JP4080327B2 - ベルトテンショナ - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明はベルト駆動システムのベルトに張力を付与するテンショナに関する。より詳しくは、本発明は直線的なプーリ運動を有するテンショナに関する。特に、本発明は機械的ダンピング機構を有する直線的運動テンショナに関する。
【０００２】
（従来技術の記載）
内燃機関のアクセサリベルト駆動システムに用いられる動力伝達ベルトテンショナは、円弧状および直線状のプーリ運動をするものとして知られている。ある種の応用は直線運動テンショナが有利である（すなわち、動力伝達ベルトに接触するアイドラ・プーリが実質的に直線的な経路を移動する場合）。直線運動テンショナの例は、フォスター（Foster）に付与された米国特許第4,634,408号に見られる。'408特許は複数のバネを流体ダンピング機構の周りに組み込んだ比較的複雑なテンショナの構造を開示している。さらに、テンショニング・プーリが取り付けられたキャリアはトラックに係合し、トラックは、ボールとトラックの軸受構造によって、キャリアに２自由度運動を規定する。流体を含むことにより、流体の漏れの問題を生じる。開示された流体機械は明らかにコンパクトではない。このように、テンショナは比較的大きい。比較的多数の部品により、コストが上昇し、構造が複雑になる。さらに、ボールとトラックの軸受機構の有効性以外に、キャリアを捻ることとなる、アイドラ・プーリを支持するキャリアを横断する寄生トルクを補償するための構成はない。
【０００３】
したがって、単純かつコンパクトで、耐久性があり、流体を用いない直線運動テンショナが継続的に求められている。
【０００４】
（発明の概要）
本発明は、単純でコンパクトである直線運動テンショナを提供することを目的としている。
【０００５】
本発明はさらに、非対称ダンピング性能を有する機械的ダンピング機構の直線運動テンショナを提供することを目的としている。
【０００６】
本発明はさらに、テンショナの耐久性と動作を高める性能を補償する寄生トルクを有する機械的ダンピング機構の直線運動テンショナを提供することを目的としている。
【０００７】
本発明の目的に応じて、上述した、また他の目的を達成するため、ここに具体化され広く記載されたように、アクセサリドライブシステムが開示される。本発明は動力伝達ベルトに張力を付与するための改良されたテンショナである。テンショナは、トラックと、２自由度運動でトラックに摺動自在に取り付けられたキャリアと、キャリアに回転自在に取り付けられ、動力伝達ベルトに係合するプーリと、キャリアをトラックに対して長手方向に付勢するバネと、トラックに対するキャリアの動きに基づいてバネの付勢を修正するダンピング機構とを有するタイプの、動力伝達ベルトに張力を付与するための改良されたテンショナである。テンショナはダンピング機構によって改良され、ダンピング機構は、キャリアとトラックに対して非対称のダンピング関係に配置されたシューを有する。さらにシューは、トラックの第２の摩擦軸受面に係合関係にある第１の摩擦軸受面を含む。
【０００８】
明細書に組み込まれて明細書の一部を構成し、同じ番号が同じ部材を示している添付図面は、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。
【０００９】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
図１は本発明のテンショナ２６が用いられる自動車用内燃機関の典型的なアクセサリドライブシステム１０を示す。しかし、このアプリケーションは自動車に限定されない。むしろ、動力伝達ベルトを有する如何なる内燃機関にも応用でき、この内燃機関は本発明のテンショナ２６を用いることによって利益を受ける。オルタネータ・プーリ１４はオルタネータ１２に取り付けられて示されている。システム１０はオルタネータ・プーリ１４、パワーステアリングポンプ・プーリ１８、ウォータポンプ・プーリ２０、クランクシャフト・プーリ２２、動力伝達ベルト２４、そしてテンショナ２６を含む。テンショナ２６は第１の端部サポート３０と第２の端部サポート３２を含み、これらはトラック２８の端部を閉塞するため、また内燃機関（図示せず）に直接的または間接的に取り付けるための場所として作用する。
【００１０】
テンショナ２６は、「ベルト移動」と矢印で示されているようにベルト２４が通常の作動方向に移動するとき動力伝達ベルト２４がクランクシャフト・プーリ２２から離れるスパンにおいて、テンショナ・プーリ４８を介してベルト２４と接触しているように示されている。これは、システム１０の通常の動作において最小張力のスパンである。これは単なる代表的な位置である。他のスパンが、特定のアプリケーションに関連した要求によって選択されてもよい。
【００１１】
以下に詳細に説明するように、テンショナ・プーリ４８はトラック２８に沿って直線的に移動する。好ましくは、その直線的な経路は、スパンの各端部のプーリ、この場合テンショナ２６の存在を無視したときにオルタネータ・プーリ１４とクランクシャフト・プーリ２２に張られたと仮定したときの関連するスパンである経路に垂直である。この配置は、如何なるベルトの変位に対してもテンショナ・プーリ４８の動きを最小化し、トラック２８の必要な長さを縮小してテンショナ２６の全長をコンパクトにし、テンショナ２６内に発生する力を改善してテンショナ２６の内部構造の最適な寿命を可能にする。しかし、あるアプリケーションはこの配置を許容しないかもしれないが、満足な結果が得られるかもしれない。
【００１２】
このテンショナ２６の内部構造が図２〜６を参照して説明される。好ましい実施形態では第１の端部サポート３０はエンジンにテンショナ２６を取り付けるための、図示されていない固定具を受け入れる第１取付け穴４２を含む。第２の端部サポート３２はエンジンにテンショナ２６を取り付けるための、図示されていない固定具を受け入れる第２取付け穴４４を含む。第１取付け穴４２を有する第１の端部サポート３０と、第２取付け穴４４を有する第２の端部サポート３２の点それぞれは、テンショナ・プーリ４８から離れる方向に突出し、またテンショナ・プーリ４８の底面とほぼ同一面に整列された底面を有することがわかる。しかし、第１および第２の端部サポート３０、３２が、トラック２８を動力伝達ベルト２４に対して適当な位置に支持してエンジンに取り付けられるような、如何なる構成であってもよい。
【００１３】
トラック２８はキャリア支持チャネル５８とダンピングチャネル６０を含む。図４、５において詳細に示されたキャリア４６はキャリア支持チャネル５８の内側に乗っているキャリア軸受５６を含む。テンショナ・プーリ４８はレース５２とボール５４を含む軸受組立て体を介して、ボルト５０によってキャリア４６に回転自在に取り付けられ、軸支される。キャリア４６はまた、角度付きブロック６２を含み、角度付きブロック６２は一体鋳造成型あるいは別部材を結合することによって得られる。シュー６６は、シュー６６が角度付き接合部６４において角度付きブロック６２に摺接するようにして、キャリア４６上であって角度付きブロック６２の周りに取り付けられる。シュー６６はダンピングチャネル６０の内側に乗っているシュー軸受６８を含む。シュー６６は第１のバネフック８０が取り付けられる可動バネループ７０を有する。第２のバネフック８２はバネ７２の反対側の端部に見られ、第２の端部サポート３２の一部を構成する固定バネループ７４を介して取り付けられている。
【００１４】
レース５２とボール５４を備えた軸受を有するテンショナ・プーリ４８がキャリア４６にボルトで止められると、キャリア軸受５６が所定位置に固定され、シュー軸受６８を有するシュー６６がキャリア４６（キャリアアセンブリ７１）に配置され、バネ７２が可動バネループ７０に取り付けられ、キャリアアセンブリ７１がトラック２８に挿入される。キャリア軸受５６はキャリア支持チャネル５８に係合し、トラック２８内において、組立て体の実質的に長さ方向の移動のみを許容する、小さな摩擦結合を生じる。キャリア軸受５６とキャリア支持チャネル５８との間の関係はキャリアアセンブリ７１の２自由度運動を決定する。
【００１５】
第１、第２の端部サポート３０、３２と第１、第２の端部キャップ３４、３６はトラック２８の端部に配置されている。固定具（図示せず）が、それぞれ第１、第２のキャップ取付け点３８、４０と、第１、第２の端部サポート３０、３２とトラック２８の対応するネジ付き開口に挿入され、５つの部品を結合する。第２のバネフック８２は固定バネループ７４に挿入され、テンショナ２６の組立てを完成する。トラック２８の長さは通常、システム１０の状況変化に応答するために、キャリアアセンブリ７１に要求される全移動範囲に順応させるように選択される。しかし第１の端部サポート３０は、限定されたテンショナの移動により有利となるアプリケーションのために、キャリアアセンブリ７１の長手方向の移動を制限するための停止機能を有してもよい。その場合、止め具が図示されていない第１の端部サポート３０とキャリアアセンブリ７１に付加される。さらに、トラック２８はそれに応じた大きさに定められる。
【００１６】
テンショナ２６はエンジンに固定される。キャリアアセンブリ７１はその移動の限界点あるいはその近辺に拘束され、バネ７２を伸ばすとともに、ベルト２４を、図１に示されるように、オルタネータ・プーリ１４、パワーステアリングポンプ・プーリ１６、空調コンプレッサ・プーリ１８、ウォータポンプ・プーリ２０、およびクランクシャフト・プーリ２２を備えるワーキング・プーリとテンショナ・プーリ４８とに架け渡すことを可能にする。
【００１７】
図６を参照すると、ベルト２４がこのように架け渡されると、キャリアアセンブリ７１に作用する拘束は解放され、バネ７２の弾性力Ａがテンショナ・プーリ４８を介してベルト２４に伝達される。なお、説明された力に関連した矢印は図式的にだいたいの方向と位置を示すが大きさを示していない。さらに、レベリング力ＤとＥのような、ある領域や複合的な部材に実際に分散される力は、テンショナ２６内の重要な作用の議論を単純化し、かつ理解を容易にするために、単純な点として表れるように示されている。動力伝達ベルト２４はこうして静的な張力を付与される。これにより、動力伝達ベルト２４によってプーリ４８にベルト力Ｂが生じる。力ＡとＢの間のモーメントＣはキャリアアセンブリ７１を捩じろうとする寄生トルクを発生させる。寄生トルクは、キャリア軸受５６とキャリア支持チャネル５８の間の接点においてレベリング力ＤとＥを生じさせ、レベリング力ＤとＥはキャリア軸受５６とキャリア支持チャネル５８の間の遊びを越えたキャリアアセンブリ７１の連続的なねじれを妨げる。
【００１８】
システム１０の運転中、静的な張力がバネ７２の作用によって維持される。静的な張力は、テンショナ・プーリ４８を介してテンショナ２６により動力伝達ベルト２４に付与される力の結果であり、テンショナ・プーリ４８は、全てのプーリ１４、１６、１８、２０、２２、２４、４８に沿って移動させられる動力伝達ベルト２４を伸ばしやすい効果でもってベルトに張力を付与する方向に付勢される。もし各プーリ１４、１６、１８、２０、２２、２４、４８が自由に回転できると仮定すると、各スパンの張力は同一になり静的張力になる。しかし、各ワーキング・プーリ１４、１６、１８、２０、２２の変化するトルクにより、テンショナ・プーリ４８に接触するスパンの張力はある振動モードで変化する。キャリアアセンブリ７１は相応して反応する。いくつかの数のアプリケーションにおいて、これは、静的状態からはずれて許容できない程度までの動的張力を引き起こし、システム１０に悪い性能をもたらす。動的張力は、種々の不均衡と各プーリ１４、１６、１８、２０、２２、２４のトルクの影響によって変化し、またそれらの影響に対するテンショナ２６の応答によって変化する、ベルト２４の長さにわたる張力である。
【００１９】
性能の悪い問題はテンショナ２６へのダンピングの付加によって解決される。非対称ダンピングは振動する張力を補償するのに特に効果的である。一般に、非対称ダンピングとは、キャリアアセンブリ７１の一方向への動きのダンピングの大きさが他方向への動きのダンピングの大きさと著しく異なったものである。この好ましい実施形態においてダンピングは、キャリアアセンブリ７１がベルトの張った方向へ動いているときよりキャリアアセンブリ７１がベルトの緩む方向に動いているときのほうが大きい。
【００２０】
図に示された好ましい実施形態のテンショナ２６のダンピングはダンピングチャネル６０、角度付きブロック６２、角度付き接合部６４、シュー６６、そしてシュー軸受６８で構成するダンピング要素によって得られる。図６によると、キャリアアセンブリ７１が左へ動いているとき、それはベルトの緩んだ方向へ動いている。右へはベルトの張った方向である。
【００２１】
システム１０が組み立てられているが作動されていないとき、キャリアアセンブリ７１は静止してバネ７２は部分的に伸びている。バネ力Ａとベルト力Ｂは釣り合っている。バネ力Ａは、バネ力Ａ′およびその長手方向成分Ａ″と鉛直方向成分Ａ'''として角度付き接合部６４に伝達され、反動バネ力ＡＡ′およびその長手方向成分ＡＡ″と鉛直方向成分ＡＡ'''を引き起こす。反動鉛直方向成分ＡＡ'''シュー摩擦軸受面７６をトラック摩擦軸受面７８と係合させる。これによって下向きの力Ｆが生じる。
【００２２】
システム１０が動作すると、動的張力がベルト力Ｂを変化させ、キャリアアセンブリ７１を動かす。ベルト力Ｂが大きくなりキャリアアセンブリ７１をベルトが緩む方向に動かすとき、摩擦がシュー摩擦軸受面７６とトラック摩擦軸受面７８の境界面に生じる。この摩擦は緩めるダンピング力Ｇを発生させる。この力は角度付き接合部６４に伝達され、バネ力Ａとともに長手方向成分Ａ″の大きさを増加させる。これは反動鉛直方向成分ＡＡ'''と下向きの力Ｆの大きさを間接的に大きくし、これはシュー摩擦軸受面７６とトラック摩擦軸受面７８の境界面に作用する力が増加されることを示す他の方法である。この増加は緩めるダンピング力Ｇを増加させるフィードバックループを発生させる。要約すると、ダンピング摩擦はキャリアアセンブリ７１がベルトの緩んだ方向に付勢されるとき発生する。逆のことは、ベルトが張る方向に発生する。
【００２３】
図示された好ましい実施形態では、角度付き接合部６４の角Ｘは約４５゜である。角Ｘは、他のアプリケーション適合させるためにダンピングのレベルを非対称的に変化させるように調整することができる。角Ｘが９０゜に近づくにつれて非対称性は０に近づく。非対称性は角Ｘが小さくなるにしたがって大きくなる。しかし、角Ｘがあまりに小さすぎるとメカニズムのジャミングや構造の完全さの低下のためにテンショナが機能しなくなる点がある。
【００２４】
キャリア４６に関する角度付きブロック６２の長手方向の配置は、摩耗パターンとキャリア軸受５６の耐久性にとって重要である。上述したように、モーメントＣに関して作用するバネ力Ａとベルト力Ｂにより、キャリアアセンブリ７１には図６の時計回りに寄生トルクが発生する。これは第１、第２レベリング力ＤとＥにより反発される。動的張力あるいは他の影響下でのキャリアアセンブリ７１の動きは、レベリング力ＤおよびＥと結合して、キャリア軸受５６の摩耗を引き起こす。下向きの力Ｆと鉛直方向成分Ａ'''の影響を無視すると、キャリア軸受５６の最も大きな摩耗がレベリング力ＤとＥがキャリア軸受５６に作用する点に発生する。キャリア軸受５６の摩耗は右下と左上の端部において最も大きい。この摩耗により、やがてキャリアアセンブリ７１はトラック２８の内側において捻られるようになる。その捻じれは摩耗パターンを集中させるようになり、さらに不均一な摩耗と摩耗が生じる速さを悪化させる。
【００２５】
角度付きブロック６２の配置は下向きの力Ｆと鉛直方向成分Ａ'''の位置を決定する。もし鉛直方向成分Ａ'''の位置がキャリア軸受５６のはるか右側の端部に一致するように角度付きブロック６２がキャリア４６に配置されると、下向きの力Ｆと鉛直方向成分Ａ'''の効果を無視した上述の議論がテンショナ２６に適用される。しかし、角度付きブロック６４はキャリア４６のもっと左側に配置されるので、第２レベリング力Ｅの作用をますます小さくする。この効果は２つの面において重要である。ひとつ目は、第２レベリング力Ｅが鉛直方向成分Ａ'''により完全に置き換えられると、キャリア軸受５６の左上において摩耗が増加する傾向が本質的に除去される。ふたつ目は、第２レベリング力Ｅはキャリア軸受５６がキャリア支持チャネル５８に接触しているときにのみ存在する。したがって、摩耗が発生すると、第２レベリング力Ｅがキャリア支持チャネル５８の内側のキャリア４６を水平にする作用を果たすよりもずっと前に、キャリア４６は大きく捻じれる。鉛直方向成分Ａ'''はそのように依存せず、バネ力Ａが存在するときは常に存在する。このように、鉛直方向成分Ａ'''がキャリア軸受５６の右下の端部の左側にあるときはいつでも、バネ力Ａが存在するときは常にキャリア４６を水平にするように作用して、キャリア４６をトラック２８と水平に維持する傾向にあり、不均一な摩耗パターンを除去し、キャリア軸受５６の耐久性の改良に作用する。鉛直方向成分Ａ'''が左側に移動するほど、効果はより明確になる。
【００２６】
角度付きブロック６２は、キャリア４６の左右の端部の間のいずれか、あるいは図示された長手方向の境界を越えたところに配置可能であり、動作するテンショナ２６を達成すると考えられる。しかし、角度付きブロック６２は、キャリア支持チャネル５８に通常接触するキャリア軸受５６の下部に沿った摩耗が実質的に一様になる場所に配置することが好ましい。これは、モーメントＣの大きさ、ダンピング力ＧとＨの位置と大きさ、キャリア軸受５６の長さ、キャリア軸受５６とキャリア支持チャネル５８の間の摩擦係数、角Ｘの角度、角度付き接合部６４における摩擦係数、角度付き接合部６４の表面積、およびその他の要素の関数である。
【００２７】
シュー摩擦軸受面７６とトラック摩擦軸受面７８の形状はダンピング力ＧとＨの配置と大きさに影響する。図示された好ましい実施形態では、それらはＶ字の先端を切って入れ子状にしたものであり、力ＧとＨに作用するために摩擦制御を発揮するためだけでなく、トラック２８とシュー６６の間の長手方向の位置調整に機能するためである。その他の様々な形状は、入れ子状のＶ字形状、複数の入れ子状のＶ字形状、あるいはＶ字の先端を切って入れ子状にしたものが考えられる。実質的に矩形の形状も考えられる。
【００２８】
角度付き接合部６４での摩擦制御のために、種々の形状や輪郭が角度付き接合部６４の表面として選択可能である。図示された好ましい実質形態では、表面は平らで実質的に矩形である。Ｖリブドベルトおよび関連したプーリの動作面と同様な入れ子状のＶ字形状や複数の入れ子状のＶ字形状のような表面を有するものが、角度付き接合部６４において摩擦特性を制御するために組み込まれることができる。単数または複数の入れ子状のＶ字形状がキャリア４６とシュー６６の間の長手方向の位置調整機能を発揮することもできる。摩擦減少剤、潤滑剤、ボール軸受アセンブリ、またはローラ軸受アセンブリを含む、図示されていない種々の軸受要素を角度付き接合部６４に介在させることができる。シュー６６から角度付きブロック６２を離して摩擦と摩耗を減少させるために角度付き接合部６４に作用する、平行揺動アームアセンブリでさえ、角度付きブロック６２とシュー６６の側面上の適当な場所に取り付けることができる。これらの例の各々は、装置を複雑かつ高価にするが、摩擦と摩耗を種々の程度まで制御し、またそれらの適切なものは応用によって異なる。
【００２９】
より複雑かつ高価な軸受アセンブリがボールとトラック軸受のような単純かつ経済的なキャリア軸受５６と置き換えられるために選択されるならば、角度付きブロック６２の長手方向の配置による効果は小さい。しかし、選択された軸受の寿命と作動の円滑さは影響される。
【００３０】
要するに、図示された好ましい実施形態は、直線的に運動するコンパクトなテンショナを可能にする。流体を用いるのではなく、機械的なダンピングを設けると、コンパクトになり、流体を用いることの欠点を除去することができる。ダンピング機構は、実質的に非対称な範囲にわたって非対称なダンピングを許容し、またトラック２８とキャリア４６の境界に複雑かつ高価な軸受アセンブリを設けることなくテンショナ２６の耐久性を高める点において優れている。
【００３１】
好ましい実施形態においてテンショナ２６は、張力を受けて、第２端部サポート３２とシュー６６の間とダンピングチャネル６０の内側において直接動作するバネ７２を含むように示されている。しかし、テンショナ２６の全長をさらに短くするために、テンショナを必要とするアプリケーションにおいて、バネ７２は、ダンピングチャネル６０の外側からダンピングチャネル６０の内側に、また可動バネループ７０に対して引張バネ力を伝達させるためにケーブルとプーリあるいは他の機構を有する、ダンピングチャネル６０の外側に配置されてもよい。これにより、バネ７２の長さはキャリアアセンブリ７１の長手方向の全長にわたってほとんど一致することができ、トラック２８とテンショナ２６の必要な長さを減少させることができる。
【００３２】
捻りバネを、ダンピングチャネル６０の内側か外側において、図示された引張バネ７２に置き換えることができる。ケーブル結合あるいは公知の機構を介して捻りバネの回転運動を直線運動に変換することが単に必要なだけである。さらに、ダンピングの非対称性と摩耗パターンの改良に関する重要な力関係を損なうことなく、圧縮バネを支持するために、隣接した関係が第１端部サポート３０の右側とシュー６６の左側に形成されてもよい。圧縮バネは引張バネ７２を追加させてもよいし、置き換えてもよい。
【００３３】
本発明の説明と例示的な実施形態が図面に示され、種々の変形と他の実施形態において詳細に説明された。しかし、上述した本発明の説明は単なる例にすぎず、本発明の範囲は、従来技術を考慮して解釈される請求の範囲にのみ限定されるべきであることが理解されるべきである。さらにここに例示的に開示した発明は、ここに特に開示されない要素なしに適切に実施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 アクセサリベルトドライブシステムにおけるテンショナの好ましい実施形態の概略図である。
【図２】 テンショナの好ましい実施形態を下から見た斜視図である。
【図３】 テンショナの好ましい実施形態を上から見て、部分的に切除した斜視図である。
【図４】 テンショナの好ましい実施形態を斜視図として示す詳細部分である。
【図５】 テンショナの好ましい実施形態を斜視図として示す詳細部分である。
【図６】 図３における６−６線に沿った部分断面図である。

Claims (6)

1. トラックと、
   前記トラックに沿った自由度運動で前記トラックに摺動自在に取り付けられたキャリアと、
   前記キャリアに回転自在に取り付けられ、動力伝達ベルトに係合するプーリと、
   前記キャリアを前記トラックに対して長手方向に付勢するバネと、
   前記トラックに対する前記キャリアの動きに基づいて前記バネの付勢を修正するダンピング機構とを有し、
   前記ダンピング機構は、前記キャリアと前記トラックとが非対称のダンピング関係になるように配置されたシューと、前記トラックの第２の摩擦軸受面に係合関係にある第１の摩擦軸受面とを含み、
   前記キャリアは、前記トラックが有するキャリア支持チャネルによって、前記トラックに沿って摺動自在に支持され、
   前記シューは、前記第１の摩擦軸受面において、前記トラックが有し前記キャリア支持チャネルとは異なるチャネルであるダンピングチャネルと接するシュー軸受を含むことを特徴とする前記動力伝達ベルトに張力を付与するためのテンショナ。
2. 前記非対称のダンピング関係は、前記シューが前記キャリアと摩擦結合する部分を有し、１方向の前記キャリアの動きに対応し前記トラックに対して付勢されることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
3. 前記摩擦結合が前記キャリアと前記シューの間の角度をもった結合を含むことを特徴とする請求項２に記載のテンショナ。
4. 前記摩擦結合が前記キャリアと前記シューの間のピボットを含むことを特徴とする請求項２に記載のテンショナ。
5. 前記シューに、前記バネが取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
6. 前記バネの弾性力と前記動力伝達ベルトのベルト力に基づくモーメントが前記キャリア、前記シュー、及び前記プーリをねじろうとする力を発生させ、
   前記力は、前記キャリアを支持する前記キャリア支持チャネルによって、抑えられることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。

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