JP6283111B2 - クランクシャフト・アイソレーティング・デカップラ - Google Patents

Description

本発明は、スプリングキャリアに係合する捻りスプリングの径方向内側に配設され、捻りスプリングの負荷方向とは反対方向である負荷方向においてプーリに摩擦係合するラップスプリングを備え、ラップスプリングがハブに係合可能であり、これによりプーリに対する摩擦係合が解放される、アイソレーティング・デカップラに関する。

乗用車の分野で用いられるディーゼルエンジンは、燃費がよいという利点のために増加している。さらに、ガソリンエンジンは燃料効率を改善するために圧縮比を増加させている。この結果、ディーゼルおよびガソリンエンジンのアクセサリドライブシステムは、エンジンにおける上記変化のために、クランクシャフトに起因する大きな振動に打ち勝たなければならない。

増加したクランクシャフトの振動に加えて、高い加速／減速比および高いオルタネータの慣性のために、エンジンのアクセサリドライブシステムはしばしば、ベルトのスリップによるベルトの軋み騒音を経験する。これはベルトの運転寿命を減少させる。

クランクシャフト・アイソレータ／デカップラおよびオルタネータ・デカップラ／アイソレータは高い角振動を伴うエンジンに、エンジン作動域における振動を除去するため、またベルトの軋み音を制御するために広く用いられてきた。

この技術の代表は、米国特許第７，５９１，３５７号明細書であり、これはエンジン駆動シャフトとサーペンタインベルトの間に回転運動を伝達するために設けられたデカップラを開示する。デカップラは回転駆動部材と、この回転駆動部材に対して共に相対回転するように、同軸的に設けられた回転被駆動部材とを有する。デカップリングアセンブリは駆動部材と被駆動部材の間に延びる。デカップリングアセンブリは、駆動部材が被駆動部材に対して回転するときに、第１の連結という意味で、駆動部材と被駆動部材を選択的に連結する。デカップリングアセンブリは、駆動部材が被駆動部材に対して回転するときに、第１の連結とは反対の第２の意味で、被駆動部材から駆動部材を切り離す。捻り振動ダンパは、エンジンにより生じる振動の一部を相殺するために、駆動部材と被駆動部材の一方とともに回転するように設けられる。

必要なものは、スプリングキャリアに係合する捻りスプリングの径方向内側に配設され、捻りスプリングの負荷方向とは反対方向である負荷方向においてプーリに摩擦係合するラップスプリングを備え、ラップスプリングがハブに係合可能であり、これによりプーリに対する摩擦係合が解放される、アイソレーティング・デカップラである。本発明はこの必要性に合致する。

本発明の一つの特徴は、スプリングキャリアに係合する捻りスプリングの径方向内側に配設され、捻りスプリングの負荷方向とは反対方向である負荷方向においてプーリに摩擦係合するラップスプリングを備え、ラップスプリングがハブに係合可能であり、これによりプーリに対する摩擦係合が解放される、アイソレーティング・デカップラである。

本発明の他の特徴は、本発明の次の記載と添付された図面により明確になる。

本発明は、駆動シャフトに連結するためのハブと、ハブに軸支され、ベルト係合面を有するプーリと、ハブとスプリングキャリアの間に係合され、負荷方向に径方向に拡張可能なスプリングと、スプリングキャリアに係合するスプリングの径方向の内側に配設され、スプリングの負荷方向とは反対方向である負荷方向においてプーリに摩擦係合するワンウェイクラッチスプリングとを備え、ワンウェイクラッチスプリングはハブに係合可能であり、これによりワンウェイクラッチスプリングのプーリに対する摩擦係合が、負荷軽減方向に徐々に解放され、ダンピング部材を介してハブに係合する慣性部材を備えるアイソレーティング・デカップラである。

ここに組み込まれ、明細書の一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、その記述とともに、本発明の原理を説明するために役立つ。
本装置の正面図である。 本装置の背面図である。 本装置の分解図である。 本装置の断面図である。 ハブに連結されたラップスプリングを示す断面図である。 クラッチキャリアの詳細図である。 クラッチキャリアの詳細図である。 捻り振動ダンパの詳細図である。 ハブと捻りスプリングの詳細図である。

図１は本装置の正面図である。本装置はハブ６と慣性部材２とプーリ２４とを備える。ハブ６は本装置をエンジンのクランクシャフト（図示せず）に取付けるために使用可能である。ダンパ４はハブ６と慣性部材２の間に配設される。ダンパ４は、慣性部材の振動を減衰させるために適したエラストマ材料である。プーリ２４は、例えばＶベルトやマルチリブドベルトのような動力伝達ベルトに係合するために適した輪郭形状を有する。慣性ダンパ４はエンジンシリンダの発火によって引き起こされるクランクシャフトの振動を減衰させる。

図２は本装置の背面図である。慣性部材２の直径はプーリ２４の直径とほぼ同じであり、これにより本装置なコンパクトになる。

図３は本装置の分解図である。ハブ６は外側円筒部６１と径方向部６２を備える。捻りスプリング１８の一端１８０は径方向部６２のストッパ６５に係合する。捻りスプリング１８の他端１８２はクラッチキャリア２０に係合する。クラッチキャリア２０はブッシュ２２においてプーリ２４に軸支される。ブッシュ２２はプーリ２４の内側円筒部２４０に係合する。

ラップスプリング１６の一端１６０はクラッチキャリア２０に係合する。ラップスプリング１６の他端１６１はハブ６に一時的に係合する。図５参照。スリーブ８は円筒部２４０に圧入される。円筒部２４０はブッシュ１４を介してハブ６に軸支される。ラップスプリング１６はコイルスプリングである。

保持リング１２はハブ６内において溝６３に係合する。スラストワッシャ１０はリング１２に力を加え、これによりスリーブ８とプーリ２４をハブ６内の所定位置に保持する。スリーブ８とプーリ２４はブッシュ１４を介してハブ６に軸支される。他の実施形態において、ブッシュ１４は、公知のボール軸受、ニードル軸受、ローラ軸受、あるいは他の適当な軸受に置き換えることができる。

キャリア２０はブッシュ２２とともに、プーリ部２４０の外径部に装着され、これらはスリーブ８によって所定の位置に保持される。キャリア２０とブッシュ２２はプーリ２４に対して自由に回転できる。スリーブ８はプーリ部２４０に圧入される。スラストワッシャ１０はスリーブ８と保持リング１２の間に装着され、これによりプーリ２４をハブ６に固定する。プーリ２４は、保持リング１２、スラストワッシャ１０、保持リング１２のためのハブ６内の溝６３の間の間隙と、スリーブ８とプーリ部２４０の間の空間との大きさの分だけ、ハブ６に対して軸方向に変位可能である。

ラップスプリング１６は、端部１６０がタブ２３に対して固定された状態で、キャリア２０のハブ２１の周りに巻回される。図６参照。ラップスプリング１６は、ラップスプリング１６をキャリア２０のハブ２１の周りに摺接するように固定するために２つまたは３つのコイルを用いる。ラップスプリング端部１６０とクラッチキャリア２０は、接続のために、他の部分に対して変位可能ではない。ラップスプリング１６は捻りスプリング１８の径方向内側にあり、捻りスプリング１８とハブ６の間に配置されている。ラップスプリング１６は捻りスプリング１８とプーリ２４の間において径方向に配置される。

クラッチキャリア２０は捻りスプリング１８を受容する。作動において、捻りスプリング１８は巻き戻し方向に負荷をかけられ、これは、負荷を受けてコイルが径方向に広がる傾向にあることを意味する。ラップスプリング１６は締りばめによってスリーブ８に取付けられ、すなわち、ラップスプリングの内径とスリーブの外径との間の径の差は寸法的に異なり、これは約０．３ｍｍから０．５ｍｍの干渉を引き起こす。スリーブ８の材料は、ロッキングおよびオーバーランニングモードにおいて、ラップスプリングを適切に支持するように選定される。

図４は本装置の断面図である。トルクが、例えばエンジンのクランクシャフト（図示せず）によってハブ６に作用するとき、捻りスプリング１８は巻き戻し方向に負荷をかけられ、これによりクラッチキャリア２０を駆動する。巻き戻し方向への負荷は、捻りスプリングのコイルが拡大するので、捻りスプリング１８が径方向に大きくなることを意味する。次に、クラッチキャリア２０はラップスプリング１６をスリーブ８の周りに巻き付ける。ラップスプリング１６は捻りスプリングの反対方向に負荷をかけられ、すなわちラップスプリング１６は巻取り方向に負荷をかけられる。巻取り方向への負荷は、コイルが負荷を受けるので、スプリング１６が径方向に小さくなることを意味する。負荷が増加するにしたがって、ラップスプリング１６は、スリーブ８の周囲におけるラップスプリングのコイルの連続的な係合によって引き起こされる摩擦係合を徐々に大きくすることによって、スリーブ８を把持する。ラップラップスリング１６の把持は、スリーブ８、延いてはプーリ２４を、ハブ６と一体的に回転させる。この動作状態において、負荷の変動によって多少の振動が生じるが、クラッチキャリア２０とプーリ２４の間には相対運動がほとんど、あるいは全くない。

エンジンが減速するとき、クランクシャフトのスピードは遅くなり、プーリ２４は一時的に、プーリ２４に係合するベルトによって駆動されるベルト駆動システムの慣性により（ベルトシステムは図示されない）、ハブ６よりも速く回転する。減速状態では、プーリ２４とスリーブ８は一時的に、ハブ６とラップスプリング１６よりも速く回転する。これはラップスプリング１６を巻き戻し、これによりラップスプリング１６は直径が大きくなり、これはスリーブ８に対する摩擦的な把持を解放させる。これによりプーリ２４は一時的にハブ６よりもオーバーランする。オーバーラン状態では、ブッシュ１４、スラストワッシャ１０およびブッシュ２２は全て、いくらかの相対運動をする。

図５はハブに接続するラップスプリングを示す断面図である。作動において捻りスプリング１８に作用する負荷トルクが所定の大きさを越えると、ハブ６はプーリ２４に対して相対的に角度方向に進行し続ける。その動作において、ラップスプリング溝６４の端部６６はラップスプリング１６の端部１６１に接触する（図５）。この接触によりラップスプリング１６は、負荷が増加するので、部分的に巻き戻し、これによりラップスプリング１６の直径を部分的に拡大する。ラップスプリング１６の部分的な巻き戻しは、例えば極端なエンジン加速のように、入力トルクが増加したとき、スリーブ８とプーリ２４との摩擦的な係合力（把持力）を徐々に解放する。ラップスプリング１６の把持力の部分的な解放は、ハブ６をプーリ２４に対して部分的にオーバーランさせ、これにより過大なトルクは少しずつ小さくなる。これは、さらなる負荷を制限し、これにより、本装置と本装置によって駆動される要素とを、過負荷状態から受ける可能性のある損傷から保護する。

図６はクラッチキャリアの詳細図である。クラッチキャリア２０は捻りスプリング１８の渦巻き部分を支持する部分２５ａ、２５ｂ、２５ｃを備える。各部分２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、ラップスプリングの螺旋形状を支持するために、クラッチキャリアに対して相対的に異なる高さを有する。ラップスプリング１６の端部１６０は部材２３に係合する。部分２５ｃもまた、捻りスプリングのストッパとして機能する。捻りスプリングの端部１８２は作動中、捻りスプリングのストッパ２５ｃに押し当たる。

図７はクラッチキャリアの詳細図である。捻りスプリング１８の端部１８２は駆動状態においてストッパ２５ｃに係合する。ラップスプリング１６の端部１６０は部材２３に係合する。

図８は捻り振動ダンパの詳細図である。破片通路２００は破片を、ダンパ２とプーリ２４の間を通って本装置から排出させる。通路２００の迷路形状は、破片がダンパとプーリの間の空間に侵入することを妨げる。

図９はハブと捻りスプリングの詳細図である。捻りスプリング１８の端部１８０はハブ６においてストッパ６５に係合する。作動中、捻りスプリング１８は巻き戻し方向に負荷をかけられ、これにより端部１８０はストッパ６５に押し当たる。

本装置の利点は、プーリがラップスプリングに連結され、軸受の支持部材と慣性部材が本装置の中に配置されることを含む。本発明のさらなる利点は、ラップスプリング１６が巻き戻し方向に負荷をかけられるラップスプリングと比較して実質的に高い負荷に耐えることができることである。例えば、米国特許第７，５９１，３５７号明細書に開示されたラップスプリングは、ラップスプリングが圧縮状態（巻き戻し方向）において形状と形態を維持するように、材料の強度や剛性に基づいて選定されなければならない。ある負荷において適切に設計されていなければ、従来技術のラップスプリングは「座屈」しうる。一方、本発明のラップスプリングは、実質的に高い応力を与える負荷状態において張力を受けるだけである。

本発明の一形態を説明したが、ここに記載された発明の精神と範囲から逸脱することなく、構成と関連した部分を変形することは当業者にとって自明である。

Claims (15)

1. 駆動シャフトに連結するためのハブと、
   前記ハブに軸支され、ベルト係合面を有するプーリと、
   前記ハブとクラッチキャリアを連結し、負荷方向において径方向に拡張可能な捻りスプリングと、
   前記クラッチキャリアに係合する前記捻りスプリングの径方向の内側に配設され、前記捻りスプリングの負荷方向とは反対方向である負荷方向において前記プーリに摩擦係合するラップスプリングとを備え、
   前記ラップスプリングの端部は前記ハブに係合可能であり、これにより、前記捻りスプリングに作用する負荷トルクが所定値を越えると、前記ラップスプリングの直径が拡大して、前記ラップスプリングの前記プーリに対する摩擦係合の力が、負荷軽減方向に徐々に解放され、
   ダンピング部材を介して前記ハブに係合する慣性部材を備える
   アイソレーティング・デカップラ。
2. 前記ダンピング部材がエラストマ材料を備える請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
3. 前記プーリがブッシュにおいて前記ハブに軸支される請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
4. 前記捻りスプリングが巻き戻し方向に負荷を掛けられる請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
5. 前記ラップスプリングが巻取り方向に負荷をかけられることを特徴とする請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
6. 前記ラップスプリングがコイルスプリングである請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
7. 駆動シャフトに連結するためのハブと、
   前記ハブに軸支され、ベルト係合面を有するプーリと、
   前記ハブとクラッチキャリアを連結し、巻き戻し方向に負荷をかけられる捻りスプリングと、
   前記クラッチキャリアに係合する前記捻りスプリングの径方向の内側に配設され、前記捻りスプリングの負荷方向とは反対方向である負荷方向において前記プーリに摩擦係合するラップスプリングとを備え、
   前記ラップスプリングの端部は前記ハブに係合可能であり、これにより、前記負荷が所定レベルを越えて増加するに従って、前記ラップスプリングの直径が拡大して、前記ラップスプリングの前記プーリに対する摩擦係合の力が徐々に減少し、
   ダンピング部材を介して前記ハブに係合する慣性部材を備える
   アイソレーティング・デカップラ。
8. 前記ラップスプリングが巻取り方向に負荷をかけられることを特徴とする請求項７に記載のアイソレーティング・デカップラ。
9. 前記プーリがマルチリブドベルト係合面を有する請求項７に記載のアイソレーティング・デカップラ。
10. ハブと、
    前記ハブに軸支され、ベルト係合面を有するプーリと、
    前記ハブとクラッチキャリアを連結し、駆動方向に作動するとき、巻き戻し方向に負荷をかけられる捻りスプリングと、
    前記クラッチキャリアに係合する前記捻りスプリングの径方向の内側に配設され、前記プーリに摩擦係合するラップスプリングとを備え、
    前記負荷が所定レベルを越えて増加するに従って、前記ラップスプリングの直径が拡大して、前記ラップスプリングの前記プーリに対する摩擦係合の力が徐々に減少し、
    ダンピング部材を介して前記ハブに係合する慣性部材を備える
    アイソレーティング・デカップラ。
11. 前記ダンピング部材がエラストマ材料を備える請求項１０に記載のアイソレーティング・デカップラ。
12. 前記プーリがブッシュにおいて前記ハブに軸支される請求項１０に記載のアイソレーティング・デカップラ。
13. 前記捻りスプリングが巻き戻し方向に負荷を掛けられる請求項１０に記載のアイソレーティング・デカップラ。
14. 前記ラップスプリングが巻取り方向に負荷をかけられることを特徴とする請求項１０に記載のアイソレーティング・デカップラ。
15. 前記ラップスプリングがコイルスプリングである請求項１０に記載のアイソレーティング・デカップラ。
    

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