JP2009516135A - 油圧式チェック弁組立品 - Google Patents

Abstract

油圧式チェーン・テンショナに使用されるボール式チェック弁。ボール式チェック弁はチェックボール、作動油の流れ用の通路を有するボールシート、チェックボールをボールシートに向けて付勢するコイルばね、及びこれらの構成部品を収納するリテーナを含む。リテーナはその縦軸に沿って少なくとも二つの周壁を有し、その各々はチェックボールがコイルばねの全圧縮とボールシートとの確実な当接との間で移動するとき、チェックボールが各周壁に対して一つの点で接触するように実質的に平坦か又は僅かに凸面である。周壁間の隙間又は開口は作動油の流れにおける乱流を最小限にする。

Description

本発明は内燃機関用の連続したループチェーンで駆動される動力伝達システムにおいて用いられる、油圧式テンショナの分野に関する。より具体的には、本発明は多くの油圧式テンショナの不可欠な部分であるチェック弁に関する。

チェーンが複数のスプロケット間を走行するとき、油圧式テンショナは動力伝達チェーン、又は類似の動力伝達装置における過度の動きを抑制するために用いられる。動力伝達システムにおいて、動力は駆動軸などの駆動スプロケットから、カム軸を作動させるような一つ以上の被駆動スプロケットへ連続的なループチェーンによって伝達される。動力要求が変化する間、チェーンの一部分はピンと張り、そして一部分は緩むであろう。また、エンジントルクの変動は様々なチェーンのストランドにより経験される張力の量に非常に影響するであろう。

騒音、滑り、又は歯付きチェーンの場合のような歯飛びを防止するため、チェーンにおいて或る程度の張力を維持することは重要である。スプロケットのいずれかの歯飛びはカム軸のタイミングを狂わせることがあり、それはエンジンに大きな損害を引き起こすか、又はエンジンを全く動作不能にさせる可能性があるため、そのような過度の動きの防止はチェーンで駆動されるカム軸の場合、特に重要である。

長期間にわたる使用で、動力伝達システムの構成部品により経験される摩耗はチェーン張力における減少を引き起こし得る。又、エンジンの様々な部品間の温度における幅広いばらつき及び異なる熱膨張係数は、チェーンの張力が過度に高いレベルから非常に低いレベルまで変動することをもたらし得る。チェーンの張力に影響する他の要因は、カム軸及びクランク軸のねじり振動、又はエンジン停止時或いはエンジン始動の試みにおける失敗の際のような、エンジンの逆回転である。これらの理由のため、ピンと張られたチェーンのストランドに対する過度の張力を取り除くか又は軽減し、一方で緩んだチェーンのストランドに対して妥当な張力が存在することを確保するための機構が必要とされる。

油圧式テンショナは適切なチェーンの張力を維持する望ましい方法に既になっている。そのような装置は、ストランドをピンと張るために、チェーンの緩んだストランドに対して押圧するレバーアームと連結して従来使用されている。それはチェーンがピンと張るときに剛性を保持しなければならない。油圧式テンショナは一般にテンショナのばねによりチェーンの方向に偏倚させられている、ピストンとして働くロッド又はシリンダを含む。ピストンはチェーンに面する端部において開き、その反対側端部において閉じている内部空間を有する、円筒形のピストンハウジング内に収納されている。ピストンハウジングの内部は圧力室を画成し、作動油の外部タンクに接続されている。圧力室の大きさはピストンハウジングを通るピストンの移動と共に変化する。

バルブは圧力室内へ、及び圧力室からの作動油の流れを調整するために用いられる。一般に入口バルブは、緩んだチェーン状態の間にチェーンに向かうピストンの移動により圧力室内の圧力が減少したとき、流体が圧力室内へ流入することを許容するように開くボール式チェック弁である。ピストンに対して押し戻すチェーンの張力増加の結果として、圧力室内の圧力が上昇するとき、チェック弁は閉じ、流体が圧力室から出ることを防止する。これは同様に、ピストンが突然に後退してチェーンから離れることを防ぐ。

ボール式チェック弁は油の通路、ハウジングの一端内へ固定されたボールシート、チェックボール、そのチェックボールをボールシートに対して付勢するコイルばね、及びコイルばねを所定の位置に保持するための、ボールシートと反対側のハウジング端部における蓋又はキャップを有するカップ形のハウジングから成る。ボール式チェック弁と共に生じる典型的な問題は、チェックボールがハウジング内を通って軸方向に移動するときの妨害されない移動とならんで、ハウジング内部から出る作動油の流れにおけるインピーダンスを含む。

米国特許第４，８２２，３２０号明細書に開示されているような代表的従来技術の油圧式テンショナを、断面図及び斜視図で図１及び２に示す。この装置において、伝統的な油圧式テンショナと組み合わせてラチェットが用いられている。一端に開口を有するピストン１２がハウジング１０内にスライド可能に取り付けられている。駆動スプロケット５０と被駆動スプロケット５２との間の連続したループチェーン５４の一本のストランドに張力を与える、旋回レバーアーム５６に向けてピストン１２を付勢するために、ばね１４がピストン１２の閉じた端部とハウジング１０との間に位置している。通路２６及び２７がハウジング１０内に形成され、ボールシート２８内の中央の穴を通じて作動液をピストン１２内の室２９に供給する。チェック弁は作動液の室２９内への流れを調節し、そしてコイルばねＳによりボールシート２８に向かって偏倚させられているチェックボール３０で構成される。コイルばねＳの反対側端部はリテーナＲと当接する。チェック弁は緩んだ状態がチェーン５４に展開したとき、室２９内への作動油の流れを許容し、従ってピストン１２が張力をレバーアーム５６に作用させることを促す。この装置において、ピストン１２の後退はラチェットの爪１６とピストン１２における歯１２ａのラックとの段階的な噛み合いにより、部分的に阻止される。

動作中に、チェーンにより経験される張力の上昇により、負荷が油圧式テンショナのピストンにかけられた時、ピストンの圧力室内の流体圧力は増加し、それはボール式チェック弁内のボールが、圧力室内への追加的な作動油の流れを防ぐためにボールシートにしっかりと当接することをもたらす。幾つかの設計において、小さいリリーフ弁はチェーンをピンと張ることによりピストンに対して働く、増加する圧力によってもたらされる油圧の増加に対応して、圧力室内の流体がゆっくりと流出することを可能にする。ボール式チェック弁を経由して圧力室を満たすのに必要な速度よりもゆっくりと作動油を室から放出することにより、テンショナはチェーン張力における速い変動に対して過剰に反応しない。

ピストンの圧力室内への作動油の流速を促進するために提案された一つの解決策は特開２００２−１８８６９７号公報に開示されている。この公報において、スリットにより画成される面積の合計が周壁要素の表面積の合計を超えるように、多数のスリットがチェック弁のハウジングの壁内へ形成され又は刻まれるボール式チェック弁が示されている。６〜８列のスリットが最も望ましいと考えられている。この設計はボール式チェック弁のハウジングから圧力室内への作動油の流れを改善する。しかしながら、スリット間の周壁要素は、チェック弁ハウジングの軸沿いに断面で見た時に、内径を備えるような方法で形成される。凹面の内側半径はチェックボールの半径に非常に近く対応するように設計される。周壁要素の内側半径とチェックボールの半径との一致は、チェックボールの横方向の動きを除去することにより、それがチェック弁ハウジングの軸を移動する際にそのチェックボールの、より「真の」軸方向移動を提供することを意図している。しかしながら、要求される厳しい機械公差及び、フライス加工又は穴あけの製作作業により引き起こされるスリットの縁におけるバリの生成に関する可能性のため、ボールの動きが妨げられ、従って圧力室のタイムリーな加圧及び油圧式テンショナの効率的な動作に悪影響を与えるであろう大きな可能性がある。それゆえこれらの問題を解決し、一方で同時にこれらの構成部品の製作費用を増し加えない、改善されたボール式チェック弁の設計に対する必要性がある。

本発明の油圧式チェック弁は開いた端部、最上部（ｖｅｒｔｅｘ）としても知られる実質的に閉じた端部、及び少なくとも二つの周壁を有し、それらの組合せが中空の内室を画成するリテーナから成る。各々の周壁の第一端は、他の各周壁の第一端と接続されて最上部を形成する。各周壁の間には空間又は隙間が形成される。隙間は最上部から周壁の傍を延びる。リテーナの反対側の端部において、周壁の第二端は円筒形の部屋の縦軸から実質的に外側に張り出し、そして連続的な環状のフランジを形成するために繋がる。環状フランジの外周はリテーナの開いた端部に向かって曲げられ、内側の円形の窪みを作り出す。

中空の内室の中にはコイルばね及びボールがある。コイルばねの一端はリテーナの最上部の内面に当接し、コイルばねの他端はボールに当接する。リテーナの開いた端部は内側の円形窪み内に位置する、一般に円板形状のボールシートを含む。ボールシートの周囲の直径は内側の円形窪みの内壁に当接する。ボールシートは中空の内室中への作動油の流れを可能にするため、中央に位置する通路を含む。コイルばねがボールをボールシートに対して強く付勢するとき、通路が作動油の連続した流れを防ぐために封止されるように、開口の直径はボールの直径よりも小さい。

ボールが壁の内面上の一つの点のみにおいて各々の壁と接触するように、周囲の壁は実質的に平坦か、又は僅かに凸面であってもよい。ボールがボールシートとの完全な当接と、コイルばねの全圧縮との間を移動する際、リテーナの縦軸に沿ったその移動における任意の地点において、それは各々の周囲の壁と多くても一つの接触点によりガイドされる。最上部の面まで各々の隙間の一端を延長することは、作動油が中空の内室からテンショナのピストンハウジングの圧力室内へと速やかに流れるため、作動油のより少ないインピーダンスをもたらす。

図３を参照すると、本発明の油圧式チェック弁１００は断面で示されている。それは縦軸Ｌを有するカップ形のリテーナ１１０から構成されている。リテーナ１１０は各々が縦軸Ｌに平行に延び、全般的に１１２として指定された少なくとも二つの周壁により画成される、実質的に中空の内室１２０を有する。リテーナ１１０の好適な実施形態は、三つの周壁１１２を含む。周壁の間の空いた領域は、全般的に１１４として指定された隙間を形成する。リテーナ１１０の第一端は閉じられて最上部を形成する。隙間は最上部１３０に到達する前に終了してもよく、又は最上部の面まで延びてもよい。隙間１１４は最上部１３０において終了することが好ましい。三つの周壁１１２を伴い、最上部の面において終了した隙間を有する好適な実施形態において、実質的に三角形の最上部１３０が形成される。最上部１３０の三角形の形状は図４、９、及び１０において最も良く示されている。

再度図３を参照すると、中空の内室１２０はコイルばね１４０及びボール１６０を含む。コイルばね１４０の一端は最上部１３０の内面に当接し、コイルばね１４０の他端はボール１６０に当接している。

リテーナ１１０の第二端において、周壁１１２は縦軸Ｌから実質的に直角で外側に張り出し、環状のフランジ１１５を形成している。各々の隙間１１４の下部は部分的にのみ環状のフランジまで延び、それによって環状のフランジ１１５がリテーナ１１０の第二端の周りに連続的な円周を形成することを可能にしている。環状のフランジ１１５はテンショナのコイルばね（図示せず）の一端用の座を提供する。テンショナのコイルばねは油圧式チェーン・テンショナのピストンを、内燃機関の動力伝達システム内のチェーンに向けて付勢する。リテーナ１１０の第二端の外周１１６は環状のフランジ１１５から実質的に直角に曲げられ、内側の半径方向フランジ１１９を形成している。環状のフランジ１１５の内面１１７は内側の半径方向フランジ１１９と中空の内室１２０との間に位置する。

内側の環状面１５２を有するボールシート１５０は環状のフランジ１１５の内面１１７に当接し、ボールシートの外径１５１は内側の半径方向フランジ１１９に当接する。ボールシート１５０は実質的に円形であり、その内径１５６がボール１６０の直径よりも小さい、中央に位置する通路１５４を有する。動作中、エンジンの油圧システムにおける圧力が、ボール１６０をボールシート１５０にしっかりと当接させるために付勢する連続的な力を与えるコイルばね１４０の力に打ち勝つために十分であるとき、作動油は通路１５４を通って中空の内室１２０内へと流れる。油圧の力がコイルばね１６０によって及ぼされる力よりも低く下がったとき、ボールはボールシート１５０の通路１５４をしっかりと封止するために、コイルばね１４０により付勢され、それは同様に作動油の流れを停止させる。

動力伝達チェーン・テンショナにおけるボール式チェック弁は、しばしば３００Ｈｚに近い非常に高速で動作するため、ボール１６０は中空の内室１２０の縦軸Ｌに沿って、コイルばね１４０の全圧縮点とボールシート１５０との当接との間で、横方向移動が殆ど無いか、全く無しで移動しなければならない。ボールの横方向移動は内室１２０を通る作動油において、望ましくない乱流の原因となる。周壁１１２は平坦か又は僅かに凸面である。凸形の周壁の半径は、ボールが一点以下で各周壁の内側に接触するようにボール１６０の半径よりも大きい。平坦な壁は最も好ましい。図４に最も良く示されるように、ボール１６０は各々の壁１１２の内面に、やがて任意の点でその縦軸に沿って一点でのみ接触することを許される。ボール１６０はボールシート１５０との完全な当接とコイルばね１４０の全圧縮との間で移動するため、それは各々の周壁との一点での接触の故に真の軸方向の進路に保たれる。

好適な実施形態において、各々の隙間１１４の上の部分が最上部１３０の表面まで延びるとき、実質的に三角形の形状が形成される。この構成は作動油が中空の内室１２０から出てテンショナのピストンの圧力室内へと流れる時に、実質的に乱流を最小化する。これは油圧式チェーン・テンショナのより効率的な動作を提供する。

図５を参照すると、油圧式チェック弁１００は封止ハウジング１８０内に位置し、油圧式チェック弁組立品１７０の第一実施形態を形成している。封止ハウジング１８０は、エンジンの作動油システム内の外部源から通路１５４を経由して中空の内室１２０を通過する、テンショナのピストンハウジング（図示せず）の圧力室内への、作動油の調整されていない流れを防止するため封止面を形成するように、ボールシート１５０の外側の環状面１５３と当接する環状の封止面１８２を備える。封止ハウジング１８０はボールシート１５０の通路１５４の直径１５６よりも大きい直径１８６を持つ、中央に位置する円形の通路１８４を有する。封止ハウジング１８０は、リテーナ１１０の外周１１６の直径に対応する直径を有する内側の環状溝１８８を備える。外周１１６は、環状フランジ１１５に強力に当接するテンショナのコイルばね（図示せず）により内側の環状溝の方向に付勢されているにもかかわらず、その内側の環状溝１８８の面には当接していない。内側の環状溝１８８はリテーナ１１０を封止ハウジング１８０内に適切に位置決めするためのガイドとしてのみ働く。

図５に示す油圧式チェック弁組立品１７０の実施形態において、油圧式チェック弁１１０は内側の環状リップ１９０により封止ハウジング１８０内に緩く収納されている。環状リップ１９０は、封止１８０の外周のまわりに延びる垂直壁１９２の内面１９１と一体になっている。環状リップ１９０は垂直壁１９２の内面の周りに連続してもよく、或いは二つ以上の別々の部分に仕切られてもよい。分割された環状リップ１９０は図１０に最も良く示されている。油圧式チェック弁１００はチェック弁組立品１７０を形成するために、リテーナ１１０の外周１１６を強制的に環状リップ１９０に通すことにより、封止１８０内へ挿入される。外壁１９２は油圧式チェック弁１００が環状リップ１９０を通ることを可能にするように、外側へ曲がる。一旦封止１８０内に収納されると、リテーナ１１０は環状溝１８８と環状リップ１９０との間の縦軸Ｌに沿って自由に動ける。環状封止面１８２とボールシート１５０の外側の環状面１５３との確実な当接を促す力は、環状フランジ１１５と当接するテンショナのばね（図示せず）により備えられる。

油圧式チェック弁組立品１７０の第二の実施形態を図６に示す。油圧式チェック弁１１０は、リテーナ１１０と垂直壁１９２の内面１９１との間に圧入を生じることにより、封止ハウジング１８０内にしっかりと収納されている。この実施形態において、リテーナ１１０の外周１１６の直径は、封止ハウジング１８０内での油圧式チェック弁１００の確実な保持を可能にするため、垂直壁１９２の内面１９１の直径よりも僅かに大きい。

図７を参照すると、油圧式チェック弁組立品１７０の第三の実施形態が示されている。この実施形態は、リテーナの外周１１６と垂直壁１９２の内面１９１との間の圧入により、リテーナ１１０が封止ハウジング１８０に固定されている点において、前の二つの実施形態の組合せである。更に、油圧式チェック弁１００を封止ハウジング１８０内に保持する追加手段を提供するため、環状リップ１９２が垂直壁１９０上に位置している。

図８は油圧式チェック弁１１０が、前に示されたいずれの手段によっても封止ハウジング１８０に固定されていない、油圧式チェック弁組立品１７０の第四の実施形態を示す。ボールシート１５０の外側の環状面１５３に対する環状の封止面１８２の確実な当接は、リテーナ１１０の環状フランジ１１５を封止ハウジング１８０と当接するように強力に付勢している、テンショナのばね（図示せず）により達成される。

第四の実施形態に関して、テンショナのコイルばねにより及ぼされる力がない場合、リテーナ１１０はボールシート１５０に対して浮動し、同様にボールシートは封止ハウジング１８０に対して浮動するであろう。この点において、本発明の油圧式チェック弁組立品の好適な実施形態は図５に示される第一の実施形態、及び図８に示される第四の実施形態である。第一の実施形態は最も好ましい。

図９は油圧式チェック弁１００の等角図を示す。この透視図から、隙間１１４の上の部分を最上部の表面まで延ばすことが、概ね三角形の形状を作り出すことが見られる。隙間１１４の底端部は、テンショナのコイルばね（図示せず）の一端用の連続した座を備える環状フランジ１１５の面まで延びていない。

図１０は本発明の油圧式チェック弁組立品１７０を形成するために、封止ハウジング１８０内に設置された図９の油圧式チェック弁の等角図を提供する。この実施形態において、油圧式チェック弁は分割された環状リップ１９０により封止ハウジング１８０内に固定されている。

従って、ここに記述されている本発明の実施形態は、単に本発明の原理の適用における実例に過ぎないことを理解されたい。例証されている実施形態の詳細に対するここでの引用は、それら自体が本発明に必須と見なされる特徴を列挙している請求項の範囲を制限することを意図していない。

ボール式チェック弁を含む従来技術の油圧式テンショナの断面図を示す。 図１の従来技術のテンショナのボール式チェック弁を含む、様々な構成部品の斜視図を示す。 本発明の油圧式チェック弁の断面図を示す。 図３の油圧式チェック弁の最上部の、見下ろした透視図を示す。 油圧式チェック弁及び封止ハウジングから成る、本発明の油圧式チェック弁組立品の第一実施形態の断面図を示す。 本発明の油圧式チェック弁組立品の第二実施形態の断面図を示す。 本発明の油圧式チェック弁組立品の第三実施形態の断面図を示す。 本発明の油圧式チェック弁組立品の第四実施形態の断面図を示す。 図３の油圧式チェック弁のリテーナ、ボール、及びボールシートの等角図を示す。 本発明の油圧式チェック弁組立品の第一実施形態の等角図を示す。

Claims (15)

1. 油圧式チェック弁であって、
   ａ）中空の内室を画成する油圧式チェック弁の縦軸に沿って配置された少なくとも二つの周壁を有し、第一端及び第二端を有し、第一端が最上部を形成するリテーナと、
   ｂ）各々の前記周壁の間に形成された隙間と、
   ｃ）前記中空の内室の中に配置されたコイルばねであって、前記コイルばねの第一端が前記最上部に当接している、コイルばねと、
   ｄ）前記リテーナの前記第二端に位置し、実質的に前記リテーナの縦軸に直角であって、内側の環状面、外側の環状面、及び中央に位置する通路を有するボールシートと、
   ｅ）前記中空の内室の中で、前記コイルばねの第二端と前記ボールシートの前記内側環状面との間に配置されたボールとを備え、
   前記ボールが前記リテーナの前記縦軸に沿って移動するとき、前記ボールが一つ以上の前記周壁の内面に対して一つの点で接触する油圧式チェック弁。
2. 三つの周壁がある、請求項１に記載の油圧式チェック弁。
3. 各隙間の一端が前記最上部まで延びる、請求項１に記載の油圧式チェック弁。
4. 前記最上部が実質的に三角形の形状である、請求項３に記載の油圧式チェック弁。
5. 作動油が、前記ボールシートの前記中央に位置する通路を通って前記中空の内室の中へ流入し、最小限のインピーダンスで前記隙間を通って流出する、請求項１に記載の油圧式チェック弁。
6. 前記周壁が平坦である、請求項１に記載の油圧式チェック弁。
7. 前記周壁が前記ボールの半径よりも大きい半径を有する凸面である、請求項１に記載の油圧式チェック弁。
8. 油圧式チェック弁組立品であって、
   ａ）中空の内室を画成するチェック弁の縦軸に沿って配置された少なくとも二つの周壁を有し、第一端及び第二端を有し、前記第一端が最上部を形成すると共に前記第二端が外面及び内面を有する環状フランジを形成するリテーナと、
   ｂ）各々の前記周壁の間に形成された隙間と、
   ｃ）前記中空の内室の中に配置されたコイルばねであって、前記コイルばねの第一端が前記最上部に当接している、コイルばねと、
   ｄ）前記リテーナの前記第二端に位置し、前記縦軸に直角であって、前記環状フランジの前記内面に当接する内側の環状面、外側の環状面、及び中央に位置する通路を有するボールシートと、
   ｅ）前記中空の内室の中で、前記コイルばねの第二端と前記ボールシートの前記内側環状面との間に配置されたボールと、
   ｆ）前記ボールシートの前記外側の環状面に当接する環状の封止面を有する封止体とを備え、
   前記ボールが前記リテーナの前記縦軸に沿って移動するとき、一つ以上の前記周壁の内面に対して一つの点で接触する油圧式チェック弁組立品。
9. 三つの周壁がある、請求項８に記載の油圧式チェック弁。
10. 各々の前記隙間の一端が前記最上部まで延びる、請求項８に記載の油圧式チェック弁。
11. 前記最上部が実質的に三角形である、請求項１０に記載の油圧式チェック弁組立品。
12. 前記周壁が平坦である、請求項８に記載の油圧式チェック弁組立品。
13. 前記壁が前記ボールの半径よりも大きい半径を有する凸面である、請求項８に記載の油圧式チェック弁組立品。
14. 前記封止体の前記環状封止面が前記ボールシートの前記外側環状面に緩く当接する、請求項８に記載の油圧式チェック弁組立品。
15. 前記ボールシートの前記内側環状面が前記環状フランジの前記内面に緩く当接する、請求項８に記載の油圧式チェック弁組立品。

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