JP2006292047A - 油圧式テンショナ - Google Patents

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Abstract

【課題】油圧式テンショナにおけるチェックバルブのシート面の耐摩耗性の向上を図り、油圧式テンショナの耐久寿命の低下を抑制することである。
【解決手段】シリンダ１の内部に、その内部を圧力室９とリザーバ室１０とに仕切る摺動可能なプランジャ２を組込み、そのプランジャ２に圧力室９とリザーバ室１０を連通する通路１１を設ける。通路１１の圧力室９側の端部内周にシート面１３を形成し、そのシート面１３に対して接触離反可能なチェックボール１４を設け、圧力室９内の圧力がリザーバ室１０内の圧力より高くなると、チェックボール１４をシート面１３に接触させて通路１１を閉じる。シート面１３に、金属クロム、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロムおよびＣｒＮ型の窒化クロムの混合物から成る複合組織でなる耐摩耗性皮膜１６をコーティングしてシート面１３の耐摩耗性の向上を図る。
【選択図】図１

Description

この発明は、主として、カム軸駆動用のベルトやチェーンの張力を一定に保持する油圧式テンショナに関する。
一般に、油圧式テンショナは、油圧ダンパ部を有し、この油圧ダンパ部においてベルトやチェーンからの変動荷重を支持し、ベルトやチェーンの振動を吸収するようにしている。油圧ダンパ部は、シート面に対してチェックボールを接触離反自在に設けたチェックバルブを有している。このチェックバルブは、油圧ダンパ部に押し込み方向の荷重を受けるとチェックボールがシート面に着座し、作動油が充填された圧力室内を密封状態に保持して、作動油の流動を防止するようになっている。
このような油圧式テンショナでは、油圧ダンパ部に高周波の変動荷重が付与されてチェックバルブが頻繁に開閉を繰り返す。このため、チェックバルブが閉じる毎に互いに接触するチェックボールとシート面は、それぞれ耐摩耗性を向上させるための対策がとられている。具体的には、チェックボールを軸受鋼で形成して焼入れを行い、一方、シート面については、鍛造加工が可能な機械構造用合金鋼、例えばクロム鋼、クロムモリブデン鋼等の浸炭焼入用鋼で形成して浸炭焼入れ焼戻しを行うことが多い。
しかし、通常は、常に同じ部位でチェックボールに接触するシート面の方が、回転によって接触部位が変化するチェックボールよりも早く摩耗してしまう。そして、このシート面の摩耗により、チェックバルブが作動油の流動を防止できなくなったり、チェックボールがシート面に吸着して離反しなくなる等の作動不良が発生し、テンショナの耐久寿命が短くなるという不都合が発生する場合があった。
そのような不都合を解消するため、特許文献１に記載された油圧式テンショナにおいては、シート面にＴｉＮから成る硬質皮膜又はダイヤモンドライクカーボン皮膜（ＤＬＣ皮膜）を形成してシート面の表面硬さを高めるようにしている。
特開２００２−３５７２５０号公報
ところで、シート面にＴｉＮ硬質皮膜やＤＬＣ皮膜をコーティングした場合、皮膜自体の硬さが高いため、相手部材であるチェックボールを摩耗させるおそれがあると共に、接触部の表面粗さが悪い場合に、突起部分から自ら破壊が生じるおそれがある。また、母材との硬度差が大きいため、密着性に問題がある。
この発明の課題は、チェックバルブにおけるシート面の耐摩耗性を向上して油圧式テンショナの長寿命化を図ること、および高荷重対応を可能とすることである。
上記の課題を解決するため、第１の発明においては、作動油が充填されたシリンダの内部に、この内部を圧力室とリザーバ室とに仕切る摺動可能なプランジャと、このプランジャと共に軸方向に移動して先端部がシリンダの外部に臨むプッシュロッドと、前記プランジャおよびプッシュロッドを外方向に向けて押圧するスプリングとを組込み、前記プランジャには圧力室とリザーバ室とを連通する通路を形成し、この通路に形成されたシート面に対してチェックボールを接触離反可能に設け、圧力室内の圧力がリザーバ室内の圧力より高くなるとチェックボールをシート面に接触させて通路を閉じるようにした油圧式テンショナにおいて、前記シート面に、金属クロム、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロムおよびＣｒＮ型の窒化クロムの混合物から成る複合組織でなる耐摩耗性皮膜をコーティングした構成を採用したのである。
また、第２の発明においては、作動油が充填されたシリンダの内部に、この内部を圧力室とリザーバ室とに仕切る摺動可能なプランジャと、このプランジャと共に軸方向に移動して先端部がシリンダの外部に臨むプッシュロッドと、前記プランジャおよびプッシュロッドを外方向に向けて押圧するスプリングとを組込み、前記プランジャには圧力室とリザーバ室とを連通する通路を形成し、この通路に形成されたシート面に対してチェックボールを接触離反可能に設け、圧力室内の圧力がリザーバ室内の圧力より高くなるとチェックボールをシート面に接触させて通路を閉じるようにした油圧式テンショナにおいて、前記シート面に、金属クロムとＣｒＮ型の窒化クロムの混合物から成る複合組織でなる耐摩耗性皮膜をコーティングした構成を採用したのである。
上記第１および第２の発明に係る油圧式テンショナにおいて、前記耐摩耗性皮膜のコーティング前にシート面をラップ仕上げし、又はコーティング後に耐摩耗性皮膜の表面をラップ仕上げすることにより、耐摩耗性皮膜の表面の平滑化を図ることができるため、上記耐摩耗性皮膜の破壊を防止し、高荷重下での使用が可能な油圧式テンショナを得ることができる。
また、前記耐摩耗性皮膜のコーティング前にプランジャのシート面全体にショットピーニングを施し、又はコーティング後に耐摩耗性皮膜の表面にショットピーニングを施すことにより、耐摩耗性皮膜およびプランジャ母材の耐荷重性の向上を図り、高荷重下での使用が可能な油圧式テンショナを得ることができる。
第１の発明および第２の発明のように、シート面に金属クロムと窒化クロムを主体とする耐摩耗性皮膜をコーティングすることにより、その耐摩耗性皮膜は耐摩耗性、密着性および靱性に優れた皮膜であるため、シート面の摩耗を低減することができ、油圧式テンショナの長寿命化を図ることができると共に、高荷重下での使用を可能とすることができる。
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および図２に示すように、油圧式テンショナは、シリンダ１を有している。シリンダ１は、アルミ合金から成る底付きの筒体１ａと、その内側底部に嵌合された鋼性のバルブスリーブ１ｂとから成り、そのシリンダ１の内部に作動油が充填されている。
シリンダ１内には、バルブスリーブ１ｂの内周に沿って摺動可能なプランジャ２が組込まれ、そのプランジャ２の上面に形成されたロッド挿入孔３内にプッシュロッド４の下端部が挿入されている。
プッシュロッド４の上部はシリンダ１の上部開口を密封するオイルシール等のシール部材５をスライド自在に貫通してシリンダ１の外部に臨んでいる。
プッシュロッド４にはシリンダ１内に位置する部分に筒体１ａの内周に沿って摺動可能なウェアリング６が嵌合され、そのウェアリング６はその下方に設けられたスプリング７で押圧されてプッシュロッド４の外周に形成された肩部４ａに押し付けられ、上記スプリング７の押圧によってプッシュロッド４は外方向への突出性が付与されている。一方、プランジャ２はその下方に設けられたプランジャスプリング８の押圧によってプッシュロッド４の下端部に押し付けられている。
プランジャ２には、その下方に設けられた圧力室９と上方に形成されたリザーバ室１０とを連通する通路１１が形成され、その通路１１の圧力室９側の開口部にチェックバルブ１２が設けられている。
チェックバルブ１２は、通路１１の圧力室９側の開口端に形成されたシート面１３に対して接触離反可能なチェックボール１４と、そのチェックボール１４の開閉量を制限するリテーナ１５とから成る。チェックバルブ１２は圧力室９内の圧力がリザーバ室１０内の圧力より高くなると通路１１を閉じるようになっている。
上記の構成から成る油圧式テンショナにおいては、図示省略したカム軸駆動用ベルトがカム軸の負荷の変動により振動し、そのベルトの張力が増大してプッシュロッド４が押し込まれると、チェックボール１４がシート面１３に当接して通路１１を閉じ、圧力室９内の作動油によってプッシュロッド４に付与される押し込み力を緩衝するようになっている。
上記押し込み力がスプリング７およびプランジャスプリング８の張力の合力より大きい場合、圧力室９内の作動油がバルブスリーブ１ｂとプランジャ２の摺動面間よりリザーバ室１０内にリークし、上記合力と押し込み力とが釣り合う位置までプランジャ２がゆっくりと下降してベルトの張力変化を吸収し、ベルトの張力を一定に保持するようになっている。
一方、ベルトに弛みが生じると、スプリング７およびプランジャスプリング８の押圧によってプランジャ２およびプッシュロッド４が外方向に移動する。このとき、圧力室９内の圧力がリザーバ室１０内の圧力より低下するため、チェックボール１４はシート面１３から離反して通路１１を開放する。その通路１１の開放により、リザーバ室１０内の作動油は上記通路１１から圧力室９内に流れ、プランジャ２およびプッシュロッド４は外方向に急速に移動してベルトの弛みを直ちに吸収する。
ここで、エンジンの駆動時におけるベルト振動は高周波の振動であるため、チェックバルブ１２におけるチェックボール１４は高速度で開閉を繰り返し、閉鎖の都度、シート面１３に当接するので、チェックボール１４およびシート面１３が摩耗し易い。このとき、チェックボール１４は回転自在であるため、シート面１３に対する接触位置が変化し、一方、チェックボール１４に対するシート面１３の当接位置は一定であるため、シート面１３が特に摩耗し易い。
その耐摩耗性の向上を図るため、チェックボール１４は、軸受鋼で形成して焼入れを行ない、一方、プランジャ２はクロム鋼あるいはクロムモリブデン鋼で形成し、そのプランジャ２に形成されたシート１３に耐摩耗性皮膜１６を設けている。
耐摩耗性皮膜１６として、ここでは、金属クロム、一窒化二クロム（Ｃｒ2Ｎ）型の窒化クロムおよび一窒化一クロム（ＣｒＮ）型の窒化クロムの混合物から成る複合組織のものを採用しているが、金属クロム、ＣｒＮ型の窒化クロムの混合物から成る複合組織のものを採用してもよい。
耐摩耗性皮膜１６の膜厚は１〜１０μｍ程度が好ましい。
金属クロムと窒化クロムを主体とする上記耐摩耗性皮膜１６は、耐摩耗性、密着性および靱性に優れているため、シート面１３の耐摩耗性を向上させることができ、油圧式テンショナの長寿命化を図ることができる。また、高荷重下での使用を可能とすることができる。
ここで、耐摩耗性皮膜１６のコーティング前にシート面１３をラップ仕上げし、あるいはコーティング後に耐摩耗性皮膜１６をラップ仕上げすることにより、表面が平滑な破壊することが少ない耐摩耗性皮膜１６を得ることができ、耐摩耗性皮膜１６の耐荷重性を向上させることができる。
また、耐摩耗性皮膜１６のコーティング前にプランジャ２のシート面１３にハードショットピーニングを施し、あるいは耐摩耗性皮膜１６のコーティング後に、その耐摩耗性皮膜１６の表面にハードショットピーニングを施すことにより、耐摩耗性皮膜１６やプランジャ母材の耐荷重性を向上させることができ、高荷重下での使用が可能な油圧式テンショナを得ることができる。
因みに、シート面１３に金属クロム、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロムおよびＣｒＮ型の窒化クロムの混合物から成る複合組織でなる厚さ５μｍの耐摩耗性皮膜１６を形成した３つの試料（No.１、No.２、No.３）（本発明品）を用意してシート面１３の摩耗試験を行なったところ、図３（Ｉ）に示す結果を得た。その比較として、耐摩耗性皮膜が形成されていない３つの試料（No.４、No.５、No.６）、およびシート面１３に窒化チタン（ＴｉＮ）から成る厚さ４μｍの皮膜を形成した３つの試料（No.７、No.８、No.９）をそれぞれ用意してシート面１３の摩耗試験を行なったところ、図３（II）および（III）に示す結果を得た。
No.１乃至No.９のいずれの試料も、プランジャ２がクロムモリブデン鋼で形成されたものを用い、そのプランジャ２のシート面１３にボール１４を繰り返し衝突させるようにした。
ここで、ボール１４として、軸受鋼を素材とし、焼入れ処理されたものを用いた。
試験条件として、
周波数 ：３００Ｈｚ
入力荷重 ：１７００Ｎ
温度 ：１００℃
サイクル数：５×１０6回
とした。
図３から明らかな用に、本発明品（No.１乃至No.３）のシート面１３は耐摩耗性に優れていることが理解できる。
図１では、ベルトの張力を調整する油圧式テンショナを示したが、油圧式テンショナはこれに限定されず、図４に示すようなチェーンテンショナであってもよい。
図４に示すチェーンテンショナにおいては、シリンダとしてのハウジング３０に形成されたシリンダ室３１内に摺動可能なプランジャ３２と、そのプランジャ３２を外方向に押圧するスプリング３３とを組込み、ハウジング３０にはプランジャ３２の背部に形成された圧力室３４に連通する給油通路３５を設け、その給油通路３５の油出口側に圧力室３４内の作動油が給油通路３５側に逆流するのを防止するチェックバルブ３６を設けている。
ここで、チェックバルブ３６はシリンダ室３１内に組込まれたバルブシート３７に給油通路３５と圧力室３４とを連通する通路３８を形成し、その通路３８内にシート面３９を設け、このシート面３９に対して接触離反可能なチェックボール４０の開閉量をリテーナ４１によって制限している。
また、プランジャ３２には、その後端面で開口する軸方向のロッド挿入孔４２を形成し、そのロッド挿入孔４２の開口部内周に雌ねじ４３を形成し、この雌ねじ４３にスクリューロッド４４の外周に形成された雄ねじ４５をねじ係合し、そのスクリューロッド４４の先端面で開口する軸方向のスプリング挿入孔４６とロッド挿入孔４２の閉塞端間にスプリング４７を組込んで、プランジャ３２とスクリューロッド４４とを相反する方向に押圧している。
ここで、雌ねじ４３と雄ねじ４５のねじ山は、プランジャ３２に付与される押し込み方向の荷重を受ける圧力側フランク４８のフランク角が遊び側フランク４９のフランク角より大きい鋸歯状とされ、その鋸歯状ねじ山にスプリング４７の弾力によってスクリューロッド４４が回転しつつ軸方向に移動するリード角が設けられている。
上記の構成から成るチェーンテンショナにおいては、外方向に突出性が付与されたプランジャ３２によって図示省略したカム軸駆動用チェーンを押圧し、そのチェーンに弛みが生じた場合に、スプリング３３によってプランジャ３２を外方向に移動させてチェーンの弛みを吸収するようにしている。
プランジャ３２の外方向への移動時、スクリューロッド４４もプランジャ３２と共に移動してバルブシート３７から離れ、プランジャ３２がチェーンの弛みを吸収して停止すると、スクリューロッド４４はスプリング４７の弾力により回転しつつ後退してバルブシート３７に当接する。
また、プランジャ３２の外方向への移動により圧力室３４内の圧力が低下するため、チェックボール４０がシート面３９から離れ、給油通路３５から圧力室３４内に作動油が供給される。
一方、チェーン張力が増大してプランジャ３２に押し込み力が付与されると、圧力室３４内の圧力が高くなるため、チェックボール４０はシート面３９に当接して通路３８を閉じ、プランジャ３２に付与される押し込み力は圧力室３４内の作動油とスプリング３３の弾力の合力によって緩衝される。
上記押し込み力が上記合力より大きい場合、圧力室３４内の作動油はシリンダ室３１の内周面とプランジャ３２の摺動面間から外部にリークし、上記押し込み力と合力とが釣り合う位置までプランジャ３２は回転しつつゆっくりと後退する。
上記チェーンテンショナにおいても、チェックバルブ３６を形成するシート面３９に金属クロム、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロムおよびＣｒＮ型の窒化クロムの混合物から成る複合組織でなる耐摩耗性皮膜１６、あるいは金属クロム、ＣｒＮ型の窒化クロムの混合物から成る複合組織でなる耐摩耗性皮膜１６をコーティングすることによって、前述と同様に、シート面３９の耐摩耗性の向上を図ることができる。
この場合、前述と同様に、ラップ仕上げし、あるいはハードショットピーニングを施すことによって耐摩耗性皮膜１６の耐荷重性の向上を図ることができる。
この発明に係る油圧式テンショナの実施形態を示す縦断正面図 図１に示す油圧式テンショナのチェックバルブ部を拡大して示す断面図 チェックバルブにおけるシート面の摩耗試験の結果を示すグラフ この発明に係る油圧式テンショナの他の実施形態を示す縦断正面図
符号の説明
１ シリンダ
２ プランジャ
４ プッシュロッド
７ スプリング
９ 圧力室
１０ リザーバ室
１１ 通路
１３ シート面
１４ チェックボール
１６ 耐摩耗性皮膜
３０ ハウジング（シリンダ）
３１ シリンダ室
３２ プランジャ
３３ スプリング
３４ 圧力室
３５ 給油通路
３６ チェックバルブ
３９ シート面
４０ チェックボール

Claims (4)

  1. 作動油が充填されたシリンダの内部に、この内部を圧力室とリザーバ室とに仕切る摺動可能なプランジャと、このプランジャと共に軸方向に移動して先端部がシリンダの外部に臨むプッシュロッドと、前記プランジャおよびプッシュロッドを外方向に向けて押圧するスプリングとを組込み、前記プランジャには圧力室とリザーバ室とを連通する通路を形成し、この通路に形成されたシート面に対してチェックボールを接触離反可能に設け、圧力室内の圧力がリザーバ室内の圧力より高くなるとチェックボールをシート面に接触させて通路を閉じるようにした油圧式テンショナにおいて、前記シート面に、金属クロム、Ｃｒ2Ｎ型の窒化クロムおよびＣｒＮ型の窒化クロムの混合物から成る複合組織でなる耐摩耗性皮膜をコーティングしたことを特徴とする油圧式テンショナ。
  2. 作動油が充填されたシリンダの内部に、この内部を圧力室とリザーバ室とに仕切る摺動可能なプランジャと、このプランジャと共に軸方向に移動して先端部がシリンダの外部に臨むプッシュロッドと、前記プランジャおよびプッシュロッドを外方向に向けて押圧するスプリングとを組込み、前記プランジャには圧力室とリザーバ室とを連通する通路を形成し、この通路に形成されたシート面に対してチェックボールを接触離反可能に設け、圧力室内の圧力がリザーバ室内の圧力より高くなるとチェックボールをシート面に接触させて通路を閉じるようにした油圧式テンショナにおいて、前記シート面に、金属クロムとＣｒＮ型の窒化クロムの混合物から成る複合組織でなる耐摩耗性皮膜をコーティングしたことを特徴とする油圧式テンショナ。
  3. 前記耐摩耗性皮膜のコーティング前にシート面をラップ仕上げし、又はコーティング後に耐摩耗性皮膜の表面をラップ仕上げしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧式テンショナ。
  4. 前記耐摩耗性皮膜のコーティング前にプランジャのシート面全体にショットピーニングを施し、又はコーティング後に耐摩耗性皮膜の表面にショットピーニングを施したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の油圧式テンショナ。
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