アイソレーティング・デカップラ

本発明は、アイソレーティング・デカップラに関し、より具体的には、キャリアとシャフトとの間に係合されるラップスプリングを備え、ラップスプリングがテーパ部で連結される円筒内側部と平面状外側部を備え、当該内側部が巻き付け方向においてシャフトと摩擦係合するアイソレーティング・デカップラに関する。

よりよい燃費のために、乗用車のアプリケーションでのディーゼルエンジンの利用が増大している。更に、ガソリンエンジンは、燃料効率を高めるために圧縮比を増大している。その結果、ディーゼルおよびガソリンエンジンの補機駆動システムは、上述したエンジンの変更に伴うクランクシャフトからのより強い振動を克服しなくてはならない。

クランクシャフトの振動の増大に加え、高い加速/減速比と大きなオルタネータ慣性により、エンジン補機駆動システムは、しばしばベルトスリップによるベルトのチャープ音を発生する。これはベルト運転寿命を短くする。

クランクシャフト・アイソレータ/デカップラとオルタネータ・デカップラ/アイソレータは、大きな捩じり振動を伴うエンジンにおいて、エンジンの運転速度の範囲における振動を濾波し、かつベルトのチャープ音を抑制するために広く利用されている。

この技術の代表は、米国特許出願第13/541,216号明細書であり、ラップスプリング一方向クラッチの一端に、巻き戻し方向に一時的に係合可能なプーリを備え、ラップスプリング一方向クラッチ端とプーリの一時的な接触が、一時的にラップスプリング一方向クラッチのシャフトとの摩擦係合を低減するアイソレータ・デカップラを開示する。

必要とされているのは、キャリアとシャフトとの間に係合されるラップスプリングを備え、ラップスプリングが円筒内側部とテーパ部で連結される平面状外側部を備え、当該内側部が巻き付け方向においてシャフトと摩擦係合するアイソレーティング・デカップラである。本発明はこの要求に合致する。

本発明の第1の目的は、キャリアとシャフトとの間に係合されるラップスプリングを備え、ラップスプリングがテーパ部で連結される円筒内側部と平面状外側部を備え、当該内側部が巻き付け方向においてシャフトと摩擦係合するアイソレーティング・デカップラである。

本発明の他の目的は、本発明の以下の詳細な説明と添付図面により指摘され明らかにされる。

本発明は、シャフトと、シャフトに軸支されるプーリと、プーリとキャリアの間に係合され、巻き戻し方向に負荷が掛けられる捩じりスプリングと、キャリアとシャフトの間に係合されるラップスプリングとを備え、ラップスプリングは、円筒状の内側部と、テーパ部により連絡される平面状の外側部とを備え、内側部は、巻き付け方向においてシャフトに摩擦係合されるアイソレータ・デカップラを含む。

本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の実施形態を例示し、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明するためのものである。

本装置の斜視図である。

本装置の断面図である。

本装置の断面図の詳細図である。

本装置の分解図である。

本装置の内部の斜視図である。

本装置の断面斜視図である。

キャリアの背面斜視図である。

キャリアの正面斜視図である。

ラップスプリングとプーリの斜視図である。

ラップスプリングの遷移部の詳細図である。

図1は、本装置の斜視図である。図2は、本装置の断面図である。アイソレーティング・デカップラ100は、ベアリング7のシャフト1に軸支されるプーリ2を備える。スラストワッシャ3は、プーリ2と端部キャップ5の間に配置される。スラストワッシャ6は、プーリ2とシャフト1の間に配置される。捩じりスプリング10は、プーリ2とキャリア9の間に係合される。ラップスプリング11は、キャリア9とシャフト1の間に係合される。スラストワッシャ22は、キャリア9とシャフト1のラジアル部材21との間に配置される。キャリア9は、キャリア9とプーリ2の間の捩じりスプリング10の圧縮によりスラストワッシャ22に押し当てられる。キャリア9とラップスプリング11は、一方向クラッチ組立体50を備える。図6はキャリアの背面斜視図である。図7は、キャリアの正面斜視図である。

プーリ2は、シャフト1を軸としてスラストワッシャ3と6の間に配置され、端部キャップ5によりシャフト1上に保持される。オルタネータ(不図示)のシャフトへの本装置の取り付けにおいて、端部キャップ5はオルタネータのベアリング・インナー・レースとシャフト1の間に挟まれる。これは、本発明に係る装置100のオルタネータシャフト上における位置を軸方向に固定する。シャフト1は、オルタネータシャフトに螺着可能である。

図6は、キャリアの背面斜視図である。図7は、キャリアの正面斜視図である。一方向クラッチ組立体50は、キャリア9とラップスプリング11を備える。キャリア9は、面77を備える。捩じりスプリング10の端部78は、面77に押し付けられる。捩じりスプリング10の外側79は、プーリ2に係合する。

ラップスプリング11は、外側平面状螺旋コイル部93と内側円筒状コイル部94を備える(図8参照)。図8は、ラップスプリングとプーリの斜視図である。平面状外側部93と円筒内側部94は、接線部155により連結される。部分155は、内側部94から径方向外側へ接線方向に向けて延出する。部分93は、径方向外側に拡径する複数のコイルを備え、螺旋状に径方向外側に1つのコイルが次のコイルに当たるように複数のコイルは径方向外側にスタックする。すなわち、複数のコイルは回転軸A−Aに対して垂直に延在する平面の同一面にある。ラップスプリング端85は、トルクを規制するためのものであり、端部89はトルクの入力を受け取るためのものである。

ラップスプリング11は、キャリア9とシャフト1の間に係合される。内側部94のラップスプリング部110は、シャフト1のシャフト面53に摩擦係合する。ラップスプリング外側部93は、収容部91内においてキャリア9に係合する。

本発明に係る装置では、トルクはプーリ2から捩じりスプリング10、一方向クラッチ組立体50を通してシャフト1へとプーリ2の回転方向に伝達される。トルクは、ラップスプリング11により巻き付け方向に伝達される。捩じりスプリング10には、巻き戻し方向に負荷が掛けられる。騒音を発生させ装置にダメージを与え得ることから好ましいことではないが、負荷が掛からない方向あるいはオーバーラニングする方向において、端部78は、面77から、あるいはプーリ2から、あるいはその両方から離接し得る。

図9は、ラップスプリングの遷移部の詳細図である。図9における各区間の長さは、正確な縮尺ではない。ラップスプリング11は、スプリングワイヤの軸長さ方向に沿って変化する断面を有する。変化する断面の特徴は、3つの部分、すなわち区間:一定断面区間110、バリアブルあるいはテーパ断面区間120、そして一定断面区間130を有することである。区間130の断面寸法は、約1.5mm×2.5mmである。区間110の断面寸法は、約0.6mm×1.2mmである。本明細書で提示される数値は、単に一例であり、本発明の範囲の限定を意図したものではない。

区間130は、端部89においてキャリア9から負荷を受ける。キャリア9は、接触面77において捩じりスプリング10と接触している。区間130は螺旋状に巻かれる。区間130の螺旋特性は、エネルギー吸収インタフェースとして働く。例えば、プーリが回転すると、区間130の複数のコイルは、プーリの回転または加速する方向に応じて、部分的に巻かれ、そして巻き戻される。区間130は、全てのトルクがシャフト1へ伝達される前に完全に「巻き上げられる」必要がある。これによりラップスプリングは、エンジン速度の突然の変化により発生し得る衝撃からオルタネータを分離するコンプライアント部材として作用する。これは捩じりスプリングの動作にも当てはまり、すなわち、エンジン減速が発生したときに、オルタネータシャフトがオーバランすることを可能にするために動作する。

ラップスプリング11は、一定断面区間110とバリアブル断面区間120を有する。区間130は、部分1213において区間120に接続する。区間120は、部分1112において区間110に接続する。区間120は、テーパ形状を呈し、部分1213における1.5mm×2.5mmから、部分1112における0.6mm×1.2mmへと変化する断面寸法を備える。断面におけるこの変化は、区間130の端部から接線部155を介し、内側部分94の続く2〜3つのコイルを通して継続して徐々に発生する。図9は、ラップスプリングの遷移部の詳細図である。

オルタネータにとっての最大トルクは、16〜20N・mの範囲にある。接線部155と区間120の間の接続点では、作動張力は区間120において約16〜20N・mのトルクを発生する。区間120と区間110の間の接続部1120では、作動張力は捩じりスプリング10により伝達される最大トルクよりも約6.5〜10倍低いトルクを発生する。

例えば、ラップスプリング11における張力は、次式で決定される: T1/T2=eμΦ ここでT1/T2=張力比 μ=ラップスプリングとシャフトの間の摩擦係数 Φ=ラジアンによるラップスプリングとシャフトの巻き付け角

摩擦係数が0.12、3つのコイルの巻き付け角が3×2×π=18.85で与えられる例では;張力比は9.6である。摩擦係数が0.10であれば;張力比は6.6である。実際には、摩擦係数は変動し得るので、張力比が約6.5〜10の範囲にあると考えるのは合理的である。

低減されたトルクは、区間120によるもので、17〜18N・mのトルクをシャフト1に発生する。接続部1120では、凡そ2〜3N・mのトルクを区間110に発生する区間120内の軸方向負荷が残存する。区間110の断面寸法は、約0.6mm×1.2mmである。区間110は、9〜10のスプリングコイルを含む。

バリアブル断面区間120とシャフト1の間にはインタフェースは無く、あるいは小さいインタフェースしか無い。これはバリアブル断面区間120が、1〜2N・mのトルクしか摩擦係合を通して伝達できないことを意味する。区間110は、バリアブル断面区間120のトリガーあるいはスイッチとして作用する。区間110は、2〜3N・mのトルクを伝達するためにシャフト1に締まり嵌めされる。

通常の運転では、ラップスプリング11の端部85は、プーリ2と接触することはない。プーリ2を通した本装置へのトルクの入力が増大すると、プーリ2のタブ68の端部85に対する相対距離が減少する。所定のトルク入力において一旦接触が発生すると、タブ68と端部85の間の更なる押圧接触(増大するトルクにより発生)が、ラップスプリング11をシャフト面53から漸次離接させ、それによりプーリ2が「スリップ」してシャフト1を追い越すことを可能にする。これはタブ68の端部85に対する更なる相対運動が、ラップスプリング11を巻き戻し方向へ動かし、これによりラップスプリング11の径が増大し、ラップスプリング11をシャフト表面53から漸次増大するように離接させるためである。この漸進的、すなわち増大する接触は、プーリからの増大する圧力によりラップスプリングとシャフトの間の摩擦係合の強さを漸減させる。過大トルクによる負荷が増大すると、ラップスプリングはシャフトから更に更に巻き戻され、それによりプーリがスリップしてシャフトを追い越すためのより大きな自由を与え、それにより、大きなトルクを「ブリード」オフする。このトルクを逃す機能は、過大トルクの状態から本装置と従動コンポーネントを守る。

ラップスプリング11は、スプリングワイヤの連続片から作られる。スプリングワイヤは、1.5mm×2.5mmの初期断面寸法を有するワイヤから製造され、これは区間130の断面でもある。区間120のバリアブル断面と区間110のより小さい断面を得るには、各スプリングワイヤは処理される必要がある。第1ステップは、所定の長さにスプリングワイヤを切断することである。次に、多数のスプリングワイヤは、1.5mm側の面が載置されるような向きで平行になるように固定装置(フィクスチャ)に取り付けられる。複数のスプリングワイヤは、その後、区間120の2.5mmから1.2mmのテーパ部と区間110の1.2mm寸法を得るために一まとめに研磨される。次に、複数のスプリングワイヤは固定装置から外され、磁気を帯びたテーブルの上に、それらが平行となり、それまで2.5mmの長さだった側の面(新しく研磨された1.2mm側の面)が載置されるように向けられて置かれる。スプリングワイヤは、区間120に沿った1.5mm〜0.6mmへの第2遷移部、そして区間110の最終厚0.6mmを得るために、その後一まとめに研磨される。機械加工されたスプリングワイヤは、その後一般的なスプリング製造巻き装具において、ラップスプリング11の巻かれた形状へと処理される。

ここで本発明の1つの構成が説明されたが、当業者であれば、ここで説明された発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、その構成、パーツ間の関係に様々な変更ができることは明らかである。