(57)【要約】テンショナーは、ベース（２０）と、ピボットアーム（３０）と、ピボットアームによって軸支されるプーリ（９０）と、ベースとピボットアームの間に係合されるねじりばね（１０）とを備え、ねじりばねがピボットアームを付勢し、ねじりばねが長軸（Ｚ−Ｚ）と、短軸（Ｘ−Ｘ）とを有する断面形状を備え、長軸が短軸長さ（ｂ）より大きい長さ（ｈ）を有し、ねじりばねが長軸に対して実質的に平行な平面部（１５、１６）を備え、長軸が実質的に径方向、及びねじりばねの巻回軸（Ｙ−Ｙ）に対して垂直に延びる方向に配向される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース（２０）と、
ピボットアーム（３０）と、
ピボットアームによって軸支されるプーリ（９０）と、
前記ベースと前記ピボットアームの間に係合され、前記ピボットアームを付勢するねじりばね（１０）とを備え、
前記ねじりばねが長軸（Ｚ−Ｚ）と、短軸（Ｘ−Ｘ）とを有する横断面形状を備え、前記長軸が短軸長さ（ｂ）より大きい長さ（ｈ）を有し、
前記ねじりばねが前記長軸に対して実質的に平行な平面部（１５、１６）を備え、
前記長軸が実質的に径方向、及びねじりばねの巻回軸（Ｙ−Ｙ）から垂直に延びる方向に配向されるテンショナー。
【請求項２】
前記平面部の間に配置される凸状弓形側面をさらに備える請求項１に記載のテンショナー。
【請求項３】
前記アームに係合されるアジャスターをさらに備え、前記アジャスターがツール受け部を有し、これによりアーム位置が調整される請求項１に記載のテンショナー。
【請求項４】
巻回軸（Ｙ−Ｙ）を有する弾性材料のコイルを備え、
前記コイルが長軸（Ｚ−Ｚ）と、短軸（Ｘ−Ｘ）とを備える横断面形状を有し、前記長軸が短軸長さ（ｂ）より大きい長さ（ｈ）を有し、
前記コイルが、弓形側面（１３、１４）の間において、互いに対向して配置される実質的に平面である部（１５、１６）を備え、平面である部が前記長軸に対して実質的に平行であって、
前記長軸が実質的に径方向、及びねじりばねの巻回軸（Ｙ−Ｙ）から垂直に延びる方向に配向されるねじりばね。
【請求項５】
寸法（ｂ）に対する寸法（ｈ）のアスペクト比（ｈ：ｂ）が１より大きい請求項１に記載のねじりばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フラットバンドばねの長軸が径方向、かつフラットバンドねじりばねの巻回軸から垂直に延びる、フラットバンドねじりばね、及びテンショナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
テンショナーは、ベルト駆動システムに予荷重を付与するために使用される。予荷重は、ベルトを駆動プーリや各種従動プーリに、適切にノンスリップで係合させることを確実にする。
【０００３】
テンショナーばねに丸線材を使用することは周知である。また、フラットバンドの横断面の長軸がばねの巻回軸に平行である、矩形横断面を有する直線状棒材を備えるフラットバンド線材によって作られるばねも知られている。斯様なフラットバンドばねは、丸線材ばねと比較すると、所定のトルクに対する減少された体積、あるいは等しいトルク容量を必要とする。
【０００４】
代表的な技術は、ガードナー（Gardner）の米国特許第５４９６２２１号（１９９６年）の明細書であって、ベルトテンションシステム、ベルト、そしてこれらの製造方法を提供することを開示し、ベルトテンショナーシステムは、サポーターに回動自在に取り付けられたテンショナーアームと；一方がサポーターの架台に作動的に相互接続され、他方が上記アームに作動的に相互接続される対向両端部を有する巻回コイルばねとを備え；上記アームは、アームのショルダーがばねの一方の端部に係合し、かつ巻回コイルばねの一方の端部を、サポーターの架台に接触させないように、効果的に移動させる所定の位置に、アームが回動したとき、アーム及び内蔵ユニットとしての巻回コイルばねが、サポーターから離脱可能となるように、巻回コイルばねの対向両端部の一方によって係合されるためのショルダーを有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
要求されるのは、フラットバンドばねの長軸が径方向、及びフラットバンドねじりばねの巻回軸から垂直に延びる、フラットバンドねじりばね及びテンショナーである。本発明は、当該要求に合致する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面は、フラットバンドばねの長軸が径方向、及びフラットバンドねじりばねの巻回軸から垂直に延びる、フラットバンドねじりばね及びテンショナーを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の側面は、本発明及び添付図面の下記の説明によって指摘され、あるいは明らかにされる。
【０００８】
本発明は、ベース（２０）と、ピボットアーム（３０）と、ピボットアームによって軸支されるプーリ（９０）と、ベースとピボットアームの間に係合されるねじりばね（１０）とを備え、ねじりばねがピボットアームを付勢し、ねじりばねが長軸（Ｚ−Ｚ）と、短軸（Ｘ−Ｘ）とを有する横断面形状を備え、長軸が短軸長さ（ｂ）より大きい長さ（ｈ）を有し、ねじりばねが長軸に対して実質的に平行な平面部（１５、１６）を備え、長軸が実質的に径方向、及びねじりばねの巻回軸（Ｙ−Ｙ）から垂直に延びる方向に配向されるテンショナーを備える。
【０００９】
添付図面は、明細書に組み入れられかつその一部を形成し、本発明の好ましい実施形態を示し、本明細書とともに本発明の本質を説明するために提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のばねの斜視図である。
【図２】図１の２−２線における本発明のばねの横断面図である。
【図３】本発明のばねを用いたテンショナーの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明のばねの斜視図である。ばね１０は、複数のコイル１７を有するねじりばねである。各端部１１、１２は、好適な取付位置にばねを係合させることを可能にする。ばね１０の巻回軸はＹ−Ｙである。
【００１２】
図２は、図１の２−２線における本発明のばねの横断面図である。ばね１０は、実質的に平面である平面部１５、１６の両側に配置される弓形側面１３、１４を備える。凸状弓形側面１３、１４は、丸線材を圧延して所望の平面形状とする線材の成形過程において形成される。長軸Ｚ−Ｚは、径方向、かつ巻回軸Ｙ−Ｙに対して垂直に延びる。長軸Ｚ−Ｚは、短軸Ｘ−Ｘよりも大きい長さを有する。平面部１５、１６は、長軸Ｚ−Ｚに対して実質的に平行である。
【００１３】
ばね１０は、使用条件に応じてばね鋼又はプラスチックを含むいかなる弾性材料を備えていても良い。
【００１４】
丸線材から作られるコイルばね、及びフラットバンド線材から作られるコイルばねを支配する方程式は、以下の点を除いて同じである。丸線材の線材断面二次モーメント（section inertia）は、式Ｉroundで示される。フラットバンド線材の線材断面二次モーメントは、式Ｉflatbandで示される。
【００１５】
【数１】
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ここで、”ｄ”は、線材の直径を、“ｂ”及び“ｈ”は、図２に示される寸法である。
【００１６】
同一の線材断面二次モーメント及び同一のコイル巻数、同一のたわみ角及び同一の線材応力を有する丸線材ばねと比較した、フラットバンドばねの優位点は、フラットバンドばねの有効最大圧縮ばね高さが小さくなることである。これは、同一のハウジング条件下で、フラットバンドばねがより高いトルクを付与することを可能にする。フラットバンドばねが使用される用途に応じて、与えられた所望トルク、及び一定の軸方向のばねハウジング高さ、すなわちエンベロープにおいて、所望トルクは、丸線材ばねがそのハウジング及びエンベロープに関して相応しないものに達することが可能である。
【００１７】
以下は、本発明のばねの望ましい特徴を明らかにすることを目的とした演算例である。
【００１８】
丸ばねの演算
【数２】
2010515872.tif 000004
【００１９】
フラットバンドばね寸法：
【数３】
2010515872.tif 000005
ここで、算出されたトルク及び応力についての夫々のケースにおける“ｄ”が一定となるように、“ｂ”及び“ｈ”が選択され得る。丸線材ばねに対するフラットバンドばねのパッケージングの優位点を実現するために、ばねの寸法“ｂ”は、“ｈ”より小さくなるように選択される。
【００２０】
ばね高さ、すなわち軸Ｙ−Ｙに関する軸方向の長さ。
最大丸ばね高さ（直径）は、以下のように計算される。
【数４】
2010515872.tif 000006
【数５】
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とすると、以下のようになる。
【数６】
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【００２１】
これはｂ＜ｈとすると
【数７】
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を導く。
【００２２】
変数及び符号：
Ｔ  バネトルク
ｄ  丸線材の直径
Ｅ  弾性率
α  たわみ角
Ｄｍ  平均コイル直径
ｎ  コイル巻数
σ  線材の応力
Ｉ  線材の二次モーメント
ｂ  フラットバンド線材の幅
ｈ  フラットバンド線材の高さ
Ｈspring Round  丸線材ばねの高さ
Ｈsprin Flat  フラットバンド線材ばねの高さ
【００２３】
以下は、言及された変数について数値を使用した演算例であって、特許請求の範囲又はその適用の範囲を限定せずに、本発明を示すためのものである。
【表１】
2010515872.tif 000010
【００２４】
実質たわみ時の等しいトルクが３８７Ｎｃｍとされたとき、丸線材ばね９.６４ｍｍに対して、本発明のばねの最大ばね高さは、たった６．１８ｍｍである。これは軸方向の高さ（軸Ｙ−Ｙ、図１）がおよそ３５％削減されたことを表す。この顕著な削減は、必要なトルク出力をより薄いテンショナーパッケージによって入手することを可能にする。これは、より小さい使用容積でテンショナーが使用されることを可能とし、或いは、より高いトルク要求のためにテンショナーサイズを大きくすることができない所定の使用容積で、実現されるトルクをより大きくすることを可能とする。
【００２５】
これは寸法“ｂ”に対する寸法“ｈ”のアスペクト比（ｈ：ｂ）がおよそ２．３であることを明らかにする。本発明のばねは、同等の結果となるように、アスペクト比が１より大きくなるように製造されても良い。
【００２６】
図３は、本発明のばねを使用したテンショナーの分解図である。ここで示される本例の偏心テンショナーは、説明を目的とするためのものであって、本発明のばねの範囲や適用性を限定するためのものではない。
【００２７】
偏心テンショナーはベース１０を備える。スリーブ４０は、ベース１０を通って突出する。アーム３０は、ブッシング７０を介してスリーブ４０に回動可能に係合される。ブッジング７０及びスリーブ４０は、プラスチックを含むいかなる好適な低摩擦材料を備えていても良い。プラスチックはオイルが含浸され、或いはＰＴＦＥコートを有していても良い。ダンピングパッド５０はばね１０に係合する。ばね１０は、チャンネル５１においてダンピングパッド５０内部に置かれる。ダンピングパッド５０は、ベース２０とアーム３０が摩擦係合することによって動作される間、望ましくないアーム３０の振動を抑えることを補助する。
【００２８】
ばね１０の端部１１は、アーム３０のスロット３１に係合する。ばね１０の端部１２は、ベース２０の部材２１に係合する。動作中にばね１０は、ベース２０に抗してアーム３０を付勢し、スプリングトルクをベアリング９１及びプーリ９０を介して作用させて、ベルト（不図示）に荷重をかける。ベース２０は、部材２３を取付表面（不図示）の受け部に係合させることによって回転することが防止される。
【００２９】
アジャスター６０はボア３３を介してアーム３０に係合する。アジャスターは、アーム３０の移動範囲に対してベルトへの荷重が適切に配向するように、アーム３０の回転中心を偏心的に配置させるために使用される。アーム３０位置は、テンショナーを取り付けるときに、ツール（不図示）をツール受け部６２に挿入することによって調整される。
【００３０】
締結部材１００は、エンジンブロックのような取付表面（不図示）にテンショナーを取り付けるために使用される。締結部材１００はアジャスター６０のボア６１を通って延在する。
【００３１】
テンショナーの適切な調整は、アーム３０のインジケーター３４とベース２０のインジケーター２２を使用して実現される。アームは、インジケーター３４がインジケーター２２の対応箇所に一致するまで回転させられる。その後、アーム及びベースはともに、ピン３５を使用して固定される。
【００３２】
テンショナーが動作位置に取り付けられ、かつインジケータ３４、２２が適切に一致させられると、締結部材１００がねじ下げられ、アジャスター６０の移動が規制される。スリーブ上のブッシング７０は、アーム３０がスリーブ４０回りに自由に移動することを可能にする。
【００３３】
シール８０はアーム３０の上面３２に係合し、アームボア３３とスリーブ４０の間からスリーブ４０のベアリング表面４１に屑片が侵入するのを防止する。屑片はテンショナーの動作に悪影響を及ぼす。ベルト（不図示）は、プーリ９０に係合する。プーリ９０は、ベアリング９１を介してアーム３０によって軸支される。
【００３４】
ここでは本発明の一形態が述べられたが、ここで述べられた本発明の精神及び範囲から逸脱しないように、一部の構造及び関連についての変更がなされるであろうことは当業者にとって明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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