JP2013072500A - チェーンガイドおよびチェーン伝動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐久性をもつチェーンガイドを提供する。
【解決手段】トルク伝達用チェーン５の外周一部に配置されて、そのチェーン５の走行方向に長く延びるガイドベース１５と、そのガイドベース１５にチェーン５の走行方向に沿って間隔をおいて取り付けられた複数のローラ軸１６と、その各ローラ軸１６に回転可能に支持されたローラ１７とからなるチェーンガイドにおいて、各ローラ１７の中心間距離をローラ１７にかかる負荷が大きい領域ほど狭くなるように設定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、トルク伝達用チェーンの走行を案内するチェーンガイドおよびそのチェーンガイドを用いたチェーン伝動装置に関する。

自動車エンジンは、クランク軸の回転をタイミングチェーン（以下、単に「チェーン」という）を介してカム軸に伝達し、そのカム軸の回転により燃焼室のバルブを開閉する。

このようなカム軸駆動用のチェーン伝動装置として、クランク軸に取り付けられた駆動スプロケットと、カム軸に取り付けられた従動スプロケットと、駆動スプロケットと従動スプロケットの間に掛け渡されたチェーンと、そのチェーンの弛み側に配置された揺動可能なチェーンガイドと、そのチェーンガイドをチェーンに向けて押圧するチェーンテンショナと、チェーンの張り側に配置された固定のチェーンガイドとを有するものが多く用いられる。

ここで、揺動側のチェーンガイドは、チェーンテンショナの付勢力でチェーンを押圧することによりチェーンの張力を一定に保ち、固定側のチェーンガイドは、理想的なチェーンの走行ラインを保ちながらチェーンの振動を抑制する。

かかるチェーン伝動装置で使用される揺動側のチェーンガイドや固定側のチェーンガイドとして、チェーン走行方向に沿って延びる案内面をチェーンに滑り接触させる形式のものが知られているが、この滑り形式のチェーンガイドは、チェーンに対する接触が滑り接触なので、チェーンの走行抵抗が大きく、トルクの伝達ロスが大きいという問題がある。

このような問題を解消するため、本願発明の発明者らは、チェーン走行方向に沿って間隔をおいて複数のローラを設け、その各ローラでチェーンを案内するチェーンガイドを提案している（特許文献１）。

このチェーンガイドは、チェーンに対する接触が転がり接触なので、チェーンの走行抵抗が小さく、トルクの伝達ロスが小さいという特徴がある。

国際公開２０１０／０９０１３９号

ところで、この発明の発明者らは、上記転がり形式のチェーンガイドの耐久性を評価するために、クランク軸に取り付けた駆動スプロケットとカム軸に取り付けた従動スプロケットの間にチェーンを掛け渡し、そのチェーンの走行を転がり形式のチェーンガイドで案内する試験機を製作し、その試験機のクランク軸をレッドゾーンで回転させる耐久試験を行なった。

この結果、レッドゾーンで数千時間を経過した後も、チェーンガイドの各ローラが損傷せずに使用することができ、実用に耐える程度の耐久性を有することを確認することができたが、更に長時間にわたって耐久試験を継続したところ、ローラを支持するローラ軸やころにうろこ状の剥離（フレーキング）が生じる場合があり、この剥離が生じるローラ軸の分布に一定の傾向があることを見出した。

すなわち、カム軸側の端部を中心として揺動可能に支持され、かつ、クランク軸側の端部がチェーンガイドで押圧されるガイドベースと、そのガイドベースにチェーンの走行方向に沿って間隔をおいて取り付けられた複数のローラ軸と、その各ローラ軸に回転可能に支持されたローラとからなるチェーンガイドを使用して耐久試験を行なったところ、このチェーンガイドがローラ軸の剥離によって寿命に達するとき、ガイドベースにチェーンの走行方向に沿って間隔をおいて取り付けられた各ローラ軸のうち、カム軸側の領域のローラ軸ではなく、クランク軸側の領域のローラ軸に剥離が生じる傾向があることが分かった。

そして、本願発明の発明者らは、試験条件を様々に変更してかかる傾向が生じる原因を究明したところ、以下の２点が支配的な原因となっていることを見出した。
１）各ローラの中心とそのローラの両側に隣り合うローラの中心とを共通して通る仮想円弧の半径が、ガイドベースのカム軸側の端部からクランク軸側の端部に向かうに従って小さくなるように前記各ローラを配置することにより、クランク軸のスプロケットに対するチェーンの巻き角をできるだけ大きくし、クランク軸のスプロケットの１歯あたりの負荷を抑えることが可能となる。そして、このように各ローラを配置した場合、各ローラの中心とそのローラの両側に隣り合うローラの中心とを共通して通る仮想円弧の半径が小さい領域（すなわちクランク軸側の領域）においては、チェーンの走行方向の曲がりが大きいため、チェーンからローラにかかる負荷が大きくなりやすい点。
２）ガイドベースのチェーンテンショナで押圧される側の端部に近い領域のローラの方が、ガイドベースの揺動中心がある側の端部に近い領域のローラよりも、チェーンテンショナの押圧力の作用点に近く、チェーンテンショナからローラにかかる負荷が大きくなりやすい点。

この発明が解決しようとする課題は、優れた耐久性をもつチェーンガイドを提供することである。

上記課題を解決するため、この発明では、トルク伝達用チェーンの外周一部に配置されて、そのチェーンの走行方向に長く延びるガイドベースと、そのガイドベースにチェーンの走行方向に沿って間隔をおいて取り付けられた複数のローラ軸と、その各ローラ軸に回転可能に支持されたローラとからなるチェーンガイドにおいて、前記各ローラの中心間距離をローラにかかる負荷が大きい領域ほど狭くなるように設定した。

このようにすると、ローラにかかる負荷が大きい領域ほどローラの中心間距離が狭いので、各ローラにかかる負荷が均一化される。そのため、ローラを支持するローラ軸の寿命を全体として延ばすことができ、優れた耐久性をもつチェーンガイドが得ることができる。

各ローラの中心とそのローラの両側に隣り合うローラの中心とを共通して通る仮想円弧の半径がガイドベースの一端部から他端部に向かうに従って小さくなるように前記各ローラを配置する場合、前記仮想円弧の半径が小さい領域ほど前記ローラにかかる負荷が大きくなる。また、前記ガイドベースの一端部を中心として揺動可能に支持し、他端部をチェーンテンショナで押圧する場合、前記チェーンテンショナで押圧される側の端部に近い領域ほど前記ローラにかかる負荷が大きくなる。

また、前記ローラを支持する各ローラ軸は、光輝焼入れされた中実の円柱体とすると好ましい。

前記ローラは、その一部のローラのみを不等間隔とし、残りを等間隔としてもよいが、全部の前記ローラを不等間隔に配置すると、各ローラにかかる負荷をより効果的に分散することが可能となる。

また、この発明では、上記のチェーンガイドを用いたチェーン伝動装置として、駆動スプロケットと従動スプロケットの間に掛け渡されたチェーンと、そのチェーンの弛み側に設けられた揺動可能な上記のチェーンガイドと、そのチェーンガイドをチェーンに向けて押圧するチェーンテンショナとを有するチェーン伝動装置を提供する。

この発明のチェーンガイドは、ローラにかかる負荷が大きい領域ほどローラの中心間距離が狭いので、各ローラにかかる負荷が均一化され、優れた耐久性を発揮する。

この発明の実施形態のチェーン伝動装置を示す概略図 図１に示すチェーンガイドの斜視図 図２に示すチェーンガイドの縦断面図 図３に示すチェーンガイドの右側面図 図３のV−V線に沿った断面図 図５に示すローラの拡大断面図 ガイドベースの一部とローラとを示す分解正面図 （ａ）は図１に示すカム軸側から２番目のローラの中心と、そのローラの両側に隣り合うローラの中心とを共通して通る仮想円弧を示す模式図、（ｂ）は図１に示すカム軸側から３番目のローラの中心と、そのローラの両側に隣り合うローラの中心とを共通して通る仮想円弧を示す模式図

図１に、この発明の実施形態のチェーンガイドを組み込んだチェーン伝動装置を示す。このチェーン伝動装置は、エンジンのクランク軸１に固定して取り付けられた駆動スプロケット２と、カム軸３に固定して取り付けられた従動スプロケット４と、駆動スプロケット２と従動スプロケット４の間に掛け渡されたチェーン５を有し、このチェーン５を介してクランク軸１の回転をカム軸３に伝達し、そのカム軸３の回転により燃焼室のバルブ（図示せず）を開閉する。

エンジンが作動しているときのクランク軸１の回転方向は一定（図では右回転）であり、このときチェーン５は、クランク軸１の回転に伴って駆動スプロケット２に引き込まれる側の部分が張り側となり、駆動スプロケット２から送り出される側の部分が弛み側となる。そして、チェーン５の弛み側には、支点軸６を中心として揺動可能に支持されたチェーンガイド７と、チェーンガイド７をチェーン５に向けて押圧するチェーンテンショナ８とが設けられている。一方、チェーン５の張り側には、固定のチェーンガイド９が設けられている。

チェーンガイド７は、チェーン５に沿って長く延び、そのカム軸３側の端部に設けた挿入孔１０に支点軸６が挿入され、この支点軸６を中心に揺動可能に支持されている。チェーンガイド７のクランク軸１側の端部にはチェーンテンショナ８が接触しており、このチェーンテンショナ８によってチェーンガイド７はチェーン５に向けて押圧されている。

固定側のチェーンガイド９も、揺動側のチェーンガイド７と同様に、チェーン５に沿って長く延びる形状である。固定側のチェーンガイド９は、カム軸３側の端部とクランク軸１側の端部にそれぞれ設けられた挿入孔１３にボルト１４が挿入され、このボルト１４の締め付けによって固定されている。

図２〜図４に示すように、チェーンガイド７は、チェーン５の走行方向に延びるガイドベース１５と、そのガイドベース１５にチェーン５の走行方向に沿って間隔をおいて取り付けられた複数のローラ軸１６と、その各ローラ軸１６に回転可能に支持されたローラ１７とからなる。

図３に示すように、ガイドベース１５の一端部（図１に示すカム軸３側の端部）には挿入孔１０が設けられ、ガイドベース１５の他端部（図１に示すクランク軸１側の端部）には受け部１５ａが設けられている。このガイドベース１５は、図１に示すように、挿入孔１０に挿入した支点軸６を中心として揺動可能に支持され、受け部１５ａがチェーンテンショナ８で押圧される。

図２、図４に示すように、ガイドベース１５は、チェーン５の走行方向に沿って長く延びて各ローラ軸１６の両端を支持する対向一対の側板１８，１８と、隣り合うローラ軸１６の間に配置されて側板１８同士を連結する複数の連結部１９とを有する。連結部１９は、その両端が側板１８に固定され、側板１８の対向間隔を保持している。図３および図７に示すように、各側板１８の互いに対向する対向面には、ローラ軸１６の軸端を支持する円形凹部２０と、側板１８の凸側の縁から円形凹部２０に連通する軸導入溝２１とが設けられている。

図７に示すように、軸導入溝２１は、側板１８の凸側の縁から円形凹部２０に向かって次第に溝幅が狭くなるテーパ状に形成され、この軸導入溝２１を通じてローラ軸１６の軸端を円形凹部２０に導入するようになっている。ここで、円形凹部２０内に導入されたローラ軸１６の軸端が軸導入溝２１に逆戻りするのを防止するため、軸導入溝２１は、狭小部分の幅Ｄ_１が円形凹部２０の内径Ｄ_２よりも小さくなるよう形成されている。

円形凹部２０の内径Ｄ_２は、ローラ軸１６の軸端の外径ｄよりもわずかに小径とされ、ローラ軸１６の軸端が締め代をもって円形凹部２０に嵌合するようになっている。

ガイドベース１５は、繊維強化材を配合した合成樹脂の射出成形により形成することができる。合成樹脂としては、例えば、ナイロン６６やナイロン４６などのポリアミド（ＰＡ）を使用することができる。合成樹脂に配合する繊維強化材は、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などを使用することができる。ガイドベース１５はアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属で形成してもよい。

ローラ軸１６は、ＳＵＪ２やＳＣ材等の鋼材で形成された中実の円柱体であり、表面の耐摩耗性を向上させるために光輝焼入れが施されている。

図５、図６に示すように、ローラ１７は、ローラ軸１６の外周に回転可能に装着され、ローラ１７の外周に形成された円筒面がチェーン５と接触する。ここで、ローラ１７は、外輪２２と、外輪２２の内側に組み込まれた複数のころ２３と、これらのころ２３を保持する保持器２４とからなるころ軸受である。外輪２２は、ＳＰＣやＳＣＭ等の鋼板を絞り成形してカップ状とされたシェル形外輪である。外輪２２の両端には、内向きの鍔２５が形成されている。外輪２２の外径は１０ｍｍ〜２５ｍｍの範囲に設定されており、全ての外輪２２の外径が同一の大きさとされている。

なお、この実施形態では、ローラ１７を軽量化してチェーン５の走行抵抗を最小限に抑えるためにころ軸受を単独でローラ１７として用いているが、ころ軸受の外輪２２の外周に円筒状の樹脂部材や鉄部材を取り付けたものをローラ１７として用いてもよく、ころ軸受にかえて他の形式の軸受を用いることも可能である。ここで、ころ軸受とは、円筒ころ軸受および針状ころ軸受をいう。

図１に示す各ローラ１７は、各ローラ１７の中心とそのローラ１７の両側に隣り合うローラ１７，１７の中心とを共通して通る仮想円弧の半径が、ガイドベース１５のカム軸３側の端部からクランク軸１側の端部に向かうに従って小さくなるように配置されている。また、各ローラ１７は、各ローラ１７の中心とそのローラ１７の両側に隣り合うローラ１７，１７の中心とを共通して通る仮想円弧の半径が小さい領域ほどローラ１７の中心間距離が狭くなるように配置されている。

以下、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、各ローラ１７をカム軸３側からクランク軸１側に向かって順にローラ１７_１，１７_２，１７_３，１７_４，・・・と称してその配置を具体的に説明する。

図８（ａ）に示すように、ローラ１７_２の中心と、そのローラ１７_２の両側に隣り合う２つのローラ１７_１，１７_３の中心とを共通して通る仮想円弧Ａ_２を想定する。次に、図８（ｂ）に示すように、ローラ１７_３の中心と、そのローラ１７_３の両側に隣り合う２つのローラ１７_２，１７_４の中心とを共通して通る仮想円弧Ａ_３を想定する。そうすると、図８（ａ）に示すローラ１７_１，１７_２，１７_３の中心を共通して通る仮想円弧Ａ_２の中心Ｏ_２と、図８（ｂ）に示すローラ１７_２，１７_３，１７_４の中心を共通して通る仮想円弧Ａ_３の中心Ｏ_３は異なる位置にあり、この２つの仮想円弧Ａ_２，Ａ_３の半径Ｒ_２，Ｒ_３を比較したときに、カム軸３側の仮想円弧Ａ_２の半径Ｒ_２よりも、クランク軸１側の仮想円弧Ｒ_３の半径Ｒ_３の方が小さくなるようにローラ１７_１〜１７_４が配置されている。

図示しないが、他のローラ１７_４〜１７_６についても同様に、ローラ１７の中心と、そのローラ１７の両側に隣り合う２つのローラ１７，１７の中心とを共通して通る仮想円弧Ａ_４〜Ａ_６を想定した場合、これらの仮想円弧Ａ_４〜Ａ_６の半径Ｒ_４〜Ｒ_６が、カム軸３側からクランク軸１側に向かうに従って小さくなるように各ローラ１７_３〜１７_７が配置されている。

このように、両端のローラ１７_１、１７_７を除く全てのローラ１７_２〜１７_６について、ローラ１７の中心と、そのローラ１７の両側に隣り合う２つのローラ１７，１７の中心とを共通して通る仮想円弧Ａ_２〜Ａ_６の半径Ｒ_２〜Ｒ_６がカム軸３側からクランク軸１側に向かうに従って小さくなるように各ローラ１７_１〜１７_７が配置されている。

ここで、半径Ｒ_２〜Ｒ_６がカム軸３側からクランク軸１側に向かうに従って小さくなるとは、半径Ｒ_２〜Ｒ_６の中に、カム軸３側からクランク軸１側に向かって大きさが変化しないものが含まれていてもよく、その他の半径Ｒ_２〜Ｒ_６が、カム軸３側からクランク軸１側に向かって小さくなっていれば足りる。

このように、仮想円弧Ａ_２〜Ａ_６の半径Ｒ_２〜Ｒ_６が、ガイドベース１５のカム軸３側の端部からクランク軸１側の端部に向かうに従って小さくなるように各ローラ１７_１〜１７_７を配置することにより、図１に示すクランク軸１のスプロケット２に対するチェーン５の巻き角をできるだけ大きくし、クランク軸１のスプロケット２の１歯あたりの負荷を抑えることが可能となる。

ところで、図８（ａ）および（ｂ）に示す各ローラ１７_１〜１７_４に案内されてチェーン５が走行するとき、図８（ａ）に示すローラ１７_１，１７_２，１７_３の領域よりも、図８（ｂ）に示すローラ１７_２，１７_３，１７_４の領域の方が、チェーン５の走行方向の曲がりが大きい。そのため、チェーン５からローラ１７_２にかかる負荷よりも、チェーン５からローラ１７_３にかかる負荷の方が大きくなりやすい。

そこで、各ローラ１７_１〜１７_４にかかる負荷を均一化するため、ローラ１７_２，１７_３，１７_４の中心間距離が、ローラ１７_１，１７_２，１７_３の中心間距離よりも狭くなるように各ローラ１７_１〜１７_４が配置されている。具体的には、ローラ１７_１，１７_２の中心間距離をＤ_１２、ローラ１７_２，１７_３の中心間距離をＤ_２３、ローラ１７_３，１７_４の中心間距離をＤ_３４としたときに、
Ｄ_１２＋Ｄ_２３＞Ｄ_２３＋Ｄ_３４
の関係が成立するように各ローラ１７_１〜１７_４の中心間距離Ｄ_１２、Ｄ_２３、Ｄ_３４が設定されている。

図示しないが、他のローラ１７_４〜１７_７の中心間距離についても同様に、仮想円弧Ａ_４〜Ａ_６の半径Ｒ_４〜Ｒ_６が小さい領域ほど、その領域のローラ１７_４〜１７_７の中心間距離が狭くなるように各ローラ１７_４〜１７_７が配置されている。

また、図１に示す各ローラ１７とチェーンテンショナ８の相対位置関係に着目すると、チェーンテンショナ８で押圧されるガイドベース１５の受け部１５ａに近い側（クランク軸１側）のローラ１７の方が、受け部１５ａから遠い側（カム軸３側）のローラ１７よりも、チェーンテンショナ８の押圧力の作用点に近く、チェーンテンショナ８からローラ１７にかかる負荷が大きくなりやすい。この点からも、各ローラ１７にかかる負荷を均一化するため、チェーンテンショナ８で押圧されるガイドベース１５の受け部１５ａから遠い側のローラ１７から近い側のローラ１７に向かうに従って、各ローラ１７の中心間距離が狭くなるようにローラ１７を配置すると好ましい。

図１に示すように、固定側のチェーンガイド９も、揺動側のチェーンガイド７と同様に、チェーン５の走行方向に沿って間隔をおいて設けられた複数のローラ３３を有するが、このローラ３３は等間隔に配置されている。

次に、上記構成からなるチェーン伝動装置の動作例を説明する。

エンジンが作動しているとき、駆動スプロケット２と従動スプロケット４の間でチェーン５が走行し、そのチェーン５によってクランク軸１からカム軸３にトルクが伝達される。このとき、揺動側のチェーンガイド７は、チェーンテンショナ８の付勢力でチェーン５を押圧することによりチェーン５の張力を一定に保ち、固定側のチェーンガイド９は、理想的なチェーン５の走行ラインを保ちながらチェーン５の振動を抑制する。

ここで、チェーンガイド７の各ローラ１７は、チェーン５を構成する各コマの背部側の縁に接触しながら回転し、チェーン５とチェーンガイド７の接触が転がり接触なので、チェーン５の走行抵抗が小さく、トルクの伝達ロスが小さい。

この実施形態のチェーンガイド７は、ローラ１７にかかる負荷が大きい領域（すなわちクランク軸１に近い領域）ほどローラ１７の中心間距離が狭いので、各ローラ１７にかかる負荷が均一化される。そのため、各ローラ１７を支持するローラ軸１６の寿命を全体として延ばすことができ、優れた耐久性を発揮する。

クランク軸１の回転をカム軸３に伝達するチェーン５としては、サイレントチェーン、ローラチェーン、またはローラチェーンからローラを省いたブシュチェーン等を使用することができる。

２ 駆動スプロケット
４ 従動スプロケット
５ チェーン
６ 支点軸
７ チェーンガイド
８ チェーンテンショナ
１５ ガイドベース
１６ ローラ軸
１７ ローラ

Claims (6)

1. トルク伝達用チェーン（５）の外周一部に配置されて、そのチェーン（５）の走行方向に長く延びるガイドベース（１５）と、そのガイドベース（１５）にチェーン（５）の走行方向に沿って間隔をおいて取り付けられた複数のローラ軸（１６）と、その各ローラ軸（１６）に回転可能に支持されたローラ（１７）とからなるチェーンガイドにおいて、
   前記各ローラ（１７）の中心間距離をローラ（１７）にかかる負荷が大きい領域ほど狭くなるように設定したことを特徴とするチェーンガイド。
2. 前記ローラ（１７）にかかる負荷が大きい領域は、前記各ローラ（１７）の中心とそのローラ（１７）の両側に隣り合うローラ（１７，１７）の中心とを共通して通る仮想円弧の半径がガイドベース（１５）の一端部から他端部に向かうに従って小さくなるように前記各ローラ（１７）が配置されたチェーンガイドの前記仮想円弧の半径が小さい領域である請求項１に記載のチェーンガイド。
3. 前記ローラ（１７）にかかる負荷が大きい領域は、前記ガイドベース（１５）が一端部を中心として揺動可能に支持され、他端部がチェーンテンショナ（８）で押圧されるチェーンガイドの前記チェーンテンショナ（８）で押圧される側の端部に近い領域である請求項１または２に記載のチェーンガイド。
4. 前記ローラ（１７）を支持する各ローラ軸（１６）が、光輝焼入れされた中実の円柱体である請求項１から３のいずれかに記載のチェーンガイド。
5. 全部の前記ローラ（１７）を不等間隔に配置した請求項１から４のいずれかに記載のチェーンガイド。
6. 駆動スプロケット（２）と従動スプロケット（４）の間に掛け渡されたチェーン（５）と、そのチェーン（５）の弛み側に設けられた揺動可能なチェーンガイド（７）と、そのチェーンガイド（７）をチェーン（５）に向けて押圧するチェーンテンショナ（８）とを有するチェーン伝動装置において、
   前記チェーンガイド（７）が請求項１から５のいずれかに記載のチェーンガイドであることを特徴とするチェーン伝動装置。

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