JP5917847B2 - チェーンガイドおよびチェーン伝動装置 - Google Patents

Description

この発明は、トルク伝達用チェーンの走行を案内す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。

自動車エンジンは、クランク軸の回転をタイミングチェーン（以下、単に「チェーン」という）を介してカム軸に伝達し、そのカム軸の回転により燃焼室のバルブを開閉する。

このようなカム軸駆動用のチェーン伝動装置として、クランク軸に取り付けられた駆動スプロケットと、カム軸に取り付けられた従動スプロケットと、駆動スプロケットと従動スプロケットの間に掛け渡されたチェーンと、そのチェーンの弛み側に配置された揺動可能なチェーンガイドと、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、チェーンの張り側に配置された固定のチェーンガイドとを有するものが多く用いられる。

ここで、揺動側のチェーンガイドは、チェーンテンショナの付勢力でチェーンを押圧することによりチェーンの張力を一定に保ち、固定側のチェーンガイドは、理想的なチェーンの走行ラインを保ちながらチェーンの振動を抑制する。

かかるチェーン伝動装置で使用される揺動側のチェーンガイドや固定側のチェーンガイドとして、チェーン走行方向に沿って延びる案内面をチェーンに滑り接触させる形式のものが知られているが、この滑り形式のチェーンガイドは、チェーンに対する接触が滑り接触なので、チェーンの走行抵抗が大きく、トルクの伝達ロスが大きいという問題がある。

このような問題を解消するため、本願発明の発明者らは、チェーンの走行方向に延びるガイドベースと、そのガイドベースにチェーンの走行方向に沿って間隔をおいて取り付けられた複数のローラ軸と、その各ローラ軸に回転可能に支持されたローラとからなり、そのローラの円筒状の外周面で前記チェーンを案内するチェーンガイドを提案している（特許文献１）。

このチェーンガイドは、チェーンに対する接触が転がり接触なので、チェーンの走行抵抗が小さく、トルクの伝達ロスが小さいという特徴がある。

国際公開２０１０／０９０１３９号

ところで、この発明の発明者らは、上記転がり形式のチェーンガイドの性能を評価するために、クランク軸に取り付けた駆動スプロケットとカム軸に取り付けた従動スプロケットの間にチェーンを掛け渡し、そのチェーンの走行を転がり形式のチェーンガイドで案内する試験機を製作し、その試験機のクランク軸を、０を超える値から６５００ｒｐｍまでの範囲で回転させる試験を行なった。

その結果、転がり形式のチェーンガイドを使用することによって、滑り形式のチェーンガイドを使用した場合よりも、チェーンの走行抵抗を２０〜５０％程度低減できることを確認することができたが、その一方で、転がり形式のチェーンガイドを使用した場合の方が、滑り形式のチェーンガイドを使用した場合よりも、チェーンの走行音が大きくなりやすいことが分かった。

この発明が解決しようとする課題は、静粛性に優れたチェーンガイドを提供することである。

本願発明の発明者らは、転がり形式のチェーンガイドを使用した場合にチェーンの走行音が大きくなる原因を究明したところ、エンジンのカム軸駆動用のチェーンを案内するときにローラが高速で回転した状態でチェーンに接触するので、ローラの外周面にわずかな寸法誤差があるだけでもチェーンとローラの間の接触圧が変動し、この接触圧の変動によってチェーンが振動することが、チェーンの走行音の原因の一つになっていることを見出した。

そして、上記課題を解決するため、この発明では、チェーンの走行方向に延びるガイドベースと、そのガイドベースにチェーンの走行方向に沿って間隔をおいて取り付けられた複数のローラ軸と、その各ローラ軸に回転可能に支持されたローラとからなり、そのローラの円筒状の外周面で前記チェーンを案内するチェーンガイドにおいて、前記ローラの外周面の円筒度を２０μｍ以下に設定したのである。

このようにすると、ローラが高速で回転した状態でチェーンに接触しているときに、チェーンとローラの間の接触圧が変動しにくいので、チェーンが振動しにくく、チェーンの走行音を効果的に抑えることができる。

外輪の内側に複数のころを組み込んだころ軸受を、単独で前記ローラとして使用することができ、このとき、ころ軸受の外輪の外周面が前記ローラの外周面となる。この外輪は、熱処理が施された熱処理品とすることにより外周面の耐摩耗性を確保することができるが、外輪に熱処理を施すと、熱歪みによって外輪の外周面の円筒度が低下してしまう。そこで、外輪の肉厚は１．０ｍｍ以上に設定すると好ましい。このようにすると、外輪の剛性が高くなるので、熱処理を施したときに円筒度が低下しにくくなり、外周面の円筒度が２０μｍ以下の外輪を得ることが可能となる。

前記外輪としては、鋼板の絞り加工により形成されたシェル形外輪を使用すると、削り加工により形成したソリッド形外輪を使用するよりも低コストである。一般に、シェル形外輪の肉厚は、絞り加工の容易化を図るために０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度に設定されるが、本願発明では、シェル形外輪の肉厚を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲に設定すると好ましい。肉厚を１．０ｍｍ以上とすると、シェル形外輪の剛性が高くなるので、熱処理を施したときの円筒度の低下が小さくなり、外周面の円筒度が２０μｍ以下のシェル形外輪を得ることが可能となる。また、シェル形外輪の肉厚が３．０ｍｍよりも大きいと、外輪を形成するための絞り加工を複数回に分けて段階的に行なう必要が生じ、絞り加工の設備費および金型費用が上昇するため、シェル形外輪の肉厚は３．０ｍｍ以下が好適である。

前記外輪は、外径が一定のストレート部と、そのストレート部の両端に設けられた断面円弧状のアール部と、そのアール部から径方向内向きに延びる鍔部とからなるものを使用することができる。このように、外輪の端部に断面円弧状のアール部を設けると、外輪の端部がガイドベースに接触した場合のガイドベースに対する攻撃性が低減され、ガイドベースの摩耗を防止することができる。

前記アール部の外面の円弧半径は、０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲に設定すると好ましい。円弧半径を０．５ｍｍ以上とすることにより、外輪の端部がガイドベースに接触した場合のガイドベースに対する攻撃性を効果的に低減することができる。また、円弧半径を１．５ｍｍ以下とすることにより、外輪の全長を抑えながらストレート部の長さを確保して、チェーンを安定して案内することが可能となる。

前記ローラ軸としては、熱処理された中実の円柱体を使用すると好ましい。このようにすると、ローラ軸が熱処理により硬化されているので、ローラ軸の耐摩耗性を確保することができる。また、ローラ軸が中実なので、熱歪みによるローラ軸の表面の円筒度の低下を抑えることができ、その結果、ローラの回転音を抑えることが可能となる。

また、この発明では、上記のチェーンガイドを用いたチェーン伝動装置として、駆動スプロケットと従動スプロケットの間に掛け渡されたチェーンと、そのチェーンの弛み側に設けられた揺動可能な上記のチェーンガイドと、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を有するチェーン伝動装置を提供する。

チェーンの張り側に固定のチェーンガイドを更に設ける場合、その固定のチェーンガイドにも上記チェーンガイドを使用することができる。

この発明のチェーンガイドは、ローラの外周面の円筒度が２０μｍ以下なので、ローラが高速で回転した状態でチェーンに接触しているときに、チェーンとローラの間の接触圧が変動しにくい。そのため、チェーンが振動しにくく、チェーンの走行音を効果的に抑えることができ、静粛性に優れる。

この発明の実施形態のチェーン伝動装置を示す概略図 図１に示すチェーンガイドの斜視図 図２に示すチェーンガイドの縦断面図 図３に示すチェーンガイドの右側面図 図３のV−V線に沿った断面図 図５に示すローラの拡大断面図 ガイドベースの一部とローラとを示す分解正面図

図１に、この発明の実施形態のチェーンガイド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軸１に固定して取り付けられた駆動スプロケット２と、カム軸３に固定して取り付けられた従動スプロケット４と、駆動スプロケット２と従動スプロケット４の間に掛け渡されたチェーン５を有し、このチェーン５を介してクランク軸１の回転をカム軸３に伝達し、そのカム軸３の回転により燃焼室のバルブ（図示せず）を開閉する。

エンジンが作動しているときのクランク軸１の回転方向は一定（図では右回転）であり、このときチェーン５は、クランク軸１の回転に伴って駆動スプロケット２に引き込まれる側の部分が張り側となり、駆動スプロケット２から送り出される側の部分が弛み側となる。そして、チェーン５の弛み側には、支点軸６を中心として揺動可能に支持されたチェーンガイド７と、チェーンガイド７をチェーン５に向けて押圧するチェーンテンショナ８とが設けられている。一方、チェーン５の張り側には、固定のチェーンガイド９が設けられている。

チェーンガイド７は、チェーン５に沿って上下に長く延び、その上端部に設けた挿入孔１０に支点軸６が挿入され、この支点軸６を中心に揺動可能に支持されている。チェーンガイド７の揺動端部にはチェーンテンショナ８が接触しており、このチェーンテンショナ８によってチェーンガイド７はチェーン５に向けて押圧されている。

チェーンガイド９も、チェーンガイド７と同様に、チェーン５に沿って上下に長く延びる形状である。チェーンガイド９は、上下両端部にそれぞれ設けられた挿入孔１３にボルト１４が挿入され、このボルト１４の締め付けによって固定されている。

ここで、揺動側のチェーンガイド７と固定側のチェーンガイド９とを対比した場合、揺動側のチェーンガイド７は、一端部に揺動の支点軸６を挿入するための挿入孔１０が形成されているのに対し、固定側のチェーンガイド９は、両端部に固定用のボルト１４を挿入するための挿入孔１３が形成されている点で相違するが、その他の点では同一の構成である。

そのため、揺動側のチェーンガイド７について以下に説明し、固定側のチェーンガイド９については、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。

図２〜図４に示すように、チェーンガイド７は、チェーン５の走行方向に延びるガイドベース１５と、そのガイドベース１５にチェーン５の走行方向に沿って間隔をおいて取り付けられた複数のローラ軸１６と、その各ローラ軸１６に回転可能に支持されたローラ１７とからなる。

ガイドベース１５は、チェーン５の走行方向に沿って長く延びて各ローラ軸１６の両端を支持する対向一対の側板１８，１８と、隣り合うローラ軸１６の間に配置されて側板１８，１８同士を連結する連結部１９とを有する。連結部１９は、その両端が側板１８に固定され、側板１８の対向間隔を保持している。図３および図７に示すように、各側板１８の互いに対向する対向面には、ローラ軸１６の軸端を支持する円形凹部２０と、側板１８の凸側の縁から円形凹部２０に連通する軸導入溝２１とが設けられている。

図７に示すように、軸導入溝２１は、側板１８の凸側の縁から円形凹部２０に向かって次第に溝幅が狭くなるテーパ状に形成され、この軸導入溝２１を通じてローラ軸１６の軸端を円形凹部２０に導入するようになっている。ここで、円形凹部２０内に導入されたローラ軸１６の軸端が軸導入溝２１に逆戻りするのを防止するため、軸導入溝２１は、狭小部分の幅Ｄ_１が円形凹部２０の内径Ｄ_２よりも小さくなるよう形成されている。

円形凹部２０の内径Ｄ_２は、ローラ軸１６の軸端の外径ｄよりもわずかに小径とされ、ローラ軸１６の軸端が締め代をもって円形凹部２０に嵌合するようになっている。

ガイドベース１５は、繊維強化材を配合した合成樹脂の射出成形により形成することができる。合成樹脂としては、例えば、ナイロン６６やナイロン４６などのポリアミド（ＰＡ）を使用することができる。合成樹脂に配合する繊維強化材は、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などを使用することができる。ガイドベース１５はアルミニウム合金やマグネシウム合金等の軽金属で形成してもよい。

ローラ軸１６は、ＳＵＪ２やＳＣ材等の鋼材で形成された中実の円柱体であり、表面の耐摩耗性を向上させるために熱処理が施されている。熱処理としては、光輝焼入れ、高周波焼入れが挙げられる。このように、ローラ軸１６を中空構造ではなく中実構造とすることにより、熱歪みによるローラ軸１６の表面の円筒度の低下を抑えることができ、その結果、ローラ１７の回転音を抑えることが可能となっている。

図５、図６に示すように、ローラ１７は、ローラ軸１６の外周に回転可能に装着され、ローラ１７の円筒状の外周面１７ａがチェーン５に接触して案内を行なう。ここで、ローラ１７は、外輪２２と、外輪２２の内側に組み込まれた複数のころ２３と、これらのころ２３を保持する保持器２４とからなるころ軸受である。

図６に示すように、外輪２２は、ＳＰＣやＳＣＭ等の鋼板をカップ状に絞り加工したシェル形外輪であり、外径が一定のストレート部２２Ａと、そのストレート部２２Ａの両端に設けられた断面円弧状のアール部２２Ｂと、そのアール部２２Ｂから径方向内向きに延びる鍔部２２Ｃとからなる。外輪２２の端部に断面円弧状のアール部２２Ｂを設けると、外輪２２の端部がガイドベース１５に接触した場合のガイドベース１５に対する攻撃性が低減され、ガイドベース１５の摩耗を防止することができる。

この外輪２２は、熱処理を施すことにより硬化した熱処理品であり、熱処理によって外周面１７ａの耐摩耗性が確保されている。外輪２２の熱処理としては、高周波焼入れ、浸炭処理、浸炭窒化処理が挙げられる。また、外輪２２の外周面１７ａの円筒度は、熱処理後の状態で２０μｍ以下となっている。

ここで、外周面１７ａの円筒度とは、外周面１７ａ上のすべての点が２つの同軸円筒の間にあり、その２つの円筒の半径方向の間隔が最小となるような同軸円筒を想定した場合の、２つの円筒の半径方向の間隔である。

一般に、外径が２５ｍｍ以下のシェル形外輪の肉厚は、絞り加工の容易化を図るために０．５ｍｍ〜０．８ｍｍ程度に設定されるが、ここでは、外輪２２の肉厚を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲に設定している。外輪２２の肉厚を１．０ｍｍ以上とすると、外輪２２の剛性が高くなるので、熱処理を施したときに外周面１７ａの円筒度が低下しにくくなり、外周面１７ａの円筒度が２０μｍ以下のシェル形外輪を得ることが可能となる。また、外輪２２の肉厚が３．０ｍｍよりも大きいと、外輪２２を形成するための絞り加工を複数回に分けて段階的に行なう必要が生じ、絞り加工の設備費および金型費用が上昇するため、外輪２２の肉厚は３．０ｍｍ以下が好適である。

外輪２２のストレート部２２Ａの外径は１０ｍｍ〜２５ｍｍの範囲に設定されている。アール部２２Ｂの外面の円弧半径ｒは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲に設定されている。円弧半径ｒを０．５ｍｍ以上とすることにより、外輪２２の端部がガイドベース１５の側板１８に接触した場合の側板１８に対する攻撃性を効果的に低減することができる。また、円弧半径ｒを１．５ｍｍ以下とすることにより、外輪２２の全長を抑えながらストレート部２２Ａの長さを確保して、チェーン５を安定して案内することが可能となる。

次に、上記構成からなるチェーン伝動装置の動作例を説明する。

エンジンが作動しているとき、駆動スプロケット２と従動スプロケット４の間でチェーン５が走行し、そのチェーン５によってクランク軸１からカム軸３にトルクが伝達される。このとき、揺動側のチェーンガイド７は、チェーンテンショナ８の付勢力でチェーン５を押圧することによりチェーン５の張力を一定に保ち、固定側のチェーンガイド９は、理想的なチェーン５の走行ラインを保ちながらチェーン５の振動を抑制する。

ここで、チェーンガイド７，９の各ローラ１７は、チェーン５を構成する各コマの背側の縁に接触しながら回転し、チェーン５とチェーンガイド７，９の接触が転がり接触なので、チェーン５の走行抵抗が小さく、トルクの伝達ロスが小さい。

一般に、エンジンのクランク軸の回転数は最大で８０００ｒｐｍ程度であるが、クランク軸が３０００ｒｐｍで回転するときでも、ローラ１７は６０００ｒｐｍ〜９０００ｒｐｍ程度の高速で回転する。このように、ローラ１７は高速で回転した状態でチェーン５に接触するので、ローラ１７の外周面１７ａにわずかな寸法誤差があるだけでもチェーン５とローラ１７の間の接触圧が変動し、この接触圧の変動によってチェーン５が振動し、チェーン５の走行音が大きくなる可能性がある。

これに対し、この実施形態のチェーンガイドは、ローラ１７の外周面１７ａの円筒度が２０μｍ以下に設定されているので、ローラ１７が高速で回転した状態でチェーン５に接触しているときに、チェーン５とローラ１７の間の接触圧が変動しにくい。そのため、チェーン５が振動しにくく、チェーン５の走行音を効果的に抑えることができ、静粛性に優れる。

上記実施形態では、ローラ１７を軽量化してチェーン５の走行抵抗を最小限に抑えるために、ころ軸受を単独でローラ１７として用い、外輪２２の外周面がローラ１７の外周面１７ａとなるようにしているが、ころ軸受の外輪２２の外側に樹脂製の円筒部材を締め代をもって嵌め合わせ、その円筒部材の外周面がローラ１７の外周面１７ａとなるようにしてもよい。また、外輪２２として、削り加工により形成したソリッド形外輪を使用することも可能であり、ころ軸受にかえて他の形式の軸受を用いることも可能である。ここで、ころ軸受とは、円筒ころ軸受および針状ころ軸受をいう。

クランク軸１の回転をカム軸３に伝達するチェーン５としては、サイレントチェーンのほか、ローラチェーンや、ローラチェーンからローラを省いたブシュチェーン等を採用することができる。

２ 駆動スプロケット
４ 従動スプロケット
５ チェーン
７ チェーンガイド
８ チェーンテンショナ
９ チェーンガイド
１５ ガイドベース
１６ ローラ軸
１７ ローラ
１７ａ 外周面
２２ 外輪
２２Ａ ストレート部
２２Ｂ アール部
２２Ｃ 鍔部
２３ ころ
ｒ 円弧半径

Claims (8)

1. チェーン（５）の走行方向に延びるガイドベース（１５）と、そのガイドベース（１５）にチェーン（５）の走行方向に沿って間隔をおいて取り付けられた複数のローラ軸（１６）と、その各ローラ軸（１６）に回転可能に支持されたローラ（１７）とからなり、そのローラ（１７）の円筒状の外周面（１７ａ）で前記チェーン（５）を案内するチェーンガイドにおいて、
   前記ローラ（１７）が、鋼板で形成されたシェル形外輪を外輪（２２）とするころ軸受であり、そのローラ（１７）の外周面（１７ａ）の円筒度が２０μｍ以下であり、
   前記シェル形外輪（２２）が、前記チェーン（５）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。
2. 前記外輪（２２）の肉厚が１．０ｍｍ以上である請求項１に記載のチェーンガイド。
3. 前記外輪（２２）の肉厚が３．０ｍｍ以下である請求項２に記載のチェーンガイド。
4. 前記外輪（２２）が、外径が一定のストレート部（２２Ａ）と、そのストレート部（２２Ａ）の両端に設けられた断面円弧状のアール部（２２Ｂ）と、そのアール部（２２Ｂ）から径方向内向きに延びる鍔部（２２Ｃ）とからなる請求項３に記載のチェーンガイド。
5. 前記アール部（２２Ｂ）の外面の円弧半径（ｒ）を０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲に設定した請求項４に記載のチェーンガイド。
6. 前記ローラ軸（１６）が、中実の円柱体である請求項１から５のいずれかに記載のチェーンガイド。
7. 駆動スプロケット（２）と従動スプロケット（４）の間に掛け渡されたチェーン（５）と、そのチェーン（５）の弛み側に設けられた揺動可能なチェーンガイド（７）と、そのチェーンガイド（７）をチェーン（５）に向けて押圧するチェーンテンショナ（８）とを有するチェーン伝動装置において、
   前記チェーンガイド（７）が請求項１から６のいずれかに記載のチェーンガイドであることを特徴とするチェーン伝動装置。
8. 前記チェーン（５）の張り側に設けられた固定のチェーンガイド（９）を更に有し、そのチェーンガイド（９）が請求項１から６のいずれかに記載のチェーンガイドである請求項７に記載のチェーン伝動装置。

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