JP2017503984A - アイソレーティング・デカップラ - Google Patents

Abstract

アイソレーティング・デカップラは、シャフトと、シャフトに軸支されたプーリと、プーリに係合する捻りバネと、シャフトに摩擦係合可能なラップスプリングとを備え、捻りバネとラップスプリングは、各々が巻き方向に捻りの負荷が作用するように、直列に接続され、ラップスプリングは第１の断面寸法と第２の断面寸法を有する不定断面を備え、ラップスプリングはオーバートルク状態において、ラップスプリングを解放方向に付勢するプーリに接触することによりシャフトから一時的に解放可能である。

Description

本発明はアイソレーティング・デカップラに関し、特に、ラップスプリングを備え、ラップスプリングが第１の断面寸法と第２の断面寸法を有する不定断面を備えたアイソレーティング・デカップラに関する。

良好な燃費という利点により、乗用車の分野に利用されるディーゼルエンジンが増加している。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が増大している。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駆動システムは、上述したエンジンの変化によって、クランクシャフトからの増大した振動に打ち勝たなければならない。

増大したクランクシャフトの振動に加えて高い、加減速比および高いオルタネータの慣性のため、エンジンのアクセサリ駆動システムはしばしば、ベルトスリップによるベルト軋み音を経験する。これはベルトの寿命を短くする。

クランクシャフトのアイソレータ／デカップラおよびオルタネータのデカップラ／アイソレータは、エンジンの動作スピード範囲において振動を除去するため、およびベルトの軋み音を制御するために、高い角振動を有するエンジンに広く用いられてきている。

この技術の代表は米国特許第７，１５３，２２７号明細書であり、これは、サーペンタイン駆動システムにおけるオルタネータプーリのためのデカップラが、スプリング保持部材を介してハブ構造にオルタネータプーリを連結する弾性ヘリカルスプリングを有することを開示する。ブッシュがスプリング保持部材とハブ構造の間に配置され、これらの間の摺動係合を促進する。環状のスリーブ部材がスプリング部材とオルタネータプーリの間に配設されて、これらの間の摩擦係合を促進する。スプリング部材はハブ構造に対して一端部において連結され、スプリング保持部材に対して反対側の端部において連結される。弾性スプリング部材は、被駆動回転運動において、オルタネータプーリに対して反対方向への瞬時の相対捻り運動を可能にしつつ、オルタネータシャフトがオルタネータプーリと同じ方向に回転するように、オルタネータプーリの被駆動回転運動をサーペンタインベルトによってハブ構造に伝達する。

必要なものは、ラップスプリングを備え、ラップスプリングが第１の断面寸法と第２の断面寸法を有する不定断面を備えた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ラップスプリングを備えたアイソレーティング・デカップラであって、ラップスプリングは第１の断面寸法と第２の断面寸法を有する不定断面を備える。

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、シャフトと、シャフトに軸支されたプーリと、プーリに係合する捻りバネと、シャフトに摩擦係合可能なラップスプリングとを備え、捻りバネとラップスプリングは、各々が巻き方向に捻りの負荷が作用するように、直列に接続され、ラップスプリングは第１の断面寸法と第２の断面寸法を有する不定断面を備え、ラップスプリングはオーバートルク状態において、ラップスプリングを解放方向に付勢するプーリに接触することによりシャフトから一時的に解放可能であ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。
本装置の断面図である。 本装置の分解図である。 本装置の詳細斜視図である。 ラップスプリングの詳細斜視図である。 捻りバネの斜視図である。 図５の破断斜視図である。

図１は本装置の断面図である。オルタネータ・アイソレーティング・デカップラ１００はプーリ２、捻りバネ１０、シャフト１、軸受７、端部キャップ５、スラストワッシャ３、６、２２、およびラップスプリング１１を備える。図２は本装置の分解図である。

シャフト１は、回転軸Ａ−Ａから径方向に延びる平板状端部１４２を備える。円筒状部材１４０が端部１４２の外側部から軸Ａ−Ａに平行に軸方向に延びている。部材１４０はプーリ２内において協働凹部２１に係合し、これによりラビリンス・シールを形成する。ラビリンス・シールは異物が本装置に侵入することを阻止する。

プーリ２は、単一のニードル軸受７を介してシャフト１により軸支される。プーリ２は、スラストワッシャ３とスラストワッシャ６の間において、シャフト１の軸方向に配置される。スラストワッシャ６は、ワッシャ６の一部の周りに延びるギャップ６１を有する。プーリ２の部材２４はギャップ６１を通って延びる。スラストワッシャ６はシャフト１の肩部１５に当接する。スラストワッシャ３、プーリ２、軸受７、およびスラストワッシャ６は、端部キャップ５によってシャフト１の所定の位置に保持される。端部キャップ５はシャフト１に圧入される。

プーリ２は内側円筒状部分２３を有し、これはシャフト１とプーリ２に対して平行に軸方向に延びる。捻りバネ１０はプーリ２および部分２３の間の部分に配置される。部分２３は、プーリ２が本装置の全長にわたって過度に延びることなく、軸受７に係合する手段として作用する。部分２３により、軸受７は、捻りバネ１０を収容する余地を残しつつ、プーリ２の覆いの中に配置される。軸受７は、マルチリブドベルト（図示せず）に係合するプーリの負荷受け部Ｌの中央部Ｍに配置される。軸受７は、プーリ２がシャフト１に軸支される唯一の手段であり、この構成は、２つの軸受、すなわちプーリの各端部に１つの軸受を設ける必要性をなくす。シャフト１および端部キャップ５はオルタネータ・シャフト（図示せず）に設けることができる。

捻りバネ１０の一端はプーリ２に連結される。捻りバネ１０の他端はラップスプリング１１に連結される。ラップスプリング１１はシャフト１に摩擦係合する。捻りバネ１０とラップスプリング１１は直列に接続される。

動作中、ラップスプリング１１はシャフト１に巻かれる。ラップスプリング１１は、軸Ａ−Ａに関して、捻りバネ１０の径方向内側に配置される。巻き方向に負荷がかかったとき、ラップスプリングの直径は減少し、これによりラップスプリング１１はシャフト１を摩擦によりグリップする。逆方向のトルクがかかるとき、シャフト１は、オルタネータのような連結された負荷の慣性を与えられたプーリ２に対して、僅かに過回転する。ラップスプリング１１とシャフト１の間に摩擦係合が付与されると、ラップスプリング１１は僅かに解放し、これによりその直径が増加して、ラップスプリング１１はシャフト１に対する摩擦によるグリップを部分的あるいは完全に解放する。これによりシャフト１は、プーリ２が減速するときに、過回転し続ける。このように、ラップスプリング１１はワンウェイクラッチと同様にして作用する。

典型的なオルタネータにおいて、最大トルクは約１６Ｎｍから２０Ｎｍの範囲である。このトルクは、ラップスプリング１１を介して捻りバネ１０により、プーリ２の回転方向にプーリ２からシャフト１に伝達される。捻りバネ１０は、トルクがシャフト１に伝達されるとき、巻き方向に負荷をかけられる。

図３は本装置の詳細斜視図である。捻りバネ１０はこの図から省略されている。オーバートルク状態では、ラップスプリング１１はまたシャフト１から解放可能である。トルクが増加すると、プーリ２はシャフト１に対して漸増的に前進する。プーリ２が前進し続けると、部分２３の部材２４はラップスプリング１１の部材８５に係合する。部材８５はラップスプリング１１の端部から径方向外方に突出する。部材２４は部分２３から軸方向に延びる。正常トルク状態において、部材２４は部材８５に係合しない。伝達されるトルクが増加すると、部材２４は部材８５に接触し、そしてラップスプリング１１の解放方向に押圧する。これは延いてはラップスプリング１１を部分的に解放し、これによりラップスプリング１１の直径を増加させる。直径の増加は、シャフト１からラップスプリング１１の摩擦によるグリップを部分的あるいは完全に解放し、これにより、オーバートルク状態において、プーリ２はシャフト１を過回転させる。この特徴は、オーバートルク状態において本装置が損傷することを防止する。

図４はラップスプリングの詳細斜視図である。ラップスプリング１１は機械加工されたスプリングであり、捻りバネ１０に永久に連結される。捻りバネ１０も同様に機械加工されたスプリングである。ラップスプリング１１は、その長さ方向に沿って変化する断面形状を有する。ラップスプリング１１は３つの部分、すなわち一定断面部分１１０、不定断面部分１２０、およびハブ１３０を有する。

「機械加工された」とは、ワインディングに加えて、スプリングに施されるあらゆる製造工程を指し、例えば、均一な円筒に斜めのスロットを切り込んでスプリングを成形することも指す。それはまた、円筒の内面および外面を好ましいＯＤおよびＩＤ寸法に機械加工することも指し、あるいはスプリングに螺旋を機械加工して、断面の寸法および形状を変化させることを指す。機械加工は一般に、スプリングの動作性能を決定するために、スプリングの１以上の物理的特性を調整あるいは変化させることを指す。

ラップスプリング１１のハブ１３０は捻りバネ１０の端部に取付けられる。特に、ハブ１３０は捻りバネ１０の環状端部１５０内に圧入される。ラップスプリング１１は２つの不定断面部分を有する。部分１２０は、ハブ１３０との接続部１２１における２．４ｍｍ×１．２ｍｍの断面と、一定断面部分１１０との接続部１２１０における０．６ｍｍ×１．２ｍｍの第２の断面とを有する。ハブ１３０は、ラップスプリング１１の不可欠な部分であるが、スプリングの螺旋すなわち巻きを有しない。部材８５は部分１１０の端部から延びる。

この明細書に含まれる全ての数値は、本発明を説明するための目的のみに示され、如何なる方法においても本発明の幅すなわち範囲を限定することを意図していない。

ハブ１３０と不定断面部分１２０の間の接続部１２１において、ラップスプリングの張力は１６−２０Ｎｍのトルクを生じる。不定断面部分１２０と一定断面部分１１０の間の接続部１２１０において、ラップスプリングの張力は、捻りバネにより伝達される最大トルクすなわち２−３Ｎｍより約６．５から１０倍小さいトルクを生じる。これは、不定断面部分１２０とシャフト１の間の摩擦がシャフト１に約１７Ｎｍから１８Ｎｍのトルクを発生させるからである。一定断面部分１１０はこのトルクを吸収する。部分１１０の断面は約０．６ｍｍ×１．２ｍｍである。ラップスプリング１１０の巻き数は約９から１０である。

不定断面部分１２０とシャフト１の間には、干渉がないか、または非常に小さいＩＤがある。ラップスプリング１１０は、シャフト１に対して約２から３Ｎｍのトルクを伝達するのに十分な、シャフト１に対するＩＤの締りばめを有する。ハブ１３０が捻りバネ１０によって引っ張られると、不定断面部分１２０も引っ張られ、部分１１０についても同様である。

図５は捻りバネの斜視図である。捻りバネ１０は、径方向内側に突出する突出部材１５０を有する。ラップスプリング１１のハブ１３０は、環状の突出部材１５０内に圧入され、これにより捻りバネ１０の内部においてラップスプリング１１に接続し、軸方向に位置決めする。従来技術とは異なり、本装置は捻りバネとラップスプリングの間にスプリングを有しない。図６は図５の破断斜視図である。

本装置の利点は、特に軸方向がより小さいワンウェイクラッチ（ラップスプリング１１）と、軸受７の中心位置によるより小さい全長と、ラップスプリングを固定するための実質的により小さい干渉および摩擦トルクの要求と、過回転のときの実質的により小さい抗力トルクと、ラップスプリングとシャフトの間のより小さい摩擦によるより低い作動温度とを含む。

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 (11)

1. シャフト（１）と、
   前記シャフトに軸支されたプーリ（２）と、
   前記プーリに係合する捻りバネ（１０）と、
   前記シャフトに摩擦係合可能なラップスプリング（１１）とを備え、
   前記捻りバネとラップスプリングは、各々が巻き方向に捻りの負荷が作用するように、直列に接続され、
   前記ラップスプリングは第１の断面寸法と第２の断面寸法を有する不定断面（１２０）を備え、
   前記ラップスプリングはオーバートルク状態において、前記ラップスプリングを解放方向に付勢する前記プーリに接触することにより前記シャフトから一時的に解放可能である
   アイソレーティング・デカップラ。
2. 前記ラップスプリングが前記捻りバネの径方向内側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。
3. 前記捻りバネが前記ラップスプリングに係合するために径方向内側に突出する部材を備える請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
4. 前記ラップスプリングが、前記プーリに一時的に係合するための部材を備える請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
5. 前記プーリが軸方向に延びる内側円筒状部分を備え、前記内側円筒状部分が軸受に係合し、
   前記捻りバネが前記内側円筒状部分の径方向外側に配置される
   請求項１に記載のアイソレーティング・デカップラ。
6. 前記軸受がプーリ負荷作用部の中央に配置される請求項５に記載のアイソレーティング・デカップラ。
7. シャフトと、
   プーリ負荷作用部の中央に配置された軸受において前記シャフトに軸支されたプーリと、
   前記プーリに係合する捻りバネと、
   前記シャフトに摩擦係合可能なラップスプリングとを備え、
   前記捻りバネとラップスプリングは、各々が巻き方向に捻りの負荷が作用するように、直列に接続され、
   前記ラップスプリングは第１の断面寸法と第２の断面寸法を有する不定断面を備え、
   前記ラップスプリングはオーバートルク状態において、前記ラップスプリングを解放方向に付勢する前記プーリに接触することにより前記シャフトから一時的に解放可能である
   アイソレーティング・デカップラ。
8. シャフトと、
   プーリ負荷作用部の中央に配置された軸受において前記シャフトに軸支されたプーリと、
   前記プーリに係合する捻りバネと、
   前記捻りバネの径方向内側に配置され、負荷が作用する状態において前記シャフトに摩擦係合可能なラップスプリングとを備え、
   前記捻りバネとラップスプリングは、各々が巻き方向に捻りの負荷が作用するように、直列に接続され、
   前記ラップスプリングは第１の断面寸法と第２の断面寸法を有する不定断面を備え、
   前記ラップスプリングはオーバートルク状態において、前記ラップスプリングを解放方向に付勢する前記プーリに接触することにより前記シャフトから一時的に解放可能である
   アイソレーティング・デカップラ。
9. 前記プーリが軸方向に延びる内側円筒状部分を備え、前記内側円筒状部分が軸受に係合し、
   前記捻りバネが前記内側円筒状部分の径方向外側に配置される
   請求項８に記載のアイソレーティング・デカップラ。
10. 前記捻りバネが前記ラップスプリングに係合するために径方向内側に突出する環状部材を備える請求項８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、オーバートルク状態において前記プーリに一時的に係合するための部材を備える請求項８に記載のアイソレーティング・デカップラ。

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