JP3795982B2 - 液圧テンショナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、ハウジング孔内を縦方向に移動可能なピストンを有する液圧テンショナに関し、さらに詳細には、底面に通気用通路を備えた液圧テンショナに関する。
【0002】
【従来の技術およびその課題】
<発明の背景>
液圧テンショナのような緊張力付加装置が、複数のスプロケット間を走行する動力伝達用チェーンの制御装置として用いられている。自動車への適用においては、温度の大きな変化とエンジンの種々の部品間の線膨張のために、チェーンの緊張力が大きく変化し得る。さらに、長期間の使用によるチェーンの部品摩耗がチェーンの緊張力の低下をもたらし得る。
【0003】
このため、騒音やスリップ、噛合い不良を防止すべく、チェーンにある程度の緊張力を作用させ、これを維持することは重要なことである。内燃機関におけるチェーン駆動のカムシャフトの場合には、チェーンのスリップによってカムシャフトのタイミングが数度ずれて、エンジンが作動不良を起こしたり、損傷が生じたりする可能性があるので、チェーンのスリップを防止することはとくに重要なことである。
【0004】
しかしながら、液圧テンショナに潜在する問題は、中空ピストンとハウジング孔との間に形成される流体チャンバの内部の液圧が、流体チャンバ内にエアが導入されることにより変化するということである。もしチャンバ内に過剰な量のエアが存在していると、エアの圧縮性のためにピストンが容易に移動する。その結果、テンショナとしての適切な機能が発揮されないことになる。したがって、流体チャンバ内からエアを逃がす通気装置を提供することは望ましいことである。
【0005】
通気は、ピストン内の高圧チャンバからエアを逃がすことを含んでいる。通気の一つの方法は、米国特許第 4,507,103号に開示されており、この場合には、大気と流体リザーバとが連絡するように、機械加工された溝を側面に有するプラグがピストン頭部の穴に圧入されている。しかしながら、この方法の欠点は、ピストン頭部の穴内に密に圧入されて大気とリザーバとの連絡が適切に行われるためには、プラグと溝とが正確に加工されていなければならないということである。
【0006】
通気の他の方法は、米国特許第 5,346,436号に開示されており、この場合には、大気と流体リザーバとが連絡するように、通気装置が少なくとも一方の面に少なくとも一本の流路を有するディスクで構成されている。この特許に示された通気方法は、ピストンが上方に突出しかつ通気装置がピストン頭部に配置されているような、いわゆる第1のテンショナに関係している。
【0007】
本発明は、ピストンがハウジング孔内から突出する際に下向きに突出するのを含む種々の向きにテンショナが配置されるような、いわゆる第2のテンショナに関する。このような第2のテンショナにおいては、上記米国特許に示すようなピストン頭部の通気装置は通気を補助しない。
【0008】
本発明によるチェックバルブ通気装置は、第2の液圧テンショナのための通気装置とチェックバルブのための柔軟性のあるシートとを提供する、構造が簡単で安価な装置である。チェックバルブはチェックバルブ通気装置のディスク内に配置されており、該ディスクの底部には、蛇行する通気用流路が形成されている。このチェックバルブ通気装置の場合には、シートによってチェックバルブが背圧を効果的にシールできるとともに、ピストン内に混入したエアをディスクの蛇行する流路を通って効果的に逃がすことができる。
【0009】
液圧テンショナに共通する他の問題は、ピストンおよびハウジング孔の嵌まり具合である。流体の漏れを最少にするためには、ピストンおよびハウジング孔間の隙間は小さくなければならないが、ピストンがハウジング孔壁面にくっついて適切にスライドできないことがよくある。
【0010】
とくにアルミニウム製のハウジング内をスライドするアルミニウム製のピストンを備えた液圧テンショナの場合には、部品間の滑りにくさのために、適切に作動しないことがよくある。また、アルミニウム製部品は、非常に摩耗しやすく、微視的に凝着(friction welding)を起こしやすい。したがって、アルミニウム製部品のくっつきを防止して、摩耗から保護するのは望ましいことである。
【0011】
このように本発明の目的は、ピストンが下向きに突出するような向きに液圧テンショナが配置される場合において通気を確実に行えるようにすることにある。また本発明の他の目的は、ピストンおよびハウジング孔間の摩耗を確実に防止できる液圧テンショナを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明に係る液圧テンショナは、概略円柱形状の孔を有するハウジングと、前記孔内にスライド可能に受け入れられ、前記孔との間で流体チャンバを限定する中空のピストンと、前記ピストンを前記孔から突出する方向に付勢するスプリングと、外部の加圧流体源から前記ハウジングの前記流体チャンバ内への流体導入口に設けられ、外部の加圧流体源から前記流体チャンバ内への流体の流れを許容するとともに逆方向への流体の流れを阻止するチェックバルブとを備え、前記チェックバルブが、外部の加圧流体源からの前記流体導入口に対向配置されたディスクを有しており、ディスクが、前記流体導入口と対向する第1の面に形成されかつ前記流体導入口に連通する少なくとも一本のエア抜き用流路と、ディスクの外周面に形成されかつ流体チャンバおよびエア抜き用流路と連絡する第1の端部とを有しており、流体チャンバ内のエアがディスクの第1の端部からエア抜き用流路を通って外部の加圧流体源からの前記流体導入口に排出されるようになっており、さらに、チェックバルブが、ボールおよびボールシートを有しており、ディスクが中空内部内においてボールシートを完全に囲繞していることを特徴としている。
【0013】
請求項2の発明に係る液圧テンショナは、請求項1において、前記ピストンが、酸化皮膜処理されたアルミニウムから構成されていることを特徴としている。
【0014】
請求項3の発明に係る液圧テンショナは、請求項1において、前記孔が、酸化皮膜処理されたアルミニウムから構成されていることを特徴としている。
【0015】
請求項4の発明に係る液圧テンショナは、請求項1において、前記ハウジングが、酸化皮膜処理されたアルミニウムから構成されていることを特徴としている。
【0016】
請求項1の発明においては、ディスクが、外部の加圧流体源からの流体導入口に対向配置されるとともに、流体導入口と対向する第1の面に形成されかつ流体導入口に連通する少なくとも一本のエア抜き用流路と、ディスクの外周面に形成されかつ流体チャンバおよびエア抜き用流路と連絡する第1の端部とを有しているので、ピストンがハウジングの孔内から下向きに突出する向きに液体テンショナが配置される場合において、流体チャンバ内のエアは、ディスクの第1の端部からエア抜き用流路を通って外部の加圧流体源からの流体導入口に排出されるようになり、これにより、確実に通気を行うことができる。しかも、この場合には、チェックバルブがボールおよびボールシートを有し、ディスクがボー ルシートを完全に囲繞しているので、チェックバルブひいては液圧テンショナ全体の構造を簡略化して、コンパクト化が可能になる。
【0017】
請求項2ないし4の発明においては、ピストン単体あるいはハウジング単体またはピストンおよびハウジング孔の双方が、酸化皮膜処理されたアルミニウム(anodized aluminum)から構成されているので、ピストンがハウジング孔内を摺動するときのピストンおよびハウジング孔間の摩耗を確実に防止できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
<発明の要約>
本発明は、チェックバルブ通気装置を備えた液圧テンショナに関する。この液圧テンショナは、孔を有するハウジングと、流体で満たされたチャンバを形成するように、孔内にスライド可能に受け入れられた中空ピストンとを含んでいる。ピストンは、スプリングによって突出方向に付勢されている。
【0019】
チェックバルブは、外部の加圧流体源から流体チャンバ内に流入する流体の流れを許容するとともに逆方向への流体の流れを阻止するように設けられている。チェックバルブはディスクを有している。ディスクはシート部を囲んでおり、チェックバルブのための柔軟性あるシートを提供している。このような柔軟性のあるシートを使用することによって、圧入する必要や非常に平坦な接触面を提供する必要がなくなるので、製造が簡略化される。
【0020】
ディスクは、外部の加圧流体源からチャンバ内への導入口に配置されており、これにより、高圧テンショナ内からリザーバあるいはオイル供給源への流体の逆の流れを阻止するのに必要な背圧をチェックバルブがシールすることができる。チェックバルブからの過剰な流体の漏れは、液圧テンショナの性能に悪影響を及ぼす。チェックバルブは、シートに密着することによってチェックバルブからの流体の漏れをなくす。
【0021】
本発明の好ましい実施態様における液圧テンショナは、いわゆる第2のテンショナである。すなわち、この第2のテンショナは、典型的には、ダブルオーバヘッドカムシャフト型エンジンのカムシャフト間チェーンドライブ内に用いられている。第2のテンショナは、上下逆向きつまりピストンがハウジング孔から下方に突出するのを含む種々の向きに配置される。チェックバルブ通気装置は、ピストン底部側のハウジング孔内に配置されており、ピストン底部を通じてテンショナからの通気を行う。
【0022】
テンショナの好ましい実施態様においては、シート部を囲むディスクが導入口側の面に沿ってエア抜き用の流路を有している。このエア抜き用の流路は、ディスクの底面に形成された蛇行する流路である。ピストンチャンバ内に溜まったエアは、この蛇行する流路を通って外部に通気することができる。
【0023】
第2の好ましい実施態様においては、本発明のチェックバルブ通気装置を備えた第2のテンショナのピストンおよびハウジングが、アルミニウムから構成されている。両部品をアルミニウムで製作することによって、各部品の熱膨張が同じになる。これにより、ピストンおよびハウジング間のクリアランスを、温度の如何に拘わらず実質的に一定に保つことができる。
【0024】
ピストンおよびハウジング間のクリアランスは、テンショナの高圧チャンバからのオイル流量を制御するのに用いられる。このオイル流量は、カム駆動荷重に対するテンショナの正確な応答性が得られるように、用途に応じて較正される。また、テンショナ部品にアルミニウムを使用することによって、多くのテンショナを機械加工よりもむしろ鋳造で製造できるようになる。
【0025】
この好ましい実施態様においては、ピストンは酸化皮膜処理された(anodized)アルミニウムで構成されている。酸化皮膜処理とは、アルミニウム表面に耐腐食処理を施すのに用いられる手法である。酸化皮膜処理は、アルミニウム表面に通常存在している、薄くても高度に保護するアルミニウム酸化層の厚みを増加させるとともに、テンショナとして機能し得なくするような部品の過剰摩耗およびゴーリング(galling)を防止するのに役立つ。
【0026】
あるいは、ピストンおよびハウジングの双方を酸化皮膜処理されたアルミニウムから構成するようにしてもよい。ピストンのみ、あるいはハウジングとともにピストンを酸化皮膜処理することによって、摩耗やスティック摩耗(sticking)、微視的な凝着(microscopic friction welding) を最少にする保護膜が提供される。
以上述べた本発明の特徴、その他の特徴および利点は、以下の好ましい実施態様および添付図面の詳細な記述から明らかになるだろう。
【0027】
<好ましい実施態様の詳細な説明>
図1は、クランクシャフト18によって駆動されるクランクシャフト・カムシャフト間ドライブシステムおよびダブルオーバヘッドカムシャフト14,16を備えたタイミングチェーンシステム内に逆向きに配置された二つの液圧テンショナ10,12を示している。
【0028】
カムシャフト14の各スプロケット24,26間およびカムシャフト16の各スプロケット28,30間には、それぞれチェーン20,22が巻き掛けられている。テンショナ10,12は、カムシャフト間ドライブシステム内のチェーン20,22の緊張力を維持するために設けられている。
【0029】
図2および図3について詳細に説明すると、見やすさのために、実際の取付けとは上下を逆にした図1の液圧テンショナ10(または12)が示されている。図2は、本発明によるチェックバルブ通気装置を備えた液圧テンショナ10の好ましい一実施態様を示している。
【0030】
テンショナ10は、孔42を有するハウジング40を含んでおり、該孔42は中空ピストン46との間で流体チャンバ44を形成している。チャンバ44は、図示しない加圧流体源から流路48を通って流入する流体で満たされている。加圧流体源は、オイルポンプまたはオイルリザーバ等で構成される。
【0031】
以下に述べるように、加圧流体源から供給された流体は、孔42および中空ピストン46によって形成されるチャンバ44内に流入する。チャンバ44は好ましくは円柱形状の穴である。チャンバ44は、内部空間50,下端部54および上端部56を備えた好ましくは円筒形状の中空ピストン46をスライド可能に受け入れている。
【0032】
ピストン46の下端部54はチャンバ44内に配置されている。上端部56はテンショナ面90に当接している。テンショナ面90は、図示しないチェーンまたはベルトに沿って緊張力を作用させる。ピストン上端部56の内側上壁面62にはスプリング60が圧接しており、ピストン46を突出方向つまり外方向(図2上方)に付勢している。
【0033】
上述のように、ハウジング40には、チャンバ44を加圧流体源に連絡するための流路48がチャンバ44の底部に設けられている。本発明の一実施態様は、チャンバ44内への流体の流れを許容しかつ逆方向への流体の流れを阻止するために、チャンバ44と流路48したがって加圧流体源との間に設けられたチェックバルブ70を有している。
【0034】
図4は、本発明によるチェックバルブ70およびチェックバルブ通気装置80を示している。好ましくは、チェックバルブ70は、ボール72と、該ボール72をボールシート76側に付勢するスプリング74とを含んでいる。ボールシート76の中央には、オリフィス76aが形成されている。
【0035】
図3ないし図5に示される好ましい一実施態様においては、本発明のチェックバルブ通気装置80は、第1の面84と、第1の面84から上方に延びかつ中空内部88を有する外周面86とを備えたディスク82を含んでいる。好ましくはディスク82は円板状であって、チェックバルブ70がチェックバルブ通気装置80の中空内部88内に着座できるように、チェックバルブ70の外径よりも若干大きな内径を有している。またディスク82の底部中央には、オリフィス82aが形成されている。
【0036】
このように、チェックバルブ通気装置80は、チェックバルブ70のシート面として作用する。ディスク82の第1の面84には、各々が第1の端部102および第2の端部104を有する少なくとも一本の流路100が形成されている。第1の端部102の終端は外周面86であり、第2の端部104の終端は、好ましくは、ディスク82の概略中心位置である。
【0037】
図5についてさらに詳細に説明すると、本発明によるチェックバルブ通気装置80の底面図が示されている。この実施態様では、チェックバルブ通気装置80はディスク82であって、該ディスク82は、第1の面84の底部に形成された、蛇行する単一の流路の形態をとるエア抜き用の流路100を有している。
【0038】
流路100の第1の端部102は、ディスク82の外周面86から切り欠かれている。流路100の道筋は、少なくとも90度湾曲するとともに、外周面86から第2の端部104の終端であるディスク82の概略中心位置まで延びる螺旋形状をしている。
【0039】
すなわち、流路100は、第1の端部102から第2の端部104までの遠回りの道筋を有している。これにより、チャンバ44内から過剰な量の流体が漏出するのが最小限に抑えられるようになっている。
【0040】
本発明によるチェックバルブ通気装置80のエア抜き用の流路は、螺旋状の単一の流路に限定されない。米国特許第 5,346,436号には本発明の他の実施態様が示され記述されている。なお、該特許は本件出願の譲受人によって所有されており、また該特許は、引用することによって本明細書の中に含まれる。
【0041】
図6および図7は、上記米国特許に記述された本発明の他の実施態様を示している。なお、これらの図において図5と同一符号は同一または相当部分を示している。
【0042】
図6に示されるディスク82′の第1の面84に形成された流路100′は、図5の実施態様と同様に遠回りの道筋を有しているが、ここでは、約90度の少なくとも一本の曲線だけでなく、約180度のいくつかの曲線を有している。流路100′の第1の端部102はディスク82′の外周面86から切り欠かれており、第2の端部104の終端はディスク82′の略中心位置にある。
【0043】
図7に示されるディスク82″の第1の面84に形成された流路100″は、図5の実施態様と同様に遠回りの道筋を有しているが、ここでは、約90度の少なくとも一本の曲線が主に第1の面84の周縁部つまり外周面86近傍に形成されている。また、図5の実施態様と同様に、流路100″の第1の端部102はディスク82″の外周面86から切り欠かれており、第2の端部104の終端はディスク82″の略中心位置にある。
【0044】
エンジンの始動時には、高圧の作動流体がチェックバルブ70を開いて、ピストン46の内部空間50とハウジング孔42によって形成されるチャンバ44内に流入する。流体がチャンバ44内を満たすと、加圧流体の圧力およびスプリング60の付勢力によって、ピストン46が外方(図2上方)に移動する。
【0045】
このとき、チェーンからピストン46に作用する外力がスプリング力および加圧流体圧の合力と均衡するまで、ピストン46は外方に移動し続ける。そして、チェーンからの外力がスプリング力および加圧流体圧の合力と均衡した時点で、チェックバルブ70が閉じ、流体のそれ以上の流れが阻止される。
【0046】
また、テンショナの作動中にチェーンの緊張によってピストン46が内方に圧縮されているとき、ピストン46内部が非圧縮性流体で完全に満たされていることにより、非常に強い抵抗が見られる。
【0047】
このとき、十分に高い圧力がピストン46に作用した場合には、流体チャンバ44内からオーバーフローした流体は、ディスク82の第1の端部102から流路100を通って第2の端部104に流れる。テンショナの作動中には、このオーバーフローした流体とともに、チャンバ44内に蓄積していたエアが押し出され、これにより、チャンバ44内の通気が連続して行われる。
【0048】
この場合には、チェックバルブ通気装置80がハウジング孔42の底部に配置されるので、本実施態様のように、ピストン46が下向きに突出するような向きに液圧テンショナ10が配置される場合においても、通気を確実に行えるようになる。
【0049】
エアの粘性は流体の粘性よりも相対的に低いため、エアは流路100内を容易に流れるのに対し、流体の流れは制限され、これにより、高圧チャンバ44内からオイル導入口への流体の過剰な漏れが防止される。また、チェックバルブ通気装置80がエアの流出を許容するとともに、チェックバルブ70が背圧をシールして、リザーバー側への流体の漏出を防止する。
【0050】
他の実施態様においては、チェックバルブ70は、米国特許第5,259,820号および米国特許第 5,277,664号(対応日本出願:特願平5-115855号)に示され記述されるような可変オリフィスチェックバルブであってもよい。なお、上記各特許はいずれも本件出願の譲受人によって所有されており、また上記各特許は、引用することによって本明細書の中に含まれる。
【0051】
図8は、上記各米国特許に記述された本発明の他の実施態様による可変オリフィスチェックバルブを示している。同図において、図4のボールシート76に相当するリテーナ75の中央には、オリフィス75aが形成されている。また、リテーナ75の上面においてオリフィス75a開口部の周囲には環状凹部75bが形成されている。
【0052】
環状凹部75b内には、引張コイルばね73の下部が係止している。引張コイルばね73は密巻きコイルばねであって、隣り合う各線材73aは隙間なく密着している。これにより、引張コイルばね73の各線材73a間の隙間を通って流体が移動しないようになっている。また引張コイルばね73の上部には、キャップ77が係止している。
【0053】
この場合には、高圧の作動流体がリテーナ75のオリフィス75aを通って引張コイルばね73の内側に流入すると、該作動流体の圧力により、キャップ77が上方に押し上げられて引張コイルばね73が伸び、その結果、引張コイルばね73の各線材73a間に隙間が生じる。すると、この隙間を通って作動流体がチャンバ内に流入する。
【0054】
そして、チャンバ内に必要量の流体が流入すれば、引張コイルばね73の復元力により引張コイルばね73が元の長さに戻って、各線材73aが密着し線材73a間の隙間がなくなる。これにより、チャンバ内への流体の移動が停止することになる。
【0055】
第2の好ましい実施態様においては、本発明によるチェックバルブ通気装置80を備えた液圧テンショナ10(または12)のピストン46およびハウジング40がアルミニウムから構成されている。より詳細には、ピストン46が、酸化皮膜処理されたアルミニウム(anodized aluminum)から構成されている。あるいは、ピストン46およびハウジング40の双方が、酸化皮膜処理されたアルミニウムから構成されている。
【0056】
このように、ピストン46を酸化皮膜処理することにより、あるいはピストン46およびハウジング40の双方を酸化皮膜処理することにより、ピストン46がハウジング孔42内をスライドするときに各部品がくっついて摩耗や凝着を起こすのを防止できる。
【0057】
本発明のいくつかの実施態様について説明してきたが、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではない。本発明が関連する技術分野の当業者は、本発明の精神や本質的特徴部分から外れることなく、とくに上述の教示内容にしたがって、本発明の原理を採用する変形例や他の実施態様を構築し得る。
【0058】
上述の実施態様は、あらゆる点において、限定としてではなく単なる例示として見なされるべきものである。したがって、本発明は特定の実施態様に関連して記述されているが、構造,順序,材料その他の変更は、本発明の範囲内においてではあるが、当該分野の当業者には明らかであろう。
【0059】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る液圧テンショナによれば、ピストンが下向きに突出するような向きに液圧テンショナが配置される場合においても、通気を確実に行うことができる効果がある。また本発明に係る液圧テンショナによれば、ピストンおよびハウジング孔間の摩耗を確実に防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様による液圧テンショナが採用されたカムシャフト間ドライブシステムを有するタイミングチェーンシステムの概略図。
【図2】本発明の一実施態様による液圧テンショナの正面断面図。
【図3】図2の液圧テンショナの分解組立図。
【図4】前記液圧テンショナ(図2)のチェックバルブ通気装置部分の拡大図。
【図5】前記チェックバルブ通気装置(図4)を構成するディスクの底面図。
【図6】前記ディスク(図5)に形成される流路の変形例を示す図。
【図7】前記ディスク(図5)に形成される流路の変形例を示す図。
【図8】前記チェックバルブ通気装置(図4)を構成するチェックバルブの変形例を示す図。
【符号の説明】
10 液圧テンショナ
40 ハウジング
42 孔
44 流体チャンバ
46 ピストン
60 スプリング
70 チェックバルブ
72 ボール
76 ボールシート
82 ディスク
84 第1の面
88 中空内部
100 流路
102 第1の端部
104 第2の端部
Claims (4)
- 液圧テンショナにおいて、
概略円柱形状の孔42を有するハウジング40と、
孔42内にスライド可能に受け入れられ、孔42との間で流体チャンバ44を限定する中空のピストン46と、
ピストン46を孔42から突出する方向に付勢するスプリング60と、
外部の加圧流体源からハウジング40の流体チャンバ44内への流体導入口に設けられ、外部の加圧流体源から流体チャンバ44内への流体の流れを許容するとともに逆方向への流体の流れを阻止するチェックバルブ70とを備え、
チェックバルブ70が、外部の加圧流体源からの前記流体導入口に対向配置されたディスク82を有しており、ディスク82が、前記流体導入口と対向する第1の面84に形成されかつ前記流体導入口に連通する少なくとも一本のエア抜き用流路100と、ディスク82の外周面86に形成されかつ流体チャンバ44およびエア抜き用流路100と連絡する第1の端部102とを有しており、流体チャンバ44内のエアがディスク82の第1の端部102からエア抜き用流路100を通って外部の加圧流体源からの前記流体導入口に排出されるようになっており、さらに、チェックバルブ70が、ボール72およびボールシート76を有しており、ディスク82が中空内部88内においてボールシート76を完全に囲繞している、
ことを特徴とする液圧テンショナ。 - 前記ピストン46が酸化皮膜処理されたアルミニウムから構成されている、
ことを特徴とする請求項1記載の液圧テンショナ。 - 前記孔42が酸化皮膜処理されたアルミニウムから構成されている、
ことを特徴とする請求項1記載の液圧テンショナ。 - 前記ハウジング40が酸化皮膜処理されたアルミニウムから構成されている、
ことを特徴とする請求項1記載の液圧テンショナ。
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