KR20080113423A

KR20080113423A - 플렉서블 드라이브를 위한 텐셔너

Info

Publication number: KR20080113423A
Application number: KR1020087025707A
Authority: KR
Inventors: 존 알. 앤책; 제임스 더블유. 델; 제럴드 제이. 해머스; 펑 류
Original assignee: 리텐스 오토모티브 파트너쉽
Priority date: 2006-03-22
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-12-30
Also published as: WO2007106971A1; CN101421540B; US20100234155A1; CA2644684C; EP1996835A4; JP2009530553A; BRPI0621519B1; US8142314B2; EP1996835A1; KR101322173B1; US8485925B2; EP1996835B1; CA2644684A1; BRPI0621519A2; US20120115657A1; CN101421540A; JP5242544B2

Abstract

본 발명에 따른 텐셔너는 가공 작업 필요없이 바람직하게는 다이 캐스팅과 같은 적합한 제조 공정에 의해 제조된 스핀들 및 텐셔너 아암을 채용한다. 텐셔너의 편향 스프링은 원형 단면의 와이어로 감겨진 비슷한 스프링에 비해 스프링의 스프링력을 증가시키기 위해 비원형 단면을 가진 와이어로 감기며, 텐셔너 아암이 플렉서블 드라이버로부터 이격되도록 이동함에 따라 편향 스프링의 직경은 확장되고 코일은 텐셔너 아암의 벽과 접촉하도록 완충 슈에 압력을 가하여 완충력을 생성한다. 본 텐셔너는 조립이 간단하고, 생성 편향력에 대해 적은 패키지 체적을 요한다.

플렉서블 드라이버, 텐셔너, 텐셔너 아암, 편향 스프링, 부싱, 완충 슈, 다이 캐스팅

Description

플렉서블 드라이브를 위한 텐셔너{TENSIONER FOR FLEXIBLE DRIVES}

본 발명은 플렉서블 드라이브(flexible drives)를 위한 텐셔너(tensioner)에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 감소된 패키지 체적(package volume) 및/또는, 저렴한 제조가 및/또는, 단순화된 조립을 제공하는 텐셔너에 관한 것이다.

플렉서블 드라이브 시스템(flexible drive system), 특히 내연엔진 상의 액세서리 드라이브 시스템(accessory drive system)을 포함하는 플렉서블 드라이브 시스템을 위한 텐셔너는 공지되어 있다. 이러한 텐셔너는 통상적으로 고부 벨트인 플렉서블 드라이브를 향해 편항된 풀리(pulley)를 포함한다. 풀리는 스프링에 의해 플렉서블 드라이브를 향해 (긴장시키는 방향) 편향된 아암(arm)에 장착되며, 아암은 또한 아암 및/또는 플렉서블 드라이브의 요동을 억제하는 완충력을 생성하기 위한 수단을 포함한다.

이러한 공지된 텐셔너들은, 그들이 설치되는 엔진 또는 기타 장치 상에 상당한 유효 장착 체적(패키지 체적)을 요구하여, 비교적 크다는 단점이 있다.

또한, 요동을 감소시키기 위해 플렉서블 드라이브로부터 이격되는 텐셔너 아암의 운동(긴장 해제 방향, de-tensioning direction)을 완충시키는 것은 바람직한 반면, 플렉서블 드라이브를 향한 텐셔너 아암의 운동(긴장 방향)을 완충시키는 것 은 텐셔너의 긴장 유지 능력을 억제하며, 따라서 바람직하지 않다.

또한, 마찰 완충(frictional dampening)을 제공하는 종래의 텐셔너는 통상적으로 텐셔너 아암의 변위량과는 독립적으로, 실질적으로 일정한 마찰력을 제공한다. 하지만, 마찰 완충력은, 일정한 것 보다는 텐셔너 아암이 플렉서블 드라이브로부터 이격되도록 이동함(긴장 해제 방향)에 따라 증가되는 것이 바람직하다.

더욱이, 종래의 텐셔너의 제조 및 조립은, 복수의 조립 단계를 거치고 몇몇 부품에 대한 가공 작업 및 특수 조립 기구를 필요로 하고, 텐셔너의 제조 비용을 상승시켰다.

비교적 큰 장력(tensioning force)를 제공할 수 있는 반면, 패키지 체적은 비교적 작고, 비교적 제조와 조립이 용이한 텐셔너가 요구된다.

본 발명의 목적은, 종래기술의 문제점들 중 하나 이상을 제거 또는 완화시키는 플렉서블 드라이브를 위한 신규한 텐셔너를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 실시태양에 따르면, 플렉서블 드라이브를 긴장시키기 위한 텐셔너가 제공된다. 텐셔너는 스핀들(spindle) 및 텐셔너 아암(tensioner arm)을 가진다. 스핀들은 엔진 표면 상에 장착되도록 구성된 기저부(base)를 가진다. 텐셔너 아암은 제1 축을 중심으로 회전 운동하기 위해 스핀들 위에 장착된다. 텐셔너 아암은 제2 축을 중심으로 회전 가능하게 장착된 풀리를 가지고, 제1 축은 제2 축과 이격되며 이에 평행하다. 편향 코일 스프링은 스핀들과 텐셔닝 아암 사이에서 작용하여, 텐셔닝 아암을 강제하여 텐셔닝 아암이 제1 축을 중심으로 긴장 방향(tensioning direction)으로 회전하게 하고 텐셔너 아암과 풀리를 편향시켜 플렉서블 드라이브와 긴장상태를 유지하며 맞물림되도록 한다. 부싱은 텐셔너 아암과 스핀들 사이에 장착되어, 텐셔너 아암이 스핀들을 중심으로 피벗(pivot)되도록 하고 스핀들을 중심으로 한 텐셔너의 운동을 완충시키는 제1 마찰력을 제공한다. 완충 슈(dampening shoe)는 스프링과 텐셔너 아암 사이에 장착된다. 스프링 코일이 확장 및 수축될 때, 완충 슈는 텐셔너 아암과 마찰 맞물림 및 맞물림해제 되도록 강제되며 각각 변동하는 제2 마찰력을 제공한다. 제1 마찰력 및 제2 마찰력은 더해져서 가변적인 완충력을 가진 텐셔너를 제공한다.

바람직하게는, 텐셔너 아암은 다이 캐스트(die cast)되고 편향 스프링의 단부면을 수용하는 캐스트된 경사진 부분(cast inclined portion)를 포함하며, 또한 편향 스프링의 단부가 맞닿아 접촉하는 캐스트된 정지부(cast stop)를 포함한다. 또한 바람직하게는, 스핀들은 다이 캐스트되고 편향 스프링의 단부가 맞닿아 접촉하는 캐스트된 정지부를 포함한다. 또한 바람직하게는, 완충 슈는 편향 스프링의 나선형 표면(helical surface)을 수용하는 경사진 성형 부분(molded inclined portion)을 포함한다. 또한 완충 슈에 의해 제공되는 마찰력은 텐셔너 아암이 제1 위치로부터 이동됨에 따라 증가하는 것이 바람직하다. 또한, 마찰력은 텐셔너가 제1 위치로 복귀함에 따라 빠르게 감소하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 가공 작업을 할 필요없이 바람직하게는 다이 캐스팅 또는 유사한 제조 기술로 제조되는 스핀들 및 텐셔너 아암을 채용하는 텐셔너를 제공한다. 바람직하게는, 텐셔너의 편향 스프링은, 단면이 원형인 와이어 코일로 형성된 비슷한 스프링에 비해 스프링력을 증가시키기 위해 단면이 비-원형인 와이어로 형성된 코일을 포함한다. 텐셔너 아암과 풀리가 긴장 해제 방향으로, 플렉서블 드라이브로부터 이격되도록 이동할 때, 스프링의 직경은 확장되고 코일은 완충 슈의 적어도 일부분에 압력을 가하여 텐셔너 아암의 벽과 접촉시키고 완충력을 생성한다.

텐셔너는 조립이 간단하고, 생성하는 편향력 및 완충력에 대해 비교적 작은 패키지 체적을 요한다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 단순한 예시로써, 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도1은 본 발명에 따른 텐셔너의 저면 및 측면을 도시하는 분해도이다.

도2는 도1의 텐셔너의 상면 및 측면을 도시하는 분해도이다.

도3은 도1의 텐셔너의 텐셔너 아암(tensioner arm), 편향 스프링(biasing spring) 및 부싱(bushing)의 일부를 도시하는 측면 사시도이다.

도4는 도3의 4-4선을 따라 취한 횡단면도이다.

도5는 도1의 텐셔너의 편향 스프링과 부싱의 조립체의 측면 사시도이다.

도6은 도1의 선6-6을 따라 취해진 단면도이다.

도7은 본 발명에 따른 다른 텐셔너의 상면 및 측면을 도시하는 분해도이다.

도8은 도7의 텐셔너의 저면 및 측면을 도시하는 분해도이다.

도9는 도7의 텐셔너의 텐셔너 아암 및 부싱의 저면 및 측면 사시도를 도시한다.

도10은 도7의 텐셔너의 스핀들, 부싱 및 완충 슈의 상면 및 측면 사시도를 도시한다.

도11은 도8의 선11-11을 따라 취해진 조립된 텐셔너의 단면도를 도시한다.

도12는 도1의 텐셔너 아암에 가해지는 힘 대 텐셔너 아암의 변위 곡선을 도시한다.

본 발명에 따른 플렉서블 드라이버 용 텐셔너는 도1, 2, 6에서 전체적으로 (20)으로 지시된다. 텐셔너(20)는 텐셔너 아암(24)을 포함하고, 텐셔너 아암에는 풀리(28)가 볼트(32)와 베어링(36)에 의해 제1 회전축을 형성하면서 회전 가능하게 장착된다. 볼트(32)는, 텐셔너 아암(24)의 일 단부에 형성되거나 부착된 나사산 고정구(33, threaded fastener)에 결합한다. 베어링(36)은 풀리(28)에 일체로 형성될 수 있고, 또는 별개의 베어링이 풀리(28)에 설치될 수 있다. 풀리(28)는 평활형이거나 치형인 무한 고무 벨트(endless rubber belt), 체인, 또는 기타 플렉서블 무한 드라이브(flexible endless drive)를 팽팽하게 하도록(긴장시키도록, tension) 설계될 수 있다.

텐셔너(20)는 또한 스핀들 컵(40) 및 외측 방사형 벽(48, radial wall)을 포함하는 기저부를 갖는 원추형 스핀들(44)을 포함하며, 도6에 가장 잘 도시되어 있듯이, 약간 원추형인 것이 바람직하다. 긴장되는 플렉서블 무한 드라이브에 대해 텐셔너(20)가 올바르게 배향되도록 하기 위해 스핀들 컵(40)은, 엔진 또는 텐셔너(20)가 장착되는 기타 표면 상의 상보 형상(complementary feature)과 결합하는 외측 바닥 또는 장착면에 하나 이상의 표시형상(index features) 또는 돌출부(52)를 포함할 수 있다. 스핀들 컵(40)은 또한 텐셔너 아암(24)의 함몰부(57) 내에 수용되는 하나 이상의 정지부(stop) 또는 돌출부(56)를 가지며, 이는 스핀들(44)에 대한 텐셔너 아암(24)의 운동을 30°에서 60°사이로 (가장 바람직하게는 40°) 제한한다.

스핀들 컵(40)은 도3 내지 5에 가장 잘 도시되어 있듯이 둥지와 같은 형태로 부싱(60)을 수용한다. 부싱(60)이 스핀들 컵(40)에 대해 회전하는 것을 방지하기 위해, 부싱(60)은 스핀들 컵(40)의 벽(48) 내의 상보적인 표시형상 또는 함몰부(67)에 결합되는 하나 이상의 표시형상 또는 돌출부(64)를 포함한다.

도시된 바와 같이, 부싱(60)은 환형 립(68, annular lip), 약간 원추형인 방사형 벽(72) 및 완충 구조물을 포함하며, 본 실시예에서 완충 구조물은 완충 슈(shoe) 또는 완충링(76)이며 방사형 벽(80)으로부터 반경 방향 내측에 위치한다. 부싱(60)은 스테닐 TW363(Stanyl TW363) 등의 나일론 4/6(Nylon 4/6)과 같은 임의의 저마찰 내마멸성 유기 수지물로 제조될 수 있고 사출 성형 또는 임의의 적합한 제조공정에 의해 성형될 수 있다. 부싱(60)의 마찰계수는 유리, 흑연과 같은 충전재를 첨가함으로써, 또는 PTFE 수지와 같은 윤활제, 건식 윤활제 등을 첨가함으로써 원하는 대로 수정될 수 있다.

부싱(60)의 환형 립(68)은 스핀들 컵(40)의 상부 모서리 위로 연장될 수 있는 크기이다. 방사형 벽(72)은 텐셔너 아암(24) 및 스핀들(44) 사이의 마찰면이다. 방사형 벽(72)은 비대칭형이며 환형 립(68) 주위에서 완전히 연장되는 것은 아니다. 바람직하게는, 방사형 벽(72)은 대략 반원의 아크 길이를 가지고 아치형으로 연장된다.

완충 슈(76)는 이격된 방사형 탭(73, radial tab)에 의해 벽(72)에 유연성을 가지고 결합되고 이는 단일의 주형 공극(mold cavity)에서 완충 슈(76) 및 벽(72)의 제조를 단순화 한다. 완충 슈(76)는 코일 스프링(84)의 제1 스프링을 수용하기 위해 전체적으로 나선(spiral or helical) 표면을 제공하는 내측 표면에 일련의 탭(77, 79)을 가진다. 슈(76)의 축방향 단부면은 표시 돌출부(164)를 가지며 스핀들 컵(40)의 바닥면 상의 개구(65)에 삽입된다. 바람직하게는, 완충 슈(76)는 비대칭이고 환형립(68) 주위를 완전히 덮지는 않는다. 바람직하게는, 완충 슈(76)의 마찰면은 대략 반원의 최대 아크 길이를 가지면서 아치형으로 연장된다. 최대 아크 길이를 제한함으로써, 완충 슈(76)는 클러치(clutch)로 작용하기보다는 마찰 완충력을 생성한다.

부싱(60) 및 완충 슈(76)는 텐셔닝 아암(24)과 편향 스프링(84)에 대해, 허브하중력 벡터(hub load vector)와 반발 스프링력 벡터(reactionary spring force vector)가 둘 다 부싱 및 완충 슈(76)를 통해 동일 방향을 향하도록 위치한다. 반발 스프링력 벡터는 스프링 정지부, 스핀들(44)의 접촉형상(89)으로부터 약 90°방향으로 작용한다.

도2, 3 및 도5에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 텐셔너 아암(24)은 제2 회전축을 형성하는 반대측 단부, 즉 허브(80, hub)를 포함하며, 허브는 외측 방사형 벽(48)에 대한 상보적인 원추형인 것이 바람직하고 아암(24)의 장축에 수직하게 연 장된다. 제1 회전축은 제2 회전축으로부터 이격되고 평행하다. 허브(80)는 텐셔너(20)가 조립되었을 때 부싱(60)의 방사형 벽(72) 내에 수용된다. 도시된 실시예가 전체적으로 원추형인 허브(80)와 방사형의 외측 벽(48)을 가지고 있지만, 본 발명은 원추형 형상에 국한되는 것은 아니며 원통형 형상도 포함할 수 있다.

텐셔너(20)는 스핀들(44)을 둘러싸는 편향 스프링(84)을 포함하고 스핀들 컵(40)과 텐셔너 아암(24) 사이에서, 텐셔너(20)에 의해 팽팽하게 되는 플렉서블 드라이브가 긴장상태 맞물림 되도록 텐셔너 아암(24) 및 풀리(28)를 편향시키도록 작용한다. 스프링(84)은 비-원형 단면, 바람직하게는 직사각형 단면을 가진 와이어 코일로 형성되는 것이 바람직하며, 평평한 단부를 가진다. 텐셔너 아암(24)은 스프링(84)의 일 단부를 수용하는 반경방향 내측으로 연장된 접촉 형상(88)을 포함하고, 스프링(84)의 다음 인접한 코일의 나선형 표면을 경사진 방식으로 지지한다. 스핀들 컵(40)도 내측 바닥면 위에, 스프링(84)의 반대측 단부를 수용하여 스프링(84)으로부터의 편향력을 텐셔너 아암(24)과 스핀들 컵(40)에 전달하는 접촉 형상(89)을 포함한다.

편향 스프링(84)을 지지하는 나선형 표면(helical or spiral surfaces)은 편향 스프링(84)이 편향 스프링(84)의 전체적인 축방향 정렬(alignment)를 유지하면서 반경방향으로 확장 및 수축하는 것을 가능하게 한다. 편향 스프링(84)의 코일은 부싱(60)과 완충 슈(76)에 맞물림, 분리되도록 균일하게 확장 및 수축될 것이다. 균일한 확장 및 수축은 부싱(60) 및/또는 완충 슈(76)의 불균일 접촉 및 마모를 최소화한다.

텐셔너(20)는 또한 스러스트 와셔(92, thrust washer)와 도1 및 2와 같이 스핀들(44)과 조립되는 전면판(96)을 포함하며, 스핀들(44)은 텐셔너 아암(24)을 스핀들(44) 상에 보유하도록 전면판(96)에 박혀있다. 텐셔너(20)를 엔진 또는 기타 장치에 장착하기 위해 볼트는 스핀들(44) 내의 중앙 보어, 스러스트 와셔(92) 및 전면판(96)을 관통하도록 삽입될 수 있다.

텐셔너 아암(24)이, 텐셔너 아암에 의해 긴장되는 플렉서블 드라이브에 의해 하중을 받을 때, 허브(80)의 외측면은, 예를 들면 허브하중 벡터와 같은 하중을 스핀들 컵(40)에 전달하면서 부싱(60)의 방사형 벽(72)의 내측면에서 움직인다. 허브(80)와 방사형 벽(72)의 비교적 큰 표면적은, 텐셔너(20) 부품들의 과도한 마모를 방지하면서 텐셔너 아암(24)으로부터 스핀들 컵(40)으로 전달되는 비교적 큰 하중을 고려한 것이다.

또한, 부싱(60)이 제작되는 재질을 적당히 선택함으로써 텐셔너 아암(24)과 스핀들 컵(40) 사이에 생성되는 마찰력의 계수는 선택될 수 있으며 이 마찰력은 텐셔너(20)의 작동에 있어서 요구되는 완충력으로 작용한다.

허브(80)와 방사형 벽(72) 사이에 생성된 완충력 이외에, 부싱(60)의 완충 슈(76)는 텐셔너 아암(24)과 스핀들 컵(40) 사이에서 요구되는 완충력을 생성하도록 반경방향 및 주연방향의 크기를 가질 수 있다.

텐셔너 아암(24)이 긴장 해제 방향(de-tensioning direction)(긴장되는 플렉서블 드라이브로부터 이격되는 방향)으로 이동될 때, 스프링(84)은 풀림(unwinding)으로써 텐셔너 아암(24)의 운동에 저항하고 스프링 코일(84)은 반경 방향 외측으로 확장되고 완충 슈(76)에 압력을 가한다. 스프링 코일(84)에 의해 완충 슈(76)에 가해지는 결과적인 힘은 완충 슈(76)를 허브(80)의 내측면과 더 큰 마찰접촉을 일으키도록 편향시키고 따라서 허브(80)를 방사형 벽(72)과 완충 슈(76) 사이에 압착시킨다.

이러한 압착 작용은 텐셔너 아암(24)의 긴장 해제 방향으로의 이동을 억제시키는 마찰력의 또다른 성분을 부가하며, 또한 텐셔너 아암(24)의 이동을 완충시키고, 이러한 마찰력은 스프링 코일(84)의 확장됨에 따라, 즉 텐셔너 아암(24)의 회전 정도에 따라 변화한다. 다시 말해, 마찰력은 텐셔너 아암(24)이 긴장 해제 방향으로 더 이동함에 따라 증가하며 그로 인해 텐셔너 아암(24)의 운동을 제한한다.

또한, 텐셔닝 아암(24)이 긴장시키는 방향(원위치로 복귀하는 방향)으로 이동할 때, 스프링 코일(84)의 반경은 감소되며, 상기 압착 작용은 감소하여 결과적인 마찰력은 텐셔너 아암(24)이 긴장 해제 방향으로 이동될 때 겪는 것과는 다른 특성을 가진다.

당업자에게 명백하게, 본 발명에 텐셔너는 임의의 엔진 구성의 요구에 맞게 수정, 조정될 수 있다.

플렉서블 무한 드라이브를 위한 다른 텐셔너가 도7,8 및 도11에서 전체적으로 200으로 지시된다. 텐셔너(200)는 내연엔진의 표면 또는 긴장되는 플렉서블 드라이브가 위치하는 기타 장치의 표면에 결합되는 기저부(208)를 가지는 스핀들(204)를 포함한다. 기저부(208)는 텐셔너(200)가 그 설치 지점에서 미리 정해진 방향성에 맞춰서 설치될 수 있도록 하는 탱(tang) 또는 기타 표시형상을 포함할 수 있다.

스핀들(204)은 베어링 서피스(212)를 가진다. 본 발명의 본 실시예에서는 베어링 서피스(212)는 전체적으로 원추형상지만 본 발명은 이에 제한되지 않으며 원통형 포스트도 사용될 수 있다. 스핀들(204)은 알루미늄과 같은 적합한 재질로부터, 다이 캐스팅(die casting) 또는 기타 적합한 제조 공정에 의해 형성될 수 있으며, 추가적인 가공 작업은 필요하지 않다.

텐셔너(200)은 또한 텐셔너 아암(216)을 포함하고 그 일 단부에 풀리(220)가 볼트(224)에 의해 회전가능하게 부착된다. 풀리(220)는 제2 축을 중심으로 회전한다. 풀리(220)는 치형이거나 평활형인 고무 벨트, 또는 체인과 같은 플렉서블 드라이브에 결합되도록 설계될 수 있다. 풀리(220)는 베어링(228)을 포함하고, 베어링(228)은 풀리(220)에 일체형으로 형성되거나 풀리(220)에 압입 또는 다른 방법으로 장착될 수 있으며, 텐셔너 아암(216)의 베어링면(232, bearing face)에 접촉하여 풀리(220)가 텐셔너 아암(216)에 대해 자유롭게 회전할 수 있도록 한다. 바람직하게는, 텐셔너 아암(216)도 다이 캐스팅 또는 기타 적합한 제조 공정에 의해 알루미늄 또는 기타 적합한 재질로 형성되며, 따라서 어떠한 추가적 가공 작업도 필요로 하지 않는다.

텐셔너 아암(216)은 또한 원추형 허브(236)를 포함한다. 허브(236)는 원추형 부싱(240)을 수용하며 이는 허브(236)와 베어링 서피스(212) 사이에서 텐셔너 아암(216)이 제1 축을 중심으로 포스트(212)에 대해 피벗될 수 있도록 작용한다. 제1 축은 제2 회전축에 평행하고 그로부터 이격되어 있다.

도10에 가장 잘 도시되어 있는 부싱(240)은, [스테닐 TW363 (Stanyl TW363)과 같은] 나일론 4/6과 같은 임의의 적합한 저마찰, 내마멸성 재질로 제작될 수 있으며, 사출 성형 또는 다른 임의의 적합한 제조 공정에 의해 형성될 수 있다. 부싱(240)의 마찰계수는 유리, 흑연과 같은 충전재를 첨가하거나 PTFE 수지와 같은 윤활제, 건식 윤활제 등을 첨가함으로써 원하는 대로 수정할 수 있다.

부싱(240)은 대칭형[도7, 8에 도시된 형상의 칼라(collar)]이거나 도10에 도시된 바와 같은 비대칭형이다. 양 실시예에서, 허브(236)와 포스트(212) 사이의 원하지 않는 마찰 항력은, 허브하중 벡터가 향하는, 즉 텐셔너 아암(216)으로부터 하중이 가해질 것이라고 예상되는 포스트의 부분(212) 위로 종방향 연장된 스플라인(spline) 형의 부싱면(244)을 가짐으로써, 그리고 하중이 없거나 적은 포스트의 베어링 부분(212) 위로 함몰되거나 절개된 면(248)을 가짐으로써 감소된다. 도시된 실시예에서, 절개면(248)은 주연방향으로 절반 정도에서 연장된다.

부싱면(244)은 하나 이상의 외측 축방향 그루브(252)를 포함하여 허브(236) 및 베어링 서피스(248) 사이로부터의 물 또는 이물질 제거를 돕고/돕거나 허브(236) 및 포스트(212) 사이의 마찰력 조정을 가능토록 할 수 있다.

편향 스프링(256)은 포스트(212)를 둘러싸고 스핀들(204)와 텐셔너 아암(216) 사이에서, 텐셔너 아암(24) 및 풀리(28)를 편향시켜 텐셔너(200)에 의해 플렉서블 드라이브가 팽팽하게 되는 긴장상태 맞물림 되도록 작용한다. 바람직하게는, 스프링(256)은 비원형, 바람직하게는 사각형 단면인 와이어 코일로 형성된다. 당업자에게 알려진 바와 같이, 비원형 단면의 코일로 형성된 스프링은 단면이 원형인 코일로 형성된 비슷한 크기의 스프링보다 더 큰 스프링력을 가지게 되며, 따라서 원형 단면 코일을 가진 텐셔너에 비해, 소정의 편향력을 위해 텐셔너(200)에 필요한 전체 패키지 체적이 감소된다.

전술한 바와 같이, 텐셔너(200)의 요구되는 작동을 달성하기 위해 스핀들(204)과 텐셔너 아암(216) 사이에 약간의 완충을 제공하는 것이 필요하다. 따라서, 완충 구조물이 텐셔너(200)에 제공되며, 본 실시예에서는 완충 슈(260)이다. 완충 슈(260)는 [스테닐 TW363 (Stanyl TW363)과 같은] 나일론 4/6과 같은 임의의 적합한 저마찰, 내마멸성 유기물 기반 재질로 제작될 수 있으며, 사출 성형 또는 다른 임의의 적합한 제조 공정에 의해 형성될 수 있다.

완충 슈(260)는 포스트(212) 주위에 기저부(208)에 맞닿아 위치된다. 바람직하게는, 완충 슈(260)는 스프링(256)을 수용하기 위한 경사지거나 나선형인 면(264)를 포함한다. 기저부(208)는 경사면(264)의 단부에서 스프링(256) 일 단부가 맞닿아 접촉하는 정지부(270)를 포함한다. 유사하게, 텐셔너 아암(216)은 스프링을 수용하기 위해 경사지거나 나선형인 면(274)를 포함한다. 경사면(274)은 스프링(256)의 일 단부가 맞닿아 접촉하는 정지부(278)를 포함한다.

경사지거나 나선형인 면(264 및 274)를 제공함으로써, 스프링(256)의 상면 및 바닥면을 평평하게 하기 위해 스프링에 대해 가공 작업을 할 필요가 없다. 그러나 원한다면, 본 발명도 이러한 경사면을 생략할 수 있고, 맨 위와 아래 코일의 표면을 평평하게 하기 위해 그라인딩과 같은 가공 작업을 실시한 스프링(256)을 사용할 수 있다. 다르게는 경사면(264 및 274)은 생략되고 그 단부면을 평평하게 가 공하지 않은 채로 스프링(256)을 사용할 수 있으나, 그 결과 스프링(256)이 기울어짐으로 인해 후술되는 완충 슈와의 바람직한 접촉이 이뤄지지 않기 때문에 다소 바람직하지 않다.

유사하게, 정지부(270 및 278)를 제공함으로써, 스프링(256)의 단부에 탱(tang)을 형성하기 위한 제조 작업을 수행할 필요가 없으며, 따라서 잠재적으로 다른 가공 작업을 피할 수 있다. 다만, 원한다면 이러한 추가 가공 작업이 이뤄질 수 있다.

경사면(264 및 274)과 정지부(270 및 278)는 스핀들(204)의 다이 캐스팅 (또는 기타 적합한 제조 공정)과 텐셔너 아암(216)의 다이 캐스팅(또는 기타 적합한 제조 공정) 동안에, 완충 슈(260)의 성형 동안에 형성되는 것이기 때문에, 그들을 제공함에 있어서 다이(die) 및/또는 주형(mold) 등의 초기 제조의 증분 비용과 별개인 추가 제조 비용이 발생하지 않는다.

풀리(220)와 텐셔너 아암(216)이 긴장 해제 방향으로, 플렉서블 드라이브로부터 이격되도록 스프링(256)의 편향력 반대로 이동할 때, 스프링 코일(256)의 직경은 증가한다. 이러한 증가로 코일은 완충 슈(260)의 직립한 완충 슈 벽(282)에 압력을 가하게 되며, 완충 슈 벽(282)은 텐셔너 아암(216)의 내측벽(286)의 마찰면과 맞닿게 강제된다. 스프링 코일(256)의 외측면과 내측벽(286) 사이의 완충 슈 벽(282)의 압착과 미끄럼은 스프링(256)의 편향력에 반대되는 텐셔너 아암(216) 운동을 완충시키는 가변의 마찰력을 생성한다.

당업자에게 명백하듯이, 텐셔너 아암(216)이 긴장시키는 방향으로, 플렉서블 드라이브를 향해 이동할 때, 스프링 코일(256)의 직경은 감소되어, 완충 슈(260)의 벽(282)은 텐셔너 아암(216)의 벽(286)과 분리되며, 완충력은 감소하고 결국엔 실질적으로는 제거된다.

따라서, 완충 슈(260)와 스프링(256)은 긴장 방향으로보다는 긴장 해제 방향으로 더 큰 비대칭 완충력을 제공하며, 이는 텐셔너의 작동에 있어 바람직한 것이다. 또한, 완충력은 텐셔너 아암(216)의 이동이 클수록 증가하여 위치 의존적인 완충력을 제공한다.

추가적인 가공 단계를 피함으로써 비용을 절감하는 것 이외에 생각할 수 있는 본 발명의 또다른 이점은 텐셔너(200)가 용이하게 조립될 수 있다는 점이다. 먼저, 완충 슈(260)를 스핀들 기저부(208)위에 위치시키고, 부싱(240)이 포스트(212) 위로 설치된다. 다음에 스프링(256)이 경사면(264)과 정지부(270)에 맞닿도록 설치된다. 그 후 텐셔너 아암(216)이 스프링(256) 위로 설치되고 스프링(256)의 단부는 정지부(278)에 맞닿도록 위치된다. 마지막으로, 스러스트 와셔(290)와 전면판(294)이 스핀들(204) 위의 텐셔너 아암(216)의 상면 위에 위치되고 스핀들(204)이 전면판(294)에 박힌다. 풀리(220)는 그 후 볼트(224)에 의해 베어링면(232)에 장착될 수 있고 텐셔너(200)의 조립이 완료된다. 텐셔너(200)는 엔진 또는 기타 장치 위에, 포스트(212) 내의 중앙 보어를 관통하여 삽입되는 볼트를 사용하여 설치된다(미도시).

대부분의 텐셔너가 설치될 때 예비하중(pre-loaded) 상태일 것이 요구되기 때문에, 조립 중에 텐셔너 아암(216)이 원하는 설치 위치까지 피벗되는 동안 스핀 들(204)은 고정될 수 있고 그 후 "수류탄 핀(grenade pin)"(296) 또는 기타 적합한 장치를 텐셔너 아암(216)의 노치 또는 보어(298)을 통해 삽입하여 스핀들(204) 내의 보어 또는 그루브(300)에 결합시켜 수류탄 핀(296)이 실질적으로 제거될 때까지 텐셔너(200)를 예비하중 설치 상태로 유지시킬수 있다. 텐셔너(200)를 미리 감긴 상태로 제공하는 것이 필요없다면 수류탄 핀(296)은 생략될 수 있다.

텐셔너(200)는, 가공 작업할 필요 없이 바람직하게는 다이 캐스팅 또는 기타 적합한 제조 공정에 의해 제조된 스핀들(204)과 텐셔너 아암(216)을 채용한다. 원형인 와이어로 감긴 유사한 스프링과 비교하여 스프링(256)의 스프링력을 증가시키기 위해 편향 스프링(256)은 단면이 비원형인 와이어 코일로 감는 것이 바람직하다. 텐셔너 아암(216)이 긴장 해제 방향으로, 플렉서블 드라이브와 이격되도록 이동할 때, 스프링 코일(256)의 직경은 확장되고 코일은 완충 슈(260) 일부가 텐셔너 아암(216)의 벽(286)과 접촉하여 완충력을 생성하도록 압력을 가한다. 텐셔너(200)는 조립이 간단하고 생성할 수 있는 편향력에 대해 비교적 작은 패키지 볼륨을 필요로 한다.

텐셔너(20) 및 (200)가 텐셔너 아암(24) 및 (216)의 운동에 각각 마찰 완충을 제공하며 마찰 완충력의 성분은 각 텐셔너 아암이 초기 위치에서 회전된 정도에 따라 변화 가능하다는 것은 이제 명백할 것이다. 확장하는 편향 스프링 코일이 베어링 구조물에 접촉하고 그 후 증가된 수직항력을 받게 되어 비슷한 정도의 마찰력 증가로 이어질 때, 이러한 가변 성분이 생성된다. 또한, 완충력은 대칭이 아니어서, 텐셔너 아암이 긴장 해제 방향으로, 플렉서블 드라이브로부터 이격되게 이동할 때는 제1 특성으로 증가하며, 텐셔너 아암이 긴장시키는 방향으로 초기 위치로 복귀할 때 제2 특성으로 감소한다.

텐셔너(200)는 편향 스프링(256)의 코일 안에 베어링(240)을 포함하고, 반면 텐셔너(20)는 편향 스프링(84)의 코일을 감싸는 부싱(60)을 포함한다. 텐셔너(200)가 약간 더 컴팩트한 디자인을 고려하여 텐셔너(200)에 필요한 패키지 체적을 감소시킨 반면, 텐셔너(20)의 더 넓은 베어링 접촉 면적은 텐셔너(20)에 의해 더 큰 하중이 처리될 수 있도록 고려한 것으로 따라서 텐셔너(20)를 내연엔진에서의 액세서리 드라이브 시스템 이외에, 내연엔진에서의 동기 구동(synchronous drive)과 같은 고하중 어플리케이션에 매우 적합하게 만든다.

필요하다면, 텐셔너 아암(24 또는 216) 또는 텐셔너(20 또는 200)의 다른 부품이 열전달 능력을 향상시키도록 처리될 수 있다는 것 역시 고려된다. 예를 들어, 열전달 능력을 향상시켜 베어링(36 또는 228)으로부터의 열 손실을 제거하기 위해 베어링(36 또는 228)이 텐셔너 아암(24 또는 216) 각각에 장착되는 지점에, 캘리포니아 머리에타의 테크 라인 코팅스 사(Tech Line Coatings, Inc.)에 의해 TLTD라는 브랜드명으로 판매되는 서멀 분산제 코팅(thermal dispersant coating)과 같은 코팅을 적용할 수 있다. 유사하게, 각 부싱에서 마찰 완충력에 의해 생성되는 열 손실 제거를 향상시키기 위해 부싱(60 또는 240)에 인접한 텐셔너 아암(24 또는 216)의 영역이 유사하게 처리될 수 있다. 이러한 서멀 분산제 코팅은 특히 텐셔너 아암(24 또는 216)이 엔지니어링 플라스틱으로 제조된 경우 유익할 것이라고 고려된다.

도12는 텐셔너(20 또는 200)으로 얻을 수 있는 완충력의 비대칭성의 예를 보여준다. 도시된 실험 케이스에서, 스핀들(44) 중앙과 볼트(32) 사이의 길이가 100mm인 텐셔너 아암(24)을 지닌 텐셔너가 실험 리그(rig)에 위치되었다. 그 후 텐셔너 아암(24) 길이 방향과 실질적으로 수직 방향으로 볼트(32)에 힘을 가했고 인가된 힘이 텐셔너 아암의 측정된 변위에 대해 플롯되었다.

보이는 것처럼, 도출된 힘-변위의 플롯은 히스테리시스 커브(300, hysteresis curve)의 형태이며, 비대칭의 완충효과가 달성된다는 것을 증명한다. 구체적으로, 텐셔너가 대략 긴장 방향 0.5mm로부터 대략 긴장 해제 방향 0.5mm까지 이동할 때(여기서 0.0mm는 텐셔너의 운동 범위에 대한 임의적으로 선택된 명목상의 중간 지점임), 생성된 힘은 약 200N에서 약 550N까지 빠르게 증가하며, 커브(300)의 상부가 뒤를 잇는다. 보이는 것처럼, 커브의 이 부분에서 완충력은 중간 지점(0.0mm)에서 약 550N이 될 때까지 변위에 대해 거의 선형으로 증가하고, 그 이후에는 실질적으로 일정하다.

반대로, 텐셔너가 초기 위치인 긴장 방향 0.5mm로 복귀할 때, 커브(300)의 바닥부가 뒤따르며, 텐셔너 아암(24)에 가해진 힘은 약 550N부터 중간 지점(0.0mm)에서의 약 200N까지는 거의 선형으로 빠르게 감소하고 그 이후엔 실질적으로 일정하다.

비교 목적으로, 플롯 라인(304)은 가변 완충 요소 [즉, 완충 슈 (76)]를 제거했을 때 텐셔너(20)에 대한 힘-변위 곡선을 도시한다. 보이는 바와 같이, 동일한 운동 범위에서, 텐셔너(24)의 완충되지 않은 버전에 대해동일한 두 양 극단 사 이에서 텐셔너 아암(24)에 의해 생성된 힘은 318.5N 내지 321.5N 범위이며, 즉 실질적으로 일정하다.

본 발명은 내연엔진 상에서의 액세서리 드라이브 시스템(accessory drive systems) 또는 벨트 또는 체인 동기 구동 시스템과 같은 플렉서블 드라이브를 위한 텐셔너를 제공한다. 텐셔너는 컴팩트하고 제조 및 조립이 비교적 경제적이다. 또한, 텐셔너는 텐셔너 아암에 완충력을 제공하고 이 힘은 적어도 부분적으로 텐셔너 아암이 초기 위치로부터 회전한 정도에 의존적이며, 텐셔너 아암이 초기 위치로부터 더 멀리 이동할수록 완충력이 증가한다. 또한, 텐셔너는 비대칭의 완충력을 제공할 수 있어서, 텐셔너가 초기에 긴장 해제 방향으로 이동할 때 상대적으로 큰 완충력을 제공하고 텐셔너가 진행방향을 바꿔 긴장 방향으로 이동할 때 급격히 감소하는 완충력을 제공한다.

위에서 설명된 본 발명의 실시예들은 볼 발명의 예를 들기 위한 것이며, 첨부된 청구범위만으로 한정되는 본 발명의 범주에서 벗어나지 않은 채로 당업자에 의해 대체예 및 수정예가 영향을 줄 수 있다.

Claims

플렉서블 드라이브(flexible drive)를 긴장시키기 위한 텐셔너이고,

엔진 표면 상에 장착되도록 구성된 기저부를 갖는 스핀들(spindle)과,

제1 축을 중심으로 회전 운동하도록 상기 스핀들 상에 장착되며, 제1 축과 평행하게 이격된 제2 축을 중심으로 회전 가능하게 장착된 풀리를 갖는 텐셔너 아암과,

스핀들과 텐셔닝 아암 사이에서 작용하여, 텐셔너 아암을 제1 축을 중심으로 긴장시키는 방향(tensioning direction)으로 회전하도록 강제하고, 텐셔너 아암과 풀리를 편향시켜 플렉서블 드라이브와 긴장상태로 맞물림되도록 하는 코일 스프링과,

텐셔너 아암이 스핀들을 중심으로 피벗(pivot)할 수 있게 하고 상기 스핀들을 중심으로 한 상기 텐셔너 아암의 운동을 완충시키는 제1 마찰력을 제공하도록, 텐셔너 아암과 스핀들 사이에 장착된 부싱과,

스프링과 텐셔너 아암 사이에 장착된 완충 슈를 포함하며,

완충 슈는, 코일 스프링의 코일들이 반경방향으로 확장 및 수축될 때, 텐셔너 아암과 마찰 맞물림 및 맞물림 해제되도록 강제되며, 각각 상기 스핀들을 중심으로 한 상기 텐셔너 아암의 운동을 완충시키는 변동하는제2 마찰력을 제공하며,

상기 스프링의 상기 코일들은 상기 텐셔너 아암이 상기 긴장시키는 방향의 반대 방향으로 강제될 때 확장되는 텐셔너.
제1항에 있어서,

상기 제2 가변 마찰력은 텐셔너 아암이 운동 방향을 바꿀 때 급격히 변화하는 텐셔너.
제2항에 있어서,

상기 텐셔너 아암과 상기 스핀들 중 하나는 상기 코일 스프링을 감싸는 컵 구조물을 가지는 텐셔너.
제3항에 있어서,

상기 텐셔너 아암은 허브(hub)를 가지고 상기 부싱은 상기 허브와 상기 스핀들 사이에 안착되는 텐셔너.
제4항에 있어서, 상기 스핀들은 상기 코일 스프링의 단부와 맞물리는 제1 접촉부을 갖고, 상기 텐셔너 아암은 상기 코일 스프링의 반대측 단부와 맞물리는 제2 접촉부을 갖고, 상기 완충 슈는 상기 코일 스프링에 의해 생성된 반발력을 수용하도록 상기 제1 접촉부에 대해 90°로 위치하는 텐셔너.
제5항에 있어서,

상기 제1 접촉부는, 상기 텐셔너 아암이 상기 제1 축을 중심으로 상기 스핀 들에 대해 회전할 때, 상기 코일 스프링의 전체적인 축방향 정렬을 유지하도록 상기 코일 스프링을 지지하는 텐셔너.
제6항에 있어서,

상기 슈는, 상기 텐셔너 아암이 상기 제1 축을 중심으로 상기 스핀들에 대해 회전할 때, 상기 코일 스프링의 전체적인 축방향 정렬을 유지하도록 상기 코일 스프링을 지지하는 텐셔너.
제7항에 있어서,

상기 완충 슈와 상기 제1 접촉부는 상기 코일 스프링의 각 단부 코일을 나선형으로 지지하는 텐셔너.
제8항에 있어서,

상기 스핀들은 상기 컵 구조물을 가지고 상기 허브는 상기 코일 스프링을 감싸는 텐셔너.
제8항에 있어서,

상기 텐셔너 아암은 상기 컵 구조물을 갖고 상기 코일 스프링은 상기 허브를 감싸는 텐셔너.
제4항에 있어서,

완충 슈는 비대칭 형상이며 아치형 슈 마찰면을 가지며,

상기 완충 슈는 상기 스핀들에 대해 고정되어 반발 스프링력이 상기 슈 마찰면을 통해 유도되는 텐셔너.
제11항에 있어서,

상기 부싱은 비대칭형상이며 아치형 부싱 마찰면을 가지며,

상기 완충 슈는 상기 스핀들에 대해 고정되어 상기 반발 허브 하중력이 상기 부싱 마찰면을 통해 유도되는 텐셔너.
제12항에 있어서,

상기 스핀들은 상기 컵 구조물을 가지고 상기 허브는 상기 코일 스프링을 감싸는 텐셔너.
제13항에 있어서,

상기 텐셔너 아암은 상기 컵 구조물을 가지고 상기 코일 스프링은 상기 허브를 감싸는 텐셔너.
제12항에 있어서,

상기 허브, 상기 부싱 및 상기 스핀들은 테이퍼(taper)형인 텐셔너.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 코일 스프링은 직사각형 단면을 가진 와이어로 형성된 텐셔너.
제16항에 있어서,

상기 텐셔너 아암은 다이 캐스트(die cast)된 텐셔너.
제16항에 있어서,

부싱과 상기 슈는 저마찰이며 내마멸성인 재질로 형성된 텐셔너.
제18항에 있어서,

상기 저마찰이며 내마멸성인 재질은 나일론 4/6(NYLON 4/6)인 텐셔너.
제16항에 있어서,

상기 텐셔너를 수송하기 위해 미리 정해진 배향을 유지하도록 상기 텐셔너 아암과 상기 스핀들 사이에서 연장된 핀을 더 포함하고,

상기 핀은 텐셔너가 설치되고 상기 풀리가 상기 플렉서블 드라이브와 결합된 후에 제거가능한 텐셔너.
제1항에 있어서,

상기 제1 마찰력과 상기 제2 마찰력의 합력은 상기 텐셔너에 가변 완충력을 제공하는 텐셔너.