JP2012219873A - オートテンショナ - Google Patents

Abstract

【課題】無段階の張力調整と任意のバックラッシ量とを両立させる。
【解決手段】シリンダ室１１ａ内に収納するナット部材１２と、ナット部材１２の雌ねじ２１に適合する雄ねじ３１付きのロッド１３と、ロッド１３をナット部材１２から突出する方向に付勢する第１のばね１４と、ナット部材１２、ロッド１３をシリンダ室１１ａから押し出す方向に付勢する第２のばね１５とを設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンのカムシャフト駆動用のチェーン等に適正な張力を付与するために使用するオートテンショナに関する。

エンジンのカムシャフト駆動用のチェーン伝導装置に使用するために、バックラッシを有するラチェット式のオートテンショナが提案されている（特許文献１）。

従来のラチェット式のオートテンショナは、一端開放のシリンダ室にラック付きのプランジャを摺動自在に収納し、シリンダ室内のばねを介してプランジャを突出方向に付勢するとともに、ラックに係合するラチェットをシリンダ室の外部に設けて構成されている。プランジャは、ラチェットの回動角度で決まる一定のバックラッシの範囲内では、ばねを介して前後に進退してチェーンの張力を一定に保持することができ、バックラッシ量を超えてプランジャが進出すると、ラックに対するラチェットの係合位置が変わり、新しい係合位置を基準にして所定のバックラッシの範囲内でプランジャが進退する。なお、ラックのピッチを小さくしてチェーンの張力をできるだけ無段階に調整し、同時に所定のバックラッシ量を実現するために、ラックの歯の前後の角度や歯丈を適切に設定することも提案されている（特許文献２）。

特開平１０−２３８６号公報 特開２００１−２１４９５７号公報

かかる従来技術によるときは、ラックのピッチとバックラッシ量とを互いに独立に設定することができず、設計上の自由度が小さい上、ラチェットの爪をラックの歯に係合させてプランジャの後退を阻止するので、十分な耐久性を実現することが容易でないという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、ナット部材の雌ねじとロッドの雄ねじとをねじ係合させるとともに、雄ねじ、雌ねじのねじ面の片側を互いに噛み合う階段状に形成することによって、無段階の張力調整と任意のバックラッシ量とを両立させるとともに、必要十分な耐久性を容易に実現することができるオートテンショナを提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、内周に雌ねじを有し、一端開放のシリンダ室に摺動可能に収納するナット部材と、雌ねじに適合する雄ねじを有し、シリンダ室の開放端側からナット部材に組み合わせるロッドと、ロッドをナット部材から突出する方向に付勢する第１のばねと、ナット部材、ロッドをシリンダ室から押し出す方向に付勢する第２のばねとを備えてなり、雌ねじ、雄ねじは、ねじ面の摩擦角より大きなリード角に形成し、ロッドをナット部材に押し込む方向の荷重によって当接する側のねじ面を互いに噛み合う等ピッチの階段状に形成することをその要旨とする。

なお、雌ねじ、雄ねじの階段状のねじ面は、軸方向の段差と、リード角をキャンセルする斜面とを組み合わせて形成することができる。

また、雌ねじ、雄ねじは、多条ねじとし、雌ねじは、一周分のねじ山をねじ条数に応じて均等に分割して軸方向の同位置に配置してもよく、ナット部材は、雌ねじを形成する円筒状の本体部材の一端に底部材を接合してもよい。

さらに、第２のばねは、定荷重ばね特性を有することができ、ロッドは、着脱可能な拘束部材によりナット部材内の定位置に拘束することができる。

かかる発明の構成によるときは、ナット部材の雌ねじ、ロッドの雄ねじは、ねじ面の摩擦角より大きなリード角に形成されている。そこで、第１のばねは、ロッドをナット部材から突出する方向に付勢することにより、ナット部材に対してロッドを相対回転させながらシリンダ室から突出させ、ロッドを介してチェーンの張力を無段階に増加させてチェーンの緩みを是正することができる。一方、雌ねじ、雄ねじのねじ面のうち、ロッドをナット部材に押し込む方向の荷重によって当接する側は、互いに噛み合う階段状に形成されているため、チェーンの張力が増大しても、階段状の段差と、ねじ面の隙間とによって決まるバックラッシを超えてロッドが押し込まれることがなく、バックラッシは、階段状の段差により任意に設定することができる。ただし、バックラッシを超えてロッドが押し込まれるようなチェーンの過大な張力の場合には、第２のばねが圧縮され、ナット部材、ロッドが一体となって後退することにより対処することができる。

ナット部材の雌ねじ、ロッドの雄ねじの片側の階段状のねじ面は、ナット部材、ロッドの共通の軸方向の段差と、雌ねじ、雄ねじのリード角をキャンセルする斜面とを組み合わせて形成する。ただし、リード角をキャンセルする斜面とは、ナット部材、ロッドの共通の軸に直角の平面に対してリード角と逆方向に０°以上に傾く平面をいう。

雌ねじ、雄ねじを多条ねじとすれば、ナット部材が短くても、内部のロッドが傾いたり、それによってロッドの回転移動が妨げられたりするおそれがない。また、多条ねじの雌ねじの一周分のねじ山を条数に応じて周方向に均等に分割し、ナット部材の軸方向の同位置の周方向に配置すると、実質的に一周分のねじ山をナット部材の内周に形成すればよく、片側のねじ面を階段状に形成する雌ねじをナット部材の両端から一挙に押圧加工して作ることができる。ただし、ここでいう押圧加工とは、たとえば焼結、鍛造などの塑性加工をいう。

ナット部材は、雌ねじ付きの円筒状の本体部材と底部材とを組み合わせることにより、本体部材の雌ねじを押圧加工によって作るとともに、底部材とロッドとの間に第１のばねを内装し、底部材とシリンダ室の閉鎖端との間に第２のばねを介装することができる。

第２のばねは、定荷重ばね特性を有する非線形ばねとすることにより、チェーンの最大張力を抑制し、過大な張力を回避することができる。なお、このような非線形特性は、たとえば板厚ｔと最大たわみｈとの比ｈ／ｔ＝１．４〜１．６程度の皿ばねや、適切な形状、弾性のゴムなどの弾性体ばねなどにより実現可能である。

ロッドを拘束する拘束部材を設ければ、ロッドをナット部材の定位置にねじ込んで第１のばねを圧縮しても、ロッドが不用意に突出して来ることを防止し、組立作業を円滑にすることができる。なお、拘束部材としては、たとえばロッドの一部に係合する着脱可能なピンや小ねじなどが好ましい。また、シリンダ室内のナット部材にロッドをねじ込んで組み合わせるには、ロッドの先端にスパナなどの工具を係合させる係合部分を形成するとともに、シリンダ室の閉鎖端に形成する貫通孔を介してまわり止め用の工具をナット部材に係合させ、またはナット部材のまわり止めをシリンダ室に設けることにより、ナット部材をまわり止めすることが好ましい。

全体構成縦断面図 ロッドの構成説明図 ナット部材の要部構成説明図 雌ねじ、雄ねじの要部説明図 雌ねじ、雄ねじの係合状態説明図 図１相当の全体動作説明図 使用状態説明図

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

オートテンショナ１０は、ケース１１のシリンダ室１１ａに収納するナット部材１２、ロッド１３、第１のばね１４、第２のばね１５を備えてなる（図１）。

ケース１１には、一端開放のシリンダ室１１ａが形成されている。シリンダ室１１ａは、断面円形であり、シリンダ室１１ａの閉鎖端には、座ぐり１１ｃ付きの貫通孔１１ｂが形成されている。なお、ケース１１には、取付用のボルト孔１１ｄ、１１ｄが形成されている。

ナット部材１２は、内周に雌ねじ２１を有する円筒状の本体部材１２ａの一端の段部１２ｃに対し、有底円筒状の底部材１２ｂを一体に接合して構成されている。ナット部材１２は、ケース１１のシリンダ室１１ａに対し、本体部材１２ａを開放端側に向けて、シリンダ室１１ａの軸方向に摺動移動可能に収納されている。なお、底部材１２ｂは、本体部材１２ａと同径であり、底部材１２ｂの底面には、図１の紙面に垂直方向に長い長方形の角孔１２ｄが開口されている。

ロッド１３は、シリンダ室１１ａの内径に適合する大径部１３ａの一端に、ナット部材１２の雌ねじ２１に適合する雄ねじ３１付きの小径部１３ｂを同軸状に突設して形成されている（図２（Ａ））。ただし、図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれロッド１３の縦断面図、図２（Ａ）のＸ矢視図である。

ロッド１３の内部には、小径部１３ｂの先端から大径部１３ａに向けて断面円形の中空部１３ｃが形成されている。また、大径部１３ａの中間部外周には、環状溝１３ｄが形成され、大径部１３ａの先端面には、径方向の帯状の突部１３ｅが形成されている（図２（Ａ）、（Ｂ））。ロッド１３は、雄ねじ３１を介し、シリンダ室１１ａの開放端側からナット部材１２の雌ねじ２１にねじ込まれ、ナット部材１２と組み合わされている（図１）。

第１のばね１４は、ロッド１３の中空部１３ｃに適合するコイルばねである。第１のばね１４は、中空部１３ｃに内装するようにして、ナット部材１２の底部材１２ｂとロッド１３との間に圧縮されて介装されている。第１のばね１４は、ロッド１３をナット部材１２から突出する方向に付勢している。

第２のばね１５は、定荷重ばね特性を有する皿ばねである。第２のばね１５は、大径のワッシャ１６を介し、シリンダ室１１ａの閉鎖端と底部材１２ｂの底面との間に介装されている。第２のばね１５は、ナット部材１２、ロッド１３をシリンダ室１１ａから押し出す方向に付勢している。

ケース１１には、着脱可能なピン１７が設けられている。ピン１７は、ロッド１３の環状溝１３ｄに係合してロッド１３をナット部材１２内の定位置に拘束する拘束部材として作用する。ピン１７は、ケース１１に形成するピン穴１１ｅに対し、ケース１１の外部から着脱可能である。

ナット部材１２の雌ねじ２１、ロッド１３の雄ねじ３１は、互いに噛合する２条ねじである。

雌ねじ２１は、一周分のねじ山を均等に２分割し、ナット部材１２の本体部材１２ａの内周に対し、各部分が軸方向の同位置の周方向に対称的に配置されている（図３）。ただし、図３（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ正面図、図３（Ａ）のＹ1 −Ｙ1 線、Ｙ2 −Ｙ2 線矢視相当断面図である。雌ねじ２１の片側のねじ面は、段差２１ａ、２１ａ…、斜面２１ｂ、２１ｂ…による等ピッチの階段状に形成されている。ただし、雌ねじ２１の階段状のねじ面は、シリンダ室１１ａの開放端側、すなわち、ロッド１３をナット部材１２に押し込む方向の荷重によって雄ねじ３１が当接する側のねじ面とする（図１、図３）。

雄ねじ３１は、雌ねじ２１と同形の台形に形成されている（図４）。ただし、図４（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ雌ねじ２１、２条ねじの雄ねじ３１、３１のねじ山の拡大図である。雌ねじ２１、雄ねじ３１は、それぞれ共通の基準径ａを有し、雄ねじ３１の片側のねじ面は、段差３１ａ、３１ａ…、斜面３１ｂ、３１ｂ…により雌ねじ２１の階段状のねじ面と噛み合う等ピッチの階段状に形成されている（図４（Ｂ）、図５）。雌ねじ２１、雄ねじ３１の段差２１ａ、３１ａ、斜面２１ｂ、３１ｂは、それぞれ雌ねじ２１、雄ねじ３１の相対向する片側のねじ面に対し、凹み側に形成されている。ただし、図５（Ａ）、（Ｂ）は、２条ねじの雄ねじ３１、３１と雌ねじ２１との係合状態を示す要部拡大図である。

雌ねじ２１、雄ねじ３１のリード角βは、雌ねじ２１、雄ねじ３１の滑らかなねじ面の摩擦角より大きく設定されている。また、雌ねじ２１、雄ねじ３１の段差２１ａ、３１ａは、それぞれナット部材１２、ロッド１３の共通の軸Ｃと平行であり、斜面２１ｂ、３１ｂは、それぞれ軸Ｃに直角の平面に対し、リード角βと逆方向に傾きθ≧０°の平面である。すなわち、雌ねじ２１、雄ねじ３１の階段状のねじ面は、それぞれ軸Ｃ方向の段差２１ａ、２１ａ…、３１ａ、３１ａ…と、リード角βをキャンセルする斜面２１ｂ、２１ｂ…、３１ｂ、３１ｂ…とを組み合わせて形成されている。さらに、各段差３１ａ、２１ａの高さｄ、雄ねじ３１、雌ねじ２１の隙間δとして、雄ねじ３１、３１のピッチｐは、雄ねじ３１、雌ねじ２１の間にバックラッシΔ＝ｄ＋δを生じるように定められている。

オートテンショナ１０は、ケース１１のシリンダ室１１ａにワッシャ１６、第２のばね１５、ナット部材１２を組み込み、第１のばね１４を圧縮しながらロッド１３をナット部材１２にねじ込んで一体に組み立てる（図６）。このとき、ナット部材１２は、シリンダ室１１ａの閉鎖端の貫通孔１１ｂを介して底部材１２ｂの底面の角孔１２ｄに工具を係合させてまわり止めし、ロッド１３は、先端面の帯状の突部１３ｅに工具を係合させて回転させ、雄ねじ３１、雌ねじ２１をねじ係合させる。ロッド１３をナット部材１２に十分にねじ込んだら、ケース１１のピン穴１１ｅを介してピン１７をロッド１３の環状溝１３ｄに係合させ（図１）、ロッド１３を定位置に拘束する。

オートテンショナ１０は、チェーン１を介してカムシャフト２、２を駆動するエンジンのカムシャフト駆動用のチェーン伝導装置に使用することができる（図７）。無端のチェーン１は、クランクシャフト３、カムシャフト２、２上のスプロケット３ａ、２ａ、２ａに掛け渡されており、チェーン１の緊張側、緩み側には、それぞれ固定形、揺動形のチェーンガイド４、５が配設されている。揺動形のチェーンガイド５は、支持軸５ａのまわりに揺動自在であり、オートテンショナ１０のロッド１３は、チェーンガイド５の背面の突部５ｂを押圧することにより、チェーン１に張力を付与することができる。なお、オートテンショナ１０は、取付ボルト１０ａ、１０ａを介して図示しないエンジンフレームに固定されている。オートテンショナ１０は、ピン１７によってロッド１３を拘束した状態でエンジンフレームに組み付け、その後、ピン１７を抜き取ってロッド１３の拘束を解除する。

ロッド１３は、拘束を解除されると、第１のばね１４によって押されているため、ナット部材１２に対して相対回転しながらシリンダ室１１ａの開放端側に前進し（図５（Ａ）の矢印Ｋ1 方向）、シリンダ室１１ａから突出してチェーンガイド５を押し、チェーン１に所定の張力を付与することができる。ナット部材１２の雌ねじ２１、ロッド１３の雄ねじ３１は、摩擦角より大きなリード角βに形成されているからである。チェーン１が緩んで張力が不足すると、ロッド１３は、同様にしてさらに回転しながら前進し、チェーン１の張力を無段階に是正する。また、チェーン１の張力が過大になると、ロッド１３は、バックラッシΔの範囲内では、第１のばね１４を圧縮することにより後退して過大な張力を解消し（図５（Ｂ）の矢印Ｋ2 方向）、さらに過大な張力が存在するときは、第２のばね１５に抗してナット部材１２とともに後退し（同方向）、チェーン１の張力を適正に保持することができる。

以上の説明において、雌ねじ２１、雄ねじ３１は、２条ねじ以外の多条ねじとしてもよい。このときの雌ねじ２１は、１周分のねじ山をねじ条数に応じて均等に分割し、ナット部材１２の軸方向の同位置の周方向に分散して配置する。

また、ナット部材１２は、シリンダ室１１ａに対し、適当なまわり止めを施すことにより、周方向に相対回転不能、軸方向に相対移動可能に収納してもよい。このとき、シリンダ室１１ａの閉鎖端の貫通孔１１ｂ、ナット部材１２の底面の角孔１２ｄを設ける必要がない。なお、ナット部材１２の底部材１２ｂは、第１、第２のばね１４、１５の一端を受けるスプリングシートとして使用できればよく、その形状を任意に変形することができる。

さらに、ロッド１３を拘束するピン１７は、小ねじなどの他の拘束部材に代えてもよい。また、第２のばね１５は、所定の非線形特性が実現できれば、皿ばね以外の弾性体ばねとすることも可能である。

なお、シリンダ室１１ａに油を導入してシリンダ室１１ａ内を圧力室とし、ロッド１３が後退する際の油圧ダンパ効果を実現することもできる。また、図７において、チェーン１は、歯付きベルトであってもよく、ケース１１のシリンダ室１１ａは、ケース１１を省略して図示しないエンジンフレームなどに直接形成してもよい。

この発明は、エンジンのカムシャフト駆動用の伝導装置以外のチェーンやベルトなどの張力調整の用途にも、広く好適に適用することができる。

β…リード角
Ｃ…軸
１１ａ…シリンダ室
１２…ナット部材
１２ａ…本体部材
１２ｂ…底部材
１３…ロッド
１４…第１のばね
１５…第２のばね
２１…雌ねじ
３１…雄ねじ
２１ａ、３１ａ…段差
２１ｂ、３１ｂ…斜面

特許出願人 株式会社 江沼チヱン製作所

Claims (6)

1. 内周に雌ねじを有し、一端開放のシリンダ室に摺動可能に収納するナット部材と、前記雌ねじに適合する雄ねじを有し、前記シリンダ室の開放端側から前記ナット部材に組み合わせるロッドと、該ロッドを前記ナット部材から突出する方向に付勢する第１のばねと、前記ナット部材、ロッドを前記シリンダ室から押し出す方向に付勢する第２のばねとを備えてなり、前記雌ねじ、雄ねじは、ねじ面の摩擦角より大きなリード角に形成し、前記ロッドを前記ナット部材に押し込む方向の荷重によって当接する側のねじ面を互いに噛み合う等ピッチの階段状に形成することを特徴とするオートテンショナ。
2. 前記雌ねじ、雄ねじの階段状のねじ面は、軸方向の段差と、リード角をキャンセルする斜面とを組み合わせて形成することを特徴とする請求項１記載のオートテンショナ。
3. 前記雌ねじ、雄ねじは、多条ねじとし、前記雌ねじは、一周分のねじ山をねじ条数に応じて均等に分割して軸方向の同位置に配置することを特徴とする請求項１または請求項２記載のオートテンショナ。
4. 前記ナット部材は、前記雌ねじを形成する円筒状の本体部材の一端に底部材を接合することを特徴とする請求項３記載のオートテンショナ。
5. 前記第２のばねは、定荷重ばね特性を有することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載のオートテンショナ。
6. 前記ロッドは、着脱可能な拘束部材により前記ナット部材内の定位置に拘束することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか記載のオートテンショナ。

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