WO2011135705A1 - 駆動力伝達装置とその調節方法 - Google Patents

Abstract

　駆動力伝達装置は、ベルト又はチェーンによって形成された駆動媒体を介して動力を伝達する動力伝達部と、駆動媒体に対して張力を加えるテンショナとを備える。テンショナは、駆動媒体を付勢する圧縮バネと、圧縮バネが所定の長さ以下に縮むことを妨げるストッパと、圧縮バネが所定の長さとなるまで駆動媒体の方向に押すことが可能な調整部とを備える。このような構成により、設置時には駆動媒体のテンションが支配的となる。駆動媒体がやや疲労すると、テンショナのストッパが外れて圧縮バネが駆動媒体の振動を吸収する。その結果、簡素な構成によってテンショナの交換時期を延ばすことができる。

Description

駆動力伝達装置とその調節方法

　本発明は、駆動力伝達装置とその調節方法に関する。

　ある駆動軸の回転をベルトやチェーンなどの駆動媒体を介して他の駆動軸に伝達する技術が用いられている。このような駆動力伝達装置において、駆動媒体の張力を適切な大きさとするために、テンショナが用いられている。テンショナは、例えば圧縮バネなどの付勢部材によって駆動媒体に付勢することによって、駆動媒体の張力を適切な大きさに調節する。

　テンショナに関する参考技術として、特許文献１、２を挙げる。

特許第３２９７８０８号公報 特開第３６６６８９９号公報

　駆動力伝達装置が使用されると、ベルトやチェーンなどの駆動媒体が回転して、ある駆動軸の回転が他の駆動軸に伝達される。その間、テンショナは駆動媒体から変動応力を受けて疲労する。そのため、長期間にわたって駆動力伝達装置を用いる場合は、付勢部材の交換などのテンショナの保守作業が必要となる。

　テンショナの保守作業の手間が少ない駆動力伝達装置とその調節方法が求められている。特に、簡素な手段でテンショナの保守作業の手間を軽減できる駆動力伝達装置とその調節方法が求められている。

　本発明の一側面において、駆動力伝達装置は、ベルト又はチェーンによって形成された駆動媒体を介して動力を伝達する動力伝達部と、駆動媒体に対して張力を加えるテンショナとを備える。テンショナは、駆動媒体を付勢する圧縮バネと、圧縮バネが所定の長さ以下に縮むことを妨げるストッパと、圧縮バネを所定の長さとなるまで駆動媒体の方向に押すことが可能な調整部とを備える。

　本発明の一側面において、駆動力伝達装置の調節方法は、駆動媒体を介して動力を伝達する動力伝達部と、駆動媒体に対して張力を加えるテンショナとを備える駆動力伝達装置に適用される。テンショナは、駆動媒体を付勢する圧縮バネと、圧縮バネが所定の長さ以下に縮むことを妨げるストッパとを備える。駆動力伝達装置の調節方法は、テンショナの設置時に、駆動媒体の方向に力を加えることによって圧縮バネを所定の長さになるように圧縮する工程を備える。

　本発明により、テンショナの保守作業の手間が少ない駆動力伝達装置及びその調節方法が提供される。特に本発明により、簡素な手段でテンショナの保守作業の手間を軽減できる駆動力伝達装置及びその調節方法が提供される。

　本発明の上記目的、他の目的、効果、及び特徴は、添付される図面と連携して実施の形態の記述から、より明らかになる。
図１は、駆動力伝達装置の斜視図である。 図２は、テンショナの断面図である。 図３は、テンショナの断面図である。 図４は、ベルトの一部とテンショナの側面図である。 図５は、弾性部材の伸びとテンションの関係を示す。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、駆動力伝達装置を示す。駆動力伝達装置は、ある回転軸に固定されたプーリー１と、他の回転軸に固定されたプーリー２と、それらに掛けられたループ状のベルト３からなる動力伝達部を備える。ベルト３とプーリー１、２に替えてローラーチェーンとスプロケット等の駆動媒体を用いてもよい。プーリー１は、カップリング５と発電機６に接続される。カップリング５は、原動機などが生成するトルクを伝達するシャフトに結合される。カップリング５のトルクは、プーリー１を回転し、且つ主発電機６に伝達される。主発電機６はそのトルクを電力に変換して外部に供給する。

　プーリー１のトルクは、ベルト３を介してプーリー２に伝達される。プーリー２は何らかの機器にトルクを供給する。本実施形態においては、プーリー２は発電機７にトルクを供給する。発電機７は、そのトルクを電力に変換して図示しない機器に供給する。駆動力伝達装置はテンショナ４を備える。テンショナ４は駆動媒体に対して張力を加える。具体的には、テンショナ４はバネによってベルト３に付勢することにより、ベルトのテンションを適切な範囲内に調節する。

　図２は、テンショナ４の断面図である。テンショナ４は取付板１０を備える。取付板１０にピン押さえ板１２によってピン１１が取り付けられる。ピン１１には予めプーリー１４が取り付けられる。プーリー１４はベルト３に付勢するために押し付けられる部材である。プーリー１４は、ピン１１の中心を回転軸１３として取付板１０に対して回転自在に取り付けられる。プーリー１４はベルト３の駆動に従って自在に回転する。ブラケット８は、駆動力伝達装置を支持する支持部材に対して固定される。ガイド９は、取付板１０をブラケット８に対して所定方向（ｚ軸方向）に移動できるように取り付ける。その所定方向は、プーリー１４がベルト３を押して、そのテンションに影響を与える方向（以下、付勢方向と呼ぶ）である。

　テンショナ４は付勢部４ａを備える。付勢部４ａはシリンダ状の部材であるリテーナ１５を備える。リテーナ１５はブラケット８と同様に支持部材に対して固定される。リテーナ１５は内部にバネ１８を収納する円筒形の空間を有する。本実施形態においてバネ１８は圧縮コイルバネである。バネ１８の一端は第１部材であるバネ保持部材１６に保持され、他端は第２部材であるバネ保持部材１７に保持される。バネ保持部材１６、１７は、リテーナ１５の内壁面に支持されて付勢方向に摺動する摺動部材である。

　バネ保持部材１６はナット２２とボルト２３からなる調節部によってその付勢方向の位置が調節される。作業者は、テンショナ４の調節時に、ボルト２３によってバネ１８に対してベルト３の方向に力を加えることによって、バネ１８が所定の長さになるように圧縮する。

　リテーナ１５の底面にはバネ１８の伸縮方向に貫通する貫通孔が設けられる。その貫通孔の内側に、ボルト２３のおねじと螺合するめねじが形成される。ボルト２３を回転させることにより、ボルト２３のバネ１８の伸縮方向における位置が所望の位置に設定される。リテーナ１５の底面の外側には、ボルト２３と螺合することにより緩むことを防止するナット２２が配置される。ボルト２３の先端はバネ保持部材１６のバネ１８と反対側に接する。ボルト２３の付勢方向の位置を調節することにより、バネ１８のバネ保持部材１６側の端部の位置が変化し、その長さを調節することができる。すなわちボルト２３はバネ１８の下端側の位置を調節するジャッキアップボルトとして機能する。

　バネ保持部材１７のバネ１８と反対側は当板２１の一端に接する。当板２１の他端は取付板１０の一端に接する。バネ１８の弾性力が当板２１とプーリー１４を介して付勢方向に加えられることによって、ベルト３のテンションが調節される。

　バネ保持部材１７は、そのバネ１８側の面に形成され、バネの伸縮方向を母線方向とする円柱形の突起である挿入ピース１９を備える。同様にバネ保持部材１６は、そのバネ１８側の面に形成され、バネの伸縮方向を母線方向とする円柱状の突起である挿入ピース２０を備える。挿入ピース１９、２０は、バネ１８が所定の長さ以下に縮むことを妨げるストッパとして機能する。リテーナ１５のサイズを小さくするためには、挿入ピース１９、２０は図示のようにバネ１８の円筒形状の内側に配置されることが望ましい。挿入ピース１９、２０は、バネ保持部材１６、１７のいずれか一方にのみ形成されていてもよい。その場合、挿入ピース１９又は２０は、バネ１８自身が最大限縮み得る長さよりも母線方向に長く形成される。

　図２では挿入ピース１９と挿入ピース２０の間には付勢方向に距離ｄの隙間がある。この状態において、バネ１８は距離ｄのみ圧縮することができる。図２からバネ１８が距離ｄ圧縮されると、図３に示すように挿入ピース１９と挿入ピース２０が当接し、その接触面が圧縮力を支持する。この状態で、バネ１８自身は底付きしていない。すなわちバネ１８の付勢方向に隣接する線材同士が接触する状態にまで圧縮されていない。しかし挿入ピース１９、２０が接触することにより、付勢部４ａは底付きした状態となる。

　図４は、ベルト３の一部とテンショナ４の側面図を示す。リテーナ１５は監視窓２４（監視窓２４－１～２４－３）を有する。各監視窓２４は、付勢方向に長い窓である。作業者は外部から各監視窓２４を通してリテーナ１５の内部のバネ１８と挿入ピース１９、２０を視認することができる。特に挿入ピース１９のベルト３寄りの端部と、その端部に対向する挿入ピース２０の端部とを視認することができる。挿入ピース１９及び２０のいずれか一方のみが設けられている場合には、挿入ピース１９又は２０と、それに対向するバネ保持部材１６又は１７との互いに対向する端部をリテーナ１５の外部から視認できるように監視窓２４が設けられる。すなわち監視窓２４は、少なくとも一つの挿入ピースの端部と、その端部に対向する他の部材の端部とを視認できるように形成される。監視窓２４は一つでもよいが、設計によってはバネ１８の線材が邪魔となってバネ１８や挿入ピース１９、２０の状態を視認し難くなる場合がある。そのため図４のように複数の監視窓２４－１～２４－３をリテーナ１５の周方向に異なる位置に設けることが望ましい。

　このような駆動力伝達装置の調節方法について、図５を参照して説明する。図５の横軸は、駆動力伝達装置の弾性部材の永久ひずみ、すなわちベルト３の疲労による伸びとバネ１８の疲労による縮みを示す。すなわち、駆動力伝達装置に設置されたときのベルト３とバネ１８の長さと、力が加えられていない状態でのベルト３とバネ１８の長さとの差を示す。図５の縦軸は弾性部材に付与されるテンションを示す。

　本実施形態の駆動力伝達装置では、駆動媒体であるベルト３のテンションの調整を、ベルト３自身のテンションとテンショナ４が付与するテンションの両者を用いて行う。図５のＴ１は、弾性部材のテンションが適切である範囲の上限値を示す。Ｔ３は、弾性部材のテンションが適切である範囲の下限値を示す。

　駆動力伝達装置は、まずベルト３のテンションがＴ１となるように調節される。このとき弾性部材のひずみはＥ１である。この状態でテンショナ４は、図３に示したように挿入ピース１９と挿入ピース２０が接触するようにボルト２３によって調節される。駆動力伝達装置は、その設置時に、このようにテンショナ４が圧縮方向の力に対して剛性の部材となるように調節される。

　挿入ピース１９、２０が設けられていることにより、バネ１８の線材同士が接触するまで圧縮しなくてもテンショナ４を剛性の部材とすることができる。これはバネ１８の疲労、損傷、永久歪などを避けるために好ましい。

　駆動力伝達装置が使用されると、長期間のうちにベルト３が疲労してテンションが低下し、状態がＡ点からＢ点に向って移動する。この間は、図５の線の傾きで示されるベルト３のバネ定数が支配的な領域である。この領域では、ベルト３からテンショナ４にかかる荷重は挿入ピース１９と挿入ピース２０との接触面が受ける。そのためバネ１８には変動荷重がほとんどかからない。従って、点Ａと点Ｂの間の領域で使用されている期間は、バネ１８の疲労を避けることができる。

　バネ１８の疲労を更に低減するために、ダンパを併設してもよい。しかし上記理由により、テンショナ４にダンパを併設しない場合であっても、本実施形態の調節方法によりバネ１８の疲労を低減することができる。そのため簡素な構成で長寿命のテンショナ４を実現することができる。更に油圧ダンパを採用した場合のように油漏れに対処する構成が必要ない。

　ベルト３がやや伸びてテンションが下がり点Ｂに達すると、テンショナ４に掛かるベルト３の力が低下した結果、バネ１８のテンションにより、挿入ピース１９と挿入ピース２０とが離れる。その後テンションが点Ｂから点Ｃまでの間は、図５の線の傾きで示されるバネ１８のバネ定数が支配的な領域である。この領域において、ベルト３からテンショナ４に加わる荷重の変動は、バネ１８の伸縮によって緩和される。

　バネ１８が長期間の使用により疲労すると、状態が点Ｂから点Ｃに移動し、テンションがＴ３に下がる。作業者は、事前に、テンションがＴ３に低下した時点における図２に示す挿入ピース間の隙間の距離ｄを調べておく。作業者は、監視窓２４－１～２４－３から挿入ピース間の距離ｄを監視することにより、テンションがＴ３に低下したことを知ることができる。距離ｄが所定の長さ以上となったときには、テンションが適切な範囲を下回ったと判断して、ベルト３とテンショナ４の交換が行われる。

　このように、駆動力伝達装置のベルト３のテンションを適切な範囲内に維持するために、ベルト３自身のテンションとバネ１８のテンションとを用いることにより、設置時（点Ａ）からテンショナ４又はベルト３の交換時（点Ｃ）までの期間を長くすることができる。その結果、簡素な構造のテンショナによって、メンテナンスの手間の少ない駆動力伝達装置を実現することができる。

　更に、ベルト３とバネ１８のテンションを用いることにより、以下の効果も得られる。一般的に、ベルト３のバネ定数はバネ１８のバネ定数よりも大きいことが多い。この関係は、図５においてベルト３のバネ定数が支配的な点Ａと点Ｂの間の領域の傾きが、バネ１８のバネ定数が支配的な点Ｂと点Ｃの間の領域の傾きよりも大きいことに示されている。ベルト３のバネ定数が大きいために、テンショナ４に依らずにベルト３のテンションを適切な範囲内に設定しようとすると、横軸で示される伸びの調節幅が狭くなり、調節が難しくなる。ベルト３よりもバネ定数が大きいバネ１８も併用してベルト３のテンションを用いることにより、ベルト３のテンションを適切な範囲内に調節することが容易になる。

　以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態に様々な変更を行うことが可能である。

Claims (6)

1. 　ベルト又はチェーンによって形成された駆動媒体を介して動力を伝達する動力伝達部と、
   　前記駆動媒体に対して張力を加えるテンショナとを具備し、
   　前記テンショナは、
   　前記駆動媒体を付勢する圧縮バネと、
   　前記圧縮バネが所定の長さ以下に縮むことを妨げるストッパと、
   　前記圧縮バネを前記所定の長さとなるまで前記駆動媒体の方向に押すことが可能な調整部
   　とを具備する駆動力伝達装置。
2. 　請求項１に記載された駆動力伝達装置であって、
   　前記テンショナの調節時に、前記調整部によって前記圧縮バネが前記所定の長さになるように圧縮される
   　駆動力伝達装置。
3. 　請求項１又は２に記載された駆動力伝達装置であって、
   　前記テンショナは更に、
   　前記圧縮バネを収納するシリンダと、
   　前記シリンダの内部で前記圧縮バネの前記駆動媒体と反対側の端部を支持して前記シリンダの内壁に対して摺動する摺動部材を備え、
   　前記摺動部材は、前記圧縮バネの内側に配置された挿入ピースを備え、
   　前記ストッパは、前記挿入ピースの前記駆動媒体側の端部が他の部材に当接することによって前記圧縮バネが前記所定の長さ以下に縮むことを妨げる
   　駆動力伝達装置。
4. 　請求項３に記載された駆動力伝達装置であって、
   　前記シリンダに、前記挿入ピースと前記他の部材との互いに対向する端部を外部から見ることを可能とする窓が形成された
   　駆動力伝達装置。
5. 　駆動力伝達装置の調節方法であって、
   　前記駆動力伝達装置は、
   　駆動媒体を介して動力を伝達する動力伝達部と、
   　前記駆動媒体に対して張力を加えるテンショナとを具備し、
   　前記テンショナは、
   　前記駆動媒体を付勢する圧縮バネと、
   　前記圧縮バネが所定の長さ以下に縮むことを妨げるストッパと、
   　前記圧縮バネが所定の長さとなるまで前記駆動媒体の方向に押す調整部とを備え、
   　更に、前記テンショナの設置時に、前記調整部によって前記駆動媒体の方向に力を加えることによって前記圧縮バネを前記所定の長さになるように圧縮する工程を具備する
   　駆動力伝達装置の調節方法。
6. 　請求項５に記載された駆動力伝達装置の調節方法であって、
   　前記テンショナは更に、
   　前記圧縮バネを収納するシリンダと、
   　前記シリンダの内部で前記圧縮バネの前記駆動媒体と反対側の端部を支持して前記シリンダの内壁に対して摺動する摺動部材とを備え、
   　前記摺動部材は、前記圧縮バネの内側に配置された挿入ピースを備え、
   　前記ストッパは、前記挿入ピースの前記駆動媒体側の端部が他の部材に当接することによって前記圧縮バネが前記所定の長さ以下に縮むことを妨げ、
   　前記シリンダに、前記挿入ピースの前記駆動媒体側の端部を外部から見ることを可能とする窓が形成され、
   　更に、窓から前記端部と前記他の部材との隙間の間隔を確認し、前記間隔が所定の長さ以上となったときに前記駆動媒体を交換する工程を具備する駆動力伝達装置の調節方法。

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