JP4196967B2 - 動力伝達機構 - Google Patents

Description

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機構に関するもので、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。

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。

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。

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。

したがって、破断部に作用する最大トルク、つまり許容トルクＴ２は、破断トルクＴ１を安全率Ｓで除した値より小さくとする必要がある。

このとき、伝達しなければならないトルクの最大値（以下、必要伝達トルクと呼ぶ。）Ｔ３に対する破断トルクＴ１の比（＝Ｔ１／Ｔ３）差が、安全率Ｓより小さいと、必要伝達トルクＴ３が許容トルクＴ２を超えてしまうので、動力伝達機構が成立しない。

ここで、安全率Ｓは、一般的に、構造物に発生する応力状態が複雑であり、理論的な応力解析が困難である場合ほど、大きな値とする必要があるので、破断部に発生する応力を正確に予測解析することができれば、安全率Ｓを小さくして、許容トルクＴ２を大きくすることができ得る。

このとき、上記公報に記載の破断部は、主に剪断力（接線応力）により破断する構成であり、剪断力は表面に集中する傾向があるため、その応力分布を正確に予測解析することが難しい。

したがって、上記公報に記載の発明と同様な構成では、試行錯誤的に破断部の寸法及び材質等を決定する必要があるため、その設計開発が難しい。

本実施形態は、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機構を提供し、第２には、疲労破壊することなく、所定トルクにて動力伝達を遮断する動力伝達機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、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動力伝達機構であって、駆動側回転体（１５ｄ）から従動側回転体（２２）に伝達されるトルクの向きと同一の向きのトルクにてネジを締め付けたきに、駆動側回転体（１５ｄ）と従動側回転体（２２）との接触面（１５ｇ）の面圧を増大させる向きの軸力を発生させるネジ部（１５ｅ）と、ネジ部（１５ｅ）と接触面（１５ｇ）が形成された部位とを繋ぐ破断部（１５ｆ）とを有し、破断部（１５ｆ）の断面積は、ネジ部（１５ｅ）の断面積より小さいことを特徴とする。

これにより、従来と異なる新規な構成の動力伝達機構を得ることができるとともに、破断部（１５ｆ）に発生する応力は、組み付け時の締め付けトルク及び締め付けトルクに応じて発生する軸力による応力となり、伝達トルクによって発生する応力は殆どない。したがって、トルク伝達時には、破断部（１５ｆ）に発生する応力が殆ど変動しないので疲労破壊が発生し難い。

また、破断部（１５ｆ）が破壊するときの応力は、前述のごとく、剪断応力ではなく、軸力による応力、つまり引張り応力（法線応力）となる。しかも、引張り応力は、剪断応力と異なり、断面に略均一に分布するので、破断部（１５ｆ）の応力分布を比較的正確に予測解析することができる。

したがって、試行錯誤的に破断部（１５ｆ）の寸法及び材質等を決定する必要性が低下して設計開発が容易になるとともに、破断部（１５ｆ）が疲労破壊することなく、所定トルクにて確実に破断させることができる。

また、破断部（１５ｆ）が破断したときに、相対的に駆動側回転体（１５ｄ）を従動側回転体（２２）から離す離隔手段（１６）を有することを特徴とする。

これにより、破断部（１５ｆ）にて異音や不必要な摩擦抵抗が発生することを防止できる。

また、接触面（１５ｇ）の面圧を減少させる向きの弾性力を、駆動側回転体（１５ｄ）及び従動側回転体（２２）のうち少なくとも一方に作用させる弾性手段（１６）を有することを特徴とする。

これにより、破断部（１５ｆ）が破断すると、相対的に駆動側回転体（１５ｄ）が従動側回転体（２２）から離れるので、破断部にて異音や不必要な摩擦抵抗が発生することを防止できる。

また、弾性手段（１６）は、トルクの伝達路中に配置されてトルク伝達も行うことを特徴とするものである。

また、接触面（１５ｇ）には、摩擦係数の変動を抑制する摩擦係数安定化処理が施してあることを特徴とする。

これにより、破断トルクを安定させることができるので、所定トルクにて確実に破断させることができる。

また、駆動側回転体（１５ｄ）及び従動側回転体（２２）のうち少なくとも一方側の接触面（１５ｇ）は、摩擦係数の変動を抑制する摩擦係数安定化処理が施されたスペーサ（１７）により形成されていることを特徴とする。

これにより、破断トルクを安定させることができるので、所定トルクにて確実に破断させることができる。

また、破断部（１５ｆ）は、燒結金属製であることを特徴とするものである。

また、破断部（１５ｆ）は、鋳物であることを特徴とするものである。

また、破断部（１５ｆ）は、セラミックス製であることを特徴とするものである。

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。

（第１実施形態）本実施形態は、本発明に係る動力伝達機構を車両用空調装置の圧縮機に動力を伝達するプーリ１０に適用したものであり、図１はプーリ１０の断面図であり、図２は図１のＡ矢視図である。

図１中、プーリ本体１１はＶベルトを介して走行用エンジン（図示せず。）から駆動力（トルク）を受けて回転する略二重円筒状に形成された金属製のものである。

なお、プーリ本体１１の外筒側の外周面には、ポリードライブベルト対応の複数列のＶ溝１１ａが設けられ、内筒側にはプーリ本体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。因みに、ラジアル転がり軸受１２の内輪は、圧縮機２０のフロントハウジング２１に装着される。

ハブ１３は、プーリ本体１１側面に固定されてプーリ本体１１に伝達されたトルクを圧縮機２０のシャフト２２に伝達するものであり、このハブ１３は、断面が約Ｌ字状に形成された環状の外周部１４、シャフト２２にネジ固定された内周部１５、及び内周部１５と外周部１４とを連結して外周部１４から内周部１５にトルクを伝達するダンパー１６からなるものである。

ここで、外周部１４は、冷間圧延鋼板等の金属板材にプレス加工を施すことにり成形されたものであり、ダンパー１６はＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合ゴム）等の弾性材料を加流接合にて内周部１５及び外周部１４に接合したものである。

また、内周部１５は、シャフト２２に形成された雄ネジ２２ａとネジ結合する雌ネジ１５ａが内周面に形成された内筒部１５ｂ、ダンパー１６に接合された外筒部１５ｃ、及び内筒部１５ｂと外筒部１５ｃとを繋ぐドーナツ盤状の円盤部１５ｄからなるものであり、さらに、内筒部１５ｂは、断面積、つまり肉厚が異なる厚肉部１５ｅ及び薄肉部１５ｆから構成されている。

そして、内筒部１５ｂ、つまり厚肉部１５ｅ及び薄肉部１５ｆ、円盤部１５ｄ並びに外筒部１５ｃは、粉末状の金属を焼き固めた焼結金属にて一体成形され、少なくとも雌ネジ１５ａには、二硫化モリブテンの被膜が形成されている。

また、円盤部１５ｄのうち薄肉部１５ｆの根元側は、シャフト２２の先端面２２ｂに接触して雌ネジ１５ａ、つまり内筒部１５ｂを雄ネジ２２ａ、つまりシャフト２２に締め付けていったときに発生する軸力を受ける座面１５ｇとして機能する。

そして、雄ネジ２２ａ及び雌ネジ１５ａは、ハブ１３からシャフト２２に伝達されるトルクの向きと同一の向きのトルクにて内筒部１５ｂを締め付けたきに、座面１５ｇで発生する面圧を増大させる向きの軸力を発生させる向きに形成されているとともに、雄ネジ２２ａと雌ネジ１５ａとは、必要伝達トルクＴ３より大きく、かつ、破断トルクＴ１より小さなトルクで締め付けられている。

また、ダンパー１６は、前述した所定の締め付けトルクにて内筒部１５ｂをシャフト２２に締め付けたときに、座面１５ｇの面圧を減少させる向きの弾性力（復元力）を円盤部１５ｄに作用させるように設定されている。

なお、ボルト１６ａはハブ１３の外周部１４をプーリ本体１１に固定するための締結手段であり、シャフト２２の先端面２２ｂに形成された六角穴２２ｃは、内筒部１５ｂをシャフト２２に締め付ける際にシャフト２２が回転することを防止する六角レンチ等の治具を装着するためのものである。

次に、本実施形態に係るプーリ１０の概略作動を述べる。

プーリ本体１１から外周部１４に伝達されたトルクは、ダンパー１６を介して円盤部１５ｄに伝達される。そして、伝達トルクが締め付けトルクより小さい場合には、ハブ１３がシャフト２２に対して回転しないので、円盤部１５ｄに伝達されたトルクは、主に座面１５ｇで発生する摩擦力によりシャフト２２に伝達される。

このため、円筒部２２ｂ、つまり厚肉部１５ｅ及び薄肉部１５ｆに発生する応力の殆どは、組み付け時の締め付けトルク及び締め付けトルクに応じて発生する軸力による応力となり、伝達トルクによって発生する応力は殆どない。

なお、トルク変動は、ダンパー１６が弾性変形することにより吸収される。

また、伝達トルクが締め付けトルクより大きくなると、ハブ１３がシャフト２２に対して回転して雄ネジ２２ａと雌ネジ１５ａとの締め付けトルクが増大するので、座面１５ｇの面圧の上昇と共に、円筒部２２ｂに発生する軸力が増大する。

したがって、伝達トルクが締め付けトルクより大きくなると、その増大したトルクは、円筒部２２ｂに対して軸方向応力、つまり引張り応力を発生させる。

このとき、薄肉部１５ｆの断面積が厚肉部１５ｅの断面積より小さいため、伝達トルクが締め付けトルクより大きくなると、薄肉部１５ｆが厚肉部１５ｅより先に破断し、トルクの伝達が遮断される。

また、ダンパー１６は、座面１５ｇの面圧を減少させる向きの弾性力を円盤部１５ｄに作用させているので、薄肉部５ｆが破断すると、円盤部１５ｄは、図３に示すように、シャフト２２から離れる向きに変位する。

ところで、上記作動説明から明らかなように、雄ネジ２２ａと雌ネジ１５ａとの摩擦係数、及び座面１５ｇの摩擦係数が変動すると、伝達可能トルク及び薄肉部１５ｆの破断トルクが変動するため、これらの摩擦係数は変動が少ないことが望ましい。

そこで、本実施形態では、二硫化モリブテン等の防錆効果を有する被膜を、雄ネジ２２ａ、雌ネジ１５ａ、座面１５ｇ及びシャフト２２の先端面２２ｂに形成している。

なお、上記作動説明から明らかなように、本実施形態では、薄肉部１５ｆが「特許請求の範囲」に記載された「破断部」に相当し、厚肉部１５ｅは「特許請求の範囲」に記載された「ネジ部」に相当し、円盤部１５ｄが「特許請求の範囲」に記載された「駆動側回転体」に相当し、シャフト２２が「特許請求の範囲」に記載された「従動側回転体」に相当する。

次に、本実施形態の作用効果を述べる。

本実施形態によれば、伝達トルクが必要伝達トルクＴ３以下であれば、前述のごとく、主に円盤部１５ｄとシャフト２２の先端面２２ｂとの摩擦力でトルクが伝達され、薄肉部１５ｆに発生する応力は、組み付け時の締め付けトルク及び締め付けトルクに応じて発生する軸力による応力となり、伝達トルクによって発生する応力は殆どない。

したがって、破断部をなす薄肉部１５ｆに発生する応力が殆ど変動しないので疲労破壊が発生し難い。

また、薄肉部１５ｆが破壊するときの応力は、前述のごとく、剪断応力ではなく、引張り応力（法線応力）となる。しかも、引張り応力は、剪断応力と異なり、断面に略均一に分布するので、薄肉部１５ｆの応力分布を比較的正確に予測解析することができる。

したがって、試行錯誤的に薄肉部１５ｆの寸法及び材質等を決定する必要性が低下して設計開発が容易になるとともに、薄肉部１５ｆが疲労破壊することなく、所定トルクにて確実に破断させることができる。

また、薄肉部１５ｆが破断すると、円盤部１５ｄはシャフト２２から離れる向きに変位するので、破断部にて異音や不必要な摩擦抵抗が発生することを防止できる。

また、薄肉部１５ｆが破断したときに、相対的に円盤部１５ｄをシャフト２２から離す離隔手段として、新たな部品を設けることなく、トルク変動吸収用のダンパー１６を利用しているので、プーリ１０の製造原価上昇を防止できる。

（第２実施形態）第１実施形態では、二硫化モリブテンの被膜を座面１５ｇ及びシャフト２２の先端面２２ｂに形成することにより、座面１５ｇ及び先端面２２ｂの摩擦係数安定化処理を行ったが、本実施形態は、図４に示すように、二硫化モリブテンの被膜が形成されたスペーサ１７を円盤部１５ｄと先端面２２ｂとの間に配置することにより座面１５ｇを構成したものである。

（その他の実施形態）上述の実施形態では、ハブ１３、つまり駆動側回転体に雌ネジを形成し、シャフト２２に雄ネジを形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これとは逆に、ハブ１３雄ネジを形成し、シャフト２２に雌ネジを形成してもよい。

また、上述の実施形態では、ハブ１３を直接にシャフト２２に連結したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばシャフト２２と一体的に回転する従動側回転体を設け、この従動側回転体にハブ１３、つまり駆動側回転体を連結してもよい。

また、上述の実施形態では、薄肉部１５ｆを含めた内筒部１５ｂを焼結金属製としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、薄肉部１５ｆを含めた内筒部１５ｂを鋳物とする、又はセラミックス製とする等してもよい。

また、上述の実施実施形態では、内筒部１５ｂの内周略全域に雌ネジが形成されていたが、薄肉部１５ｆの雌ネジを廃止してもよい。

本発明の第１実施形態に係るプーリの断面図である。 図１のＡ矢視図である。 本発明の第１実施形態に係るプーリの断面図である。 本発明の第２実施形態に係るプーリの断面図である。

符号の説明

１１…プーリ本体、１２…転がり軸受、１３…ハブ、１４…外周部、
１５…内周部、１５ａ…ネジ、１５ｂ…内筒部、１５ｃ…外筒部、
１５ｄ…円盤部、１５ｅ…厚肉部、１５ｆ…薄肉部、１５ｇ…座面

Claims (13)

1. 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動力伝達機構であって、
   前記伝達トルクを受けて回転するプーリ本体（１１）と、
   前記プーリ本体（１１）に伝達されたトルクを従動側回転体（２２）に伝達し、前記プーリ本体（１１）に固定された環状の外周部（１４）と、前記従動側回転体（２２）に固定された内周部（１５）と、前記内周部（１５）と外周部（１４）とを連結する弾性手段（１６）とを有するハブ（１３）と、
   前記内周部（１５）に設けられ、前記従動側回転体（２２）とネジ（１５ａ）によりネジ結合する肉厚部（１５ｅ）と、
   前記ハブ（１３）が前記従動側回転体（２２）に伝達されるトルクの向きと同一の向きのトルクにて前記ネジ（１５ａ）を締め付けたときに、前記従動側回転体（２２）に設けられた先端面（２２ｂ）との接触面圧が増大する前記内周部（１５）に設けられた接触面（１５ｇ）と、
   前記内周部（１５）は、前記肉厚部（１５ｅ）と前記接触面（１５ｇ）とを繋ぐ破断部（１５ｆ）とを有し、
   前記破断部（１５ｆ）の断面積は、前記肉厚部（１５ｅ）の断面積より小さいことを特徴とする動力伝達機構。
2. 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動力伝達機構であって、
   前記伝達トルクを受けて回転するプーリ本体（１１）と、
   前記プーリ本体（１１）に固定され、前記プーリ本体（１１）に伝達されたトルクを従動側回転体（２２）に伝達し、前記従動側回転体（２２）にネジ（１５ａ）によりネジ結合により固定された肉厚部（１５ｅ）を有する内筒部（１５ｂ）と、前記内筒部（１５ｂ）と円盤部（１５ｄ）により連結された外筒部（１５ｃ）と、前記外筒部（１５ｃ）と弾性手段（１６）によって連結され前記プーリ本体（１１）に固定される環状の外周部（１４）とを有するハブ（１３）とからなり、
   前記ハブ（１３）が前記従動側回転体（２２）に伝達されるトルクの向きと同一の向きのトルクにて前記ネジ（１５ａ）を締め付けたときに、前記従動側回転体（２２）に設けられた先端面（２２ｂ）との接触面圧が増大する前記内周部（１５）に設けられた接触面（１５ｇ）と、
   前記内筒部（１５ｂ）は、前記肉厚部（１５ｅ）と前記接触面（１５ｇ）とを繋ぐ破断部（１５ｆ）とを有し、
   前記破断部（１５ｆ）の断面積は、前記肉厚部（１５ｅ）の断面積より小さいことを特徴とする動力伝達機構。
3. 前記弾性手段（１６）は、前記破断部（１５ｆ）が破断したときに、相対的に前記接触面（１５ｇ）を前記先端面（２２ｂ）から離す離隔手段（１６）であることを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達機構。
4. 前記弾性手段（１６）は、前記接触面（１５ｇ）の面圧を減少させる向きの弾性力を、前記接触面（１５ｇ）に作用させることを特徴とする請求項１または２に記載の動力伝達機構。
5. 前記弾性手段（１６）は、トルクの伝達路中に配置されてトルク伝達も行うことを特徴とする請求項４に記載の動力伝達機構。
6. 前記接触面（１５ｇ）には、摩擦係数の変動を抑制する摩擦係数安定化処理が施してあることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の動力伝達機構。
7. 前記接触面（１５ｇ）及び前記先端面（２２ｂ）のうち少なくとも一方側は、摩擦係数の変動を抑制する摩擦係数安定化処理が施されたスペーサ（１７）により形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の動力伝達機構。
8. 前記破断部（１５ｆ）は、燒結金属製であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の動力伝達機構。
9. 前記破断部（１５ｆ）は、鋳物であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の動力伝達機構。
10. 前記破断部（１５ｆ）は、セラミックス製であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の動力伝達機構。
11. 前記外周部（１４）は、前記プーリ本体（１１）に締結手段（１６ａ）によって固定されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の動力伝達装置。
12. 前記締結手段はボルトであることを特徴とする請求項１１に記載の動力伝達装置。
13. 前記接触面（１５ｇ）は前記内筒部（１５ｂ）の内径側に延び出して形成されており、前記先端面（２２ｂ）は前記従動側回転体（２２）の回転軸（２２）の先端に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか一つに記載の動力伝達装置。

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