JP2018159410A - チェーンテンショナ - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンへの取付工数が少なく、またシリンダの内周面に偏摩耗が生じにくいチェーンテンショナを提供する。
【解決手段】シリンダ８と、一方の端部がシリンダ８内に収容され、他方の端部がシリンダ８から突出した状態でシリンダ８に挿入されたプランジャ９と、プランジャ９のシリンダ８からの突出部分に連結して設けられたチェーンガイド１０とを備えるチェーンテンショナにおいて、プランジャ９を鋼で形成するとともに、シリンダ８をアルミ合金で形成し、圧力室１５からオイルを導入するようにシリンダ８の内周面１３とプランジャ９の外周面１４との間に形成された隙間２０と、シリンダ８の内周面１３に設けられた硬質皮膜２９とを更に備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関のチェーン伝動装置に用いられるテンショナに関する。

自動車エンジン等の内燃機関に使用されるチェーン伝動装置として、例えば、クランクシャフトの回転をカムシャフトに伝達するものや、クランクシャフトの回転をオイルポンプやウォーターポンプやスーパーチャージャー等の補機に伝達するものや、クランクシャフトの回転をバランサシャフトに伝達するものや、ツインカムエンジンの吸気カムと排気カムを互いに連結するものなどがある。これらのチェーン伝動装置のチェーンの張力を適正範囲に保つために、チェーンテンショナが使用される（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１のチェーンテンショナは、シリンダと、一方の端部がシリンダ内に収容され、他方の端部がシリンダから突出した状態でシリンダに挿入されたプランジャとを有する。プランジャのシリンダからの突出端は、チェーンガイドに接触している。チェーンガイドは、エンジンに固定された支点軸で揺動可能に支持され、チェーンとの摩擦によるモーメント荷重を、支点軸で支持するようになっている。プランジャは、チェーンガイドのチェーンと接触する側とは反対側の面に接触し、チェーンガイドをチェーンに向けて押圧する。

この特許文献１のチェーンテンショナは、シリンダをエンジンに取り付ける作業とは別に、揺動可能なチェーンガイドをエンジンに取り付ける作業をする必要があるので、エンジンへの取付工数が多いという問題がある。

一方、特許文献２のチェーンテンショナは、シリンダと、一方の端部がシリンダ内に収容され、他方の端部がシリンダから突出した状態でシリンダに挿入されたプランジャとを有する点は、特許文献１と同様であるが、チェーンに接触するチェーンガイドが、プランジャのシリンダからの突出部分に連結して設けられている点で、特許文献１と異なる。

この特許文献２のチェーンテンショナは、チェーンガイドがプランジャに連結一体化されているので、シリンダをエンジンに取り付ける作業とは別に、チェーンガイドをエンジンに取り付ける作業をする必要がなく、エンジンへの取付工数が少ない。

特許第３６３５１８８号公報 特表２０１４−５１８９９７号公報

本願の発明者は、特許文献２と同様の構成のチェーンテンショナを社内で検討した。そして、チェーンテンショナの軽量化を図るため、プランジャを鋼で形成するとともに、シリンダをアルミ合金で形成した試作品を社内で製作し、その評価を行なった。

その結果、シリンダの内周面のプランジャに対する摺動部において、偏摩耗が生じやすいことが分かった。特許文献２のチェーンテンショナは、チェーンガイドがプランジャに連結されているので、チェーンとの摩擦によるモーメント荷重が、そのままプランジャに伝わってしまう。すなわち、チェーンとの摩擦によるモーメント荷重を、シリンダの内周面とプランジャの外周面とで支持するようになっている。そのため、プランジャを鋼で形成するとともに、シリンダをアルミ合金で形成した場合、シリンダの内周面に局所的に荷重が負荷され、偏摩耗が生じることが分かった。シリンダの内周面に偏摩耗が生じると、プランジャの動作が不安定になるおそれがある。一方、シリンダの内周面の偏摩耗を防止する方法として、シリンダの材質を鋳鉄とする方法が考えられるが、この方法では、チェーンテンショナの重量が重くなってしまう。

この発明が解決しようとする課題は、エンジンへの取付工数が少なく、またシリンダの内周面に偏摩耗が生じにくいチェーンテンショナを提供することである。

上記の課題を解決するために、発明者は、チェーンとチェーンガイドの摩擦によるモーメント荷重を、アルミ合金で形成されたシリンダの内周面と、鋼で形成されたプランジャの外周面とで支持するタイプのチェーンテンショナの試作品を社内で製作した。そして、シリンダの内周面に硬質皮膜を設けるとともに、シリンダとプランジャとで囲まれた圧力室から、シリンダの内周面とプランジャの外周面の間の隙間にオイルを導入する条件で評価試験を行なったところ、チェーンとの摩擦によるモーメント荷重をシリンダの内周面とプランジャの外周面とで支持したときに、シリンダの内周面の偏摩耗がほとんど生じないことを見出した。

この知見に基づき、この発明では、以下の構成のチェーンテンショナを提供する。
シリンダと、
前記シリンダの内周面に摺動可能に支持される外周面を有し、一方の端部が前記シリンダ内に収容され、他方の端部が前記シリンダから突出した状態で前記シリンダに挿入されたプランジャと、
前記プランジャの前記シリンダからの突出部分に連結して設けられたチェーンガイドと、を備えるチェーンテンショナにおいて、
前記プランジャを鋼で形成するとともに、前記シリンダをアルミ合金で形成し、
前記シリンダと前記プランジャとで囲まれた圧力室と、
前記シリンダの外部から前記圧力室にオイルを供給する給油通路と、
前記圧力室からオイルを導入し、そのオイルで前記シリンダの内周面と前記プランジャの外周面とを潤滑するように前記シリンダの内周面と前記プランジャの外周面との間に形成された隙間と、
前記シリンダの内周面に設けられた硬質皮膜と、
を更に備えることを特徴とするチェーンテンショナ。

このようにすると、チェーンガイドが、プランジャのシリンダからの突出部分に連結されているので、シリンダをエンジンに取り付ける作業とは別に、チェーンガイドをエンジンに取り付ける作業をする必要がなく、エンジンへの取付工数が少ない。また、シリンダとプランジャとで囲まれた圧力室から、シリンダの内周面とプランジャの外周面の間の隙間にオイルが導入され、そのオイルでシリンダの内周面とプランジャの外周面とが潤滑されるとともに、シリンダの内周面に硬質皮膜が設けられているので、チェーンとチェーンガイドの摩擦によるモーメント荷重がシリンダの内周面に局所的に負荷されても、シリンダの内周面に偏摩耗が生じにくい。

前記硬質皮膜としては、アルミ合金の陽極酸化皮膜を採用すると好ましい。

このようにすると、陽極酸化皮膜は高い耐剥離性を有するため、効果的にシリンダの内周面の偏摩耗を防止することが可能である。

前記陽極酸化皮膜は、２０μｍ以上の平均皮膜厚さを有するものを採用すると好ましい。

このようにすると、陽極酸化皮膜の硬度が高いものとなり、効果的にシリンダの内周面の偏摩耗を防止することが可能である。

前記アルミ合金としては、ＪＩＳＨ５３０２に規定するアルミニウム合金ダイカスト３種またはアルミニウム合金ダイカスト１２種を採用することができる。

前記隙間としては、半径方向の幅が０．０１５〜０．０８０ｍｍの大きさに設定された円筒状の隙間を採用することができる。

このようにすると、チェーンとチェーンガイドの摩擦によるモーメント荷重を、シリンダの内周面とプランジャの外周面とで安定して支持しながら、シリンダの内周面とプランジャの外周面とを効果的に潤滑することが可能である。

前記硬質皮膜として、めっき皮膜を採用してもよい。

前記硬質皮膜として、２００ＨＶ以上の硬度をもつ皮膜を採用すると効果的である。

この発明のチェーンテンショナは、チェーンガイドが、プランジャのシリンダからの突出部分に連結されているので、シリンダをエンジンに取り付ける作業とは別に、チェーンガイドをエンジンに取り付ける作業をする必要がなく、エンジンへの取付工数が少ない。また、シリンダとプランジャとで囲まれた圧力室から、シリンダの内周面とプランジャの外周面の間の隙間にオイルが導入され、そのオイルでシリンダの内周面とプランジャの外周面とが潤滑されるとともに、シリンダの内周面に硬質皮膜が設けられているので、チェーンとチェーンガイドの摩擦によるモーメント荷重がシリンダの内周面に局所的に負荷されても、シリンダの内周面に偏摩耗が生じにくい。

この発明の実施形態のチェーンテンショナを組み込んだチェーン伝動装置を示す部分断面図 図１のチェーンテンショナの近傍の拡大断面図 図２のIII−III線に沿った断面図 図３のプランジャとシリンダの摺動部を拡大して模式的に示す断面図

図１に、この発明の実施形態のチェーンテンショナ１を組み込んだチェーン伝動装置を示す。このチェーン伝動装置は、エンジンのクランクシャフト２に固定されたスプロケット３と、カムシャフト４に固定されたスプロケット５とがチェーン６を介して連結されており、そのチェーン６がクランクシャフト２の回転をカムシャフト４に伝達し、そのカムシャフト４の回転により燃焼室のバルブ（図示せず）の開閉を行なう。

エンジンが作動しているときのクランクシャフト２の回転方向は一定（図では右回転）であり、このときチェーン６は、クランクシャフト２の回転に伴ってスプロケット３に引き込まれる側（図の右側）の部分が張り側となり、スプロケット３から送り出される側（図の左側）の部分が弛み側となる。そして、チェーン６の弛み側の部分に、チェーンテンショナ１が設けられている。

チェーンテンショナ１は、エンジンブロック７に対して固定して設けられるシリンダ８と、一方の端部がシリンダ８内に収容され、他方の端部がシリンダ８から突出した状態でシリンダ８に挿入されたプランジャ９と、プランジャ９のシリンダ８からの突出部分に連結して設けられたチェーンガイド１０とを有する。

図２に示すように、シリンダ８は、一端が開口し、他端が閉塞した有底筒状に形成されている。そしてシリンダ８は、チェーン６に向かって開口する姿勢で固定されている。シリンダ８は、シリンダ８の外周に一体に形成された複数の取り付け片１１にボルト１２を締め込むことによって、エンジンブロック７に固定されている。シリンダ８は、アルミ合金を金型に流し込むアルミダイカストで形成されている。アルミ合金としては、日本工業規格（ＪＩＳＨ５３０２）に規定するアルミニウム合金ダイカスト３種（例えばＡＤＣ６）またはアルミニウム合金ダイカスト１２種（例えばＡＤＣ１２）を用いることができる。シリンダ８の内周面１３は円筒面とされている。

プランジャ９は、シリンダ８内への挿入端が開口し、シリンダ８からの突出端が閉塞する有底筒状に形成されている。プランジャ９の外周面１４はシリンダ８の内周面１３に摺動可能に支持されている。プランジャ９の外周面１４は円筒面である。プランジャ９は、鋼で形成されている。鋼としては、ＳＣＭ４１５やＳＣｒ４２０等の炭素量が低い（具体的には炭素量が０．２３％未満）ものが採用され、これにより、プランジャ９を鍛造加工で効率的に製造することが可能となっている。プランジャ９の外周面１４は熱処理（例えば浸炭焼入れ）が施され、５００ＨＶ以上の硬度をもつ硬化層とされている。

図３に示すように、シリンダ８には、シリンダ８とプランジャ９とで囲まれた圧力室１５にオイルを供給する給油通路１６が設けられている。給油通路１６は、図示しないオイルポンプに接続され、そのオイルポンプから送り出されたオイルを圧力室１５内に導入する。給油通路１６の圧力室１５とは反対側の端部はシリンダ８の表面に開口し、その開口部分に油圧配管接続部１８（図では雌ねじ）が形成されている。給油通路１６の圧力室１５側の端部には、給油通路１６の側から圧力室１５の側へのオイルの流れのみを許容するチェックバルブ１９が設けられている。

シリンダ８の内周面１３とプランジャ９の外周面１４との間には、圧力室１５からオイルを導入する隙間２０が形成され、その隙間２０に導入されたオイルでシリンダ８の内周面１３とプランジャ９の外周面１４とが潤滑されるようになっている。隙間２０は、半径方向の幅が０．０１５〜０．０８０ｍｍの大きさに設定された円筒状の微小隙間である。隙間２０は、圧力室１５から導入したオイルをシリンダ８の外部に流出させるように、一端が圧力室１５に連通し、他端がシリンダ８の外部に連通している。

圧力室１５には、リターンスプリング２１が組み込まれている。リターンスプリング２１は圧縮コイルばねである。リターンスプリング２１の一端は、チェックバルブ１９を介してシリンダ８の閉塞端で支持され、リターンスプリング２１の他端はプランジャ９のシリンダ８からの突出端を押圧し、その押圧によってリターンスプリング２１はプランジャ９をシリンダ８から突出させる方向に付勢している。

図２、図３に示すように、チェーンガイド１０は、シリンダ８やエンジンブロック７に対する連結部をもたず、プランジャ９にのみ連結されている。すなわち、チェーンガイド１０は、チェーン６との摩擦によるモーメント荷重（プランジャ９の移動方向に交差する方向の荷重）がシリンダ８の内周面１３とプランジャ９の外周面１４とで支持されるように、プランジャ９にのみ連結されている。

チェーンガイド１０は、ベース板１０ａと、ベース板１０ａに取り付けられたシュー１０ｂとからなる。ベース板１０ａは、プランジャ９のシリンダ８からの突出端に継ぎ目のない一体に形成されている。ベース板１０ａは、チェーン６の走行方向に沿って延びる細長い形状を有し、ベース板１０ａのチェーン６の走行方向に沿った中央に、プランジャ９のシリンダ８からの突出端が連結されている。ベース板１０ａには、シュー１０ｂに形成された突起２２が嵌合する溝２３が形成されている。突起２２と溝２３の嵌合によってシュー１０ｂがベース板１０ａに固定されている。

シュー１０ｂは、チェーン６の走行方向に沿って延びる細長い形状を有する。シュー１０ｂは、チェーン６に摺接する摺接案内面２４と、摺接案内面２４の両側に形成された一対の突条２５とを有する。突条２５は、チェーン６の外側面に対向するように配置され、チェーン６が摺接案内面２４から脱落するのを防止している。摺接案内面２４は、チェーン６に向かって膨出する断面円弧状の凸面である。

シュー１０ｂの材質としては、繊維強化材を配合した合成樹脂を採用することができる。合成樹脂としては、例えば、ナイロン６６やナイロン４６などのポリアミド（ＰＡ）を使用することができる。また、合成樹脂に配合する繊維強化材としては、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などを使用することができる。

チェーンガイド１０には、圧力室１５のオイルをチェーン６とチェーンガイド１０の摺接部分に供給するノズル２６が形成されている。ノズル２６は、ベース板１０ａを貫通して形成された小径孔２７と、小径孔２７と連通するようにシュー１０ｂを貫通して形成された大径孔２８とからなる。小径孔２７の内径は、大径孔２８の内径よりも小さい。大径孔２８は、摺接案内面２４に開口している。

図４に示すように、シリンダ８の内周面１３には、硬質皮膜２９が設けられている。硬質皮膜２９は、２００ＨＶ以上（好ましくは３００ＨＶ以上、より好ましくは３５０ＨＶ以上）の硬度を有する。硬度はマイクロビッカース（ＨＶ０．０５）である。硬質皮膜２９は、ここではアルミ合金の陽極酸化皮膜（アルマイト）である。陽極酸化皮膜は、２０μｍ以上（好ましくは３０μｍ以上、より好ましくは３５μｍ以上）の平均皮膜厚さを有するものを採用すると好ましい。硬質皮膜２９としてめっき皮膜を採用することも可能である。

次に、このチェーンテンショナ１の動作例を説明する。

エンジン作動中に、図１に示すチェーン６の張力が大きくなると、そのチェーン６の張力によって、プランジャ９がシリンダ８内に押し込まれる方向に移動し、チェーン６の緊張を吸収する。このとき、図２、図３に示す圧力室１５から隙間２０を通ってオイルが流出し、そのオイルの粘性抵抗によってダンパ力が発生する。

エンジン作動中に、図１に示すチェーン６の張力が小さくなると、リターンスプリング２１の付勢力によって、プランジャ９がシリンダ８から突出する方向に移動し、チェーン６の弛みを吸収する。このとき、図２、図３に示すチェックバルブ１９が開き、給油通路１６から圧力室１５にオイルが流入する。

このチェーンテンショナ１は、チェーンガイド１０が、プランジャ９のシリンダ８からの突出部分に連結されているので、シリンダ８をエンジンブロック７に取り付ける作業とは別に、チェーンガイド１０をエンジンブロック７に取り付ける作業をする必要がなく、エンジンブロック７への取付工数が少ない。

また、このチェーンテンショナ１は、シリンダ８とプランジャ９とで囲まれた圧力室１５から、シリンダ８の内周面１３とプランジャ９の外周面１４の間の隙間２０にオイルが導入され、そのオイルでシリンダ８の内周面１３とプランジャ９の外周面１４とが潤滑されるとともに、シリンダ８の内周面１３に２００ＨＶ以上の硬度をもつ硬質皮膜２９が設けられているので、チェーン６とチェーンガイド１０の摩擦によるモーメント荷重がシリンダ８の内周面１３に局所的に負荷されても、シリンダ８の内周面１３に偏摩耗が生じにくい。

また、このチェーンテンショナ１は、硬質皮膜２９としてアルミ合金の陽極酸化皮膜を採用しており、陽極酸化皮膜は高い耐剥離性を有する。そのため、効果的にシリンダ８の内周面１３の偏摩耗を防止することが可能となっている。

また、このチェーンテンショナ１は、硬質皮膜２９を構成する陽極酸化皮膜として２０μｍ以上（好ましくは３０μｍ以上、より好ましくは３５μｍ以上）の平均皮膜厚さを有するものを採用しているので、硬質皮膜２９の硬度が高い。そのため、効果的にシリンダ８の内周面１３の偏摩耗を防止することが可能である。

また、このチェーンテンショナ１は、隙間２０として、半径方向の幅が０．０１５〜０．０８０ｍｍの大きさに設定された円筒状の隙間を採用しているので、チェーン６とチェーンガイド１０の摩擦によるモーメント荷重を、シリンダ８の内周面１３とプランジャ９の外周面１４とで安定して支持しながら、シリンダ８の内周面１３とプランジャ９の外周面１４とを効果的に潤滑することが可能となっている。

上記実施形態では、プランジャ９のシリンダ８からの突出部分とチェーンガイド１０のベース板１０ａとを、継ぎ目の無い一体に形成することで、プランジャ９のシリンダ８からの突出部分にチェーンガイド１０のベース板１０ａを連結した例を説明したが、プランジャ９のシリンダ８からの突出部分とチェーンガイド１０のベース板１０ａとを、別体に形成し、その両者を互いに固定することで連結してもよい。

また、上記実施形態では、チェーンテンショナ１を、クランクシャフト２の回転をカムシャフト４に伝達するチェーン伝動装置に組み込んだ例を挙げて説明したが、チェーンテンショナ１は、クランクシャフト２の回転をオイルポンプやウォーターポンプやスーパーチャージャー等の補機に伝達するチェーン伝動装置や、クランクシャフト２の回転をバランサシャフトに伝達するチェーン伝動装置や、ツインカムエンジンの吸気カムと排気カムを互いに連結するチェーン伝動装置に組み込むことも可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ チェーンテンショナ
８ シリンダ
９ プランジャ
１０ チェーンガイド
１３ 内周面
１４ 外周面
１５ 圧力室
１６ 給油通路
２０ 隙間
２９ 硬質皮膜

Claims (7)

1. シリンダ（８）と、
   前記シリンダ（８）の内周面（１３）に摺動可能に支持される外周面（１４）を有し、一方の端部が前記シリンダ（８）内に収容され、他方の端部が前記シリンダ（８）から突出した状態で前記シリンダ（８）に挿入されたプランジャ（９）と、
   前記プランジャ（９）の前記シリンダ（８）からの突出部分に連結して設けられたチェーンガイド（１０）と、を備えるチェーンテンショナにおいて、
   前記プランジャ（９）を鋼で形成するとともに、前記シリンダ（８）をアルミ合金で形成し、
   前記シリンダ（８）と前記プランジャ（９）とで囲まれた圧力室（１５）と、
   前記シリンダ（８）の外部から前記圧力室（１５）にオイルを供給する給油通路（１６）と、
   前記圧力室（１５）からオイルを導入し、そのオイルで前記シリンダ（８）の内周面（１３）と前記プランジャ（９）の外周面（１４）とを潤滑するように前記シリンダ（８）の内周面（１３）と前記プランジャ（９）の外周面（１４）との間に形成された隙間（２０）と、
   前記シリンダ（８）の内周面（１３）に設けられた硬度をもつ硬質皮膜（２９）と、
   を更に備えることを特徴とするチェーンテンショナ。
2. 前記硬質皮膜（２９）は、アルミ合金の陽極酸化皮膜である請求項１に記載のチェーンテンショナ。
3. 前記陽極酸化皮膜は、２０μｍ以上の平均皮膜厚さを有する請求項２に記載のチェーンテンショナ。
4. 前記アルミ合金は、ＪＩＳＨ５３０２に規定するアルミニウム合金ダイカスト３種またはアルミニウム合金ダイカスト１２種である請求項２または３に記載のチェーンテンショナ。
5. 前記隙間（２０）は、半径方向の幅が０．０１５〜０．０８０ｍｍの大きさに設定された円筒状の隙間である請求項１から４のいずれかに記載のチェーンテンショナ。
6. 前記硬質皮膜（２９）は、めっき皮膜である請求項１に記載のチェーンテンショナ。
7. 前記硬質皮膜（２９）は、２００ＨＶ以上の硬度をもつ皮膜である請求項１から６のいずれかに記載のチェーンテンショナ。

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