JP5285341B2

JP5285341B2 - テンショニング装置

Info

Publication number: JP5285341B2
Application number: JP2008170215A
Authority: JP
Inventors: 恂一和気; 邦彦三島
Original assignee: ボーグワーナーインコーポレーテッド
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2028-06-30
Also published as: WO2010002715A3; JP2010007813A; WO2010002715A2

Description

本発明は、チェーンに張力を発生させるためのテンショニング装置に関し、詳細には、チェーン伸びの増加とともにチェーンに対する押付力を増加させるための構造の改良に関する。

チェーンに張力を発生させるテンショニング装置として、例えば実開平６−４５１４１号公報の図１に示すように、チェーンが摺動するテンショナアームと、テンショナアームをチェーンの側に付勢するようにテンショナアームに押付力を作用させる油圧テンショナとからなるテンショニング装置が用いられている。油圧テンショナは、ハウジングと、ハウジング内にスライド自在に支持されたプランジャと、プランジャをハウジングから突出する側に付勢するバネと、ハウジング内部においてプランジャとハウジングとの間に形成されたチャンバとから構成されている。

運転時において、チェーンに弛みが生じると、バネの弾性反発力によりプランジャがチェーンに向かって突出し、このとき、チャンバ内にオイルが導入される。そして、チャンバ内の油圧およびバネの付勢力の合力によるプランジャからチェーンへの押付力が、チェーンからプランジャに作用する抗力と釣り合うと、プランジャの移動が停止する。

上記従来のテンショニング装置においては、プランジャの突出時には、バネが伸びることにより、バネの弾性変形量が減少しており、このため、バネによる付勢力が減少している。したがって、チェーンに弛みが生じたとき、プランジャからチェーンに作用する押付力は減少している。また、上記従来の装置では、テンショナアームの他に油圧テンショナを別個に設ける必要があり、装置全体が大型化している。
実開平６−４５１４１号公報（図１参照）

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、チェーン伸びの増加とともにチェーンに対する押付力を増加させることができる小型のテンショニング装置を提供する点にある。

請求項１の発明に係るテンショニング装置は、チェーンが摺動するチェーン摺動面を有し、固定壁に支持された支持端の回りを回動自在な自由端を有するとともに、自由端に開孔が形成されたテンショナアームと、自由端の開孔に回転自在に支持され、開孔の内周面との間で第１、第２のチャンバを形成する外周面を有するとともに、開孔の中心からオフセットされた位置に支軸取付孔を有するロータリーピストン部と、ロータリーピストン部の支軸取付孔に挿入されるとともに、テンショナアームの周囲の固定壁に取り付けられる支軸と、支軸の内部に形成されかつエンジンからの油圧が供給される第１のオイル供給通路、およびロータリーピストン部に形成されかつ第１のオイル供給通路に供給された油圧を第１のチャンバに導入するための第２のオイル供給通路とを備えている。第１のチャンバに油圧が導入されたとき、ロータリーピストン部が支軸の回りを回転することにより、テンショナアームの自由端が支持端の回りをチェーンの側に回動してチェーンに押付力が作用するようになっている。

請求項１の発明によれば、運転中にチェーンに弛みが生じたとき、第１のオイル供給通路から第２のオイル供給通路を通って、第１のチャンバに油圧が導入される。すると、ロータリーピストン部が支軸の回りを回転する。このとき、支軸が挿入された支軸取付孔が、テンショナアームの自由端の開孔の中心からオフセットされて（つまり偏芯して）設けられているので、ロータリーピストン部が支軸の回りを回動するにつれて、ロータリーピストン部がチェーンの側に突出し、これにより、テンショナアーム自由端の開孔を介してテンショナアーム自由端をチェーンの側に移動させる。その結果、テンショナアーム自由端のチェーン側への押込量が増加してチェーンに押付力が作用する。

この場合には、チェーンに作用する押付力が、バネの弾性反発力ではなく、第１のチャンバに作用する油圧に基づいており、また、ロータリーピストン部の回転につれて、ロータリーピストン部がテンショナアーム自由端の開孔に及ぼす力の作用線とボルト取付孔の中心との距離が徐々に短くなるため（図２Ａ、図２Ｂ参照）、支軸取付孔の中心の回りの力のモーメントの釣り合いから、ロータリーピストン部がテンショナアーム自由端の開孔に及ぼす力（したがってチェーンに及ぼす押付力）は、ロータリーピストン部の回転にともなって、ロータリーピストン部のチェーン側への押込量が増加するにつれて増加することになる。

しかも、この場合には、テンショナアームと別個に油圧テンショナを設けるのではなく、テンショナアーム自由端に開孔を形成して、当該開孔内にロータリーピストン部および第１、第２のチャンバを設けるようにしたので、装置全体を小型化できる。

請求項２の発明では、請求項１において、第１のオイル供給通路および第２のオイル供給通路の間には、第１のチャンバの側へのオイルの流れを許容しつつ逆方向へのオイルの流れを阻止するチェックバルブが設けられている。

この場合には、第１のチャンバへの油圧の導入時には、チェックバルブを通って第１、第２のオイル供給通路からオイルが導入される。また、チェーンの共振時などにおいて、チェーンから過大な押付力がテンショナアーム自由端に作用した場合には、第１のチャンバ内からのオイルの流出は、チェックバルブによって規制され、これにより、第１のチャンバの容積の急激な減少を防止して、テンショナアーム自由端の急激な後退を防止できる。

請求項３の発明では、請求項１において、テンショナアームの自由端における開孔の内周面には、ラチェット歯が形成され、ロータリーピストン部には、ラチェット歯と係合する側に付勢されたポールが設けられており、ラチェット歯およびポールにより構成されるラチェット機構により、テンショナアーム自由端のチェーンに向かう側への回動が許容されるとともにチェーンから離れる側への回動が規制されている。

この場合には、チェーンに弛みが生じてテンショナアーム自由端がチェーンに向かう際には、ラチェット機構が空転して、テンショナ自由端のチェーン側への回動が許容される。また、チェーンからの押付荷重によりテンショナアーム自由端が押し込まれる際には、ラチェット機構が噛み合って、テンショナ自由端のチェーンから離れる側への回動が規制され、これにより、第１のチャンバの容積の急激な減少を防止して、テンショナアーム自由端の急激な後退を防止できる。

請求項４の発明では、請求項１において、テンショナアームの支持端が、当該テンショナアームの周りの固定壁の上にスライド自在に支持されている。また、請求項５の発明では、請求項１において、テンショナアームの支持端に長孔が形成され、長孔を挿通するピンが固定壁に固定されている。

ロータリーピストン部が支軸の回りを回動した際に、ロータリーピストン部がテンショナアームの支持端に向かってまたは支持端から離れる側に若干量移動する結果、テンショナアームの支持端が若干量移動するが、この場合、請求項４の発明では、支持端が固定壁上をスライド自在に支持され、請求項５の発明では、固定壁に固定されたピンが支持端の長孔を挿通しており、これらの構成によって、テンショナアーム支持端の移動量を吸収できる。

請求項６の発明では、請求項１において、第２のチャンバが大気に開放されている。

この場合には、第１のチャンバに油圧が導入されたとき、第１のチャンバの容積が増大する結果、第２のチャンバの容積が減少して圧縮されるが、このとき、容積が減少したことによる余分なオイルは、第２のチャンバから大気中に排出される。

以上のように、本発明に係るテンショニング装置によれば、テンショナアームの自由端に開孔を形成して開孔内にロータリーピストン部を回転自在に設けるとともに、第１、第２のチャンバを形成し、開孔中心からオフセットされた位置においてロータリーピストン部に支軸取付孔を形成し、支軸を支軸挿入孔に挿入するとともに周囲の固定壁に取り付け、さらに、第１のチャンバに油圧を導入するための第１、第２のオイル供給通路を設けたので、チェーンの伸長時には、ロータリーピストン部がテンショナアーム自由端の開孔内を回転しつつ支軸の回りを回動することによって、ロータリーピストン部がチェーンの側に突出し、テンショナアーム自由端のチェーン側への押込量が増加する。

この場合には、チェーンに作用する押付力が、バネの弾性反発力ではなく、第１のチャンバに作用する油圧に基づいており、また、ロータリーピストン部の回転につれて、ロータリーピストン部がテンショナアーム自由端の開孔に及ぼす力の作用線と支軸取付孔の中心との距離が徐々に短くなるため、ロータリーピストン部がテンショナアーム自由端の開孔に及ぼす力（したがってチェーンに及ぼす押付力）は、ロータリーピストン部の回転にともなって、ロータリーピストン部のチェーン側への押込量が増加するにつれて増加することになる。

図１ないし図３は、本発明の一実施例によるテンショニング装置を説明するための図であって、図１は本実施例によるテンショニング装置を採用するタイミングチェーンシステムの正面概略図、図２Ａは図１のテンショナアームの自由端の拡大図、図２Ｂは図２Ａのテンショナアーム自由端がチェーン側に移動した状態を示す図、図３は図２ＡのIII-III線断面図である。

図１に示すように、このタイミングチェーンシステム１００は、エンジンのクランクシャフトに取り付けられるクランクスプロケット１０１と、カムシャフトに取り付けられるカムスプロケット１０２、１０３と、これらのスプロケット１０１、１０２、１０３に巻き掛けられたタイミングチェーン１０４とを備えている。なお、図中の矢印は、スプロケットの回転方向を示している。

タイミングチェーン１０４の弛み側スパンには、テンショニング装置１が設けられている。テンショニング装置１は、エンジンのシリンダブロックのような固定壁５０の上にスライド自在に支持された支持端２０と、支持端２０の回りを回動自在な自由端２１と、支持端２０および自由端２１の間に配設され、チェーン１０４が摺動するチェーン摺動面２ａとを有するテンショナアーム２を備えている。

図２Ａおよび図３に示すように、テンショナアーム２の自由端２１には、円形状の開孔２１ａが形成されている。開孔２１ａ内には、ロータリーピストン部４０が回転自在に支持されている。ロータリーピストン部４０は、開孔２１ａの内周面との間で第１、第２のチャンバ２２、２３を形成する外周面を有している。第１、第２のチャンバ２２、２３は、テンショナアーム２の開孔２１ａの縁部に植設された２本のピン３０、３１を介して互いに隔てられている。ロータリーピストン部４０の外周面は、ピン３０、３１の外周面に常時当接しており、ロータリーピストン部４０の回転時には、その外周面がピン３０、３１の外周面上を摺動する。

ロータリーピストン部４０は、開孔２１ａの中心Ｏからオフセットされた位置（中心Ｏ_ｂ参照）にボルト挿入孔（支軸取付孔）４０ａを有している。ボルト挿入孔４０ａには、取付ボルト（支軸）５が挿入されている。取付ボルト５のネジ部は、テンショナアーム２の周囲の固定壁（例えばシリンダブロック）５０にネジ止めされている。ロータリーピストン部４０は、取付ボルト５の回りを回動自在になっている。

取付ボルト５の内部には、エンジンからの油圧が供給される第１のオイル供給通路５ａが形成されている。第１のオイル供給通路５ａは、取付ボルト５の内部を軸方向に延びる通路とこれと直交する方向に延びる通路とから構成されている。ロータリーピストン部４０には、第１のオイル供給通路５ａに連通するオイル供給通路４０ｂが形成されている。ロータリーピストン部４０には、さらに、チェックバルブ４１を介してオイル供給通路４０ｂに連通する第２のオイル供給通路４０ｃが形成されている。第２のオイル供給通路４０ｃの終端は、第１のチャンバ２２に開口している。チェックバルブ４１は、ボールと、これを図３下方のバルブシート側に付勢するバルブスプリングとから構成されており、オイル供給通路４０ｂから第２のオイル供給通路４０ｃへのオイルの流れを許容しつつ、逆方向へのオイルの流れを阻止するように作用している。

テンショナアーム２の自由端２１には、ラチェット機構６が設けられている。このラチェット機構６は、開孔２１ａの内周面に形成された複数のラチェット歯６０と、ロータリーピストン部４０に設けられ、ラチェット歯６０と係合し得るポール６１とを備えている。ポール６１は、ピン６２の回りを回動自在に設けられており、図示しない付勢部材により、ラチェット歯６０の側に付勢されている。ラチェット機構６は、テンショナアーム２の自由端２１のチェーンに向かう側（図２Ａにおいてロータリーピストン部４０が時計回りに回転する向き）への回動を許容するとともにチェーンから離れる側（同図においてロータリーピストン部４０が反時計回りに回転する向き）への回動を規制するように構成されている。

テンショナアーム２の自由端２１の端面には、エンドキャップ７が装着されている（図２Ａでは省略）。エンドキャップ７は、取付ボルト５により、自由端２１の端面に固定されている。第２のチャンバ２３は、エンドキャップ７に形成された貫通孔６ａを介して大気に開放されている。

次に、本実施例の作用効果について説明する。
図１および図２Ａに示すように、タイミングチェーン１０４が摩耗により伸長する前の状態において、第１のチャンバ２２に供給された油圧により、ロータリーピストン部４０がピン３０を介してテンショナアーム２の自由端２１に作用させる押付力をＦ_２とし、押付力Ｆ_２の作用線と取付ボルト５の中心Ｏ_ｂとの距離をＬ_２とする。また、第１のチャンバ２２内に作用する油圧により、ロータリーピストン部４０を図２Ａ中の時計回りに回転させるモーメントをＭ_１とすると、ロータリーピストン部４０について取付ボルト５の中心Ｏ_ｂに関する力のモーメントの釣り合いにより、次式が成り立つ。
Ｍ_１＝−Ｆ_２・Ｌ_２
ここで、−Ｆ_２は、押付力Ｆ_２の反力であって、ロータリーピストン部４０に逆向きに作用する力である。
これをＦ_２について解いて、
Ｆ_２＝−Ｍ_１/Ｌ_２ …（１）

次に、タイミングチェーン１０４が摩耗により伸長すると、エンジンからの油圧が第１のオイル供給通路５ａ、オイル供給通路４０ｂ、チェックバルブ４１および第２のオイル供給通路４０ｃを介して、第１のチャンバ２２に供給される。

すると、ロータリーピストン部４０が取付ボルト５の回りを図２Ａ中の時計回りに回転して、第１のチャンバ２２の容積が増大し（図２Ｂ参照）、テンショナアーム２の自由端２１が支持端２０の回りを回動する。このとき、ロータリーピストン部４０はチェーンの側（図示右側）に突出して、テンショナアーム２の自由端２１のチェーン側への押込量が増加する。また、ロータリーピストン部４０の回転時には、ラチェット機構６は空転して、ロータリーピストン部４０の回転を許容する。なお、テンショナアーム２の自由端２１が支持端２０の回りを回動するとき、自由端２１が図１上下方向に若干量移動するが、この移動量は、支持端２０が固定壁５０の上をスライドすることによって吸収される。

図２Ｂに示す状態において、第１のチャンバ２２に供給される油圧により、ロータリーピストン部４０がピン３０を介してテンショナアーム２の自由端２１に作用させる押付力をＦ_２’とし、押付力Ｆ_２’の作用線と取付ボルト５の中心Ｏ_ｂとの距離をＬ_２’とする。また、第１のチャンバ２２内に作用する油圧により、ロータリーピストン部４０を図２Ａ中の時計回りに回転させるモーメントをＭ_１’とすると、ロータリーピストン部４０について取付ボルト５の中心Ｏ_ｂに関する力のモーメントの釣り合いにより、次式が成り立つ。
Ｍ_１’＝−Ｆ_２’・Ｌ_２’
ここで、−Ｆ_２’は、押付力Ｆ_２’の反力であって、ロータリーピストン部４０に逆向きに作用する力である。
これをＦ_２’について解いて、
Ｆ_２’＝−Ｍ_１’/Ｌ_２’＝−Ｍ_１/Ｌ_２’［∵ Ｍ_１＝Ｍ_１’］ …（２）
ここで、（１）、（２）式の右辺を比較すると、Ｌ_２’＜Ｌ_２であるから
Ｆ_２’＞Ｆ_２
となる。

このように、テンショナアーム２の自由端２１がチェーン側に及ぼす押付力は、ロータリーピストン部４０の回転にともなってテンショナアーム２の自由端２１のチェーン側への押込量が増加するにつれて、増加することになる。

ところで、チェーンが摩耗していない初期の運転状態においては、チェーンに対する押付力は大きくなくてもよく、大きすぎると却ってチェーンを摩耗させたり、テンショナアームのチェーン摺動面の摩耗が促進されたりする。

本実施例においては、上述したように、チェーンの摩耗時には、ロータリーピストン部が回転してチェーンの側に突出していくことでチェーンに対する押付力を増大させることができるので、チェーンが摩耗していない初期の運転時には、油圧テンショナの油圧を下げて、チェーンに対する押付力を小さくすることが可能である。これにより、初期の運転時にチェーンの摩耗を低減でき、エンジンの燃費を改善できる。

なお、前記実施例では、テンショナアーム２の支持端２０が固定壁５０の上にスライド自在に支持された例を示したが、本発明の適用はこれに限定されない。図４は本発明の他の実施例によるテンショニング装置の正面概略図であって、同図において前記実施例と同一符号は同一または相当部分を示している。

図４に示すように、テンショナアーム２の支持端２０には、長孔２０ａが形成されており、支持端２０は、長孔２０ａに挿入されたピン２５を介して、シリンダブロック等の固定壁に枢支されている。

この場合には、テンショナアーム２の自由端２１が支持端２０の回りを回動する際の自由端２１の上下移動を支持端２０の長孔２０ａによって吸収できる。

本発明の一実施例によるテンショニング装置を採用するタイミングチェーンシステムの正面概略図である。図１のテンショナアーム自由端の拡大図である。テンショナアーム自由端（図２Ａ）がチェーン側に移動した状態を示す図である。図２ＡのIII-III線断面図である。本発明の他の実施例によるテンショニング装置の正面概略図である。

符号の説明

１：テンショニング装置

２：テンショナアーム
２０：支持端
２１：自由端
２１ａ：開孔
２２：第１のチャンバ
２３：第２のチャンバ

５：取付ボルト
５ａ：第１のオイル供給通路

４０：ロータリーピストン部
４０ａ：ボルト取付孔
４０ｃ：第２のオイル供給通路

５０：固定壁

１０４：チェーン

Ｏ：開孔中心

Claims

テンショニング装置であって、
チェーンが摺動するチェーン摺動面を有し、固定壁に支持された支持端の回りを回動自在な自由端を有するとともに、前記自由端に開孔が形成されたテンショナアームと、
前記自由端の前記開孔に回転自在に支持され、前記開孔の内周面との間で第１、第２のチャンバを形成する外周面を有するとともに、前記開孔の中心からオフセットされた位置に支軸取付孔を有するロータリーピストン部と、
前記ロータリーピストン部の前記支軸取付孔に挿入されるとともに、前記テンショナアームの周囲の固定壁に取り付けられる支軸と、
前記支軸の内部に形成され、エンジンからの油圧が供給される第１のオイル供給通路と、前記ロータリーピストン部に形成され、前記第１のオイル供給通路に供給された油圧を前記第１のチャンバに導入するための第２のオイル供給通路とを備え、
前記第１のチャンバに油圧が導入されたとき、前記ロータリーピストン部が前記支軸の回りを回転することにより、前記テンショナアームの前記自由端が前記支持端の回りをチェーンの側に回動してチェーンに押付力が作用するようになっている、
ことを特徴とするテンショニング装置。
請求項１において、
前記第１のオイル供給通路および前記第２のオイル供給通路の間には、前記第１のチャンバの側へのオイルの流れを許容しつつ逆方向へのオイルの流れを阻止するチェックバルブが設けられている、
ことを特徴とするテンショニング装置。
請求項１において、
前記テンショナアームの前記自由端における前記開孔の前記内周面には、ラチェット歯が形成され、前記ロータリーピストン部には、前記ラチェット歯と係合する側に付勢されたポールが設けられており、前記ラチェット歯および前記ポールにより構成されるラチェット機構により、前記テンショナアームの前記自由端のチェーンに向かう側への回動が許容されるとともにチェーンから離れる側への回動が規制されている、
ことを特徴とするテンショニング装置。
請求項１において、
前記テンショナアームの前記支持端が、当該テンショナアームの周りの固定壁の上にスライド自在に支持されている、
ことを特徴とするテンショニング装置。
請求項１において、
前記テンショナアームの前記支持端には長孔が形成されており、前記固定壁には、前記長孔を挿通するピンが固定されている、
ことを特徴とするテンショニング装置。
請求項１において、
前記第２のチャンバが大気に開放されている、
ことを特徴とするテンショニング装置。