JP7404505B2 - オービタル・テンショナ - Google Patents

Description

本発明はオービタル・テンショナに関し、より詳しくは、第１レースと第２レースを有するボールベアリングと、ボールベアリングの第１レースに取付けられたリングと、ボールベアリングの第２レースに取付けられた環状ベースとを備えたオービタル・テンショナに関する。

エンジンクランクシャフトとアクセサリ要素の間において動力を伝達するため、マルチリブドベルトが一般的に自動車に用いられている。従来の駆動機構では、エンジンクランクシャフトのプーリは１本のベルトまたは複数本のベルトを介してアクセサリを駆動する。複数のアクセサリがベルトを介して駆動されるとき、テンショナが通常用いられる。テンショナアームが適切に配置されているとき、ベルトの取付け張力はベルトの長さ許容範囲に対して僅かに変化しうる。

ＩＣエンジン動作の間におけるオルタネータによる正常な発電に加えて、電力を発生させるためにエンジンの加速と回復を促進する、ＢＳＧ（ベルト・スタータ・ジェネレータ）のＩＣエンジンのスタートストップとトルクアシストを実現する、モータージェネレータユニット（ＭＧＵ）が用いられる。著しい燃料節約と排気ガス削減がＢＳＧ技術を利用することにより達成可能である。

２つの異なる駆動モード、すなわちＭＧＵ駆動とエンジン駆動によるＭＧＵ発電とにおいて、張力を制御するため、オービタル型のテンショナが開発された。テンショナは一般的に、ロータリーリングと、１本のスプリングによってロータリーリングに連結されたピボットアームとを有する。テンショナはＭＧＵに取付けられる。この型のテンショナは、駆動と発電の両モードにおいてベルトの作動張力を制御する。しかし、従来の単一アームテンショナとは異なり、張力変化を低減させるために最適な方法でオービタル・テンショナのプーリを位置制御することは現実的ではない。ベルト長さの許容範囲とプーリの位置および大きさとにより、取付け張力の変化は、単一アームテンショナのためよりも著しく高い。ベルト張力は、ベルト駆動の動力損失または摩擦損失を決定する重要な要素であり、したがってシステムの性能を犠牲にすることなくベルト張力を低下させることが望ましい。

従来技術は、ベースとロータリーリングの間に、動作を容易にするために樹脂のブッシュを用いている。

この技術の代表は米国特許第２０１９００７８６６７号明細書である。これは、孔を規定するベースを備え、孔が中心Ｃを有し、孔が被駆動プーリを受容するのに十分な直径を有し、ベースに連結された保持部材によってベースに係合するロータリーアームを備え、ロータリーアームが中心Ｃの周りに回転可能であり、ピボットにロータリーアームを取付けられたピボットアームを備え、ピボットが中心Ｃからずれており、ロータリーアームに回転自在に支持された第１プーリと、ピボットアームに回転自在に支持された第２プーリと、第２プーリを第１プーリに向かって付勢するためにロータリーアームとピボットアームの間に係合するトーションスプリングと、ベースとロータリーアームの間に摩擦係合する減衰部材とを備え、ロータリーアームが第１プーリの固定具を受容するための部分を規定し、これにより第１プーリの位置が調整可能になる、テンショナを開示する。

必要なものは、第１レースと第２レースを有するボールベアリングと、ボールベアリングの第１レースに取付けられたリングと、ボールベアリングの第２レースに取付けられた環状ベースとを備えたオービタル・テンショナである。本発明はこの必要性に合致する。

本発明の主な特徴は、第１レースと第２レースを有するボールベアリングと、ボールベアリングの第１レースに取付けられたリングと、ボールベアリングの第２レースに取付けられた環状ベースとを備えたオービタル・テンショナを提供することである。

本発明の他の特徴は、本発明の説明と添付された図面により明確になる。

本発明は、環状ベースと、ボールベアリングにより環状ベースに軸支されたリングとを備え、リングが回転軸（Ａ－Ａ）を有し、リングに軸支された第１プーリを備え、第１プーリ回転軸（Ｂ－Ｂ）がリング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、リングに揺動自在に取付けられたピボットアームを備え、ピボットアーム揺動軸（Ｃ－Ｃ）がリング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、ピボットアームに軸支された第２プーリを備え、ピボットアームを第１方向に付勢するトーションスプリングを備え、ボールベアリングが第１レースと第２レースを有し、リングが第１レースに固定され、環状ベースが第２レースに固定され、リングとベースの間に摩擦的に配置された減衰機構を備える、オービタル・テンショナである。

前述は、後述する本発明の詳細な説明をさらに理解するために、本発明の特徴と技術的な利点を広く概略的に記載したものである。本発明の特許請求の範囲の主題を構成する、本発明の付加的な特徴と利点は後述される。開示された概念と特別な実施形態が、本発明と同じ目的を実行するために他の構造を修正し、設計するために、基礎として容易に利用されることが当業者によって理解されるべきである。そのような同等な構成は添付された特許請求の範囲に記載された本発明の精神と範囲から逸脱しないこともまた当業者によって理解されるべきである。その機構および方法の両方に関し、本発明の特徴であると信じられる新規な特徴は、さらなる目的と利点とともに、添付した図面に関連して考慮されたとき、以下の記載からよりよく理解される。しかしながら、各図面は表示および記載のためだけに提供され、本発明を限定する記載としては意図されないことは明確に理解されるべきである。

ここに組み込まれ、明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、その記述とともに、本発明の原理を説明するために役立つ。
本テンショナの後方から見た斜視図である。 本テンショナの前方から見た斜視図である。 本テンショナの正面図である。 分解図である。 図３の５－５断面図である。 本発明のテンショナを有するＭＧＵシステムである。

図１は本テンショナの後方から見た斜視図である。テンショナ１０００はベース１０とリング２０とピボットアーム３０とを備える。ボールベアリング４０がベース１０とリング２０の間に配置される。ベース１０とリング２０はボールベアリング４０において、共に回転自在に支持される。

プーリ２１がベアリング２２においてリング２０に回転自在に支持される。プーリ３１がベアリング３４においてピボットアーム３０に回転自在に支持される。プーリ２１の回転軸Ｂ－Ｂはベアリング４０、そしてリング２０の回転軸Ａ－Ａからずれている。ピボットアーム３０はピボット軸Ｃ－Ｃの周りに揺動する。リング２０はベース１０に対して軸Ａ－Ａの周りに回転変位する。作動においてリング２０は、ベルト張力の変化とＭＧＵシステムの作動条件とに応じて、軸Ａ－Ａの周りにおける異なる位置の間で揺動する。

ベルトはアクセサリ駆動システムに掛け回される。ベルトはプーリ２１とプーリ３１に係合する。アクセサリ駆動システムは、２、３の例をあげると、ウォーターポンプ、燃料噴射ポンプ、空調コンプレッサ、オイルポンプ、パワーステアリングポンプを含む、いくつかのエンジン駆動アクサセリであってもよい。図６参照。

ベース１０は環状あるいはトーラス形状を有し、孔１１付きの取付けブラケットを備える。取付けブラケット１１は、ボルト等の固定具を用いてテンショナをモータージェネレータユニット（ＭＧＵ）に取付けるために使用される。軸Ａ－ＡはＭＧＵ軸ＭＧＵＳの回転軸に整列する。図６参照。ベースの環状形状は軸Ａ－Ａに整列する。

開示された実施形態において、ベアリング４０は、例えばバウハウン（Ｂａｕｈａｕｎ）、タイドゥ（Ｔａｉｄｅ）、日本精工（ＮＳＫ）、不二越（Ｎａｃｈｉ）、エスケイエフ（ＳＫＦ）から入手できる３０ＢＤ４０・二列アンギュラーコンタクト軸受である。他社も適当な２列軸受を提供している。ここに記載された実施形態の寸法例は、内径３０ｍｍ×外径５５ｍｍ×幅２３ｍｍである。シールド深溝単列軸受もまた、使用者のニーズに応じて使用可能である。単列軸受の寸法例は、内径３０ｍｍ×外径５５ｍｍ×幅１３ｍｍである。どちらの型の軸受も潤滑性を維持し、汚染に抵抗するために適切にシールされる。潤滑剤は公知のオイルまたはグリースであってもよい。

ベアリング４０はベース１０とリング２０の間に圧入される。ベアリング４０のインナーレース４１はリング２０に嵌め込まれる。ベアリング４０のアウターレース４２はベース１０の円筒状部分１２に嵌め込まれる。嵌め込みは、２つの要素を一体的に固定するための手段として一般的に知られている。ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ａｓｓｅｍｂｌｙｍａｇ．ｃｏｍ／ａｒｔｉｃｌｅｓ／８７７５５－ａｓｓｅｍｂｌｙ－ｐｒｅｓｓｅｓ－ｃｒｉｍｐｉｎｇ－ｓｔａｋｉｎｇ－ｓｗａｇｉｎｇ－ｃｌｉｎｃｈｉｎｇを参照。

ボールベアリング４０の使用は、ベース１０に対するリング２０の長期間の作動アライメントを改善する。プーリ２１、３１はベース１０の面から外方にずれており、したがってベルトの引張荷重が作用したとき、偶力が生じる。偶力はベース１０に関してリング２０を回転させるように作用する。従来技術のオービタル・テンショナは、偶力に抵抗し、ベースとリングの同一平面上の整列を維持するために、樹脂のブッシュを使用している。しかしながら樹脂のブッシュは時間とともに劣化して、リングとベースの漸進的なミスアライメントを導き、これによりベルト面に対するプーリのミスアライメントを導く。これは、延いては、ベルトの早期摩耗と望ましくないノイズを引き起こす。ミスアライメントが継続的に減少しないことを許容すると、ベルトは最後にはプーリから外れる。過度のノイズも同様な要素である。一方、ボールベアリングは樹脂のブッシュと比較して、耐久性に優れ、長く使用でき、リングとベースの間のアライメントをより正確に保持する。２列ベアリングは、単列ベアリングと比較してロックに対する抵抗が大きいので、単列ベアリングよりも好ましい。しかし、システムの設計により、いずれか一方が選択されてもよい。ニードルベアリングが同等な成功率で使用されるかもしれない。

図２は本テンショナの前方から見た斜視図である。ベアリング４０のインナーレース４１はリング２０の円筒状部分２５に圧入される。レース４１は部分２５に固定される。部分２５は中空円筒または中実軸である。ピン３７が取付け作業の間、リング２０の孔３８に係合する。ピン３７はピボットアーム３０を所定の位置に保持する。

図３は本テンショナの正面図である。この実施形態では、プーリ２１、３１はテンショナの同じ側にあり、典型的にはＭＧＵに対向する。これは反転設計と呼ぶことができる。

図４は分解図である。減衰機構は要素５１、５２、５３を備える。摩擦要素５３はリング２０に係合する。ウェーブスプリング５１はスチールリング５２を押圧する。リング５２は、垂直力をウェーブスプリング５１から摩擦要素５３へ伝えることにより、要素５３を保護する。摩擦要素５３は、要素５３の相対回転を阻止するように、タブ５４によりベース１０にロックされる。摩擦要素５３はリング２０の運動を減衰させる。

プーリ２１はベアリング２２に回転自在に支持される。ダストシールド２４は異物がベアリング２２に侵入することを阻止する。ボルト２３はダストシールド２４とベアリング２２を、そしてこれにより、プーリ２１をリング２０に固定する。

プーリ３１はベアリング３４に回転自在に支持される。ダストシールド３５は異物がベアリング３４に侵入するのを妨げる。ボルト３６はダストシールド３５とベアリング３４を、そしてこれにより、プーリ３１をピボットアーム３０に固定する。

ピン３７は一時的に、ピボットアーム３０とベース１０の間に係合する。リムーバブルピン３７はピボットアーム３０を所定の取付け位置にロックする。ピン３７は、テンショナがＭＧＵの最終位置に取付けられた後、取付け者によって除去され、これにより、ピボットアーム３０とプーリ３１は解放されてベルトに負荷をかける。

スプリング３２の端部３９はストッパ２６に係合する。スプリング３２は巻戻し方向に付勢するように成形される。端部３９１はピボットアーム３０のストッパ３９２に係合する。

図５は図３の５－５断面図である。２列ベアリング４０が示されている。インナーレース４１は円筒状部分２５に圧入される。アウターレース４２は円筒状部分１２に圧入される。ベアリングの使用は、リングがベースをクランプするか、ベースがリングをクランプする、従来技術の連結の必要性を否定する。その代わり、本発明のテンショナは、クランプあるいはオーバーラップ型ジョイントを用いることなく、完全にベアリングを介してリングとベースを連結する。

ベアリング４０は、樹脂のブッシュと比較して、小さい抵抗で、リングのベースにおける、より正確な運動を与える。

減衰機構５１、５２、５３はベース１０とリング２０の間に係合して、リングの運動を減衰させる。タブ５４はベース１０の部分１３にそれぞれ係合して、ベース１０に対する摩擦要素５３の運動を阻止する。このように、摩擦的に減衰される運動は摩擦要素５３とリング２０の間である。他の実施形態において摩擦要素５３は、摩擦要素５３とベース１０の間に同等の効果で生じる相対的な摩擦運動により、リング２０にロックされる。

図６は本発明のテンショナを有するＭＧＵシステムである。テンショナ１０００は、アクセサリ駆動システムの一部であるＭＧＵに取付けられる。ベルトＢはエンジンクランクシャフトＣＲＫのプーリと、エアコンディショナコンプレッサＡＣと、ＭＧＵ軸ＭＧＵＳを有するＭＧＵとに掛け回される。アイドラプーリＩＤＬはエンジンにおけるベルトの適切な掛け回しのために作用する。ピボットアーム３０は、ベルトの引張荷重を付与するために、プーリ３１をベルトに押し付ける。ベルト荷重は、ベルトがシステムのプーリに対してスリップすることを阻止し、このスリップはノイズとベルトの早期摩耗を発生させる。

起動停止動作のため、ＭＧＵはエンジンが作動しているときに電力を発生する。ＭＧＵはこのモードにおいてエンジンにより駆動される。エンジンが停止しているとき、ＭＧＵは駆動源になり、エンジンのために起動力を提供する。ＭＧＵは、電気スイッチ（図示せず）の使用により、エアコンディショナコンプレッサを作動させた状態に保持する。電気クラッチはエアコンディショナコンプレッサに取付けられ、車両のＥＣＵにより制御される。クランクシャフトＣＲＫも作動を容易にするためにワンウェイクラッチ（図示せず）を備えてもよい。

環状ベースと、ボールベアリングにより環状ベースに回転自在に係合するリングとを備え、リングは回転軸（Ａ－Ａ）を有し、リングに軸支され、リングの回転軸（Ａ－Ａ）からずれた第１プーリ回転軸（Ｂ－Ｂ）を有する第１プーリを備え、リングに揺動自在に取付けられたピボットアームを備え、ピボットアーム揺動軸（Ｃ－Ｃ）はリング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、ピボットアームに軸支された第２プーリを備え、ピボットアームを第１方向に付勢するトーションスプリングを備え、ボールベアリングは第１レースと第２レースを有し、リングは第１レースに嵌め込まれ、環状ベースは第２レースに嵌め込まれ、リングとベースの間に摩擦的に配置された減衰機構を備えるオービタル・テンショナ。

環状ベースと、ボールベアリングにより環状ベースに軸支されたリングとを備え、リングは回転軸（Ａ－Ａ）を有し、リングに軸支された第１プーリを備え、第１プーリ回転軸（Ｂ－Ｂ）はリング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、リングに揺動自在に取付けられたピボットアームを備え、ピボットアーム揺動軸（Ｃ－Ｃ）はリング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、ピボットアームに軸支された第２プーリを備え、ピボットアームを第１方向に付勢するトーションスプリングを備え、ボールベアリングは第１レースと第２レースを有し、リングは第１レースに固定され、環状ベースは第２レースに固定され、リングとベースの間に摩擦的に配置された減衰機構を備えるオービタル・テンショナ。

ベースと、リングとを備え、リングとベースはボールベアリングにより共に軸支され、リングは回転軸（Ａ－Ａ）を有し、リングに軸支された第１プーリを備え、第１プーリ回転軸（Ｂ－Ｂ）はリング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、リングに揺動自在に取付けられたピボットアームを備え、ピボットアーム揺動軸（Ｃ－Ｃ）はリング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、ピボットアームに軸支された第２プーリを備え、ピボットアームを第１方向に付勢するトーションスプリングを備え、リングとベースの間に摩擦的に配置された減衰機構を備えるオービタル・テンショナ。

本発明の形態が説明されたが、ここに記載された発明の精神と範囲から逸脱することなく、当業者が、構成と部分の関係と方法において変形を施すことは自明である。特に注記されない限り、図面に示された要素は尺度を表さない。数値の情報は一例であり、特に示されない限り、本発明の範囲を限定することは意図していない。さらに、「ｍｅａｎｓ ｆｏｒ」または「ｓｔｅｐ ｆｏｒ」の語句が特定の請求項において明確に用いられていない限り、添付された特許請求の範囲の要素のいずれかが米国特許法第１１２条（ｆ）の問題を引き起こすことは意図していない。本件の開示は、図面に示され、またここに記載された、代表的な実施形態または数値の大きさに限定されるものではない。

Claims (12)

1. 環状ベースと、
   ボールベアリングにより前記環状ベースに軸支されたリングとを備え、前記リングは回転軸（Ａ－Ａ）を有し、
   前記リングに軸支された第１プーリを備え、第１プーリ回転軸（Ｂ－Ｂ）は前記リング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、
   前記リングに揺動自在に取付けられたピボットアームを備え、ピボットアーム揺動軸（Ｃ－Ｃ）は前記リング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、前記ピボットアームに軸支された第２プーリを備え、
   前記ピボットアームを第１方向に付勢するトーションスプリングを備え、
   前記ボールベアリングはインナーレースとアウターレースを有し、
   前記リングは前記インナーレースに嵌め込まれて固定され、
   前記環状ベースは前記アウターレースに嵌め込まれて固定され、
   前記リングと前記ベースの間に摩擦的に配置された減衰機構を備え、
   前記減衰機構が前記ボールベアリングの外周側に設けられるとともに、摩擦要素とスプリングを備え、前記摩擦要素とスプリングが前記リングと前記ベースの間に挟まれる
   テンショナ。
2. 前記ボールベアリングが２列ベアリングである請求項１に記載のテンショナ。
3. 前記ボールベアリングがシールドベアリングである請求項１に記載のテンショナ。
4. 前記スプリングがウェーブスプリングである請求項１に記載のテンショナ。
5. 環状ベースと、
   ボールベアリングにより前記環状ベースに回転自在に係合するリングとを備え、前記リングは回転軸（Ａ－Ａ）を有し、
   前記リングに軸支され、前記リングの回転軸（Ａ－Ａ）からずれた第１プーリ回転軸（Ｂ－Ｂ）を有する第１プーリを備え、
   前記リングに揺動自在に取付けられたピボットアームを備え、前記ピボットアーム揺動軸（Ｃ－Ｃ）は前記リング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、前記ピボットアームに軸支された第２プーリを備え、
   前記ピボットアームを第１方向に付勢するトーションスプリングを備え、
   前記ボールベアリングはインナーレースとアウターレースを有し、
   前記リングは前記インナーレースに嵌め込まれ、
   前記環状ベースは前記アウターレースに嵌め込まれ、
   前記リングと前記ベースの間に摩擦的に配置された減衰機構を備え、
   前記減衰機構が前記ボールベアリングの外周側に設けられるとともに、ウェーブスプリングと摩擦要素を備え、前記ウェーブスプリングと摩擦要素が前記リングと前記ベースの間に挟まれる
   テンショナ。
6. 前記ボールベアリングが２列ベアリングである請求項５に記載のテンショナ。
7. 前記ボールベアリングが単列ベアリングである請求項５に記載のテンショナ。
8. 前記単列ベアリングが深溝単列ベアリングである請求項７に記載のテンショナ。
9. ベースと、
   リングとを備え、前記リングとベースはボールベアリングに嵌め込まれて軸支され、前記リングは回転軸（Ａ－Ａ）を有し、
   前記リングに軸支された第１プーリを備え、第１プーリ回転軸（Ｂ－Ｂ）は前記リング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、
   前記リングに揺動自在に取付けられたピボットアームを備え、ピボットアーム揺動軸（Ｃ－Ｃ）は前記リング回転軸（Ａ－Ａ）からずれており、前記ピボットアームに軸支された第２プーリを備え、
   前記ピボットアームを第１方向に付勢するトーションスプリングを備え、
   前記ボールベアリングはインナーレースとアウターレースを有し、
   前記リングは前記インナーレースに嵌め込まれ、
   前記環状ベースは前記アウターレースに嵌め込まれ、
   前記リングと前記ベースの間に摩擦的に配置された減衰機構を備え、
   前記減衰機構が前記ボールベアリングの外周側に設けられるとともに、ウェーブスプリングと摩擦要素を備え、前記ウェーブスプリングと摩擦要素が前記リングと前記ベースの間に挟まれる
   テンショナ。
10. 前記ボールベアリングがシールド２列ベアリングである請求項９に記載のテンショナ。
11. 前記ボールベアリングがシールド深溝単列ベアリングである請求項９に記載のテンショナ。
12. 前記ピボットアームと前記リングに係合するリムーバブルピンをさらに備える請求項９に記載のテンショナ。
    

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