JP3928444B2 - トルクリミッタを有する動力伝達装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源から圧縮機等の回転軸へ回転動力を伝達する動力伝達装置に係わり、特に圧縮機等の回転軸がロックする等の過負荷トルクが生じると駆動源から被駆動装置の回転軸への動力伝達経路を遮断する、トルクリミッタ機構を備えた動力伝達装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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を備えた冷凍サイクルでは、エンジンから冷媒圧縮機の駆動軸へトルクの伝達を断続するクラッチ機構が不要となる。一方クラッチ機構を廃止した場合には、冷媒圧縮機の焼き付き故障等により冷媒圧縮機の駆動軸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負荷トルクが生じる。それによって、冷媒圧縮機の駆動軸を駆動するためのプーリの回転が止まるので、エンジンに駆動されるベルトが滑り、ベルトに摩耗が生じ、更にベルトの発熱等によりベルトが破断する可能性がある。
【０００３】
そこで、冷媒圧縮機の駆動軸がロックする等の過負荷トルクが生じて、プーリと冷媒圧縮機の駆動軸との間に設定トルク以上のトルクが作用すると、エンジンから冷媒圧縮機の駆動軸への動力伝達経路を遮断するトルクリミッタ機構を備えた自動車空調用圧縮機の動力伝達装置が提供されている。
【０００４】
この動力伝達装置としては、例えば、エンジンによりベルト駆動されるプーリに連結されたフランジ部材と、冷媒圧縮機の駆動軸に連結されたハブとの間に追加して設けられた多板式の摩擦部材によりトルクリミッタ機構を構成しているものがあるが、この従来構造においては、トルクリミッタ機構が複雑な構造となると共に、部品点数や組付工数が多く、製品コストを上昇させるという問題が生じている。さらに、摩擦力によってリミッタ作動トルクが決まるため、油または水がかかる等、使用環境によるリミッタ作動トルクのバラツキが大きいという問題もある。
【０００５】
出願人は既にトルクリミッタを備えた動力伝達装置として特願２０００−２９６７６３号を出願している。この先願におけるトルクリミッタを有する動力伝達装置の実施例を図４に示す。図４において示されるのはハブ１０１であり、該ハブ１０１は、エンジンによりベルトを介して駆動されるプーリに固定されており、ハブ１０１の中心部には圧縮機のシャフト１５が嵌合するようになっている。ハブ１０１は、外周側にあってプーリに固定されるアウターハブ１０２と、シャフトへの嵌合部を構成するインナーハブ１０４と、アウターハブ１０２とインナーハブ１０４とを連結する本例では３本のブリッジ部１０３とを具備する。ブリッジ部１０３には図４に示すように同じ大きさで対称な２つの切り欠き１０６，１０７が設けられる。該切り欠き１０６，１０７はその間に、強度的に最も弱い絞り部１０８を形成する。圧縮機の駆動軸がロックするとハブ１０１にはエンジンのトルクが掛かるが、この際強度的に最も弱い前記絞り部１０８が破損しトルクリミッタとして作用する。
【０００６】
しかしこの場合破損部がＶ字型で破損しＶ字部で回転力が伝達されてしまい、設定以上のトルクが作用し、ベルト滑り等の不具合を回避できない場合があるという問題は、特願２０００−２９６７６３号においても説明しているように、ブリッジ部１０３が絞り部１０８において曲げ力で破損する場合に、この部分に引っ張り応力と圧縮応力が共に発生するということに起因する。
【０００７】
これに対応して特願２０００−２９６７６３号においては、図５に示すようなハブ１０１の構成を開示している。この場合ブリッジ部１０３を回転接線方向に傾斜させ、アウターハブ１０２からのトルクをブリッジ部１０３の長手方向に引っ張る引張り力（Ｆ）としてインナーハブ１０４に伝達するように構成している。これにより、例えば圧縮機のシャフトがロックする等の過負荷トルク（リミッタ作動トルク）が生じると、すなわち、リミッタ作動トルクが働くロック時には、ブリッジ部１０３の途中に亀裂が入り破損する。
【０００８】
図５の形態は図４の形態の問題を解決する一方で、カーエアコン用の常時運転型片斜板式可変容量圧縮機において両回転可能圧縮機の要求が有る。しかし図５の形状は、回転方向の制約があり、時計回りと反時計回り双方での適用が出来ず、例えば時計回り用として設定されたリミッタのブリッジ形状の場合、反時計回りで使用すると圧縮機がロックした場合、ブリッジの狭幅部にかかる応力は圧縮応力となるためリミッタが作動せず、最悪ベルト破断してしまうという問題があった。この問題は圧縮機がロックした際にブリッジの狭幅部にかかる破断強度は、圧縮強度＞引っ張り強度という材料の物性のため逆（圧縮）方向の荷重に対しては所定の荷重でトルクリミッタが作動しないことによる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みて、カーエアコン等の装置にエンジン等の駆動源からの回転動力を伝達する動力伝達装置において、この動力伝達装置がトルクリミッタを備えており、カーエアコン等の装置が正逆両方向で回転して運転される場合に、いずれの方向の回転においても、エアコン装置のロック等の異常が生じた場合に、該トルクリミッタが破損して動力伝達ベルトの破断及び関連接続装置の損傷を防止する、正逆両方向に均等な性能を有するトルクリミッタを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の形態は、駆動源から被駆動装置へベルト等の動力伝達部材により回転動力を伝達する動力伝達装置が、回転する被駆動装置の駆動軸と連結するシャフトと、前記動力伝達部材と係合するプーリと、前記シャフトが挿入されて該シャフトに係合するハブと、該ハブと前記プーリを接続する接続部と、を備えており、前記ハブは、外周側に位置していて前記接続部に係合するアウターハブと、内周側に位置していて前記シャフトと螺合や圧入等で勘合されるインナーハブと、前記アウターハブと前記インナーハブを連結する少なくとも一つのブリッジ部と、を具備しており、更に該少なくとも一つのブリッジ部内の半径Ｒ1の位置に設置されていて前記アウターハブの接線に対して角度θでその軸線が傾斜する第１の狭幅部と、該少なくとも一つのブリッジ部内の前記Ｒ1より大きい半径Ｒ2の位置に設置されていて前記アウターハブの接線に対して角度θとは異なる角度βでその軸線が傾斜すると共に、前記両軸線の方向が、ハブの中心からの法線（３５）に関して反対の方向を向く第２の狭幅部と、を具備しており、更に前記第１の狭幅部の軸線と傾斜して交差する第１断面（ａ−ａ）における断面積と第１断面（ａ−ａ）と反対の傾斜で第２の狭幅部の軸線と交差する第２断面（ｂ−ｂ）における断面積の関係が、近似的に次の等式で示されるように設定することを特徴とする。
Ａ＝Ｂ × Ｒ2／Ｒ1
ここでＡは第１の狭幅部の断面積、Ｂは第２の狭幅部の断面積である。
【００１１】
この様に構成することにより、「トルク＝荷重ｘ半径」の関係から、第１の狭幅部と第２の狭幅部の材料破断トルクが等しくなる。従って正逆いずれの回転方向においても同じ破断トルクである安定的な特性を有するトルクリミッタを実現することが可能になる。
【００１２】
本発明の第２の形態において、前記第１の狭幅部の軸線の前記アウターハブの接線に対する傾斜角度θが３０度から９０度未満の範囲にあり、前記第２の狭幅部の軸線の前記アウターハブの接線に対する傾斜角度βが１２０度から１８０度の範囲にあることが好ましい。
これにより正逆いずれの回転方向においても同じ破断トルクである安定的な特性を有するトルクリミッタを実現することが更に可能になる。
【００１３】
本発明の第３の形態において、本発明の第１又は第２の形態のいずれかにおけるインナーハブとアウターハブを別体とする。別体としたインナーハブにアウターハブをボルト等により固定するように接続して、第１の形態と同様の動力伝達装置に組み込む。その他は第１又は第２の形態と同様の構成とすることによりインナーハブとアウターハブを別体としても、正逆いずれの回転方向においても同じ破断トルクである安定的な特性を有するトルクリミッタを実現可能であることは第１及び第２の形態と変わりがない。更に別体とすることにより、２つの狭幅部間の距離を短くすることが可能になり、第１及び第２の形態に比べて、全体としてハブを小型化且つ形状、構造を簡単にできる。またトルクリミッタに破断が生じても、一方のみであり、一方のみ交換すれば良く他方は使用続行可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づき、図面を参照して本発明の動力伝達装置２を詳細に説明する。図１は可変容量圧縮機１を示しており、図示されないエンジン等の外部動力の回転運動が、やはり図示されないベルトを介し、更に本発明の動力伝達装置２を介して可変容量圧縮機１に伝達される。本実施の形態において動力伝達装置２は、それの最も外周側に配置されていてベルトと係合するプーリ１１と、プーリ１１に数カ所設けられた凹部に嵌合するように収容される干渉材１２と、干渉材１２にボルト等により固定するように連結される動力板１３と、動力板１３にやはりボルト等により固定するように係合していて内周側に配置されるハブ１４と、を具備しており、シャフト１５がハブ１４の中央部に設けられた開口に螺合又は圧入等で嵌合することにより、動力伝達装置２はシャフト１５に接続する。
【００１５】
上記のごとく動力伝達装置２は構成されており、動力伝達装置２とシャフト１５が接続しているので、エンジン等の回転運動はベルトを介して、ベルトに摩擦的に係合するプーリ１１に伝達されてプーリ１１が回転し、更にシャフト１５が回転する。
【００１６】
プーリ１１の中心部には開口が設けられており、該開口に当接するように軸受け４が該開口内に挿入されており、更に該軸受け４は圧縮機１のケーシング３の端部の外周に嵌合する。従って圧縮機１のケーシング３の端部は、前記プーリ１１の開口に挿入される状態で動力伝達装置２と共に組み立てられており、従ってプーリ１１、即ち動力伝達装置２は回転可能に該ケーシング３に支持される。
【００１７】
本実施の形態においては、シャフト１５は圧縮機１の回転軸に連結しており、従ってベルト、プーリ１１等を介してシャフト１５に伝達されたエンジン等の回転は、圧縮機１において斜板、ピストンを経由して往復運動に変換され圧縮仕事をする。シャフト１５に連結される装置は別の回転動力を必要とする装置、例えばポンプ、ファン等であっても良い。
【００１８】
図２を参照すると、本発明の第１の実施の形態によるハブ１４の正面図が示されている。ハブ１４は、プーリ１１に連結する動力板１３に嵌合孔２２を介してボルト等により取り付けられていて外周側に位置するアウターハブ２１と、シャフト１５がその内側の開口に嵌合していて最も内周側に位置するボス２５と、ボス２５の外側に接続するインナーハブ２４と、アウターハブ２１とインナーハブ２４とを連結していてそれらの間に数カ所（本実施の形態においては３箇所）設けられたブリッジ部２６とを具備する。図２において３本のブリッジ部２６の図中右上に示される１本を参照すると、ブリッジ部２６は、内周側で半径Ｒ1の位置において狭幅部２８と、外周側で前記Ｒ1より大きい半径Ｒ2の位置において狭幅部２７とを有する。
【００１９】
図に示すように、狭幅部２８の軸線は半径Ｒ1においてその軸がアウターハブ２１の円周接線に対して角度θで傾斜しており、狭幅部２７の軸線は半径Ｒ2においてその軸がアウターハブ２１の円周接線に対して角度βで傾斜する。更に狭幅部２８は半径Ｒ1において断面積Ａ（ａ−ａで示す）を有しており、狭幅部２７は半径Ｒ2において断面積Ｂ（ｂ−ｂで示す）を有する。ここで前述のごとく、２つの狭幅部２８と狭幅部２７の断面積は近似的に、Ａ x Ｒ1＝Ｂ x Ｒ2 の関係となるように設定される。従って、ハブ１４に作用するトルクによって生じる応力は、２つの狭幅部２８と２７において同じであり、従って２つの狭幅部２８と２７において、破断応力、即ち破断トルクは同じである。
【００２０】
しかし図２を参照して分かるように、狭幅部２８と２７はそれぞれの軸線の方向が、ハブ１４の中心からの法線３５を介して見て分かるように反対であり、従ってハブ１４が時計方向３２で回転する場合、狭幅部２８は引っ張り、狭幅部２７には圧縮が作用する。ここで、一般的に材料には圧縮強度の方が引っ張り強度大きいという関係があるので、圧縮機１がロックした場合、狭幅部２８と狭幅部２７には同じ応力が作用するが、引っ張り応力の作用する狭幅部２８が破断し、狭幅部２７は破断しない。他方でハブ１４が反時計方向３３で回転する場合、狭幅部２８は圧縮、狭幅部２７には引っ張りが作用する。やはり材料の圧縮強度の方が引っ張り強度大きいという関係により、圧縮機１がロックした場合、狭幅部２８と狭幅部２７には同じ応力が作用するが、引っ張り応力の作用する狭幅部２７が破断し、狭幅部２８は破断しない。
本発明の第１の実施の形態において、Ｒ₂＞Ｒ₁であるので、９０度＞θ≧３０で、１８０≧β≧１２０であることが好ましい。
【００２１】
この様に圧縮機１がロックした場合、回転方向により２つの狭幅部２８と２７の何れかが破断し、トルクリミッタの機能を果たす。しかも回転方向が左右いずれの方向であっても、２つの狭幅部２８と２７の何れか一方が同じトルクで破断するので、安定的な特性を持つトルクリミッタが提供される。
【００２２】
図３Ａ、Ｂ、Ｃはこれとは別の第２の実施の形態を示しており、ここでは図２と同じ構成要素については、図２と同じ参照番号を付けている。この実施の形態においては、インナーハブ２４とアウターハブ２１を別体とした実施例を示す。図３Ｂはアウターハブ２１を示し、図３Ｃはインナーハブ２４を示し、図３Ａはインナーハブ２４とアウターハブ２１が組み合わされて一体になった状態を示す。
【００２３】
図３Ｂにおいて示すように、アウターハブ２１は、外周５１と、内周５３と、更に外周５１と内周５３を接続するブリッジ部５２とを具備する。外周５１には３個の嵌合孔２２が設けられており、やはりボルト等により動力板１３に接続する。内周５３には、３個のネジ切り開口５４が設けられる。ブリッジ部５２は、半径Ｒ2において断面積Ｂを有していてその軸線が角度βで傾斜する狭幅部２７を具備する。
【００２４】
図３Ｃにおいて示すように、インナーハブ２４は、外周６１と、内周６３と、更に外周６１と内周６３を接続するブリッジ部６２とを具備する。ブリッジ部６２は、半径Ｒ1において断面積Ａを有していてその軸線が角度θで傾斜する狭幅部２８を具備する。外周６１には３個の嵌合孔６４が設けられており、ボルト等によりアウターハブ２１の内周５３の３個のねじ切り開口５４に螺合されることにより、インナーハブ２４とアウターハブ２１を連結する。ここでも２つの狭幅部２８と狭幅部２７の断面積は近似的に、Ａ x Ｒ1＝Ｂ x Ｒ2 の関係となるように設定される。従って狭幅部２８と２７は、図２の実施の形態と同様に、左右（時計又は反時計）の回転方向により、それぞれ反対方向の力（圧縮と引っ張り）が作用するような方向で配置されるので、圧縮機１がロックされた場合に、左又は右の回転方向の何れかによって、狭幅部２８又は２７の何れかが同じ切断トルクで切断する。この効果は図２の実施の形態と全く同じである。
【００２５】
この様にこの実施の形態においても、インナーハブ２４とアウターハブ２１を一体に連結することにより、図２の実施の形態と同様に正逆いずれの回転方向においても同じ破断トルクである安定的な特性を有するトルクリミッタを提供することが出来る。更にこの実施の形態においては、インナーハブ２４とアウターハブ２１を別体とすることにより、第１の実施の形態に比べて、２つの狭幅部間の距離を短くすることが可能になり、全体としてハブの小型化が可能になり、更に形状及び構造を簡単にできる。またこの実施の形態においては、破断が発生してもこれらの一方であり、破断した物のみを交換すれば他方は続けて使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明によるトルクリミッタを有する動力伝達装置を備えた可変容量圧縮機の側断面図である。
【図２】図２は、本発明によるトルクリミッタを有する動力伝達装置のハブの第１の実施の形態の正面図である。
【図３】図３Ａは、本発明のハブの第２の実施の形態を示しており、インナーハブとアウターハブが組み合わされて一体になった状態を示す。
図３Ｂは本発明のハブの第２の実施の形態のアウターハブを示す。
図３Ｃは本発明のハブの第２の実施の形態のインナーハブを示す。
【図４】図４は、特願２０００−２９６７６３号に開示される従来のトルクリミッタを有するハブの正面図である。
【図５】図５は、特願２０００−２９６７６３号に開示される別の従来のトルクリミッタを有するハブの正面図である。
【符号の説明】
２…動力伝達装置
１１…プーリ
１２…干渉材
１３…動力板
１４…ハブ
１５…シャフト
２１…アウターハブ
２２…嵌合孔
２４…インナーハブ
２５…ボス
２６…ブリッジ部
２７…狭幅部
２８…狭幅部

Claims (4)

1. 駆動源から被駆動装置へベルト等の動力伝達部材により回転動力を伝達する動力伝達装置において、この動力伝達装置が、
   回転する被駆動装置の駆動軸と連結するシャフトと、
   前記動力伝達部材と係合するプーリと、
   前記シャフトが挿入されて該シャフトに係合するハブと、
   該ハブと前記プーリを接続する接続部と、
   を備えており、
   前記ハブは、
   外周側に位置していて前記接続部に係合するアウターハブと、
   内周側に位置していて前記シャフトと螺合や圧入等で勘合されるインナーハブと、
   前記アウターハブと前記インナーハブを連結する少なくとも一つのブリッジ部と、を具備しており、
   更に該少なくとも一つのブリッジ部内の半径Ｒ１の位置に設置されていて前記アウターハブの接線に対して角度θでその軸線が傾斜する第１の狭幅部と、
   該少なくとも一つのブリッジ部内の前記Ｒ１より大きい半径Ｒ２の位置に設置されていて前記アウターハブの接線に対して角度θとは異なる角度βでその軸線が傾斜すると共に、前記両軸線の方向が、前記ハブの中心からの法線を介して反対である第２の狭幅部と、
   を具備しており、更に前記第１の狭幅部の前記軸線と傾斜して交差する第１断面（ａ−ａ）における断面積と、前記第１断面（ａ−ａ）と反対の傾斜で前記第２の狭幅部の前記軸線と交差する第２断面（ｂ−ｂ）における断面積の関係が、近似的に等式
   Ａ＝Ｂ × Ｒ2／Ｒ1
   で示されるように設定することを特徴としており、
   ここでＡは第１の狭幅部の断面積、Ｂは第２の狭幅部の断面積である、
   動力伝達装置。
2. 前記第１の狭幅部の軸線の前記アウターハブの接線に対する傾斜角度θが３０度から９０度未満の範囲にあり、前記第２の狭幅部の軸線の前記アウターハブの接線に対する傾斜角度βが１２０度から１８０度の範囲にある請求項１に記載の動力伝達装置。
3. 前記インナーハブと前記アウターハブは別体で形成されており、前記インナーハブと前記アウターハブは、一体になるように接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達装置。
4. 前記第１の狭幅部のインナーハブ側の端部には、前記第１の狭幅部の幅を更に狭くする内側の凹部が設けられており、前記第１断面は、該内側の凹部から延びており、
   前記第２の狭幅部のアウターハブ側の端部には、前記第２の狭幅部の幅を更に狭くする外側の凹部が設けられており、前記第２断面は、該外側の凹部から延びており、
   前記内側の凹部と前記外側の凹部は、前記ブリッジ部の周方向の同じ側に設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の動力伝達装置。

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