JP2006242254A

JP2006242254A - 動力伝達装置

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Publication number: JP2006242254A
Application number: JP2005057585A
Authority: JP
Inventors: Masato Miwa; 昌人三輪; Motoaki Yoshida; 元昭吉田; Masazumi Ishikawa; 正純石川
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-14

Abstract

【課題】破断機構部位に軸荷重のみを作用させ、当該部に切欠底半径ゼロのフランク角付きノッチの応力特異場を設けることにより、遮断トルクでは脆性破壊（急進破断）を生じさせ、繰返しトルクでは疲労破壊させない構造、さらに、当該部のフランク角度を変えることにより遮断トルクを制御できる構造を提供する。
【解決手段】回転力を伝達する各連結部材２３をボス２２の回転接線方向に延びるように形成するとともに、連結部材２３にボス２２の回転接線方向と直交する方向に対向するように配置されて対向端部２３ｃが応力特異場を有する断面Ｖ字形状に形成された一対の切欠部２３ｂを設けたので、圧縮機１の焼付きなどにより所定の大きさ以上の回転力が生ずると、各切欠部２３ｂの対向端部２３ｃに局部的に応力が集中し、延性材料でも伸びが非常に小さい脆性材料と同じく急進破断を生じ、常に所定の回転力で連結部材２３を破断させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば車両用空気調和装置に用いられる圧縮機に車両の駆動源からの動力を伝達する動力伝達装置に関するものである。

従来、この種の動力伝達装置としては、図１０に示すように、図示しない動力源側から伝達される回転力を圧縮機のシャフトに伝達するハブ１００を備え、ハブ１００を、動力源側の回転力が伝達される第１の回転体１０１と、第１の回転体１０１を動力源側に取付けるための取付孔１０１ａと、第１の回転体１０１の内周面側に配置され、図示しない圧縮機の従動シャフトと一体に回転する第２の回転体１０２と、第２の回転体１０２を従動シャフトに取付けるためのスプラインボス１０２ａと、互いにハブ１００の周方向に間隔をおいて設けられるとともに、所定の断面積でハブの径方向に延びるように形成され、第１の回転体１０１から第２の回転体１０２に回転力を伝達する複数の連結部１０３とから構成し、例えば圧縮機の焼付きにより従動シャフトが回転不能になり、各回転体１０１，１０２の間に所定の大きさ以上の回転力が生ずると、各連結部１０３が破断して第１の回転体１０１から第２の回転体１０２に伝達される回転力を遮断するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−１６８２６７号公報

ところで、前記連結部１０３は、連結部１０３を形成する材料の引張強さと連結部１０３を破断させる回転力とから所定の断面積に設定されている。

一方、前記連結部１０３はハブ１００の径方向に延びるように形成されているので、図１１に示すように、各回転体１０１，１０２の間に回転力が生ずると、各連結部１０３の径方向外側に第１の回転体１０１の回転方向への力が加わり、連結部１０３には第１の回転体１０１の回転方への曲げ応力が生ずる。これにより、連結部１０３の曲げ方向内側に位置する幅方向一端部１０３ａ側には圧縮力が加わり、曲げ方向外側に位置する幅方向他端部１０３ｂ側には引張力が加わる。また、これらの力は連結部１０３の幅方向内側に比べて幅方向外側の方が大きくなる。このため、各回転体１０１，１０２の間に所定の大きさ以上の回転力が生ずると、連結部１０３は第１の回転体１０１の回転方向に曲げられた後に幅方向他端部１０３ｂから亀裂が発生して破断する。

しかしながら、圧縮機の焼付きが生ずる前にも各回転体１０１，１０２の間には回転力が生ずるため、連結部１０３の幅方向他端部１０３ｂに引張力が繰返し加わり、幅方向他端部１０３ｂの強度が材料疲労によって低下する。即ち、材料疲労を生ずる前後で連結部１０３が破断する回転力にばらつきが生ずるため、材料疲労によって強度低下した場合を基準として連結部１０３の断面積を設定する必要がある。このため、連結部材１０３の材料疲労する前の強度が破断に要する強度よりも高くなり、連結部１０３が所定の回転力に達しても破断しないという問題点があった。

本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、駆動側と従動側とを連結して回転力を伝達するとともに、所定の回転力において当該連結部を急進破断させることにより連結部が破断する回転力のばらつきを小さくし、さらに連結部の材料変更なしに破断する回転力を任意に変化させることができる動力伝達装置を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するために、外部からの動力によって回転する第１の回転体と、第１の回転体と同軸上に配置され、第１の回転体側から伝達される回転力を従動側に伝達する第２の回転体と、第１の回転体から第２の回転体に回転力を伝達可能に設けられ、各回転体の間に所定の大きさ以上の回転力が生ずると、一部が破断することにより第１の回転体から第２の回転体に伝達される回転力を遮断する連結部材とを備えた動力伝達装置において、前記連結部材を第２の回転体の回転接線方向に延びるように形成するとともに、連結部材には第２の回転体の回転接線方向と直交する方向に互いに対向する一対の切欠部を設け、各切欠部をそれぞれの対向端部に応力特異場を有する断面略Ｖ字形状に形成している。

これにより、連結部材が第２の回転体の回転接線方向に延びるように形成されていることから、各回転体の間に回転力が生ずると、連結部材に第２の回転体の回転接線方向への引張力が加わる。また、連結部材には、第２の回転体の回転接線方向と直交する方向に互いに対向するとともに、断面略Ｖ字形状に形成された一対の切欠部が設けられていることから、各切欠部の対向端部を通る断面が連結部材において断面積の最も小さい最小断面積部になるとともに、最小断面積部は連結部材に加わる引張力と直交する。さらに、各切欠部はそれぞれの対向端部が応力特異場を有する断面略Ｖ字形状に形成されていることから、各回転体の間に所定の大きさ以上の回転力が生じて連結部材に大きな引張力が加わると各切欠部の対向端部に応力が集中し、応力特異場を有する切欠部によって連結部材が急進破断する。

また、本発明は、前記Ｖ字形状のなす角度を連結部材が破断する回転力に応じた任意の角度に設定している。

これにより、切欠部のＶ字形状のなす角度を変更することにより切欠部の対向端部に集中する応力の大きさが変わることから、連結部材の材料変更なしに連結部材を破断させる回転力を任意に設定することができる。

本発明の動力伝達装置によれば、各回転体の間に所定の大きさ以上の回転力が生ずると各切欠部の対向端部に応力が集中し、応力特異場を有する各切欠部から連結部材を破断させることができるので、延性材料でも伸びが非常に小さい脆性材料と同じように急進破壊を生じさせることができ、常に所定の回転力で連結部材を破断させることができる。

さらに、連結部材の材料変更なしに連結部材を破断させる回転力を任意に設定することができるので、連結部材を破断させる回転力の変更を容易に行うことができ、設計を容易かつ確実に行う上で極めて有利である。

図１乃至図６は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は動力伝達装置の側面断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線断面図、図３は図１におけるＢ−Ｂ線断面図、図４は連結部材の要部平面図、図５はハブの斜視図、図６は連結部材の斜視図である。

本実施形態の動力伝達装置は、図示しないエンジンからの動力が伝達されるプーリ１０と、プーリ１０側から伝達される回転力を従動機器としての圧縮機１に伝達するハブ２０と、プーリ１０の回転力をハブ２０に伝達する複数の緩衝ゴム３０とを備えている。

プーリ１０は外周面に図示しないＶベルトが巻掛けられるようになっており、ベアリング１０ａを介して圧縮機１に回転可能に支持されている。プーリ１０における圧縮機１と反対方向の一端面には周方向に延びる環状の溝部１０ｂが設けられ、溝部１０ｂ内には互いに周方向に間隔をおいて軸方向に突出する複数の突出部１０ｃが設けられている。

ハブ２０は、プーリ１０と一体に回転する第１の回転体としてのアウターリング２１と、アウターリング２１と同軸上に配置され、アウターリング２１側から伝達される回転力を圧縮機１の従動シャフト２に伝達するボス２２と、互いに周方向に間隔をおいて設けられ、アウターリング２１とボス２２とを回転方向に連結する複数の連結部材２３と、ハブ２０における圧縮機１と反対方向の一端面を覆うように形成されたプレート２４とを備えている。

アウターリング２１は周知の繊維強化プラスチック材料からなり、一端面をプーリ１０の一端面に対向するように配置されている。また、プーリ１０との対向面には互いに周方向に間隔をおいて軸方向に突出する複数の突出部２１ａが設けられ、各突出部２１ａはプーリ１０の溝部１０ｂ内に挿入されている。さらに、アウターリング２１の各突出部２１ａはプーリ１０の各突出部１０ｃと周方向に交互に配置されるとともに、それぞれ突出部１０ｃと周方向に所定の間隔をおいて対向している。

ボス２２は周知の繊維強化プラスチック材料からなり、円板状に形成されている。また、ボス２２の一端面側には従動シャフト２と連結する金属材料からなるスプライン部材２２ａがインサート成形によって一体に設けられ、ボス２２はその他端面側から従動シャフト２の先端部に螺合するナット２２ｂによって従動シャフト２に固定されている。

各連結部材２３はボス２２の回転接線方向に延びるように形成された直方体のアルミニウム合金の部材からなり、連結部材２３の長さ方向一端部側はインサート成形によってボス２２の外周面側と一体に成形されるとともに、連結部材２３の長さ方向他端部側はインサート成形によってアウターリング２１の内周面側と一体に成形されている。また、連結部材２３の長さ方向一端部及び他端部にはボス２２の軸方向に延びる突出部２３ａがそれぞれ設けられ、各突出部２３ａがアウターリング２１及びボス２２に連結部材２３の長さ方向に係止している。

連結部材２３の長さ方向中央部には、ボス２２の回転接線方向と直交する方向に互いに対向するように配置され、それぞれ角度αをなす断面Ｖ字形状に形成された一対の切欠部２３ｂが設けられている。また、各切欠部２３ｂの対向端部２３ｃは応力特異場を有するように切欠底半径ゼロ（切欠底部に隅Ｒを有さない形状）に形成されている。さらに、各切欠部２３ｂの対向端部２３ｃを通る断面部２３ｄの断面積は、アウターリング２１とボス２２との間に所定の回転力が生ずると破断するように設定されている。即ち、連結部材２３の材料の引張強度と所定の回転力が生じた時に連結部材２３に加わる引張力とから断面部２３ｄの断面積が設定されている。

プレート２４は圧延鋼板からなり、円板状に形成されている。また、プレート２４の一端面はハブ２２の一端面と圧縮機１の軸方向に当接し、互いに周方向に間隔をおいて設けられた複数のリベット２４ａによってハブ２２に取付けられている。

各緩衝ゴム３０はＩＩＲ、ＥＰＤＭ等の周知のゴム材料からなり、プーリ１０の溝部１０ｂに沿うように形成されるとともに、プーリ１０の各突出部１０ｃとアウターリング２１の各突出部２１ａとの間にそれぞれ設けられている。

以上の構成においては、エンジンの動力がプーリ１０に伝達されると、プーリ１０の回転力は各緩衝ゴム３０を介してアウターリング２１に伝達される。また、図３に示すように、アウターリング２１の回転力（回転方向Ｒ）は各連結部材２３を介してボス２２に伝達され、ボス２２と一体に従動シャフト２が回転する。

この際、アウターリング２１からボス２２へは各連結部材２３を介して回転力が伝達されるが、各連結部材２３はボス２２の回転接線方向に延びるように形成されていることから、連結部材２３にボス２２の回転接線方向への引張力が加わる。また、連結部材２３にはボス２２の回転接線方向と直交する方向に互いに対向する一対の断面Ｖ字形状の切欠部２３ｂが設けられていることから、各切欠部２３ｂの対向端部２３ｃを通る断面部２３ｄが連結部材２３において断面積の最も小さい最小断面積部になるとともに、断面部２３ｄは連結部材２３に加わる引張力と直交する。さらに、各切欠部２３ｂはそれぞれの対向端部２３ｃが応力特異場を有する断面Ｖ字形状に形成されていることから、連結部材２３に大きな引張力が加わると各切欠部２３ｂの対向端部２３ｃに応力が集中する。

即ち、圧縮機１を駆動するためにアウターリング２１とボス２２との間に生ずる回転力によっては連結部材２３に大きな引張力が加わらず、断面部２３ｄ全体で引張力をほぼ均等に受けながら回転力を伝達する。また、圧縮機１の焼付きなどにより従動シャフト２が回転不能となり、アウターリング２１とボス２２との間に所定の大きさ以上の回転力が生じて連結部材２３に大きな引張力が加わると、各切欠部２３ｂの対向端部２３ｃに局部的に応力が集中して連結部材２３が急進破断する。このため、連結部材２３の材料として延性材料を用いた場合でも連結部材２３を急進破断させることができる。

また、各切欠部２３ｂは断面Ｖ字形状に形成されているので、対向端部２３ｃに応力が集中しやすく、連結部材２３が引張方向に大きく変形することがない。

さらに、エンジンからプーリ１０に動力とともに回転変動が伝達されるが、プーリ１０からアウターリング２１へは各緩衝ゴム３０を介して回転力が伝達されるので、プーリ１０の回転変動が効果的に低減される。

このように、本実施形態によれば、アウターリング２１からボス２２に回転力を伝達する各連結部材２３をボス２２の回転接線方向に延びるように形成するとともに、連結部材２３にボス２２の回転接線方向と直交する方向に互いに対向するように配置され、それぞれの対向端部２３ｃが応力特異場を有する断面Ｖ字形状に形成された一対の切欠部２３ｂを設けたので、圧縮機１を駆動するための回転力によっては連結部材２３に大きな引張力が加わらず、断面部２３ｄ全体で引張力をほぼ均等に受けながら回転力を伝達するので、連結部材２３の一部に局部的な材料疲労が生ずることを防止できる。また、圧縮機１の焼付きなどにより所定の大きさ以上の回転力が生ずると、各切欠部２３ｂの対向端部２３ｃに局部的に応力が集中して連結部材２３が急進破断する。このため、連結部材２３の材料として延性材料を用いた場合でも伸びの非常に小さい脆性材料と同じように連結部材２３を急進破断させることができ、常に所定の回転力で連結部材２３を破断させることができる。

また、各切欠部２３ｂは断面Ｖ字形状に形成されているので、対向端部２３ｃに応力が集中しやすく、所定の回転力により連結部材２３を確実に急進破断させることができる。

さらに、連結部材２３をアルミニウム合金などの靭性の高い材料（延性材料）から形成したので、連結部材２３の加工を容易に行うことができる。

また、連結部材２３を比強度の大きい材料であるアルミニウム合金から形成したので、連結部材２３の重量を軽くすることができ、装置の軽量化を図る上で極めて有利である。

さらに、各切欠部２３ｂの対向端部２３ｃは応力特異場を有するように切欠底半径ゼロ（切欠底部に隅Ｒを有さない形状）に形成されているので、対向端部２３ｃに確実に応力を集中させることができ、連結部材２３を急進破断させる上で極めて有利である。

尚、本実施形態では、各切欠部２３ｂの対向端部２３ｃを切欠底半径ゼロに形成したものを示したが、切欠底にわずかな隅Ｒがつく程度であれば、本発明と同様の作用効果を奏することができる。

尚、本実施形態では、連結部材２３をアルミニウム合金から形成したものを示したが、繊維強化プラスチック材料等の比強度のさらに大きい材料を使用することにより、装置をより軽量化することができる。

また、本実施形態では、アウターリング２１とハブ２２との間に３個の連結部材２３を設けたものを示したが、連結部材２３を１または２個とすることも可能であり、４個以上とすることも可能である。

尚、本実施形態では、連結部材２３をアウターリング２１及びハブ２２と別の材料から形成したものを示したが、アウターリング２１またはハブ２２と同一の材料から一体に形成することも可能である。

また、本実施形態では、アウターリング２１及びハブ２２を繊維強化プラスチック材料から形成したものを示したが、アウターリング２１及びハブ２２を金属材料から形成することも可能である。この場合、連結部材２３をアウターリング２１またはハブ２２と同一の材料から一体に形成することも可能であり、連結部材２３をボルト等によってアウターリング２１及びハブ２２に取付けることも可能である。

尚、本実施形態では、連結部材２３の各切欠部２３ｂを角度αをなすように形成したものを示したが、図７に示すように、各切欠部２３ｂを角度αよりも小さい角度βをなすように形成することもできる。この場合、連結部材２３の材料及び断面部２３ｄの断面積が等しい場合でも対向端部２３ｃ近傍の応力場の強さが大きくなり、各切欠部２３ｂを角度αをなすように形成したときよりも連結部材２３を破断させるのに必要とする引張力が小さくなる。このように、各切欠部２３ｂの角度を変えることにより、連結部材２３の材料及び断面部２３ｄの断面積を変更することなく、連結部材２３を破断させるための回転力を任意に設定することができるので、設計を容易かつ確実に行う上で極めて有利である。

また、本実施形態では、連結部材２３に互いに対向するように配置され、それぞれ断面Ｖ字形状に形成された切欠部２３ｂを設けたものを示したが、図８に示すように、各切欠部２３ｅの開口部近傍をボス２２の回転接線方向と直交する方向に延びるように形成するとともに、各切欠部２３ｅの対向端部側を断面Ｖ字形状に形成することも可能である。また、図９に示すように、各切欠部２３ｆを２つの曲面によって形成することも可能である。

本発明の一実施形態を示す動力伝達装置の側面断面図図１におけるＡ−Ａ線断面図図１におけるＢ−Ｂ線断面図連結部材の要部平面図ハブの斜視図連結部材の斜視図本実施形態の切欠部の変形例を示す連結部材の要部平面図本実施形態の切欠部の他の変形例を示す連結部材の要部平面図本実施形態の切欠部のさらに他の変形例を示す連結部材の要部平面図従来の動力伝達装置を示す平面図従来の動力伝達装置に回転力を加えた際の動作を示す動作説明図

符号の説明

１…圧縮機、２…従動シャフト、１０…プーリ、２０…ハブ、２１…アウターリング、２２…ボス、２３…連結部材、２３ｂ…切欠部、２３ｃ…対向端部、２３ｄ…断面部、２４…プレート、３０…緩衝ゴム。

Claims

外部からの動力によって回転する第１の回転体と、第１の回転体と同軸上に配置され、第１の回転体側から伝達される回転力を従動側に伝達する第２の回転体と、第１の回転体から第２の回転体に回転力を伝達可能に設けられ、各回転体の間に所定の大きさ以上の回転力が生ずると、一部が破断することにより第１の回転体から第２の回転体に伝達される回転力を遮断する連結部材とを備えた動力伝達装置において、
前記連結部材を第２の回転体の回転接線方向に延びるように形成するとともに、連結部材には第２の回転体の回転接線方向と直交する方向に互いに対向する一対の切欠部を設け、
各切欠部をそれぞれの対向端部に応力特異場を有する断面略Ｖ字形状に形成した
ことを特徴とする動力伝達装置。
前記Ｖ字形状のなす角度を連結部材が破断する回転力に応じた任意の角度に設定した
ことを特徴とする請求項１記載の動力伝達装置。
前記連結部材を靭性の高い材料から形成した
ことを特徴とする請求項１または２記載の動力伝達装置。
前記連結部材を比強度の大きい材料から形成した
ことを特徴とする請求項１、２または３記載の動力伝達装置。