JP2007046627A - 動力伝達装置及びクラッチレス圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】高い品質を維持できる動力伝達機構の提供を図る。
【解決手段】動力伝達装置６０は、補機のハウジング１のボス部４ｂの外周に回転自在に装着されるプーリ６１と、回転軸１０と同軸上で回転軸１０の端部１０ｂに固定された固定部材６５と、固定部材６５およびプーリ６１に固定されこれら固定部材６５およびプーリ６１を連結する連結部材６３と、を備える。固定部材６５には、所定値以上の負荷トルクが作用したときに捻れ破断してプーリ６１から回転軸１０への回転動力の伝達を断つ破断部８９が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばクラッチレス圧縮機などに利用される動力伝達装置に関する。

クラッチレス圧縮機には、例えば特許文献１に開示されるようなものが提案されている。このクラッチレス圧縮機は、ハウジングと、ハウジング内に回転自在に配置された駆動軸と、駆動軸の回転に伴って圧縮運動する圧縮部材と、を備え、外部回路から冷媒を吸入・圧縮したのち外部回路へ吐出するものである。

ハウジングのボス部には、プーリがベアリングを介して回転自在に支持されており、またハウジングのボス部から露出する回転軸の端部には、プーリの中央部の円筒状のボス部が嵌合されている。

このプーリは従動側のプーリであり、外部駆動源（例えばエンジンのクランクシャフトの設けられた駆動側プーリ）により回転するベルトが掛けられて、これによりプーリが回転して、圧縮機の回転軸が回転するようになっている。

ハウジング内の部品が焼きついて回転軸が回転不能になった場合には、プーリも停止してベルトが空滑りして発熱し、周辺部品に悪影響を与えてしまうため、これを回避するため、回転軸にはノッチ状の破断部が設けられている。
特開平８−３１９９４５号公報図８

しかしながら前記従来技術では、溝状の破断部が回転軸の端部近傍に設けられている。回転軸の外周面のうち破断部よりもプーリ側には、プーリのボス部を固定するためのスプライン溝が形成されている。また、回転軸の外周面のうち破断部よりもハウジング側には、リップシールが摺動接触する摺動面が形成される。

つまり、回転軸の端部近傍は摩耗防止を目的とした表面硬化処理が必要となる。この表面硬化処理によって、溝状の破断部は焼き割れたり、捻れ破断荷重が低下してしまう可能性があり、品質維持が困難である。

本発明はこのような従来技術をもとに為されたもので、その目的は、高い品質を維持できる動力伝達機構およびこれを用いたクラッチレス圧縮機の提供である。

請求項１に記載の発明は、補機のハウジング内で回転自在に支持され且つその端部が前記ハウジングのボス部より前記ハウジング外に露出する回転軸と、前記ハウジングのボス部の外周に回転自在に装着され、外部駆動源からの回転動力により回転するプーリと、前記回転軸と同軸上で前記回転軸の端部に固定された固定部材と、前記固定部材および前記プーリに固定されこれら固定部材およびプーリを連結する連結部材と、を備え、前記固定部材には、所定値以上の負荷トルクが作用したときに捻れ破断して前記プーリから前記回転軸への回転動力の伝達を断つ破断部が設けられていることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の動力伝達装置であって、前記連結部材は、前記プーリに固定されるアウタープレートと、前記固定部材に固定されるインナープレートと、前記アウタープレートおよび前記インナープレートに固着され両者を連結する弾性部材と、を備えることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、ハウジングと、前記ハウジング内で回転自在に支持され且つその端部が前記ハウジングのボス部より前記ハウジング外に露出する回転軸と、前記ハウジング内に配置され前記回転軸の回転に伴って圧縮運動をする圧縮部材と、前記回転軸に外部駆動源からの回転動力を伝達する動力伝達装置と、を備え、
前記動力伝達装置は、前記ハウジングのボス部の外周に回転自在に装着され、前記外部駆動源からの回転動力により回転するプーリと、前記回転軸と同軸上で前記回転軸の端部に固定された固定部材と、前記固定部材および前記プーリに固定されこれら固定部材およびプーリを連結する連結部材と、を備え、前記固定部材には、所定値以上の負荷トルクが作用したときに捻れ破断して前記プーリから前記回転軸への回転動力の伝達を断つ破断部が設けられていることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のクラッチレス圧縮機であって、前記連結部材は、前記プーリに固定されるアウタープレートと、前記固定部材に固定されるインナープレートと、前記アウタープレートおよび前記インナープレートに固着され両者を連結する弾性部材と、を備えることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、回転軸とは別体に設けられた固定部材に、破断部が設けられているため、従来のような不都合が生じない。つまり、従来の如く回転軸の端部に破断部が形成された構造では、回転軸の端部の表面処理の際に破断部が焼き割れたり硬化して、捻れ破断荷重が低下してしまう可能性がある。しかしながら本発明では破断部が回転軸と別体の固定部材に設けられているため、従来のような不都合が生じない。また、本発明によれば、破断部が回転軸およびプーリと別体の固定部材に設けられているため、回転軸およびプーリに変更を加えることなく、破断部の破断荷重の設計変更を容易に行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、アウタープレートとインナープレートとの間の弾性部材により、プーリの回転速度が急激に変化したときに弾性部材で回転速度の変化を吸収できるため、破断部にかかる負荷を低減でき、動力伝達装置の品質をさらに高く維持できる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１と同様の効果が得られる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２と同様の効果が得られる。

以下、本発明にかかる一実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、補機としての圧縮機の全体の概略構造を説明する。図１は第１実施形態の圧縮機の構造を概略的に示す側断面図である。

圧縮機の全体構造
図１に示すように、圧縮機は可変容量式のクラッチレス圧縮機である。圧縮機のハウジング１は、シリンダブロック２と、フロントハウジング４と、リアハウジング６と、バルブプレート９と、により構成されている。

シリンダブロック２は、全体として円柱状に形成されている。シリンダブロック２には、ピストン２９を摺動自在に保持するシリンダボア３が貫通形成されている。シリンダボア３は、シリンダブロック２の軸線方向に向けて貫通し、且つ、シリンダブロック２の円周方向に沿って間隔をあけて複数設けられている。このシリンダボア３のピストンの前端面２９ａとバルブプレート９との間に圧縮室３Ａが構成される。

フロントハウジング４は全体として略円形の容器状に形成されている。フロントハウジング４は、シリンダブロック２の前端面に接合され該シリンダブロック２との間にクランク室５を形成している。

シリンダブロック２の中心部およびフロントハウジング４の中心部には貫通孔２ｃ、４ｃが設けられ、シリンダブロックの貫通孔２ｃにラジアル軸受１５、スラスト軸受１６を介して回転軸１０の一端が軸支され、フロントハウジングの貫通孔４ｃにラジアル軸受１７を介して回転軸１０の他端が軸支されている。これにより、回転軸１０がクランク室５内で回転自在となっている。

クランク室５内には、回転軸１０に軸方向にスライド自在に装着された図示せぬボールジョイント２２と、ボールジョイント２２に対して揺動自在に装着されたジャーナル２４と、該ジャーナル２４に固定された回転斜板２６と、が設けられている。これにより回転斜板２６は、回転軸１０の軸方向に向けてスライド自在であるとともに回転軸１０の軸方向に対して傾斜角を変更自在となっている。

また、クランク室５内には、回転軸１０に固定されて回転軸１０と一体的に回転するラグプレート２１が設けられている。なお、ラグプレート２１は、フロントハウジング４の縦壁部４ａにスラスト軸受１８を介して圧接された状態で回転自在になっている。このラグプレート２１とジャーナル２４とは円弧状の長穴２７とピン２８とを介して連結されていて、これによりラグプレート２１とジャーナル２４（および回転斜板２６）が一体に回転するようになっている。このとき、ジャーナル２４およびこれに固定された回転斜板２６は、傾斜角を変化できる状態である。

そして、各シリンダボア３に収容されたピストン２９は、一対のシュー３０を介して回転斜板２６と連結されていて、これによりピストン２９は回転斜板２６が回転すると回転斜板２６の傾斜角に応じたストロークでシリンダボア３内をピストン運動する。

リアハウジング６は、全体として略カップ形状に形成されている。リアハウジング６は、シリンダブロック２の後端面にバルブプレート９を介して接合されている。リアハウジング６とバルブプレート９との間には吸入室７および吐出室８が形成され、これら吸入室７及び吐出室８は図示せぬ外部循環回路に接続されている。

バルブプレート９は、全体として略円板状に形成され、貫通孔（吸入孔１１および吐出孔１２）を備えている。吸入孔１１はシリンダボア３と吸入室７とを連通する通路であり、一方、吐出孔１２はシリンダボア３と吐出室８とを連通する通路である。また、吸入孔１１は、シリンダボア３側に位置する金属製の弁板１３に形成された吸入弁１３ｖにより開閉され、一方、吐出孔１２は、吐出室８側に位置する金属製の弁板１４に形成されたリード弁としての吐出弁１４ｖにより開閉される。

以上のような構成により、回転軸１０が回転すると、ラグプレート２１ともに回転斜板２６が回転し、回転斜板２６の傾斜角に応じたストロークでピストン２９が往復動する。このピストン２９の往復動により、被圧縮媒体（例えば冷媒）が、外部循環回路→吸入室７→バルブプレート９の吸入孔１１→シリンダボア３内へと吸入されてこのシリンダボア３内で高温高圧に圧縮され、そして、シリンダボア３→バルブプレート９の吐出孔１２→吐出室８→外部循環回路へと吐出される。

圧縮機の吐出量の制御（回転斜板の傾斜角の制御）
吐出容量を可変とするために、圧縮機には、クランク室５と吸入室７とを常時連通する抽気通路（図示せず）と、クランク室５と吐出室８とを連通する給気通路（図示せず）と、該給気通路を開閉する制御弁３３と、が設けられている。上記抽気通路は、クランク室５内の冷媒ガス圧力に応じてクランク室５内の冷媒ガスを吸入室７へ帰還させる通路である。上記給気通路は、制御弁３３により開閉されて吐出室８からクランク室５に向けて流れる冷媒ガスを吸入する通路である。制御弁３３の開閉制御によりクランク室５（ピストンの背面圧）が調整されると、ピストンストロークが変化して（つまり回転斜板２６の傾斜角が変化して）、圧縮機の吐出量が変化する。

より具体的には、クランク室５の圧力を高めると、ピストン２９の背面圧が上昇することで、ピストンストロークが小さくなる。このとき、ボールジョイント２２がシリンダブロック２に近づく方向に移動することで、回転斜板２６の傾斜角が小さくなり（つまり回転斜板２６と回転軸１０とのなす角が直角に近づき）、これによりピストンストロークが減少するようになっている。

一方、クランク室５の圧力を低めると、ピストン２９の背面圧が下降するとで、ピストンストロークが大きくなる。このとき、ボールジョイント２２がシリンダブロック２から離れる方向に（ラグプレート２１に近づく方向に）移動することで、回転斜板２６の傾斜角が大きくなり、ピストンストロークが減少するようになっている。

ここで、ボールジョイント２２の軸方向の前後には、回転軸１０の外周にリターンスプリング５１、５２が設けられている。これらリターンスプリング５１、５２は、回転斜板２６を回転軸１０の軸方向に加圧するように構成されている。ラグプレート２１側に配置されたリターンスプリング５１は、図１に示す如くフルストロークで運転している状態から運転を停止した場合に、ピストンストロークの前後の圧力差が均等していくにしたがって、除々にボールジョイント２２をデストローク側（図１中右側）に押し戻すことで回転斜板２６を所定位置（例えば中立位置）に復帰させるものである。一方、シリンダブロック側のリターンスプリング５２は、デストロークで運転している状態から運転を停止した場合に、ピストンストロークの前後の圧力差が均等していくにしたがって、除々にボールジョイント２２をフルストローク側（図１中左側）に押し戻すことで回転斜板２６を所定位置（例えば中立位置）に復帰させるものである。

動力伝達装置
次に、補機としての圧縮機に付設される動力伝達装置について図２、３を参照しつつ説明する。図２は図１中の矢示ＩＩ方向から見た側面図、図３は動力伝達装置の拡大断面図であって図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

回転軸１０のうちハウジング１（フロントハウジング４）のボス部４ｂよりハウジング１外に露出する部分（露出端部１０ｂ）には、動力伝達装置６０が設けられている。

動力伝達装置６０は、プーリ６１と、連結部材としてのドライブプレート６３と、固定部材６５と、を備える。

プーリ６１は、金属または樹脂により形成され、フロントハウジング４のボス部４ｂの外周面にベアリング６７を介して回転自在に取り付けられている。プーリ６１の外周には、外部駆動源Ｅによって常時回転する動力伝達部材としてのベルトＶが架け渡されてこれにより常時回転するようになっている。プーリ６１は、筒状のプーリ本体部６１ａから外径方向に突出するフランジ部６１ｂを備える。このフランジ部６１ｂに、締結部材としてのピン６９によってドライブプレート６３が固定されている。このドライブプレート６３との固定箇所は、ドライブプレート６３のアウタープレート７１である。

ドライブプレート６３は、円環状のアウタープレート７１と、円板状のインナープレート７３と、アウタープレート７１およびインナープレート７３に固着され両者７１、７３を連結する弾性部材のダンパー７５と、を備えている。アウタープレート７１およびインナープレート７３は金属製であり、ダンパー７５はゴムや合成樹脂などの弾性部材により構成されている。アウタープレート７１の内周縁には軸方向に突出する筒状の内周壁部７１ｂが形成され、インナープレート７３の外周縁には軸方向に突出する筒状の外周壁部７３ｂが形成され、これら内周壁部７１ｂと外周壁部７３ｂとの対向面間にダンパー７５が固着している。インナープレート７３には、締結部材としてのピン７７を介して固定部材６５が固定されている。この固定部材６５との固定箇所は、固定部材６５のフランジ部８３である。

固定部材６５は、回転軸１０と同一または異なる金属により形成され、回転軸１０の端部１０ｂに固定される円柱部８１と、円柱部８１の端部（図３中左端部）から外径径方向に突出するフランジ部８３と、を備える。フランジ部８３は上述の如くインナープレート７３に固定される。円柱部８１は、小径部８５と、大径部８７と、を備え、大径部８７は、内部が中空８７ａに肉抜きされている。小径部８５は、回転軸１０の端部１０ｂに形成された固定穴１０ｃに固定される。固定穴１０ｃの内周面にはネジが設けられ且つ小径部８５の外周面にはネジが設けられ、これにより、両者１０ｃ、８５が螺合固定されている。なお、本発明では、固定部材６５と固定穴１０ｃとの固定構造は、圧入であってもよいし、固定部材６５および固定穴１０ｃをスプライン結合とする構造であってもよい。

小径部８５と大径部８７との境界には、小径部８５よりも小径にくびれ形成された溝状の破断部８９が形成されている。破断部８９は、小径部８５と大径部８７との間に回転トルク差が生じた際に、捻れて破断を誘発する箇所であり、その厚み（又は溝の深さ）は所定値以上の負荷トルクが作用した際に破断する寸法に設定されている。つまり、破断部８９は、所定値以上の負荷トルクが作用したときに捻れ破断して、プーリ６１から回転軸１０への回転動力の伝達を断つ。

なお、フロントハウジング４の貫通孔４ｃにはラジアル軸受１７よりも開口端側にリップシール５５が設けられている。このリップシール５５は、クランク室５内の冷媒が貫通孔４ｃ（回転軸１０）に沿って漏洩するの防ぐもので、貫通孔４ｃの内周面に固定された状態で回転軸１０の外周面に押接され、回転軸１０の回転時には回転軸１０と強く摺動接触するようになっている。

作用
次に、上述の動力伝達装置の作用を説明する。

外部駆動源Ｅとしての車両のエンジンが動作すると、クランクシャフトと一体に回転する駆動側プーリが回転し、この駆動側プーリに架け渡されたベルトＶが回転する。ベルトＶは、駆動側プーリの他に、複数の補機側プーリ（圧縮機のプーリ６１に加え、例えばオルタネータのプーリや、オイルポンプのプーリなど）に架け渡されており、補機側プーリもベルトＶによって回転する。

圧縮機のプーリ６１が回転すると、ドライブプレート６３および固定部材６５を介して回転軸１０が回転し、これより圧縮機が所定の圧縮動作を行う。

例えば、シュー３０と回転斜板２６との焼付きよって回転軸１０が回転不能になった場合には、固定部材６５の破断部８９に負荷トルクが作用し、その負荷トルクが所定値を超えたとき、破断部８９が捻れて破断する。その結果、プーリ６１と回転軸１０との連結が断たれ、プーリ６１はフリーで回転し続ける。その結果、圧縮機の内部が更に破損することがなく、また、その他の補機（例えばオルタネータやオイルポンプなど）はそのまま運転される。また、圧縮機のプーリ６１上をベルトＶが空回りすることもないため、ベルトＶが摩擦により高温に発熱することもない。

ここで、この実施形態では、破断部８９が回転軸１０には形成されていないため、従来（特許文献１）ような不都合が生じない。即ち、回転軸１０の端部にはリップシール５５が摺動接触する硬化摺動面５７が設けられるが、従来の如く回転軸に破断部が形成された構造では、回転軸の表面処理の際に、破断部が焼き割れたり硬化してその破断荷重が低下してしまう可能性がある。しかしながら本実施形態では破断部８９が回転軸とは別体の固定部材６５に設けられているため、従来のような不都合が生じない。

以下、この実施形態の効果をまとめる。

（１）この実施形態の動力伝達装置６０は、補機のハウジング１のボス部４ｂの外周に回転自在に装着されるプーリ６１と、回転軸１０と同軸上で回転軸１０の端部１０ｂに固定された固定部材６５と、固定部材６５およびプーリ６１に固定されこれら固定部材６５およびプーリ６１を連結する連結部材６３と、を備え、固定部材６５には、所定値以上の負荷トルクが作用したときに捻れ破断してプーリ６１から回転軸１０への回転動力の伝達を断つ破断部８９が設けられている。つまり、この実施形態によれば、回転軸１０と別体に設けられた固定部材６５に、破断部８９が設けられている。そのため、従来（例えば特許文献１）のような不都合が生じない。つまり、従来の如く回転軸に破断部が形成された構造では、回転軸の端部の表面処理の際に破断部が焼き割れたり硬化して破断荷重が低下してしまう可能性がある。しかしながらこの実施形態では、破断部８９が回転軸１０と別体の固定部材６５に設けられているため、従来のような不都合が生じない。

（２）またこの実施形態では、破断部８９が回転軸１０およびプーリ６１と別体の固定部材６５に設けられているため、回転軸１０およびプーリ６１に変更を加えることなく、破断部８９の破断荷重の設計変更を容易に行うことができる。

（３）また、破断部８９は、回転軸１０と同軸上に設けられ且つ捻れにより破断する構造であるため、例えば特開２００１−２２７５６０に開示されるように、剪断により破断するシャーピンを利用した構造に比べ、破断荷重の設定が容易である利点もある。

（４）またこの実施形態では、プーリ６１と固定部材６５とを連結する連結部材としてのドライブプレート６３は、プーリ６１に固定されるアウタープレート７１と、固定部材６５に固定されるインナープレート７３と、アウタープレート７１およびインナープレート７３に固着された弾性部材のダンパー７５と、を備えてなるため、プーリ６１の回転速度が急激に変化したときにダンパー７５で回転速度の変化を吸収できる。そのため、破断部８９にかかる負荷が低減されることで、破断部８９の劣化が遅くなり、動力伝達装置６０の品質をさらに高く維持できる。

なお、本発明にあっては、上述の実施形態に限定解釈されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、ドライブプレートは、インナープレートとアウタープレートとこれらを連結する弾性部材とから構成されているが、弾性部材を備えない一枚もののプレートによって構成されていてもよい。

また、上述の実施形態では、固定部材はドライブプレートと別体であったが、固定部材はドライブプレートの金属部分と一体形成されていてもよい。

また、上述の実施形態は、その他、本発明の技術的思想の範囲内で様々な変更が可能である。

本発明の一実施形態にかかるクラッチレス圧縮機の全体構造を示す概略図。 同クラッチレス圧縮機の図１中の矢示ＩＩ方向から見た側面図。 同クラッチレス圧縮機の動力伝達装置を示す拡大断面図であって、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。

符号の説明

１…補機のハウジング
４ｂ…ボス部
１０…回転軸
１０ｂ…端部
１０ｃ…固定穴
２９…ピストン（圧縮部材）
６０…動力伝達装置
６１…プーリ
６３…ドライブプレート（連結部材）
６５…固定部材
６７…ベアリング
６９…ピン（締結部材）
７１…アウタープレート
７３…インナープレート
７５…ダンパー（弾性部材）
７７…ピン（締結部材）
８９…破断部
Ｅ…外部駆動源
Ｖ…ベルト（動力伝達部材）

Claims (4)

1. 補機のハウジング（１）内で回転自在に支持され且つその端部（１０ｂ）が前記ハウジング（１）のボス部（４ｂ）より前記ハウジング（１）外に露出する回転軸（１０）と、
   前記ハウジングのボス部（４ｂ）の外周に回転自在に装着され、外部駆動源（Ｅ）からの回転動力により回転するプーリ（６１）と、
   前記回転軸（１０）と同軸上で前記回転軸（１０）の端部（１０ｂ）に固定された固定部材（６５）と、
   前記固定部材（６５）および前記プーリ（６１）に固定されこれら固定部材およびプーリを連結する連結部材（６３）と、
   を備え、
   前記固定部材（６５）には、所定値以上の負荷トルクが作用したときに捻れ破断して前記プーリ（６１）から前記回転軸（１０）への回転動力の伝達を断つ破断部（８９）が設けられていることを特徴とする動力伝達装置。
2. 請求項１に記載の動力伝達装置であって、
   前記連結部材（６３）は、前記プーリ（６１）に固定されるアウタープレート（７１）と、前記固定部材（６５）に固定されるインナープレート（７３）と、前記アウタープレート（７１）および前記インナープレート（７３）に固着され両者を連結する弾性部材（７５）と、を備えることを特徴とする動力伝達装置。
3. ハウジング（１）と、
   前記ハウジング（１）内で回転自在に支持され且つその端部（１０ｂ）が前記ハウジングのボス部（４ｂ）より前記ハウジング（１）外に露出する回転軸（１０）と、
   前記ハウジング（１）内に配置され前記回転軸（１０）の回転に伴って圧縮運動をする圧縮部材（２９）と、
   前記回転軸（１０）に外部駆動源（Ｅ）からの回転動力を伝達する動力伝達装置（６０）と、
   を備え、
   前記動力伝達装置（６０）は、
   前記ハウジングのボス部（４ｂ）の外周に回転自在に装着され、外部駆動源（Ｅ）からの回転動力により回転するプーリ（６１）と、
   前記回転軸（１０）と同軸上で前記回転軸（１０）の端部（１０ｂ）に固定された固定部材（６５）と、
   前記固定部材（６５）および前記プーリ（６１）に固定されこれら固定部材およびプーリを連結する連結部材（６３）と、
   を備え、
   前記固定部材（６５）には、所定値以上の負荷トルクが作用したときに捻れ破断して前記プーリ（６１）から前記回転軸（１０）への回転動力の伝達を断つ破断部（８９）が設けられていることを特徴とするクラッチレス圧縮機。
4. 請求項３に記載のクラッチレス圧縮機であって、
   前記連結部材（６３）は、前記プーリ（６１）に固定されるアウタープレート（７１）と、前記固定部材（６５）に固定されるインナープレート（７３）と、前記アウタープレート（７１）および前記インナープレート（７３）に固着され両者を連結する弾性部材（７５）と、を備えることを特徴とするクラッチレス圧縮機。
   
   

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