JP6892584B2 - チェーン伝動システム - Google Patents

Description

本発明は、チェーンが掛け回される複数のスプロケットと、チェーンを摺動案内する１つ以上のガイドとを備え、ガイドがチェーン走行面を有した案内シューを一体又は別体に備えたチェーン伝動システムに関するものである。

従来、スプロケット間を走行するチェーンを安定させ張力を適正に保持するために、走行するチェーンを案内するガイドを備え、ガイドがチェーンを摺動案内するチェーン走行面を有した案内シューを一体又は別体に備えたチェーン伝動システムは慣用されている。
チェーンと、案内シューのチェーン走行面との間は、騒音の低減、駆動力のロスの低減等の観点から、摺動抵抗が小さいことが強く望まれている。
チェーンや案内シューの材質、形状を工夫したり、表面処理、潤滑剤等を適用したり、様々な対策が採られている。

例えば、自動車等の内燃機関のタイミングシステム用いられるチェーン伝動システムでは、チェーンは金属製で案内シューは樹脂製であり、潤滑油が供給され、高温に曝される環境であることを前提に、チェーンや案内シューの形状、材質の工夫や表面処理の適用等、様々な対策が採られている。
案内シューは、耐熱性、耐油性が高く、かつ、チェーンとの摺動抵抗が小さいことが求められ、それに適した樹脂材料が種々提案されている（特許文献１、２等参照。）。
さらに、樹脂材料中に固体潤滑剤を添加して摺動抵抗の低減を狙ったものも公知である（特許文献３等参照。）。

特開２００２−１２２１９５号公報 特開２００５−０４８７８６号公報 特開２００７−１７７０３７号公報

しかしながら特許文献３に示すような、ナイロン樹脂にＰＴＦＥを添加した樹脂は、ＰＴＦＥパウダーを特殊環境下で改質したＰＴＦＥを用いているため、製造方法が難しく、製造コストが高いという問題があり、特殊設備を用いるため、生産地、生産量も限られてしまうという問題があった。
また、このような材料を自動車等の内燃機関のタイミングシステムの案内シューに適用する場合、小型のエンジンでも通常は１つの揺動レバーガイド及び１つの固定ガイドが設けられ、それぞれが案内シューを備えるため、２つの案内シューが必要となる。
大型のエンジンでは、さらに多数のガイドが設けられることが多く、多数の案内シューが必要となる。
そのため、特許文献３に示すよう高価な材料を用いると全体として非常にコストが高くなってしまうという問題があった。

また、チェーンと案内シューとの摺動により、案内シューの表面からＰＴＦＥ粒子が脱落すると摺動抵抗が増加してしまうという問題があり、さらに、ＰＴＦＥ粒子の脱落に伴って案内シューの表面の摺動面が凸凹になり、そのことによっても摺動抵抗が増加してしまうという問題があった。
摺動するチェーンのプレート端面をシェービング加工や磨き加工でさらに平らにすることで、案内シューの表面からのＰＴＦＥ粒子の脱落を抑制し、摺動抵抗の効果を維持することも考えられるが、製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、公知のチェーン伝動システムの問題点を解決するものであって、チェーンと案内シューとの摺動抵抗を低下させるとともに、経時的な摺動抵抗の増加を抑制し、かつ、製造コストを低減することが可能なチェーン伝動システムを提供することを目的とするものである。

本発明は、チェーンが掛け回される複数のスプロケットと、前記チェーンを摺動案内する１つ以上のガイドとを備え、前記ガイドが、チェーン走行面を有した案内シューを一体又は別体に備えたチェーン伝動システムであって、前記チェーン走行面のチェーンと摺動する部分は、走行方向に沿った一部に設けられた固体潤滑剤を保持した潤滑領域と、前記潤滑領域以外の個体潤滑剤を保持しない領域とを有し、前記潤滑領域が、２つ以上設けられた前記ガイドの案内シューの内の１つのみに設けられていることにより、前記課題を解決するものである。

本請求項１に係るチェーン伝動システムによれば、チェーン走行面のチェーンと摺動する部分は、走行方向に沿った一部に設けられた固体潤滑剤を保持した潤滑領域と、前記潤滑領域以外の個体潤滑剤を保持しない領域とを有することで、高価な材料を使用する潤滑領域を可能な限り小さくして製造コストを低減しつつ、効果的な場所を潤滑領域とすることで、充分な摺動抵抗の低減を実現することが可能となる。
また、チェーン走行面の潤滑領域の表面から脱落した固体潤滑剤がチェーンに付着することで、潤滑領域以外でも摺動抵抗の低減を実現することが可能となる。

また、潤滑領域が、２つ以上設けられたガイドの案内シューの内の１つのみに設けられていることにより、コスト増に繋がる高価な材料を使用した案内シューの数を減らすことができ、チェーン伝動システム全体の製造コストをさらに低減することが可能となる。
本請求項２に記載の構成によれば、潤滑領域が、１つの案内シューのチェーン走行方向の一部分のみに設けられていることで、コスト増に繋がる高価な材料の使用量を減らすことができ、チェーン伝動システム全体の製造コストをさらに低減することが可能となる。
本請求項３に記載の構成によれば、案内シューの潤滑領域が、母材中に固体潤滑剤を添加物として混合したポリアミド樹脂で形成されていることにより、コスト増に繋がる潤滑領域の材料を比較的安価に製造することが可能となる。

本請求項４に記載の構成によれば、潤滑領域が、案内シューのチェーン走行面にコーティング材を適用したものであり、コーティング材が、母材中に固体潤滑剤を添加物として混合したポリアミド樹脂からなることにより、コスト増に繋がる材料の使用量をさらに減らすことができる。
本請求項５に記載の構成によれば、母材が、添加物より弾性率が大きく、添加物より融点が低く、添加物より摩擦係数が大きく、添加物より耐衝撃強さが小さく、かつ、添加物より成形収縮率が大きいことにより、チェーン走行面の表面から大きく露出した固体潤滑剤は脱落しやすく、かつ、脱落後のチェーン走行面の表面の凹凸による摺動抵抗の増加を抑制し、さらに、残存した固体潤滑剤がその後に脱落することを抑制することが可能となる。
本請求項６に記載の構成によれば、固体潤滑剤が、ＰＴＦＥ、二硫化モリブデン、グラファイト、ポリイミド、ポリアミドイミド、ゴムのいずれか１つ、又は、２つ以上の混合物であることにより、チェーンの材質や使用環境に応じた最適な材料を選択することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るチェーン伝動システムの全体図。 本発明の一実施形態に係るチェーン伝動システムの固定ガイドの側面図。 本発明の一実施形態に係る固定ガイドの潤滑領域の断面説明図。 本発明の一実施形態に係るチェーンプレートの摺接端面における作用説明図。 本発明の他の実施形態に係る固定ガイドの潤滑領域の断面説明図。

本発明の第１実施形態に係るチェーン伝動システム１００について図面に基づいて説明する。
チェーン伝動システム１００は、自動車用エンジンのタイミングシステムに適用されるものであり、図１に示すように、クランク軸に設けられた駆動スプロケット１０１と２本のカム軸の夫々に設けたられた２つの従動スプロケット１０２にローラチェーン等のチェーン１３０が掛け回されており、駆動スプロケット１０１と従動スプロケット１０２との間を走行するチェーン１３０を固定ガイド１１０と揺動レバーガイド１２０とによってガイドしている。
固定ガイド１１０は、走行するチェーンを摺動案内するチェーン走行面１１３を有する案内シュー１１１と、案内シュー１１１をチェーン走行方向に沿って支持するベース部材１１２とを備え、ベース部材１１２から延びる取付部１１５がエンジンに固定されている。

揺動レバーガイド１２０は、走行するチェーンを摺動案内する案内シュー１２１と一体に構成するように形成されており、駆動スプロケット１０１側の揺動軸部１２２がエンジンに揺動可能に取り付けられ、従動スプロケット１０２側に設けられたテンショナ１０３によってチェーン１３０側に押圧され、チェーン１３０に所定のテンションを与えている。
案内シュー１１１及び案内シュー１２１のチェーン１３０と摺接するチェーン走行面は、それぞれチェーン走行方向のほぼ全体に渡って形成されている。
本実施形態では、固定ガイド１１０の案内シュー１１１及び案内シュー１２１と一体の揺動レバーガイド１２０は合成樹脂材料で例えば射出成形等によって成形されたものであり、固定ガイド１１０のベース部材１１２は金属材料で例えば金属プレートから打抜き、折り曲げ等の加工で成形されたものである。

チェーン伝動システム１００は、全体の案内シュー１１１、１２１のチェーン走行面の一部が、固体潤滑剤を保持した潤滑領域１１４を有している。
本実施形態では、図２に示すように、固定ガイド１１０の案内シュー１１１のチェーン走行面１１３の一部が、固体潤滑剤を保持した潤滑領域１１４を有している。
潤滑領域１１４は、固定ガイド１１０のチェーン走行方向の中間部約１／３の長さに形成されている。
潤滑領域１１４は、図３に示すように、案内シュー１１１の合成樹脂材料に固体潤滑剤Ｐが混合されており、固体潤滑剤Ｐは粒子状に均一に分散されている。
このため、チェーン１３０のチェーンプレート１３１が摺接するチェーン走行面１１３の表面にも固体潤滑剤Ｐの粒子が一部露出して潤滑剤として機能する（なお、図は説明のために粒子を極めて大きく記載しているが、実際の寸法を示すものではない。）。

また、チェーンプレート１３１との摺接により、固体潤滑剤Ｐの粒子が一部チェーン走行面１１３の表面から脱落するが、図４に示すように、チェーンプレート１３１の摺接端面１３２には微細な凹凸が存在するため、脱落した固体潤滑剤Ｐは摺接端面１３２の微細な凹凸に付着して保持される。
このことで、案内シュー１１１、１２１の潤滑領域１１４以外の領域でも摺接端面１３２に付着し保持された固体潤滑剤Ｐによって潤滑効果が得られ、摺動抵抗が低減される。

潤滑領域１１４は、例えば、案内シュー１１１を製造する際に、異なる材質を一体に成形できる２材射出成形によって構成するのが好適であるが、潤滑領域１１４を構成するチェーン走行面１１３を有する形状の成形体と、案内シュー１１１の他の部分の成形体とを別に製造した後、嵌め合わせ、溶着等の公知の手段で一体化してもよい。
また、潤滑領域１１４は、図５に示すように、案内シュー１１１のチェーン１３０が摺接する領域に、合成樹脂材料に固体潤滑剤Ｐが混合されたコーティング層１１６を設けることで構成してもよい。
このように構成することで、案内シュー１１１本体は単一の材料で成形されることとなるため、製造コストが低減するとともに、コスト増に繋がる固体潤滑剤Ｐが混合された合成樹脂材料の使用量を低減して製造コストを低下させつつ、図３に示す実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

以上説明した実施形態では、潤滑領域１１４が固定ガイド１１０の案内シュー１１１の中間部分の一部に形成されているが、本発明はチェーン伝動システムの全ての案内シューの全てのチェーン走行面の内の、一部に潤滑領域が形成されていればよく、例えば、固定ガイド１１０の案内シュー１１１のチェーン走行面１１３全体に潤滑領域が形成され、揺動レバーガイド１２０の案内シュー１２１には上記実施形態と同様に潤滑領域が形成されていないものでもよい。
また、逆に、揺動レバーガイド１２０の案内シュー１２１に潤滑領域が形成され、固定ガイド１１０の案内シュー１１１には潤滑領域が形成されていないものでもよい。
さらに、固定ガイド１１０の案内シュー１１１と揺動レバーガイド１２０の案内シュー１２１のそれぞれの一部に潤滑領域が形成されてもよく、３つ以上のチェーンガイド部材からなる場合であっても、チェーン伝動システムの全ての案内シューの全てのチェーン走行面の内の、一部に潤滑領域が形成されているものであれば、潤滑領域が形成される位置、数、長さは最適に設計すればよい。

潤滑領域を形成するための母材となる樹脂、添加物となる固体潤滑剤、それらの成分比や製造方法は公知のものでよいが、ポリアミド樹脂を母材とすることが好適であり、このことで、自動車等の内燃機関のタイミングシステムで用いられる際に必要とされる耐熱性、耐油性を得ることができ、かつ、母材そのものもチェーンとの摺動抵抗を小さくすることができる。
また、脱落した固体潤滑剤がチェーンプレートの摺接端面の微細な凹凸に付着して保持されることで、潤滑領域以外での潤滑効果を奏するものであるから、固体潤滑剤の表面からの脱落と保持のバランスが重要となる。
また、固体潤滑剤が脱落した部分の母材の摺動抵抗の増加の抑制や、摩耗によるさらなる固体潤滑剤の脱落量の最適化も考慮する必要がある。

このような観点から、母材と固体潤滑剤となる添加物の物性の関係を最適化することで、最適に設計でき、母材は、添加物より弾性率が大きく、融点が低く、摩擦係数が大きく、耐衝撃強さが小さく、かつ、前記添加物より成形収縮率が大きいものが好適である。
さらに、チェーン伝動システムの使用環境、チェーンの材質等によって、最適な固体潤滑剤も異なり、潤滑油が供給され、高温に曝される環境である自動車等の内燃機関のタイミングシステムで用いられるチェーン伝動システムにおいては、固体潤滑剤は、ＰＴＦＥ、二硫化モリブデン、グラファイト、ポリイミド、ポリアミドイミド、ゴムのいずれか１つ、又は、２つ以上の混合物とするのが好適である。

以上説明した実施形態は、自動車等の内燃機関のタイミングシステムで用いられるチェーン伝動システムを想定したものであるが、これに限定されず様々な機器類に適用可能である。
また、チェーン伝動システムとしたが、材質や摺接状態が同様のものであれば、ベルト、ロープ等の類似の伝動システムに適用することも可能であり、種々の産業分野において利用可能である。

１００ ・・・ チェーン伝動システム
１０１ ・・・ 駆動スプロケット
１０２ ・・・ 従動スプロケット
１０３ ・・・ テンショナ
１１０ ・・・ 固定ガイド
１１１ ・・・ 案内シュー（固定ガイドの）
１１２ ・・・ ベース部材
１１３ ・・・ チェーン走行面
１１４ ・・・ 潤滑剤供給領域
１１５ ・・・ 取付部
１１６ ・・・ コーティング層
１２０ ・・・ 揺動レバーガイド
１２１ ・・・ 案内シュー（揺動ガイドの）
１２２ ・・・ 揺動軸部
１３０ ・・・ チェーン
１３１ ・・・ チェーンプレート
１３２ ・・・ 摺接端面
Ｐ ・・・ 固体潤滑剤

Claims (6)

1. チェーンが掛け回される複数のスプロケットと、前記チェーンを案内する１つ以上のガイドとを備え、
   前記ガイドが、チェーン走行面を有した案内シューを一体又は別体に備えたチェーン伝動システムであって、
   前記チェーン走行面のチェーンと摺動する部分は、走行方向に沿った一部に設けられた固体潤滑剤を保持した潤滑領域と、前記潤滑領域以外の個体潤滑剤を保持しない領域とを有し、
   前記潤滑領域が、２つ以上設けられた前記ガイドの案内シューの内の１つのみに設けられていることを特徴とするチェーン伝動システム。
2. 前記潤滑領域が、１つの前記案内シューのチェーン走行方向の一部分のみに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のチェーン伝動システム。
3. 前記潤滑領域が、母材中に固体潤滑剤を添加物として混合したポリアミド樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のチェーン伝動システム。
4. 前記潤滑領域が、前記案内シューのチェーン走行面にコーティング材を適用したものであり、
   前記コーティング材が、母材中に固体潤滑剤を添加物として混合したポリアミド樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のチェーン伝動システム。
5. 前記母材は、前記添加物より弾性率が大きく、前記添加物より融点が低く、前記添加物より摩擦係数が大きく、前記添加物より耐衝撃強さが小さく、かつ、前記添加物より成形収縮率が大きいことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のチェーン伝動システム。
6. 前記固体潤滑剤が、ＰＴＦＥ、二硫化モリブデン、グラファイト、ポリイミド、ポリアミドイミド、ゴムのいずれか１つ、又は、２つ以上の混合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のチェーン伝動システム。

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