JP3813588B2

JP3813588B2 - ラチェット式テンショナ

Info

Publication number: JP3813588B2
Application number: JP2003054729A
Authority: JP
Inventors: 勇岡部; 善夫黒川
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: GB2398853A; GB2398853B; GB0329341D0; DE102004005949A1; US20040171447A1; JP2004263779A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車や自動二輪などに搭載されるチェーン伝動装置に使用されるテンショナに関するものである。さらに詳しくは、ラチェット機構を使用し、プランジャの後退を制限するようにしたラチェット式テンショナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車や自動二輪などに搭載したエンジンには、タイミング伝動機構として、伝動媒体にローラチェーンやサイレントチェーンなどの金属製チェーンを用いたチェーン伝動装置が広く用いられている。このチェーン伝動装置には、チェーンの伸びを吸収する手段としてテンショナが使用されている。
【０００３】
本発明でいうテンショナとは、エンジンのクランク軸からカム軸に駆動力を伝達するチェーン等に一定の張力を付与する手段である。テンショナには、種々のタイプのものが存在しているが、ハウジングに摺動自在に取付けられたプランジャを突出方向に付勢し、前記ハウジングに設けられた歯止め（pawl）を前記プランジャの側面に形成されたラック（rack）に噛み合わせ、プランジャの戻りを防止するラチェット機構を有するラチェット式テンショナが汎用されている。
【０００４】
このようなラチェット式テンショナは、プランジャに絶えず衝撃と振動が加わるため、プランジャに高い耐摩耗性と耐久性が要求される。そこで、プランジャの材質には、炭素鋼（例えば、ＪＩＳＧ４０５１におけるＳ３５Ｃ〜Ｓ４５Ｃ）に、焼入れ焼戻しによる熱処理を施すことが広く行われている。一方、歯止めは、プランジャの戻りを防止するためのものであって、直接に叩打される部材ではないため、その材質や強度等については、これまで特に配慮がなされておらず、コスト的に有利である密度６．９〜７．１ｇ／ｃｍ³程度の焼結合金が使用されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、近年、エンジンの高負荷化等により、プランジャへの入力が高くなるにつれ、プランジャの戻りを防止するラチェット機構にも大きな負荷が加わり、ラチェット機構の歯止めが摩耗・損傷し、最終的には、プランジャの戻りを防止するというラチェット機構の機能が失われるという問題が指摘されている。
【０００６】
特に、燃料をエンジンのシリンダ内へ直接噴射する方式の直噴型ガソリンエンジンやディーゼルエンジンでは、燃焼途中で火炎伝搬が途絶える半燃え現象が生じたり、混合時に燃料の拡散が進まないことが原因となり、燃えカスであるスス（carbon soot）が生じ易く、このようなススがラチェット機構の歯止めとラックとの間隙に夾雑物となって入り込み、歯止めが摩耗する、いわゆるアブレシブ摩耗が発生するため、歯止めの耐摩耗性向上は一層深刻な課題となっている。
【０００７】
また、エンジンを長期間使用し、劣化したオイルを使用し続けた場合には、劣化したオイルに入り込む摩耗粉や燃焼時の燃えカスであるススなどの不純物が、歯止めの摩耗を一層促進し、最悪な場合には、歯止めが破損して、エンジンの損傷に至ることが懸念されていた。
【０００８】
一方、このような歯止めの耐久性に対する問題に対応するため、歯止めの材質としてクロム鋼（例えば、ＪＩＳ４１０４におけるＳＣｒ４２０）やクロムモリブデン鋼（例えば、ＪＩＳ４１０５におけるＳＣＭ４３５）などの硬質合金鋼を用いて耐久性を向上させることや、高温焼結法やサイジング法を用いて高密度化（例えば、密度７．２ｇ／ｃｍ³以上）した焼結合金を用いて耐久性を向上させることも提案されているが、その場合には、通常の焼結合金を用いた場合に比べて、製造コストが高く経済的でないという問題がある。
近年の消費者の低価格志向及びエンジンに対する高負荷化要求という潮流の中で、低コストで、しかも、高強度で高い耐摩耗性を有するというトレードオフの課題を解決することが焦眉の急となっていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前述したような従来のラチェット式テンショナの課題を解決するものであって、低コストで、しかも高強度でアブレシブ摩耗に対する耐摩耗性にも優れた直噴型ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン用ラチェット式テンショナを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した従来のラチェット式テンショナの課題の解決を図るために、本発明のラチェット式テンショナは、ハウジングに摺動自在に取付けられたプランジャを突出方向に付勢し、そのハウジングに設けられた歯止めをプランジャの側面に形成されたラックに噛み合わせプランジャの戻りを防止するラチェット機構を有する直噴型ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン用ラチェット式テンショナであって、その歯止めを、Ｃｏを５〜１５wt％含有し、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏのうち少なくとも１種を合計２．０〜１０wt％含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる密度６．８ｇ／ｃｍ³以上の焼結合金で形成している。
【００１１】
【作用】
本発明のラチェット式テンショナによれば、ラチェット機構の歯止めをＣｏを５〜１５wt％含有し、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏのうち少なくとも１種を合計２．０〜１０wt％含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる密度６．８ｇ／ｃｍ³以上の焼結合金で構成することによって、焼結合金中のＣｏが硬質相として作用し、従来の焼結合金よりも小さな焼結密度にも関わらず、耐摩耗性を著しく向上させる。さらに、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏは、Ｃｏにより形成された硬質相と相乗的に作用し、焼結合金の鉄基地の硬度・強度及び焼き戻し軟化抵抗を向上させる。
【００１２】
ここで、焼結合金に含有させるＣｏの含有量は、５wt％未満では硬質相としての作用（耐摩耗性を向上させる作用）が十分に奏されないため好ましくない。反対に、１５wt％を越えると、コスト高になるばかりでなく、金属粒子間に存在する小さな隙間（ポーラス）が増加し、硬質相の形成が阻害されるため好ましくない。したがって、Ｃｏの含有量は、５〜１５wt％とすることが好ましい。
【００１３】
また、焼結合金に含有させるＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量は、合計で２．０wt％未満では、鉄基地の強度が不足し、Ｃｏ硬質相の効果が十分に奏されないため好ましくない。反対に、合計１０wt％を越えると、これらの添加成分の効果が飽和し、コスト高になるばかりでなく、ポーラスが増加し、Ｃｏ硬質相の形成を阻害するため好ましくない。したがって、合計して２．０〜１０wt％とすることが好ましい。
【００１４】
さらに、焼結合金の密度の下限を６．８ｇ／ｃｍ³とする理由は、６．８ｇ／ｃｍ³未満では、焼結合金中のポーラスが多すぎて、ＣｏやＮｉ、Ｃｒ、Ｍｏなどの添加成分の有無に寄らず、摩耗性能が低下するからである。一方、密度の上限については、コスト的に無理なく実現できる範囲であれば、特に限定されるものではないが、６．９５ｇ／ｃｍ³以下において、上述した耐摩耗性の改善作用が顕著に現れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明である直噴型ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン用ラチェット式テンショナの好ましい実施の形態について、以下の実施例に基づいて説明する。
【００１６】
図１（ａ）は、ラチェット式テンショナ１を用いたエンジンのタイミングチェーンシステムを示している。このテンショナ１は、ハウジング７に穿孔されたプランジャ収納穴１２にプランジャ８が進退自在に遊嵌され、プランジャ収納穴１２の底面とプランジャ８の中空部１３との間に装填されたプランジャばね１４により、プランジャ８が付勢されている。このプランジャ８がテンショナレバー１０を介して、駆動側スプロケット５と従動側スプロケット３の間に掛架されたタイミングチェーン６に対して常に適切な緊張力を付与している。
【００１７】
ラチェット式テンショナ１は、プランジャ８の後退運動を阻止するため、ハウジング７に枢設した歯止め１７を、ラチェットばね１８により付勢して前記プランジャ８の側面に形成されたラック１６に噛み合わせている。図１（ｂ）は、歯止め１７の拡大図である。
【００１８】
本発明の歯止めは、次のような方法を用いて製造した。まず、Ｃｏの添加量と耐摩耗性との関係を解明するため、次の６種類の鉄系粉末のそれぞれに潤滑剤及び黒鉛粉を混合し、成形圧力６トン／ｃｍ³で歯止め形状に成形した後、窒素ガス雰囲気中で１２００℃で焼結した。焼結後に、浸炭焼入れ焼戻し処理を施すことにより、歯止めを製造した。
従来仕様：３wt％Ｎｉ、２wt％Ｃｒ、残部Ｆｅ及び不可避不純物
Ａ：３wt％Ｃｏ、１wt％Ｎｉ、１wt％Ｃｒ、４wt％Ｍｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物
Ｂ：５wt％Ｃｏ、１wt％Ｎｉ、１wt％Ｃｒ、４wt％Ｍｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物
Ｃ：１０wt％Ｃｏ、１wt％Ｎｉ、１wt％Ｃｒ、４wt％Ｍｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物
Ｄ：１５wt％Ｃｏ、１wt％Ｎｉ、１wt％Ｃｒ、４wt％Ｍｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物
Ｅ：２０wt％Ｃｏ、１wt％Ｎｉ、１wt％Ｃｒ、４wt％Ｍｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物
【００１９】
このようにして、製造された歯止めについて、Ｃｏ添加量と焼結密度との関係を図２に示す。また、モータリング試験機で摩耗試験を行った結果を図３に示している。摩耗比率は、従来仕様品の摩耗量を１とした時の各実施例品の摩耗量を表している。
【００２０】
図３から明らかなように、Ｃｏ添加量を５〜１５wt％とすることによって、摩耗量を従来仕様品の３分の１程度に低減することができた。この時、図２が示すように、６．８ｇ／ｃｍ³以上の焼結密度が確保されている。
【００２１】
次に、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの添加量と耐摩耗性との関係を解明するため、Ｃｏの添加量を１０wt％（一定）とした、次の５種類の鉄系粉末を用いて、上記と同様の方法により、歯止めを製造した。
Ｆ：１０wt％Ｃｏ、０．５wt％Ｎｉ、０．５wt％Ｍｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物
Ｇ：１０wt％Ｃｏ、１wt％Ｎｉ、１wt％Ｍｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物
Ｈ：１０wt％Ｃｏ、１wt％Ｎｉ、１wt％Ｃｒ、４wt％Ｍｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物（上述のＣと同じ）
Ｉ：１０wt％Ｃｏ、２wt％Ｎｉ、２wt％Ｃｒ、６wt％Ｍｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物
Ｊ：１０wt％Ｃｏ、２wt％Ｎｉ、２wt％Ｃｒ、８wt％Ｍｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物
【００２２】
このようにして、製造された歯止めについて、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの添加量の合計と焼結密度との関係を図４に示す。また、モータリング試験機で摩耗試験を行った結果を図５に示している。摩耗比率は、上記と同様、従来仕様品の摩耗量を１とした時の各実施例品の摩耗量を表している。
【００２３】
図５から明らかなように、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの添加量の合計が２wt％に満たないか、１０wt％を越える場合には、耐摩耗性の改善効果が低減する。反対に、２〜１０wt％の範囲であれば、摩耗量を従来仕様品の２分の１程度に低減することが可能である。この時、図４が示すように、６．８ｇ／ｃｍ³以上の焼結密度が確保されている。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の直噴型ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン用ラチェット式テンショナによれば、ラチェット機構の歯止めをＣｏを５〜１５wt％含有し、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏのうち少なくとも１種を合計２．０〜１０wt％含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる密度６．８ｇ／ｃｍ³以上の焼結合金で構成したことにより、歯止めの強度及び耐摩耗性が著しく向上し、ディーゼルエンジンや直噴型エンジンなどの夾雑物が多い劣悪な雰囲気で使用される場合や劣化したオイルを使用し続けた場合であっても、歯止めの摩耗を長期にわたって抑制することが可能になる。
【００２５】
また、本発明は、焼結合金の組成と焼結密度を調整することにより、強度、耐摩耗性のみならず、靭性、耐食性の点でも優れた焼結合金を再現性よく形成することができる。しかも、従来の設備で対応できるため、特別な設備投資の必要はなく、合金鋼による鍛造、機械加工等と比較して製造コストの点でもきわめて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明のラチェット式テンショナを用いたタイミングチェーンシステムを示す図であり、（ｂ）が、歯止めの拡大図である。
【図２】本発明のラチェット式テンショナに使用した歯止めにおける、Ｃｏ含有量と焼結密度の関係を示す図である。
【図３】本発明のラチェット式テンショナに使用した歯止めにおける、Ｃｏ含有量と摩耗比率の関係を示す図である。
【図４】本発明のラチェット式テンショナに使用した歯止めにおける、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量と焼結密度の関係を示す図である。
【図５】本発明のラチェット式テンショナに使用した歯止めにおける、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏの含有量と摩耗比率の関係を示す図である。
【符号の説明】
１・・・テンショナ
３・・・従動側スプロケット
５・・・駆動側スプロケット
６・・・タイミングチェーン
７・・・ハウジング
８・・・プランジャ
１０・・・テンショナレバー
１２・・・プランジャ収容穴
１３・・・中空部
１４・・・プランジャばね
１６・・・ラック
１７・・・歯止め
１８・・・ラチェットばね

Claims

ハウジングに摺動自在に取付けられたプランジャを突出方向に付勢し、前記ハウジングに設けられた歯止めを前記プランジャの側面に形成されたラックに噛み合わせプランジャの戻りを防止するラチェット機構を有する直噴型ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン用ラチェット式テンショナであって、
前記歯止めが、Ｃｏを５〜１５wt％含有し、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏのうち少なくとも１種を合計２．０〜１０wt％含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる密度６．８ｇ／ｃｍ³以上の焼結合金で形成されたことを特徴とするラチェット式テンショナ。