JP3906744B2

JP3906744B2 - 動力伝達装置

Info

Publication number: JP3906744B2
Application number: JP2002155160A
Authority: JP
Inventors: 倫保野坂; 清黒畑
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: JP2003343595A; US20030224904A1; DE10324441A1; US7040989B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伝達トルクが所定トルクを超えた時に動力伝達を遮断するトルクリミッタ機能を有する動力伝達装置に関するもので、空調装置用の圧縮機に動力を伝達するプーリや電磁クラッチ等に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
トルクリミッタ機能は、例えば圧縮機の摺動部が焼き付く等して固着してしまったときに、トルクの伝達を遮断してベルト等の駆動源側の機器を保護するものである。
【０００３】
そして、トルクリミッタ機能を有する動力伝達機構として、例えば特開平８−３１９９４５号公報に記載発明では、プーリの円盤部に環状の溝を設けるとともに、この溝部に一定間隔で貫通穴を設けて円盤部の強度を低下させることにより、伝達トルクが所定トルクを超えた時に溝部を破断させて動力伝達を遮断している。
【０００４】
ところで、上記公報に記載の発明のごとく、動力伝達経路中に破断（破壊）し易い破断部を設けて動力伝達を遮断する方法は、簡素な構造にて動力伝達を遮断することができるので、製造コスト上は有利であるものの、以下に述べる理由により、その設計開発が難しいという問題を有している。
【０００５】
すなわち、破断部は所定トルク（破断トルクと呼ぶ。）Ｔ１にて破断する強度とする必要があるが、周知のごとく、疲労破壊（疲労破断）は、破断トルクより小さいトルクで発生する。
【０００６】
そこで、破断部を設計するに当たっては、図１１に示すように、通常使用時における最大伝達トルクが耐久限度トルク未満となるように設定する必要がある。
【０００７】
しかし、実際のトルクリミッタ機構は、伝達トルクが所定値になった瞬間に動力の伝達を遮断されるものではなく、伝達トルクが所定のトルク範囲（以下、作動範囲と呼ぶ。）内になったときに動力の伝達が遮断されるものであるが、作動範囲の上限は、一般的に、駆動源側の機器に障害が発生し始めるトルク、例えばベルトが滑り始めるトルクが選定される。
【０００８】
このとき、破断部の材料や形状によっては、図１１の実線に示すように、片振幅トルクが０となる平均トルク、すなわちほぼ確実に破断する平均トルクが作動範囲の上限を超えてしまう場合がある。
【０００９】
これに対しては、例えば、疲労源限度トルク線を図１１の波線に示すような特性とすれば、破断する平均トルクが作動範囲の上限以下となるものの、通常使用時ににおける安全率（余裕）が低下するので、破断部が疲労により破断するおそれが高くなる。
【００１０】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な構成の動力伝達装置を提供し、第２には、所定のトルクにて確実に動力の伝達を遮断することができる動力伝達装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、駆動源（７）で発生した動力を従動機（１）に伝達する動力伝達装置であって、伝達トルクが所定トルク以上となったときに、破断することで動力の伝達を遮断する破断部（１３ｄ）と、伝達トルクが所定トルク以上となったときに、伝達トルクが所定トルク未満のときに破断部（１３ｄ）に作用させていた力の方向と異なる方向の力を破断部（１３ｄ）に作用させる破断促進手段（１１ｃ、１３ｂ、１４、１５）とを備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、所定トルク以上の領域において、破断部（１３ｄ）の疲労限度を従来に比べて低下させることができるので、作動範囲の上限以下で確実に破断部（１３ｄ）を破断させることが可能となる。
【００１３】
したがって、従来と異なる新規な構成の動力伝達装置を得ることができるとともに、通常使用時における安全率（余裕）を低下させることなく、つまり破断部（１３ｄ）の疲労破断を招くことなく、所定のトルクにて確実に動力の伝達を遮断することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明では、破断部（１３ｄ）は、回転軸方向と直交する方向に延びる梁状のものであり、さらに、破断促進手段（１１ｃ、１３ｂ、１４、１５）は、伝達トルクが所定トルク以上となったときに、回転軸と略平行な力を破断部（１３ｄ）に作用させて破断部（１３ｄ）に曲げ応力を発生させることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項３に記載の発明では、駆動源（７）で発生した動力を従動機（１）に伝達する動力伝達装置であって、駆動源（７）からトルクを受けて回転する駆動側回転体（１１）と、従動機（１）側に接続されて回転する従動側回転体（１３）と、駆動側回転体（１１）に設けられた駆動側突起部（１１ｃ）と、従動側回転体（１３）に設けられた従動側突起部（１３ｂ）とが弾性部材（１４）を介して噛み合い、駆動側回転体（１１）から従動側回転体（１３）にトルクを伝達するトルク伝達部（１１ｃ、１３ｂ、１４）と、伝達トルクが所定トルク以上となったときに、破断することで動力の伝達を遮断する破断部（１３ｄ）と、駆動側回転体（１１）と従動側回転体（１３）との回転位相差が所定値以上となったときに、従動側回転体（１３）を駆動側回転体（１１）に対して回転軸方向に相対変位させて、破断部（１３ｄ）に曲げ応力を発生させる破断促進手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
これにより、所定トルク以上の領域において、破断部（１３ｄ）の疲労限度を従来に比べて低下させることができるので、作動範囲の上限以下で確実に破断部（１３ｄ）を破断させることが可能となる。
【００１７】
したがって、従来と異なる新規な構成の動力伝達装置を得ることができるとともに、通常使用時における安全率（余裕）を低下させることなく、つまり破断部（１３ｄ）の疲労破断を招くことなく、所定のトルクにて確実に動力の伝達を遮断することが可能となる。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、破断促進手段は、駆動側突起部（１１ｃ）及び従動側突起部（１３ｂ）のうち少なくとも一方の突起部（１３ｂ）が、他方の突起部（１１ｃ）側に形成された傾斜部（１５）に接触することにより回転軸方向の力を発生させて、従動側回転体（１３）を駆動側回転体（１１）に対して回転軸方向に相対変位させることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項５に記載の発明では、破断促進手段は、従動回転体（１３）及び弾性部材（１４）のうち少なくとも一方側に形成された傾斜部（１５）が他方側（１３ｆ）に接触することにより回転軸方向の力を発生させて、従動側回転体（１３）を駆動側回転体（１１）に対して回転軸方向に相対変位させることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項６に記載の発明では、破断部（１３ｄ）は、回転軸方向と直交する方向に延びる梁状のものであり、かつ、従動側回転体（１３）に設けられていることを特徴とするものである。
【００２１】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る動力伝達装置を車両用空調装置の圧縮機１に動力を伝達するプーリ１０に適用したものであり、図１は車両用空調装置（蒸気圧縮式冷凍機）の模式図であり、図２はプーリ１０の断面図であり、図３は図２のＡ矢視図であり、図４は図３のＭ−Ｍ断面図である。
【００２３】
なお、車両用空調装置（蒸気圧縮式冷凍機）は、圧縮機１で圧縮された高温・高圧の冷媒と外気とを熱交換して冷媒を冷却する放熱器２、放熱器２から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離器して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるレシーバ３、レシーバ３から供給された液相冷媒を減圧する減圧器４、及び減圧された低圧・低温冷媒と室内に吹き出す空気と熱交換して液相冷媒を蒸発させる蒸発器５等からなるものである。
【００２４】
因みに、本実施形態では、圧縮機１として、吐出容量を可変制御することができる周知の可変容量型圧縮機を採用するとともに、その吐出容量を電子制御装置（ＥＣＵ）６にて制御している。
【００２５】
また、減圧器４として、圧縮機１の吸入側における冷媒過熱度が所定値となるように、その絞り開度を機械的に制御する温度式膨脹弁を採用している。
【００２６】
次に、プーリ１０の構造について、図２〜４等を用いて述べる。
【００２７】
図２中、プーリ本体１１はＶベルトを介して走行用エンジン７（図１参照）から駆動力（トルク）を受けて回転する駆動側回転体であり、このプーリ本体１１の内周側にはプーリ本体１１を回転可能に支持するラジアル転がり軸受１２が装着される円筒状のプーリハブ１１ａが一体成形されている。因みに、ラジアル転がり軸受１２の内輪は、圧縮機１のフロントハウジングに圧入装着される。
【００２８】
なお、本実施形態では、プーリ本体１１として、複数列のＶ溝１１ｂが設けられたポリードライブベルト対応型のプーリを採用しているとともに、プーリ本体１１を硬質樹脂（本実施形態では、フェノール樹脂）製としているので、プーリハブ１１ａのうちラジアル転がり軸受１２が装着される内周側には、金属製のスリーブ１１ｄがインサート成形にてプーリハブ１１ａに一体化されている。
【００２９】
センターハブ１３はプーリ本体１１の内周側に位置し、かつ、プーリ本体１１と同軸上に配置されて回転する従動側回転体である。
【００３０】
そして、このセンターハブ１３は、圧縮機１のシャフトにネジ結合される円筒部１３ａ、プーリ本体１１から供給されるトルクを受ける複数個の突起部１３ｂが形成された環状部１３ｃ、及び図３に示すように、回転軸方向（紙面垂直方向）と直交する方向に延びて環状部１３ｃと円筒部１３ａとを機械的に連結して環状部１３ｃから円筒部１３ａにトルクを伝達する梁状のブリッジ部１３ｄから構成されている。
【００３１】
ここで、ブリッジ部１３ｄは、環状部１３ｃから円筒部１３ａに伝達されるトルクが所定トルク以上となったときに破断するような強度に設定された破断部であり、本実施形態では、ブリッジ部１３ｄを破断させることにより、伝達トルクが所定トルクを超えた時に動力伝達を遮断するトルクリミッタとして機能させる。
【００３２】
なお、円筒部１３ａ及びブリッジ部１３ｄは焼結金属にて一体成形され、環状部１３ｃは樹脂にて成形されており、ブリッジ部１３ｄと環状部１３ｃとはインサート成形法により一体化されている。
【００３３】
また、プーリ本体１１のうち環状部１３ｃに対応する部位には、図４に示すように、プーリ本体１１から環状部１３ｃ（センターハブ１３）側に向けて突出する複数個の突起部１１ｃが一体形成されており、プーリ本体１１及びセンターハブ１３、つまりプーリ１０が圧縮機１に装着された状態においては、センターハブ１３の突起部１３ｂとプーリ本体１１の突起部１１ｃとは、図３、４に示すように、シャフト（回転軸）周りに交互に位置する。
【００３４】
そして、両突起部１１ｃ、１３ｂ間には、図４に示すように、プーリ本体１１が受けたトルクをセンターハブ１３に伝達する弾性変形可能な材質（本実施形態では、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合ゴム））からなるダンパー１４が配設され、両突起部１１ｃ、１３ｂはダンパー１４介して噛み合っでダンパー１４が圧縮変形することによりプーリ本体１１からセンターハブ１３にトルクを伝達している。
【００３５】
ここで、ダンパー１４の撓み量に対する圧縮荷重の比、つまりダンパー１４のバネ定数が非線形となるように（図５参照）、ダンパー１４の先端形状を圧縮方向先端側に向かうほど断面積が縮小するようなテーパ状とするとともに、圧縮荷重の方向に対して略直交する断面の断面積を縮小させる穴部１４ａを設けている。
【００３６】
また、突起部１１ｃの根元側には、回転軸方向（図４の左右方向）に対して傾斜した傾斜面１５が設けられており、ダンパー１４は、伝達トルクが所定トルク以下のときに、突起部１３ｂの先端側が傾斜面１５に接触することがないように設定されている。
【００３７】
なお、突起部１１ｃを挟んで両側のダンパー１４をブリッジ部１４ｂで繋ぐことにより、ダンパー１４の組み付け作業性を向上させつつ、ダンパー１４の組み付けの向きを誤ることを未然に防止している。
【００３８】
次に、本実施形態特徴的作動及びその効果を述べる。
【００３９】
プーリ本体１１が回転すると、ダンパー１４を介して突起部１１ｃから突起部１３ｂにトルクが伝達されて圧縮機１が稼動する。つまり、本実施形態では、両突起部１１ｃ、１３ｂ及びダンパー１４により、プーリ本体１１からセンターハブ１３にトルクを伝達するトルク伝達部が構成される。
【００４０】
このとき、圧縮機１はシャフトの回転角に応じて冷媒を吸入圧縮するので、シャフトを駆動するためのトルクがシャフトの回転角に応じて変動するが、そのトルク変動による振動は、ダンパー１４が弾性変形することにより吸収される。
【００４１】
また、ブリッジ部１３ｄは、円筒部１３ａの外周面の接線方向と略一致しているため、自転車のスポークのごとく、主に引っ張り力にてトルクを環状部１３ｃから円筒部１３ａに伝達している。
【００４２】
ところで、伝達トルクが所定トルクを超えると、プーリ本体１１とセンターハブ１３との位相差が縮小し、先ず、図６（ａ）に示すように突起部１３ｂの先端側が傾斜面１５に接触する。そして、この状態で伝達トルクが更に増大すると、突起部１３ｂの先端側が傾斜面１５に沿って移動するため、図６（ｂ）に示すように、センターハブ１３がプーリ本体１１に対して回転軸方向に相対変位する。
【００４３】
このため、伝達トルクが所定トルクを超えると、ブリッジ部１３ｄにはトルクを伝達するための引っ張り力に加えて、センターハブ１３がプーリ本体１１に対して回転軸方向に相対変位することによる曲げモーメントが作用する。
【００４４】
したがって、本実施形態に係るプーリ１０では、図７に示すように、所定トルク以上となると、ブリッジ部１３ｄの疲労限度が従来（図１１）に比べて大きく低下し、作動範囲の上限以下で確実にブリッジ部１３ｄを破断させることができる。
【００４５】
換言すれば、本実施形態では、突起部１１ｃ、１３ｂ、ダンパー１４及び傾斜面１５により、伝達トルクが所定トルク以上となったときに、伝達トルクが所定トルク未満のときにブリッジ部１３ｄに作用させていた力の方向と異なる方向の力をブリッジ部１３ｄに作用させてブリッジ部１３ｄの破断促進する破断促進手段を構成して、通常使用時における安全率（余裕）を低下させることなく、つまりブリッジ部１３ｄの疲労破断を招くことなく、所定のトルクにて確実に動力の伝達を遮断している。
【００４６】
（第２実施形態）
第１実施形態では、プーリ本体１１に形成した傾斜面１５とセンターハブ１３の突起部１３ｂとを利用してセンターハブ１３を回転軸方向に変位させたが、本実施形態は、図８（ａ）に示すように、ダンパー１４に傾斜面１５を設け、かつ、センターハブ１３側に傾斜面１５と略平行な傾斜面１３ｆを設けて、伝達トルクが所定トルク以上となったときにダンパー１４の傾斜面１５とセンターハブ１３側の傾斜面１３ｆとを接触させてセンターハブ１３を回転軸方向に変位させてるものである。
【００４７】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では傾斜面１５は単純な平面であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図９に示すように、傾斜面１５を曲面としてもよいまた、上述の実施形態では、ブリッジ部１３ｄは単純な梁状であったが、図１０に示すように、曲げ応力の集中を誘発する切り欠き１３ｅを設けてもよい。
【００４８】
また、上述の実施形態では、所定トルク以下の通常使用域では、ブリッジ部１３ｄに主に引っ張り力が作用するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４９】
また、上述の実施形態では、伝達トルクが所定トルク未満のときにブリッジ部１３ｄに作用させていた力の方向と異なる方向の力として回転軸方向の力、つまり曲げモーメントを作用させたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５０】
また、上述の実施形態では、伝達トルクが所定トルク以上となったとき、センターハブ１３を変位させたが、プーリ本体１１を変位させてもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態では、傾斜面１５を利用してセンターハブ１３をプーリ本体１１に対して回転軸方向に相対変位させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばネジを利用してもよい。
【００５２】
また、上述の実施形態では、図４に示すように、傾斜面１５を正転側及び逆転側の両者に設けることにより、正転トルク（プーリ本体１１からセンターハブ１３に伝達されるトルク）及び逆転トルク（センターハブ１３からプーリ本体１１に伝達されるトルク）のいずれの場合においても動力伝達を遮断することができようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば正転トルク側にのみ傾斜面１５を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用空調装置（蒸気圧縮式冷凍機）の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプーリの断面図である。
【図３】図２のＡ矢視図ある。
【図４】図３のＭ−Ｍ断面図である。
【図５】平均トルクと回転角（位相差）及び変位との関係を示すグラフである。
【図６】図３のＭ−Ｍ断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るプーリの疲労限度線図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る図３のＭ−Ｍ断面相当の断面図である。
【図９】本発明のその他の実施形態に係る図３のＭ−Ｍ断面相当の断面図である。
【図１０】本発明のその他の実施形態に係るブリッジ部の断面図である。
【図１１】従来の技術に係るプーリの疲労限度線図である。
【符号の説明】
１１…プーリ本体、１１ｃ…突起部、１３…センターハブ、
１３ｂ…突起部、１４…ダンパー、１５…傾斜面。

Claims

駆動源（７）で発生した動力を従動機（１）に伝達する動力伝達装置であって、
伝達トルクが所定トルク以上となったときに、破断することで動力の伝達を遮断する破断部（１３ｄ）と、
伝達トルクが所定トルク以上となったときに、伝達トルクが所定トルク未満のときに前記破断部（１３ｄ）に作用させていた力の方向と異なる方向の力を前記破断部（１３ｄ）に作用させる破断促進手段（１１ｃ、１３ｂ、１４、１５）とを備えることを特徴とする動力伝達装置。
前記破断部（１３ｄ）は、回転軸方向と直交する方向に延びる梁状のものであり、
さらに、破断促進手段（１１ｃ、１３ｂ、１４、１５）は、伝達トルクが所定トルク以上となったときに、前記回転軸と略平行な力を前記破断部（１３ｄ）に作用させて前記破断部（１３ｄ）に曲げ応力を発生させることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置。
駆動源（７）で発生した動力を従動機（１）に伝達する動力伝達装置であって、
前記駆動源（７）からトルクを受けて回転する駆動側回転体（１１）と、
前記従動機（１）側に接続されて回転する従動側回転体（１３）と、
前記駆動側回転体（１１）に設けられた駆動側突起部（１１ｃ）と、前記従動側回転体（１３）に設けられた従動側突起部（１３ｂ）とが弾性部材（１４）を介して噛み合い、前記駆動側回転体（１１）から前記従動側回転体（１３）にトルクを伝達するトルク伝達部（１１ｃ、１３ｂ、１４）と、
伝達トルクが所定トルク以上となったときに、破断することで動力の伝達を遮断する破断部（１３ｄ）と、
前記駆動側回転体（１１）と前記従動側回転体（１３）との回転位相差が所定値以上となったときに、前記従動側回転体（１３）を前記駆動側回転体（１１）に対して回転軸方向に相対変位させて、前記破断部（１３ｄ）に曲げ応力を発生させる破断促進手段とを備えることを特徴とする動力伝達装置。
前記破断促進手段は、前記駆動側突起部（１１ｃ）及び前記従動側突起部（１３ｂ）のうち少なくとも一方の突起部（１３ｂ）が、他方の突起部（１１ｃ）側に形成された傾斜部（１５）に接触することにより回転軸方向の力を発生させて、前記従動側回転体（１３）を前記駆動側回転体（１１）に対して回転軸方向に相対変位させることを特徴とする請求項３に記載の動力伝達装置。
前記破断促進手段は、前記従動回転体（１３）及び前記弾性部材（１４）のうち少なくとも一方側に形成された傾斜部（１５）が他方側（１３ｆ）に接触することにより回転軸方向の力を発生させて、前記従動側回転体（１３）を前記駆動側回転体（１１）に対して回転軸方向に相対変位させることを特徴とする請求項３に記載の動力伝達装置。
前記破断部（１３ｄ）は、回転軸方向と直交する方向に延びる梁状のものであり、かつ、前記従動側回転体（１３）に設けられていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の動力伝達装置。