JP4628100B2 - デカップラ組立体 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のエンジンのベルト駆動アクセサリを駆動するベルトドライブ組立体に関し、特に、ベルト駆動アクセサリがベルトドライブ組立体とは異なる速度で一時的に動作できるようにする切離し機構に関する。

自動車用エンジンにおいては、無端蛇行ベルトを利用してエンジン出力の一部を複数のベルト駆動アクセサリに伝達することが広く知られている。典型的には、各コンポーネントは、入力駆動シャフト及び駆動シャフトの遠位端部に結合されていて、ベルトと駆動係合するプーリを有する。かかるベルト駆動アクセサリの一例は、オルタネータである。
また、オルタネータの駆動シャフトがプーリよりも速い速度で「オーバーラン」又は回転することができ、プーリの速度がエンジン速度の変動に起因してオルタネータ駆動シャフトに対して変動できるようにするようプーリとオルタネータとの間に作動的に結合されたデカップラを提供することが知られている。
デカップラの例は、２０００年７月４日にメビッセン等に付与された特許文献１及び１９９２年８月１８日にバイツゼック等に付与された特許文献２に開示されている。

米国特許第６，０８３，１３０号明細書 米国特許第５，１３９，４６３号明細書

製造が容易であり、従来設計のデカップラと比べて耐久性が良好なデカップラを提供することが望ましい状況が続いている。

本発明の一特徴によれば、トルクをシャフトと駆動ベルトとの間で伝達するデカップラ組立体が提供される。デカップラ組立体は、シャフトに固定的に組み付けられるよう形作られたハブを有する。ハブには螺旋形の第１のスロットが形成されている。キャリヤがハブに回転自在に取り付けられている。キャリヤには螺旋形の第２のスロットが形成されている。捩りばねがハブ端部とキャリヤ端部との間に延びていて、トルクをハブとキャリヤとの間で伝達するようになっており、ハブ端部は、捩りばねのハブ端部とハブとの相対運動を阻止するよう螺旋形の第１のスロット内に保持され、キャリヤ端部は、捩りばねのキャリヤ端部とキャリヤとの相対運動を阻止するよう螺旋形の第２のスロット内に保持されている。プーリがハブに回転自在に結合されている。プーリは、駆動ベルトと摩擦係合するよう形作られた外周部を有する。プーリには内面が形成されている。クラッチばねがキャリヤにしっかりと固定されていて、ハブとプーリを選択的に結合するようプーリの内面と摩擦係合する複数の螺旋コイルを有する。捩りばねとクラッチばねは逆方向に巻回されていて、それによりクラッチばねがハブに対するプーリの加速中、内面と掴み係合するよう拡張でき、ハブに対するプーリの減速中、縮んで内面との掴み係合から離脱することができるようになっている。
本発明の利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むと一層よく理解されよう。

図面を参照すると、図１には、自動車用のエンジンが全体を符号１０で示されている。エンジン１０は、当業者には一般に知られているように無端蛇行ベルト１４を駆動するクランクシャフト１２を有している。エンジン１０は、ベルト１４によって駆動されるベルト駆動アクセサリ１６を更に有している。以下に詳細に説明するデカップラ組立体２０が、ベルト１４とベルト駆動アクセサリ１６との間に作動的に組み込まれていて、ベルト１４がベルト駆動アクセサリ１６に対して減速すると、ベルト駆動アクセサリ１６をベルト１４から自動的に切り離したり、ベルト１４の速度がベルト駆動アクセサリ１６に対して変動することができるようにする。加うるに、デカップラ組立体の構造及び機能の詳細な説明は、２０００年７月４日に発行された本出願人の米国特許第６，０８３，１３０号明細書に見ることができ、かかる米国特許明細書の記載内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。

図２を参照すると、デカップラ組立体２０は、互いに反対側に位置する第１の端部２４と第２の端部２６及びこれらの間で軸方向に延びる全体として円筒形の本体２８を備えたハブ２２を有している。本体２８は、ハブ２２の第１の端部２４と第２の端部２６との間に延びる互いに反対側に位置する内面３０及び外面３２を有している。内面３０は、第１の端部２４に隣接して設けられていて、ハブ２２をベルト駆動アクセサリ１６からの駆動シャフト１５にしっかりと固定する複数の雌ねじ３３を有している。縮径部分３４が、第１の端部２４に形成されている。縮径部分３４は、本体２８よりも小さな外径の外側取付け面３６を有している。第２の端部２６と反対側の当接面３８が、全体として外側取付け面３６と本体２８との間で半径方向に延びている。環状スラストワッシャ３９が、当接面３８に隣接して外側取付け面３６に装着されている。

受け口又はソケット４０が、ハブ２２を駆動シャフト１５に回転自在に螺着させる適当な工具を受け入れるよう第２の端部２６に形成されている。環状の第１のフランジ４１が、第２の端部２６に隣接して本体２８から半径方向外方に延びている。第１のフランジ４１は、本体２８よりも大きな外径の外側フランジ外面４２を有している。環状面４４が、第２の端部２６と反対側で本体２８とフランジ外面４２との間で全体として半径方向に延びている。全体として螺旋形の第１のスロット４６が、環状面４４に形成され、このスロットには第１の位置決め面４８が形成されている。

全体として円筒形のプーリ５０が、ハブ２２に対して回転自在に支承されている。より詳細に説明すると、プーリ５０は、互いに反対側に位置する第１の端部５２と第２の端部５４との間に延びている。プーリ５０は、第１の端部５２と第２の端部５４との間に延びる内面５６を有している。ボールベアリング部材５７が、プーリ５０とハブ２２との間に結合されている。ベアリング部材５７は、外側取付け面３６の一部にしっかりと固定された内レース５８及びプーリ５０の第１の端部５２に隣接して内面５６の一部にしっかりと固定された外レース５９を有している。複数のボールベアリング５５が、ベアリング部材５７の内レース５８と外レース５９との間に転動自在に嵌まっている。円筒形のブッシュ６０が、プーリ５０と第１のフランジ４１との間に支承状態で取り付けられている。ブッシュ６０は、第２の端部５４に隣接した内面５６の一部と第１のフランジ４１のフランジ外面４２との間に延びるスリーブ壁６２を有している。ブッシュフランジ６４が、スリーブ壁６２から半径方向内方に延び、第１のフランジ４１の環状面４４に当接している。

プーリ５０は、外周部６６を有し、この外周部にはベルト１４に転動自在に係合してこれを案内する複数のＶ字形溝６８が形成されている。

図２〜図５を参照すると、一方向又はオーバーラン式クラッチ組立体７０が、ハブ２２とプーリ５０との間に作動的に結合されている。クラッチ組立体７０は、クラッチばね７１及びキャリヤ７５を有している。クラッチばね７１は、曲げ又は鉤状近位端部７３と反対側の遠位端部７４との間に延びる複数の螺旋コイル７２を有している。好ましくは、クラッチばね７１は、被覆されていないばね鋼材料で作られ、摩擦接触状態を向上させるよう非円形の断面を有している。最も好ましくは、クラッチばね７１の断面は、矩形又は正方形である。クラッチばね７１は、プーリ５０の内面５６と摩擦係合するよう圧力嵌めされている。好ましくは、潤滑剤又はボールベアリング部材５７内に用いられるグリースと適合性のある類似物が、クラッチばね７１とプーリ５０の内面５６との間の摩擦を最小限に抑えるために利用される。

キャリヤ７５は、ハブ２２に回転自在に取り付けられている。キャリヤ７５は全体としてリングの形をしており、互いに反対側に位置する第１の側部７６と第２の側部７８との間で軸方向に延びている。鉤状スロット８４が、キャリヤ７５の第２の側部７８に形成され、この鉤状スロットは、クラッチばね７１の鉤状近位端部７３を保持するよう形作られている。全体として螺旋形の第２のスロット８６が、キャリヤ７５の第２の側部７８に形成され、この第２のスロットには、環状面４４に形成された第１の位置決め面４８と全体として向かい合った第２の位置決め面８８が形成されている。

図２を参照すると、螺旋捩りばね９０が、ハブ端部９２とキャリヤ端部９４との間に延びている。捩りばね９０は、トルクをハブ２２とキャリヤ７５との間で伝達するために第１の位置決め面４８と第２の位置決め面８８との間で軸方向に圧縮されている。より詳細に説明すると、捩りばね９０のハブ端部９２は、ハブ２２の第１のスロット４６内に保持されている。これと同様に、捩りばね９０のキャリヤ端部９４は、キャリヤ７５の第２の側部７８の第２のスロット８６内に保持されている。捩りばね９０の圧縮に起因する軸方向力は、キャリヤ７５の第１の側部７６をスラストワッシャ３９と当接係合状態に保持する。捩りばね９０は又、エンジンの作動速度の全体として変動する変化に起因するプーリ５０の速度の変化に順応するようキャリヤ７５とハブ２２の相対運動を可能にする。捩りばね９０とクラッチばね７１は、逆方向にコイル状になっている。

キャップ１００が、プーリ５０に形成されたフランジ１０２に固定的に組み付けられていて、汚染要因物がデカップラ組立体２０に入るのを阻止すると共に潤滑剤をデカップラ組立体２０内に保持するようになっている。

作用を説明すると、エンジン１０を始動させ、プーリ５０をエンジン１０により駆動されるベルト１４によって被動方向に加速回転させる。ハブ２２に対する被動方向へのプーリ５０の加速回転により、プーリ５０の内面５６と好ましくはクラッチばね７１のコイル７２の全てとの間に摩擦が生じる。クラッチばね７１は、開始時にクラッチばね７１のコイル７２のうち少なくとも１つがプーリ５０の内面５６と摩擦係合する場合でも機能することは理解されよう。クラッチばね７１は、プーリ５０の内面５６とコイル７２のうちの少なくとも１つとの間の摩擦によりクラッチばね７１がプーリ５０の内面５６に向かって半径方向外方に拡張してこれを掴むように螺旋コイル状になっている。ハブ２２に対する被動方向へのプーリ５０をハブ２２に対して被動方向に引き続き回転させると、コイル７２により内面５６に加えられる半径方向外方の力の全体として級数的な増大が生じ、ついにはクラッチばね７１のコイル７２が全てプーリ５０に完全に制動的に係合するようになる。クラッチばね７１を内面５６に完全に係合させると、プーリ５０の回転は、ベルト駆動アクセサリ１６の駆動シャフト１５の回転に完全に向けられる。加うるに、遠心力が、クラッチばね７１をプーリ５０の内面５６との制動的係合状態に保持するのに役立つ。

被動方向へのキャリヤ７５の回転運動は、捩りばね９０によりハブ２２に伝達され、一般にキャリヤ７５、スラストワッシャ３９、ハブ２２及びベルト駆動アクセサリ１６からの駆動シャフト１５がプーリ５０と一緒に回転するようになる。加うるに、捩りばね９０は、エンジン１０の作動速度の変動に起因するプーリ５０の速度の対応関係にある変動に順応するようキャリヤ７５とハブ２２の相対運動を弾性的に可能にする。

プーリ５０は減速すると、回転中の駆動シャフト１５及びベルト駆動アクセサリ１６内の回転中の物体と関連した慣性により駆動されるハブ２２は、プーリ５０よりも速い速度で当初被動方向に「オーバーラン」し、又は回転し続けることになる。より詳細に説明すると、プーリ５０に対するハブ２２の高い回転速度により、クラッチばね７１は、プーリ５０の内面５６に対し半径方向に縮む。クラッチばね７１とプーリ５０の制動的係合状態が解除され、それによりプーリ５０に対するハブ２２及びベルト駆動アクセサリ１６からの駆動シャフト１５のオーバーランを可能にする。コイル７２は、プーリ５０がクラッチ組立体７０及びハブ２２に対して減速している間、内面５６と摩擦係合状態のままであるのがよい。クラッチばね７１のコイル７２は、プーリ５０がハブ２２の速度を超えて加速すると、内面５６に制動的に再係合し始める。

図６及び図７を参照すると、第２の実施形態としてのデカップラ組立体２０′が示されており、第１の実施形態の要素と類似した第２の実施形態の要素にはプライム記号（′）が付けられている。デカップラ組立体２０′は、ベルト１４′がクランクシャフト１０６をオーバーランできるようエンジンの出力又はクランクシャフト１０６とベルト１４′との間に組み立てられている。デカップラ組立体２０′は、全体としてリング状のばね支持体１１０を有している。ハブ２２′のスロット４６′は、ばね支持体１１０を収納保持する全体としてＵ字形断面を有している。

第１のタブ１１２が、ばね支持体１１０から外方に延びている。第１の切欠き１１４が、捩りばね９０′のハブ端部９２′に形成されていて、第１のタブ１１２を軸方向に受け入れるようになっている。第１のタブ１１２と第１の切欠き１１４の係合により、ばね支持体１１０及びハブ２２′に対する捩りばね９０′のハブ端部９２′の相対回転運動が阻止される。これと同様に、第２のタブ１１６が、キャリヤ７５′の第２の位置決め面８８′から外方に延びている。第２の切欠き１１８が、捩りばね９０′のキャリヤ端部９４′に形成されていて、第２のタブ１１６を軸方向に受け入れるようになっている。第２のタブ１１６と第２の切欠き１１８の係合により、キャリヤ７５′に対する捩りばね９０′のキャリヤ端部９４′の相対回転運動が阻止される。

プーリ５０′は、ベルト１４′を受け入れる外周部１２０及び内側フランジ部分１２２を有している。内側フランジ部分１２２は、プーリ外壁１２４、プーリ内壁１２６及びこれらの間に半径方向に延びる第１の連結壁１２８によって構成された全体としてＵ字形の断面を有している。キャリヤ７５′は、プーリ５０′と一緒に回転するようプーリ外壁１２４とプーリ内壁１２６と内側フランジ部分１２２の第１の連結壁１２８との間に保持されている。第２の連結壁１３０が、外側プーリ外壁１２４と外周部１２０との間で半径方向に延びている。

キャリヤ７５′は、スロット又は割り部（スプリット部）１３２を有し、このスロット又は割り部は、キャリヤ７５′が撓んでデカップラ組立体２２′の回転と関連した荷重に順応するのを助ける。

図８を参照すると、第３の実施形態としてのデカップラ組立体２０″が示されており、かかる実施形態では、ハブ２２″の本体２８″と第１のフランジ４１″は、別々に形成され、次の組立て作業で互いに固定的に連結される。ハブ２２″の本体２８″は全体として円筒形であり、第１の端部２４″と第２の端部２６″との間に延びている。第１のフランジ４１″は、取付け部分１４０を有し、この取付け部分は、ハブ２２″のフランジ外面３６″を挿通状態で受け入れる中央ボア１４２を有している。第１のフランジ４１″は、全体として平行なフランジ内壁１３６とフランジ外壁１３８との間で半径方向に延びる端壁１３４によって構成された全体としてＵ字形の断面を有している。ばね支持体１１０″は、第１のフランジ４１″と一緒に回転するようフランジ内壁１３６とフランジ外壁１３８と端壁１３４との間に保持されている。

プーリ５０″の外周部１２０″と内側フランジ部分１２２″は別々に形成され、任意適当な方法、例えば溶接により次の組立て作業で互いに固定的に連結される。内側フランジ部分１２２″の全体としてＵ字形の断面は、第１のフランジ４１″に向かって開いている。キャリヤ７５″は、プーリ５０″と一緒に回転するようプーリ外壁１２４″とプーリ内壁１２６″と第１の連結壁１２８″との間に保持されている。

リングプレート１４３が当接面３８″に隣接して外側取付け面３６″に同心状に取り付けられている。スラストワッシャ１４４が第１のフランジ４１″とリングプレート１４３との間に設けられている。スラストワッシャ１４４は、フランジ４１″の端壁１３４から軸方向に間隔を置いていて、プーリ５０″の内側フランジ部分１２２″をかかる端壁１３４との間に受け入れるようになっている。

当業者には知られている捩り振動ダンパ１４６が、第１のフランジ４１″のフランジ外壁１３８にしっかりと固定されていて、エンジンの作動と関連してクランクシャフト１０６のところで生じる振動を減衰させるようになっている。

本発明を例示的に説明したが、用いられた用語は性質上限定ではなく説明のためのものであることは理解されるべきである。上記教示に照らして本発明の多くの改造例及び変形例を想到できる。したがって、本発明は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で具体的に説明した形態以外の形態で実施できることは理解されるべきである。

本発明の一特徴としてのデカップラ組立体を搭載した自動車のエンジンの正面図である。 デカップラ組立体の拡大部分断面図である。 デカップラ組立体のクラッチばねの斜視図である。 デカップラ組立体のクラッチばねの一端を支持するキャリヤの斜視図である。 キャリヤに組み付けられたクラッチばねの斜視図である。 本発明の第２の実施形態としてのデカップラ組立体の分解斜視図である。 本発明の第２の実施形態のデカップラ組立体の断面図である。 本発明の第３の実施形態のデカップラ組立体の断面図である。

Claims (17)

1. トルクをシャフトと駆動ベルトとの間で伝達するデカップラ組立体であって、
   シャフトに固定的に組み付けられるよう形作られたハブを有し、前記ハブには螺旋形の第１のスロットが形成され、
   前記ハブに回転自在に取り付けられたキャリヤを有し、前記キャリヤには螺旋形の第２のスロットが形成され、
   ハブ端部とキャリヤ端部とを備え、トルクを前記ハブとキャリヤとの間で伝達する捩りばねを有し、前記ハブ端部は、前記捩りばねの前記ハブ端部と前記ハブとの相対運動を阻止するよう前記螺旋形の第１のスロット内に保持され、前記キャリヤ端部は、前記捩りばねの前記キャリヤ端部と前記キャリヤとの相対運動を阻止するよう前記螺旋形の第２のスロット内に保持され、
   前記ハブに回転自在に結合されたプーリを有し、前記プーリは、駆動ベルトと摩擦係合するよう形作られた外周部を有し、前記プーリには内面が形成され、
   前記キャリヤにしっかりと固定されていて、前記ハブとプーリを選択的に結合するよう前記プーリの前記内面と摩擦係合する複数の螺旋コイルを有し、被覆されていないばね鋼材料で作られたクラッチばねを有し、前記捩りばねと前記クラッチばねは逆方向に巻回されていて、それにより前記クラッチばねが前記ハブに対する前記プーリの加速中、前記内面と掴み係合するよう拡張でき、前記ハブに対する前記プーリの減速中、縮んで前記内面との掴み係合から離脱することができるようになっており、
   前記プーリと前記ハブとの間に作動的に組み立てられていて、前記プーリを前記ハブに回転自在に取り付けるベアリング部材を有しており、
   前記デカップラ組立体は、前記ベアリング部材と作動的に関連していて、前記ベアリング部材の摩擦による摩耗を最小限に抑える第１の潤滑剤及び前記クラッチばねと前記プーリの前記内面との間に設けられていて、前記クラッチばねと前記内面との間の摩耗を最小限に抑える第２の潤滑剤を有し、第２の潤滑剤は、前記第１の潤滑剤が前記ベアリング部材から押しのけられて前記クラッチばねと前記内面との間の前記第２の潤滑剤と混じり合っても前記デカップラ組立体が機能し続けるよう前記第１の潤滑剤と適合性がある、
   ことを特徴とするデカップラ組立体。
2. 前記ハブは、第１の端部と第２の端部とを備えた本体を有していることを特徴とする請求項１記載のデカップラ組立体。
3. 前記ハブは、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びる円筒形の外面を有していることを特徴とする請求項２記載のデカップラ組立体。
4. 前記ハブは、前記本体よりも大きな直径のフランジ外面を形成するよう前記本体から半径方向外方に延びる第１のフランジを有していることを特徴とする請求項３記載のデカップラ組立体。
5. 前記第１のフランジは、前記本体と前記フランジ外面との間で半径方向に延びる環状面を有していることを特徴とする請求項４記載のデカップラ組立体。
6. 前記螺旋形の第１のスロットは、前記環状面に形成されていて、前記捩りばねの前記ハブ端部と前記ハブの相対運動を阻止するために前記捩りばねの前記ハブ端部を収納保持するようになっていることを特徴とする請求項５記載のデカップラ組立体。
7. 前記ハブは、前記ハブの前記本体よりも小さな直径の外側取付け面を備えた縮径部分を有していることを特徴とする請求項６記載のデカップラ組立体。
8. 前記ハブは、前記本体と前記外側取付け面との間で半径方向に延びる当接面を有していることを特徴とする請求項７記載のデカップラ組立体。
9. 前記キャリヤは、リングの形をしており、互いに反対側に位置する第１の側部と第２の側部との間で軸方向に延びていることを特徴とする請求項８記載のデカップラ組立体。
10. 前記螺旋形の第２のスロットは、前記キャリヤの前記第１の側部及び第２の側部のうちの一方に形成されていて、前記捩りばねの前記キャリヤ端部と前記キャリヤの相対運動を阻止するために前記捩りばねの前記キャリヤ端部を収納保持するようになっていることを特徴とする請求項９記載のデカップラ組立体。
11. クラッチばねが、鉤状近位端部と反対側の遠位端部とを備えていることを特徴とする請求項１０記載のデカップラ組立体。
12. 前記キャリヤの前記第１の端部及び第２の端部のうち少なくとも一方は、前記クラッチばねの前記鉤状近位端部と前記キャリヤの相対運動を阻止するよう前記クラッチばねの前記鉤状近位端部を収納保持する鉤状スロットを有していることを特徴とする請求項１１記載のデカップラ組立体。
13. 前記クラッチばねは、前記複数のコイルと前記プーリの前記内面との摩擦係合状態を向上させるよう非円形の断面を有していることを特徴とする請求項１２記載のデカップラ組立体。
14. 前記ベアリング部材は、前記ハブに係合する内レース及び前記プーリに係合する外レースを備えたボールベアリング組立体を含むことを特徴とする請求項１記載のデカップラ組立体。
15. 前記縮径部分の前記外側取付け面に装着されていて、前記捩りばねを前記キャリヤと前記ハブとの間で軸方向に圧縮するスラストワッシャを有していることを特徴とする請求項１４記載のデカップラ組立体。
16. 前記ボールベアリング組立体の前記内レースは、前記スラストワッシャを前記当接面に当接保持するよう前記縮径部分の前記外側取付け面上に圧力嵌めされ、それにより前記捩りばねの前記軸方向圧縮状態が維持されることを特徴とする請求項１５記載のデカップラ組立体。
17. 前記キャリヤは、前記キャリヤが撓んで前記デカップラ組立体の回転と関連した荷重に順応できるようにする割り部を有していることを特徴とする請求項１６記載のデカップラ組立体。

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