(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじり振動ダンパーであって、
ハブと、
前記ハブを中心として同心の慣性部材であって、前記ハブと前記慣性部材との間に作用的に配置されたエラストマー部材を備えた慣性部材と、を備え、
前記ハブは、中心部材の外側半径方向面から周囲リムの内側半径方向面まで延在する複数のスポークを備え、前記複数のスポークのそれぞれは、
前記中心部材の前記外側半径方向面に対して結合された第１の端部と、
前記周囲リムの前記内側半径方向面に対して結合された第２の端部と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間に延在しかつ軸方向に面する第１の凹面と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間に延在しかつ前記第１の凹面と対向する第２の凹面と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間に延在しかつ前記第１の凹面と前記第２の凹面との間に延在する第３の凹面と、
前記第１の端部と前記第２の端部との間に延在しかつ前記第１の凹面と前記第２の凹面との間に延在する第４の凹面であって、前記第３の凹面と略対向する第４の凹面と、を具備する、ねじり振動ダンパー。
【請求項２】
前記複数のスポークのそれぞれに関して、前記第１の凹面および前記第２の凹面は、前記第１の端部から前記第２の端部にわたって凹状である、請求項１に記載のねじり振動ダンパー。
【請求項３】
前記複数のスポークのそれぞれに関して、前記第１の凹面および前記第２の凹面は、前記第３の凹面から前記第４の凹面にわたって、さらに凹状である、請求項２に記載のねじり振動ダンパー。
【請求項４】
前記複数のスポークのそれぞれに関して、前記第３の凹面および前記第４の凹面は、前記第１の端部から前記第２の端部にわたって凹状である、請求項１に記載のねじり振動ダンパー。
【請求項５】
前記複数のスポークのそれぞれに関して、前記第３の凹面および前記第４の凹面は、前記第１の凹面から前記第２の凹面にわたって略平坦である、請求項４に記載のねじり振動ダンパー。
【請求項６】
前記第３の凹面は前記軸方向に対して略垂直方向を向く、請求項１に記載のねじり振動ダンパー。
【請求項７】
前記複数のスポークのそれぞれに関して、前記第１の凹面、前記第２の凹面、前記第３の凹面および前記第４の凹面のうちの少なくとも一つの少なくとも一つの凹形は、円弧によって画定される、請求項２に記載のねじり振動ダンパー。
【請求項８】
前記複数のスポークのそれぞれに関して、前記第２の端部の幅は前記第１の端部よりも小さい、請求項１に記載のねじり振動ダンパー。
【請求項９】
前記複数のスポークのそれぞれに関して、前記第１の端部は前記中心部材の外側半径方向面に適合する形状を有し、かつ、前記第２の端部は前記周囲リムの前記内側半径方向面に適合する形状を有する、請求項１に記載のねじり振動ダンパー。
【請求項１０】
それと共に回転するためのクランクシャフトにマウントされた、請求項１に記載の前記ねじり振動ダンパーを備えたフロントエンドアクセサリー駆動システム。
【請求項１１】
ねじり振動ダンパー用のスポークを設計する方法であって、前記方法は、
選択された第１のオフセットだけ中心部材の外径から内側に中心部材オフセット外径を描くステップと、
周囲リムの内径から外側に周囲リムオフセット内径を描くステップと、
第１のスポークの正中矢状面を表す位置において前記ねじり振動ダンパーの中心軸線から少なくとも前記周囲リムオフセット内径まで半径方向外側に第１の線を描くステップと、
隣接する第２のスポークの正中矢状面を表す位置において前記ねじり振動ダンパーの前記中心軸線から少なくとも前記周囲リムオフセット内径まで半径方向外側に第２の線を描くステップと、
前記第１の線と平行でかつ選択された第２のオフセットだけそこから横方向にオフセットされた第３の線を描くステップと、
前記第２の線と平行でかつ前記第２のオフセットだけ前記第３の線に向かってそこから横方向にオフセットされた第４の線を描くステップと、
前記第３の線、前記第４の線および前記中心部材オフセット外径に接する第１の弧を描くステップと、
前記第１の線に対して前記第１の弧の鏡像として第２の弧を描き、これによって出発スポークジオメトリーの対向する辺を画定するステップと、
前記出発スポークジオメトリーを画定するものを除いて線および直径円を除去するステップと、
前記出発スポークジオメトリーを複数回複製すると共に、中央配置されたそのスポークジオメトリーの上にその少なくとも二つを、そして中央配置されたそのスポークジオメトリーの下にその少なくとも二つを配置するステップであって、前記中央配置されたそのスポークジオメトリーの上および下の最も外側のスポークジオメトリーは、その隣のものが中央の前記出発スポークジオメトリーに対するよりも、その隣接するスポークジオメトリーに対して、より近接するステップと、
前記最も外側のスポークジオメトリーのぞれぞれの隣接するコーナーの各セットを用いて八つの弧を描くステップであって、前記弧は前記隣接するコーナー間で延在すると共に、その隣接するスポークジオメトリーの同じ隣接するコーナー間の中間点を通過するステップと、
前記最も外側のスポークジオメトリーの一つの前記コーナーのそれぞれから別な前記最も外側のスポークジオメトリーの同じコーナーまで、前記中心軸線と平行に四つの線分を描くステップと、
前記八つの弧および四つの線分のみを維持し、これによって前記第１のスポークの三次元形状を画定するステップと、
を具備する方法。
【請求項１２】
ねじり振動ダンパーを設計する方法であって、前記方法は、
請求項１１に記載の方法を実行するステップと、
前記第１のスポークの前記三次元形状の表面を形成するステップと、
予め選択された数のスポークと等価な複数のスポークを画定するように前記第１のスポークの前記三次元形状を再現するステップと、
前記複数のスポークを、前記ねじり振動ダンパーの中心軸線の周囲に、第１の端部のそれぞれが前記中心軸線に向かう極配列として配置するステップと、
前記複数のスポークのそれぞれの前記第１の端部に当接するように前記中心部材を描くステップと、
前記複数のスポークのそれぞれの第２の端部に当接するように前記周囲リムを描くステップと、
を具備する方法。
【請求項１３】
前記中心部材を描くステップは前記中心部材を再表示することを備え、かつ、前記周囲リムを描くステップは前記周囲リムを再表示することを備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記中心部材のワッシャ面を押し出すステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
シールノーズを画定するために前記中心部材の一つの軸方向面上に円を作成するステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記シールノーズを軸方向に延伸させるステップをさらに備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数のスポークに面取り部およびフィレットを付加するステップをさらに備える、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、この引用によって本明細書中に組み込まれる２０１５年３月３０日に出願された米国仮出願第６２／１４０，１１４号の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、車両用パワートレインおよび駆動系のためのねじり振動ダンパーに関し、特に、スポークを有するねじり振動ダンパーハブに関する。
【背景技術】
【０００３】
ねじり振動ダンパー（ＴＶＤ）は、自動車および非自動車用途に利用されるクランクシャフト、駆動シャフト、プロペラシャフトおよびハーフシャフトを含むがこれらに限定されない回転シャフトに固有のねじり振動を減衰させるのに有用である。一般に、ＴＶＤは、三つのコンポーネント、すなわち（１）振動問題を伴う回転シャフトにＴＶＤを取り付ける剛性金属ブラケット（ハブ）と、（２）特定の周波数で振動シャフトと逆位相に振動し、これによってシャフト振動の結果として生じる大きさを低減する能動慣性部材（リング）と、（３）二つの機能、すなわち（ａ）スプリングダンパーを提供し、これによりＴＶＤを特定の周波数に同調させること、そして（ｂ）ＴＶＤにおいてハブおよびリングを互いに対して位置決めすることを備えたエラストマー部材（ストリップ）からなる。
【０００４】
ＴＶＤのハブは、ＴＶＤを振動シャフトに接続する中央ボアと、ストリップのための係合面を提供する外側フランジと、中央ボアを外側フランジに接続する複数のスポークとからなる。ダンパーのハブは構造ブラケットであり、その関連質量および慣性はシステムの振動を減衰させることには関係しない。したがってスポークデザインは、ハブに適切な構造的強度およびＮＶＨ安定性を与えることと、使用される材料の量を最小化し、これによってその寄生慣性および質量を低減することとの間のバランスである。二つの伝統的なスポークのスタイル、テーパー矩形ビームおよびＩビームスポークがハブデザインにおいて一般的に採用されている。
【０００５】
ハブは、ベルト力およびベルトトルクのような交互荷重（１回転に１回）と、動的トルクのような振動負荷（ダンパーが共振しているときは１回転ごとに複数回）との組み合わせを経験する。しかしながら、近年では、より軽量でより柔軟なシャフトの開発および使用によって、振動曲げ荷重に時折遭遇することがある。そのような振動曲げ荷重が作用するとき、最終的に得られるスポークデザインは、あるタイプの振動荷重（通常は曲げ）に関しては良好に設計され、別のもの（通常はねじり）に関しては過剰設計される傾向がある。これにより、スポークが、その結果としてハブが必要以上に重くなる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、従来のスポークと同じ体積の材料を使用するが、同じねじり荷重支持能力を伴って、曲げ荷重支持能力の著しい増大を促進する、ＴＶＤスポークおよびＴＶＤスポークの創製方法を対象とする。これにより、振動ねじり荷重および曲げ荷重が同時に現れる用途に関して、より軽いハブが得られる。本開示の一態様によれば、中心部材を周囲リムに接続するスポークは、中心部材の外側半径方向面に対して結合された第１の端部と、周囲リムの内側半径方向面に対して結合された第２の端部と、第１の端部と第２の端部との間に延在しかつ軸方向に面する第１の凹面と、第１の端部と第２の端部との間に延在しかつ第１の凹面と概ね対向する第２の凹面と、第１の端部と第２の端部との間にかつ第１の凹面と第２の凹面との間に延在する第３の凹面と、第１の端部と第２の端部との間にかつ第１の凹面と第２の凹面との間に延在する第４の凹面であって第３の凹面と概ね対向する第４の凹面とを含む。
【０００７】
先の実施形態の別な態様では、第１の凹面および第２の凹面は第１の端部から第２の端部まで凹状である。先の実施形態の別の態様では、第１の凹面および第２の凹面は、第３の凹面から第４の凹面までさらに凹状である。別の態様では、第３の凹面および第４の凹面は第１の端部から第２の端部まで凹状であり、かつ、第１の凹面から第２の凹面まで概ね平坦である。別の態様では、第１の凹面、第２の凹面、第３の凹面および第４の凹面のうちの少なくとも一つの凹面の少なくとも一つの凹形は円弧によって画定される。別の態様では、第３の凹面は軸方向に対して概ね垂直方向を向く。別の態様では、第２の端部の幅は第１の端部よりも小さい。別の態様では、第１の端部は中心部材の外側半径方向面に適合する形状を有する。別の態様では、第２の端部は周囲リムの内側半径方向面に適合する形状を有する。
【０００８】
本開示の一態様では、ハブと、ハブの周りで同心状の慣性部材とを含み、両者間に作用的に配置されたエラストマー部材を備えたＴＶＤが開示される。ハブは、中心部材の外側半径方向面から周囲リムの内側半径方向面まで延びる複数のスポークを含む。複数のスポークのそれぞれは、中心部材の外側半径方向面に結合された第１の端部と、周囲リムの内側半径方向面に結合された第２の端部と、第１の端部と第２の端部との間に延在すると共に軸方向に面する第１の凹面と、第１の端部と第２の端部との間に延在すると共に第１の凹面に対向する第２の凹面と、第１の端部と第２の端部との間および第１の凹面と第２の凹面との間に延びる第３の凹面と、第１の端部と第２の端部との間および第１の凹面と第２の凹面との間に延在し、第３の凹面に概ね対向する第４の凹面とを含む。
【０００９】
ＴＶＤの先の実施形態の別の態様では、スポークのそれぞれについて、第１の凹面および第２の凹面は第１の端部から第２の端部にわたって凹状である。別の態様では、複数のスポークのそれぞれに関して、第１の凹面および第２の凹面は第３の凹面から第４の凹面にわたってさらに凹状である。別の態様では、複数のスポークのそれぞれに関して、第３の凹面および第４の凹面は第１の端部から第２の端部にわたって凹状である。別の態様では、複数のスポークのそれぞれに関して、第３の凹面および第４の凹面は第１の凹面から第２の凹面にわたって概ね平坦である。
【００１０】
先の実施形態の別の態様では、第３の凹面は軸方向に対して概ね垂直方向を向く。別の態様では、複数のスポークのそれぞれに関して、第１の凹面、第２の凹面、第３の凹面および第４の凹面の少なくとも一つの少なくとも一つの凹形は円弧によって画定される。
【００１１】
別の態様では、フロントエンドアクセサリー駆動システムは、先の実施形態のＴＶＤを含み、ＴＶＤは、それと共に回転するようにクランクシャフトにマウントされる。
【００１２】
別の態様によれば、ＴＶＤ用のスポークを設計する方法が開示されるが、当該方法は、選択された第１のオフセットだけ中心部材の外径から内側に中心部材オフセット外径を描くステップと、周囲リム内径から外側に周囲リムオフセット内径を描くステップと、第１のスポークの正中矢状面を表す位置において中心部材の外径の中心から少なくとも周囲リムオフセット内径まで半径方向外側に第１の線を描くステップと、隣接する第２のスポークの正中矢状面を表す位置において中心部材の外径の中心から少なくとも周囲リムオフセット直径まで半径方向外側に第２の線を描くステップと、第１の線と平行でかつ選択された第２のオフセットだけそこから横方向にオフセットされた第３の線を描くステップと、第２の線と平行でかつ第２のオフセットだけ第３の線に向かってそこから横方向にオフセットされた第４の線を描くステップと、第３の線、第４の線および中心部材オフセット外径に接する第１の弧を描くステップと、第１の線に対して第１の弧の鏡像として第２の弧を描き、これによって出発スポークジオメトリーの対向する辺を画定するステップと、出発スポークジオメトリーを画定するものを除いて、線および直径円を除去するステップと、出発スポークジオメトリーを複数回複製すると共に中央配置されたそのスポークジオメトリーの上にその少なくとも二つを、そして中央配置されたそのスポークジオメトリーの下にその少なくとも二つを配置するステップであって、中央配置されたそのスポークジオメトリーの上および下の最も外側のスポークジオメトリーは、その隣のものが中央の出発スポークジオメトリーに対するよりもその隣接するスポークジオメトリーに対してより近接するステップと、最も外側のスポークジオメトリーのぞれぞれの隣接コーナーの各セットを用いて八つの弧を描くステップであって、弧は隣接するコーナー間で延在すると共に、その隣接するスポークジオメトリーの同じ隣接コーナー間の中間点を通過するステップと、最も外側のスポークジオメトリーの一つのコーナーのそれぞれから別な最も外側のスポークジオメトリーの同じコーナーまで軸線と平行に四つの線分を描くステップと、八つの弧および四つの線分のみを維持し、これによって第１のスポークの三次元形状を画定するステップとを有する。
【００１３】
別の態様では、以下のステップ、すなわち第１のスポークの三次元形状の表面を形成するステップ；予め選択された数のスポークと等価な複数のスポークを画定するように第１のスポークの三次元形状を再現するステップ；複数のスポークをＴＶＤの中心軸線の周りに、第１の端部のそれぞれが中心軸線に向かう極配列として配置するステップ；複数のスポークのそれぞれの第１の端部に当接するように中心部材を描くステップ；周囲リムを複数のスポークのそれぞれの第２の端部に当接するように描くステップに加えて、ＴＶＤ用のスポークを設計するための先の実施形態の全てのステップを含む、ＴＶＤを設計する方法が開示される。
【００１４】
先の実施形態の別の態様では、中心部材を描くステップは中心部材を再表示することを含み、かつ、周囲リムを描くステップは周囲リムを再表示することを含む。先の実施形態の別の態様では、本方法は中心部材のワッシャ面を押し出すステップをさらに含む。別の態様では、本方法は、シールノーズを画定するためにハブの一方の軸方向面上に円を描画／作成することを含む。先の実施形態の別の態様では、本方法は、シールノーズを軸方向に延伸させること、そして面取り部およびフィレットを追加することを含む。
【００１５】
本開示の多くの態様は、以下の図面を参照することにより、よりよく理解することができる。図面中の構成要素は必ずしも一定の縮尺ではなく、その代わりに、本開示の原理を明確に例示することに重点が置かれている。さらに、図面において、同様の参照符号は、いくつかの図を通して対応する部分を示す。
【００１６】
特許または出願ファイルはカラーで実行される少なくとも一つの図を含む。カラー図面を備えた本特許または特許出願刊行物のコピーは、要請および必要な料金を支払った時に、庁によって提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】フロントエンドアクセサリー駆動システムにおけるコンポーネントの斜視図である。
【図２】図１のフロントエンドアクセサリー駆動システムにおいて使用される典型的なＴＶＤの軸方向断面斜視図である。
【図３】図２のＴＶＤのハブの正面斜視図である。
【図４】図３のハブのスポークの一実施形態の正面斜視図である。
【図５】図４のスポークの斜視線図である。
【図６】図３および図４のスポークを設計するための方法のステップを示す線図である。
【図７】図３および図４のスポークを設計するための方法のステップを示す線図である。
【図８】図３および図４のスポークを設計するための方法のステップを示す線図である。
【図９】図３および図４のスポークを設計するための方法のステップを示す線図である。
【図１０】図３および図４のスポークを設計するための方法のステップを示す線図である。
【図１１】図３および図４のスポークを設計するための方法のステップを示す線図である。
【図１２】図３および図４のスポークを設計するための方法のステップを示す線図である。
【図１３】図３および図４のスポークを設計するための方法のステップを示す線図である。
【図１４】図３および図４のスポークを設計するための方法のステップを示す線図である。
【図１５】図３および図４のスポークを設計するための方法のステップを示す線図である。
【図１６】図３および図４のスポークを設計するための方法の追加ステップを示す斜視図である。
【図１７】図３および図４のスポークを設計するための方法の追加ステップを示す斜視図である。
【図１８】図３および図４のスポークを設計するための方法の追加ステップを示す斜視図である。
【図１９】図３および図４のスポークを設計するための方法の追加ステップを示す斜視図である。
【図２０】図３および図４のスポークを設計するための方法の追加ステップを示す斜視図である。
【図２１】固定ねじりモーメントに応答する、従来のＩビームデザインのスポークを有する従来型ハブの有限要素モデルの３Ｄプロットである。
【図２２】固定曲げモーメントに応答する図２１のハブの有限要素モデルの３Ｄプロットである。
【図２３】固定曲げモーメントおよび固定ねじりモーメントの両方について、本明細書で開示される本発明の実施形態に対する二つの従来技術のハブの有限要素モデルの３Ｄプロットの比較である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ここで、図面に示された実施形態について詳細に説明する。いくつかの実施形態がこれらの図面に関連して説明されるが、本開示を本明細書に開示された実施形態に限定する意図はない。それどころか、全ての代替物、変更物および等価物を包含することが意図される。
【００１９】
ここで図１を参照すると、フロントエンドアクセサリドライブ（ＦＥＡＤ）システム１０の例示的な実施形態が単に説明のために示されている。ＦＥＡＤ１０は、好ましくは、エンジンにマウントされ、例えば、真空ポンプ、燃料噴射ポンプ、オイルポンプ、ウォーターポンプ、パワーステアリングポンプ、空調ポンプ、オルタネータ、ベルトテンショナーまたはカム駆動装置などの多数のエンジン駆動アクセサリ１８を含むことができる。駆動アクセサリ１８は、クランクシャフト３０のノーズ２８にマウントされたＴＶＤ２６とやはり係合する、少なくとも一つのエンドレス駆動ベルト２４によって駆動される。クランクシャフト３０はＴＶＤ２６を駆動し、それによってエンドレス駆動ベルト２４を駆動するが、これは、今度は、残りのエンジン駆動アクセサリ１８およびオルタネータ２０を駆動する。
【００２０】
ここで図２を参照すると、例示のために、ＴＶＤ２６の一実施形態の例が示されている。  ＴＶＤ２６は、回転ハブ３２およびクランクシャフトの振動周波数を減衰および／または吸収するために、ダンパーエラストマー部材３４によって慣性部材３６に作用的に結合されたハブ３２を含む。ダンパーエラストマー部材３４および慣性部材３６は、本明細書では、まとめてダンパーアセンブリ４４と呼ぶことができる．ＴＶＤ２６はまた、ＦＥＡＤシステムへのクランクシャフトの剛体モード振動の伝達を防止するためにアイソレーター（図示せず）を含むこともできる。
【００２１】
慣性部材３６は、概して、ハブ３２の周りで半径方向に同心であり、そして慣性部材３６とハブ３２とが両者の間に隙間を形成するようにハブ３２から外向きに離間させられている。慣性部材３６（これはまた本明細書ではプーリー本体とも呼ばれる）は、ダンパーエラストマー部材３４と係合するための内側半径方向面３８と、図１のＦＥＡＤシステム１０におけるベルト２４のような無端駆動ベルトと係合するためのベルト係合部分４０とを有する。ダンパーエラストマー部材３４は、ハブ３２と慣性部材３６とを非剛体的に結合するように、慣性部材３６とハブ３２との間に形成された間隙に圧入または注入されてもよい。ダンパーエラストマー部材３４は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第７，６５８，１２７号明細書に開示されたものであってもよい。
【００２２】
図３は、ねじり荷重および曲げ荷重の両方に耐えるように設計されたスポークを有するハブ３２を開示している。ハブ３２は、中央ボア５２および外側半径方向面５４を有する中心部材５０と、中心部材５０の周りで概ね半径方向に同心でありかつ中心部材５０から半径方向外向きに離間させられると共に内側半径方向面５８および外側半径方向面５９を有する周囲リム５６と、中心部材５０の外側半径方向面５４から周囲リム５６の内側半径方向面５８まで延びる複数のスポーク６０とを有する。ハブ３２は、その中央ボア５２を経てクランクシャフトを受けることによってクランクシャフトにマウント可能である。周囲リム５６は本明細書ではリム５６と呼ぶことができる。リム５６は、ダンパーアセンブリと係合するための外側半径方向面５９を有する。ハブ３２は、既知の技術または以後に開発される技術を使用して、鋳造、絞り加工、鍛造、機械加工または成形されてもよい。いくつかの実施形態では、ハブ３２は、溶接、ろう付けまたはその他の方法で取り付けられて単一部品を形成する一つ以上の部分であってもよい。ハブ３２に適した材料には、鉄、鋼、アルミニウム、その他の適切な金属、プラスチックまたは複合材料を含むその組み合わせが含まれるが、これらには限定されない。
【００２３】
ここで図３ないし図５を参照すると、複数のスポーク６０は、図３に示すように、三つのスポーク６０を含むことができるが、これに限定されるものではない。他の実施形態では、ハブ３２は、中心部材５０からリム５６まで延びる三つ以上のスポーク６０を有することができる。複数のスポーク６０のそれぞれは、中心部材５０の外側半径方向面５４に結合された第１の端部６２と、リム５６の内側半径方向面５８に結合された第２の端部６４とを有する。一実施形態では、第２の端部６４の幅Ｗは、第１の端部６２の幅Ｗ’よりも小さくてもよい。中心部材５０の外側半径方向面５４はある輪郭を有し、スポーク６０の第１の端部６２は、中心部材５０の外側半径方向面５４の輪郭に適合する形状を有することができる。一実施形態では、中心部材５０の外側半径方向面５４の輪郭は円筒形であってもよく、スポーク６０の第１の端部６２は、スポーク６０の第１の端部６２が中心部材５０の外側半径方向面５４に当接して嵌りかつそれに適合するように略弓形であってもよい。各スポーク６０の第２の端部は、リム５６の内側半径方向面５８の輪郭に適合する形状を有していてもよい。ある実施形態では、リム５６の内側半径方向面５８の輪郭は円筒状であり、スポーク６０の第２の端部６４は、リム５６の円筒状の内側半径方向面５８に適合するように略弓形である。中心部材５０の外側半径方向面５４およびリム５６の内側半径方向面５８は、それに対してスポーク６０の第１の端部６２および第２の端部６４がそれぞれ適合する別な形状を有していてもよいことは明らかである。
【００２４】
複数のスポーク６０のそれぞれは、第１の端部６２から第２の端部６４まで中実であり、図３ないし図５を参照すると、その全てがスポーク６０の第１の端部６２から第２の端部６４まで延びている、第１の凹面６６、第２の凹面６８、第３の凹面７０および第４の凹面７２によってさらに画定される。第１の凹面６６および第２の凹面６８は、スポーク６０の概ね対向する面であり、概ね対向する軸方向に面している。第３の凹面７０および第４の凹面７２はスポーク６０の対向する面であり、第１の凹面６６および第２の凹面６８に対して概ね垂直に配置されている。一実施形態では、第３の凹面７０は、第１の凹面６６の第１の縁部７６から第２の凹面６８の第１の縁部７８（図５参照）まで延在し得る。第４の凹面７２は、スポーク６０の第１の端部６２から第２の端部６４まで延びており、そしてまた、スポーク６０の長さに沿って第１の凹面６６から第２の凹面６８まで延在する。一実施形態では、第４の凹面７２は、第１の凹面６６の第２の縁部８０から第２の凹面６８の第２の縁部８２まで延在し得る。第３の凹面７０は、軸方向に対して略垂直であってもよい方向を向いており、第４の凹面７２は、第３の凹面７０が向く方向と概ね反対であってもよい方向を向いている。
【００２５】
引き続き図３ないし図５を参照すると、第１の凹面６６は、スポーク６０の第１の端部６２から第２の端部６４まで凹状であってもよい。第１の凹面６６は、第１の凹面６６の第１の縁部７６から第２の縁部８０まで凹状であってもよく、これはまた、第１の凹面６６が第３の凹面７０から第４の凹面７２まで凹状であると説明することもできる。一実施形態では、第１の凹面６６は、第１の端部６２から第２の端部６４まで、そして第１の凹面６６の第１の縁部７６から第２の縁部８０まで凹状であってもよい。第２の凹面６８は、スポーク６０の第１の端部６２から第２の端部６４まで凹状であってもよい。第２の凹面６８は、第２の凹面６８の第１の縁部７８から第２の縁部８２まで凹状であってもよく、これはまた、第２の凹面６８が第３の凹面７０から第４の凹面７０に向かって凹状であると説明することもできる。一実施形態では、第２の凹面６８は第１の端部６２から第２の端部６４まで、そして第２の凹面６８の第１の縁部７８から第２の縁部８２へと凹状であってもよい。一実施形態では、第１の凹面６６は、第２の凹面６８の凹形あるいは輪郭と同じである凹形あるいは輪郭を有していてもよい。
【００２６】
第３の凹面７０は、スポーク６０の第１の端部６２から第２の端部６４まで凹状である。第３の凹面７０は、第１の凹面６６から第２の凹面６８まで凹状であってもよい。一実施形態では、第３の凹面７０は第１の端部６２から第２の端部６４まで凹状であってもよいが、第１の凹面６６から第２の凹面６８まで延在する概ね平坦あるいは直線状であってもよい（すなわち第１の端部から第２の端部へと横方向に凹状ではない）。別の実施形態では、第３の凹面７０は、第１の端部６２から第２の端部６４まで、そして第１の凹面６６から第２の凹面６８まで凹状であってもよい。第４の凹面７２は、スポーク６０の第１の端部６２から第２の端部６４まで凹状であってもよい。第４の凹面７２はまた、第１の凹面６６から第２の凹面６８まで凹状であってもよい。一実施形態では、第４の凹面７２は、第１の凹面６６から第２の凹面６８まで延在する概ね平坦／直線状であってもよい（すなわち横方向に凹状ではない）。別の実施形態では、第４の凹面７２は、第１の端部６２から第２の端部６４まで、そして第１の凹面６６から第２の凹面６８まで凹状であってもよい。一実施形態では、第３の凹面７０は第４の凹面７２の凹形または輪郭と同じである凹形ままたは輪郭を有していてもよい。
【００２７】
凹状／凹形は、先の記載において使用するように、一般に、ある形状の中心に向かって内側に曲がるがあるいはカーブする表面の輪郭を意味する。この場合、上記形状はスポーク６０である。上述した面（第１の凹面６６、第２の凹面６８、第３の凹面７０および第４の凹面７２）の凹形は、概ね、円形（弓形）、楕円形、放物線形、双曲線形またはその他の湾曲した形状であってもよい。凹形は一つ以上の方向に関して生じてもよい。一実施形態では、第１の凹面６６、第２の凹面６８、第３の凹面７０および第４の凹面７２のうちの少なくとも一つは、円弧によって画定される凹形を有する。一実施形態では、第１の凹面６６、第２の凹面６８、第３の凹面７０および第４の凹面７２の少なくとも一つは、上記表面が球面の表面輪郭に従うように、表面を横切って横方向にかつ第１の端部６２から第２の端部６４まで半径方向に弓形の凹形を有することができる。
【００２８】
図６ないし図２１を参照して、本開示のスポークの設計方法について説明する。本方法は、手を使用する従来の製図技術を用いて、あるいはコンピュータ支援製図ソフトウェアを使用して実施することができる。両方の場合において、本方法は、複数の図面層の使用を含むことができる。図６に示すように、まず、ＴＶＤの中心軸線１０１の周りに四つの直径が描かれる（中心軸線１０１は、その上に図６が印刷されたシートに対して垂直に延び、したがって、それを中心として四つの直径が概ね同心である点または中心点として表される）。四つの直径は、ハブの以下の特定の物理的態様、すなわち中央ボア１０２、中心部材１０４の外側半径方向面、リム１０６の内側半径方向面およびリム１０８の外側半径方向面）を表す。中心部材の外側半径方向面を表すために描かれた直径は中心部材外径１０４と呼ぶことができ、そしてリム１０６の内側半径方向面は、本明細書では、リム内径１０６と呼ぶことができる。
【００２９】
ここで図７を参照すると、中心部材オフセット外径１１０は、中心部材外径１０４から内向きに描かれ、中心部材オフセット外径１１０は中心部材外径１０４よりも中心部材オフセット１１１だけ小さいが、これは中心部材オフセット外径１１０から中心部材外径１０４までの半径方向距離である。リムオフセット内径１１２は、リムオフセット内径１１２がリム内径１０６よりもリムオフセット１１３だけ大きくなるように、リム内径１０６から外側に描かれているが、これは、リムオフセット内径１１２からリム内径１０６までの半径方向距離である。リムオフセット内径１１２および中心部材オフセット外径１１０は、中心軸線１０１（中心点）を中心に概ね同心であってもよい。中心部材オフセット１１１およびリムオフセット１１３は、概ね同じであってかつ第１のオフセットに等しくてもよい。一実施形態では、四つの原直径、中央ボア１０２、中心部材外径１０４、リム内径１０６およびリム外径１０８は、図８に示すように、中心部材オフセット外径１１０およびリムオフセット内径１１２のみを残して、構造ラインへと変換させると共に後のステップで使用するために図面の別な層へと移動させることができる。一実施形態では、四つの原直径１０２，１０４，１０６および１０８は、スポークが設計された後に、後で再び付加するために、図面から隠され、消去され、削除され、あるいは別な方法で除去されてもよい。
【００３０】
ここで図８を参照すると、第１の線１１４は、中心軸線１０１から少なくともリムオフセット内径１１２まで半径方向外向きにかつ真っ直ぐに引かれる。第１の線１１４の位置は、図９ないし図２０に示すように続いて作成される第１のスポークの正中矢状面を表す。第２の線１１６は、第２のスポークの正中矢状面を表すよう意図された位置において、中心軸線１０１から少なくともリムオフセット内径１１２まで半径方向外向きにかつ真っ直ぐに引かれる。一実施形態では、第１の線１１４と第２の線１１６との間の角度１１８は、３６０°（２πラジアン）を所望の数のスポークで除算することによって決定することができる。図３に示す実施形態に関して、ハブは三つのスポークを有し、したがって角度１１８は約１２０°（２．１ラジアン）である。図９を参照すると、第１の線１１４と平行であり、かつ、第１の線１１４から第２のオフセット１１７だけ横方向にオフセットされた第３の線１２０が引かれている。ｙ軸１２２が第１の線１１４と整列させられる場合、第１の線１１４からの第３の線１２０の横方向オフセットは正のｘ軸方向にある（または図９の平面図で見ると第３の線１２０は第１の線１１４の右側にある）。第２の線１１６に平行であり、かつ、第２の線１１６から第２のオフセット１１７に等しい距離だけ横方向にオフセットされた第４の線１２４が引かれる。第４の線１２４は、第３の線１２０と第４の線１２４とが交差するように、第２の線１１６から第３の線１２０に向かって横方向にオフセットさせられる。
【００３１】
ここで図１０を参照すると、第１の円弧１２６が、第３の線１２０、第４の線１２４および中心部材オフセット外径１１０に接して描かれている。図１１を参照すると、第１の線１１４を中心としてあるいはそれに関して第１の弧１２６の鏡像である第２の弧１２８が描かれる。このようにして出発スポークジオメトリーは、第１の弧１２６、第２の弧１２８、中心部材オフセット外径１１０およびリムオフセット内径１１２によって画定され、単に製図を理解し易くするために塗りつぶしパターンで陰影付けされている。より具体的には、出発スポークジオメトリーは、リムオフセット内径１１２から中心部材オフセット外径１１０まで延びる第１の弧１２６のセグメントと、第１の弧１２６から第２の弧１２８まで延びる中心部材オフセット外径１１０のセグメントと、中心部材オフセット外径１１０からリムオフセット内径１１２まで延びる第２の弧１２８のセグメントと、第２の弧１２８から第１の弧１２６まで延びるリムオフセット内径１１２のセグメントとによって画定される。
【００３２】
次に、図１２に示すように、出発スポークジオメトリー１３０の境界を画定しない全ての線および円直径の部分は、隠され、消去され、削除され、あるいはその他の方法で除去される。
【００３３】
続いて、図１３に示すように、出発スポークジオメトリー１３０が複数回複製される。複製されたスポークジオメトリー１３２の一つは、中央配置されたスポークジオメトリー１３４となるように中央に配置される。複製されたスポークジオメトリー１３２の少なくとも二つは、中央配置されたスポークジオメトリー１３４の上方に配置され、かつ、複製されたスポークジオメトリー１３２の少なくとも二つは、中央配置されたスポークジオメトリー１３４の下方に配置される。中央配置されたスポークジオメトリー１３４上の最も外側の複製されたスポークジオメトリー１３６は、隣接するスポークジオメトリー１３８が中央配置されたスポークジオメトリー１３４に対するよりも、隣接するスポークジオメトリー１３８により近接している。同様に、中央配置されたスポークジオメトリー１３４の下方の最も外側の複製されたスポークジオメトリー１３６は、隣接するスポークジオメトリー１３８が中央配置されたスポークジオメトリー１３４に対するよりも、隣接するスポークジオメトリー１３８により近接している。
【００３４】
ここで図１４を参照すると、中央配置されたスポークジオメトリー１３４の上下にある隣接するスポークジオメトリー１３８の各境界弓形線の中間点１４０が決定され、マーキングされる。次いで、八つの弧１４２が、最も外側のスポークジオメトリー１３６のそれぞれの隣接コーナー１４４の各セット間に、それぞれのものが存在するように描かれる。各弧１４２は、一つの隣接コーナー１４４から、隣接するスポークジオメトリー１３８の境界線の中間点１４０を通って、別な隣接コーナー４４まで延びる。次に、最も外側のスポークジオメトリー１３６の一つのコーナーを別な最も外側のスポークジオメトリー１３６の同じコーナーに接続するように、四つの垂直線１４６が引かれる。垂直線１４６は垂直軸線に対して平行な線分である。ここで図１５を参照すると、八つの弧１４２および四つの垂直線分１４６が、第１のスポークの三次元ジオメトリー１４８を画定するように維持されている。他の全ての線や図形は、図面から隠したり、消去したり、削除したり、あるいはその他の方法で削除してもよい。
【００３５】
図１６を参照すると、スポークを設計する方法は、第１のスポーク１５２の三次元形状の表面１５０の形成をさらに含むことができる。表面１５０は中実体１５４を形成することができる。図１７に示すように、第１のスポーク１５２と同一の三次元形状を有する複数のスポーク１５６を画定するために、第１のスポーク１５２の三次元形状を複製することができる。スポーク１５６の数は予め決められた数であってもよいが、例えば図１７に示すように、三つ、四つ、五つまたはそれ以上のスポークが可能である。図１７に示すように、複数のスポーク１５６は、第１の端部１６０のそれぞれが軸線１５８に向かって配向された状態で、極配列として、軸線１５８の周りに配置されてもよい。
【００３６】
ここで図１８を参照すると、本方法は、複数のスポーク１５６のそれぞれの第１の端部１６０に当接するように中心部材１６２を描き、そして複数のスポーク１５６のそれぞれの反対側の第２の端部１６６に当接するように周囲リム１６４（リム）を描くことをさらに含む。一実施形態では、中心部材１６２は、中心部材１６２を描くことが中心部材１６２を再びデザイン中に再表示するかあるいは重ねることを含むようにスポーク１５６を設計する前に設計される。同様に、周囲リム１６４を描くことは、リム１６４を再びデザイン中に再表示するかあるいは重ねることを含むことができる。中心部材１６２の面１６８（ワッシャ面）は押し出されてもよい。ここで図１９を参照すると、円１７０が、シールノーズ１７２を画定するために、中心部材１６２の一つの軸方向面１６８上に描かれてもよい。図２０に示すように、シールノーズ１７２は、中心部材１６２の軸方向面１６８から軸方向に延伸させられてもよい。次に、全ての実線が最終ハブデザイン１７４を形成するために統合されてもよい。面取り部およびフィレット（図示せず）が最終ハブデザイン１７４に付加されてもよい。
【００３７】
本明細書で開示されるスポークは、ハブに作用するねじり力および曲げ力の両方に耐えるように設計されているが、これは、ハブが組み込まれるダンパーシステムの重量、慣性、および最終的にはコストの低下を実現し得る。この点を説明するために、図２１ないし図２３が添付されている。図２１および図２２は、当該技術分野において一般的な典型的なＩビーム形態を有するハブの３Ｄ有限要素モデルの結果を示している。図２１は、固定された大きさのねじりモーメントに対するハブの性能を示し、ねじり力に耐えるための等価安全係数３を示している。図２２は、同一の固定された大きさの曲げモーメントにさらされた同じハブの結果を示している。曲げモーメントに対するハブの安全係数は２．１５であった。
【００３８】
ここで図２３を参照すると、本明細書に開示されたスポークを有するハブの性能が、従来のスポークデザインを有するハブの、すなわち矩形テーパービームスポークを有するものおよびＩビームスポークを有する別なものの性能と比較されている。図２３は、等しい重量および類似の特徴（すなわち面取り部およびフィレット）のこれらのハブに関する３Ｄ有限要素モデルの結果を示しているが、唯一の違いはスポークの形状である。実験１に関して、ハブのそれぞれの性能は５００Ｎのベルト荷重で３００Ｎｍのねじりモーメントに応答してモデル化された。実験２に関して、ハブのそれぞれの性能は５００Ｎのベルト荷重で１００Ｎｍの曲げモーメントに応答してモデル化された。表１は、ハブのそれぞれが実験１および２で経験した最大応力を示す。
【００３９】
【表１】
0006749934.tif 000002
【００４０】
表１の結果から分かるように、三つのハブの全てが、ねじりモーメントに関して、実質的に同様の最大応力を経験したが、本発明の実施形態は曲げにおいて優れた構造的強度を有する。曲げモーメントに関するより低い最大応力は、矩形テーパービームスポークを有するハブに対して３８％、Ｉビームスポークを有するハブに対して４９％の改善である。これは、実験１および２で試験された伝統的な従来技術のハブに見られるのと同じ体積および重量を維持しながら達成された。
【００４１】
曲げ力および曲げ振動モードに応答したスポークの良好な性能により、ハブを曲げ力およびねじり力の両方に耐えるように設計することができる。先の例で示されているように、本明細書に開示されたスポークデザインを有するハブは、同じ体積および重量を有する従来のハブよりも曲げ力に耐える性能が優れている。これによって本明細書に開示されたスポークデザインを有するハブの疲労寿命を改善することができるが、これはまたダンパーの疲労寿命を改善し、ハブおよびダンパーの両方の耐用年数を増加させることができる。
【００４２】
本明細書に開示されたスポークデザインを有するハブが、改善された性能ではなく従来のハブと同じ性能を提供するように設計される場合、本明細書で開示されたスポークデザインを有するハブは、同じ性能を達成するために、従来のハブよりも少ない材料を用いて製造可能である。従来技術と同じ性能を達成するために少ない材料で本明細書に開示されたスポークを有するハブを設計することにより、ＴＶＤの材料コスト、重量および慣性を低減することができる。本明細書に開示されたスポークデザインはまた、例えば鋳造のような既知のプロセスによってハブを費用効果的に製造することを可能にする。
【００４３】
本発明が特定の実施形態に関して図示説明されているが、本明細書を読んで理解したとき当業者が改変を思い付くことは明らかであり、本発明はそうした改変の全て含む。
【符号の説明】
【００４４】
１０  フロントエンドアクセサリドライブ（ＦＥＡＤ）システム
１８  エンジン駆動アクセサリ
２０  オルタネータ
２４  エンドレス駆動ベルト
２８  ノーズ
３０  クランクシャフト
３２  回転ハブ
３４  ダンパーエラストマー部材
３６  慣性部材
３８  内側半径方向面
４０  ベルト係合部分
４４  ダンパーアセンブリ
５０  中心部材
５２  中央ボア
５４  外側半径方向面
５６  周囲リム
５８  内側半径方向面
５９  外側半径方向面
６０  スポーク
６２  第１の端部
６４  第２の端部
６６  第１の凹面
６８  第２の凹面
７０  第３の凹面
７２  第４の凹面
７６  第１の縁部
７８  第１の縁部
８０  第２の縁部
８２  第２の縁部
１０１  中心軸線
１０２  原直径（中央ボア）
１０４  原直径（中心部材外径）
１０６  原直径（リム内径）
１０８  原直径（リム外径）
１１０  中心部材オフセット外径
１１１  中心部材オフセット
１１２  リムオフセット内径
１１３  リムオフセット
１１４  第１の線
１１６  第２の線
１１７  第２のオフセット
１１８  角度
１２０  第３の線
１２２  ｙ軸
１２４  第４の線
１２６  第１の弧
１２８  第２の弧
１３０  出発スポークジオメトリー
１３２  スポークジオメトリー
１３４  スポークジオメトリー
１３６  複製スポークジオメトリー
１３８  スポークジオメトリー
１４０  中間点
１４２  弧
１４４  隣接コーナー
１４６  垂直線分
１４８  三次元ジオメトリー
１５０  表面
１５２  第１のスポーク
１５４  中実体
１５６  スポーク
１５８  軸線
１６０  第１の端部
１６２  中心部材
１６４  周囲リム
１６６  第２の端部
１６８  軸方向面
１７０  円
１７２  シールノーズ
１７４  最終ハブデザイン
【図１】
0006749934.tif 000003
【図２】
0006749934.tif 000004
【図３】
0006749934.tif 000005
【図４】
0006749934.tif 000006
【図５】
0006749934.tif 000007
【図６】
0006749934.tif 000008
【図７】
0006749934.tif 000009
【図８】
0006749934.tif 000010
【図９】
0006749934.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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