JP2004537699A - 一体的パルスリングを備えたクランクシャフトダンパと製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、クランクシャフトダンパに関し、特に一体的パルスリングを備えたクランクシャフトダンパとこれを製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
レシプロ内燃機関は一般に、その中に、動力を出力するためのクランクシャフトを備える。エンジン補機(engine accessory components)は、クランクシャフトの一端に設けられたプーリに連結されたベルトによって駆動される。運転中クランクシャフトは、エンジンの往復運動の特質により様々なモードで振動する。このような振動は、運転と長期の信頼性に悪い影響を及ぼす。したがって、クランクシャフトの振動を減衰するために粘弾性ダンパがクランクシャフトプーリに組み込まれることがある。このような、プーリと粘弾性ダンパの組み合わせは、単に「クランクシャフトダンパ」と呼ばれる。クランクシャフトダンパは一般に、内側ハブと外側プーリを備える。外側プーリは通常内側ハブに粘弾性エラストマリング(viscoelastic elastomeric ring)により取り付けられる。
【0003】
あるアプリケーションにおいては、クランクシャフトダンパは、エンジンの点火のタイミングを取るために、パルスリングすなわちタイミングギアを備える。パルスリングはエンジンに取り付けられたセンサの前で回転する。パルスリングは通常、例えばシリンダのTDCを示すために基準点として間隙(gap)を備える。パルスリングは通常クランクシャフトダンパの外側プーリに取り付けられる。しかし、ハブのプーリに対する振動と相対運動はエラストマリングにより小さくできるが、外側プーリにおけるパルスリングの位置の正確な検出は、なお悪い影響を受ける可能性がある。したがって、極めて精密なアプリケーションでは、パルスリングは内側ハブに取り付けられ、そしてクランクシャフトにリジッドに組み立てられる。しかし、従来のパルスリングは、圧入、溶接、あるいは他の方法で内側ハブに取り付けられる別個独立した部品である。
【0004】
この技術の代表は、ヒンマローダ(Himmeroeder)の米国特許第5,203,223号(1993)であり、板金(sheet metal)からなる単一の円形シートから作られる常温成形ギア(cold-former gear)を開示する。
【0005】
また、ハマイカーズ(Hamaekers)の米国特許第5,966,996号(1999)も、この技術の代表であり、互いに粘弾性層により分離された少なくとも2つの金属機械要素(metal machine elements)を含む環状機械部品(annular machine part)を開示する。別個独立に製造された延出部品(extension piece)が、機械要素の一つから突出する。
【0006】
また、この技術の代表は、内側ハブとエラストマリングにより結合された外側リングを備えるフロウデンベルグノック(Freudenberg NOK)により製造されたクランクシャフトダンパである。パルスリングは内側ハブに圧入される。
【0007】
従来技術のパルスリングは、内側ハブと一体的ではなく、それらは内側ハブあるいはダンパから外れ得る。
【0008】
必要とされているのは、一体的パルスリングを備えたクランクシャフトダンパである。必要とされているのは、一体的パルスリングが内側ハブにおいてフロー成形された(flow formed)一体的パルスリングを備えるクランクシャフトダンパである。本発明はこれらの要求に合致する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
一体的パルスリングを備えたクランクシャフトダンパを提供することが本発明の特徴である。
【0010】
本発明の他の特徴は、一体的パルスリングが内側ハブにおいてフロー成形された一体的パルスリングを備えたクランクシャフトダンパを提供することにある。
【0011】
本発明の他の目的は、本発明の以下の説明と添付された図面により指摘され明らかとされる。
【0012】
本発明は、一体的パルスリングを備える改良されクランクシャフトダンパを備える。クランクシャフトダンパは、エラストマの連結部材を各々の間に介装した内側ハブと外側プーリとを備える。エラストマ部材はクランクシャフトの振動を減衰する。一体的パルスリングは、板金打抜板(sheet metal blank)をフロー成形(flow forming)することにより内側ハブの一部として製造される。
【0013】
この明細書に組み込まれその一部を構成する添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するのに用いられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明のダンパの従来技術に対する改良点は、多くの折り曲げにある。本発明のダンパは、従来技術における2つの分離された部品とは全く異なり、フロー成形された一体的パルスリングを用いることにより、より高いタイミング精度の達成を可能とする。これは、内側ハブとプーリに対するパルスリングの位置精度を径方向及び横方向双方に対して著しく向上する。これは同様に、タイミングをとる目的のためのクランクシャフト位置測定精度を向上する。また、連結部材を収容するためのより精密な寸法の隙間がリングとプーリとの間に達成され、より良い繰り出しと同心性が達成される。本発明のダンパはさらに、従来技術の構成よりも強度がある。本発明のパルスリングは、従来技術のように内側ハブから外れることがない。製造に当たっては、本発明のダンパは、従来技術に比べて部品数が少なく、少ない組立作業しか必要としない。本発明のダンパはフロー成形されることから、このパルスリングの品質は従来技術で製造されたパルスリングに勝る。
【0015】
図1は本発明のクランクシャフトダンパの断面図である。本発明のクランクシャフトダンパ100は金属材料から成形され、内側部材すなわちハブ110と外側部材すなわちリング120を備える。可撓性連結部材14は内側ハブ110と外側リング120との間に嵌め込まれる。好ましい実施形態では、連結部材14は、粘弾性、エラストマリングである。エラストマリング14は、SBR、NBR、HNBR、EPDM、VAMAC、EVMやこれらの混合物であってもよいが、これらに限定されるものではない。
【0016】
内側ハブ110はセンタハブ10を備える。センタハブ10は、クランクシャフト(図示せず)が挿入されるボア11を備える。内側ハブ110は、インタフェースリング13が形成されるウェブ12を更に備える。線C−Cは回転軸であるとともに本発明のダンパの中心線である。C−Cはクランクシャフト中心線(図示せず)に直列する。またC−Cは図2、図4(a)〜4(g)、図5(a)〜5(d)、図8(a)〜8(j)、そして図9(a)〜9(c)に図示される。
【0017】
パルスリング17は、内側ハブ110と一体的にフロー成形される。パルスリング17は、本発明のダンパの回転軸C−Cに略垂直に延在する。パルスリング17の外周縁は、タブすなわち歯18を備える。歯18はパルスリング17から放射状に延出する。運転中は、本発明のダンパがクランクシャフトにおいて回転しているとき、歯18はエンジン(図示せず)に設けられたセンサにより、エンジンの点火のタイミングを取るために検出される。
【0018】
外側リング120はプーリ15を備える。プーリ15は、連結部材14により内側ハブ110に係合される。この実施形態では、外側リング120はこの技術分野で知られている方法で鋳造される。連結部材14と任意の適切な形状を備え得るプーリ内側面20とを連結する外側インタフェースリング面19は、弧状曲面を含む。面19と面20と部材14は、ユーザによって要求され得る他の協働的な形状であってもよく、波節(nodes)や波面(undulations)を含む。面19と面20は、さもなければ、前述された形状(profile)が組み込まれた実質的な円筒形状である(図3参照)。プーリ15は、マルチリブド形状(multi-ribbed profile)16を持つベルトベアリング面を備える。またベルトベアリング面16は、歯付形状(toothed profile)すなわちV−ベルト形状(v-belt profile)であるかもしれない。
【0019】
ウェブ12の基準面(plane)P1は、ベルトベアリング面の基準面(plane)P2−P2から距離D1オフセットされる。この片持梁構造は、ベルトベアリング面16がエンジンに向けて引っ込められることを可能にし、これによりエンジン前方においては、小さいクリアランスしか要求されない。
【0020】
図2は、本発明のクランクシャフトダンパの断面図である。プーリ25を備える外側リング130は、この実施形態では、この分野で知られている方法でスピン(spun)すなわちフロー成形される。ベルトベアリング面26はマルチリブド形状を備え、プーリ25の外側面にスピンすなわちフロー成形さる。またベルトベアリング面16は、歯付形状すなわちV−ベルト形状であってもよい。面30は面19と協働する。他の全ての構成部品は図1において説明されたものと同様である。
【0021】
ウェブ12の基準面P1は、ベルトベアリング面の基準面P2−P2から距離D1オフセットされる。この片持梁構造は、ベルトベアリング面26がエンジンに向けて引っ込められることを可能にし、これによりエンジン前方において、小さいクリアランスしか要求されない。
【0022】
図3は本発明のクランクシャフトダンパの正面図である。歯18は、パルスリング17の周縁の回りに延出する。外側リング120は、内側ハブ110と部材14を介して係合する。タイミング手段すなわち歯18における間隙30は、センサ(図示せず)により検出されるタイミング基準点を歯18の間に備える。間隙30は、センサにより検出され得る歯18の中における不連続性の如何なる形態であってもよい。歯18は外周縁の輪郭16を超えて延出する。
【0023】
図4(a)、4(b)、4(c)、4(d)、4(e)、4(f)、4(g)は、製造経過を追った軸C−Cに沿った半断面図である。図4(a)は、打抜きのステップを示す。板金打抜板1000は、既知の方法で円形状に打抜かれ切断される。その後それは回転マンドレルに取り付けられる。
【0024】
図4(b)は、ここにその全体が組み入れられるクッズシャー等(Kutzscher et al.)の米国特許第5,987,952号に開示された方法を含むこの分野で知られた工程によりスピン成形された閉ボアセンタハブ(closed bore center hub)10を示す。図7(a)、7(b)、7(c)は、閉ボアすなわち盲ボアを備えたハブの成形過程(formation)を示す断面図である。図7(a)を参照すると、ハブは回転環状円盤(spinning annular disc)、すなわち回転マンドレルMによって支持される打抜板1000によって成形される。二次成形プロフィール(forming profile)RA1を有するローラRAは、打抜板1000の片面1010に接して、径方向内側に方向SRに向けて移動され、これにより、打抜板の部分64をマンドレルに接しながら内側に移動してハブ10を形成する。ローラRBは、成形過程において、マンドレルに接して打抜板1000の外周縁を適切な位置に保持する。ローラRBは、マンドレルMが回転するにしたがって、打抜板1000及びマンドレルMの上を転がる。図7(b)は、ローラRAの方向SR2への更なる前進を示し、これにより部分64をマンドレルポストMPに向けて内側に移動する。図7(c)は完全に成形されたハブ10を示す。図7(c)では、ローラRCが、ハブ10を最終形状に適合させている状態が示される。ローラRCは、完成されたハブ10の円筒形状が適切に成形されるように、ローラRAとは異なる二次成形プロフィールRC1を持つ。
【0025】
ボア11は、盲すなわち閉ボアであるため、径D1は、径D2よりも大きい(図1参照)。そして、ボルト等のファスナ(図示せず)が、本発明のダンパをシャフト(図示せず)に締結するために、穴11aを通して挿入されてもよい。本発明のダンパに、盲ボアを持たないハブを代わりに用いてもよく、このときダンパをクランクシャフト(図示せず)に固定するのにキーが用いられる。説明されたダンパのシャフトへの締結方法は、例示したに過ぎず、ダンパがシャフトに締結される方法を限定したものではない。
【0026】
図4(c)はインタフェースリング13とパルスリング17の成形過程(formation)を示す。この工程は更に図5(a)〜図5(d)において示される。
【0027】
図4(d)は、この分野で知られている成形された面に施される機械加工を示す。ゴムインタフェース面19は、エラストマ部材14との適正な係合のための所定の仕上げを得るために機械加工される。エポキシ(epoxy)によるコーティングや塗装など、既知の処理を適切な表面仕上げに適用してもよい。
【0028】
図4(e)は、孔抜きステップを示す。歯18とウェブ開口27(図3参照)は、孔抜きにより形成される。孔抜きには、ウェブ開口27を形成するために内側ハブ110から金属を取り除き、そして歯18を形成するためにパルスリング17から金属を取り除く、全ての既知の打抜き工程が含まれる。また歯18は、既知の方法で、スピンすなわちフロー成形されてもよい。
【0029】
図4(f)は、インタフェースリング13に連結部材エラストマリング14によって係合される外側リング120を示す。このステップでは、外側リング120と内側ハブ110は相対的に固定された位置に保持される。部材14はその後、リング120とハブ110との間で押圧される。部材14は、部材14の外側リング120と内側ハブ110との係合を促進するために、内側ハブと外側リングとの間で、厚さの約>0%から約50%の範囲において幾分圧縮された状態にある。部材14を内側ハブ110と外側リング120の間に固定するために、接着剤が既知の方法により使用されてもよい。
【0030】
図4(g)は、この分野における既知の方法でセンタハブ10を完成する最終機械加工のステップを示す。これは、機械加工、塗装またはコーティングによる所定の表面仕上げの適用を含む。
【0031】
図5(a)、5(b)、5(c)、5(d)は、製造工程の軸C−Cに沿った半断面図である。図4(b)に示された形状は更に、成形プロフィールRP1を有し、打抜板1000の集積部(gathered portion)1050を形成するために径方向内側に向け、方向DR1に移動するローラR1によって成形される。集積部1050は、マンドレル部M1とM2に接して集められる。集積部1050は、その後、回転プロフィールRP2を有し、径方向内側に向け、方向DR2に移動するローラR2によって分割されると同時に、部分1050は、ローブ(lobe)1060を形成するように延ばされる(図5(b)参照)。ローブ1060はマンドレル部M2に接して集められる。次に、ローブ1060は、方向DR3、その後方向DR4に移動するローラR3によって引き延ばされる。回転プロフィールRP3を有するローラR3は更に、マンドレル部MR2に接して、インタフェースリング1300とパルスリング1700の大まかな形状にローブ1060を成形する(図5(c)参照)。ローブ1060内側面1301は、図5(c)の伸張ステップの間、マンドレル部MR2によって支持される。次に、回転プロフィールRP4を有するローラR4を用いた最終的な引き延ばし成形が、インタフェースリング13とパルスリング17に最終的な形状を与え、これには面19が含まれる(図4(d)参照)。ローラR4は、パルスリング17のための平坦面1701を形成するために、方向DR5に移動し、これによりリング17の放射状に延出する最終的な部材形状を形成する(図5(d)参照)。
【0032】
図6は、本発明のダンパにおける内側ハブの断面斜視図である。内側ハブ110は、センタハブ10を備える。センタハブ10は、クランクシャフト(図示せず)を挿入できるボア11を備える。内側ハブ110は更に、インタフェースリング13が形成されるウェブ12を備える。パルスリング17は、ここで説明されるように、内側ハブ110と一体的に成形される。パルスリング17の外周縁は、タブすなわち歯18を備える。運転中、歯18は間隙30と同様に、エンジン(図示せず)に設けられたセンサにより検出される。
【0033】
図8(a)、8(b)、8(c)、8(d)、8(e)、8(f)、8(g)、8(h)、8(i)、8(j)は、製造経過を追った軸C−Cに沿った半断面図である。図8(a)は、打抜きのステップを描く。板金打抜板2000は、既知の方法で円形状に打抜かれ、すなわち切断される。それはその後回転マンドレルに取り付けられる。
【0034】
図8(b)、ここにその全体が組み入れられるクッズシャー等(Kutzscher et al.)の米国特許第5,987,952号に開示された方法を含むこの分野で知られた処理によりスピン成形された閉ボアセンタハブ(closed bore center hub)10を示す。図7(a)、7(b)、7(c)は、この中の他の場所で記述されるように、閉ボアすなわち盲ボアを備えたハブの成形過程(formation)を示す断面図である。
【0035】
図8(c)は、一部成形された円盤のプレス成形を示す。オフセット2001は、既知の処理により、ダンパウェブ12へとプレスされる。
【0036】
図8(d)、8(e)、8(f)は、インタフェースリング13とパルスリング17の成形過程を示し、これは図9(a)、9(b)、9(c)においてより完全に示される。
【0037】
図8(g)は、この分野で知られているように、成形された面に施される機械加工を示す。ゴムインタフェース面19は、エラストマ部材14との適正な係合のために機械加工される。所定の表面仕上げが、エポキシ(epoxy)によるコーティングや塗装など、既知の処理によって適用されてもよい。
【0038】
図8(h)は、孔抜きステップを示す。歯18とウェブ開口27(図3参照)は、穴抜きにより形成される。孔抜きには、ウェブ開口27を形成するために内側ハブ110から金属を取り除き、そして歯18を形成するためにパルスリング17から金属を取り除く、全ての既知の打抜き工程が含まれる。また歯18は、既知の方法で、スピンすなわちフロー成形されてもよい。
【0039】
図8(i)は、インタフェースリング13に連結部材エラストマリング14によって係合される外側リング120を示す。このステップでは、外側リング120と内側ハブ110は相対的に固定された位置に保持される。部材14はその後、リング120とハブ110との間で押圧される。部材14は、部材14の外側リング120と内側ハブ110との係合を促進するために、内側ハブと外側リングとの間で、厚さの約>0%から約50%の範囲において幾分圧縮された状態にある。部材14を内側ハブ110と外側リング120の間に固定するために、接着剤が既知の方法により使用されてもよい。
【0040】
図8(j)は、この分野における既知の方法でセンタハブ10を完成する最終機械加工のステップを示す。これは、機械加工や塗装による所定の表面仕上げの適用を含む。
【0041】
図9(a)、9(b)、9(c)は、製造工程の軸C−Cに沿った半断面図である。図8(c)に示されたダンパ抜板は、回転マンドレル部M3とM4の間に固定される。図8(c)に示された形状は更に、成形プロフィールRP5を有し、打抜板2000のアール部(radius portion)2002を形成するために実質的に径方向内側に向け、方向DR6に移動するローラR5によって成形される。弧状アール部2002は、ローラR5の動きにより、マンドレル部M4に接して成形される。アール部2002は、その後回転プロフィールRP5を有し、パルスリング17の大まかな形状を作るために実質的に径方向外側に向け、方向DR7に移動するローラR5によって引き延ばされる。図9(b)を参照すると、方向DR8に移動するローラR5は、その後パルスリング17と、マンドレル部MR3とMR4に接してインタフェースリング13の大まかな形状2003を完成する。図9(c)では、回転プロフィールRP6を有するローラR6が、更にパルスリング17を平らにし、インタフェースリング13の最終形状、特に面19を与えるために、実質的に径方向内側に向け、方向DR9に移動する。
【0042】
この別の実施形態では、オフセット2001はインタフェースリングと、ベアリング面16、26の実質的に中心に置かれ、放射状に配列される(図1、2、8(i)、8(j)参照)。これは、ベルトベアリング面のダンパウェブに対する配置において、この方法が様々に利用できることを示している。これは同様に、エンジンコンパートメント内の利用可能な空間の使用を最適化するようにユーザがフロー成形されたダンパを設計することを可能にする。
【0043】
ここでは、本発明の1つの形態について説明されたが、当業者にとっては、ここで説明された本発明の精神と範囲を逸脱することなく、その構成や構成部の関係を様々に変形できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図1】本発明のクランクシャフトダンパの断面図である。
【図2】本発明のクランクシャフトダンパの断面図である。
【図3】本発明のクランクシャフトダンパの正面図である。
【図4】製造経過を追った半断面図である。
【図5】製造過程の半断面図である。
【図6】本発明のダンパの内側ハブの断面斜視図である。
【図7】閉ボアを有するハブの製造過程の断面図である。
【図8】製造経過を追った半断面図である。
【図9】製造過程の半断面図である。
Claims (14)
- 外側に実質的円筒面を有する内側部材と、
内側に実質的に円筒面を有する外側部材とを備え、
前記内側部材の外側面と前記外側部材の内側面が可撓性連結部材により連結され、
前記内側部材が更に、一体的放射状延出部材を備え、前記一体的放射状延出部材が前記内側部材の外周縁の周りから延出する複数の離間されたタブを備える
ことを特徴とするダンパ。 - 前記内側部材が更に、シャフトを係合するためのハブを備えることを特徴とする請求項1に記載のダンパ。
- 前記外側部材が更に、所定の形状を有するベルトベアリング面を備えることを特徴とする請求項2に記載のダンパ。
- 前記ベルトベアリング面がマルチリブド形状であることを特徴とする請求項3に記載のダンパ。
- 前記ハブが更に、シャフトを係合するためのボアを形作ることを特徴とする請求項2に記載のダンパ。
- 前記可撓性連結部材がエラストマ素材であることを特徴とする請求項1に記載のダンパ。
- 更に、センサにより検出される不連続性を備えることを特徴とする請求項1に記載のダンパ。
- 前記不連続性が隣接するタブ間の間隙であることを特徴とする請求項7に記載のダンパ。
- 回転マンドレルに支持された第1環状円盤をスピン成形することにより第1リングを成形する工程であって、前記第1円盤の一面に接して第1ローラを径方向内側に移動し、ハブを形成するために第1円盤の一部をマンドレルに接して内側方向に移動させ、第1環状円盤端部に接して第2ローラを径方向内側に押圧し、前記第1環状円盤の集積部を形成し、前記集積部をローラの径方向内側への移動により分割すると同時に前記集積部からローブを形成し、前記ローブを第2ローラの径方向外側への移動により引き延ばし同時に前記集積部の一部を支持し、これにより同時に実質的に前記第1リングの回転軸に垂直な放射状延出部材を形成する工程と、
前記放射状延出部材の外周縁の周りから延出する複数のタブを成形する工程と、
回転マンドレルに支持された第2環状円盤をスピン成形することにより第2リングを成形する工程であって、第2環状円盤端部に接して第1ローラを径方向内側に移動して前記第2環状円盤の集積部を形成し、所定の輪郭を有するローラを前記集積部に接して押圧し第2環状リング外側面に所定の輪郭を形成する工程と、
可撓性連結部材を前記第1リング及び前記第2リングの間に係合させることにより前記第1リングを前記第2リングに連結する工程と
を備えるクランクシャフトダンパ成形方法。 - 前記連結部材がエラストマ素材であることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 更に、前記第1リングの外側面に所定の形状を形成し、前記第2リングの内側面に前記第1リングの外側面の形状と協働する所定の形状を形成する工程を備えることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記第2リングの外側面にマルチリブド形状を形成する工程を備える請求項10に記載の方法。
- 前記タブを形成するための打抜き工程を備えることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記複数のタブの中に間隙を形成する工程を備えることを特徴とする請求項9に記載の方法。
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