JP3786917B2 - テンションニングアイドラ - Google Patents

Description

【０００１】
（関連出願の参照）
この出願は2000年8月1日に出願された米国特許出願第60/222084号からの優先権を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明はテンショニングアイドラに関し、特に、直線運動をし、リニアベアリングと円弧状ダンピング部材によって発生されるダンピング力を発揮する、テンショニングアイドラに関する。
【０００３】
（発明の背景）
自動車等に用いられる多くのエンジンは、エンジンの適切な作用に必要なたくさんのベルト駆動アクセサリを有している。アクセサリシステムはオルタネータ、エアコンディショナ・コンプレッサおよびパワーステアリングポンプを含む。
【０００４】
アクセサリシステムは一般に、エンジンの前面に取付けられる。各アクセサリは、ベルト駆動から動力を受けるためにシャフトに取付けられたプーリを有する。初期のシステムでは、各アクセサリは、アクセサリとクランクシャフトの間で動作する専用のベルトによって駆動されていた。ベルト技術の改良により、単一の蛇行ベルトが多くの応用技術において用いられ、種々のアクセサリ要素の間を通っている。蛇行ベルトはエンジンのクランクシャフトによって駆動される。
【０００５】
蛇行ベルトは全てのアクセサリを通っているので、それ以前のベルトよりも一般に長くなる。適切に動作するために、ベルトは所定のテンションを付与されて取付けられる。動作するとき、ベルトは僅かに伸びる。これによりベルトのテンションが増加し、ベルトがスリップして、過度の騒音や摩耗を生じる。したがって、ベルトが使用の間に伸びたときに適切なベルトテンションを維持するために、ベルトテンショナが望ましい。
【０００６】
ベルトテンショナが作用するとき、ベルトはプーリとの相互作用のために通常振動する。これらの振動は、ベルトとテンショナの早すぎる摩耗を引き起こすので、好ましくない。したがって、減衰機構がテンショナに付加され、ベルトの振動が減衰せしめられる。
【０００７】
種々の従来技術の減衰機構が開発されてきた。それらは、粘性流体を用いたダンパと、摩擦面摺動あるいは相互作用に基づいた機構と、一連の相互作用するバネを用いたダンパとを含む。各々は、ひとつの形態の減衰機構に依存して、減衰機能を果たす。各々は、プーリと減衰機構の構成を有し、減衰機構はプーリの外に設けられている。これは、目的を達成するために過度に大きい装置となっていた。
【０００８】
寸法の問題は、減衰およびテンションニング機構をプーリの直径内に組み込んで、全体の寸法を限縮することによって解決された。
【０００９】
この技術の代表的なものは、デク（Dec）に付与された米国特許第5,045,029号（1991年）であり、これは、圧縮バネで付勢されたピボットアームに取付けられたプーリを開示している。減衰手段は、ピボットアームに対して作用し、ピボットアームの振動を減衰させる。構成要素は、プーリの環状空間内にほぼ収容される。デク（Dec）に付与された米国特許第5,073,148号（1991年）と、トメイ（Thomey）に付与された米国特許第5,370,585号（1994年）と、トメイに付与された米国特許第4,696,663号（1987年）を参照。
【００１０】
従来技術のテンショナは複雑であり、たくさんの構成要素を備える。各従来技術のテンショナは、作用時に、プーリを拘束して円弧状に変動させ、変動のための空間を必要とする。従来技術のピボットの構成は、テンショナの有効変動範囲を制限する。さらに、テンショナの性能をさらに制限して与えられたエネルギを越える衝撃を減衰させるために、単一の減衰機構が用いられる。
【００１１】
必要とされるものは、直線的に変動するプーリハウジングを有するテンショナである。必要とされるものは、プーリの直線的な変動に応答して減衰力を付与するリニアベアリングを有するテンショナである。必要とされるものは、円弧状のハウジング表面に係合するバンドの動作によって発生する減衰力を有するテンショナである。必要とされるものは、プーリの直径内に全ての構成要素が収容されたテンショナである。必要とされるものは、プーリの環状空間内に全ての構成要素が収容されたテンショナである。本発明はこれらのニーズに合致する。
【００１２】
（発明の概要）
本発明の主な特徴は、直線的に変動するプーリハウジングを有するテンショナを提供することである。
【００１３】
本発明の他の特徴は、プーリの直線的な変動に応答して減衰力を付与するリニアベアリングを有するテンショナを提供することである。
【００１４】
本発明の他の特徴は、円弧状のハウジング表面に係合するバンドの動作によって発生する減衰力を有するテンショナを提供することである。
【００１５】
本発明の他の特徴は、プーリの直径内に全ての構成要素が収容されたテンショナを提供することである。
【００１６】
本発明の他の特徴は、プーリの環状空間内に全ての構成要素が収容されたテンショナを提供することである。
【００１７】
本発明の他の特徴は、本発明の以下の記載と添付する図面によって示され、明らかになるであろう。
【００１８】
本発明は直線運動をするテンショナを備える。プーリはハウジングに軸支される。ベアリングはハウジングとベースを摺動自在に結合するために用いられる。ベアリングはハウジングとプーリを拘束し、所定の経路に沿って変動させる。ハウジングはまた、摩擦すなわちダンピングバンドと相互作用する円弧状ダンピング表面を備える。捻りバネは摩擦材バンドに同軸的に係合し、ハウジングがプーリからの衝撃あるいは力に応答して移動するとき、摩擦材バンドを円弧状ダンピング表面に係合させる。ベルトの負荷衝撃によってハウジングが所定の経路に沿って移動するとき、ダンピングバンドとベースの間の接触により、バネが摩擦ダンピング部材をハウジングの円弧状表面に対して押し付け、ハウジングの変動を減衰させる。さらに、プーリの軸がベアリングの中心線から偏位している。ハウジングが移動するとき、偶力がハウジングとベアリングを介して作用するベースとの間に発生する。偶力の力はベアリング表面の間に摩擦力を生じ、ハウジングの変動とプーリの変動をさらに減衰させる。
【００１９】
明細書に組み込まれて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、記述とともに、本発明の原理を説明するために役立つ。
【００２０】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１は図２のＢ−Ｂ線における本発明の側断面図である。本発明のテンショナは、ベアリング３によってハウジング４に軸支されたプーリ２を備える。ベアリング３は、好ましい実施形態においてハウジング４の中に圧入されるが、従来公知の適当な手段によって機械的に接続されてもよい。プーリ２とハウジング４は2000年3月14日に出願された米国特許出願第09/525,607号に開示されたアイドラプーリを備えていてもよい。第09/525,607号に開示されるように、プーリ２のフランジ３２はベアリング３のインナレース１１３に支持される。軸３３とナット２４はプーリ２をベアリング３のインナレースに固定する。
【００２１】
ベアリング部材すなわちガイド７はハウジング４の下面に取付けられる。ガイド７は、ハウジング４に対して鋭角で傾斜し、Ｃ型を呈した側面１７を有する。図４参照。ベアリング部材すなわちレール９、１０はベース８に取付けられる。ガイド７の側面１７はレール９、１０の傾斜側面に対して、摺動自在に係合するとともに協働する。ガイド７とレール９、１０は、図２に示されるようにハウジング４を実質的に直線的に移動するように拘束する。ガイド７と協働レール９、１０はリニアベアリングを備えることが理解される。レール９、１０は別部材として示されるが、各部材の端部がレール９、１０と実質的に同様にガイド７に摺動自在に係合する限り、単一の部分を構成するように組み合わされてもよい。
【００２２】
付勢部材すなわちバネ１１は、力すなわちベルト負荷Ｂ_Lに抵抗する。バネ１１はダンピング機構支持部材５を囲繞する。好ましい実施形態において、バネ１１は捻りバネである。バネ１１の端部１９はクリップ５０を介して支持部材５に固定される。図２参照。摩擦部材６は、支持部材５とハウジング４の間において支持部材５の内面に固定される。摩擦部材６は、内部摩擦を有するナイロン６／６あるいはナイロン４／６を含み、これらに限定されない、ダンピングの技術分野において公知のものを備えてもよい。
【００２３】
摩擦部材６はハウジング４の外面１８の周囲に係合する。支持部材５、摩擦部材６およびハウジング４の外面１８は、プーリ軸１５の周りに実質的に同軸である。支持部材５の端部１３はベース８上においてストッパすなわちタブ１２に係合し、支持される。バネ１１の端部１１９はクリップ４０を介してハウジング４に取付けられる。バネ１１、支持部材５および摩擦部材６がプーリの環状空間Ｓ内に、またプーリの厚さｔ内に、コンパクトに収容されることが容易に理解される。この構成によりテンショナは、プーリの直径と厚さのみによって定義される可能最小空間を占めることとなり、従来技術のダンパよりも大きなダンピング力と拡大された移動範囲を可能にする。
【００２４】
図２は本発明の部分断面図である。支持部材５と摩擦部材６は、プーリ２の回転軸に実質的に同軸である、実質的に円形を有する。
【００２５】
レール９、１０は、軸Ｂ−Ｂに対して相互にずれて示されている。またレール９、１０はプーリの回転軸１５から径方向に偏位している。ガイド７は、レール９、１０のそれぞれに係合する単一の部材を備える。バネ１１、支持部材５および摩擦部材６はプーリ２の外側環状表面２２の内側に設けられて示されている。動作において、ガイド７とハウジング４は、軸Ａ−Ａに平行に、正および負の方向に変動する。
【００２６】
図３はリニアベアリングの単体の図である。
動作において、ベルト１４は、図２にＦ_Lとして示されるように、ベルト負荷すなわち力をプーリ２に付与する。Ｆ_Lにより、ハウジング４は軸Ａ−Ａに沿って移動し、これにより支持部材５の端部１３はストッパすなわちタブ１２を押す。この動きにより、バネ１１の端部１９はハウジングの周りにバネを「巻きしめる」ように移動する。図２参照。端部１９が表面１８の周りに絞まるとき、ハウジング４の方向Ｖへの移動によりまた、端部１９が方向Ｄ_Vへ移動する。これは、表面１８がＦ_Lによって、ダンピングすなわち摩擦部材６と支持部材５に押圧されるからである。したがって、支持部材５の方向Ｖへの移動により、端部１９は方向Ｄ_Vへ引かれる。バネの他端が固定されていると仮定して、バネを締め、すなわちコイルを絞める方向に捻りバネを巻くことにより、バネがそのような負荷あるいは移動に抵抗することは従来公知である。増加した力により、そのような力に対して抵抗するバネ力がバネ定数の関数として増加する。捻りバネのコイルの巻き数によって、ハウジング４の移動によって発生するバネトルクＴ_SPRの大きさは、軸Ａ−Ａからタブ１２における端部１３の接触点までのレバーアーム長さｅの関数である。
【００２７】
プーリとハウジング４の方向Ｖにおけるさらなる移動は、端部１９の方向Ｄ_Vへのさらなる移動をもたらし、さらに支持部材５を表面１８の周りに締め付ける。したがって当業者は、負荷すなわち力Ｆ_Lにより、摩擦部材６がハウジング表面１８に対して押し付けられることを理解できる。上述したように、Ｆ_Lが増加すると、支持部材５と摩擦部材６は表面１８の周りにだんだんと巻き付けられる。さらに、力と巻き付け角の増加は、ハウジング４の移動およびプーリ２の移動に抵抗する摩擦力の増加をもたらす。これにより、ハウジングとプーリの移動が減衰する。
【００２８】
本発明のテンショナは、さらなるダンピング機構を備える。動作において、上述したように、テンションすなわち負荷がかかったベルトはハブ負荷Ｆ_Lを発生するプーリ２に掛け回され、ハブ負荷はプーリ軸１５とハウジング４に作用する。バネ力のベクトルＦ_Sはまた、支持部材５に作用してハウジング４の移動に抵抗する。力はダンピングバンド６の表面と円弧状表面１８にわたって分布することが理解されるが、Ｆ_Sは表示の容易のために単一のベクトルとして示されている。また反力Ｆ_Rがガイド７を介してレール９、１０に作用する。ハウジング４はガイド７を介して、一定の経路Ｐに沿ってガイド９、１０の間を変動するように拘束される。上述された力のベクトルの配分により、ハウジングはガイド７とレール９、１０の間の適当な接触を維持し、これにより、ガイド７の回転を阻止することが容易に理解される。好ましい実施形態では、ハウジングの所定の経路Ｐは実質的に直線的である。後述する図面に示された他の実施形態では、経路は実質的に円弧状である。
【００２９】
テンショナは解析の目的のために静的な釣り合い状態にあると仮定されるので、種々のベクトルが付加されて反力ベクトルＦ_Rをレール９、１０に付与するかもしれない。
Ｆ_R＝Ｆ_S−Ｆ_L （１）
【００３０】
Ｆ_Rはガイド７を介してレール９、１０に作用する偶力Ｆ_R ^*として決定される。力Ｆ_S、Ｆ_Lが相互に平行であるとすると、Ｆ_R ^*＝０である。偶力Ｆ_R ^*はバネトルクと距離ｄによって決定される。すなわちＦ_R ^*ｄ＝Ｔ_SPR
【００３１】
ガイド７の協働する側面１７に係合するレール９、１０の側面は、所定の摩擦係数を有する。したがって摩擦力は、各レール９、１０に作用する偶力Ｆ_R ^*の各力の作用により、境界面において発生する。さらに、レール９、１０はハウジングに対して鋭角αを呈する係合面を有するので、ハウジング４はまた、板表面が傾斜するレール表面２６、２７に係合するので、カム効果を発生する。これは、Ｆ_Rが垂直力を有すると仮定して、摩擦力にsin(α)の要素を導入させる。摩擦力はダンピング効果ζを決定する。すなわち
ζ＝ｆ（α，μ，ｄ，Ｔ_SPR，Ｒ，ｂ） （２）
ここで、μは各協働摺接面１７、２６、２７の摩擦係数、ｂは図２におけるレバーアーム長さ、ｄは図３における距離、αは図４における角度、Ｔ_SPRはバネ力、Ｒは図１における半径である。摩擦係数は、内部摩擦を有するナイロン６／６あるいはナイロン４／６を含み、これらに限定されない、ダンピングの技術分野において公知の材料に基づいてユーザによって選択されてもよい。
【００３２】
テンショナのダンピング効果は、摩擦部材６の表面１８に対する係合と、レール９、１０に作用するガイド７を介して摩擦力を発生する偶力Ｆ_R ^*の力の作用との組み合わされた結果であることがわかる。
【００３３】
ダンピング効果は、各摺接面の摩擦力を変化させることと同様に偶力Ｆ_R ^*を変化させることにより変化することが当業者に容易に理解されるであろう。これは、図２のレール９、１０の間の横方向距離ｂ、レールとプーリ中心の間の距離ｃ、およびレール９、１０の間の長手方向の距離ｄを変化させることによって達成される。各変数の適当な選択により、ユーザはテンショナを設計して、機能上のパラメータに基づいて使用することができる。
【００３４】
図４はガイドとレールの詳細を示す。ガイド７の傾斜側面、表面１７および表面２７の間の角度は鋭角αとして示される。レール表面２７に作用する垂直力はＮである。ここでＦ_R＝Ｎcosα
【００３５】
図５は他の実施形態の部分断面図である。付勢部材すなわちバネ１１は、力すなわちベルト負荷に抵抗する。バネ１１はダンピング機構支持部材５を囲繞する。この実施形態において、バネ１１は捻りバネである。バネ１１の端部１９はクリップ５０を介して支持部材５に固定される。摩擦部材６は、支持部材５とハウジング４の間において支持部材５の内面に固定される。摩擦部材６は、内部摩擦を有するナイロン６／６あるいはナイロン４／６を含み、これらに限定されない、ダンピングの技術分野において公知のものを備えてもよい。
【００３６】
摩擦部材６はハウジング４の外面１８の周囲に係合する。支持部材５、摩擦部材６およびハウジング４の外面１８は、プーリ軸１５の周りに実質的に同軸である。支持部材５の端部１３はベース８上においてストッパすなわちタブ１２に係合し、支持される。バネ１１の端部１１９はクリップ４０を介してハウジング４に取付けられる。図１に示されるように、バネ１１、支持部材５および摩擦部材６がプーリの環状空間Ｓ内に、またプーリの厚さｔ内に、コンパクトに収容されることが容易に理解される。
【００３７】
ピボット１２０はハウジング４をベース８に機械的に接続する。ハウジング４はピボット１２０の周りに回動する。ピボット１２０の周りに回動することにより、ハウジング４は拘束され、ベルト負荷のような力に応答して実質的に円弧状の経路内を変動する。
【００３８】
図６は図５におけるピボット点の断面図である。ピボット１２０はハウジング４に接続される。ピボット１２０は受容部１２１においてベース８に係合する。受容部１２１はピボット１２０の変動を容易にするために潤滑されてもよい。
【００３９】
本発明のひとつの形態が説明されたが、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、変形が各部分の構成と関係に施されることは当業者にとって自明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図２のＢ−Ｂ線における本発明の側断面図である。
【図２】 本発明の部分断面平面図である。
【図３】 リニアベアリングの単体の図である。
【図４】 ガイドとレールの詳細である。
【図５】 他の実施形態の部分断面平面図である。
【図６】 図５におけるピボット点の断面正面図である。

Claims (15)

1. ストッパを有するベースと、
   軸支されたプーリを有し、ハウジング外面を有するハウジングと、
   前記ハウジングとベースの間に設けられ、前記ハウジングが直線の経路上を変動するように拘束される機械的係合手段と、
   前記ストッパに係合するための係合部を有し、前記ハウジング外面に摺接するダンピング表面を有するダンピング部材と、
   前記ダンピング部材に接続される端部と前記ハウジングに接続される他端部とを有し、前記ハウジング外面の外側に配設された付勢部材とを備え、
   前記ハウジングが前記経路に沿って移動するような力を受けるとき、前記ハウジングは前記係合部が前記ストッパに当接することにより、前記ストッパを押しながら前記経路に沿って変動し、前記付勢部材は前記ダンピング表面を介して前記ハウジング外面を押圧し、これにより前記ハウジングの前記経路に沿う変動が減衰する
   テンショニングアイドラ。
2. 前記プーリの回転軸が前記経路に実質的に垂直である請求項１のテンショニングアイドラ。
3. 前記機械的係合手段がさらに、
   前記ベースに取付けられた少なくとも一対のレールを有し、前記レールが前記経路に沿って相互にずれている第１のベアリング部材と、
   前記ハウジングに取付けられ、前記レールに摺接する第２のベアリング部材とを備える
   請求項１のテンショニングアイドラ。
4. 前記付勢部材が捻りバネを備える請求項１のテンショニングアイドラ。
5. 前記ハウジング表面が実質的に円弧状である請求項１のテンショニングアイドラ。
6. 前記機械的係合手段がピボットを備える請求項１のテンショニングアイドラ。
7. 前記付勢部材と前記ハウジングと前記ダンピング部材が、前記プーリの環状空間内に収容される請求項２のテンショニングアイドラ。
8. ストッパを有するベースと、
   ハウジング表面を有するハウジングと、
   前記ベースに取付けられた第１のベアリング部材と、前記ハウジングに取付けられ前記第１のベアリング部材に組み合わされて摺動自在に係合する第２のベアリング部材とを備え、前記第１のベアリング部材がレール面を有しており、前記ハウジングを回転させるモーメントを発生させる偶力が前記第２のベアリング部材を介して前記レール面に作用する、前記ハウジングとベースの間に設けられた機械的係合手段と、
   前記ハウジング表面に摺接するダンピング表面と前記ストッパに係合するための係合部とを有するダンピング部材と、
   前記ダンピング部材に接続される端部と前記ハウジングに接続される他端部とを有する付勢部材とを備え、
   前記ハウジングが前記レール面に沿って移動するような力を受けるとき、前記ハウジングは前記係合部が前記ストッパに当接することにより、前記ストッパを押しながら前記レール面に沿って変動し、前記付勢部材は前記ダンピング表面を介して前記ハウジング外面を押圧し、これにより前記ハウジングの前記レール面に沿う変動が減衰する
   テンショニングアイドラ。
9. 前記ハウジングに軸支されたプーリであって、前記プーリの回転軸が前記レール面に実質的に垂直であるプーリをさらに備え、
   前記プーリの回転軸が対称のベアリング軸に対して偏位している
   請求項８のテンショニングアイドラ。
10. ベースに摩擦摺動係合し、直線の経路に沿って移動するように拘束されたハウジングと、
    前記ハウジングに摩擦係合する円弧状ダンピング部材と、
    前記ハウジングの外側に配設されるとともに、前記ベースと前記円弧状ダンピング部材に係合し、これにより前記ハウジングの移動に抵抗する付勢部材と、
    前記ハウジングに軸支されたプーリと
    を備えるテンショナ。
11. 前記ベースと前記ハウジングの間に配設される一対のリニアベアリングをさらに備える請求項１０のテンショナ。
12. 前記付勢部材が捻りバネを備える請求項１０のテンショナ。
13. 前記ハウジングと付勢部材と円弧状ダンピング部材がプーリの環状空間に収容される請求項１０のテンショナ。
14. ベースに摩擦摺動係合するハウジングと、
    少なくとも２つのレール面を有し、前記２つのレール面が前記ハウジングに係合し、かつ前記レール面の方向に沿って相互にずれているベースとを備え、
    前記ハウジングが、前記ハウジングを介して前記レール面に作用する、前記ハウジングを回転させるモーメントを発生させる偶力の作用によって実質的に直線の経路に沿って移動するように拘束され、
    ハウジング外面に摩擦係合し、前記ベースに係合可能な円弧状ダンピング部材と、
    前記円弧状ダンピング部材と前記ハウジングに係合し、前記ハウジング外面の外側に配設される付勢部材と、
    前記ハウジングに軸支されるプーリと
    を備えるテンショナ。
15. 前記付勢部材が捻りバネを備える請求項１４のテンショナ。

Images