JP5706259B2

JP5706259B2 - チェーンガイドおよびチェーン伝動装置

Info

Publication number: JP5706259B2
Application number: JP2011158983A
Authority: JP
Inventors: 加藤　晃央; 晃央加藤; 真司大石
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-07-20
Also published as: JP2013024313A

Description

この発明は、チェーンの張力調整用として、あるいは、チェーンの移動案内用として使用されるチェーンガイドおよびそのチェーンガイドを用いたチェーン伝動装置に関する。

クランク軸に取付けた駆動スプロケットとカム軸に取付けた従動スプロケット間にタイミングチェーンを掛け渡したカム軸駆動用のチェーン伝動装置においては、タイミングチェーンの弛み側チェーンの一側方に揺動可能なチェーンガイドを設け、そのチェーンガイドの揺動側端部にチェーンテンショナの調整力を負荷してタイミングチェーンを緊張させ、チェーンの緩みやバタツキを防ぐようにしている。

また、タイミングチェーンの張り側チェーンにチェーンガイドを固定し、その固定のチェーンガイドによってタイミングチェーンの移動を案内してバタつきを抑制するようにしている。

ここで、タイミングチェーンの張力調整用や移動案内用のチェーンガイドとして、タイミングチェーンを滑り接触によって面案内する形式のものが知られているが、タイミングチェーンの移動抵抗が大きく、伝達トルクロスが多いという問題がある。

そのような問題点を解決するため、特許文献１においては、タイミングチェーンの移動方向に長く延びるガイドベースによって曲線状に配置された複数のローラ軸の両端部を支持し、その複数のローラ軸のそれぞれによってころ軸受からなるローラを回転自在に支持し、その複数のローラによりタイミングチェーンを移動自在に支持するようにしたチェーンガイドを提案している。

上記のチェーンガイドにおいては、タイミングチェーンの案内が複数のローラの転がりによる案内であるため、タイミングチェーンの移動抵抗が小さく、伝達トルクロスが少ないという特徴を有している。

国際公開２０１０／０９０１３９号

ところで、上記特許文献１に記載されたチェーンガイドにおいては、タイミングチェーンの移動を案内するローラの表面硬さについて何も言及されていない。その表面硬さが必要以上に低いローラが採用されると、高速度で移動するタイミングチェーンとの接触により外径面が早期に摩耗することになる。また、その摩耗を抑制するため、ローラの表面硬さを必要以上に高くすると、ローラの製造が困難となってコストが高くなり、割れが発生し易くなる。

この発明の課題は、チェーンガイドにおけるチェーン案内用ローラの外径面の摩耗を抑制して長寿命化を図ることである。

上記の課題を解決するために、この発明に係るチェーンガイドにおいては、タイミングチェーンの外周一部に配置されて、そのタイミングチェーンの移動方向に長く延びる側板部を有するガイドベースと、そのガイドベースの側板部に形成された軸支持部により支持されて、その側板部の長さ方向に間隔をおいて設けられた複数のローラ軸と、その複数のローラ軸のそれぞれに回転自在に支持されたチェーン案内用の複数のローラとからなるチェーンガイドにおいて、前記ローラの表面硬度を、前記タイミングチェーンの表面硬度に対してロックウェル硬さで４ポイント以上硬くした構成を採用したのである。

また、この発明に係るチェーン伝動装置においては、駆動スプロケットと従動スプロケット間にタイミングチェーンを掛け渡し、そのタイミングチェーンの弛み側チェーンの一側部に、タイミングチェーンの移動を案内する揺動可能なチェーンガイドを設け、そのチェーンガイドの揺動側端部にチェーンテンショナの調整力を負荷して、その揺動側端部をタイミングチェーンに押し付けるようにしたチェーン伝動装置において、前記チェーンガイドとして、この発明に係る上記のチェーンガイドを採用したのである。

上記の構成からなるチェーン伝動装置において、タイミングチェーンの張り側チェーンの一側方に、タイミングチェーンの移動を案内する固定のチェーンガイドを設け、その固定チェーンガイドとして、この発明に係る上記のチェーンガイドを採用することによってタイミングチェーンのバタつきを効果的に抑制することができる。

この発明に係るチェーンガイドにおいては、上記のように、ローラの表面硬度を、タイミングチェーンの表面硬度に対してロックウェル硬さで４ポイント以上硬くすることによってローラの外径面の摩耗を抑制することができる。

ここで、タイミングチェーンには、ローラチェーンやサイレントチェーンが存在する。これらのタイミングチェーンにおいては、ピンにより屈曲自在に連結されるプレートの表面硬度がロックウェル硬さでＨＲＣ５０〜５４程度であるため、ローラの表面硬度はロックウェル硬さでＨＲＣ５８以上のものを用いるのが好ましい。

上記ロックウェル硬さが必要以上に高くなると、ローラの製造が困難となってコストが高くなり、また、靱性が低下して割れが生じ易くなるため、ローラの表面硬度は、ロックウェル硬さでＨＲＣ６４以下とするのが好ましい。

上記のような表面硬度の高いローラの形成に際しては、高炭素鋼をローラ素材とし、ローラ形成後に、高周波焼入れし、あるいは、光輝焼入れする加工方法や、低炭素鋼をローラ素材とし、ローラ形成後に浸炭焼入れし、あるいは、浸炭窒化焼入れする加工方法を採用することができる。

ローラとして、外輪およびその内側に組み込まれた複数のころを有する針状ころ軸受や円筒ころ軸受を採用することによって、チェーンとの接触によってローラを円滑に回転させることができ、チェーンの移動抵抗を大幅に低減させることができる。

この発明においては、上記のように、ローラの表面硬度を、チェーンの表面硬度に対してロックウェル硬さで４ポイント以上硬くしたことによってローラの外径面の摩耗を抑制し、長寿命化を図ることができる。

この発明に係るチェーン伝動装置の実施の形態を示す概略図この発明に係るチェーンガイドの斜視図図２の縦断面図図３の右側面図図３のV−V線に沿った断面図図５に示すローラの断面図ガイドベースの一部とローラとを示す分解正面図針状ころ軸受の他の例を示す断面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、カム軸駆動用のチェーン伝動装置を示し、クランク軸１の軸端部に取付けられた駆動スプロケット２と２本のカム軸３のそれぞれ軸端部に取付けられた従動スプロケット４間にはタイミングチェーン５が掛け渡されている。

タイミングチェーン５はローラチェーンであっても、サイレントチェーンであってもよい。

クランク軸１は、図１の矢印で示す方向に回転する。そのクランク軸１の回転により、タイミングチェーン５が同図の矢印で示す方向に移動し、駆動スプロケット２から同図の左側に位置する一方の従動スプロケット４に至る部分が弛み側とされ、他方の従動スプロケット４から駆動スプロケット２に至る部分が張り側とされ、上記弛み側チェーン５ａの一側部にチェーンガイドＡ_１が設けられている。

チェーンガイドＡ_１は、タイミングチェーン５の移動方向に長く延び、その上端部がエンジンブロックから突設する支点軸１４により支持されて、その支点軸１４を中心に揺動可能とされ、下側の揺動側端部には、チェーンテンショナ１５の調整力が負荷されて弛み側チェーン５ａに向けて押圧されている。

タイミングチェーン５における張り側チェーン５ｂの他側部にはチェーンガイドＡ_２が設けられている。このチェーンガイドＡ_２は、揺動可能なチェーンガイドＡ_１と同様に、タイミングチェーン５の移動方向に長く延び、その両端部がエンジンブロックにねじ込まれるボルト１６の締め付けにより固定されて、タイミングチェーン５の移動を案内するようになっている。

ここで、揺動可能なチェーンガイドＡ_１と固定のチェーンガイドＡ_２とは、同一の構成とされ、揺動可能なチェーンガイドＡ_１が一端部に軸挿入用の挿入孔が形成されているのに対し、固定のチェーンガイドＡ_２が両端部にボルト挿入用の挿入孔が形成されている点でのみ相違している。

そのため、ここでは、揺動可能なチェーンガイドＡ_１の構成について以下に説明し、固定配置のチェーンガイドＡ_２については同一の部分に同一の符号を付して説明を省略する。

図２乃至図４に示すように、チェーンガイドＡ_１は、タイミングチェーン５の移動方向に長く延びるガイドベース２１と、そのガイドベース２１の長さ方向に間隔をおいて設けられた複数のローラ軸３１と、その複数のローラ軸３１のそれぞれに回転自在に支持されたチェーン案内用の複数のローラ４１とからなっている。

ガイドベース２１は、対向一対の側板部２２間に複数の間隔保持板２３を長さ方向に間隔をおいて形成した構成とされている。一対の側板部２２は弓形状をなし、その上端部に支点軸１４が挿入される挿入孔２４が形成されている。

また、一対の側板部２２の対向内面には、ローラ軸３１の軸端部を支持する複数の軸受凹部２５が側板部２２の長さ方向に間隔をおいて形成されている。

図７に示すように、軸受凹部２５は、側板部２２のタイミングチェーン５と対向する外側面部から側板部２２の幅方向に向き、上記外側面部での開口端が広幅とされたテーパ溝部２５ａと、そのテーパ溝部２５ａの狭小端に連通する軸支持部としての円形凹部２５ｂとからなっている。ローラ軸３１は、テーパ溝部２５ａから円形凹部２５ｂに嵌合され、その円形凹部２５ｂで支持される。

ここで、テーパ溝部２５ａの狭小部の幅寸法をＤ_１、円形凹部２５ｂの内径をＤ_２、ローラ軸３１の外径をｄとすると、ｄ＞Ｄ_２＞Ｄ_１の関係が成り立つ寸法関係とされており、ローラ軸３１は、テーパ溝部２５ａから円形凹部２５ｂに押し込まれて、その円形凹部２５ｂに締め代をもつ嵌め合い支持とされる。

複数の軸受凹部２５は、その円形凹部２５ｂの中心を結ぶ線が凸形の円弧状線を描く円弧状の配置とされているが、曲線状の配置とされていてもよい。

上記の構成からなるガイドベース２１は、合成樹脂の成形品とされている。合成樹脂として耐油性、耐候性および強度的に優れた樹脂を用いるのが好ましい。そのような樹脂として、ポリアミド４６（ＰＡ４６）やポリアミド６６（ＰＡ６６）を挙げることができる。機械的強度をさらに向上させるために、それらの樹脂に強化ガラス繊維を混入するのが好ましい。

なお、ガイドベース２１は、アルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属を用いて鋳造し、あるいは、ダイカスト成形してもよい。

複数のローラ軸３１は、複数の軸受凹部２５のそれぞれに嵌合されている。ローラ軸３１は、ＳＵＪ２やＳＣ材を素材としている。このローラ軸３１は、耐摩耗性を向上させるため、熱処理されて硬度が高められている。熱処理として、ここでは、光輝焼入れを採用しているが、高周波焼入れしてもよく、浸炭焼入れしてもよい。あるいは、浸炭窒化焼入れしてもよい。

複数のローラ４１は、複数のローラ軸３１のそれぞれによって回転自在に支持されている。図６に示すように、ローラ４１として、ここでは、針状ころ軸受が採用されている。針状ころ軸受４１は、外輪４２と、その内側に組み込まれた複数の針状ころ４３と、その針状ころ４３を保持する保持器４４とからなる。

外輪４２は、ＳＰＣやＳＣＭ等の低炭素鋼を素材とし、絞り成型により形成されてシェル型とされ、熱処理により硬化処理されて表面高度がＨＲＣ５８〜７４程度とされている。熱処理として、浸炭焼入や浸炭窒化焼入を採用することができる。あるいはＳＵＪ２やＳＣ材等の高炭素鋼を素材とし、光輝焼入や高周波焼入を採用することができる。

外輪４２は、チェーン伝動装置に採用されるタイミングチェーン５の硬度に応じてその表面硬度がロックウェル硬さで４ポイント以上のものが採用される。

なお、外輪４２は削り出しによって形成されたものであってもよい。また、針状ころ軸受に代えて円筒ころ軸受を採用するようにしてもよい。針状ころ軸受や円筒ころ軸受は、保持器のない総ころタイプのものであってもよい。

実施の形態で示すチェーン伝動装置は上記の構造からなり、駆動スプロケット２と従動スプロケット４間に掛け渡されたタイミングチェーン５の移動によってクランク軸１の回転をカム軸３に伝達するトルク伝達状態において、負荷の変動によりタイミングチェーン５の張力が変化すると、チェーンテンショナ１５により、緩みやバタツキが防止される。

クランク軸１の回転をカム軸３に伝達するトルク伝達時、揺動可能なチェーンガイドＡ_１および固定のチェーンガイドＡ_２のそれぞれのころ軸受からなるローラ４１は高速移動するタイミングチェーン５との接触により回転し、タイミングチェーン５は転がり案内される。

このように、タイミングチェーン５は、ローラ４１の転がりによって案内されるため、移動抵抗が小さく、タイミングチェーン５はスムーズに移動し、ロスなくトルク伝達されることになる。

また、チェーンガイドＡ_１および固定のチェーンガイドＡ_２の複数のローラ４１のそれぞれは、上記のように、タイミングチェーン５との接触により回転し、表面硬度が必要以上に低いローラ４１が採用されると、高速度で移動するタイミングチェーン５との接触により外径面が早期に摩耗し、耐久性に問題が生じる。

しかし、実施の形態では、ローラ４１として、その表面硬度がタイミングチェーン５の表面硬度に対してロックウェル硬さで４ポイント以上硬くされたローラ４１を採用するようにしているため、ローラ４１の表面がタイミングチェーン５との接触により早期に摩耗するという不都合の発生はなく、ローラ４１の外径面の摩耗を抑制し、長寿命化を図ることができる。

図８は、ローラ４１の他の例を示している。この例においては、針状ころ軸受のシェル形外輪４２の外径面に別体の外筒体５０を圧入し、その外筒体５０でタイミングチェーン５の移動を案内するようにしている。

この場合、外筒体５０をＳＵＪ２やＳＣＭ等の鋼で形成し、熱処理により硬化処理して、その表面硬度をＨＲＣ５８〜６４程度とし、タイミングチェーン５の硬度に応じてその表面硬度がロックウェル硬さで４ポイント以上のものを採用するようにする。

Ａ_１チェーンガイド
Ａ_２チェーンガイド
２駆動スプロケット
４従動スプロケット
５タイミングチェーン（チェーン）
２１ガイドベース
２２側板部
３１ローラ軸
４１ローラ（針状ころ軸受）
４２外輪
４３針状ころ

Claims

タイミングチェーンの外周一部に配置されて、そのタイミングチェーンの移動方向に長く延びる側板部を有するガイドベースと、そのガイドベースの側板部に形成された軸支持部により支持されて、その側板部の長さ方向に間隔をおいて設けられた複数のローラ軸と、その複数のローラ軸のそれぞれに回転自在に支持されたチェーン案内用の複数のローラとからなるチェーンガイドにおいて、
前記ローラは、炭素鋼の素材の絞り成形により形成されるとともに両端部に内向き鍔を有するシェル形外輪と、その外輪の内側に組み込まれた複数のころと、そのころを保持する保持器とからなるころ軸受であり、
前記シェル形外輪は、その表面硬度が、前記タイミングチェーンの表面硬度に対してロックウェル硬さで４ポイント以上硬くなるよう浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れされ、
前記シェル形外輪が、前記タイミングチェーンに直接接触して案内することを特徴とするチェーンガイド。
前記ローラのシェル形外輪の表面硬度が、ロックウェル硬さでＨＲＣ６４以下とされた請求項１に記載のチェーンガイド。
駆動スプロケットと従動スプロケット間にタイミングチェーンを掛け渡し、そのタイミングチェーンの弛み側チェーンの一側部に、タイミングチェーンの移動を案内する揺動可能なチェーンガイドを設け、そのチェーンガイドの揺動側端部にチェーンテンショナの調整力を負荷して、その揺動側端部をタイミングチェーンに押し付けるようにしたチェーン伝動装置において、
前記チェーンガイドが、請求項１または２に記載のチェーンガイドからなることを特徴とするチェーン伝動装置。
前記タイミングチェーンの張り側チェーンの一側方に、タイミングチェーンの移動を案内するチェーンガイドを設けて固定の配置とし、そのチェーンガイドが請求項１または２に記載のチェーンガイドからなる請求項３に記載のチェーン伝動装置。