JP2011012732A - 油圧式テンショナ - Google Patents

Abstract

【課題】逆止弁の耐久性を高めると共にシール不良を防止する。
【解決手段】プランジャに油圧を作用させる油圧室からの作動油の逆流を阻止する逆止弁２５を有し、この逆止弁が、チェックボール３２と、中心部に油路３３が開口するように座面３４が形成されたボールシート３５と、このボールシートの座面に対するチェックボールのリフト量を制限するリテーナ３６と、このリテーナとチェックボールとの間に介装されてチェックボールを閉方向に付勢するコイルばね３７とを備え、リテーナにおける座面に対向する頂壁部４２に、周囲をコイルばねの支持面５１で取り囲まれた態様で、チェックボールを規制する規制部５２が設けられ、この規制部に、座面に密接した全閉位置にあるチェックボールと略同心の球面状をなす凹面５３が形成されたものとする。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両用エンジンに用いられるタイミングチェーン等の無端伝動体に適正な張力を付与する油圧式テンショナに関するものである。

車両用エンジンにおいてクランクシャフトの回転力をカムシャフトに伝達するタイミングチェーンなどの無端伝動体には、振動及び騒音を低減すると共に信頼性を向上させる目的で、無端伝動体に適正な張力を付与して無端伝動体の緩みを除去する油圧式テンショナが設けられている。

この油圧式テンショナでは、ハウジング内の油圧室の油圧をプランジャに作用させて、無端伝動体に摺接する部材を押圧することで、無端伝動体に張力を付与しており、伝達トルクの急変などに伴って無端伝動体に大きな張力が発生すると、プランジャに後退方向の荷重が作用するが、このとき油圧室内の作動油が逆流してプランジャが大きく後退すると、無端伝動体の安定した走行が損なわれることから、油圧室内の作動油の逆流を阻止するためにボール式の逆止弁が設けられている（特許文献１参照）。

特許第３５８０４２４号公報

しかるに、前記の逆止弁では、開状態でボールシートの座面からチェックボールが離れ過ぎると、座面に対するチェックボールの円滑な接離動作が困難になることから、リテーナでチェックボールを保持して座面に対するチェックボールのリフト量を制限するようにしているが、従来の油圧式テンショナでは、座面に対向するように形成されたリテーナの頂壁部が、チェックボールに向かって凸となる凸面状、あるいは平面状に形成されている。

このため、チェックボールがリテーナに当接した際の接触面圧（ヘルツ応力）が高くなり、耐久性が低下するという問題があった。また、ボールシートの中心線からずれた位置でチェックボールがリテーナに当接した場合、チェックボールがリテーナから受ける反力が、チェックボールをボールシートの中心線から遠ざける外向きに作用することから、閉方向にチェックボールが復帰する際にボールシートの中心線から遠ざかる向きに移動するため、チェックボールがボールシートの座面に部分的に接触した片当たり状態となり、シール不良を招くという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、逆止弁の耐久性を高めると共にシール不良を防止することができるように構成された油圧式テンショナを提供することにある。

前記課題を解決するためになされた本発明は、プランジャ（４）に油圧を作用させる油圧室（２２）からの作動油の逆流を阻止する逆止弁（２５）を有し、この逆止弁が、チェックボール（３２）と、中心部に油路（３３）が開口するように座面（３４）が形成されたボールシート（３５）と、このボールシートの座面に対する前記チェックボールのリフト量を制限するリテーナ（３６）と、このリテーナと前記チェックボールとの間に介装されて前記チェックボールを閉方向に付勢するコイルばね（３７）とを備えた油圧式テンショナであって、前記リテーナにおける前記座面に対向する頂壁部（４２）に、周囲を前記コイルばねの支持面（５１）で取り囲まれた態様で、前記チェックボールを規制する規制部（５２）が設けられ、この規制部に、前記チェックボールより大径で且つ前記ボールシートの中心線上に略中心が位置する球面状をなす凹面（５３）が形成された構成とする。

特に、前記凹面が、前記座面に密接した全閉位置にある前記チェックボールと略同心の球面状をなす構成とすると良い。

これによると、チェックボールがボールシートの座面から離れた開状態で、チェックボールがリテーナの規制部により規制された際に、チェックボールが凹面に接触することから、リテーナに対するチェックボールの接触面圧が低くなるため、耐久性を高めることができる。

しかも、ボールシートの中心線からずれた位置でチェックボールがリテーナに当接した場合、チェックボールと凹面との接触点でチェックボールが凹面から受ける反力が、チェックボールをボールシートの中心線側に戻す内向きに作用するため、ボールシートの座面に全周に渡って緊密に接触した全閉状態に速やかに移行し、片当たりによるシール不良を防止することができる。

このように本発明によれば、リテーナに対するチェックボールの接触面圧が低くなるため、耐久性を高めることができ、さらにチェックボールがボールシートの座面から離れた開状態から座面に密接した全閉状態に速やかに移行するため、片当たりによるシール不良を防止することができる。

本発明による油圧式テンショナを自動車用エンジンに適用した例を示す側面図である。 本発明による油圧式テンショナを詳しく示す断面図である。 図２に示した逆止弁を詳しく示す断面図である。 図３に示した逆止弁の分解斜視図である。 図３に示した逆止弁の要部を拡大して示す断面図（Ａ）、及びチェックボールに作用する反力の状態を示す模式図（Ｂ）である。 リテーナの従来構成による例を示す断面図（Ａ）、及びチェックボールに作用する反力の状態を示す模式図（Ｂ）である。 リテーナの従来構成による例を示す断面図（Ａ）、及びチェックボールに作用する反力の状態を示す模式図（Ｂ）である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、油圧式テンショナ１は、自動車用エンジンにおいてクランクシャフトの回転力をカムシャフトに伝達するタイミングチェーン２に適正な張力を付与してタイミングチェーン２の緩みを除去するものであり、タイミングチェーン２に摺接するシュー３を押圧するプランジャ４が、図示しないエンジン本体に固定されるハウジング５に進退自在に保持されている。

タイミングチェーン２は、クランクシャフトに取り付けられた駆動側スプロケット６と、カムシャフトに取り付けられた従動側スプロケット７との間に掛け渡されており、張り側に設けられたチェーンガイド８によりタイミングチェーン２が案内されると共に、弛み側に設けられたシュー３が油圧式テンショナ１によりタイミングチェーン２に押し付けられることでタイミングチェーン２に張力が付与される。シュー３は、エンジン本体に固定される支軸９に揺動自在に支持されている。

図２に示すように、油圧式テンショナ１のプランジャ４は、ハウジング５に設けられたプランジャ収容孔２１に収容されている。プランジャ収容孔２１内には、開口側をプランジャ４で閉鎖された態様で、プランジャ４に油圧を作用させる油圧室２２が形成されている。油圧室２２には、図示しないオイルポンプから供給される油圧が、プランジャ収容孔２１の底部側に設けられた油圧導入部２３から導入される。また、プランジャ収容孔２１には、プランジャ４を突出方向に付勢するコイルばね２４が設けられている。

油圧導入部２３には、油圧室２２内の作動油の逆流を阻止する逆止弁２５が設けられている。タイミングチェーン２では伝達トルクの急変などに応じて大きな張力が発生すると、プランジャ４に後退方向の荷重が作用するが、このとき油圧室２２内の作動油が逆流してプランジャ４が急激に後退すると、タイミングチェーン２の安定した走行が損なわれるため、逆止弁２５により油圧室２２内の作動油の逆流を阻止する。

プランジャ４は、有底円筒状をなし、その内部には、油圧室２２の圧力が過大に上昇した際に油圧室２２を開放して油圧室２２の圧力を低下させるリリーフバルブ２６が設けられている。タイミングチェーン２では伝達トルクの変化や熱膨張により張力が変動し、張力が低くなると、油圧室２２の油圧が低下して、油圧導入部２３から油圧が導入され、一方、タイミングチェーン２の張力が過度に高くなると、リリーフバルブ２６により徐々に油圧室２２の油圧を低下させて、タイミングチェーン２の張力を適正化する。

また、プランジャ４の先端近傍には、プランジャ４の後退を阻止するラチェット機構２７が設けられている。タイミングチェーン２では経年的な摩耗により伸びが発生し、このタイミングチェーン２の伸びに追随して、ラチェット機構２７によるプランジャ４の後退の限度位置が、プランジャ４の前進方向に段階的に変化する。

図３に示すように、逆止弁２５は、チェックボール３２と、中心部に油路３３が開口するように座面３４が形成されたボールシート３５と、このボールシート３５の座面３４に対するチェックボール３２のリフト量を制限するリテーナ３６と、このリテーナ３６とチェックボール３２との間に介装されてチェックボール３２を閉方向に付勢する円筒状のコイルばね３７とを備えている。

リテーナ３６は、側壁部４１と、頂壁部４２と、フランジ部４３とを有しており、全体として釣鐘形状をなしている。側壁部４１は、円筒状をなすボールシート３５に嵌合する大径部４４と、内部にチェックボール３２を収容する小径部４５とを有している。側壁部４１及びフランジ部４３には、図４に示すように、周方向に一定間隔をおいて複数の切り欠き４７が形成されており、この切り欠き４７により作動油が流通する油孔４６がプランジャ４３の軸線方向に延びた態様で画成される。

図３に示したように、コイルばね３７は、一端がチェックボール３２に当接すると共に、他端がボールシート３５の座面３４に対向するリテーナ３６の頂壁部４２に当接して、チェックボール３２をボールシート３５の中心線方向に付勢しており、油圧室２２の油圧が油路３３の油圧と概ね等しい状態では、コイルばね３７の付勢力によりチェックボール３２がボールシート３５の座面３４に密接した全閉状態に保持される。

リテーナ３６の頂壁部４２には、周囲をコイルばねの支持面５１で取り囲まれた態様で、チェックボール３２を規制する規制部５２が、ボールシート３５側に円錐台状に突出した状態で設けられており、油圧室２２の油圧が油路３３の油圧より低くなると、コイルばね３７の付勢力に抗してチェックボール３２が座面３４から離れて、油路３３の作動油が油圧室２２内に流入するが、このとき作動油に押されてチェックボール３２がリテーナ３６の規制部５２に当接して、ボールシート３５の座面３４に対するチェックボール３２のリフト量が制限される。

この規制部５２には、図５に示すように、座面３４に密接した全閉位置にあるチェックボール３２と略同心の球面状をなす凹面５３が形成されている。これにより、チェックボール３２が座面３４から離れた開状態で、チェックボール３２が規制部５２により規制された際に、チェックボール３２が凹面５３に接触することから、規制部５２に対するチェックボール３２の接触面圧が低くなる。このため、油圧室２２の圧力変化に応じてチェックボール３２と規制部５２とが接離を繰り返すうちに破損が生じることを抑制して、耐久性を高めることができる。

ここで、図５に示す本発明に基づく構成、すなわち規制部５２に凹面５３が形成された構成と、図６・図７に示す従来技術に基づく構成とを比較する。ここで、図６に示す比較例１のリテーナ６１では、規制部６２にチェックボール３２に向かって凸となる凸面６３が形成されている。図７に示す比較例２のリテーナ６５では、規制部６６に平面６７が形成されている。

まず、各構成において規制部５２・６２・６６とチェックボール３２とが接触した際にその接触面に発生するヘルツ応力を比較する。ここでは、チェックボール３２の半径ｒ＝２（mm）、ボールシート３５の座面３４に対するチェックボール３２のリフト量Ａ＝０．４（mm）とする。

図５に示す本発明の構成では、凹面５３の半径Ｒ１＝ｒ＋Ａ＝２．４（mm）となり、ヘルツ応力Ｐは次式のようになる。
Ｐ＝（（Ｒ１−ｒ）／（Ｒ１×ｒ））^２／３×α≒０．１９×α

一方、図６に示す比較例１の構成では、凸面６３の半径Ｒ２＝１．２（mm）とすると、ヘルツ応力Ｐは次式のようになる。
Ｐ＝（（Ｒ２＋ｒ）／（Ｒ２×ｒ））^２／３×α≒１．２１×α
また、図７に示す比較例２の構成では、ヘルツ応力Ｐは次式のようになる。
Ｐ＝（１／ｒ）^２／３×α≒０．６３×α

各構成でのヘルツ応力の比率は、比較例１でのヘルツ応力Ｐ＝１とすると、比較例１（凸面）：比較例２（平面）：本発明（凹面）＝１：０．５２：０．１６となり、これより本発明、すなわち規制部５２に凹面５３を形成した構成とすることで、ヘルツ応力を大幅に低減可能なことがわかる。

また、図６に示す比較例１の構成や図７に示す比較例２の構成では、図６（Ｂ）・図７（Ｂ）に示すように、ボールシート３５の中心線からずれた位置でチェックボール３２がリテーナ６１に当接した場合、チェックボール３２と凸面６３との接触点でチェックボール３２が凸面６３から受ける反力Ｆが、チェックボール３２をボールシート３５の中心線から遠ざける外向きに作用する。このため、チェックボール３２が閉方向に復帰する際にボールシート３５の中心線から遠ざかる向きに移動することから、チェックボール３２がボールシート３５の座面３４に部分的に接触した片当たり状態となり、チェックボール３２が全閉位置に復帰するまでに時間を要し、シール不良が発生する虞がある。

これに対して、図５に示す本発明の構成では、図５（Ｂ）に示すように、ボールシート３５の中心線からずれた位置でチェックボール３２がリテーナ３６に当接した場合、チェックボール３２と凹面５３との接触点でチェックボール３２が凹面５３から受ける反力Ｆが、チェックボール３２をボールシート３５の中心線側に戻す内向きに作用する。特にここでは、凹面５３が、ボールシート３５の座面３４に全周に渡って接触した全閉位置にあるチェックボール３２と略同心の球面状をなすため、チェックボール３２が凹面５３から受ける反力Ｆが、全閉位置にあるチェックボール３２の中心に向かう方向に作用する。このため、チェックボール３２が閉方向に復帰する際に全閉位置に向けて移動するようになり、チェックボール３２が全閉位置に速やかに復帰するため、片当たりによるシール不良を防止することができる。

また、図６に示す比較例１の構成や図７に示す比較例２の構成では、チェックボール３２がボールシート３５の中心線から大きくずれて、ボールシート３５の座面３４とチェックボール３２との隙間Ｙが全周に渡って不均一となり易く、これに応じて通過するオイル量も全周に渡って不均一となるため、チェックボール３２が不安定になる。

これに対して、図５に示す本発明の構成では、チェックボール３２がボールシート３５の中心線から大きくずれることがないため、ボールシート３５の座面３４とチェックボール３２との隙間Ｙが全周に渡って略均一となった状態に保持され、これに応じて通過するオイル量も全周に渡って略均一となるため、チェックボール３２が安定する。

なお、規制部５２に対するチェックボール３２の接触面圧を低下させると共に、リテーナ３６の反力を、ボールシート３５の中心線からずれたチェックボール３２をボールシート３５の中心線側に戻すように内向きに作用させるには、凹面５３が、チェックボール３２より大径で且つボールシート３５の中心線上に略中心が位置する球面状をなすものであれば良いが、より速やかに且つ確実にチェックボール３２を座面３４に密接した全閉位置に復帰させるには、この例のように、凹面５３が、座面３４に密接した全閉位置にあるチェックボール３２と略同心の球面状をなす構成とすると良い。

１ 油圧式テンショナ
２ タイミングチェーン
３ シュー
４ プランジャ
５ ハウジング
２１ プランジャ収容孔
２２ 油圧室
２３ 油圧導入部
２５ 逆止弁
２６ リリーフバルブ
２７ ラチェット機構
３２ チェックボール
３３ 油路
３４ 座面
３５ ボールシート
３６ リテーナ
３７ コイルばね
４２ 頂壁部
５１ 支持面
５２ 規制部
５３ 凹面

Claims (2)

1. プランジャに油圧を作用させる油圧室からの作動油の逆流を阻止する逆止弁を有し、この逆止弁が、チェックボールと、中心部に油路が開口するように座面が形成されたボールシートと、このボールシートの座面に対する前記チェックボールのリフト量を制限するリテーナと、このリテーナと前記チェックボールとの間に介装されて前記チェックボールを閉方向に付勢するコイルばねとを備えた油圧式テンショナであって、
   前記リテーナにおける前記座面に対向する頂壁部に、周囲を前記コイルばねの支持面で取り囲まれた態様で、前記チェックボールを規制する規制部が設けられ、この規制部に、前記チェックボールより大径で且つ前記ボールシートの中心線上に略中心が位置する球面状をなす凹面が形成されたことを特徴とする油圧式テンショナ。
2. 前記凹面が、前記座面に密接した全閉位置にある前記チェックボールと略同心の球面状をなすことを特徴とする請求項１に記載の油圧式テンショナ。

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