JP2010508474A - 摺動ラチェット機構を備えた枢支アームテンショナ - Google Patents

Abstract

エンジンチェーンまたはベルトテンショニングシステムは、エンジンタイミングシステムにバックラッシュを含むラチェット手段を備えたテンショナ枢支アームを有している。テンショナシステムは、固定ピンを有するテンショナ枢支アームと、径方向に突出するラチェット歯と、テンショナ枢支アーム付勢装置と、径方向に突出するラチェット歯と係合するラチェット機構と、を有している。ラチェット機構は、テンショナ枢支アームが一方向において自由に回転するが、反対方向においてバックドライブが制限されるように、方向付けられている。

Description

本出願は、２００６年１０月２５日に出願され、「摺動ラチェット機構を備えた枢支アームテンショナ（ＰＩＶＯＴ ＡＲＭ ＴＥＮＳＩＯＮＥＲ ＷＩＴＨ ＳＬＩＤＩＮＧ ＲＡＴＣＨＥＴ ＭＥＣＨＡＮＩＳＭ）」と題された米国仮特許出願第６０／８６２，７８０号明細書に開示された１つ以上の発明について請求するものである。これにより、米国特許法第１１９条（ｅ）の下での米国仮特許出願の利益を主張する。上述した出願は、開示内容がすべて参照により本明細書に援用される。

本発明は、包括的には、自動車のタイミング用途および動力伝達用途においてチェーン駆動装置とともに使用されるテンショナに関する。特に、本発明は、ラチェットテンショナシステムに関する。

動力伝達用チェーンが複数のスプロケット間を走行する際に、かかるチェーンまたは同様の動力伝達装置用の制御装置として、機械式テンショナ等のテンショニング装置が使用されている。この装置では、チェーンは、駆動スプロケットから従動スプロケットに動力を伝達し、それにより、チェーンの一部が弛み、チェーンの一部が張る。一般に、歯付チェーンの場合、ノイズ、スリップまたは歯の噛合不良を防止するために、チェーンにある程度の張力を加えかつそれを維持することが重要である。かかるスリップを防止することは、特に、内燃機関のチェーン駆動カムシャフトの場合に重要である。それは、歯飛びにより、カムシャフトのタイミングがずれ、損傷がもたらされるかまたはエンジンが動作不能になる可能性があるためである。

しかしながら、内燃機関の過酷な環境においては、さまざまな要因がチェーン張力の変動をもたらす可能性がある。たとえば、温度の幅広い変化およびエンジンのさまざまな部品間の熱膨張係数の大幅な相違により、チェーン張力が過度に高いレベルと過度に低いレベルとの間で変化する可能性がある。長期間の使用の間に、動力伝達システムの部品に対する摩耗により、チェーン張力が低減する可能性がある。さらに、カムシャフトおよびクランクシャフトがもたらすねじり振動により、チェーン張力の著しい変動がもたらされる。たとえばエンジンの停止時または始動不良時に発生するエンジンの逆回転によっても、チェーン張力の変動がもたらされる可能性がある。これらの理由により、チェーンの張り側における過度な緊張力を除去し、かつチェーンの緩み側において必要な張力を確保する機構が望まれている。

従来、チェーンに張力を加えるために、機械式ブレードテンショナおよび液圧テンショナが使用されてきた。機械式テンショナの使用は、適切なチェーン張力を維持する一般的な方法である。一般に、これらの機構は、動力伝達システムの弛み側においてチェーンに押し付けるレバーアームを採用している。このレバーアームは、チェーンが弛んでいる時にはチェーンを押し付けてチェーンを張らなければならず、チェーンが張る時には強固でなければならない。

図１は、米国特許第６，４４７，４１４号明細書に開示されているブレードスプリング付き可撓性テンショナアームを備えた液圧テンショナを示している。この液圧テンショナは、概略的に示すチェーン１０に隣接して取り付けられている。チェーン１０は、テンショナの両側に各々接触する２つのスパン１２、１４を有している。このテンショニングシステムは、アーム１６と液圧テンショナハウジング４０内の液圧テンショナ２０とを有している。アーム１６は、上方のチェーンスパン１２に沿って張力を加える。第２チェーンスパン１４は、テンショナハウジングの底部において固定アーム４２または通路に沿って移動する。

アーム１６の一端１７は、テンショナハウジングの一部を形成する支持部２２に枢支取付されている。アーム１６の中央部は、液圧テンショナ２０のピストン２６の上部２４によって支持されている。アーム１６の自由端１９は、別のハウジング支持部２８によって支持されている。アーム１６は、その上側３２がチェーンスパン１２の下側３４と接するように配置されている。アーム１６の底側３６は、テンショナピストン２６の上側２４に接して配置されている。アーム１６の一端１７は、点３８を中心とする単一の枢支軸を有しており、他端１９は、自由端であって、ハウジング支持部２８のうちの１つに沿って摺動することができる。クランクシャフトスプロケット４４の移動により、チェーン１０とそれぞれのスパン１２および１４が強制的に移動する。チェーンスパン１２は、バランスシャフトスプロケット４６の周りに巻き付けられている。

図２は、米国特許第６，８４９，０１５号明細書に開示されている機械式テンショナを示す。このテンショナは、タイミングチェーン６６の張り側スパン６４および弛み側スパン６５を制御するように配置されている。アーム５４は、タイミングチェーン６６の弛みスパン６５の外側に配置されているシュー５３を支持している。テンショナアーム５４は、矢印５９の方向に移動した場合、弛みを巻き取り、チェーンに対して張力を加える。アーム５４およびシュー５３は、固定ピン５８によってテンショナ枢支アーム５１に取り付けられていることが好ましい。テンショナ枢支アーム５１は、枢支軸５２において枢支機能を有している。矢印５６の方向において点５５に力が加わった時、緊張が発生する。矢印５６の方向における回転力は、点５５に取り付けられている引張スプリング５７からもたらされる。この回転力を加えるために使用されるスプリングのタイプには、ねじりばね、圧縮ばね、引張ばねまたは液圧テンショナがある。

テンショナ枢支アーム５１の過度の逆回転は、爪６３と噛み合うラチェット歯６１等のラチェット機構を追加することによって制限される。チェーンの張りおよび弛みは、温度変化（たとえば、ホットエンジンまたはコールドエンジン）によるチェーンの環境（たとえば、エンジンブロック、シリンダヘッド、水、オイル等）に対する影響によってもたらされる。この張りおよび弛みに対応するために、組立体には、幾分かのバックラッシュが必要である。一例として、バックラッシュを、爪６３のその枢支ピンにおける溝状または大きめの穴として示し、爪６３には、引張スプリング６０により矢印６２の方向にかつラチェット歯６１に接するようにばね力が加えられている。ラチェット歯６１、爪噛合いおよびピンサイズ等は、さまざまなリンクアームおよび／またはモーメントアームおよび適切なラチェット増分量によって影響を受けるチェーン荷重にしたがって確定される。

アーム５４およびシュー５３のテンショナ枢支アーム５１への点５８における取付により、アーム５４およびシュー５３が図示するように枢動することができる時、シュー５３は、それ自体チェーン６６と整列し、チェーンの動き（すなわち弦下降、チェーンの急激な動き（ｊｅｒｋ）、チェーンの波動等）に従う一方で、摩擦に対してそれら２つの荷重を平衡させる。

エンジンチェーンまたはベルトテンショニングシステムは、エンジンタイミングシステムにバックラッシュを含むラチェット手段を備えたテンショナ枢支アームを有している。本テンショナシステムは、固定ピンを有するテンショナ枢支アームと、径方向に突出するラチェット歯と、テンショナ枢支アーム付勢装置と、径方向に突出するラチェット歯と係合するラチェット機構と、を有している。ラチェット機構は、テンショナ枢支アームが一方向において自由に回転するが、反対方向においてバックドライブが制限されるように方向付けられている。

第１実施形態では、テンショナは、枢支アーム、径方向に突出するラチェット歯、ブラケット、係合機構付勢装置および枢支アーム付勢装置を有している。枢支アームは、固定枢支ピンの周囲で回転可能である。径方向に突出するラチェット歯は、枢支アームとともに固定枢支ピンを中心に枢動する。ブラケットは係合溝を有し、ラチェット歯と係合する、溝に摺動可能に嵌合する係合機構を支持している。係合機構付勢装置は、係合機構に対しラチェット歯係合方向において作用する。枢支アーム付勢装置は、付勢アームをチェーンまたはベルトに向かって付勢する。係合したラチェット歯が、係合機構が係合したラチェット歯を解放する前に、チェーンまたはベルト方向に過度に伸張する（ｏｖｅｒ−ｅｘｔｅｎｄ）ように、溝がラチェット歯に対して方向付けられている。

第２実施形態では、テンショナは、枢支アーム、径方向に突出するラチェット歯、爪、ブラケット、係合機構付勢装置および枢支アーム付勢装置を有している。枢支アームは、固定枢支ピンの周囲で回転可能である。径方向に突出するラチェット歯は、枢支アームとともに固定枢支ピンを中心に枢動する。爪は、ラチェット歯と係合する。ブラケットは、溝を有し、爪と係合しかつ溝に摺動可能に嵌合する係合機構を備えている。係合機構付勢力は、係合機構に対しラチェット歯との爪係合の方向において作用する。枢支アーム付勢装置は、枢支アームをチェーンまたはベルトに向かって付勢する。爪および係合機構の横方向の移動が溝の形状によって制限される時、枢支アームおよびラチェット歯のさらなる回転により強制的に、爪が、歯飛びが発生するようにラチェット歯の係合を解除する。

従来技術において既知である液圧テンショナを示す。 従来技術において既知である機械式テンショナを示す。 本発明のテンショナを示す。 本発明の代替実施形態におけるテンショナを示す。 本発明の一実施形態における図３の線５−５に沿ったラチェットブラケットオーバモールドを備えたテンショナ枢支アームを示す。 図３の取付ブラケットの側面図を示す。 本発明の一実施形態におけるピンまたはボールを付勢する付勢力の一例を示す。

本発明のエンジンチェーンまたはベルトテンショニングシステムは、エンジンタイミングシステムにバックラッシュ（バックドライブ）を含むラチェット手段を備えたテンショナ枢支アームを有している。本テンショナシステムは、固定枢支ピンを有するテンショナ枢支アームと、テンショナ枢支アームに取り付けられている径方向に突出するラチェット歯と、を有している。一実施形態では、テンショナアームはプラスチックからなることが好ましい。枢支アームは、テンショナ枢支アーム付勢装置によって付勢される。枢支アーム付勢装置はスプリングであることが好ましく、それには、限定されないが、ねじりばね、圧縮ばねまたは引張ばねがある。別法として、枢支アーム付勢装置は液圧ピストンである。ピンまたはボール等の係合機構が、径方向に突出するラチェット歯と係合する。ブラケットがピンまたはボールを摺動可能に収容しており、機械式であるかまたは重力による付勢力が、ピンまたはボールを付勢する。付勢力に対するいくつかの例には、限定されないが、ねじりばね、圧縮ばね、引張ばねまたは板ばねがある。径方向に突出するラチェット歯は、テンショナ枢支アームと同じ固定枢支点を中心に枢動する。一実施形態では、ブラケットおよび枢支ピンは、チェーンまたはベルトスパンの外側に配置されている。

テンショナ枢支アームの過度な逆回転は、溝に摺動可能に嵌合するピンまたはボールに接触するラチェット歯等のラチェット機構を追加することにより、制限されることが好ましい。チェーンの張りおよび弛みは、エンジン動作環境（温度、熱収縮等）および駆動部品および従動部品からの入力によってもたらされる。この張りおよび弛みに対応するために、組立体には幾分かのバックラッシュが必要である。

テンショナ枢動アームのラチェットおよびバックラッシュは、ラチェット歯と係合するピンまたはボールが固定ブラケットの溝に摺動可能に嵌合することができるようにすることにより達成される。ラチェット歯に対する溝の方向づけにより、係合したラチェット歯は、ピンまたはボールがラチェット歯を解放する前にチェーンの方向に（図では、左回りに）過度に伸張する。先に係合したラチェット歯が解放されると、ピンまたはボールは後続するラチェット歯に摺動可能に係合する。歯飛びに対してラチェット過回転が必要とされたため、限られた量のバックドライブがあり、テンショナ枢支アームシステムのゼロバックドライブ状態が排除される。

本発明の第２実施形態は、固定枢支ピンを有するテンショナ枢支アームと、テンショナ枢支アームと同じ固定枢支軸を中心に回転する、テンショナ枢支アームに取り付けられている径方向に突出するラチェット歯と、径方向に突出するラチェット歯と係合する爪と、ブラケットの溝に摺動可能に嵌合する、爪に取り付けられているピンと、ラチェット歯係合方向において機械的にまたは重力により爪に作用する付勢力と、を有している。

テンショナ枢支アームのラチェットおよびバックラッシュは、ピンおよび爪がブラケットによって摺動可能に収容されるのを可能にすることによって達成される。テンショナ枢支アームが自由回転方向に回転すると、爪およびピンは、溝において、爪およびピンの横方向の移動が溝形状によって制限される場所まで移動する。この場所で、テンショナ枢支アームおよびラチェット歯のさらなる回転により強制的に、爪が、歯飛びが発生する程度までラチェット歯との係合を解除する。歯飛びの直後に、テンショナ枢支アームバックドライブが可能となり、それが爪とピンとブラケット溝との間の摺動可能嵌合によって制限される。この方向付けにより、歯飛びの直後の時点においても、テンショナ枢支アームの制限されたバックドライブが可能となる。

図３、図５および図６は、本発明の一実施形態におけるテンショナを示す。テンショナは、エンジンタイミングシステムにバックラッシュを含むラチェット手段を備えたテンショナ枢支アーム１００を有している。テンショナ枢支アーム１００は、固定枢支ピン１０５と、テンショナ枢支アーム１００に取り付けられている複数の径方向に突出するラチェット歯１０４を有するラチェットギア１１０と、を有している。径方向に突出するラチェット歯１０４は、テンショナ枢支アーム１００と同じ固定枢支ピン１０５を中心に枢動する。テンショナはまた、テンショナ枢支アームを付勢する装置も有している。図５には、テンショナ枢支アーム１００を付勢するねじりばね１０８を示しているが、ねじりばねの代りに、限定されないが圧縮ばね、引張ばねまたは液圧ピストンテンショナを含む他の付勢装置を用いてもよい。ピンまたはボール１０３等の係合機構が、径方向に突出するラチェット歯１０４と係合する。係合機構は、ブラケット１０１の溝１０２に摺動可能に嵌合している。ピンまたはボール１０３は、機械式であるかまたは重力によることが好ましい付勢力によって付勢されている。

図６に最もよく示すように、ピン１０３を支持する溝１０２を形成するために、好ましくは、ブラケット１０１の一部において３面が貫通してフラップが形成されている。そして、フラップは折り返されてＵ字型を形成している。Ｕの底部１１２は、ブラケット１０１の主部から外側に延在しており、フラップの残りの部分１１４はブラケット１０１に対して平行に延びている。外部部分１１４の溝１０２に加えて、ブラケット１０１に内部溝１１６があることが好ましく、それによりそれら溝が、ピンまたはボール１０３を各端部において支持する。ラチェット歯１０４は、好ましくは、ブラケット１０１とフラップ１１４との間を進み、ピン１０３の中央部分と係合する。

溝にピンを保持するために、ピンは、チェーンピンのようにリベット締めされるように材料的に変形するか、または座金およびリベットによって適所に保持されることが好ましい。いずれの場合も、ピンの材料は、非円形になるように変形する。この変形により、ピンは溝内を横方向に移動することができず、一方で溝の方向の動きは制限されない。

図７に、付勢力の一例として板ばね７００を示す。板ばね７００は、ピンまたはボール１０３を付勢方向７０１に付勢する。図６の実施形態では、ばね７００は、ブラケット１０１のＵの最上部分１１２に取り付けられて、ピンまたはボール１０３をラチェット歯と係合するように付勢することが好ましい。付勢力の他の例には、限定されないが、ねじりばね、圧縮ばねまたは引張ばねがある。一実施形態では、ブラケット１０１および枢支ピン１０５は、チェーン１０６またはベルトスパンの外側に配置されている。

テンショナ枢支アーム１００の過度な逆回転は、ブラケット１０１の溝１０２に摺動可能に嵌合するピンまたはボール１０３と接触する、ラチェット歯１０４等のラチェット機構を追加することによって、制限されることが好ましい。１つの代替的なラチェット機構は、後述する爪２０７とは異なる１つ以上の爪である。溝１０２は、固定枢支ピンからの径方向の線に対して角度θで、ラチェット歯１０４に対して方向付けられており、その際、係合したラチェット歯が、ピンまたはボール１０３がラチェット歯を解放する前に、自由回転方向に過度に伸張することが必要である。角度θにより、歯飛びに続く許容可能なバックドライブの量が確定され、それにより、角度が増大すると可能な後方移動が増大し、角度が低減すると可能な後方移動が低減する。ピンまたはボール１０３は、先に係合したラチェット歯を解放すると、後続するラチェット歯と摺動可能に係合する。歯飛びにはラチェットの過回転が必要とされるため、限られた量の許容可能なバックドライブがあり、テンショナ枢支アーム１００のゼロバックドライブ状態が排除される。角度θの値は、各テンショナに対する所定の用途における最適な許容可能バックドライブに対して適合されることが好ましい。

図４は、本発明の第２実施形態におけるテンショナを示す。この実施形態におけるテンショナは、固定枢支ピン２０５を有するテンショナ枢支アーム２００と、テンショナ枢支アーム２００と同じ固定枢支軸を中心に回転する、テンショナ枢支アーム２００に取り付けられている径方向に突出するラチェット歯２０４と、を有している。径方向に突出するラチェット歯２０４には、爪２０７が係合する。爪２０７には、ブラケット２０１の溝２０２に摺動可能に嵌合するピン２０３が取り付けられている。機械式かまたは重力による付勢力が、爪２０７に対しラチェット歯係合方向に作用する。

テンショナ枢支アーム２００がチェーン弛みスパン２０６の方向に回転すると、爪２０７およびピン２０３が溝２０２内を、爪２０７およびピン２０３の横方向の移動が溝２０２の形状によって制限される場所まで摺動する。この場所で、テンショナ枢支アーム２００およびラチェット歯２０４のさらなる回転により強制的に、爪２０７が、歯飛びが発生する程度までラチェット歯２０４の係合を解除する。歯飛びの直後にテンショナ枢支アームバックドライブが可能となるが、それは、爪２０７とピン２０３とブラケット溝２０２の形状との間の摺動可能嵌合によって制限される。この方向付けにより、歯飛びの直後の時点においてもテンショナ枢支アームの制限されたバックドライブが可能となる。

本発明には多くの利点がある。たとえば、ラチェット機構によりテンショナ枢支アームの後方移動が低減し、チェーンの適切な制御が維持され、チェーンの張力が低い状況とその状態からもたらされるノイズの状況とが除去される。さらに、システムの可能なバックラッシュにより、チェーンの張力が過度である状況と、不十分なテンショナ枢支アームの後方移動および過度なチェーンの張力の結果もたらされるあらゆるノイズとが除去される。

したがって、本明細書で説明した本発明の実施形態は、単に発明の原理の適用を例示するものである、ということが理解されるべきである。本明細書における例示した実施形態の詳細への言及は、特許請求の範囲を限定するように意図されるものではなく、特許請求の範囲は、それ自体が、本発明に本質的であるとみなされる特徴を列挙している。

Claims (14)

1. ａ）固定枢支ピンの周囲で回転可能な枢支アームと、
   ｂ）前記枢支アームとともに前記固定枢支ピンを中心に枢動する複数の径方向に突出するラチェット歯と、
   ｃ）係合溝を有し、前記ラチェット歯と係合しかつ前記溝に摺動可能に嵌合する係合機構を支持する、ブラケットと、
   ｄ）前記係合機構に対しラチェット歯係合方向において作用する係合機構付勢装置と、
   ｅ）前記枢支アームをチェーンまたはベルトに向かって付勢する枢支アーム付勢装置と、
   を具備し、
   第１係合ラチェット歯が、前記係合機構が前記第１係合ラチェット歯を解放する前に前記チェーンまたはベルトの方向に過度に伸張するように、前記溝が前記ラチェット歯に対して方向付けられる、テンショナ。
2. 前記係合機構が、前記第１係合ラチェット歯を解放すると第２係合ラチェット歯と係合するように、前記ラチェット歯が成形される、請求項１に記載のテンショナ。
3. 前記テンショナに、制限された量の許容可能なバックラッシュがあるように、前記ラチェット歯、前記ブラケットおよび前記係合機構が形成される、請求項１に記載のテンショナ。
4. 前記係合機構がボールを含む、請求項１に記載のテンショナ。
5. 前記係合機構がピンを含む、請求項１に記載のテンショナ。
6. 前記係合機構付勢装置が、
   ａ）ねじりばね、
   ｂ）圧縮ばね、
   ｃ）引張ばね、および
   ｄ）板ばね
   からなる群から選択される、請求項１に記載のテンショナ。
7. 前記枢支アーム付勢装置が、
   ａ）ねじりばね、
   ｂ）圧縮ばね、
   ｃ）引張ばね、および
   ｄ）液圧ピストン
   からなる群から選択される、請求項１に記載のテンショナ。
8. 前記溝が、前記係合機構が前記第１係合ラチェット歯を解放した後の許容可能なバックラッシュの量を確定する、前記固定枢支ピンからの径方向の線に対して角度θで方向付けられる、請求項１に記載のテンショナ。
9. 前記ブラケットが支持溝を有し、さらにフラップを備え、前記フラップが、前記係合溝を有し、前記ブラケットから形成され、かつ前記係合溝および前記支持溝が前記係合機構の両端部を支持するように前記フラップが折り返されている、請求項１に記載のテンショナ。
10. ａ）固定枢支ピンの周囲で回転可能な枢支アームと、
    ｂ）前記枢支アームとともに前記固定枢支ピンを中心に枢動する複数の径方向に突出するラチェット歯と、
    ｃ）前記ラチェット歯と係合する爪と、
    ｄ）溝を有し、前記爪と係合しかつ前記溝に摺動可能に嵌合する係合機構を備える、ブラケットと、
    ｅ）前記係合機構に対し前記ラチェット歯との爪係合の方向において作用する係合機構付勢装置と、
    ｆ）前記枢支アームをチェーンまたはベルトに向かって付勢する枢支アーム付勢装置と、
    を具備し、
    それにより、前記爪および前記係合機構の横方向の移動が、前記溝の形状によって制限される時、前記枢支アームおよびラチェット歯のさらなる回転により強制的に、前記爪が、歯飛びが発生するように前記ラチェット歯の係合を解除する、テンショナ。
11. 歯飛びの直後にバックラッシュが可能となるが、それが、前記爪と前記溝の形状との間の前記摺動可能な嵌合によって制限されるように、前記ブラケット、前記爪および前記係合機構が形成される、請求項１０に記載のテンショナ。
12. 前記係合機構がピンである、請求項１０に記載のテンショナ。
13. 前記係合機構付勢装置が、
    ａ）ねじりばね、
    ｂ）圧縮ばね、
    ｃ）引張ばね、および
    ｄ）板ばね
    からなる群より選択される、請求項１０に記載のテンショナ。
14. 前記枢支アーム付勢装置が、
    ａ）ねじりばね、
    ｂ）圧縮ばね、
    ｃ）引張ばね、および
    ｄ）液圧ピストン
    からなる群より選択される、請求項１０に記載のテンショナ。