JP5257766B2 - オートテンショナ - Google Patents

Description

この発明は、エンジンのカムシャフトを駆動するベルトやチェーン、またはオルタネータ等の自動車補機を駆動するベルトやチェーンの張力保持に用いられるオート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ベルト又は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。また、自動車の補機、たとえばオルタネータやカーエアコンやウォータポンプなども、その回転軸がエンジンのクランクシャフトにベルト又はチェーン（以下、ベルトを例に挙げて説明する）で連結されており、そのベルトを介してエンジンで駆動される。これらのベルトの張力を適正範囲に保つために、一般に、支点軸を中心として揺動可能に設けたプーリアームと、そのプーリアームに回転可能に取り付けたテンションプーリと、そのテンションプーリをベルトに押さえ付ける方向にプーリアームを付勢するオートテンショナとからなる張力調整装置が使用される。

この張力調整装置に組み込まれるオートテンショナとして、下部に底を有するシリンダ内に有底のスリーブを嵌め合わせ、そのシリンダ内に作動油を溜め、前記スリーブ内にプランジャを摺動可能に挿入してシリンダ内を圧力室とリザーバ室に区画し、前記プランジャと軸方向に一体に移動するロッドを設け、そのロッドを圧力室の容積が拡大する方向にリターンスプリングで付勢したものが知られている（特許文献１）。

このオートテンショナは、リターンスプリングの付勢力がベルトの張力とつり合う位置までロッドが移動することにより、ベルトの張力変動を吸収する。

また、圧力室とリザーバ室は、スリーブとプランジャの摺動面間に形成されるリーク隙間を介して連通しており、圧力室の容積が縮小する方向にロッドが移動すると、圧力室内の作動油がリーク隙間を通って流出する。このとき、リーク隙間を流れる作動油の流量が制限されるので、ロッドはゆっくりと移動する。

また、圧力室とリザーバ室は、リザーバ室側から圧力室側への作動油の流れのみを許容するチェックバルブを設けた油通路を介して連通しており、圧力室の容積が拡大する方向にロッドが移動すると、前記チェックバルブが開き、前記油通路を通ってリザーバ室側から圧力室側に作動油が流れる。そのため、圧力室の容積が拡大する方向には、ロッドが速やかに移動する。
特開２００３−３０１９０１号公報

上記オートテンショナは、リザーバ室側から圧力室側への作動油の流れのみを許容するチェックバルブが、油通路の圧力室側の端部に設けられたシート面に接触、離反して油通路を開閉するボールと、そのボールの移動範囲を規制するリテーナとからなる。

ここで、油通路の圧力室側の端部はスリーブの底の上面に開口しており、その開口をチェックバルブのボールが開閉するようになっている。また、チェックバルブのボールとシート面の摩耗を抑制するために、チェックバルブのボールをセラミックで形成している。

しかし、ボールをセラミックで形成しても、長期間の使用によるシート面の摩耗を十分に抑制することは難しかった。チェックバルブのシート面の摩耗が大きくなると、ボールがシート面に密着して離れにくくなるので、チェックバルブが作動し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、チェックバルブのシート面が摩耗しにくいオートテンショナを提供することである。

この発明の発明者は、前記チェックバルブが、油通路の圧力室側の端部に設けられたシート面に接触、離反して油通路を開閉するセラミックボールと、そのセラミックボールの移動範囲を規制するリテーナとからなるオートテンショナについて、セラミックボールの表面粗さを変化させて耐久試験を行なった。その結果、セラミックボールの表面粗さをＲａ０．０１以下に設定すると、表面粗さをＲａ０．０１よりも大きくした場合と比較して、チェックバルブのシート面が極めて摩耗しにくくなることを見出した。

このオートテンショナは、前記油通路の圧力室側の端部がプランジャの下面に開口し、その開口を前記セラミックボールが開閉するようにすると好ましい。このようにすると、チェックバルブが開いたときの作動油の流れる方向が下向きとなるので、セラミックボールとシート面の間に摩耗粉が滞留しにくくなり、摩耗粉による摩耗の促進作用を防止することができる。

前記セラミックボールは窒化珪素で形成することができる。また、前記シート面は鉄で形成することができる。

この発明のオートテンショナは、セラミックボールの表面粗さがＲａ０．０１以下なので、チェックバルブのシート面が極めて摩耗しにくく、チェックバルブの耐久性が高い。

図１に、エンジンのカムシャフトを駆動するベルト１の張力調整装置を示す。この張力調整装置は、支点軸２を中心として揺動可能に支持されたプーリアーム３と、プーリアーム３に回転可能に取り付けたテンションプーリ４と、この発明の実施形態に係るオートテンショナ５とを有する。オートテンショナ５は、プーリアーム３を付勢して、テンションプーリ４をベルト１に押さえ付けている。

オートテンショナ５は、下部に底６を有するシリンダ７を有し、そのシリンダ７内に作動油が溜められている。また、シリンダ７内には、有底のスリーブ８が底９を下側にして挿入され、そのスリーブ８の外周がシリンダ７の内周に嵌め合わされている。スリーブ８内には、プランジャ１０が軸方向に摺動可能に挿入されており、そのスリーブ８とプランジャ１０によって、シリンダ７内が圧力室１１とリザーバ室１２に区画されている。

圧力室１１とリザーバ室１２は、リザーバ室１２側から圧力室１１側への作動油の流れのみを許容するチェックバルブ１３を設けた油通路１４を介して連通している。油通路１４は、プランジャ１０の内部を上下に貫通して設けられており、その圧力室１１側の端部がプランジャ１０の下面に開口し、その開口をセラミックボール１５が開閉するようになっている。

ここで、チェックバルブ１３は、図２に示すように、油通路１４の圧力室１１側の端部に設けられたシート面１６に接触、離反して油通路１４を開閉するセラミックボール１５と、そのセラミックボール１５の移動範囲を規制するリテーナ１７とからなる。セラミックボール１５は窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）で形成されており、ラッピング研磨を施すことによって表面粗さがＲａ０．０１以下となっている。一方、シート面１６は、油通路１４の開口縁にＲ面取りを施した円環面形状であり、鉄で形成されている。

スリーブ８とプランジャ１０の摺動面間には、圧力室１１とリザーバ室１２を連通するリーク隙間１８が形成されている。

プランジャ１０には、プランジャ１０から上方に延びてシリンダ７から突出するロッド１９が接続されている。プランジャ１０は、圧力室１１内に組み込まれたプランジャスプリング２０で付勢されてロッド１９に押さえ付けられており、その押さえ付けによって、ロッド１９は、プランジャ１０と一体に軸方向に移動するようになっている。

ロッド１９は、大径軸部１９Ａと、大径軸部１９Ａの下端に連なる小径軸部１９Ｂとからなる。小径軸部１９Ｂの外周には、シリンダ７の内周を軸方向に摺動可能なウエアリング２１が嵌め合わされており、そのウエアリング２１で大径軸部１９Ａの下端が支持されている。

シリンダ７内には、リターンスプリング２２が組み込まれている。リターンスプリング２２は、その下端がスリーブ８で支持され、上端がウエアリング２１を上向きに押圧しており、そのウエアリング２１を介して、圧力室１１の容積が拡大する方向にロッド１９を付勢している。

シリンダ７の上部内周には、シリンダ７内の作動油の漏れを防止するオイルシール２３が装着されている。オイルシール２３は環状に形成され、ロッド１９の大径軸部１９Ａがスライド可能に貫通している。

次に、このオートテンショナ５の動作例を説明する。

ベルト１の張力が大きくなると、その張力が、テンションプーリ４、プーリアーム３を介してロッド１９に伝達し、圧力室１１の圧力が高まる。圧力室１１の圧力がリザーバ室１２の圧力よりも高くなると、作動油がリーク隙間１８を圧力室１１側からリザーバ室１２側に流れる。このとき、チェックバルブ１３が閉じるので、作動油は油通路１４を流れない。

このようにして、作動油がリーク隙間１８を流れることによりロッド１９が下方に移動し、ベルト１の張力とリターンスプリング２２の付勢力とがつり合う位置までテンションプーリ４が移動する。このとき、リーク隙間１８を流れる作動油の流量が制限されてダンパー作用が生じるので、テンションプーリ４はゆっくりと移動し、ベルト１を安定した状態に保つ。

一方、ベルト１の張力が小さくなると、リターンスプリング２２の付勢力によってロッド１９が上方に移動し、圧力室１１の容積が拡大することで、圧力室１１の圧力が低くなる。圧力室１１の圧力がリザーバ室１２の圧力よりも低くなるとチェックバルブ１３が開き、油通路１４を通ってリザーバ室１２側から圧力室１１側に作動油が流れる。このとき、テンションプーリ４は、ベルト１の張力とリターンスプリング２２の付勢力とがつり合う位置まで速やかに移動し、ベルト１の弛みを迅速に吸収する。

このオートテンショナ５は、セラミックボール１５の表面粗さがＲａ０．０１以下なので、チェックバルブ１３のシート面１６が極めて摩耗しにくく、チェックバルブ１３の耐久性が高い。

また、このオートテンショナ５は、油通路１４の圧力室１１側の端部がプランジャ１０の下面に開口しているので、チェックバルブ１３が開いたときの作動油の流れる方向が下向きとなる。そのため、セラミックボール１５とシート面１６の間に摩耗粉が滞留しにくく、摩耗粉による摩耗の促進作用が生じにくい。

また、このオートテンショナ５は、セラミックボール１５をシート面１６に押さえ付けるバルブスプリングが無いので、セラミックボール１５からシート面１６に負荷される面圧が低く、シート面１６の摩耗が進行しにくい。

セラミックボール１５の表面粗さをＲａ０．０１以下にしたときに、チェックバルブ１３のシート面１６が摩耗しにくくなる効果を確認するため、セラミックボール１５の表面粗さが互いに異なる多数のオートテンショナのサンプルを準備し、その各サンプルのロッド１９に加振機で繰り返し荷重を入力する試験を行なった。

試験で用いた各サンプルは、次の通りである。
セラミックボールのサイズ ：呼び径５／３２（直径３．９６９ｍｍ）
セラミックボールの重量 ：０．１１ｇ
セラミックボールの材質 ：Ｓｉ_３Ｎ_４
セラミックボールの表面粗さ：Ｒａ０．００２〜Ｒａ０．０３（タリサーフで測定）
シート面の材質 ：ＳＣＲ４２０
シート面の形状 ：Ｒ１．２の面取りを油通路の開口縁に施した円環面形状

試験条件は、次の通りである。
加振機 ：油圧サーボ加振機
入力荷重 ：１７００Ｎ（加振機に付属のロードセルで計測）
加振回数 ：５×１０^６回
加振周波数：３００Ｈｚ
雰囲気温度：１００℃（サンプルを囲むように高温槽を設置）

以上の条件で、各サンプルのロッド１９に繰り返し荷重を入力し、その各サンプルのチェックバルブ１３のシート面１６がどの程度摩耗するかを調べた。具体的には、シート面１６のうちの摩耗により削り取られた領域（即ち、摩耗によりセラミックボール１５の表面と同じ曲率をもつに至った領域）の軸方向幅を、円周方向に間隔をおいて４箇所で計測し、その計測値を合計したもの（以下、「摩耗幅総和」という）に基づいてシート面１６の摩耗を評価した。

その結果、図３に示すように、セラミックボール１５の表面粗さがＲａ０．００２、Ｒａ０．０１のサンプルについては、シート面１６の摩耗幅総和が５０μｍ以下であり、ほとんどシート面１６が摩耗していない。これに対して、セラミックボール１５の表面粗さがＲａ０．０２、Ｒａ０．０３のサンプルについては、表面粗さをＲａ０．０１以下とした場合と比較して、シート面１６の摩耗幅総和が急激に大きくなっている。

以上の結果により、セラミックボール１５の表面粗さをＲａ０．０１以下にすれば、チェックバルブ１３のシート面１６が極めて摩耗しにくくなることが分かる。

この発明の実施形態のオートテンショナを組み込んだ張力調整装置を示す断面図 図１のチェックバルブ近傍の拡大断面図 セラミックボールの表面粗さが互いに異なる多数のオートテンショナのサンプルについて、その各サンプルのチェックバルブのシート面がどの程度摩耗するかを試験した結果を示す図

符号の説明

５ オートテンショナ
６ 底
７ シリンダ
８ スリーブ
１０ プランジャ
１１ 圧力室
１２ リザーバ室
１３ チェックバルブ
１４ 油通路
１５ セラミックボール
１６ シート面
１７ リテーナ
１９ ロッド
２２ リターンスプリング

Claims (2)

1. 下部に底（６）を有するシリンダ（７）内に有底のスリーブ（８）を嵌め合わせ、そのシリンダ（７）内に作動油を溜め、前記スリーブ（８）内にプランジャ（１０）を摺動可能に挿入してシリンダ（７）内を圧力室（１１）とリザーバ室（１２）に区画し、リザーバ室（１２）側から圧力室（１１）側への作動油の流れのみを許容するチェックバルブ（１３）を設けた油通路（１４）を介して前記圧力室（１１）とリザーバ室（１２）を連通し、前記プランジャ（１０）と軸方向に一体に移動するロッド（１９）を設け、そのロッド（１９）を圧力室（１１）の容積が拡大する方向に付勢するリターンスプリング（２２）を設けたオートテンショナ（５）において、
   前記チェックバルブ（１３）が、前記油通路（１４）の圧力室（１１）側の端部に設けられたシート面（１６）に接触、離反して油通路（１４）を開閉するセラミックボール（１５）と、そのセラミックボール（１５）の移動範囲を規制するリテーナ（１７）とからなり、前記シート面（１６）がＳＣＲ４２０で形成され、前記セラミックボール（１５）が窒化珪素で形成され、そのセラミックボール（１５）の表面粗さがＲａ０．０１以下であることを特徴とするオートテンショナ。
2. 前記油通路（１４）の圧力室（１１）側の端部がプランジャ（１０）の下面に開口し、その開口を前記セラミックボール（１５）が開閉するようにした請求項１に記載のオートテンショナ。

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