JP6087302B2 - チェーン緩衝装置 - Google Patents

Description

本発明は、チェーン縦伸び振動を抑制するチェーン緩衝装置に関し、特に、タイミングシステムに組み込まれるチェーン緩衝装置に関する。

従来、タイミングシステム等のチェーン伝動装置においては、チェーンの経時的な摩耗伸びやエンジンブロックの熱膨張・収縮等に伴うスプロケット軸間変動によるチェーン軌道の変化に対応して適度なチェーン張力を与えるために、緩み側の区間に揺動式レバーと油圧によるダンピング特性を有する直動プランジャ式のテンショナが用いられることが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−８９４２８号公報

ところが、特許文献１に記載されるような揺動式レバー機構では、チェーンの経時的な摩耗伸び等への追従だけでなく、カム軸の負荷トルク変動に起因するチェーンの張力変動にも呼応して揺動を発生するため、それが新たな振動や騒音等の不具合現象を誘発するという問題が生じる。そして、このような不具合現象を解決するには、揺動式レバーに押付け力を与えるテンショナのバネやダンピングの調整を行うのが一般的ではあるが、本質的な解決には至らない。

また、上記の理由から揺動式レバー機構を使わず、短周期のチェーン張力変動には応答せずに長周期のチェーンの経時的な摩耗伸び等への追従を行う機構も考案されているが、その場合にはチェーン弾性とシステム固有振動数により発生するチェーン縦伸び振動（チェーン張力の変動による張力方向における伸縮振動）に対する緩衝手段が課題となっていた。

また、走行中のチェーンに発生する縦伸び振動（特にチェーン縦伸び共振）を、揺動式レバー機構を使わずに緩衝する方法として、チェーン軌道を支持・構成するアイドルスプロケットを設置し、その回転軸上に回転速度に応じた粘性負荷トルクを発生させる回転ダンパを設けることも考えられるが、回転ダンパは稼働中に常時回転抵抗を発生させることからエネルギーロスが増大するという問題がある。

本発明は、これらの問題点を解決するものであり、エネルギーロスを低減しつつ、簡便な構造で、チェーン縦伸び振動を確実に緩衝するチェーン緩衝装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、チェーン縦伸び振動を抑制するチェーン緩衝装置であって、所定の回転軸を中心として自由回転可能に配置されるアイドルスプロケットと、前記所定の回転軸を中心として自由回転可能に配置される慣性部材と、前記アイドルスプロケットおよび前記慣性部材の間の相対的な回転に応じて、前記アイドルスプロケットおよび前記慣性部材の間の相対的な回転に回転抵抗を与える回転ダンパとを備えることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る発明によれば、所定の回転軸を中心として自由回転可能に配置されるアイドルスプロケットと、所定の回転軸を中心として自由回転可能に配置される慣性部材と、アイドルスプロケットおよび慣性部材の間の相対的な回転に応じて、アイドルスプロケットおよび慣性部材の間の相対的な回転に回転抵抗を与える回転ダンパとを備えることにより、チェーン縦伸び振動の発生に起因してチェーンからアイドルスプロケットに力が加わり、アイドルスプロケットの回転速度が変動した場合に、アイドルスプロケットと慣性部材との間に回転速度の差が生じ、回転ダンパが回転抵抗を付与するため、簡便な構造で、チェーン縦伸び振動を確実に緩衝することができる。

本請求項２に係る発明によれば、アイドルスプロケットと慣性部材との間にワンウェイクラッチを設け、アイドルスプロケットと慣性部材との間の相対的な回転を一方向に制限することにより、回転ダンパが緩衝効果を生じる時間が短縮されるため、緩衝によるエネルギーロスを低減でき、また、回転ダンパが作用する時間が短くなるため、回転ダンパの耐久性等に対する要求水準が下がり、回転ダンパを低コストで構成することができる。
本請求項３に係る発明によれば、チェーン緩衝装置がタイミングシステムに組み込まれるものであり、回転ダンパがオイルの粘性を利用したオイル式ダンパであることにより、回転ダンパ用のオイルとしてエンジンオイルを用いることが可能であるため、回転ダンパを低コストかつ簡素に構成することができる。

チェーン緩衝装置を組み込んだタイミングシステムを示す平面図。 チェーン緩衝装置を示す斜視図。 チェーン緩衝装置を概略的に示す断面図。 各解析モデルの構成を概略的に示す説明図。 第１解析モデルの解析結果を示す説明図。 第２解析モデルの解析結果を示す説明図。 第３解析モデルの解析結果を示す説明図。

以下に、本発明の一実施形態に係るチェーン緩衝装置１００について、図１〜７に基づいて説明する。

チェーン緩衝装置１００は、図１に示すように、エンジンルーム内に設置されたタイミングシステムに組み込まれるものであり、スプロケットＳ１、Ｓ２間を走行するチェーンＣＨの軌道を構成するとともに、チェーンＣＨの縦伸び振動を緩衝するものである。

チェーン緩衝装置１００は、チェーンＣＨの張り側に設置され、チェーンＣＨの緩み側には、固定ガイドＧが設置されている。また、スプロケットＳ１は、エンジンの駆動軸（入力軸、クランク軸）ＳＨ１に固定された駆動側スプロケットであり、スプロケットＳ２は、被駆動軸（出力軸、カム軸）ＳＨ２に固定された被駆動側スプロケットである。

チェーン緩衝装置１００は、図１に示すように、所定の回転軸１５１を中心として自由回転可能に配置されるアイドルスプロケット１１０と、所定の回転軸１５１を中心として自由回転可能に配置される慣性部材１２０と、アイドルスプロケット１１０と慣性部材１２０との間に取り付けられ、アイドルスプロケット１１０と慣性部材１２０との間の相対的な回転を一方向に制限するワンウェイクラッチ１３０と、アイドルスプロケット１１０および慣性部材１２０の間の相対的な回転に応じて、アイドルスプロケット１１０および慣性部材１２０の間の相対的な回転に回転抵抗を与える回転ダンパ１４０とを備えている。

アイドルスプロケット１１０は、図２や図３に示すように、エンジンブロック１７０に固定された取付軸１５０に対して、ベアリング１６０を介して回動可能に取り付けられている。アイドルスプロケット１１０は、チェーンＣＨと噛み合うためのスプロケット歯１１１をその外周に有している。

慣性部材１２０は、図３に示すように、挿通孔を中心部に有し、挿通孔に取付軸１５０を遊嵌させた状態で取付軸１５０の周囲に取り付けられる。なお、慣性部材１２０の設置態様は上記に限定されず、回転軸１５１を中心として自由回転可能に配置されていればよく、例えば、慣性部材１２０をベアリングを介して取付軸１５０の周囲に取り付けてもよい。

ワンウェイクラッチ１３０は、図２や図３に示すように、アイドルスプロケット１１０に固定される内輪１３１と、慣性部材１２０に固定される外輪１３２と、内輪１３１および外輪１３２の相対的な回転を一方向に制限するクラッチ部１３３とを有している。内輪１３１および外輪１３２は、取付軸１５０の外周に遊びを有した状態で、回転軸１５１を中心として自由回転可能に取り付けられている。クラッチ部１３３は、ベアリング（図示しない）やカム（図示しない）やスプリング（図示しない）等によって構成される。本実施形態では、ワンウェイクラッチ１３０は、チェーン走行方向と逆向きの回転加速度がアイドルスプロケット１１０に生じた場合に、アイドルスプロケット１１０と慣性部材１２０との間のロックを解除し、アイドルスプロケット１１０と慣性部材１２０との間を自由回転させるように構成されている。なお、ワンウェイクラッチ１３０による回転の制限の方向を上記とは反対に構成してもよい。

回転ダンパ１４０は、図２に示すように、アイドルスプロケット１１０および慣性部材１２０との間に取り付けられたオイル式ダンパである。回転ダンパ１４０は、エンジン内に既設されたオイル供給源に接続され、供給されたエンジンオイルを利用してアイドルスプロケット１１０および慣性部材１２０の間に抵抗を生じさせる。このように、回転ダンパ１４０を外部からオイルの供給を受ける開放構造で構成した場合、回転ダンパ１４０を所定の隙間にオイルを封入した密閉構造で回転ダンパ１４０を構成した場合よりも、回転ダンパ１４０を低コストで構成することができる。

次に、本発明のチェーン緩衝装置１００の緩衝効果を確認するために実施した解析の結果について、以下に説明する。

まず、解析においては、図４に示すように、アイドルスプロケット１１０に慣性部材１２０を固定した場合の第１解析モデル、アイドルスプロケット１１０と慣性部材１２０との間に回転ダンパ１４０のみを設けた場合の第２解析モデル、および、アイドルスプロケット１１０と慣性部材１２０との間に回転ダンパ１４０およびワンウェイクラッチ１３０の両方を設けた場合の第３解析モデルを用いた。

また、各解析モデルごとに、駆動軸ＳＨ１の回転速度と図１のＡ部分におけるチェーン張力との関係、チェーン共振が生じる３０００ｒ／ｍｉｎ付近の駆動軸ＳＨ１および被駆動軸ＳＨ２の回転速度、および、駆動軸ＳＨ１の回転速度と回転ダンパ１４０によるエネルギー消費率との関係をそれぞれ測定した。また、第２解析モデルおよび第３解析モデルにおいては、駆動軸ＳＨ１および被駆動軸ＳＨ２の間のダンピング係数とチェーン張力の最大値との関係についても測定した。

また、解析においては、駆動軸ＳＨ１（スプロケットＳ１）および被駆動軸ＳＨ２（スプロケットＳ２）をそれぞれ１つずつ設置した構成でタイミングシステムのモデルを構築した。また、駆動軸ＳＨ１の１回転に対して被駆動軸ＳＨ２が２周期の正弦波変動を生じるものとして設定した。

そして、以上のように実施した解析の結果から、以下のことが分かった。

まず、図５に示すように、第１解析モデルにおいては、チェーン共振が生じる駆動軸回転速度：３０００ｒ／ｍｉｎ付近において、チェーン張力、および、駆動軸ＳＨ１および被駆動軸ＳＨ２の回転速度に大きな変動が見られる。これに対して、図６および図７に示すように、回転ダンパ１４０を設けた第２解析モデルおよび第３解析モデルにおいては、駆動軸回転速度：３０００ｒ／ｍｉｎ付近において、チェーン張力、および、駆動軸ＳＨ１および被駆動軸ＳＨ２の回転速度の変動が抑えられているのが分かる。

また、図６に示すように、回転ダンパ１４０が両回転方向において作用する第２解析モデルにおいては、駆動軸回転速度：３０００ｒ／ｍｉｎ付近以外においても、回転ダンパ１４０によるエネルギーロスが生じることが分かった。これに対して、図７に示すように、ワンウェイクラッチ１３０を設けた第３解析モデルにおいては、駆動軸回転速度：３０００ｒ／ｍｉｎ付近においてのみ、回転ダンパ１４０によるエネルギーロスが生じることが分かる。

なお、上述した実施形態では、本発明のチェーン緩衝装置がタイミングシステムに組み込まれて用いられるものとして説明したが、本発明のチェーン緩衝装置の用途はタイミングシステムに限定されない。
また、慣性部材の具体的態様については、所定の回転軸を中心として自由回転可能に配置され、所定の慣性モーメントを有するものであれば、如何なるものでもよい。
また、回転ダンパの具体的態様については、アイドルスプロケットおよび慣性部材の間の相対的な回転に応じて、アイドルスプロケットおよび慣性部材の間の相対的な回転に回転抵抗を与えるものであれば、オイルや液体の粘性抵抗を利用したもの、摩擦抵抗を利用したもの、塑性変形抵抗を利用したもの等、如何なるものでもよい。
また、ワンウェイクラッチの具体的態様については、アイドルスプロケットと慣性部材との間に取り付けられ、アイドルスプロケットと慣性部材との間の相対的な回転を一方向に制限するものであれば、カム式、スプラグ式、ローラ式、コイルバネ式、ラチェット式等、如何なるものでもよい。また、ワンウェイクラッチは必ずしも設けなくてもよい。

１００ ・・・ チェーン緩衝装置
１１０ ・・・ アイドルスプロケット
１１１ ・・・ スプロケット歯
１２０ ・・・ 慣性部材
１３０ ・・・ ワンウェイクラッチ
１３１ ・・・ 内輪
１３２ ・・・ 外輪
１４０ ・・・ 回転ダンパ
１５０ ・・・ 取付軸
１５１ ・・・ 回転軸
１６０ ・・・ ベアリング
１７０ ・・・ エンジンブロック
１８０ ・・・ ベアリング
ＣＨ ・・・ チェーン
Ｇ ・・・ 固定ガイド
Ｓ１、Ｓ２ ・・・ スプロケット
ＳＨ１ ・・・ 駆動軸（入力軸）
ＳＨ２ ・・・ 被駆動軸（出力軸）

Claims (3)

1. チェーン縦伸び振動を抑制するチェーン緩衝装置であって、
   所定の回転軸を中心として自由回転可能に配置されるアイドルスプロケットと、
   前記所定の回転軸を中心として自由回転可能に配置される慣性部材と、
   前記アイドルスプロケットおよび前記慣性部材の間の相対的な回転に応じて、前記アイドルスプロケットおよび前記慣性部材の間の相対的な回転に回転抵抗を与える回転ダンパと、
   を備えることを特徴とするチェーン緩衝装置。
2. 前記アイドルスプロケットと前記慣性部材との間に取り付けられ、前記アイドルスプロケットと前記慣性部材との間の相対的な回転を一方向に制限するワンウェイクラッチを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のチェーン緩衝装置。
3. 前記チェーン緩衝装置は、タイミングシステムに組み込まれるものであり、
   前記回転ダンパは、オイルの粘性を利用したオイル式ダンパであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のチェーン緩衝装置。

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