JP2017525908A - スプリングロックを備えた補機チューニング装置 - Google Patents

Abstract

角振動のアイソレーションのためのトーションスプリングを備えるとともにトーションスプリングの端部と摩擦係合するスプリングポケットを備える補機ドライブチューニング装置。係合はスプリング端部、ポケットの一方、あるいは両方に設けられた楔形状により、スプリング端部がポケットに押し込まれるのに適合されている。係合は、締りばめによるものでもよい。スプリングの１端部あるいは両端部は、例えばそれぞれのポケットに係合する。

Description

本発明は、アイソレーションのためのトーションスプリングを備える補機ドライブチューニング装置に関し、特に自己係合トーション・スプリング・ロック機能を備える装置に関する。

本発明は、振動の絶縁のためのトーションスプリングを備える補機ドライブチューニング装置に関する。当該技術分野で一般に知られているこれらの装置は、オルタネータ・チューニング・プーリとクランクシャフト・チューニング装置である。このような装置の例は、例えば米国特許第８，６７８，１５７号明細書に説明されるオルタネータ・アイソレータ・デカップラ（ＡＩＤ）や、米国特許第７，２０７，９１０号明細書に説明されるオルタネータ・アイソレータ・プーリ（ＡＩＰ）や、米国特許出願公開第２０１３／００９８７２７号公報に説明されるクランクシャフト・アイソレータ・デカップラ（ＣＩＤ）、オーバランニング・オルタネータ・デカップラ（ＯＡＤ）、そしてライテンズ（Litens）によりTorqfiltrの商標名の下販売されているクランクシャフト・アイソレータ・プーリなどである。これらの装置は、一方向クラッチを備えても備えなくともよい。何れの場合においても、スプリングは、スプリングのガタを示し得る。スプリングのガタは、スプリングがスライドしてそのポケットを出入りできるとき、あるいはスプリングの係止部から離間可能なときに発生する。点火しているエンジンの捩じり振動により発生する速度変動は、スプリングをプーリの回転方向に対し同じ向き、または反対向きに滑り出させる。ポケットにおける、または係止部に対するスプリングの再係合は、顧客に許容されない騒音を発生し得る。

本発明は、デカプラまたはアイソレータプーリなど、補機ドライブチューニング装置におけるトーションスプリングのガタの問題に対する解決策を提供するシステムおよび方法に関する。この解決策は「スプリングロック」と呼ばれ、摩擦係合を利用する。「スプリングロック」を実現する１つの方法は、スプリング端部と楔状に係合するように適合されたスプリングポケットを備える。ポケットは、ポケット内に向けて付勢されたときにスプリング端部がポケット内に押し込められるように適合された楔形を呈してもいてもよい。

他の実施形態では、スプリング端部は、ポケット内へ楔を打ち込むように押し込むためにテーパ状にされていてもよい。ポケットおよびスプリング端部の両方が楔形であってもよい。

「スプリングロック」を実現する別の方法は、スプリングを適正位置に保持する手段として、スプリングの内径または外径の少なくとも一部分と、対応するポケット面との間の締り嵌めを使用することである。

トーションスプリングの一方または両方の端部は、協働するポケットと係合してもよい。両方のスプリング端部がそれぞれのポケットに係合する場合には、摩擦係合スプリングのロックに、同じ実施形態を利用してもよいし、異なる２つの実施形態を利用してもよい。

ここまでは、以下で述べられる本発明の詳細な説明がより良く理解されるように、本発明の特徴及び技術的な利点がやや大ざっぱに概説された。本発明の付加的な特徴と利点は、以下で説明され、本発明の特許請求の範囲の主題をなす。当業者であれば、開示される概念及び特定の実施形態が、本発明と同じ目的を達成するための改変や他の構造を設計する上で、その基礎として容易に利用できることが理解される。また、その様な同等の構造が、添付の特許請求の範囲に記載された発明の範囲内にあることは、当業者において直ちに理解される。本発明の特徴と考えられる新規の特徴、構成及び操作方法の両方に関しては、添付図面と一緒に考察されるとき、以下の説明から更なる目的及び利点とともに、より良く理解されるであろう。しかし、各図は、単に説示及び説明を目的として提供されたのであって、本発明の限界を規定することを意図したものでないことは明確に理解されるべきである。

本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明するためのものであり、同じ参照番号は同じ構成要素を示す。

本発明の一実施形態である装置の断面図である。

図１の装置の分解斜視図である。

楔形ポケットを備えるスプリングキャリアの平面図である。

図３のスプリングキャリア内のスプリングの斜視図である。

楔がどのようにセットされるか数学的に説明する図である。

楔がどのように解放されるかを説明する図である。

スプリングロック機能を備えない装置の機械的な測定結果および騒音測定結果を示す。

本発明の一実施形態である楔形スプリングロック機能を備える装置の機械的な測定結果および騒音測定結果を示す。

本発明の一実施形態に関わるスプリングを適正位置に保持するためスプリング内径に締りばめを用いる装置の断面図である。

図９の装置の分解図である。

図９の実施形態のプーリのより詳細な図である。

図１１のプーリの断面図である。

図９の実施形態のクラッチキャリアのより詳細な図である。

図１３のクラッチキャリアの断面図である。

本発明の一実施形態に関わるスプリングを適正位置に保持するためスプリング外径に締りばめを用いる装置の断面図である。

図１５の装置のためのプーリのより詳細な図である。

図１６のプーリの断面図である。

図１５の装置のためのクラッチキャリアのより詳細な図である。

図１８のクラッチキャリアの断面図である。

本発明は、角振動アイソレーションのためのトーションスプリングを備える補機ドライブチューニング装置に関する。この装置は、一方向クラッチを備えても備えなくとも良いが、何れにしてもスプリングのガタを防止するためにトーションスプリングは適正な位置に維持される必要がある。スプリングのガタは、スプリングがスライドしてそのポケットに出入り可能なときに発生する。点火しているエンジンの捩じり振動により発生する速度変動は、スプリングをプーリの回転方向に対して時計方向、反時計方向に滑り出させる。スプリングの再係合は、顧客に許容されない騒音を発生し得る。必要とされているのは、ポケット内にあるトーションスプリングの端部を保持するためのロック方法である。製造に適したスプリング端部の拘束を行うには、ロック方法は自己係合する必要がある。

広義には、本明細書における「アイソレータ」とは、連結されていながらも相対的な変位をもたらすスプリング機能であり、「デカップラ」は、オンまたはオフ連結を提供するクラッチ機能である。また、広義には「捩じり振動」は、クランクシャフトの捩じりのことであり一般にクランクダンパによりコントロールされ、角振動は補機ベルト伝動システム（ＡＢＤＳ）に影響するクランクノーズの剛体運動である。アイソレータデカップラは、好ましくはＡＢＤＳに入力されるクランク角振動に作用し、例えば、オルタネータを保護するが、通常クランク捩じり振動に影響しない。

図１は、本発明の実施形態である補機ドライブチューニング装置１００の一例の断面図である。図２は、図１の装置１００の分解図である。図１、２では、トーションスプリング４は、プーリ５とスプリングキャリア６により囲まれている。図３は、楔テーパ６１２を備えるスプリングポケット６１０を示すスプリングキャリア６の平面図である。図４は、スプリングキャリア６の楔内にあるスプリング４の斜視図である。スプリング４の反対側端部のための同様の楔形ポケットは、プーリ５内に設けられるであろう。図５は、スプリングをポケット内へと付勢する据え付け力Ｐによりこの楔がどのようにセットされるのか、そしてその結果として生じる楔力Ｆ_ｙを示す。図６は、据え付け力Ｐによりセットされた後の抵抗力Ｒを示す。抵抗力は、スプリングが楔から外れないように保持する。もしＲがＦ_ｙ以下であれば、スプリングは、楔から解放されない。この条件は式１に帰結する。もし式１が満たされるならば、楔は自己ロックしておりスプリングを適正な位置に保持する。

式１： μ／ｔａｎθ≧１

θ＝楔角

μ＝摩擦係数

本実施形態の装置１００の図１、２における他のパーツの詳細について説明する。プーリ５は、オルタネータなどの装置を駆動するためにベルト（不図示）に係合する。プーリ５は、シャフト１に径方向荷重を伝達しながらもシャフト１とプーリ５の間の相対運動を可能にするボールベアリング８とニードルベアリング３を収容する。プーリ５は、本装置への入力であり、動力はプーリ５からコイルスプリング４の一端へと伝わり、その後スプリング４の他端からスプリングキャリア６へと伝わる。プーリ５とスプリングキャリア６は、各々スプリング４を受容するための円弧６１１を有する機械加工された凹部あるいはポケット６１０を備える。円弧６１１の開始部は、スプリングを保持するための径方向テーパ６１２を有する。径方向テーパ６１２の角度は、自己ロック楔となるような角度である。ポケットの端部６１４は、テーパ６１２の楔効果がなければ係止部となり得る。本装置は、図１、２のカバー９、２やリング７などのように、様々なカバー、キャップ、シール、スペーサ、補強リングなどを備えても良い。装置の他の選択的な特徴には、一方向クラッチ１０が含まれる。

図３に示されるように本設計がどのように作用するかを示すため、楔角としては５°が示される。プーリ５とスプリングキャリア６とスプリング４がスチールから成形されると仮定し、かつスチール表面が潤滑処理され、摩擦係数が０．１５とされると仮定すると、これらの条件は式１を満足し、スプリングが他のより大きな力によって引き出されない限り所定位置に留まる。

トーションスプリングを備え、スプリング端の係止部およびキャッチ（留め具）として機能するための楔形のポケットが機械加工により設けられたスプリングキャリアを備えるアイソレータデカップラのプロットタイプが組み立てられた。本装置は、一方向クラッチ装置を備え、本発明の試験を行うために組み立てられた。スプリングのガタの問題は、このプロットタイプにおいて解決された。図７、８は、楔形ポケットを備える場合および備えない場合のノイズ、プーリ速度、ロータ速度を示す。図７は、楔形ポケットがない場合、図８は、楔形ポケットがある場合である。図７、８の双方の測定されたノイズレベル（Ｐａでの音圧）を比べると、楔形ポケットを備える方がノイズのレベルが低いことは明らかである。スプリングが滑り出でていないことの更なる証明は、ロータの速度である。図７、８は双方ともプーリにおいて同じ入力を受け、ロータ速度が出力を示す。楔形ポケットを備える装置は、楔形ポケットを備えない装置に比べてより高いロータ速度をもつ。速度の違いは、楔形ポケットを備えない装置のみにおけるポケットからのスプリングのスライドによる出入りに起因する。

楔を形成するように、一方または両側のポケットが傾斜されていてよい。スプリング端部がテーパ形状とされていてもよいが、必須ではない。ポケットの代わりにスプリング端部が、テーパ形状あるいは楔形状とされてもよい。本発明の利点は、それが自己係合、自己ロックであることであり、そのためスプリング端部が離脱するように力が増大すると、係合力も一般的に増大し、楔形状ポケット内のスプリング端部をより強固に係合させ、それにより、より高い力のレベルに対してそれを内部にロックし、あるいはそれを安定化する。

図９は、スプリングを所定位置に保持する手段としてスプリング内径への締りばめが用いられる第２実施形態を示す補機ドライブチューニング装置２００の断面図である。図１０は、装置２００の分解図である。図９〜１０では、番号１〜３と７〜１０が付けられた部品は第１実施形態において説明されたものである。図９、１１、１２に示されるように、プーリ１５の外側円筒面１５１の少なくとも一部は、スプリング１４の内径１４１よりも直径が大きい。これはスプリング１４が図１１に示されるプーリ１５のスプリングポケット１５２から滑り出すのを摩擦により抑止する。スプリング１４の他端は、同様の方法で拘束されてもよい。図９、１３、１４に示されるように、クラッチキャリア１６の外側円筒面１６１の少なくとも一部は、スプリング１４の内径１４２よりも直径が大きい。これはスプリング１４が図１３に示されるスプリングポケット１６２から滑り出すのを摩擦により抑止する。

図１５は、スプリングを所定位置に保持する手段としてスプリング外径への締りばめが用いられる第３実施形態を示す補機ドライブチューニング装置３００の断面図である。図１５〜１７に示されるように、プーリ２５の内側円筒面２５１の少なくとも一部は、スプリング２４の外径２４１よりも直径が小さい。これはスプリング２４が図１６に示されるプーリ２５のスプリングポケット２５２から滑り出すのを摩擦により防止する。スプリング２４の他端は、同様の方法あるいはここで説明される他の実施形態の１つによりで拘束されてもよい。図１５、１８、１９に示されるように、クラッチキャリア２６の内側円筒面２６１の少なくとも一部は、スプリング２４の外径２４２よりも直径が小さい。これはスプリング２４が図１８に示されるスプリングポケット２６２から滑り出すのを摩擦により抑止する。

本発明及びその利点が詳細に説明されたが、様々な変更、置換及び代替が、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲から逸脱しない限り、ここでなされ得ることが当然に理解されるであろう。更に本出願の範囲は、明細書で述べられたプロセス、機械、生産物、組成物、手段、方法及びステップの特定の実施形態に限定されることを意図したものではない。ここで説明した実施形態と実質的に同一の機能を果たし、あいは実質的に同一の結果をもたらす、既存のあるいは後に開発されるプロセス、機械、生産物、組成物、手段、方法、又はステップを本発明に従って利用できることは、当該技術分野の当業者であるならば本発明の開示内容から容易に理解できる。したがって、添付された特許請求の範囲は、その範囲に、そのようなプロセス、機械、生産物、組成物、手段、方法、又はステップを含むことを意図している。ここで開示された発明は、ここでは特に開示されない構成要素のいかなるものが欠けたとしても適正に実施できる。

Claims (14)

1. トーションスプリングと、
   前記トーションスプリングの一端部に係合する楔形ポケットが機械加工され設けられたスプリングキャリアとを備える
   ことを特徴とするアイソレータデカップラ。
2. 前記係合が、前記トーションスプリングの前記端部が前記楔形ポケット内に付勢あるいは押し込められるときの摩擦によることを特徴とする請求項１に記載のアイソレータデカップラ。
3. 前記トーションスプリングの両端部が、それぞれの楔形ポケットに係合することを特徴とする請求項２に記載のアイソレータデカップラ。
4. 前記トーションスプリングの前記端部がテーパ状とされていることを特徴とする請求項２に記載のアイソレータデカップラ。
5. テーパ状の端部を備えるトーションスプリングと、
   前記トーションスプリングの前記テーパ状の端部に係合するポケットが機械加工され設けられたスプリングキャリアとを備える
   ことを特徴とするアイソレータデカップラ。
6. 前記係合が、前記トーションスプリングの前記端部が前記ポケット内に付勢あるいは押し込められるときの摩擦によることを特徴とする請求項５に記載のアイソレータデカップラ。
7. 前記トーションスプリングの両端部がテーパ状とされ、それぞれのポケットに係合することを特徴とする請求項６に記載のアイソレータデカップラ。
8. 前記ポケットが楔形とされたことを特徴とする請求項６に記載のアイソレータデカップラ。
9. スプリング端部を備えるトーションスプリングと、
   前記スプリング端部を受け入れるために配置されたポケットを備えるスプリングキャリアとを備え、
   前記スプリング端部が、前記ポケット内に摩擦により拘束されることを特徴とする補機ドライブチューニング装置。
10. 前記摩擦による拘束が、前記スプリングキャリアの外側円筒面と前記トーションスプリングの内径の一部との間の締りばめによることを特徴とする請求項９に記載の補機ドライブチューニング装置。
11. 前記摩擦による拘束が、前記スプリングキャリアの内側円筒面と前記トーションスプリングの外径の一部との間の締りばめによることを特徴とする請求項９に記載の補機ドライブチューニング装置。
12. 前記摩擦による拘束が、前記スプリング端部と前記ポケットとの間の楔係合によることを特徴とする請求項９に記載の補機ドライブチューニング装置。
13. 前記スプリング端部が楔形とされたことを特徴とする請求項１２に記載の補機ドライブチューニング装置。
14. 前記ポケットが楔形とされたことを特徴とする請求項１２に記載の補機ドライブチューニング装置。

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