JP4407052B2

JP4407052B2 - トルク伝達装置

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Publication number: JP4407052B2
Application number: JP2000398748A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　　誠; 純一大口; 泰生田渕; 学佐伯; 清黒畑
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2020-12-27
Also published as: JP2002195287A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン等の駆動源のトルクを、圧縮機等の受動側の回転機器（補機）に伝達するトルク伝達装置に関するもので、吐出容量を変化させることができる可変容量型の圧縮機にトルクを伝達するプーリに適用して有効である。
【０００２】
なお、圧縮機の吐出容量とは、シャフトが１回転する際に吐出される理論体積流量（幾何学的に決定される体積流量）を言う。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
エンジンから動力を得て稼働している圧縮機等の回転機器は、エンジンの負荷が変動すると、圧縮機等に供給されるトルクが変動してしまう。また、受動側の回転機器である圧縮機が可変容量型であると、圧縮機（受動側機器）が必要とする駆動トルクも変動する。
【０００４】
このため、圧縮機の吐出容量が低下して圧縮機（受動側機器）が必要とする駆動トルク（必要トルク）が低下すると、駆動源から供給される供給トルクの変動に共振するように、圧縮機及びトルク伝達装置（プーリ）の可動部分が振動してしまうので、可動部分に設けられた「遊び（クリアランス）」部分で可動部分が衝突してしまい、異音が発生してしまう。
【０００５】
因みに、圧縮機の吐出容量が増大して圧縮機（受動側機器）が必要とする駆動トルクが増大すると、駆動トルクにより可動部分に荷重が作用して可動部分が一方向に押さえ付けられる（付勢される）ので、供給トルクが変動しても、異音が発生し難い。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、供給トルクの変動に伴って発生する異音を低減すること目的とする。
【０００７】
【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（Ｅ／Ｇ）のトルクを受動側の回転機器（１）に伝達するトルク伝達装置であって、駆動源（Ｅ／Ｇ）からのトルクを受けて回転する第１回転体（１１）と、回転機器（１）の回転部に連結されて回転部と共に回転するとともに、第１回転体（１１）と同軸状に配設された第２回転体（１３）と、第１回転体（１１）が受けたトルクを第２回転体（１３）に伝達する弾性変形可能なトルク伝達部材（１４）とを備え、トルク伝達部材（１４）は、第１回転体（１１）が第２回転体（１３）に対して正転の向きに回転したときに圧縮荷重を受けて圧縮変形する第１変形部（１４ａ）と、第１回転体（１１）が第２回転体（１３）に対して逆転の向きに回転したときに圧縮荷重を受けて圧縮変形する第２変形部（１４ｂ）とを有して構成されており、さらに、第１変形部（１４ａ）に、第１変形部（１４ａ）が受ける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（１４ｆ）が設けられていることによって、トルク伝達部材（１４）は、第１回転体（１１）が第２回転体（１３）に対して正転の向きに所定角度（θ１）以下回転したときにおける第１回転体（１１）の相対回転角（θ）に対する伝達トルクの変化率（Ｋ）が、第１回転体（１１）が第２回転体（１３）に対して逆転の向きに所定角度（θ１）以下回転したときにおける変化率（Ｋ）に比べて小さくなるように設定され、穴部（１４ｆ）は、第１、第２回転体（１１、１３）の軸方向から見たときに、第１、第２回転体（１１、１３）の径方向に長軸を有する長穴形状の中央部を、第１、第２回転体（１１、１３）の円周方向両側から長穴の内側へ窪ませた形状に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
これにより、駆動源（Ｅ／Ｇ）から供給される供給トルクの変動を吸収することができるので、供給トルクの変動による共振によって回転機機（１）及びトルク伝達装置の可動部分に設けられた「遊び（クリアランス）」部分で可動部分が衝突してしまうことを防止でき、異音を低減することができる。さらに、第１変形部（１４ａ）を収納するための空間と第２変形部（１４ｂ）を収納するための空間とを同一の大きさとすることができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、第１変形部（１４ａ）は、正転の向きに向かうほどその断面積を縮小させるように第１、第２回転体（１１、１３）の軸方向から見たときに略三角状に形成されており、第２回転体（１３）に対する第１回転体（１１）の正転の向きの相対回転角（θ）が大きくなるほど、変化率（Ｋ）が大きくなるように設定されていることを特徴とする。
特徴とする。
【００１４】
これにより、トルク伝達部材（１４）が弾性限界を超えてしまうことを防止しできるので、大きなトルクを伝達しながら、トルク変動及び異音を十分に吸収することができる。
請求項３に記載の発明では、第１変形部（１４ａ）および第２変形部（１４ｂ）は、第１、第２回転体（１１、１３）の軸方向から見たときに、同一の大きさとなっていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、穴部（１４ｆ）は、第１変形部（１４ａ）を貫通しない穴であることを特徴とする。
【００１５】
なお、請求項５に記載の発明ごとく、内燃機関（Ｅ／Ｇ）から動力を得て稼働する可変容量型の圧縮機（１）を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のトルク伝達装置（１０）にて内燃機関（Ｅ／Ｇ）から圧縮機（１）へ動力を伝達することが望ましい。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明のごとく、所定角度（θ１）は、圧縮機（１）の吐出容量が最大容量の略１０％になったときの圧縮機（１）の駆動トルクがトルク伝達装置（１０）に作用したときの相対回転角（θ）に対応する値とすることが望ましい。
【００１７】
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。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、走行用エンジンからの動力を車両用空調装置の圧縮機に伝達するトルク伝達装置に本発明を適用したものであって、図１は車両用空調装置（冷凍サイクル）の模式図である
図１中、１は冷媒を吸入圧縮する可変容量型の圧縮機であり、２は圧縮機１から吐出される冷媒を冷却（凝縮）させる放熱器（凝縮器）である。３は放熱器２から流出する冷媒を減圧する減圧器であり、４は減圧器３にて減圧された冷媒を蒸発させることにより冷凍能力（冷房能力）を発揮する蒸発器である。
【００１９】
なお、本実施形態では、減圧器３として、蒸発器４の出口側冷媒（圧縮機１の吸入側冷媒）が所定の加熱度を有するように開度を調節する温度式膨張弁を採用している。
【００２０】
そして、１０は、Ｖベルト（図示せず。）を介して伝達されたエンジンＥ／Ｇの動力を圧縮機１に伝達するプーリ一体型のトルク伝達装置（以下、プーリと略す。）であり、以下、プーリ１０について述べる。
【００２１】
図２は本実施形態に係るプーリの断面図であり、１１はＶベルトが掛けられるＶ溝１１ａが形成された金属又は樹脂製のプーリ本体（第１回転体）であり、このプーリ本体１１はエンジンＥ／Ｇ（駆動源）からトルク（駆動力）を受けて回転する。
【００２２】
なお、１２は圧縮機１のシャフト（図示せず。）と同軸状にプーリ本体１１（プーリ１０）を回転可能に支持するラジアルベアリング（軸受）であり、このラジアルベアリングのアウターレース（外輪）１２ａ側がプーリ本体１１に圧入固定され、インナーレース（内輪）１２ｂに圧縮機１のフロントハウジング（図示せず。）が挿入される。これにより、Ｖベルトのテンション（張力）によるラジアル荷重をシャフトにて受けることなく、圧縮機１のフロントハウジングにて受けることができる。
【００２３】
また、１３は圧縮機（回転機器）１のシャフト（回転部）に連結されてシャフトと共に回転するセンターハブ（第２回転体）である。そして、このセンターハブ１３は、シャフトの外周面に形成された雄ねじと結合する雌ねじが形成された円筒内周面を有する円筒部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フランジ部１３ｄから構成されている。
【００２４】
なお、円筒部１３ａ及びフランジ部１３ｄは金属にて一体成形され、環状部１３ｃは樹脂にて成型されており、フランジ部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。
【００２５】
ところで、プーリ本体１１のうち環状部１３ｃに対応する部位には、図３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１１ｂ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（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１１ｂとは、シャフト（回転軸）周りに交互に位置する。
【００２６】
そして、両突起部１１ｂ、１３ｂ間には、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））からなるトルク伝達部材（以下、ダンパーと呼ぶ。）１４が配設されている。
【００２７】
ここで、ダンパー１４は、圧縮機１を駆動する際にプーリ本体１１がセンターハブ１３に対して相対的に回転する向き（以下、この向きを正転の向き（矢印の向き）と呼ぶ。）に回転したときに、圧縮荷重を受けて圧縮変形しながらプーリ本体１１の突起部１１ｂからセンターハブ１３の突起部１３ｂにトルクを伝達する第１変形部１４ａと、プーリ本体１１がセンターハブ１３に対して相対的に正転の向きの逆向き（以下、この向きを逆転の向きと呼ぶ。）に回転したとき、圧縮荷重を受けて圧縮変形する第２変形部１４ｂとを１組として、両変形部１４ａ、１４ｂを連結部材１４ｃにて連結した状態で円周方向に複数組配設されている。
【００２８】
そして、第１変形部１４ａのうち圧縮変形方向と略平行な部位（本実施形態では、円周方向）の寸法Θ１を、第２変形部１４ｂのうち圧縮変形方向と略平行な部位（本実施形態では、円周方向）の寸法Θ２より大きくすることにより、プーリ本体１１がハブ１３に対して正転の向きに所定角度θ１以下回転したときにおける第１変形部１４ａの弾性係数ｋ１が、プーリ本体１１がハブ１３に対して逆転の向きに、所定角度θ１以下回転したときにおける第２変形部１４ｂの弾性係数ｋ２（の絶対値）より小さくなるように設定している。
【００２９】
ここで、第１、２変形部１４ａ、１４ｂ（ダンパー１４）の弾性係数ｋ１、ｋ２とは、センターハブ１３に対するプーリ本体１１の相対回転角θに対する、プーリ本体１１とセンターハブ１３との間で伝達される伝達トルクＴの変化率Ｋ（＝ΔＴ／Δθ）を言いう。
【００３０】
また、第１変形部１４ａを正転の向きに向かうほど断面積を縮小させるように略三角状とすることにより、第１変形部１４ａ周りのうち逆転の向きに向かうほど隙間寸法が縮小するような隙間１４ｅを設けて、第１変形部１４ａの弾性係数ｋ１の特性を、図４に示すように、正転の向きの相対回転角θが大きくなるほど、弾性係数ｋ１が大きくなるような非線形特性としている。
【００３１】
同様に、第２変形部１４ｂを逆転の向きに向かうほど断面積を縮小させるように略三角状とすることにより、第２変形部１４ｂ周りのうち正転の向き側に向かうほど隙間寸法が縮小するような隙間１４ｅを設けて、第２変形部１４ｂの弾性係数ｋ２の特性を、図４に示すように、逆転の向きの相対回転角θが大きくなるほど、弾性係数ｋ２が大きくなるような非線形特性としている。
【００３２】
つまり、本実施形態では、第１、２変形部１４ａ、１４ｂ（ダンパー１４）が変形していない相対回転角θが０のときを基準として、少なくとも相対回転角θの絶対値が所定角度θ１の範囲（図４のＡで示す範囲）では、第１変形部１４ａの弾性係数ｋ１が第２変形部１４ｂの弾性係数ｋ２より小さくしている。
【００３３】
ここで、所定角度θ１とは、「従来の技術及び発明が解決しようとする課題」で述べた異音が発生し始める、圧縮機１にて必要とされる駆動トルク（必要トルク）になるときの相対回転角θに対応するもので、具体的には、圧縮機１の吐出容量が最大容量の略１０％になったときの駆動トルク対応する値である。
【００３４】
なお、本実施形態では、相対回転角θが所定角度θ１より大きくなる領域（図４のＢで示す領域）では、圧縮機１にて必要とされる駆動トルクが大きくなるので、第１変形部１４ａの弾性係数ｋ１を第２変形部１４ｂの弾性係数ｋ２より大きくしている。
【００３５】
次に、本実施形態に係るプーリ（プーリ一体型のトルク伝達装置）の概略作動を述べる。
【００３６】
Ｖベルトを介してプーリ本体１１に伝達された正転の向きのトルクは、第１変形部１４ａに伝達されて、第１変形部１４ａが圧縮変形することによりハブ１３に伝達される。一方、逆転の向きのトルクは、第２変形部１４ｂが圧縮変形することによりハブ１３からプーリ本体１１側に伝達される。そして、第１、２変形部１４ａ、１４ｂ（ダンパー１４）の伸縮することにより正転の向き及び逆転の向きのトルク変動が吸収される。
【００３７】
次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述べる。
【００３８】
本実施形態では、第１、２変形部１４ａ、１４ｂ（ダンパー１４）が変形していない相対回転角θが０のときを基準として、少なくとも相対回転角θの絶対値が所定角度θ１の範囲（図４のＡで示す範囲）において、第１変形部１４ａの弾性係数ｋ１が第２変形部１４ｂの弾性係数ｋ２より小さくしているので、エンジンＥ／Ｇ（駆動源）から供給される供給トルクの変動を吸収することができる。
【００３９】
したがって、供給トルクの変動に共振するように、圧縮機１及びプーリ１０の可動部分が振動し、可動部分に設けられた「遊び（クリアランス）」部分で可動部分が衝突してしまうことを防止できるので、異音を低減することができる。
【００４０】
因みに、図５は騒音（異音）レベルと圧縮機の回転数とを示す試験結果であり、図６圧縮機１の振動振幅と圧縮機の回転数とを示す試験結果であり、両図からも明らかなように、本実施形態によれば、第１、２変形部１４ａ、１４ｂの弾性係数を同一とした従来のプーリに比べて、騒音（異音）レベル及び振動振幅が低減していることが判る。
【００４１】
ところで、図５、６からも明らかなように、第１、２変形部１４ａ、１４ｂの弾性係数を共に小さくしても、騒音（異音）レベル及び振動振幅を低減することができるものの、弾性係数を小さくするには、前述のごとく、ダンパー１４のうち圧縮変形方向と略平行な部位（円周方向）の寸法Θを大きくする必要があるので、ダンパー１４（第１、２変形部１４ａ、１４ｂ）の円周方向の寸法Θが大きくなってしまい、ダンパー１４を収納するための空間１４ｄが大きくなってしまう。
【００４２】
これに対して、本実施形態のごとく、第１変形部１４ａの弾性係数ｋ１が第２変形部１４ｂの弾性係数ｋ２より小さくすれば、第１変形部１４ａを収納するための空間１４ｄが大きくなるのみで、第２変形部１４ｂを収納するための空間１４ｄを小さくすることができる。
【００４３】
したがって、ダンパー１４を収納するための空間１４ｄが過度に大きくなってしまうことを防止しつつ、第１、２変形部１４ａ、１４ｂの弾性係数を共に小さくしたものと同程度まで、騒音（異音）レベル及び振動振幅を低減することができる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、相対回転角θが所定角度θ１以上の領域（領域Ｂ）では、相対回転角θが所定角度θ１以下の領域（領域Ａ）に比べて弾性係数Ｋが大きくなるように設定されているので、圧縮機１が稼動して圧縮機１が必要とするトルクが大きくなっても、ダンパー１４が弾性限界を超えてしまうことを防止しできる。したがって、大きなトルクを伝達しながら、トルク変動及び異音を十分に吸収することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、第１、２変形部１４ａ、１４ｂは共に非線形特性を有していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示すように第１、２変形部１４ａ、１４ｂの両者が線形特性を有してもよい。又はいずれか一方側のみを線形特性を有するものとしてもよい。
【００４６】
また、第１、２変形部１４ａ、１４ｂの形状は、図３に示された形状に限定されるものではなく、例えば図８に示すように、第１変形部１４ａに荷重の方向（円周方向）に対して略直交する断面の断面積を縮小させる穴部１４ｆを設けてもよい。
【００４７】
なお、図８に示す例では、第１変形部１４ａを収納するための空間１４ｄと第２変形部１４ｂを収納するための空間１４ｄとを同一の大きさとすることができる。
【００４８】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ダンパーゴム１４をゴム（ＥＰＤＭ）製としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、エラストマー、樹脂及び金属等のその他材料にて構成してもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態では、圧縮機１にトルクを伝達するプーリ１０に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他のトルク伝達装置にも適用することができる。
【００５０】
また、上述の実施形態では、穴部１４ｆは貫通穴であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、貫通しない凹部のような穴であってもよい。
【００５１】
また、上述の実施形態では、第１変形部１４ａの形状と第２変形部１４ｂの形状を相違させることにより、両者１４ａ、１４ｂの弾性係数を相違させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば材質を変更する等して弾性係数を相違させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る車両用空調装置（冷凍サイクル）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】本発明の実施形態に係るプーリのプーリ本体の正面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るダンパーの特性を示す特性図である。
【図５】本発明の実施形態に係るプーリの騒音（異音）レベルと圧縮機の回転数とを示すグラフである。
【図６】本発明の実施形態に係るプーリの圧縮機の振動振幅と圧縮機の回転数とを示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態の変形例に係るダンパーの特性を示す特性図である。
【図８】本発明の実施形態の変形例に係るプーリのプーリ本体の正面図である。
【符号の説明】
１０…プーリ、１１…プーリ本体、１１ｂ…プーリ側突起部、
１３ｂ…ハブ側突起部、１４…ダンパー（トルク伝達部材）、
１４ａ…第１変形部、１４ｂ…第２変形部。

Claims

駆動源（Ｅ／Ｇ）のトルクを受動側の回転機器（１）に伝達するトルク伝達装置であって、
前記駆動源（Ｅ／Ｇ）からのトルクを受けて回転する第１回転体（１１）と、
前記回転機器（１）の回転部に連結されて前記回転部と共に回転するとともに、前記第１回転体（１１）と同軸状に配設された第２回転体（１３）と、
前記第１回転体（１１）が受けたトルクを前記第２回転体（１３）に伝達する弾性変形可能なトルク伝達部材（１４）とを備え、
前記トルク伝達部材（１４）は、前記第１回転体（１１）が前記第２回転体（１３）に対して正転の向きに回転したときに圧縮荷重を受けて圧縮変形する第１変形部（１４ａ）と、前記第１回転体（１１）が前記第２回転体（１３）に対して逆転の向きに回転したときに圧縮荷重を受けて圧縮変形する第２変形部（１４ｂ）とを有して構成されており、
さらに、前記第１変形部（１４ａ）に、前記第１変形部（１４ａ）が受ける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（１４ｆ）が設けられていることによって、前記トルク伝達部材（１４）は、前記第１回転体（１１）が前記第２回転体（１３）に対して正転の向きに所定角度（θ１）以下回転したときにおける前記第１回転体（１１）の相対回転角（θ）に対する伝達トルクの変化率（Ｋ）が、前記第１回転体（１１）が前記第２回転体（１３）に対して逆転の向きに前記所定角度（θ１）以下回転したときにおける前記変化率（Ｋ）に比べて小さくなるように設定され、
前記穴部（１４ｆ）は、前記第１、第２回転体（１１、１３）の軸方向から見たときに、前記第１、第２回転体（１１、１３）の径方向に長軸を有する長穴形状の中央部を、前記第１、第２回転体（１１、１３）の円周方向両側から前記長穴の内側へ窪ませた形状に形成されていることを特徴とするトルク伝達装置。
前記第１変形部（１４ａ）は、前記正転の向きに向かうほどその断面積を縮小させるように前記第１、第２回転体（１１、１３）の軸方向から見たときに略三角状に形成されており、前記第２回転体（１３）に対する前記第１回転体（１１）の前記正転の向きの相対回転角（θ）が大きくなるほど、前記変化率（Ｋ）が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のトルク伝達装置。
前記第１変形部（１４ａ）および前記第２変形部（１４ｂ）は、前記第１、第２回転体（１１、１３）の軸方向から見たときに、同一の大きさとなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のトルク伝達装置。
前記穴部（１４ｆ）は、前記第１変形部（１４ａ）を貫通しない穴であることを特徴とする請求項１または２に記載のトルク伝達装置。
内燃機関（Ｅ／Ｇ）から動力を得て稼働する圧縮機（１）を有する蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、
前記圧縮機（１）は、吐出容量を変化させることを可変容量型の圧縮機であり、
さらに、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のトルク伝達装置（１０）にて前記内燃機関（Ｅ／Ｇ）から前記圧縮機（１）へ動力を伝達することを特徴とする蒸気圧縮機式冷凍サイクル。
前記所定角度（θ１）は、前記圧縮機（１）の吐出容量が最大容量の略１０％になったときの前記圧縮機（１）の駆動トルクが前記トルク伝達装置（１０）に作用したときの相対回転角（θ）に対応する値であることを特徴とする請求項５に記載の蒸気圧縮式冷凍サイクル。