JP5173290B2 - チェーンテンショナ - Google Patents

Description

この発明は、自動車エンジンのカムシャフトを駆動するタイミングチェーンの張力保持に用いられるチェーンテンショナに関する。

自動車のエンジンは、一般に、クランクシャフトの回転を、エンジンカバー内のエンジンルームに収容されたタイミングチェーンを介してカムシャフトに伝達し、そのカムシャフトの回転により燃焼室のバルブの開閉を行なう。ここで、チェーンの張力を適正範囲に保つために、支点軸を中心として揺動可能に設けたチェーンガイドと、そのチェーンガイドをチェーンに押さえ付ける方向に付勢するチェーンテンショナとからなる張力調整装置が多く用いられる。

この張力調整装置に組み込まれるチェーンテンショナとして、有底筒状のシリンダ内にチェーン押圧用のプランジャを軸方向に摺動可能に挿入し、そのプランジャの移動により容積が変化するシリンダ内の圧力室内に作動油を溜め、圧力室の容積が拡大する方向にプランジャを付勢するスプリングを設け、シリンダ外部と圧力室を連通させる給油通路をシリンダに形成し、その給油通路に、シリンダ外部から圧力室内への作動油の流れのみを許容するチェックバルブを設けたものが知られている（特許文献１）。

このチェーンテンショナは、チェーンの張力が小さくなると、スプリングの付勢力によりプランジャが移動し、チェーンの弛みを吸収する。このとき、給油通路を通じて圧力室内に作動油が供給されるので、プランジャは速やかに移動し、チェーンの弛みを迅速に吸収する。

一方、チェーンの張力が大きくなると、チェーンの張力によってプランジャが移動し、チェーンの緊張を吸収する。このとき、チェックバルブが閉じ、プランジャとシリンダの摺動面間の絞り通路を通じて圧力室内からシリンダ外部に作動油をリークさせるので、プランジャはゆっくりと移動し、チェーンの張力を安定した状態に保つ。

また、上記のチェーンテンショナは、チェックバルブが、環状のバルブシートと、そのバルブシートと接離可能に設けたチェックボールと、そのチェックボールを保持する有底筒状のリテーナとで構成される。このリテーナは、リテーナの筒部に形成された開口を通じて作動油が出入り可能となっており、この開口は、リテーナの底部に対する筒部の曲げ位置に至って形成されている。また、このリテーナは、前記開口が打ち抜いて形成された円形のブランクを、絞り加工して形成している。
特開２００６−１７２１４号公報

ところで、このチェーンテンショナは、エンジン作動中、クランクシャフトの回転力の変動やカムシャフトの回転抵抗の変動がチェーンに伝達するので、圧力室の圧力が高周波で振動する。４気筒エンジンの場合、クランクシャフトが１回転するごとに２回の回転変動が生じるので、エンジンが６０００回転／分で回転しているとき、圧力室の圧力は２００Ｈｚの高周波で振動する。このように、圧力室の圧力が高周波で振動すると、チェックバルブのチェックボールがリテーナの底部に繰り返し衝突し、チェックボールが底部に衝突すると、底部に対する筒部の曲げ位置に応力が生じ、このとき、曲げ半径の大きい外側よりも、曲げ半径の小さい内側に大きい応力が生じる。

しかし、上記のチェーンテンショナのリテーナは、図９に示すように、リテーナ５１の筒部５１Ａに形成された開口５２が、リテーナ５１の外側から内側に向けて打ち抜いて形成されているので、その打ち抜き断面には、図１０に示すように、せん断面５３と、せん断面５３よりも粗い破断面５４とがあらわれる。この破断面５４は、せん断面５３よりも内側に位置するので、チェックボール（図示せず）が底部５１Ｂに衝突したとき、せん断面５３よりも大きい応力が生じる。そのため、このチェーンテンショナは、応力集中による亀裂が破断面５４に生じやすく、リテーナ５１が疲労破壊しやすかった。

この発明が解決しようとする課題は、チェックバルブのリテーナの耐久性を向上させ、チェーンテンショナの信頼性を確保することである。

上記の課題を解決するために、前記リテーナの開口を、リテーナの内側から外側に向けて打ち抜いて形成した。

また、前記リテーナは、前記開口が打ち抜いて形成された円形のブランクを、前記開口の打ち抜き断面の破断面がせん断面よりも外側となるように絞り加工して形成することができる。

また、前記リテーナを鋼製とし、そのリテーナに軟窒化処理、浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れを施すことができる。

さらに、前記リテーナの表面には、さらにショットピーニング処理を施すと好ましく、このショットピーニング処理は、リテーナの表面温度をＡ３変態点以上に上昇させるように行なうとより好ましい。このようなショットピーニング処理は、例えば、２０〜２００μｍのショットを前記リテーナの表面に向けて５０ｍ／分以上の速度で噴射して行なうことができる。

この発明のチェーンテンショナは、前記リテーナの開口を、リテーナの内側から外側に向けて打ち抜いて形成しているので、その打ち抜き断面には、せん断面よりも外側に破断面があらわれる。そのため、リテーナの底部にチェックボールが衝突したときに、破断面に生じる応力がせん断面に生じる応力よりも小さく、応力集中による亀裂が破断面に生じにくい。

また、前記リテーナが鋼製であり、そのリテーナに、軟窒化処理、浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れを施したものは、リテーナの表面硬度が高く、耐久性がより優れる。

また、前記リテーナの表面に、さらにショットピーニング処理を施したものは、リテーナの表面に残留圧縮応力が生じるので、リテーナの疲労強度がより高い。

また、前記リテーナの表面温度をＡ３変態点以上に上昇させるように前記ショットピーニング処理を行なったものは、リテーナの表面の残留オーステナイトのマルテンサイト化や、リテーナの表面組織の再結晶・微細化が行なわれるので、リテーナの疲労強度がより高い。

図１に、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導装置を示す。このチェーン伝導装置は、エンジンのクランクシャフト１に固定されたスプロケット２と、カムシャフト３に固定されたスプロケット４とがチェーン５を介して連結されており、そのチェーン５がクランクシャフト１の回転をカムシャフト３に伝達し、そのカムシャフト３の回転により燃焼室のバルブ（図示せず）の開閉を行なう。スプロケット２，４、チェーン５は、エンジンカバー６内のエンジンルームに収容されている。

また、エンジンルーム内には、支点軸７を中心として揺動可能に支持されたチェーンガイド８が設けられ、エンジンカバー６には、チェーンガイド８をチェーン５に押さえ付ける方向に付勢するチェーンテンショナ９が取り付けられている。

チェーンテンショナ９は、シリンダ１０がエンジンカバー６に形成されたテンショナ取り付け孔１１に挿入され、シリンダ１０の外周に一体に形成されたフランジ部１２がエンジンカバー６にボルト１３で固定されている。また、シリンダ１０の外周には、エンジンルームからの作動油の漏れを防止するＯリング１４が設けられている。

シリンダ１０は、図２に示すように、エンジンカバー６内に向けて開口する有底筒状に形成されており、シリンダ１０内には、チェーン押圧用のプランジャ１５が軸方向に摺動可能に挿入され、このプランジャ１５によりシリンダ１０内に圧力室１６が形成されている。

プランジャ１５とシリンダ１０の摺動面間には、圧力室１６とシリンダ１０の外部とを連通させるリーク隙間１７が形成されている。リーク隙間１７は微小であり、圧力室１６からシリンダ１０の外部に流れる作動油の流量を制限する。

プランジャ１５は、圧力室１６内に組み込まれたスプリング１８で圧力室１６の容積を拡大する方向に付勢されている。シリンダ１０には、シリンダ１０の外部から圧力室１６に連通する給油通路１９が形成され、圧力室１６内に作動油が溜められている。

給油通路１９の圧力室１６側の端部には、シリンダ１０の外部から圧力室１６内へのオイルの流れのみを許容するチェックバルブ２０が設けられている。チェックバルブ２０は、シリンダ１０の内周に圧入された環状のバルブシート２１と、バルブシート２１に接離可能に設けられたチェックボール２２と、チェックボール２２を保持するリテーナ２３とからなる。

リテーナ２３は、図３に示すように、筒部２３Ａと、筒部２３Ａの一端に形成された底部２３Ｂと、筒部２３Ａの他端に形成された外向きの鍔部２３Ｃとからなり、金属板を絞り加工して形成されている。筒部２３Ａには、リテーナ２３の内外を貫通する開口２４が形成され、その開口２４を通じて作動油がリテーナ２３を出入り可能となっている。また、開口２４は、鍔部２３Ｃの外周から筒部２３Ａを横切って底部２３Ｂに対する筒部２３Ａの曲げ位置に至って形成されている。

開口２４は、リテーナ２３の内側から外側に向けて打ち抜いて形成され、その打ち抜き断面には、図４に示すように、内側から外側に向けて順に、抜きだれ２５、せん断面２６、破断面２７があらわれている。抜きだれ２５は、打ち抜き時にパンチ（図示せず）が押し込まれて生じる材料の引けであり、せん断面２６は、パンチが材料を切断して生じる面であり、破断面２７は、材料が引きちぎられて生じる不規則な凹凸面である。このリテーナ２３は、開口２４が打ち抜いて形成された円形のブランクを、開口２４の打ち抜き断面の破断面２７がせん断面２６よりも外側となるように絞り加工して形成することができる。

プランジャ１５には、圧力室１６をエンジンルームに連通させる逃がし通路２８が形成され、逃がし通路２８の圧力室１６側の開口には、圧力室１６内の圧力が予め設定された圧力よりも大きくなったときに開くリリーフバルブ２９が設けられている。

また、シリンダ１０には、図２に示すように、プランジャ１５の外周を弾性的に締め付けるレジスタリング３０が組み込まれ、プランジャ１５の外周には、周方向に連続するリング係合溝３１が軸方向に間隔をおいて複数形成されている。レジスタリング３０は、リング係合溝３１と係合し、プランジャ１５を軸方向に移動させることにより拡径して、リング係合溝３１との係合を解除可能となっている。

リング係合溝３１は、プランジャ１５の軸線に沿った断面形状が非対称に形成されており、圧力室１６の容積が拡大する方向にプランジャ１５を押圧すると、レジスタリング３０が拡径してプランジャ１５の移動を許容するが、圧力室１６の容積が縮小する方向にプランジャ１５を押圧すると、レジスタリング３０がリング係合溝３１の内面を係止し、プランジャ１５の移動を禁止するように形成されている。

また、シリンダ１０には、圧力室１６からシリンダ１０の外周に至るねじ孔３２が形成され、ねじ孔３２には雄ねじ部品３３がねじ込まれている。また、シリンダ１０の外周とテンショナ取り付け孔１１の内周の間には、ねじ孔３２の位置からエンジンルームに至るエア抜き通路３４が形成されており、圧力室１６内に混入したエアが、ねじ孔３２の内周と雄ねじ部品３３の間の隙間、エア抜き通路３４を順に通ってエンジンルーム内に抜けるようになっている。

つぎに、このチェーンテンショナ９の動作例を説明する。

チェーン５の張力が小さくなると、プランジャ１５が、スプリング１８の付勢力によって圧力室１６の容積が拡大する方向に移動し、チェーン５の弛みを吸収する。このとき、給油通路１９を通じて圧力室１６内に作動油が供給されるので、プランジャ１５は速やかに移動し、チェーン５の弛みを迅速に吸収する。

また、チェーン５が伸びてきたときは、プランジャ１５は、レジスタリング３０をリング係合溝３１に係脱させて移動し、チェーン５の弛みを吸収する。

一方、チェーン５の張力が大きくなると、プランジャ１５が、チェーン５の張力によって圧力室１６の容積が縮小する方向に移動し、チェーン５の緊張を吸収する。このとき、チェックバルブ２０が閉じ、圧力室１６内の作動油をリーク隙間１７を通じてシリンダ１０の外部にリークさせるので、プランジャ１５はゆっくりと移動し、チェーン５の張力を安定した状態に保つ。

また、チェーン５の張力が急激に大きくなると、圧力室１６内の圧力が上昇してリリーフバルブ２９が開く。これにより、圧力室１６の作動油が逃がし通路２８を通ってエンジンルームに逃げ、プランジャ１５が速やかに移動し、チェーン５の張力が過大となるのを防止する。

このチェーンテンショナ９は、エンジン作動中、クランクシャフト１の回転力の変動やカムシャフト３の回転抵抗の変動がチェーン５に伝達するので、圧力室１６の圧力が高周波で振動する。そのため、チェックボール２２がリテーナ２３の底部２３Ｂに繰り返し衝突し、底部２３Ｂに対する筒部２３Ａの曲げ位置には、曲げ半径の大きい外側よりも曲げ半径の小さい内側に大きな応力が生じるが、このチェーンテンショナ９は、せん断面２６よりも外側に破断面２７があらわれる方向に開口２４を打ち抜いているので、破断面２７に生じる応力がせん断面２６に生じる応力よりも小さく、応力集中による亀裂が破断面２７に生じにくい。

リテーナ２３は、鋼製とし、そのリテーナ２３に、浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れを施すと好ましい。このようにすると、リテーナ２３の表面に浸炭層または浸炭窒化層が形成されるとともに、リテーナ２３を形成するオーステナイトがマルテンサイト化されるので、リテーナ２３の表面硬度が高くなり、耐久性を向上させることができる。リテーナ２３に軟窒化処理を施しても、耐久性を向上させることができる。

また、リテーナ２３の表面に、さらにショットピーニング処理を施すと、より好ましい。このようにすると、リテーナ２３の表面に残留圧縮応力が生じるので、リテーナ２３の疲労強度をより向上させることができる。このとき、ショットピーニング処理は、リテーナ２３の表面温度をＡ３変態点以上に上昇させるように行なうと、リテーナ２３の表面の残留オーステナイトがマルテンサイト化され、また、リテーナ２３の表面組織の再結晶・微細化が行なわれるので、リテーナ２３の疲労強度をより高めることができる。このようなショットピーニング処理は、例えば、２０〜２００μｍのショットをリテーナ２３の表面に向けて５０ｍ／分以上の速度で噴射して行なうことができる。

上記実施形態では、筒部２３Ａの開口２４を、鍔部２３Ｃの外周から底部２３Ｂに対する筒部２３Ａの曲げ位置に至るように形成し、これにより、リテーナ２３の絞り加工を容易化しているが、筒部２３Ａの開口２４は、底部２３Ｂに対する筒部２３Ａの曲げ位置から筒部２３Ａの中央で止まるように形成してもよい。要は、底部に対する筒部の曲げ位置に至って形成されていればよい。

この発明の実施例１のチェーンテンショナのリテーナと、比較例１のチェーンテンショナのリテーナとについて疲労試験を行なった。

各リテーナは、いずれも肉厚が０．５ｍｍである。また、実施例１のリテーナは、図３、図４に示すように、内側から外側に向けて打ち抜いて開口を形成しているのに対し、比較例１のリテーナは、図９、図１０に示すように、外側から内側に向けて打ち抜いて開口を形成している。

実施例１のリテーナと比較例１のリテーナについて、サンプルを２個ずつ用意し、各サンプルの底部に３０Ｎの荷重を２００Ｈｚの周波数で作用させ、リテーナの底部と筒部の間に疲労破壊を生じたときの負荷回数を測定した。その測定結果を図５に示す。

比較例１のリテーナは、図５に示すように、負荷回数が約０．６×１０^５回で疲労破壊を生じたのに対し、実施例１のリテーナは、負荷回数が約２×１０^５回で疲労破壊を生じた。これにより、実施例１のチェーンテンショナのリテーナは、比較例１のリテーナに比べて、耐久性が約３．３倍に向上していることが分かる。

この試験結果により、リテーナの開口を内側から外側に向けて打ち抜いて形成したものは、リテーナの開口を外側から内側に向けて打ち抜いて形成したものよりも、リテーナの耐久性が大きく優れていることを確認することができた。

次に、この発明の実施例２のチェーンテンショナのリテーナと、比較例２のチェーンテンショナのリテーナとについて疲労試験を行なった。

各リテーナは、いずれも肉厚が０．５ｍｍの鋼製であり、リテーナの開口を内側から外側に向けて打ち抜いて形成し、さらに、浸炭窒化焼入れを施している。その後、実施例２のリテーナは、図６、図７に示すように、リテーナの表面にショットピーニング処理を施しているのに対し、比較例２のリテーナは、ショットピーニング処理を施していない。

ここで、実施例２のリテーナのショットピーニング処理は、５０μｍのショットを前記リテーナの表面に向けて５０ｍ／分の速度で噴射して行ない、このショットピーニング処理により、リテーナの表面は、Ａ３変態点以上の温度領域での急熱、急冷が繰り返される。

実施例２のリテーナと比較例２のリテーナについて、サンプルを２個ずつ用意し、各サンプルの底部に３０Ｎの荷重を２００Ｈｚの周波数で作用させ、リテーナの底部と筒部の間に疲労破壊を生じたときの負荷回数を測定した。その測定結果を図８に示す。

比較例２のリテーナは、図８に示すように、負荷回数が約１．２×１０^５回で疲労破壊を生じたのに対し、実施例２のリテーナは、負荷回数が約１．３×１０^５回で疲労破壊を生じた。これにより、実施例２のチェーンテンショナのリテーナは、比較例２のリテーナに比べて、耐久性が約１０％向上していることが分かる。

この試験結果により、前記リテーナの表面に、前記リテーナの表面温度をＡ３変態点以上に上昇させるショットピーニング処理を施したものは、ショットピーニング処理を施していないものよりも、リテーナの耐久性が優れていることを確認することができた。

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導装置を示す正面図 図１に示すチェーンテンショナの拡大断面図 図２に示すチェックバルブのリテーナの拡大図 図３のIV−IV線に沿った拡大断面図 実施例１のチェーンテンショナのリテーナと、比較例１のチェーンテンショナのリテーナとについて行なった疲労試験の結果を示す図 実施例２のチェックバルブのリテーナの拡大図 図６のVII−VII線に沿った拡大断面図 実施例２のチェーンテンショナのリテーナと、比較例２のチェーンテンショナのリテーナとについて行なった疲労試験の結果を示す図 従来品のチェックバルブのリテーナの拡大図 図９のX−X線に沿った拡大断面図

符号の説明

９ チェーンテンショナ
１０ シリンダ
１５ プランジャ
１６ 圧力室
１７ リーク隙間
１８ スプリング
１９ 給油通路
２０ チェックバルブ
２１ バルブシート
２２ チェックボール
２３ リテーナ
２３Ａ 筒部
２３Ｂ 底部

Claims (5)

1. 有底筒状のシリンダ（１０）内にチェーン押圧用のプランジャ（１５）を軸方向に摺動可能に挿入し、そのプランジャ（１５）の移動により容積が変化する前記シリンダ（１０）内の圧力室（１６）内に作動油を溜め、前記プランジャ（１５）と前記シリンダ（１０）の摺動面間に前記圧力室（１６）とシリンダ（１０）外部を連通させる絞り通路（１７）を設け、前記圧力室（１６）の容積が拡大する方向に前記プランジャ（１５）を付勢するスプリング（１８）を設け、シリンダ（１０）外部と前記圧力室（１６）を連通させる給油通路（１９）を前記シリンダ（１０）に形成し、その給油通路（１９）に、シリンダ（１０）外部から前記圧力室（１６）内への作動油の流れのみを許容するチェックバルブ（２０）を設け、そのチェックバルブ（２０）を、環状のバルブシート（２１）と、そのバルブシート（２１）と接離可能に設けたチェックボール（２２）と、絞り加工によって形成した有底筒状のリテーナ（２３）とで構成し、そのリテーナ（２３）で前記チェックボール（２２）を保持し、前記リテーナ（２３）の筒部（２３Ａ）に形成された開口（２４）を通じて作動油がリテーナ（２３）を出入り可能とし、その開口（２４）が、前記リテーナ（２３）の底部（２３Ｂ）に対する筒部（２３Ａ）の曲げ位置に至って形成されているチェーンテンショナにおいて、
   前記リテーナ（２３）の開口（２４）が、リテーナ（２３）の内側から外側に向けて打ち抜いて形成され、２００Ｈｚの周波数で前記リテーナ（２３）の底部（２３Ｂ）に３０Ｎの荷重を負荷したときにリテーナ（２３）の底部（２３Ｂ）と筒部（２３Ａ）の間に疲労破壊を生じる負荷回数が２×１０^５回よりも大きく、
   前記リテーナ（２３）は、前記開口（２４）が打ち抜いて形成された円形のブランクを、前記開口（２４）の打ち抜き断面の破断面（２７）がせん断面（２６）よりも外側となるように絞り加工して形成され、
   前記開口（２４）の打ち抜き断面には、せん断面（２６）とせん断面（２６）よりも粗い破断面（２７）とが、破断面（２７）を外側にしてあらわれていることを特徴とするチェーンテンショナ。
2. 前記リテーナ（２３）が鋼製であり、そのリテーナ（２３）に、軟窒化処理、浸炭焼入れ、または浸炭窒化焼入れを施した請求項１に記載のチェーンテンショナ。
3. 前記リテーナ（２３）の表面に、さらにショットピーニング処理を施した請求項２に記載のチェーンテンショナ。
4. 前記リテーナ（２３）の表面温度をＡ３変態点以上に上昇させるように前記ショットピーニング処理を行なった請求項３に記載のチェーンテンショナ。
5. 前記ショットピーニング処理が、２０〜２００μｍのショットを前記リテーナ（２３）の表面に向けて５０ｍ／分以上の速度で噴射する処理である請求項４に記載のチェーンテンショナ。

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