JP2009068342A - プーリ付き圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの高騰化をほとんど生じることなく、圧縮機の非常時でも、車両の快適な走行を維持することが可能なプーリ付き圧縮機を提供する。
【解決手段】本発明のプーリ付き圧縮機は、圧縮機１００とプーリ２００とを備え、車両用空調装置に用いられる。圧縮機１００は、ハウジング１〜３と、ハウジング１〜３内でハウジング１〜３に回転可能に支承された駆動軸１３と、ハウジング１〜３内で駆動軸１３の回転によって冷媒の圧縮作用を行う圧縮機構１７等とを有する。プーリ２００は、ハウジング１〜３外でハウジング１〜３にラジアル軸受３０を介して回転可能に支承されたロータ５３と、駆動軸１３と結合されてロータ５３の回転を駆動軸１３に伝達するハブ５１とを有する。駆動軸１３とハブ５１との間には、設定温度を超える温度で変形して両者の接続を絶つ遮断ボルト４０が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明はプーリ付き圧縮機に関する。

車両用空調装置には、圧縮機とプーリとを備えたプーリ付き圧縮機が用いられる。圧縮機は、ハウジングと、このハウジング内でハウジングに回転可能に支承された駆動軸と、ハウジング内で駆動軸の回転によって冷媒の圧縮作用を行う圧縮機構とを有している。プーリは、圧縮機のハウジング外でハウジングに軸受を介して回転可能に支承されたロータと、駆動軸と結合されてロータの回転を駆動軸に伝達するハブとを有している。特に、特許文献１、２開示のプーリでは、ロータから伝達するトルクが設定トルク以上になったときに破断してロータと駆動軸との接続を絶つトルクリミッタ部がハブに設けられている。

このようなプーリ付き圧縮機は、車両の駆動源でもあるエンジンとプーリのロータとがベルトによって連結される。エンジンによってプーリを介して駆動軸が回転駆動されれば、圧縮機機構で冷媒の圧縮作用が行われ、車両用空調装置が車室内の空調を行うこととなる。これらの間、ハブがトルクリミッタ部を有するプーリを採用している場合には、圧縮機構等の焼付き等の障害により、圧縮機がロック状態（回転不能状態）となった場合であっても、トルクリミッタ部の破断によってロータが空転し、エンジンに過大な負荷が作用することを防止することができる。

特開２００３−４９８６４号公報 特開２００３−１６１３３３号公報

しかし、従来のプーリ付き圧縮機では、圧縮機構の摺動部の摩擦熱等により圧縮機が異常な高温になった場合、ベルトがその熱によって変形するおそれがある。エンジンとプーリ付き圧縮機とを連結するベルトは、オルタネータ、ウォータジャケットポンプ、パワーステアリングポンプ等の他の補機も駆動している場合があるため、ベルトが変形して突如破断することは車両の快適な走行の支障になる。

かかる不具合は、ハブがトルクリミッタ部を有するプーリを採用している場合であっても、必ずしも解消されるものではない。このようなプーリは、ロータから伝達するトルクが設定トルク以上になったときにトルクリミッタ部が初めて破断してロータと駆動軸との接続を絶つに過ぎず、圧縮機は異常な高温になっているもののロック状態ではない場合には、トルクリミッタ部によってロータと駆動軸との接続を絶つことができないからである。

この点、特開平３−１７２５９０号公報や特開平３−２６４７８２号公報には、圧縮機の異常な高温を温度センサによって検知し、警報を発する技術が開示されている。この技術によれば、圧縮機が異常な高温になれば、運転者がそれを警報によって知ることができる。

しかしながら、この技術では、温度センサ及びその信号を処理する制御装置等が必要になり、製造コストの高騰化を生じてしまう。また、この技術では車両の運転者に緊急停止を促すのみであり、停止が間に合わない場合には他の不具合も招いてしまう。また、緊急停止した場合でも、修理工場への自走が不能になる場合もあり、この場合には路上に故障車を放置しなければならず、運転者等にとって不便甚だしい。

また、特開平８−８２３２８号公報には、ロータとハブとの間にはんだが設けられ、はんだを加熱手段によって加熱可能なプーリが開示されている。この技術によれば、加熱手段ではんだを溶解してロータとハブとの接続を絶つことができる。このため、この技術に基づいて、加熱手段の操作によって圧縮機を停止することが可能である。このため、このプーリを圧縮機に設ければ、圧縮機が異常な高温になることによってベルトが変形することを回避することができる。

しかしながら、この技術は圧縮機の発熱によるベルトの変形を意図していない。また、この技術では、ロータとハブとの接続を絶つことによりトルクの遮断を行っており、遮断時にロータが変形して好適に空転できないおそれがある。さらに、この技術では、加熱手段及びその信号を処理する制御装置等が必要になり、製造コストの高騰化を生じてしまう。

さらに、特開２００１−１７３６７４号公報には、ロータとハブとの間に中心側からゴム、第１の円管状金属及び第２の円管状金属を設け、ハブとゴムと第１の円管状金属とを固定し、第１の円管状金属と第２の円管状金属とを圧入したプーリが開示されている。この技術によれば、圧入代によってトルクの伝達を遮断する設定トルクを設定しつつ、設定トルクを超えたトルクで第１の円管状金属と第２の円管状金属とに滑りを生じさせ、その摩擦熱によってゴムを破断させ、ロータとハブとの接続を確実に絶つことができる。

しかしながら、この技術も圧縮機の発熱によるベルトの変形を意図していない。また、この技術においても、ロータとハブとの接続を絶つことによりトルクの遮断を行っており、遮断時にロータが変形して好適に空転できないおそれがある。さらに、この技術において、圧縮機で生じた熱は、圧縮機の駆動軸及びプーリのハブを経るか、圧縮機のハウジング、プーリの軸受、ロータ、第２の円管状金属及び第１の円管状金属を経るかしなければ、ゴムに伝達せず、トルクの遮断が遅れてしまう。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、製造コストの高騰化をほとんど生じることなく、圧縮機の非常時でも、車両の快適な走行を維持することが可能なプーリ付き圧縮機を提供することを解決すべき課題としている。

本発明のプーリ付き圧縮機は、圧縮機とプーリとを備え、車両用空調装置に用いられるプーリ付き圧縮機であって、
前記圧縮機は、ハウジングと、該ハウジング内で該ハウジングに回転可能に支承された駆動軸と、該ハウジング内で該駆動軸の回転によって冷媒の圧縮作用を行う圧縮機構とを有し、
前記プーリは、前記ハウジング外で該ハウジングに軸受を介して回転可能に支承されたロータと、前記駆動軸と結合されて該ロータの回転を該駆動軸に伝達するハブとを有し、
前記駆動軸と前記ハブとの間には、設定温度を超える温度で変形して両者の接続を絶つ遮断部材が設けられていることを特徴とする。

本発明のプーリ付き圧縮機では、圧縮機が異常な高温になった場合、駆動軸とハブとの間に設けられた遮断部材が変形して両者の接続を絶つことができる。この際、圧縮機で生じた熱は、圧縮機の駆動軸から直に遮断部材に伝達し、遮断部材が瞬時に変形してトルクを迅速に遮断できる。また、駆動軸とハブとの接続を絶つことによりトルクの遮断を行っており、遮断時にロータが変形することはない。このため、ロータは圧縮機のハウジングとの間に設けられる軸受で好適に空転し、駆動軸は停止して圧縮機は冷却されることとなる。このため、このプーリ付き圧縮機では、圧縮機が異常な高温になることによってベルトが変形することをより確実に回避することができる。

また、本発明のプーリ付き圧縮機では、遮断部材を採用するだけであるので製造コストの高騰化をほとんど生じない。

さらに、本発明のプーリ付き圧縮機では、圧縮機を冷却しながら、ロータを好適に空転させることができるため、車両を緊急停止する必要がない。このため、他の不具合も生じず、かつ修理工場への自走により運転者等の便宜性も実現できる。

したがって、本発明のプーリ付き圧縮機によれば、製造コストの高騰化をほとんど生じることなく、圧縮機の非常時でも、快適な走行を維持することが可能である。

圧縮機は通常の運転で１７０°Ｃ程度まで昇温することから、遮断部材が変形する設定温度は２００°Ｃ程度に設定され得る。遮断部材は、設定温度を超える温度で軟化又は溶解する合金、樹脂等であり得る。例えば、金属としては、銅、亜鉛、錫、それらの少なくとも１種を主成分とする合金等を採用することができ、樹脂としては、ポリイミド系の樹脂、ポリアミドイミド系の樹脂等の高いガラス転移温度を有するものを採用することができる。

圧縮機の圧縮機構は、斜板式機構、ベーン型機構、スクロール式機構等、種々のものであり得る。また、プーリは電磁クラッチを内蔵するものであってもよい。

プーリのハブは、設定トルクでロータからのトルクの伝達を遮断するトルクリミッタ部を有するものであり得る。このようなプーリを採用している場合、設定トルクでトルクの伝達を遮断する前でも、熱によってトルクの伝達を遮断することができる。このため、圧縮機がロック状態ではないが、異常な高温になっている場合、駆動軸とハブとの接続を絶ち、ロータをハブとともに空転させ、圧縮機の発熱を停止することが可能になる。

ハブがトルクリミッタ部を有するプーリを採用している場合、圧縮機が容量可変型のものであれば、本発明の必要性が高い。つまり、圧縮機が小さな圧縮容量で駆動され、圧縮機を駆動するためのトルクが小さい場合には、たとえ圧縮機がロック状態直前であっても、トルクリミッタ部が破断に至り難い。この場合、ベルトの加熱によって上記不具合を生じやすい。そして、大きな熱負荷で圧縮機が大きな圧縮容量になった瞬間にトルクリミッタ部が破断に至り、熱負荷が大きいにもかかわらず圧縮機構が作動しないことにより、車室が悪環境になってしまう。

また、プーリがロータとハブとの間にゴム又は軟質樹脂からなるダンパ部を有する場合、駆動軸とハブとの接続を絶つことにより、ダンパ部に熱が伝達してプーリが使用不能になることを防止することができる。

ロータが軽量化等のために樹脂製である場合、本発明の効果が大きい。つまり、ロータが樹脂製である場合、圧縮機が異常な高温になれば、ロータが軸受との境界で熱によって割れる等の変形を生じるおそれがある。本発明のプーリ付き圧縮機では、圧縮機の異常な高温を回避できることから、そのようなロータの変形を防止し、この点でも快適な走行を維持することが可能である。

遮断部材は、駆動軸に結合されてハブに螺合されていることが可能である。その他、遮断部材は、駆動軸に形成した雄ねじに螺合したり、駆動軸に形成したスプラインに嵌合したりしつつ、ハブに固定されるライナ等であり得る。

以下、本発明を具体化した実施例１〜４を図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、実施例１のプーリ付き圧縮機は、容量可変型斜板式圧縮機１００と、トルクリミッタ部及びダンパ部を有するプーリ２００とからなる。

圧縮機１００は、シリンダブロック１とフロントハウジング２とリヤハウジング３とによりハウジングが構成されており、シリンダブロック１には駆動軸１３の軸線と平行に延びるシリンダボア１ａが複数個貫設されている。なお、図１において、左方を圧縮機の前方とし、右方を圧縮機の後方とする。

リヤハウジング３には弁ユニット４を介して各シリンダボア１ａと連通する吸入室５及び吐出室６が形成されている。また、フロントハウジング２とシリンダブロック１とによりクランク室７が形成され、フロントハウジング２とシリンダブロック１とには軸孔２ａ、１ｂが形成されている。軸孔２ａにはラジアル軸受８及び軸封装置９が設けられ、軸孔１ｂにはラジアル軸受１０及びスラスト軸受１１が設けられ、スラスト軸受１１と弁ユニット４との間には押圧ばね１２が設けられている。駆動軸１３は、一端がフロントハウジング２から突出した状態でこれらラジアル軸受８等により回転可能に支承されている。駆動軸１３の先端には雌ねじ１３ａが形成されている。また、各シリンダボア１ａ内にはピストン１４が往復動可能に収納されており、各ピストン１４はそれぞれシリンダボア１ａ内に圧縮室を形成している。

クランク室７内では駆動軸１３にラグプレート１５が固定されており、ラグプレート１５とフロントハウジング２との間にはスラスト軸受１６が設けられている。また、駆動軸１３には、駆動軸１３に対して軸直角の仮想面となす傾斜角が変更可能な斜板１７が挿通されている。ラグプレート１５と斜板１７との間にはリンク機構１８が設けられているとともに、ラグプレート１５と斜板１７とを離れる方向に付勢する押圧ばね１９が設けられている。また、斜板１７の後方には復帰ばね２０が設けられている。

また、斜板１７と各ピストン１４との間には、シュー２１ａ、２１ｂが設けられている。シュー２１ａは斜板１７の前面とピストン１４の前側の座面との間に設けられ、シュー２１ｂは斜板１７の後面とピストン１４の後側の座面との間に設けられている。各シュー２１ａ、２１ｂは略半球状をなしている。こうして、この圧縮機１００では、斜板式の圧縮機構を採用している。

また、リヤハウジング３には容量制御弁２２が収納されている。容量制御弁２２は、検知通路３ａにより吸入室５に連通し、給気通路３ｂにより吐出室６とクランク室７とを連通させている。容量制御弁２２は、吸入室５の圧力を検知することにより、給気通路３ｂの開度を変更し、圧縮機の吐出容量を変更している。また、クランク室７と吸入室５とは抽気通路１ｃによって連通している。

圧縮機１００の吐出室６には配管２３が接続されている。配管２３は、逆止弁２４、凝縮器２５、膨張弁２６及び蒸発器２７を経て吸入室５に接続されている。

プーリ２００は、ハブ５１、複数個のダンパ部材５２、ロータ５３及びウェイト部材５４からなる。

図２に示すように、圧縮機１００のフロントハウジング２は駆動軸１３を内部に突出させるボス２ｂを有しており、プーリ２００のハブ５１にはこのボス２ｂ内で駆動軸１３と同軸をなすハブ本体５１ａが設けられている。ハブ本体５１ａには、駆動軸１３の雌ねじ１３ａと整合する雌ねじ５１ｂが形成されている。また、ハブ５１は、ハブ本体５１ａから径外方向に円板状に延びる第１円板部５１ｃを一体に有している。ハブ本体５１ａ及び第１円板部５１ｃは金属製である。

第１円板部５１ｃには同心の複数個の穴５１ｄが貫設されており、各穴５１ｄ間がブリッジ５１ｅとされている。各ブリッジ５１ｅは、ロータ５３から伝達するトルクが設定トルク以上になったときに破断するトルクリミッタ部である。また、第１円板部５１ｃの外周側には、ハブ本体５１ａ及び円板部５１ｃと一体的に成形された樹脂製の第２円板部５１ｆが設けられている。第２円板部５１ｆには、後方に向かって第１円板部５１ｃから垂直に延びる複数片の凸片５１ｇが設けられている。また、ハブ本体５１ａの前面には円板状のウェイト部材５４が一体に設けられている。

ロータ５３は、円筒状のロータ本体５３ａと、このロータ本体５３ａと一体的に成形された樹脂製の回転部５３ｂとからなる。圧縮機１００のフロントハウジング２のボス２ｂの外周面とロータ本体５３ａとの間にはラジアル軸受３０が設けられている。回転部５３ｂの前面には環状の凹部５３ｃが同心かつ等間隔に凹設され、凹部５３ｃには前方に向かって底面から垂直に延びる複数片の隔壁５３ｄが設けられている。凹部５３ｃ内には、特開２００４−１４４２２６号公報に記載されているように、隔壁５３ｄを跨ぐ左右のダンパをもつ複数個のダンパ部材５２が収納されている。各ダンパ部材５２はゴム製である。各ダンパ部材５２間にハブ５１の各凸片５１ｇが挿入されている。各隔壁５３ｄ、各ダンパ部材５２及び各凸片５１ｇがダンパ部である。

駆動軸１３の雌ねじ１３ａとハブ本体５１ａの雌ねじ５１ｂとにはスペーサ３１を介して遮断部材としての遮断ボルト４０が螺合されている。遮断ボルト４０は、設定温度を超える温度で軟化又は溶解して駆動軸１３とハブ５１との接続を絶つ合金である。この遮断ボルト４０の前端にはプーリ２００を固定しながら遮断ボルト４０を締結するための六角部４０ａが形成されている。

ロータ５３の回転部５３ｂには、図１に示すように、ベルト３２が巻き掛けられている。このベルト３２は、車両の駆動源でもあるエンジン、オルタネータ、ウォータジャケットポンプ、パワーステアリングポンプ等の他の補機にも巻き掛けられている。

上記のように構成されたプーリ付き圧縮機では、エンジンによってプーリ２００を介して圧縮機１００が駆動される。つまり、駆動軸１３が回転することによりラグプレート１５が同期回転し、斜板１７は同期回転しながら揺動運動する。斜板１７の揺動運動はシュー２１ａ、２１ｂによってピストン１４の往復動に変換される。これにより、圧縮室が容積変化をする。このため、吸入室５内の冷媒ガスは圧縮室内に吸入されて圧縮された後、吐出室６内に吐出される。容量制御弁２２がクランク室７内の圧力を変更すれば、リンク機構１８は、斜板１７の傾角変動をラグプレート１５に対して許容し、圧縮機の吐出容量が変更される。こうして車両用空調装置が車室内の空調を行うこととなる。

これらの間、圧縮機構の斜板１７とシュー２１ａ、２１ｂとの摩擦熱やピストン１４とシリンダボア１ａとの摩擦熱等により、ロック状態ではないが、圧縮機１００が異常な高温になるおそれがある。この場合、プーリ２００の各ブリッジ５１ｅは必ずしも破断しない。特に、圧縮機１００が小さな圧縮容量で駆動され、圧縮機１００を駆動するためのトルクが小さい場合には、たとえ圧縮機１００がロック状態直前であっても、各ブリッジ５１ｅは破断に至り難い。

このプーリ付き圧縮機では、この状態において、遮断ボルト４０が軟化又は溶融して駆動軸１３とハブ５１との接続を絶つことができる。この際、圧縮機１００で生じた熱は、圧縮機１００の駆動軸１３から直に遮断ボルト４０に伝達し、遮断ボルト４０が瞬時に変形してトルクを迅速に遮断できる。また、駆動軸１３とハブ５１との接続を絶つことによりトルクの遮断を行っており、遮断時にロータ５３が変形することはない。このため、ロータ５３はラジアル軸受３０で好適に空転し、駆動軸１３は停止して圧縮機１００は冷却されることとなる。このため、このプーリ付き圧縮機では、圧縮機１００が異常な高温になることによってベルト３２が変形することをより確実に回避することができる。

また、このプーリ付き圧縮機では、遮断ボルト４０を採用するだけであるので製造コストの高騰化をほとんど生じない。

さらに、このプーリ付き圧縮機では、圧縮機１００を冷却しながら、ロータ５３を好適に空転させることができるため、車両を緊急停止する必要がない。このため、他の不具合も生じず、かつ修理工場への自走により運転者等の便宜性も実現できる。そして、修理工場においては、ダンパ部材５２が劣化を生じておらず、しかも樹脂製のロータ５３も変形を生じていないことから、プーリ２００を再使用することも可能である。

したがって、このプーリ付き圧縮機によれば、製造コストの高騰化をほとんど生じることなく、圧縮機１００の非常時でも、快適な走行を維持することが可能である。

実施例２のプーリ付き圧縮機では、図３に示すように、駆動軸１３の先端にスプライン１３ｂが形成され、スプライン１３ｂの先端に六角部１３ｃが形成されている。そして、駆動軸１３とハブ本体５１ａとの間には、スプライン１３ｂと嵌合し、雌ねじ５１ｂと螺合する遮断部材としての遮断ライナ４１が設けられている。他の構成は実施例１と同様である。

このプーリ付き圧縮機においても実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

実施例３のプーリ付き圧縮機では、図４に示すように、ハブ本体５１ａに円筒面５１ｈが形成されている。また、駆動軸１３の雌ねじ１３ａにはボルト３３が螺合されている。ボルト３３には雄ねじ３３ａ及び六角部３３ｂが形成されている。そして、ボルト３３とハブ本体５１ａとの間には、雄ねじ３３ａと螺合し、円筒面５１ｈに圧入された遮断部材としての遮断ライナ４２が設けられている。他の構成は実施例１と同様である。

このプーリ付き圧縮機においても実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

実施例４のプーリ付き圧縮機は、図５に示すように、駆動軸１３の先端に雄ねじ１３ｄが形成され、雄ねじ１３ｄの先端に六角部１３ｃが形成されている。そして、駆動軸１３とハブ本体５１ａとの間には、雄ねじ１３ｄと螺合し、円筒面５１ｈに圧入された遮断部材としての遮断ライナ４２が設けられている。他の構成は実施例１と同様である。

このプーリ付き圧縮機においても実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

以上において、本発明を実施例１〜４に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜４に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

本発明は車両用空調装置に利用可能である。

実施例１に係るプーリ付き圧縮機の断面図である。 実施例１に係るプーリ付き圧縮機の要部拡大断面図である。 実施例２に係るプーリ付き圧縮機の要部拡大断面図である。 実施例３に係るプーリ付き圧縮機の要部拡大断面図である。 実施例４に係るプーリ付き圧縮機の要部拡大断面図である。

符号の説明

１００…圧縮機
２００…プーリ
１、２、３…ハウジング（１…シリンダブロック、２…フロントハウジング、３…リヤハウジング）
１３…駆動軸
１７、２１ａ、２１ｂ…圧縮機構（１７…斜板、２１ａ、２１ｂ…シュー）
３０…ラジアル軸受
５３…ロータ
５１…ハブ
４０、４１、４２…遮断部材（４０…遮断ボルト、４１、４２…ライナ）
５１ｅ…トルクリミッタ部（ブリッジ）
５３ｄ、５２、５１ｇ…ダンパ部（５３ｄ…隔壁、５２…ダンパ部材、５１ｇ…凸片）

Claims (7)

1. 圧縮機とプーリとを備え、車両用空調装置に用いられるプーリ付き圧縮機であって、
   前記圧縮機は、ハウジングと、該ハウジング内で該ハウジングに回転可能に支承された駆動軸と、該ハウジング内で該駆動軸の回転によって冷媒の圧縮作用を行う圧縮機構とを有し、
   前記プーリは、前記ハウジング外で該ハウジングに軸受を介して回転可能に支承されたロータと、前記駆動軸と結合されて該ロータの回転を該駆動軸に伝達するハブとを有し、
   前記駆動軸と前記ハブとの間には、設定温度を超える温度で変形して両者の接続を絶つ遮断部材が設けられていることを特徴とするプーリ付き圧縮機。
2. 前記遮断部材は、銅、亜鉛、錫若しくはそれらの少なくとも１種を主成分とする合金又はポリイミド系若しくはポリアミドイミド系の樹脂から形成されている請求項１記載のプーリ付き圧縮機。
3. 前記ハブは、設定トルクで前記ロータからのトルクの伝達を遮断するトルクリミッタ部を有する請求項１又は２記載のプーリ付き圧縮機。
4. 前記圧縮機は容量可変型のものである請求項３記載のプーリ付き圧縮機。
5. 前記プーリは、前記ロータと前記ハブとの間にゴム又は軟質樹脂からなるダンパ部を有する請求項１乃至４のいずれか１項記載のプーリ付き圧縮機。
6. 前記ロータは樹脂製である請求項１乃至５のいずれか１項記載のプーリ付き圧縮機。
7. 前記遮断部材は、前記駆動軸に結合されて前記ハブに螺合されている請求項１乃至６のいずれか１項記載のプーリ付き圧縮機。

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