KR101387133B1 - 아이솔레이터 디커플러 - Google Patents

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더 게이츠 코포레이션
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Abstract

풀리(3), 샤프트(11), 부싱(2), 일방향 클러치(7), 및 토션 스프링(4)을 포함하는 아이솔레이터 디커플러(isolator decoupler)로서, 상기 부싱(2)은 풀리(3)와 슬라이딩 방식으로 맞물리고 샤프트(11)와 슬라이딩 방식으로 맞물리며, 상기 풀리는 베어링(8)에 의해 샤프트(11)에 대해 저널링(journalling)되고, 일방향 클러치(7)는 샤프트(11)에 대해 고정되며 부싱(2)과 맞물리고 이에 따라 부싱(2)은 일방향 클러치(7)와 일체로 회전하며, 토션 스프링(4)은 풀리(3)와 일방향 클러치(7) 사이에서 맞물려서 풀리(3)를 샤프트(11)에 대해 탄성적으로 커플링시키고, 풀리(3)는 미리 정해진 일시적 부하 상태에서 비탄성적으로 샤프트(11)에 대해 직접 커플링 가능한 것인 아이솔레이터 디커플러가 제시된다.

Description

아이솔레이터 디커플러{ISOLATOR DECOUPLER}
본 발명은 아이솔레이터 디커플러(isolator decoupler)에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는, 토션 스프링이 풀리와 일방향 클러치 사이에서 맞물려서 풀리를 샤프트에 대해 탄성적으로 커플링시키고, 풀리는 미리 정해진 일시적 부하 상태에서 비탄성적으로 샤프트에 대해 직접 커플링 가능한 것인 아이솔레이터 디커플러에 관한 것이다.
엔진 보기 장치(engine accessory)를 구동하기 위해 사형(serpentine) 보기 장치 구동 시스템이 자동차에서 일상적으로 사용된다. 보통의 사형 구동 시스템은 차량의 내연 기관의 크랭크샤프트 상의 구동 풀리, 보기 장치를 위한 일련의 피동 풀리, 그리고 구동 풀리 및 피동 풀리를 중심으로 움직이는 멀티 리브(multi-ribbed) 벨트를 포함한다. 사형 구동부의 장점은, 벨트 상에 자동 벨트 텐셔너를 제공함으로써 보기 장치가 고정식으로 장착될 수 있다는 것이다.
구동 풀리는 벨트 상에 큰 동적 부하를 형성한다. 이러한 큰 동적 부하는 내연 기관의 가변적인 토크 출력 특성에 기인한 것이다. 이러한 상황 하에서, 텐셔너는, 가변적인 토크에 의해 유발되는 벨트 하중 변화 및 가변적인 토크 특성 모두를 수용할 수 없다. 그 결과로서, 순간적인 벨트 미끄러짐으로 인해 벨트 수명이 단축될 수 있고, 소음이 있을 수 있다.
당업계의 전형은 미국 특허 제6,083,130호(2000년)로서, 이 미국 특허는 자동차를 위한 사형 벨트 구동 시스템으로서 구동 풀리 축선을 중심으로 구동 풀리가 그 위에서 회전 가능한 출력 샤프트를 갖춘 내연 기관을 포함하는 것인 구동 조립체를 포함한다. 일련의 피동 조립체는 각각, 구동 풀리 축선과 평행한 축선을 중심으로 회전 가능한 피동 풀리와, 구동 풀리의 회전에 응답하여 상기 피동 풀리를 회전시키도록 벨트의 이동 방향으로 고려할 때 피동 조립체의 시퀀스에 대응하는 시퀀스로 구동 풀리 및 피동 풀리와 협력 관계로 장착되는 사형 벨트를 구비한다. 일련의 피동 조립체는, 샤프트 축선을 중심으로 한 회전을 위해 장착되는 교류기 샤프트를 포함하는 교류기 조립체를 포함한다. 허브 구조는, 샤프트 축선을 중심으로 함께 회전하도록 교류기 샤프트에 의해 고정식으로 지탱된다. 스프링 및 일방향 클러치 메커니즘은 교류기 풀리를 허브 구조와 커플링시킨다. 스프링 및 일방향 클러치 메커니즘은, 일방향 클러치 부재와 별개로 형성되고 일방향 클러치 부재와 직렬로 연결되는 탄성 스프링 부재를 포함한다. 탄성 스프링 부재는, 사형 벨트에 의한 교류기 풀리의 피동 회전 운동을 허브 구조에 전달하여, 교류기 샤프트가 교류기 풀리와 동일한 방향으로 회전하게 되는 한편, 교류기 풀리의 피동 회전 이동 중에 교류기 풀리에 대해 반대 방향으로 순간 탄성 상대 운동을 할 수 있도록 구성 및 배치된다. 일방향 클러치 부재는, 미리 정해진 음(-)의 레벨로 교류기 풀리와 허브 구조 사이에서 토크를 형성하기에 충분한 수준으로 엔진 출력부 샤프트의 속도가 감속될 때, 허브 구조 및 나아가서는 교류기 샤프트가 교류기 풀리의 회전 속도를 초과하는 속도로 회전하게 하도록 구성 및 배치된다.
풀리와 일방향 클러치 사이에서 맞물려서 풀리를 샤프트에 대해 탄성적으로 커플링시키는 토션 스프링을 포함하는 아이솔레이터 디커플러로서, 풀리는 미리 정해진 일시적 부하 상태에서 비탄성적으로 샤프트에 대해 직접 커플링 가능한 것인 아이솔레이터 디커플러가 요구된다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다.
본 발명은 아이솔레이터 디커플러, 더욱 구체적으로는, 토션 스프링이 풀리와 일방향 클러치 사이에서 맞물려서 풀리를 샤프트에 대해 탄성적으로 커플링시키고, 풀리는 미리 정해진 일시적 부하 상태에서 비탄성적으로 샤프트에 대해 직접 커플링 가능한 것인 아이솔레이터 디커플러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 양태는, 풀리와 일방향 클러치 사이에서 맞물려서 풀리를 샤프트에 대해 탄성적으로 커플링시키는 토션 스프링을 포함하는 아이솔레이터 디커플러로서, 풀리는 미리 정해진 일시적 부하 상태에서 비탄성적으로 샤프트에 대해 직접 커플링 가능한 것인 아이솔레이터 디커플러를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 양태는, 본 발명의 후술하는 설명 및 첨부 도면에 의해서 지적되거나 명확해진다.
본 발명은, 풀리, 샤프트, 부싱, 일방향 클러치, 및 토션 스프링을 포함하는 아이솔레이터 디커플러로서, 상기 부싱은 풀리와 슬라이딩 방식으로 맞물리고 샤프트와 슬라이딩 방식으로 맞물리며, 상기 풀리는 베어링에 의해 샤프트에 대해 저널링되고, 일방향 클러치는 샤프트에 대해 고정되며 부싱과 맞물리고 이에 따라 부싱은 일방향 클러치와 일체로 회전하며, 토션 스프링은 풀리와 일방향 클러치 사이에서 맞물려서 풀리를 샤프트에 대해 탄성적으로 커플링시키고, 풀리는 미리 정해진 일시적 부하 상태에서 비탄성적으로 샤프트에 대해 직접 커플링 가능한 것인 아이솔레이터 디커플러를 포함한다.
본 발명에 따르면, 아이솔레이터 디커플러, 더욱 구체적으로는, 토션 스프링이 풀리와 일방향 클러치 사이에서 맞물려서 풀리를 샤프트에 대해 탄성적으로 커플링시키고, 풀리는 미리 정해진 일시적 부하 상태에서 비탄성적으로 샤프트에 대해 직접 커플링 가능한 것인 아이솔레이터 디커플러를 얻을 수 있다.
본 명세서에 통합되어 그 일부를 이루는 첨부 도면은, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 아이솔레이터 디커플러의 단면도이다.
도 2는 아이솔레이터 디커플러의 분해도이다.
도 3은 부싱의 사시도이다.
도 4는 아이솔레이터 디커플러의 단부도이다.
도 5는 도 4의 사시도이다.
도 6은 스프링 리테이너의 사시도이다.
도 7은 클러치 캐리어의 사시도이다.
도 1은 아이솔레이터 디커플러의 단면도이다. 아이솔레이터 디커플러(100)는, 멀티 리브 표면(31)을 갖춘 풀리(3)를 포함한다. 풀리(3)는 볼 베어링(8)의 외측 레이스(81)에 회전식으로 장착된다. 베어링(8)은 또한 슬리브, 부싱, 니들, 또는 다른 적절한 형태의 베어링을 포함할 수 있다.
스프링 리테이너(6)는 풀리(3)에 압력 끼워맞춤(press fit)된다. 토션 스프링(4)의 단부(41)는 스프링 리테이너(6)와 맞물린다. 토션 스프링(4)의 다른 단부(42)는 플라스틱 부싱(2)과 맞물린다. 부싱(2)은 풀리(3)와 샤프트(11) 사이에 배치된다.
일방향 클러치(7)는, 케이지(cage)와, 내측 레이스 및 외측 레이스를 갖춘 롤러 타입 클러치이다. 일방향 클러치의 내경은 샤프트(11)에 의해 형성된다. 클러치 캐리어(5)는 일방향 클러치의 외측 레이스(71)에 압력 끼워맞춤된다.
클러치 캐리어(5)는, 회전 축선(A-A)에 대해 수직인 방향으로 클러치 캐리어로부터 반경방향으로 연장되는 2개의 탭(51)을 포함한다. 각각의 탭(51)은 협동하여 부싱(2)에서의 리세스(22)와 결합되며, 이에 따라 토크가 전달된다. 이러한 방식으로 탭(51)을 리세스(22) 내로 결합시키면, 부싱(2)의 회전 운동이 일방향 클러치(7)에 의해 제어될 수 있게 되며, 이에 따라 부싱(2)은 클러치 캐리어(5) 및 일방향 클러치(7)와 일체로 회전한다.
부싱(2)은 커버(1)와 스프링(4) 사이에서 샤프트(11) 상에 축방향으로 잠겨있다. 스프링(4)은 클러치 캐리어(5)을 압박하며 이에 따라 탭(51)을 부싱(2) 내로 압박한다. 스프링(4)의 다른 단부는 스프링 리테이너(6)와 맞물린다. 아이솔레이터 디커플러는 외측 단부 커버(1)에 의해 덮여서 파편이 장치 내로 유입되지 못하게 한다. 교류기 샤프트(AS; Alternator Shaft) 상의 풀리의 축방향 위치는 스페이서(9)에 의해 조정될 수 있다. 부싱(2)은 당업계에 공지된 임의의 저마찰 플라스틱 재료를 포함할 수 있다.
토크는 벨트(도시되어 있지 않음)로부터 풀리(3)로 전달된다. 토크는 풀리(3)로부터 스프링 리테이너(6)로, 다음으로 토션 스프링(4)으로, 다음으로 부싱(2)으로, 다음으로 일방향 클러치 캐리어(5)로, 다음으로 일방향 클러치(7)로, 다음으로 샤프트(11)로, 그리고 마지막으로 교류기 샤프트(AS)와 같은 보기 장치 샤프트로 전달된다.
작동 중에, 토크는, 풀림 방향(unwinding direction)으로 비틀림 방식으로 부하가 가해지는 스프링(4)에 의해 탄성적으로 전달된다. 피동 보기 장치의 관성에 기인한 토크 역전 동안 피동 샤프트(11)는 풀리(3)를 오버런(overrun)하는 경향이 있을 것이다. 현저한 오버런이 있기 이전에, 토션 스프링(4)은 부하가 해제되어 그 중립 위치(무부하 상태의 위치)로 될 것이다. 일단 스프링(4)의 부하가 해제되면, 샤프트(11)에 연결되는 보기 장치 샤프트는 일방향 클러치(7)에 의해 클러치 캐리어(5)로부터 분리된다.
토션 스프링(4)은 부하 인가 방향과는 반대 방향[감김 방향(winding direction)]으로 부하가 가해질 수 없는데, 왜냐하면 스프링(4)의 각각의 단부(41, 42)가 부분(26 및 64)과 그 각각의 맞물림으로부터 해제되기 때문이다.
토션 스프링(4)은 스프링 리테이너(6)와 부싱(2) 사이에서 약간 예비 부하(preloading) 또는 압축되어 미리 정해진 크기의 댐핑을 발생시켜 장치 구성요소들 사이의 상대 운동을 제한한다.
일방향 클러치(7)는, 내측 레이스와 외측 레이스 사이에 베어링 지지부를 갖지 않는 롤러 타입 일방향 클러치이다. 내측 레이스와 외측 레이스 사이의 베어링 지지부의 부재는, 구성을 더욱 작게, 더욱 저렴하게 그리고 더욱 가볍게 해준다. 예를 들면, 일방향 클러치(7)는, HF 또는 HFL 스타일의 클러치를 이용하는 경우, 일본 오사카 550-0003, 오사카시 니시쿠 쿄마치보리 1-3-17에 소재하는 SBF 코오포레이션 또는 NTN 코오포레이션으로부터 입수 가능하다. 본 실시예에 있어서, 제작자는 스초우 베어링 팩토리(SBF; Suzhou Bearing Factory)이고 부품 번호는 HF2016이다.
또한 부싱(2)은 내측 베어링 마찰면(24) 및 외측 베어링 마찰면(21)을 갖는다. 외측 베어링 마찰면(21)은 슬라이딩 방식으로 풀리(3)의 면(32)과 맞물린다. 외측 베어링 마찰면(21)은 아이솔레이팅 모드 동안, 즉 토션 스프링(4)에 스프링 리테이너(6)와 함께 풀리(3)에 의해 부하가 가해질 될 때 기능하고, 이에 따라 풀리(3)가 부싱(2)에 대해 상대 이동하는 것이 허용된다.
커버 표면(16)은 부싱 표면(27)과 마찰식으로 맞물린다. 커버 표면(16)과 부싱 표면(27) 사이의 마찰식 맞물림은, 미리 정해진 크기의 댐핑을 제공하며, 이에 따라 토크 역전 중에 스프링(4)은 부분(64)과 부분(26) 사이에서 정주되는(seating) 상태로 유지된다. 이에 따라 이때, 그렇지 않은 경우 부싱(2)과 스프링 리테이너(6) 사이에서 장치 내의 스프링의 상대 운동에 의해 유발될 수 있는 소음이 방지된다.
오버러닝(overruning) 모드(토크 역전) 중에 부싱(2)의 내측 베어링 마찰면(24)은 샤프트(11)와 함께 슬라이딩 맞물림을 형성하며 이에 따라 샤프트(11)는 부싱(2)을 "오버런(overrun)"할 수 있고, 이에 따라 풀리(3)을 오버런할 수 있다. 이러한 방식으로 샤프트(11) 및 부싱(2)은 상대 회전 운동을 한다. 이러한 방식으로 마찰면을 분리하면 아이솔레이터 디커플러에서의 마찰 부하, 마모 및 생성되는 열이 감소된다.
이러한 장치는 스프링의 과부하를 방지하기 위해 부하를 인가하는 중에 스프링 풀림을 제한하는 정지부를 더 포함한다. 정지부는 클러치 캐리어(5)와 스프링 리테이너(6) 사이에 위치하며, 즉 스프링 리테이너 탭(61)은 과부하 상태에서 탭 부분(52)과 협동적으로 맞물린다. 통상 부하 및 통상 작동 토크 상태에서, 각각의 스프링 리테이너 탭(61)은 탭 부분(52)과 접촉하지 않는다. 그러나, 과도한 부하 상태 중에는 스프링(4)이 풀리게 되고 각각의 스프링 리테이너 탭(61)이 탭 부분(52)과 맞물리며, 이에 따라 직접적으로 그리고 비탄성적으로 풀리(3)를 샤프트(11)에 커플링시키고 사실상 스프링(4) 및 일방향 클러치(7)를 바이패스(bypass)한다. 예를 들면, 이러한 과부하 상태는 엔진 가속 상황에서 존재할 수 있다.
스프링(4)은 또한 작은 각도만큼 예비 부하가 가해져, 스프링(4)이 부싱(2) 상의 그 시트(25)로부터 그리고 스프링 리테이너(6)로부터 멀어지는 것을 방지한다. 예비 부하 각도는 대략 5도이며, 이는 대략 1 내지 2 N-m의 토크에 필적한다. 이러한 "무부하(no-load)" 상태에 있어서, 스프링 리테이너 탭(61)은 탭 부분(52)에 기대어지며(도 5 참고), 이에 따라 예비부하를 유발한다.
도 2는 아이솔레이터 디커플러의 분해도이다. 외측 베어링 마찰면(21)은 풀리(3)의 내측 면(32)과 슬라이딩 방식으로 맞물린다. 단부(41)는 단부 부분(64)에 대해 인접한다.
스냅 링(10)은 부싱(2)을 샤프트(11) 상에 유지시킨다. 커버(1)는 풀리(3)의 에지(33)에 대해 압력 끼워맞춤된다.
도 3은 부싱의 사시도이다. 내측 베어링 마찰면(24)은 샤프트(11)의 외측 면과 슬라이딩 방식으로 맞물린다. 각각의 리세스(22)는 탭(64)을 수용한다. 스프링(4)의 벌루트(volute)는 표면(25) 상에 지지된다. 스프링의 단부(42)는 단부 부분(26) 상에서 지지된다.
도 4는 아이솔레이터 디커플러의 단부도이다. 스프링 리테이너(6)에서의 탭(61)은 이와 협동하는 클러치 캐리어(5)에서의 수용 갭(53; gap)과 맞물린다. 스프링 리테이너(6)는 클러치 캐리어(5)에 대해 회전식으로 이동 가능하여 통상 부하 변동뿐만 아니라 토크 역전을 허용한다.
도 5는 도 4의 사시도이다. 스프링 리테이너 탭(61)은 약간의 스프링 예비 부하로 인해 무부하 상태에서 탭(52)에 기대어 진 것으로 도시되어 있다. 아이솔레이터에 부하가 가해져 스프링(4)이 풀림에 따라, 스프링 리테이너 탭(61)은 무부하 상태에서 맞물려 있던 탭(52)으로부터 멀어지도록 이동할 것이다. 과부하 상태가 발생하면, 각각의 스프링 리테이너 탭(61)은 클러치 캐리어(5)에 대한 스프링 리테이너(6)의 상대 회전에 의해, 바로 인접한 탭(52)과 접촉하게 될 것이다. 각각의 스프링 리테이너 탭(61)은 탭(52)들 사이의 수용 갭(53) 내에서 이동한다. 즉, 제1 탭(52) 및 제2 탭(61)은 협동적으로 맞물릴 수 있고, 이에 따라 일방향 클러치 캐리어(5)에 대한 스프링 리테이너(6)의 회전 이동 범위는 제1의 무부하 상태의 위치와 제2의 과부하 상태의 위치 사이에서 제한되는데, 이 경우, 풀리는 최대 과부하 상태에서 탭(52)과 스프링 리테이너 탭(61)의 직접 접촉에 의해 샤프트와 일시적으로 직접 커플링될 수 있다.
도 6은 스프링 리테이너의 사시도이다. 스프링 리테이너는 반경방향 내측으로 연장되는 스프링 리테이너 탭(61)을 포함한다. 부재(62)는 스프링의 벌루트를 지지하는 돌출 표면을 포함한다. 경사진 부분(63)은 스프링(4)의 벌루트를 지지한다. 스프링(4)의 단부(41)는 단부 부분(64)에 대해 지지된다.
도 7은 클러치 캐리어의 사시도이다. 클러치 캐리어(5)는 일방향 클러치(7)의 외측 레이스 상에서 압력 끼워맞춤된다. 클러치 캐리어(5)는 축방향으로 연장되는 탭 부분(52)을 포함한다.
수용 갭(53)은 탭 부분(52)들 사이에 배치되고 탭 부분들에 의해 한정된다. 각각의 수용 갭(53)의 원주방향 길이(CL; Circumferential Length)는 각각의 스프링 리테이너 탭(61)의 폭(W)보다 크다. 이는, 통상의 작동 및 토크 역전 동안 스프링 리테이너(6)와 클러치 캐리어(5) 사이의 약간의 상대 회전 운동을 허용하며, 즉 제1 탭(52) 및 제2 탭(61)은 협동적으로 맞물리고 이에 따라 스프링 리테이너(6)에 대한 일방향 클러치 캐리어(5)의 회전 이동 범위는 제한된다. 더욱이, 이러한 구성에 의해 토션 스프링(4)은, 탭(52 및 61)의 맞물림에 의해 결정되는 바와 같은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 일방향 클러치(7)로부터 회전식으로 임시 분리될 수 있다. 정상 상태 동안, 즉 무가속(zero acceleration) 작동 중에, 각각의 스프링 리테이너 탭(61)은 각각의 탭(52) 사이에서 각각의 수용 갭(53) 내에 실질적으로 가운데에 위치하게 된다.
본 발명의 형태를 본 명세서에서 설명하였지만, 본 명세서에서 설명되는 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 부품의 구조 및 관계에 있어서 변형이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명확할 것이다.
2 : 부싱
3 : 풀리
4 : 토션 스프링
7 : 일방향 클러치
11 : 샤프트

Claims (4)

  1. 아이솔레이터 디커플러(isolator decoupler)로서,
    풀리(3);
    샤프트(11);
    상기 풀리와 샤프트 사이에 배치되어, 상기 풀리와 슬라이딩 방식으로 맞물리고 상기 샤프트와 슬라이딩 방식으로 맞물리는 부싱(2);
    상기 샤프트에 고정되고 상기 부싱과 맞물리는 일방향 클러치(7)로서, 부싱이 일방향 클러치와 일체로 회전하게 되도록 하는 일방향 클러치(7); 및
    상기 풀리와 상기 일방향 클러치 사이에 맞물려서 풀리를 샤프트에 탄성적으로 커플링시키는 토션 스프링(4)
    을 포함하며, 상기 풀리는 베어링(8)에 의해 샤프트에 대해 저널링(journalling)되고, 상기 풀리는 일시적 부하 상태에서 샤프트에 비탄성적으로 직접 커플링 가능한 것인 아이솔레이터 디커플러.
  2. 제1항에 있어서, 상기 토션 스프링은 풀림 방향(unwinding direction)으로 비틀림 방식으로 부하가 가해지는 것인 아이솔레이터 디커플러.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부싱과 상기 일방향 클러치 사이에서 작동 가능하게 맞물리는 한편, 제1 탭(tab)을 갖는 일방향 클러치 캐리어; 및
    상기 풀리에 연결되고 토션 스프링과 맞물리는 한편, 제2 탭을 갖는 스프링 리테이너
    를 더 포함하며, 상기 제1 탭과 상기 제2 탭은 서로에 맞물려, 일방향 클러치 캐리어에 대한 스프링 리테이너의 회전 이동 범위가 스프링이 무부하 상태에 있는 경우의 제1 위치와, 스프링이 과부하 상태에 있는 제2 위치 사이로 제한되도록 하며, 상기 풀리는 스프링이 과부하 상태에 있는 경우 상기 샤프트와 일시적으로 직접 커플링될 수 있는 것인 아이솔레이터 디커플러.
  4. 제1항에 있어서, 상기 일시적 부하 상태는 스프링 과부하 상태인 것인 아이솔레이터 디커플러.
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