テンショナ
歯付き部を有するベースと、ベースに回動自在に係合されたピボットアームと、ピボットアームに枢着されたプーリと、ベースと前記ピボットアームの間にピボットアームを第１方向に付勢するために配置されたスプリングと、ピボットアームに設けられ、ベースに係合された機構とを備え、機構が回転ギア部材と、ギア部材とピボットアームの間に係合された第２スプリングとを備え、第２スプリングがピボットアームを第１方向に付勢し、ギア部材が非歯付き部を有し、非歯付き部が歯付き部に係合するときに、それが第１方向からの反転方向へのピボットアームの大きな回転を防止するテンショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テンショナに関し、より具体的には、リリースされると取付位置から最適な運転位置へとピボットアームの移動を許す再ロッキング係止機構を備えるテンショナに関し、係止機構は、ベルト駆動システムにおいて負荷が反転する際にピボットアームが所定の範囲を越えて反転方向に移動することを防止するとともに、再ロッキング係止機構はベルト交換のために取付位置に再ロック可能である。
【背景技術】
【０００２】
同期ベルトや歯付ベルトなどの伝動ベルトに荷重を与えるために、偏心したテンショナが使用されている。例えば、歯付ベルトは動力の伝達およびタイミングをとる目的でエンジンのカム駆動において使用される。テンショナは適正なベルト荷重を与えるために使用され、テンショナおよびベルトをその一部とするベルト伝動システムの適正な運転を保証する。
【０００３】
このようなテンショナは、一般に捻りスプリングと、レバーアームがベルトにスプリング荷重を与える偏心したピボットアームとを備える。
【０００４】
エンジンが運転されている間、歯付ベルトは疲労や他の要因によりその長さが僅かに変化する。このような状況は、テンショナにより調節される必要がある。
【０００５】
加えて、負荷が反転する際、例えばエンジン減速の際、テンショナは、ベルトが過度に緩むことを防止できなければならず、ベルトの過度の緩みは、ベルトがシステムのスプロケットの歯を「跳び」越える「ラチェッティング（歯跳び）」と呼ばれる状態を引き起こし得る。これは、エンジンのタイミングに突発的な変化をもたらし、ベルトの早期破損をもたらす。
【０００６】
負荷が反転した際にテンショナピボットアームが過度に巻き戻されないように、爪車(ratchet)と爪(pawl)からなるシステムが用いられている。一度リリースされると、爪車と爪からなるシステムは再ロックできない。
【０００７】
この技術の代表は、ホルツ（Holtz）の米国特許第４，８０８，１４８号明細書（１９８９）であり、アイドラプーリのハブと固定取付部材とを相互に連結する弾性カップリングを備えるベルトテンショナを開示する。爪車／爪機構は、ベルト負荷が大きいときに、ベルトがテンショナの付勢力に打ち勝つことがないように、ハブと固定取付部材とを相互に連結する。エラストマ要素のような弾性付勢要素が、エンジンブロックの熱膨張において発生するベルト張力を軽減し、ベルトから遠ざかる方向へのアイドルプーリハブの制限された移動を許すために、爪車／爪機構と固定取付部材の間に配置される。
【０００８】
必要とされているのは、リリースされると取付位置から最適な運転位置へとピボットアームの移動を可能にする再ロッキング係止機構を備え、係止機構が、ベルト駆動システムにおいて負荷が反転する際にピボットアームが所定の範囲を越えて反転方向に移動することを防止するとともに、再ロッキング係止機構がベルト交換のために取付位置に再ロック可能であるテンショナである。本発明はこの要求に合致する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の第１の目的は、リリースされると取付位置から最適な運転位置へとピボットアームの移動を許す係止機構を備え、係止機構が、ベルト駆動システムにおいて負荷が反転する際にピボットアームが所定の範囲を越えて反転方向に移動することを防止するとともに、再ロッキング係止機構がベルト交換のために取付位置に再ロック可能であるテンショナを提供することである。
【００１０】
本発明のその他の目的は、本発明の以下の説明と添付された図面により指摘され明らかとされる。
【００１１】
本発明は、歯付き部を有するベースと、ベースに枢軸的に係合するピボットアームと、ピボットアームに枢着されるプーリと、第１の方向へピボットアームを付勢するためにベースとピボットアームの間に配置されるスプリングと、ピボットアームに設けられ、ベースと係合する機構とを備え、この機構は回転可能なギア部材とこのギア部材とピボットアームとの間に係合される第２スプリングを備え、第２スプリングはピボットアームを第１の方向に付勢し、ギア部材は非歯付き部を有し、非歯付き部が歯付き部と係合するとき、それは第１の方向から反転方向へのピボットアームの大きな回転を防止するテンショナを含む。
【００１２】
この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１はテンショナの断面図である。テンショナは、スリーブ６０に連結されたベース１０を備える。スリーブ６０の中の穴６５内に配置され、これを貫通するファスナを設けてもよい。ファスナはテンショナ１００を例えばエンジンブロック面などの取付面に連結するために用いられる。本実施形態では、ファスナ７０はボルトである。
【００１４】
ピボットアーム２０は、ベアリング６３の外側面６１の周りに枢軸的に係合される。ベアリング６３はスリーブ６０とピボットアーム２０の間に配置される。ベアリング６３は、ＰＴＦＥのナイロンなど低摩擦材料からなる。スリーブ６０の上端６４に置かれたシールディスク６２は、スリーブ６０、ベアリング６３、ピボットアーム２０の間から塵が侵入するのを防止する。フランジ２１は、ベース１０と重なるようにピボットアーム２０のベースの周りに延在し、これにより塵がテンショナに侵入することを防止する。
【００１５】
捻りスプリング３０は、ベース１０とピボットアーム２０の間に係合される。捻りスプリング３０は、ベルト伝動システムにおいて使用されるベルト（不図示）にスプリング荷重を適正に与えるためにピボットアーム２０を所定の方向に付勢する。
【００１６】
プーリ５０は、ベアリング４０を介してピボットアーム２０に回転自在に係合される。本実施形態において、ベアリング４０は例えばボールベアリングである。ベアリング４０は内側レース４１と外側レース４２を備える。内側レース４１はピボットアーム２０の面２１に係合される。外側レース４２はプーリ５０に係合される。
【００１７】
ベルト受け面５１は、ベルト（不図示）と係合するために平らである。プーリ５０の回転軸（Ｃ２）は、ピボットアーム２０の回転軸（Ｃ１）から距離（Ｄ）をもって偏心的にオフセットされる。
【００１８】
ポスト８０はピボットアーム２０を通して挿入される。ポスト８０はピボットアームの回転軸Ｃ２に平行に配列される。ポスト８０は回転可能であってもよい。また、それはピボットアーム２０がスリーブ６０の周りに回動されると円弧状に移動する。ギア部材９０はポスト８０の一端に連結され、ポスト８０が回転されるとギア部材９０も同様に回転する。ポスト８０は、例えば、受容部２２に挿入される六角ソケットを用いて回転される。
【００１９】
ギア部材９０は歯付き部９１を備える。歯付き部９１はギア部材９０の外縁に沿ったギアパターンを有する。
【００２０】
ベース１０は、部品１３の内周面に沿って配置される歯付き部１１を備える。歯付き部１１は、部品１３において所定の距離に渡って延在する。
【００２１】
捩りスプリング３１は、ピボットアーム２０とギア部材９０の間に係合される。捩りスプリング３１は、歯付き部９１の歯付き部１１との係合を促進するためにギア部材９０を所定の方向に付勢する。またスプリング３１は、テンショナによりベルトに与えられるテンショナスプリング荷重に付加される。
【００２２】
図２は、テンショナの分解図である。ポスト８０はピボットアーム２０と係合する。ギア部材９０は、ポスト８０の一端に回転自在に係合する。部品１３はベース１０に連結される。
【００２３】
ピン１４はピボットアーム２０に係合される。ピン１４は、ピボットアーム２０を挿通し、ギア部材９０と係合する。ピン１４は、ベースに対してピボットアームの取付位置を一時的に固定するために用いられる取り外し可能な部材である。テンショナの取り付け後、ピン１４は端部１５を引っ張ることによりピボットアームから取り外される。ピン１４の取り外しは、ピボットアームが運転位置へと移動することを可能にする。またピボットアーム２０の移動は、ギア部材９０をピボットアーム２０と共に円弧状に移動させる。
【００２４】
図３は、係止機構の詳細な平面図である。部品１３は歯付き部１１を備える。歯付き部１１は円弧形状を有し、部品１３の内周面に沿って配置される。
【００２５】
ギア部材９０は、歯付き部９１と非歯付き部９２を備える。歯付き部９１は、円弧形状であり、ギア部材９０の外周部に沿って延在する。ギア部材９０の残りの部分は歯を備えない。歯付き部９１は、約９０°の円弧に渡って延在する。
【００２６】
位置“ａ”は、取付位置におけるギア部材９０を示す。位置“ａ”では、ピン１４は図２に示されるようにピボットアーム２０とギア部材９０に係合れる。非歯付き部９２は歯付き部１１の方向に向けられる。すなわち、ピン１４は歯付き部１１に対してギア部材９０の位置を一時的に固定する。
【００２７】
ピン１４が取り外されると２つのことが起こる。第１に、これは捩りスプリング３１の作用によるギア部材９０のＲ方向への回転を可能にする。しかし、ギア部材９０は、歯付き部９１が歯付き部１１と接触するまで回転するだけである。第２に、ピボットアーム２０はＲ２方向へ回動自在となり、これによりポスト８０が円弧状に移動される。ピボットアームの移動により、テンショナはベルト（不図示）に荷重を掛ける。したがって、ピン１４は、ベースに対するピボットアームの位置を一時的に固定するとともに、歯付き部１１に対するギア部材９０の位置を一時的に固定し、各々は所定の位置に配置される。
【００２８】
ピボットアーム２０の移動は継続され、ギア部材９０は作動位置(hot operating position)まで移動する。作動位置は、“ｂ”と“ｄ”の間の略“ｃ”に位置する。このように移動するために、ギア部材９０の歯付き部９１は歯付き部１１上をラチェットし（乗り越え）、伝動装置における幾何学的公差の自動調整が可能となる。
【００２９】
エンジンの始動時、テンショナは一定の張力（荷重）をベルトに与えるという機能をベルト伝動において開始する。
【００３０】
この位置にあるとき、ギア部材９０は歯付き部１１と作用的(active)な接触を行なう。これは、スプリング３１のバネ定数が全体のバネ定数およびスプリング３０によって与えられるテンショナの動作特性に寄与する。
【００３１】
例えば車両減速時などベルト伝動システムにおける負荷反転時には、ベルトは一時的に緩み、短い期間に渡って、ピボットアーム２０が捻りスプリング３０によって押されて取付位置“ａ”に向けて戻される。しかし、ピボットアームの反転方向への大きな移動は、歯付き部１１が位置“ｂ”において、歯のない部分９２の特に突出部９３との係合により防止され、このようにギア部材９０とベース１０との間の干渉を引き起こすことにより、ピボットアーム２０の回転が停止する。これはピボットアーム２０の回動動作が更に位置“ａ”に向けて推移するのを妨げる。ピボットアーム２０の回動動作を位置“ｂ”で停止することにより、ベルトが不必要に緩むことが防止される。そうでない場合には、ベルトがクランクシャフトスプロケット（不図示）において「ラチェット（歯跳び）」する可能性が発生する。
【００３２】
運転を通してベルトが疲労するにしたがって、テンショナは、ギア部材の歯付き部９１と歯付き部１１との間の「ジャンピング作用（乗り越え作用）」により、ベルトに自動的に追従することができ、これにより連続的に新たな名目上の運転位置を定め位置“ｄ”と“ｂ”の間の範囲を規定する。
【００３３】
ピボットアーム２０は、例えばベルトを交換できるように、ポスト８０の部分２２と係合する六角ソケットを用いて、運転位置“ｃ”からリリースすることができる。ギア部材９０は、その歯付き部１１との干渉から位置“ｄ”で示される方向へ向けて、六角ソケットを用いたポスト８０の回転により緩み方向に捻られる。これにより、ピボットアーム２０は、回転して取付位置“ａ”まで戻すことが可能となり、ポストとギア部材９０は再び位置“ａ”へと回転可能である。その後テンショナは、ピン１４がピボットアーム２０、ギア部材９０、ベース１０の間に挿入されて、取付時の配置でロックされる。
【００３４】
図４は、係止機構の上方斜視図である。係止機構２００は、ギア部材９０、ポスト８０、部品１３、および歯付き部１１を備える。また係止機構２００は、捻りスプリング３１を備える。係止機構は捻りスプリング３０の外周（直径）内に収められ、これによりテンショナはその寸法において小型化される。
【００３５】
ピン１４は、歯付き部に対するギア部材９０の位置を一時的に固定するのに用いられる。
【００３６】
図５は、テンショナの上方斜視図である。ピン１４は、取付位置にあるピボットアーム２０から突出した状態で示される。シールディスク６２は、塵がベアリング６３とピボットアーム２０の間、およびベアリング６３とスリーブ６０の間から侵入することを防止する。
【００３７】
図６は、捻りスプリング３１の作用を除いたトルクとピボットアーム角の間におけるヒステレシスの関係を示すグラフである。グラフは、ピボットアーム角に対するスプリング３０単独でのトルクを示す。利用されているスプリングがスプリング３０のみであるときには、曲線は比較的広い範囲のピボットアーム（角）の動きを示す。式と変数は図８に示される。
【００３８】
図７は、捻りスプリング３０の作用を除いた捻りスプリング３１のみに対するトルクとピボットアーム角の間におけるヒステレシスの関係を示すグラフである。
【００３９】
図８は、スプリング３０とスプリング３１のコンビネーションに対するトルクとピボットアーム角の間におけるヒステレシスの関係を示すグラフである。グラフには、曲線Ｃが示され、曲線Ｃはテンショナスプリング３１（曲線Ｂ）と連携されたテンショナスプリング３０（曲線Ａ）を用いたテンショナについてのピボットアーム角に対するトルクである。ギア部材９０は、通常のテンショナの作動において、歯付き部１１と作動状態で接触(operational contact)するので、スプリング３１はスプリング３０によって与えられるベルト荷重にバネ力を付与する。
【００４０】
曲線Ａは、機能しているスプリングがスプリング３０のみであるときの相対的に広い範囲のピボットアーム（角）の運動を示す。曲線Ｂは、スプリング３０とスプリング３１のコンビネーションで作動されている場合における相対的に狭い範囲のピボットアームの運動を示す。テンショナピボットアーム作動範囲は、約３０°から約１５０°であり、これはピボットアームが最小のスプリング荷重におかれているときの位置、すなわち、係止部に係合しているときの位置に対するピボットアームの最大移動範囲である。一旦テンショナが作動状態に入り、プーリ５０がベルト伝動システムのベルトと係合すると、上述の広い許容範囲（３０°から１５０°）での運動におけるピボットアーム作動範囲は、約２０°から約４０°となる。スプリング３０とスプリング３１の合成力により発生するトルクは、実質的にスプリング３０のみを用いたテンショナに等しいトルクを与え、約２０°を下限とした狭い角度範囲のみに渡るものとなる。
【００４１】
以下は説明のための例示的な場合であり、発明の範囲を限定する目的のものではない。
添え字“１”はスプリング３０を表す。
添え字“２”はスプリング３１を表す。
添え字“ｔ”はスプリング３０とスプリング３１のコンビネーションを表す。
“Ｃ”はバネ定数である。
“Ｍ”は名目上のトルクである。
“ｉ”は伝達率(transmission ratio)であり、ピボットアーム２０の完全な３６０°の回転毎の歯付き部９１の論理的な回転数である。
【００４２】
バネ定数の範囲（スプリング３０）＝ 約０．０２Ｎｍ／度
バネ定数の範囲（スプリング３１）＝ 約０．００１Ｎｍ／度〜約０．０６Ｎｍ／度
伝達率“ｉ”＝ 約３：１〜約５：１
【００４３】
計算例：
各スプリング３０、３１に対するピボットアームの名目トルク“Ｍ”
Ｍ１＝１．７Ｎｍ （図６）
図６におけるＭ１の範囲は、約±０．５×Ｍ１
Ｍ２＝０．１５Ｎｍ （図７）
図７におけるＭ２の範囲は、約±０．５×Ｍ２
ｉ＝４：１
Ｍｔ＝Ｍ１＋ｉ×Ｍ２ （図８）
Ｍｔ＝２．３Ｎｍ （図８）
図８におけるＭｔの範囲は、約±０．５×Ｍｔ
【００４４】
上側曲線、図８
Ｃ１ｕ＝バネ定数（スプリング３０）＝Ｃ１＝０．０５４Ｎｍ／度
Ｃ２ｕ＝バネ定数（スプリング３１）＝Ｃ２＝０．００５８Ｎｍ／度
Ｃ１ｕ＝１．５×Ｃ１
Ｃ１ｕ＝０．０８１Ｎｍ／度
Ｃ２ｕ＝１．５×Ｃ２
Ｃ２ｕ＝０．００８７Ｎｍ／度
Ｃｔｕ＝１．５×Ｃ１ｕ＋ｉ×１．５×Ｃ２ｕ（上側曲線）
Ｃｔｕ＝０．０８１Ｎｍ／度＋４×０．００８７Ｎｍ／度
Ｃｔｕ＝０．１１５８Ｎｍ／度
【００４５】
下側曲線、図８
Ｃ１ｄ＝バネ定数（スプリング３０）＝Ｃ１＝０．０５４Ｎｍ／度
Ｃ２ｄ＝バネ定数（スプリング３１）＝Ｃ２＝０．００５８Ｎｍ／度
Ｃ１ｄ＝０．５×Ｃ１
Ｃ１ｄ＝０．０２７Ｎｍ／度
Ｃ２ｄ＝０．５×Ｃ２
Ｃ２ｄ＝０．００２９Ｎｍ／度
Ｃｔｄ＝０．５×Ｃ１ｕ＋ｉ×１．５×Ｃ２ｕ（上側曲線）
Ｃｔｄ＝０．０２７Ｎｍ／度＋４×０．００２９Ｎｍ／度
Ｃｔｄ＝０．０３８６Ｎｍ／度
【００４６】
説明されたような２つのスプリングの使用は、特定のアプリケーションにおいて、良好に調整されたテンショナ特性をもたらす。例えば、各スプリングのバネ定数は、テンショナのダンピング性能を高めるために選択でき、これによりテンショナの運動範囲全体において「急激に増大する(spikes)」動きの大きさを低減できる。
【００４７】
ここでは、本発明の１つ形態について説明されたが、当業者にとっては、ここで説明された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、その構成や構成部の関係を様々に変形することは容易である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】テンショナの断面図である。
【図２】テンショナの分解図である。
【図３】係止機構の詳細な平面図である。
【図４】係止機構の上方からの斜視図である。
【図５】テンショナの上方からの斜視図である。
【図６】捻りスプリング３１の作用を除いたときのトルクとピボットアーム角の間におけるヒステリシスの関係を示すグラフである。
【図７】捻りスプリング３０の作用を除いた捻りスプリング３１のみに対するトルクとピボットアーム角の間におけるヒステリシスの関係を示すグラフである。
【図８】スプリング３０とスプリング３１のコンビネーションにおけるトルクとピボットアーム角の間におけるヒステリシスの関係を示すグラフである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テンショナに関し、より具体的には、リリースされると取付位置から最適な運転位置へとピボットアームの移動を許す再ロッキング係止機構を備えるテンショナに関し、係止機構は、ベルト駆動システムにおいて負荷が反転する際にピボットアームが所定の範囲を越えて反転方向に移動することを防止するとともに、再ロッキング係止機構はベルト交換のために取付位置に再ロック可能である。
【背景技術】
【０００２】
同期ベルトや歯付ベルトなどの伝動ベルトに荷重を与えるために、偏心したテンショナが使用されている。例えば、歯付ベルトは動力の伝達およびタイミングをとる目的でエンジンのカム駆動において使用される。テンショナは適正なベルト荷重を与えるために使用され、テンショナおよびベルトをその一部とするベルト伝動システムの適正な運転を保証する。
【０００３】
このようなテンショナは、一般に捻りスプリングと、レバーアームがベルトにスプリング荷重を与える偏心したピボットアームとを備える。
【０００４】
エンジンが運転されている間、歯付ベルトは疲労や他の要因によりその長さが僅かに変化する。このような状況は、テンショナにより調節される必要がある。
【０００５】
加えて、負荷が反転する際、例えばエンジン減速の際、テンショナは、ベルトが過度に緩むことを防止できなければならず、ベルトの過度の緩みは、ベルトがシステムのスプロケットの歯を「跳び」越える「ラチェッティング（歯跳び）」と呼ばれる状態を引き起こし得る。これは、エンジンのタイミングに突発的な変化をもたらし、ベルトの早期破損をもたらす。
【０００６】
負荷が反転した際にテンショナピボットアームが過度に巻き戻されないように、爪車(ratchet)と爪(pawl)からなるシステムが用いられている。一度リリースされると、爪車と爪からなるシステムは再ロックできない。
【０００７】
この技術の代表は、ホルツ（Holtz）の米国特許第４，８０８，１４８号明細書（１９８９）であり、アイドラプーリのハブと固定取付部材とを相互に連結する弾性カップリングを備えるベルトテンショナを開示する。爪車／爪機構は、ベルト負荷が大きいときに、ベルトがテンショナの付勢力に打ち勝つことがないように、ハブと固定取付部材とを相互に連結する。エラストマ要素のような弾性付勢要素が、エンジンブロックの熱膨張において発生するベルト張力を軽減し、ベルトから遠ざかる方向へのアイドルプーリハブの制限された移動を許すために、爪車／爪機構と固定取付部材の間に配置される。
【０００８】
必要とされているのは、リリースされると取付位置から最適な運転位置へとピボットアームの移動を可能にする再ロッキング係止機構を備え、係止機構が、ベルト駆動システムにおいて負荷が反転する際にピボットアームが所定の範囲を越えて反転方向に移動することを防止するとともに、再ロッキング係止機構がベルト交換のために取付位置に再ロック可能であるテンショナである。本発明はこの要求に合致する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の第１の目的は、リリースされると取付位置から最適な運転位置へとピボットアームの移動を許す係止機構を備え、係止機構が、ベルト駆動システムにおいて負荷が反転する際にピボットアームが所定の範囲を越えて反転方向に移動することを防止するとともに、再ロッキング係止機構がベルト交換のために取付位置に再ロック可能であるテンショナを提供することである。
【００１０】
本発明のその他の目的は、本発明の以下の説明と添付された図面により指摘され明らかとされる。
【００１１】
本発明は、歯付き部を有するベースと、ベースに枢軸的に係合するピボットアームと、ピボットアームに枢着されるプーリと、第１の方向へピボットアームを付勢するためにベースとピボットアームの間に配置されるスプリングと、ピボットアームに設けられ、ベースと係合する機構とを備え、この機構は回転可能なギア部材とこのギア部材とピボットアームとの間に係合される第２スプリングを備え、第２スプリングはピボットアームを第１の方向に付勢し、ギア部材は非歯付き部を有し、非歯付き部が歯付き部と係合するとき、それは第１の方向から反転方向へのピボットアームの大きな回転を防止するテンショナを含む。
【００１２】
この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１はテンショナの断面図である。テンショナは、スリーブ６０に連結されたベース１０を備える。スリーブ６０の中の穴６５内に配置され、これを貫通するファスナを設けてもよい。ファスナはテンショナ１００を例えばエンジンブロック面などの取付面に連結するために用いられる。本実施形態では、ファスナ７０はボルトである。
【００１４】
ピボットアーム２０は、ベアリング６３の外側面６１の周りに枢軸的に係合される。ベアリング６３はスリーブ６０とピボットアーム２０の間に配置される。ベアリング６３は、ＰＴＦＥのナイロンなど低摩擦材料からなる。スリーブ６０の上端６４に置かれたシールディスク６２は、スリーブ６０、ベアリング６３、ピボットアーム２０の間から塵が侵入するのを防止する。フランジ２１は、ベース１０と重なるようにピボットアーム２０のベースの周りに延在し、これにより塵がテンショナに侵入することを防止する。
【００１５】
捻りスプリング３０は、ベース１０とピボットアーム２０の間に係合される。捻りスプリング３０は、ベルト伝動システムにおいて使用されるベルト（不図示）にスプリング荷重を適正に与えるためにピボットアーム２０を所定の方向に付勢する。
【００１６】
プーリ５０は、ベアリング４０を介してピボットアーム２０に回転自在に係合される。本実施形態において、ベアリング４０は例えばボールベアリングである。ベアリング４０は内側レース４１と外側レース４２を備える。内側レース４１はピボットアーム２０の面２１に係合される。外側レース４２はプーリ５０に係合される。
【００１７】
ベルト受け面５１は、ベルト（不図示）と係合するために平らである。プーリ５０の回転軸（Ｃ２）は、ピボットアーム２０の回転軸（Ｃ１）から距離（Ｄ）をもって偏心的にオフセットされる。
【００１８】
ポスト８０はピボットアーム２０を通して挿入される。ポスト８０はピボットアームの回転軸Ｃ２に平行に配列される。ポスト８０は回転可能であってもよい。また、それはピボットアーム２０がスリーブ６０の周りに回動されると円弧状に移動する。ギア部材９０はポスト８０の一端に連結され、ポスト８０が回転されるとギア部材９０も同様に回転する。ポスト８０は、例えば、受容部２２に挿入される六角ソケットを用いて回転される。
【００１９】
ギア部材９０は歯付き部９１を備える。歯付き部９１はギア部材９０の外縁に沿ったギアパターンを有する。
【００２０】
ベース１０は、部品１３の内周面に沿って配置される歯付き部１１を備える。歯付き部１１は、部品１３において所定の距離に渡って延在する。
【００２１】
捩りスプリング３１は、ピボットアーム２０とギア部材９０の間に係合される。捩りスプリング３１は、歯付き部９１の歯付き部１１との係合を促進するためにギア部材９０を所定の方向に付勢する。またスプリング３１は、テンショナによりベルトに与えられるテンショナスプリング荷重に付加される。
【００２２】
図２は、テンショナの分解図である。ポスト８０はピボットアーム２０と係合する。ギア部材９０は、ポスト８０の一端に回転自在に係合する。部品１３はベース１０に連結される。
【００２３】
ピン１４はピボットアーム２０に係合される。ピン１４は、ピボットアーム２０を挿通し、ギア部材９０と係合する。ピン１４は、ベースに対してピボットアームの取付位置を一時的に固定するために用いられる取り外し可能な部材である。テンショナの取り付け後、ピン１４は端部１５を引っ張ることによりピボットアームから取り外される。ピン１４の取り外しは、ピボットアームが運転位置へと移動することを可能にする。またピボットアーム２０の移動は、ギア部材９０をピボットアーム２０と共に円弧状に移動させる。
【００２４】
図３は、係止機構の詳細な平面図である。部品１３は歯付き部１１を備える。歯付き部１１は円弧形状を有し、部品１３の内周面に沿って配置される。
【００２５】
ギア部材９０は、歯付き部９１と非歯付き部９２を備える。歯付き部９１は、円弧形状であり、ギア部材９０の外周部に沿って延在する。ギア部材９０の残りの部分は歯を備えない。歯付き部９１は、約９０°の円弧に渡って延在する。
【００２６】
位置“ａ”は、取付位置におけるギア部材９０を示す。位置“ａ”では、ピン１４は図２に示されるようにピボットアーム２０とギア部材９０に係合れる。非歯付き部９２は歯付き部１１の方向に向けられる。すなわち、ピン１４は歯付き部１１に対してギア部材９０の位置を一時的に固定する。
【００２７】
ピン１４が取り外されると２つのことが起こる。第１に、これは捩りスプリング３１の作用によるギア部材９０のＲ方向への回転を可能にする。しかし、ギア部材９０は、歯付き部９１が歯付き部１１と接触するまで回転するだけである。第２に、ピボットアーム２０はＲ２方向へ回動自在となり、これによりポスト８０が円弧状に移動される。ピボットアームの移動により、テンショナはベルト（不図示）に荷重を掛ける。したがって、ピン１４は、ベースに対するピボットアームの位置を一時的に固定するとともに、歯付き部１１に対するギア部材９０の位置を一時的に固定し、各々は所定の位置に配置される。
【００２８】
ピボットアーム２０の移動は継続され、ギア部材９０は作動位置(hot operating position)まで移動する。作動位置は、“ｂ”と“ｄ”の間の略“ｃ”に位置する。このように移動するために、ギア部材９０の歯付き部９１は歯付き部１１上をラチェットし（乗り越え）、伝動装置における幾何学的公差の自動調整が可能となる。
【００２９】
エンジンの始動時、テンショナは一定の張力（荷重）をベルトに与えるという機能をベルト伝動において開始する。
【００３０】
この位置にあるとき、ギア部材９０は歯付き部１１と作用的(active)な接触を行なう。これは、スプリング３１のバネ定数が全体のバネ定数およびスプリング３０によって与えられるテンショナの動作特性に寄与する。
【００３１】
例えば車両減速時などベルト伝動システムにおける負荷反転時には、ベルトは一時的に緩み、短い期間に渡って、ピボットアーム２０が捻りスプリング３０によって押されて取付位置“ａ”に向けて戻される。しかし、ピボットアームの反転方向への大きな移動は、歯付き部１１が位置“ｂ”において、歯のない部分９２の特に突出部９３との係合により防止され、このようにギア部材９０とベース１０との間の干渉を引き起こすことにより、ピボットアーム２０の回転が停止する。これはピボットアーム２０の回動動作が更に位置“ａ”に向けて推移するのを妨げる。ピボットアーム２０の回動動作を位置“ｂ”で停止することにより、ベルトが不必要に緩むことが防止される。そうでない場合には、ベルトがクランクシャフトスプロケット（不図示）において「ラチェット（歯跳び）」する可能性が発生する。
【００３２】
運転を通してベルトが疲労するにしたがって、テンショナは、ギア部材の歯付き部９１と歯付き部１１との間の「ジャンピング作用（乗り越え作用）」により、ベルトに自動的に追従することができ、これにより連続的に新たな名目上の運転位置を定め位置“ｄ”と“ｂ”の間の範囲を規定する。
【００３３】
ピボットアーム２０は、例えばベルトを交換できるように、ポスト８０の部分２２と係合する六角ソケットを用いて、運転位置“ｃ”からリリースすることができる。ギア部材９０は、その歯付き部１１との干渉から位置“ｄ”で示される方向へ向けて、六角ソケットを用いたポスト８０の回転により緩み方向に捻られる。これにより、ピボットアーム２０は、回転して取付位置“ａ”まで戻すことが可能となり、ポストとギア部材９０は再び位置“ａ”へと回転可能である。その後テンショナは、ピン１４がピボットアーム２０、ギア部材９０、ベース１０の間に挿入されて、取付時の配置でロックされる。
【００３４】
図４は、係止機構の上方斜視図である。係止機構２００は、ギア部材９０、ポスト８０、部品１３、および歯付き部１１を備える。また係止機構２００は、捻りスプリング３１を備える。係止機構は捻りスプリング３０の外周（直径）内に収められ、これによりテンショナはその寸法において小型化される。
【００３５】
ピン１４は、歯付き部に対するギア部材９０の位置を一時的に固定するのに用いられる。
【００３６】
図５は、テンショナの上方斜視図である。ピン１４は、取付位置にあるピボットアーム２０から突出した状態で示される。シールディスク６２は、塵がベアリング６３とピボットアーム２０の間、およびベアリング６３とスリーブ６０の間から侵入することを防止する。
【００３７】
図６は、捻りスプリング３１の作用を除いたトルクとピボットアーム角の間におけるヒステレシスの関係を示すグラフである。グラフは、ピボットアーム角に対するスプリング３０単独でのトルクを示す。利用されているスプリングがスプリング３０のみであるときには、曲線は比較的広い範囲のピボットアーム（角）の動きを示す。式と変数は図８に示される。
【００３８】
図７は、捻りスプリング３０の作用を除いた捻りスプリング３１のみに対するトルクとピボットアーム角の間におけるヒステレシスの関係を示すグラフである。
【００３９】
図８は、スプリング３０とスプリング３１のコンビネーションに対するトルクとピボットアーム角の間におけるヒステレシスの関係を示すグラフである。グラフには、曲線Ｃが示され、曲線Ｃはテンショナスプリング３１（曲線Ｂ）と連携されたテンショナスプリング３０（曲線Ａ）を用いたテンショナについてのピボットアーム角に対するトルクである。ギア部材９０は、通常のテンショナの作動において、歯付き部１１と作動状態で接触(operational contact)するので、スプリング３１はスプリング３０によって与えられるベルト荷重にバネ力を付与する。
【００４０】
曲線Ａは、機能しているスプリングがスプリング３０のみであるときの相対的に広い範囲のピボットアーム（角）の運動を示す。曲線Ｂは、スプリング３０とスプリング３１のコンビネーションで作動されている場合における相対的に狭い範囲のピボットアームの運動を示す。テンショナピボットアーム作動範囲は、約３０°から約１５０°であり、これはピボットアームが最小のスプリング荷重におかれているときの位置、すなわち、係止部に係合しているときの位置に対するピボットアームの最大移動範囲である。一旦テンショナが作動状態に入り、プーリ５０がベルト伝動システムのベルトと係合すると、上述の広い許容範囲（３０°から１５０°）での運動におけるピボットアーム作動範囲は、約２０°から約４０°となる。スプリング３０とスプリング３１の合成力により発生するトルクは、実質的にスプリング３０のみを用いたテンショナに等しいトルクを与え、約２０°を下限とした狭い角度範囲のみに渡るものとなる。
【００４１】
以下は説明のための例示的な場合であり、発明の範囲を限定する目的のものではない。
添え字“１”はスプリング３０を表す。
添え字“２”はスプリング３１を表す。
添え字“ｔ”はスプリング３０とスプリング３１のコンビネーションを表す。
“Ｃ”はバネ定数である。
“Ｍ”は名目上のトルクである。
“ｉ”は伝達率(transmission ratio)であり、ピボットアーム２０の完全な３６０°の回転毎の歯付き部９１の論理的な回転数である。
【００４２】
バネ定数の範囲（スプリング３０）＝ 約０．０２Ｎｍ／度
バネ定数の範囲（スプリング３１）＝ 約０．００１Ｎｍ／度〜約０．０６Ｎｍ／度
伝達率“ｉ”＝ 約３：１〜約５：１
【００４３】
計算例：
各スプリング３０、３１に対するピボットアームの名目トルク“Ｍ”
Ｍ１＝１．７Ｎｍ （図６）
図６におけるＭ１の範囲は、約±０．５×Ｍ１
Ｍ２＝０．１５Ｎｍ （図７）
図７におけるＭ２の範囲は、約±０．５×Ｍ２
ｉ＝４：１
Ｍｔ＝Ｍ１＋ｉ×Ｍ２ （図８）
Ｍｔ＝２．３Ｎｍ （図８）
図８におけるＭｔの範囲は、約±０．５×Ｍｔ
【００４４】
上側曲線、図８
Ｃ１ｕ＝バネ定数（スプリング３０）＝Ｃ１＝０．０５４Ｎｍ／度
Ｃ２ｕ＝バネ定数（スプリング３１）＝Ｃ２＝０．００５８Ｎｍ／度
Ｃ１ｕ＝１．５×Ｃ１
Ｃ１ｕ＝０．０８１Ｎｍ／度
Ｃ２ｕ＝１．５×Ｃ２
Ｃ２ｕ＝０．００８７Ｎｍ／度
Ｃｔｕ＝１．５×Ｃ１ｕ＋ｉ×１．５×Ｃ２ｕ（上側曲線）
Ｃｔｕ＝０．０８１Ｎｍ／度＋４×０．００８７Ｎｍ／度
Ｃｔｕ＝０．１１５８Ｎｍ／度
【００４５】
下側曲線、図８
Ｃ１ｄ＝バネ定数（スプリング３０）＝Ｃ１＝０．０５４Ｎｍ／度
Ｃ２ｄ＝バネ定数（スプリング３１）＝Ｃ２＝０．００５８Ｎｍ／度
Ｃ１ｄ＝０．５×Ｃ１
Ｃ１ｄ＝０．０２７Ｎｍ／度
Ｃ２ｄ＝０．５×Ｃ２
Ｃ２ｄ＝０．００２９Ｎｍ／度
Ｃｔｄ＝０．５×Ｃ１ｕ＋ｉ×１．５×Ｃ２ｕ（上側曲線）
Ｃｔｄ＝０．０２７Ｎｍ／度＋４×０．００２９Ｎｍ／度
Ｃｔｄ＝０．０３８６Ｎｍ／度
【００４６】
説明されたような２つのスプリングの使用は、特定のアプリケーションにおいて、良好に調整されたテンショナ特性をもたらす。例えば、各スプリングのバネ定数は、テンショナのダンピング性能を高めるために選択でき、これによりテンショナの運動範囲全体において「急激に増大する(spikes)」動きの大きさを低減できる。
【００４７】
ここでは、本発明の１つ形態について説明されたが、当業者にとっては、ここで説明された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、その構成や構成部の関係を様々に変形することは容易である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】テンショナの断面図である。
【図２】テンショナの分解図である。
【図３】係止機構の詳細な平面図である。
【図４】係止機構の上方からの斜視図である。
【図５】テンショナの上方からの斜視図である。
【図６】捻りスプリング３１の作用を除いたときのトルクとピボットアーム角の間におけるヒステリシスの関係を示すグラフである。
【図７】捻りスプリング３０の作用を除いた捻りスプリング３１のみに対するトルクとピボットアーム角の間におけるヒステリシスの関係を示すグラフである。
【図８】スプリング３０とスプリング３１のコンビネーションにおけるトルクとピボットアーム角の間におけるヒステリシスの関係を示すグラフである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歯付き部を有するベースと、
前記ベースに回動自在に係合されたピボットアームと、
前記ピボットアームに枢着されたプーリと、
前記ベースと前記ピボットアームの間に、前記ピボットアームを第１方向に付勢するために配置されたスプリングと、
前記ピボットアームに設けられ、前記ベースに係合された機構とを備え、
前記機構が回転ギア部材と、前記回転ギア部材と前記ピボットアームの間に係合された第２スプリングとを備え、前記第２スプリングが前記ピボットアームを前記第１方向に付勢し、
前記回転ギア部材が非歯付き部を有し、前記非歯付き部が前記歯付き部に係合するときに、それは前記ピボットアームの前記第１方向から反転方向への大きな回転を防止する
ことを特徴とするテンショナ。
【請求項２】
前記歯付き部が円弧形状を有することを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
【請求項３】
前記歯付き部に対する回転ギア部材位置を一時的に固定する取り外し可能な部材を備えることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
【請求項４】
前記取り外し可能な部材が前記ベースに対するピボットアーム位置を一時的に固定することを特徴とする請求項３に記載のテンショナ。
【請求項５】
前記回転ギア部材が、約９０°の円弧スパンを有する外周部に歯を備えることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
【請求項６】
前記テンショナに塵が侵入することを防止する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
【請求項７】
前記回転ギア部材がそれに係合可能な工具により回転可能であることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
【請求項１】
歯付き部を有するベースと、
前記ベースに回動自在に係合されたピボットアームと、
前記ピボットアームに枢着されたプーリと、
前記ベースと前記ピボットアームの間に、前記ピボットアームを第１方向に付勢するために配置されたスプリングと、
前記ピボットアームに設けられ、前記ベースに係合された機構とを備え、
前記機構が回転ギア部材と、前記回転ギア部材と前記ピボットアームの間に係合された第２スプリングとを備え、前記第２スプリングが前記ピボットアームを前記第１方向に付勢し、
前記回転ギア部材が非歯付き部を有し、前記非歯付き部が前記歯付き部に係合するときに、それは前記ピボットアームの前記第１方向から反転方向への大きな回転を防止する
ことを特徴とするテンショナ。
【請求項２】
前記歯付き部が円弧形状を有することを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
【請求項３】
前記歯付き部に対する回転ギア部材位置を一時的に固定する取り外し可能な部材を備えることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
【請求項４】
前記取り外し可能な部材が前記ベースに対するピボットアーム位置を一時的に固定することを特徴とする請求項３に記載のテンショナ。
【請求項５】
前記回転ギア部材が、約９０°の円弧スパンを有する外周部に歯を備えることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
【請求項６】
前記テンショナに塵が侵入することを防止する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
【請求項７】
前記回転ギア部材がそれに係合可能な工具により回転可能であることを特徴とする請求項１に記載のテンショナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２００９−５１３９１３（Ｐ２００９−５１３９１３Ａ）
【公表日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５３７７９０（Ｐ２００８−５３７７９０）
【出願日】平成１８年１０月２０日（２００６．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４０８２９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０５３３１９
【国際公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（５０４００５０９１）ザ ゲイツ コーポレイション (103)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２０日（２００６．１０．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０４０８２９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／０５３３１９
【国際公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【出願人】（５０４００５０９１）ザ ゲイツ コーポレイション (103)
【Ｆターム（参考）】
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