JP2008075730A

JP2008075730A - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP2008075730A
Application number: JP2006254733A
Authority: JP
Inventors: Hajime Matsui; 元松井; Masafumi Nakajima; 雅文中島; Michiyasu Nosaka; 倫保野坂
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-04-03

Abstract

【課題】比較的細い駆動シャフトを有する冷媒圧縮機に好適に適用可能な、単純な構成のトルクリミッタを備える動力伝達装置を提供すること。
【解決手段】動力伝達装置が、冷媒圧縮機の駆動シャフト３に同軸に配置され内燃機関からの動力を受けて回転駆動される円環状のハブ４と、ハブ４から駆動シャフト３に回転動力を伝達するようにハブ４及び駆動シャフト３に連結された略円筒状の連結スペーサ５とを具備し、連結スペーサ５が、それに過大トルクが作用した場合に破断する脆弱部Ｗａを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば内燃機関等の駆動側機器から冷媒圧縮機等の従動側回転機器の回転軸へ回転動力を伝達する動力伝達装置に関するもので、特に過大負荷トルクを制限することができる動力伝達装置に関するものである。

従来より、例えば０％容量まで冷媒の吐出容量を変化させることが可能な可変容量型冷媒圧縮機（以下コンプレッサと呼ぶ）を備えた車両用空調装置等の冷凍サイクルでは、車両の内燃機関（以下エンジンと呼ぶ）からコンプレッサの駆動シャフトへの回転動力の伝達を断続するクラッチ機構が不要となる。しかしながら、クラッチ機構を廃止した場合には、コンプレッサが焼き付き故障を起こす等してコンプレッサの駆動シャフトのロックが発生すると、通常の伝達トルクよりも非常に大きい過大負荷トルク（衝撃トルク）が生じる。それによって、コンプレッサの駆動シャフトを駆動するためのＶベルトプーリの回転が止まるので、エンジンに駆動されるＶベルトが滑り、Ｖベルトに摩耗が生じ、ベルトが発熱する等してＶベルトが破断する可能性がある。

そこで、コンプレッサの駆動シャフトがロックする等により過大負荷トルクが生じ、プーリとコンプレッサの駆動シャフトとの間に設定トルク以上のトルク差が生じると、エンジンからコンプレッサの駆動シャフトへの動力伝達を遮断するトルクリミッター機構を備えたコンプレッサプーリ装置が例えば特許文献１で提案されている。このプーリ装置では、エンジンからコンプレッサの駆動シャフトへ伝達されるエンジンの回転動力は、プーリからゴムダンパー、アウターハブ、インナーハブ、及び連結ロッドを経てコンプレッサの駆動シャフトへ伝達するように構成されている。

インナーハブと駆動シャフトとの連結部は、プーリ装置のアウターハブの内周側にインサート成形されたインナーハブの円筒状のボス部に設けた雌ねじ部に連結ロッドの雄ねじ部を螺合させ、連結ロッドの雌ねじ部をコンプレッサの駆動シャフトの先端外周に形成された雄ねじ部に螺合させることで構成されている。またインナーハブにはスポーク状のブリッジ部が形成されており、コンプレッサの駆動シャフトのロック等により過大な軸トルクがかかった場合に、このブリッジ部は剪断破壊されてトルクリミッター機能を果たす。

なお、連結ロッドは、コンプレッサの駆動シャフトの径が細いために設けられたもので、インナーハブと駆動シャフトを直接螺合させると螺合部のねじ山の強度が不足するためである。また、コンプレッサの駆動シャフトの径が細いのは、二酸化炭素を冷媒とした場合の冷媒圧力の上昇（フロン系の冷媒に比較した）によりスラスト軸受部あるいはシール部分の動力損出が増大しないようにしたためである。

特開２００４−２１８６６９号公報

しかしながら、インナーハブはトルクリミッター機構を考慮に入れた強度の材料とすることから、ハブをインナー及びアウターの別なく一種類の材料で一体の成形品とすることは難しかった。つまりトルクリミッター機構をハブに設けることによりハブを複雑にしていたことになる。

本発明は、前述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、比較的細い駆動シャフトを有する冷媒圧縮機に好適に適用可能な、単純な構成のトルクリミッタを有する動力伝達装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

請求項１の発明では、内燃機関から冷凍サイクル用の冷媒圧縮機へ回転動力を伝達するための動力伝達装置が、冷媒圧縮機の駆動シャフト（３）に同軸に配置され、内燃機関からの動力を受けて回転駆動される円環状のハブ（４）と、ハブ（４）から駆動シャフト（３）に回転動力を伝達するようにハブ（４）及び駆動シャフト（３）に連結された略円筒状の連結スペーサ（５）とを具備し、連結スペーサ（５）は、それに過大トルクが作用した場合に破断する脆弱部（Ｗａ）を備えることを特徴としている。

連結スペーサに脆弱部を設けてそれをトルクリミッタとして機能させることにより、ハブの構成を複雑にすることなく、トルクリミッタ機能を備えた動力伝達装置を実現できる。

請求項２に記載の発明では、ハブ（４）は中心軸線（Ａｘ）に同軸の雌ねじが形成されたねじ穴（４１）を有し、連結スペーサ（５）はその外周に形成された雄ねじ部（５３）を有し、ハブ（４）のねじ穴（４１）と連結スペーサ（５）の雄ねじ部（５３）が螺合することによりハブ（４）と連結スペーサ（５）とがトルク伝達可能に連結され、連結スペーサ（５）はその軸心に形成された圧入穴（５６）を有し、該圧入穴（５６）が駆動シャフト（３）に圧入されることにより、連結スペーサ（５）と駆動シャフト（３）とがトルク伝達可能に連結されることを特徴としている。これにより、連結スペーサとハブ及び駆動シャフトは、ねじ締結又は圧入という比較的簡易な手段を利用して連結され、比較的小径の駆動シャフトに適した構造が得られる。

請求項３の発明では、連結スペーサ（５）の脆弱部（Ｗａ）は、環状に形成されたＵ字溝（５８）又はＶ字溝（５９）により薄肉にされた部分であることを特徴としている。これにより、連結スペーサに所望の剛性と破断トルクを設定する際に、連結スペーサの基本構造はそのままで、Ｕ字溝又はＶ字溝のサイズを調節することにより所望の剛性と破断トルクを容易に得ることができる。

請求項４に記載の発明では、駆動側機器の回転駆動力を従動側機器に伝達する動力伝達装置であって、前記従動側機器の回転軸（３）と同軸に回転可能に支持され、前記駆動側機器の回転駆動力が伝達されて回転する第１回転部材（４）と、前記第１回転部材（４）から前記回転軸（３）に回転駆動力を伝達する連結部材（５）とを備え、前記連結部材（５）は、内面に前記回転軸（３）の外周面（３１）との間に所定の間隙を有し、前記第１回転部材（４）と螺子結合によって結合される第１部位（５２）と、前記回転軸（３）の外周面（３２）と一体回転可能に結合する第２部位（５１）と、前記第１部位（２）と前記第２部位（５１）との間に脆弱部（Ｗａ）を有し、前記螺子結合は、前記第１回転体（４）の回転により、前記第１部位（５２）と前記第２部位（５１）とを前記回転軸（３）の軸方向に引き離す向きの軸力を発生する螺子結合であり、前記第１回転体（４）に過大トルクが作用すると、前記軸力によって前記脆弱部（Ｗａ）が破断することを特徴としている。

これによれば、第１回転部材（４）と連結部材（５）は螺子結合によって結合され、その螺子結合により過大トルク発生時の回転力が軸力に変換されて脆弱部（Ｗａ）を破断させる単純な構成で過大トルクの規制が実現される。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施例に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

次に添付の各図面を参照しながら、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。なお、図１は本発明の動力伝達装置の後述するハブが連結スペーサを介してコンプレッサの駆動シャフトに連結された状態を示す断面図である。

最初に、本実施例の動力伝達装置が適用されるコンプレッサから説明すると、このコンプレッサは冷媒の二酸化炭素を圧縮する可変容量型のコンプレッサであって、冷媒圧縮部（不図示）と、０％容量まで冷媒の吐出容量を変化させることが可能な吐出容量可変手段（不図示）と、それらを収容するハウジング２とから構成されている。ただし図１では、コンプレッサはそのハウジング２の一部と駆動シャフト３の一部のみが図示されている。

コンプレッサの駆動シャフト３は、段付きシャフトであり、先端側の小径の小径シャフト部３１と基端側の大径の大径シャフト部３２とを有している。ハウジング２は略円筒形状に形成されており、図１に示されるその前端部から駆動シャフト３の縦軸線方向に沿って延びる円筒状のノーズ２１が一体に形成されている。

本実施例の動力伝達装置は、エンジンが発生してＶベルト（不図示）及びプーリ（不図示）を介して伝えられた動力を車内空調装置の冷凍サイクルに用いられるコンプレッサへ伝えるもので、エンジンの運転時に回転するＶベルトを支持するプーリ（不図示）に複数個のゴムダンパー（不図示）を介して連結された円環状のハブ４と、このハブ４とコンプレッサの駆動シャフト３との間に結合された連結スペーサ５とから構成されている。プーリ本体と本実施例の動力伝達装置のハブ４及び連結スペーサ５とコンプレッサの駆動シャフト３は共通の中心軸線Ａｘを有して同軸に配置されている。なお、図１では、ハブ４はその中央部付近のみが図示され、プーリに連結するハブの外周側は図示されない。

ハブ４の中央部分は円筒状に形成されており、中心軸線Ａｘに同軸の雌ねじが形成されたねじ穴４１に連結スペーサ５の小径軸部の外周の雄ねじ部５３が螺合している。またハブ４は、その図１の右側の端部が連結スペーサ５に当接するまでねじ込まれている。またハブ４の前記端部には前記ねじ穴４１の径より大きい径の円形の凹部が形成されている。

連結スペーサ５は、その単独の図である図２で示されるように、図２の右側の大径軸部５１と、雄ねじ部５３が外周に形成された小径軸部５２と、先端側の六角頭を有する六角頭部５４とからなる段付きの略円筒形状をしており、中心軸線Ａｘに沿ってシャフト挿通穴５５が貫通している。シャフト挿通穴５５は、基端側の比較的大径の大径穴部５６と先端側の比較的小径の小径穴部５７とからなる段付き穴である。

本実施例では、連結スペーサ５をコンプレッサのシャフト３に連結してトルクを伝達するために、シャフト挿通穴の大径穴部５６をコンプレッサの大径シャフト部３２に圧入している。なお、小径穴部５７とコンプレッサの小径シャフト部３１との間には図示できないわずかな所定の間隙が設けられていて従って小径穴部５７はシャフト３へのトルク伝達には寄与していない。一方、図１に示すように、連結スペーサの小径軸部５２に形成された雄ねじ部５３にはハブのねじ穴４１が螺合されて連結スペーサ５とハブ４はトルク伝達可能に連結される。このときハブ４は、その右側の端面が連結スペーサの大径軸部５１の端面に当接するまで連結スペーサ５にねじ込まれ、その結果、ハブ４は、連結スペーサ５を介してコンプレッサのシャフト３に連結される。また、ハブ４の右側の端面と大径軸部５１の端面は、ねじ締結のねじ込み位置を規制する座面を互いに構成するものである。なお、連結スペーサの先端の六角頭部５４は、ハブ４を連結スペーサ５にねじ込むとき等に連結スペーサの回り止めをするためにスパナ等の工具を適用するためのものである。

次に、本実施例の動力伝達装置において過大トルクの遮断がどのように行われるかについて説明する。本実施例におけるコンプレッサの駆動シャフト３は通常は所定の範囲の運転トルクＴで図１に示される方向つまりシャフトの先端側から見て右回りに回転している（従ってハブ及び連結スペーサのねじ部のねじは右ねじで形成されている）。ここで、コンプレッサに何らかの不具合が生じて駆動シャフト３がロックすると、ハブ４、連結スペーサ５、及び駆動シャフト３のそれぞれに前記運転トルクＴよりもはるかに大きな過大トルクＴｅが生じる。そうすると、本実施例の動力伝達装置では、連結スペーサの小径軸部５２が大径軸部５１に隣接する部分（図１及び２で破線の楕円で囲まれた領域Ｗａ）が、主に引張応力により破断される。より詳しく述べると、駆動シャフト３及び連結スペーサ５がロックした状態でハブ４に回転力が作用すると、ハブのねじ穴４と連結スペーサの雄ねじ部によるねじ結合の作用により連結スペーサの小径軸部５２を左方へ及び大径軸部５１を右方へ引き離す軸力が発生する。小径軸部５２の前記部分Ｗａはシャフト挿通穴５５の大径穴部５６が延びている部分なので肉厚が最も薄くなっており、そのため応力が最も大きくなって破断に至る。このように本発明の動力伝達装置では、相対的に脆弱な部分Ｗａを連結スペーサ５に設け、その脆弱部分Ｗａが過大トルクＴｅにより破断するように構成されている。

連結スペーサ５の脆弱部分Ｗａを、図３及び図４に示すように、小径軸部５２が大径軸部５１に移行する部分にＵ字形又はＶ字形断面を有する環状のＵ字溝５８又はＶ字溝５９を形成してくびれた形状にしてもよい。連結スペーサ５は、通常は鉄系の金属で作られるが、所望の破断トルクは、脆弱部の形状を調整することにより、あるいは材料に熱処理を施すことにより容易に調整することができる。

本実施例では、連結スペーサ５は圧入によって駆動シャフトに固定されていたが、例えばキーとキー溝の組み合わせ、或いはスプラインによってトルクを連結スペーサから駆動シャフトへ伝達するように連結スペーサ及び駆動シャフトを構成してもよい。

本発明の動力伝達装置は、二酸化炭素を冷媒として圧縮する比較的小径の駆動シャフトを有するコンプレッサに好適に適用されるが、このようなコンプレッサ以外のエンジン補機類に適用することも可能である。

さらに、本発明の動力伝達装置は、駆動側機器及び従動側機器をエンジンおよび前記エンジン補機類に限定するものではなく、任意の回転機器に適用可能である。またベルト駆動だけではなく、前記ハブ４が駆動側機器の出力軸により直接駆動されてもよい。

本発明による実施例の動力伝達装置がコンプレッサの駆動シャフトに連結された状態を示す断面図である。前記動力伝達装置の連結スペーサの部分断面正面図である。別の連結スペーサの部分断面正面図である。さらに別の連結スペーサの部分断面正面図である。

符号の説明

２コンプレッサハウジング
３コンプレッサの駆動シャフト
３２大径シャフト部
４ハブ
４１ねじ穴
５連結スペーサ
５１大径軸部
５３雄ねじ部
Ｗａ脆弱部

Claims

内燃機関から冷凍サイクル用の冷媒圧縮機へ回転動力を伝達するための動力伝達装置であって、
前記冷媒圧縮機の駆動シャフト（３）に同軸に配置され、前記内燃機関からの動力を受けて回転駆動される円環状のハブ（４）と、
前記ハブ（４）から前記駆動シャフト（３）に回転動力を伝達するように前記ハブ（４）及び前記駆動シャフト（３）に連結された略円筒状の連結スペーサ（５）と、を具備し、
前記連結スペーサ（５）は、それに過大トルクが作用した場合に破断する脆弱部（Ｗａ）を備えることを特徴とする動力伝達装置。
前記ハブ（４）は中心軸線（Ａｘ）に同軸の雌ねじが形成されたねじ穴（４１）を有し、前記連結スペーサ（５）はその外周に形成された雄ねじ部（５３）を有し、前記ハブ（４）の前記ねじ穴（４１）と前記連結スペーサ（５）の前記雄ねじ部（５３）が螺合することにより前記ハブ（４）と前記連結スペーサ（５）とがトルク伝達可能に連結され、
前記連結スペーサ（５）はその軸心に形成された圧入穴（５６）を有し、該圧入穴（５６）が前記駆動シャフト（３）に圧入されることにより、前記連結スペーサ（５）と前記駆動シャフト（３）とがトルク伝達可能に連結されることを特徴とする、請求項１に記載の動力伝達装置。
前記連結スペーサ（５）の脆弱部（Ｗａ）は、環状に形成されたＵ字溝（５８）又はＶ字溝（５９）により薄肉にされた部分であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の動力伝達装置。
駆動側機器の回転駆動力を従動側機器に伝達する動力伝達装置であって、
前記従動側機器の回転軸（３）と同軸に回転可能に支持され、前記駆動側機器の回転駆動力が伝達されて回転する第１回転部材（４）と、
前記第１回転部材（４）から前記回転軸（３）に回転駆動力を伝達する連結部材（５）とを備え、
前記連結部材（５）は、内面に前記回転軸（３）の外周面（３１）との間に所定の間隙を有し、前記第１回転部材（４）と螺子結合によって結合される第１部位（５２）と、前記回転軸（３）の外周面（３２）と一体回転可能に結合する第２部位（５１）と、前記第１部位（２）と前記第２部位（５１）との間に脆弱部（Ｗａ）を有し、
前記螺子結合は、前記第１回転体（４）の回転により、前記第１部位（５２）と前記第２部位（５１）とを前記回転軸（３）の軸方向に引き離す向きの軸力を発生する螺子結合であり、前記第１回転体（４）に過大トルクが作用すると、前記軸力によって前記脆弱部（Ｗａ）が破断することを特徴とする動力伝達装置。
前記第２部位（５１）と前記第１回転体（４）とが当接する座面を備えることを特徴とする、請求項４に記載の動力伝達装置。
前記第１部位（５２）に設けられた螺子は、雄螺子であり、前記第１回転体（４）には雌螺子部が設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の動力伝達装置。