JP3672017B2 - 内燃機関の出力シャフトに接続された支持体に歯付きスタータ・リングを結合するための系 - Google Patents
内燃機関の出力シャフトに接続された支持体に歯付きスタータ・リングを結合するための系 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の出力シャフトに接続された支持体に歯付きスタータ・リングを結合して成るフライホイールに関する。このフライホイールでは、支持体が、リングを受け取るように適合された実質的に円筒形の周縁面（周面）を有し、リングが、支持体の実質的に円筒形の周面と相補的な実質的に円筒形の内周面を有していて、内燃機関のスタータ・モータのロータと協動する。
【０００２】
【従来の技術】
歯付きスタータ・リングは通常、伝動装置技術における標準実施方法に従って、リングに自由度を一切与えないように支持体に焼ばめ、ねじ込み、または溶接される。
【０００３】
スタータ・リングの支持体は一般に、内燃機関のフライホイール、またはフライホイールとして機能するアセンブリの一部を形成する部材であり、スタータ・リングと一緒に回転する。
【０００４】
支持体にこのように固定されたリングは十分な信頼性を与える。このリングは、車両の耐用年数および平均的な使用条件を考えれば一般に十分と言える２０，０００〜６０，０００回程度のエンジン始動に耐え、これだけの回数のエンジン始動を実現する能力を有する。
【０００５】
しかし、スタータ・モータによってスタータ・リングおよびその支持体を駆動してエンジンを始動させると、全体として９０デシベルを超える騒音が発生し、この騒音レベルの大幅な低減を、関係する全ての当事者、すなわちメーカおよびユーザは望んでいる。
【０００６】
さらに短期または中期的には、内燃機関の運転によって引き起こされる大気汚染との闘いの中で、赤信号で、または交通渋滞のために車両を停止させたときに車両のエンジンを切る「ストップ／ゴー」プラクティスの実践が課せられる恐れがある。
【０００７】
車両を街中で集中的に使用する場合には、このプラクティスによって先に述べた回数が少なくとも４〜６倍に増大する恐れがある。この場合、スタータ・リングは少なくとも２００，０００回、もしくは２５０，０００回または３００，０００回、ことによるともっと多くの回数のエンジン始動に耐えなければならなくなる。
【０００８】
ＦＲ−Ａ−７８８０６１には、支持体の円筒形周面に固定された環状防音材フェーシングにリングが滑動可能に装着された前述のタイプの結合系が開示されている。リングと支持体の間の力の伝達は、リングおよび支持体の相補的半径方向面にそれぞれ接着されたラジアル・ゴム・リング、または支持体およびリングのそれぞれの円筒形周面の切欠きとかみ合ったゴム・フィンガによって実施される。
【０００９】
リング全体がその軸線を中心に支持体に対して相対的に回転することができる先の種類の結合系では、前述の従来の系の耐用年数を延ばすことはできず、必要な信頼性も得られない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、当技術分野で周知の従来型の結合系の欠点を矯正し、先に指示した新しい数字に対応する回数のエンジン始動にリングが耐えることができ、さらにできれば騒音レベルを大幅に低下させる内燃機関用フライホイールを提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、実質的に円筒形の周面（１０）を有する支持体（１）と、前記支持体（１）の周面（１０）に固定される歯付きリング（２）とから成る内燃機関のフライホイールであって、前記リング（２）の、又はその上にリング（２）が固定される金属製中間部材（２６）の相補的な実質的に円筒形の内周面（１３）が部分的に直接前記周面（１０）に固定され、前記相補的内周面（１３）の前記周面（１０）に固定されていない部分が前記周面（１０）から半径方向に隔てられて半径方向の可撓性が前記リング（２）に付与されるように形成され、以て前記リング（２）が半径方向に前記支持体（１）が固定されているシャフト（４）に向かってわずかに変形して、始動操作中にリングに加わる最大応力が低減されるようにしたことを特徴とする内燃機関用フライホイールを提供する。
【００１２】
したがって、伝動装置の設計ルールに反するある程度の可撓性および半径方向への変形の可能性がスタータ・リングに与えられる。
【００１３】
全く驚くべきことに、これによって、エンジン始動時にスタータ・モータのロータの歯によって加えられた圧力にさらされたリングの歯への衝撃の効果が減衰する。
【００１４】
この減衰効果によって、スタータ・リングおよび歯車の耐用年数は著しく増大し、耐用年数は、少なくとも約２００，０００回のエンジン始動に対応する。
【００１５】
スタータ・モータのロータがリングとかみ合ったときに支持体およびスタータ・リングが出す騒音も、５〜７デシベル程度低減する。
【００１６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に関してなされる以下の詳細な説明の中で明らかとなろう。ただし、それらの図面は非限定的な例として示すに過ぎない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に、歯付きスタータ・リング２（以下単に「リング２」とする）を含む内燃機関のフライホイールを概略的に示す。リング２は支持体１の周部３に固定されている。
【００１８】
支持体１は従来どおり、内燃機関（図示せず）の出力シャフト４に装着される。このシャフトは軸線５を有する。内燃機関（図示せず）を始動させるには、スタータ・モータ（図示せず）のロータ７の歯６がリング２の歯８とかみ合い、リング２および支持体１の回転を駆動する。
【００１９】
内燃機関の出力シャフト４に接続された支持体１の周部３にリング２を結合する本発明に基づく結合系９を、リング２が支持体１の周部３に直接に固定される単純かつ最も一般的な例について以下に説明する。
【００２０】
本発明に基づく結合系９を、内燃機関の出力シャフト４に接続された任意の支持体上に全く同じように装着し使用することができることは言うまでもない。
【００２１】
図２Ａから６に示すように、本発明に基づく結合系９では、
−リング２を受けるように形成された支持体１の周部３が、任意の半径方向平面で、リング２を支持体１に固定する実質的に円筒形の周面１０と、リング２と支持体１が接触する半径方向面１１とがなす実質的に直角の内側角に実質的に調和する半径方向断面形状を有し、
−支持体１に固定されるように形成されたリング２の内周部１２が、周面１０と相補形で、かつ支持体１の周面１０にその範囲の少なくとも一部分が固定されるように形成された実質的に円筒形の内周面１３と、半径方向面１１と相補形で、かつ支持体１の半径方向面１１と少なくとも部分的に接触するように形成された半径方向面１４とがなす実質的に直角の外側角に実質的に調和する、支持体１の周部３の形状と相補形の半径方向断面形状を有し、
−エンジンを始動させたときにリング２が、シャフト４に向かって半径方向にわずかに変形することができ、かつリング２の相補的半径方向面１４が、支持体１の半径方向面１１に沿ってわずかに滑動することができるような方法で、リング２の相補的周面１３の少なくとも一部分が、少なくともリング２の相補的半径方向面１４から最も離れた相補的周面１３の領域で支持体１の周面１０に固定される。
【００２２】
図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに示した実施形態では、リング２が、相補的半径方向面１４から離れてロータ７に向かう向きの軸方向１６に歯８を超えて延びる環状部分１５を有し、環状部分１５の軸方向端１７のところでリング２が支持体１に固定される。
【００２３】
図２Ａおよび２Ｂに示す実施形態では、軸方向端１７は、軸線５に向かって半径方向に内側に突出して、支持体１の周面１０と接触し、そこに固定されるように形成された円筒形内周面２３によって、内面の境界が画定される内側フランジ１８を含む。
【００２４】
この実施形態は図２Ｂに示すように支持体１に焼ばめされることが好ましい。
【００２５】
図２Ｃに示す実施形態では、環状部分１５の軸方向端１７の内周面２３が、溶接部１９によって支持体１の周面１０に固定されている。
【００２６】
リング２が支持体１に固定された領域以外では、実質的に円筒形の相補的内周面１３の残りの部分が、支持体１の周面１０から半径方向に間隔を置いて配置され、必要な半径方向の可撓性がリング２に与えられるような形状に作られている。
【００２７】
図２Ａから２Ｃに示した実施形態では、支持体１の半径方向面１１と接触するように形成されたリング２の相補的半径方向面１４の領域１４ａは、これらの図に示されているリングの軸方向断面の対応するコーナ、すなわち底面（相補的内周面１３）の右側のコーナを構成する円形の縁２０から短い距離だけ半径方向に延びている。
【００２８】
これに対応して、リングの領域１４ａと接触するようにされた支持体１の半径方向面１１の領域１１ａが、小さな半径方向寸法を有するリング２の相補的半径方向面１４の領域１４ａと滑り接触するように周面１０から短い距離だけ半径方向に延びている。したがって半径方向面１１は、同じ軸線５を有する広く裾の広がった円錐面２１として延びている。これによってリング２を支持体１に取り付けるのが容易になる。
【００２９】
支持体１の半径方向面１１に固定された、半径方向面１１と相補的半径方向面１４との間の滑り接触を容易にする材料、例えばエラストマーまたはプラストマーの薄いコーティング２２が、図２Ａに概略的に示されている。図中、図を分かりやすくするためにコーティングの軸方向寸法は誇張して示されている。
【００３０】
図３Ａおよび３Ｂに示す実施形態では、リング２の相補的内周面１３の軸方向寸法が、歯８の軸方向寸法と実質的に一致することが好ましい。リング２は、相補的半径方向面１４から最も遠い相補的内周面１３の領域２３で、例えば溶接または焼ばめによって支持体１に固定される。リング２はさらに、ロータ７に向かう軸方向１６のリング２の境界を画定する、相補形半径方向面１４から離れた表面２５から、リング２の軸方向寸法の一部分にわたって相補形半径方向面１４に向かって軸方向に延びる環状みぞ２４を含む。
【００３１】
図３Ａに示した領域２３は、リング２を支持体１の表面１０に焼ばめするのに十分な軸方向寸法を有する。
【００３２】
図３Ｂの例では、リング２が溶接部１９によって、相補的半径方向面１４とは軸方向に反対側にある領域２３の端部のところで支持体１に固定されている。
【００３３】
図３Ａおよび３Ｂに示した実施形態では、支持体１の半径方向面１１の接触領域１１ａが周面１０よりも半径方向外側にあり、半径方向に短い距離だけ延びている。この領域１１ａは、リング２の相補的半径方向面１４の領域１４ａとの滑り接触を可能にするエラストマーまたはプラストマーの薄いコーティング２２を担持している。
【００３４】
この実施形態では支持体１が、領域１１ａよりも半径方向外側には延びておらず、したがってエンジンを始動したときにリング２は、完全に自由に変形することができる。
【００３５】
図４に概略的に示す実施形態では、支持体１が、従来の方法、例えばねじ込み、焼ばめまたは溶接によってリング２が固定された環状の金属製中間部材２６を含む。
【００３６】
中間部材２６は、相補的内周面１３および相補的半径方向面１４を含む。中間部材２６は、相補的半径方向面１４から離れた軸方向端のところで、あたかも中間部材２６がリング２の一部であるかのように支持体１に固定されている。中間部材２６は、当技術分野で周知の方法で支持体１に固定される。
【００３７】
図示の実施形態では、中間部材２６の軸方向の長さがリング２よりも長い。中間部材２６は、相補的半径方向面１４から距離を置いた軸方向端１７のところで溶接部１９によって支持体１に固定されている。
【００３８】
図５に概略的に示す実施形態では、支持体１が、リング２の相補的内周面１３に沿って軸方向に延びる変形可能な材料、例えばエラストマーまたはプラストマーの環状リング２７を含んでいる。リング２７は当技術分野では周知の手段によって、その一面が支持体１の周面１０に、もう一面がリング２の相補的内周面１３に接着または貼着される。
【００３９】
本発明が追求している効果を得るため環状リング２７は必然的に、支持体１に対する十分な変形自由度をリング２に与えるのに十分な厚さを有する。
【００４０】
さらに、例えばリング２の相補的半径方向面１４との滑り接触を可能にするために、エラストマーまたはプラストマー・コーティング２２が半径方向面１１に固定される。
【００４１】
図６に示す実施形態では、環状リング２７ａがＬ字形の半径方向断面を有し、一面が支持体１の半径方向面１１に、もう一面がリング２の相補的半径方向面１４に貼着された半径方向壁３２を含む。
【００４２】
したがってリング２７ａは、支持体１とリング２の間のＬ字形の空間にエラストマーを加圧注入することによって簡単に形成することができる。
【００４３】
図７に示す実施形態では、支持体１の周部３が円筒形周面１０だけを有し、半径方向壁を持たない。
【００４４】
従来の半径方向面１１は、フライホイールの製作中に支持体１にリング２を正確に配置することと、エンジンを始動するときにスタータ・モータのロータ７によってリング２に伝達される軸方向力の一部を吸収することの両方の役割を果たす。このことは当技術分野で周知である。
【００４５】
従来の半径方向面１１がない場合、リング２は、全ての軸方向力を吸収するように形成された手段によって支持体１に固定しなければならない。
【００４６】
図７に示した実施形態では粘弾性材の環状リング２７が、一面が支持体１の周面１０に、もう一面がリング２の相補的内周面１３に貼着されている。
【００４７】
この実施形態ではリング２が、先に説明した環状みぞ２４を含む。
【００４８】
図８を参照して以下に説明する実施形態では、環状リング２７が金属製でもよい。
【００４９】
リング２は、支持体１の軸線５を中心に規則正しく分布した周部セクタ２８（図１）のところだけが支持体１に固定され、本件フライホイールを備えた内燃機関の圧縮行程に対応する直径上で相対するセクタ２９、および／またはエンジンの膨張行程に対応する直径上で相対するセクタ３０を固定されずに残されることが好ましい。セクタ２９および３０は、すべてのフライホイールに従来からマークされている上死点位置に対して容易に識別される。これは特に、溶接（図１参照）または焼ばめ（図６参照）の場合に適用される。
【００５０】
これによって、リングの圧縮セクタ２９および膨張セクタ３０に追加の可撓性を与えることができ、圧縮セクタ２９および膨張セクタ３０のところのリング２の歯８が受ける衝撃効果および圧力ピークの減衰が増大する。
【００５１】
図１の実施形態は４気筒エンジンに関係する。この図には、２本の直交軸の両端に４つの固定セクタ２８が示されており、隣接する２つの固定セクタ２８間に圧縮または膨張セクタ２９または３０がそれぞれ位置している。これとは異なる数のセクタ２８を使用することができ、例えば３気筒エンジンまたはＶ６エンジンに対しては６つのセクタ２８を使用することができる。
【００５２】
図８に示す実施形態では支持体１の周面が、２つの圧縮領域に対応する２つのそれぞれのセクタ２９、および／または２つの膨張領域に対応する２つのそれぞれのセクタ３０と同じ位置に凹部３１を有する。
【００５３】
凹部３１は、当技術分野で周知の方法によって形成され、例えば成形時にまたはフライス削りによって形成したフラットまたは任意の周縁形状のみぞの形態をとる。
【００５４】
したがって、凹部３１のところが支持体１に固定されていないリング２は、圧縮および膨張領域に対応するセクタ２９および３０でリング２が通常さらされる応力および摩耗を減らす半径方向の追加の可撓性を有する。
【００５５】
リング２を支持体１に結合するさまざまな系を説明した。これらの結合系のいくつかは、固定手段を、リングの相補的半径方向面１４からできるだけ遠くに含み、これによって支持体１に対する半径方向の可撓性がリング２に与えられ、この可撓性は、リング２の相補的半径方向面１４と支持体１の半径方向面１１の間の半径方向に一般に短い距離の滑り接触によって促進される。
【００５６】
説明した全ての実施形態は、軸線５に向かう半径方向の可撓性を、他の方向への可撓性を排除することなくリングに与える。
【００５７】
言うまでもなくリングの半径方向の断面形状は、説明したそれぞれの結合系に対して、採用した固定モードによって生じる応力にリングが耐えることができるように設計される。歯を含む硬化領域は歯の下方から内側に約１ミリメートルしか広がっていないため、これらの応力はいずれの場合も非硬化応力領域で生じる。
【００５８】
以上の説明では全て、本発明に基づく結合系が、支持体１にリング２を接続する。この結合は、支持体１の周面１０およびリング２の相補的内周面１３に少なくとも部分的に関係する。
【００５９】
以上に説明した例は、「部分的」という用語を幾何学的な意味で解釈しなければならないこと、およびこの用語が、結合面が、周面１０および相補的内周面１３の少なくとも一部分に沿って、またはこれらの少なくとも一部分にわたって周縁方向ならびに軸方向に延びることを意味していることを示している。
【００６０】
これらの結合系および先に説明した歯付きリング２の歯８が受ける機械応力を減衰させる減衰系は、エンジンを２００，０００〜３００，０００回、必要ならばこれを上回る回数始動させる既に述べた目的を効果的に達成する。
【００６１】
本発明者らは、歯付きリングをより強くし、一方でエンジン始動によって生じる騒音レベルを低下させるための研究および努力を続けた。
【００６２】
本明者らは、先の結合／減衰系の１つに、オイルまたはグリースの膜を付着させることによる歯付きリングの歯の潤滑を組み合わせた。この付着は、当技術分野で周知の方法、例えば、散布（ｓｐｒｉｎｋｌｉｎｇ）、加圧ジェットの吹付け（ｓｐｒａｙｉｎｇ）、または当技術分野で周知の適当な品質のオイルまたはグリースでコーティングした接触部材に歯を単に接触させることによって実施する。先の種類の結合系と潤滑系の組合せの系統的な試験によって、歯付きリングが、リングまたは歯が破壊されることなく８００，０００回を超えるエンジン始動を達成することができるようになった。
【００６３】
代替として、図９に概略的に示すように、自己潤滑コーティング３７を、少なくともそれぞれの歯８の２つの軸方向面３５、３６に適用した。図を分かりやすくするために図中のコーティングの厚さは相当に誇張されている。
【００６４】
コーティング３７が、隣接する２つの歯８（図１参照）間の表面３８を覆ってもよいし、またはコーティング３７を面３５、３６に限定してもよいことは明らかである。
【００６５】
先の種類のコーティングは当技術分野で周知である。このコーティングを例えば、ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＳＵＲＦＡＣＥＳ（登録商標）から販売されているＳＤＡ（登録商標）タイプの滑りワニスとし、エポキシ、フェノール、シリコーン樹脂などに基づく熱硬化性マトリックス中の二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を処理済みの部品の表面に単独でまたは混合物として付着させることができる。先の種類のコーティングは、予め適当な表面処理を施した表面に、例えば吹付け、浸漬、または遠心手段によって形成することができる。
【００６６】
あるいは先の種類のコーティングを、アルカリ性チオシアン酸塩に基づく融解塩浴中での陽極電気分解によって実施されるＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＳＵＲＦＡＣＥＳ ＴＳ（登録商標）のＳＵＬＦ ＢＴ（登録商標）として知られる表面処理の結果として得ることもできる。この処理は、処理済み表面上でベース金属と全体に交互に配置された厚さ約７ミクロン〜約８ミクロンの硫化鉄のミクロレイヤーを形成する。
【００６７】
先の種類の自己潤滑コーティングを、当技術分野で周知の適当な潤滑手段、例えば図９の符号３９に表されているような、油滴４０を吹き付けるノズルによって適当なオイルまたはグリースを塗布する潤滑手段を備えることによって行なうことができることは明らかである。
【００６８】
本発明が以上に説明した実施形態に限定されるものではないことは言うまでもなく、本発明の範囲から逸脱することなしにこれらの実施形態に多くの変更および修正を実施することができる。
【００６９】
例えば、領域１１ａと１４ａの間の滑り接触を容易にする目的に、当技術分野で周知のその他の手段をコーティング２２の代わりに使用することもできる。これらの２つの領域をポリシングしてもよいし、または金属またはプラスチック減摩材をこれらの領域に付着させてもよい。このような手段を用いなくてもよい。
【００７０】
支持体１の周面１０と周面１０の一部分にわたって離隔したリング２の相補的内周面１３とを用いる代わりに、リング２の相補的内周面１３とその範囲の一部にわたって相補的内周面１３から半径方向に離隔するようにした支持体１の周面１０とを用いることもできる。
【００７１】
最後に、以上に説明したさまざまな実施形態を任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る、支持体の周部に固定された歯付きスタータ・リングを含む内燃機関用フライホイールの一実施形態を示す正面図である。
【図２Ａ】 リングが支持体に焼ばめされた本発明に係る内燃機関用フライホイールの一実施形態の軸方向断面図である（分かりやすくするためにリングと支持体を軸方向に互いにずらして示してある）。
【図２Ｂ】 リングが支持体に焼ばめされた本発明に係る内燃機関用フライホイールの一実施形態の軸方向断面図である。
【図２Ｃ】 リングが支持体に溶接された本発明に係る内燃機関用フライホイールの一実施形態の軸方向断面図である。
【図３Ａ】 本発明に係る内燃機関用フライホイールの他の実施形態に対応する図２Ａに類似の図である。
【図３Ｂ】 本発明に係る内燃機関用フライホイールの他の実施形態に対応する図２Ｃに類似の図である。
【図４】 本発明に係る内燃機関用フライホイールの他の実施形態を示す図２Ｃに類似の図である。
【図５】 本発明に係る内燃機関用フライホイールの他の実施形態を示す図４に類似の図である。
【図６】 図５に示した実施形態の変形形態を示す図５に類似の図である。
【図７】 図５に示した実施形態の他の変形形態を示す図５に類似の図である。
【図８】 本発明に係る内燃機関用フライホイールの更に他の実施形態を示す図１に類似の図である。
【図９】 例えば図２Ｃの線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿ってとった、本発明に係る内燃機関用フライホイールの一実施形態における、リングの歯の断面の拡大図である。
【符号の説明】
１ 支持体
２ リング
３ 支持体の周部
４ 出力シャフト
５ 軸線
６ ロータの歯
７ スタータ・モータのロータ
８ 歯
９ 結合系
１０ 周面
１２ リングの内周部
１１ 半径方向面
１３ 相補的内周面
１４ 相補的半径方向面
１９ 溶接部
２８ 固定セクタ
２９ 圧縮セクタ
３０ 膨張セクタ
３５ 歯８の軸方向面
３６ 歯８の軸方向面
３８ 歯８間の表面
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の出力シャフトに接続された支持体に歯付きスタータ・リングを結合して成るフライホイールに関する。このフライホイールでは、支持体が、リングを受け取るように適合された実質的に円筒形の周縁面（周面）を有し、リングが、支持体の実質的に円筒形の周面と相補的な実質的に円筒形の内周面を有していて、内燃機関のスタータ・モータのロータと協動する。
【０００２】
【従来の技術】
歯付きスタータ・リングは通常、伝動装置技術における標準実施方法に従って、リングに自由度を一切与えないように支持体に焼ばめ、ねじ込み、または溶接される。
【０００３】
スタータ・リングの支持体は一般に、内燃機関のフライホイール、またはフライホイールとして機能するアセンブリの一部を形成する部材であり、スタータ・リングと一緒に回転する。
【０００４】
支持体にこのように固定されたリングは十分な信頼性を与える。このリングは、車両の耐用年数および平均的な使用条件を考えれば一般に十分と言える２０，０００〜６０，０００回程度のエンジン始動に耐え、これだけの回数のエンジン始動を実現する能力を有する。
【０００５】
しかし、スタータ・モータによってスタータ・リングおよびその支持体を駆動してエンジンを始動させると、全体として９０デシベルを超える騒音が発生し、この騒音レベルの大幅な低減を、関係する全ての当事者、すなわちメーカおよびユーザは望んでいる。
【０００６】
さらに短期または中期的には、内燃機関の運転によって引き起こされる大気汚染との闘いの中で、赤信号で、または交通渋滞のために車両を停止させたときに車両のエンジンを切る「ストップ／ゴー」プラクティスの実践が課せられる恐れがある。
【０００７】
車両を街中で集中的に使用する場合には、このプラクティスによって先に述べた回数が少なくとも４〜６倍に増大する恐れがある。この場合、スタータ・リングは少なくとも２００，０００回、もしくは２５０，０００回または３００，０００回、ことによるともっと多くの回数のエンジン始動に耐えなければならなくなる。
【０００８】
ＦＲ−Ａ−７８８０６１には、支持体の円筒形周面に固定された環状防音材フェーシングにリングが滑動可能に装着された前述のタイプの結合系が開示されている。リングと支持体の間の力の伝達は、リングおよび支持体の相補的半径方向面にそれぞれ接着されたラジアル・ゴム・リング、または支持体およびリングのそれぞれの円筒形周面の切欠きとかみ合ったゴム・フィンガによって実施される。
【０００９】
リング全体がその軸線を中心に支持体に対して相対的に回転することができる先の種類の結合系では、前述の従来の系の耐用年数を延ばすことはできず、必要な信頼性も得られない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、当技術分野で周知の従来型の結合系の欠点を矯正し、先に指示した新しい数字に対応する回数のエンジン始動にリングが耐えることができ、さらにできれば騒音レベルを大幅に低下させる内燃機関用フライホイールを提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、実質的に円筒形の周面（１０）を有する支持体（１）と、前記支持体（１）の周面（１０）に固定される歯付きリング（２）とから成る内燃機関のフライホイールであって、前記リング（２）の、又はその上にリング（２）が固定される金属製中間部材（２６）の相補的な実質的に円筒形の内周面（１３）が部分的に直接前記周面（１０）に固定され、前記相補的内周面（１３）の前記周面（１０）に固定されていない部分が前記周面（１０）から半径方向に隔てられて半径方向の可撓性が前記リング（２）に付与されるように形成され、以て前記リング（２）が半径方向に前記支持体（１）が固定されているシャフト（４）に向かってわずかに変形して、始動操作中にリングに加わる最大応力が低減されるようにしたことを特徴とする内燃機関用フライホイールを提供する。
【００１２】
したがって、伝動装置の設計ルールに反するある程度の可撓性および半径方向への変形の可能性がスタータ・リングに与えられる。
【００１３】
全く驚くべきことに、これによって、エンジン始動時にスタータ・モータのロータの歯によって加えられた圧力にさらされたリングの歯への衝撃の効果が減衰する。
【００１４】
この減衰効果によって、スタータ・リングおよび歯車の耐用年数は著しく増大し、耐用年数は、少なくとも約２００，０００回のエンジン始動に対応する。
【００１５】
スタータ・モータのロータがリングとかみ合ったときに支持体およびスタータ・リングが出す騒音も、５〜７デシベル程度低減する。
【００１６】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に関してなされる以下の詳細な説明の中で明らかとなろう。ただし、それらの図面は非限定的な例として示すに過ぎない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に、歯付きスタータ・リング２（以下単に「リング２」とする）を含む内燃機関のフライホイールを概略的に示す。リング２は支持体１の周部３に固定されている。
【００１８】
支持体１は従来どおり、内燃機関（図示せず）の出力シャフト４に装着される。このシャフトは軸線５を有する。内燃機関（図示せず）を始動させるには、スタータ・モータ（図示せず）のロータ７の歯６がリング２の歯８とかみ合い、リング２および支持体１の回転を駆動する。
【００１９】
内燃機関の出力シャフト４に接続された支持体１の周部３にリング２を結合する本発明に基づく結合系９を、リング２が支持体１の周部３に直接に固定される単純かつ最も一般的な例について以下に説明する。
【００２０】
本発明に基づく結合系９を、内燃機関の出力シャフト４に接続された任意の支持体上に全く同じように装着し使用することができることは言うまでもない。
【００２１】
図２Ａから６に示すように、本発明に基づく結合系９では、
−リング２を受けるように形成された支持体１の周部３が、任意の半径方向平面で、リング２を支持体１に固定する実質的に円筒形の周面１０と、リング２と支持体１が接触する半径方向面１１とがなす実質的に直角の内側角に実質的に調和する半径方向断面形状を有し、
−支持体１に固定されるように形成されたリング２の内周部１２が、周面１０と相補形で、かつ支持体１の周面１０にその範囲の少なくとも一部分が固定されるように形成された実質的に円筒形の内周面１３と、半径方向面１１と相補形で、かつ支持体１の半径方向面１１と少なくとも部分的に接触するように形成された半径方向面１４とがなす実質的に直角の外側角に実質的に調和する、支持体１の周部３の形状と相補形の半径方向断面形状を有し、
−エンジンを始動させたときにリング２が、シャフト４に向かって半径方向にわずかに変形することができ、かつリング２の相補的半径方向面１４が、支持体１の半径方向面１１に沿ってわずかに滑動することができるような方法で、リング２の相補的周面１３の少なくとも一部分が、少なくともリング２の相補的半径方向面１４から最も離れた相補的周面１３の領域で支持体１の周面１０に固定される。
【００２２】
図２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに示した実施形態では、リング２が、相補的半径方向面１４から離れてロータ７に向かう向きの軸方向１６に歯８を超えて延びる環状部分１５を有し、環状部分１５の軸方向端１７のところでリング２が支持体１に固定される。
【００２３】
図２Ａおよび２Ｂに示す実施形態では、軸方向端１７は、軸線５に向かって半径方向に内側に突出して、支持体１の周面１０と接触し、そこに固定されるように形成された円筒形内周面２３によって、内面の境界が画定される内側フランジ１８を含む。
【００２４】
この実施形態は図２Ｂに示すように支持体１に焼ばめされることが好ましい。
【００２５】
図２Ｃに示す実施形態では、環状部分１５の軸方向端１７の内周面２３が、溶接部１９によって支持体１の周面１０に固定されている。
【００２６】
リング２が支持体１に固定された領域以外では、実質的に円筒形の相補的内周面１３の残りの部分が、支持体１の周面１０から半径方向に間隔を置いて配置され、必要な半径方向の可撓性がリング２に与えられるような形状に作られている。
【００２７】
図２Ａから２Ｃに示した実施形態では、支持体１の半径方向面１１と接触するように形成されたリング２の相補的半径方向面１４の領域１４ａは、これらの図に示されているリングの軸方向断面の対応するコーナ、すなわち底面（相補的内周面１３）の右側のコーナを構成する円形の縁２０から短い距離だけ半径方向に延びている。
【００２８】
これに対応して、リングの領域１４ａと接触するようにされた支持体１の半径方向面１１の領域１１ａが、小さな半径方向寸法を有するリング２の相補的半径方向面１４の領域１４ａと滑り接触するように周面１０から短い距離だけ半径方向に延びている。したがって半径方向面１１は、同じ軸線５を有する広く裾の広がった円錐面２１として延びている。これによってリング２を支持体１に取り付けるのが容易になる。
【００２９】
支持体１の半径方向面１１に固定された、半径方向面１１と相補的半径方向面１４との間の滑り接触を容易にする材料、例えばエラストマーまたはプラストマーの薄いコーティング２２が、図２Ａに概略的に示されている。図中、図を分かりやすくするためにコーティングの軸方向寸法は誇張して示されている。
【００３０】
図３Ａおよび３Ｂに示す実施形態では、リング２の相補的内周面１３の軸方向寸法が、歯８の軸方向寸法と実質的に一致することが好ましい。リング２は、相補的半径方向面１４から最も遠い相補的内周面１３の領域２３で、例えば溶接または焼ばめによって支持体１に固定される。リング２はさらに、ロータ７に向かう軸方向１６のリング２の境界を画定する、相補形半径方向面１４から離れた表面２５から、リング２の軸方向寸法の一部分にわたって相補形半径方向面１４に向かって軸方向に延びる環状みぞ２４を含む。
【００３１】
図３Ａに示した領域２３は、リング２を支持体１の表面１０に焼ばめするのに十分な軸方向寸法を有する。
【００３２】
図３Ｂの例では、リング２が溶接部１９によって、相補的半径方向面１４とは軸方向に反対側にある領域２３の端部のところで支持体１に固定されている。
【００３３】
図３Ａおよび３Ｂに示した実施形態では、支持体１の半径方向面１１の接触領域１１ａが周面１０よりも半径方向外側にあり、半径方向に短い距離だけ延びている。この領域１１ａは、リング２の相補的半径方向面１４の領域１４ａとの滑り接触を可能にするエラストマーまたはプラストマーの薄いコーティング２２を担持している。
【００３４】
この実施形態では支持体１が、領域１１ａよりも半径方向外側には延びておらず、したがってエンジンを始動したときにリング２は、完全に自由に変形することができる。
【００３５】
図４に概略的に示す実施形態では、支持体１が、従来の方法、例えばねじ込み、焼ばめまたは溶接によってリング２が固定された環状の金属製中間部材２６を含む。
【００３６】
中間部材２６は、相補的内周面１３および相補的半径方向面１４を含む。中間部材２６は、相補的半径方向面１４から離れた軸方向端のところで、あたかも中間部材２６がリング２の一部であるかのように支持体１に固定されている。中間部材２６は、当技術分野で周知の方法で支持体１に固定される。
【００３７】
図示の実施形態では、中間部材２６の軸方向の長さがリング２よりも長い。中間部材２６は、相補的半径方向面１４から距離を置いた軸方向端１７のところで溶接部１９によって支持体１に固定されている。
【００３８】
図５に概略的に示す実施形態では、支持体１が、リング２の相補的内周面１３に沿って軸方向に延びる変形可能な材料、例えばエラストマーまたはプラストマーの環状リング２７を含んでいる。リング２７は当技術分野では周知の手段によって、その一面が支持体１の周面１０に、もう一面がリング２の相補的内周面１３に接着または貼着される。
【００３９】
本発明が追求している効果を得るため環状リング２７は必然的に、支持体１に対する十分な変形自由度をリング２に与えるのに十分な厚さを有する。
【００４０】
さらに、例えばリング２の相補的半径方向面１４との滑り接触を可能にするために、エラストマーまたはプラストマー・コーティング２２が半径方向面１１に固定される。
【００４１】
図６に示す実施形態では、環状リング２７ａがＬ字形の半径方向断面を有し、一面が支持体１の半径方向面１１に、もう一面がリング２の相補的半径方向面１４に貼着された半径方向壁３２を含む。
【００４２】
したがってリング２７ａは、支持体１とリング２の間のＬ字形の空間にエラストマーを加圧注入することによって簡単に形成することができる。
【００４３】
図７に示す実施形態では、支持体１の周部３が円筒形周面１０だけを有し、半径方向壁を持たない。
【００４４】
従来の半径方向面１１は、フライホイールの製作中に支持体１にリング２を正確に配置することと、エンジンを始動するときにスタータ・モータのロータ７によってリング２に伝達される軸方向力の一部を吸収することの両方の役割を果たす。このことは当技術分野で周知である。
【００４５】
従来の半径方向面１１がない場合、リング２は、全ての軸方向力を吸収するように形成された手段によって支持体１に固定しなければならない。
【００４６】
図７に示した実施形態では粘弾性材の環状リング２７が、一面が支持体１の周面１０に、もう一面がリング２の相補的内周面１３に貼着されている。
【００４７】
この実施形態ではリング２が、先に説明した環状みぞ２４を含む。
【００４８】
図８を参照して以下に説明する実施形態では、環状リング２７が金属製でもよい。
【００４９】
リング２は、支持体１の軸線５を中心に規則正しく分布した周部セクタ２８（図１）のところだけが支持体１に固定され、本件フライホイールを備えた内燃機関の圧縮行程に対応する直径上で相対するセクタ２９、および／またはエンジンの膨張行程に対応する直径上で相対するセクタ３０を固定されずに残されることが好ましい。セクタ２９および３０は、すべてのフライホイールに従来からマークされている上死点位置に対して容易に識別される。これは特に、溶接（図１参照）または焼ばめ（図６参照）の場合に適用される。
【００５０】
これによって、リングの圧縮セクタ２９および膨張セクタ３０に追加の可撓性を与えることができ、圧縮セクタ２９および膨張セクタ３０のところのリング２の歯８が受ける衝撃効果および圧力ピークの減衰が増大する。
【００５１】
図１の実施形態は４気筒エンジンに関係する。この図には、２本の直交軸の両端に４つの固定セクタ２８が示されており、隣接する２つの固定セクタ２８間に圧縮または膨張セクタ２９または３０がそれぞれ位置している。これとは異なる数のセクタ２８を使用することができ、例えば３気筒エンジンまたはＶ６エンジンに対しては６つのセクタ２８を使用することができる。
【００５２】
図８に示す実施形態では支持体１の周面が、２つの圧縮領域に対応する２つのそれぞれのセクタ２９、および／または２つの膨張領域に対応する２つのそれぞれのセクタ３０と同じ位置に凹部３１を有する。
【００５３】
凹部３１は、当技術分野で周知の方法によって形成され、例えば成形時にまたはフライス削りによって形成したフラットまたは任意の周縁形状のみぞの形態をとる。
【００５４】
したがって、凹部３１のところが支持体１に固定されていないリング２は、圧縮および膨張領域に対応するセクタ２９および３０でリング２が通常さらされる応力および摩耗を減らす半径方向の追加の可撓性を有する。
【００５５】
リング２を支持体１に結合するさまざまな系を説明した。これらの結合系のいくつかは、固定手段を、リングの相補的半径方向面１４からできるだけ遠くに含み、これによって支持体１に対する半径方向の可撓性がリング２に与えられ、この可撓性は、リング２の相補的半径方向面１４と支持体１の半径方向面１１の間の半径方向に一般に短い距離の滑り接触によって促進される。
【００５６】
説明した全ての実施形態は、軸線５に向かう半径方向の可撓性を、他の方向への可撓性を排除することなくリングに与える。
【００５７】
言うまでもなくリングの半径方向の断面形状は、説明したそれぞれの結合系に対して、採用した固定モードによって生じる応力にリングが耐えることができるように設計される。歯を含む硬化領域は歯の下方から内側に約１ミリメートルしか広がっていないため、これらの応力はいずれの場合も非硬化応力領域で生じる。
【００５８】
以上の説明では全て、本発明に基づく結合系が、支持体１にリング２を接続する。この結合は、支持体１の周面１０およびリング２の相補的内周面１３に少なくとも部分的に関係する。
【００５９】
以上に説明した例は、「部分的」という用語を幾何学的な意味で解釈しなければならないこと、およびこの用語が、結合面が、周面１０および相補的内周面１３の少なくとも一部分に沿って、またはこれらの少なくとも一部分にわたって周縁方向ならびに軸方向に延びることを意味していることを示している。
【００６０】
これらの結合系および先に説明した歯付きリング２の歯８が受ける機械応力を減衰させる減衰系は、エンジンを２００，０００〜３００，０００回、必要ならばこれを上回る回数始動させる既に述べた目的を効果的に達成する。
【００６１】
本発明者らは、歯付きリングをより強くし、一方でエンジン始動によって生じる騒音レベルを低下させるための研究および努力を続けた。
【００６２】
本明者らは、先の結合／減衰系の１つに、オイルまたはグリースの膜を付着させることによる歯付きリングの歯の潤滑を組み合わせた。この付着は、当技術分野で周知の方法、例えば、散布（ｓｐｒｉｎｋｌｉｎｇ）、加圧ジェットの吹付け（ｓｐｒａｙｉｎｇ）、または当技術分野で周知の適当な品質のオイルまたはグリースでコーティングした接触部材に歯を単に接触させることによって実施する。先の種類の結合系と潤滑系の組合せの系統的な試験によって、歯付きリングが、リングまたは歯が破壊されることなく８００，０００回を超えるエンジン始動を達成することができるようになった。
【００６３】
代替として、図９に概略的に示すように、自己潤滑コーティング３７を、少なくともそれぞれの歯８の２つの軸方向面３５、３６に適用した。図を分かりやすくするために図中のコーティングの厚さは相当に誇張されている。
【００６４】
コーティング３７が、隣接する２つの歯８（図１参照）間の表面３８を覆ってもよいし、またはコーティング３７を面３５、３６に限定してもよいことは明らかである。
【００６５】
先の種類のコーティングは当技術分野で周知である。このコーティングを例えば、ＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＳＵＲＦＡＣＥＳ（登録商標）から販売されているＳＤＡ（登録商標）タイプの滑りワニスとし、エポキシ、フェノール、シリコーン樹脂などに基づく熱硬化性マトリックス中の二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を処理済みの部品の表面に単独でまたは混合物として付着させることができる。先の種類のコーティングは、予め適当な表面処理を施した表面に、例えば吹付け、浸漬、または遠心手段によって形成することができる。
【００６６】
あるいは先の種類のコーティングを、アルカリ性チオシアン酸塩に基づく融解塩浴中での陽極電気分解によって実施されるＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ ＳＵＲＦＡＣＥＳ ＴＳ（登録商標）のＳＵＬＦ ＢＴ（登録商標）として知られる表面処理の結果として得ることもできる。この処理は、処理済み表面上でベース金属と全体に交互に配置された厚さ約７ミクロン〜約８ミクロンの硫化鉄のミクロレイヤーを形成する。
【００６７】
先の種類の自己潤滑コーティングを、当技術分野で周知の適当な潤滑手段、例えば図９の符号３９に表されているような、油滴４０を吹き付けるノズルによって適当なオイルまたはグリースを塗布する潤滑手段を備えることによって行なうことができることは明らかである。
【００６８】
本発明が以上に説明した実施形態に限定されるものではないことは言うまでもなく、本発明の範囲から逸脱することなしにこれらの実施形態に多くの変更および修正を実施することができる。
【００６９】
例えば、領域１１ａと１４ａの間の滑り接触を容易にする目的に、当技術分野で周知のその他の手段をコーティング２２の代わりに使用することもできる。これらの２つの領域をポリシングしてもよいし、または金属またはプラスチック減摩材をこれらの領域に付着させてもよい。このような手段を用いなくてもよい。
【００７０】
支持体１の周面１０と周面１０の一部分にわたって離隔したリング２の相補的内周面１３とを用いる代わりに、リング２の相補的内周面１３とその範囲の一部にわたって相補的内周面１３から半径方向に離隔するようにした支持体１の周面１０とを用いることもできる。
【００７１】
最後に、以上に説明したさまざまな実施形態を任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る、支持体の周部に固定された歯付きスタータ・リングを含む内燃機関用フライホイールの一実施形態を示す正面図である。
【図２Ａ】 リングが支持体に焼ばめされた本発明に係る内燃機関用フライホイールの一実施形態の軸方向断面図である（分かりやすくするためにリングと支持体を軸方向に互いにずらして示してある）。
【図２Ｂ】 リングが支持体に焼ばめされた本発明に係る内燃機関用フライホイールの一実施形態の軸方向断面図である。
【図２Ｃ】 リングが支持体に溶接された本発明に係る内燃機関用フライホイールの一実施形態の軸方向断面図である。
【図３Ａ】 本発明に係る内燃機関用フライホイールの他の実施形態に対応する図２Ａに類似の図である。
【図３Ｂ】 本発明に係る内燃機関用フライホイールの他の実施形態に対応する図２Ｃに類似の図である。
【図４】 本発明に係る内燃機関用フライホイールの他の実施形態を示す図２Ｃに類似の図である。
【図５】 本発明に係る内燃機関用フライホイールの他の実施形態を示す図４に類似の図である。
【図６】 図５に示した実施形態の変形形態を示す図５に類似の図である。
【図７】 図５に示した実施形態の他の変形形態を示す図５に類似の図である。
【図８】 本発明に係る内燃機関用フライホイールの更に他の実施形態を示す図１に類似の図である。
【図９】 例えば図２Ｃの線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿ってとった、本発明に係る内燃機関用フライホイールの一実施形態における、リングの歯の断面の拡大図である。
【符号の説明】
１ 支持体
２ リング
３ 支持体の周部
４ 出力シャフト
５ 軸線
６ ロータの歯
７ スタータ・モータのロータ
８ 歯
９ 結合系
１０ 周面
１２ リングの内周部
１１ 半径方向面
１３ 相補的内周面
１４ 相補的半径方向面
１９ 溶接部
２８ 固定セクタ
２９ 圧縮セクタ
３０ 膨張セクタ
３５ 歯８の軸方向面
３６ 歯８の軸方向面
３８ 歯８間の表面
Claims (11)
- 実質的に円筒形の周面（１０）を有する支持体（１）と、前記支持体（１）の周面（１０）に固定される歯付きリング（２）とから成る内燃機関のフライホイールであって、前記リング（２）の、又はその上にリング（２）が固定される金属製中間部材（２６）の相補的な実質的に円筒形の内周面（１３）が部分的に直接前記周面（１０）に固定され、前記相補的内周面（１３）の前記周面（１０）に固定されていない部分が前記周面（１０）から半径方向に隔てられて半径方向の可撓性が前記リング（２）に付与されるように形成され、以て前記リング（２）が半径方向に前記支持体（１）が固定されているシャフト（４）に向かってわずかに変形して、始動操作中にリングに加わる最大応力が低減されるようにしたことを特徴とする内燃機関用フライホイール。
- 前記相補的内周面（１３）は、前記周面（１０）に溶接又は焼ばめによって固定される請求項１に記載の内燃機関用フライホイール。
- 前記支持体（１）はフライホイールの軸線（５）と垂直であって前記周面（１０）と実質的に垂直な半径方向面（１１）を有し、前記リング（２）又は前記金属製中間部材（２６）は、フライホイールの軸線（５）と垂直であって前記相補的内周面（１３）と実質的に垂直な相補的半径方向面（１４）を有していて、その相補的半径方向面（１４）の範囲の少なくとも一部分が前記半径方向面（１１）に接触し、前記半径方向面（１１）に沿ってわずかに滑動するようにされている請求項１又は２に記載の内燃機関用フライホイール。
- 前記周面（１０）に固定される前記相補的内周面（１３）の部分は、前記相補的半径方向面（１４）から離れた領域（２３）に位置している請求項３に記載の内燃機関用フライホイール。
- 前記リング（２）又は適用可能な前記金属製中間部材（２６）は、前記相補的半径方向面（１４）から離れる向きの軸方向（１６）に、前記リング（２）の歯（８）を越えて延びる環状部分（１５）を有し、前記環状部分（１５）の軸方向端（１７）の内周面である前記相補的半径方向面（１４）から離れた領域（２３）を有する、請求項４に記載の内燃機関用フライホイール。
- 前記半径方向面（１１）上における前記相補的半径方向面（１４）の滑動を助ける材料、例えばエラストマーまたはプラストマーが、好ましくは前記半径方向面（１１）に固定されたコーティング（２２）の形態で前記２つの半径方向面（１１、１４）間に配置される請求項３乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関用フライホイール。
- 前記リング（２）が、ロータ（７）に向かう軸方向（１６）において前記リング（２）の境界を画定する表面（２５）から、前記軸方向（１６）とは反対の方向に前記リング（２）の軸方向寸法の一部分にわたって軸方向に延びる環状みぞ（２４）を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関用フライホイール。
- 前記リング（２）は、前記支持体（１）の軸線（５）を中心に規則正しく分布したその周部固定セクタ（２８）だけが前記支持体（１）に固定され、圧縮領域に対応するセクタ（２９）、および／または、膨張領域に対応するセクタ（３０）が固定されずに残される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関用フライホイール。
- 前記周面（１０）が、圧縮領域に対応するそれぞれのセクタ（２９）、および／または、膨張領域に対応するそれぞれのセクタ（３０）に凹部を有する、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関用フライホイール。
- 前記リング（２）のそれぞれの歯（８）は、自己潤滑コーティング（３７）を、フライホイールの軸線（５）に沿って延びるそれらの軸方向面（３５、３６）上に有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の内燃機関用フライホイール。
- 前記リング（２）の歯（８）の潤滑手段（３９）を備えている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の内燃機関用フライホイール。
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