JP6098077B2 - 逆止弁を有する油圧式テンショナ - Google Patents

Description

本発明は、逆止弁を有する油圧式テンショナに関するものである。

従来のエンジンのタイミングチェーンやタイミングベルト等は、騒音の発生を抑制し、適切な張力を維持するために、油圧式テンショナが併設されている（例えば特許文献１及び２参照）。図４に、油圧式テンショナが設置されたエンジンの一部を示す。エンジンは、２つのスプロケット４２、４３と、スプロケット４２、４３間で動力を伝達するためのチェーン４１を有している。このチェーン４１は、適切な張力を維持するために、一方に接触させられたレバー４０と他方に接触させられたガイド４４を有している。

このレバー４０は、油圧式テンショナ１Ｘにより、チェーン４１に向かって伸縮するように構成されている（図４白抜き矢印参照）。この油圧式テンショナ１Ｘは、ハウジング３と、ハウジング３に対して摺動自在に設置されたプランジャ５を有している。なお、ハウジング３は、エンジンのいずれかの部品に固定されている。

図５に、油圧式テンショナ１Ｘの断面図を示す。油圧式テンショナ１Ｘは、プランジャ収納穴１４を有するハウジング３と、プランジャ収納穴１４に摺動自在に嵌挿され且つ内部に圧力室４を設けたプランジャ５と、圧力室４に作動油を供給する経路に配置した逆止弁２Ｘを備えている。

このプランジャ５は、圧力室４に配置されたバネ６により、ハウジング３から突出する方向に付勢されている。また、逆止弁２Ｘは、圧力室４に連通された流体の供給路１０Ｘと、供給路１０Ｘを閉止及び開放する球状の弁体２０Ｘと、弁体２０Ｘを一定の範囲内で拘束するキャップ３０Ｘを有している。このキャップ３０Ｘは、流体を通過させる貫通孔３５Ｘを有している。更に、油圧式テンショナ１Ｘは、排出路７を有している。ここで、排出路７とは、プランジャ５に形成されたオリフィス穴や、プランジャ５とハウジング３の間の隙間のことを示す。

次に、油圧式テンショナ１Ｘの作動について説明する。エンジンの加速等により、図４に示したチェーン４１の速度が急速に上昇した場合、チェーン４１に発生する張力が上昇し、レバー４０が油圧式テンショナ１Ｘの方向に押し込まれる。このとき、図５に示す油圧式テンショナ１Ｘにおいて、プランジャ５が、固定されたハウジング３に対して押し込まれる（図５左方へ移動）。

このプランジャ５の移動により、圧力室４内の圧力は上昇し、内部に予め充填されていた作動油は、供給路１０Ｘ及び排出路７に向かって移動する。供給路１０Ｘ側では、圧力室４内の圧力上昇により、弁体２０Ｘが供給路１０Ｘ側に押され、供給路１０Ｘを閉止する。排出路７側では、作動油が、プランジャ５に形成されたオリフィス穴（排出路７）や、プランジャ５とハウジング３の隙間（排出路７）を介して外部に排出される。このとき、排出路７は、作動油に流動抵抗を与えるように狭く形成されているため、プランジャ５の移動を減衰させることができる。

また、エンジンの減速等により、図４に示したチェーン４１の速度が急激に下降した場合、チェーン４１に発生する張力が下降する。このとき、図５に示す油圧式テンショナ１Ｘにおいて、プランジャ５が、バネ６によりハウジング３から突出する（図５右方へ移動）。

このプランジャ５の移動により、圧力室４内の圧力は下降する。この圧力室４内の圧力と、供給路１０Ｘの圧力の差から、弁体２０Ｘは、供給路１０Ｘを開放する方向（図５右方）に移動する。弁体２０Ｘによる供給路１０Ｘの開放により、圧力室４内には、供給路１０Ｘを介して新たな作動油が供給され、圧力室４内の圧力は上昇する。

以上より、油圧式テンショナ１Ｘは、チェーン４１の張力を一定に維持することができるため、騒音等の発生を抑制することができる。

しかしながら、上記の油圧式テンショナ１Ｘは、応答性能を向上することが困難であるという問題を有している。これは、逆止弁２Ｘが、閉止状態から開放状態に移行するためには、供給路１０Ｘに対して、圧力室４内の圧力が十分に低下しなければ弁体２０Ｘの移動が開始されないからである。そのため、チェーン４１が、短い周期で振動した場合等は、圧力室４内の油圧及び油量が安定せず、油圧式テンショナ１Ｘの緩衝機能が阻害されてしまう。

上記に対して、油圧式テンショナ１Ｘの応答性能を向上するために、弁体２０Ｘの直径を小さく構成し、移動しやすくすることが考えられる。しかしながら、弁体２０Ｘを縮小した場合は、これに伴い供給路１０Ｘの開口部を縮小する必要があり、逆止弁２Ｘを通過する流体の流量が制限されてしまうという新たな問題が発生する。つまり、逆止弁２Ｘを通過する流体の流量が制限されると、油圧式テンショナ１Ｘの圧力室４内に、必要な作動油を短時間で充填することが困難となり、油圧式テンショナ１Ｘの緩衝機能が阻害されてしまう。

特開２００３−２４７６１６号公報 特開２００６−１４４９５８号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、開閉の応答性能を向上した逆止弁を有する油圧式テンショナを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る油圧式テンショナは、プランジャ収納穴を有するハウジングと、前記プランジャ収納穴に摺動自在に嵌挿され且つ内部に圧力室を設けたプランジャと、前記圧力室に流体を供給する経路に配置した逆止弁を有する油圧式テンショナにおいて、前記逆止弁が、独立して形成された第１供給路及び第２供給路と、前記第１供給路及び第２供給路にそれぞれ対応する第１弁体及び第２弁体を有しており、前記第１弁体と前記第２弁体の開弁圧力が異なるように形成されており、前記油圧式テンショナが、前記圧力室と連通された流体の排出路を有しており、前記第１弁体及び第２弁体が、前記プランジャが前記ハウジングから突出する際の前記プランジャの移動により前記圧力室内の圧力が低下した際に、前記排出路から前記圧力室内に空気が逆流するよりも先に、前記第１供給路及び第２供給路を開放するように構成されていることを特徴とする。

この構成により、油圧式テンショナの伸縮の応答性能を向上することができる。これは、油圧式テンショナの圧力室内の油圧及び油量を迅速に回復させ、安定させることができるからである。特に、油圧式テンショナが伸長し、圧力室内の圧力が低下する場合、開弁圧力の小さい方の弁体が、他方の弁体に先行して作動し、対応する供給路を開放することができる。また、この構成により、油圧式テンショナの伸縮の応答性能を向上することができる。これは、排出路から空気が逆流し、圧力室内に空気が混入することを防止できるからである。

上記の油圧式テンショナにおいて、前記排出路は、前記プランジャに形成されたオリフィス穴、及び、前記プランジャと前記ハウジングの間の隙間によって構成されていてもよい。

上記の油圧式テンショナにおいて、前記第１供給路が、前記第２供給路に比べて大きい開口部を有しており、前記第１弁体が、前記第２弁体に比べて開弁圧力が大きい弁体である構成とすることもできる。

本発明に係る逆止弁を有する油圧式テンショナによれば、開閉の応答性能を向上した逆止弁を有する油圧式テンショナを提供することができる。

本発明に係る実施の形態の油圧式テンショナの断面の概略を示した図である。 油圧式テンショナの逆止弁近傍の断面の概略を示した図である。 油圧式テンショナの圧力室内における圧力変化の様子を示したグラフである。 従来の油圧式テンショナが設置されたエンジンの一部を示した図である。 従来の油圧式テンショナの断面の概略を示した図である。

以下、本発明に係る実施の形態の逆止弁及び逆止弁を有する油圧式テンショナについて、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の油圧式テンショナ１の断面の概略を示す。油圧式テンショナ１は、プランジャ収納穴１４を有するハウジング３と、プランジャ収納穴１４に摺動自在に嵌挿され且つ内部に圧力室４を設けたプランジャ５と、圧力室４に流体（作動油）ｆを供給する経路に配置した逆止弁２を有している。

また、逆止弁２は、少なくとも独立して形成された第１供給路１１及び第２供給路１２（以下、総称する場合は供給路１０という）と、第１供給路１１及び第２供給路１２にそれぞれ対応する第１弁体２１及び第２弁体２２（以下、総称する場合は弁体２０という）を有している。この第１供給路１１は、第２供給路１２に比べて大きい開口部を有している。この第１弁体２１は、第２弁体２２に比べて体積が大きい弁体となるように構成されている。

更に、逆止弁２は、第１弁体２１及び第２弁体２２を一定の範囲内で拘束するキャップ３０を有している。このキャップ３０は、作動油を通過させる貫通孔を有している。

次に、油圧式テンショナ１の作動について説明する。エンジンの加速等により、チェーンに発生する張力が上昇した場合、油圧式テンショナ１のプランジャ５が、固定されたハウジング３に対して押し込まれる（図１左方へ移動）。このプランジャ５の移動により、圧力室４内の圧力は上昇し、内部に予め充填されていた作動油ｆは、供給路１０（第１供給路１１及び第２供給路１２）及び排出路７に向かって移動する。供給路１０側では、圧力室４内の圧力上昇により、弁体２０（第１弁体２１及び第２弁体２２）が供給路１０側に押され、供給路１０をそれぞれ閉止する。排出路７側では、作動油ｆが、プランジャ５に形成されたオリフィス穴（排出路７）や、プランジャ５とハウジング３の隙間（排出路７）を介して外部に排出される。

また、エンジンの減速等により、チェーンに発生する張力が下降した場合、油圧式テンショナ１のプランジャ５が、バネ６によりハウジング３から突出する（図１右方へ移動）。このプランジャ５の移動により、圧力室４内の圧力は下降する。この際の逆止弁２の様子を、図２に示す。

この圧力室４内の圧力と、第２供給路１２の圧力差から、第２弁体２２は第２供給路１２を開放する方向（図２右方）に移動する。ここで、第２弁体２２は、第１弁体２１に比べて体積が小さい。そのため、プランジャ５が移動する初期段階の小さな圧力変化の影響で、第２弁体２２は移動を開始することができる。つまり、第２弁体２２は、第１弁体２１に比べ、開弁圧力が小さい。これは、第２弁体２２の方が、体積が小さく、慣性力が小さくなるためである。この第２弁体２２の開放により、圧力室４内に第２供給路１２を介して新たな作動油ｆが供給され、圧力室４内の圧力は上昇する。なお、図２において、矢印ｆは、作動油の流れを示している。

その後、更に、プランジャ５の移動により、圧力室４内の圧力が下降した場合、圧力室４内の圧力と第１供給路１１の圧力差から、第１弁体２１は第１供給路１１を開放する方向（図２右方）に移動する。この第１弁体２１の開放により、圧力室内４に第１供給路１１を介して新たな作動油ｆが供給され、圧力室４内の圧力は上昇する。

図３に、油圧式テンショナ１の圧力室４内の圧力の変化の概略を示す。図３のグラフは、縦軸を圧力（Ｐａ）とし、横軸を経過時間（ｓｅｃ）としている。また、実線は、本発明の油圧式テンショナ１の圧力室４における圧力変化を示しており、破線は、従来の油圧式テンショナ１Ｘ（図５参照）の圧力室における圧力変化を示している。なお、このグラフは、逆止弁２が閉止状態から開放状態に移行する際の圧力変化を示している。また、縦軸の圧力は、Ｐ０を基準圧力（ほぼ大気圧）とし、この基準圧力から圧力が低下していく状態（負圧）を示している。

図３の破線に示すように、従来は、伸張方向へのプランジャの移動により圧力室内の圧力が下降し、予め定めた圧力Ｐ３を下回った際に、弁体が開放状態となる（時刻Ｔ３）。弁体の開放により、圧力室に作動油が供給され、圧力室内の圧力が上昇する。

これに対して、本発明の油圧式テンショナ１は、図３の実線に示すように、圧力室４内の圧力が下降し、予め定めた圧力Ｐ１を下回った際（時刻Ｔ１）に、第２弁体２２が開放状態となる。この第２弁体２２の開放により、圧力室４に作動油ｆが供給され、圧力室４内の圧力が上昇する。このとき、第２供給路１２からは、圧力室４への作動油ｆの供給が維持されている。

更に、プランジャ５の移動により、圧力室４内の圧力が下降し、予め定めた圧力Ｐ２を下回った際（時刻Ｔ２）に、第１弁体２１が開放状態になる。この第１弁体２１の開放に
より、圧力室４に作動油ｆが供給され、圧力室４内の圧力が上昇する。なお、各圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の絶対値は、各弁体の開弁圧力を示すことになる。

上記の構成により、以下の作用効果を得ることができる。第１に、油圧式テンショナの伸縮の応答性能を向上することができる。これは、油圧テンショナ１の圧力室４内の油圧及び油量を迅速に回復させ、安定させることができるからである。特に、油圧テンショナ１が伸長し、圧力室４内の圧力が低下する場合、開弁圧力の小さい方の第２弁体２２が、他方の第１弁体２１に先行して作動し、対応する第２供給路１２を開放することができる。その結果、油圧式テンショナの緩衝機能を向上することができる。

第２に、開弁圧力の大きい方の第１弁体２１の大きさも、従来の弁体と比べると小さく構成することができるため、更に油圧式テンショナの応答性能を向上することができる。これは、従来の供給路が１つの場合に比べ、図２に示すように供給路を複数とした場合の方が、供給路のそれぞれの開口部を小径化し、それぞれの弁体を小さく構成することが可能となるからである。つまり、図３に示すように、開弁圧力の大きい弁体である第１弁体２１であっても、開放されるタイミング（時刻Ｔ２）は、従来の弁体２０Ｘが開放されるタイミング（時刻Ｔ３）よりも早期となるため、油圧式テンショナの応答性能が向上する。また、弁体２０が小さく構成されるため、開放状態から閉止状態に至る際も、従来に比べて応答性能を向上することができる。

第３に、図３に示すように、従来に比べて、圧力室４内の圧力が大きく低下しないため（Ｐ３＜Ｐ２）、プランジャ５が伸張する際の負圧による抵抗力を小さくすることができる。つまり、プランジャ５の伸張を阻害する方向に働く力が小さくなるため、油圧式テンショナの応答性能が向上する。

なお、逆止弁２における弁体２０の形状は、球状に限定されない。例えば、供給路１０を閉止する板状等、他の形状を採用してもよい。

また、第１弁体２１及び第２弁体２２は、同一体積で、質量が異なるように構成してもよく、更に、体積及び質量の両方が異なるように構成してもよい。つまり、弁体２０は、圧力室４内の圧力変化により、一方が先行して閉止状態又は開放状態へ移行するように構成されていればよい。

加えて、逆止弁は、３つ以上の弁体及び供給路を有するように構成してもよい。特に、供給路１０の流量が大きい場所に設置する逆止弁の場合、弁体及び供給路の数が多いほど、１つ当たりの弁体は、微細な圧力変化であっても閉止状態から開放状態に移動することができるため、逆止弁の応答性能を飛躍的に向上することができる。

加えて、第１弁体２１及び第２弁体２２は、少なくとも排出路７から圧力室内に外気（空気）が逆流するよりも先に、開放されるＰ１及びＰ２を有するように構成することが望ましい。この構成により、圧力室４内に空気が混入し、油圧式テンショナの応答性能が低下することを防止することができる。

本発明により、応答性能を向上し、高い緩衝機能を発揮することができる油圧式テンショナを提供することが可能となる。なお、実施例では油圧式テンショナについて説明したが、本発明は、配管等の途中に設置する逆止弁にも適用することができる。つまり、応答性能の高い逆止弁として、プラント等で使用することができる。この構成により、逆止弁による閉止状態から開放状態への移行、及び開放状態から閉止状態への移行を、迅速且つスムーズに行うことが可能となる。

１ 油圧式テンショナ
２ 逆止弁
３ ハウジング
４ 圧力室
５ プランジャ
７ 排出路
１０ 供給路
１１ 第１供給路
１２ 第２供給路
１４ プランジャ収納穴
２０ 弁体
２１ 第１弁体
２２ 第２弁体
ｆ 流体、作動油

Claims (3)

1. プランジャ収納穴を有するハウジングと、前記プランジャ収納穴に摺動自在に嵌挿され且つ内部に圧力室を設けたプランジャと、前記圧力室に流体を供給する経路に配置した逆止弁を有する油圧式テンショナにおいて、
   前記逆止弁が、独立して形成された第１供給路及び第２供給路と、前記第１供給路及び第２供給路にそれぞれ対応する第１弁体及び第２弁体を有しており、前記第１弁体と前記第２弁体の開弁圧力が異なるように形成されており、
   前記油圧式テンショナが、前記圧力室と連通された流体の排出路を有しており、
   前記第１弁体及び第２弁体が、前記プランジャが前記ハウジングから突出する際の前記プランジャの移動により前記圧力室内の圧力が低下した際に、前記排出路から前記圧力室内に空気が逆流するよりも先に、前記第１供給路及び第２供給路を開放するように構成されていることを特徴とする油圧式テンショナ。
2. 前記排出路は、前記プランジャに形成されたオリフィス穴、及び、前記プランジャと前記ハウジングの間の隙間によって構成されていることを特徴とする請求項１記載の油圧式テンショナ。
3. 前記第１供給路が、前記第２供給路に比べて大きい開口部を有しており、前記第１弁体が、前記第２弁体に比べて開弁圧力が大きい弁体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の油圧式テンショナ。

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