JP5897345B2 - タイミングチェーン駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの動弁駆動系のタイミングチェーンに弛みが生じないように張力を付与するタイミングチェーン駆動装置に関するものである。

タイミングチェーン駆動装置は、駆動スプロケットと従動スプロケットに無端状に架け渡されたタイミングチェーンの途中部分に、タイミングチェーンに接触するチェーンガイドを設置し、チェーンガイドの少なくとも一つをタイミングチェーンの走行方向と略直角方向に押し付けることによって、高速で走行するタイミングチェーンに弛みが生じないように張力が付与されている。

チェーンガイドは、チェーンと接触しながら案内するものであるから、タイミングチェーンとの間で摩擦による摺動抵抗が発生し、騒音やメカニカルロスが大きくなるという問題が生じる。

このチェーンガイドの騒音やメカニカルロスを抑制する技術として、特許文献１あるいは特許文献２に記載のものが知られている。これらの文献に記載のチェーンガイドは、タイミングチェーンの走行方向に沿って湾曲形状に形成され、タイミングチェーンと接触する摺動面部にローラを配設し、高速で走行するタイミングチェーンをローラが転がりながら押圧することによって、摺動抵抗を減少させるものである。

特開平９−２３６１５７号公報 特開２０１０−１８０９００号公報

ところで、これらの文献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とローラとは強い摩擦力で接触するため、タイミングチェーンと接触するローラの強度向上と共に、摺動抵抗の軽減が要求される。タイミングチェーンは鉄製であり、チェーンと接触するローラの摩耗が問題となるため、特にローラに高い剛性が要求される。また、更なる低トルク化のため、タイミングチェーンに張力を付与するチェーンガイドだけでなく、タイミングチェーンが弛まないように案内するチェーンガイドの低トルク化も課題となる。

この発明は、上記の課題を解決するために、タイミングチェーンとの接触面の強度が高くて摺動抵抗が小さく、高速で走行するタイミングチェーンが接触しても摩耗しにくいチェーンガイドを用いたタイミングチェーン駆動装置を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、この発明のタイミングチェーンのテンショナ駆動装置は、クランク軸に連結されるクランクスプロケットとカムシャフトに連結されるカムスプロケットと、前記クランクスプロケットと前記カムスプロケットに無端状に巻き掛けたタイミングチェーンと、ころで転がり支持されたローラを複数有し、押圧装置によって張力を付与する第１のチェーンガイドと、ころで転がり支持されたローラを複数有し、タイミングチェーンの張り側を案内する第２のチェーンガイドを備えるものである。

第１のチェーンガイドと第２のチェーンガイドは、無端状に架け渡されたタイミングチェーンと接触する複数のローラと、この複数のローラの支持軸の両端を支持するタイミングチェーンの走行方向に沿って設けられた対向する側板部材とからなり、前記ローラが、前記支持軸の外周面に設けられた、タイミングチェーンに接触する鋼製の外輪を有するころ軸受からなる。

なお、この発明において、ころ軸受とは、針状ころ、円筒ころを含む概念で使用する。

前記ころ軸受は、両端に内向きの鍔部を有する鋼製の外輪と、この外輪内に組込まれる保持器付きのころとからなるものを使用することができる。

前記鋼製の外輪は、プレス成形によって形成されるが、削り出し成形によって形成してもよい。

前記外輪の硬度は、高速で走行するタイミングチェーンが接触しても摩耗しにくいように、タイミングチェーンの硬度よりも高いものを使用することが好ましい。

前記外輪の母線形状は、タイミングチェーンとの点接触による局部高面圧を避けるために、太鼓状又はストレート形状が望ましい。

前記外輪の表面には、潤滑油の保持性能を向上させるために、微小な凹凸を形成することが好ましい。

また、前記外輪の表面は、窒化処理を施して強度を向上させてもよい。

前記外輪の真円度は、振動を軽減し、静粛性を図るために、２０μｍ以下が望ましい。

前記第１のチェーンガイドと第２のチェーンガイドは、無端状に架け渡されたチェーンの途中部分に配置され、第１のチェーンガイドを、一端側が回転軸によって支持され、他端側が押圧装置によって揺動してタイミングチェーンに張力を付与するように構成し、第２のチェーンガイドを、両端が固定されてタイミングチェーンの張り側に押し付けられるように構成することにより、メカニカルロスの少ない優れたタイミングチェーンのテンショナ駆動装置にすることができる。

この発明のタイミングチェーン駆動装置は、タイミングチェーンに、ころで転がり支持された複数のローラを接触させて張力を付与するので、メカニカルロスが少なく、高速で走行するタイミングチェーンが接触しても摩耗しにくい。

この発明に係るタイミングチェーン駆動装置の一例を示す正面図である。 この発明に係るタイミングチェーン駆動装置に使用するチェーンガイドの一実施形態を示す斜視図である。 図２のチェーンガイドをチェーン側から見た平面図である。 図２のチェーンガイドの正面図である。 図２のチェーンガイドからローラを取り除いた状態を示す平面図の実施形態を示す正面図である。 図５のＡ−Ａ線の断面図である。 図６の部分拡大図である。 この発明のタイミングチェーン駆動装置に使用するチェーンガイドの一実施形態を示す横断面図である。 この発明のタイミングチェーン駆動装置に使用するチェーンガイドの他の実施形態を示す横断面図である。

この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

タイミングチェーン１は、図１に示すように、クランク軸に取付けられるクランクスプロケット２と、動弁機構の第１カムシャフトに取り付けられる第１カムスプロケット３及び第２カムシャフトに取り付けられる第２カムスプロケット４の間に無端状に巻き掛けられている。

クランクスプロケット２と第１カムスプロケット３間、及びクランクスプロケット２と第２カムスプロケット４の間のタイミングチェーン１には、それぞれタイミングチェーン１が緩まないように第１のチェーンガイド５ａと第２のチェーンガイド５ｂを配設している。

第１のチェーンガイド５ａは、長手方向の一端側が回転軸６によってエンジンに回転自在に支持され、他端側を押圧装置７によって揺動するように構成され、タイミングチェーン１に張力を付与している。

第２のチェーンガイド５ｂは、長手方向の両端が取付け軸８によってエンジンに対して固定され、張力が付与されたタイミングチェーン１が弛まないように案内している。

第１のチェーンガイド５ａと第２のチェーンガイド５ｂは、第１のチェーンガイド５ａが押圧装置７によって揺動するのに対し、第２のチェーンガイド５ｂが揺動しないでエンジンに対して固定される点で相違するのみで、タイミングチェーン１を案内する基本構造は同一であるので、以下、チェーンガイド５と総称して説明することにする。なお、チェーンガイド５は、チェーンレバーとも称される。

チェーンガイド５は、タイミングチェーン１に沿うように湾曲形状に形成された一対の側板部材９と、この側板部材間をつなぐ柱部材１０を備える。

さらに、前記側板部材９の長手方向両端には、貫通孔１１が設けられている。この貫通孔１１に軸(図示しない)を挿入し、例えば、エンジンカバーの内壁に取り付けられる。

なお、前記第１のチェーンガイド５ａのように、長手方向の一端側を回転軸によってエンジンに回転自在に支持し、他端側を押圧装置７によって揺動させて、タイミングチェーン１に張力を付与する場合には、側板部材９の貫通孔１１は、長手方向の一端側にのみ設ければよい。

第１のチェーンガイド５ａを押圧する押圧装置７は、バネやネジにより押圧するメカニカル方式のものでも、油圧により押圧する油圧式でもよい。

前記一対の側板部材９は、幅方向に所定の間隔を有し、側板部材９間にタイミングチェーン１と接触する複数のローラ１２が配列される。このローラ１２の配列は、湾曲形状の側板部材９に対して、均一なピッチでもよいし、タイミングチェーン１の走行方向の入口側にローラ１２が多く配列されるように、ピッチを異ならせてもよい。

側板部材９の対向壁面には、ローラ１２の支持軸１３の両端を支持する支持凹所１４が設けられている。

支持凹所１４は、図５、図６及び図７に示すように、前記タイミングチェーン１側の端面に開口する挿入凹所１４ａと、この挿入凹所１４ａに連続し、前記支持軸１３の端部が嵌まる円弧形状の固定凹所１４ｂとからなり、前記ローラ１２の支持軸１３の両端を、前記挿入凹所１４ａから前記固定凹所１４ｂ内に挿入して、前記側板部材９の両端を支持している。

前記支持凹所１４は、図６に示すように、側板部材９の湾曲形状に沿って複数配列され、支持凹所１４と支持凹所１４の間に柱部材１０が配置されている。

前記挿入凹所１４ａは、図７の拡大図に示すように、開口部ａが広く、固定凹所１４ｂに至る位置まで徐々に狭くなって行くテーパ状に形成され、挿入凹所１４ａと固定凹所１４ｂとが連なる位置の挿入口ｂの幅寸法が、円弧形状の固定凹所１４ｂの径φより小さく形成されている。

前記円弧形状の固定凹所１４ｂの径φは、前記支持軸１３の径より小さく形成され、前記支持軸１３が固定凹所１４ｂに圧入固定されるようになっている。

また、この支持凹所１４は、図２及び図３に示すように、側板部材９に非貫通状態で形成されている。これにより、挿入された支持軸１３の軸方向の移動が規制されている。

前記側板部材９及び柱部材１０は、この実施形態では、例えば、ジアミノンブタンとアジピン酸の重縮合によるポリマーであるポリアミド（ＰＡ）４６やポリアミド（ＰＡ）６６を用いた樹脂成形により一体に成形される。また、機械的強度を増すために、ガラス繊維や炭素繊維をＰＡ４６、ＰＡ６６に複合させたものを用いることもできる。

側板部材９と柱部材１０を樹脂で形成することにより、軽量化が図れる。また、側板部材９と柱部材１０と形成する樹脂は、摩擦熱を放熱するために、高熱伝導性のものを用いることもできる。

なお、側板部材９と柱部材１０は、樹脂以外でも、例えば、アルミニウム、マグネシウムなどの軽金属を用いて鋳造やダイカストによって形成することもできる。

前記ローラ１２は、図８に示すように、前記支持軸１３と、タイミングチェーン１と接触する鋼製の外輪１２ａを有するころ軸受とからなる。

前記ころ軸受は、両端に内向きの鍔部を有する鋼製の外輪１２ａと、この外輪１２ａ内に組込まれる保持器１２ｂ付きのころ１２ｃとからなるシェル型のラジアルころ軸受である。シェル型にすることにより、低コスト化および軽量化を図ることができる。

タイミングチェーン１と接触する外輪１２ａは、鋼製であるので、高強度である。このように、外輪１２ａを鋼製としたため、タイミングチェーン１が鋼製であっても摩耗せず、十分な強度を有することができる。

また、鋼製の外輪１２ａの硬度は、タイミングチェーン１の硬度よりも高い方が摩耗を防止することができる。

外輪１２ａの材質としては、ＳＵＪ２、ＳＣＭ等、熱処理により硬化処理が行えるものを使用している。

外輪１２ａの表面には、潤滑油の保持性能を向上させるために、微小な凹凸を形成してもよい。

また、外輪１２ａの表面は、硬化処理として窒化処理を施して強度を向上させてもよい。

前記外輪１２ａの表面の母線形状は、タイミングチェーン１との点接触による局部面圧を避けるために、太鼓状又はストレート形状が望ましい。

前記外輪１２ａは、プレス成形あるいは削り出し成形によって形成することができる。

プレス成形によって外輪１２ａを形成する場合には、両端の内向きの鍔部は、保持器１２ｂところ１２ｃを組み込んだ後に、縁曲げ加工を行い、組立後に熱処理することが好ましい。

前記外輪１２ａの真円度は、振動を軽減し、静粛性を図るために、２０μｍ以下が望ましい。

また、外輪１２ａの肉厚は、１ｍｍ以上が強度的に好ましい。

ころ１２ｃは、保持器１２ｂにより周方向に対して所定間隔に保持されている。保持器１２ｂとしては、柱部の形状がＶ型をしているＶ型保持器を使用している。保持器１２ｂを用いることにより、ころ１２ｃのスキューを防ぐとともに、ころ１２ｃの端面が外輪１２ａの鍔部と直接触れることを避け、また、側板部材９の摩耗を防ぐことができる。なお、保持器１２ｂを用いない総ころ構造の転がり軸受で構成してもよい。

次に、ローラ１２を対向する側板部材９に対して組み付けるには、まず、図６に示すように、支持軸１３の外周面にころを設けたローラ１２を用意する。そして、ローラ１２の支持軸１３の両端を、側板部材９の対向壁面に形成した支持凹所の挿入凹所１４ａに臨ませて、挿入凹所１４ａ内に落とし込むことにより、挿入凹所１４ａから固定凹所１４ｂ内に挿入する。この実施形態では、開口部ａは広く、挿入凹所１４ａはテーパ状に形成されているので、支持軸１３を挿入する際には、容易に支持軸１３を開口部ａから挿入口ｂを経て円弧状の固定凹所１４ｂに案内することができる。

そして、前記の実施形態によれば、円弧状の固定凹所１４ｂの径φは、支持軸１３の径より小さく形成しているので、支持軸１３は圧入されて固定凹所１４ｂに取り付けられる。この結果、支持軸１３の回転を抑制することができる。また、固定凹所１４ｂに連なる挿入口ｂの幅は、円弧状の固定凹所１４ｂの径φより小さく形成されているので、挿入口ｂが支持軸１３の抜け止め機能をはたしている。更に、支持凹所１４は側板部材９を非貫通状態で形成されているので、挿入される支持軸１３の軸方向の移動を規制することができる。

次に、対向する側板部材９の支持凹所１４に、ローラ１２の支持軸１３を嵌め入れた状態で、図２、図４、図５及び図８に示すように、ローラ１２を構成するころ軸の外輪１２ａが、側板部材９の端面よりも低い。これにより、タイミングチェーン１が、ローラ１２を構成するころ軸の外輪１２ａに接触しながら側板部材９の対向壁面間で案内されて、走行するタイミングチェーン１が側板部材９の対向壁面から外れることを防止している。

また、前記ローラ１２を構成するころ軸の外輪１２ａと側板部材９の端面までの高さは、図８に示すように、タイミングチェーン１を構成するプレート１ａを連結する連結ピン１ｂの位置よりも低くすることが望ましい。外輪１２ａと側板部材９の端面までの高さが、タイミングチェーン１を構成するプレート１ａを連結する連結ピン１ｂの位置よりも高い位置にあると、連結ピン１ｂが側板部材９の対向壁面に当たるので、好ましくない。

次に、図９は、この発明の他の実施形態のチェーンガイド５を示す横断面図である。この実施形態につき、上述した実施形態と共通する構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について以下に説明する。この実施形態では、図９に示すように、支持軸１３の中心部に油穴１５を設け、タイミングチェーン１と反対側の位置に油が排出される排出穴１５ａを設ける。そして、側板部材９に油穴１５と連なる穴１６を設ける。このように、油穴１５を設けることにより、軸受内部に油が供給できる。また、熱を逃がすこともできる。油穴１５の排出穴１５ａの方向は、上記のように、タイミングチェーン１と反対方向にするのが好ましく、これにより、軸受け内部へ油の供給がスムーズに行われる。さらに、油穴１５ａにより支持軸１３が中空になることにより、軽量化も図れる。

また、この発明の各実施形態のチェーンガイド５は、エンジンのタイミングチェーンの他、様々な駆動チェーンに張力を付与することができ、しかもメカニカルロスを低減することができる。

そして、この発明のチェーンガイド５を使用するチェーンテンショナ駆動装置は、図９に示すように、一端の貫通孔１１に回転軸６を挿通し、他端側を押圧装置７によって揺動する第１チェーンガイド５ａと、両端が取付け軸８によってエンジンに対して固定した第２チェーンガイド５ｂとによって構成される。このチェーンテンショナ駆動装置によれば、エンジンのタイミングチェーンのメカニカルロスの低減並びに軽量化が図られ、燃料消費率を向上させることができる。

なお、タイミングチェーン１は、ローラーチェーンでも、サイレントチェーンのいずれでも使用することができる。

また、以上の実施形態では、側板部材９と柱部材１０とを一体に形成した例を示したが、両者を分割して別体に形成してもよい。

１ タイミングチェーン
２ クランクスプロケット
３ 第１のカムスプロケット
４ 第２のカムスプロケット
５ チェーンガイド
５ａ 第１のチェーンガイド
５ｂ 第２のチェーンガイド
６ 回転軸
７ 押圧装置
８ 取付け軸
９ 側板部材
１０ 柱部材
１１ 貫通孔
１２ ローラ
１２ａ 外輪
１２ｂ 保持器
１２ｃ ころ
１３ 支持軸
１４ 支持凹所
１４ａ 挿入凹所
１４ｂ 固定凹所
１５ 油穴
１５ａ 排出穴
１６ 穴

Claims (3)

1. クランク軸に連結されるクランクスプロケットと、カムシャフトに連結されるカムスプロケットと、前記クランクスプロケットと前記カムスプロケットに無端状に巻き掛けたタイミングチェーンと、ころで転がり支持されたローラを複数有し、押圧装置によって張力を付与する第１のチェーンガイドと、ころで転がり支持されたローラを複数有し、タイミングチェーンの張り側を案内する第２のチェーンガイドを備え、第１のチェーンガイドと第２のチェーンガイドのローラは、軸方向に所定の間隔を有する一対の側板部材の間に配設され、ローラの外周面が前記一対の側板部材の端面よりも低く配設され、ころで転がり支持されたローラで構成されるころ軸受が、両端に内向きの鍔部を有する、タイミングチェーンに接触する鋼製の外輪と、この外輪内に組込まれる保持器付きのころとからなることを特徴とするタイミングチェーン駆動装置。
2. 第１のチェーンガイドと第２のチェーンガイドのうちの第１のチェーンガイドが、一端側が回転軸によって支持され、他端側が前記押圧装置によって揺動してタイミングチェーンに張力を付与するように構成され、第２のチェーンガイドが、両端が固定されてタイミングチェーンの張り側を案内するように構成されている請求項１に記載のタイミングチェーン駆動装置。
3. 前記外輪の硬度が、チェーンの硬度よりも高い請求項１又２に記載のタイミングチェーン駆動装置。
   

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