JP5706261B2 - カム軸駆動用のチェーン伝動装置 - Google Patents

Description

この発明は、カム軸駆動用のチェーン伝動装置に関する。

クランク軸に取付けた駆動スプロケットとカム軸に取付けた従動スプロケット間にタイミングチェーンを掛け渡したカム軸駆動用のチェーン伝動装置においては、タイミングチェーンの弛み側チェーンの一側方に揺動可能なチェーンガイドを設け、そのチェーンガイドの揺動側端部にチェーンテンショナの調整力を負荷してタイミングチェーンを緊張させ、チェーンの緩みやバタツキを防ぐようにしている。

また、タイミングチェーンの張り側チェーンにチェーンガイドを設けて固定の配置とし、その固定のチェーンガイドによりタイミングチェーンの移動を案内してチェーンのバタつきを抑制するようにしている。

ここで、タイミングチェーンの張力調整用や移動案内用のチェーンガイドとして、タイミングチェーンを滑り接触によって面案内する形式のものが知られているが、タイミングチェーンの移動抵抗が大きく、伝達トルクロスが多いという問題がある。

そのような問題点を解決するため、特許文献１においては、タイミングチェーンの移動方向に長く延びるガイドベースによって曲線状に配置された複数のローラ軸の両端部を支持し、その複数のローラ軸のそれぞれによってころ軸受からなるローラを回転自在に支持し、その複数のローラによりタイミングチェーンを移動自在に支持するようにしたチェーンガイドを提案している。

上記のチェーンガイドにおいては、タイミングチェーンの案内が複数のローラの転がりによる案内であるため、タイミングチェーンの移動抵抗が小さく、伝達トルクロスが少ないという特徴を有している。

国際公開２０１０／０９０１３９号

ところで、上記特許文献１に記載されたカム軸駆動用のチェーン伝動装置においては、駆動スプロケットとチェーンの移動を案内するローラの相対的な大きさの関係について何も言及されていない。ここで、駆動スプロケットのピッチ円直径とチェーンの移動を案内するローラの外径の比が大きくなり過ぎると、エンジンの高速回転時に、ローラが高速回転してローラ軸との間で潤滑不良が生じる。また、駆動スプロケットのピッチ円直径とローラの外径の比が小さくなると、ローラが重くなり、ローラ外径の大径化によってエンジンレイアウトが困難になる。

この発明の課題は、カム軸駆動用チェーン伝動装置に設けられたチェーン案内用ローラの潤滑不良を防止すること、および、エンジンレイアウトの容易化を図ることである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、クランク軸に取付けられた駆動スプロケットとカム軸に取付けられた従動スプロケット間にタイミングチェーンを掛け渡し、そのタイミングチェーンの弛み側チェーンの一側部に、タイミングチェーンの移動を案内する複数の回転可能なローラをタイミングチェーンの移動方向に間隔をおいて保持する揺動可能なチェーンガイドを設け、そのチェーンガイドの揺動側端部にチェーンテンショナの調整力を負荷して前記ローラをタイミングチェーンに押し付けるようにしたカム軸駆動用のチェーン伝動装置において、前記駆動スプロケットのピッチ円直径Ｄ_１に対する前記ローラの外径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）を５／３〜５／１の範囲とした構成を採用したのである。

ここで、エンジンにおけるクランク軸の回転数は、一般的に、最大で８０００ｒｐｍ程度であり、そのクランク軸に取付けられる駆動スプロケットのピッチ円直径Ｄ_１とローラの外径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）を、上記構成のように、５／１以下とすることによって、ローラの回転数は、４００００ｒｐｍを超えることがなくなり、ローラが潤滑不良になるというようなことはない。

また、クランク軸上に設けられる駆動スプロケットは、普通、そのピッチ円直径φが４０〜５０ｍｍ程度であり、駆動スプロケットのピッチ円直径Ｄ_１に対するローラの外径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）を５／３以上とすることによって、ローラの外径φは３０．０ｍｍを超える大きさとはならず、軽量で取り扱いの容易な小径のローラを採用することができ、エンジンレイアウトの容易化を図ることができる。

上記の構成からなるカム軸駆動用のチェーン伝動装置において、タイミングチェーンの張り側チェーンの一側方に、前述の揺動可能なチェーンガイドと同一の構成からなる固定配置のチェーンガイドを設けることによってタイミングチェーンのバタつきを効果的に抑制することができる。

ローラとして、外輪およびその内側に組み込まれた複数のころを有する針状ころ軸受や円筒ころ軸受を採用することにより、タイミングチェーンとの接触によってローラを円滑に回転させることができ、タイミングチェーンの移動抵抗を大幅に低減させることができる。

この発明においては、上記のように、駆動スプロケットのピッチ円直径Ｄ_１に対する前記ローラの外径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）を５／３〜５／１の範囲としたことにより、エンジンの高速回転によってローラが潤滑不良となるのを防止することができる。また、ローラが必要以上に大径化せず、エンジンレイアウトの容易化を図ることができる。

この発明に係るチェーン伝動装置の実施の形態を示す概略図 この発明に係るチェーンガイドの斜視図 図２の縦断面図 図３の右側面図 図３のV−V線に沿った断面図 図５に示すローラの断面図 ガイドベースの一部とローラとを示す分解正面図 駆動スプロケットとローラの大きさの関係を説明するための概略図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、カム軸駆動用のチェーン伝動装置を示し、クランク軸１の軸端部に取付けられた駆動スプロケット２と２本のカム軸３のそれぞれ軸端部に取付けられた従動スプロケット４間にはタイミングチェーン５が掛け渡されている。

タイミングチェーン５はローラチェーンであっても、サイレントチェーンであってもよい。

クランク軸１は、図１の矢印で示す方向に回転する。そのクランク軸１の回転により、タイミングチェーン５が同図の矢印で示す方向に移動し、駆動スプロケット２から同図の左側に位置する一方の従動スプロケット４に至る部分が弛み側とされ、他方の従動スプロケット４から駆動スプロケット２に至る部分が張り側とされ、上記弛み側チェーン５ａの一側部にチェーンガイドＡ_１が設けられている。

チェーンガイドＡ_１は、タイミングチェーン５の移動方向に長く延び、その上端部がエンジンブロックから突設する支点軸１４により支持されて、その支点軸１４を中心に揺動可能とされ、下側の揺動側端部には、チェーンテンショナ１５の調整力が負荷されて弛み側チェーン５ａに向けて押圧されている。

タイミングチェーン５における張り側チェーン５ｂの他側部にはチェーンガイドＡ_２が設けられている。このチェーンガイドＡ_２は、揺動可能なチェーンガイドＡ_１と同様に、タイミングチェーン５の移動方向に長く延び、その両端部がエンジンブロックにねじ込まれるボルト１６の締め付けにより固定されて、タイミングチェーン５の移動を案内するようになっている。

ここで、揺動可能なチェーンガイドＡ_１と固定のチェーンガイドＡ_２とは、同一の構成とされ、揺動可能なチェーンガイドＡ_１が一端部に軸挿入用の挿入孔が形成されているのに対し、固定のチェーンガイドＡ_２が両端部にボルト挿入用の挿入孔が形成されている点でのみ相違している。

そのため、ここでは、揺動可能なチェーンガイドＡ_１の構成について以下に説明し、固定配置のチェーンガイドＡ_２については同一の部分に同一の符号を付して説明を省略する。

図２乃至図４に示すように、チェーンガイドＡ_１は、タイミングチェーン５の移動方向に長く延びるガイドベース２１と、そのガイドベース２１の長さ方向に間隔をおいて設けられた複数のローラ軸３１と、その複数のローラ軸３１のそれぞれに回転自在に支持されたチェーン案内用の複数のローラ４１とからなっている。

ガイドベース２１は、対向一対の側板部２２間に複数の間隔保持板２３を長さ方向に間隔をおいて形成した構成とされている。一対の側板部２２は弓形状をなし、その上端部に支点軸１４が挿入される挿入孔２４が形成されている。

また、一対の側板部２２の対向内面には、ローラ軸３１の軸端部を支持する複数の軸受凹部２５が側板部２２の長さ方向に間隔をおいて形成されている。

図７に示すように、軸受凹部２５は、側板部２２のタイミングチェーン５と対向する外側面部から側板部２２の幅方向に向き、上記外側面部での開口端が広幅とされたテーパ溝部２５ａと、そのテーパ溝部２５ａの狭小端に連通する軸支持部としての円形凹部２５ｂとからなっている。ローラ軸３１は、テーパ溝部２５ａから円形凹部２５ｂに嵌合され、その円形凹部２５ｂで支持される。

ここで、テーパ溝部２５ａの狭小部の幅寸法をＤ_１１、円形凹部２５ｂの内径をＤ_１２、ローラ軸３１の外径をｄ_１０とすると、ｄ_１０＞Ｄ_１２＞Ｄ_１１の関係が成り立つ寸法関係とされており、ローラ軸３１は、テーパ溝部２５ａから円形凹部２５ｂに押し込まれて、その円形凹部２５ｂに締め代をもつ嵌め合い支持とされる。

複数の軸受凹部２５は、その円形凹部２５ｂの中心を結ぶ線が凸形の円弧状線を描く円弧状の配置とされているが、曲線状の配置とされていてもよい。

上記の構成からなるガイドベース２１は、合成樹脂の成形品とされている。合成樹脂として耐油性、耐候性および強度的に優れた樹脂を用いるのが好ましい。そのような樹脂として、ポリアミド４６（ＰＡ４６）やポリアミド６６（ＰＡ６６）を挙げることができる。機械的強度をさらに向上させるために、それらの樹脂に強化ガラス繊維を混入するのが好ましい。

なお、ガイドベース２１は、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属を用いて鋳造し、あるいは、ダイカスト成形してもよい。

複数のローラ軸３１は、複数の軸受凹部２５のそれぞれに嵌合されている。ローラ軸３１は、ＳＵＪ２やＳＣ材を素材としている。このローラ軸３１は、耐摩耗性を向上させるため、熱処理されて硬度が高められている。熱処理として、ここでは、光輝焼入れを採用しているが、高周波焼入れしてもよく、浸炭焼入れしてもよい。あるいは、浸炭窒化焼入れしてもよい。

複数のローラ４１は、複数のローラ軸３１のそれぞれによって回転自在に支持されている。図６に示すように、ローラ４１として、ここでは、針状ころ軸受が採用されている。針状ころ軸受４１は、外輪４２と、その内側に組み込まれた複数のころ４３と、そのころ４３を保持する保持器４４とからなる。

外輪４２は、ＳＰＣやＳＣＭ等の金属板を絞り成形したシェル形であり、熱処理によって硬度が高められている。このとき、絞り成形の容易化を図るため、成形用素材としての金属板は、薄肉厚のものが好ましい。しかし、薄手の金属板を採用した場合、熱処理により円筒度が低下して、タイミングチェーン５の案内時に、そのタイミングチェーン５との接触によって異音が生じる。

そのような不都合を解消するため、実施の形態では、厚さが１ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚手の金属板を絞り成形するようにしている。

また、シェル形外輪４２の両端部には、保持器４４を抜止めする内向き鍔４６が形成されている。この内向き鍔４６は、針状ころ軸受４１の組立ての容易化を図るため、針状ころ４３を保持する保持器４４の組込み後において曲げ成形される。

図８に示すように、駆動スプロケット２のピッチ円直径をＤ_１、ローラ４１の外径をＤ_２としたとき、駆動スプロケット２のピッチ円直径Ｄ_１に対するローラの外径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）は、５／３〜５／１の範囲とされている。

一般的に、駆動スプロケット２は、そのピッチ円直径が４０〜５０ｍｍ程度である。このため、実施の形態では、外径が８〜３０ｍｍ程度のローラ４１を採用するようにしている。

なお、針状ころ軸受の外輪４２は削り出しによって形成されたものであってもよい。このような針状ころ軸受に代えて円筒ころ軸受を採用するようにしてもよい。また、針状ころ軸受や円筒ころ軸受は、保持器のない総ころタイプのものであってもよい。

実施の形態で示すチェーン伝動装置は上記の構造からなり、駆動スプロケット２と従動スプロケット４間に掛け渡されたタイミングチェーン５の移動によってクランク軸１の回転をカム軸３に伝達するトルク伝達状態において、負荷の変動によりタイミングチェーン５の張力が変化すると、チェーンテンショナ１５が作動して、その張力変化を吸収する。このため、タイミングチェーン５のバタツキを抑制することができる。

クランク軸１の回転をカム軸３に伝達するトルク伝達時、揺動可能なチェーンガイドＡ_１および固定のチェーンガイドＡ_２のそれぞれのころ軸受からなるローラ４１は高速移動するタイミングチェーン５との接触により回転し、タイミングチェーン５は転がり案内される。

このように、タイミングチェーン５はローラ４１の転がりによって案内されるため、タイミングチェーン５の移動抵抗が小さく、タイミングチェーン５はスムーズに移動し、ロスなくトルク伝達されることになる。

タイミングチェーン５の移動によるカム軸３への回転トルクの伝達において、駆動スプロケット２のピッチ円直径Ｄ_１とタイミングチェーン５の移動を案内するローラ４１の外径Ｄ_２の比が大きくなり過ぎると、最大で８０００ｒｐｍ程度とされるエンジンの高速回転時、ローラ４１が高速回転して、外輪４２ところ４３との接触部、あるいは、ころ４３とローラ軸３１との接触部で潤滑不良が生じる。

また、駆動スプロケット２のピッチ円直径Ｄ_１とローラ４１の外径Ｄ_２の比が小さくなると、ローラ４１の外径が大きくなって重くなり、その外径の大径化によってエンジンレイアウトが困難になる。

実施の形態においては、クランク軸１に取付けられる駆動スプロケット２のピッチ円直径Ｄ_１とローラ４１の外径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）を５／１以下としているため、ローラ４１の回転数は、４００００ｒｐｍを超えることがない。このため、ころ４３の接触部で潤滑不良が生じるというようなことはない。

また、クランク軸１上に設けられる駆動スプロケット２は、普通、そのピッチ円直径φが４０〜５０ｍｍ程度であり、駆動スプロケット２のピッチ円直径Ｄ_１に対するローラの外径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）を５／３以上としているため、ローラ４１の外径φは３０．０ｍｍを超える大きさとはならない。このため、軽量で取り扱いの容易な小径のローラを採用することができ、エンジンレイアウトの容易化を図ることができる。

Ａ_１ チェーンガイド
Ａ_２ チェーンガイド
１ クランク軸
２ 駆動スプロケット
３ カム軸
４ 従動スプロケット
５ タイミングチェーン（チェーン）
３１ ローラ軸
４１ ローラ（針状ころ軸受）
４２ 外輪
４３ 針状ころ

Claims (2)

1. クランク軸に取付けられた駆動スプロケットとカム軸に取付けられた従動スプロケット間にタイミングチェーンを掛け渡し、そのタイミングチェーンの弛み側チェーンの一側部に、タイミングチェーンの移動を案内する複数の回転可能なローラをタイミングチェーンの移動方向に間隔をおいて保持する揺動可能なチェーンガイドを設け、そのチェーンガイドの揺動側端部にチェーンテンショナの調整力を負荷して前記ローラをタイミングチェーンに押し付けるようにしたカム軸駆動用のチェーン伝動装置において、
   前記駆動スプロケットのピッチ円直径Ｄ_１に対する前記ローラの外径Ｄ_２の比（Ｄ_１／Ｄ_２）を５／３〜５／１の範囲とし、
   前記ローラは、厚さが１ｍｍ〜３ｍｍの厚手の金属板を絞り成形して形成されるとともに両端部に内向き鍔を有するシェル形外輪と、その外輪の内側に組み込まれた複数のころと、そのころを保持する保持器とからなるころ軸受であり、
   前記シェル形外輪が、前記タイミングチェーンに直接接触して案内することを特徴とするカム軸駆動用のチェーン伝動装置。
2. 前記タイミングチェーンの張り側チェーンの一側方に、前記チェーンガイドと同一の構成からなる固定配置のチェーンガイドを設けた請求項１に記載のカム軸駆動用のチェーン伝動装置。

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