(57)【要約】本発明は、動力伝達ベルトに張力を与えるための改良されたテンショナである。それは、動力伝達ベルトの表面に係合するように構成されたプーリと、プーリベアリングを介して回転自在に取付けられるプーリを支持するアームと、アームを支えるシャフトとを有するタイプである。シャフトは、ピボットベアリングによって回転自在に支持される。さらにそれは、支柱のための取付けポイントを有し、支柱が取付けポイントに取付けられるタイプである。それは、プーリと、ピボットベアリングに対して横方向にオフセットされ、ピボットベアリングにおける寄生トルクに関して実質的に均衡がとれた取付けポイントとによって改良される。
2006500524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力伝達ベルトの表面に係合するように構成されたプーリと、プーリベアリングを介して回転自在に取付けられる前記プーリを支持するアームと、前記アームを支持する、ピボットベアリングによって回転自在に支持されるシャフトと、支柱のための取付けポイントとを備え、前記支柱が前記取付けポイントに取付けられるタイプの改良された動力伝達ベルト用テンショナであって、
前記プーリと前記取付けポイントとが、前記ピボットベアリングに対して横方向にオフセットされ、前記ピボットベアリングにおける寄生トルクに関して実質的に均衡がとれている動力伝達ベルト用テンショナ。
【請求項２】
前記支柱取付けポイントが、前記プーリの回転中心にある平面に対して、前記ピボットベアリングの横方向の反対側にある請求項１に記載の改良。
【請求項３】
前記支柱の取付けポイントが、前記プーリベアリングのための支持部材から延びる部材の一部を形成する請求項２に記載の改良。
【請求項４】
前記部材が、シールドである請求項３に記載の改良。
【請求項５】
前記支柱取付けポイントが、前記ピボットベアリングの回転中心にある平面に対して、前記プーリの横方向の反対側にある請求項１に記載の改良。
【請求項６】
前記支柱取付けポイントが、前記ピボットベアリングの横方向の限界を越えている請求項５に記載の改良。
【請求項７】
前記支柱の取付けポイントが、前記シャフトから延びる部材の一部を形成する請求項５に記載の改良。
【請求項８】
前記プーリの回転中心にある平面が、前記ピボットベアリングの横方向の限界を越えている請求項５に記載の改良。
【請求項９】
前記プーリが、前記ピボットベアリングに対して、前記支柱取付けポイントの径方向の反対側にある請求項５に記載の改良。
【請求項１０】
前記部材が、レバーアームである請求項７に記載の改良。
【請求項１１】
前記テンショナが、補機を支持するように構成されるベースを含む請求項１に記載の改良。
【請求項１２】
クランクシャフトプーリと、
補機プーリと、
動力伝達ベルトと、
前記動力伝達ベルトの表面に係合するように構成されたテンショナプーリと、プーリベアリングを介して回転自在に取付けられる前記プーリを支持するアームと、前記アームを支持する、ピボットベアリングによって回転自在に支持されるシャフトと、支柱のための取付けポイントとを有し、前記支柱が前記取付けポイントに取付けられ、前記プーリと前記取付けポイントとが、前記ピボットベアリングに対して横方向にオフセットされ、前記ピボットベアリングにおける寄生トルクに関して実質的に均衡がとれている動力伝達ベルト用テンショナとを備え、
前記動力伝達ベルトが、前記クランクシャフトプーリと前記補機プーリと前記テンショナプーリとに掛け回されている動力伝達駆動装置。
【請求項１３】
前記支柱取付けポイントが前記テンショナプーリの回転中心における平面に対して、前記ピボットベアリングの横方向の反対側にある請求項１２に記載の動力伝達駆動装置。
【請求項１４】
前記支柱の取付けポイントが前記プーリベアリングの支持部材から延びる部材の一部を形成する請求項１３に記載の動力伝達駆動装置。
【請求項１５】
前記部材がシールドである請求項１４に記載の動力伝達駆動装置。
【請求項１６】
前記支柱取付けポイントが前記ピボットベアリングの回転中心にある平面に対して、前記プーリの横方向の反対側にある請求項１２に記載の動力伝達駆動装置。
【請求項１７】
前記支柱取付けポイントが前記ピボットベアリングの横方向の限界を越えた位置にある請求項１６に記載の動力伝達駆動装置。
【請求項１８】
前記支柱の取付けポイントが前記シャフトから延びる部材の一部を形成する請求項１６に記載の動力伝達駆動装置。
【請求項１９】
前記プーリの回転中心にある平面が前記ピボットベアリングの横方向の限界を越えている請求項１６に記載の動力伝達駆動装置。
【請求項２０】
前記部材がレバーアームである請求項１８に記載の動力伝達駆動装置。
【請求項２１】
前記動力伝達テンショナが、補機を支持するように構成されたベースを有する請求項１２に記載の動力伝達駆動装置。
【請求項２２】
動力伝達ベルトを設け、
ピボットベアリングを設け、
前記動力伝達ベルトの表面に係合するように構成されたプーリと、支持アームを支持するためのピボットベアリングによって回転自在に支持される支持シャフトを含む支持構造物とを備え、前記支持アームが前記プーリを支持するためであり、前記プーリがプーリベアリングを介して前記支持アームに回転自在に取付けられ、前記プーリが前記ピボットベアリングに対して横方向にオフセットされ、また支柱のための取付けポイントを備え、前記取付けポイントが前記ピボットベアリングに対して横方向にオフセットされているテンショナを設け、
前記支柱を設け、
前記支柱から前記取付けポイントに付勢力を伝達し、
前記支持構造物が、前記付勢力を、前記ピボットベアリングの周りの回動を介して前記プーリに伝達し、そして、
寄生トルクに関して、前記ピボットベアリングにおける前記付勢力を実質的に均衡させる動力伝達ベルトへの張力付与方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力伝達ベルト駆動システムのベルトに張力を与えるテンショナに関する。特に、本発明は円弧状の運動と、付勢部材あるいは付勢力調整部材としての支柱とを有するテンショナに関する。特に、本発明は、円弧状の運動の中心にあるピボットにおける不均衡を低減する幾何学的配置を有するテンショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のための動力伝達補機ベルト駆動システムとともに用いられる動力伝達ベルトテンショナは、円弧状であるプーリの運動で知られており、ベルトを押してシステムのベルト駆動装置の張力を制御するプーリを片寄らせ、あるいはプーリの偏倚を調整するための支柱を含む。一般に、プーリ、テンショナの本体が作動中にそれを中心に回転するピボット、そして支柱の取付けポイントは、同一平面上にある。この同一平面上の配置の例は、メックストロース(Meckstroth)らの米国特許第５，４３９，４２０号明細書に見られる。
【０００３】
しかしながら、動力伝達補機ベルトシステムのある種の幾何学的配置は、この同一平面構成に含まれない。このような幾何学的配置が存在し、支柱を採用するテンショナを用いることが望まれるときには、必要とされる隙間を与えるために、ピボットについて、プーリを横方向にオフセットすることが必要になる。プーリがこの方法によりオフセットされる例は、シュミッド(Schmid)の米国特許第６，０３９，６６４号明細書に見られる。’６６４号特許においては、プーリの回転中心にある平面、あるいはプーリを二分する平面は、ピボットベアリングの中心にある回転面からオフセットされている。支柱の取付けポイントはなお、実質的にピボットベアリングの回転中心にある平面にある。このテンショナが作動中に、ベルトによってテンショナに作用する力と支柱とがピボットベアリングに対する不均衡な負荷を引起こすことは非常に明らかである。これは、支柱がテンショナに付勢力を与えるか、あるいはダンピングを通じて付勢力を調整しているのみであるかに関わらず、当てはまる。不均衡な負荷は、寄生トルク（parasitic  torque）を引起こし、これはピボットシャフトを軸方向にベアリングから位置ずれさせる傾向にある。このような、通常の回転運動と組み合わさった寄生トルクは、ベアリングにおいて不均一な摩耗を引起こしやすい。もし不均一な摩耗が進行すると、ベアリングは、弛緩、異音、位置ずれ、そして損傷といった望ましくない特性を示す。
【０００４】
したがって、支柱の付勢部材の有利な性質とオフセットを利用して、ある種の動力伝達補機ベルトシステムの幾何学的配置に適応させ、改良されたベアリングの寿命特性のために実質的な寄生トルクなしに作動する円弧状の運動をするテンショナに対する、継続的な必要性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
横方向にオフセットされ、最小化された寄生トルクで作動するプーリを有する円弧状の支柱型の動力伝達ベルトテンショナが開示される。本発明は、動力伝達ベルトに張力を与える、改良されたテンショナである。それは、動力伝達ベルトの表面に係合するように構成されたプーリと、プーリベアリングを介してプーリが回転自在に取付けられたアームと、アームを支えるシャフトとを有するタイプである。シャフトは、ピボットベアリングによって回転自在に支持される。さらにそれは、支柱のための取付けポイントを有するタイプであり、支柱は取付けポイントに取付けられる。それは、プーリと、ピボットベアリングに対して横方向にオフセットされ、ピボットベアリングにおける寄生トルクに関して実質的に均衡がとれた取付けポイントとによって改良されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する、同一の符号が同一の部分を示す添付図面は、本発明の好ましい実施形態を図解し、説明とともに本発明の原理を説明するために提供される。
【０００７】
図１は、本発明のテンショナ２６が採用できる、自動車用内燃機関のための典型的な補機駆動システム１０を示す。しかしながら、その応用は、自動車用途に限定されない。むしろそれは、動力を伝えるための動力伝達ベルトドライブを有し、本発明のテンショナ２６を含むことによる利益を得る、いかなる内燃機関にも応用できる。システム１０は、交流発電機１２、交流発電機用プーリ１４、パワーステアリングポンププーリ１８、ウオータポンププーリ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。交流発電機１２は、テンショナ２６の一部を形成するベース２８の上に取付けられる。図面に示された実施形態は、上にエンジン（図示せず）を載置するように構成され、そして交流発電機１２や他の補機を支持するための取付けポイントを有するベース２８を含む。しかしながら、交流発電機１２や他の補機を支持するための取付けポイントを有していないベース２８であっても良い。
【０００８】
付加的な細部は、図２および３に示される。ベース２８は、エンジン取付け穴３０と、補機取付け穴３２とを含む。ベース２８は、さらにテンショナプーリ３４と支柱３６とを支持する。特に、テンショナプーリ３４は、プーリベアリング４０を介してプーリ支柱３８上に回転自在に取付けられる。プーリ支柱３８は、プーリアーム４２から延びる。プーリアーム４２は、ピボットシャフト４４から延びる。ピボットシャフト４４は、ピボット穴４６内に回転自在に置かれ、そして第１および第２ピボットベアリング４８、５０を含むベアリングによって支持される。ピボットシャフト４４は、ピボットネジ５２によってピボット穴４６内に固定される。ピボットネジ５２のヘッドは、キャップ５６によって、凹部５４内に隠される。テンショナプーリ３４の一部とプーリベアリング４０は、防塵シールド５８によって覆われている。防塵シールド５８は、シールド支柱６０を含み、シールド支柱６０は、支柱穴６２と協働して、防塵シールド５８がプーリアーム４２に対して相対的に回転することを防ぐ。防塵シールド５８は、プーリネジ６４によって、プーリ支柱３８に固定される。防塵シールド５８は、ネジ山付き支柱６６を含む。支柱３６の第１の端部は、ネジ山付き支柱６６に螺号される第１支柱コネクタ６８によって、防塵シールド５８に回転自在に連結されている。支柱３６の第２の端部は、ベース２８に螺号される第２支柱コネクタ７０によって、ベース２８に回転自在に連結される。支柱コネクタ７０は、エンジンに対して静止している部材であって、ベース２８の一部ではない部材に、代替的に螺号されることが意図されている。
【０００９】
本実施形態の支柱３６は、機械的なタイプであり、テンショナプーリ３４の付勢力を弱める。支柱３６は、シリンダ７２、プランジャ７４、プランジャ接続部７６、ダンピングリング７８、そして圧縮スプリング８０を含む。全体として、支柱３６は、ベース２８とテンショナプーリ３４との間の張力に作用する。たとえそれが圧縮リングを用いる場合においてもそうである。圧縮スプリング８０は、ダンピングリング７８をシリンダ７２内により深く入り込ませ、プランジャ７４をシリンダ７２内により深く入り込ませて、支柱３６の全体としての長さを短くする。したがって、支柱３６を短くしようとする圧縮スプリング８０の力は、動力伝達ベルト２４に対してテンショナプーリ３４を引きつけ、動力伝達ベルト２４の張力を調整する。
【００１０】
ダンピングは、ダンピングリング７８の外面と、シリンダ７２の内面との間の摩擦係合によって影響を受ける。さらにダンピング特性は、プランジャ７４の円錐台形部８２とダンピングリング７８の内面との伸長関係により非対称である。動力伝達ベルト２４の操作によってテンショナプーリ３４が移動するために支柱３６が延びるように力を受けるとき、その伸長関係は、ダンピングリング７８を延ばすように作用する。これは、ダンピングリング７８の外面とシリンダ７２の内面との間に生じる力を、対応する摩擦のダンピングの増加によって増加させる。これに対し、支柱３６が動力伝達ベルト２４の操作によって短縮するときは、伸長関係は、ダンピングリング７８をより弱く付勢する。これは、ダンピングリング７８の外面とシリンダ７２の内面との間に生じる力を、対応する摩擦ダンピングの減少によって減少させる。結局、テンショナプーリ３４がベルトを緩める方向に動くときの摩擦ダンピングは、ベルトを締め付ける方向に動くときよりも大きくなる。
【００１１】
種々の支柱の構成の使用が可能である。内部における細部の違いを有するが引張状態で作用する、機械的、あるいは油圧による支柱を使用しても良い。ベース２８の構成の違いにより、支柱３６が反対方向に延びるように支柱３６を第１支柱コネクタ６８の周りに１８０°回転させても良い。このような場合、圧縮状態で作用する支柱が必要となる。対称ダンピングあるいはダンピングなしの支柱もまた適当であるかもしれない。さらに、他の機構によって付勢力が与えられるテンショナには、ダンピング特性のみを有する支柱を用いることも適当であろう。
【００１２】
以下に、図３と図４について言及すると、図４は、図３を右側から見たものである。補機ベルト駆動システム１０の操作中は、テンショナ２６の機能に関して大きく関係する、異なる大きさの３つの力がある。すなわち、支柱３６によって発生され、Ｄ点において紙面を貫くように図４に示される付勢力Ａ、テンショナプーリ３４を押圧するベルト２４によって生じ、Ｅ点にて存在するように示されるベルト力Ｂ、そしてピボットベアリング４８、５０を介したピボットシャフト４４に対するベース２８の作用によって生じ、Ｃ点を貫くように示されるベース力Ｃである。これらは、第１および第２ピボットベアリング４８、５０の負荷に対する影響力の観点から重要である。「背景技術」において上述したように、ある種のベルト駆動システムは、支柱の取付けポイントと、テンショナプーリの回転中心における平面と、ピボットの回転中心における平面とが同じ平面にある支柱型のテンショナの使用を許容しない幾何学的配置を有する。
【００１３】
このような幾何学的配置のためには、システムは、支柱によって与えられる利点をあきらめるか、あるいはテンショナプーリをピボットの回転面の中心線からオフセットさせなければならない。この補償のないオフセットは、ピボットの軸の周りではなく、ピボット上にトルクを生じさせる。この寄生トルクは、本実施形態のピボットシャフト４４のようなピボットシャフトの軸が、本実施形態のピボット穴４６のようなピボット穴の軸に対して位置ずれする傾向を引起こす。この傾向は、第１および第２ピボットベアリング４８、５０のようなピボットベアリングに、異なる、すなわち不均衡な負荷を引起こす。
【００１４】
補機ベルト駆動システム１０が作動すると、テンショナプーリ３４は連続した運動を受け、ピボットシャフト４４が、主として振動の態様で第１および第２ピボットベアリング４８、５０の間で連続的に回動する。寄生トルクを伴った、この連続した運動は、第１および第２ピボットベアリング４８、５０などのピボットベアリング間で異なった摩耗を引起こす。もし進行すると、第１ピボットベアリングの摩耗は、ベース２８に対応したベースに対して、一方の側に生じる傾向にある。同時に、第２ピボットベアリングの摩耗は、他方に生じる傾向にある。この不均衡な摩耗は、ピボットシャフト４４のようなピボットシャフトの軸を、ピボット穴４６のようなピボット穴の軸と位置ずれさせ、そして嵌合を緩ませて騒音を生じさせる。さらに、テンショナプーリ３４のようなテンショナプーリは傾斜し、このため、その回転面は動力伝達ベルト２４の移動軌跡に対して位置ずれする。これらは、テンショナの交換を必要とさせる、非常に好ましくない状態である。
【００１５】
テンショナ２６の本実施形態の構成は、実質的にバランスがとれており、力Ａ、Ｂ、Ｃは、ピボットシャフト４４と、ピボット穴４６と、第１および第２ピボットベアリング４８、５０を有するピボットにおいて寄生トルクを生じさせない。理解されるように、ベルト力Ｂの大きさが（適正な操作での変数の範囲内で）いかなるものであっても、結果としての付勢力Ａとベース力Ｃとは同じ大きさで、反対の方向に向く。これは、それぞれの力の横方向（すなわちピボットシャフト４４の軸に沿う）の変位に関わらず、当てはまる。もし、ベルト力Ｂから付勢力Ａの横方向の距離が、ベルト力Ｂからベース力Ｃの距離よりも大きいと、付勢力Ａは、２つの距離の比の逆数に応じて、ベース力Ｃよりも小さくなる。しかし、ベルト力Ｂからのそれぞれの距離に関係するモーメントアームの比は、直接的に、打消し効果による２つの距離の比にしたがって変化する。同様に、これは、ピボットシャフト４４の軸からの径方向の変位に関わらず当てはまる。
【００１６】
図４には、概念的なバランス線Ｘが示されている。それは、点Ｄと点Ｅによって定義される。点Ｄは、付勢力Ａの第１支柱コネクタ６８の軸との交点である。点Ｅは、ベルト力Ｂの、テンショナプーリ３４の回転軸と、テンショナプーリ３４の回転中心における平面との交点である。バランス線Ｘは、点Ｆまで延びている。点Ｆは、バランス線Ｘとピボットシャフト４４の軸との交点である。ベース力Ｃがピボットシャフト４４上で集中する有効点を決定するのは、この最後の交点である点Ｆである。
【００１７】
図４において、点Ｆは、第１および第２ピボットベアリング４８、５０の間の中間点として示されている。理解されるように、ベース力Ｃがこの中間点に作用されると、ベース力Ｃは、第１および第２ピボットベアリング４８、５０のそれぞれにおいて、方向と大きさにおいて均等に分配される。この均等な分配により、寄生トルクと、それに付随する不均等な摩耗とがなくなる。これに対し、点Ｆが、第１または第２ピボットベアリング４８、５０との水平方向の限界を超えた位置にあると、点Ｄと点Ｅとの異なる配置の結果として、寄生トルクが生じる。この結果としてのベース力Ｃの分配は、各ピボットベアリング４８、５０において反対方向になり得る。
【００１８】
いくつかの寸法が、点Ｆの位置に影響を及ぼす。第１支柱コネクタ６８の長さ、ピボットシャフト４４の軸からのネジ山付き支柱６６の半径方向の距離、テンショナプーリ３４のオフセット量、ピボットシャフト４４の軸からのプーリテンショナ３４の軸の半径方向の距離、そして第１および第２ピボットベアリング４８、５０の距離である。理想的には、これらの寸法の組合せは、図示されたように点Ｆを配置するように調整される（すなわち、点Ｄあるいは点Ｅがピボットシャフト４４の軸から横に、および径方向にどれだけ移動したかには関わらず、これらは、バランス線Ｘ次第で寸法が定められる）。しかし、点Ｆが第１および第２ピボットベアリング４８、５０の横方向の両端限界点間に位置する限りは、第１および第２ピボットベアリング４８、５０のそれぞれにおけるベース力Ｃの分配の方向はいずれも同じままであり、テンショナ２６は実質的に均衡がとれていることが分かる。したがって寄生トルクはない。この構成では、摩耗が第１または第２ピボットベアリング４８、５０のいずれかにおいてより早く生じるかもしれないが、摩耗はそれぞれの同じ部分に生じる。このことは、第１および第２ピボットベアリング４８、５０において過剰な弛緩あるいは異音が生じるまでの時間と、テンショナプーリ３４がベルト２４の走行方向から著しく位置ずれするまでの時間を延ばすように作用する。
【００１９】
図５、６および７は、ピボットシャフト４４、ピボット穴４６、第１ピボットベアリング４８、および第２ピボットベアリング５０を有するピボットの周りの寄生トルクを除くために点Ｆの位置を制御する同じ原理を用いた他の実施形態を示す。図７は、図６を右側から見たものである。ここで、支柱３６の連結点は、防塵シールド５８から支柱アーム８４に、横方向および径方向においてピボットの反対に移動している。これは、図示するように、引張状態の代わりに圧縮状態において作動する支柱３６の使用を必要とする。本実施形態の支柱３６は、先述の実施形態に比較してより簡略化された支柱である。それは、ダンピングリング７８の外面とのシリンダ７２の内面の接触によって生じる摩擦による対称的なダンピングのみを与える。これは、ダンピングリング７８がプランジャ７４に固定されていることと、このために先の実施形態の円錐台形部８２とのダンピングリング７８との相互作用に対応した作用がないためである。しかし、先の実施形態と同様に、必要とされるテンショナ２６の付勢力を与えるために、広い範囲の種々の支柱が利用できる。
【００２０】
本実施形態においても、バランス線Ｘは点Ｄと点Ｅとによって定義される。点Ｆは、バランス線Ｘのピボットシャフト４４の軸との交点である。先の実施形態と同様に、いくつかの寸法が、点Ｆの位置に影響を与える。第１支柱コネクタ６８の長さ、ピボットシャフト４４の軸からの支柱アーム８４の半径方向の距離、テンショナプーリ３４のオフセット量、そしてピボットシャフト４４の軸からのプーリテンショナ３４の軸の半径方向の距離である。理想的には、これらの寸法の組合せは、図示されるように、第１および第２ピボットベアリング４８、５０との中間点に点Ｆを配置するために調整される。しかし、点Ｆが第１および第２ピボットベアリング４８、５０の横方向の両端限界点間に位置する限りは、第１および第２ピボットベアリング４８、５０のそれぞれにおけるベース力Ｃの分配の方向はいずれも同じままである。したがって寄生トルクはない。この構成では、摩耗は、第１または第２のピボットベアリング４８、５０のいずれかにおいてより早く生じるかもしれないが、摩耗はそれぞれの同じ部分に生じる。
【００２１】
本発明は、従来の不均一で過剰なピボットベアリングの摩耗による欠点なしに、テンショナプーリが、ある種のベルト駆動補機システムを適応させるためにオフセットされる支柱型のテンショナの使用を可能にする。したがって、過剰な弛緩を生じる過剰な摩耗と、テンショナプーリのアングレーション、すなわち過剰な異音のない、ベアリングの改善された寿命が与えられる。
【００２２】
本発明のこれまでの記述と実例である実施形態とは、図面によって示され、修正と代替的な実施形態を変えて詳細に説明された。しかし、これまでの本発明の記述は例示のみであり、本発明の範囲は、従来技術の観点から解釈される請求の範囲によってのみ限定されることが理解されるべきである。さらに、ここに実例として適切に開示された本発明は、ここに特に開示されていない、いかなる要素が欠落した状態で実施されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】動力伝達補機ベルト駆動システムにおける、テンショナの好ましい実施形態を概略的に示すものである。
【図２】テンショナの好ましい実施形態の斜視図である。
【図３】図２の３―３線に沿った断面である。
【図４】図３の細部である。
【図５】テンショナの好ましい実施形態の斜視図である。
【図６】図５の６―６線に沿った断面である。
【図７】図６の細部である。
【図１】
2006500524.tif 000003
【図２】
2006500524.tif 000004
【図３】
2006500524.tif 000005
【図４】
2006500524.tif 000006
【図５】
2006500524.tif 000007
【図６】
2006500524.tif 000008
【図７】
2006500524.tif 000009
【国際調査報告】
2006500524.tif 000010
2006500524.tif 000011