JP2009531634A - テンショナ - Google Patents
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Abstract
ベースと、ベースに回動自在に連結されたピボットアームと、ピボットアームに枢着されたプーリと、第1動作レンジに渡りピボットアームにバネ力を与え、ベースとピボットアームの間に配置される第1バイアス部材と、ベースとピボットアームの間に配置される第2バイアス部材とを備え、第2バイアス部材が、所定のピボットアーム位置においてバネ力をピボットアームに与え、所定のピボットアーム位置が第1動作レンジ内にあり、所定のピボットアーム位置を越えると第2バイアス部材が第1バイアス部材のバネ力を補足するテンショナ。
Description
本発明は、テンショナに関し、より具体的には、第1スプリングと第2スクリングを備え、所定のピボットアーム位置において第2スプリングが第1スプリングのバネ力を補足するようにピボットアームにバネ力を与えるテンショナに関する。
一般に、テンショナは、装置の静的なトルク(あるいは力)を出力するスプリングなどのエネルギ蓄積要素と、外部からの入力に対する装置の動的な力の応答を緩和する例えばある種の形態のダンピング機構などエネルギ吸収要素を備える。エネルギ蓄積要素とエネルギ吸収要素は、アームの動作レンジ全体に渡って機能し、動作レンジ内において選択的に用いられるものではない。エネルギ蓄積要素により出力される力は、この要素に掛かる荷重(通常テンショナベースに対するテンショナアームの位置により規定される)とその要素のバネ係数によって変わる。
例えば、スプリング同士が直線的に配置された2個の捻りスプリングを備えるテンショナなど、1以上のエネルギ蓄積要素を備えるテンショナが知られている。直列するスプリングは2つの異なる機能を提供し、それぞれは、常時動作可能な状態でピボットアームに係合されている。第1のものは、エネルギ蓄積機能に係わる。第2のものは、テンショナアームの動きを減衰するダンピング要素、すなわち摩擦要素の負荷を与える手段の提供に係わる。
この技術の代表は、ウシオの米国特許第4,826,471号(1989年)であり、動力伝達ベルトに押し当てられるアイドラローラに2種類の付勢を与えるスプリング機構を備えた動力伝達ベルトのオートテンショナを開示する。この付勢のための構成は、アイドラローラを搭載したアームに2種類の付勢を与え、捻りによる付勢とスプリング機構の圧縮による付勢を含む。1つの方式では、一対の付勢スプリングが用いられ、1つは捻り付勢を与えるためのもので、1つは圧縮付勢を与えるためのものである。別の方式では、単独のスプリングが2種類の付勢動作の両方に作用する。圧縮付勢機構は、圧縮スプリングの圧縮がアイドラローラアームの運動に寄与するように相互に協働する傾斜面を有する一対のカムを備える。
必要とされているのは、第1スプリングと第2スプリングとを備え、所定のピボットアーム位置において第2スプリングが第1スプリングのバネ力を補足するようにピボットアームにバネ力を与えるテンショナである。本発明はこの要求に合致する。
本発明の第1の目的は、第1スプリングと第2スプリングとを備え、所定のピボットアーム位置において第2スプリングが第1スプリングのバネ力を補足するようにピボットアームにバネ力を与えるテンショナを提供することである。
本発明のその他の目的は、本発明の以下の説明と添付された図面により指摘され明らかとされる。
本発明は、ベースと、ベースに回動自在に連結されたピボットアームと、ピボットアームに枢着されたプーリと、第1動作レンジに渡りピボットアームにバネ力を与えベースとピボットアームの間に設けられた第1バイアス部材と、ベースとピボットアームの間に配置され所定のピボットアーム位置でバネ力をピボットアームに与える第2バイアス部材とを備え、所定のピボットアーム位置が上記動作レンジ内にあり、所定のピボットアームの位置を越えると第2バイアス部材が第1バイアス部材のバネ力を補足するテンショナを備える。
この明細書に組み込まれそ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、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
図1は、本発明に係わるテンショナの平面図である。テンショナ100は、ベース10を備える。ベース10は、テンショナを、例えばエンジンなどの取付面(図示せず)に取り付けるためのファスナ(図示せず)が挿入される穴12を有する。ファスナは、ボルトなどのネジ付きファスナであってもよく、またリベット、スタッド、あるいは接着剤であってもよい。
ピボットアーム20は、ピボット21においてベース10に回動自在に連結される。プーリ30は、回転軸31においてピボットアーム20に枢着される。回転軸31は、周知のどのような形式のボルトやロッドであってもよい。プーリ30は、例えば補機伝動システムにおけるベルトなどの動力伝達ベルトに係合される。
テンショナ100は、第1スプリング41(図4参照)と第2スプリング40(図4参照)を備える。第2スプリング40は、係合部11においてベース10に係合する。第2スプリング40の他端は、係合部22において、ピボットアーム20に係合する。第2スプリング40としては、EPDM、HNBR、ポリウレタン、天然ゴム、合成ゴム、あるいは、これら2以上の組み合わせなどからなるエラストマ部材などがある。また、スプリング40は、圧縮コイルバネや捻りスプリングであってもよい。
図2は、テンショナの移動量に対するハブ荷重を示す。補助レンジBは、通常動作レンジAを越えたレンジである。補助レンジBは、予荷重なしでの高いバネ係数により特徴付けられる。
2個のスプリング(40、41)は、テンショナにおける2段階のトルク出力レンジを与える。第1トルク出力レンジは、スプリング41により規定され、図2においてレンジAとして示される。第2トルク出力レンジは、要求に応じて断続的に係合される第2スプリング40の利用により特徴付けられ、図2においてレンジBとして示される。レンジBにおいて、第2トルク出力レンジは、第2スプリング40のトルクに第1スプリング41のトルクを足し合わせた合計である。スプリング40は、所定の角変位位置に達したピボットアーム20に掛かるスプリング41のバネ力を補足する。
図3は、ピボットアームが動作可能な動作レンジを示すテンショナの模式的な平面図である。径方向R1に対して、フリーアーム位置は約117°である。「フリーアーム」とは、ベルトが係合されていないときに、スプリングに押し遣られたピボットアームが停止する位置である。平均ベルト位置は約177°で、ベルト取付位置は約143°である。これらの値は、単に例示されたもので本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
「平均ベルト位置」は、ピボットアームの通常の動作位置である。スプリング40は、「平均ベルト」位置と「ベルト取付」位置の間で回転移動した位置、あるいは等しい位置おいてピボットアーム20に係合する。
「ベルト取付」位置は、ベルトをテンショナプーリに取り付けるためにピボットアームが移動される位置である。ベルトが取り付けられると、ピボットアームは一般にベルト取付位置から平均ベルト位置へと移動する。ベルト取付位置は、一般にスプリング40が不完全に圧縮された位置から完全に圧縮される位置までの間の範囲にある。ここで示されるレンジの値は、単に例示したもので、説明されたいかなるレンジを限定することを意図したものではない。
図4は、テンショナの分解斜視図である。テンショナはスプリング41を備え、この実施形態では捩りスプリングであり、ベース10内に収容されている。スプリング41の第1端部42はベース10に連結される。スプリング41の第2端部43は、ダンピングシュー15と係合される。ダンピングシュー15は、ピボットアーム20の内側面と摩擦係合する。ダンピングシュー15は、ピボットアーム20の搖動運動を減衰する。ダンピングシュー15は、スプリング41からの押圧力により適正位置に保持される。
第2スプリング40は、ベース10の取付部11に係合する。ピン14により、スプリング40は取付部11に取り付けられる。係合部22は、スプリング40の他端に接触する。作動中、スプリング40は係合部22と取付部11の間に保持される。スプリング40の軸(B−B)は、第1スプリング41の軸(A−A)に略垂直に配置される。これは、軸(A−A)が垂直に配置された平面内に、軸(B−B)が配置されているとも言える。
作動中、捩りスプリング41は、ピボットアーム20が回転するにしたがって捩り方向に圧縮され、これによりプーリ30に係合されたベルトにバネ力が与えられる。異物がプーリ30の回転領域33に侵入することを防止するために、防塵部材31が用いられる。
スプリング40には、第2弾性バネ要素が用いられ、テンショナの通常動作レンジ内において動作に影響を及ぼす。所定のピボットアーム位置に達すると、スプリング40は、捻りスプリング41のバネ力を増大させるために第2バネ力を与える。すなわち、スプリング40、すなわちバイアス(付勢)部材は、所定のピボットアーム位置においてピボットアームにバネ力を付与するもので、所定のピボットアーム位置は動作レンジ内に配置され、そこを越えると、第2スプリング40が第1スプリング41のバネ力を補足する。また、スプリング40は、それがピボットアームと係合されている間、ピボットアームの運動を減衰させる。
スプリング41を単独で用いた低いトルク出力は、ピボットアームの応答を通常のベルト入力に適応させ(ベアリングとハブの低い疲労荷重を保証する)、過度のベルト荷重入力(それによる極端なピボットアームの移動)は、両方のスプリングにより調節され、第2スプリング40は補助動作レンジ内において作動される。
スプリング40の力は、ピボットアームの移動範囲内のどの位置でピボットアームに作用させてもよく、これは求められるアプリケーションでの要求に合わせて、ピボットアーム20の移動範囲内のどの位置においてもスプリング40を係合部22に接触させられることを意味する。
スプリング40のバネ係数は、例えば一定または段階的であり、バネ係数は軸方向圧縮変位の関数として変動してもよい。ピボットアーム力(すなわちベルト力)は、異なるバネ係数をもつ異なるスプリングを用いることにより調整されてもよい。スプリング40は、従来のスプリング、例えば捻りあるいは圧縮の用途で使用される螺旋状巻回スプリング、あるいはプラスチックや例えばポリウレタンなどの天然または合成ゴムを含めた他の弾性材料からなる。ゴムあるいはポリマーの場合、スプリング40はラジアル方向に保持され、あるいは保持されていなかもしれず、スプリングは横方向への過度な変位を防止するために保持される。
またスプリング40は、ピボットアーム移動レンジの終端における穏やかな停止をもたらす。ピボットアーム20は、取付部11との衝突が激しいと騒音と機械的な破損を招き得る硬質な係止部にぶつかる代わりに、自らの予定された移動の終端に近づくと、ピボットアーム20は「柔らかい」スプリング40に衝突する。
ピボット21は、シャフト13とブッシュ130を備える。ピボットアーム20は、シャフト13に連結される。ブッシュ130は、ピボットアーム20の回動運動を容易にする低摩擦ベアリングである。
このテンショナの適用例には、ベルト伝動スタータジェネレータシステムが含まれ、ベルト伝動スタータジェネレータシステムでは、(例えば、オルタネータとして利用されるときにスタータジェネレータのベルト緊張側にテンショナが設けられており)始動モードの方が通常の運転モードよりも厳しい条件である。
ジェネレータスタータによる始動時、すなわちブースト時に高いベルト張力が必要とされることから、従来のテンショナは過度に高いトルク出力をもつ必要があり、これは通常のエンジン運転モードにおいて許容できない高いベルト張力をもたらす。すなわち、通常のエンジン運転モードにおいて低い張力制御/ベルト追従性能をもたらす略0度のハブ荷重・アーム角度(ハブ荷重に対するアーム角度)、あるいは略0度の巻き付け角は、より大きなアームの運動と耐久性の低下をも導く。
本発明に係わるテンショナは、ベルト荷重が、ピボットアーム20を第2スプリング40と係合させる所定のレベルにまで増大したときのみ第2スプリングの作動を通して補足的なトルク出力を提供する。本発明に係わるテンショナ以外では、トルクは第1スプリング41によってのみもたらされる。すなわち、通常の運転および通常動作レンジ内において、テンショナは捻りスプリング41の特性に基づいて作動する。通常動作レンジでは、スプリング40はピボットアーム20とベース10の間において圧縮状態にない。しかし、過剰なベルト荷重が掛かり、それにより通常動作レンジを越えてアームが移動するとき、係合部22はスプリング40と接触し、そして取付部11と連結され、それによりピボットアーム20とベース10の間でスプリング40が圧縮される。この配置では、スプリング40のバネ力が、捻りスプリング41のバネ力に付加される。スプリング40は、付加的なバネ力と、発生した過剰な荷重に抵抗するダンピングを与える。非圧縮状態におけるスプリング40の面45の位置は(図6(a)参照)、通常動作レンジの上側のピボットアーム移動限界を規定する。
スプリング40、41の各々は、テンショナ荷重に影響を及ぼすバネ力とバネ係数を規定する。スプリング41がダンピングシュー15に力を与えることから、スプリング41はダンピングに直接影響するが、それは最小のダンピング力も与え、これはスプリングが捻り方向へ巻き締め巻き解により発生する。
図5は、捻りスプリングの側面図である。端部42はベース10に連結される。端部43はダンピングシュー15に係合される。
図6(a)は第2スプリングの側断面図である。凹部44はピン14を受け入れる。ピン14は、スプリング40をベース10に保持する(図4参照)。面45、46は、スプリング40の反対側の端部にある。面45、46は、一般的には平らであり、係合部22や取付部11と係合するのに必要などのような形状であってもよい。
図6(b)は、第2スプリングの頂面図である。凹部44は段形状を備える形で示される。すなわち、スプリングの出力を阻害するような係合とならずに、ピン14としっかりと係合するための第1および第2の直径を有する。これはピボットアーム20がベース10から引き戻されたときに、スプリング40がベース10と非係合状態となるのを防止する。
図7は、ダンピングシューの斜視図である。ダンピングシュー15は、所定の摩擦係数を有する摩擦材150を備える。摩擦材150は面23に係合する(図4参照)。摩擦材150は、本体151に連結される。
受容部152はスプリング41の端部43に係合する。スプリング41の端部43は、受容部152と2点、すなわち、F1とF2において係合する。F1、F2においてダンピングシューに力を加えることにより、スプリング41は、ダンピングシューの面150が面23に略垂直な力を与えるように作用する。スプリング41の捻り荷重が掛かっている間、スプリング41はダンピングシュー15を一般的に面23に押し当てる。これは通常ピボットアーム20が回動している間に起こる。スプリング41に捻り荷重が掛かっているときに面23と面150の間に発生する摩擦力は、捻りスプリング41の荷重が解放されるときに面23、150により発生する摩擦力よりも約1倍〜約5倍大きい範囲にある。
図8は、ダンピングシューの断面図である。受容部152は、典型的にはスプリング端部43と係合する“U”字形である。ダンピングシューは、テンショナの動作に対して非対称ダンピング特性を備える。これはピボットアームがベルトに荷重を与える形で移動すると、ピボットアームに掛かるダンピング力は、ピボットアームがベルトから荷重を解放する形で移動するときにピボットアームに掛かるダンピング力よりも大きいことを意味する。これは、例えばベルトが緩んだときなどベルト荷重の反転時にベルトに掛かる荷重を維持するためのピボットアームのより制限的でない運動を許容しながらも、ピボットアームがベルト荷重の増大による運動に抵抗することを意味する。
ベルトに荷重を負荷する方向でのテンショナアームの移動に対するダンピング特性の、ベルトから荷重を解放する方向に比べた違いは、約1:1〜約5:1の範囲にある。ダンピング特性が1:1よりも大きいときが非対称ダンピング特性である。上述したように、非対称ダンピング特性は、ベルトにおける荷重の反転により通常は緩んでいないベルトの部分で一時的な弛緩状態が発生する伝動システムへのアプリケーションである。ダンピングの非対称性は、ダンピング機構の特徴である。すなわち、ダンピングシュー15、面23、捻りスプリング41である。
ここでは、本発明の複数の形態について説明されたが、当業者にとっては、ここで説明された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、その構成や構成部の関係を様々に変形することは容易である。
Claims (12)
- ベース(10)と、
前記ベースに回動自在に連結されたピボットアーム(20)と、
前記ピボットアームに枢着されたプーリ(30)と、
第1バイアス部材軸を有する捻りスプリングを備え、前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される第1バイアス部材(41)と、
前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される圧縮可能なエラストマ材料を備え、前記第1バイアス部材軸に実質的に垂直な第2バイアス部材軸を有する第2バイアス部材とを備え、
前記第2バイアス部材が、所定のピボットアーム位置において前記第1バイアス部材のバネ力を補足するためにバネ力を前記ピボットアームに与える
ことを特徴とするテンショナ。 - 前記第1バイアス部材と前記ピボットアームの間に係合されるダンピング部材を備え、前記ダンピング部材が非対称ダンピング特性を与えることを特徴とする請求項1に記載のテンショナ。
- 前記ダンピング部材が前記ピボットアームと摩擦係合することを特徴とする請求項2に記載のテンショナ。
- ベース(10)と、
前記ベースに回動自在に連結されたピボットアーム(20)と、
前記ピボットアームに枢着されたプーリ(30)と、
前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される第1バイアス部材(41)と、
テンショナに非対称ダンピング特性を与え、前記第1バイアス部材と前記ピボットアームの間に係合されるダンピング部材(15)と、
前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される圧縮可能なエラストマ材料を備える第2バイアス部材(40)とを備え、
前記第2バイアス部材が、所定のピボットアーム位置において前記第1バイアス部材のバネ力を補足するためにバネ力を前記ピボットアームに与える
ことを特徴とするテンショナ。 - 前記非対称ダンピング特性が約1:1〜約5:1の範囲にあることを特徴とする請求項4に記載のテンショナ。
- 前記第2バイアス部材が、第1バイアス部材軸に実質的に垂直に配置された軸を有することを特徴とする請求項4に記載のテンショナ。
- ベース(10)と、
前記ベースに回動自在に連結されたピボットアーム(20)と、
前記ピボットアームに枢着されたプーリ(30)と、
第1動作レンジに渡り前記ピボットアームにバネ力を与え、前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される第1バイアス部材(41)と、
前記ベースと前記ピボットアームの間に配置される圧縮可能なエラストマ材料を備える第2バイアス部材(40)とを備え、
前記第2バイアス部材が、所定のピボットアーム位置においてバネ力を前記ピボットアームに与え、前記所定のピボットアーム位置が前記第1動作レンジ内にあり、前記所定のピボットアーム位置を越えると前記第2バイアス部材が前記第1バイアス部材のバネ力を補足する
ことを特徴とするテンショナ。 - 前記第1バイアス部材と前記ピボットアームの間に係合されるダンピング部材を備え、前記ダンピング部材が非対称ダンピング特性を与えることを特徴とする請求項7に記載のテンショナ。
- 前記ダンピング部材が前記ピボットアームと摩擦係合することを特徴とする請求項8に記載のテンショナ。
- 前記非対称ダンピング特性が約1:1〜約5:1の範囲にあることを特徴とする請求項8に記載のテンショナ。
- 前記第2バイアス部材が第1バイアス部材軸に実質的に垂直に配置された軸を有することを特徴とする請求項7に記載のテンショナ。
- 前記第1バイアス部材が捻りスプリングであることを特徴とする請求項11に記載のテンショナ。
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