JP5199142B2 - チェーンテンショナの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、自動車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。

自動車のエンジンは、一般に、クランクシャフトの回転を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チェーンに向けて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、一端が開口した有底筒状のシリンダ内にプランジャを軸方向に摺動可能に挿入し、そのプランジャをシリンダから突出する方向に付勢するリターンスプリングを設け、前記プランジャをシリンダ内への挿入端が開口する有底筒状に形成し、そのプランジャの内周に形成した雌ねじにねじ係合する雄ねじを外周に有するスクリュロッドを設け、そのスクリュロッドのプランジャからの突出部分を前記シリンダ内に設けたロッドシートに当接させたものが知られている（特許文献１）。

また、このチェーンテンショナは、スクリュロッドに形成されたスプリング収容穴内にリターンスプリングの一端を収容することによって、チェーンテンショナの軸方向長さを抑えている。

また、上記シリンダには、プランジャとシリンダとで囲まれた圧力室内に作動油を導入する給油通路が設けられている。給油通路は、ロッドシートに形成された貫通孔と連通し、この貫通孔は、スクリュロッドに形成された通油孔を介してスプリング収容穴に連通している。ロッドシートの貫通孔には、作動油の逆流を防止するチェックバルブが組み込まれている。

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大きくなると、そのチェーンの張力によって、プランジャがシリンダ内に押し込まれる方向（以下、「押し込み方向」という）に移動し、チェーンの緊張を吸収する。このとき、スクリュロッドは、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前進と後退を繰り返しながら、プランジャに対して回転する。また、圧力室内の作動油がプランジャとシリンダの摺動面間のリーク隙間を通って流出し、その作動油の粘性抵抗によってダンパ作用が生じるので、プランジャはゆっくりと移動する。

一方、エンジン作動中にチェーンの張力が小さくなると、リターンスプリングの付勢力によって、プランジャがシリンダから突出する方向（以下、「突出方向」という）に移動し、チェーンの弛みを吸収する。このとき、チェックバルブが開いて、給油通路から圧力室に作動油が流入するので、プランジャは速やかに移動する。

また、エンジン停止時は、カムの停止位置によってチェーンの力が大きくなっても、チェーンが振動しないので、プランジャの雌ねじがスクリュロッドの雄ねじで受け止められ、プランジャの位置が固定される。そのため、エンジンを再始動するときに、チェーンの弛みを生じにくく、円滑なエンジン始動が可能である。

特開平１０−１３２０３９号公報

図４に、上記チェーンテンショナのスクリュロッド４１を示す。このスクリュロッド４１は円柱状のブランクから形成されており、そのブランクの外周に転造を施してスクリュロッド４１の外周の雄ねじ４２を形成した後、ブランクの軸方向端面に切削加工を施してスクリュロッド４１のロッドシート（図示せず）に対する接触面４３を形成している。スクリュロッド４１の内部のスプリング収容穴４４や通油孔４５も、雄ねじ４２を転造した後、切削加工により形成している。

しかし、スクリュロッド４１のロッドシートに対する接触面４３や、スプリング収容穴４４および通油孔４５を切削加工により形成すると、加工サイクルタイムが長く、コスト高である。

そこで、この切削加工を不要とするため、雄ねじ４２を転造する前に、あらかじめ接触面４３を鍛造で形成することが考えられる。すなわち、円柱状のブランクの軸方向端面に鍛造を施して接触面４３を形成した後、そのブランクの外周に雄ねじ４２を転造することが考えられるが、このようにすると、雄ねじ４２を転造するときに、素材の流動によって接触面４３が変形するおそれがある。

この発明が解決しようとする課題は、スクリュロッドの加工サイクルタイムを短縮することにより、チェーンテンショナのコストを低減することである。

上記の課題を解決するため、この発明の発明者は、前記スクリュロッドのプランジャからの突出部分の外周に、前記雄ねじの谷底の径よりも小さい外径を有する逃がし部を設け、その逃がし部の軸方向端面に前記スクリュロッドのロッドシートに対する接触面を設けると、その接触面を鍛造で形成した後でスクリュロッドの外周の雄ねじを転造したときに、素材の流動が逃がし部で吸収されるので、スクリュロッドのロッドシートに対する接触面の変形を防止することができることを見出した。このとき、スクリュロッドのロッドシートに対する接触面は、鍛造成形面となる。

前記スクリュロッドの外周には、前記雄ねじの端部から前記逃がし部に向かって次第に縮径するテーパ状の面取り部を設けると好ましい。このようにすると、雄ねじを転造するときの転造ダイスの食い付きが円滑となり、高精度に雄ねじを転造することができる。

前記リターンスプリングの一端を収容するスプリング収容穴を前記スクリュロッドに形成する場合、そのスプリング収容穴も鍛造で形成することができる。この場合、雄ねじの谷底からスプリング収容穴の内面までのスクリュロッドの肉厚は、雄ねじのねじ山の高さの２倍以上の大きさに設定すると好ましい。このようにすると、雄ねじを転造するときのスクリュロッドの剛性を確保して、転造によるスクリュロッドの真円度の低下を防止することができる。

前記プランジャとシリンダとで囲まれた圧力室内に作動油を導入する給油通路をシリンダに設け、その給油通路と連通する貫通孔を前記ロッドシートに形成し、その貫通孔を前記スプリング収容穴に連通させる通油孔を前記スクリュロッドに形成する場合、その通油孔も鍛造で形成することができる。

前記雄ねじと雌ねじは、プランジャをシリンダ内に押し込む方向の荷重が負荷されたときに圧力を受ける圧力側フランクのフランク角を、遊び側フランクのフランク角よりも大きい鋸歯状に形成することができる。この場合、雄ねじの谷底の形状を円弧状とすることができ、その円弧半径は０．５ｍｍ以下に設定することができる。

前記スクリュロッドは、雄ねじを転造した後に浸炭処理または浸炭窒化処理を施して、スクリュロッドの表面に浸炭層または浸炭窒化層を形成すると好ましい。このようにすると、スクリュロッドのロッドシートに対する接触面の耐摩耗性、およびスクリュロッドの外周の雄ねじの耐摩耗性を確保することができる。前記浸炭層または浸炭窒化層の表面硬度は、例えばＨｖ６００以上とすることができる。

この発明のチェーンテンショナは、スクリュロッドのロッドシートに対する接触面を鍛造で形成しているので、スクリュロッドのロッドシートに対する接触面を形成するための切削加工が不要である。そのため、スクリュロッドの加工サイクルタイムが短く、低コストである。

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動装置を示す正面図 図１のチェーンテンショナ近傍の拡大断面図 （ａ）は、図２に示すスクリュロッドの転造前のブランクの拡大図（ｂ）は、図２に示すスクリュロッドの拡大図 従来のチェーンテンショナのスクリュロッドの拡大図

図１に、この発明の実施形態のチェーンテンショナ１を組み込んだチェーン伝動装置を示す。このチェーン伝動装置は、エンジンのクランクシャフト２に固定されたスプロケット３と、カムシャフト４に固定されたスプロケット５とがチェーン６を介して連結されており、そのチェーン６がクランクシャフト２の回転をカムシャフト４に伝達し、そのカムシャフト４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６には、支点軸７を中心として揺動可能に支持されたチェーンガイド８が接触しており、チェーンテンショナ１は、そのチェーンガイド８を介してチェーン６を押圧している。

チェーンテンショナ１は、一端が開口した有底筒状のシリンダ９と、シリンダ９内に軸方向に摺動可能に挿入されたプランジャ１０とを有する。シリンダ９は、ボルト１１でエンジンブロック（図示せず）に固定されている。

図２に示すように、プランジャ１０は、シリンダ９からの突出端がチェーンガイド８に当接している。また、プランジャ１０は、シリンダ９内への挿入端が開口する有底筒状に形成されており、その内周に雌ねじ１２が形成されている。

シリンダ９とプランジャ１０とで囲まれた圧力室１３内には、プランジャ１０の内周の雌ねじ１２にねじ係合する雄ねじ１４を外周に有するスクリュロッド１５が組み込まれている。スクリュロッド１５は、一端がプランジャ１０から突出しており、その突出部分がシリンダ９内に設けたロッドシート１６に当接している。ここで、スクリュロッド１５のロッドシート１６に対する接触面１７は、スクリュロッド１５の軸心上に中心を有する球面形状（いわゆるＳＲ形状）となっており、ロッドシート１６のスクリュロッド１５に対する接触面１８は、円錐形状となっている。

スクリュロッド１５の外周の雄ねじ１４と、プランジャ１０の内周の雌ねじ１２は二条ねじである。また、雄ねじ１４と雌ねじ１２は、プランジャ１０をシリンダ９内に押し込む方向の荷重が負荷されたときに圧力を受ける圧力側フランク１９のフランク角が、遊び側フランク２０のフランク角よりも大きい鋸歯状に形成されている。

雄ねじ１４と雌ねじ１２の圧力側フランク１９のフランク角は、スクリュロッド１５をプランジャ１０内に押し込む方向の荷重が静的に負荷されたときに、雄ねじ１４と雌ねじ１２の圧力側フランク１９，１９間の摩擦抵抗によってスクリュロッド１５の回転が阻止される大きさに設定されている。また、雄ねじ１４と雌ねじ１２の遊び側フランク２０のフランク角は、スクリュロッド１５をプランジャ１０から突出させる方向の荷重が静的に負荷されたときに、雄ねじ１４と雌ねじ１２の遊び側フランク２０，２０間の滑りによってスクリュロッド１５の回転が許容される大きさに設定されている。

圧力室１３内には、リターンスプリング２１が組み込まれている。リターンスプリング２１は、一端がスクリュロッド１５で支持され、他端がスプリングシート２２を介してプランジャ１０を押圧しており、その押圧によって、プランジャ１０をシリンダ９から突出する方向に付勢している。

スクリュロッド１５にはスプリング収容穴２３が形成されており、そのスプリング収容穴２３内にリターンスプリング２１の一端を収容することによって、チェーンテンショナ１の軸方向長さを抑えている。このスプリング収容穴２３は、鍛造によって形成された鍛造成形穴である。

シリンダ９には、圧力室１３に連通する給油通路２４が形成されている。給油通路２４は、給油ポンプ（図示せず）に接続されており、その給油ポンプから送り出された作動油を圧力室１３内に導入するようになっている。この給油通路２４は、ロッドシート１６に形成された貫通孔２５と連通し、貫通孔２５は、スクリュロッド１５に形成された通油孔２６を介してスプリング収容穴２３に連通している。通油孔２６は、スプリング収容穴２３と同様、鍛造によって形成された鍛造成形穴である。ロッドシート１６の貫通孔２５には、作動油の逆流を防止するチェックバルブ２７が組み込まれている。

プランジャ１０とシリンダ９の摺動面間には、微小なリーク隙間２８が形成されており、そのリーク隙間２８を通じて圧力室１３内の作動油がリークするようになっている。

シリンダ９には、シリンダ９の外面から内面に至るエア抜き孔２９が形成され、そのエア抜き孔２９の内周に形成された雌ねじにビス３０がねじ込まれており、そのビス３０のねじ隙間を通って圧力室１３内の空気が排出されるようになっている。

スクリュロッド１５の外周の雄ねじ１４は、転造によって形成された転造ねじである。スクリュロッド１５のプランジャ１０からの突出部分には、図３（ｂ）に示すように、雄ねじ１４の谷底１４ａの径Ｄよりも小さい外径を有する円筒状の逃がし部３１が設けられ、その逃がし部３１の軸方向端面に、スクリュロッド１５のロッドシート１６に対する接触面１７が設けられている。スクリュロッド１５のロッドシート１６に対する接触面１７は、鍛造によって形成された鍛造成形面である。

また、スクリュロッド１５の外周には、雄ねじ１４の端部から逃がし部３１に向かって次第に縮径するテーパ状の面取り部３２が設けられており、その面取り部３２内に、雄ねじ１４の切り上がり部３３が存在している。雄ねじ１４の谷底１４ａからスプリング収容穴２３の内面までのスクリュロッド１５の肉厚ｔは、雄ねじ１４のねじ山の高さの２倍以上の大きさに設定されている。雄ねじ１４の谷底１４ａの形状は円弧状となっており、その円弧半径は０．５ｍｍ以下に設定されている。

スクリュロッド１５の表面には浸炭層または浸炭窒化層が形成されており、この浸炭層または浸炭窒化層により、スクリュロッド１５のロッドシート１６に対する接触面１７、および雄ねじ１４の表面の耐摩耗性を確保している。浸炭層または浸炭窒化層の表面硬度は、例えばＨｖ６００以上とすることができる。

上述したスクリュロッド１５は、例えば、次のようにして製作することができる。まず、図３（ａ）に示すように、スプリング収容穴２３と通油孔２６とを有する中空のブランク３４を鍛造で形成する。また、この鍛造によって、ブランク３４の外周には、雄ねじ１４の谷底１４ａの径Ｄよりも大きい外径を有する円筒部３５と、その円筒部３５の一端から次第に縮径して雄ねじ１４の谷底１４ａの径Ｄよりも小径となるテーパ状の面取り部３６と、円筒部３５の他端から次第に縮径して雄ねじ１４の谷底１４ａの径Ｄよりも小径となるテーパ状の面取り部３２と、面取り部３２に連続する円筒状の逃がし部３１とを形成し、逃がし部３１の軸方向端面には、スクリュロッド１５のロッドシート１６に対する接触面１７を形成する。円筒部３５は、その外周の面粗さがＲｍａｘ６．３以下となるように形成する。

次に、円筒部３５の外周に転造を施して、図３（ｂ）に示す雄ねじ１４を形成する。このとき、雄ねじ１４の転造ダイスは、円筒部３５に接触して塑性変形を生じさせるが、逃がし部３１には接触しない。そのため、雄ねじ１４を転造するときの素材の流動が逃がし部３１で吸収され、素材の流動による接触面１７の変形が防止される。その後、浸炭処理または浸炭窒化処理を施して、スクリュロッド１５の表面に浸炭層または浸炭窒化層を形成する。

次に、このチェーンテンショナ１の動作例を説明する。

エンジン作動中にチェーン６の張力が小さくなると、リターンスプリング２１の付勢力によってプランジャ１０が突出方向に移動し、チェーン６の弛みを吸収する。このとき、給油ポンプから供給される作動油が、給油通路２４を通って圧力室１３に流入するので、プランジャ１０は速やかに移動する。

一方、エンジン作動中にチェーン６の張力が大きくなると、そのチェーン６の張力によって、プランジャ１０が押し込み方向に移動し、チェーン６の緊張を吸収する。このとき、スクリュロッド１５は、チェーン６の振動により、雌ねじ１２と雄ねじ１４の間の軸方向隙間の範囲内で前進と後退を繰り返しながら、プランジャ１０に対して回転する。また、圧力室１３内の作動油が、プランジャ１０とシリンダ９の摺動面間のリーク隙間２８を通って流出し、その作動油の粘性抵抗によってダンパ作用が生じるので、プランジャ１０はゆっくりと移動する。

エンジン停止時に、カムシャフト４に接続したカム（図示せず）の停止位置によってチェーン６の張力が大きくなる場合があるが、この場合、チェーン６が振動しないので、プランジャ１０の雌ねじ１２がスクリュロッド１５の雄ねじ１４で受け止められ、プランジャ１０の位置が固定される。そのため、エンジンを再始動するときに、チェーン６の弛みを生じにくく、円滑なエンジン始動が可能である。

このチェーンテンショナ１は、スクリュロッド１５のロッドシート１６に対する接触面１７を鍛造で形成しているので、接触面１７を形成するための切削加工が不要である。さらに、スプリング収容穴２３と通油孔２６も鍛造で形成しているので、スプリング収容穴２３と通油孔２６の切削加工も不要である。そのため、スクリュロッド１５の加工サイクルタイムが短く、低コストである。

また、このチェーンテンショナ１は、雄ねじ１４の端部から逃がし部３１に向かって次第に縮径するテーパ状の面取り部３２を有するので、雄ねじ１４を転造するときの転造ダイスの食い付きが円滑であり、高精度に雄ねじ１４を転造することができる。

また、このチェーンテンショナ１は、雄ねじ１４の谷底１４ａからスプリング収容穴２３の内面までのスクリュロッド１５の肉厚ｔが、雄ねじ１４のねじ山の高さの２倍以上の大きさとなっているので、雄ねじ１４を転造するときのスクリュロッド１５の剛性が確保され、転造によるスクリュロッド１５の真円度の低下が生じにくい。

１ チェーンテンショナ
９ シリンダ
１０ プランジャ
１２ 雌ねじ
１３ 圧力室
１４ 雄ねじ
１４ａ 雄ねじの谷底
１５ スクリュロッド
１６ ロッドシート
１７ 接触面
１９ 圧力側フランク
２０ 遊び側フランク
２１ リターンスプリング
２３ スプリング収容穴
２４ 給油通路
２５ 貫通孔
２６ 通油孔
３１ 逃がし部
３２ 面取り部
Ｄ 雄ねじの谷底の径
ｔ スクリュロッドの肉厚

Claims (10)

1. 一端が開口した有底筒状のシリンダ（９）内にプランジャ（１０）を軸方向に摺動可能に挿入し、そのプランジャ（１０）をシリンダ（９）から突出する方向に付勢するリターンスプリング（２１）を設け、前記プランジャ（１０）をシリンダ（９）内への挿入端が開口する有底筒状に形成し、そのプランジャ（１０）の内周に形成した雌ねじ（１２）にねじ係合する雄ねじ（１４）を外周に有するスクリュロッド（１５）を設け、そのスクリュロッド（１５）のプランジャ（１０）からの突出部分を前記シリンダ（９）内に設けたロッドシート（１６）に当接させたチェーンテンショナの製造方法において、
   前記スクリュロッド（１５）の外周の雄ねじ（１４）が転造ねじであり、その雄ねじ（１４）の谷底（１４ａ）の径（Ｄ）よりも小さい外径を有する逃がし部（３１）を前記スクリュロッド（１５）のプランジャ（１０）からの突出部分に設け、その逃がし部（３１）の軸方向端面に前記スクリュロッド（１５）のロッドシート（１６）に対する接触面（１７）を設け、その接触面（１７）を鍛造成形面とし、
   前記雄ねじ（１４）を転造する前に、前記逃がし部（３１）および前記接触面（１７）を鍛造で形成することを特徴とするチェーンテンショナの製造方法。
2. 前記スクリュロッド（１５）の外周に、前記雄ねじ（１４）の端部から前記逃がし部（３１）に向かって次第に縮径するテーパ状の面取り部（３２）を設けた請求項１に記載のチェーンテンショナの製造方法。
3. 前記リターンスプリング（２１）の一端を収容するスプリング収容穴（２３）を前記スクリュロッド（１５）に形成し、そのスプリング収容穴（２３）を鍛造成形穴とした請求項１または２に記載のチェーンテンショナの製造方法。
4. 前記雄ねじ（１４）の谷底（１４ａ）から前記スプリング収容穴（２３）の内面までの前記スクリュロッド（１５）の肉厚（ｔ）を、前記雄ねじ（１４）のねじ山の高さの２倍以上の大きさに設定した請求項３に記載のチェーンテンショナの製造方法。
5. 前記プランジャ（１０）とシリンダ（９）とで囲まれた圧力室（１３）内に作動油を導入する給油通路（２４）を前記シリンダ（９）に設け、その給油通路（２４）と連通する貫通孔（２５）を前記ロッドシート（１６）に形成し、その貫通孔（２５）を前記スプリング収容穴（２３）に連通させる通油孔（２６）を前記スクリュロッド（１５）に形成し、その通油孔（２６）を鍛造成形穴とした請求項３または４に記載のチェーンテンショナの製造方法。
6. 前記雄ねじ（１４）と雌ねじ（１２）は、プランジャ（１０）をシリンダ（９）内に押し込む方向の荷重が負荷されたときに圧力を受ける圧力側フランク（１９）のフランク角が、遊び側フランク（２０）のフランク角よりも大きい鋸歯状に形成されている請求項１から５のいずれかに記載のチェーンテンショナの製造方法。
7. 前記雄ねじ（１４）の谷底（１４ａ）の形状を円弧状とした請求項６に記載のチェーンテンショナの製造方法。
8. 前記雄ねじ（１４）の谷底（１４ａ）の円弧半径を０．５ｍｍ以下に設定した請求項７に記載のチェーンテンショナの製造方法。
9. 前記スクリュロッド（１５）の表面に浸炭層または浸炭窒化層を形成した請求項１から８のいずれかに記載のチェーンテンショナの製造方法。
10. 前記浸炭層または浸炭窒化層の表面硬度がＨｖ６００以上である請求項９に記載のチェーンテンショナの製造方法。

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