JP2017223359A - 可変力引張アセンブリ - Google Patents

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Abstract

【課題】油圧式テンショナの応答性をよくする。【解決手段】可変力引張アセンブリ10はシリンダ28の内部直径を定義するシリンダを有する本体24を含む。外側ピストン40は、シリンダ内に実質的に配置され、その内部でスライド可能である。外側ピストンは外側ピストンチューブ42と、外側ピストンチューブを通じて延長されるチャンバースプリッタ44とを含む。外側ピストンと本体は低レート部分48を定義する。内側ピストン56は外側ピストンチューブ内に少なくとも部分的に配置され、その内部でスライド可能である。内側ピストンは高レート部分54を定義し、外側ピストンと一緒に本体に作用して、無限ループを押して無限ループで一定の張力を保持するための可変力を生成する。【選択図】図3

Description

[関連出願に対する相互参照]
本出願は2016年6月13日に出願された米国特許仮出願第62/349,267号の利益を主張し、その全文は本明細書で参考として含まれる。
本発明は無限の可撓性動力伝達部材とともに用いられるための可変力引張アセンブリに関する。より具体的に、本発明は、自動車の内燃機関に用いられる駆動スプロケットと、少なくとも一つの従動スプロケットを囲むタイミングベルトまたはタイミングチェーンのような無限の可撓性動力伝達部材上に一定の張力を保持する可変力引張アセンブリに関する。
タイミングベルトやタイミングチェーンのような無限ループ用テンショナー(tensioner)は、無限ループが複数のスプロケットまたはギアの周りで移動する際に無限ループを制御するために用いられる。無限ループのスラック(slack)は、エンジンの温度が上昇するにつれて、そして、無限ループが摩耗されるにつれて変化する。摩耗が発生すると、無限ループは延伸され、無限ループのスラックが増加する。スラックの増加は騒音、ずれ(slippage)、または無限ループがチェーンである場合には、チェーンとスプロケットの歯の間の歯のジャンピング(tooth jumping)を引き起こすことができる。無限ループでのスラック増加がカムシャフトを駆動するために無限ループを用いるエンジンで、例えば、テンショナーによって減少されない場合、カムシャフトタイミングがずれや歯のジャンピングによってある程度誤整列されるため、エンジンが破損される虞がある。
油圧式テンショナーが用いられる場合、油圧式テンショナーの性能は、チェックバルブの2つの主要機能に基づく。第一に、オイルはピストンが無限ループのスラックを減少させるために延長される時にチェックバルブを通じてテンショナーの高圧チャンバーに流入されなければならない。チェックバルブの流量制限が大きすぎる場合、ピストンはその延長された長さを支持するのに十分な流量を有することができない。第二に、無限ループがピストンを再びテンショナーの中に押入れ始める時、オイルはチェックバルブから逆流しようとする。この時、チェックバルブボールはオイル通路を密封するために後方に移動しなければならない。応答時間が遅い場合には、ピストンを支持するために必要な圧力を増強させるのに時間が長くかかり、無限ループでの張力の制御が問題になる。
可変力引張アセンブリは、動力を伝達するために用いられる無限ループ上に張力を生成して保持する。可変力引張アセンブリはシリンダを有する本体を含む。外側ピストンは、実質的にシリンダーの内部に配置され、その内部でスライド可能である。外側ピストンは、外側ピストンチューブと、上記外側ピストンチューブを通じて延長されるチャンバースプリッタ(chamber divider)とを含む。外側ピストン及び本体は低レート(low rate)部分を定義する。内側ピストンは外側ピストンチューブの内部に少なくとも部分的に配置され、その内部でスライド可能である。内側ピストンは高レート(high rate)部分を定義し、本体に対して外側ピストンと一緒に作用して、無限ループを押して無限ループで一定の張力を保持するための可変力を生成する。
本発明の利点は添付された図面に関連して考慮される時、以下の詳細な説明を参照して、よりよく理解されることができるので、容易に認められるべきである。
内燃機関の動力伝達部材として用いられる無限ループに対する本発明の一実施形態に係る可変力引張アセンブリの概略図である。 本発明の一実施形態の部分切開斜視図である。 図2に示された実施形態の側断面図である。 本発明の他の実施形態の側断面図である。 ラチェットクリップ(ratchet clip)がより少ない力でピストンアセンブリを本体外に遠く移動することができるようにする図4の実施形態の部分側断面図である。 ピストン上により大きい力を受けないようにしながら、ピストンの内向きストローク(inward stroke)を防止するラチェットクリップが安着されている図4の実施形態の部分側断面図である。 他の実施形態の分解斜視図である。
本明細書で相互交換的に用いられる用語「ループ(loop)」、「ベルト(belt)」または「チェーン(chain)」は、無限ループを形成する任意の動力伝達部材で、前記部材がプーリまたはスプロケット駆動面の曲率半径に適合することができるように可撓性物質または当接式の剛性長さで構成され、使用時に、無限経路で駆動され、プーリまたはスプロケット駆動面との接触により、プーリまたはスプロケットに動力を伝達したり、それから動力を抽出するように意図されている任意の動力伝達部材である。本明細書で相互交換的に用いられる用語「プーリ(pulley)」または「スプロケット(sprocket)」は、軸を中心に回転可能であり、無限経路上のベルトやチェーンを駆動するように、またはベルトまたはチェーンから動力を抽出して出力負荷装置を駆動するようにベルトやチェーンとの意図された動力伝達係合のために回転軸から半径方向に離間された駆動面を有する装置である。本明細書で用いられる「ガイドロール(guide roll)」は軸を中心に回転可能であり、意図された移動経路に沿ってベルトやチェーンを誘導することを補助するようにベルトやチェーンとの意図した係合のために回転軸から半径方向に離隔されたベルトまたはチェーン接触面を有する装置である。プーリやスプロケットとは区別されるガイドロールはベルトやチェーンに駆動力を提供するか、またはそれから動力を抽出するように意図されたものではない。本明細書で用いられる「引張アーム(tensioning arm)」は、ベルトまたはチェーンと係合可能なプーリやスプロケットとは異なる部材であり、ベルトまたはチェーンの引張応力の増加や減少、または任意の好ましくないベルトやチェーンスラックの減少を引き起こしてベルトまたはチェーンとプーリまたはスプロケット駆動面との間の好ましい駆動牽引力を保持する方向にベルトやチェーンに対して調整可能であるか相対的に移動可能である。ガイドロールとは区別される引張アームはベルトまたはチェーンを接触させるための回転不可能な面部分を有し、それにより、ベルトまたはチェーンが引張アームの上記面部分上でスライドする。本明細書で用いられる用語「油圧式テンショナー(hydraulic tensioner)」は引張構成を動作させるための力に適用し、流体に対する力の印加から誘導されたり、その力の印加を通じて伝達される。
図1によれば、可変力引張アセンブリが、全体的に10で表示されている。可変力引張アセンブリ10は、自動車の内燃機関(内燃機関も自動車も図示しない)用無断ループである可撓性動力伝達部材12(「無限ループ12」)と一緒に用いられる油圧式テンショナーで概略的に示されている。無限ループ12は、内燃機関のクランクシャフトのような駆動シャフトによって駆動される駆動スプロケット14、及び内燃機関のカムシャフトのような従動シャフトから支持される少なくとも一つの従動スプロケット16を囲むリンク13を有するチェーンとして示されている。また、必要に応じてガイドロールが設置されることができる。 無限ループ12は、矢印18で示すように回転駆動される時、駆動スプロケット14及び従動スプロケット16の上を通過する。少なくとも一つの引張アーム20が、無限ループ12とスライド係合するシュー(shoe)を含む面アセンブリ(face assembly)と一緒に配置される。引張アーム20は、可変力引張アセンブリ10によって加えられた力に応答してピボット22を中心に軸回転することができる。図1によれば、時計方向に力を加えることにより、引張アーム20はピボット22を中心に軸回転し、無限ループ12に張力を加えて過度なスラックを除去する。以下に開示される可変力引張アセンブリ10は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、引張アームの他の代替可能な構成で用いられることができ、例示された構成は単なる例であり、本発明の限定とみなされないことを理解すべきである。
図1〜図3によれば、可変力引張アセンブリ10は本体24を含む。本体24は、可変力引張アセンブリ10が引張アーム20に隣接して配置され、このように、無限ループ12と動作可能に係合されることができるように、ファスナー(図示せず)が本体24を自動車の一部分に固定することができるようにする少なくとも一つの穿孔26を含む。本体24はシリンダの内部直径30(図1に示す)を定義するシリンダー28を定義する。シリンダー28は、本体24の引張アーム対向面32で開放され、非対向面34で閉鎖される。シリンダーが閉鎖されるので、シリンダー28は、非対向面34に沿ってシリンダ28に垂直に延長される当接面36を定義する。図示した実施形態では、当接面36は、内部にスプリング(後述する)を収容するスプリングリリーフ(spring relief)38を含む。
可変力引張アセンブリ10は、概括的に40で示した外側ピストンをさらに含む。外側ピストン40は本体24のシリンダー28の内部に実質的に配置され、その内部でスライド可能である。外側ピストン40は、外側ピストンチューブ42及びチャンバースプリッタ44を含む。チャンバースプリッタ44は、外側ピストンチューブ42を通じて延長される。図示した実施形態では、チャンバースプリッタ44は、外側ピストンチューブ42に垂直に、且つシリンダー28の当接面36に平行に延長される。 図示した実施形態では、外側ピストンチューブ42は円形断面を有する。当業者にとって、外側ピストンチューブ42が本発明の概念から逸脱することなく円形とは異なる断面形状を有することもできることを認められるべきである。チャンバースプリッタ44はチャンバー通路46を含む。図1〜図3に示した実施例では、チャンバー通路46は流体通路である。外側ピストンチューブ42、チャンバースプリッタ44とシリンダ28の当接面36との間の空間は、低レート部分48として説明されたチャンバーを定義する。低レート部分48は、その内部に流体を収容し、低レートスプリング50を収容する。低レートスプリング50は、無限ループの減少されたスラックに変換される力を引張アーム20に加えることで、無限ループ12の任意の延伸を減少する。チェックバルブ52がチャンバースプリッタ44と低レートスプリング50との間に配置される。チェックバルブ52は低レート部分48及び後述する高レート部分54の内部の流体の圧力に基づいて、チャンバー通路46を選択的に開閉する。また、チェックバルブ52は必要に応じて低レート部分48から空気を放出する。
可変力引張アセンブリ10は、外側ピストンチューブ42の内部に実質的に配置され、その内部でスライド可能な内側ピストン56をさらに含む。内側ピストン56は、引張アーム対向面32とチャンバースプリッタ44との間の外側ピストンチューブ42の一部分とともに高レート部分54として説明されたチャンバーを定義する。内側ピストン56は、外側ピストン40と一緒に本体24に作用して、引張アーム20と対向し、無限ループ12を押して無限ループ12で一定の張力を保持するための可変力を生成するものである。内側ピストン56は、引張アーム20と当接するキャップ表面58、及びチャンバースプリッタ44に隣接して配置された開口端部62を有する内側シリンダー60を含む。内側ピストン56によって収容される流体に加えて、高レートスプリング64がキャップ表面58とチャンバースプリッタ44との間の内側ピストン56の内部に配置される。内側ピストン56は、外側ピストン40に対してスライド可能である。小型通気口66は空気が高レート部分54を抜け出ることができるようにする。
流体流入路68が本体24の外表面70とシリンダ28との間に延長される。流体流入路68は、流体、通常油圧オイルがシリンダー28だけでなく、低レート部分48及び高レート部分54に伝達される経路である。図3に示したように、流体は、チャンバースプリッタ44の近くであるが、高レート部分54の内部にある外側ピストンチューブ42を横切るチャンバー通路72を通じて高レート部分54に到達する。チャンバー通路72は、内側ピストン56が高レート部分54内に下りて押される時に選択的に閉鎖される。これが発生する場合、高レート部分54は、チャンバー通路72が内側ピストン56の内側シリンダ60によって閉鎖されることから、エンジンが可変力引張アセンブリ10にオイルを供給することができない時に低レート部分に油圧流体を供給する。流体流入路から高レート部分54に油圧流体を提供することを支援するのは外部表面リリーフ74である。外部表面リリーフ74は、シリンダ直径30よりも小さい直径を有する外側ピストンチューブ42の一部分である。これは、流体が本体24の外部からチャンバー通路72を通じてシリンダ28と内側ピストン56及び外側ピストン40に通過することができる通路を生成する。
内側シリンダー60の開放端部62とチャンバースプリッタ44との間のクリアランス76は、無限ループ12が引張アーム20と対向し、可変力引張アセンブリ10上に力を提供する際にピストンのストロークを制御する。
可変力引張アセンブリ10を圧縮する入力力を無限ループ12から受ける時、内側ピストン56及び外側ピストン40は、低レート部分48及び高レート部分54の内部の体積を圧縮または減少させる。低レートチャンバー48内の流体は、その減少する体積のために流出される。保存部は流体を大きい体積に復帰させる時に陰圧を利用して流体を低レートチャンバー48に供給する。一般的に、低レートチャンバー48はその内部に十分な流体を保持して、必要に応じて反力(reaction force)を発生させる。
可変力引張アセンブリ110に対する他の実施形態が図4〜図7に示されており、ここで、図1〜図3の第1実施形態で開示されたのと類似する同一構成要素は、100のオフセットをおいて第1実施形態に示されたのと類似する参照番号を含む。第1実施形態におけるこれら構成要素の説明は他の実施形態に含まれる。
他の実施形態において、可変力引張アセンブリ110は油圧式アセンブリではない。油圧装置の代わりにラチェット及びリテーナ(retainer)がある。この実施形態は油圧装置の使用を含まないため、チェックバルブ52、小通気口66、流体流入通路68、及びチャンバー通路72のような構成要素が要求されない。油圧装置の代わりにラチェットクリップ78、及び外側ピストンチューブ142の外部表面リリーフ174を囲む複数のリブ80がある。複数のリブ80のそれぞれは、浅い側面82と急な側面84とを含む。つまり、浅い側82の形状に沿って移動する時のラチェットクリップ78の変位率は、クリップ78が急な側面84に沿って移動する時に生じるよりもy−方向への変位に対してx−方向により遠い。ラチェットクリップ78は、外側ピストン140にスライド可能に固定可能であり、複数のリブ80に沿ってスライド可能であり、内側ピストン156をシリンダー128内に移動させる際に必要な力を内側ピストン156をシリンダー128外に移動させる際に必要な力よりも大きく提供する。可変力引張アセンブリ110は止め輪86をさらに含む。
この実施形態で、内側ピストン156は、固形の内側シリンダー160または内部ステム160を含む。内側シリンダー160は高レートスプリング164を通じて延長され、チャンバースプリッタ144の内側面88上に配置される止め輪86によって原位置に止められる。高レートスプリング164は、内側ピストン156に対して集合的に作用する複数のディスク状のスプリングを用いて具現されることもできる。時には皿ばね(Belleville washer)またはバネ座金と呼ばれるディスク状のスプリングは、スプリングを軸方向に整列された配向で互い上に積層して直列に配向されることができる。 または、ディスク状のスプリングは一つのディスク状のスプリングの中心線が他のディスク状のスプリングからオフセットされるように並列して配置されることができる。また、並列または直列に配列されたダスク状のスプリングの単一モジュールよりは、複数のディスク状のスプリングをそれぞれ含む多数のモジュールが用いられることもできる。高レートスプリング164を具現するのに用いられるディスク状のスプリングの数は高レートスプリング164に対する所望のスプリングレート(spring rate)に基づいて選択されることができることを理解すべきである。高レートスプリング164を具現するのに用いられるディスク状のスプリングの数、配向、及び/または大きさは、スプリング164の全体剛性を増加または減少させるために選択されることができる。キャップ表面158は固形物で製造され、第1実施形態で示す小型通気口66と類似する小型通気口を含まない。この実施形態は、油圧流体を含まないため、空気をシステム外に排出する理由がない。止め輪86は、内側シリンダ160上に圧入嵌合されて、内側ピストン156を外側ピストン140に固定する。
シリンダー128は、このシリンダー128の一部分に沿って延長されるリリーフ90を含む。リリーフ90は、ラチェットクリップ78がそれを通って移動することを防止する第1停止部92及び第2停止部94を提供する。第1停止部92は外側ピストン140及び内側ピストン156が可変力引張アセンブリ110の本体124を離脱することを防止する。
図5によれば、ラチェットクリップ78は、第1停止部92または第2停止部94の中の何れにも安着されていない。内側ピストン156がシリンダ128の外に遠く移動するにつれて、より少ない力が要求され、最小限の減衰を提供する低い剛性が生じる。これは、内側ピストン156を外に移動させて引張アーム20が速やかに無限ループ12と係合することができるようにする。図6において、ラチェットクリップ78は第2停止部94に安着されている。これが発生する場合、内側ピストン156をシリンダー128及び本体124内に再び移動させるのにより高い力が要求される。ラチェットクリップ78が第2停止部94と当接して安着されるので、複数のリブ80の急な側面82を克服するのにより高い力が要求される。これは、引張アーム20が、無限ループ12に対して容易に後退しないように、高い剛性及び最大減衰量を提供して、スラックの期間と緊張の期間の間の円滑な移転を提供する方式で無限ループ12上に力が保持される。
本発明は例示的な方法で説明した。用いられた用語は本発明を限定するのではなく、説明するためのものに意図されていることを理解すべきである。
上記の教示に基づいて本発明は多様な修正及び変形が可能である。従って、特許請求項の範囲内で本発明は具体的に記載されたのとは異なるように実施されることもできる。

Claims (20)

  1. 動力を伝達するために用いられる無限ループ上に張力を生成及び保持するための可変力引張アセンブリにおいて、
    シリンダーを有する本体と、
    前記シリンダーの内部に実質的に配置され、その内部でスライド可能な外側ピストンであって、前記外側ピストンは外側ピストンチューブと前記外側ピストンチューブを通じて延長されるチャンバースプリッタとを含み、前記外側ピストン及び前記本体が低レートの部分を定義する、外側ピストンと、
    前記外側ピストンチューブの内部に少なくとも部分的に配置され、その内部でスライド可能な内側ピストンであって、前記内側ピストンは高レート部分を定義し、前記外側ピストンと一緒に前記本体に対して作用して、前記無限ループを押して前記無限ループで一定の張力を保持するための可変力を生成する、内側ピストンとを含む可変力引張アセンブリ。
  2. 前記外側ピストンは前記外側ピストンチューブの一部分に沿って延長される外表面リリーフを含む請求項1に記載の可変力引張アセンブリ。
  3. 前記本体を通じて延長され、前記シリンダ内に開口されて流体を前記高レート部分に供給する流体流入部を含む請求項2に記載の可変力引張アセンブリ。
  4. 前記低レート部分の内部に配置され、前記低レート部分と前記高レート部分との間の流体の流れを抑制するチェックバルブを含む請求項3に記載の可変力引張アセンブリ。
  5. 前記チャンバースプリッタは, それを通じて延長されるチャンバー通路を含み、前記通路は前記高レート部分と前記低レート部分との間に流体の連通を提供する請求項4に記載の可変力引張アセンブリ。
  6. 前記本体と前記チャンバースプリッタとの間の前記低レート部分を通じて延長される低レートスプリングを含む請求項2に記載の可変力引張アセンブリ。
  7. 前記チャンバースプリッタと前記内側ピストンとの間の前記高レート部分を通じて延長される高レートスプリングを含む請求項6に記載の可変力引張アセンブリ。
  8. 前記外部表面リリーフは前記外側ピストンを外接させる複数のリブを含む請求項2に記載の可変力引張アセンブリ。
  9. 前記複数のリブはそれぞれ浅い側面及び急な側面を含む請求項8に記載の可変力引張アセンブリ。
  10. 前記外側ピストンにスライド可能に固定され、前記複数のリブに沿ってスライド可能で、前記内側ピストンをシリンダー内に移動させるのに必要な力を前記内側ピストンをシリンダーの外に移動させるのに必要な力よりも大きく提供するラチェットクリップを含む請求項9に記載の可変力引張アセンブリ。
  11. 前記内側ピストンに固定的に取り付けられて、前記内側ピストンを前記外側ピストンと離隔された関係で固定する止め輪を含む請求項10に記載の可変力引張アセンブリ。
  12. 動力を伝達するために用いられる無限ループ上に張力を生成及び保持するための可変力引張アセンブリにおいて、
    シリンダーの内部直径を定義するシリンダーを有する本体と、
    前記シリンダーの内部に実質的に配置され、その内部でスライド可能な外側ピストンであって、前記外側ピストンは外側ピストンチューブと前記外側ピストンチューブを通じて延長されるチャンバースプリッタとを含み、前記外側ピストン及び前記本体は低レート部分を定義する、外側ピストンと、
    前記外側ピストンチューブの内部に少なくとも部分的に配置され、その内部でスライド可能な内側ピストンであって、前記内側ピストンは高レート部分を定義し、前記外側ピストンと一緒に前記本体に対して作用して、前記無限ループを押して前記無限ループで一定の張力を保持するための可変力を生成する、内側ピストンと、
    前記本体を通じて延長され、前記シリンダ内に開口されて流体を前記高レートレートチャンバーに供給する流体流入部を含む、可変力引張アセンブリ。
  13. 前記低レートチャンバー内に配置され、前記低レートチャンバーと前記高レートチャンバーとの間の流体の流れを抑制するチェックバルブを含む請求項12に記載の可変力引張アセンブリ。
  14. 前記チャンバースプリッタは, それを通じて延長されるチャンバー通路を含み、前記通路は前記高レート部分と前記低レート部分との間に流体の連通を提供する請求項13に記載の可変力引張アセンブリ。
  15. 前記本体と前記チャンバースプリッタとの間の前記低レート部分を通じて延長される低レートスプリングを含む請求項14に記載の可変力引張アセンブリ。
  16. 前記チャンバースプリッタと前記内側ピストンとの間の前記高レートチャンーを通じて延長される高レートスプリングを含む請求項15に記載の可変力引張アセンブリ。
  17. 動力を伝達するために用いられる無限ループ上に張力を生成及び保持するための可変力引張アセンブリにおいて
    シリンダーを有する本体と、
    前記シリンダーの内部に実質的に配置され、その内部でスライド可能な外側ピストンであって、前記外側ピストンは外側ピストンチューブと前記外側ピストンチューブを通じて延長されるチャンバースプリッタとを含み、前記外側ピストン及び前記本体が低レート部分を定義し、前記外側ピストンチューブは前記外側ピストンを囲む複数のリブを含む外部表面リリーフを含む、外側ピストンと、
    前記外側ピストンチューブの内部に少なくとも部分的に配置され、その内部でスライド可能な内側ピストンであって、前記内側ピストンは高レート部分を定義し、前記外側ピストンと一緒に前記本体に対して作用して、前記無限ループを押して、前記無限ループで一定の張力を保持するための可変力を生成する、内側ピストンとを含む可変力引張アセンブリ。
  18. 前記複数のリブはそれぞれ浅い側面及び急な側面を含む請求項17に記載の可変力引張アセンブリ。
  19. 前記外側ピストンにスライド可能に固定され、前記複数のリブに沿ってスライド可能で、前記内側ピストンをシリンダー内に移動させるのに必要な力を前記内側ピストンを前記シリンダー外に移動させるのに必要な力よりも大きく提供するラチェットクリップを含む請求項18に記載の可変力引張アセンブリ。
  20. 前記内側ピストンに固定的に固定され、前記内側ピストンを前記外側ピストンと離隔された関係で固定する止め輪を含む請求項19に記載の可変力引張アセンブリ。
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