JP4135632B2 - 動力伝達機構 - Google Patents

Description

本発明は、過大なトルクが伝達される時にそれを吸収、緩衝、或いは遮断するために設けられる動力伝達機構に係り、特に、車両用空調装置の冷媒圧縮機を回転駆動するベルト伝動装置において、プーリから冷媒圧縮機の回転軸へトルクを伝達する部分に使用するのに適した動力伝達機構に関するものである。

この種の動力伝達機構に関する従来技術の一つが下記の特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された動力伝達機構の要部は図３に示すようなものであるが、要部以外の全体構成については、後に詳しく説明する本発明の動力伝達機構の具体的な実施形態においてもこの特許文献１に記載された従来技術と同様な構成をとる場合があるので、図３に加えて本発明の実施例の全体構成を示す図１をも参照しながら、この従来技術について説明する。
特開２００３−３５２５５号公報

図３及び図１において、１は冷媒圧縮機２の回転軸であって、回転軸１上において図示しないエンジン側のプーリによってベルト３を介して回転駆動されるプーリ４には、ハブ５がボルト等によって取り付けられている。ハブ５は一部において所謂トルクリミッタを構成するもので、全体が焼結金属から製作され、その外周部５ａと内周部５ｂとの間は、図示しないスポーク状の破断し易い細い部分によって接続されている。内周部５ｂと一体に形成されたハブ５の筒状部５ｃの内面には雌螺子５ｄが形成されていて、回転軸１の端部の外周面に形成された雄螺子１ａと螺合している。螺子１ａ，５ｄのピッチの方向は、プーリ４とハブ５が冷媒圧縮機２の回転軸１を所定の回転方向に回転駆動する時に、もし回転軸１が静止したままならば筒状部５ｃがねじ込まれて回転軸１上を図において右方向に進むような方向である。

回転軸１にはスリーブ６が圧力嵌めによって取り付けられていて、スリーブ６の平坦な端面６ａがハブ５の筒状部５ｃの平坦な端面５ｅに接触している。また、スリーブ６の内面の一部に形成されたテーパー面６ｂは回転軸１の一部に形成されたテーパー面１ｂと接触している。特許文献１に示された従来技術の特徴は、このようなスリーブ６を回転軸１に取り付けることによって、回転軸１の直径を大きくしなくてもハブ５と回転軸１との間に介在する座面（テーパー面１ｂ，６ｂや平坦な端面５ｅ，６ａ）の面積を広げることができるので、これらの座面において座屈（圧潰）が起こり難くなることからハブ５と回転軸１との間のトルク伝達を確実にすることができることである。

スリーブ６が圧力嵌め（圧入）によって確実に回転軸１と一体化されている場合には、スリーブ６から回転軸１へ伝達されるトルクは、スリーブ６の内周面とそれに圧入された回転軸１の外周面との間の圧接部分と、一方の座面として相互に押し付けられているテーパー面１ｂ及び６ｂの接触部分との双方によって確実に伝達される。しかしながら、その前にハブ５の筒状部５ｃからスリーブ６へ伝達されるトルクの大きさは、他方の座面である平坦な端面５ｅ及び６ａの間の滑りによって左右される。ここに滑りがあると、トルクが増大した場合に、螺子１ａ及び５ｄの間に作用するねじの締め付け力が大きくなり、端面５ｅ及び６ａの間の回転方向の滑りが大きくなって雌螺子５ｄが雄螺子１ａに対して相対的に回転するために、ハブ５が回転軸１上を軸方向に図において右方向へ僅かに変位する。それによって雄螺子１ａの根元の部分における軸方向の引っ張り力が局部的に増大するので、回転軸１がその部分において破断する可能性がある。

本発明は、特許文献１に記載された動力伝達機構の従来技術における前述のような問題に鑑み、ハブのような一般的には回転体の端面と、それに当接するスリーブの端面、或いはスリーブに相当する回転軸側の部分とからなる座面に生じる滑りを抑制して、回転軸の雄螺子の根元に過大な引っ張り力が加わるのを防止することにより、回転軸の万一の破断を未然に防止すると共に、ハブのような回転体から回転軸へ従来よりも大きなトルクを確実に伝達することができるような、改良された動力伝達機構を提供することを目的とするものである。

回転軸の万一の破断を防止するためには、ハブ（回転体）側と回転軸側のスリーブ等との間の座面における回転方向の滑りを抑制する必要がある。そのためには座面における摩擦トルクを増加させて滑り難くすればよい。座面における摩擦トルクを増加させるには、座面に作用する軸方向力を増大させるか、座面の摩擦係数を増大させるか、或いは、座面の有効径を増大させるかのいずれかの方法をとる必要がある。しかしながら、これらの方法はいずれも付随して他の問題を生じるので、本発明は、比較的に問題の少ない最後の方法、即ち、全体として体格が大きくなるのを抑制しながら、座面の有効径を増大させるという方法をとるものである。具体的に言って、本発明は特許請求の範囲の請求項１に記載した通りの動力伝達機構を提供する。即ち、本発明は、特許文献１に記載された動力伝達機構において、摩擦接触している２つの端面の内のハブ側における中心部側の一部に座面として接触することがない部分を形成するために、回転軸の周囲に円環状の空間を形成したことを特徴とする。

本発明の動力伝達機構はこのような構成上の特徴を有することによって、動力伝達機構全体の体格を大きくする必要なしに、回転体側と回転軸側との座面が摩擦接触する部分の等価直径の値を大きくすることができる。等価直径が大きくなると、それに比例して摩擦トルクが増大するから、座面の間における滑りが生じ難くなって、回転軸の雄螺子の根元に過大な引っ張り力が加わるのを防止することができ、回転軸の万一の破断を未然に防止すると共に、回転体と回転軸の間で従来よりも大きなトルクを確実に伝達することが可能になる。

本発明によれば、回転軸側に座面としての端面を形成するために、従来技術と同様に、比較的に直径の小さい回転軸に別体のスリーブを圧力嵌めのような方法で取り付けることにより、容易に本発明の特徴を有する動力伝達機構を製造することができる。

前述のように、本発明の特徴は、摩擦接触している２つの端面の少なくとも一方における中心部側の一部に座面として接触することがない部分を形成するために、回転軸の周囲に円環状の空間を形成したことにあるが、円環状の空間を形成するための具体的な手段としては、回転体（ハブ）の側に円環状の切り欠き部を形成するという手段をとることができる。

以下、図１及び図２を参照しながら本発明の第１実施例を説明する。図１は前述の従来技術と共通の全体構成を示しており、図２は本発明の第１実施例の特徴部分（要部）のみを拡大して示したものである。図１に示す従来技術と共通の部分の詳細については前述の従来技術についての説明をも援用する。

これらの図１及び図２において、１は冷媒圧縮機２の回転軸、１ａは回転軸１の端部に形成された雄螺子、１ｂは回転軸１の一部に形成されたテーパー面を示している。３は図示しない車両のエンジン等からプーリ４へトルクを伝達するベルトであって、５はプーリ４にボルト等によって取り付けられたハブ（一般的には回転体）を示している。ハブ５の外周部５ａと内周部５ｂとの間は図示しないスポーク状の破断し易い部分によって連結されているので、それによって伝達されるトルクが過大な値になるとその部分が破断して関連する部分を保護するというトルクリミッタとしての機能をハブ５に与える。ハブ５は軸方向において平坦な端面５ｅを有する。

ハブ５の内周部５ｂと一体に筒状部５ｃが形成されていて、その内周面には雌螺子５ｄが設けられている。雌螺子５ｄは前述の回転軸１の雄螺子１ａと螺合する。６は回転軸１に圧力嵌めによって取り付けられたスリーブであって、軸方向の一端部にハブ５の筒状部５ｃの端面５ｅに当接する平坦な端面６ａと、内周面に回転軸１のテーパー面１ｂに対応してそれに嵌合するテーパー面６ｂとを備えている。以上の構成は前述の従来技術としての動力伝達機構と同様なものである。

前述の従来技術に対する本発明の第１実施例の特徴は、第１実施例の特徴部分を拡大して示す図２と、従来技術における対応部分を示す図３とを比較すれば明らかなように、スリーブ６の軸方向端面６ａに接触するハブ５の筒状部５cの端面５ｅにおいて、中心に近い部分に座ぐり加工を加えることによって円環状の切り欠き部７を設けて、回転軸１の周囲に空間１０を形成した点にある。第１実施例においては切り欠き部７を形成したことによって、端面５ｅ及び６ａの間の座面（当接面）の面積は若干小さくなるが、後述のように座面の平均的な直径の値である等価直径は、直径の小さい中心に近い部分が座ぐりによって削除されているために、図３に示す従来技術の場合よりも大きくなる。

端面５ｅ及び６ａの間の座面の摩擦トルク、即ち、ハブ５の筒状部５ｃとスリーブ６との間に作用するトルクがそれ以上大きくなると座面において滑りが生じる限界のトルクの値をＴとし、座面の等価直径をｄｍ、座面における摩擦係数をμとすると共に、回転軸１とハブ５との間の螺子１ａ，５ｄによる締め付け力、即ち、座面に作用する軸方向の押し付け力をＰとすると、摩擦トルクＴの値は次のような関係式によって与えられる。
Ｔ＝ｄｍ・μ・Ｐ／２ …（１）
この式（１）から明らかなように、座面の面積の大きさとは無関係に、等価直径ｄｍが大きいほど摩擦トルクＴの値が大きくなって、座面において滑りが生じ難くなる。

等価直径ｄｍの値は、端面５ｅと６ａの接触面である座面の外径をｄｏとすると共に、座ぐりによって決まる座面の内径をｄｉとすれば、次のような定義式（２）によって算出することができる。
ｄｍ＝２（ｄｏ³−ｄｉ³）／３（ｄｏ²−ｄｉ²） …（２）

式（２）から明らかなように、座面の外径ｄｏを一定として座ぐりによって切り欠き部７のみを大径化して内径ｄｉを大きくすると等価直径も大きくなる。例えば、外径ｄｏが２２ｍｍである場合には、内径ｄｉと等価直径ｄｍとの間に図４の線図に示すような直線に近い関係があり、内径ｄｉが大きくなればなるほど等価直径ｄｍの値が大きくなる。言うまでもなく、内径ｄｉが外径ｄｏよりも大きくなることはあり得ない。

等価直径は、螺子の締め付け力等を計算する場合に一般的に使用されている数値であって、座面において摩擦力が集中して作用する細い円環状の部分の直径のことである。近似的には、等価直径ｄｍの値に代えて外径ｄｏと内径ｄｉとの算術平均値を用いても大きな誤差は生じない。従って、実用上は、式（２）の代わりに計算の容易な次の式（３）を使用することができる。
ｄｍ≒（ｄｏ＋ｄｉ）／２ …（３）

このように、スリーブ６の軸方向端面６ａに接触するハブ５の筒状部５cの端面５ｅにおいて、中心に近い部分に座ぐり加工を加えることによって円環状の切り欠き部７を形成すると共に、その切り欠き部７を大径化して内径ｄｉを大きくして行くと等価直径ｄｍも大きくなるので、式（１）における等価直径ｄｍと摩擦トルクＮｍとの関係から明らかなように、等価直径ｄｍに比例して摩擦トルクＮｍの値も直線的に大きくなり、座面である端面５ｅ及び６ａの接触面における滑りが起こり難くなる。

この場合、座面の面積の大きさと摩擦トルクの大きさとは無関係なので、内径ｄｉが大きくなることによって座面の面積が少しばかり小さくなっても摩擦トルクの値が減少することはない。しかしながら、座面の面積が極端に小さくなると、軸方向の押し付け力による座面の座屈（圧潰）の恐れが生じるので、内径ｄｉを大きくすると言ってもそれには自ずから限度があり、座面において座屈が生じない程度の大きさの面積は必要である。

〈参考例〉
特許請求の範囲の補正に伴い、図５と図６に示す例を参考例とする。
図５に本発明の参考例としての動力伝達機構の要部を示す。第１実施例においてはハブ５の筒状部５ｃの端面５ｅに座ぐりによって円環状の切り欠き部７を形成したが、本参考例の特徴は、端面５ｅの相手方の座面となるスリーブ６の端面６ａに円環状の切り欠き部８を設けて空間１０を形成した点にある。この場合も第１実施例と同様な作用効果を奏する。

また、図６は本発明の別の参考例を示すもので、この場合はハブ５側の端面５ｅと、スリーブ６側の端面６ａのいずれにも切り欠き部を設けないで、それを単なる平坦な端面とすると共に、それらの端面５ｅ，６ａの間に回転軸１の外径よりも大きい内径を有する円環状のシム９を挟み込むことによって、中心部に空間１０を形成した点に特徴がある。なお、シム９が回転軸１に対して同心関係を維持する必要があるので、それを保障するための適当な手段を設けるものとする。その手段としては、例えば、端面５ｅ，６ａのいずれか一方から軸方向に短いピンを複数本突出させると共に、シム９にそれらのピンに対応する複数個の穴を形成して、ピンと穴とを係合させるという方法がある。この場合はシム９の内径を、第１実施例や前記参考例において端面５ｅ又は６ａに設けられる円環状の切り欠き部７又は８の内径ｄｉと同様に取り扱うことができるので、概ね第１実施例及び前記参考例と同様な作用効果を奏する。

更に、前述の各実施例においては、いずれもスリーブ６を回転軸１に圧力嵌めによって固定しているが、各実施例におけるスリーブ６に相当する部分を初めから回転軸１と一体的に成形してもよいことは言うまでもない。この場合も、前述の各実施例と同様な作用効果を奏するだけでなく、部品点数の減少とか、加工工程の簡略化等の付加的な効果が生じてコストが低減する。また、前述の各実施例においては、円環状の切り欠き部７又は８を端面５ｅ又は６ａのいずれか一方に設けているが、それらを双方の端面５ｅ，６ａに対向して設けることによって空間１０を形成することもできる。

本発明の動力伝達機構は、例えば、車両に搭載される空調装置における冷媒圧縮機を、車両用のエンジンによって回転駆動するために利用することができる。特に、二酸化炭素のように、高圧まで加圧しても容易に液化しない所謂超臨界流体を冷媒として使用する場合に、過酷な運転条件に曝される動力伝達機構として使用するのに適している。

動力伝達機構の実施例及び従来例の全体構成を示す縦断面図である。 第１実施例の要部を示す縦断面図である。 従来例の要部を示す縦断面図である。 座ぐり径と等価直径の関係を示す線図である。 参考例の要部を示す縦断面図である。 別の参考例の要部を示す縦断面図である。

符号の説明

１…回転軸
１ａ…雄螺子
２…冷媒圧縮機
５…ハブ（回転体）
５ｃ…筒状部
５ｄ…雌螺子
５ｅ…平坦な端面（一方の座面）
６…スリーブ
６ａ…平坦な端面（他方の座面）
７，８…円環状の切り欠き部
９…円環状のシム
１０…空間

Claims (1)

1. 車両のエンジンによってベルトを介して回転駆動されるプーリと、
   前記プーリに取り付けられ、中心部に形成された雌螺子によって雄螺子が形成された冷媒圧縮機の回転軸に螺合するハブとを備える動力伝達装置であって、
   前記回転軸のうち、先端側の前記雄螺子が形成された部位と、根元側の前記雄螺子が形成されていない部位とを繋ぐテーパ面と、
   前記回転軸に圧入され、内周が前記テーパ面と接触するスリーブと、
   前記ハブに設けられ、前記雌螺子及び雄螺子の作用によって前記スリーブの先端側端面に押し付けられて前記回転軸回りで摩擦接触する筒状部とを有し、
   前記スリーブの先端側端面に前記摩擦接触する、前記筒状部の中心部側には、円環状の切り欠き部が形成されていることを特徴とする動力伝達機構。

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