JP3649228B2 - ラチェット式テンショナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用エンジンのタイミングチェーンに適正な張力を付加するために用いられるラチェット式テンショナに関し、特に、プランジャとテンショナハウジングとの間の耐焼付き性を改善したラチェット式テンショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンのクランクシャフトとカムシャフトとの間で回転を伝達する伝動装置には、クランクシャフトとカムシャフトのそれぞれに固着したスプロケット間にタイミングチェーンを掛け渡したチェーン伝動装置が汎用されている。
そして、このチェーン伝動装置には、一般に、チェーンの緩み側に適当な押し付け力を与えて適正な張力を付加して、チェーン走行時の振動を防止するとともに、チェーンの伸びに追従し適当な押し付け力を保持するために、ラチェット式テンショナが使用されている。
このラチェット式テンショナは、テンショナハウジングの前面からプランジャがばねにより付勢されて突出しており、このプランジャの先端が、エンジン本体側に揺動自在に支持されているテンショナレバーの揺動端近傍の背面を押圧することにより、テンショナレバーのシュー面をチェーンの緩み側に摺動接触して張力を付加している。
【０００３】
そして、このようなラチェット式テンショナの主要構成部材であるテンショナハウジングの素材には、通常、耐摩耗性が優れている、振動を吸収しやすい、削りやすい、といった特徴を有している“ねずみ鋳鉄”と呼ばれる片状黒鉛鋳鉄が使用されている。
また、ねずみ鋳鉄よりも軽量化を図ると共に、耐焼付き性も向上させるために、テンショナハウジングをアルミニウムやアルミニウム合金などのアルミニウム系金属材料で形成し、その表面に硬質陽極化処理を施して硬質アルマイト層の被膜を生成させ、テトラチオモリブデン酸アンモニウム溶液中で二次電解して被膜中の微細孔中に二硫化モリブデンを析出させる、いわゆる“カシマコート”（登録商標）と呼ばれる表面処理を施すことも提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２２６０３０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のラチェット式テンショナのテンショナハウジングの素材として汎用されている“ねずみ鋳鉄”は、重量が重いという欠点があった。また、ねずみ鋳鉄に含有されている黒鉛の結晶は細長く、この結晶の先端に力を加えると亀裂が入りやすくなる為、強度が低下するという欠点があった。
【０００６】
また、カシマコート（登録商標）処理を行った場合、製造工程が複雑になり、コストが高くなるだけでなく、加工公差に加えカシマコート（登録商標）処理による膜厚公差が加わるため寸法公差が厳しいテンショナに対しては適用しにくいという欠点があった。
さらに、カシマコート（登録商標）処理は、テンショナハウジングが複雑な形状をしている場合や、小さな孔を有する場合には、均一な表面処理を施すことができないという問題があった。
【０００７】
更に、プランジャが、プランジャばねにより常時付勢されており、且つ、テンショナハウジングに設けられたラチェット軸にラチェット爪を有するラチェット爪体を揺動自在に軸支すると共に、ラチェット爪をプランジャ側面に刻設されたラチェット歯に噛み合わせてプランジャの後退変位を阻止するラチェット式テンショナは、特に、次のような課題が指摘されていた。
【０００８】
プランジャが、チェーンの張力によって押し込まれた時にラチェット爪とラチェット歯の噛み合いに対向する側のプランジャとテンショナハウジングのプランジャ収容穴の摺動面において、サイドフォース（プランジャ前進方向に対して直角に働く力）が働くため、この摺動面における摩擦抵抗が大きくなり、エンジン回転中に発生するプランジャの振動により、テンショナハウジングとプランジャとの間の摩擦により、両者の温度が上昇し変形を起こし、最悪の場合には、両者が焼付きを起こし、テンショナの機能が失われる。
【０００９】
この焼付き現象の発生プロセスについて、本発明者らが、焼付き面の表面解析等の分析手段を駆使し、鋭意研究を行ったところ、プランジャの推力（凝着部を剪断するのに必要な力）と“凝着力”との大小関係によって発生するという、新しい知見が得られた。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記の知見に基づき、ラチェットに起因するサイドフォース等の偏荷重が存在してもテンショナハウジングとプランジャとの間の凝着力をプランジャの推進力より低く抑えて優れた耐焼付き性を発揮するとともに、耐久性と軽量化と強度を向上させ、しかも、製造工程を簡略化しコスト削減を図り、複雑な形状や厳しい寸法公差にも対応可能なラチェット式テンショナを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のラチェット式テンショナは、テンショナハウジングのプランジャ収容穴に、先端部が外部に突出するように付勢して摺動自在に嵌装されたプランジャを有するラチェット式テンショナにおいて、前記テンショナハウジングを１４〜１６重量％のＳｉを含有して初晶Ｓｉの粒径が２０〜３０μｍである過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金により形成している。
【００１２】
そして、プランジャをプランジャばねにより常時付勢し、且つ、テンショナハウジングに設けられたラチェット軸にラチェット爪を有するラチェット爪体を揺動自在に軸支すると共に、ラチェット爪をプランジャ側面に刻設されたラチェット歯に噛み合わせてプランジャの後退変位を阻止する構造を採用している。
【００１３】
【作用】
上記のように構成された本発明のラチェット式テンショナは、テンショナハウジングを過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金で形成したので、軽量となっており、製造工程途中における表面処理工程が不要になる。また過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金中に、高融点で高硬度のＳｉが微細で、且つ、均一に存在することにより、テンショナハウジングとプランジャとの間の凝着力が、プランジャの推進力より低く抑えられ、両者の焼付きが阻止される。焼付きが阻止される理由は、次のように考えられる。
【００１４】
テンショナハウジングとプランジャの表面は、どんなに平滑な面であったとしても、微視的に観察すると、必ず凹凸が存在している。その結果、両者が摺動する接触面においては、それぞれの面の凸部同士が接触する、“真実接触点”と呼ばれるポイントが存在している。そして、プランジャの振動により、接触面が摺動し温度が上昇する。その結果、“真実接触点”の凸部が変形し接触面積が増大するのみならず、新たに別の凸部同士が接触し、“真実接触点”の点数が増大する。
【００１５】
その際、テンショナ構成部材（ハウジング及びプランジャ）の凝着力が、プランジャの推進力を上回っている場合、焼付きによるプランジャの固着が発生してしまう。一方、本発明のように、高硬度のＳｉを微細に且つ均一に分散した材料を採用したハウジングでは、真実接触点でのＳｉの接触を増加させ摩耗を抑えることによって凝着力をプランジャの推力より低く抑えることができ、焼き付きによるプランジャの固着を阻止する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき、図面を用いて説明する。図１は、本発明のラチェット式テンショナの一例を示す断面図であり、図２は、図１に示したラチェット式テンショナのプランジャ先端部近傍の一部を拡大した断面図である。
【００１７】
ラチェット式テンショナ（１）は、エンジンのクランクシャフト（２）で回転される駆動側スプロケット（３）と、カムシャフト（４）に固定されている従動側スプロケット（５）の間に掛け渡されているチェーン（６）、すなわち、タイミングチェーンの緩み側でエンジン本体に取り付けられている。
【００１８】
このラチェット式テンショナ（１）は、テンショナハウジング（７）の前面からプランジャ（８）が出没自在に突出しており、このプランジャ（８）の先端面（８Ａ）が、支軸（９）でエンジン本体側に揺動自在に支持されたテンショナレバー（１０）の揺動端近傍の背面を押圧している。
その結果、テンショナレバー（１０）のシュー面（１１）が、チェーン（６）の緩み側に摺動接触して、チェーン（６）に対して適度な張力を付加している。
【００１９】
テンショナハウジング（７）には、プランジャ（８）が出没自在に嵌挿されるプランジャ収容穴（１２）が形成されている。プランジャ（８）には、プランジャ収容穴（１２）の底部と対峙する端面に開口した中空部（１３）が形成されており、この中空部（１３）の底面と、これに対峙するプランジャ収容穴（１２）の底部との間にプランジャばね（１４）が弾装されている。
そして、このプランジャばね（１４）は、プランジャ（８）の先端がテンショナハウジング（７）から突出するように、プランジャ（８）を常時付勢している。このテンショナハウジング（７）は、Ｓｉの含有量が１５重量％であり、初晶Ｓｉの粒径が２０〜３０μｍである過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金により形成されている。
【００２０】
また、テンショナハウジング（７）には、ラチェット軸（１５）によってラチェット爪体（１６）が揺動自在に軸支されていて、このラチェット爪体（１６）には、プランジャ（８）の側面に刻設されているラチェット歯（Ｔ）に噛み合うラチェット爪（１７），（１８）が形成されている。
【００２１】
ラチェット爪体（１６）は、テンショナハウジング（７）との間に設けられたラチェットばね（１９）によって、常時、ラチェット爪（１７），（１８）がプランジャ（８）のラチェット歯（Ｔ）と噛み合う方向にラチェット軸（１５）回りの回動付勢力を与えられている。
そして、これらのラチェット爪（１７），（１８）とラチェット歯（Ｔ）との噛み合いによって、プランジャ（８）の後退方向の変位が阻止されるよう構造になっている。
【００２２】
次に、本発明によるラチェット式テンショナに対して実施した焼付き試験の結果について説明する。焼付き試験は、図２に示したラチェット式テンショナと同じものを用いて実施した。試験条件は、以下のとおりである。
【００２３】
１）プランジャに形成した中空部（１３）とテンショナハウジングに形成したプランジャ収容穴（１２）とで囲まれる空間に油を供給する。この時の供給油の条件は油温８０℃、油圧０．３０ＭＰａとする。
２）プランジャの先端面（８Ａ）を振動試験機を用いて、±０．１ｍｍの変位を毎秒２００回（２００Ｈｚ）で１．０×１０７ 回、すなわち５０，０００秒間（約１４時間）加える。
３）その後、プランジャ側面、特にサイドフォース（図２においてＳＦで示したプランジャ前進方向に対して直角に働く力）が加わる部位の性状を観察し、焼付きの有無を調査する。
【００２４】
上記１）〜３）の試験を、テンショナハウジングが、Ｓｉの含有量が１５重量％である過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金であって、（１）初晶Ｓｉの粒径を５μｍ以下に調整したもの（参考品１）、（２）初晶Ｓｉの粒径を２０〜３０μｍに調整したもの（本発明品）、（３）初晶Ｓｉの粒径を６０〜７０μｍに調整したもの（参考品２）のそれぞれにより形成されたラチェット式テンショナに対して、ラチェット爪体（１６）に付勢される荷重、すなわち、“カム当て荷重”を設定し、１．０×１０７回の振動を加えて焼き付きの有無を判断する。初定のカム当て荷重において１．０×１０７回の振動で焼き付きがなければ、カム当て荷重を段階的に増加していき、同様の試験を繰り返し実施した。
その結果、それぞれのラチェット式テンショナが、どれぐらいの大きさのカム当て荷重まで焼き付きを起こさず正常に機能するかを示したものが図３である。なお、図３の縦軸は、参考品１を基準としたカム当て荷重の比率を示している。
この図から明らかなように、参考品１と参考品２は、同レベルであるのに対し、本発明品、すなわち、Ｓｉの含有量が１５重量％である過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金であって、初晶Ｓｉの粒径を２０〜３０μｍに調整したものでテンショナハウジングを形成したラチェット式テンショナは、１．３倍のカム当て荷重まで焼き付きを起こさず、正常に機能した。ここで、“カム当て荷重”は、プランジャに対して油圧が掛かっていない状態での値として示している。
【００２５】
なお、初晶Ｓｉの粒径は、合金の鋳造時における溶解温度、鋳造温度等の製造条件を制御することにより、調整することが可能である。さらに、合金中に微量のＣｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｆｅを添加させることによって、再現性よく初晶Ｓｉの粒径を調整することが可能になる。特に、Ｃｒには、初晶Ｓｉの分散状態を改善する効果もある。
【００２６】
次に、上記の試験を従来のラチェット式テンショナに対して実施した結果を上述した本発明品の試験結果と共に図４に示す。試験方法、試験条件等は、上記と同じであるので、詳述は割愛する。
ここで、従来品１は、通常のＡｌ−Ｓｉ共晶合金（ＡＤＣ１２）にカシマコート（登録商標）を施したもの、従来品２は、ねずみ鋳鉄（ＦＣ２００）、従来品３は、通常のＡｌ−Ｓｉ共晶合金（ＡＤＣ１２）からそれぞれテンショナハウジングを形成したラチェット式テンショナの結果を示している。この図の縦軸は、従来品３を基準としたカム当て荷重の比率を示している。
この結果からも明らかなように、本発明品は、従来の素材を用いて形成されたラチェット式テンショナ（従来品２及び従来品３）と比較して、耐焼付き性に優れており、さらに、特殊な表面処理を施していないにも関わらず、Ａｌ−Ｓｉ共晶合金（ＡＤＣ１２）にカシマコート（登録商標）を施したもの（従来品１）と同等の耐焼付き性を有している。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のラチェット式テンショナは、１４〜１６重量％のＳｉを含有し、初晶Ｓｉの粒径が２０〜３０μｍである過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金によりテンショナハウジングを形成したので、従来品に比較して軽量化されると共に、製造工程途中における表面処理工程が不要となる。その結果、このラチェット式テンショナを搭載した自動車の燃費向上及びコストダウンに貢献する。
【００２８】
また、過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金中に、高融点で高硬度のＳｉが微細で、且つ、均一に存在することにより、テンショナハウジングとプランジャの焼付きの発生が抑制される。
【００２９】
さらに、ラチェットに起因するサイドフォース等の偏荷重が存在するラチェット式テンショナにおいて、焼付き現象の発生を抑え、ラチェット式テンショナの耐摩耗性、耐久性を向上させる。しかも、表面処理を施す必要がないため、通常のラチェット式テンショナに比べて構造が複雑であるラチェット式テンショナにおいて、特に、製造工程の簡略化や製造コスト削減の効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明であるラチェット式テンショナの一例を示す断面図。
【図２】図１のプランジャ先端部近傍の一部拡大断面図。
【図３】Ｓｉの粒径と耐焼付き性の関係を示す図。
【図４】本発明及び従来品の焼付き試験結果を示す図。
【符号の説明】
１ ・・・ ラチェット式テンショナ
２ ・・・ クランクシャフト
３ ・・・ 駆動側スプロケット
４ ・・・ カムシャフト
５ ・・・ 従動側スプロケット
６ ・・・ チェーン
７ ・・・ テンショナハウジング
８ ・・・ プランジャ
８Ａ ・・・ 先端面
９ ・・・ （テンショナレバーの）支軸
１０ ・・・ テンショナレバー
１１ ・・・ シュー面
１２ ・・・ プランジャ収容穴
１３ ・・・ 中空部
１４ ・・・ プランジャばね
１５ ・・・ ラチェット軸
１６ ・・・ ラチェット爪体
１７，１８ ・・・ ラチェット爪
１９ ・・・ ラチェットばね
Ｔ ・・・ ラチェット歯
ＳＦ ・・・ サイドフォース

Claims (1)

1. テンショナハウジングのプランジャ収容穴に、先端部が外部に突出するように付勢して摺動自在に嵌装されたプランジャを有し、該プランジャが、プランジャばねにより常時付勢されており、且つ、前記テンショナハウジングに設けられたラチェット軸にラチェット爪を有するラチェット爪体を揺動自在に軸支すると共に、前記プランジャ側面に刻設されたラチェット歯に前記ラチェット爪を噛み合わせてプランジャの後退変位を阻止するラチェット式テンショナにおいて、
   前記テンショナハウジングを１４〜１６重量％のＳｉを含有し、初晶Ｓｉの粒径が２０〜３０μｍである過共晶Ａｌ−Ｓｉ系合金により形成したことを特徴とするラチェット式テンショナ。

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