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KR101768845B1 - 저장된 에너지 및 감쇄 특징을 갖는 회전식 텐셔너 - Google Patents

저장된 에너지 및 감쇄 특징을 갖는 회전식 텐셔너 Download PDF

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KR101768845B1
KR101768845B1 KR1020177003674A KR20177003674A KR101768845B1 KR 101768845 B1 KR101768845 B1 KR 101768845B1 KR 1020177003674 A KR1020177003674 A KR 1020177003674A KR 20177003674 A KR20177003674 A KR 20177003674A KR 101768845 B1 KR101768845 B1 KR 101768845B1
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KR
South Korea
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torque
spring
stage
torsion spring
high rate
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신 알. 시몬스
시몬 버렛
Original Assignee
보르그워너 인코퍼레이티드
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Abstract

텐셔너는 제1 스테이지에서 저율 토션 스프링을 사용하고 제2 스테이지에서 고율 토션 스프링을 사용하여 체인 또는 벨트의 장력을 유지한다. 제1 스테이지는 토크 커플링에 의해 제2 스테이지에 연결된다. 고율 토션 스프링은 그라운드와 완전 정지부 사이에서 가압된 상태로 유지되어 에너지를 저장하고 고 부하 하에서 장력을 제공한다. 일부 실시예에서, 토크 커플링은 댐퍼이다. 다른 실시예에서, 토크 커플링은 클러치이다. 한 방법은 텐셔너의 고율 토션 스프링 내에 에너지를 저장한다.

Description

저장된 에너지 및 감쇄 특징을 갖는 회전식 텐셔너{ROTATIONAL TENSIONER WITH STORED ENERGY AND DAMPING FEATURE}
본 발명은 텐셔너 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 저장된 에너지를 갖는 텐셔너에 관한 것이다.
체인 또는 벨트의 작동 수명 동안, 체인 또는 벨트가 연신되어 슬랙(slack)의 증가를 야기하고, 또한 체인 또는 벨트는 장력이 변동되며, 이들 두 가지는 작동 효율을 감소시키며 제어 손실을 야기할 수도 있다. 텐셔너는 체인 또는 벨트의 스트랜드와 접촉하여 체인 또는 벨트의 작동 중에 스트랜드의 장력을 유지하는데 사용된다.
"타이밍 체인용 텐셔너"란 명칭으로 2011년 3월 8일 허여된 Lehtovaara 외의 미국특허 제7,901,309호는 베이스 플레이트 및 피봇 아암(pivot arm)을 갖는 텐셔너를 개시하고 있다. 피봇 아암의 일 단부는 제1 축의 주위에 회전을 위해서 베이스 플레이트에 피봇식으로 장착된다. 스프링은 인장 방향으로 회전하도록 피봇 아암을 바이어스한다. 푸시 로드 조립체는 피봇 아암의 다른 단부에 피봇식으로 장착된다. 푸시 로드 조립체는 제1 축에 평행하게 연장되는 제2 축의 주위에 회전할 수 있다. 푸시 로드 조립체는 피봇 아암과 마찰식으로 계합하여, 스프링 바이어스에 반작용하여 감쇄하는 마찰력을 발생시킨다. 텐셔닝 가이드가 인장 방향으로 강제적으로 회전될 때, 푸시 로드의 작용 모멘트 아암은 가이드가 무단 구동 장치(endless drive)를 향하여 회전하게 한다. 작용 모멘트 아암은 인장 스트로크의 개시점에서보다는 인장 스트로크의 종점에서 상당히 더 길다.
“투 웨이 댐퍼를 갖는 텐셔너”란 명칭으로 2011년 11월 8일 허여된 Wigsten 외의 미국 특허 제8,052,559호는 2개의 인장 아암이 동력 전달 시스템의 체인 또는 벨트의 스트랜드와 작동 가능하게 계합되는 동력 전달 시스템용 텐셔너를 개시하고 있다. 각 인장 아암의 상단부는 인장 아암들의 상단부들 사이에 피봇식으로 장착되는 양방향 댐퍼에 연결된다. 소정의 체인 장력 과부하 임계값에 도달했을 때, 댐퍼는 텐셔너가 최소 진동 및 최소 상 변화 변동으로 체인의 장력을 조정할 수 있게 한다. 장력 과부하 임계값은 마찰 계수를 극복하는데 요구되는 토크의 양이다.
상술한 선행기술문헌은 본 명세서에서 참조로 포함된다.
특허문헌 1: 미국특허 제7,901,309호 특허문헌 2: 미국특허 제8,052,559호
텐셔너는 체인 또는 벨트의 장력을 유지하도록 제1 스테이지에서는 저율(low rate) 토션 스프링을 사용하고 제2 스테이지에서는 고율(high rate) 토션 스프링을 사용한다. 상기 제1 스테이지는 토크 커플링에 의해 제2 스테이지에 연결된다. 상기 고율 토션 스프링은 그라운드(ground)와 완전 정지부(dead stop) 사이에서 부세상태(energized state)로 유지되어 에너지를 저장하고 고 부하 하에서 장력을 제공한다. 일부 실시예에서, 토크 커플링은 댐퍼이다. 다른 실시예에서, 토크 커플링은 클러치이다.
일부 실시예에서, 텐셔너는 제1 스테이지, 토크 커플링, 및 제2 스테이지를 포함한다. 상기 제1 스테이지는 아암 및 저율 토션 스프링을 포함한다. 상기 아암은 아암 본체 및 저율 토션 스프링 그라운드를 포함한다. 상기 아암 본체는 피봇 축 주위에서 피봇 가능한 제2 단부로부터 바깥쪽으로 연장되는 제1 단부를 갖고 체인 또는 벨트로부터의 부하에 의해 인가된 토크를 수용한다. 상기 저율 토션 스프링 그라운드는 피봇 축에 평행하게 아암 본체로부터 연장된다. 상기 저속 토션 스프링은 피봇 축 주위에 장착되고, 피봇 축 주위에서 제1 방향으로의 아암의 회전을 저지하도록 저율 토션 스프링 그라운드와 접촉하는 제1 단부를 갖는다. 상기 토크 커플링은 피봇 축 주위에 장착되고 제1 스테이지로부터의 토크를 수용한다.
상기 제2 스테이지는 토크 커플링에 의해 전달된 토크를 수용한다. 상기 제2 스테이지는 제2 스테이지 하우징, 고율 토션 스프링, 완전 정지부, 및 고율 토션 스프링 그라운드를 포함한다. 상기 제2 스테이지 하우징은 피봇 축 주위를 회전할 수 있고 스프링 트랩을 갖는다. 상기 고율 토션 스프링은 제2 스테이지 하우징과 함께 회전할 수 있다. 상기 고율 토션 스프링은 스프링 트랩을 통해 연장되는 제1 단부 및 이 제1 단부의 반대편의 제2 단부를 갖는다. 상기 완전 정지부는 피봇 축에 대하여 회전 불가능하고, 피봇 축에 평행하게 연장되며, 부하가 체인 또는 벨트에 의해 아암에 인가되지 않을 때에 고율 토션 스프링의 제1 단부와 접촉한다. 상기 고율 토션 스프링 그라운드는 피봇 축에 대하여 회전 불가능하고, 피봇 축에 평행하게 연장되며, 부하가 체인 또는 벨트에 의해 아암에 인가되지 않을 때에 고율 토션 스프링의 제2 단부와 접촉한다. 상기 고율 토션 스프링은 부하가 체인 또는 벨트에 의해 아암에 인가되지 않을 때에 완전 정지부 및 고율 토션 스프링 그라운드에 의해 부세 상태로 유지된다.
일부 실시예에서, 텐셔너의 고율 토션 스프링 내에 에너지를 저장하는 방법은, 고율 토션 스프링의 제1 단부가 제2 스테이지 하우징의 스프링 트랩을 통해 연장되도록 텐셔너의 제2 스테이지 하우징 상에 고율 토션 스프링을 장착하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 부하가 체인 또는 벨트에 의해 아암에 인가되지 않을 때에 고율 토션 스프링이 완전 정지부 및 고율 토션 스프링 그라운드에 의해 부세상태로 유지되도록, 고율 토션 스프링에 부세하고, 피봇 축에 대하여 회전 불가능하고 피봇 축에 평행하게 연장되는 완전 정지부와 접촉하는 고율 토션 스프링의 제1 단부, 및 피봇 축에 대하여 회전 불가능하고 피봇 축에 평행하게 연장되는 고율 토션 스프링 그라운드와 접촉하는 고율 토션 스프링의 제2 단부를 피닝(pinning)하는 단계를 또한 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에서의 회전식 텐셔너를 위한 조립체의 일부분의 개략 사시도를 나타내고 있다.
도 2는 도 1의 조립체의 피봇 축을 통한 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에서의 회전식 텐셔너를 위한 조립체의 일부분의 개략 사시도를 나타내고 있다.
도 4는 도 3의 조립체의 개략 평면도를 나타내고 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에서의 회전식 텐셔너를 위한 조립체의 개략 사시도를 나타내고 있다.
도 6은 도 7의 선 6-6을 통한 도 5의 조립체의 개략 단면도를 나타내고 있다.
도 7은 도 5의 조립체의 개략 단면도를 나타내고 있다.
회전식 기계 텐셔너는 체인 또는 벨트 구동 장치에서 장력을 유지하는데 사용된다. 텐셔너는 바람직하게는 제1 스테이지 및 제2 스테이지를 포함한다. 제1 스테이지는 저율 토션 스프링을 사용하여 슬랙을 잡아주도록 작용한다. 제2 스테이지는 고율 토션 스프링을 사용하여 체인 또는 벨트 구동 장치로부터의 고 부하 입력에 대하여 작용한다. 고율 토션 스프링은 저율 토션 스프링의 스프링율(spring rate)보더 더 큰 스프링율을 갖는다. 고율 토션 스프링의 스프링율은 바람직하게는 저율 토션 스프링의 스프링율보다도 약 10배 정도 큰 크기이다. 일부 실시예에서, 고율 토션 스프링 대 저율 토션 스프링의 스프링율 비는 8:1 내지 12:1의 범위 내이다. 일부 실시예에서, 스프링율 비는 약 10:1이다. 2개의 스테이지는 공통 축 주위를 피봇하고 토크 커플링에 의해 연결된다. 일부 실시예에서, 토크 커플링은 클러치이다. 일부 실시예에서, 클러치는 슬립 클러치이다. 다른 실시예에서, 클러치는 논슬립 클러치이다. 다른 실시예에서, 토크 커플링은 댐퍼이다. 일부 실시예에서, 댐퍼는 슬립 댐퍼이다. 다른 실시예에서, 댐퍼는 논슬립 댐퍼이다.
원 웨이 베어링은 체인 또는 벨트 구동 장치에 의해 부하가 인가될 때에 잠겨짐으로써, 클러치 또는 댐퍼를 통해 제1 스테이지로부터 제2 스테이지로 상기 부하를 전달되게 한다. 제2 스테이지 상의 스프링은 그라운드와 완전 정지부 사이에서 부세상태로 유지된다. 체인 또는 벨트 구동 장치로부터의 토크가 고율 토션 스프링 토크를 초과할 때, 제2 스테이지는 완전 정지부로부터 스프링을 회전시켜, 장력을 증가시킨다. 체인 또는 벨트 구동 장치로부터의 토크가 고율 토션 스프링 토크 미만일 때, 에너지는 고율 토션 스프링에 의해 전달되지 않는다. 이러한 실시예에서, 고율 토션 스프링은 높은 구동 부하에 대한 응답을 제외하고는 체인 또는 벨트 구동 장치를 통해 부하를 전달하지 않는다. 감쇄는 바람직하게는 매우 높은 부하 하에서의 슬립 중에 마찰에 의해 그리고 모든 부하 하에서의 히스테리시스 감쇄에 의해 제공된다. 일부 실시예에서, 체인 또는 벨트 구동 장치로부터의 장력은 텐셔너 아암을 통해 댐퍼의 리프트 아암에 전달된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 조립체(10)는 클러치 조립체(40)에 의해 함께 결합되는 제1 스테이지(20) 및 제2 스테이지(30)를 포함한다. 이 실시예에서, 제1 및 제2 스테이지(20, 30)는 적층 구성이며, 제1 스테이지(20)가 피봇 축에 대하여 제2 스테이지(30)의 최상부에 적층되어 있고, 클러치 조립체(40)가 피봇 축 상의 2개의 스테이지 사이에 위치하고 있다. 제1 스테이지(20)는 와셔(21), 원 웨이 베어링(22), 리프트 아암(23), 저율 토션 스프링 그라운드(24), 및 저율 토션 스프링(25)을 포함한다. 와셔(21)는 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌으로 코팅된다. 제1 스테이지(20)는 볼트(미도시)에 의해 제1 스테이지(20) 내의 중앙 개구부(26)를 통해 클러치 조립체(40)에 부착된다.
제2 스테이지(30)는 고율 토션 스프링(33)을 수용하는 환상의 원통형 챔버(32)를 갖는 하우징(31)을 포함한다. 제2 스테이지(30)는 하우징(31)의 벽 내의 스프링 트랩(34), 및 고율 토션 스프링(33)을 그라운드에 바이어스하기 위한 하우징(31)의 벽 내의 클리어런스 윈도우(35)을 또한 포함한다. 제2 스테이지(30) 하우징(31)은 제2 스테이지(30) 내의 중앙 개구부(36) 내로 연장되는 핀 또는 볼트(미도시) 상에서 회전한다. 고율 토션 스프링(33)의 고율 토션 스프링 그라운드(미도시) 및 완전 정지부(미도시)은 텐셔너가 장착되는 비회전 표면에 장착되는 것이 바람직하다.
클러치(42)는 이 클러치를 미끄러지게 하는데 요구되는 토크 아래의 토크로 제1 스테이지(20)로부터 제2 스테이지(30)로 토크를 전달한다. 도 1 및 도 2에 나타내지 않았지만, 고율 토션 스프링 그라운드 및 완전 정지부는 바람직하게는 도 3 또는 도 7에 나타낸 것과 유사한 방식으로 배치하며, 도 7에 대하여 설명되는 것과 유사한 방식으로 작동하고, 도 3에 나타낸 바와 같이 장착면 상에 또는 장착판 상에 직접 배치할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 조립체(50)는 댐퍼 조립체(80)에 의해 함께 결합되는 제1 스테이지(60) 및 제2 스테이지(70)를 포함한다. 이 실시예에서, 제1 및 제2 스테이지는 동심원 구성이고, 제1 스테이지(60)가 제2 스테이지(70)보다도 피봇 축으로부터 더 멀리 있고, 댐퍼 조립체(80)가 2개의 스테이지 사이에 반경방향으로 배치되어 있다. 제1 스테이지(60)는 원 웨이 베어링(62), 리프트 아암(63), 저율 토션 스프링 그라운드(64), 및 저율 토션 스프링(미도시)을 포함한다.
제2 스테이지(70)는 고율 토션 스프링(미도시)을 수용하는 환상의 원통형 챔버(72)를 갖는 하우징(71)을 포함한다. 제2 스테이지(70)는 하우징(71)의 벽 내에 스프링 트랩(74)을 또한 포함한다. 베어링 또는 피봇(75)은, 제2 스테이지(70)가 장착판(76)에 대하여 회전할 수 있게 하고, 상기 장착판(76)은 이 장착판(76)을 표면(미도시)에 장착하기 위한 장착 구멍(79)을 포함한다. 장착판(76)은 고율 토션 스프링을 위한 고율 토션 스프링 그라운드(77) 및 완전 정지부(78)를 포함한다.
댐퍼 조립체(80)는 댐퍼(82) 및 댐퍼 레이스(84)를 포함하고, 댐퍼 조립체(80)를 미끄러지게 하는데 요구되는 토크 아래의 토크로 제1 스테이지(60)로부터 제2 스테이지(70)로 토크를 전달한다. 댐퍼(82)는 엘라스토머 재료로 만드는 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 엘라스토머 재료는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 악슘 알킬화 클로로술폰화 폴리에틸렌(acsium alkylated chlorosulfonated polyethylene; ACSM), 폴리아크릴레이트(ACM), 에틸렌/아크릴(EEA), 플루오로엘라스토머(FKM), 폴리클로로프렌(CR), 에피클로로히드린 에틸렌 옥사이드(EEO), 니트릴(NBR), 수소화 니트릴 고무(HNBR), 실리콘(MQ), 플루오로실리콘(FVMQ), 클로로술폰화 폴리에틸렌(CSM), 또는 퍼플루오로엘라스토머(FFKM)이다. 도 3 및 도 4에는 나타내지 않았지만, 저율 토션 스프링 및 고율 토션 스프링은 도 2 또는 도 7에 나타낸 것과 유사한 방식으로 배치되어, 도 7에 대하여 설명한 것과 유사한 방식으로 작동하는 것이 바람직하다.
도 5, 도 6, 및 도 7을 참조하면, 조립체(110)는 클러치 조립체(140)에 의해 함께 결합되는 제1 스테이지(120) 및 제2 스테이지(130)를 포함한다. 이 실시예에서, 제1 및 제 2 스테이지(120, 130)는 적층 구성이고, 제 1 스테이지(120)가 피봇 축에 대하여 제2 스테이지(130)의 최상부에 적층되고, 클러치(142)가 피벗 축 상의 2개의 스테이지 사이에 위치하고 있다. 제1 스테이지(120)는 원 웨이 베어링(122), 리프트 아암(123), 저율 토션 스프링 그라운드(124), 및 저율 토션 스프링(125)을 포함한다.
제2 스테이지(130)는 고율 토션 스프링(133)을 수용하는 원통형 챔버(132)를 갖는 하우징(131)을 포함한다. 제2 스테이지(130)는 하우징(131)의 벽 내의 스프링 트랩(134) 및 고율 토션 스프링(133)을 고율 토션 스프링 그라운드(137)에 바이어싱하기 위한 하우징(131)의 벽 내의 클리어런스 윈도우(135)을 또한 포함한다. 제2 스테이지(130) 하우징(131)은 제2 스테이지(130)를 통해 연장되는 핀(136) 상에서 회전한다. 고율 토션 스프링을 위한 고율 토션 스프링 그라운드(137) 및 완전 정지부(138)는 텐셔너가 장착되는 비회전 표면에 장착되는 것이 바람직하다. 클러치(142)는 이 클러치를 미끄러지게 하는데 요구되는 임의의 토크 아래의 토크로 제1 스테이지(120)로부터 제2 스테이지(130)로 토크를 전달한다.
체인 또는 벨트 구동 장치로부터의 부하는 도 7에 나타낸 배향을 위해 시계 방향(112)으로 바이어싱 조립체(110)에 토크를 인가한다. 토크가 저율 토션 스프링(125)의 단부(127)에 대하여 저율 토션 스프링 그라운드(124)를 강제해서, 리프트 아암(123)의 시계 방향 회전(112)을 저지한다. 저 부하에서, 토크는 고율 토션 스프링(133)에 전달되지 않는다. 고율 토션 스프링(133)은, 부하가 체인 또는 벨트에 의해 인가되지 않을 때에도, 일 단부(150)가 고율 토션 스프링 그라운드(137)를 향하여 바이어싱되고 다른 단부(151)가 완전 정지부(138)를 향하여 바이어싱 되어 있는 부세상태로 유지된다. 고율 토션 스프링 그라운드(137) 및 완전 정지부(138)는 도 3에 나타낸 바와 같이 장착면 상에 또는 장착판 상에 직접 위치할 수 있다.
도 7에 나타낸 설계에 대하여, 고율 토션 스프링(133)은 2개의 단부(150, 151)를 서로로부터 멀어지게 가압함으로써 그의 자유 상태로부터 부세되고, 고율 토션 스프링 그라운드(137) 및 완전 정지부(138)는 2개의 단부(150, 151)를 해당 부세위치에 유지시킨다.
대체적인 설계에서, 고율 토션 스프링(133)은, 2개의 단부(150, 151)가 서로에 대하여 자유 상태 각도에 있도록 배열되어, 고율 토션 스프링(133)이 2개의 단부를 서로를 향해서 압착함으로써 그의 자유 상태로부터 부세될 수 있고, 고율 토션 스프링 그라운드(137) 및 완전 정지부(138)는 2개의 단부를 해당 부세위치에 유지시킨다. 이러한 설계에서, 고율 토션 스프링(133)의 2개의 단부(150, 151)는 부세 상태에서 도 7에 나타낸 각도와 유사한 각도를 형성할 수 있지만, 고율 토션 스프링 그라운드(137) 및 완전 정지부(138)는 고율 토션 스프링(133)의 2개의 단부(150, 151)의 다른 측면과 접촉하도록 위치하며, 제1 단부(150)가 이제 스프링 트랩으로부터 연장되어 완전 정지부와 접촉하고 제2 단부(151)가 이제 클리어런스 윈도우(135)으로부터 연장되어 고율 토션 스프링 그라운드(137)와 접촉한다.
텐셔너에 결합되어 체인 또는 벨트와 접촉하기 위한 텐셔너 아암으로부터의 부하를 수용하는 리프트 아암(123)이 도 1 내지 도 7에 도시되어 있지만, 대체적으로 텐셔너 아암은 리프트 아암을 형성하는 연장부의 형상을 체인 또는 벨트와 접촉하는 슬라이딩 표면을 갖도록 변형시킴으로써 리프트 아암 없이 직접 형성될 수 있다.
벽, 및 스프링 트랩(34, 134) 및 클리어런스 윈도우(35, 135)을 형성하는 벽 내의 개구부를 갖는 하우징(31, 71, 131)이 도 1 내지 도 7에 도시되어 있지만, 대체적으로 하우징(31, 71, 131)은 피봇 축에 대하여 회전 가능한 판으로서 최소한으로 형성될 수 있고, 한 쌍의 핀이 상기 판으로부터 돌출하여 핀 트랩으로서 기능하지만 그렇지 않으면 벽이 없다. 이러한 실시예에서, 고율 토션 스프링(33, 133)은 고율 토션 스프링의 일 단부가 핀들 사이에 갇힌 상태로 판의 최상부 위에 또는 판 아래에 놓여서, 고율 토션 스프링이 하우징과 함께 피봇 축 주위를 회전한다.
부하에 대한 텐셔너의 응답은, 텐셔너 상에 작용하는 체인 또는 벨트 구동 장치에 의해 발생된 토크(Torque), 저율 토션 스프링(25, 125)의 저율 토션 스프링 토크(TLRS), 고율 토션 스프링(33, 133)의 고율 토션 스프링 토크(THRS), 및 클러치(42, 142)를 미끄러지게 하는데 요구되는 토크(Slip Torque)에 따라 다르다. 이하에서는, 저 토크로부터 시작하여, 고 토크로 증가하고, 재차 저 토크로 감소하는, 4개의 상이한 작동 체제의 관점에서 텐셔너의 작용이 설명된다.
상태 1: 토크 < TLRS
체인 또는 벨트 구동 장치에서의 장력이 낮을 때, 텐셔너 상에 작용하는 체인 또는 벨트 구동 장치에 의해 발생된 토크는 저율 토션 스프링(25, 125)의 저율 토션 스프링 토크(TLRS) 미만이고, 리프트 아암(23, 123)은 원 웨이 베어링(22, 122) 주위를 회전해서 텐셔너에 장력을 제공하여 슬랙을 방지한다. 리프트 아암(23, 123) 상의 힘은 일 단부 상의 저율 토션 스프링 그라운드(24, 64, 124) 및 다른 단부 상의 리프트 아암(23, 63 123)에 부착된 저율 토션 스프링(25, 125)에 의해 제공된다. 이 상태에서, 제2 스테이지(30, 70, 130)는 그라운드에 대하여 바이어스되어 제1 스테이지(20, 70, 130) 또는 체인 또는 벨트 구동 장치에 부세하지 않는다.
상태 2: THRS > 토크 > TLRS; 토크 < 슬립 토크
체인 또는 벨트 구동 장치에서의 장력이 증가함에 따라, 텐셔너 상에 작용하는 체인 또는 벨트 구동 장치에 의해 발생된 토크는 저율 토션 스프링(25, 125)의 저율 토션 스프링 토크(TLRS)를 초과하게 되지만, 고율 토션 스프링(33, 133)의 고율 토션 스프링 토크(THRS) 및 클러치 또는 댐퍼(42, 82, 142)를 미끄러지게 하는데 요구되는 토크 미만으로 된다. 체인 또는 벨트 구동 장치는 리프트 아암(23, 63, 123)을 체인 또는 벨트 구동 장치로부터 멀어지도록 후방으로 강제하여, 원 웨이 베어링(22, 62, 122)을 잠그고, 고율 토션 스프링(33, 133)에 대하여 작용하는 부하를 슬립 클러치/댐퍼를 통해 제2 스테이지 하우징(30, 70, 130)으로 다시 전달한다. 이 상태에서, 텐셔너는 동적으로 균형을 이룬다.
상태 3: THRS < 토크; TLRS < 토크; 토크 < 슬립 토크
체인 또는 벨트 구동 장치에서의 장력이 더욱 증가함에 따라, 텐셔너 상에 작용하는 체인 또는 벨트 구동 장치에 의해 발생된 토크는 고율 토션 스프링(33, 133)의 고율 토션 스프링 토크(THRS)를 초과하지만 여전히 클러치 또는 댐퍼(42, 82, 142)를 미끄러지게 하는데 요구되는 토크 미만이고, 고율 토션 스프링(33, 133)은 완전 정지부(78, 138)로부터 상승된다. 토크가 이 상태 이내에서 증가함에 따라, 고율 토션 스프링(33, 133)은 더욱 감겨지고, kxθ와 같은 토크에 대한 저항을 제공하며, 여기서 k는 스프링 상수이고, θ는 스프링의 감김 각도이다.
상태 4: THRS < 토크; TLRS < 토크; 토크 > 슬립 토크
텐셔너 상에 작용하는 체인 또는 벨트 구동 장치에 의해 발생된 토크가 클러치 또는 댐퍼(42, 82, 142)를 미끄러지게 하는데 요구되는 토크를 상회할 때, 클러치 또는 댐퍼는 미끄러진다. 클러치 또는 댐퍼 미끌림은 저율 토션 스프링(25, 125)을 동시에 감으면서 고율 토션 스프링(33, 133)을 완전 정지부(78, 138)로 복귀시킨다. 이 상태에서, 텐셔너는 동적으로 불균형하게 된다. 그러나, 슬립이 없는 댐퍼(80) 또는 클러치(42, 142)가 사용된 경우, 이 상태는 생기지 않는다.
리프트 아암(23, 123)은 텐셔너 아암으로부터 인장 기구로 부하를 전달하고, 바람직하게는 숄더 볼트(shoulder bolt) 및 저 마찰 와셔에 의해 클러치(42, 142) 또는 댐퍼(80)의 외측 상에 고정된다.
원 웨이 베어링(22, 62, 122)은, 리프트 아암(23, 63, 123)이 텐셔너 아암을 향해 회전할 수 있게 하지만 텐셔너 아암이 리프트 아암에 대하여 가압할 때에는 잠겨지고, 바람직하게는 클러치 또는 댐퍼(42, 82, 142)의 내측에 고정되어 제2 스테이지 하우징(30, 70, 130)에 고정되는 볼트 또는 핀 주위를 회전한다.
저율 토션 스프링(25, 125)은, 체인 또는 벨트를 과도하게 인장하지 않으면서 체인 또는 벨트에 대하여 텐셔너를 바이어싱하기 위해서, 체인 또는 벨트가 연신함에 따라, 리프트 아암(23, 63, 123)을 바이어싱하고 낮은 힘을 제공하여 텐셔너 아암에 대항하여 부세된 리프트 아암을 인덱싱한다.
클러치 조립체(40, 142)는 감쇄를 제공하여 과도한 연장에 대하여 보호한다. 일부 실시예에서, 클러치(42, 142)는 제2 스테이지 하우징(30, 130)에 고정될 수 있고, 볼트 또는 핀 주위를 자유롭게 피봇할 수 있게 된다. 본질적으로, 클러치 조립체(42, 142)는 제1 스테이지(20, 120) 및 제2 스테이지(30, 130)가 마찰 계면을 통해 전달되도록 스프링에 의해 함께 가압되는 제2 스테이지 하우징(30, 130) 및 리프트 아암(23, 123)에 각각 부착된 2개의 판(43, 143)을 포함한다.
제2 스테이지 하우징(30, 130)은 고율 토션 스프링 그라운드(137)에 부착되는, 고정된 핀 또는 베어링(136) 주위를 회전한다. 고율 토션 스프링(33, 133)의 일 단부는 바람직하게는 스프링 트랩(34, 134)에 의해 하우징에 대하여 접지되어 고율 토션 스프링(33, 133)이 하우징(31, 131)의 회전을 저지한다.
고율 토션 스프링(33, 133)은 저장된 에너지의 저장부를 제공하고 소정의 예비하중(pre-load)을 갖는 양 단부 상의 그라운드에 고정된다. 고율 토션 스프링(33, 133)의 하나의 다리부는 제2 스테이지 하우징(30, 130)의 스프링 트랩(34, 134)에 의해서도 수용된다. 고율 토션 스프링(33, 133)의 이 단부 상의 그라운드는 완전 정지부(138)라 불리는데, 이는 텐셔너의 기능이 고율 토션 스프링(33, 133)을 상승시켜 이 완전 정지부(138)로 복귀시키기 때문이다.
고율 토션 스프링(33, 133)은 에너지를 저장하는데 사용된다. 원 웨이 베어링 및 기하학적 구조의 결과로서, 스프링은 텐셔너의 위치에 상관없이 결코 풀리지 않는다. 따라서, 높은 스프링 힘은 체인 또는 벨트 구동 장치가 고 부하를 입력할 때에만 발생된다. 이와 같이, 상기 구동 장치 상의 과도한 스프링 부하가 회피된다.
일부 실시예에서는, 슬립 클러치 대신에, 회전식 댐퍼(82)가 사용될 수도 있다. 이들 실시예에서, 리프트 아암은 댐퍼(82)의 외측에 고정된 원 웨이 베어링(62) 주위를 회전하고(63), 제2 스테이지 하우징(131)의 외측이 댐퍼의 내측에 고정되며, 제2 스테이지 하우징(130)은 핀(136) 또는 베어링 주위를 자유롭게 회전한다. 댐퍼(82)는 슬립이 있거나 슬립이 없이 설계될 수 있다. 또한, 댐퍼는 요구되는 감쇄량에 따라 다수의 상이한 방식 중 하나로 구성되고 배치될 수 있다.
저 마모 구동 장치의 경우에, 마모로 인한 회전이 최소로 될 가능성이 있는 경우, 원 웨이 베어링(62) 및 저율 토션 스프링이 제거될 수 있고 리프트 아암(63)이 댐퍼(82)에 직접 연결될 수 있으며, 고율 토션 스프링이 소정의 예비하중을 제공하도록 설정된다.
토션 비활성 구동 장치의 경우에, 댐퍼/슬립 클러치가 제거되어 임의의 감쇄가 부수적으로 생기고 텐셔너는 스프링 기계식 텐셔너로서 작동한다.
텐셔너는 상기 구동 장치에 스프링 힘을 전달하지 않으면서 고율 토션 스프링 내에 스프링 힘을 저장한다. 따라서, 제어를 희생하지 않으면서 예비하중 및 텐셔너 힘이 매우 낮아질 수 있다. 이것은 종래의 텐셔너에 비해서 작동 효율을 더욱 높이고, 즉 마찰 손실을 더욱 낮게 한다.
따라서, 본 명세서에서 기재된 본 발명의 실시예는 본 발명의 원리의 적용을 단지 예시하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 도시된 실시예의 상세에 대한 언급은 특허청구의 범위를 한정하려는 것이 아니고, 그 자체가 본 발명에 필수적인 것으로 간주되는 특징을 열거하는 것이다.

Claims (14)

  1. 제1 스테이지(20, 60, 120)로서,
    피봇 축 주위를 피봇 가능한 제2 단부로부터 바깥쪽으로 연장되는 제1 단부를 갖고, 체인 또는 벨트로부터의 부하에 의해 인가된 토크를 수용하는 본체, 및 상기 피봇 축에 평행하게 상기 본체로부터 연장되는 저율 토션 스프링 그라운드(24, 64, 124)를 포함하는 아암(23, 63, 123); 및
    상기 피봇 축 주위에 장착되고, 상기 피봇 축 주위에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로의 상기 아암의 회전을 저지하도록 상기 저율 토션 스프링 그라운드(24, 64, 124)와 접촉하는 제1 단부를 갖는 저율 토션 스프링(25, 125)을 포함하는, 상기 제1 스테이지(20, 60, 120);
    상기 피봇 축 주위에 장착되고 상기 제1 스테이지(20, 60, 120)로부터의 토크를 수용하는 토크 커플링(40, 80, 140); 및
    상기 토크 커플링(40, 80, 140)에 의해 전달된 토크를 수용하는 제2 스테이지(30, 70, 130)로서,
    상기 피봇 축 주위를 회전 가능하고, 스프링 트랩(34, 74, 134)을 갖는 제2 스테이지 하우징(31, 71, 131);
    상기 제2 스테이지 하우징(31, 71, 131)과 함께 회전 가능하고, 상기 제2 스테이지 하우징(31, 71, 131)의 스프링 트랩(34, 74, 134)을 통해 연장되는 제1 단부(151) 및 상기 제1 단부(151)의 반대편의 제2 단부(150)를 갖는 고율 토션 스프링(33, 133);
    상기 피봇 축에 대하여 회전 불가능하고, 상기 피봇 축에 평행하게 연장되며, 상기 체인 또는 벨트에 의해 상기 아암(23, 63, 123)에 부하가 인가되지 않을 때에 상기 고율 토션 스프링(33, 133)의 제1 단부(151)와 접촉하는 완전 정지부(78, 138); 및
    상기 피봇 축에 대하여 회전 불가능하고, 상기 피봇 축에 평행하게 연장되며, 상기 체인 또는 벨트에 의해 상기 아암에 부하가 인가되지 않을 때에 상기 고율 토션 스프링(33, 133)의 제2 단부(150)와 접촉하는 고율 토션 스프링 그라운드(77, 137)를 포함하는, 상기 제2 스테이지(30, 70, 130)를 포함하며,
    상기 고율 토션 스프링(33, 133)은 상기 체인 또는 벨트에 의해 상기 아암(23, 63, 123)에 부하가 인가되지 않을 때에 상기 완전 정지부(78, 138) 및 상기 고율 토션 스프링 그라운드(77, 137)에 의해 부세상태로 유지되는, 텐셔너.
  2. 제1항에 있어서, 상기 아암(23, 63, 123)과 상기 토크 커플링(40, 80, 140) 사이에 원 웨이 베어링(22, 62, 122)을 더 포함하고, 상기 원 웨이 베어링(22, 62, 122)은 상기 체인 또는 벨트 구동 장치에 의해 부하가 인가될 때에 잠김으로써, 상기 토크 커플링(40, 80, 140)을 통해 상기 제1 스테이지(20, 60, 120)로부터 상기 제2 스테이지(30, 70, 130)로 상기 부하를 전달될 수 있게 하는, 텐셔너.
  3. 제1항에 있어서, 상기 토크 커플링은 댐퍼(80)인, 텐셔너.
  4. 제1항에 있어서, 상기 토크 커플링은 클러치(40, 140)인, 텐셔너.
  5. 제1항에 있어서, 상기 아암(23, 63, 123)은 리프트 아암이고, 상기 텐셔너는 제1 단부, 상기 피봇 축 주위에 피봇식으로 장착된 제2 단부 및 상기 체인 또는 벨트와 접촉하는 슬라이딩 표면을 갖는 텐셔너 아암을 더 포함하며, 상기 텐셔너 아암은 상기 체인 또는 벨트에 의해 인가된 부하로부터의 토크를 상기 리프트 아암에 전달하도록 결합되는, 텐셔너.
  6. 제1항에 있어서, 상기 아암(23, 63, 123)은 상기 체인 또는 벨트와 접촉하도록 슬라이딩 표면을 갖는 텐셔너 아암인, 텐셔너.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스테이지(30, 130)는 상기 스프링 트랩(34, 134) 및 클리어런스 윈도우(35, 135)을 규정하고 챔버(32, 132)를 규정하는 하우징 벽을 더 포함하고;
    상기 고율 토션 스프링(33, 133)은 상기 제2 스테이지(30, 130)의 상기 하우징의 상기 챔버(32, 132) 내에 유지되고, 상기 고율 토션 스프링(33, 133)의 상기 제2 단부는 상기 클리어런스 윈도우(35, 135)을 통해 연장되는, 텐셔너.
  8. 제1항에 있어서, 상기 고율 토션 스프링(33, 133)은 상기 저율 토션 스프링(25, 125)의 스프링율보다 더 큰 스프링율을 갖는, 텐셔너.
  9. 제1항에 있어서, 상기 토크 커플링(40, 80, 140)은, 슬립 토크를 초과하는 인가 토크가 상기 체인 또는 벨트에 의해 제1 스테이지(20, 60, 120)를 통해 상기 토크 커플링(40, 80, 140)에 인가될 때마다 미끄러지는, 텐셔너.
  10. 제9항에 있어서, 상기 슬립 토크는 상기 고율 토션 스프링(33, 133)의 고 스프링 토크(THRS)를 초과하며, 상기 고 스프링 토크(THRS)는 상기 저율 토션 스프링(25, 125)의 저 스프링 토크(LRS)를 초과하는, 텐셔너.
  11. 제10항에 있어서, 상기 인가 토크가 상기 저 스프링 토크(TLRS) 미만일 때, 상기 아암(23, 63, 123)은 상기 아암(23, 63, 123)과 상기 토크 커플링(40, 80, 140) 사이의 원 웨이 베어링(22, 62, 122) 주위를 회전하여 상기 체인 또는 벨트에 장력을 제공하는, 텐셔너.
  12. 제10항에 있어서, 상기 인가 토크가 상기 저 스프링 토크(TLRS)를 초과하지만 상기 고 스프링 토크(THRS) 미만일 때, 상기 아암(23, 63, 123)은 상기 체인 또는 벨트 구동 장치에 의해 다시 강제되고, 상기 토크가 상기 고율 토션 스프링(33, 133)에 전달되며, 상기 텐셔너가 동적으로 균형을 이루는, 텐셔너.
  13. 제10항에 있어서, 상기 인가 토크가 상기 고 스프링 토크(THRS)를 초과하지만 상기 슬립 토크 미만일 때, 상기 고율 토션 스프링(33, 133)은 상기 완전 정지부(78, 138)로부터 상승되고 더욱 감겨져서, 추가 저항을 제공하는, 텐셔너.
  14. 텐셔너의 고율 토션 스프링(33, 133) 내에 에너지를 저장하는 방법으로서,
    a) 상기 고율 토션 스프링의 제1 단부가 제2 스테이지 하우징(31, 71, 131) 내의 스프링 트랩(34, 74, 134)을 통해 연장되도록 상기 텐셔너의 상기 제2 스테이지 하우징(31, 71, 131) 상에 상기 고율 토션 스프링(33, 133)을 장착하는 단계로서, 상기 텐셔너는,
    제1 스테이지(20, 60, 120)로서,
    피봇 축 주위를 피봇 가능한 제2 단부로부터 바깥쪽으로 연장되는 제1 단부를 갖고, 체인 또는 벨트로부터의 부하에 의해 인가된 토크를 수용하는 본체, 및 상기 피봇 축에 평행하게 상기 본체로부터 연장되는 저율 토션 스프링 그라운드(24, 64, 124)를 포함하는 아암(23, 63, 123); 및
    상기 피봇 축 주위에 장착되고, 상기 피봇 축 주위에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로의 상기 아암의 회전을 저지하도록 상기 저율 토션 스프링 그라운드(24, 64, 124)에 위치하는 제1 단부를 갖는 저율 토션 스프링(25, 125)을 포함하는, 상기 제1 스테이지(20, 60, 120);
    상기 피봇 축 주위에 장착되고 상기 제1 스테이지(20, 60, 120)로부터의 토크를 수용하는 토크 커플링(40, 80, 140); 및
    상기 토크 커플링(40, 80, 140)에 의해 전달된 토크를 수용하는 제2 스테이지(30, 70, 130)로서,
    상기 피봇 축 주위를 회전 가능한 상기 제2 스테이지 하우징(31, 71, 131); 및
    상기 제2 스테이지 하우징(31, 71, 131)의 상기 스프링 트랩(34, 74, 134)을 통해 연장되는 제1 단부(151) 및 상기 제1 단부(151)의 반대편의 제2 단부(150)를 갖는 상기 고율 토션 스프링(33, 133)을 포함하는, 상기 제2 스테이지(30, 70, 130)를 포함하는, 상기 고율 토션 스프링 장착 단계; 및
    b) 상기 체인 또는 벨트에 의해 상기 아암(23, 63, 123)에 부하가 인가되지 않을 때에 상기 고율 토션 스프링(33, 133)이 완전 정지부(78, 138) 및 고율 토션 스프링 그라운드(77, 137)에 의해 부세상태로 유지되도록, 상기 고율 토션 스프링(33, 133)을 가압하고, 상기 피봇 축에 대하여 회전 불가능하고 상기 피봇 축에 평행하게 연장되는 상기 완전 정지부(78, 138)와 접촉하는 상기 고율 토션 스프링(33, 133)의 상기 제1 단부(151), 및 상기 피봇 축에 대하여 회전 불가능하고 상기 피봇 축에 평행하게 연장되는 상기 고율 토션 스프링 그라운드(77, 137)와 접촉하는 상기 고율 토션 스프링(33, 133)의 상기 제2 단부(150)를 피닝하는 단계를 포함하는, 고율 토션 스프링 내에 에너지를 저장하는 방법.
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