合と比べて、双方又は一方の接触面の偏摩耗を防止できるとともに、長期に亘って減衰効果を発揮できる。また、上記係合面での共振振動を抑制し得る。

〇コイルばね４の線断面は略Ｄ字状である場合（第４の発明の構成）
コイルばね４は、円形断面の金属線を螺旋状に巻回（本実施形態では右巻きに巻回）した後、コイルばねの中心軸線に沿った断面においてコイルばねの外周面がこの軸線と平行な直線状に形成されるように、軸線方向の長さ（面長）全体にわたって研磨仕上げがなされて、線断面が略Ｄ字状に形成されたねじりコイルばねである。
オートテンショナ１００に外力が作用していない状態において、全長にわたって径が一定である。
そのため、コイルばねの線断面が円形である場合に比べて、接触面積が増加する。そのため、コイルばね４とスプリングクラッチ５との係合面が周方向に線接触状態である場合と比べて、双方又は一方の接触面の偏摩耗を防止できるとともに、長期に亘って減衰効果を発揮できる。また、上記係合面での共振振動を抑制し得る。

〇スプリングクラッチ５は、コイルばね４の一端を含む一端側領域の外周面を除き、コイルばね４の外周面全体に接触している場合（第５の発明の構成）
具体的には、スプリングクラッチ５の軸方向の幅（面長）は、コイルばね４の前端面（一端面）から略一巻き目領域（以下、一端側領域）の軸方向長さを除き、コイルばねの軸方向長さと略同じとした。スプリングクラッチ５は、コイルばね４の一端側領域には接触しておらず、自身の把持力を作用させていない。スプリングクラッチ５は、コイルばね４の後端面（他端面）から略一巻き目領域（他端側領域）にも接触しており、自身の把持力を作用させている。
スプリングクラッチ５に接触するコイルばね４の有効巻き数が最大に維持されるので、アーム２の回動を抑制しようとする減衰力を増大させることができるとともに、双方又は一方の接触面の偏摩耗を防止できるとともに、長期に亘って減衰効果を発揮できる。

○アーム２がコイルばね４の回動付勢方向と逆の方向に回動する際に、上限側回動規制壁面１２ａを備える場合（第６の発明の構成）
アーム２の上限側回動規制壁面１２ａを備える場合は、ベース１の円筒部１２の内周面が上限側回動規制壁面１２ａとなり、その内径が適切に決定される。この構成により、ベルトの緩み側張力が過度に増加した場合に、アームの回動を、オートテンショナの構造上故障原因となるコイルばね４の拡径変形限界より手前の安全な範囲内（例えば９５°）に留めることができる。これにより、オートテンショナ１００（特には、コイルばね４）を保護できる。

○アームがコイルばね４の回動付勢方向に回動する際に、下限側回動規制壁面２２ａを備える場合（第７の発明の構成）
アーム２の下限側回動規制壁面２２ａを備える場合は、アーム２の内筒部２２の外周面が下限側回動規制壁面２２ａとなり、その外径が適切に決定される。この構成により、オートテンショナ１００のアッセンブリー（製造・組立）段階でのアーム２の回動角度を例えば３５°として、その角度にアーム２を保持できた。
例えば、アーム２の回動規制壁面２２ａ（下限側、アーム回動角度：例えば３５°）を設けた構成のオートテンショナ１００をエンジンブロックへ組付ける場合は、アーム２の下限側回動規制壁面２２ａを設けない構成の場合（アーム２回動角度の下限値が０°、組付け時に０°から６０°までアームの回動を要す）に比べて、コイルばね４の回動付勢力に抗してアームを回動させる作業負荷を軽減できる（３５°から６０°までアームを回動すれば済む、換言すると、０°から３５°まで回動不要）。
例えば、ベルトの装着時において、アーム２の回動規制壁面２２ａ（下限側、アーム回動角度：例えば３５°）を設けた場合は、アーム２の下限側回動規制壁面２２ａを設けない構成の場合（アーム回動角度の下限値が０°）に比べて、ベルトから離れる方向にプーリを配置できるので、ベルトのプーリへの巻き掛け作業が容易になった。

前記アームは前記ベースに偏心支持されていると共に、前記プーリは前記アームの外周側に取り付けられている場合（第８の本発明の構成）
具体的には、プーリ３は、アーム２の円盤部２１の外周側に取り付けられており、ベアリング（転がり軸受）８を介して円盤部２１に回転自在に支持されている。
この構成によると、本実施形態のオートテンショナ１００は、ベルトの張力変動が比較的小さく、アーム２をさほど大きく回動させない方がよいカムシャフト駆動ベルトシステムに好適である。

以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の実施形態は以下のように変更して実施することができる。

即ち、上記実施形態では、スプリングクラッチ５の内周面が、コイルばね４の外周面に接触している形態は、コイルばね４の一端側領域の外周面を除きコイルばね４の略外周面全体に亘って接触している形態に限定されない。Ｃ字ばねの内周面は、周方向に関してコイルばね４の外周面の略全体に接触していればよく、軸方向に関しては、コイルばね４の一端側領域の外周面を除くコイルばね４の外周面の略全体に接触していなくてもよい。

また、クラッチ効果の指標となり得る、クラッチ面に作用する発生トルク比（ＴＬ／ＴＳ）は、係合面の摩擦係数やコイルばねの有効巻き数のみならずスプリングクラッチの断面特性や材料の弾性係数等の設計事項に依り一義的に定まり難い側面はあるが、最適なものに設定することができる。すなわち、本実施形態をベースに上記設計事項を種々変更することにより、ベルトシステムメーカからの要求に応じ、クラッチ効果を最適なものに導くことができる。

また、コイルばね４の一端と他端は、直線状に形成されていてもよい。また、折り曲げられていてもよい。

また、カムシャフト駆動ベルトシステムに用いられるタイミングベルトへの適用に限らず、自動車用エンジンの補機を駆動する伝動ベルトの緩み側張力を一定に保つオートテンショナに適用してもよい。

１ ベース
２ アーム
３ プーリ
４ コイルばね
５ スプリングクラッチ
６ 揺動軸
１１ 台座部
１２ 円筒部
１２ａ 上限側回動規制壁面
２１ 円盤部
２２ 内筒部
２２ａ 下限側回動規制壁面
４１ 後端面
５２ スリット
１０４ コイルばね

Claims (7)

1. 揺動軸が取り付けられるベースと、
   前記揺動軸を介して前記ベースに対して回動自在に支持されたアームと、
   前記アームに取り付けられ、ベルトに接触可能であるとともに、前記揺動軸と平行な軸線回りに回転自在に設けられるプーリと、
   前記揺動軸の回りに配設され、前記アームを前記ベースに対して一方向に回動付勢するコイルばねと、
   前記コイルばねの周囲に設けられたスプリングクラッチと、を備えるオートテショナにおいて、
   前記コイルばねは、前記揺動軸に沿った軸方向に圧縮され、一端が前記アームに係止され、他端が前記ベースに係止されているとともに、前記ベルトを緩ませる方向に前記アームが回動したときに拡径するように設定されており、
   前記スプリングクラッチは、周方向に離間されたスリットを有する断面Ｃ字状であるとともに、前記軸方向に延在する円筒形の板ばねであって、
   前記スプリングクラッチは、縮径方向の自己弾性復元力により前記コイルばねに対して外周側から接触しているとともに、前記円筒形の前記軸方向の端が前記ベースに対して相対回転不能に支持されており、
   前記スプリングクラッチは、前記コイルばねの前記一端を含む一端側領域の外周面を除き、前記コイルばねの外周面全体に接触していることを特徴とするオートテンショナ。
2. 前記スプリングクラッチは、オートテンショナに外力が作用していない状態において、
   前記軸方向に関する一端は自由端であり、前記軸方向に関する他端が前記ベースに当接しかつ回り止めされている、ことを特徴とする請求項１に記載のオートテンショナ。
3. 前記コイルばねの線断面は略四角形である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のオートテンショナ。
4. 前記コイルばねの線断面は略Ｄ字状であって、前記揺動軸の軸線に沿った断面において
   前記コイルばねの外周面に相当する部分が前記軸線と平行な直線状に形成されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載のオートテンショナ。
5. 前記スプリングクラッチの外周面に前記ベースを接触させて、前記アームが前記ベースに対して前記一方向と逆方向に回動する範囲の上限を規制できる、ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオートテンショナ。
6. 前記コイルばねの内周面に前記アームを接触させて、前記アームが前記コイルばねに前記一方向に回動付勢される範囲の下限を規制できる、ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のオートテンショナ。
7. 前記アームは前記ベースに偏心支持されていると共に、前記プーリは前記アームの外周側に取り付けられている、ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のオートテンショナ。

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