JP2004324884A - チェーンとともに使用される装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２要素からなる一体的な装置において、各要素の熱変形を吸収して内部応力の発生を防止する。
【解決手段】 第１、第２の端部１５，１７およびこれらの間に配設された頂上面１４を有する構造部材１２と、第１、第２の面２２，２４を有する摩耗部材２０とを設ける。構造部材１２の第２の端部１７は第１の端部１５よりも高強度を有している。摩耗部材２０の第１の面２２は、チェーンと係合するように設けられている。摩耗部材２０の第２の面２４は、構造部材１２の頂上面１４との間で相対移動を許容するクリアランス４０，５０を介して、構造部材１２の頂上面１４と物理的に結合している。摩耗部材２０の第２の面２４は、構造部材１２の側に突出する連結部２６を有しており、構造部材１２の頂上面１４は、連結部２６を受け入れるように設けられた開孔３０を有している。
【選択図】 図３Ｂ

Description

本発明は、チェーンとともに使用されるチェーンテンショナアームまたはチェーンガイドの分野に関する。さらに詳細には、本発明は、２要素からなる一体的なチェーンテンショナアームまたはチェーンガイドに関する。

内燃機関においてチェーンテンショナアームおよびチェーンガイドを使用することが知られている。一つまたはそれ以上のオーバヘッドカムシャフトを備えた典型的なエンジンにおいては、カムシャフトからクランクシャフトまでの距離が増加しているので、チェーン張力が許容範囲内に維持されることを保証するようにガイド部材およびテンショニング部材をタイミングチェーンシステムに導入することが必要である。

これらのガイド部材およびテンショニング部材は、走行するチェーンと常時接触しているので、耐摩耗性および摩擦特性を有している必要がある。これらの部材は、接触面の劣化やタイミングドライブシステムの性能低下を生じさせてはならない。

また、チェーンとチェーンガイドまたはテンショナアームとの間にかなりの大きさの力が作用する場合もあるので、チェーンガイドおよびテンショナアームは、これらの力に耐え得るようにかなりの構造的強度を有している必要がある。

接触部材の材料としては、典型的には、優れた摩擦特性、摩耗特性および温度特性を有する６/６ナイロンを使用することが一つの解決法である。しかしながら、この材料による形態は、チェーンからガイドシステム部材に伝達される力、またはテンショナアームからチェーンに作用する力を扱うのに構造的な一体性を有していない。

こうした問題の一般的な解決は、ナイロンとの接触面を支持するために、鋳鉄やダイキャストアルミニウム、鋼の打抜き材のような金属、またはガラス入りナイロンのようなＦＲＰ（繊維強化プラスチック）構造部材を用いることである。このような方法は、構造体または摩耗面を最終部品に組み立てる必要性を生じさせる。

また、この方法では、構成要素を完全に仕上げた後に型に入れて、構成要素の上面に接触面を生成する必要がある。いずれにしても、材料の非類似性は、組立工程および構成材料の異なる熱膨張特性により、解決するのが困難ないくつかの独特な問題に帰着する。また、一体化されていない構成要素の組立コストは、相対的に高い。

組立ての問題に関しては、結合させる部材同士の公差が注意深く考慮されなければならないばかりでなく、結合面の構造的な一体性が室温下およびエンジン運転時の昇温下の双方において維持されなければならない。

また、結合される部材の材料が類似していないために、それぞれの膨張特性および収縮特性が異なっている。そして、双方の部材が相互に拘束されているために、大きな内部応力が発生し得る。あるいは、一方の部材が他方の部材よりも大きく膨張または収縮したときに、部材間の界面が物理的に変化し得る。

米国特許第 4,832,664号は、内燃機関のたとえばドライブカムシャフトまたは補機などに適用されるチェーンのガイドおよび張力付与のためのガイドレールおよびその製造方法について教示している。

重量および製造上の理由により、ガイドレールは、プラスチック材料から構成されており、スライドライニング本体およびキャリアを有している。キャリアおよびスライドライニング本体は、製造後、一つまたはいくつかの蟻溝結合により相互に結合されている。

しかしながら、上記ガイドレールおよびその製造方法は、異なる二つの成形工程を必要とする。この方法では、第１の成形工程の後に、金型からキャリア部品を取り除く必要がある。次に、別の成形工程において、スライドライニング本体がキャリアの上に成形される。

このように、異なる二つの成形工程を有することは、以下のような欠点を有している。第１に、各部材を成形するために異なる二つの成形装置が必要になる点であり、あるいは、少なくとも、第１の成形工程の後に金型から第１の成形品を取り除く必要が生じる点である。第２に、テンショナアームまたはガイドを製作するためのコストおよびスペースが増加する点である。

したがって、第１の成形工程の後に金型から部品を取り除くことなく最終製品を製造することができる特殊な金型を用いた同一の基本成形装置を使用して、二つの成形工程を一つにする必要性が存在している。
米国特許第4,832,664号明細書

本発明が解決しようとする課題は、２要素から一体的に構成される装置（チェーンテンショナアームまたはチェーンガイド）において、各要素の熱膨張および熱収縮といった熱変形を吸収でき、内部応力の発生を防止できるようにする点にある。また本発明は、このような装置を単一の成形工程で成形できるようにする点にある。

請求項１の発明に係る装置は、第１、第２の端部およびこれらの間に配設された頂上面を有する構造部材と、第１および第２の面を有する摩耗部材とを備えている。構造部材の第２の端部は第１の端部よりも高強度を有しており、頂上面は所定の厚みを有している。
摩耗部材の第１の面は、チェーンと係合するように設けられている。摩耗部材の第２の面は、構造部材の頂上面との間で相対移動を許容するクリアランスを介して構造部材の頂上面と物理的に結合している。摩耗部材の第２の面は、構造部材の側に突出する連結部を有しており、構造部材の頂上面は、連結部を受け入れるように設けられた開孔を有している。構造部材および摩耗部材間の相対移動を許容するように、開孔の内径が連結部の外径よりも大きく形成されている。

請求項２の発明では、請求項１において、前記装置が枢支チェーンテンショナであって、前記構造部材が枢支部を有している。

請求項３の発明では、請求項１において、前記装置がチェーンガイドである。

請求項４の発明では、請求項１において、前記第１の端部が断面Ｕ字状に形成されている。

請求項５の発明では、請求項１において、前記第２の端部が断面Ｉ字状に形成されている。

請求項６の発明では、請求項１において、前記構造部材が、前記摩耗部材よりも高密度の材料から構成されている。

請求項７の発明では、請求項１において、前記摩耗部材がポリマー材料から構成されている。

請求項８の発明では、請求項１において、前記構造部材がポリマー材料から構成されている。

請求項９の発明に係る装置の製造方法は、以下の工程から構成されている。すなわち
ｉ）単一の成形装置を提供すること。
ii) 第１の端部と、これよりも高強度の第２の端部と、第１および第２の端部の間に配設され、所定の厚みを有する頂上面とを備えた構造部材を提供すること。
iii)チェーンと係合するように設けられた第１の面と、構造部材の頂上面との間で相対移動を許容するクリアランスを介して頂上面と物理的に結合している第２の面とを有する摩耗部材を提供すること。
iv) 成形装置を用いて、単一の成形サイクル内で、構造部材および摩耗部材を成形すること。
v) 単一の成形サイクル内で、構造部材および摩耗部材を結合させること。

請求項１０の発明では、請求項９において、前記摩耗部材の前記第２の面から突出する連結部が前記構造部材の前記頂上面の開孔内に延びることにより、前記結合工程が行われている。

請求項１１の発明では、請求項９において、前記構造部材および前記摩耗部材が異なるポリマー材料から構成されており、前記製造方法が射出成形法により行われている。

本発明の一つの特徴部分は、金型から成形部品を取り除くことなく最終製品を製造できる同一の基本成形装置により成形できる融和性材料を用いた２要素成形工程により、テンショニング部材およびガイド部材を製造することである。

本発明の他の特徴部分は、製造コストおよびスペースを最小限に抑えつつ、十分な構造的一体性を提供するテンショニング部材およびガイド部材を製造することである。

本発明のさらに他の特徴部分は、添加材混入部材および非混入部材間の異なる熱膨張を扱うことにより、ひずみ（つまりクリープ）や構造的破損を生じさせる内部応力が含まれないようにする手段を提供することである。

チェーンとともに使用される本装置は、第１および第２の端部を有する構造部材を備えている。第２の端部は、第１の端部よりも構造的に高強度を有している。構造部材は、さらに、第１および第２の端部間に延びる頂上面を有している。頂上面は所定の厚みを有している。

また、本装置は、第１および第２の面を有する摩耗部材を備えている。第１の面は、チェーンと当接するように配置されており、第２の面は、頂上面および第２の面の間の相対移動を許容するクリアランスを介して頂上面に物理的に接合されている。

さらに、本装置において、連結要素は第２の面から突出しており、開孔の組を完全に挿通して延びる部分を有している。また本装置は、構造部材と摩耗部材との間の相対移動を許容するように連結要素よりも大径の開孔の組を有している。

本装置の製造方法は、単一の成形装置を提供することと、第１および第２の端部を有する構造部材を提供することとを備えている。第２の端部は、第１の端部よりも構造的に高強度を有している。構造部材は、第１および第２の端部間に延びる頂上面をさらに有している。頂上面は所定の厚みを有している。

また、本製造方法は、第１および第２の面を有する摩耗部材を提供することを備えている。第１の面は、チェーンと当接するように配置されており、第２の面は、頂上面および第２の面の間の相対移動を許容するクリアランスを介して頂上面に物理的に接合されている。

さらに、本製造方法は、単一の成形サイクルの中で、同じ成形装置を用いて構造部材および摩耗部材を成形することと、単一の成形サイクルの中で、構造部材を摩耗部材に結合させることを備えている。

本発明およびその目的をさらに理解するためには、図面、図面の簡単な説明、本発明の好ましい実施態様の詳細な説明および特許請求の範囲に注意が向けられるべきである。

本発明によれば、構造部材および摩耗部材が互いに拘束されることなく相対移動可能に設けられているので、各要素の熱膨張および熱収縮といった熱変形を吸収でき、内部応力の発生を防止できる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
図１には、部材の組立てを必要としない２要素成形品１０が示されている。構造部材１２は、２要素成形品１０のベース部を構成している。

構造部材１２は、細長い形状を有しており、長手方向に沿う摩耗面１４を上部に有している。構造部材１２は、ガラス繊維入りプラスチックまたはポリマー構造を有している。チェーンに対して静止している固定部材（図示せず）に枢支結合するための環状の開孔を有する連結部材１６が、構造部材１２の第１の端部１５に設けられている。

ボルトまたはダウエルピンのような適切な結合部材（図示せず）が、固定部材への結合のために連結部材１６を介して取り付けられている。構造部材１２の第２の端部１７に沿って、構造部材１２の両側には、凹部１８が形成されている。

構造部材１２に比べて高い弾性を有しまたは剛性の低い材料から構成された摩耗部材２０が提供されている。摩耗部材２０は、ガラス強化されていないプラスチックのようなポリマー材料から構成されている。摩耗部材２０は、構造部材１２の細長い形状に沿う形状を有している。

摩耗部材２０は、第１の面２２およびその背面側の第２の面２４を有している。第１の面２２は、チェーン（図示せず）と接触してチェーンに適切な張力を作用させるように配置されている。第２の面２４は、構造部材１２の頂上面１４と物理的に接触するように配置されている。

たとえ双方の部材１２，２０がポリマー材料から構成されていたとしても、摩耗部材２０および構造部材１２の間には化学的な結合が何ら存在していないということが注目されるべきである。摩耗部材２０は、第１の端部２５および第２の端部２７を有している。第１の端部２５は構造部材１２の第１の端部１５に対応しており、第２の端部２７は構造部材１２の第２の端部１７に対応している。

一組の連結部２６が、摩耗部材２０の第１の端部２５に形成されている。連結部２６は、第２の面２４から突出しており、頂上面１４の開孔３０（図１Ｂ参照）内に延びている。

連結部２６が完全に挿通する適切な厚みを頂上面１４が有しており、摩耗部材２０および構造部材１２を物理的に結合するのを頂上面１４が許容しているということが注目されるべきである。

図１Ｂには、図１の構造部材１２の頂上面が示された、本発明の上部斜視図である。開孔３０は、導入部３２およびロック部３４を有している。導入部３２は、連結部２６の最初の挿入のために設けられており、頂上部は開孔３０全体に延びている。頂上部を伸ばした後、矢印方向に沿って移動させることにより、連結部２６の頂上部がロック部３４内に移動して係合する。

理解されるように、連結部２６および開孔３０の大きさに違いにより、摩耗部材２０および構造部材１２を互いに移動させるようにしてもよい。

本発明によるテンショナを形成する具体的な方法は、頂上面１４を有するガラス繊維入りプラスチック構造部材１２を使用することを含んでいる。構造部材は、第１の工程でブラケットに成形（たとえば射出成形）されて、部分的に硬化される。

ブラケットが完全に硬化される前に、摩耗部材２０がその上に形成される。このとき、ガラス強化材を含まないプラスチックを用いて、チェーンとの接触面２２が頂上面１４に成形される。

本発明はさらに、コストおよびスペースを最小限に抑えつつ十分な構造的一体性を提供するテンショナアームおよびチェーンガイド部材について教示するとともに、その製造方法についても教示している。プラスチック構造部材１２に十分な強度および剛性をもたらすためには、プラスチック構造部材１２の断面形状がＩ型になっているのが好ましい。

ところが、断面Ｉ型の部材を成形しようとする場合、成形作業においては、限定された数の部材しか同時に成形することができず、このため、工程を商業的に実現可能性の低いものにしている。

成形の観点からより適した設計は、Ｕ字状のブラケットを導入することである。しかしながら、このような形状は、成形品が最終的に受ける応力に耐えるのに必要な強度を有していない。

本発明は、部分的にＩ型であり部分的にＵ型である断面形状を有する構造部材１２について教示している。言い換えれば、Ｕ字状の第１の端部１５およびＩ字状の第２の端部１７を有している単一の構造体の構造部材１２が提供されている。

構造部材１２の第２の端部１７のような高応力部にＩ型構造を採り入れ、ブレードシュー２の低応力部にＵ型構造を採り入れることにより、十分な個数の部材の同時成形が可能になる(図２参照)。構造部材１２の形状は、Ｕ型およびＩ型には限定されず、Ｕ型、Ｉ型、Ｈ型、Ｅ型およびその他の適切な形状のうちの少なくとも二つを組み合わせるようにしてもよい。

図２には、図１に示したものに類似する構造体である枢支テンショナアーム１０が示されている。テンショナアーム１０は、同時成形された二つの構造体に分割される。第１の構造体は、上述したＩ型構造である。凹部１８が第２の端部１７の各側に形成されている（図２では一方の側のみ図示）。

第２の端部１７の構造体の一部を構成する中央部２８もまたＩ型構造の一部を構成している。Ｉ型構造体にする理由の一つは、構造的な一体性が第１の端部よりも第２の端部の方により要求されるということである。理解されるように、Ｉ型構造の位置は、本発明を実際に適用する際に決定される。

前記実施例では、枢支チェーンテンショナアームが示されているが、本発明は、他のチェーンテンショナアームやチェーンガイドにも適用可能である。いずれの場合においても、第１の工程の後に金型から部品を取り出すことなく最終生成品を製造可能な特殊な金型を用いるとともに、同一の基本的な成形装置を用いて成形可能な融和性材料を用い、２要素成形工程で成形される。

図１Ａおよび図２のＡ−Ａ線断面図である図２Ａには、頂上部と底部との結合部が示されている。頂上部は、摩耗部材２０である。底部は、構造部材１２である。第１の端部１５には、Ｕ型（またはＮ型）構造が提供されている。

構造部材１２の第１の端部１５は、摩耗部材２０の第１の端部２５が対応している。この例では、連結部２６が、頂上面１４を完全に越えて延びる先端部２６ｃを有している。

図２のＡ’−Ａ’線断面である図２Ｂにおいては、構造部材１２がＩ型構造を有している。構造部材１２の頂上面１４は、摩耗部材２０の対応する面に物理的に近接されまたは接合されている。これら二つの面は、接合に適するように、たとえば平坦状に形成されている。

添加材を含む部材と添加材を含まない部材との間の熱膨張の違いに対処するために、本発明においては、ひずみや破損を引き起こす内部応力が生じないようにしている。すなわち、図３ＡのＢ−Ｂ線断面である図３ＢのＣ部分に明確に示されているように、構造部材１２および摩耗部材２０の各係合部には、長手方向にクリアランス（隙間）が設けられている。

このクリアランスは、想定されるいかなる温度においても零とならないような大きさに設定されている。これにより、いかなる温度変化に対しても、部材内部に内部応力を発生させることなく、各部材が他方の部材に拘束されることなく自由に膨張および収縮することができる。なお、本発明の他の実施例においては、複合材料を用いて各部材を構成することも可能である。

理解されるように、クリープは種々の材料で発生するものであり、クリープは部材の形状を変化させる。本発明のいくつかの実施例においては、部材間の温度特性が異なっている。たとえば、構造部材１２および摩耗部材２０は、異なる温度特性を有する異なる部材として想定され得る。

もしこれらの部材が温度の変化するエンジン運転条件の影響を受けるのであれば、クリープの影響を少なくするのが望ましい。クリープの影響に打ち勝つために、本発明では、一組のクリアランス４０，５０を設けている。

図３ＢのＣ部分の拡大図である図３Ｃに示すように、摩耗部材２０の連結部２６は、構造部材１２の開孔３０内を挿通して延びている。開孔３０の第１の面３０ａと連結部２６の第１の端部２６ａとの間には、第１のクリアランス４０が形成されており、開孔３０の第２の面３０ｂと連結部２６の第２の端部２６ｂとの間には、第２のクリアランス５０が形成されている。

理解されるように、これらのクリアランス４０，５０は、構造部材１２および摩耗部材２０の間の熱膨張または熱収縮を許容している。構造部材１２および摩耗部材２０の間には、化学的な結合が何ら存在していないことに注目すべきである。また、図３Ｂに示されるように、他の二つの開孔３０と連結部２６との間にも同様のクリアランスが形成されている。

本明細書中で記述された本発明の実施例は、本発明の原理を適用する単なる例示にすぎないということが理解されるべきである。図示された実施例の詳細に本明細書中で言及したことは、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定する意図ではなく、実施例中の特徴部分が本発明に重要なものである点を説明しているにすぎない。

２要素成形以外に部材の組立てを必要としない、本発明によるテンショナアームの全体斜視図である。 図１のテンショナアームにおける摩耗部材の頂上面（または摩耗面）の斜視図である。 図１のテンショナアームにおける摩耗部材の頂上面（または摩耗面）の斜視図である。 断面Ｕ字状部材および断面Ｉ字状部材による結合を採用した本発明による２要素成形部材を示す図である。 図１Ａおよび図２のＡ−Ａ線断面図であって、頂上位置における摩耗部のテンショナアームまたはガイドの底部との結合部がＵ型構造部において示されている。 図２のＡ’−Ａ’線断面図であって、頂上位置における摩耗部のテンショナアームまたはガイドの底部との結合部がＩ型構造部において示されている。 熱膨張に抵抗しない、本発明による２要素成形品の結合構造を示す斜視図である。 図３ＡのＢ−Ｂ線断面図である。 図３ＢのＣ部分拡大図である。

符号の説明

１０： ２要素成形品（装置）
１２： 構造部材
１４： 摩耗面（頂上面）
１５： 第１の端部
１７： 第２の端部
３０： 開孔

２０： 摩耗部材
２２： 第１の面
２４： 第２の面
２６： 連結部
４０： 第１のクリアランス
５０： 第２のクリアランス

Claims (11)

1. チェーンとともに使用される装置であって、
   ａ）第１および第２の端部と、これらの間に配設された頂上面とを有する構造部材を備え、
   前記第２の端部が前記第１の端部よりも高強度を有し、前記頂上面が所定の厚みを有しており、
   ｂ）第１および第２の面を有する摩耗部材を備え、
   前記第１の面がチェーンと係合するように設けられるとともに、前記第２の面が、前記構造部材の前記頂上面との間で相対移動を許容するクリアランスを介して前記構造部材の前記頂上面と物理的に結合しており、
   前記摩耗部材の前記第２の面が前記構造部材の側に突出する連結部を有するとともに、前記構造部材の前記頂上面が、前記連結部を受け入れるように設けられた開孔を有しており、
   前記構造部材および前記摩耗部材間の相対移動を許容するように、前記開孔の内径が前記連結部の外径よりも大きく形成されている、
   ことを特徴とする装置。
2. 請求項１において、
   前記装置が枢支チェーンテンショナであって、前記構造部材が枢支部を有している、
   ことを特徴とする装置。
3. 請求項１において、
   前記装置がチェーンガイドである、
   ことを特徴とする装置。
4. 請求項１において、
   前記第１の端部が断面Ｕ字状に形成されている、
   ことを特徴とする装置。
5. 請求項１において、
   前記第２の端部が断面Ｉ字状に形成されている、
   ことを特徴とする装置。
6. 請求項１において、
   前記構造部材が、前記摩耗部材よりも高密度の材料から構成されている、
   ことを特徴とする装置。
7. 請求項１において、
   前記摩耗部材がポリマー材料から構成されている、
   ことを特徴とする装置。
8. 請求項１において、
   前記構造部材がポリマー材料から構成されている、
   ことを特徴とする装置。
9. チェーンとともに使用される装置を製造する方法であって、
   ｉ）単一の成形装置を提供することと、
   ii) 第１の端部と、これよりも高強度の第２の端部と、前記第１および第２の端部の間に配設され、所定の厚みを有する頂上面とを備えた構造部材を提供することと、
   iii)チェーンと係合するように設けられた第１の面と、前記構造部材の前記頂上面との間で相対移動を許容するクリアランスを介して前記頂上面と物理的に結合している第２の面とを有する摩耗部材を提供することと、
   iv) 前記成形装置を用いて、単一の成形サイクル内で、前記構造部材および前記摩耗部材を成形することと、
   v) 前記単一の成形サイクル内で、前記構造部材および前記摩耗部材を結合させることと、
   を備えた製造方法。
10. 請求項９において、
    前記摩耗部材の前記第２の面から突出する連結部が前記構造部材の前記頂上面の開孔内に延びることにより、前記結合工程が行われている、
    ことを特徴とする製造方法。
11. 請求項９において、
    前記構造部材および前記摩耗部材が異なるポリマー材料から構成されており、前記製造方法が射出成形法により行われている、
    ことを特徴とする製造方法。

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