JP4167543B2 - 液圧テンショナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チェーンやベルトに適正な緊張力を作用させるための液圧テンショナに関し、詳細には、液圧低下時などにおいてピストンの縮退を防止するためのラチェット機構を備えたものに関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
液圧テンショナは、一般に、ハウジングと、ハウジングに形成された穴にスライド自在に挿入され、スプリングによって突出方向に付勢された中空のピストンと、ハウジングの穴内でピストンおよびその中空穴により限定された流体チャンバとから主として構成されている。テンショナの運転中には、チェーンまたはベルトからピストン先端に作用する押付力が、スプリングによる弾性力およびチャンバ内の液圧による抗力と釣り合っている。
【０００３】
ところで、とくに自動車用のタイミングシステムに適用される液圧テンショナにおいては、エンジンの始動時などのように、チャンバ内に十分な液圧が作用していない状況下では、チェーンからピストン先端に押付力が作用したとき、ピストンがハウジング内に容易に押し込まれてピストンが縮退し、その結果、ノイズや振動が発生することがある。
【０００４】
そこで、このようなピストンの縮退を防止するために、例えば、特開２００２−１４７５５１号公報に示すようなラチェット機構を備えた液圧テンショナが提案されている。
【０００５】
このラチェット機構は、ピストンの外周に形成されたラック歯と、ハウジングに形成されたポール穴に設けられ、ピストン外周のラック歯と係合し得る歯を有する歯付パッド状のポール部材と、ポール部材をラック歯との係合方向に付勢する環状のポールスプリングとから構成されている。
【０００６】
この場合、ポール部材の歯がピストンのラック歯と係合した状態で、ピストンが突出方向に移動する際には、ピストンのラック歯がポール部材の歯を乗り越えて移動することにより、ピストンの突出方向の移動は許容されるが、ピストンが後退方向に移動する際には、ピストンのラック歯がポール部材の歯と係合した状態が維持されることにより、ピストンの後退方向の移動は規制されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１４７５５１号公報（図３および図６参照）
【０００８】
しかしながら、前記従来のラチェット機構においては、ピストン後退時に、ポール部材がピストンのラック歯と係合した状態でラック歯から押付力を受けたとき、ポール部材の歯とラック歯との係合状態が外れる方向のモーメントがポール部材の歯に作用するように構成されており（詳細は以下の［課題を解決するための手段］参照）、その結果、ピストン後退時には、ポール部材がハウジング外部に飛び出ようとする力がポール部材に作用することになる。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を解消すべくなされたもので、ポール部材を備えた液圧テンショナにおいて、ピストンの後退時にポール部材のハウジング外部への飛び出しを確実に防止できる液圧テンショナを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る液圧テンショナは、ハウジングの穴にスライド自在に挿入され、ラック歯が外周の一部に形成された中空のピストンと、ピストンを突出方向に付勢するピストンスプリングと、ピストンのラック歯と係合するとともに、ピストンの突出方向の移動を許容しかつ後退方向の移動を阻止するための歯部を有するポール部材と、ポール部材の歯部がラック歯と係合する側にポール部材を付勢するポールスプリングとを備えており、ポール部材の最後端の歯部の厚みが他の歯部の厚みよりも薄くなっている。
【００１１】
請求項１の発明においては、ピストンがハウジングの穴から突出する方向に移動する際には、ピストンのラック歯がポール部材のいくつかの歯部を乗り越えることによって、ピストンが突出方向に移動する。そして、ピストンスプリングのばね力および流体チャンバ内の液圧によりピストン先端からチェーンに作用する押付力が、チェーン張力によりチェーンからピストン先端に作用する押付力と釣り合うと、ピストンの移動が停止する。
【００１２】
次に、流体チャンバ内に十分な液圧が作用していない状況下で、チェーンからピストン先端に押付力が作用した場合には、図５（ａ）に示すように、ピストン外周のラック歯３ｂがポール部材５の歯部５ａと係合した状態を維持したまま、ピストン３がポール部材５とともに後退方向（同図左方）に移動し、ポール部材５の後端面５ｃがハウジング２のポール穴２ｂの内壁面２５に圧接する。これにより、ピストン３の移動が停止する。
【００１３】
この場合において、ピストン３のラック歯３ｂからポール部材５の歯部５ａに作用する押付力をＦとし、その力の作用線をｍとする。また、ポール部材５の後端面５ｃ下方の角部をＡ点とするとき、ポール部材５の最後端の歯部５ａの歯元部における厚みｔe が他の歯部５ａの厚みｔo よりも薄くなっていることにより、好ましくは、Ａ点は押付力Ｆの作用線ｍの下方に配置されている。これに対して、従来のポール部材においては、後端面５ｃ′が後端面５ｃよりも後方に配置されているため、ポール部材の後端面５ｃ′下部のＡ′点は押付力Ｆの作用線ｍの上方に配置されている。
【００１４】
ここで、Ａ点およびＡ′点回りの力Ｆのモーメントについて考察する。
Ａ点回りのモーメントＭA は、力Ｆの作用線ｍとＡ点との距離をｄA とするとき
ＭA ＝Ｆ×ｄA
と表され、ＭA はポール部材５をＡ点の左回りに回転させるモーメントである。一方、Ａ′点回りのモーメントＭA ′は、力Ｆの作用線ｍとＡ′点との距離をｄA ′とするとき
ＭA ′＝Ｆ×ｄA ′
と表され、ＭA ′はポール部材５をＡ′点の右回りに回転させるモーメントである。
【００１５】
すなわち、モーメントＭA は、ポール部材５の歯部５ａをピストン３のラック歯３ｂと噛み合わせる方向に作用しており、一方、モーメントＭA ′は、ポール部材５の歯部５ａをピストン３のラック歯３ｂから離れさせる方向に作用している。
【００１６】
このように、従来の液圧テンショナにおいては、ピストン後退時に、ポール部材５がピストン３のラック歯３ｂと係合した状態でラック歯３ｂから押付力Ｆを受けたとき、ポール部材５の歯部５ａに対してラック歯３ｂとの係合状態が外れる方向のモーメントＭA ′が作用するように構成されているため、ピストン後退時には、ポール部材５がハウジング外部に飛び出ようとする力がポール部材５に作用することになる。
【００１７】
これに対して、請求項１の発明では、ピストン後退時には、ポール部材５の歯部５ａとラック歯３ｂとの係合状態がより強固になる方向のモーメントＭA が作用するように構成されており、このため、ピストン後退時には、ポール部材５がハウジング外部に飛び出ようとする力がポール部材５に作用することはなく、これにより、ピストン後退時にポール部材の飛び出しを確実に防止できる。
【００１８】
請求項２の発明では、請求項１において、ポール部材の最後端の歯部の歯面とこれに対応するピストンのラック歯の歯面との間にクリアランスが形成されている。
【００１９】
請求項１において、ポール部材の最後端の歯部の厚みを他の歯部の厚みよりも薄くすると、最後端の歯部の強度が他の歯部に比べて相対的に低下することになるが、この請求項２の発明のように、最後端の歯部とラック歯との間にクリアランスを形成することで、最後端の歯部にラック歯からの押付力が作用するのを回避でき、これにより、最後端の歯部に破損等の不具合が発生するのを防止できる。
【００２０】
請求項３の発明では、ポール部材の最後端の歯部の歯面とこれより一つ前方側の歯部の歯面との間の距離が、前後方向に隣り合う他の歯部の各歯面間の距離よりも大きくなっている。
【００２１】
この場合においても、請求項２の発明と同様に、ポール部材の最後端の歯部の歯面とこれに対応するピストンのラック歯の歯面との間にクリアランスが形成されることになるので、最後端の歯部にラック歯からの押付力が作用するのを回避でき、最後端の歯部に破損等の不具合が発生するのを防止できる。
【００２２】
請求項４の発明においては、ポール部材の歯部を構成する歯面のうち、ピストン後退時にラック歯と係合する側の歯面が当該歯面から前方のピストン軸線方向となす挟角は、９０度よりも大きくなっている。
【００２３】
請求項４の発明によれば、図５（ｂ）に示すように、ポール部材の歯面ｓがピストンの軸線方向Ｌとなす挟角をθとするとき
θ＞９０°
になっている。なお、同図（ｂ）においては、図示の便宜上、同図（ａ）中のθよりもθの角度を大きくして示している。
【００２４】
また、図５（ｂ）では、歯面ｓに作用する押付力をｆとし、力ｆをピストン軸線方向およびこれと直交する方向にそれぞれ分解して、各分力をｆ1 ，ｆ2 としている。同図から明らかなように、分力ｆ2 は、ポール部材の歯面ｓを下方に、つまりピストンのラック歯に向かう側に作用している。これにより、ポール部材がハウジング外部に飛び出すのを防止している。なお、従来の液圧テンショナにおいては、この角度θが９０度もしくは９０度よりも小さな角度に設定されており、このため、ピストン後退時には、ポール部材の歯面への押付力がポール部材をポール穴から飛び出させる側に作用する場合があった。
【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は本発明の一実施態様による液圧テンショナの全体斜視図、図２は図１の液圧テンショナの縦断面図、図３は図２のIII 矢視図、図４はハウジングのポール穴部分の斜視拡大図、図５は液圧テンショナのポール部材部分の正面拡大図である。なお、図５においては、図示の便宜上、ポールスプリングを取り外したものが示されている。
【００２６】
図１ないし図３に示すように、液圧テンショナ１は、軸方向に延びかつ一端が開口するピストン穴２ａが形成されたハウジング２と、ハウジング２のピストン穴２ａ内に軸方向（図２左右方向）スライド自在に挿入された中空のピストン３と、ハウジング２のピストン穴２ａ内に配設され、ピストン３をピストン穴２ａから突出する方向に付勢するピストンスプリング４とから主として構成されている。
【００２７】
ハウジング２は、液圧テンショナ１をたとえばエンジン内に取り付けるための取付ボルトが挿入されるボルト穴２０，２１を有している。ハウジング２内において、ピストン３に形成された内部空間３ａおよびピストン穴２ａの内壁面から流体チャンバ３０が形成されている。ハウジング２の底部には、外部の加圧流体源（図示せず）から流体チャンバ３０内に作動流体としてのエンジンオイルを導入するための導入路１０が形成されている。
【００２８】
ハウジング２内のピストン穴２ａの底部には、チェックバルブ７が設けられている。チェックバルブ７は、導入路１０から流体チャンバ３０への流体の流れを許容する一方、これとは逆方向への流体の流れを阻止するためのものである。ここでは、ボールチェックバルブが採用されている。
【００２９】
ピストン３の内部空間３ａにおいてピストン頭部側には、ベントディスク８が設けられている。ベントディスク８は、流体チャンバ３０内に混入したエアをテンショナ外部に排出するとともに、流体チャンバ３０からの流体の漏出量を制御するための部材であって、そのピストン頭部側の側面には、たとえば螺旋溝が形成されている。一方、ピストン頭部には、軸方向の貫通孔３１が形成されている。流体チャンバ３０内のエアは、これを含む流体とともに、ベントディスク８の螺旋溝を通って、貫通孔３１からテンショナ外部に排出される。また、ベントディスク８は軸部８ａを有している。ピストンスプリング４は、ベントディスク８の軸部８ａの回りに配設されており、その先端は、ベントディスク８をピストン頭部側に付勢している。
【００３０】
ピストン３の外周面の一部には、ラック歯３ｂが形成されている。一方、ハウジング２には、ピストン穴２ａに連通するポール穴２ｂが形成されている（図４および図５（ａ）参照）。ポール穴２ｂ内には、ポール部材５が配置されている。ポール部材５の下面には、ピストン３のラック歯３ｂと係合し得る歯部５ａが形成されている。
【００３１】
図５（ａ）に示すように、ポール部材５の最後端の歯部５ａの厚みｔe は、他の歯部５ａの歯元部分の厚みｔo よりも薄くなっている。すなわち
ｔe ＜ｔo
となっている。より好ましくは、厚みｔe は、他の歯部５ａの作用線ｍ上の厚みよりも薄くなっている。また、ポール部材５の最後端の歯部５ａの歯面とこれに対応するピストン３のラック歯３ｂの歯面との間には、クリアランスδが設けられている。言い換えると、ポール部材５の最後端の歯部５ａの歯面とこれより一つ前方側の歯部５ａの歯面との間の距離ｐe が、前後方向に隣り合う他の歯部５ａの各歯面間の距離ｐo よりも大きくなっている。すなわち
ｐe ＞ｐo
となっている。
【００３２】
ハウジング２のポール穴２ｂの開口部には、ポール部材５の歯部５ａがピストン３のラック歯３と係合する側にポール部材５を付勢するポールスプリング６が設けられている。
【００３３】
ポールスプリング６は、帯板状の部材に曲げ加工を施すことによって形成されており、複数の屈曲部を有している。これらの屈曲部がポール部材５に上方から当接することにより、ポールスプリング６のばね力がポール部材５に作用している。
【００３４】
ポールスプリング６の両端には、係止フック部（図示せず）が形成されており、これらの係止フック部が、ハウジング２のポール穴２ｂ開口部に形成された係止凹部２２，２２′（図４）に係止することにより、ポールスプリング６がハウジング２に取り付けられている。
【００３５】
なお、ハウジング２においてピストン穴２ａの開口部近傍には、幅方向の貫通孔２３が形成されている（図１および図４参照）。また、ピストン３の頭部には、幅方向に延びる係止溝３ｅが形成されている（図２参照）。これらの貫通孔２３および係止溝３ｅは、テンショナの輸送時などにおいてピストン２を縮退状態で保持するためのものである。ピストン２を縮退状態にして貫通孔２３および係止溝３ｅを整列させた状態から、図３に示すようなリテーニングピン９を貫通孔２３および係止溝３ｅに挿入することにより、ピストン２が縮退状態に保持される。
【００３６】
また、ピストン３において、ラック歯３ｂの最後端の歯部の後方には、ストッパ溝３ｄが形成されている。このストッパ溝３ｄは、ピストン３の突出方向の移動の際に、ポール部材５の歯部５ａと係合することにより、ピストン３のそれ以上の突出を防止するためのものであって、ピストン３の抜け止め機能を有している。
【００３７】
次に、本実施態様の作用効果について説明する。
テンショナの運転中において、チェーンに弛みが生じたり、チェーンの張力が減少した場合には、ピストンスプリング４のばね力により、ピストン３がハウジング２から突出する方向に移動する。このとき、ピストン３のラック歯３ｂは、ポール部材５のいくつかの歯部５ａを乗り越えて移動する。
【００３８】
ピストン３が突出方向に移動すると、流体チャンバ３０内が負圧になることにより、チェックバルブ７が開き、導入路１０からチェックバルブ７を通って流体チャンバ３０内にエンジンオイルが導入される。これにより、ピストンスプリング４のばね力および流体チャンバ３０内の液圧による合力がテンショナアームを介してチェーンに作用し、チェーンの張力が維持されることになる。
【００３９】
次に、エンジン始動時などのように、流体チャンバ３０内に十分な液圧が作用していない状況下でチェーンからピストン先端３ｃに押付力が作用した場合には、ピストン外周のラック歯３ｂがポール部材５の歯部５ａと係合した状態を維持したまま、ピストン３がポール部材５とともに後退し、ポール部材５の後端面５ｃがハウジング２のポール穴２ｂの内壁面２５に当接する（図５（ａ）参照）。これにより、ピストン５の後退方向の移動が停止する。
【００４０】
このとき、ポール部材５の最後端の歯部５ａの厚みｔe が他の歯部５ａの厚みｔo よりも薄くなっていることにより、ポール部材５の後端面５ｃ下部のＡ点は、ピストン３のラック歯３ｂからの押付力Ｆの作用線ｍの下方に配置されている。
【００４１】
Ａ点回りのモーメントＭA は、力Ｆの作用線ｍとＡ点との距離をｄA とするとき
ＭA ＝Ｆ×ｄA
と表され、ＭA はポール部材５をＡ点の左回りに回転させるモーメントである。
【００４２】
ところで、従来のポール部材においては、後端面５ｃ′が後端面５ｃよりも後方に配置されているため、ポール部材の後端面５ｃ′下部のＡ′点は押付力Ｆの作用線ｍの上方に配置されている。
【００４３】
Ａ′点回りのモーメントＭA ′は、力Ｆの作用線ｍとＡ′点との距離をｄA ′とするとき
ＭA ′＝Ｆ×ｄA ′
と表され、ＭA ′はポール部材５をＡ′点の右回りに回転させるモーメントである。
【００４４】
したがって、モーメントＭA は、ポール部材５の歯部５ａをピストン３のラック歯３ｂと噛み合わせる方向に作用しているのに対し、モーメントＭA ′は、ポール部材５の歯部５ａをピストン３のラック歯３ｂから離れさせる方向に作用している。
【００４５】
このように従来の液圧テンショナでは、ピストン後退時にピストン３のラック歯３ｂから押付力Ｆを受けたとき、ポール部材５の歯部５ａに対してラック歯３ｂとの係合状態が外れる方向のモーメントＭA ′が作用するため、ポール部材５がポール穴２ｂから外側（つまりハウジング外部）に飛び出ようとする力がポール部材５に作用することになる。
【００４６】
これに対して、本実施態様では、ピストン後退時には、ポール部材５の歯５ａとラック歯３ｂとの係合状態がより強固になる方向のモーメントＭA が作用するようになるため、ポール部材５がポール穴２ｂから外側に飛び出ようとする力がポール部材５に作用することはなく、これにより、ピストン後退時にポール穴からハウジング外部へのポール部材の飛び出しを確実に防止できるようになる。
【００４７】
しかも、この場合には、図５（ｂ）に示すように、ポール部材５の歯部５ａを構成する歯面のうち、ピストン後退時にラック歯３ｂと係合する側の歯面ｓがピストンの軸線方向Ｌとなす挟角θが、軸線方向前方から測った場合に、９０度よりも大きくなっている。すなわち
θ＞９０°
になっている。なお、図５（ｂ）においては、図示の便宜上、同図（ａ）中のθの角度を誇張して大きく描いている。
【００４８】
図５（ｂ）において、歯面ｓに作用する押付力をｆとし、力ｆをピストン軸線方向およびこれと直交する方向にそれぞれ分解して、各分力をｆ1 ，ｆ2 とすると、同図から明らかなように、分力ｆ2 は、ポール部材５の歯面ｓを下方に、つまりピストンのラック歯の側に作用しており、この分力ｆ2 により、ポール部材５がハウジング２のポール穴２ｂから飛び出すのを防止している。なお、従来の液圧テンショナにおいては、この角度θが９０度もしくは９０度よりも小さな角度に設定されており、このため、ピストン後退時には、ポール部材の歯面への押付力がポール部材をポール穴から飛び出させる側に作用する場合があった。
【００４９】
また、この場合には、最後端の歯部５ａとピストン３のラック歯３ｂとの間にクリアランスδを設けたことにより、厚みが相対的に薄くなって他の歯部に比べて強度が低下した最後端の歯部５ａにラック歯３ｂからの押付力が作用するのを回避でき、これにより、最後端のラック歯に破損等の不具合が発生するのを防止できる。
【００５０】
なお、前記実施態様では、ポール部材５のＡ点が押付力Ｆの作用線ｍの下方に配置される最も好ましい態様を例にとって示したが、本発明の適用はこれには限定されない。ポール部材５のＡ点は押付力Ｆの作用線ｍの上方に配置されていてもよい。この場合、Ａ点回りのモーメントは、従来のポール部材５のＡ′点回りのモーメントと向きは同じになるが、作用線ｍからの距離が短くなる分、Ａ′点回りのモーメントよりもモーメントの大きさを小さくできる。これにより、ピストン３の後退時には、従来に比べて、ポール部材５の歯部５ａがピストン３のラック歯３ｂから離れるのを抑制できる。
【００５１】
また、前記実施態様では、ピストン３の後退時にピストン３のラック歯３ｂからポール部材５の歯部５ａに作用する押付力として集中荷重Ｆが作用する場合を例にとって説明したが、本発明の適用はこれには限定されず、双方の歯面に沿って面状に分布する分布荷重であってもよい。この場合、荷重Ｆの作用線ｍとしては、分布荷重の合力の作用線を求めるようにすればよい。
【００５２】
さらに、前記実施態様では、板ばね状のポールスプリング６により、ポール部材５にばね力を作用させた例を示したが、ポールスプリングとしては、コイルスプリングを採用するようにしてもよい。この場合、コイルスプリングは、たとえばポール部材５の前端面側に圧接するように設けられ、ポール部材５の移動時には、コイルスプリングがポール部材５の移動に合わせて伸縮することになる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ポール部材の最後端の歯部の厚みを他の歯部の厚みよりも薄くしたので、ハウジング外部へのポール部材の飛び出しを確実に防止できる効果がある。また本発明によれば、ポール部材の歯部を構成する歯面のうち、ピストン後退時にピストンのラック歯と係合する側の歯面がピストンの軸線方向前方となす角度を９０度よりも大きくしたので、同様にハウジング外部へのポール部材の飛び出しを確実に防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様による液圧テンショナの全体斜視図である。
【図２】液圧テンショナ（図１）の縦断面図である。
【図３】図２のIII 矢視図である。
【図４】液圧テンショナ（図１）におけるハウジングのポール穴部分の斜視拡大図である。
【図５】（ａ）は液圧テンショナ（図１）におけるポール部材部分の正面拡大図、（ｂ）はポール部材の歯面ｓに作用する力の分解図である。
【符号の説明】
１： 液圧テンショナ
２： ハウジング
２ａ：（ピストン）穴
２５： 内壁面
２５′： 従来の内壁面
３： ピストン
３ａ： 内部空間
３ｂ： ラック歯
３０： 流体チャンバ
４： ピストンスプリング
５： ポール部材
５ａ： 歯部
５ｃ： 後端面
５ｃ′： 従来の後端面
６： ポールスプリング
Ｆ： 押付力
ｍ： 作用線
ｔe ： 最後端の歯部の歯厚
ｔo ： その他の歯部の歯厚
ｐe ： 最後端の歯部とその前方側の歯部との間の距離
ｐo ： 前後方向に隣り合う他の歯部の各歯面間の距離
δ： クリアランス
θ： 歯面が軸線となす角
【発明の属する技術分野】
本発明は、チェーンやベルトに適正な緊張力を作用させるための液圧テンショナに関し、詳細には、液圧低下時などにおいてピストンの縮退を防止するためのラチェット機構を備えたものに関する。
【０００２】
【従来の技術およびその課題】
液圧テンショナは、一般に、ハウジングと、ハウジングに形成された穴にスライド自在に挿入され、スプリングによって突出方向に付勢された中空のピストンと、ハウジングの穴内でピストンおよびその中空穴により限定された流体チャンバとから主として構成されている。テンショナの運転中には、チェーンまたはベルトからピストン先端に作用する押付力が、スプリングによる弾性力およびチャンバ内の液圧による抗力と釣り合っている。
【０００３】
ところで、とくに自動車用のタイミングシステムに適用される液圧テンショナにおいては、エンジンの始動時などのように、チャンバ内に十分な液圧が作用していない状況下では、チェーンからピストン先端に押付力が作用したとき、ピストンがハウジング内に容易に押し込まれてピストンが縮退し、その結果、ノイズや振動が発生することがある。
【０００４】
そこで、このようなピストンの縮退を防止するために、例えば、特開２００２−１４７５５１号公報に示すようなラチェット機構を備えた液圧テンショナが提案されている。
【０００５】
このラチェット機構は、ピストンの外周に形成されたラック歯と、ハウジングに形成されたポール穴に設けられ、ピストン外周のラック歯と係合し得る歯を有する歯付パッド状のポール部材と、ポール部材をラック歯との係合方向に付勢する環状のポールスプリングとから構成されている。
【０００６】
この場合、ポール部材の歯がピストンのラック歯と係合した状態で、ピストンが突出方向に移動する際には、ピストンのラック歯がポール部材の歯を乗り越えて移動することにより、ピストンの突出方向の移動は許容されるが、ピストンが後退方向に移動する際には、ピストンのラック歯がポール部材の歯と係合した状態が維持されることにより、ピストンの後退方向の移動は規制されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−１４７５５１号公報（図３および図６参照）
【０００８】
しかしながら、前記従来のラチェット機構においては、ピストン後退時に、ポール部材がピストンのラック歯と係合した状態でラック歯から押付力を受けたとき、ポール部材の歯とラック歯との係合状態が外れる方向のモーメントがポール部材の歯に作用するように構成されており（詳細は以下の［課題を解決するための手段］参照）、その結果、ピストン後退時には、ポール部材がハウジング外部に飛び出ようとする力がポール部材に作用することになる。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を解消すべくなされたもので、ポール部材を備えた液圧テンショナにおいて、ピストンの後退時にポール部材のハウジング外部への飛び出しを確実に防止できる液圧テンショナを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る液圧テンショナは、ハウジングの穴にスライド自在に挿入され、ラック歯が外周の一部に形成された中空のピストンと、ピストンを突出方向に付勢するピストンスプリングと、ピストンのラック歯と係合するとともに、ピストンの突出方向の移動を許容しかつ後退方向の移動を阻止するための歯部を有するポール部材と、ポール部材の歯部がラック歯と係合する側にポール部材を付勢するポールスプリングとを備えており、ポール部材の最後端の歯部の厚みが他の歯部の厚みよりも薄くなっている。
【００１１】
請求項１の発明においては、ピストンがハウジングの穴から突出する方向に移動する際には、ピストンのラック歯がポール部材のいくつかの歯部を乗り越えることによって、ピストンが突出方向に移動する。そして、ピストンスプリングのばね力および流体チャンバ内の液圧によりピストン先端からチェーンに作用する押付力が、チェーン張力によりチェーンからピストン先端に作用する押付力と釣り合うと、ピストンの移動が停止する。
【００１２】
次に、流体チャンバ内に十分な液圧が作用していない状況下で、チェーンからピストン先端に押付力が作用した場合には、図５（ａ）に示すように、ピストン外周のラック歯３ｂがポール部材５の歯部５ａと係合した状態を維持したまま、ピストン３がポール部材５とともに後退方向（同図左方）に移動し、ポール部材５の後端面５ｃがハウジング２のポール穴２ｂの内壁面２５に圧接する。これにより、ピストン３の移動が停止する。
【００１３】
この場合において、ピストン３のラック歯３ｂからポール部材５の歯部５ａに作用する押付力をＦとし、その力の作用線をｍとする。また、ポール部材５の後端面５ｃ下方の角部をＡ点とするとき、ポール部材５の最後端の歯部５ａの歯元部における厚みｔe が他の歯部５ａの厚みｔo よりも薄くなっていることにより、好ましくは、Ａ点は押付力Ｆの作用線ｍの下方に配置されている。これに対して、従来のポール部材においては、後端面５ｃ′が後端面５ｃよりも後方に配置されているため、ポール部材の後端面５ｃ′下部のＡ′点は押付力Ｆの作用線ｍの上方に配置されている。
【００１４】
ここで、Ａ点およびＡ′点回りの力Ｆのモーメントについて考察する。
Ａ点回りのモーメントＭA は、力Ｆの作用線ｍとＡ点との距離をｄA とするとき
ＭA ＝Ｆ×ｄA
と表され、ＭA はポール部材５をＡ点の左回りに回転させるモーメントである。一方、Ａ′点回りのモーメントＭA ′は、力Ｆの作用線ｍとＡ′点との距離をｄA ′とするとき
ＭA ′＝Ｆ×ｄA ′
と表され、ＭA ′はポール部材５をＡ′点の右回りに回転させるモーメントである。
【００１５】
すなわち、モーメントＭA は、ポール部材５の歯部５ａをピストン３のラック歯３ｂと噛み合わせる方向に作用しており、一方、モーメントＭA ′は、ポール部材５の歯部５ａをピストン３のラック歯３ｂから離れさせる方向に作用している。
【００１６】
このように、従来の液圧テンショナにおいては、ピストン後退時に、ポール部材５がピストン３のラック歯３ｂと係合した状態でラック歯３ｂから押付力Ｆを受けたとき、ポール部材５の歯部５ａに対してラック歯３ｂとの係合状態が外れる方向のモーメントＭA ′が作用するように構成されているため、ピストン後退時には、ポール部材５がハウジング外部に飛び出ようとする力がポール部材５に作用することになる。
【００１７】
これに対して、請求項１の発明では、ピストン後退時には、ポール部材５の歯部５ａとラック歯３ｂとの係合状態がより強固になる方向のモーメントＭA が作用するように構成されており、このため、ピストン後退時には、ポール部材５がハウジング外部に飛び出ようとする力がポール部材５に作用することはなく、これにより、ピストン後退時にポール部材の飛び出しを確実に防止できる。
【００１８】
請求項２の発明では、請求項１において、ポール部材の最後端の歯部の歯面とこれに対応するピストンのラック歯の歯面との間にクリアランスが形成されている。
【００１９】
請求項１において、ポール部材の最後端の歯部の厚みを他の歯部の厚みよりも薄くすると、最後端の歯部の強度が他の歯部に比べて相対的に低下することになるが、この請求項２の発明のように、最後端の歯部とラック歯との間にクリアランスを形成することで、最後端の歯部にラック歯からの押付力が作用するのを回避でき、これにより、最後端の歯部に破損等の不具合が発生するのを防止できる。
【００２０】
請求項３の発明では、ポール部材の最後端の歯部の歯面とこれより一つ前方側の歯部の歯面との間の距離が、前後方向に隣り合う他の歯部の各歯面間の距離よりも大きくなっている。
【００２１】
この場合においても、請求項２の発明と同様に、ポール部材の最後端の歯部の歯面とこれに対応するピストンのラック歯の歯面との間にクリアランスが形成されることになるので、最後端の歯部にラック歯からの押付力が作用するのを回避でき、最後端の歯部に破損等の不具合が発生するのを防止できる。
【００２２】
請求項４の発明においては、ポール部材の歯部を構成する歯面のうち、ピストン後退時にラック歯と係合する側の歯面が当該歯面から前方のピストン軸線方向となす挟角は、９０度よりも大きくなっている。
【００２３】
請求項４の発明によれば、図５（ｂ）に示すように、ポール部材の歯面ｓがピストンの軸線方向Ｌとなす挟角をθとするとき
θ＞９０°
になっている。なお、同図（ｂ）においては、図示の便宜上、同図（ａ）中のθよりもθの角度を大きくして示している。
【００２４】
また、図５（ｂ）では、歯面ｓに作用する押付力をｆとし、力ｆをピストン軸線方向およびこれと直交する方向にそれぞれ分解して、各分力をｆ1 ，ｆ2 としている。同図から明らかなように、分力ｆ2 は、ポール部材の歯面ｓを下方に、つまりピストンのラック歯に向かう側に作用している。これにより、ポール部材がハウジング外部に飛び出すのを防止している。なお、従来の液圧テンショナにおいては、この角度θが９０度もしくは９０度よりも小さな角度に設定されており、このため、ピストン後退時には、ポール部材の歯面への押付力がポール部材をポール穴から飛び出させる側に作用する場合があった。
【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は本発明の一実施態様による液圧テンショナの全体斜視図、図２は図１の液圧テンショナの縦断面図、図３は図２のIII 矢視図、図４はハウジングのポール穴部分の斜視拡大図、図５は液圧テンショナのポール部材部分の正面拡大図である。なお、図５においては、図示の便宜上、ポールスプリングを取り外したものが示されている。
【００２６】
図１ないし図３に示すように、液圧テンショナ１は、軸方向に延びかつ一端が開口するピストン穴２ａが形成されたハウジング２と、ハウジング２のピストン穴２ａ内に軸方向（図２左右方向）スライド自在に挿入された中空のピストン３と、ハウジング２のピストン穴２ａ内に配設され、ピストン３をピストン穴２ａから突出する方向に付勢するピストンスプリング４とから主として構成されている。
【００２７】
ハウジング２は、液圧テンショナ１をたとえばエンジン内に取り付けるための取付ボルトが挿入されるボルト穴２０，２１を有している。ハウジング２内において、ピストン３に形成された内部空間３ａおよびピストン穴２ａの内壁面から流体チャンバ３０が形成されている。ハウジング２の底部には、外部の加圧流体源（図示せず）から流体チャンバ３０内に作動流体としてのエンジンオイルを導入するための導入路１０が形成されている。
【００２８】
ハウジング２内のピストン穴２ａの底部には、チェックバルブ７が設けられている。チェックバルブ７は、導入路１０から流体チャンバ３０への流体の流れを許容する一方、これとは逆方向への流体の流れを阻止するためのものである。ここでは、ボールチェックバルブが採用されている。
【００２９】
ピストン３の内部空間３ａにおいてピストン頭部側には、ベントディスク８が設けられている。ベントディスク８は、流体チャンバ３０内に混入したエアをテンショナ外部に排出するとともに、流体チャンバ３０からの流体の漏出量を制御するための部材であって、そのピストン頭部側の側面には、たとえば螺旋溝が形成されている。一方、ピストン頭部には、軸方向の貫通孔３１が形成されている。流体チャンバ３０内のエアは、これを含む流体とともに、ベントディスク８の螺旋溝を通って、貫通孔３１からテンショナ外部に排出される。また、ベントディスク８は軸部８ａを有している。ピストンスプリング４は、ベントディスク８の軸部８ａの回りに配設されており、その先端は、ベントディスク８をピストン頭部側に付勢している。
【００３０】
ピストン３の外周面の一部には、ラック歯３ｂが形成されている。一方、ハウジング２には、ピストン穴２ａに連通するポール穴２ｂが形成されている（図４および図５（ａ）参照）。ポール穴２ｂ内には、ポール部材５が配置されている。ポール部材５の下面には、ピストン３のラック歯３ｂと係合し得る歯部５ａが形成されている。
【００３１】
図５（ａ）に示すように、ポール部材５の最後端の歯部５ａの厚みｔe は、他の歯部５ａの歯元部分の厚みｔo よりも薄くなっている。すなわち
ｔe ＜ｔo
となっている。より好ましくは、厚みｔe は、他の歯部５ａの作用線ｍ上の厚みよりも薄くなっている。また、ポール部材５の最後端の歯部５ａの歯面とこれに対応するピストン３のラック歯３ｂの歯面との間には、クリアランスδが設けられている。言い換えると、ポール部材５の最後端の歯部５ａの歯面とこれより一つ前方側の歯部５ａの歯面との間の距離ｐe が、前後方向に隣り合う他の歯部５ａの各歯面間の距離ｐo よりも大きくなっている。すなわち
ｐe ＞ｐo
となっている。
【００３２】
ハウジング２のポール穴２ｂの開口部には、ポール部材５の歯部５ａがピストン３のラック歯３と係合する側にポール部材５を付勢するポールスプリング６が設けられている。
【００３３】
ポールスプリング６は、帯板状の部材に曲げ加工を施すことによって形成されており、複数の屈曲部を有している。これらの屈曲部がポール部材５に上方から当接することにより、ポールスプリング６のばね力がポール部材５に作用している。
【００３４】
ポールスプリング６の両端には、係止フック部（図示せず）が形成されており、これらの係止フック部が、ハウジング２のポール穴２ｂ開口部に形成された係止凹部２２，２２′（図４）に係止することにより、ポールスプリング６がハウジング２に取り付けられている。
【００３５】
なお、ハウジング２においてピストン穴２ａの開口部近傍には、幅方向の貫通孔２３が形成されている（図１および図４参照）。また、ピストン３の頭部には、幅方向に延びる係止溝３ｅが形成されている（図２参照）。これらの貫通孔２３および係止溝３ｅは、テンショナの輸送時などにおいてピストン２を縮退状態で保持するためのものである。ピストン２を縮退状態にして貫通孔２３および係止溝３ｅを整列させた状態から、図３に示すようなリテーニングピン９を貫通孔２３および係止溝３ｅに挿入することにより、ピストン２が縮退状態に保持される。
【００３６】
また、ピストン３において、ラック歯３ｂの最後端の歯部の後方には、ストッパ溝３ｄが形成されている。このストッパ溝３ｄは、ピストン３の突出方向の移動の際に、ポール部材５の歯部５ａと係合することにより、ピストン３のそれ以上の突出を防止するためのものであって、ピストン３の抜け止め機能を有している。
【００３７】
次に、本実施態様の作用効果について説明する。
テンショナの運転中において、チェーンに弛みが生じたり、チェーンの張力が減少した場合には、ピストンスプリング４のばね力により、ピストン３がハウジング２から突出する方向に移動する。このとき、ピストン３のラック歯３ｂは、ポール部材５のいくつかの歯部５ａを乗り越えて移動する。
【００３８】
ピストン３が突出方向に移動すると、流体チャンバ３０内が負圧になることにより、チェックバルブ７が開き、導入路１０からチェックバルブ７を通って流体チャンバ３０内にエンジンオイルが導入される。これにより、ピストンスプリング４のばね力および流体チャンバ３０内の液圧による合力がテンショナアームを介してチェーンに作用し、チェーンの張力が維持されることになる。
【００３９】
次に、エンジン始動時などのように、流体チャンバ３０内に十分な液圧が作用していない状況下でチェーンからピストン先端３ｃに押付力が作用した場合には、ピストン外周のラック歯３ｂがポール部材５の歯部５ａと係合した状態を維持したまま、ピストン３がポール部材５とともに後退し、ポール部材５の後端面５ｃがハウジング２のポール穴２ｂの内壁面２５に当接する（図５（ａ）参照）。これにより、ピストン５の後退方向の移動が停止する。
【００４０】
このとき、ポール部材５の最後端の歯部５ａの厚みｔe が他の歯部５ａの厚みｔo よりも薄くなっていることにより、ポール部材５の後端面５ｃ下部のＡ点は、ピストン３のラック歯３ｂからの押付力Ｆの作用線ｍの下方に配置されている。
【００４１】
Ａ点回りのモーメントＭA は、力Ｆの作用線ｍとＡ点との距離をｄA とするとき
ＭA ＝Ｆ×ｄA
と表され、ＭA はポール部材５をＡ点の左回りに回転させるモーメントである。
【００４２】
ところで、従来のポール部材においては、後端面５ｃ′が後端面５ｃよりも後方に配置されているため、ポール部材の後端面５ｃ′下部のＡ′点は押付力Ｆの作用線ｍの上方に配置されている。
【００４３】
Ａ′点回りのモーメントＭA ′は、力Ｆの作用線ｍとＡ′点との距離をｄA ′とするとき
ＭA ′＝Ｆ×ｄA ′
と表され、ＭA ′はポール部材５をＡ′点の右回りに回転させるモーメントである。
【００４４】
したがって、モーメントＭA は、ポール部材５の歯部５ａをピストン３のラック歯３ｂと噛み合わせる方向に作用しているのに対し、モーメントＭA ′は、ポール部材５の歯部５ａをピストン３のラック歯３ｂから離れさせる方向に作用している。
【００４５】
このように従来の液圧テンショナでは、ピストン後退時にピストン３のラック歯３ｂから押付力Ｆを受けたとき、ポール部材５の歯部５ａに対してラック歯３ｂとの係合状態が外れる方向のモーメントＭA ′が作用するため、ポール部材５がポール穴２ｂから外側（つまりハウジング外部）に飛び出ようとする力がポール部材５に作用することになる。
【００４６】
これに対して、本実施態様では、ピストン後退時には、ポール部材５の歯５ａとラック歯３ｂとの係合状態がより強固になる方向のモーメントＭA が作用するようになるため、ポール部材５がポール穴２ｂから外側に飛び出ようとする力がポール部材５に作用することはなく、これにより、ピストン後退時にポール穴からハウジング外部へのポール部材の飛び出しを確実に防止できるようになる。
【００４７】
しかも、この場合には、図５（ｂ）に示すように、ポール部材５の歯部５ａを構成する歯面のうち、ピストン後退時にラック歯３ｂと係合する側の歯面ｓがピストンの軸線方向Ｌとなす挟角θが、軸線方向前方から測った場合に、９０度よりも大きくなっている。すなわち
θ＞９０°
になっている。なお、図５（ｂ）においては、図示の便宜上、同図（ａ）中のθの角度を誇張して大きく描いている。
【００４８】
図５（ｂ）において、歯面ｓに作用する押付力をｆとし、力ｆをピストン軸線方向およびこれと直交する方向にそれぞれ分解して、各分力をｆ1 ，ｆ2 とすると、同図から明らかなように、分力ｆ2 は、ポール部材５の歯面ｓを下方に、つまりピストンのラック歯の側に作用しており、この分力ｆ2 により、ポール部材５がハウジング２のポール穴２ｂから飛び出すのを防止している。なお、従来の液圧テンショナにおいては、この角度θが９０度もしくは９０度よりも小さな角度に設定されており、このため、ピストン後退時には、ポール部材の歯面への押付力がポール部材をポール穴から飛び出させる側に作用する場合があった。
【００４９】
また、この場合には、最後端の歯部５ａとピストン３のラック歯３ｂとの間にクリアランスδを設けたことにより、厚みが相対的に薄くなって他の歯部に比べて強度が低下した最後端の歯部５ａにラック歯３ｂからの押付力が作用するのを回避でき、これにより、最後端のラック歯に破損等の不具合が発生するのを防止できる。
【００５０】
なお、前記実施態様では、ポール部材５のＡ点が押付力Ｆの作用線ｍの下方に配置される最も好ましい態様を例にとって示したが、本発明の適用はこれには限定されない。ポール部材５のＡ点は押付力Ｆの作用線ｍの上方に配置されていてもよい。この場合、Ａ点回りのモーメントは、従来のポール部材５のＡ′点回りのモーメントと向きは同じになるが、作用線ｍからの距離が短くなる分、Ａ′点回りのモーメントよりもモーメントの大きさを小さくできる。これにより、ピストン３の後退時には、従来に比べて、ポール部材５の歯部５ａがピストン３のラック歯３ｂから離れるのを抑制できる。
【００５１】
また、前記実施態様では、ピストン３の後退時にピストン３のラック歯３ｂからポール部材５の歯部５ａに作用する押付力として集中荷重Ｆが作用する場合を例にとって説明したが、本発明の適用はこれには限定されず、双方の歯面に沿って面状に分布する分布荷重であってもよい。この場合、荷重Ｆの作用線ｍとしては、分布荷重の合力の作用線を求めるようにすればよい。
【００５２】
さらに、前記実施態様では、板ばね状のポールスプリング６により、ポール部材５にばね力を作用させた例を示したが、ポールスプリングとしては、コイルスプリングを採用するようにしてもよい。この場合、コイルスプリングは、たとえばポール部材５の前端面側に圧接するように設けられ、ポール部材５の移動時には、コイルスプリングがポール部材５の移動に合わせて伸縮することになる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ポール部材の最後端の歯部の厚みを他の歯部の厚みよりも薄くしたので、ハウジング外部へのポール部材の飛び出しを確実に防止できる効果がある。また本発明によれば、ポール部材の歯部を構成する歯面のうち、ピストン後退時にピストンのラック歯と係合する側の歯面がピストンの軸線方向前方となす角度を９０度よりも大きくしたので、同様にハウジング外部へのポール部材の飛び出しを確実に防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様による液圧テンショナの全体斜視図である。
【図２】液圧テンショナ（図１）の縦断面図である。
【図３】図２のIII 矢視図である。
【図４】液圧テンショナ（図１）におけるハウジングのポール穴部分の斜視拡大図である。
【図５】（ａ）は液圧テンショナ（図１）におけるポール部材部分の正面拡大図、（ｂ）はポール部材の歯面ｓに作用する力の分解図である。
【符号の説明】
１： 液圧テンショナ
２： ハウジング
２ａ：（ピストン）穴
２５： 内壁面
２５′： 従来の内壁面
３： ピストン
３ａ： 内部空間
３ｂ： ラック歯
３０： 流体チャンバ
４： ピストンスプリング
５： ポール部材
５ａ： 歯部
５ｃ： 後端面
５ｃ′： 従来の後端面
６： ポールスプリング
Ｆ： 押付力
ｍ： 作用線
ｔe ： 最後端の歯部の歯厚
ｔo ： その他の歯部の歯厚
ｐe ： 最後端の歯部とその前方側の歯部との間の距離
ｐo ： 前後方向に隣り合う他の歯部の各歯面間の距離
δ： クリアランス
θ： 歯面が軸線となす角
Claims (4)
- チェーンに緊張力を作用させるための液圧テンショナであって、
一端に開口する穴が形成されたハウジングと、
前記穴にスライド自在に挿入され、前記穴との間で流体チャンバを形成する内部空間を有するとともに、ラック歯が外周の少なくとも一部に形成された中空のピストンと、
前記ピストンを突出方向に付勢するピストンスプリングと、
前記ピストンの前記ラック歯と係合するとともに、前記ピストンの突出方向の移動を許容しかつ後退方向の移動を阻止するための歯部を有するポール部材と、
前記ポール部材の前記歯部が前記ラック歯と係合する側に前記ポール部材を付勢するポールスプリングとを備え、
前記ポール部材の最後端の歯部の厚みが他の歯部の厚みよりも薄くなっている、
ことを特徴とする液圧テンショナ。 - 請求項１において、
前記ポール部材の前記最後端の前記歯部の歯面と、これに対応する前記ピストンの前記ラック歯の歯面との間には、クリアランスが形成されている、
ことを特徴とする液圧テンショナ。 - 請求項１において、
前記ポール部材の前記最後端の前記歯部の歯面とこれより一つ前方側の歯部の歯面との間の距離が、前後方向に隣り合う他の歯部の各歯面間の距離よりも大きくなっている、
ことを特徴とする液圧テンショナ。 - 請求項１ないし３のいずれかにおいて、
前記ポール部材の前記歯部を構成する歯面のうち、前記ピストンの後退時に前記ピストンの前記ラック歯と係合する側の歯面が当該歯面から前方のピストン軸線方向となす挟角は、９０度よりも大きくなっている、
ことを特徴とする液圧テンショナ。
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