JP4917870B2 - チェーンテンショナ - Google Patents

Description

この発明は、主として、エンジンのカムシャフトを駆動するタイミングチェーンの張力保持に用いられるチェーンテンショナに関する。

エンジンは、一般に、クランクシャフトの回転を、エンジンカバー内のエンジンルームに収容されたタイミングチェーンを介してカムシャフトに伝達し、そのカムシャフトの回転により燃焼室のバルブの開閉を行なう。ここで、チェーンの張力を適正範囲に保つために、支点軸を中心として揺動可能に設けたチェーンガイドと、そのチェーンガイドを介してチェーンを押圧するチェーンテンショナとからなる張力調整装置が多く用いられる。

この張力調整装置に組み込まれるチェーンテンショナとして、有底筒状のハウジングの内周に形成した雌ねじに、チェーン押圧用のロッドの外周に形成した雄ねじをねじ係合させ、そのロッドとハウジングの底の間に設けたスプリングでロッドをハウジングの底から離反する方向に付勢したものが知られている（特許文献１）。

このチェーンテンショナは、エンジンを作動させた状態でチェーンの張力が変化すると、チェーンの振動により、雌ねじと雄ねじの隙間の範囲内でロッドが前進と後退を繰り返して少しずつ回転し、スプリングの付勢力がチェーンの張力とつり合う位置までロッドが軸方向に移動する。

また、エンジンを停止させたときに、チェーンの張力がスプリングの付勢力よりも大きくなることがあるが、チェーンが振動しないので、ロッドは回転せず、軸方向に移動しない。そのため、エンジンを再始動するときにチェーンに弛みを生じにくく、円滑なエンジン始動が可能である。
実開昭６４−４１７５６号公報

しかし、このチェーンテンショナは、チェーンの張力が大きくなってもロッドの軸方向の移動速度が遅いので、エンジンに共振が生じたときや、クランクシャフトの回転力の変動やカムシャフトの回転抵抗の変動が大きいときなど、エンジン作動中のチェーンの張力変動が大きいときに、チェーンの緊張を十分に吸収することができず、エンジン作動中にチェーンの張力が過大となることがあった。

そこで、この発明の発明者は、エンジン作動中にチェーンの張力が過大となるのを防止するため、有底筒状のハウジング内にチェーン押圧用のロッドを軸方向に移動可能に挿入し、そのロッドの外周に設けたウエアリングをハウジング内に設けたリターンスプリングでハウジングの底から離反する方向に付勢し、前記ウエアリングと前記ハウジングの底の間にハウジングと同軸のナット部材を軸方向に移動可能に設け、そのナット部材とハウジングの底の間に設けたスプリング部材でナット部材を支持し、そのナット部材にねじ係合するスクリュロッドを前記ロッドと前記ハウジングの底の間に設け、そのスクリュロッドとハウジングの底の間に設けたスプリングでスクリュロッドをハウジングの底から離反する方向に付勢し、そのスクリュロッドの端面を前記ロッドに当接させたチェーンテンショナを考案した。

このチェーンテンショナは、エンジン作動中にチェーンの張力が急激に大きくなると、スプリング部材が圧縮することによってチェーンの緊張を迅速に吸収し、チェーンの張力が過大となるのを防止する。

しかし、このチェーンテンショナは、スプリング部材が自由長さにある状態でナット部材を支持するようにすると、チェーンの張力変動が小さいときにもチェーンの張力に応じてスプリング部材が伸縮するので、そのスプリング部材の伸縮によってチェーンが振動し、異音が発生するおそれがある。また、その異音を防止するためにスプリング部材のばね定数を大きくすると、エンジン作動中、チェーンの張力が急激に大きくなったときにスプリング部材の圧縮量が不足し、チェーンの緊張を十分に吸収できなくなるおそれがある。

この発明が解決しようとする課題は、チェーンの張力変動が大きいときにチェーンの緊張を効果的に吸収し、チェーンの張力変動が小さいときにチェーンが振動しにくいチェーンテンショナを提供することである。

上記の課題を解決するために、有底筒状のハウジング内にチェーン押圧用のロッドを軸方向に移動可能に挿入し、そのロッドの外周に設けたウエアリングをハウジング内に設けたリターンスプリングでハウジングの底から離反する方向に付勢し、前記ウエアリングと前記ハウジングの底の間にハウジングと同軸のナット部材を軸方向に移動可能に設け、そのナット部材とハウジングの底の間にリング状のスプリング部材とそのスプリング部材を軸方向に圧縮した状態で保持するスプリングホルダとを設け、そのスプリングホルダで保持された前記スプリング部材で前記ナット部材を支持し、そのナット部材にねじ係合するスクリュロッドを前記ロッドと前記ハウジングの底の間に設け、そのスクリュロッドとハウジングの底の間に設けたスプリングでスクリュロッドをハウジングの底から離反する方向に付勢し、そのスクリュロッドの端面を前記ロッドに当接させた構成をチェーンテンショナに採用した。

このチェーンテンショナは、チェーンが振動した状態で、チェーンの張力が大きくなると、スクリュロッドとナット部材の隙間の範囲内でスクリュロッドが前進と後退を繰り返し、スクリュロッドがナット部材に対して少しずつ回転する。これにより、リターンスプリングの付勢力がチェーンの張力とつり合う位置までロッドが軸方向に移動し、チェーンの緊張を吸収する。

また、エンジン作動中のチェーンの張力変動が大きく、チェーンの張力が、スプリングホルダによってスプリング部材に予め付与された荷重（プリロード）よりも大きくなったときは、スプリング部材が圧縮することによって、スクリュロッドがナット部材と一体に軸方向に移動し、チェーンの緊張を迅速に吸収する。

また、エンジン作動中のチェーンの張力が、スプリングホルダによるスプリング部材のプリロードよりも小さい範囲で変動するときは、スプリング部材が伸縮しない。

また、エンジンを停止させたときに、チェーンの張力がリターンスプリングの付勢力よりも大きくなることがあるが、チェーンが振動しないので、スクリュロッドは回転せず、軸方向に移動しない。

上記のチェーンテンショナは、次の構成を加えることができる。
１）前記ナット部材と前記ハウジングの底の間に、前記スプリング部材を圧縮する方向の前記ナット部材の移動ストロークを規制するストッパ部材を設ける。
２）前記スプリングホルダが、前記スプリング部材を収容する筒部と、その筒部の一端に形成した底部と、筒部の他端をかしめて形成した内向きフランジ部とからなり、前記底部と内向きフランジ部とで前記スプリング部材を軸方向に圧縮した状態に保持するようにする。

このチェーンテンショナは、チェーンの張力を受けるスプリング部材が、スプリングホルダで圧縮した状態に保持されているので、そのスプリングホルダによってスプリング部材に予め付与された荷重よりもチェーンの張力が大きくならないと、スプリング部材が圧縮しない。そのため、チェーンの張力変動が大きく、チェーンの張力が急激に大きくなったときは、スプリング部材が圧縮することによってチェーンの緊張を迅速に吸収するが、チェーンの張力変動が小さいときは、スプリング部材が伸縮せず、チェーンが振動しにくい。

図１に、この発明の実施形態のチェーンテンショナを組み込んだチェーン伝導装置を示す。このチェーン伝導装置は、エンジンのクランクシャフト１に固定されたスプロケット２と、カムシャフト３に固定されたスプロケット４とがチェーン５を介して連結されており、そのチェーン５がクランクシャフト１の回転をカムシャフト３に伝達し、そのカムシャフト３の回転により燃焼室のバルブ（図示せず）の開閉を行なう。

チェーン５には、エンジンブロック（図示せず）に固定された支点軸６で揺動可能に支持されたチェーンガイド７が接触しており、チェーンガイド７は、チェーンテンショナ８によってチェーン５に押さえ付ける方向に付勢されている。

チェーンテンショナ８は、エンジンブロックにボルト９で固定されたハウジング１０を有する。ハウジング１０は、図２に示すように、一端が開放した有底筒状に形成され、ハウジング１０内には、移動側ウエアリング１１が軸方向に摺動可能に挿入されている。移動側ウエアリング１１は、ハウジング１０と同軸に設けたロッド１２の外周に嵌め合わされ、移動側ウエアリング１１とロッド１２とが軸方向に一体に移動可能となっている。

ハウジング１０内には作動油が充填され、ハウジング１０内の作動油は、ロッド１２を摺動可能に貫通させるリング状のオイルシール１３で密封されている。移動側ウエアリング１１には、軸方向に貫通するオイル通路１４が周方向に間隔をおいて形成されている。

移動側ウエアリング１１とハウジング１０の開放端１５の間には、ロッド１２を摺動可能に貫通させる固定側ウエアリング１６が設けられている。固定側ウエアリング１６は、ハウジング１０の内周に圧入して固定されており、ロッド１２の外周を支持する。

移動側ウエアリング１１とハウジング１０の底１７の間には、内周に雌ねじ１８を形成したナット部材１９が、ハウジング１０と同軸に軸方向に移動可能に組み込まれ、ナット部材１９は、外周に雄ねじ２０を形成したスクリュロッド２１とねじ係合している。

雌ねじ１８と雄ねじ２０は、軸方向に遊びを有した状態でねじ係合している。また、雌ねじ１８と雄ねじ２０は、軸線に沿った断面形状が非対称形状の鋸歯状に形成され、ハウジングの底１７に近接させる方向の力がスクリュロッド２１に作用した状態で圧力を受ける圧力側フランク２２のフランク角が、遊び側フランク２３のフランク角よりも大きくなるように形成されている。

ハウジング１０内には、ナット部材１９と移動側ウエアリング１１の間にリターンスプリング２４が組み込まれ、このリターンスプリング２４によって、移動側ウエアリング１１はハウジング１０の底１７から離反する方向に付勢されている。

ナット部材１９とハウジング１０の底１７の間には、図３に示すように、軸方向に隣り合わせて設けた波形リング状のウェーブワッシャ２５，２５と、隣り合うウェーブワッシャ２５，２５の間に設けたリング状の平ワッシャ２６とからなるスプリング部材２７が組み込まれている。

また、ナット部材１９とハウジング１０の底１７の間には、スプリング部材２７を軸方向に圧縮した状態で保持するスプリングホルダ２８が組み込まれている。スプリングホルダ２８は、スプリング部材２７を収容する筒部２９と、筒部２９の一端に形成した底部３０と、筒部２９の他端をかしめて形成した内向きフランジ部３１とからなり、底部３０と内向きフランジ部３１とでスプリング部材２７を軸方向に圧縮した状態に保持し、これにより、スプリング部材２７に予め荷重を付与している。

ナット部材１９とハウジング１０の底１７の間には、筒状のストッパ部材３２が設けられている。ストッパ部材３２は、ストッパ部材３２の外周に形成されたフランジ部３３が、スプリング部材２７と内向きフランジ部３１の間に挟まれており、これにより、スプリング部材２７がストッパ部材３２を介してナット部材１９を支持するようになっている。ストッパ部材３２は、スプリング部材２７を圧縮する方向にナット部材１９が移動したときに、ナット部材１９と一体に軸方向に移動し、スプリングホルダ２８の底部３０に当接してナット部材１９の移動ストロークを規制する。

図２に示すように、ハウジング１０の底１７とスクリュロッド２１の間には、スプリング３４でスクリュロッド２１に向けて付勢されたスプリングシート３５が組み込まれ、スプリングシート３５の一端がスクリュロッド２１に当接している。これにより、スプリング３４の付勢力がスプリングシート３５を介してスクリュロッド２１に伝わり、スクリュロッド２１はハウジング１０の底１７から離反する方向に付勢される。また、スクリュロッド２１は、ロッド１２側の球面状の端面３６がロッド１２に当接している。

つぎに、このチェーンテンショナ８の動作例を説明する。

カムシャフト３を駆動してチェーン５が振動した状態で、チェーン５の張力が大きくなると、雌ねじ１８と雄ねじ２０の隙間の範囲内でスクリュロッド２１が前進と後退を繰り返し、スクリュロッド２１がナット部材１９に対して少しずつ回転する。これにより、リターンスプリング２４の付勢力がチェーン５の張力とつり合う位置までロッド１２が軸方向に移動し、チェーン５の緊張を吸収する。

また、エンジンに共振が生じたときや、クランクシャフト１の回転力の変動やカムシャフト３の回転抵抗の変動が大きいときに、チェーン５の張力が急激に大きくなることがある。このとき、チェーン５の張力が、スプリングホルダ２８によってスプリング部材２７に予め付与された荷重（プリロード）よりも大きくなると、図４に示すように、フランジ部３３が内向きフランジ部３１から離反してスプリング部材２７が圧縮する。そのため、スクリュロッド２１がナット部材１９と一体に軸方向に移動し、チェーン５の緊張が迅速に吸収される。

また、エンジン作動中のチェーン５の張力が、スプリングホルダ２８によるスプリング部材２７のプリロードよりも小さい範囲で変動するときは、スプリング部材２７は伸縮しない。

一方、チェーン５の張力が小さくなると、ロッド１２はハウジング１０の底１７から離反する方向に移動し、リターンスプリング２４の付勢力がチェーン５の張力とつり合う位置まで移動する。このとき、ロッド１２の移動量が雌ねじ１８と雄ねじ２０の隙間の範囲よりも大きくなると、ロッド１２がスクリュロッド２１の端面３６から離れるが、その後、スクリュロッド２１は、スプリング３４の付勢力によりナット部材１９に対して回転しながら軸方向に移動してロッド１２に当接する。

また、エンジンを停止させると、カムシャフト３の回転抵抗の変動により、エンジン停止時のチェーン５の張力がリターンスプリング２４の付勢力よりも大きくなることがあるが、チェーン５が振動しないのでスクリュロッド２１はナット部材１９に対して回転せず、ロッド１２は軸方向に移動しない。

このように、このチェーンテンショナ８は、エンジンが停止してチェーン５が振動しないときは、チェーン５の張力が大きくなっても、スクリュロッド２１は回転せず、軸方向に移動しない。そのため、エンジンを再始動するときにチェーン５に弛みを生じにくく、円滑なエンジン始動が可能である。

また、このチェーンテンショナ８は、スプリングホルダ２８によってスプリング部材２７に予め付与された荷重よりもチェーン５の張力が大きくならないと、スプリング部材２７が圧縮しない。そのため、チェーン５の張力変動が大きく、チェーン５の張力が急激に大きくなったときは、スプリング部材２７が圧縮することによってチェーン５の緊張を迅速に吸収するが、チェーン５の張力変動が小さいときは、スプリング部材２７が伸縮せず、チェーン５が振動しにくい。

また、このチェーンテンショナ８は、ねじ係合するスクリュロッド２１とナット部材１９がいずれもロッド１２と別体であり、そのロッド１２にスクリュロッド２１の端面３６を当接させているので、ロッド１２のハウジング１０からの突出端に軸直角方向の力が作用した場合に、その力がスクリュロッド２１に伝わりにくい。そのため、チェーン５の張力が大きくなってチェーンガイド７が揺動し、その揺動によりチェーンガイド７とロッド１２の接触面間にずれが生じた場合など、ロッド１２のハウジング１０からの突出端に軸直角方向の力が作用した場合にも、ナット部材１９に対するスクリュロッド２１の回転抵抗が大きくなりにくく、安定して動作する。

また、このチェーンテンショナ８は、ストッパ部材３２の軸方向長さを変えることによって、スプリング部材２７が圧縮することによるナット部材１９の移動ストロークを調節することが可能である。

この発明の実施形態のチェーンテンショナを組み込んだチェーン伝導装置を示す正面図 図１に示すチェーンテンショナの拡大断面図 図２に示すスプリング部材近傍の拡大断面図 図３に示すスプリング部材が軸方向に圧縮した状態を示す拡大断面図

符号の説明

１０ ハウジング
１１ 移動側ウエアリング
１２ ロッド
１７ 底
１９ ナット部材
２１ スクリュロッド
２４ リターンスプリング
２７ スプリング部材
２８ スプリングホルダ
２９ 筒部
３０ 底部
３１ 内向きフランジ部
３２ ストッパ部材
３４ スプリング
３６ 端面

Claims (3)

1. 有底筒状のハウジング（１０）内にチェーン押圧用のロッド（１２）を軸方向に移動可能に挿入し、そのロッド（１２）の外周に設けたウエアリング（１１）をハウジング（１０）内に設けたリターンスプリング（２４）でハウジング（１０）の底（１７）から離反する方向に付勢し、前記ウエアリング（１１）と前記ハウジング（１０）の底（１７）の間にハウジング（１０）と同軸のナット部材（１９）を軸方向に移動可能に設け、そのナット部材（１９）とハウジング（１０）の底（１７）の間にリング状のスプリング部材（２７）とそのスプリング部材（２７）を軸方向に圧縮した状態で保持して予め荷重を付与するスプリングホルダ（２８）とをそのスプリングホルダ（２８）によって前記スプリング部材（２７）に予め付与した荷重よりもチェーンの張力が大きくならないと前記スプリング部材（２７）が圧縮しないように設け、そのスプリングホルダ（２８）で保持された前記スプリング部材（２７）で前記ナット部材（１９）を支持し、そのナット部材（１９）にねじ係合するスクリュロッド（２１）を前記ロッド（１２）と前記ハウジング（１０）の底（１７）の間に設け、そのスクリュロッド（２１）とハウジング（１０）の底（１７）の間に設けたスプリング（３４）でスクリュロッド（２１）をハウジング（１０）の底（１７）から離反する方向に付勢し、そのスクリュロッド（２１）の端面（３６）を前記ロッド（１２）に当接させたチェーンテンショナ。
   
2. 前記ナット部材（１９）と前記ハウジング（１０）の底（１７）の間に、前記スプリング部材（２７）を圧縮する方向の前記ナット部材（１９）の移動ストロークを規制するストッパ部材（３２）を設けた請求項１に記載のチェーンテンショナ。
3. 前記スプリングホルダ（２８）が、前記スプリング部材（２７）を収容する筒部（２９）と、その筒部（２９）の一端に形成した底部（３０）と、筒部（２９）の他端をかしめて形成した内向きフランジ部（３１）とからなり、前記底部（３０）と内向きフランジ部（３１）とで前記スプリング部材（２７）を軸方向に圧縮した状態に保持するようにした請求項１または２に記載のチェーンテンショナ。

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