KR102201916B1 - 텐셔너 - Google Patents

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앤드르제이 덱
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Abstract

텐셔너는 축 방향으로 연장되는 원통부 - 원통부는 반경 방향 외부 표면, 및 반경 방향 외부 표면에 반경 방향으로 내향하는 수용부를 포함함 - 를 가지는 기저부, 반경 방향 외부 표면과 피봇 방식으로 맞물린 편심 아암, 반경 방향 내향 수용부 내에 배치된 비틀림 스프링 - 비틀림 스프링은 편향력을 편심 아암에 가함 -, 및 편심 아암에 저널링된 풀리를 포함한다.

Description

텐셔너
본 발명은 텐셔너(tensioner)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기저 원통부의 반경 방향 내향 수용부 내에 배치된 비틀림 스프링(torsion spring)을 갖는 텐셔너에 관한 것이다.
크랭크샤프트(crankshaft)로부터 캠 샤프트(cam shaft) 및 밸런스 샤프트(balance shaft)와 같은 회전 부재들을 동시에 구동하는 2개의 가장 보편적인 방법들은 타이밍 체인들 및 벨트들이다. 타이밍 체인들은 작동을 위해 엔진 오일이 필요하다. 그에 비해, 오일의 존재가 벨트를 손상시킬 수 있고 그 의도된 목적을 저해할 수 있으므로, 대부분의 타이밍 벨트 용례에서는 오일이 벨트 구동 장치에 존재하지 않을 것을 요구한다. 벨트에서의 최근의 개선은 벨트가 엔진 오일 환경으로부터 격리될 것을 더 이상 요구하지 않는다.
그러나, 오일 중에서 동작하는 벨트들의 최근의 개선은 해결되어야 하는 다른 문제들을 갖고 있다. 하나의 특정 문제는 크랭크샤프트와 동기화된 캠샤프트를 유지하기 위하여 벨트 구동 장치를 적절하게 인장시키는 것이다. 캠샤프트 또는 다른 동기화되어 구동되는 크랭크샤프트 컴포넌트가 크랭크샤프트와의 동기화를 느슨하게 하면, 치명적인 엔진 손상이 발생할 수 있다.
회전 크랭크샤프트로부터 벨트를 통해 동력(power)을 전달하기 위하여, 벨트의 일측은 크랭크샤프트 둘레에서 당겨지고, 당해 분야의 당업자들에 의해 벨트 타이트측(belt tight side)으로서 보편적으로 지칭된다. 반대로, 벨트는 크랭크샤프트로부터 멀어지게 "푸시(push)"되고 있으므로, 다른 측은 벨트 슬랙측(belt slack side)으로서 지칭된다. 벨트가 지나치게 슬랙으로 되고, 이에 따라, 크랭크샤프트와 크랭크샤프트에 의해 회전된 컴포넌트들 사이의 동기화의 손실을 야기시키는 것을 방지하기 위하여 벨트의 슬랙측에 인장을 제공하는 것이 중요하다. 이 동기화의 손실은 당해 분야의 당업자들에 의해 "투스 점프(tooth jump)" 또는 "래치팅(ratcheting)"으로서 보편적으로 지칭된다.
공지된 텐셔너들은 컴포넌트들의 배열에 기초하여 크기에 있어서 제약된다. 전형적으로, 비틀림 스프링은 풀리 베어링과 함께 축 방향으로 적층된다. 이것은 디바이스의 최소 높이를 제한하고, 이는 결국 엔진 및 벨트 시스템 설계에 영향을 준다.
당해 분야를 대표하는 것은 US 9,618,098호이고, 이 US 9,618,098호는 기저부, 기저부에 연결된 샤프트, 샤프트와 동축 방향으로(coaxially) 맞물린 편심 조절기(eccentric adjuster), 샤프트와 피봇 방식으로(pivotally) 맞물린 아암(arm), 아암에 저널링된(journalled) 풀리(pulley), 아암 - 아암은 제 1 수용부, 및 제 1 수용부로부터 축 방향으로 대향하게 배치된 제 2 수용부를 포함함 - 과 기저부 사이에 맞물린 비틀림 스프링, 아암과 기저부 사이에 배치된 제 1 댐핑 부재 - 제 1 댐핑 부재는 기저부와 마찰적으로 맞물리고 제 1 수용부와 맞물림 -, 제 2 수용부와 맞물린 부재를 가지는, 아암과 편심 조절기 사이에 배치된 제 2 댐핑 부재, 및 수직력을 제 1 댐핑 부재 및 제 2 댐핑 부재에 가하기 위하여 제 1 댐핑 부재와 아암 사이에 배치된 편향 부재(biasing member)를 포함하는 텐셔너를 개시한다.
기저 원통부의 반경 방향 내향 수용부 내에 배치된 비틀림 스프링을 가지는 텐셔너가 요구된다. 본 발명은 이 필요성을 충족시킨다.
본 발명의 주 양태는 기저 원통부의 반경 방향 내향 수용부 내에 배치된 비틀림 스프링을 가지는 텐셔너를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 양태들은 발명의 다음의 설명 및 첨부 도면들에 의해 지적되거나 자명해질 것이다.
본 발명은 축 방향으로 연장되는 원통부 - 원통부는 반경 방향 외부 표면, 및 반경 방향 외부 표면에 반경 방향으로 내향하는 수용부를 포함함 - 를 가지는 기저부, 반경 방향 외부 표면과 피봇 방식으로 맞물린 편심 아암, 반경 방향 내향 수용부 내에 배치된 비틀림 스프링 - 비틀림 스프링은 편향력(biasing force)을 편심 아암에 가함 -, 및 편심 아암에 저널링된 풀리를 포함하는 텐셔너를 포함한다.
명세서 내에 편입되어 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 바람직한 실시형태들을 예시하고, 설명과 함께, 발명의 원리들을 설명하도록 작용한다.
도 1은 텐셔너의 분해도이다.
도 2는 상부 분해도이다.
도 3은 기저부의 사시도이다.
도 4는 편심 아암의 사시도이다.
도 5는 비틀림 스프링의 사시도이다.
도 6은 텐셔너의 단면도이다.
도 7은 대안적인 실시형태의 분해도이다.
도 8은 대안적인 실시형태의 상면도이다.
도 9는 대안적인 실시형태의 단면도이다.
도 10은 대안적인 실시형태의 측면도이다.
도 11은 도 10에서의 대안적인 실시형태의 사시도이다.
도 1은 텐셔너의 분해도이다. 텐셔너(100)는 기저부(10)를 포함한다. 기저부(10)는 외부 표면(14)을 가지는 축 방향으로 연장되는 원통부(12)를 포함한다. 원통부(12)는 개구부(11) 및 수용부(18)를 더 포함한다.
편심 아암(20)은 원통부(12)를 중심으로 피봇한다. 부싱(bushing)(60)은 내부 표면(22)과 외부 표면(14) 사이에 배치된다. 부싱(60)은 원통부(12)에서의 개구부(11)와 실질적으로 정렬하는 슬롯(61)을 포함한다. 풀리(40)는 니들 베어링(needle bearing)(50) 상의 표면(21)에 저널링된다. 니들 베어링은 오일 배스(oil bath) 환경에서 이용된다. 당해 분야에서 공지된 다른 베어링들이 마찬가지로 적당하다.
비틀림 스프링(30)은 벨트 하중(belt load)을 가하기 위하여 편심 아암(20)과 맞물리고 편심 아암(20)을 벨트(도시되지 않음)를 향해 편향시킨다. 단부(31)는 편심 아암(20) 수용부(24)와 맞물리기 위하여 슬롯(61) 및 개구부(11)를 통해 돌출한다. 단부(32)는 기저부(10)의 수용부(15)와 맞물린다. 비틀림 스프링(30)은 수용부(18) 내에 전체적으로 배치된다. 수용부(18)는 원통부(12)의 중심 중공부(central hollow portion)이다. 비틀림 스프링(30)은 베어링(50), 풀리(40), 및 편심 아암(20)과 동일 평면이다. 비틀림 스프링(30)은 풀리(40), 베어링(50), 부싱(60), 및 원통부(12)에 반경 방향으로 내향하도록 배치된다. 즉, 비틀림 스프링(30), 베어링(50), 풀리(40), 및 편심 아암(20)은, 열거된 컴포넌트들 중 어떤 것도 다른 것들로부터 축 A-A를 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 모두 동심으로 배열된다.
유지 링(6)은 기저부(10)에서의 원주 슬롯(16)과 맞물린다. 유지 링(5)은 편심 아암(20)에서의 원주 슬롯(23)과 맞물린다. 유지 링(5)은 편심 아암(20) 상에서 베어링(50)을 유지한다. 유지 링(6)은 기저부(10) 상에 편심 아암(20)을 유지한다. 오일의 존재 시에, 유지 링(5 및 6)은 축 방향 힘들을 전달하기 위한 스러스트 와셔(thrust washer)로서 각각 작동할 수 있다.
풀리(40)는 베어링(50) 상에 압입(press fit)된다. 파스너(4)는 텐셔너(100)를 엔진(도시되지 않음)과 같은 장착 표면에 고정하기 위하여 비틀림 스프링(30) 및 기저부(10)에서의 구멍(17)을 통해 돌출한다.
부싱(60)은 대략 0.05 내지 대략 0.20 범위의 동적 마찰 계수(coefficient of friction; COF)를 포함한다. 정적 COF는 바람직하게는 동적 COF보다 더 낮다.
도 2는 상부 분해도이다. 편심 아암(20)은 그 축이 원통부(12)에 중심이 두어지는 축 A-A 둘레에서 피봇하고, 파스너(4)를 통해 돌출한다. 편심 아암(20)은 축 A-A 둘레에서 피봇한다. 풀리(40)는 편심 아암(20)의 기하학적 중심인 "B" 둘레에서 회전한다. "B"는 축 A-A로부터 편심적으로 오프셋됨으로써, 편심 아암(20)의 편심 피봇 이동을 허용하고, 이는 결국 텐셔너(100)가 가변적인 하중을 벨트(도시되지 않음)에 가하는 것을 허용한다.
도 3은 기저부의 사시도이다. 단부 수용부(15)는 기저부(10)에서의 수용부(18)의 하나의 단부에 배치된다. 단부(32)는 수용부(15)와 맞물림으로써, 단부(32)를 고정하고 비틀림 스프링을 위한 반응 포인트로서 작동한다.
도 4는 편심 아암의 사시도이다. "B"는 풀리(20)의 기하학적 중심이고, 풀리(40)가 그 둘레에서 회전하는 포인트이다. 편심 아암(20)은 축 A-A 상에서 "A" 를 중심으로 피봇한다. 수용부(24)는 스프링(30)의 단부(31)와 맞물린다.
도 5는 비틀림 스프링의 사시도이다. 단부(31)는 편심 아암(20)의 수용부(24)로 돌출한다. 단부(32)는 수용부(15)와 맞물린다.
도 6은 텐셔너의 단면도이다. 비틀림 스프링(30), 부싱(60), 원통부(12), 편심 아암(20), 베어링(50), 및 풀리(40)는, 열거된 컴포넌트들 중 어느 것도 다른 것들로부터 축 A-A를 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 모두 동심으로 배열된다. 이 완전히 동심이고 안착된(nested) 배열은 텐셔너의 높이를 최소화하여, 텐셔너가 매우 비좁은 용레들에서 이용되는 것을 허용한다.
도 7은 대안적인 실시형태의 분해도이다. 베어링(51)이 플레인 베어링(plain bearing)이고 부싱(60)이 생략된다는 것을 제외하고는, 컴포넌트들은 본 명세서에서 설명된 것과 동일하다. 이 대안적인 실시형태는 오일에서 작동하도록 구성되고 및/또는 오일 비산 윤활(oil splash lubrication)을 제공받는다. 편심 아암(20)은 축 A-A 둘레에서 피봇한다. 풀리(40)는 축 B-B 둘레에서 회전한다(도 4 참조). 축 A-A는 축 B-B로부터 멀어지도록 배치되고, 이 때문에, 축 A-A와 동축 방향이 아님으로써, 편심 아암(20)의 편심 피봇 이동을 허용한다.
도 8은 대안적인 실시형태의 상면도이다.
도 9는 대안적인 실시형태의 단면도이다. 비틀림 스프링(30), 편심 아암(20), 및 베어링(51)은, 열거된 컴포넌트들 중 어떤 것도 다른 것들로부터 축 A-A를 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 동심으로 배열된다. 기저부(10)에서의 유체 도관(71)은 엔진 오일 시스템(도시되지 않음)으로부터 유체 도관(73)을 통해 베어링(51)으로 유동하기 위한 오일과 같은 유체를 위한 경로를 제공함으로써, 베어링을 윤활시킨다. O-링(72)은 엔진 오일 시스템으로의 연결부를 밀봉하기 위한 수단을 제공한다.
도 10은 대안적인 실시형태의 측면도이다. 편심 아암(20) 및 풀리(40) 대신에, 이 대안적인 실시형태는 캠(cam)(45)을 포함한다. 캠(45)은 편심 아암(20)과 동일한 원리로 동작하고, 캠은 디바이스에서 동일한 위치를 점유한다. 풀리(40)가 없다. 캠(45)은 세장형 부재(elongate member)(80)와 맞물린다. 세장형 부재(80)는 당해 분야에서 공지된 임의의 적당한 저마찰 재료를 포함할 수도 있다. 세장형 부재(80)는 슬라이드 가이드(slide guide)로서 또한 지칭될 수도 있다. 체인 "C"는 슬라이드 가이드(80)의 표면과 슬라이딩 방식으로 맞물린다. 피봇(81)은 슬라이드 가이드의 하나의 단부에 배치된다. 슬라이드 가이드(80)는 캠(45)의 회전에 응답하여 피봇(81) 둘레에서 피봇한다. 표면(46)의 편심 형태로 인해, 캠(45)의 회전은 슬라이드 가이드(80)로 하여금, 피봇(81)을 중심으로 피봇하게 함으로써, 체인 "C" 상에 하중을 유지한다. 이 실시형태는 예로서, 내부 연소 엔진 타이밍 시스템에서 유용하다.
도 11은 도 10에서의 대안적인 실시형태의 사시도이다. 캠(45)의 표면(46)은 슬라이드 가이드(80)와 맞물린다.
발명의 형태들이 본원에서 설명되었지만, 본원에서 설명된 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서, 파트들 및 방법의 구성 및 관계에 있어서 변형들이 행해질 수도 있다는 것이 당해 분야의 당업자들에게 자명할 것이다.

Claims (12)

  1. 텐셔너로서,
    축 방향으로 연장되는 원통부 - 상기 원통부는 반경 방향 외부 표면, 및 상기 반경 방향 외부 표면의 반경 방향으로 내향하는 수용부를 포함함 - 를 갖는 기저부;
    상기 반경 방향 외부 표면과 피봇 방식으로 맞물린 편심 아암;
    상기 반경 방향 내향 수용부 내에 배치된 비틀림 스프링 - 상기 비틀림 스프링은 편향력(biasing force)을 상기 편심 아암에 가함 -; 및
    상기 편심 아암에 저널링되고(journalled), 상기 편심 아암의 기하학적 중심 둘레에서 회전하도록 구성된 풀리
    를 포함하는, 텐셔너.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 풀리는 니들 베어링 상에 저널링되는, 텐셔너.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심 아암, 상기 풀리, 및 상기 비틀림 스프링은, 상기 편심 아암, 풀리, 또는 비틀림 스프링 중 어떤 것도 다른 것들로부터 축 A-A를 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 동심으로 배열되는, 텐셔너.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 편심 아암은 부싱 상에서 상기 기저부에 저널링되는, 텐셔너.
  5. 텐셔너로서,
    반경 방향 외부 표면 및 반경 방향 내향 수용부를 가지는 기저 원통부;
    상기 반경 방향 외부 표면과 피봇 방식으로 맞물리고, 원통 형상을 가지는 편심 아암;
    상기 반경 방향 내향 수용부 내에 배치된 비틀림 스프링 - 상기 비틀림 스프링은 편향력을 상기 편심 아암에 가함 -; 및
    상기 편심 아암과 맞물리고, 상기 편심 아암의 회전에 응답하여 피봇하도록 배치된 세장형 부재(elongate member)
    를 포함하는, 텐셔너.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 편심 아암 및 상기 비틀림 스프링은, 상기 편심 아암 또는 비틀림 스프링 중 어떤 것도 다른 것으로부터 축 A-A를 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 동심으로 배열되는, 텐셔너.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 편심 아암은 부싱 상에서 상기 기저 원통부에 저널링되는, 텐셔너.
  8. 텐셔너로서,
    축 방향으로 연장되는 원통부 - 상기 원통부는 반경 방향 외부 표면 및 반경 방향 내향 수용부를 포함함 - 를 가지는 기저부;
    상기 반경 방향 외부 표면과 피봇 방식으로 맞물리고, 원통 형상을 가지는 편심 아암;
    상기 반경 방향 내향 수용부 내에 배치된 비틀림 스프링 - 상기 비틀림 스프링은 편향력을 상기 편심 아암에 가함 -;
    상기 편심 아암에 저널링되고, 상기 편심 아암의 기하학적 중심 둘레에서 회전하도록 구성된 풀리를 포함하고;
    상기 편심 아암, 상기 풀리, 및 상기 비틀림 스프링은, 상기 편심 아암, 풀리, 또는 비틀림 스프링 중 어떤 것도 상기 편심 아암, 풀리, 또는 비틀림 스프링 중 어느 하나로부터 축 A-A를 따라 축 방향으로 변위되지 않도록, 동심으로 배열되는, 텐셔너.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 기저부는, 풀리가 저널링되는 베어링에 유체가 접근할 수 있도록, 유체 도관을 더 포함하는, 텐셔너.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 베어링은 니들 베어링을 포함하는, 텐셔너.
  11. 삭제
  12. 삭제
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