JP2016118202A - 冷媒コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】慣性ディスクは大きな質量を有しているので、トルクまたはねじりモーメントがハブとディスクとの間の接続境界面に作用し接続不良を引き起こす。【解決手段】軸線方向（Ａ）を有するコンプレッサシャフト（１６）と、コンプレッサシャフト（１６）に取り付けられるハブ（１４）と、慣性ディスク（２０）とをハブと慣性ディスクとの間のトルクをコンプレッサシャフトを介して間接的に伝達させることにより備える冷媒コンプレッサを提供する。【選択図】図２

Description

本発明は、駆動プーリがコンプレッサシャフトに接続されて空調ユニットを作動させる、特に自動車用の空調ユニットのための冷媒コンプレッサに関する。

このタイプの冷媒コンプレッサは、特許文献１から周知である。図１の概略図に示されているように、駆動プーリ２は、トルクリミッタ要素３を介してハブ部材７に接続されている。駆動プーリ２の回転がハブ部材７に伝達され、ハブ部材がコンプレッサシャフト６を駆動する。このような構成では、駆動ベルト、プーリ、ベアリング、シャフト等を含む様々なコンポーネントが独自の共振周波数を有することにより、コンプレッサ駆動アセンブリには振動が生じうる。このような振動現象を回避するため、図１に示されているように、フライホイールまたは慣性ディスク４がハブ部材７に固定される。慣性ディスク４は、圧入接続部５でハブ部材７の外周面に接続される。ディスクは慣性マスとして作用して、コンプレッサ駆動アセンブリの慣性モーメントを増加させ、結果的にシステムの固有共振周波数をシフトさせうる。

フライホイールまたは慣性ディスクの従来構成に関連する欠点の一つは、ディスク４とハブ部材７の外面との間の機械的接続に関するものである。図１の先行技術の構造では、ディスクは圧入構成を通してハブに接続されているが、他の設定（不図示）では、ディスクはネジ接続によりハブに接続されうる。これらの構成は、車両エンジンの回転速度が突然変化する、特に突然上昇または低下した時に、これに応じてプーリの回転速度が変化するという短所を有する。この結果、プーリ２によりハブ部材７を通してシャフト６へ伝達されるトルクの突然の変化が生じる。慣性ディスク４は大きな質量を有しているので、トルクまたはねじりモーメントがハブとディスクとの間の接続境界面５に作用する。

この接続が圧入により形成される場合には、反復的な突然のトルク負荷や境界面に印可される反転トルクが、材料疲労、ついには接続不良を引き起こす。

接続部５がネジ接続である場合には、接続部に印可されるトルク方向の反復的な逆転はネジ接続部の緩みを引き起こすことがある。いずれの結果も望ましいものではなく、ディスクがハブ部材から離脱してしまったり、関連するコンプレッサシステムの破損につながりうる。

独国特許発明第１０２ ５４ ９３７ Ｂ４号明細書

本発明の目的は、コンプレッサ駆動アセンブリでの望ましくない共振周波数を回避するとともに、ハブ部材への慣性マス要素の機械的接続の信頼性および耐久性を高めることが可能な慣性ディスク構造を提案することである。

本発明によれば、軸線方向を有するシャフトと、このシャフトに取り付けられるハブと、トルクが伝達されるように前記ハブに直接接続される慣性ディスクとを備える冷媒コンプレッサにより、目的が達成される。本発明は、慣性ディスクをハブに直接接続するに際し、ハブと慣性ディスクとの間のトルクをコンプレッサシャフトを介して間接的に伝達させることにより、先行技術の問題の多くを回避することができるという認知に基づいている。コンプレッサシャフトを介した迂回を回避することにより、トルクフロー経路に含まれる弾性が低くなり、結果的にハブと慣性ディスクとの間の接続部への負荷が減少する。

好ましくは、圧入接続によって慣性ディスクがハブに接続される。この接続は、低コストで高い信頼性を伴って達成されうる。

好適な実施形態によれば、円筒カラーが慣性ディスクから軸線方向に突出してハブと嵌合する。円筒カラーは、圧入接続を確立するための軸方向変位経路を提供できる。

好ましくは、円筒カラーは、ハブの円筒スリーブの内部と圧入接続で嵌合する。適当な寸法のスリーブを選ぶことにより、圧入接続の剛性が所望の状態で確立されうる。

慣性ディスクの強固な接続を達成するため、さらにシャフトにも圧入により接続してもよい。

別の好適な実施形態によれば、慣性ディスクはネジ接続によってハブに接続される。ここで、ハブと慣性ディスクを直接接続することで、ハブから慣性ディスクへのトルクフローを向上させることができ、従来設計においては危機的な問題を示すことがあった接続を採用することができる。

別の好適な実施形態によれば、機械的接続によって慣性ディスクがハブに接続される。この種の接続は、ハブに対する慣性ディスクの回転のリスクを確実に回避する。

好ましくは、ハブおよび慣性ディスクの要素の一方が、他の要素に設けられる開口部と嵌合する複数の軸線方向延出突部を備える。このような設計は小型であって、軸線方向に多くのスペースを必要としない。

別の好適な実施形態によれば、溶接によって慣性ディスクがハブに接続される。この種の接続は、慣性ディスクとハブとの間の唯一の接続として用いてもよいし、前述の他の接続に追加される接続として使用してもよく、振動下にあってもハブへの慣性ディスクの接続を保証する非常に確実な接続となる。

好ましくは、ハブはスプライン接続でシャフトと嵌合する。このような接続は、高い強度を有し、トルクフロー経路に大きなねじり弾性を導入しない。

シャフトのネジ山と協働して慣性ディスクを軸線方向にハブへ付勢するナットを設けても良い。ナットは固定手段として作用することにより安全レベルを高める。

好ましくは、ナットの表面が慣性ディスクの径方向表面に付勢されて摩擦接続を形成する。この摩擦接続は、慣性ディスクに伝達されうる許容トルクを増大させることで、コンプレッサシャフトと慣性ディスクとの間の接続強度を高める。

好適な実施形態によれば、ナットはキャップナットである。キャプナットは、その内ネジにてコンプレッサシャフトの軸方向端部を密閉または閉鎖する。

好ましくは、シャフトに肩部が設けられる。シャフトは、ハブおよび／または慣性ディスクの軸線方向位置決めに使用され、これによりディスクの軸線方向位置を信頼できる方法で確実に決定する。

一実施形態では、慣性ディスクは軸方向端部にて肩部に当接する。この当接により、肩部は慣性ディスクとコンプレッサシャフトとの間でのトルク伝達に寄与し、ディスクとシャフトとの間の接続の強度を高める。

代替的実施形態では、肩部と慣性ディスクとの間にハブが構成される。ハブと慣性ディスクの両方の軸方向位置が肩部により規定されるように、慣性ディスクと肩部との間にハブが挟持される。ここにおいても、肩部は慣性ディスクと（ハブを介した）コンプレッサシャフトとの間のトルク伝達に寄与することができ、こうしてディスクとシャフトとの間の接続強度を高める。

本発明の実施形態によれば、シャフトは内ネジを備え、内ネジはキャップナットに被覆される。こうして、内ネジが汚れにさらされるリスクはない。

好ましくは、慣性ディスクは鋼製であり、小型の設計で高い慣性を達成することができる。

好適な実施形態において、慣性マスは、２００から８００ｋｇ*ｍｍ^２の範囲の付加慣性を付与するよう構成されたディスク（フライホイール）である。

一実施形態において、ディスクは、コンプレッサシャフトに沿って軸線方向に突出する円筒カラーを備える。円筒カラーの外周面はハブの内周面と圧入接続で嵌合する。

別の実施形態では、ネジ接続または機械的接続によってディスクがハブに接続されうる。

さらなる実施形態では、ハブと慣性ディスクのいずれかが軸線方向に突出する複数の突部を備える。突部は、ハブまたはディスクの他方の開口部と嵌合するように用意および構成される。この種の機械的接続では、ディスクは確実な機械的嵌合でハブに直接結合される。

さらなる実施形態では、シャフトのネジ山と協働するナットが設けられ、ディスクを軸線方向にハブへ付勢するように設置される。特に、ナットが回されると、ナットの端面が慣性ディスクの径方向表面に付勢される。これにより、とりわけ慣性ディスクのスラスト表面での摩擦を通して、付加的な摩擦接続がディスクの固定のために設けられる。好ましくは、ナットはキャップナットである。

別の好適な実施形態では、ストッパとして作用する肩部または段部がシャフトに設けられる。取付け状態において、ディスクの軸方向端部は肩部と当接する。この構成では、ナットと段部との間に慣性ディスクが挟持される。すると全体的な固定がさらに向上する。ハブおよびディスクの円筒円周面間の圧入接続に加えて、慣性ディスクの二つの端面が、一端部ではナットの端面と、他端部では肩部と摩擦接続で接続する。これら二つの端部スラスト表面での摩擦接続は、慣性ディスクとハブとの間の直接接続の信頼性および強度を高める。

以下の図面に示される実施形態とともに、本発明のさらなる利点が説明される。
従来のコンプレッサの駆動プーリ・フライホイールアセンブリの概略図を示す。 本発明の第一実施形態によるコンプレッサシャフト・プーリアセンブリの断面を示す。 図２の実施形態の相互接続表面の拡大詳細図を示す。 駆動プーリおよび慣性マス要素とともにコンプレッサの斜視図を分解図で示す。 本発明のさらなる実施形態の断面図を示す。 図５の実施形態の慣性ディスク要素およびハブの斜視図を示す。 本発明の別のさらなる実施形態の断面図を示す。 本発明の別のさらなる実施形態の断面図を示す。 本発明の別のさらなる実施形態の断面図を示す。

図１は、自動車の空調システムに使用されうる先行技術の冷媒コンプレッサの概略図を示す。上述したように、慣性ディスク４とハブ７との間の接続部５は従来通りに圧入またはネジ接続であり、とりわけ駆動プーリにより印可されるトルクの方向および大きさの反復的な変化を考慮すると、そのいずれも長期使用には充分でなく、これに耐えることができない。

本発明の第一実施形態が図２に図示されており、慣性ディスク２０は多数の接続境界面を介してハブ１４に直接接続されている。コンプレッサシャフト１６は、中央軸線Ａに沿ってハブ１４の中に延在する。コンプレッサシャフト１６はハブよりも外方に延出し、自由な前方端部を有する。慣性ディスク２０を固着するように、シャフト１６の前方端部にはナット２４が嵌合している。

図３は、特にディスク２０の固定に関して、図２の実施形態のより詳細な一部を示す。円筒カラー２８がディスク２０から軸線方向に突出してハブ１４と嵌合する。特に、円筒カラー２８の外周面がハブの円筒スリーブ２９の内周面と圧入接続にて嵌合する。ハブ１４の円筒スリーブ２９の内部には若干のテーパを設けられ、カラー２８が円筒スリーブ２９の端部の軸方向肩部と当接するまでカラーをスリーブ２９へ押入することにより、圧入が達成されうる。

ディスク２０とハブ１４との間の接続部２３の別の例は、カラー２８とスリーブ２９との間のネジ接続であろう。また、別の好適な実施形態では、機械的接続、例えばカラー２８およびスリーブ２９のそれぞれの円周面円筒に設けられるスプラインまたはキーにより、ディスク２０をハブ１４に接続することができる。

再び図３を参照すると、ハブ１４自体は好ましくはスプライン接続部２６でシャフト１６に装着される。駆動部材を組み立てるため、最初にディスク２０がハブ１４に圧入接続され、その後、接続された要素がシャフトに嵌着される。このとき、ハブ１４の内部のスプラインが軸方向に摺動して、シャフト１６の外周面に形成された相手側スプライン内へ嵌入し、接続部２６を形成する。

異なる実施形態に関しては、コンプレッサ構成の分解図を示す図４を参照にするとこの手順が理解されうる。シャフト１６を備えるコンプレッサ本体は、駆動アセンブリの連続コンポーネントがシャフト１６に取り付けられて相互に固定されることを可能にする。ハブ１４とディスク２０とが最初に相互に接続され、組み合わされたユニットがシャフト１６上を滑動される。

シャフト１６の前方端部に設けられたナット２４は、シャフト１６のネジ山２１と協働する。ナットが締結されると、このナットがハブ１４に向けてディスク２０を軸線方向に付勢する。これにより、ナット２４の底端面とディスク２０の径方向表面との間に摩擦接続部３３がもたらされる。この摩擦接続部３３は、カラー２８とスリーブ２９との間の圧入接続とは別に、またはこれに加えて、ディスクのためのさらなる固定力を提供する。

ナット２４は好ましくは、図２に示されているように、充分な径方向範囲の底面を備えるキャップナットである。これはコンプレッサシャフトの端部分を機械的に密閉する。

シャフト１６には肩部３０が設けられており、図３に示されているように、取付け状態において、ディスク２０の軸方向端部２２が肩部３０と当接するようになっている。組立工程おいて、上述のように、カラー２８と円筒スリーブ２９とは最初に圧入で接続される。その後その組付体がシャフトに取り付けられ、円筒カラー２８の前方端部２２が段部３０と当接する。続いて、ナット２４が締め付けられ、カラー２８が肩部３０へ付勢される。こうして、カラー２８のスラスト表面２２にディスク２０とのさらなる摩擦接続がもたらされる。

要約すると、慣性ディスク２０の両端面は、軸方向の一端部でナット２４の端面と、他端部で肩部３０と摩擦接続で係合する。これら二つの端部スラスト表面での摩擦接触は、ディスク２０とハブ１４との間の直接接続の信頼性および強度をさらに高める。

図２に見られるように、シャフト１６はさらに、異なる目的で使用されうる内ネジ３２を具備する。キャップナット２４は、汚れや他の汚染物が内ネジに悪影響を与えるのを防止するように内ネジを閉鎖する。

本発明のさらなる実施形態が図５および６に示されている。慣性ディスク２０は、ボルト３４によってシャフト１６に締結される。ボルト３４は、シャフト１６に対して慣性ディスク２０の芯を合わせる作用を主として行う。ハブ１４は、図６に最も分かりやすく示されているように、前方向に延出する円筒突出部分を有し、この円筒突出部分には、軸方向に延出する突部２７が設けられている。突部２７は、ディスク２０の開口部１９に嵌合する。突部とスロット開口部１９との嵌合は、ハブとディスク２０との間でのトルクの伝達のための確実な機械的接続を保証する。

図７には、付加的な実施形態が概略的に示されている。前出の実施形態から周知の要素については、同じ参照番号が使用されており、上記の記載を参照する。

図７の実施形態は、図２および３の実施形態に基づいている。この実施例においては、慣性ディスク２０の円筒カラー２８とハブ１４の円筒スリーブ２９との間の圧入接続部２３に加えて、円筒カラー２８の内周面とコンプレッサシャフト１６の外周面との間に第２の圧入接続部７０が確立される。

すなわち、円筒カラー２８は、コンプレッサシャフトとハブとの間で、径方向に挟持される。

この付加的な圧入部７０により、慣性ディスク２０へ伝達されるトルクを、ハブ１４とシャフト１６の両方により支持することが可能となる。さらに、仮に、慣性ディスクの重心が回転軸線上から外れている、または慣性ディスクがコンプレッサシャフトに対して完全に垂直な配向ではないことなどにより、多少の振動があったとしても、慣性ディスク２０に設けられたこの付加的な支持により、慣性ディスクのハブおよびシャフトへの固着接続状態が維持される。

図８には、別の付加的な実施形態が概略的に示されている。前出の実施形態から周知の要素については、同じ参照番号が使用され、上記の記載が参照される。

図８の実施形態は、図２および３の実施形態にほぼ基づいたものである。慣性ディスク２０の円筒カラー２８とハブ１４の円筒スリーブ２９との間の圧入接続部２３に加えて、一方ではハブ１４の円筒スリーブ２９の軸方向端面と他方では慣性ディスク２０の径方向延出表面８２との間に、溶接接続部８０が確立される。

この溶接接続部８０は、プロジェクション溶接（抵抗溶接）により形成される。一方の要素（ここではハブ１４）の短い突出部が、他の要素（ここでは慣性ディスク２０）に押圧され、両要素の間に電流が流される。これにより、この接触点において、電気抵抗により高温が発生し、両要素の材料が局所的に融解する。

溶接接続部８０は、非常に信頼性が高く、慣性ディスクの配向またはバランスが不完全であることにより生じる振動がある場合でも、慣性ディスク２０とハブ１４との間の接続を保証する。さらに、溶接接続部８０は、この溶接接続部８０の近くに力の大部分を吸収する圧入接続部２３が構成されているので、過剰な力を受けることが妨げられる。

図９には、さらなる付加的な実施形態が概略的に示されている。前出の実施形態から周知の要素については、同じ参照番号が使用され、上の記載が参照される。

図２および３の実施形態と同様に、図９の実施形態はコンプレッサシャフト１６に肩部３０を備える。しかしこの肩部３０は、コンプレッサシャフト１６の軸方向端部からより遠い位置に構成されており、慣性ディスク２０を軸方向に直接位置決めするようには機能しない。むしろ、肩部３０と当接するのはハブ１４である。しかし、慣性ディスク２０はハブの円筒スリーブ２９へ挿入され（ナット２４とハブ１４との間で軸線方向に挟持されるようにナット２４によって軸線方向に付勢され）ているので、この慣性ディスク２０の軸方向位置が間接的に位置決めされる。

図９の実施形態では、ハブ１４からコンプレッサシャフト１６へ伝達されるトルクの一部は、ハブ１４とシャフト１６の肩部３０との間の摩擦接触を介して伝達することができる。

１４ ハブ
１６ シャフト
１９ スロット開口部
２０ 慣性ディスク
２１ ネジ山
２２ 軸方向端部
２３ 接続部
２４ キャップナット
２６ スプライン接続部
２７ 突部
２８ 円筒カラー
２９ 円筒スリーブ
３０ 肩部
３２ 内ネジ
３３ 摩擦接続部
３４ ボルト
７０ 第２圧入接続部
８０ 溶接接続部
８２ 径方向延出表面

Claims (19)

1. 軸線方向（Ａ）を有するシャフト（１６）と、このシャフト（１６）に取り付けられるハブ（１４）と、このハブ（１４）にトルクが伝達されるように直接接続される慣性ディスク（２０）とを備える冷媒コンプレッサ。
2. 前記慣性ディスク（２０）が圧入接続部によって前記ハブ（１４）に接続される、請求項１のコンプレッサ。
3. 円筒カラー（２８）が前記慣性ディスク（２０）から軸線方向に突出して前記ハブ（１４）と嵌合する、請求項２のコンプレッサ。
4. 前記円筒カラー（２８）が圧入接続部（２３）で前記ハブ（１４）の円筒スリーブ（２９）の内部と嵌合する、請求項３のコンプレッサ。
5. 前記慣性ディスク（２０）が圧入接続部により前記シャフト（１６）と嵌合する、請求項２乃至４のいずれかのコンプレッサ。
6. 前記慣性ディスク（２０）がネジ接続によって前記ハブ（１４）に接続される、請求項１のコンプレッサ。
7. 前記慣性ディスク（２０）が機械的接続部（１９，２７）によって前記ハブ（１４）に接続される、請求項１のコンプレッサ。
8. 前記ハブ（１４）および慣性ディスク（２０）の要素の一方が、他の要素に設けられた開口部（１９）と嵌合する複数の軸方向延出突部（２７）を備える、請求項７のコンプレッサ。
9. 前記慣性ディスク（２０）が溶接部によって前記ハブに接続される、先行請求項のいずれかのコンプレッサ。
10. 前記ハブ（１４）がスプライン接続部（２６）で前記シャフト（１６）と嵌合する、先行請求項のいずれかのコンプレッサ。
11. ナット（２４）が、前記シャフト（１６）のネジ山と協働するように設けられて、前記慣性ディスク（２０）を軸線方向（Ａ）に前記ハブ（１４）へ付勢する、先行請求項のいずれかに記載のコンプレッサ。
12. 前記ナット（２４）の表面が前記慣性ディスク（２０）の径方向表面に付勢されて摩擦接続部（３３）を形成する、請求項８のコンプレッサ。
13. 前記ナットがキャップナットである、請求項８または９のコンプレッサ。
14. 前記シャフト（１６）に肩部（３０）が設けられる、先行請求項のいずれかに記載のコンプレッサ。
15. 前記慣性ディスク（２０）が軸方向端部（２２）で前記肩部（３０）に当接する、請求項１４のコンプレッサ。
16. 前記ハブ（１４）が前記肩部（３０）と前記慣性ディスク（２０）との間に構成される、請求項１４のコンプレッサ。
17. 前記シャフト（１６）が内ネジ（３２）を備え、前記内ネジ（３２）が前記キャップナットに被覆される、請求項１４乃至１６のいずれかに記載のコンプレッサ。
18. 前記慣性ディスク（２０）が鋼製である、先行請求項のいずれかに記載のコンプレッサ。
19. 前記慣性ディスク（２０）により与えられる付加慣性が２００と８００ｋｇ*ｍｍ^２の間である、先行請求項のいずれかに記載のコンプレッサ。