JP2022139454A - クランクスプロケット及びクランクスプロケットの取付構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動の伝達を抑制できるクランクスプロケットを提供することにある。【解決手段】本発明のクランクスプロケットは、内燃機関のクランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられ、タイミングチェーンが巻き掛けられるクランクスプロケットであって、上記クランクスプロケットは、スプロケット基体と、上記スプロケット基体の内周面又は歯面に形成された制振樹脂層とを備え、上記制振樹脂層は、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含むことを特徴とする。【選択図】図３Ｂ
Description
本発明は、内燃機関のクランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられ、タイミングチェーンが巻き掛けられるクランクスプロケット及びクランクスプロケットの取付構造に関する。
従来、車両のエンジン等の内燃機関では、クランクシャフトがシリンダブロック等を含む内燃機関本体を貫通しており、クランクシャフトの軸方向の一端がシリンダブロックの外部に突出している。また、シリンダブロックの上部にはシリンダヘッドが取り付けられている。シリンダヘッドには、吸気用カムシャフトと排気用カムシャフトとが配置されている。そして、カムシャフト駆動機構によって、クランクシャフトにより各カムシャフトが回転駆動されるようになっている。
カムシャフト駆動機構は、クランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられたクランクスプロケットと、吸気用カムシャフトの軸方向の一端側に取り付けられた吸気用カムスプロケットと、排気用カムシャフトの軸方向の一端側に取り付けられた排気用カムスプロケットとを備えている。また、カムシャフト駆動機構は、クランクスプロケット及び各カムスプロケットに巻き掛けられ、クランクスプロケットの駆動回転により各カムスプロケットを従動回転させるタイミングチェーンをさらに備えている。
カムシャフト駆動機構として、例えば、特許文献１には、タイミングチェーンと接触する複数のローラと、複数のローラの支持軸の両端を支持するタイミングチェーンの走行方向に沿って設けられた対向する側板部材とからなるチェーンガイドであって、ローラの支持軸と、支持軸の両端を支持する側板部材の支持凹所との間に制振材を収容したチェーンガイドが適用された駆動機構が記載されている。
特許文献１に記載されたカムシャフト駆動機構では、チェーンガイドが、タイミングチェーンと接触するローラの支持軸と、支持軸の両端を支持する側板部材の支持凹所との間に制振材を収容している。このため、タイミングチェーンとの接触で発生するローラの振動を制振材で吸収できる。これにより、チェーンガイドの側板部材に振動が伝達することを抑制することで振動や騒音を低減できる。
このような従来のカムシャフト駆動機構では、タイミングチェーンとチェーンガイドとの接触で発生する振動がエンジン本体に伝達し、外部に騒音として放射されることを抑制できる。しかしながら、カムシャフト駆動機構では、タイミングチェーンと他の構成部品との接触等を原因とする振動やそれから発生する騒音を低減することがさらに求められている。さらに、自動車等の車両の電動化に伴い、ＮＶ（騒音及び振動）性能への要求水準が従来以上に高まっている。
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振動の伝達を抑制できるクランクスプロケット及びクランクスプロケットの取付構造を提供することにある。
上記課題を解決すべく、本発明のクランクスプロケットは、内燃機関のクランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられ、タイミングチェーンが巻き掛けられるクランクスプロケットであって、上記クランクスプロケットは、スプロケット基体と、上記スプロケット基体の内周面又は歯面に形成された制振樹脂層とを備え、上記制振樹脂層は、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含むことを特徴とする。
本発明のクランクスプロケットによれば、振動の伝達を抑制できる。
上記クランクスプロケットにおいては、上記制振樹脂層は、上記スプロケット基体の上記内周面に形成されたものでもよい。
上記クランクスプロケットにおいては、上記制振樹脂層の厚さは、１０μｍ以上でもよい。
また、本発明のクランクスプロケットの取付構造は、タイミングチェーンが巻き掛けられるクランクスプロケットが、内燃機関のクランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられたクランクスプロケットの取付構造であって、上記クランクスプロケットのスプロケット基体の内周面と上記クランクシャフトのシャフト基体の外周面との間、又は上記スプロケット基体の歯面に制振樹脂層が配置され、上記制振樹脂層は、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含むことを特徴とする。
本発明の取付構造によれば、振動の伝達を抑制できる。
上記取付構造においては、上記制振樹脂層は、上記スプロケット基体の内周面と上記シャフト基体の外周面との間に配置されたものでもよい。
上記取付構造においては、上記制振樹脂層は、上記スプロケット基体の上記内周面に形成され、上記クランクスプロケットに備えられたものでもよい。
上記取付構造においては、上記制振樹脂層の厚さは、１０μｍ以上でもよい。
本発明によれば、振動の伝達を抑制できる。
以下、本発明のクランクスプロケット及びクランクスプロケットの取付構造に係る実施形態について説明する。
最初に、実施形態に係るクランクスプロケット及びクランクスプロケットの取付構造の概略について、第１実施形態に係るクランクスプロケット及びその取付構造を例示して説明する。図１は、第１実施形態に係るクランクスプロケットの取付構造が適用されるエンジンを概略的に示す分解斜視図である。図２は、第１実施形態に係るクランクスプロケットの取付構造及びその周辺を示すエンジンの概略断面図である。図３Ａは、図２に示すＸ部の拡大図であり、図３Ｂは、図３ＡにおけるＡ－Ａ線に沿った断面図である。
図１に示すエンジンＥ（内燃機関）においては、シリンダブロック１（エンジン本体）の上部にシリンダヘッド１１（エンジン本体）が取り付けられているとともに、シリンダブロック１の下部にクランクケース１２（エンジン本体）を介してオイルパン１３が取り付けられている。
シリンダブロック１及びシリンダヘッド１１は、鉄（鋳鉄）、アルミニウム、マグネシウム等の金属、これらを含む合金などにより構成されている。また、これらシリンダブロック１とシリンダヘッド１１とは、図示しないガスケット（メタルガスケット又は液状ガスケット（ＦＩＰＧ:Formed In Place Gasket））を介して複数のボルトで締結されている。
シリンダヘッド１１には、吸気用カムシャフト１４と排気用カムシャフト１５とが配置されている。また、図２に示すように、クランクケース１２には、クランクシャフト１６が配置されている。そして、クランクシャフト１６により各カムシャフト１４，１５が回転駆動されるようになっている。以下、各カムシャフト１４，１５を回転駆動させるためのカムシャフト駆動機構について説明する。
カムシャフト駆動機構は、図１及び図２に示すように、クランクシャフト１６の軸方向の一端側に回転一体に取り付けられたクランクスプロケット２１と、シリンダヘッド１１の吸気用カムシャフト１４の軸方向の一端側に回転一体に取り付けられた吸気用カムスプロケット２２と、シリンダヘッド１１の排気用カムシャフト１５の軸方向の一端側に回転一体に取り付けられた排気用カムスプロケット２３とを備えている。また、カムシャフト駆動機構は、クランクスプロケット２１及び各カムスプロケット２２，２３に巻き掛けられ、クランクスプロケット２１の駆動回転により各カムスプロケット２２，２３を従動回転させるタイミングチェーン２４をさらに備えている。
クランクスプロケット２１は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、スプロケット基体２１ａと、スプロケット基体２１ａの環状部２１ａｒの内周面２１ａｃ（スプロケット基体の
内周面）に形成された制振樹脂層２１ｂとを備えている。これにより、スプロケット基体２１ａの環状部２１ａｒの内周面２１ａｃと、シャフト基体１６ａの外周面１６ａｃとの間に制振樹脂層２１ｂが配置されている。制振樹脂層２１ｂは、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含んでいる。
内周面）に形成された制振樹脂層２１ｂとを備えている。これにより、スプロケット基体２１ａの環状部２１ａｒの内周面２１ａｃと、シャフト基体１６ａの外周面１６ａｃとの間に制振樹脂層２１ｂが配置されている。制振樹脂層２１ｂは、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含んでいる。
カムシャフト駆動機構の下方には、図１及び図２に示すように、クランクシャフト１６によりオイルポンプ３２を回転駆動するオイルポンプ駆動機構が設けられている。オイルポンプ駆動機構は、クランクシャフト１６のクランクスプロケット２１よりもクランクケース１２側に回転一体に取り付けられたオイルポンプ用スプロケット３１と、オイルポンプ３２の一端側に回転一体に取り付けられたオイルポンプスプロケット３２ａとを備えている。また、オイルポンプ駆動機構は、オイルポンプ用スプロケット３１及びオイルポンプスプロケット３２ａに巻き掛けられ、オイルポンプ用スプロケット３１の駆動回転によりオイルポンプスプロケット３２ａを従動回転させるオイルポンプドライブチェーン３３をさらに備えている。
カムシャフト駆動機構及びオイルポンプ駆動機構は、シリンダヘッド１１、シリンダブロック１、及びクランクケース１２の一端側の面において取り付けられたアルミニウム合金製のタイミングチェーンカバー４によって外方から覆われ、タイミングチェーンカバー４の内部空間に収容されている。なお、図１中において、２５はタイミングチェーン２４の張力を調整するチェーンテンショナ装置、２６は排気用カムスプロケット２３とクランクスプロケット２１との間に位置するタイミングチェーン２４の張架部分をガイドするチェーンバイブレーションダンパである。
タイミングチェーンカバー４の内部に形成される空間にはタイミングチェーン２４を潤滑するためエンジンオイルが循環される。このため、タイミングチェーンカバー４の端面であって、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１との接合面には、シール部材として図示しない液状ガスケットが設けられている。液状ガスケットにより、タイミングチェーンカバー４の外縁部分からのオイル漏れを回避している。図２及び図３Ａに示すように、クランクシャフト１６の軸方向の一端は、タイミングチェーンカバー４の開口４２ｂに挿通し、タイミングチェーンカバー４よりも外方に突出している。クランクシャフト１６の軸方向の一端には、ベルト伝動によって各種補機類（オルタネータやエアコン用コンプレッサ等）を駆動させるためのクランクプーリ４１が回転一体に取り付けられている。そして、クランクシャフト１６が挿通するタイミングチェーンカバー４の開口４２ｂの隙間には、オイル漏れを阻止するオイルシール６０が設けられている。
なお、エンジンＥでは、エンジン自体をシャシーに懸架するためのエンジンマウントブラケット５がタイミングチェーンカバー４に設けられている。エンジンマウントブラケット５の素材は、剛性の高い鉄（鋳鉄）となっている。エンジンマウントブラケット５は、複数本の締結ボルト５１，５１，・・・によってタイミングチェーンカバー４に締結されるとともに、シリンダヘッド１１にも締結されている。さらに、ウォータポンプ４５が設けられている。ウォータポンプ４５は、クランクシャフト１６の回転力を受けて駆動して冷却水の循環動作を行うようになっている。
以上のように構成されたエンジンＥにおいて、第１実施形態に係るクランクスプロケット２１の取付構造では、クランクスプロケット２１のスプロケット基体２１ａの環状部２１ａｒの内周面２１ａｃと、クランクシャフト１６のシャフト基体１６ａの外周面１６ａｃとの間に制振樹脂層２１ｂが配置されており、制振樹脂層２１ｂが、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含んでいる。よって、スプロケット基体２１ａ及びシャフト基体１６ａの間の振動の伝達を、制振樹脂層３１ａにより抑制できる。具体的には、例えば、スプロケット基体２１ａの歯部２１ａｔ及びタイミングチェーン２４が噛み合うことで発生する振動等のような振動の伝達を抑制できる。このため、その振動が、クランクシャフト１６に伝達した後に、オイルシール６０を経由してタイミングチェーンカバー４にまで伝達し、外部に騒音として放射されることを抑制できる。
さらに、第１実施形態に係るクランクスプロケット２１では、特許文献１に記載されたチェーンガイドの構造とは異なり、部品の既存の構造を大きく変更せずに、新たに制振樹脂層２１ｂを形成するだけで、振動や騒音を抑制できる。
従って、実施形態に係るクランクスプロケット及びクランクスプロケットの取付構造によれば、振動の伝達を抑制できる。そして、その振動から発生する騒音を抑制できる。さらに、部品の既存の構造を大きく変更せずに、振動や騒音を抑制できる。
続いて、実施形態に係るクランクスプロケット及びクランクスプロケットの取付構造の詳細について、説明する。
１．クランクスプロケット
クランクスプロケットは、内燃機関のクランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられ、タイミングチェーンが巻き掛けられるものであって、スプロケット基体と、上記スプロケット基体の内周面又は歯面に形成された制振樹脂層とを備える。
クランクスプロケットは、内燃機関のクランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられ、タイミングチェーンが巻き掛けられるものであって、スプロケット基体と、上記スプロケット基体の内周面又は歯面に形成された制振樹脂層とを備える。
（１）スプロケット基体
スプロケット基体は、内周面又は歯面を有するものであり、通常、第１実施形態に係るスプロケット基体のように、環状部と、環状部の外周面に配置された歯部とを含むものである。
スプロケット基体は、内周面又は歯面を有するものであり、通常、第１実施形態に係るスプロケット基体のように、環状部と、環状部の外周面に配置された歯部とを含むものである。
環状部は、クランクシャフトに挿嵌されるための挿嵌孔が形成され、内周面（スプロケット基体の内周面）を有する。環状部の材料としては、例えば、鋼等を用いることができる。歯部は、通常、等ピッチで環状部の外周面に複数配置され、歯面（スプロケット基体の歯面）を有する。歯部のピッチは、タイミングチェーンと噛み合うことができれば特に限定されない。歯部の材料としては、例えば、鋼等を用いることができる。
（２）制振樹脂層
制振樹脂層は、上記スプロケット基体の内周面又は歯面に形成されたものである。上記制振樹脂層は、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含む。
制振樹脂層は、上記スプロケット基体の内周面又は歯面に形成されたものである。上記制振樹脂層は、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含む。
制振樹脂層としては、上記スプロケット基体の内周面に設けられたものが好ましい。制振樹脂層がスプロケット基体の歯面に形成されたものである場合のように、スプロケット基体の歯部及びタイミングチェーンが噛み合う際に強い面圧が加わることがないので、剥離するおそれがないからである。
制振樹脂層の厚さは、特に限定されないが、例えば、１０μｍ以上が好ましく、中でも２０μｍ以上が好ましく、特に５０μｍ以上が好ましい。振動の伝達の遮断作用が十分に得られるようになるからである。制振樹脂層の厚さは、例えば、４００μｍ以下が好ましく、中でも２００μｍ以下が好ましく、特に１００μｍ以下が好ましい。振動の遮断作用の向上が飽和するからであり、コーティングによる層の形成が容易になるからである。
耐熱性樹脂は、特に限定されずに、１００℃以上の熱変形温度を有するものであれば特に限定されないが、１５０℃以上の熱変形温度を有するものが好ましい。耐熱性樹脂の例としては、特に限定されずに、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリフェニルサルファイド樹脂等を挙げることができる。被膜を形成する際の作業性と摩擦による発熱に対する耐熱性の観点からポリアミドイミド樹脂がさらに好ましい。これらの耐熱性樹脂は、１種のみを単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
制振フィラーは、振動エネルギーを熱エネルギーに変換するものである。制振フィラーとしては、特に限定されないが、低弾性率で変形し易い材料と、内部でエネルギー散逸が起こり易い材料とに大別できる。低弾性率で変形し易い材料とは、より具体的には、固体であるが、顕著に弾性的な特性と粘性的な特性の両方を合わせ持った材料のことである。弾性的な特性と粘性的な特性は全ての材料が合わせ持つ特性であるが、低弾性率で変形し易い材料は、顕著にこれらの特性の両方を合わせ持っている。このため、低弾性率で変形し易い材料を制振樹脂層に含有させることにより、常温域での制振樹脂層自体のゴム弾性を増加できる。これにより、制振樹脂層により効果的に外部から入力される振動を吸収し熱エネルギーに変換することで、振動の伝達を効果的に遮断できると考えられる。一方、内部でエネルギー散逸が起こり易い材料は、振動を材料内に存在する空気層で乱反射させて熱エネルギーへ変換させることにより、振動を減衰させる効果を有している。このため、内部でエネルギー散逸が起こり易い材料を制振樹脂層に含有させると、制振樹脂層により振動の伝達を効果的に遮断できると考えられる。
低弾性率で変形し易い材料の例としては、熱可塑性エラストマー、ウレタン系化合物、ポリエチレン系化合物、エステル共重合体、ゴム系材料などが挙げられる。熱可塑性エラストマーは、一般的に、常温では、ゴムの特性を有し、高温では、熱可塑性プラスチックと同等の性能を有している。熱可塑性エラストマーの例としては、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、エステル系熱可塑性エラストマー、アミド系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。これらの例は、例えば、特開２０１６－１１３６１４号公報、特開２０１７－１９７７３３号公報等に挙げられている。ウレタン系化合物の例としては、ウレタン樹脂等が挙げられる。これらの例は、例えば、特開平８－１８３９４５号公報等に挙げられている。ポリエチレン系化合物の例としては、エチレンの単独重合体、エチレンとα－オレフィレン単量体との共重合体等が挙げられる。これらの例は、例えば、特表２００９－５３２５７０号公報等に挙げられている。エステル共重合体の例としては、アクリル酸エステル共重合体等が挙げられる。これらの例は、例えば、特許第３２０９４９９号公報等に挙げられている。ゴム系材料の例としては、ブチルゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。これらの例は、例えば、特開２００９－２３６１７２号公報等に挙げられている。
内部でエネルギー散逸が起こり易い材料の例としては、マイクロカプセル系材料、低密度材料などが挙げられる。マイクロカプセル系材料の例としては、熱可塑性高分子からなるシェルの内部に所定の温度域になると膨張する気化物質を内包する熱膨張性マイクロカプセル等が挙げられる。これらの例は、特開２０１３－１８８５５号公報等に挙げられている。低密度材料の例としては、例えば、材料内部に空気層を含有する材料全般であり、具体的には、例えば、発泡材料、多孔質体、不織布、層状化合物等が挙げられる。これらの例は、例えば、特開平３－２２１１７３号公報、特許第４２０３５８９号公報等に挙げられている。以上に挙げた制振フィラーは、１種のみを単独で使用しても良く、２種以上を併用してもよい。
制振樹脂層は、耐熱性樹脂及び制振フィラーに加えて、固体潤滑剤や硬質粒子等の任意の成分を含んでもよい。制振樹脂層に、耐摩耗性、耐焼付き性、低摩擦特性等の特性を付与できるからである。固体潤滑剤としては、特に限定されずに、例えば、ポリテトラフルオロチエチレン（ＰＴＦＥ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）、グラファイト（黒鉛）等が挙げられる。これらの固体潤滑剤は、１種のみを単独で使用しても良く、２種以上を併用してもよい。硬質粒子としては、特に限定されずに、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ等が挙げられる。これらの硬質粒子は、１種のみを単独で使用しても良く、２種以上を併用してもよい。
制振樹脂層における耐熱性樹脂及び制振フィラーの合計体積に対する制振フィラーの体積比は、特に限定されないが、例えば、２０体積％以上８０体積％以下が好ましく、中でも４０体積％以上６０体積％以下の範囲内が好ましい。これらの範囲の下限以上であることにより、より効率的に、フィラーによって、振動エネルギーを熱エネルギーに変換できるからである。また、これらの範囲の上限以下であることにより、樹脂コーティングとしての耐久性（例えば耐摩耗性や密着力など）を担保できるからである。なお、制振樹脂層における耐熱性樹脂及び制振フィラー以外の任意の成分の体積比は、特に限定されず、種類に応じて選択することができる。
制振樹脂層は、特に限定されず、所望の周波数の振動の伝達を抑制するものであればよいが、例えば、周波数２ｋＨｚの振動の伝達を抑制するものが好ましい。騒音を特に効果的に抑制できるからである。なお、制振樹脂層を所望の周波数の振動の伝達を抑制するものに調整するためには、例えば、制振樹脂層における制振フィラーや耐熱性樹脂等の各成分の種類や含有量、制振樹脂層の厚さなどを調整すればよい。
制振樹脂層の形成方法は、特に限定されないが、例えば、下記の方法等が挙げられる。
まず、所定量の耐熱性樹脂を有機溶剤に溶解させることで溶解液を調製する。次に、所定量の制振フィラーを溶解液に加え、必要に応じてさらに任意の成分を加え、混錬することで塗工材を調製する。次に、塗工材をスプロケット基体の内周面又は歯面に塗工する。次に、スプロケット基体に塗工された塗工材を加熱し、乾燥、硬化させる。これにより、制振樹脂層を形成する。
まず、所定量の耐熱性樹脂を有機溶剤に溶解させることで溶解液を調製する。次に、所定量の制振フィラーを溶解液に加え、必要に応じてさらに任意の成分を加え、混錬することで塗工材を調製する。次に、塗工材をスプロケット基体の内周面又は歯面に塗工する。次に、スプロケット基体に塗工された塗工材を加熱し、乾燥、硬化させる。これにより、制振樹脂層を形成する。
上記の方法に用いる有機溶剤は、特に限定されずに耐熱性樹脂の種類に応じて選択される。有機溶剤としては、例えば、耐熱性樹脂としてポリアミドイミド樹脂を用いる場合には、Ｎ－メチル－２－ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ－エチル－２－ピロリドン（ＮＥＰ）、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン（ＤＭＩ）、γ－ブチロラクトン（ＧＢＬ）等が挙げられる。また、エポキシ樹脂を用いる場合には、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、トルエン等が挙げられる。
塗工材を調製するための混錬の方法は、例えば、ニーダーを使用し、１時間混錬を行う方法等が挙げられる。塗工材のスプロケット基体への塗工方法は、特に限定されず、一般的な塗工方法を用いることができるが、スプレーコーティング、スクリーン印刷、ディッピング等が挙げられる。塗工材を乾燥、硬化させるための加熱条件は、特に限定されずに、例えば、１００℃以上３７０℃以下の温度で３０分以上３時間以下の時間加熱する条件等が挙げられる。
２．クランクスプロケットの取付構造
クランクスプロケットの取付構造は、タイミングチェーンが巻き掛けられるクランクスプロケットが、内燃機関のクランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられた構造である。クランクスプロケットの取付構造では、上記クランクスプロケットのスプロケット基体の内周面と上記クランクシャフトのシャフト基体の外周面との間、又は上記スプロケット基体の歯面に制振樹脂層が配置されている。上記制振樹脂層は、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含む。
クランクスプロケットの取付構造は、タイミングチェーンが巻き掛けられるクランクスプロケットが、内燃機関のクランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられた構造である。クランクスプロケットの取付構造では、上記クランクスプロケットのスプロケット基体の内周面と上記クランクシャフトのシャフト基体の外周面との間、又は上記スプロケット基体の歯面に制振樹脂層が配置されている。上記制振樹脂層は、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含む。
クランクスプロケットの取付構造としては、上記制振樹脂層が、上記スプロケット基体の内周面と上記シャフト基体の外周面との間に配置された構造が好ましい。制振樹脂層がスプロケット基体の歯面に形成されたものである場合のように、スプロケット基体の歯部及びタイミングチェーンが噛み合う際に強い面圧が加わることがないので、剥離するおそれがないからである。
取付構造における制振樹脂層としては、上記クランクスプロケットに備えられたもの好ましい。具体的には、制振樹脂層としては、スプロケット基体の内周面又は歯面に形成され、クランクスプロケットに備えられたもの好ましい。制振樹脂層がシャフト基体の外周面に形成され、クランクシャフトに備えられたものである場合と比較して、制振樹脂層の形成プロセス等での部材の取り回しが容易となるからである。取付構造における制振樹脂層としては、中でも、上記スプロケット基体の上記内周面に形成され、上記クランクスプロケットに備えられたものが好ましい。
取付構造における制振樹脂層の厚さ及び制振樹脂層に含まれる耐熱性樹脂及び制振フィラーについては、「１．クランクスプロケット （２）制振樹脂層」の項目に記載されたものと同様であるため、ここでの説明は省略する。
以下、実施例及び比較例を挙げて、実施形態に係るクランクスプロケット及びクランクスプロケットの取付構造をさらに具体的に説明する。
［実施例１］
最初に、クランクスプロケットの制振樹脂層に形成に用いる塗工材を調製した。具体的には、まず、ポリアミドイミド樹脂を耐熱性樹脂として準備し、Ｎ－エチル－２－ピロリドン（ＮＥＰ）（有機溶剤）に所定量溶解させることで溶解液を調製した。次に、熱可塑性エラストマーを制振フィラーとして準備し、溶解液に所定量加え、ニーダーを使用し、１時間混錬した。これにより、制振樹脂層における耐熱性樹脂及び制振フィラーの合計体積に対する制振フィラーの体積比が５０体積％となるように、塗工材を調製した。
最初に、クランクスプロケットの制振樹脂層に形成に用いる塗工材を調製した。具体的には、まず、ポリアミドイミド樹脂を耐熱性樹脂として準備し、Ｎ－エチル－２－ピロリドン（ＮＥＰ）（有機溶剤）に所定量溶解させることで溶解液を調製した。次に、熱可塑性エラストマーを制振フィラーとして準備し、溶解液に所定量加え、ニーダーを使用し、１時間混錬した。これにより、制振樹脂層における耐熱性樹脂及び制振フィラーの合計体積に対する制振フィラーの体積比が５０体積％となるように、塗工材を調製した。
続いて、ブロック形状の基材の表面に制振樹脂層が形成されたテストピースを作製した。具体的には、まず、ＳＵＳ４４０Ｃからなるブロック形状の基材を準備し、基材の表面に塗工材をスプレーコーティングにより所定量塗工した。次に、基材に塗工された塗工材を１８０℃で９０分間加熱することにより、有機溶剤を揮発させ、塗工材を乾燥、硬化させた。これにより、基材の表面に厚さが１μｍの制振樹脂層を形成することでテストピースを作製した。
［実施例２］
厚さが５μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
厚さが５μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
［実施例３］
厚さが１０μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
厚さが１０μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
［実施例４］
厚さが２０μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
厚さが２０μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
［実施例５］
厚さが５０μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
厚さが５０μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
［実施例６］
厚さが１００μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
厚さが１００μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
［実施例７］
厚さが２００μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
厚さが２００μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
［実施例８］
最初に、ウレタン樹脂を制振フィラーとして準備し、溶解液に所定量加えた点を除いて、実施例１と同様に塗工材を調製した。
最初に、ウレタン樹脂を制振フィラーとして準備し、溶解液に所定量加えた点を除いて、実施例１と同様に塗工材を調製した。
続いて、本実施例で調製した塗工材を用い、厚さが１００μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
続いて、スプロケット基体の内周面に制振樹脂層が形成されたクランクスプロケットを作製し、エンジンに実装することにより、実装クランクスプロケットを作製した。
具体的には、まず、ＳＵＳ４４０Ｃからなるスプロケット基体を準備した。次に、スプロケット基体の内周面に本実施例で調製した塗工材をスプレーコーティングにより所定量塗工した。次に、スプロケット基体に塗工された塗工材を１８０℃で９０分間加熱することにより、有機溶剤を揮発させ、塗工材を乾燥、硬化させた。これにより、スプロケット基体の内周面に厚さが１００μｍの制振樹脂層を形成することでクランクスプロケットを作製した。
次に、シリンダブロック、シリンダヘッド、クランクシャフト、カムシャフト、カムスプロケット、タイミングチェーン、及びタイミングチェーンカバー等を準備した。次に、クランクシャフトの軸方向の一端側にクランクスプロケットを回転一体に取り付けた。この際には、クランクスプロケットのスプロケット基体の内周面と、クランクシャフトのシャフト基体の外周面との間に制振樹脂層を配置した。次に、シリンダブロック、シリンダヘッド、クランクシャフト、カムシャフト、及びカムスプロケットを組み立て、クランクスプロケットが取り付けられたクランクシャフトをそれらに取り付けた。次に、タイミングチェーンをクランクスプロケット及びカムスプロケットに巻き掛け、タイミングチェーンカバー等をシリンダブロック等に取り付けた。これにより、エンジンを作製するとともに、実装クランクスプロケットを作製した。
［実施例９］
最初に、厚さが２００μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例８と同様にテストピースを作製した。
最初に、厚さが２００μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例８と同様にテストピースを作製した。
［実施例１０］
最初に、マイクロカプセルを制振フィラーとして準備し、溶解液に所定量加えた点を除いて、実施例１と同様に塗工材を調製した。
最初に、マイクロカプセルを制振フィラーとして準備し、溶解液に所定量加えた点を除いて、実施例１と同様に塗工材を調製した。
続いて、本実施例で調製した塗工材を用い、厚さが１００μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１と同様にテストピースを作製した。
［実施例１１］
最初に、厚さが２００μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１０と同様にテストピースを作製した。
最初に、厚さが２００μｍとなるように制振樹脂層を形成した点を除いて、実施例１０と同様にテストピースを作製した。
［比較例１］
最初に、実施例１と同様のブロック形状の基材を準備し、制振樹脂層を形成せずにそのままテストピースとした。
最初に、実施例１と同様のブロック形状の基材を準備し、制振樹脂層を形成せずにそのままテストピースとした。
続いて、実施例８と同様のスプロケット基体を準備し、制振樹脂層を形成せずにそのままクランクスプロケットとした点を除いて、実施例１と同様に、エンジンを作製するとともに、実装クランクスプロケットを作製した。
〔落球試験でのＮＶ性能への制振樹脂層の厚さの影響の評価〕
実施例１～１１及び比較例１で得られたテストピースについて、落球試験を行い、ＮＶ性能への制振樹脂層の厚さの影響を評価した。図４は、落球試験機を模式的に示す断面図である。
実施例１～１１及び比較例１で得られたテストピースについて、落球試験を行い、ＮＶ性能への制振樹脂層の厚さの影響を評価した。図４は、落球試験機を模式的に示す断面図である。
落球試験では、図４に示すように、テストピースを落球試験機の土台の上部に設置された加速度ピックアップ上の鋼板上に設置した。設置の際には、実施例１～１１のテストピースについては、制振樹脂層が鋼板に当接するようにした。これは、落球試験の目的が、部品と部品の隙間に配置した制振樹脂層に衝撃が付与された際、騒音がどの程度抑制されるかを測定することにあるからである。落球試験機では、テストピースの直上にφ６．３ｍｍのＳＵＪ２製鋼球が電磁石で保持される。落球試験では、鋼球の落球前の高さ（テストピース上面からの距離）を５００ｍｍとした上で、落球試験機の磁力をオフにすることで鋼球を落下させることにより、テストピースに衝突させた。そして、衝突時に生じた音を、テストピース直上に設置したマイクロホンで集音し、周波数２０Ｈｚ～１０ｋＨｚ帯域でのオーバーオール値の音圧レベルを計測した。計測結果を下記の表１に示す。図５は、実施例１～１１及び比較例１のテストピースにおける制振樹脂層の厚さに対する鋼球衝突時に生じた音の音圧レベルを示すグラフである。
下記の表１及び図５に示すように、制振樹脂層の厚さの増加に伴い、音圧レベルが低減していることから、ＮＶ性能は制振樹脂層の厚さの増加に伴い向上すると考えられる。比較例１の基材のみからなるテストピース、及び制振樹脂層の組成が同一の実施例１～７のテストピースを比較すると、制振樹脂層の厚さが１０μｍより薄いテストピースでは、基材のみからなるテストピースに対する音圧レベルの低減効果は認められるものの、大幅な低減効果は認められない。一方、制振樹脂層の厚さが１０μｍ以上のテストピースでは、基材のみからなるテストピースに対し、５ｄＢ以上の音圧レベルの低減効果が認められる。従って、制振樹脂層の厚さとしては、１０μｍ以上が好ましく、中でも２０μｍ以上、特に５０μｍ以上が好ましいと考えられる。さらに、下記の表１及び図５に示すように、制振樹脂層の制振フィラーの種類を変更したとしても、同様の傾向が認められる。
〔実装クランクスプロケットのＮＶ性能の評価〕
実施例８及び比較例１で得られた実装クランクスプロケットのＮＶ性能を評価した。
具体的には、実装クランクスプロケットが実装されたエンジンのタイミングチェーンカバー前方（３０ｃｍ）に音圧測定用のマイクロホンを設置した。その上で、エンジンのアクチュエータを、手動により１０００～５０００ｒｐｍの回転数で回転させることによって、エンジンを駆動させた。そして、マイクロホンにより、タイミングチェーンカバーから放射される周波数２０Ｈｚ～２０ｋＨｚ帯域の音圧レベルのオーバーオール値を計測した。計測結果を下記の表１に示す。図６は、実施例８及び比較例１で得られた実装クランクスプロケットでのタイミングチェーンカバーに伝達される振動の音圧レベルのオーバーオール値を示すグラフである。なお、下記の表１及び図６では、比較例の音圧レベルのオーバーオール値を基準値とし、実施例の音圧レベルのオーバーオール値を基準値に対する相対値で示した
実施例８及び比較例１で得られた実装クランクスプロケットのＮＶ性能を評価した。
具体的には、実装クランクスプロケットが実装されたエンジンのタイミングチェーンカバー前方（３０ｃｍ）に音圧測定用のマイクロホンを設置した。その上で、エンジンのアクチュエータを、手動により１０００～５０００ｒｐｍの回転数で回転させることによって、エンジンを駆動させた。そして、マイクロホンにより、タイミングチェーンカバーから放射される周波数２０Ｈｚ～２０ｋＨｚ帯域の音圧レベルのオーバーオール値を計測した。計測結果を下記の表１に示す。図６は、実施例８及び比較例１で得られた実装クランクスプロケットでのタイミングチェーンカバーに伝達される振動の音圧レベルのオーバーオール値を示すグラフである。なお、下記の表１及び図６では、比較例の音圧レベルのオーバーオール値を基準値とし、実施例の音圧レベルのオーバーオール値を基準値に対する相対値で示した
下記の表１及び図６に示すように、実施例８で得られた実装クランクスプロケットでは、比較例１で得られた実装クランクスプロケットと比較すると、音圧レベルの大幅な低減効果が認められる。制振樹脂層をスプロケット基体の内周面に形成する場合には、例えば、スプロケット基体の歯部及びタイミングチェーンが噛み合うことで発生する振動等のような振動が、スプロケット基体からシャフト基体に伝達することを抑制できると考えられる。
以上、本発明のクランクスプロケット及びクランクスプロケットの取付構造に係る実施形態について詳述したが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
Ｅ エンジン（内燃機関）
１ シリンダブロック（エンジン本体）
４ タイミングチェーンカバー
１１ シリンダヘッド（エンジン本体）
１２ クランクケース（エンジン本体）
１３ オイルパン
１４ 吸気用カムシャフト
１５ 排気用カムシャフト
１６ クランクシャフト
１６ａ シャフト基体
１６ａｃ 外周面
２１ クランクスプロケット
２１ａ スプロケット基体
２１ａｃ 内周面
２１ｂ 制振樹脂層
２２ 吸気用カムスプロケット
２３ 排気用カムスプロケット
２４ タイミングチェーン
２５ チェーンテンショナ装置
２６ チェーンバイブレーションダンパ
３１ オイルポンプ用スプロケット
３２ オイルポンプ
３２ａ オイルポンプスプロケット
３３ オイルポンプドライブチェーン
４１ クランクプーリ
４２ｂ 開口
６０ オイルシール
１ シリンダブロック（エンジン本体）
４ タイミングチェーンカバー
１１ シリンダヘッド（エンジン本体）
１２ クランクケース（エンジン本体）
１３ オイルパン
１４ 吸気用カムシャフト
１５ 排気用カムシャフト
１６ クランクシャフト
１６ａ シャフト基体
１６ａｃ 外周面
２１ クランクスプロケット
２１ａ スプロケット基体
２１ａｃ 内周面
２１ｂ 制振樹脂層
２２ 吸気用カムスプロケット
２３ 排気用カムスプロケット
２４ タイミングチェーン
２５ チェーンテンショナ装置
２６ チェーンバイブレーションダンパ
３１ オイルポンプ用スプロケット
３２ オイルポンプ
３２ａ オイルポンプスプロケット
３３ オイルポンプドライブチェーン
４１ クランクプーリ
４２ｂ 開口
６０ オイルシール
Claims (7)
- 内燃機関のクランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられ、タイミングチェーンが巻き掛けられるクランクスプロケットであって、
前記クランクスプロケットは、スプロケット基体と、前記スプロケット基体の内周面又は歯面に形成された制振樹脂層とを備え、
前記制振樹脂層は、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含むことを特徴とするクランクスプロケット。 - 前記制振樹脂層は、前記スプロケット基体の前記内周面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のクランクスプロケット。
- 前記制振樹脂層の厚さは、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のクランクスプロケット。
- タイミングチェーンが巻き掛けられるクランクスプロケットが、内燃機関のクランクシャフトの軸方向の一端側に取り付けられたクランクスプロケットの取付構造であって、
前記クランクスプロケットのスプロケット基体の内周面と前記クランクシャフトのシャフト基体の外周面との間、又は前記スプロケット基体の歯面に制振樹脂層が配置され、
前記制振樹脂層は、耐熱性樹脂と、振動エネルギーを熱エネルギーに変換する制振フィラーとを含むことを特徴とするクランクスプロケットの取付構造。 - 前記制振樹脂層は、前記スプロケット基体の内周面と前記シャフト基体の外周面との間に配置されたことを特徴とする請求項４に記載のクランクスプロケットの取付構造。
- 前記制振樹脂層は、前記スプロケット基体の前記内周面に形成され、前記クランクスプロケットに備えられたものであることを特徴とする請求項５に記載のクランクスプロケットの取付構造。
- 前記制振樹脂層の厚さは、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載のクランクスプロケットの取付構造。
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-
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- 2021-03-12 JP JP2021039851A patent/JP2022139454A/ja active Pending
-
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- 2022-02-22 CN CN202210159432.1A patent/CN115076332A/zh active Pending
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