JP2010048278A - オートテンショナ - Google Patents

Abstract

【課題】ダンパー力の大きさを切り換え可能であり、そのダンパー力の大きさが長期にわたって安定したオートテンショナを提供する。
【解決手段】シリンダ７内にスリーブ８を嵌め合わせ、そのシリンダ７内に作動油を溜め、スリーブ８内にプランジャ１１を摺動可能に挿入してシリンダ７内を圧力室１２とリザーバ室１３に区画し、リーク隙間１６を介して圧力室１２とリザーバ室１３を連通し、プランジャ１１と軸方向に一体に移動するロッド１７を設け、そのロッド１７をシリンダ７から突出する方向に付勢するリターンスプリング２０を設けたオートテンショナ４において、スリーブ８の底９に弁孔２２を設け、その弁孔２２とリザーバ室１３とを連通するバイパス通路３４を設け、球状の弁体２４と、圧縮コイルばね２５を介して弁体２４を支持する弁棒２６と、その弁棒２６を軸方向に移動させる駆動部３０とを設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンのカム軸を駆動するベルトの張力保持に用いられるオートテンショナに関する。

エンジンのカム軸は、クランクシャフトにベルトで連結されており、そのベルトを介して回転駆動される。このベルトの張力を適正範囲に保つために、一般に、支点軸を中心として揺動可能に設けたプーリアームと、そのプーリアームに回転可能に取り付けたテンションプーリと、そのテンションプーリをベルトに押さえ付ける方向にプーリアームを付勢するオートテンショナからなる張力調整装置が使用される。

この張力調整装置に組み込まれるオートテンショナとして、下部に底を有するシリンダ内に作動油を溜め、そのシリンダの底に形成したスリーブ嵌合凹部にスリーブの下部を嵌め合わせ、そのスリーブ内にプランジャを摺動可能に挿入してシリンダ内を圧力室とリザーバ室に区画し、プランジャと軸方向に一体に移動するロッドを設け、そのロッドをシリンダから突出する方向に付勢するリターンスプリングをリザーバ室内に設けたものが知られている（特許文献１）。

このオートテンショナは、リターンスプリングの付勢力がベルトの張力とつり合う位置までロッドが移動することにより、ベルトの張力変動を吸収し、ベルトの張力を適正範囲に保つ。

また、圧力室とリザーバ室は、スリーブとプランジャの摺動面間に形成されるリーク隙間を介して連通しており、ロッドがシリンダに押し込まれる方向に移動すると、圧力室内の作動油がリーク隙間を通って流出する。このとき、リーク隙間を流れる作動油の流量が制限されて、ダンパー力がロッドに作用するので、ロッドがゆっくりと移動し、ベルトを安定した状態に保つ。

また、このオートテンショナは、プランジャに、圧力室とリザーバ室を連通する油通路が設けられ、その油通路の圧力室側の端部に、リザーバ室側から圧力室側への作動油の流れのみを許容するチェックバルブが設けられており、ロッドがシリンダから突出する方向に移動すると、前記チェックバルブが開いてリザーバ室側から圧力室側に作動油が流れる。そのため、シリンダから突出する方向には、ロッドが速やかに移動する。
特開平８−３５５４６号公報

ところで、上記オートテンショナは、ロッドに作用するダンパー力が一定なので、エンジン回転数が共振点領域にあるときに、ロッドがベルトの張力変動に追従できず、ベルトが過張力となることがある。また、寒冷地や冬期の低温環境下では、リーク隙間を流れる作動油の粘度が高くなるので、ロッドに作用するダンパー力が過大となり、ベルトが過張力となることがあった。

この過張力を防止するため、この発明の発明者は、ロッドに作用するダンパー力の大きさを切り換えることが可能なオートテンショナを検討し、そのようなオートテンショナとして、前記スリーブの底を貫通する弁孔を設け、その弁孔と前記リザーバ室とを連通するバイパス通路を前記スリーブと前記シリンダの嵌合面間に設け、前記弁孔の圧力室側とは反対側の端部に形成されたシート面に接触、離反して弁孔を開閉する球状の弁体と、その弁体に当接する弁棒と、その弁棒を軸方向に移動させる駆動部とを設け、その駆動部で弁棒を軸方向に移動させることによって前記弁体の開閉を切り換えるようにしたものを考案した。

このオートテンショナは、駆動部で弁棒を開弁方向に移動させると、弁体が弁孔を開いてバイパス通路の作動油の流れを許容するので、ロッドに作用するダンパー力が小さくなる。また、駆動部で弁棒を閉弁方向に移動させると、弁体が弁孔を閉じてバイパス通路の作動油の流れを禁止するので、ロッドに作用するダンパー力が大きくなる。

しかし、このオートテンショナは、弁棒を開弁方向に移動させたときに、弁体が自由に移動可能な状態となるので、弁体が暴れてシート面と擦れ合い、弁体とシート面が摩耗しやすかった。弁体とシート面が摩耗すると、弁孔を閉じたときに弁孔とシート面の間に隙間が生じ、ダンパー力の大きさが不安定となるおそれがある。

この発明が解決しようとする課題は、ダンパー力の大きさを切り換え可能であり、そのダンパー力の大きさが長期にわたって安定したオートテンショナを提供することである。

上記の課題を解決するため、前記スリーブの底を貫通する弁孔を設け、その弁孔と前記リザーバ室とを連通するバイパス通路を前記スリーブと前記シリンダの嵌合面間に設け、前記弁孔の圧力室側とは反対側の端部に形成されたシート面に接触、離反して弁孔を開閉する球状の弁体と、軸方向に弾性変形可能な弾性部材を介して前記弁体を支持する弁棒と、その弁棒を軸方向に移動させる駆動部とを設け、前記弾性部材の圧縮量が大きくなる方向に前記弁棒を移動させたときに、前記弁体が弾性部材の復元力によって閉弁状態を保持し、前記弾性部材の圧縮量が小さくなる方向に前記弁棒を移動させたときに、前記弁体が弾性部材の復元力に抗して開弁位置に移動可能となるようにした。

前記駆動部は、例えば、前記弁棒を前記弾性部材の圧縮量が小さくなる方向に付勢するバルブスプリングと、通電により、前記弁棒を前記弾性部材の圧縮量が大きくなる方向に移動させる電磁コイルとで構成することができる。このようにすると、電磁コイルへの通電を遮断したときにダンパー力が小さくなるので、張力調整装置のベルトを交換する際に、その交換作業が容易である。

また、前記弁体と弾性部材の間にスペーサを設け、そのスペーサに、前記弁棒の先端に形成した凹部に軸方向にスライド可能に挿入される柱状の案内部を設けることができる。このようにすると、弁棒の先端の凹部で案内されてスペーサの姿勢が安定するので、弾性部材の復元力も安定する。

さらに、前記スペーサに前記弁棒の先端と軸方向に対向するフランジ部を設け、そのフランジ部と前記弁棒の対向面間に前記弾性部材を組み込むと、弁棒の先端の凹部内に弾性部材を組み込む場合よりも弾性部材の直径が大きくなり、スペーサの姿勢がより安定する。

前記弾性部材としては、例えば、圧縮コイルばねや波ばねを使用することができる。

この発明のオートテンショナは、駆動部で弁棒を移動させることによって、ダンパー力の大きさを切り換えることができる。また、弁体が弁孔を開いたときに、弾性部材の復元力が弁体に作用しているので、弁体が暴れにくくシート面と擦れ合わない。そのため、弁体とシート面が摩耗しにくく、安定したダンパー力を長期にわたって発揮可能である。

また、このオートテンショナは、弾性部材の圧縮量が小さくなる方向に弁棒を移動させた状態では、弁孔内の作動油の圧力が、弾性部材から弁体に付与された予圧よりも高くならないと、弁体がシート面から離反せず、弁孔を開かないので、弾性部材の圧縮量が大きくなる方向に弁棒を移動させたときの閉弁応答性に優れる。

図１に、エンジンのカム軸を駆動するベルトの張力調整装置を示す。この張力調整装置は、支点軸１を中心として揺動可能に支持されたプーリアーム２と、プーリアーム２に回転可能に取り付けたテンションプーリ３と、この発明の実施形態に係るオートテンショナ４とを有する。オートテンショナ４は、プーリアーム２を付勢して、テンションプーリ３をベルト５に押さえ付けている。

オートテンショナ４は、下部に底６を有するシリンダ７を有し、そのシリンダ７内に作動油が溜められている。シリンダ７内には、有底のスリーブ８が底９を下側にして挿入され、そのスリーブ８の下部が、シリンダ７の底６に形成されたスリーブ嵌合凹部１０に嵌め合わされている。スリーブ８内には、プランジャ１１が軸方向に摺動可能に挿入されており、そのスリーブ８とプランジャ１１によって、シリンダ７内が圧力室１２とリザーバ室１３に区画されている。

圧力室１２とリザーバ室１３は、図２に示すように、プランジャ１１に設けられた油通路１４を介して連通しており、その油通路１４の圧力室１２側の端部には、リザーバ室１３側から圧力室１２側への作動油の流れのみを許容するチェックバルブ１５が設けられている。また、スリーブ８とプランジャ１１の摺動面間には、圧力室１２とリザーバ室１３を連通するリーク隙間１６が形成されている。

図１に示すように、プランジャ１１には、プランジャ１１から上方に延びてシリンダ７から突出するロッド１７が接続している。プランジャ１１は、圧力室１２内に組み込まれたプランジャスプリング１８で付勢されてロッド１７に押さえ付けられており、その押さえ付けによって、ロッド１７は、プランジャ１１と一体に軸方向に移動するようになっている。

ロッド１７は、大径軸部１７Ａと、大径軸部１７Ａの下端に連なる小径軸部１７Ｂとからなる。小径軸部１７Ｂの外周には、シリンダ７の内周を軸方向に摺動可能なウエアリング１９が嵌め合わされており、そのウエアリング１９で大径軸部１７Ａの下端が支持されている。ウエアリング１９は、リザーバ室１３内に組み込まれたリターンスプリング２０で上向きに押圧されており、そのウエアリング１９を介して、ロッド１７がシリンダ７から突出する方向に付勢されている。

シリンダ７の上部には、シリンダ７内の作動油の漏れを防止するオイルシール２１が装着されている。オイルシール２１は環状に形成され、ロッド１７の大径軸部１７Ａがスライド可能に貫通している。

図２に示すように、スリーブ８の底９には弁孔２２が設けられている。弁孔２２は、底９を上下に貫通しており、その上端が圧力室１２に連通している。また、弁孔２２の圧力室１２側とは反対側の端部にはテーパ状のシート面２３が形成されており、そのシート面２３に接触した球状の弁体２４で弁孔２２が閉鎖されている。

図３に示すように、弁体２４は、軸方向に弾性変形可能な圧縮コイルばね２５を介して弁棒２６で支持されている。弁体２４と圧縮コイルばね２５の間にはスペーサ２７が設けられている。圧縮コイルばね２５は、一端が弁棒２６の先端に形成された凹部２８に収容され、他端がスペーサ２７に形成された柱状突起２９の外周に嵌め合わされている。圧縮コイルばね２５は、軸方向に圧縮された状態で組み込まれており、その弾性復元力によって弁体２４をシート面２３に向けて押圧し、閉弁状態を保持している。

図１に示すように、シリンダ７の底６には、弁棒２６を軸方向に移動させる駆動部３０が組み込まれている。駆動部３０は、バルブスプリング３１と電磁コイル３２とからなる。バルブスプリング３１は、圧縮コイルばね２５の圧縮量が小さくなる方向に弁棒２６を付勢している。電磁コイル３２は、通電により、弁棒２６に固定された鉄心３３を吸引して弁棒２６を圧縮コイルばね２５の圧縮量が大きくなる方向に移動させる。

また、スリーブ８とシリンダ７の嵌合面間には、弁孔２２とリザーバ室１３とを連通するバイパス通路３４が形成されている。バイパス通路３４は、図２に示すように、スリーブ８の外周とスリーブ嵌合凹部１０の内周との間に形成された軸方向通路３５と、スリーブ８の底９とシリンダ７の底６との間に形成された径方向通路３６とからなる。

次に、このオートテンショナ４の動作例を説明する。

ベルト５の張力が大きくなると、その張力が、テンションプーリ３、プーリアーム２を介してロッド１７に伝達し、圧力室１２の圧力が高まる。圧力室１２の圧力がリザーバ室１３の圧力よりも高くなると、図２に示すように、作動油がリーク隙間１６を圧力室１２側からリザーバ室１３側に流れる。このとき、チェックバルブ１５が閉じるので、作動油は油通路１４を流れない。

このようにして、作動油がリーク隙間１６を流れることによりロッド１７が下方に移動し、ベルト５の張力とリターンスプリング２０の付勢力とがつり合う位置までテンションプーリ３が移動する。このとき、リーク隙間１６を流れる作動油の流量が制限されてダンパー作用が生じるので、テンションプーリ３はゆっくりと移動し、ベルト５を安定した状態に保つ。

ここで、電磁コイル３２を通電状態にしておくと、弁棒２６の移動により圧縮コイルばね２５の圧縮量が大きくなるので、図２に示すように、弁体２４が弁孔２２を閉じた状態に保持され、圧力室１２の作動油はバイパス通路３４を流れない。そのため、ロッド１７に作用するダンパー力は大きくなる。また、電磁コイル３２を非通電状態にしておくと、弁棒２６の移動により圧縮コイルばね２５の圧縮量が小さくなるので、弁体２４は、図３に示すように、弁孔２２内の作動油の圧力によって、圧縮コイルばね２５の復元力に抗してシート面２３から離反して弁孔２２を開く。そのため、圧力室１２の作動油が、バイパス通路３４を介してリザーバ室１３に流れ、ロッド１７に作用するダンパー力は小さくなる。

一方、ベルト５の張力が小さくなると、リターンスプリング２０の付勢力によってロッド１７が上方に移動し、圧力室１２の容積が拡大することで、圧力室１２の圧力が低くなる。圧力室１２の圧力がリザーバ室１３の圧力よりも低くなるとチェックバルブ１５が開き、作動油が油通路１４をリザーバ室１３側から圧力室１２側に流れる。このとき、テンションプーリ３は、ベルト５の張力とリターンスプリング２０の付勢力とがつり合う位置まで速やかに移動し、ベルト５の弛みを迅速に吸収する。

上記のように、このオートテンショナ４は、電磁コイル３２への通電と非通電を切り換えることによって、ロッド１７に作用するダンパー力の大きさを、エンジン作動中にも切り換えることができる。

例えば、このオートテンショナ４を使用すると、エンジン回転数が共振点領域にあるか否かを判定する共振判定手段を設け、その共振判定手段でエンジン回転数が共振点領域にあると判定したときに、電磁コイル３２への通電を遮断してダンパー力を小さくする制御を行なうことが可能となる。このようにすると、エンジンが共振したときにも、ロッド１７がベルト５の張力変動に確実に追従し、ベルト５が過張力となりにくい。

また、エンジン温度が低温域にあるか否かを判定する低温判定手段を設け、その低温判定手段でエンジン温度が低温域にあると判定したときに、電磁コイル３２への通電を遮断してダンパー力を小さくする制御を行なうことも可能となる。このようにすると、寒冷地や冬期の低温環境下でもロッド１７に作用するダンパー力が過大となりにくく、ベルト５が過張力となりにくい。

このオートテンショナ４は、図３に示すように、弁体２４が弁孔２２を開いたときに、圧縮コイルばね２５の復元力が弁体２４に作用しているので、弁体２４が暴れにくくシート面２３と擦れ合わない。そのため、弁体２４とシート面２３が摩耗しにくい。

また、このオートテンショナ４は、電磁コイル３２が非通電状態の状態では、弁孔２２内の作動油の圧力が、圧縮コイルばね２５から弁体に付与された予圧よりも高くならないと、弁体２４がシート面２３から離反せず、弁孔２２を開かないので、電磁コイル３２を非通電状態から通電状態に切り換えたときの閉弁応答性に優れる。

また、このオートテンショナ４は、ベルト５を交換する場合、ベルト５を弛めるためにプーリアーム２を揺動させる必要があるが、このとき、電磁コイル３２への通電が遮断されているので、ロッド１７に作用するダンパー力が小さい状態となる。そのため、ロッド１７を速やかにシリンダ７に押し込むことが可能となり、プーリアーム２を速やかに揺動させることが可能である。

上記実施形態では、弁体２４と弁棒２６の間に組み込む弾性部材として、圧縮コイルばね２５を例に挙げて説明したが、図４に示すように波ばね３７を用いてもよく、他の形式の弾性部材を採用してもよい。

上述のスペーサ２７にかえて、図４に示すように、弁棒２６の先端に形成した凹部２８に軸方向にスライド可能に挿入される柱状の案内部３８を設けたスペーサ３９を採用することができる。このようにすると、弁棒２６の先端の凹部２８で案内されてスペーサ３９の姿勢が安定するので、波ばね３７の復元力も安定させることができる。

また、図５に示すように、スペーサ３９に、弁棒２６の先端と軸方向に対向するフランジ部４０を設け、そのフランジ部４０と弁棒２６の対向面間に波ばね４１を組み込んでもよい。このようにすると、弁棒２６の先端の凹部２８内に波ばねを組み込む場合よりも波ばねの直径を大きくすることができ、スペーサ３９の姿勢がより安定する。同様に、図６に示すように、フランジ部４０と弁棒２６の対向面間に圧縮コイルばね４２を組み込んでもよい。また、図６に示すように、凹部２８に対する案内部３８の挿入長さを案内部３８の直径よりも大きくすると、スペーサ３９の姿勢を確実に安定させることができる。

この発明の実施形態のオートテンショナを組み込んだ張力調整装置を示す断面図 図１に示す弁体が弁孔を閉じた状態で、ロッドが押し込み方向に移動する過程を示す拡大断面図 図２に示す弁体が弁孔を開いた状態を示す拡大断面図 図３に示す弾性部材とスペーサの変形例を示す拡大断面図 図３に示す弾性部材とスペーサの他の変形例を示す拡大断面図 図３に示す弾性部材とスペーサの更に他の変形例を示す拡大断面図

符号の説明

４ オートテンショナ
７ シリンダ
８ スリーブ
９ 底
１１ プランジャ
１２ 圧力室
１３ リザーバ室
１４ 油通路
１５ チェックバルブ
１６ リーク隙間
１７ ロッド
２０ リターンスプリング
２２ 弁孔
２３ シート面
２４ 弁体
２５ 圧縮コイルばね
２６ 弁棒
２８ 凹部
３０ 駆動部
３１ バルブスプリング
３２ 電磁コイル
３４ バイパス通路
３７ 波ばね
３８ 案内部
３９ スペーサ
４０ フランジ部
４１ 波ばね
４２ 圧縮コイルばね

Claims (6)

1. 有底のシリンダ（７）内に有底のスリーブ（８）を嵌め合わせ、そのシリンダ（７）内に作動油を溜め、前記スリーブ（８）内にプランジャ（１１）を摺動可能に挿入してシリンダ（７）内を圧力室（１２）とリザーバ室（１３）に区画し、前記プランジャ（１１）とスリーブ（８）の摺動面間に形成されるリーク隙間（１６）を介して前記圧力室（１２）とリザーバ室（１３）を連通し、前記プランジャ（１１）と軸方向に一体に移動するロッド（１７）を設け、そのロッド（１７）をシリンダ（７）から突出する方向に付勢するリターンスプリング（２０）を設け、前記プランジャ（１１）に圧力室（１２）とリザーバ室（１３）を連通する油通路（１４）を形成し、その油通路（１４）にリザーバ室（１３）側から圧力室（１２）側への作動油の流れのみを許容するチェックバルブ（１５）を設けたオートテンショナ（４）において、
   前記スリーブ（８）の底（９）を貫通する弁孔（２２）を設け、その弁孔（２２）と前記リザーバ室（１３）とを連通するバイパス通路（３４）を前記スリーブ（８）と前記シリンダ（７）の嵌合面間に設け、前記弁孔（２２）の圧力室（１２）側とは反対側の端部に形成されたシート面（２３）に接触、離反して弁孔（２２）を開閉する球状の弁体（２４）と、軸方向に弾性変形可能な弾性部材（２５）を介して前記弁体（２４）を支持する弁棒（２６）と、その弁棒（２６）を軸方向に移動させる駆動部（３０）とを設け、前記弾性部材（２５）の圧縮量が大きくなる方向に前記弁棒（２６）を移動させたときに、前記弁体（２４）が弾性部材（２５）の復元力によって閉弁状態を保持し、前記弾性部材（２５）の圧縮量が小さくなる方向に前記弁棒（２６）を移動させたときに、前記弁体（２４）が弾性部材（２５）の復元力に抗して開弁位置に移動可能となるようにしたことを特徴とするオートテンショナ。
2. 前記駆動部（３０）が、前記弁棒（２６）を前記弾性部材（２５）の圧縮量が小さくなる方向に付勢するバルブスプリング（３１）と、通電により、前記弁棒（２６）を前記弾性部材（２５）の圧縮量が大きくなる方向に移動させる電磁コイル（３２）とからなる請求項１に記載のオートテンショナ。
3. 前記弁体（２４）と弾性部材（３７）の間にスペーサ（３９）を設け、そのスペーサ（３９）に、前記弁棒（２６）の先端に形成した凹部（２８）に軸方向にスライド可能に挿入される柱状の案内部（３８）を設けた請求項１または２に記載のオートテンショナ。
4. 前記スペーサ（３９）に前記弁棒（２６）の先端と軸方向に対向するフランジ部（４０）を設け、そのフランジ部（４０）と前記弁棒（２６）の対向面間に前記弾性部材（４１）を組み込んだ請求項３に記載のオートテンショナ。
5. 前記弾性部材が、圧縮コイルばね（２５）である請求項１から４のいずれかに記載のオートテンショナ。
6. 前記弾性部材が、波ばね（３７）である請求項１から４のいずれかに記載のオートテンショナ。

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