(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-04
(45)【発行日】2022-04-12
(54)【発明の名称】キャップディスクばねを備えた可変力テンショナアーム
(51)【国際特許分類】
F16H 7/08 20060101AFI20220405BHJP
F16F 3/02 20060101ALI20220405BHJP
【ＦＩ】
F16H7/08 B
F16F3/02
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020538045
(86)(22)【出願日】2018-01-31
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-05-13
(86)【国際出願番号】 US2018016096
(87)【国際公開番号】W WO2019152001
(87)【国際公開日】2019-08-08
【審査請求日】2020-11-16
(73)【特許権者】
【識別番号】500124378
【氏名又は名称】ボーグワーナー インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100093861
【弁理士】
【氏名又は名称】大賀 眞司
(74)【代理人】
【識別番号】100129218
【弁理士】
【氏名又は名称】百本 宏之
(72)【発明者】
【氏名】キース・ビー・コブ
(72)【発明者】
【氏名】ショーン・シモンズ
(72)【発明者】
【氏名】ケビン・トッド
【審査官】前田 浩
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第０２１９１９４６（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開平１０－２３８６０３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｈ ７／０８
Ｆ１６Ｆ ３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
テンショナアームであって、チェーンまたはベルトと接触するための第１表面および前記第１表面の反対側のキャビティを画定する第２表面を有する本体と、
前記本体内に受容されたキャップと、
少なくとも２つのばねセットであって、各々のばねセットは、前記テンショナアームの前記キャップと前記本体の間のキャビティ内に配向され、前記ばねセットの中で少なくとも１つは、前記キャップと前記キャビティの間に第１方向に配向され、第２ばねセットは、第１方向と反対の第２方向に配向され、前記少なくとも２つのばねセットは、前記テンショナアームの前記本体から離れるようにキャップを付勢する、少なくとも２つのばねセットと、
前記キャビティ内で前記テンショナアームの前記本体から延び、前記少なくとも２つのばねセットによって受容されるフランジと、
を含む、テンショナアーム。
【請求項2】
各々のばねセットは、２つのばねを含み、各々のばねセットの前記ばねは、中心を囲む縁部を備えた外周を有する円錐形ディスクばねである、請求項１に記載のテンショナアーム。
【請求項3】
前記ばねセットの前記ばねは、前記ばねセット内で同じ方向に配向される、請求項２に記載のテンショナアーム。
【請求項4】
第１ばねセットは、当該第１ばねセットのばねの前記外周の縁部が前記キャップに隣接して置かれるように、前記キャビティ内に第１方向で配向され、第２ばねセットは、前記第２ばねセットのばねの中心が前記第１方向で前記第１ばねセットの前記ばねの中心と接触するように前記キャビティ内に配向される、請求項２に記載のテンショナアーム。
【請求項5】
前記少なくとも２つのばねセットは、１５０Ｎ／ｍｍ～４００Ｎ／ｍｍのばね定数を有するように組み合わされる、請求項１に記載のテンショナアーム。
【請求項6】
テンショナアームであって、チェーンまたはベルトと接触するための第１表面および前記第１表面の反対側のキャビティを画定する第２表面を有する本体と、
前記本体内に受容されたキャップと、
前記テンショナアームの前記キャップと前記本体との間の前記キャビティ内に積層され、前記テンショナアームの前記本体から離れるように前記キャップを付勢する複数のばねセットであって、各々のばねセットは、第１ばねおよび第２ばねを含み、前記ばねセットの第１ばねは第１方向に配向され、前記ばねセットの第２ばねは前記第１方向と反対の第２方向に配向される、複数のばねセットと、
前記キャビティ内で前記テンショナアームの前記本体から延び、前記複数のばねセットによって受容されるフランジと
を含む、テンショナアーム。
【請求項7】
前記ばねセットの各々のばねは、中心を囲む縁部を備えた外周を有する円錐形ディスクばねである、請求項６に記載のテンショナアーム。
【請求項8】
前記キャビティにおいて、前記ばねセットの前記第１ばねの前記外周の縁部は前記キャップと接触し、別のばねセットの前記第２ばねの前記外周の縁部は前記テンショナアームの前記本体と接触する、請求項７に記載のテンショナアーム。
【請求項9】
前記キャビティ内および前記テンショナアームの前記キャップと前記本体との間に、３つのばねセットがある、請求項６に記載のテンショナアーム。
【請求項10】
前記キャビティ内および前記テンショナアームの前記キャップと前記本体との間に、４つのばねセットがある、請求項６に記載のテンショナアーム。
【請求項11】
前記複数のばねセットは、１５０Ｎ／ｍｍ～４００Ｎ／ｍｍのばね定数を有するように組み合わされる、請求項６に記載のテンショナアーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、油圧テンショナの分野に関する。より詳細には、本発明は、キャップディスクばねを備えた可変力テンショナアームを有する二重油圧可変力テンショナ（ｄｕａｌ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｏｒｃｅ ｔｅｎｓｉｏｎｅｒ）に関する。
【背景技術】
【0002】
二重油圧可変力テンショナシステムは、コイルばねがアームボタンを介して保持されるピストンパッドの横に深いポケットを含むテンショナアームを利用する。二重油圧可変力テンショナの二次ピストンは、テンショナアームを介してチェーン駆動システムを制御するために追加の機械的力が必要なときに、ピストンを介してアームキャップに接触してばね力を調整する。コイルばねのばねレート（ｓｐｒｉｎｇ ｒａｔｅ）は、二重油圧可変力テンショナシステムのテンショナばねよりも大幅に高いため、二重油圧可変力テンショナのハウジングからの最小の二次ピストン伸長と共に増加された力を提供する。
【発明の概要】
【0003】
本発明は、二重油圧可変力テンショナシステムの第２ピストンと油圧テンショナアームとの間にディスクばねのスタックを配置して、必要に応じてより高いばねレートを可能にする。ばねは、異なるばねレートを提供するために複数の構成で積層され得る。テンショナアーム内のばねの数と前記ばねの方向に応じてパッケージスペースが減少され得る。
【図面の簡単な説明】
【0004】
【図1】二重油圧可変力テンショナの斜視図を示す。
【図2a】テンショナアームを備えた二重油圧可変力テンショナのカットスルー（ｃｕｔ ｔｈｒｏｕｇｈ）を示す。
【図3】テンショナアームのカットスルーを示す。
【図5】１５０Ｎ／ｍｍのばねレートを有する皿ばねセットを備えたテンショナアームを示す。
【図6】１００Ｎ／ｍｍのばねレートを有する皿ばねセットを備えたテンショナアームを示す。
【図7a】第１方向での皿ばねのカットスルーを示す。
【図7b】第２方向での皿ばねのカットスルーを示す。
【図7c】皿ばねの平面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0005】
図１～図２ｂは、二重油圧可変力テンショナを示す。テンショナ１００は、テンショナアームまたはシュー４０２を介してチェーンまたはベルト（図示せず）に張力を加える。テンショナアーム４０２は、チェーンまたはベルトと接触する第１摺動表面４０２ｂおよび第１摺動表面４０２ｂの反対側の第２表面４０２ａを有する。第２表面４０２ｂに沿って、ばね４０４およびキャップ４０５を受容するためのキャビティ４０２ｃがある。テンショナアームは、ばね４０４が通過し、キャビティ４０２ｃ内のばね４０４を中心にする内部フランジ４０７をキャビティ内にさらに有することができる。ばね４０４の第１端部４０４ａは、テンショナアーム４０２内のキャビティの閉鎖端部によって受容され、ばね４０４の第２端部４０４ｂは、キャップ４０５の第１表面４０５ａによって受容される。キャップ４０５は、二重油圧可変力テンショナ１００の第２ピストン１６０の第１端部１６０ａと整列される。第１表面４０５ａの反対側の第２表面４０５ｂは、第２ピストン１６０に接触する。ハウジング１０２から離れる第２ピストン１６０の移動は、キャップ４０５を移動させ、ばね４０４を圧縮し、これにより、テンショナアーム４０２をチェーンまたはベルトに向かって移動させる。キャップ４０５がＵ字形として示されているが、ばねを捕捉してピストンの端部と接触することができる任意の形状が使用され得る。テンショナ１００は、第２軸方向に延びるボア１０２ｃと平行な第１軸方向に延びるボア１０２ａを有するハウジング１０２を含む。第１軸方向に延びるボア１０２ａ内に摺動可能に受容されるのは、第１ピストン１０３である。第１ピストン１０３は、第１端部１０３ａ、第２端部１０３ｃ、外周１０３ｄ、および閉鎖内側第１端部１０３ｆがある中空内部１０３ｂを備えた本体を有する。外周１０３ｄは、本体の長さに沿って一連のラチェット溝１１２を有し、第２端部１０３ｃ近傍のストップ溝１１３がラチェット溝１１２よりも大きく、ラチェットクリップ１７０を捕捉する。ラチェットクリップ１７０は、第１ピストン１０３がハウジング１０２から離れて移動することによって、ラチェット溝１１２の内部および外部にラチェットまたは拡張／収縮する拡張可能なクリップである。ラチェットクリップ１７０は、テンショナアームまたはシュー４０２が第１ピストン１０３を押すとき、第１ピストン１０３がハウジング１０２に向かって移動することを防止する。
【0006】
第１ピストン１０３の中空内部１０３ｂ内には、第１ピストンばね１０４が存在する。第１ピストンばね１０４は、第１ピストン１０３の閉鎖内側第１端部１０３ｆと接触する第１端部１０４ａまたは体積減少部およびハウジング１０２の第１軸方向に延びるボア１０２ａの低部１０２ｂと接触する第２端部１０４ｂを有する。第１ピストン１０３と第１軸方向に延びるボア１０２ａとの間には、第１圧力チャンバ１１１が形成される。流体は、入口逆止弁１０８を介して第１供給部１０６を介し、第１圧力チャンバに供給される。第１ピストン１０３は、第１ピストンばね１０４の力および第１圧力チャンバ１１１内の油圧によってテンショナアーム４０２を介し、第１ピストンの第１端部１０３ａを通してチェーンを付勢するようにハウジング１０２から外側に付勢される。
【0007】
第２軸方向に延びるボア１０２ｃは、第２ピストン１６０を摺動可能に受容する。第２ピストン１６０は、第１端部１６０ａ、第２端部１６０ｃ、および閉鎖第１端部１６０ｄがある中空内部１６０ｂを備えた本体を有する。
【0008】
中空内部１６０ｂ内には、第２ピストン１６０をハウジング１０２から外側に付勢するための第２ピストンばね１６６が存在する。第２ピストンばね１６６は、第２ピストン１６０の内側部１６０ｂの閉鎖第１端部１６０ｄと接触する第１端部１６６ａ、および第２軸方向に延びるボア１０２ｃの底部１０２ｄと接触する第２端部１６６ｂを有する。第２ピストン１６０は、溝を備えた外周を有することができ、ラチェットクリップを受容することができ、第１ピストンは、滑らかな外周を有することに留意されたい。
【0009】
第２高圧チャンバ１６７は、中空内部１６０ｂおよび第２軸方向に延びるボア１０２ｃによって形成され、その内部には、第２ピストンばね１６６がある。流体は、入口供給部１０９および好ましくは、逆止弁１０７を介して第２高圧チャンバ１６７に供給される。
【0010】
テンショナが新しいチェーンまたはベルトに張力を加えるとき、作動中に、流体は第１入口供給部１０６から入口逆止弁１０８を介して第１圧力チャンバ１１１に供給され、第１ピストンばね１０４のばね力に付加して第１ピストン１０３をハウジング１０２から外側に付勢するだけでなく、ラチェット溝１１２内でラチェットクリップ１７０を移動させ、テンショナアーム４０２を介して閉鎖ループチェーンまたはベルトのスパン（ｓｐａｎ）を付勢する。同時に、第２ピストン１６０も、第２ピストンばね１６６によって第２軸方向に延びるボア１０２ｃから外側に付勢され、流体は、第２入口供給部１０９から入口逆止弁１０７を介して第２圧力チャンバ１６７に供給され、外部ばね４０４を介してテンショナアーム４０２のキャビティ４０２ｃ内でキャップ４０５を介したばね４０４の圧縮を介してテンショナアーム４０２を介して閉鎖ループチェーンまたはベルトのスパンを付勢する。入口逆止弁１０７、１０８は、ばね３０４－付勢されたカップ３０３を含むリテーナ３０２で形成され得る。
【0011】
テンショナが高荷重なしで摩耗されたチェーンまたはベルトに張力を加えるとき、作動中に、流体は第１入口供給部１０６および入口逆止弁１０８を介して第１圧力チャンバ１１１に供給され、第１ピストンばね１０４のばね力に付加して第１ピストン１０３をハウジング１０２から外側に付勢し、テンショナアーム４０２を通して閉鎖ループチェーンまたはベルトのスパンを付勢する。同時に、第２ピストン２６０も第２ピストンばね２６６を介してさらに外側に付勢される。張力も、テンショナアーム４０２上のばね付勢されたキャップ４０５によって維持される。チェーンまたはベルトがさらに磨耗されると、追加の弛みがチェーンまたはベルトスパンに存在するため、第１ピストン１０３および第２ピストン１６０は、チェーンまたはベルトを付勢しかつ張力を適切に加えるためにハウジング１０２からさらに外側に延長する必要がある。テンショナが高い動的チェーン荷重下でチェーンまたはベルトに張力を加える場合、チェーンまたはベルトからの高い周期的動的荷重力は、第１ピストン１０３および第２ピストン１６０をハウジング１０２に向かって内側に、次いでハウジング１０２から外側に交互に押し出す。第２ピストン１６０の内側移動は、逆止弁１０７によって生成された第２圧力チャンバ１６７内の流体圧力によって抵抗され、第２ピストン１６０は、ばね２６６の力によって外側に移動する。これによって、ピストン１６０が「ポンプアップ」し、逆止弁１０７を介して流体を第２ボア１０２ｃ内の第２圧力チャンバ１６７内に引き込む。これは、第２ピストン１６０の第１端部１６０ａがばね付勢されたキャップを介してテンショナアーム４０２上に外向きの力（ｏｕｔｗａｒｄ ｆｏｒｃｅ）を加えて、動的荷重の内向きの力（ｉｎｗａｒｄ ｆｏｒｃｅ）に対向するようにする。
【0012】
動的チェーンまたはベルトの荷重が減少すると、第２圧力チャンバ１６７内の流体が第２軸方向に延びるボア１０２ｃを通ってまたは通気孔を通ってエンジンに漏出される。このような漏出は、第２圧力チャンバ１６７内に存在する平均圧力を減少させる。
【0013】
すべての作動条件において、第２圧力チャンバ２６７内の圧力は、ばね付勢されたキャップ内に最小予圧を維持するためにポンプアップされることに留意されたい。ばね４０４の力または予圧が低くなりすぎると、第２ピストン１６０は、第２ピストンばね１６６および第２圧力チャンバ１６７の圧力によってハウジング１０２から外に移動し、入口逆止弁１０７を介してより多くのオイルを引き込む。
【0014】
したがって、第１軸方向に延びるボア１０２ａ内の第１ピストン１０３は、チェーンスパンまたはベルトの支配的な減衰を提供し、第２軸方向に延びるボア１０２ｃ内の第２ピストン１６０は、外部ばね１６１を通して支配的かつ自動的に調節されるばね力を提供する。本発明のテンショナは、チェーンまたはベルト制御を犠牲にすることなく、チェーンまたはベルト張力をできるだけ低く維持するように平均張力を自動的に調整し、新しいチェーンまたはベルト条件および動的荷重による条件で駆動効率を顕著に改善する。
【0015】
エンジン始動またはエンジン故障中、第２高圧チャンバ１６７には圧力が存在せず、第２ピストン１６０が底を打つか、または第２端部１６０ｃがボア１０２ｄの底に当たり、大きな騷音を引き起こす。図４は、テンショナアーム４０２のキャビティとキャップ４０５との間に受容されたばね４０４の１つの配列の拡大図を示す。ばね４０４は、好ましくは、テンショナアーム４０２の一体型フランジ４０７を囲む。ばね４０４は、好ましくは、セットにグループ化され得る複数の皿ばねまたは円錐形ディスクばね（ｃｏｎｅｄ ｄｉｓｃ ｓｐｒｉｎｇ）である。皿ばねは、本質的に円錐台（ｆｒｕｓｔｏ－ｃｏｎｉｃａｌ）形のワッシャー（ｗａｓｈｅｒ）のような形状をしており、軸に沿って静的または動的にローディングされ得る円錐形のシェル（ｃｏｎｉｃａｌ ｓｈｅｌｌ）である。皿ばねは、好ましくは、図７ｃに示したように中央開口部５０６および縁部５０５を備えた外周を有する。
【0016】
複数の皿ワッシャーを積層して、ばね定数（またはばねレート）またはたわみ量を変更するのが好ましい。個々のばねまたはばねセットを同じ方向に積層することは、ばね定数を並列に（上下に並べで同じ方向に）追加して、より堅いジョイント（同じたわみを有する）を生成するであろう。個々のばねまたはばねセットを交互の方向（異なる方向）に積層することは、共通のばねを直列に追加することと同じであり、ばね定数が低くなり、たわみが大きくなる。混合およびマッチング方向は、特定のばね定数およびたわみ能力を設計することを可能にする。
【0017】
図４では、キャップ４０５を付勢する４００Ｎ／ｍｍのばねレートを有するテンショナアームが示されている。示したように、各々のセット５１０、５１１、５１２、５１３が２つのばねを含む４セットの皿ばねセットまたは円錐形ディスクばねは、交互の方式（第１方向、第２方向、第１方向、第２方向など．．．）に積層されており、ここで、２つのばね５０４ａ、５０４ｂを含む第１皿ばねセット５１０が第１方向に積層され、２つのばね５０４ｃ、５０４ｄを含む第２皿ばねセット５１１が第１方向と反対の第２方向に積層され、２つのばね５０４ｅ、５０４ｆを含む第３皿ばねセット５１２が第１方向に積層され、２つのばね５０４ｇ、５０４ｈを含む第４皿ばねセット５１３が第２方向に積層される。第１方向のばねセット５１０、５１２は、ばねの外周の縁部５０５が図７ａに示したように、中心軸Ｃに対してばねの中心穴５０６の下に延びるように配向される。第２方向のばねセット５１１、５１３は、ばねの外周の縁部５０５が図７ｂに示したように、中心軸Ｃに対してばねの中央開口部５０６の上に延びるように配向される。したがって、図４に示したように、第１皿ばねセット５１０（第１方向）の中央開口部５０６を囲む領域５０７は、第２皿ばねセット５１１（第２方向）の中央開口部５０６を囲む領域５０７と接触する。
【0018】
第３皿ばねセット５１２の外周の縁部５０５は、第２皿ばねセット５１１の外周の縁部５０５と接触し、第３皿ばねセット５１２の中央開口部５０６を囲む領域５０７は、第４皿ばねセット５１３の中央開口部５０６を囲む領域５０７と接触する。この実施形態では、第１皿ばねセット５１０はキャップ４０５に隣接し、第４皿ばねセット５１３はテンショナアーム４０２の本体に隣接する。
【0019】
図５は、キャップ４０５を付勢する１５０Ｎ／ｍｍのばねレートを有するテンショナアーム４０２を示す。この配列では、各々のセット５１５、５１６、５１７がセット内に２つのばねを有する３つのセットの皿または円錐形ディスクばねが交互の方式（第１方向、第２方向、第１方向、第２方向など．．．）に積層されている。２つのばね５２０ａ、５２０ｂを含む第１皿ばねセット５１５は、セット内で第１方向および第２方向に積層され、２つのばね５２０ｃ、５２０ｄを含む第２皿ばねセット５１６は、セット内で第１方向および第２方向に積層され、２つのばね５２０ｅ、５２０ｆを含む第３皿ばねセット５１７は、セット内で第１方向および第２方向に積層される。この実施形態では、６つの個別のばねがキャップ４０５とボア４０２ｃ内のテンショナアーム４０２の本体との間に交互の方向に積層される。上述のように、第１方向では、ばねは、ばねの外周の縁部５０５が図７ａに示したように、中心軸Ｃに対してばねの中心穴５０６の下に延びるように配向され、第２方向では、ばねは、ばねの外周の縁部５０５が図７ｂに示したように、中心軸Ｃに対してばねの中央開口部５０６の上に延びるように配向される。
【0020】
図６は、１００Ｎ／ｍｍのばねレートを有するテンショナアームを示す。この配列では、各々のセット５１５、５１６、５１７、５１８がセット内で２つのばねを有する４セットの皿または円錐形ディスクばねが交互の方式（第１方向、第２方向、第１方向、第２方向など．．．）に積層されている。２つのばね５２０ａ、５２０ｂを含む第１皿ばねセット５１５はセット内で第１方向および第２方向に積層され、２つのばね５２０ｃ、５２０ｄを含む第２皿ばねセット５１６はセット内で第１方向および第２方向に積層され、２つのばね５２０ｅ、５２０ｆを含む第３皿ばねセット５１７はセット内で第１方向および第２方向に積層され、２つのばね５２０ｇ、５２０ｈを含む第４皿ばねセット５１８はセット内で第１方向および第２方向に積層される。この実施形態では、８つの個別のばねがキャップ４０５とボア４０２ｃ内のテンショナアーム４０２の本体との間に交互の方向に積層される。上述のように、第１方向では、ばねは、ばねの外周の縁部５０５が図７ａに示したように、中心軸Ｃに対してばねの中心穴５０６の下に延びるように配向され、第２方向では、ばねは、ばねの外周の縁部５０５が図７ｂに示したように、中心軸Ｃに対してばねの中央開口部５０６の上に延びるように配向される。
【0021】
アームばねの剛性は、一次ピストンと二次ピストンの間の動的荷重分配に影響するため、ばねは、一次ピストンからの減衰（ｄａｍｐｉｎｇ）を最適化するように追加調整され得る。
【0022】
したがって、本明細書に記載された本発明の実施形態は、本発明の原理の適用を単に例示するものであることを理解されたい。例示された実施形態の詳細を本明細書で言及することは、特許請求の範囲を限定することを意図するものではなく、本発明に必須であるとみなされる特徴をそれら自体列挙するものである。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7a】
【図7b】
【図7c】