JP6952186B2 - アイソレーティング・デカップラ - Google Patents

Description

本発明はアイソレーティング・デカップラに関し、特に、溶接によりハブに直接接続されたトーションスプリングと、溶接によりトーションスプリングに直接接続されたラップスプリングとを備えるアイソレーティング・デカップラに関する。

本発明はオルタネータ調整装置に関し、特にアイソレーションのためのトーションスプリングを有するオルタネータ・アイソレーティング・デカップラ（ＡＩＤ）に関する。オルタネータ調整装置の機能と使用はよく知られている。商業的に入手可能なＡＩＤは一般的に、アイソレーティング・スプリングと、ワンウェイクラッチと、ベアリングと、プーリと、スプリングキャリアを含むいくつかの他の要素とを備える。これらの要素のそれぞれの必要性は一般的に、本装置の全体的な直径が産業界が望むものよりも優れていることを要求する。今までの自動車エンジンの小型化や、今までの燃料効率の要求の増加により、要求される機能性に合致した、減少したプーリ直径を有するＡＩＤ装置に対する必要性がある。また、複雑さの低減と、製造の単純化と、全体的なコストの適切な削減に対する必要性がある。

この技術の代表は米国特許第８８８８６１９号明細書であり、これは、回転部材とハブの間で回転力を伝達するように構成されたオーバーラン・デカップラを生産する方法を開示する。オーバーラン・デカップラは、クラッチスプリングと、クラッチスプリングに連結されたキャリアと、キャリアをハブに弾性的に結合する少なくとも１つのスプリングとを有するワンウェイクラッチを含む。その方法は、少なくとも１つのスプリングの望ましい耐用年数を確立し、共振における、少なくとも１つのスプリングの設計撓みを確立し、ここにおいて共振時の設計撓みにおける、少なくとも１つのスプリングの撓みが、少なくとも１つのスプリングの耐用年数を所望の耐用年数まで減少させず、そして少なくとも１つのスプリングの最大撓みを、最大撓みが設計撓み以下になるように制御することによりオーバーラン・デカップラにおける共振を防止することを含む。

必要なものは、溶接によりハブに直接接続されたトーションスプリングと、溶接によりトーションスプリングに直接接続されたラップスプリングとを備え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。

本発明の主な特徴は、溶接によりハブに直接接続されたトーションスプリングと、溶接によりトーションスプリングに直接接続されたラップスプリングとを備え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した図面により示され、明らかになる。

本発明は、ハブと、ハブに軸支されるプーリと、ハブに直接溶接された第１トーションスプリング端部を有するトーションスプリングと、第２トーションスプリング端部に直接溶接された第１ラップスプリング端部を有するラップスプリングと、プーリの内面に摩擦係合するラップスプリングの外面と、トーションスプリングの第１端部に一時的に係合可能であるラップスプリングの第２端部とを備え、これにより、トルク負荷が増加するに従い、ラップスプリングの外面とプーリの内面の間の摩擦係合が漸進的に解放されるアイソレーティング・デカップラである。

この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明装置の斜視図である。 本発明装置の断面図である。 本発明装置の分解図である。 スプリングとラップスプリングの斜視図である。 スプリングとラップスプリングの斜視図である。 スプリングとラップスプリングの斜視図である。 代替的な実施形態の分解図である。 代替的な実施形態の断面図である。 図８の代替的な実施形態の斜視図である。 図８の代替的な実施形態の斜視図である。 撓み角に対するトルクを示すグラフである。 撓み角に対するトルクを示すグラフである。 撓み角に対するトルクを示すグラフである。

図１は本発明装置の斜視図である。本装置はハブ１０とベアリング２０とプーリ４０とダストカバー７０を備える。プーリ４０は車両のエンジン（図示せず）の例えばベルト駆動システムに用いられるマルチリブドベルトに係合する。駆動方向において、ハブはプーリに結合される。オーバーラン状態では、プーリはハブから解放される。

本発明装置は、ハブとトーションスプリングの間、トーションスプリングとワンウェイクラッチラップスプリングの間において全て溶接された組立体を備える。これは、従来技術に対して、単純さおよび製造コストの削減において顕著な改善を示す。

図２は本発明装置の断面図である。ハブ１０はオルタネータシャフトのようなシャフト（図示せず）に係合する。プーリ４０はベアリング２０とベアリング３０において、ハブ１０に軸支される。トーションスプリング６０はハブの肩部１１とワンウェイクラッチラップスプリング５０に接続される。ラップスプリング５０はプーリ４０の内面４１に摩擦係合する。トーションスプリング６０は螺旋状に巻かれる。

ラップスプリング５０は螺旋状に巻かれる。ラップスプリング５０とトーションスプリング６０は同じ利き手方向に巻回される。

作動において、トルクの流れはプーリ４０からラップスプリング５０へ、トーションスプリング６０へ、そしてハブ１０へ向かう。プーリ４０は駆動ベルト（図示せず）に係合するためにマルチリブド形状を有する。

肩部１１は、トーションスプリング６０の内径とハブ面１２の間のクリアランスＣ１を形成する、ハブから径方向に拡大する厚さを有し、これによりトーションスプリングのコイルは、トルク負荷が増加するときにハブ面に巻き付かない。トルク負荷の増加はトーションスプリング６０を径方向に縮小させる。この実施形態では、肩部１１は製造工程においてハブ１０に機械加工される。代替的な実施形態において肩部１１は、ハブ１０ａに圧入され、あるいは溶接されるリング１１ａであってもよい。図７参照。

図３は本発明装置の分解図である。ベアリング２０とベアリング３０は、例えばボール、ローラ、スリーブ、あるいはブッシュを含む、従来公知の適当なベアリングである。

スプリング６０はラップスプリング５０の径方向内側に配置されて、スペースを確保する。ラップスプリング５０の外面５３は、プーリ４０の内面に摩擦係合する。ラップスプリング５０のコイルは、トルク負荷が増加するにつれて、面４１に徐々に係合する。すなわちトルク負荷が増加するに従い、より多くのスプリングコイルが面４１に係合する。

ラップスプリング５０は複数のコイルと端部５１と端部５２を備える。端部５２はトーションスプリング６０に係合する舌部を有する。トーションスプリング６０は複数のコイルと端部６１と端部６２を有する。ラップスプリングの外面５３は、作動状態においてスリップすることなく、ラップスプリング５０からプーリ４０へトルクを伝達するのに適した摩擦係数を有する。ラップスプリング５０は所定の締まり嵌めによりプーリ４０内に取付けられる。

ダストカバー７０は、異物の侵入を防止するため、プーリ４０の一端に取付けられる。肩部１１はハブ面１２から径方向外側に突出する。肩部１１は製造工程においてハブ１０に機械加工される。

スプリング６０は複数のコイルを有し、断面が矩形であり、これは本装置における装着を改善する。ラップスプリング５０は断面が矩形であり、これはラップスプリングとプーリの間における本装置の装着を改善する。

限定的ではなく一例として、図３のスプリング６０は約４．７５巻きのコイルを有する。ラップスプリング５０は約９巻きのコイルを有する。

図４はスプリングとラップスプリングの斜視図である。トーションスプリング６０はラップスプリングの中に同軸的に配置され、軸Ａ−Ａに沿ってラップスプリングの軸方向長さの範囲内にあり、これは本装置の全体的な寸法を減少させる。トーションスプリング６０はラップスプリング５０の径方向内側にある。ラップスプリング５０の内径はスプリング６０の外径よりも僅かに大きく、これらの間は遊嵌することになる。遊嵌は、作動中、ラップスプリングがトーションスプリングに巻き付くことを防止する。それはまた、圧入の設計および道具の必要性を省略することにより、本装置の組立てを簡単化する。

端部５１は溶接ビード６３によりスプリング６０の端部６２に固定的に接続される。溶接ビードは、例えばＴＩＧ溶接、レーザ溶接、ろう付け、または接着によってもよい。溶接ビード６３は、１°（スポット溶接）から約１８０°までよりも小さい角度範囲にわたって延びる。角度の一例は、図４に示される約９０°である。簡単化された溶接構造であれば、本発明装置ではスプリング支持は不要になる。

図５はスプリングとラップスプリングの斜視図である。端部６１は溶接ビード６４により、肩部１１に固定的に接続される。溶接ビードは、例えばＴＩＧ溶接、レーザ溶接、ろう付け、または接着によってもよい。溶接ビード６４は、約５°から１８０°までの角度範囲にわたって延びる。角度の一例は、図５に示される約９０°である。端部５２は径方向内側に突出し、トルク負荷状態に従って端部６１に係合する。通常のトルク負荷における典型的な作動において、スプリング６０の端部６１がラップスプリング５０の端部５２に接触しないよう、隙間Ｇがある。

トルクはプーリ４０からラップスプリング５０へ、トーションスプリング６０へ、溶接６４へ、ハブ１０へと伝達される。ラップスプリング５０は、巻き戻し方向に負荷がかけられるに従い、面４１に摩擦係合する。巻き戻し方向への負荷はラップスプリング５０を巻き戻させ、したがって径方向に拡大させる。径方向への拡大はラップスプリングを面４１に対して摩擦的にロックさせる。

逆方向のトルクの場合、ハブ１０はラップスプリング５０を巻き取り方向にオーバオランさせ、これはラップスプリングの面５３を面４１から解放させる。

図６はスプリングとラップスプリングの斜視図である。トルク負荷が所定の上限値まで増加すると、端部６１の相対位置は、スプリング６０が巻き上げられるに従って、端部５２に対して前進する。スプリング６０は巻き取り方向に負荷をかける。トルク負荷がさらに増加するに従い、隙間Ｇは狭まり、端部６１は端部５２に接触する。端部６１が端部５２を徐々に押圧するに従い、ラップスプリング５０は付勢されてラップスプリング５０を巻き取り方向に巻き取って径方向に縮小し、ラップスプリング５０の外面５３をプーリ４０の内面４１から徐々に解放させ、これにより、スプリング５０とプーリ４０の間のスリップを許容することにより、過度のトルク負荷を徐々に開放させる。この作用において、端部５２が巻き取り方向にさらに押圧されるので、ラップスプリング５０は負荷を解除される。このトルクリミット特性はオーバートルクが発生したとき本装置を保護する。

トルクリミット特性は、ラップスプリングとトーションスプリングの間のクリアランスＣ２により促進される。クリアランスＣ２はラップスプリング５０とトーションスプリング６０の間の束縛を防止し、これは、トルク負荷の状態で、巻き取り、プーリ面４１との係合を徐々に解放するに従い、ラップスプリング５０が径方向に縮小するのを防止する。

図７は代替的な実施形態の分解図である。肩部１１ａはハブ１０ａに圧入あるいは溶接されたリングを備える。端部６１は、図６に示されるように溶接ビード６４によって肩部１１ａに固定的に接続される。溶接ビードは、例えばＴＩＧ溶接、レーザ溶接、ろう付け、または接着によってもよい。この実施形態では、ハブ１２の面１２ａは円筒状である。この実施形態は、肩部に対するトーションスプリング取付け部の軸方向位置における変動を許容し、これは延いては、トーションスプリングの軸方向長さによってある程度支配される本装置の作動特性に、製造上の柔軟性を与える。

さらに他の代替的な実施形態では、肩部１１ａは省略される。端部６１は図６に示されるように溶接ビード６４によってハブ１０ａの面１２ａに直接、固定的に接続される。

図８は代替的な実施形態の断面図である。この実施形態では、肩部１１は省略される。リング１１０とリング１１１はそれぞれ、トーションスプリング６０の端部６２と端部６１を支持する。リング１１０とリング１１１は、クリアランスＣ１を形成するために、トーションスプリング６０をハブ１０から変位させる。図２参照。

図９は図８の代替的な実施形態の斜視図である。リング１１０は、端部６２が溶接ビード６３０によって溶接されるランド部１１０ａを備える。ランド部１１０ａは厚さＣ１を有する。図２参照。ラップスプリング５０の端部５１は、ここに説明されるように溶接ビード６３によって端部６２に溶接される。図４参照。リング１１０はハブ１０に溶接されず、リング１１０は面１２に遊嵌され、リング１１０とハブ１０の間の相対移動を容易にする。この実施形態の溶接技術は、この明細書において、他の実施形態のために記載される。

図１０は図８の代替的な実施形態の斜視図である。リング１１１は、端部６１が溶接ビード６４ａによって溶接されるランド部１１１ａを備える。ランド部１１１ａは厚さＣ１を有する。ランド部１１１ａは溶接ビード６４０によってハブ１０に溶接される。この実施形態の溶接はこの明細書の他の箇所において記載されている。

本装置において、溶接構造の使用により、全製造工程において、スプリング特性すなわちトルクと撓み、延いては本装置の作動特性を調節することを可能にする。すなわち、溶接ビード６４の長さはトーションスプリング６０の作動的なコイルの長さを決定する。ハブに溶接されたトーションスプリング６０の部分は、スプリング６０のスプリング特性に寄与しない。取付けられないトーションスプリング６０の定められた元の全長、例えば４．７５コイルに対して、９０°（０．２５コイル）の長さを有する溶接ビードの使用は、取付けられたトーションスプリングに対して４．７５−０．２５すなわち約４．５の作動的なコイルとなる。したがって作動的なコイルの数は溶接ビードの長さを変えることによって選択される。このため、製造工程において、定められたスプリングの特性は、溶接ビードの長さを変えることにより高精度に調整して、作動的なコイルの全数あるいは全長を制御することができる。さらに、スプリング特性の選択的な調整は、溶接ビード長さの調整によって最終的に取付けられた特性に対する、計測されたトーションスプリング特性が定められれば、製造工程においてリアルタイムに達成される。

図１１は撓み角に対するトルクを示すグラフである。本装置はトーションスプリングのばね定数とトーションスプリングの撓み角によって特徴づけられる。トーションスプリングのばね定数は通常±１５％の範囲の公差を有する。図１１では、例示的な公称ばね定数は約０．２６Ｎｍ／度である。最小ばね定数は約０．２２Ｍｎ／度であり、最大ばね定数は約０．３Ｎｍ／度である。公称撓み角は約６９．２３度である。この撓み角でのトルクは約１８Ｎｍ（０．２６Ｎｍ／度×６９度）である。最小撓み角は通常６２．３度よりも１０％小さい。数値は一例に過ぎず、本発明の範囲を制限することを意図しない。

線Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの境界内に含まれる図１１の領域は、適切なシステム性能として容認できる、装置の特性の範囲を示す。公称設計点（ＮＤ）は、所定の装置およびシステムのための、トーションスプリングのばね定数、撓み角、およびトルクの一組の目標設計値を示す。トルク、撓み角、およびばね定数の変化量は、所定のトーションスプリングの組に対し、これらの限界内において非常に広い。本発明装置はこれらの要素の可変性を制御するための手段を提供する。図１１のＮＤは一例であり、システムの要求に従って変化する。

本発明装置において、スプリングの撓みは所定の角度に制限される。図１２は撓み角に対するトルクを示すグラフである。図１２において、許容されるトーションスプリング６０は同じ撓み（Ｆ）を有するが、所定の撓み、例えば線ＡとＢの間の領域では、異なるトルクとばね定数を有する。溶接の間、ばね定数は、溶接の位置と長さを選択してスプリング６０の作動コイルの数を変化させることにより、調整可能である。このようなばね定数の変更は、デカップラのトルクを、所望の撓み角を生じする公称値まで調整するために用いられる。線ＴＮと、線ＴＮへ向かう２つの矢印Ｋ、Ｌを参照。

本装置はまた、選択された撓み角を変化させることにより、所望のトルク値を与えるためにプログラムされ得る。図１３は撓み角に対するトルクを示すグラフである。図１３において、許容されるスプリング６０は同じトルクＴＮで、異なる撓み角を有する。線Ｆ、Ｎを参照。溶接の間、撓み角は、溶接の位置と長さを選択してスプリング６０の作動コイルの数を変化させ、これにより撓み角を所望のトルクを生じる公称値まで調節することにより、調整可能である。線ＴＮへ向かう２つの矢印Ｇ、Ｈを参照。

アイソレーティング・デカップラは、ハブと、ハブに軸支されるプーリと、ハブに直接溶接された第１トーションスプリング端部を有するトーションスプリングと、第２トーションスプリング端部に直接溶接された第１ラップスプリング端部を有するラップスプリングと、プーリの内面に摩擦係合するラップスプリングの外面と、トーションスプリングの第１端部に一時的に係合可能であるラップスプリングの第２端部とを備え、これにより、トルク負荷が増加するに従い、ラップスプリングの外面とプーリの内面の間の摩擦係合が漸進的に解放される。

アイソレーティング・デカップラは、ハブと、ハブに軸支されるプーリと、溶接によってハブに直接接続されたトーションスプリングと、溶接によってトーションスプリングに直接接続されたラップスプリングとを備え、ラップスプリングはプーリの面に摩擦係合してトルク負荷を伝達する。

アイソレーティング・デカップラの製造方法は、プーリをハブに軸支し、トーションスプリングの第１端部を溶接ビードによってハブに直接溶接し、溶接ビード長さを選択的に調節して、所望のトーションスプリングの最終的な特性を達成し、ラップスプリングの端部をトーションスプリングの第２端部に直接溶接し、ラップスプリングをプーリの面に摩擦係合させる。

本発明の形態が説明されたが、当業者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、構成と部分の関係と方法において変形を施すことは自明である。

Claims (26)

1. ハブと、
   前記ハブに軸支されるプーリと、
   前記ハブに直接溶接された第１トーションスプリング端部を有するトーションスプリングと、
   第２トーションスプリング端部に直接溶接された第１ラップスプリング端部を有するラップスプリングと、
   プーリの内面に摩擦係合するラップスプリングの外面と、
   前記トーションスプリングの第１端部に一時的に係合可能であるラップスプリングの第２端部とを備え、これにより、トルク負荷が増加するに従い、前記ラップスプリングの外面と前記プーリの内面の間の摩擦係合が漸進的に解放され、
   前記第１トーションスプリング端部と前記ハブが前記トーションスプリングの周方向に延びる第１溶接ビードによって溶接され、
   前記第２トーションスプリング端部と前記第１ラップスプリング端部が前記トーションスプリングの周方向に延びる第２溶接ビードによって溶接される
   アイソレーティング・デカップラ。
2. 前記トーションスプリングが巻き取り方向に負荷をかけられる請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
3. 前記ラップスプリングがラップスプリングの巻き取り方向に、前記内面から解放される請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
4. 前記ラップスプリングがラップスプリングの巻き戻し方向に、前記内面に係合する請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
5. 前記トーションスプリングが前記ラップスプリング内に同心的に配置される請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
6. 前記トーションスプリングが前記ラップスプリング内に遊嵌される請求項５に記載のアイソレーティング・デカップラ。
7. ハブと、
   前記ハブに軸支されるプーリと、
   溶接によって前記ハブに直接接続されたトーションスプリングと、
   溶接によって前記トーションスプリングに直接接続されたラップスプリングとを備え、
   前記ラップスプリングはプーリの面に摩擦係合し、
   前記トーションスプリングと前記ハブが前記トーションスプリングの周方向に延びる第１溶接ビードによって溶接され、
   前記トーションスプリングと前記ラップスプリングが前記トーションスプリングの周方向に延びる第２溶接ビードによって溶接される
   アイソレーティング・デカップラ。
8. 前記トーションスプリングが前記ラップスプリングの軸方向長さ内に同軸的に配置される請求項７に記載のアイソレーティング・デカップラ。
9. 前記トーションスプリングがハブの肩部に溶接される請求項７に記載のアイソレーティング・デカップラ。
10. 前記トーションスプリングが巻き取り方向に負荷をかけられる請求項７に記載のアイソレーティング・デカップラ。
11. 前記ラップスプリングが巻き取り方向のトルク負荷によって前記プーリから解放される請求項７に記載のアイソレーティング・デカップラ。
12. 前記ラップスプリングがラップスプリングの巻き戻し方向へのトルク負荷により前記プーリの面に係合する請求項７に記載のアイソレーティング・デカップラ。
13. 前記トーションスプリングの溶接がレーザ溶接である請求項７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の溶接がレーザ溶接である請求項７に記載のアイソレーティング・デカップラ。
15. 前記トーションスプリングに解放可能に係合するラップスプリングの端部をさらに備え、前記トーションスプリングに漸進的に係合するとき、トルク負荷が増加するに従い、前記ラップスプリングと前記プーリの面の間の摩擦係合が徐々に解放される請求項７に記載のアイソレーティング・デカップラ。
16. ハブと、
    前記ハブに軸支されるプーリと、
    レーザ溶接によって前記ハブに直接接続された第１端部を有するトーションスプリングと、
    レーザ溶接によって前記トーションスプリングの第２端部に直接接続されたラップスプリングとを備え、
    前記ラップスプリングは径方向に拡大可能であり、プーリの面に摩擦係合してトルク負荷を伝達し、
    前記トーションスプリングに解放可能に係合可能であるラップスプリングの端部を備え、前記トーションスプリングに係合するとき、トルク負荷が増加するに従い、前記ラップスプリングと前記プーリの面の間の摩擦係合が漸進的に解放され、
    前記第１端部と前記ハブが前記トーションスプリングの周方向に延びる第１溶接ビードによって溶接され、
    前記第２端部と前記ラップスプリングが前記トーションスプリングの周方向に延びる第２溶接ビードによって溶接される
    アイソレーティング・デカップラ。
17. 前記漸進的な摩擦係合の解放が前記ラップスプリングの径方向への縮小により引き起こされる請求項１６に記載のアイソレーティング・デカップラ。
18. 前記トーションスプリングの第１端部がハブの肩部にレーザ溶接され、前記ハブの肩部がハブの面から径方向に拡大する請求項１６に記載のアイソレーティング・デカップラ。
19. 前記トーションスプリングが負荷を受けて径方向に収縮する請求項１６に記載のアイソレーティング・デカップラ。
20. 前記トーションスプリングが前記ラップスプリングの中に同軸的に配置され、前記ラップスプリングの軸方向長さの範囲内にある請求項１６に記載のアイソレーティング・デカップラ。
21. 前記ハブの肩部がリングを備える請求項１８に記載のアイソレーティング・デカップラ。
22. 前記トーションスプリングの第２端部に溶接された第２リングをさらに備え、前記第２リングが前記ハブに遊嵌される請求項２１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
23. プーリをハブに軸支し、
    トーションスプリングの第１端部を前記トーションスプリングの周方向に延びる第１溶接ビードによって前記ハブに直接溶接し、
    前記第１溶接ビード長さを選択的に調節して、所望のトーションスプリング特性を達成し、
    ラップスプリングの端部を、前記トーションスプリングの周方向に延びる第２溶接ビードによってトーションスプリングの第２端部に直接溶接し、
    前記ラップスプリングをプーリの面に摩擦係合させる
    アイソレーティング・デカップラの製造方法。
24. 前記溶接ビード長さを選択的に調節することにより、作動的なトーションスプリングのコイルの数を制御する請求項２３に記載の方法。
25. 前記トーションスプリング特性がばね定数である請求項２３に記載の方法。
26. 前記トーションスプリング特性が撓み角である請求項２３に記載の方法。
    

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