JP3956704B2 - トルクリミッタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、車両の走行駆動源たるエンジンと車両用空調装置の冷媒圧縮機との間の動力伝達経路上に配設されて回転力を伝達可能であるとともに、過大なトルクの伝達は遮断可能なトルクリミッタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のトルクリミッタとしては、例えば、特開２００１−５９５６０号公報に開示されたものが存在する。
【０００３】
すなわち、図４に示すように、このトルクリミッタ１０１は、エンジン側のロータ１１１に連結されたフランジ部１０２と、フランジ部１０２の中央に突設され、圧縮機の駆動軸１１２に所定の締付けトルクで螺子結合された連結部１０３とからなっている。ロータ１１１から駆動軸１１２へのトルクの伝達は、連結部１０３を締め付ける方向になされる。
【０００４】
そして、デッドロックが生じる等して、圧縮機の負荷トルク（圧縮機を駆動するのに必要なトルク）がリミットトルク（連結部１０３の所定の締付けトルクよりも大に設定されている）以上となると、連結部１０３の雌螺子１０３ａ及び駆動軸１１２の雄螺子１１２ａの少なくとも一方の螺子山が、螺子上がりによって破壊される。従って、連結部１０３と駆動軸１１２との螺子結合が解除され、ロータ１１１の回転によっても連結部１０３が駆動軸１１２に対して空転されて、圧縮機の過大な負荷トルクの影響がエンジン側に波及されることを防止できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記トルクリミッタ１０１においては、伝達トルクが過大となると、連結部１０３と駆動軸１１２との間の狭い空間内で螺子山が破壊されることとなる。従って、破壊された螺子山の破片の残留等に起因して、この螺子山の破壊の後も連結部１０３と駆動軸１１２との間に摺動抵抗が残ってしまう。連結部１０３と駆動軸１１２との間に摺動抵抗が残ると、異音や振動等が発生したり、エンジンの安定運転が阻害される問題があった。さらには、この摺動部分が溶着することでトルクの伝達が復活され、エンジンがストールしてしまう懸念もある。
【０００６】
本発明の目的は、破断予定部が破断された後には、この破断予定部の第１回転体側の破断面と第２回転体側の破断面との間での摺動を抑制することが可能なトルクリミッタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、連結部の第２回転体に対する螺進が、フランジ部の規制面と第２回転体との当接により規制されることで、第２回転体に対する連結部の所定の締付けトルクでの螺子結合が達成されている。従って、トルクリミッタを介した、第１回転体と第２回転体との間での動力の伝達が可能となっている。
【０００８】
そして、第１回転体と第２回転体との間で伝達されるトルクが、リミットトルク（連結部の所定の締付けトルクよりも大に設定されている）以上となると、連結部が第２回転体に対して締付け方向へさらに螺進される。一方、フランジ部において、破断予定部の破断後に第１回転体側に属することとなる部位は、規制面を介した第２回転体との当接により、螺進する連結部への追従が規制されている。
【０００９】
従って、破断予定部は、連結部の螺進（増し締め）に起因した応力集中により、引き千切られるようにして破断される。破断予定部が破断されたトルクリミッタは、この破断予定部を境として第１回転体側と第２回転体側とに二分される。従って、第１回転体と第２回転体との相対回転が許容され、両回転体間での過大なトルクの伝達が遮断される。
【００１０】
このように、本発明のトルクリミッタは、連結部の螺進によって破断予定部が引き千切られて破断されることで、過大なトルクの伝達を遮断するようになっている。従って、破断予定部の破断後には、この破断予定部において第１回転体側の破断面と第２回転体側の破断面とが離間された状態となる。よって、第１回転体と第２回転体との相対回転によっても、破断予定部における第１回転体側の破断面と第２回転体側の破断面との間での摺動を抑制することが可能となる。
【００１１】
また、通常のトルク伝達時において前記破断予定部には、連結部の所定の締付けトルクが一定に作用されている。従って、例えば、第１回転体と第２回転体との間で伝達されるトルクが常時変動されたとしても、このトルク変動に起因して破断予定部に作用する繰り返し応力を殆ど無視することができる。よって、リミットトルクを低く設定しても高い安全率を確保することができ、トルクリミッタとしての成立性と耐久性の向上とを高次元で両立させることができる。
【００１２】
請求項２の発明は請求項１において、前記破断予定部は、フランジ部と連結部との接続部分付近に設定されている。この接続部分付近は連結部の締付けトルクに起因した応力集中を生じ易く、リミットトルク以上で確実に破断予定部を破断させることが可能となる。従って、トルクリミッタの信頼性が向上される。
【００１３】
請求項３の発明は請求項１又は２において、前記破断予定部は円環状領域に設定されている。従って、トルクリミッタの形状を簡単とすることができ、その製造を容易に行い得る。
【００１４】
請求項４の発明は請求項１〜３のいずれかにおいて、トルクリミッタの好適な構成について言及するものである。すなわち、前記フランジ部は円板状をなすとともに、前記連結部は円筒状をなしてフランジ部の中央に一体に設けられている。従って、トルクリミッタの形状が簡単となり、その製造を容易に行い得る。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかの発明のトルクリミッタを適用するのに特に好適な動力伝達経路について言及するものである。すなわち、前記動力伝達経路とは、車両の走行駆動源と車両用空調装置の冷媒圧縮機との間の動力伝達経路のことである。つまり、冷媒圧縮機の負荷トルクは常時変動するが、上述したように請求項１〜４のトルクリミッタは、この冷媒圧縮機の負荷トルクの変動に起因して破断予定部に作用する繰り返し応力を殆ど無視することができるのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトルクリミッタを、車両の走行駆動源たるエンジンと車両用空調装置の冷媒圧縮機との間の動力伝達経路に適用した一実施形態について説明する。
【００１７】
（動力伝達経路）
図１に示すように、冷凍サイクルを構成する圧縮機Ｃにおいてハウジング１１の外壁面には、第１回転体としてのロータ１２が、ベアリング１３を介して回転可能に支持されている。ロータ１２は、ハウジング１１内に収容された圧縮機構Ｐの駆動軸１４に、トルクリミッタ１５を介して作動連結されている。ロータ１２の外周には、エンジンＥの出力軸につながるベルト１６が巻き掛けられている。
【００１８】
従って、エンジンＥの動力（回転力）が、ベルト１６、ロータ１２及びトルクリミッタ１５を介して駆動軸１４に伝達されることで、圧縮機構Ｐによる冷媒ガスの圧縮が行われる。なお、圧縮機構Ｐは、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であってもよいし、吐出容量も固定或いは可変のいずれであってもよい。
【００１９】
前記トルクリミッタ１５は、エンジンＥから圧縮機構Ｐへの過大なトルクの伝達を遮断可能な構成を有している。トルクリミッタ１５としては、過大なトルクの作用によって動力伝達経路の一部が破断する、破断タイプのものが用いられている。
【００２０】
（トルクリミッタの構成）
図１及び図２に示すように、前記トルクリミッタ１５は、円板状をなすフランジ部３１と、フランジ部３１の後（図１右方）面の中央に一体に突設された円筒状の連結部３２とからなっている。トルクリミッタ１５は、例えば、鉄系やアルミニウム系等の金属製或いは合成樹脂製である。貫通孔３３は、フランジ部３１の中央から連結部３２の内空間にかけて形成されている。連結部３２の外周面には雄螺子３２ａが刻設されている。図面に二点鎖線で示すように、フランジ部３１と連結部３２との接続部分付近において駆動軸１４の軸線を中心とした円環状領域には、破断予定部３４が設定されている。フランジ部３１の後面において連結部３２よりも外周側の円環状領域には、規制面３１ａが設定されている。
【００２１】
前記駆動軸１４の先端の小径部１４ａには、第２回転体としてのアダプタ３５が取付孔３５ａを以って圧入固定されており、アダプタ３５は駆動軸１４と一体回転可能となっている。アダプタ３５の前（図１左方）端部には、円筒状のリミッタ取付部３６が一体に突設されている。リミッタ取付部３６の内周面には雌螺子３６ａが刻設されている。リミッタ取付部３６の先端面には当接面３６ｂが設定されている。
【００２２】
前記トルクリミッタ１５は、連結部３２の雄螺子３２ａを以ってリミッタ取付部３６の雌螺子３６ａに螺子結合されている。トルクリミッタ１５は、フランジ部３１の規制面３１ａがリミッタ取付部３６の当接面３６ｂに当接する位置まで連結部３２が螺進されて、所定の締付けトルクでアダプタ３５に対して締め付けられている。従って、エンジンＥからの動力は、ロータ１２を介してトルクリミッタ１５のフランジ部３１に伝達されるとともに、このフランジ部３１から連結部３２を介してアダプタ３５に伝達されて駆動軸１４が回転する。なお、連結部３２の所定の締付けトルクは、通常状態における圧縮機構Ｐの最大負荷トルクよりも大きな値に設定されている。
【００２３】
（トルクリミッタの作用）
前記圧縮機構Ｐにおいてデッドロックが生じる等して、ロータ１２と駆動軸１４との間で伝達されるトルクがリミットトルク（連結部３２の所定の締付けトルクよりも大に設定されている）以上となると、トルクリミッタ１５の連結部３２がアダプタ３５に対して締付け方向（図面右方）に螺進される。一方、フランジ部３１において、破断予定部３４の破断後にロータ１２側に属することとなる部位は、その規制面３１ａがアダプタ３５の当接面３６ｂに当接されていることで、螺進する連結部３２への追従が規制されている。
【００２４】
従って、フランジ部３１と連結部３２との接続部分付近に設定された破断予定部３４は、連結部３２の螺進（増し締め）に起因した応力集中により、引き千切られるようにして破断されることとなる。破断予定部３４が破断されたトルクリミッタ１５は、この破断予定部３４を境としてロータ１２側とアダプタ３５側とに二分される。従って、ロータ１２がアダプタ３５（駆動軸１４）に対して相対回転可能となって、エンジンＥから圧縮機構Ｐへの過大なトルクの伝達が遮断される。よって、エンジンＥによる圧縮機構Ｐの駆動負荷が過大となること、ひいてはエンジンＥのストールを防止できる。
【００２５】
なお、破断予定部３４には、前述した連結部３２の締付けトルクに起因した応力（引張力）のみならず、伝達トルクに基づく剪断力が作用されている。しかし、伝達トルクに基づく剪断力はトルクリミッタ１５の全体に作用されており、特に破断予定部３４に集中して作用されているわけではない。つまり、上述したように、トルクリミッタ１５において破断予定部３４の破断は、主として連結部３２の締付けトルクの増大に起因した引張力の増大によってなされ、伝達トルクの増大に基づく剪断力の増大はあくまで従たる要因にしか過ぎない。
【００２６】
上記構成の本実施形態においては次のような効果を奏する。
（１）トルクリミッタ１５は、連結部３２の螺進によって破断予定部３４が引き千切られて破断されることで、過大なトルクの伝達を遮断するようになっている。従って、破断予定部３４の破断後には、この破断予定部３４においてロータ１２側の破断面３４ａとアダプタ３５側の破断面３４ｂとが離間された状態となる。このため、ロータ１２とアダプタ３５との相対回転によっても、破断予定部３４におけるロータ１２側の破断面３４ａとアダプタ３５側の破断面３４ｂとの間での摺動を抑制することが可能となる。よって、この破断面３４ａ，３４ｂ間の摺動に起因して異音や振動等が発生したりエンジンＥの安定運転が阻害されること、さらには、破断面３４ａ，３４ｂ間が溶着してトルクの伝達が復活されてエンジンＥがストールしてしまうことを防止できる。
【００２７】
（２）通常のトルク伝達時においてトルクリミッタ１５の破断予定部３４には、連結部３２の所定の締付けトルクが一定に作用されている。従って、圧縮機構Ｐの負荷トルクは常時変動されるが、このトルク変動に起因して破断予定部３４に作用する繰り返し応力は殆ど無視することができる。よって、リミットトルクを低く設定しても高い安全率を確保することができ、トルクリミッタ１５としての成立性と耐久性の向上とを高次元で両立させることができる。
【００２８】
（３）トルクリミッタ１５において破断予定部３４は、フランジ部３１と連結部３２との接続部分付近に設定されている。この接続部分付近は連結部３２の締付けトルクに起因した応力集中を生じ易く、リミットトルク以上で確実に破断予定部３４を破断させることが可能となる。従って、トルクリミッタ１５の信頼性が向上される。
【００２９】
（４）トルクリミッタ１５において破断予定部３４は、円環状領域に設定されている。従って、例えば、フランジ部３１と連結部３２とを分離するとともに、両者３１，３２間を複数のブリッジにより部分的に連結し、このブリッジに破断予定部３４を設定する態様（この態様も本発明の趣旨を逸脱するものではない）と比較して、トルクリミッタ１５の形状を簡単とすることができ、その製造を容易に行い得る。
【００３０】
（５）円板状のフランジ部３１と円筒状の連結部３２とが一体形成されたトルクリミッタ１５は、形状が簡単でその製造を容易に行い得る。
（６）上述したように、トルクリミッタ１５は、常時変動する圧縮機構Ｐの負荷トルクに起因して破断予定部３４に作用する繰り返し応力を殆ど無視することができる。つまり、トルクリミッタ１５は、車両のエンジンＥと車両用空調装置の圧縮機Ｃとの間の動力伝達経路に適用するのに特に好適である。
【００３１】
なお、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で以下の態様でも実施可能である。
・上記実施形態においてトルクリミッタ１５の連結部３２は、その外周面に形成された雄螺子３２ａを以って、アダプタ３５の内周面に形成された雌螺子３６ａに螺合されていた。これを変更し、例えば、図３に示すように、トルクリミッタ１５において連結部３２の内周面に雌螺子３２ｂを形成するとともに、第２回転体としての駆動軸１４の外周面に雄螺子１４ｂを形成し、トルクリミッタ１５を駆動軸１４に対して直接螺子結合させること。このようにすればアダプタ３５を削除することができ、構成の簡素化を図り得る。
【００３２】
なお、図３の態様においては、貫通孔３３内にフランジ部３１の内周縁部が延出されており、この内周縁部の後端面が規制面３１ａをなしている。駆動軸１４において雄螺子１４ｂよりも前方側の段差の壁面が、トルクリミッタ１５の規制面３１ａと当接する当接面１４ｃをなしている。
【００３３】
・上記実施形態においてアダプタ３５を削除する。そして、駆動軸１４の先端をリミッタ取付部３６と同様な円筒状に形成するとともに、この円筒の内周面に雌螺子を形成することで、トルクリミッタ１５を駆動軸１４に対して直接螺子結合すること。
【００３４】
・本発明のトルクリミッタの適用は、上記実施形態のような車両用空調装置におけるエンジンＥと圧縮機Ｃとの間の動力伝達経路に限定されるものではなく、例えば、エンジンＥと車両のブレーキアシスト装置用の油圧ポンプとの間や、エンジンＥとパワーステアリング装置用の油圧ポンプとの間や、エンジンＥとエアサスペンション装置用のエアポンプとの間等であってもよい。
【００３５】
上記実施形態から把握できる技術的思想について記載する。
（１）前記連結部は、雄螺子を以って第２回転体の雌螺子に螺合されている請求項１〜５のいずれかに記載のトルクリミッタ。
【００３６】
（２）前記連結部は、雌螺子を以って第２回転体の雄螺子に螺合されている請求項１〜５のいずれかに記載のトルクリミッタ。
（３）請求項１〜５のいずれか又は前記（１）或いは（２）に記載のトルクリミッタと、第１回転体と、第２回転体とからなる動力伝達装置。
【００３７】
【発明の効果】
上記構成の本発明によれば、破断予定部が破断された後には、この破断予定部の第１回転体側の破断面と第２回転体側の破断面との間での摺動を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 トルクリミッタを備えた圧縮機の要部拡大断面図。
【図２】 トルクリミッタ、アダプタ及び駆動軸を取り出して示す正面図。
【図３】 別例のトルクリミッタを備えた圧縮機の要部拡大断面図。
【図４】 従来のトルクリミッタを備えた圧縮機の要部拡大断面図。
【符号の説明】
１２…第１回転体としてのロータ、１５…トルクリミッタ、３１…フランジ部、３１ａ…規制面、３２…連結部、３２ａ…連結部とアダプタとの螺子結合を達成するための雄螺子、３４…破断予定部、３５…第２回転体としてのアダプタ、３６ａ…連結部とアダプタとの螺子結合を達成するための雌螺子。

Claims (5)

1. 動力伝達経路上の第１回転体と第２回転体との間に配設されて回転力を伝達可能であるとともに、両回転体間での過大なトルクの伝達は破断予定部の破断にて遮断する構成のトルクリミッタにおいて、
   前記第１回転体に連結されるフランジ部と、フランジ部に突設され第２回転体に所定の締付けトルクで螺子結合される連結部とからなり、前記第１回転体と第２回転体との間でのトルクの伝達は連結部の締付け方向になされ、前記フランジ部において破断予定部の破断後に第１回転体側に属することとなる部位には、連結部の第２回転体に対する螺進を第２回転体との当接により規制することで、第２回転体に対する連結部の締め付けを達成する規制面が形成され、
   前記破断予定部にて破断する際に、前記破断予定部で破断された後に第２回転体側に属することとなる部位は、第２回転体に対して締め付け方向へさらに螺進するとともに、前記破断予定部で破断された後に第１回転体側に属することとなる部位は、前記規制面によって前記第２回転体側に属することとなる部位への追従が規制されることを特徴とするトルクリミッタ。
2. 前記破断予定部は、フランジ部と連結部との接続部分付近に設定されている請求項１に記載のトルクリミッタ。
3. 前記破断予定部は円環状領域に設定されている請求項１又は２に記載のトルクリミッタ。
4. 前記フランジ部は円板状をなすとともに、前記連結部は円筒状をなしてフランジ部の中央に一体に設けられている請求項１〜３のいずれかに記載のトルクリミッタ。
5. 前記動力伝達経路とは、車両の走行駆動源と車両用空調装置の冷媒圧縮機との間の動力伝達経路のことである請求項１〜４のいずれかに記載のトルクリミッタ。

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