JP6190322B2 - チェーンテンショナ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのタイミングシステム等において、伝動ベルトや伝動チェーンに適正な張力を付与するために用いられるチェーンテンショナに関するものである。

従来、エンジンのタイミングシステム等に用いられるチェーン伝動装置において、伝動ベルトや伝動チェーンの弛み側にテンショナレバーを介して適正な張力を付与し、走行時に生じる振動を抑止するため、一方が開放したプランジャ収容穴を有するテンショナボディと、プランジャ収容穴に摺動自在に挿入されるプランジャと、プランジャを突出方向にバネ等で付勢する付勢機構を備えたチェーンテンショナが広く用いられている。
このようなチェーンテンショナにおいて、始動時等の大きな張力変動によるバタつきを防止すべくプランジャの収容側への動きを規制し、また、組立やメンテナンス等の時にプランジャの突出を一時的に制止するために、図１６に示すような、テンショナボディ５１０に２つのラチェット爪５３１を有する揺動カム５３０を設け、プランジャ５２０の側面に形成されたラック歯５２２に係合可能としたチェーンテンショナ５００が公知である（例えば、特許文献１、２、３等参照。）。

このような公知のチェーンテンショナ５００は、エンジン始動時にエンジンオイルがチェーンテンショナに供給されるまで、プランジャ５２０のラック歯５２２と揺動カム５３０のラチェット爪５３１との噛合により機械的にバックストップさせることで始動時の騒音を低減させるとともに、エンジンの熱膨張やチェーンの弾性伸びの変化を吸収するために、同じ噛み合い位置で所定のバックラッシュが設定してある。
また、長期的なチェーン伸びに対しては、プランジャ５２０のラック歯５２２と揺動カム５３０のラチェット爪５３１との噛み合い位置が変わり、ステップ式にプランジャ５２０が前進する機構になっている。

特開２００６−２３４０８８号公報 特開２００４−４４７４９号公報 特開平１１−３４４０３６号公報

しかしながら、このような公知のチェーンテンショナの揺動カムは、プランジャにかかる大きな力をラック歯に係合したラチェット爪で受けるものであるため、ラチェット爪や揺動軸を含む揺動カムの破損や摩耗を防止するために、充分な強度としその大きさも充分な係合幅を確保できるものとする必要があった。
そのため、揺動カムとして、高価で、加工性の低い焼結金属等の材料を選択する必要があった。
また、一旦、噛み合い位置が前に進むと後退不可能な構造のため、例えば、極寒時にチェーン弾性伸びを生じさせるような運転をした場合、プランジャが本来の適切な噛み合い位置より前進してしまい、ラチェット爪を含む揺動カムにさらに大きな力を受けるという問題があった。
このような問題を抑制するためにバックラッシュ量を大きくすることも考えられるが、バックラッシュにより始動時の音が大きくなる問題があり、使用条件等に応じた最適なバックラッシュ量を設定することも困難であった。
さらに、組立やメンテナンス等の時にプランジャの突出を一時的に制止するためには、揺動カムを固定するための別途の構成と別途の操作を必要としていた。

本発明は、このような問題を解決するものであって、プランジャの動きを噛み合い位置で規制でき、プランジャにかかる大きな力を受けても破損や摩耗の発生が少なく、バックラッシュ量の設定が不要で、かつ、プランジャの噛み合い位置の前進、後退が自在なチェーンテンショナを提供するものである。

本発明に係るチェーンテンショナは、一方が開放したプランジャ収容穴を有するテンショナボディと、前記プランジャ収容穴に摺動自在に挿入されるプランジャと、前記プランジャを突出方向に付勢する付勢機構を備えたチェーンテンショナであって、前記プランジャの外周には、係合溝が設けられ、前記テンショナボディが、前記プランジャ収容穴の内周面から前記係合溝に向けて出没する係止部材と、前記係止部材の突出状態を維持・開放するカム部材と、前記カム部材を一方向に押圧する押圧部材と、前記カム部材を前記押圧部材の押圧方向と逆方向に押圧する油圧供給路とを備えたことにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係る発明のチェーンテンショナは、プランジャの外周には係合溝が設けられ、テンショナボディが、プランジャ収容穴の内周面から係合溝に向けて出没する係止部材と、係止部材の突出状態を維持・開放するカム部材と、カム部材を一方向に押圧する押圧部材と、カム部材を押圧部材の押圧方向と逆方向に押圧する油圧供給路とを備えたことにより、油圧の供給によってプランジャの往復動の制止、開放を自動的に切り替えることができ、エンジン等の運転及び停止に連動したプランジャの制止、開放の状態を変更することができる。
このことで、複数の係合溝を設けてプランジャの動きを任意の噛み合い位置で規制でき、プランジャの噛み合い位置の前進、後退が自在となる。

また、プランジャ収容穴の内周面から係合溝に向けて係止部材を突出させてプランジャの係合溝と係合することでプランジャの動きを制止させるため、係合強度、係止部材の強度を向上させることができ、プランジャにかかる大きな力を受けても破損や摩耗の発生が少ない。
また、プランジャの自由な出没を許容する状態では、係合溝と係止部材の係合が解除されるため、バックラッシュ量の設定は不要となり、係止部材の破損や摩耗の発生もない。
さらに、油圧が供給されない状態でのカム部材の位置を、係止部材を突出させて係合溝に係合するようにすることで、組立やメンテナンス等の時にプランジャの突出を一時的に制止するためには、揺動カムを固定するための別途の構成や別途の操作を不要とすることができる。

本請求項２に記載の構成によれば、カム部材が直線的に往復動するスライドバーであることにより、テンショナボディ内にカム部材を動作可能に配置するための構造が単純化され、複雑な構成や加工を必要とせず、大型化や高コスト化を抑制することができる。
本請求項３に記載の構成によれば、係止部材が、球形であることにより、係止部材を小型で強度の大きなものとすることが可能となるとともに、自由に回転可能なため、係合溝との当接箇所が一箇所に集中することがないため、さらに破損や摩耗の発生を抑制することが可能となる。
また、プランジャとカム部材を近接して配置することが可能となり、大型化を抑制することができる。
本請求項４に記載の構成によれば、係合溝が螺旋状に形成されていることにより、係合溝と係止部材が係合しても、係合溝と係止部材との摺動抵抗及びプランジャのプランジャ収容孔内での軸心周りの回転抵抗を受け、低速でプランジャの出没が許容される。
このことにより、始動時等にプランジャに大きな力を受けた場合、バタつくことなくプランジャが低速で移動するため、始動時等の過度な力を吸収可能で、かつ、騒音も抑制できる。

本発明の第１実施形態であるチェーンテンショナの側方視及び正面視の断面図。 図１のチェーンテンショナのカム部材の側面図及び正面図。 本発明の第１実施形態であるチェーンテンショナの動作説明図。 本発明の第１実施形態の第１変形例の正面視の断面図。 図４のチェーンテンショナのカム部材の両側面図及び正面図。 本発明の第１実施形態の第２変形例の正面視の断面図。 図６のチェーンテンショナのカム部材の両側面図及び正面図。 本発明の第１実施形態の第３変形例の正面視の断面図。 図８のチェーンテンショナのカム部材の両側面図及び正面図。 本発明の第２実施形態であるチェーンテンショナの側方視及び正面視の断面図。 図８のチェーンテンショナのプランジャの側面図。 本発明の第３実施形態であるチェーンテンショナの側方視及び正面視の断面図。 図１２のチェーンテンショナのカム部材の側面図及び正面図。 本発明の第４実施形態であるチェーンテンショナの側方視及び正面視の断面図。 図１４のチェーンテンショナのカム部材の両側面図及び正面図。 従来公知のチェーンテンショナの側方視の断面図。

本発明は、一方が開放したプランジャ収容穴を有するテンショナボディと、プランジャ収容穴に摺動自在に挿入されるプランジャと、プランジャを突出方向に付勢する付勢機構を備えたチェーンテンショナであって、プランジャの外周には、係合溝が設けられ、テンショナボディが、プランジャ収容穴の内周面から係合溝に向けて出没する係止部材と、係止部材の突出状態を維持・開放するカム部材と、カム部材を一方向に押圧する押圧部材と、カム部材を押圧部材の押圧方向と逆方向に押圧する油圧供給路とを備え、プランジャの動きを噛み合い位置で規制でき、プランジャにかかる大きな力を受けても破損や摩耗の発生が少なく、バックラッシュ量の設定が不要で、かつ、プランジャの噛み合い位置の前進、後退が自在なものであれば、その具体的な構成は如何なるものであってもよい。

本発明のチェーンテンショナのテンショナボディ、プランジャ、係止部材、カム部材等の具体的な素材は、チェーンの張力を適正に保持するための強度を有するものであれば如何なるものでも良く、強度、加工性、経済性の観点から鋼、鋳鉄、アルミ、アルミ合金等の金属系材料を用いるのが好ましい。
また、本発明のチェーンテンショナの付勢機構や押圧部材は、ばね等の弾性部材や油圧等の高圧流体、あるいはそれらを組み合わせたもの等、如何なるものであっても良い。

以下に、本発明の第１実施形態であるチェーンテンショナについて、図面に基づいて説明する。
本発明の第１実施形態であるチェーンテンショナ１００は、図１、図２に示すように、一方が開放したプランジャ収容穴を有するテンショナボディ１１０と、プランジャ収容穴に摺動自在に挿入されるプランジャ１２０と、プランジャ１２０を突出方向に付勢する付勢機構を備えている。
プランジャ１２０の外周には、係合溝１２１が設けられ、テンショナボディ１１０には、カム部材であるスライドバー１３２を収容するカム摺動孔１１３、プランジャ収容穴とカム摺動孔１１３に連通する出没孔１１２、カム摺動孔１１３に圧油を供給する油圧供給路１１４、カム摺動孔１１３から圧油を排出する油排出孔１１５が設けられている。

出没孔１１２には、プランジャ収容穴の内周面から前記係合溝に向けて出没する球形の係止部材１３１が収容されている。
カム摺動孔１１３は、プランジャ収容穴の下方にプランジャ１２０の出没方向と垂直な方向に延びて設けられており、油圧供給路１１４が同一軸線上に連通し、油排出孔１１５が出没孔１１２と対向する位置に連通している。
スライドバー１３２は、図２に示すように、中央に大径部１３４、両端側に小径部１３５を有しており、カム摺動孔１１３に収容されて、押圧部材１３３によって油圧供給路１１４側に付勢されている。

係止部材１３１は、スライドバー１３２の大径部１３４がカム摺動孔１１３の出没孔１１２に位置した際には、プランジャ収容穴の内周面から突出してプランジャ１２０の外周の係合溝１２１と係合してプランジャ１２０の動作を制止し、スライドバー１３２の小径部１３５がカム摺動孔１１３の出没孔１１２に位置した際には、カム摺動孔１１３側に退避して係合溝１２１と係合が解除されプランジャ１２０の動作を開放するように構成されている。
なお、本実施形態では、スライドバー１３２は左右対称の単純な形状であるため、スライドバー１３２の製造が容易であるとともに、チェーンテンショナ１００を製造組立する際に、カム摺動孔１１３へのスライドバー１３２の挿入方向を揃える必要はなく、組立も容易となる。

以上のように構成されたチェーンテンショナ１００の動作について、図３に基づいて説明する。
まず、エンジン停止時及び始動直後の油圧供給路１１４に油圧が供給されるまでのタイムラグの間は、図３ａに示すように、スライドバー１３２は油圧供給路１１４側に押圧されており、スライドバー１３２の大径部１３４がカム摺動孔１１３の出没孔１１２に位置し、係止部材１３１がプランジャ収容穴の内周面から突出してプランジャ１２０の外周の係合溝１２１と係合してプランジャ１２０の動作を制止している。
このことで、エンジン始動時のチェーンの大きな張力変動によるバタつきが防止され、騒音も低減される。

次に、エンジン始動後しばらくすると、図３ｂに示すように、油圧供給路１１４から油が供給され、油圧による図示左方向への押圧力が押圧手段の押圧力より大きくなると、図３ｃに示すように、スライドバー１３２が図示左方向にスライドし、スライドバー１３２の小径部１３５がカム摺動孔１１３の出没孔１１２に位置し、図３ｄに示すように、係止部材１３１がカム摺動孔１１３側に退避し、係止部材１３１と係合溝１２１との係合が解除されてプランジャ１２０の動作が開放される。
この時、スライドバー１３２の大径部１３４の図示右側の小径部１３５とカム摺動孔１１３との隙間から漏出した油は、図３ｃに示すように、油排出孔１１５から排出されるため、油圧により出没孔１１２内で係止部材１３１を突出させることはなく、確実に係止部材１３１と係合溝１２１との係合が解除される。

エンジンが停止すると、油圧供給路１１４からの油の供給が停止し、図３ｅに示すように、押圧手段の押圧力によりスライドバー１３２が図示右方向にスライドする。
そして、図３ｆに示すように、スライドバー１３２の大径部１３４が出没孔１１２に達すると、係止部材１３１が出没孔１１２から突出し、図３ｇに示すように、プランジャ１２０の係合溝１２１と係合してプランジャ１２０の動作をその位置で制止する。
なお、組立やメンテナンス等の時も、エンジン停止時の図３ａ、図３ｇと同様の状態であり、押圧手段の押圧力によりスライドバー１３２が図示右方向に固定されるため、プランジャの突出を一時的に制止するための別途の構成や別途の操作は不要である。

本実施形態では、スライドバー１３２を中央に大径部１３４、両端側に小径部１３５を有する左右対称の形状としたが、さまざまな形態とすることができる。
例えば、第１変形例のチェーンテンショナ１００ａは、図４、図５に示すように、スライドバー１３２ａの中央から押圧部材１３３ａ側を全て大径部１３４ａとし、端面から中空穴１３６ａを設け、押圧部材１３３ａであるコイルばねが中空穴１３６ａの底部を押圧するものである（他の構成は、前述の第１実施形態と同様である。）。
このことで、スライドバー１３２ａを軽量化することができる。

第２変形例のチェーンテンショナ１００ｂは、図６、図７に示すように、第１変形例と同様に、スライドバー１３２ｂの中央から押圧部材１３３ｂ側を全て大径部１３４ｂとし、端面から中空穴１３６ｂを、押圧部材１３３ｂであるコイルばねが中空穴１３６ｂの底部を押圧するものである。
さらに、本変形例では、大径部１３４ｂが油圧供給路１１４ｂ側の端部にも設けられている（他の構成は、前述の第１変形例と同様である。）。
このことで、寸法精度が要求されるスライドバー１３２ｂの内周面が、カム摺動孔１１３ｂの大径部１３４ｂの径のみとなり、カム摺動孔１１３ｂの加工が容易となる。

第３変形例のチェーンテンショナ１００ｃは、図８、図９に示すように、スライドバー１３２ｃの中央に大径部１３４ｃを配し、両側方に小径部１３５ｃを配し、さらに両端部に大径部１３４ｃを配しており、両端面から中空穴１３６ｃを設け、押圧部材１３３ｃであるコイルばねが中空穴１３６ｃの底部を押圧するものである（他の構成は、前述の第２変形例と同様である。）。
このことで、変形例２と同様に、寸法精度が要求されるスライドバー１３２ｃの内周面が、カム摺動孔１１３ｃの大径部１３４ｃの径のみとなり、カム摺動孔１１３ｃの加工が容易となるとともに、左右対称形状となり、前述の第１実施形態と同様に、チェーンテンショナ１００ｃを製造組立する際に、カム摺動孔１１３ｃへのスライドバー１３２ｃの挿入方向を揃える必要はなく、組立も容易となる。

本発明の第２実施形態であるチェーンテンショナ２００は、図１０、図１１に示すように、プランジャ２２０の外周には、螺旋状の係合溝２２１が設けられており、他の構成は第１実施形態のものと同様である。
本実施形態では、係合溝２２１を螺旋状とすることによって、エンジン始動直後の油圧供給路２１４に油圧が供給されるまでのタイムラグの間の、係合溝２２１と係止部材２３１が係合していても、係合溝２２１と係止部材２３１との摺動抵抗及びプランジャ２２０のプランジャ収容孔内での軸心周りの回転抵抗を受けつつ、低速でプランジャ２２０の出没が許容される。
このことにより、プランジャ２２０に大きな力を受けた場合はプランジャ２２０が低速で移動して過度な力を吸収でき、かつ、高速で出没して振動したりバタつくことがなく、騒音も抑制できる。

本発明の第３実施形態であるチェーンテンショナ３００は、図１２、図１３に示すように、係止部材３３１が両端に半球状の端面を持ち中間に大径部を有する棒状に形成されており、出没孔３１２が長く段付きに形成され、他の構成は第１実施形態の第３変形例のものと同様である。
このことで、プランジャ収容穴とカム摺動孔３１３の距離を長くとれ、カム摺動孔３１３の加工が容易となる。
また、係止部材３３１を下方に押圧するように、段部にスプリング等を配置することで、係止部材３３１が常にスライドバー３３２に押圧されて出没孔３１２内で上下に移動することを抑制できるため、振動等により騒音を発生することが防止される。

本発明の第４実施形態であるチェーンテンショナ４００は、図１４、図１５に示すように、スライドバー４３２の中央から押圧部材４３３側を全て大径部４３４とし、端面から中空穴４３６を設け、押圧部材４３３であるコイルばねが中空穴４３６の底部を押圧するものである。
さらに、大径部４３４が油圧供給路４１４側の端部にも設けられ、該油圧供給路４１４側の大径部４３４の中央側に小径部４３５が設けられ、中央の大径部４３４から小径部４３５に向かって連続的に径が小さくなるテーパ部４３７が設けられている。
他の構成は、前述の第１実施形態の第２変形例と同様である。
このことで、油圧供給路４１４から油の供給が停止し、スライドバー４３２が図示右方向にスライドした際、係止部材４３１がスライドバー４３２にテーパ部４３７の途中に接触している段階で係止部材４３１と係合溝４２１とが完全に係合するように設計することで、停止時に係止部材４３１が固定され、振動等により騒音を発生することが防止されるとともに、熱変形等や製造誤差による係合不良を防止することができる。

以上述べた各実施形態においては、カム部材であるスライドバーの断面形状が円柱状あるいは円筒状のものを示したが、楕円状、多角柱状等の他の形状であってもよい。
また、カム部材を円周方向に段部を設けた回転型や揺動型のものとし、その形状に応じた収容部をテンショナボディに設け、カム部材の回転、揺動方向に対して押圧部材及び油圧を作用させるように構成してもよい。
また、係止部材についても、球状及び断面形状が円柱状のものを示したが、他の形状であってもよい。
さらに、カム部材との接触部分やプランジャの係合溝への係合部分の形状も、半球状のものを示したが、いかなる形状であってもよく、両端で異なる形状としてもよい。
また、プランジャの係合溝も、その数、断面形状、配置範囲等は、係合する係止部材の形状、材質、配置位置等を考慮して、適宜設定可能である。

１００、２００、３００、４００、５００ ・・・ チェーンテンショナ
１１０、２１０、３１０、４１０、５１０ ・・・ テンショナボディ
１１２、２１２、３１２、４１２ ・・・ 出没孔
１１３、２１３、３１３、４１３ ・・・ カム摺動孔
１１４、２１４、３１４、４１４ ・・・ 油圧供給路
１１５、２１５、３１５、４１５ ・・・ 油排出路
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０ ・・・ プランジャ
１２１、２２１、３２１、４２１ ・・・ 係合溝
５２２ ・・・ ラック歯
１３１、２３１、３３１、４３１ ・・・ 係止部材
１３２、２３２、３３２、４３２ ・・・ スライドバー（カム部材）
１３３、２３３、３３３、４３３ ・・・ 押圧部材
１３４、２３４ ・・・ 大径部
１３５、２３５ ・・・ 小径部
４３６ ・・・ 中空穴
４３７ ・・・ テーパ部
５３０ ・・・ 揺動カム
５３１ ・・・ ラチェット爪

Claims (4)

1. 一方が開放したプランジャ収容穴を有するテンショナボディと、前記プランジャ収容穴に摺動自在に挿入されるプランジャと、前記プランジャを突出方向に付勢する付勢機構を備えたチェーンテンショナであって、
   前記プランジャの外周には、係合溝が設けられ、
   前記テンショナボディが、前記プランジャ収容穴の内周面から前記係合溝に向けて出没する係止部材と、前記係止部材の突出状態を維持・開放するカム部材と、前記カム部材を一方向に押圧する押圧部材と、前記カム部材を前記押圧部材の押圧方向と逆方向に押圧する油圧供給路とを備えたことを特徴とするチェーンテンショナ。
2. 前記カム部材が、直線的に往復動するスライドバーであることを特徴とする請求項１に記載のチェーンテンショナ。
3. 前記係止部材が、球形であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチェーンテンショナ。
4. 前記係合溝が、螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のチェーンテンショナ。

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