JP3988977B2 - チェーン用ブレードテンショナシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブレードテンショナシステムに関し、詳細には、エンジン内の従動軸を駆動軸に駆動連結するチェーンに緊張力を作用させるためのブレードテンショナを含むチェーン用ブレードテンショナシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンにおいて、オイルポンプ等の補機を駆動するチェーンに緊張力を作用させるためのテンショナとして、特開２０００−２３４６５６号公報に示すようなブレードテンショナが用いられている。このブレードテンショナを図５に示す。同図に示すように、ブレードテンショナ１００は、弧状に湾曲したチェーン摺動面１０１ａを有する樹脂製のブレードシュー１０１と、ブレードシュー１０１のチェーン摺動面１０１ａと逆側に配置されるとともに、ブレードシュー１０１にばね力を作用させるための金属製の板ばね状ブレードスプリング１０２と、ブレードシュー１０１を支持する金属製の支持プレート１０３から主として構成されている。
【０００３】
ブレードシュー１０１の先端部１１０および基端部１１１にはそれぞれ溝１１０ａ，１１１ａが形成されており、これらの溝内にブレードスプリング１０２の各端部が挿入されて保持されている。支持プレート１０３には一対の穴１０３ａ，１０３ｂが形成されており、支持プレート１０３は、これらの穴に挿入されたボルトによりエンジン内部に固定されている。
【０００４】
ブレードシュー１０１の基端部１１１は、支持プレート１０３に固定されたピン１０４に回動自在に支持されている。ピン１０４には、抜け止め用のワッシャー１０５が取り付けられている。支持プレート１０３の先端には、ブレードシュー１０１の先端部１１０をスライド自在に支持する支持面１３０ａを備えた支持部１３０が設けられている。
【０００５】
ここで、ブレードスプリング１０２を拡大したものを図６に示す。同図において、（ａ）はブレードシューへの装着前の状態を示し、（ｂ）はブレードシューに装着後、ブレードテンショナをエンジン内に組み込んだ状態を示している。
【０００６】
図６に示すように、ブレードスプリング１０２は、ブレードシュー１０１への装着前には、ブレードシュー１０１の曲率半径よりも小さな曲率半径ｒ₀ を有しているが、これをブレードシュー１０１に装着した後、ブレードテンショナをエンジン内に組み込んだ後には、ブレードスプリング１０２の曲率半径がｒ₀ からＲ₀ （＞ｒ₀ ）に変化している。すなわち、ブレードスプリング１０２がこのように弾性変形することにより、その弾性変形量に相当する弾性反発力による押付荷重がチェーンに作用して、チェーンの緊張力が維持されるようになっている。
【０００７】
運転中にチェーンに伸びが生じた場合には、チェーンに押付荷重を作用させるために曲率半径が大きくなる側に弾性変形していたブレードスプリング１０２が、その復元力により、曲率半径が小さくなる側に戻り変形する結果、ブレードシュー１０１のチェーン摺動面１０１ａがチェーンの側に突出し、これにより、チェーンの弛みが吸収されるようになっている。
【０００８】
次に、上述のブレードテンショナがエンジンのオーバヘッドカムシャフト駆動用のタイミングチェーンに適用された例を図７に示す。図７は、ブレードスプリングを省略しており、ブレードテンショナの概略構成が示されている。一般に、エンジンのタイミングチェーンにおいては、クランクシャフトおよびカムシャフト間の芯間距離が長いことにより、チェーンスパンが長く、このため、ブレードシュー１０１の全長も長くなっている。
【０００９】
また、ブレードシュー１０１の基端部１１１は、エンジン側に固定された支軸１５０の中心である点Ｏの回りを回動自在に設けられており、先端部１１０は、エンジン側に配設された直線状の支持面１６０上をスライド自在に設けられている。
【００１０】
タイミングチェーンに伸びが生じていない状態では、ブレードシュー１０１の先端部１１０は支持面１６０上の点Ａで接触しており、タイミングチェーンに伸びが生じると、ブレードスプリングの復元力により、ブレードシュー１０１がチェーンスパンの側に突出するように変形する結果、図７一点鎖線で示すように、ブレードシュー１０１の基端部１１１が点Ｏの回りを回動するとともに、先端部１１０が支持面１６０上をスライドして、支持面１６０上の接触点が点Ｂに移動する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、支持面１６０上の各点Ａ，Ｂにおいて、ブレードシュー１０１からチェーンに作用する押付荷重の反作用としてチェーンからブレードシュー１０１に作用する押付力をそれぞれＦ，Ｆ′とする。点Ｂにおいては、上述のように、ブレードスプリングがその復元力により弾性変形する結果、弾性変形量が減少しており、チェーンに対するブレードスプリングの押付荷重も減少している。すなわち
Ｆ＞ Ｆ′ ……（１）
となっている。
【００１２】
図８に示すように、点Ａにおいて、チェーンからの押付力Ｆは、ブレードシューを点Ｏの回りに回転させる曲げモーメントＭ（＝Ｆ×ＯＡ）を生じさせ、同様に、点Ｂにおいて、押付力Ｆ′は、ブレードシューを点Ｏの回りに回転させる曲げモーメントＭ′（＝Ｆ′×ＯＢ）を生じさせる。
【００１３】
各点Ａ，Ｂにおいて、押付力Ｆ，Ｆ′を支持面１６０に平行な方向と支持面１６０に直交する方向とに分解し、押付力Ｆの作用方向が支持面直交方向となす角度をそれぞれθ，θ′とする。このとき、各点Ａ，Ｂにおける力の釣り合いを考える。
【００１４】
点Ａにおいては、押付力Ｆのうち、支持面直交成分であるＦｃｏｓθが、支持面１６０の垂直抗力Ｎと釣り合っている。また、押付力Ｆのうち、支持面平行成分であるＦｓｉｎθは、支持面１６０に沿ってブレードシューを滑らせる方向に作用するが、このＦｓｉｎθと逆向きに作用するのが、摩擦力μＮ（μ：摩擦係数）つまりμＦｃｏｓθである。
【００１５】
同様に、点Ｂにおいては、押付力Ｆ′のうち、支持面直交成分であるＦ′ｃｏｓθ′は、支持面１６０の垂直抗力Ｎ′と釣り合っている。また、押付力Ｆ′のうち、支持面平行成分であるＦ′ｓｉｎθ′は、支持面１６０に沿ってブレードシューを滑らせる方向に作用しており、このＦ′ｓｉｎθ′と逆向きに作用するのが摩擦力μＮ′つまりμＦ′ｃｏｓθ′である。
【００１６】
ここで、θ′＞θであることにより
ｃｏｓθ′＜ｃｏｓθ
また（１）より
Ｆ′＜ Ｆ
よって
μＦ′ｃｏｓθ′＜μＦｃｏｓθ
である。ゆえに
μＮ′＜μＮ ……（２）
となる。
（２）より、点Ｂにおいては、点Ａに比べて摩擦力が低減していることが分かる。
【００１７】
ところで、運転中のチェーンのばたつきや張力変動による弦振動がブレードテンショナに作用したとき、ブレードシュー内の各ブレードスプリングが弾性変形および戻り変形を繰り返し、このとき、各ブレードスプリング同士が互いに摺動し合うことにより減衰力が発生するようになっている。また、最近の研究により、ブレードシューの先端部と支持面との間の摺動抵抗も、チェーンの弦振動に対するブレードテンショナの減衰力つまり制振力に寄与することが分かってきた。
【００１８】
ところが、従来のブレードテンショナでは、チェーンが伸びた場合に、ブレードテンショナの先端部と支持面との間に作用する摩擦力が大きく低下しており、このため、ブレードテンショナの減衰性能が低下するという問題が発生し得る。
【００１９】
本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであって、エンジン内のチェーンに適用されるブレードテンショナにおいて、チェーンに対する減衰性能を向上させることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エンジン内の従動軸を駆動軸に駆動連結するチェーンに緊張力を作用させるためのブレードテンショナを含むチェーン用ブレードテンショナシステムである。このブレードテンショナは、ブレードシューと、ブレードシューのチェーン摺動面と逆側に配置され、ブレードシューにばね力を作用させるための板ばね状のブレードスプリングとを備えている。ブレードシューは、弧状に湾曲するチェーン摺動面を有するシュー本体と、シュー本体の基端側に設けられた基端部と、シュー本体の先端側に設けられた先端部とから構成されている。そして、ブレードシューの基端部がこれを挿通する支軸の回りを回動自在に設けられ、先端部がエンジン内に設けられた支持面上をスライド自在に設けられている。さらに、チェーンが伸びる前には、支持面がブレードシューの先端部と第１の接触点で接触し、運転中にチェーンが伸びた後には、支持面がブレードシューの先端部と第２の接触点で接触しており、支持面の第１の接触点における第１の接線の傾きと、支持面の第２の接触点における第２の接線の傾きとが異なっており、第１および第２の接線と従動軸および駆動軸間を結ぶ上下方向の線とがなす挟角をそれぞれα，α′とするとき
α＞α′
の関係が成立している。
【００２１】
請求項２の発明に係るチェーン用ブレードテンショナシステムは、請求項１において、支持面上の第１および第２の接触点が凸状の円弧状面で接続されていることを特徴としている。
【００２２】
請求項１の発明によれば、チェーンが伸びる前には、支持面がブレードシューの先端部と第１の接触点で接触し、運転中にチェーンが伸びた後には、支持面がブレードシューの先端部と第２の接触点で接触しており、支持面の第１の接触点における第１の接線の傾きと、支持面の第２の接触点における第２の接線の傾きとが異なっており、第１および第２の接線と従動軸および駆動軸間を結ぶ上下方向の線とがなす挟角をそれぞれα，α′とするとき、α＞α′の関係が成立している。
【００２３】
これにより、第２の接触点において支持面からブレードシューの先端部に作用する垂直抗力を相対的に大きくすることができ、その結果、第２の接触点における摩擦力を相対的に大きくできる。このようにして、第２の接触点において、ブレードテンショナのチェーンに対する減衰性能を向上できる。
【００２４】
支持面上の第１および第２の接触点は、請求項２の発明に記載されているように、凸状の円弧状面で接続されているのが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施態様を添付図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様によるブレードテンショナを含むエンジンカムシャフトタイミングシステムの概略構成図であって、図１はタイミングチェーンが伸びる前の状態を示し、図２はタイミングチェーンが伸びた後の状態を示している。
【００２６】
これらの図に示すように、カムシャフトタイミングシステム１は、クランクシャフト（駆動軸）２に固定されたクランクスプロケット２０と、カムシャフト（従動軸）３に固定されたカムスプロケット３０と、これらのスプロケット２０，３０間に巻き掛けられ、クランクシャフト２の駆動力をカムシャフト３に伝達するためのタイミングチェーン４とを備えている。なお、図中の矢印は、クランクシャフト２およびカムシャフト３のそれぞれの回転方向を示している。
【００２７】
タイミングチェーン４の弛み側スパンには、ブレードテンショナ１０が配置されている。このブレードテンショナ１０は、弧状に湾曲する樹脂製のブレードシュー１１と、ブレードシュー１１のチェーン摺動面１１ａと逆側に積層配置されるとともに、ブレードシュー１１にばね力を作用させるための板ばね状の複数枚のブレードスプリング１２とから主として構成されている。
【００２８】
ブレードシュー１１の基端部１３には、これを貫通する枢支穴１３ａが形成されており、該枢支穴１３ａには、ショルダーボルト（支軸）１４が挿通している。ショルダーボルト１４は、エンジンのシリンダブロックに形成されたねじ穴に螺合している。これにより、ブレードシュー１１は、ショルダーボルト１４の回りを回動自在になっている。
【００２９】
ブレードシュー１１の先端部１５は、エンジン内に設けられた支持面１６に当接しており、該支持面１６上をスライドし得るようになっている。この支持面１６およびブレードテンショナ１０により、本実施態様によるブレードテンショナシステムが構築されている。
【００３０】
図３は、支持面１６の拡大図である。同図において、支持面１６上の点Ａは、タイミングチェーンが伸びる前におけるブレードシュー１１との接触点（第１の接触点）を示し、点Ｂは、タイミングチェーンが伸びた後におけるブレードシュー１１との接触点（第２の接触点）を示している。点Ａ，Ｂは、点Ｃに中心を有する半径ｒの円弧で接続されている、すなわち、半径ｒの円弧上の点である。
【００３１】
ここで、第１の接触点Ａにおいて支持面１６の接線（第１の接線）をｐとし、第２の接触点Ｂにおいて支持面１６の接線（第２の接線）をｑとする。各接線ｐ，ｑが、クランクシャフト２およびカムシャフト３間を結ぶ上下方向の線ｍと図示反時計回りにそれぞれなす角度をα，α′とするとき、図３から明らかなように
α＞α′
の関係がある。これに対して、従来の直線状の支持面においては、α＝α′である。
【００３２】
次に、支持面１６上の第１，第２の接触点Ａ，Ｂに作用するタイミングチェーン４からの押付力をそれぞれＦ，Ｆ′とし、図８の場合と同様にして、各点における力の釣合いを考える。
【００３３】
図４に示すように、各点Ａ，Ｂにおいて、押付力Ｆ，Ｆ′を支持面１６に平行な方向と支持面１６に直交する方向とにそれぞれ分解し、押付力Ｆ，Ｆ′の作用方向が支持面直交方向となす角度をそれぞれθ，θ″とする。
【００３４】
点Ａにおいては、押付力Ｆのうち、支持面直交成分であるＦｃｏｓθは、支持面１６の垂直抗力Ｎと釣り合っており、また、支持面平行成分であるＦｓｉｎθの作用方向と逆方向に摩擦力μＮ（μ：摩擦係数）が作用している。
【００３５】
点Ｂにおいては、押付力Ｆ′のうち、支持面直交成分であるＦ′ｃｏｓθ″は、支持面１６の垂直抗力Ｎ″と釣り合っており、また、支持面平行成分であるＦ′ｓｉｎθ″の作用方向と逆方向に摩擦力μＮ″が作用している。
【００３６】
この場合においても
Ｆ′＜Ｆ
であり
μＮ″＜μＮ
となっているが、この場合には
θ″＜θ＜θ′
であり、よって
ｃｏｓθ′＜ｃｏｓθ″
したがって
μＦ′ｃｏｓθ′＜μＦ′ｃｏｓθ″
となる。つまり
μＮ′＜μＮ″
となる。
【００３７】
したがって、この場合には、点Ｂにおける摩擦力が図８の場合よりも大きくなっている。これにより、第２の接触点Ｂにおいて、ブレードテンショナのチェーンに対する減衰性能を向上できる。
【００３８】
なお、前記実施態様では、シングルオーバヘッドカムシャフト（ＳＯＨＣ）型式のエンジンを例にとったが、本発明によるブレードテンショナシステムは、ダブルオーバヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）型式のエンジンにも同様に適用できる。また、本発明によるブレードテンショナシステムの適用は、エンジンカムシャフトタイミングシステムに限定されるものではなく、当該システムは、エンジン内においてオイルポンプ等の補機を駆動する補機駆動用チェーンにも適用可能である。
【００３９】
さらに、本発明におけるブレードテンショナは、図１および図２に示すような構成のものには限定されず、ブレードシューのチェーン摺動面と逆側にブレードスプリングが配置されるようなブレードテンショナであれば、その他の任意の形状および構成のブレードテンショナに適用できる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るブレードテンショナシステムによれば、チェーンが伸びた後にブレードテンショナの支持面上の接触点である第２の接触点において、支持面からブレードシューの先端部に作用する垂直抗力を相対的に大きくすることができるので、第２の接触点における摩擦力を相対的に大きくでき、これにより、運転中にチェーンに対する減衰性能を向上できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様によるブレードテンショナを含むエンジンカムシャフトタイミングシステムの概略構成図であって、タイミングチェーンが伸びる前の状態を示している。
【図２】本発明の一実施態様によるブレードテンショナを含むエンジンカムシャフトタイミングシステムの概略構成図であって、タイミングチェーンが伸びた後の状態を示している。
【図３】支持面の拡大図であって、第１，第２の接触点における第１，第２の接線の傾きの違いを説明するための図である。
【図４】第１，第２の接触点にチェーンからの押付力が作用した場合において、各接触点における力の釣合いを説明するための図である。
【図５】エンジンの補機駆動用チェーンに適用される従来のブレードテンショナの側面図である。
【図６】図５のブレードテンショナに使用されるブレードスプリングの拡大図であって、（ａ）はブレードシューへの装着前の状態を示し、（ｂ）はブレードシューへの装着後、エンジンに取り付けた状態を示している。
【図７】ブレードテンショナをエンジンのタイミングチェーンに適用した場合のブレードテンショナシステムの概略構成図である。
【図８】図７のブレードテンショナシステムにおいて、支持面上の各接触点における力の釣合いを説明するための図である。
【符号の説明】
１： カムシャフトタイミングシステム
２： クランクシャフト
２０： クランクスプロケット
３： カムシャフト
３０： カムスプロケット
４： タイミングチェーン
１０： ブレードテンショナ
１１： ブレードシュー
１１ａ： チェーン摺動面
１２： ブレードスプリング
１３： 基端部
１３ａ： 枢支穴
１４： ショルダーボルト（支軸）
１５： 先端部
１６： 支持面
Ａ： 第１の接触点
Ｂ： 第２の接触点
ｐ： 第１の接線
ｑ： 第２の接線
α： 第１の接線の傾き
α′： 第２の接線の傾き
Ｆ，Ｆ′： 押付力
Ｎ，Ｎ′，Ｎ″： 垂直抗力
ｍ： 上下方向の線

Claims (2)

1. エンジン内の従動軸を駆動軸に駆動連結するチェーンに緊張力を作用させるためのブレードテンショナを含むチェーン用ブレードテンショナシステムであって、
   前記ブレードテンショナが、
   弧状に湾曲するチェーン摺動面を有するシュー本体と、前記シュー本体の基端側に設けられた基端部と、前記シュー本体の先端側に設けられた先端部とからなるブレードシューと、
   前記ブレードシューの前記チェーン摺動面と逆側に配置され、前記ブレードシューにばね力を作用させるための板ばね状のブレードスプリングと、
   を備え、
   前記ブレードシューの前記基端部がこれを挿通する支軸の回りを回動自在に設けられ、前記先端部がエンジン内に設けられた支持面上をスライド自在に設けられるとともに、
   前記チェーンが伸びる前において前記支持面が前記ブレードシューの前記先端部と第１の接触点で接触し、運転中に前記チェーンが伸びた後において前記支持面が前記ブレードシューの前記先端部と第２の接触点で接触しており、前記支持面の前記第１の接触点における第１の接線の傾きと、前記支持面の前記第２の接触点における第２の接線の傾きとが異なっており、前記第１および第２の接線と前記従動軸および駆動軸間を結ぶ上下方向の線とがなす挟角をそれぞれα，α′とするとき
   α＞α′
   の関係が成立している、
   ことを特徴とするチェーン用ブレードテンショナシステム。
2. 請求項１において、
   前記支持面上の前記第１および第２の接触点が凸状の円弧状面で接続されている、
   ことを特徴とするチェーン用ブレードテンショナシステム。

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