(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトに取付けたプーリと従動側軸に取付けたプーリとの間にベルトをかけ渡して従動側軸を回転駆動するようにしたベルト伝動装置に、ベルト張力調整用係合部材を介して張力調整ばねとベルトの振動を減衰するダンパ機構とを有するオートテンショナを係合配置し、上記オートテンショナの有底のシリンダ内に進退自在に支承されたプッシュロッドの軸方向位置を検出する検出手段を設け、この検出手段を、プッシュロッドの軸方向位置の変化を連続的に又は多点状に検出する手段とし、シリンダの開口端に配置した検出コイルと、この検出コイルに対向してプッシュロッドに設けた鍔部とから形成し、鍔部の位置変化で変化する検出コイルのインダクタンス変化に基づく検出信号によりプッシュロッドの位置変化を検出するように構成して成るベルト伝動装置。
【請求項２】
前記従動側軸をカム軸とし、ベルト張力調整用係合部材をベルトに転接されるベルト押圧用のテンションプーリとこのプーリを揺動自在に支持するプーリアームとから形成し、このプーリアームにオートテンショナのプッシュロッドを当接させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のベルト伝動装置。
【請求項３】
前記オートテンショナを気液二相の油圧式としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のベルト伝動装置。
【請求項４】
前記オートテンショナが、作動油を充填されたシリンダ内部に摺動自在に組込まれ内部を圧力室とリザーバ室に区画するピストンと、このピストンと共に軸方向に移動し、オイルシールで密封されたシリンダ開口から突出するプッシュロッドとを備え、上記プッシュロッドとシリンダを張力調整ばねで伸長する方向に付勢したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のベルト伝動装置。
【請求項５】
前記鍔部とシリンダ開口端との間にコイルスプリングを挿置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のベルト伝動装置。
【請求項６】
前記鍔部を非磁性材料で、かつ導電性材料としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のベルト伝動装置。
【請求項７】
クランクシャフトに取付けたプーリと従動側軸に取付けたプーリとの間にベルトをかけ渡して従動側軸を回転駆動するようにしたベルト伝動装置に、ベルト張力調整用係合部材を介して張力調整ばねとベルトの振動を減衰するダンパ機構とを有するオートテンショナを係合配置し、上記オートテンショナの有底のシリンダ内に進退自在に支承されたプッシュロッドの軸方向位置を検出する検出手段を設け、この検出手段を、シリンダの開口端に配置した検出コイルと、この検出コイルに対向してプッシュロッドに設けた鍔部とから形成し、鍔部の位置変化で変化する検出コイルのインダクタンス変化に基づく検出信号によりプッシュロッドの位置変化を検出する手段とし、さらにオートテンショナのプッシュロッドのシリンダからの突出限界位置を検出する手段を備え、この突出限界位置を検出する手段が、オートテンショナのシリンダに絶縁材を介して取り付けられた電極と、プッシュロッドに設けられた接点部とから成り、上記電極に対応する接点部の接触によってプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出するように構成して成るベルト伝動装置。
【請求項８】
前記電極が、シリンダの開口部を閉塞するオイルシールの補強金属環であり、接点部がプッシュロッドに嵌合されてシリンダの内径面により案内される案内フランジであることを特徴とする請求項７に記載のベルト伝動装置。
【請求項９】
前記検出手段が、プッシュロッドと共に移動する案内部材に取付けた磁石と、シリンダの外側に取付けられ磁力を検出する検出センサとから成り、磁力を検出センサにより感知して突出限界位置を検出するように構成したことを特徴とする請求項７に記載のベルト伝動装置。
【請求項１０】
前記検出手段の検出センサが、ホール効果を用いたホール素子であり、一定以上の出力電圧でＯＮとなる接点機能を有することを特徴とする請求項９に記載のベルト伝動装置。
【請求項１１】
前記検出手段の検出センサが、ホール効果を用いたアナログ式のホール素子であり、出力電圧値によりロッド位置を連続的に検出することを特徴とする請求項９に記載のベルト伝動装置。
【請求項１２】
前記検出手段の検出センサが、ホール効果を用いたホール素子であり、その出力電圧値を補正する温度センサとを備え、温度変化によるホール素子出力のオフセット量と磁石の減磁量とを補正することによりプッシュロッド位置を連続的に検出することを特徴とする請求項９に記載のベルト伝動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、オートテンショナにより張力を調整しながら従動側の軸を回転させるベルト伝動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に組込まれるカム軸やオールタネータ軸などの従動側軸を駆動するベルト伝動装置は、一般にオートテンショナと呼ばれる張力調整ユニットが組込まれベルト張力を一定に保つようにしたものが広く普及している。かかるベルト伝動装置の一例を図２３に示す。図示のベルト伝動装置は、クランクシャフト１に取付けたプーリＰ1 と、カム軸２に取付けたプーリＰ2 、およびオイルポンプの駆動軸３に取付けたプーリＰ3 間にタイミングベルト４をかけ渡し、上記クランクシャフト１の回転をカム軸２および駆動軸３に伝えるようにしている。
【０００３】
このベルト伝動装置に対し、タイミングベルト４の弛み側に軸５を中心として揺動自在のプーリアーム６を設け、そのプーリアーム６をオートテンショナ２０から突出するプッシュロッド２３で押圧し、プーリアーム６の揺動側端部に支持されたテンションプーリ９をタイミングベルト４に押し付け、上記タイミングベルト４の張力変化をオートテンショナ２０のプッシュロッド２３の移動により吸収してベルト張力を一定に保つようにしている。これは、内燃機関に組込まれた上記カム軸駆動用ベルト伝動装置においては、運転時の内燃機関本体の熱膨張によるプーリ芯間距離の変化や経年変化によるベルトの伸びによってタイミングベルト４の張力が変化するからであり、オートテンショナ２０のシリンダユニットでベルトの伸びを吸収してベルト張力を一定に保つためである。
【０００４】
上記オートテンショナ２０におけるプッシュロッド２３は、タイミングベルト４の張力変化により進退してタイミングベルト４の張力を一定に保つものであるため、タイミングベルト４が経年変化によって伸びが生じると、プッシュロッド２３が前進してその伸びを吸収する。一般に、カム軸駆動用のベルト伝動装置においては、オートテンショナ２０が組付けられていない場合、走行１０万ｋｍを目安としてタイミングベルト４を交換しているが、オートテンショナ２０を組付けたベルト伝動装置では、タイミングベルト４の張力が安定し、運転時のベルトのバタツキも少ないため、タイミングベルト４の耐久性が向上し、１０万ｋｍを超える保証も可能となってきている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、オートテンショナにおけるプッシュロッドのストロークは有限であり、有効ストロークを超えた位置までプッシュロッドが前進すると、タイミングベルトの張力を一定に保つことができなくなり、この場合には、タイミングベルトは低張力になり、そのタイミングベルトにバタツキが生じて歯飛びが生じたり、あるいは、バタツキのためにベルトが劣化して耐久性が低下し、又、タイミングベルトが伸びてオートテンショナのプッシュロッドの突出量が次第に増大し、遂にはタイミングベルトが機能しなくなることも予想される。
【０００６】
この発明は、ベルトの交換時期を判別することができるようにしたオートテンショナを備えたベルト伝動装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を解決する手段として、クランクシャフトに取付けたプーリと従動側軸に取付けたプーリとの間にベルトをかけ渡して従動側軸を回転駆動するようにしたベルト伝動装置に、ベルト張力調整用係合部材を介して張力調整ばねとベルトの振動を減衰するダンパ機構とを有するオートテンショナを係合配置し、上記オートテンショナの有底のシリンダ内に進退自在に支承されたプッシュロッドの軸方向位置を検出する検出手段を設けて成るベルト伝動装置としたのである。
【０００８】
上記構成のベルト伝動装置において、オートテンショナのプッシュロッドの軸方向位置を検出する検出手段には２通りのものがある。第１の検出手段はプッシュロッドの軸方向位置を連続的に又は多点状に検出するものである。この第１の検出手段を有するオートテンショナを備えたベルト伝動装置は次のような構成とすることができる。
【０００９】
上記第１の発明のベルト伝動装置において、プッシュロッドの軸方向位置を連続的に又は多点状に検出する検出手段として、シリンダの開口端に配置した検出コイルと、この検出コイルに対向してプッシュロッドに設けた鍔部とから形成し、鍔部の位置変化で変化する検出コイルのインダクタンス変化に基づく検出信号によりプッシュロッドの位置変化を検出することができるように構成したものを採用できる。
【００１０】
このような構成とした位置検出手段によれば、位置検出手段はシリンダ側に設けた検出コイルとプッシュロッドに設けた鍔部により構成され、鍔部がプッシュロッドの移動により検出コイルに対して接近、離反することにより検出コイルが形成する磁気回路に影響を及ぼして検出コイルと鍔部との磁気結合状態を表すインダクタンスが変化し、このインダクタンスの変化に基づいて検出コイル中の電流又は電圧が変化する。このため検出回路において上記変化を検出することによりプッシュロッドの位置変化を連続的又は多点状に検出することとなる。
【００１１】
このような検出手段としたのは、プッシュロッドの位置変化を特定の位置でしか検出することができないものでは連続的又は多点状にプッシュロッドの位置の変化を捉えることができないからである。特に、オートテンショナのように自動車の走行距離の増大に伴って、いつの間にかタイミングベルトが伸び、オートテンショナのプッシュロッドの位置が変化することが知られているにも拘らず、現状ではプッシュロッドの突出量の変化を検出することは行われていない。プッシュロッドの突出量が少しずつ増大するその過程で、ベルトの伸びに応じて、例えば破損までの伸びの半分で要注意、８０％の伸びで" 警告”、破損すれば" 破損”のような段階的な警報を与えるようにすれば、ベルトの交換時期に対する対策が取れるようになるが、このような対策は現在全く行われていない。
【００１２】
そこで、プッシュロッドの突出量が対象機器の経年変化などによる劣化に伴って変化し、増大又は減少するような場合に、プッシュロッドの位置の変化を判別し連続的又は多点状に検出することができるようにしたプッシュロッドの位置検出手段を有するオートテンショナを備えたベルト伝動装置としたのである。
【００１３】
次に、第２の検出手段は、プッシュロッドの軸方向位置を前進ストロークの限界位置に達したことを検出する手段とすることができる。
【００１４】
上記検出手段によれば、経年変化によりベルトに伸びが生じると、プッシュロッドが外方向に移動し、そのプッシュロッドが前進ストロークの限界位置まで移動すると、検出手段がこれを検出するため、その検出信号によってオートテンショナが機能不能に陥ったことを知ることができると共に、ベルトが交換時機であることを知ることができる。
【００１５】
ここで、検出手段として、シリンダに絶縁材を介して電極を取付け、プッシュロッドに接点部を設け、前記電極に対する接点部の接触によってプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出するようにしたものを採用することができる。
【００１６】
上記検出手段において、シリンダの開口部を閉塞するオイルシールの補強用金属環を電極とすることができる。この場合、その補強用金属環の一部をオイルシールから露出させ、プッシュロッドにはシリンダの内径面で案内される案内フランジを嵌合し、その案内フランジを補強用金属環の露出部に接触させてプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出する。
【００１７】
また、上記検出手段において、プッシュロッドの先端部に小径部を設け、この小径部の付根に形成された肩部あるいはプッシュロッドの先端部外周に取付けられたピンを接点部としてもよい。その接点部の移動路に電極を設け、プッシュロッドの前進ストロークの限界位置で電極に前記接点部を接触させるようにする。
【００１８】
あるいは、プッシュロッドと共に移動するリング状の永久磁石を設け、シリンダの外周には限界位置検出用センサを取付け、プッシュロッドの前進ストロークの限界位置で永久磁石によりセンサを作動させるようにしたものを採用することができる。
【００１９】
ここで、前記限界位置検出用センサに至る永久磁石の移動範囲内に、その永久磁石により作動する位置検出センサを設けておくと、位置検出センサの作動によってプッシュロッドの位置を検出することができ、その位置検出センサの作動により注意等の警報信号等を出力することができる。
【００２０】
プッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出するセンサとして、アナログ出力のホールセンサを用いると、プッシュロッドの移動による永久磁石の位置の変化によってそのホールセンサから出力されるアナログ信号が変化するため、例えば、そのアナログ信号をアナログ／ディジタル変換器によりディジタル信号に変換し、この変換信号をコントロールユニットのＣＰＵに出力して演算処理することにより、プッシュロッドの位置を連続的に検出することができる。
【００２１】
上記のようなプッシュロッドの位置の検出において、永久磁石は温度が高くなると磁力が減少し、一方、ホールセンサも温度変化に伴う出力オフセットを有しているため、温度変化に伴い、プッシュロッドの位置の検出に誤差を生じるおそれがある。そこで、センサに近接して温度センサを取付け、前記永久磁石の磁力変化を温度センサによる検出温度を基にして補償を行なうことにより、プッシュロッドの位置の検出を精度よく行なうことができる。
【００２２】
【実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は第１実施形態のベルト伝動装置の全体概略図である。ベルト伝動装置自体は図２３の従来例であるから、従来例の記載をそのまま援用し、同一機能部材には同一符号を付して重複説明を省略する。この実施形態では、オートテンショナ２０のシリンダ内に進退自在に支承されたプッシュロッドが突出するシリンダの開口端には検出コイル１７と、この検出コイル１７に対応してプッシュロッドに鍔部が設けられ、これらがプッシュロッドの軸方向位置の変化を連続的に又は多点状に検出する検出手段を構成している。その詳細については後で説明する。又、オートテンショナ２０自体も従来例と同じであるが、まずその概略構造について以下簡単に説明する。
【００２３】
図２Ａに示すオートテンショナ２０は、一端を端壁２１ａで閉じ上端が開口したシリンダ２１内で端壁２１ａ側に内側シリンダ２１’が固定され、このシリンダ２１’にピストン２２が進退自在に摺動、嵌合されている。シリンダ２１又は２１’内はピストン２２によりＡ室（圧力室）とＢ室（リザーバ室）に仕切られ、Ｂ室の上部開口はオイルシール２１ｂにより閉じられている。２４は抜止めとしての止め輪であり、シリンダ２１の内径に設けられた溝に嵌合されている。
【００２４】
ピストン２２の片側にはロッド挿入孔が形成され、この孔に挿入されたプッシュロッド２３（ピストンロッド）はオイルシール２１ｂをスライド自在に貫通して外部へ突出している。ピストン２２とプッシュロッド２３はＡ室内に組込まれたスプリング２５により一体的に接続されている。ピストン２２には通孔２７が形成され、ピストン２２の反対側面に設けたリテーナで保持されているボール２６と通孔２７とによりチェック弁を形成している。
【００２５】
プッシュロッド２３には、シリンダ２１の内径に沿って摺動自在な案内フランジ２２’が嵌合され、その下方に組込まれた調圧スプリング２５’の弾性力により押圧されてプッシュロッド２３を外方向へ突出させるようにしている。２８はフランジ２２’に設けた貫通孔であり、Ｂ室に封入される作動油内でフランジ２２’の移動を自在とするために設けられている。作動油はその上面とオイルシール２１ｂとの間に空気層のＣ室が形成されるように封入される。なお、２９はセパレータであり、作動油上面の振動エアが圧力室に混入するのを抑制するために設けられている。
【００２６】
オイルシール２１ｂの外側の止め輪２４は、図示のように所定間隔で２つ設けられ、その間にボビン１６内に収容された検出コイル１７が設けられている。ボビン１６は一端の内周径を小さくしこのボビン１６の内周径とプッシュロッド２３に設けた鍔部１４との間にコイルスプリング１５（押えリング）が挿置されている。検出コイル１７には検出回路１９が接続されている。
【００２７】
なお、図示の例ではボビン１６の片側の側壁の内径をプッシュロッド２３の外径に摺動する程に縮小したものとし、その側壁にコイルスプリング１５（押えリング）の一端を当接させているが、ボビン内径を小さくせず止め輪２４の内径を小さくしてその側壁に当接させるようにしてもよい。
【００２８】
上記のように構成したオートテンショナ２０自体の作用は従来と同様であり、次のように作用する。オートテンショナ２０を図１に示すベルト伝動装置に組込んで、タイミングベルト４の張力が増大すると、プーリアーム６を介してプッシュロッド２３が押し下げられ、ピストン２２が下降する。すると、Ａ室内の作動油が圧縮されてＢ室内の圧力より高くなり、このためチェック弁はボール２６により通孔２７を閉じる。
【００２９】
従って、プッシュロッド２３に作用するタイミングベルト４からの押圧力が受け止められ、抑制されるが、ピストン２２とシリンダ２１’の摺動面間に形成された微小な隙間から作動油はわずかずつＢ室へ流れ、これによりプッシュロッドに作用する押圧力が減衰され、オートテンショナが一種のダンパとして作用する。
【００３０】
一方、タイミングベルト４が弛むとプッシュロッド２３は調圧スプリング２５’の弾性力によりシリンダから突出する方向へ急速に移動する。このためピストン２２もスプリング２５により上方へ押し挙げられ、Ａ室内の圧力はＢ室内の圧力より低くなりチェック弁の通孔２７が開放される。すると、Ｂ室内の作動油が通孔２７を通りＡ室へ流れ、従ってプッシュロッド２３とピストン２２は迅速に上方へ移動してタイミングベルト４の弛みを吸収し、タイミングベルト４の張力を一定に保持する。
【００３１】
以上のように、オートテンショナ２０はタイミングベルト４の張力の変動を吸収して張力を一定に保つ機能を有するが、タイミングベルト４が長期間使用されると経年変化により少しずつ伸びが生じ、その伸びをプッシュロッド２３が初期移動ストローク範囲より突出することにより吸収するため、使用期間が長くなるに従ってプッシュロッド２３がその初期移動ストロークより大きく突出する。
【００３２】
従って、オートテンショナ２０のプッシュロッド２３の移動ストローク範囲は、これらの要因を考慮して設定されるが、使用時にはタイミングベルト４の異常な伸びが生じたり、タイミングベルト４のメンテナンスまでの走行距離が増大して、プッシュロッド２３が移動ストロークの限界まで移動する可能性がある。但し、プッシュロッド２３の移動ストロークの限界は案内フランジ２２’がオイルシール２１ｂに接触する位置であり、その限界位置までプッシュロッド２３が移動すると、タイミングベルト４の張力を一定に保持することができなくなる。
【００３３】
しかし、この実施形態のオートテンショナ２０ではシリンダ２１の端に検出コイル１７とプッシュロッド２３に設けられた鍔部１４、コイルスプリング１５とから成る位置検出機構が設けられているため、プッシュロッド２３が移動ストロークの限界に至るまでの任意の移動ストローク量を上記位置検出機構により連続的に、又は多点状に検出できる。
【００３４】
図示の例では鍔部１４の押えリングはプッシュロッド２３に対し圧入嵌合されているが、プッシュロッド２３の材料と一体に形成してもよい。さらに、鍔部１４の押えリングを上記のようにプッシュロッドと別体に設ける場合、磁性材に代えて非磁性で、かつ導電性材料、例えばアルミニウム又は銅製としてもよい。
【００３５】
上記プッシュロッド２３の突出側の端にはコイルスプリング１５の外周を囲むボビン１６が取付けられ、このボビン１６内にはプッシュロッド２３の位置を検出するための検出コイル１７が収容されている。検出コイル１７へは検出回路１９から所定の電源電圧が送られており、後述するように、検出コイル１７が形成する磁気回路に対しコイルスプリング１５、鍔部１４が移動するとそのインダクタンスが変化し、そのインダクタンスの変化に基づいて検出コイルの電圧又は電流値が変化し、その検出信号を検出回路１９において検出することによりプッシュロッド２３の位置が検出される。従って、上記検出コイル１７と鍔部１４、コイルスプリング１５とにより位置検出機構を構成する。
【００３６】
上記構成のベルト伝動装置のオートテンショナに設けられたプッシュロッドの位置検出機構によりプッシュロッド２３の位置が次のように検出される。上記オートテンショナが、図２Ａに示すようにコイルスプリング１５、磁性材の鍔部１４を有する一種の油圧ダンパである場合、プッシュロッド２３の突出端には負荷が作用してコイルスプリング１５の弾性力とバランスして図示の位置に停止する。負荷が減少すると、コイルスプリング１５の弾性力でプッシュロッド２３が図示の位置から前進（図中の上方向）し、コイルスプリング１５が伸びるためコイルとコイルの間隔が広がる。
【００３７】
検出コイル１７には、前述したように、所定の電源電圧が送られており、図示の検出コイル１７が形成する磁気回路によりコイルスプリング１５及び鍔部１４へ磁気の影響、及び検出コイルとスプリング１５、鍔部１４間に所定のインダクタンス値で表される磁気的結合状態が生じている。しかし、プッシュロッド２３が前進すると鍔部１４が検出コイル１７から離れ、かつコイルスプリング１５のコイル間隔が広がるため、このインダクタンス値が変化し、小さくなる。反対に負荷が増大してプッシュロッドが後退すると、鍔部１４が検出コイル１７に接近し、コイルスプリング１５のコイル間隔が縮小し、インダクタンス値が大きくなる。
【００３８】
このようなインダクタンス値の変化を、線径０．５５ｍｍ、外径１０ｍｍのコイルスプリング１５、鍔部１４として磁性材を用いたもので測定した結果を図３に示す。横軸のコイルスプリング長は鍔部１４とシリンダ端との間のコイルスプリング長さを表している。インダクタンス値はスプリング１５と鍔部１４の両者に対する合成インダクタンス値である。図示のように、コイルスプリング長が変化するとインダクタンス値が変化し、このため検出コイル１７の電気回路における抵抗値が変化し、検出コイル１７に供給される電流値又は電圧値が変化する。検出回路１９でこの変化を検出することによりプッシュロッド２３の位置の変化を連続的に、あるいは多点位置で検出することができる。
【００３９】
一方、鍔部１４の押えリングとして非磁性、導電性の材料を用いた部分変形例の場合の測定結果を図４に示す。この場合は、コイルスプリング長が短くなる方向に縮むと鍔部１４のアルミニウム又は銅の押えリングが検出コイル１７に近づき、検出コイル１７が形成する磁気回路の磁束の流れを妨げるようにうず電流が鍔部１４に生じる。
【００４０】
従って、コイルスプリング長が短くなるとインダクタンス値が小さくなり、コイルスプリング長が長くなるとインダクタンス値が大きくなる。このような特性は、鍔部１４に磁性材を用いた基本例と逆の関係で変化することを示している。しかし、インダクタンス値の変化は基本例より大きく、従ってこの部分変形例の方が検出回路の感度がよいこととなる。
【００４１】
次に、図示省略しているが、コイルスプリング１５は省略してもよく、これを第２実施形態とする。但し、鍔部１４は非磁性で、かつ導電性材料のアルミニウム又は銅材とする。この実施形態では、検出コイル１７とプッシュロッド２３に設けた鍔部１４の押えリング１４が位置検出機構を構成する。その基本作用は第１実施形態と同様である。但し、コイルスプリング１５を省略しているため検出感度は低くなるが、実用上差支えのない検出感度のものが得られる。
【００４２】
図２Ｂに第３実施形態のベルト伝動装置のオートテンショナの主要断面図を示す。この例では鍔部１４を省略し、コイルスプリング１５の端末をプッシュロッド２３の適宜位置に設けた係止孔１８に係止して設けるようにした点が第１の実施形態と異なっている。
【００４３】
この場合も、コイルスプリング１５の伸縮によるインダクタンス値の変化に基づいて検出コイル１７によるプッシュロッド２３の位置の変化を上記第１実施形態と同様に検出できるが、その検出感度は鍔部１４が省略されている分だけ下がる。しかし、位置の変化を検出する際、実用上差支えのない感度のインダクタンス値の変化を得ることができる（図示省略）。
【００４４】
以上のように第１〜第３実施形態のいずれかの位置検出機構を適用してプッシュロッド２３の位置を連続的に変化するものとして、又は多点状に検出するようにすれば、プッシュロッド２３の移動ストロークがタイミングベルトの経年変化等の要因により長期間の使用中に徐々に変化すると、移動ストロークの初期設定状態からの変化量に応じて検出回路１９からの検出信号も変化する。
【００４５】
従って、その出力信号に基づいて移動ストロークの変化の各段階に対応する複数の基準値と比較する回路において、例えば" 要注意”、" 危険”、" 限界”などの警報信号、又は停止信号などを上記信号の比較に基づいて出力することができることとなり、メインテナンス時期を早期に捉えて対策を施すことができるという利点が得られる。
【００４６】
図５に第４実施形態のベルト伝動装置のオートテンショナの主要断面図を示す。この実施形態は図２の第１実施形態と同様にプッシュロッド２３に鍔部１４を有するオートテンショナ２０に位置検出機構を備えたものである。この位置検出機構は、シリンダ端部と鍔部１４との間に設けられたコイルスプリング１５と、このコイルスプリング１５を挟んで対向して設けられた励磁コイル１７ａと検出コイル１７とにより構成されている。上記位置検出機構部分を図６に斜視図で示している。鍔部１４はこの例でも押えリングである。
【００４７】
図６に示すように、励磁コイル１７ａと検出コイル１７は、両コイルを通る磁力線の方向がプッシュロッド２３の軸線方向に対し法線方向となるように互いに対向して設けられている。励磁コイル１７ａは、図示の例では検出コイル１７と別体に設けられ、発信器１７ｘからの高周波信号、例えば１〜５０ＫＨｚの信号電流を流すことにより生じる磁束（磁力線）がプッシュロッド２３とその外周に巻かれているコイルスプリング１５を通り検出コイル１７へ達すると、その磁束による電磁誘導で誘起される微小電流が検出コイル１７により検出され、その微小電流の信号を検出回路１９で増幅検出するように構成されている。
【００４８】
上記位置検出機構では、プッシュロッド２３が突出して位置が変化するとコイルスプリング１５が伸びてコイルとコイルの間隔が広がり、励磁コイル１７ａから検出コイル１７へ伝達される際の検出コイル１７のインダクタンスが小さくなり、コイルスプリング１５の伸縮によってコイルスプリングの磁性材の断面積が変化し、検出コイル１７のインダクタンスが変化する。このため、所定の高周波信号による検出コイル１７での電流又は電圧信号が変化し、その変化を検出回路１９で検出することによりプッシュロッド２３の位置の変化を検出することができる。
【００４９】
図７に上記のような位置検出機構で測定した出力電圧の変化を測定した結果を示す。この測定で用いられたコイルスプリング１５は線径０．６ｍｍ、コイル巻径１０ｍｍである。横軸がロッドの変位、縦軸は出力電圧である。プッシュロッド２３の位置変化に対し出力電圧の変化が大きく、感度のよい特性が得られているのが分る。
【００５０】
なお、上記実施形態では励磁コイル１７ａと検出コイル１７とは別体に構成したものを示しているが、両コイルは一体形に構成してもよい。その場合、第１実施形態の検出コイルと同様に検出コイル自体に励磁電流が通電され、その通電によって生じる磁束がスプリングコイル１５の伸縮によって影響を受けてインダクタンスが変化し、その検出信号が検出回路１９で検出されることにより位置変化が測定されることとなる。
【００５１】
図８に温度補償を行なう電気回路の例を示す。この変形態様では、検出コイル１７は励磁コイルと兼用形のものが用いられ、さらに温度補償のためもう１組の上記検出コイル１７と同じものを温度補償コイル１７’として発信器１７ｘに対して並列に設けられている。温度補償コイル１７’による検出信号を温度変化に対し影響の小さい状態に設定（抵抗ｒ’の調整）し、これを基準として整流器１７ｐ、フィルタ１７ｆを介して送り、測定系として同じく整流器１７ｐ、フィルタ１７ｆを介して送られる信号を温度補償系の信号により温度変化によるずれ分だけ差動増幅器（オペアンプ）１７ｏｐで補償して正確な位置検出を可能としている。
【００５２】
図９乃至図２１に、他の実施形態のベルト伝動装置に用いられるオートテンショナ及びこれに付設される位置検出手段を示す。以下の実施形態では、位置検出手段はオートテンショナのプッシュロッドが前進ストロークの限界位置に達したことを検出する手段である。なお、ベルト伝動装置及びオートテンショナについては前述したものと同じであるから説明は省略し、以下では主として位置検出手段について説明する。
【００５３】
オートテンショナ２０はタイミングベルト４の張力を一定に保つ機能を有するが、タイミングベルト４は経年変化により伸びが生じ、その伸びはプッシュロッド２３の外方向への移動によって吸収されるため、使用期間が長くなるに従ってプッシュロッド２３はシリンダ２１の上方に大きく突出することになる。オートテンショナ２０のプッシュロッド２３のストロークは、これら要因を考慮した値にしているが、タイミングベルト４のメンテナンスまでの走行距離の増大、タイミングベルト４の異常な伸び等により、プッシュロッド２３は前進ストロークの限界まで移動することが考えられる。
【００５４】
ここで、プッシュロッド２３の前進ストロークの限界は、案内フランジ２２’がオイルシール２１ｂに接触する位置であり、その前進ストロークの限界位置までプッシュロッド２３が移動すると、タイミングベルト４の張力を一定に保持することができなくなる。そのような不都合を解消するため、オートテンショナ２０にプッシュロッド２３が前進ストロークの限界位置に達したことを検出する検出手段３０を設けている。
【００５５】
以下、検出手段３０について述べる。オートテンショナ２０は図示省略したエンジンブロックに取付けられる。そこで、シリンダ２１をアルミニウム合金で形成し、接点部としての案内フランジ２２’を鉄等の導電体で形成し、この案内フランジ２２’をアース側と同電位としている。また、シリンダ２１の上側開口を閉塞するオイルシール２１ｂの補強用金属環２１ｃを電極とし、その金属環２１ｃの下端部を図９に示すように、オイルシール２１ｂの下端より下方に突出させると共に、上記金属環２１ｃに電線３１を接続している。プッシュロッド２３が上昇して前進ストロークの限界に達すると、図１０に示すように、案内フランジ２２’が金属環２１ｃの下端と接触する。この時点で金属環２１ｃはアースと同電位になる。この構造は、金属環２１ｃと案内フランジ２２’により接点スイッチが形成されたことと同じであり、その等価回路を図１１に示す。
【００５６】
そこで、金属環２１ｃに接続された電線３１にコネクタを取付け、案内フランジ２２’と金属環２１ｃの接触時の信号を図示しないエンジンコントロールユニットに入力することにより、オートテンショナ機能の異常として処理することが可能となる。また、この信号で表示ランプを点灯させることにより、運転者にオートテンショナ２０の機能が不能に陥ったこと、およびタイミングベルト４が交換時機であることを知らせることができる。
【００５７】
図１２に示す検出機構３０は、図９に示す電線３１の代りに、コネクタ３２を用いている。コネクタ３２のハウジング３３は合成樹脂等の絶縁材で形成され、そのハウジング３３によってスライド自在に支持され、スプリング３４によって押圧される金属製のコネクタピン３５をオイルシール２１ｂの金属環２１ｃに溶接した補助金属環３６に弾性接触させている。ここで、補助金属環３６はシリンダ２１の内周に対する溝３７の形成によってシリンダ２１と非接触とされている。なお、コネクタピン３５を補助金属環３６に弾性接触させずに、そのコネクタピン３５を補助金属環３６に刺通させるようにしてもよい。
【００５８】
上記検出機構３０においても案内フランジ２２’と金属環２１ｃとの接触時に、コネクタピン３５から信号を出力させることができるため、プッシュロッド２３が前進ストロークの限界位置に達したことを検出することができる。
【００５９】
図１３に示す検出機構３０においては、シリンダ２１の上側開口部内に合成樹脂から成るキャップ状の電極ホルダ３８を嵌合してピン３９によりシリンダ２１に取付け、上記電極ホルダ３８にリング状の電極４０をプッシュロッド２３と同軸上に設け、その電極４０とシリンダ２１に絶縁材４１を介して支持されたコネクタピン４２とを導電体４３で接続している。また、プッシュロッド２３の先端に小径部４４を形成し、この小径部４４の付根に形成された接点部としての肩部４５をプッシュロッド２３の前進ストロークの限界位置で前記電極４０に接触させるようにしている。
【００６０】
図１３（II）はプッシュロッド２３の肩部４５が電極４０に接触した状態を示し、その接触によってプッシュロッド２３の前進ストロークの限界位置を検出することができる。
【００６１】
図１４に示す検出機構３０においては、合成樹脂の成形品から成るハウジング４７の成形時に電極４８を一体化したコネクタ４６をシリンダ２１の上部に取付け、プッシュロッド２３の先端部外周にはロッドの半径方向に延びる金属製の接点部としてのピン４９を突設し、プッシュロッド２３の前進ストロークの限界位置でピン４９を電極４８に接触させてプッシュロッド２３の前進ストロークの限界位置を検出するようにしている。
【００６２】
図１５（Ｉ）に示す検出機構３０においては、検出コイル５０が巻回されたリング状のコア５１をシリンダ２１の上側の開口部内に嵌合して、シリンダ２１の内周に取付けた一対の止め輪５２、５２によりコア５１を軸方向に非可動に支持している。また、プッシュロッド２３の先端部に小径部５３を形成し、その小径部５３に筒体５４を嵌合してプッシュロッド２３に一体化している。ここで、筒体５４はプッシュロッド２３と透磁率が異なる材質、例えば、プッシュロッド２３が鉄系の材料で形成されている場合、筒体５４をアルミニウム系の材料で形成している。
【００６３】
上記検出機構３０においては、タイミングベルト４の張力調整時に、検出コイル５０内で筒体５４を移動させ、プッシュロッド２３の前進ストロークの限界位置で図１５（II）に示すように、検出コイル５０にプッシュロッド２３が対応するようにして、透磁率の変化による検出コイル５０の出力変化からプッシュロッド２３の前進ストロークの限界位置を検出するようにしている。
【００６４】
図１６（Ｉ）は透磁率の変化を検出する回路図の一例を示し、図１６（II）はその出力例を示す。上記回路図においては、数１０ＫＨｚで発信する発振器５５および抵抗５６を有する信号回路にコイル５０の検出回路の一端を接続し、そのコイル５０から出力される図１６（II）の交流信号（Ｉ）をダイオード５７およびコンデンサ５８により図１６（II）の信号（II）に示すように整流、平滑して、コンパレータ５９に入力し、このコンパレータ５９でインダクタンスの変化により振幅が変化した点を検出してプッシュロッド２３の前進ストロークの限界位置を検出するようにしている。
【００６５】
図１７（Ｉ）に示す検出機構３０においては、プッシュロッド２３に嵌合された非磁性材の案内フランジ２２’にリング状の永久磁石６６を接着（ｓｔｒｉｋｅｔｈｒｏｕｇｈ：又は磁力結合）による手段を介して取付け、一方、シリンダ２１の外周にはプッシュロッド２３の前進ストロークの限界位置において前記永久磁石６６と対応する位置にセンサ６７を固定し、前記永久磁石６６の移動に伴う磁力の変化によりセンサ６７の出力電圧を変化させ、その出力電圧の変化からプッシュロッド２３の前進ストロークの限界位置を検出するようにしている。
【００６６】
ここで、センサ６７としてアナログ出力のホールセンサを採用することができる。このホールセンサ６７は、案内フランジ２２’に固着されたリング状の永久磁石６６までの距離が変化すれば、ホールセンサ６７を通過する磁束密度が変化し、ホールセンサ６７からの検出信号も連続的に変化する。したがって、ホールセンサ６７からの検出信号をアナログ／ディジタル変換器に入力してディジタル信号に変換し、図示省略のエンジンコントロールユニットに入力して検出信号を位置に変換すれば、プッシュロッド２３の位置を連続的に検出することができると共に、前進ストロークの限界位置を検出することができる。
【００６７】
なお、検出センサとしてのホールセンサ６７は、ホール効果を用いたホール素子であり、一定以上の出力電圧でＯＮとなる接点機能を有するものとすることができる。
【００６８】
また、プッシュロッド２３の位置の検出信号に基づいてプッシュロッド２３の移動ストロークの変化の各段階に対応する複数の基準値と比較する回路において、例えば、注意等の警報信号を上記検出信号の比較に基づいて出力することができ、メンテナンス時機を早期にとらえて対策を施すことができる。ここで、永久磁石６６は温度が高くなると磁力が弱くなり、一方、ホールセンサ６７も温度変化に伴う出力オフセットを有し、このままで使用すると、温度変化に伴い、プッシュロッド２３の位置の検出に誤差を生じるおそれがある。
【００６９】
そこで、図１８および図１９では、シリンダ２１の温度を検出する温度センサ６８をホールセンサ６７に近接して取付け、その温度センサ６８およびホールセンサ６７から出力される検出信号を演算処理装置６９内のアナログ／ディジタル変換器に入力してディジタル信号に変換したのち、ＣＰＵに入力してソフトウエア的に温度補償を加えてプッシュロッド２３の位置を検出するようにしている。このように、温度センサを備えて温度補償を加えることによって、ホール素子出力のオフセット量と磁石の減磁量とを補正することにより高温状態においてもプッシュロッド２３の位置を連続的に高精度に検出することができる。なお、温度センサの代わりにラジエータの温度計等、既存の温度情報をもとにして補正してもよい。
【００７０】
図２０に示す検出機構３０においては、プッシュロッド２３に嵌合された案内フランジ２２’にリング状の永久磁石６６を取付け、一方、シリンダ２１の外周には、プッシュロッド２３の前進ストロークの限界位置において、前記永久磁石６６と対応する位置に限界位置検出用のセンサ６７ａと、そのセンサ６７ａに至る永久磁石６６の移動範囲内に複数の位置センサ６７ｂ、６７ｃとを取付けている。ここで、センサ６７ａ、６７ｂ、６７ｃのそれぞれは磁力の変化によって出力電圧が変化する接点出力のホールセンサから成っている。上記のように、シリンダ２１の外周に複数のセンサ６７ａ、６７ｂ、６７ｃを取付けることにより、プッシュロッド２３の位置により磁力を検出するセンサが異なるため、プッシュロッド２３の位置を大まかに検出することができる。
【００７１】
図１７乃至図２０に示す検出機構３０においては、案内フランジ２２’の上面側に永久磁石６６を取付けたが、図２１に示すように、案内フランジ２２’の外周に環状溝２２ａ’を形成し、その環状溝２２ａ’内に二つ割りされたリング状の永久磁石６６を取付けるようにしてもよい。この場合、永久磁石６６の外径は案内フランジ２２’の外径より小径として、永久磁石６６の外周がシリンダ２１の内径面と接触しないようにしておく。
【００７２】
図２２に図１のベルト伝動装置と異なる形式のベルト伝動装置を示す。前述した第１の形式のベルト伝動装置に適用されるオートテンショナ及びその位置検出手段はこの実施形態のベルト伝動装置にも同様に適用される。図示のものは、サーペンタイン形式のベルト伝動装置を示す。このベルト伝動装置は、クランクシャフト１に取付けたプーリＰ1 と、オルタネータの回転軸Ｓ1 に取付けたプーリＰ11、ラジエータのファンの回転軸Ｓ2 に取付けたプーリＰ12、エアコンプレッサーの回転軸Ｓ3 に取付けたプーリＰ13およびパワーステアリング用モータの回転軸Ｓ4 に取付けたプーリＰ14との間には１本のＶリブドベルトから成るベルト４がかけ渡され、上記クランクシャフト１の回転によってオルタネータ等の各種のエンジン補機が同時に駆動されるようになっている。
【００７３】
ベルト４の張力を調整するテンションプーリ９はプーリアーム６の一端部に回転自在に支持され、一方、プーリアーム６はエンジンブロック７に取付けられた支持軸５を中心として揺動自在に支持されている。プーリアーム６の他端部には気液二相形式のオートテンショナ２０が接続されている。オートテンショナ２０は張力調整ばね２５’が外装形式のものを示しているが、内装形式のものとしてもよいことは言うまでもない。
【００７４】
【発明の効果】
以上のように、この発明においては、ベルト伝動装置に装着されたオートテンショナのベルト張力調整用のプッシュロッド軸方向位置を検出することができるため、オートテンショナが機能不能に陥ったことを知ることができると共に、ベルトの交換時機を知ることができ、ベルト伝動装置の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のベルト伝動装置の全体概略図
【図２Ａ】同上のベルト伝動装置に装着されるオートテンショナの主要断面図
【図２Ｂ】同上のオートテンショナと一部構造の異なるオートテンショナの要部断面図
【図３】位置検出手段によるインダクタンス特性の測定グラフ
【図４】他の位置検出手段によるインダクタンス特性の測定グラフ
【図５】他の実施形態のオートテンショナの要部断面図
【図６】同上の位置検出手段の斜視図
【図７】同上の位置検出手段による測定データのグラフ
【図８】温度補償コイルを備えた位置検出回路の図
【図９】オートテンショナの上部を拡大して示す断面図
【図１０】オートテンショナのプッシュロッドが前進ストロークの限界位置に達した状態を示す縦断正面図
【図１１】オートテンショナのプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出する等価回路図
【図１２】オートテンショナのプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出する検出機構の他の例を示す断面図
【図１３】（Ｉ）はオートテンショナのプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出する検出機構の他の例を示す断面図、（II）はプッシュロッドが前進ストロークの限界位置に達した状態の断面図
【図１４】オートテンショナのプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出する検出機構の他の例を示す断面図
【図１５】（Ｉ）は、この発明に係るオートテンショナのプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出する検出機構のさらに他の例を示す断面図、（II）はプッシュロッドが前進ストロークの限界位置に達した状態の断面図
【図１６】（Ｉ）は図１５に示す検出機構の検出回路の一例を示す回路図、（II）は（Ｉ）の回路図から出力される信号の例を示す図
【図１７】（Ｉ）は、オートテンショナのプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出する検出機構の他の例を示す断面図、（II）はプッシュロッドが前進ストロークの限界位置に達した状態の断面図
【図１８】オートテンショナのプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出する検出機構の他の例を示す断面図
【図１９】図１８に示す検出機構の位置検出回路図
【図２０】オートテンショナのプッシュロッドの前進ストロークの限界位置を検出する検出機構のさらに他の例を示す断面図
【図２１】永久磁石の他の取付例を示す断面図
【図２２】他の形式のベルト伝動装置の全体概略図
【図２３】従来のカム軸駆動用ベルト伝動装置を示す正面図
【符号の説明】
１  クランクシャフト
２  カム軸
３  駆動軸
４  タイミングベルト
５  軸
６  プーリアーム
９  テンションプーリ
２０  オートテンショナ
２１  シリンダ
２１ｃ  金属環
２２’  案内フランジ
２３  プッシュロッド
４０  電極
４４  小径部
４５  肩部
４８  電極
４９  ピン
５０  検出コイル
５４  筒体
６５  検出スイッチ
６６  永久磁石
６７  センサ
６８  温度センサ
【図１】
0004010734.tif 000002
【図２Ａ】
0004010734.tif 000003
【図２Ｂ】
0004010734.tif 000004
【図３】
0004010734.tif 000005
【図４】
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【図５】
0004010734.tif 000007
【図６】
0004010734.tif 000008
【図７】
0004010734.tif 000009
【図８】
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【図９】
0004010734.tif 000011
【図１０】
0004010734.tif 000012
【図１１】
0004010734.tif 000013
【図１２】
0004010734.tif 000014
【図１３】
0004010734.tif 000015
【図１４】
0004010734.tif 000016
【図１５】
0004010734.tif 000017
【図１６】
0004010734.tif 000018
【図１７】
0004010734.tif 000019
【図１８】
0004010734.tif 000020
【図１９】
0004010734.tif 000021
【図２０】
0004010734.tif 000022
【図２１】
0004010734.tif 000023
【図２２】
0004010734.tif 000024
【図２３】
0004010734.tif 000025