JP3548856B2 - 液圧テンショナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液圧テンショナに関し、詳細には、チェーンやベルト等の巻掛け動力伝達装置に常時緊張力を与えてこれを維持するのに有用な伸縮自在なプランジャを備えた液圧テンショナに関する。本発明はさらに詳細には、流体により作動するプランジャとコイルスプリングとを備え、リリーフ弁がチャンバと連通している液圧テンショナに関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
発明の背景
たとえば液圧テンショナのような緊張力付加装置が、複数のスプロケット間を移動する動力伝達用チェーンあるいは類似の動力伝達装置の制御装置として用いられている。
【０００３】
一般に、騒音やスリップあるいは歯付チェーンの場合における歯の噛合い不良を防止するために、チェーンにある程度の緊張力を与えてこれを維持することは重要なことである。このようなスリップの防止は、内燃機関におけるチェーン駆動のカムシャフトの場合にとくに重要である。というのは、歯飛びによりカムシャフトのタイミングが数度ずれ、この結果、エンジンが作動不良を起こしたり、損傷が発生したりするからである。
【０００４】
しかしながら、内燃機関が運転される厳しい環境下では、チェーンの緊張力は、温度の大きな変化や、チェーンおよびテンショナを含むエンジンの種々の部品間の線膨張係数の違いにより、非常に高いレベルと低いレベルの間で変化し得る。その上、長期間の使用によるチェーン部品の摩耗がチェーンの緊張力の低下をもたらし得る。
【０００５】
また、チェーン引張側に作用する過度の緊張力を軽減する手段を提供するとともに、チェーン緩み側に必要な緊張力を確保することも必要なことである。さらに、カムシャフトおよびクランクシャフトによるねじり振動がベルトの緊張力をかなり変化させる。この緊張力の変化によってチェーンの伸びが生じることになる。
【０００６】
巻掛け動力伝達装置において緊張力を制御するのに用いられる装置の一例がビーダマンの米国特許第 4,713,043号の中に記述されている。ビーダマンは、チャンバ内にスライド可能に装着されかつスプリングにより突出方向に付勢されたプランジャを有する液圧ボール型チェックバルブテンショナを示している。チェーンの緩みの程度に応じて、プランジャは、チェーンに緊張力を与えるレバーアームに抗して伸長する。チェックバルブのボールおよびシート面間に形成されたクリアランスにより、チャンバ内に流体が自由に流れ込むようになっている。
【０００７】
したがって、オイルポンプ等の外部の加圧流体源からの液圧は、ハウジングに形成された流路を通ってチャンバ内に流れ込み、液圧およびスプリング力の合成力によってプランジャを容易に前進させる。
【０００８】
これに対して、プランジャが逆方向に移動しようとする場合には、ボールがボールシートに密に接触して、チャンバからの流体の漏出を規制する。そして、プランジャとハウジング内壁との間の微小隙間からいくらか流体が漏出することができ、これにより、プランジャが縮退できる。このようにして、テンショナは、一方向への移動は容易であるが逆方向へは移動しにくいという、いわゆる逆止機能を獲得するのである。
【０００９】
しかしながら、この逆止機能は、チェーンやベルトあるいは類似の巻掛け動力伝達装置における緊張力の急激な変化に対応するのが難しい。タイミング装置がその共振振動数で運転されているとき、チェーンの荷重はかなり増加する。プランジャおよびハウジング内壁間の微小隙間は、チェーンへの急激な過負荷に対応すべくチャンバ内の液圧を迅速に開放するのには十分でない。
【００１０】
液圧テンショナにおけるこのような問題を緩和するための試みの一例が鈴木による米国特許第 4,881,927号に記述されている。鈴木は、チャンバ内にスライド可能に装着されかつスプリングにより突出方向に付勢されたプランジャを有する液圧ボール型チェックバルブテンショナを示している。
【００１１】
このテンショナは、第１のチャンバと連通する補助チャンバ内にスライド可能に装着されたスリーブを備えたリリーフ弁を含んでおり、スリーブはスプリングにより没入位置に付勢され、これにより排出部分が遮断されている。第１のチャンバ内のオイルは補助チャンバ内に流れ込み、スリーブを付勢スプリング力に対抗させて、排出部分を遮断しないようにする。しかしながら、このリリーフ弁は、質量が大きいために開閉するのが遅く、スリーブおよび補助チャンバ壁面間の摩擦の変化の影響を受けやすい。この結果、リリーフ弁の作動圧が変化する。
【００１２】
リリーフ弁付き液圧テンショナを提供する試みの他の例は、ミッテメイヤーの米国特許第 4,507,103号の中に記述されている。ミッテメイヤーは、チャンバ内にスライド可能に装着されかつスプリングにより突出方向に付勢されたプランジャを有する液圧ボール型チェックバルブテンショナを示している。
【００１３】
このテンショナは、プランジャ突出端の孔内にリリーフ弁を有している。このリリーフ弁は、スプリングにより付勢されたボール型バルブであり、該スプリングは、孔内に嵌め込まれたねじ付き絞り弁に装着されている。第１のチャンバ内のオイルは、高圧に達するとボールを開けて孔内に流れ込み、絞り弁のねじ部を通って大気中に出る。
【００１４】
残念ながら、このリリーフ弁の場合には、ねじ部を通る流路が制限されており、またボールに対抗する背圧が残留しているために、大量のオイルを解放するのが遅い。
【００１５】
したがって、実質的に一定の緊張力を維持できる、チェーン用あるいはベルト用または類似の巻掛け動力伝達装置用のテンショナを提供することが本発明の目的である。
また、チェーンに過負荷が作用した際にプランジャを元の位置に戻すことができるリリーフ弁を備えた液圧テンショナを提供することが本発明の他の目的である。
高振動に対応できるように、高いスプリング力を有しかつ質量が小さいリリーフ弁を備えた液圧テンショナを提供することが本発明のさらに他の目的である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
発明の要約
本発明は、リリーフ弁を備えた液圧チェーンテンショナに関する。本発明の一つの特徴によれば、巻掛け動力伝達装置、たとえば一対のスプロケットのような少なくとも二つの回転部材を連結するチェーンのためのテンショナが設けられている。
【００１７】
チャンバ内部に設けられたプランジャは、ハウジングの孔内にスライド可能に装着されている。プランジャをチェーンに対して突出方向に付勢するためのスプリングが設けられている。流体をチャンバ内に流入させる一方、逆方向の流体の流れを阻止するために、可変オリフィスを有するチェックバルブがハウジングおよびチャンバ間に設けられている。
【００１８】
このチェックバルブは、チェーンあるいは他の巻掛け動力伝達装置により荷重がプランジャに作用したとき、付勢方向とは逆方向への流体の流出を阻止するもので、これによって、チャンバ内の液圧が上昇する。過度の液圧を解放するためのリリーフ弁はチャンバと連通している。リリーフ弁は、平坦なスプリング部材によってチャンバの排出ポートに配設されたリードバルブ部材を含んでいる。所定の設定圧を超えたチャンバ内圧力により、リードバルブが排出ポートから離れ、そこから流体が漏出する。リードバルブの質量は小さいので、リリーフ弁は高振動の応答性を有する。
【００１９】
本発明の好ましい実施態様においては、スプリング部材が、排出ポートの上方でリードバルブと接触するように変形した先端部を有している。この変形先端部は、リードバルブに対して所定の予荷重を与えるように形成されている。リードバルブおよびスプリング部材の固定端は、ハウジング外部で連結されている。
【００２０】
好ましい実施態様の詳細な説明
図１および図２は、本発明によるリリーフ弁８０を備えた液圧テンショナ１０の好ましい実施態様を示している。テンショナ１０は、たとえばオーバヘッドカムタイミング駆動装置のチェーン１４に緊張力を作用させるテンショナアーム１２に隣接して描かれている。
【００２１】
典型的なオーバヘッドカムタイミング駆動装置は、クランクスプロケット１６，カムスプロケット１８，巻掛け動力伝達装置としてのチェーン１４，液圧テンショナ１０，テンショナアーム１２，およびテンショナアーム１２とは逆側の図示しないチェーンガイドから構成されている。
【００２２】
チェーンガイドは、一般に、チェーン１４の引張側つまり駆動側に配置されている。テンショナアーム１２およびテンショナ１０は、チェーン１４の緩み側に配置されている。テンショナ１０は、チャンバ２２つまりピストン孔を備えたハウジング２０と、チャンバ２２と連通するリリーフ弁８０と、プランジャ４０つまりピストンとを含んでいる。プランジャ４０は、ハウジング２０から突出して、枢支連結のテンショナアーム１２をチェーン１４に押し付け、これによりチェーンの緩みをとって、チェーンの良好な制御のためにチェーンに最小の緊張力を維持させる。
【００２３】
図３において、テンショナハウジング２０は、外表面に取り付けられたリリーフ弁８０を有している。この好ましい実施態様では、リリーフ弁８０はリードバルブ部材８２と平坦なスプリング部材８４とを有している。リードバルブ自由端９０は、図２および図４により明確に示されるように、ピストン孔２２に連通している排出ポート３２つまり流路を上方から覆っている。
【００２４】
一方、図３に明確に示されるように、平坦なスプリング部材８４はリードバルブ８２の上に重ねられている。スプリング部材の固定端８８およびリードバルブ８２の固定端９２は、ねじ９４あるいはその他の適切な締結具によりハウジング２０に共締めされている。
【００２５】
スプリング８４の自由端８６は変形した先端部９５を有しており、該先端部はリードバルブ８２の自由端９０を上方から押さえ付けるように下方に突出している。好ましくは、先端部９５は半球形の突出部であって、排出ポート３２の上方中央に配置されたリードバルブ８２の自由端９０に接触している。
【００２６】
リードバルブ８２は、排出ポート出口のバルブシート９６に密着している。バルブシート９６の周囲およびリードバルブ８２，スプリング部材８４の下方には、好ましくはハウジング２０の表面に形成されたオイル通路９８が配置されている。このオイル通路９８は、排出ポート３２から排出された作動油をエンジンオイル導入ポート２６に戻すように作用する。
【００２７】
リード型バルブの他の実施態様は、図示されてはいないが、本発明において液圧テンショナ上にリリーフ弁を配置することによって意図されている。たとえばスプリング部材は、種々の形状を有していてよい。スプリングは、必要な初張力をリードバルブに与えるために、リードバルブに締結されたときにより平坦な形状に弾性的に変形するような単一または二つ以上の曲率から形成される。リードバルブに板バネ型の可変荷重を与えるために、多数のスプリングを互いの上に積み重ねてもよい。
【００２８】
同様に、変形先端部は種々の形状を有していてよい。図３に示された好ましい実施態様は打抜きによる半球形の突出部であるが、該先端部はまた、リードバルブのスプリング側に形成された、他の材料からなる突出部であってもよい。あるいは、変形先端部は、単に９０度折り曲げられたスプリング自由端でもよい。また変形先端部は、小さい角度だけ折り曲げられあるいは屈曲させられた自由端でもよい。スプリング自由端は、段付端部を形成するように多数の屈曲部を有していてもよい。
【００２９】
さらに、リリーフ弁８０のシート部分は種々の形状を有していてよい。分割された円盤部により、排出ポート３２が覆われていてもよい。またスプリング部材８４は、リードバルブなしに排出ポート３２を直接シールする部分を有していてもよい。
【００３０】
上記変形例は本発明のいろいろな範囲を示しているが、これらは包括的なものではない。この中の教示内容から、当業者は、需要に最もよく適合するように、本発明の意図された範囲内においてではあるが、リリーフ弁８０の形状を変えることができるだろう。
【００３１】
図４の断面図は、テンショナ１０の内部の作動要素を示している。テンショナハウジング２０は、図示しない加圧流体源から内部通路２４を通った流体により満たされたチャンバ２２を有している。加圧流体源はオイルポンプまたはリザーバである。
【００３２】
チャンバ２２は円筒形状の孔である方が好ましい。チャンバ２２は好ましくは円筒形状の中空プランジャ４０をスライド可能に受け入れており、該プランジャは、内部空間４２と、任意の開孔４６を備えた上端部４４とを有している。円筒形のスプリング６０は内部空間４２内に装着されるとともに、プランジャ４０をハウジング２０から巻掛け動力伝達装置１４に向かって突出する方向に付勢するように、上端部４８の内壁面に接触している。もし開孔が形成されるのであれば、ベントディスク７０は、内部空間４２内においてプランジャ上端部４８の内壁面に配置される。
【００３３】
上述のように、ハウジング２０には、導入ポート２６においてチャンバ２２を加圧流体源に連絡するための通路２４がチャンバ２２の底部に設けられている。テンショナ１０の一実施態様では、加圧流体源からチャンバ２２内への流体の流れを許容し、逆方向への流体の流れを阻止するために、チャンバ２２と通路２４との間にチェックバルブ１００が設けられている。好ましくは、チェックバルブ１００は、ボール１０２と、該ボールをボールシート面１０６に向かって付勢するスプリング１０４とを有している。
【００３４】
他の実施態様では、チェックバルブは、米国特許第 5,259,820号および第 5,277,664号に記述された可変オリフィスチェックバルブである。なお、両特許は本件出願の譲受人によって所有されており、また両特許は引用することによって本明細書の中に含まれる。
【００３５】
図４に示される他の実施態様では、テンショナ１０は、機械的な逆止機能を提供するためにラック・アンド・ラチェット組立体を含んでいる。ハウジング２０には、チャンバ２２に平行な縦方向のポート２８が設けられている。ポート２８内には、ハウジング外方に移動し得るラック１１０が受け入れられている。プランジャ４０が外方に移動するときラック１１０も外方に移動するように、ラック１１０はプランジャ４０に連結されている。
【００３６】
ラチェット１２０およびスプリング１２２は、縦方向のポート２８内に開口する横方向の穴３０内に配置されている。スプリング１２２は、機械的な逆止機能が得られるように、ラチェットを噛合い側に付勢している。他の実施態様およびこのラック・アンド・ラチェット組立体の作動は米国特許第 5,346,436号の中に記述されており、該特許は本発明の譲受人によって所有され、また該特許は引用することによって本明細書の中に含まれる。
【００３７】
図２において、リリーフ弁８０は、締結具９４によってハウジング２０の外部に取り付けられている。同図は、テンショナ１０の外表面下方の内部要素を破線で示している。リードバルブの自由端９０は排出ポート３２を閉塞している。
【００３８】
排出ポート３２はハウジング２０を貫通して形成されており、チャンバ２２と連通している。排出ポート３２の回りにおいてハウジング外部には、オイル通路９８が設けられている。このオイル通路９８は、テンショナハウジング２０のシール面下方に設けられており、遠回りの通路内の排出ポート３２を通って、導入通路２４と連絡する導入ポート２６に漏出した作動油を戻すためのものである。
【００３９】
リリーフ弁がオイル供給側に排出した方が好ましい理由は、リリーフ弁が閉じるときに逆流を起こすからである。大気中ではなくオイル供給側に排出することによって、逆流するのがオイルのみであってエアではないことが期待される。
【００４０】
テンショナ１０は、たとえばエンジンブロック（図示せず）の合わせ面に密着するシール面３６上にガスケットが配置された状態で、エンジンブロックまたはシリンダヘッドに取り付けられる方が好ましい。エンジンブロックは、リードバルブおよびスプリングの最大変形量を制限するとともに、リードバルブおよびスプリングに作用する液圧に抗して最大応力をも制限する機械的なストッパとして作用する。あるいは、機械的なストッパが直接ハウジングに設けられていてもよい。
【００４１】
運転中に、チェーン１４が緊張することによってプランジャ４０が内方に押されたとき、チャンバ２２および内部空間４２が非圧縮流体で完全に満たされているため、非常に強い抵抗が生じる。高圧が生じた場合には、プランジャ４０およびチャンバ内壁５２間のクリアランスを介して流体がいくらか漏れるかもしれない。しかしながら、このような漏れはわずかであり、これによって圧力の急激な上昇は軽減されない。
【００４２】
圧力が所定のレベルまで上昇したとき、排出ポート３２を覆うリードバルブ自由端９０の領域に作用する流体の力により、バルブが押し開けられる。これにより、オイルをチャンバ２２内から急激に逃がすことができ、この結果、プランジャ４０に対する内部圧力が低減して、プランジャ４０をチャンバ２２内に後退させることができ、チェーン１４への緊張力を低減できる。
【００４３】
本発明にリードバルブを使用することの利点のいくつかは、リリーフ弁に高振動の応答性を与えるように、リードバルブが高いスプリング力を有するとともに、小さな質量を有していることである。他の利点は、リードバルブが、高速応答性を容易にする小さな変形のための高速の流れを生じさせることである。
【００４４】
リードバルブのさらに他の利点は、低コスト生産のために構造が単純であり、その上、リリーフ弁の設定圧を変えるのが容易であることである。単に排出ポートの径を変えることによって、平スプリング部材の厚みやスプリング先端部の変形、設定圧の広い範囲が、構成要素を最小限入れ換えることで実現される。
【００４５】
本発明が関連する技術分野の当業者は、とくに上述の教示内容を考慮するとき、本発明の精神あるいは実質的な特徴から外れることなく、本発明の原理を利用する種々の変形例やその他の実施態様を構築し得る。上述の実施態様はあらゆる点で単なる一例としてみなされるべきものであり、限定的なものではない。それゆえ、本発明の範囲は、上記記述内容よりもむしろ特許請求の範囲に示されている。したがって、本発明が個々の実施態様に関連して説明されてきたものの、構造、順序、材料その他の変更は、本発明の範囲内においてではあるが、当該分野の当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様による、ハウジング外部のリリーフ弁を備えた液圧ボール型チェックバルブテンショナの正面図。
【図２】本発明の他の実施態様による、ハウジング外部のリリーフ弁を備えた液圧テンショナの正面図。
【図３】図１のリリーフ弁の３−３線断面図。
【図４】図１のテンショナの内部構造図。
【符号の説明】
１０ 液圧テンショナ
１４ チェーン（巻掛け動力伝達装置）
１６，１８ スプロケット（回転部材）
２０ ハウジング
２２ チャンバ
２４ 導入通路
３２ 排出通路
４０ プランジャ
６０ スプリング部材
８０ リリーフ弁
８２ バルブシール部材
８４ スプリング部材
９５ 変形先端部
９６ バルブシート
１００ チェックバルブ

Claims (9)

1. 二つの回転する部材１６，１８間に配置された巻掛け動力伝達装置１４のための液圧テンショナ１０であって、
   ハウジング２０が、チャンバ２２と、これに連通しかつ外部の加圧流体源に連絡する導入通路２４と、チャンバ２２に連通する排出通路３２とを有し、
   プランジャ４０がチャンバ２２内に配置されるとともに、回転部材１６，１８間の緊張力を調整するために、動力伝達装置１４と当接するように突出可能になっており、
   スプリング部材６０がチャンバ２２内に配置されるとともに、プランジャ４０をハウジング２０から突出する方向に付勢しており、
   チェックバルブ１００が導入通路２４に配置され、
   リリーフ弁８０が排出通路３２に配置され、平坦なスプリング部材８４，バルブシール部材８２およびバルブシート９６を有するとともに、スプリング部材８４がバルブシール部材８２を付勢し、バルブシール部材８２がリードバルブを含みかつバルブシート９６と接触して排出通路３２をシールしており、スプリング部材８４が、排出通路３２の上方のリードバルブの一部と接触する自由端を有しており、チャンバ２２内の圧力が所定値を超えたとき、バルブシール部材８２がバルブシート９６から離れて移動し、これにより排出通路３２を通じて流体が移動し得るようになっている、
   ことを特徴とする液圧テンショナ。
2. スプリング部材８４が、リードバルブと接触する変形先端部９５を有している、
   請求項１記載の液圧テンショナ。
3. 変形先端部９５が、リードバルブに特定のスプリング初張力を与えるように形成されている、
   請求項２記載の液圧テンショナ。
4. スプリング部材８４とバルブシール部材８２とが締結部材９４により第１の端部８８，９２で固定されており、バルブシール部材８２の第２の端部９０が排出通路３２の上方に配置されている、
   請求項１記載の液圧テンショナ。
5. スプリング部材８４が少なくとも一つの曲率で形成されるとともに、弾性的に変形してバルブシール部材８２に初張力を与えるようになっている、
   請求項４記載の液圧テンショナ。
6. スプリング部材８４の自由端が、リードバルブと接触する半球状の突出部９５を有している、
   請求項１記載の液圧テンショナ。
7. スプリング部材８４の自由端が、リードバルブと接触する段付部を有している、
   請求項１記載の液圧テンショナ。
8. バルブシール部材８２が円板である、
   請求項１記載の液圧テンショナ。
9. リードバルブが、排出通路３２を通じた流体連絡を防止しており、排出通路３２がチャンバ２２および外部の加圧流体源と連絡している、
   請求項１記載の液圧テンショナ。

Images