(57)【要約】【課題】  ベルト張力の変動をより効果的に吸収することができるオートテンショナを提供する。【解決手段】  本発明のオートテンショナ１は、内周に外側軌道面３１が形成された基端部３、及びこの基端部３から延びるとともにベルトが巻き掛けられるプーリが回転自在に固定されたアームを有する揺動アームと、外周側に内側軌道面２１を有し基端部３を相対回転可能に支持することで揺動アームを揺動自在に支持する支持部材２と、外側軌道面３１と内側軌道面２１との間に転動可能に介在した円筒ころ４とを備えている。内側軌道面２１及び外側軌道面３１には、基端部３と支持部材２との相対回転に伴い円筒ころ４を転動させつつ円筒ころ４の挟持間隔を漸次狭くして、前記相対回転により生じた基端部３と支持部材２との間の位相差を解消する方向の回動付勢力を基端部３と支持部材２との間に付与する異形軌道面２ｋ、３ｋが形成されている。この回動付勢力によって、揺動アームを所定の揺動方向に付勢する。【選択図】      図３
2007107640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周に外側軌道面が形成された筒状の基端部、及びこの基端部から延びるとともにベルトが巻き掛けられるプーリが回転自在に固定されたアームを有する揺動アームと、
外周側に前記外側軌道面に対向する内側軌道面を有し前記基端部を相対回転可能に支持することで前記揺動アームを揺動自在に支持する支持部材と、
前記外側軌道面と前記内側軌道面との間に転動可能に介在した転動体とを備え、
前記内側軌道面及び外側軌道面の少なくとも一方が、前記基端部と前記支持部材との相対回転に伴い転動体を転動させつつ当該転動体の挟持間隔を漸次狭くして、前記相対回転により生じた前記基端部と前記支持部材との間の位相差を解消する方向の回動付勢力を前記基端部と前記支持部材との間に付与する異形軌道面を少なくとも一部に有しており、この回動付勢力によって、前記揺動アームを所定の揺動方向に付勢することを特徴とするオートテンショナ。
【請求項２】
前記基端部と、前記支持部材との間には、これらを互いに相対回転可能に支持する転がり軸受が介装されている請求項１記載のオートテンショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プーリに巻き掛けられたベルトに張力を付与するオートテンショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンからの動力をオルタネータ等の補機類に伝達する手段として、一般にベルトが用いられている。このベルトの張力は、オートテンショナによって一定に維持される。オートテンショナは、エンジンなどに固定された支持部を中心に揺動可能とされた揺動アームの先端に、上記ベルトが巻き掛けられたプーリを有しており、揺動アームは、当該揺動アームと支持部との間に取り付けられたねじりコイルばねによって生じる弾性力によって弾性的に揺動可能とされている（例えば、特許文献１参照）。
このようなオートテンショナは、プーリを所定の揺動方向に付勢することでベルトに一定の張力を付与する。また同時に、エンジンの回転速度の変動等により生じるベルトの張力変動を、揺動アームの弾性的な揺動によって吸収し、ベルトの振動や異音の発生を防止して、ベルト本来の寿命を確保することができる。また、補機の取付誤差、温度変化による寸法変化、又は、ベルトの長さのばらつき等を吸収することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−４４８１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来例のオートテンショナによれば、揺動アームのベルト張力の変動吸収特性は、上記ねじりコイルばねに依存しているが、このねじりコイルばねは、当該オートテンショナに組み込むことができる程度の大きさに制限されるため、その線径や自由長、巻き数等が制限され、ねじりコイルばねの弾性力の特性を自由に設定することができなかった。このため、オートテンショナとしてのベルト張力の変動吸収特性を設定する際の自由度が制限されてしまい、ベルト張力の変動を十分に吸収できない場合があった。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、ベルト張力の変動をより効果的に吸収することができるオートテンショナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のオートテンショナは、内周に外側軌道面が形成された筒状の基端部、及びこの基端部から延びるとともにベルトが巻き掛けられるプーリが回転自在に固定されたアームを有する揺動アームと、外周側に前記外側軌道面に対向する内側軌道面を有し前記基端部を相対回転可能に支持することで前記揺動アームを揺動自在に支持する支持部材と、前記外側軌道面と前記内側軌道面との間に転動可能に介在した転動体とを備え、前記内側軌道面及び外側軌道面の少なくとも一方が、前記基端部と前記支持部材との相対回転に伴い転動体を転動させつつ当該転動体の挟持間隔を漸次狭くして、前記相対回転により生じた前記基端部と前記支持部材との間の位相差を解消する方向の回動付勢力を前記基端部と前記支持部材との間に付与する異形軌道面を少なくとも一部に有しており、この回動付勢力によって、前記揺動アームを所定の揺動方向に付勢することを特徴としている。
【０００６】
上記のように構成されたオートテンショナによれば、ねじりコイルばね等を用いることなく簡素な構成で回動付勢機能（ねじりばね性）を、基端部と支持部材との間に付与することができる。すなわち、このねじりばね性によって、揺動アームを弾性的に揺動させ、前記揺動アームを所定の揺動方向に付勢することができる。これによって、プーリに巻き掛けられるベルトに張力を付与することができる。また、上記構成により得られるねじりばね性の特性は、異形軌道面の形状や転動体の外径等を変更することで、多様に変化させることができ、その設定の自由度が極めて高くなる。従って、エンジンの特性や仕様等に応じて、揺動アームが揺動する際の弾性力特性を好適に設定することができる。
【０００７】
また、上記オートテンショナにおいて、前記基端部と、前記支持部材との間には、これらを互いに相対回転可能に支持する転がり軸受が介装されていることが好ましい。
この場合、前記基端部に作用するラジアル方向の負荷荷重を前記転がり軸受によって支持することができるので、異形軌道面及び転動体に作用する外部からの負荷荷重を低減できる。従って、上記ねじりばね性をより安定して得ることができる。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明に係るオートテンショナによれば、揺動アームが揺動する際の弾性力特性を好適に設定することができるので、ベルト張力の変動をより効果的に吸収することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１及び図２はそれぞれ、本発明の一実施形態によるオートテンショナの断面図及び側面図である。図１において、揺動アーム３０は、ほぼ筒状の基端部３と、この基端部３から延びるとともにベルト５０が巻き掛けられるプーリ６が固定されたアーム７とが一体成形された成形部材である。プーリ６は、その中心部に玉軸受８が装着されている。この玉軸受８の内輪は、アーム７の先端部７ａに外嵌され、ボルト９及びナット１０によって先端部７ａに固定されている。このようにして、プーリ６は、アーム７の先端部７ａに回転自在に固定されている。
【００１０】
一方、揺動アーム３０を支持する支持部材２は、中空軸状に形成された軸部２５と、当該オートテンショナ１が取り付けられるエンジンに固定するための固定部２６とを有する成形部材である。軸部２５は、基端部３の内周側に同軸に配置されており、この軸部２５と、基端部３との間には、転動体としての円筒ころ４が転動可能に介在している。また、基端部３の内周面には、円筒ころ４が転動する外側軌道面３１が形成されているとともに、軸部２５の外周面には、円筒ころ４が転動する内側軌道面２１が、外側軌道面３１に対向して形成されている。
【００１１】
基端部３と軸部２５との間には、転がり軸受５１、５２が円筒ころ４の軸方向両側に位置するように介装されており、基端部３と軸部２５とを互いに相対回転可能とするとともに、基端部３に作用するラジアル方向の荷重を支持している。また、軸部２５の端部には、円筒ころ４及び転がり軸受５１、５２が軸部２５から抜けないように固定するための押さえ部材５３が圧入嵌合されている。
【００１２】
次に、軸部２５及び基端部３にそれぞれ設けちれた内側軌道面２１及び外側軌道面３１について説明する。図３は、図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面の拡大図である。軸部２５の内側軌道面２１は、軸部２５及び基端部３の回転軸Ｘを中心とする円周面とは異なる４個の異形軌道面としての内側異形軌道面２ｋを連続的に形成することにより構成されている。外側軌道面３１は、４個の異形軌道面としての外側異形軌道面３ｋを連続的に形成することにより構成されている。
内側軌道面２１を構成する各内側異形軌道面２ｋはすべて同一形状であり、外側軌道面３１を構成する各外側異形軌道面３ｋもすべて同一形状である。内側軌道面２１は周方向に均等に（９０度ごとに）４分割され、各分割部分がそれぞれ内側異形軌道面２ｋとされている。同様に、外側軌道面３１も周方向に均等に（９０度ごとに）４分割され、各分割部分がそれぞれ外側異形軌道面３ｋとされている。そして、各異形軌道面２ｋ、３ｋ間に１個ずつ円筒ころ４が配置されている。
また、軸部２５と基端部３との間には、内側異形軌道面２ｋ及び外側異形軌道面３ｋにより、軌道面間隔が周方向に漸次狭くなる漸縮空間部（くさび状空間部）が形成され、軸部２５と基端部３との相対回転に伴い所謂くさび効果によって円筒ころ４が圧縮弾性変形する。上記の如く、内側軌道面２１及び外側軌道面３１をそれぞれ異形軌道面２ｋ、３ｋの連続により形成することで、内側軌道面２１及び外側軌道面３１はそれぞれ異形軌道面２ｋ、３ｋのみによって占められている。しかも、各異形軌道面２ｋ，３ｋは周方向に等配されている。
【００１３】
次に、外側異形軌道面３ｋ及び内側異形動道面２ｋの輪郭形状について詳述する。
外側軌道面３１を構成する４個の外側異形軌道面３ｋは、それぞれ凹曲面とされている。具体的には、外側異形軌道面３ｋは軸部２５及び基端部３の回転軸Ｘ（以下、軸中心Ｘともいう）よりも軌道面（当該外側異形軌道面３ｋ）に近い側に位置する外輪軌道曲率中心Ｃｏを中心とする円周面とされている。この外側異形軌道面３ｋの曲率半径ｇｒｏは、外側軌道面３１と軸中心Ｘとの距離の最大値であって外側軌道面３１の断面輪郭線に外接する円の半径である外側軌道基準半径Ｒｏよりも小さい。また、断面視において、３つの各外側異形軌道面３ｋのそれぞれに関し、外側軌道曲率中心Ｃｏは、軸中心Ｘからの距離が最大値となる外側軌道最大径位置３ｍと軸中心Ｘとを含む直線ｐ３上にある。
【００１４】
．
内側軌道面２１を構成する４個の内側異形軌道面２ｋは、それぞれ凸曲面とされている。具体的には、内側異形軌道面２ｋは軸中心Ｘよりも軌道面（当該内側異形軌道面２ｋ）から遠い側に位置する内側軌道曲率中心Ｃｉを中心とする円周面とされている。この内側異形軌道面２ｋの曲率半径ｇｒｉは、内側軌道面２１と軸中心Ｘとの距離の最小値であって内側軌道面２１の断面輪郭線に内接する円の半径である内側軌道基準半径Ｒｉよりも大きい。また、断面視において、３つの各内側異形軌道面２ｋのそれぞれに関し、内側軌道曲率中心Ｃｉは、軸中心Ｘからの距離が最小値となる内側軌道最小径位置２ｍと軸中心Ｘとを含む直線ｐ２上にある。
【００１５】
以上のような形状の両軌道面２１、３１が設けられている軸部２５及び基端部３は、これらが相対回転した時に、その相対回転に伴う位相差を解消する方向への回動付勢機能（ねじりばね機能）を有している。以下、この点について説明する。
内側軌道面２１及び外側軌道面３１は、上述したように、いずれも軸中心Ｘを中心とする円周面ではないので、内側軌道面２１と外側軌道面３１との間の空間（転動空間）の形状は軸部２５と基端部３との相対位相関係により変化するが、図３の状態は、外側軌道面３１の外側軌道最大径位置３ｍと内側軌道面２１の内側軌道最小径位置２ｍとが同位相とされた状態である。以下、この状態を基準状態ということとする。この基準状態において、各円筒ころ４は、内側軌道最小径位置２ｍ及び外側軌道最大径位置３ｍと接する周方向位置に配置される。この基準状態は、外側異形軌道面３ｋと内側異形軌道面２ｋとによる円筒ころ４の挟持間隔（円筒ころ４の接触位置における軌道面間隔）が最も広い状態である。よって、この基準状態では、両軌道面２ｋ、３ｋから円筒ころ４に作用する圧縮力は最小値（たとえば０）となる。
なお、基準状態における内側軌道最小径位置２ｍと外側軌道最大径位置３ｍとの間の径方向距離は円筒ころ４の直径と略一致させるが、若干のラジアル隙間（プラス隙間又はマイナス隙間）を与えても良い。
【００１６】
次に、この基準状態から軸部２５と基端部３とを相対回転させると、円筒ころ４が転動するとともに、当該円筒ころ４の挟持間隔は漸次狭くなる。よってこの相対回転に伴い円筒ころ４は内側軌道面２１及び外側軌道面３１により圧縮されて弾性圧縮変形し、この相対回転により生じた位相差を解消する方向の回動付勢力（弾性力；ねじりばね力）を軸部２５と基端部３との間に付与する。
【００１７】
上記の回動付勢力（ねじりばね力）が生じる点について更に詳細に説明する。図４は、軸部２５と基端部３との相対回転により発生する回動付勢力について説明するための断面図であり、理解しやすいように内側異形軌道面２ｋ及び外側異形軌道面３ｋと円筒ころ４の断面線のみを示している。図４では、軸部２５を固定し、基端部３を反時計回りに角度θだけ回転させて静止させた釣り合い状態を示している。基準状態では、外側軌道最大径位置３ｍは図４のｘ軸上の位置３ｍｉに位置し、且つ内側軌道最小径位置２ｍもｘ軸上にある。またこの基準状態では円筒ころ４の中心Ｐｒもｘ軸上にある。かかる基準状態から基端部３を角度θだけ反時計回りに回転させると、円筒ころ４が図４に示す位置まで反時計回りに転動する。この転動による円筒ころ４の公転角度は、内側軌道曲率中心Ｃｉに対して角度φｉである。
【００１８】
このとき、内側異形軌道面２ｋと円筒ころ４との接触位置の中心をＰｉ、外側異形軌道面３ｋと円筒ころ４との接触位置の中心をＰｏとすると、ＰｉとＰｏとの間の間隔は、基準状態における内側軌道最小径位置２ｍと外側軌道最大径位置３ｍとの間の間隔よりも狭くなっており、且つ、円筒ころ４の直径２Ｒｒ（円筒ころ４の半径Ｒｒの２倍）よりも狭くなっている。よって、円筒ころ４は、内側軌道面２１から垂直力Ｑｉを受けるとともに、外側軌道面３１から垂直力Ｑｏを受けて圧縮弾性変形する。釣り合って静止している状態では、円筒ころ４に接線力は殆ど働かず、図４に示すように点Ｃｉ，Ｃｏ，Ｐｉ，Ｐｒ，Ｐｏは直線Ｌ１上に並ぶこととなる。そして、上記垂直カＱｉ及び垂直力Ｑｏのベクトルの向きも直線Ｌ１と同じ向きとなり、軸部２５が円筒ころ４から受ける垂直力Ｑｉ′、及び、基端部３が円筒ころ４から受ける垂直力Ｑｏ′も直線Ｌ１と同じ向きとなる。そして、基端部３が円筒ころ４から受ける垂直力Ｑｏ′は、軸中心Ｘを中心とする径方向（円筒ころ４との接触位置の中心Ｐｏと軸中心Ｘとを結ぶ方向）と相違しており、当該径方向の成分とともに時計回りの成分を有することとなる。このようにして、基端部３は、回動付勢力を発生させる時計回り方向のモーメント（以下、回動付勢モーメントともいう）を受ける。回動付勢モーメントの大きさは、〔（ベクトルＱｏ′の大きさ）×（軸中心Ｘから直線Ｌ１までの距離Ｕｌ）〕となる。
【００１９】
上述したように、内側異形軌道面２ｋは凸曲面であり、且つ、外側異形軌道面３ｋは凹曲面である。しかも、内側異形軌道面２ｋ及び外側異形動道面３ｋは滑らかに連続した曲面を構成している。内側軌道面２１において滑らかに連続した曲面となっていないのは、隣り合った内側異形軌道面２ｋ同士間の境界位置２１ｂのみであり（図３参照）、外側軌道面３１において滑らかに連続した曲面となっていないのは、隣り合った外側異形軌道面３ｋ同士間の境界位置３１ｂのみである（図３参照）。したがって、円筒ころ４と軌道面との接触位置がこれら境界位置２１ｂ，３１ｂに達しない限り、軸部２５と基端部３との相対回転に伴う円筒ころ４接触位置における軌道面間隔は漸次（徐々に）変化することとなる。そして、図４を用いて説明した上記機構により、軸部２５と基端部３との相対回転により生じた位相差を解消する方向の回動付勢力が軸部２５と基端部３との間に付与される。
【００２０】
上記のようにして、軸部２５は基端部３を相対回転可能に支持し、揺動アーム３０は、支持部材２に対して、揺動可能となる。オートテンショナ１は、プーリ６にベルト５０が巻き掛けられた状態で揺動アーム３０を、上記の回動付勢力によって、図２の時計回り方向に付勢し、ベルト１に一定の張力を与える。
【００２１】
上記のように構成されたオートテンショナ１によれば、ねじりコイルばね等を用いることのない簡素な構成で回動付勢機能（ねじりばね性）を、軸部２５（軸支持部材２）と基端部３との間に付与することができる。すなわち、このねじりばね性によって、揺動アーム３０を軸部２５を中心として弾性的に揺動させることができ、ベルト５０に張力を付与することができる。また、上記構成により得られるねじりばね性の特性は、両異形軌道面２ｋ、３ｋの形状や円筒ころ４の外径等を変更することで、多様に変化させることができ、その設定の自由度が極めて高くなる。従って、エンジンの特性や仕様等に応じて、揺動アーム３０が揺動する際の弾性力特性を好適に設定することができ、ベルト５０の張力変動をより効果的に吸収することができる。
【００２２】
また、上記実施形態のオートテンショナ１は、円筒ころ４と、内側軌道面２１及び外側軌道面３１との間の転動部位を、オイルやグリース等の潤滑剤で潤滑した場合、円筒ころ４が転動する際の潤滑剤の転がり粘性抵抗や撹拌抵抗によって減衰機能を付与することができ、ねじりばね性を有するとともに、作用する外力及び前記外力の反力としての回動付勢力を減衰する減衰機能を兼ね備えたものとすることができる。これにより、本実施形態のオートテンショナ１は、ねじりばね性によって生じる共振等を減衰、緩和することができる。
【００２３】
また、このオートテンショナ１において、軸部２５と基端部３との間には、転がり軸受５１、５２が介装されており、これらによって、軸部２５と基端部３との間に作用するラジアル方向の荷重を支持している。これによって、両異形軌道面２ｋ、３ｋ及び円筒ころ４に作用する外部からの負荷荷重を低減できるので、回動付勢力を生じさせるために必要な負荷を、これら両異形軌道面２ｋ、３ｋ及び円筒ころ４に安定的に作用させることができる。従って、当該オートテンショナ１により得られる回動付勢力をより安定したものにできる。
【００２４】
また、従来のねじりコイルばねを用いたオートテンショナと比較して、連続使用や経時変化による劣化を抑制することができ、長寿命化が可能となる。更に、周辺構造が簡素化でき、部品点数や組み立てコストの低減化や、信頼性の向上、当該オートテンショナの小型化等を図ることができる。
【００２５】
尚、本発明のオートテンショナは上記実施形態のみに限定されるものではない。上記実施形態では、揺動アーム３０において、基端部３とアーム７とを一体に成形したものを例示したが、例えば、基端部３とアーム７とを別部材として成型し、これらを−体に固定することで揺動アームを構成してもよい。
また、上記実施形態では、転動体として円筒ころを用いたが、例えば球や円すいころ等を用いてもよく、軸部と基端部との相対回転に伴い転動するものであれば、転動体の形状等は特に限定されない。また、ねじり剛性の設定自由度を高めるため、弾性圧縮変形しやすい中空の転動体（例えば中空の円筒ころや中空の球）等を用いることもできる。また、転動体の材質は、当該オートテンショナに求められる性能に合わせて適宜選択される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態によるオートテンショナの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるオートテンショナの側面図である。
【図３】図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面の拡大図である。
【図４】軸部（支持部材）と基端部との相対回転により発生する回動付勢力について説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１      オートテンショナ
２      支持部材
２１    内側軌道面
２ｋ    内側異形軌道面
３      基端部
３０    揺動アーム
３１    外側軌道面
３ｋ    外側異形軌道面
４      円筒ころ（転動体）
５０    ベルト
５１，５２  転がり軸受
６      プーリ
７      アーム
【図１】
2007107640.tif 000003
【図２】
2007107640.tif 000004
【図３】
2007107640.tif 000005
【図４】
2007107640.tif 000006