JP2008082190A - トルクリミット機能付圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】作動トルクのバラツキの小さいトルクリミット機能を内蔵しているトルクリミット機能付圧縮機を提供する。
【解決手段】本発明の圧縮機は、外部動力源からの動力により回転するシャフト１、シャフトと一体に回転するラグプレート２、ラグプレートに連結し、シャフトと一体に回転すると共に、シャフトに対して傾斜することができる斜板３、斜板に連結された圧縮機構とを備え、ラグプレートが、シャフトに圧入固定される外筒部２１を介在させてシャフトに固定されると共に、外筒部とシャフトとの圧入部には所定のトルクで滑るように圧入代が設定されている。また、外筒部の外周面には摺動熱で溶融、軟化する溶融部材２２が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、車両の走行駆動源であるエンジンによって駆動される車両用空調装置の圧縮機に関するものであり、伝達トルクが所定のトルクを超えたときに動力伝達を遮断するトルクリミット機能を内蔵しているトルクリミット機能付圧縮機に関する。

圧縮機に動力を伝達する従来の動力伝達装置では、圧縮機が焼き付きを起こした際に動力伝達のためのベルト切れ等の不具合を回避するためにトルクリミッタが設置されている。この場合、例えば特許文献１に示されるトルクリミッタでは、動力伝達部位の一部分を螺子嵌合させている。

特開２００３−２０６９５０号公報

この特許文献１では、図５に示すように円筒状のリミッタ取付部Ｂ₁が一体に突設されたアダプタＢが圧縮機の回転軸Ｃに圧入固定されていて、このリミッタ取付部Ｂ₁の内周面には雌螺子Ｂ₂が刻設されている。一方、プーリＤに固定されているトルクリミッタＡは、円板状のフランジ部Ａ₁と円筒状の連結部Ａ₂とにより一体に構成されていて、連結部Ａ₂の外周面には雄螺子Ａ₃が刻設されている。こうして、トルクリミッタＡとアダプタＢとを螺子嵌合することによって、プーリＤをトルクリミッタＡを介して回転軸Ｃに作動連結している。
このような螺子嵌合を利用したトルクリミッタ方式は、圧縮機が焼き付いた際に発生する過大なトルクにより、螺子嵌合部分Ａ₃，Ｂ₂に発生する過大な軸力を利用して、動力伝達経路の一部を破断することで、動力伝達経路を断つ方式である。

しかしながら、このトルクリミッタ方式は螺子締結であるが故、圧縮機が焼き付いた際に発生するトルクの大きさと、嵌合部分である螺子部Ａ₃，Ｂ₂とトルクリミッタＡとアダプタＢとの当接面である座面の摩擦係数により、トルクリミッタの作動精度は影響を受ける。このように、この構成のトルクリミッタは材料疲労の影響を受けにくいなどの利点があるが、作動トルクのバラツキが大きいことが課題である。作動トルクを決定する要因は、螺子面の摩擦係数、破断予定部の寸法精度、破断予定部の材料強度である。特に破断予定部の材料強度は製造ロット、メーカーに左右され、バラツキが大きく、その結果、トルクリミッタの作動トルクの保証幅は例えば、５０以上１２０Nmなどと広く設定することを余儀なくされている。

ここで作動トルクの保証幅の下限は、圧縮機の正常運転時の最大トルク以上である必要があり、その上限は駆動ベルト保護やエンジンストール防止の観点から、ベルトが滑るトルク（ベルトスリップトルク）とエンジンがストールするトルクよりも小さいことが必須である。
しかしながら、近年、圧縮機は低コスト化のため、ピストン本数を低減するなどの施策がとられ、作動トルクの変動は上昇傾向にある。また、駆動ベルトは燃費低減策のため張力低減を行っており、ベルトスリップトルクは下降傾向にある。
このように作動トルクの保証幅が小さくなければ車両として成立しなくなることから、バラツキの小さいトルクリミッタの実現が強く望まれている。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、作動トルクのバラツキの小さいトルクリミット機能を内蔵しているトルクリミット機能付圧縮機を提供することである。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載のトルクリミット機能付圧縮機を提供する。
請求項１に記載のトルクリミット機能付圧縮機は、シャフト１、ラグプレート２、斜板３及び圧縮機構とを備えていて、ラグプレート２がシャフト１に圧入固定される外筒部２１を介在させてシャフト１に固定されていると共に、外筒部２１とシャフト１との圧入部１ａ，２１ａには、所定のトルクにて滑るように圧入代が設定されているものであり、これにより、圧縮機のロック等により過大なトルクが加わったときに、外筒部２１とシャフト１との圧入部１ａ，２１ａが滑ることによってトルク伝達が遮断される。したがって、トルクリミッタを新らたに設ける必要がない。

請求項２の該圧縮機は、外筒部２１の外周面に溶融部材２２を設けたものであり、これによって、外筒部２１とラグプレート２との摺動発熱により溶融部材２２が溶融し、確実にトルク伝達が遮断できる。
請求項３の該圧縮機は、外筒部２１の全面に摩擦係数を安定化するためにライナー層２３を設けたものであり、これにより、シャフト１と外筒部２１及びラグプレート２と外筒部２１の摺動発熱によってこれら３者間で凝着することが防止できる。

請求項４の該圧縮機は、ライナー層２３が摺動発熱で溶融或いは軟化する樹脂のコーティングにより形成されているものであり、これにより、確実にトルク伝達が遮断できる。
請求項５の該圧縮機は、溶融部材２２又はライナー層２３が通常運転時の圧縮機の内部温度以上で溶融、軟化するようにしたものであり、これにより、圧縮機がロックする等の異常時にのみ、トルク伝達が遮断されることになる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態のトルクリミット機能付圧縮機について説明する。なお、本発明においては、斜板タイプの圧縮機を用いて説明するが、例えばピストンタイプやスクロールタイプやベーンタイプ等の何れのタイプにも適用可能であり、また、吐出容量も固定或いは可変のいずれであってもよい。また、本発明のトルクリミット機能付圧縮機は、車両の走行駆動源であるエンジンからの動力により駆動される車両用空調装置の常時回転タイプ（電磁クラッチレス）の圧縮機に好適なものであるが、その他の用途の圧縮機にも適宜利用可能なものである。図１は、本発明の第１実施形態のトルクリミット機能付圧縮機の前半分の断面図である。

斜板型のトルクリミット機能付圧縮機は、シリンダブロック７の前端にフロントハウジング６が接合され、シリンダブロック７の後端にバルブプレート、弁形成プレート等の板材（図示せず）を介してリアハウジング（図示せず）を接合することで、ハウジングを形成している。クランク室８を形成するフロントハウジング６とシリンダブロック７としては、シャフト１がベアリング等により回転自在に支持されている。外部駆動源、例えば車両エンジン、からベルト等を介してプーリ（図４を参照）に伝達された動力が、このシャフト１に伝達される。

シャフト１には、ラグプレート２が圧入等で一体化されていると共に、斜板３がシャフト１に軸方向にスライド可能かつ傾動可能に支持されている。斜板３には連結片３ａが固着されており、一方、ラグプレート２には、ガイド部２ａが設けられていて、連結片３ａとガイド部２ａとがスライド可能に連結している。したがって、斜板３は、連結片３ａとガイド部２ａとの連係により、シャフト１の軸方向に傾動可能かつシャフト１と一体的に回転する。

斜板３の中心部がラグプレート２側へ移動すると、斜板３の傾角が増大し、斜板３の最大傾角は、ラグプレート２と斜板３との当接によって規制されるようになっている。斜板３の中心部がシリンダブロック７側へ移動すると、斜板の傾角が減少し、斜板３の最小傾角は、斜板３とシャフト１上に設けられたサークリップとの当接によって規制される。

シリンダブロック７に穿設された複数のシリンダボア７ａ内には、ピストン４が収容されている。ピストン４の後部には、一対のシュー５が配置され、シュー５が斜板３の周端部を摺動可能に挟持している。このようにして、斜板３の回転運動はシュー５を介してピストン４の前後往復運動に変換され、ピストン４がシリンダボア７ａ内を前後にスライドする。即ち、斜板３は圧縮機構に連結している。

図示されないリアハウジング内には、吸入室と吐出室とが区画形成されている。シリンダブロック７とリアハウジングとの間に介在しているバルブプレート、弁形成プレート等の板材には、吸入弁及び吐出弁が形成されている。従って、吸入室内の冷媒ガスはピストン４の復動動作により吸入弁を押し退けてシリンダボア７ａ内に流入する。この流入した冷媒ガスはピストン４の往動動作により吐出弁を押し退けて吐出室に吐出される。

上記で説明した構成は、斜板型の圧縮機の公知の一般的な構成である。
次に本第１実施形態のトルクリミット機能付圧縮機の特徴となる構成について説明する。ラグプレート２の中心部には、シャフト１を挿着するための挿入孔２ｂが形成されている。シャフト１とラグプレート２とは、スリーブである円筒状の外筒部２１を挿入孔２ｂとシャフト１との間に圧入することによって固定されている。外筒部２１の外周面には溶融部材２２が固着されている。したがって、図１に示されるようにシャフト１の外周面が、シャフト側圧入部１ａに、外筒部２１の内周面が、ラグプレート側圧入部２１ａとなっている。これら圧入部１ａ，２１ａは、所定のトルクにて滑るように圧入代（２δ）が設定されている。この圧入代は、伝達トルクが３０Nmから２００Nmの間で滑るように設定されている。また、溶融部材２２は、通常運転時の圧縮機の内部温度以上又は２００〜４００℃の範囲で溶融、軟化する材料によって形成されている。

一般に内筒Ａと外筒Ｂとの伝達可能トルクＴは、以下の式で与えられる。
図２は、式中の各符号を説明する図である。

上記の式において、
Ｔ：伝達可能トルク ｐ_m：圧入後の接触圧
ｐ_a：内筒Ａの内圧 ｐ_b：外筒Ｂの外圧
ｒ_a：内筒Ａの内径 ｒ_b：外筒Ｂの外径
ｒ_c：内筒Ａの外径（外径Ｂの内径）
Ｅ₁：内筒Ａのヤング率 ν₁：内筒Ａのポアソン比
Ｅ₂：外筒Ｂのヤング率 ν₂：外筒Ｂのポアソン比
２δ：圧入代 Ｌ：圧入長さ
μ：摩擦係数
をそれぞれ示している。この式から圧入代（２δ）が求められる。
本実施形態においては、内筒Ａがシャフト１に対応し、外筒Ｂが外筒部２１に対応している。従って、ｐ_a＝０，ｒ_a＝０である。これによって求められた圧入代が圧入部１ａ，２１ａに設定されている。

なお、図１においても、図示はされていないが、図４に示されるようにフロントハウジング６のボス部６ａには、ベアリングを介して動力伝達装置の駆動側回転部材であるプーリが固定されており、プーリとシャフト１との間には被駆動側回転部材であるハブが介在していてトルクが伝達されるようになっているものである。本発明のトルクリミット機能付圧縮機では、プーリとシャフト１間にはトルクリミッタ（動力遮断部材）が設けられていない。従って、エンジンの回転動力がベルトを介してプーリを回転し、これがシャフト１に伝達されるようになっている。

上記構成よりなる本実施形態のトルクリミット機能付圧縮機の作動について説明する。圧縮機がロックすると、斜板３及びラグプレート２は回転を停止する。一方、図示しないプーリは、図示しないベルトを介してエンジンから回転駆動力を受け続け、この回転駆動力がシャフト１に伝達される。この際に、ラグプレート２（外筒部２１）とシャフト１の圧入部１ａ，２１ａが所定のトルクを受けて滑る。これにより、シャフト１からラグプレート２へのトルク伝達が遮断されることになる。更に、シャフト１とラグプレート２（外筒部２１）のこの摺動部の発熱を受けて、溶融部材２３が溶融もしくは軟化し、シャフト１からラグプレート２へのトルク伝達を確実に遮断することができる。

図３は、本発明の第２実施形態のトルクリミット機能付圧縮機の前半分の断面図及び部分拡大図を示している。この第２実施形態では、第１実施形態の溶融部材２３に代えて、外筒部２１の全周に摩擦係数の安定化を狙ってライナー層２３を設けている。ライナー層２３は、例えば、摺動発熱で溶融或いは軟化する樹脂がコーティングされることによって形成されている。ライナー層２３が、溶融、軟化する温度としては、通常運転時の圧縮機の内部温度以上もしくは２００℃以上５００℃以下が好ましい。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

図４は、動力伝達装置を有する圧縮機の比較例を示すものであり、基本的に図５の従来技術と同様のものである。動力伝達装置９は、駆動側回転部材であるプーリ９１と、圧縮機のシャフト１にトルクリミッタ（動力遮断部材）９３を介して固定された被駆動側回転部材であるハブ９２との間で動力を伝達している。即ち、フロントハウジング６のボス部６ａには、プーリ９１がベアリング９４を介して回転自在に装着されている。プーリ９１の外周面にはベルト（図示せず）が巻き掛けられ、エンジン等の外部からの動力によって回転する。

一方、シャフト１の先端部には、トルクリミッタ９３が螺合によって装着されており、このトルクリミッタ９３にハブ９２が嵌合により固定されている。ハブ９２は、インナーハブ部９２ａ、弾性円筒部９２ｂ及びアウターハブ部９２ｃより構成されていて、アウターハブ部９２ｃがプーリ９１に嵌合固定されることによって、プーリ９１とハブ９２とが連結している。従って、外部からの動力は、プーリ９１、ハブ９２及びトルクリミッタ９３の動力伝達経路を経て、シャフト１に動力が伝達されるようになっている。

トルクリミッタ９３には、切り欠かれた径の狭い破断予定部９３ａが設けられていて、圧縮機がロックした時のようにシャフト１に過大なトルクが加わった場合に、この破断予定部９３ａが破断されることによって、動力伝達経路を遮断してトルクが伝達されないようにしている。

また、比較例の圧縮機では、ラグプレート２は、本発明のように外筒部２１や溶融部材２２又はライナー層２３を介することなく、直接シャフト１に圧入等によって固定されている。

以上説明したように、比較例及び従来技術においては、部材を破断、破損させるトルクリミッタを使用することで、トルク伝達の遮断を行っているのに対し、本発明では、ラグプレートとシャフトとの固定個所に、所定のトルクにて滑るように圧力代を設定したり、所定の温度で溶融、軟化する溶融部材又はライナー層を設けることで、トルク伝達の遮断を行っている。従って、本発明では、破断するトルクリミッタを必要とすることがないので、作動トルクを決定する材料強度のバラツキをキャンセルすることができ、従来の部材を破断するトルクリミッタに比べ、作動トルクの保証幅を小さくすることができる。

本発明の第１実施形態のトルクリミット機能付圧縮機の前半分の断面図である。 伝達可能トルクの式中の符号を説明する図である。 本発明の第２実施形態のトルクリミット機能付圧縮機の前半分の断面図及び部分拡大図である。 比較例である、動力伝達装置を有する圧縮機の前半分の断面図である。 従来技術のトルクリミッタの断面図である。

符号の説明

１ シャフト
１ａ シャフト側圧入部
２ ラグプレート
２１ 外筒部
２１ａ ラグプレート側圧入部
２２ 溶融部材
２３ ライナー層
３ 斜板
５ ピストン
６ フロントハウジング
７ シリンダブロック
８ クランク室
９ 動力伝達装置
９１ プーリ
９２ ハブ
９３ トルクリミッタ

Claims (5)

1. ベアリングを介してハウジングによって軸承され、外部動力源からの動力を受けて回転するシャフト（１）と、
   前記シャフトと一体に回転するラグプレート（２）と、
   前記ラグプレートに連結し、前記シャフトと一体に回転すると共に、前記シャフトに対して傾斜することができる斜板（３）と、
   前記斜板に連結されている圧縮機構と、
   を備えているトルクリミット機能付圧縮機において、
   前記ラグプレート（２）が、前記シャフト（１）に圧入固定される外筒部（２１）を介在させて前記シャフト（１）に固定されていると共に、前記外筒部（２１）と前記シャフト（１）との圧入部（１ａ，２１ａ）には所定のトルクにて滑るように圧入代が設定されていることを特徴とするトルクリミット機能付圧縮機。
2. 前記外筒部（２１）の外周面に溶融部材（２２）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトルクリミット機能付圧縮機。
3. 前記外筒部（２１）の全面に摩擦係数を安定化するためにライナー層（２３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトルクリミット機能付圧縮機。
4. 前記ライナー層（２３）が、摺動発熱で溶融或いは軟化する樹脂のコーティングにより形成されていることを特徴とする請求項３に記載のトルクリミット機能付圧縮機。
5. 前記溶融部材（２２）又は前記ライナー層（２３）は、通常運転時の圧縮機の内部温度以上で溶融、軟化することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のトルクリミット機能付圧縮機。

Images