JP4813514B2

JP4813514B2 - コーンクラッチを備えたドライブスルー型エアコンプレッサー

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Publication number: JP4813514B2
Application number: JP2008098531A
Authority: JP
Inventors: トラヴィス・エル・フェッター; マイケル・アール・ジェンキンス
Original assignee: ハルデックス・ブレイク・コーポレーション
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2008-04-04
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2028-04-04
Also published as: CA2627570A1; EP1978250B1; AU2008201474A1; JP2008256210A; KR20080091011A; US20080245637A1; US8763734B2; CN101303004A; KR100930293B1; EP1978250A1; CN101303004B; CA2627570C; EP2088317A2; BRPI0801689A2; RU2368807C1; AU2008201474B2

Description

本発明は、少なくとも一つの他の車両補機に連続的に回転力を供給しながら、少なくとも一つのある車両補機に選択的に回転力を供給するクランクシャフトアセンブリに関する。特に本発明は、コーンクラッチデバイスとドライブスルー型エアコンプレッサーを含むクランクシャフトアセンブリに関する。

エアコンプレッサーまたはその他の往復動型デバイスのような車両補機に対して回転動力を選択的に供給するためにクラッチを使用することは、従来よく知られている。特許文献１〜３はそれぞれ、クランクシャフトによって駆動されるピストンを有するエアコンプレッサーに関するものである。クランクシャフトには、多板クラッチによって、当該クラッチが係合状態となった際に回転力が供給される。多板クラッチは駆動部および被駆動部を有する。クラッチの駆動部には、ドライブシャフトによって回転力が供給される。エアコンプレッサーのピストンはクランクシャフトによって動作させられる。エアコンプレッサーは、クラッチを非係合状態とすることで停止させられる。

特許文献１〜３に記載のものような、あるいはそれに類似したデバイスは、単一の車両補機に選択的に動力を供給するための好適な手段を提供する。だが、ドライブシャフトによってクラッチの駆動部に対して供給される一定の回転力は、より効率よく分配できることがすぐに判明した。つまり、クラッチの駆動部およびドライブシャフトは、クラッチが係合状態にあるか否かにかかわらず、連続的に回転している。この回転力は、クラッチが非係合状態にあるときはいつでも無駄になる。この問題に対する一つの解決策は、エアコンプレッサーのように選択的係合を要しない車両補機に動力を供給するのに、この連続的な回転を使用可能とすることである。特許文献４および特許文献５はそれぞれ、往復動型デバイスを駆動するためにクラッチおよび中空クランクシャフトを使用するデバイスを開示している。クランクシャフトは、オルタネーターまたはポンプのような第２のデバイスを駆動するためのドライブシャフトの延長部を収容するために中空である。往復動型デバイスはクラッチが係合状態にあるときにはいつでも動力が供給されるが、第２のデバイスには連続的に動力が供給される。いずれの文献も多板クラッチの使用を開示している。

特許文献４および５に記載のデバイスには重大な欠点がある。まず、多板クラッチの使用は、システムの複雑さおよびコストを増大させ、その一方でシステムの信頼性、組み付けの容易性、そして保守の容易性を低下させる。特許文献４および５に記載されたもののようなデバイスのさらなる欠点は、クラッチが車両補機と係合する様式に関する複雑さのために、多板クラッチの保守または修理のためのデバイスの分解は煩わしくかつ多くの時間を必要とするというものである。この欠点は、クラッチ自体の複雑さに関する問題を悪化させる。したがって、従来技術のこうした欠点を解決する、車両補機に動力を供給するためのデバイスが求められている。

多板クラッチ構造に由来する問題は、コーンクラッチアセンブリの導入によって解決が試みられ、そして軽減された。機械分野には数多くのコーンクラッチアセンブリの実例が存在する。特許文献６には、油圧によって作動させられ、かつ一般的構造のコーンクラッチシステムの代表例であるコーンクラッチが開示されている。コーンクラッチは雌側クラッチ部材および雄側クラッチ部材を含む。雌側クラッチ部材は円錐形状の環状内面を有する。雄側クラッチ部材は円錐形状の環状外面を有するが、これは、雌側クラッチ部材の内面と係合するよう構成されている。入力ドライブシャフト(これはシステムにおける回転動力源である)は雄側クラッチ部材に接続される。クラッチシステムの意図された用途に応じて、雄側クラッチ部材は、たとえばコイルスプリングによって、雌側クラッチ部材と係合または非係合状態となるように付勢することができる。雌側クラッチ部材は出力シャフトに対して取り付けられるか、あるいは、シャフト部材と共に単一の一体部品として製造される。したがって回転力は、雄側クラッチ部材を駆動する入力ドライブシャフトによって供給される。雄側クラッチ部材が雌側クラッチ部材と係合したとき、すなわち環状の円錐面が当接状態となったとき、回転力が雌側クラッチ部材へと、したがってまた出力シャフトへと伝達される。

特許文献７にはエアコンプレッサーと共に使用するためのコーンクラッチが開示されている。当該文献に記載のシステムはクランクシャフトに連結された雌側クラッチ部材とドライブシャフトに連結された雄側クラッチ部材とを有する。クランクシャフトはエアコンプレッサーを駆動する。特許文献７には、ドライブシャフトの入力端部にそれらを取り付けることによって、エアコンプレッサーと一緒に、ドライブシャフトによって、さまざまな補機を駆動できることが開示されている。

その他の文献には、コーンクラッチシステムのさまざまな用途およびそれに対する改善策が開示されている。引用文献８には、クラッチ部材の円錐面間で摩擦材料からなる層を使用するコーンクラッチシステムが開示されている。特許文献９には、コーンクラッチを使用する電気ドリルと共に使用するための回転式衝撃器具が開示されている。特許文献１０には、前進ギアと後退ギアとの間で選択的にトルクを伝達するのにコーンクラッチを使用する船舶用トランスミッションが開示されている。これらの、そして上記文献は、この引用によって本明細書に組み込まれる。

だが、従来技術には、クラッチシステムを車両補機に対して取り付けかつそれと一体化することの難しさに関する問題が依然として残ったままである。引用文献１から分かるように、多板クラッチアセンブリを取り付けるのは多くの工程を必要とする作業である。まず、円錐形ワッシャーアセンブリおよびクラッチ部材が中空クラッチ部材の中に配置される。その後、クラッチプレートが端部材と共に導入される。円錐形ワッシャーアセンブリへの予荷重が続いて調整され、そして端部材が溶接によって固定される。こうして完成したサブアセンブリは、クラッチハウジング内に配置される。続いてドライブ入力シャフトが、スプラインを備えたクラッチプレートを経て、ベアリングと係合するように差し込まれる。最後に、終端ベアリングおよび端部キャップがアセンブリに対して付加される。

特許文献７に開示されたデバイスにおいては、保守または修理のためのクラッチへのアクセスはまた困難であろう。上述したように、ドライブシャフトの入力端部におけるエアコンプレッサーに加えて、補機がドライブシャフトによって駆動される場合、これはクラッチへのアクセスを邪魔するであろう。クラッチにアクセスするためには、付加的補機はおそらく上記方式となるか、あるいはクラッチケーシングに搭載されるであろう。

引用文献４および５に記載のものは、そのクラッチコンポーネントと第１の車両補機コンポーネントが混じり合っているという、さらなる欠点がある。各文献に開示されたドライブシャフトは単一部品からなるが、これは、クラッチおよびクランクシャフトを貫通して、連続的な動力が供給される第２のデバイスまで延在する単一の部品からなる。こうした構造のために、補機あるいはクラッチへの修理および保守作業は、アセンブリ全体を動作不能とする。

従来構造は、修理、保守あるいは交換が必要なときにはいつでも、貴重な時間を必要とする。これは、多板クラッチ構造が複雑であるからだけでなく、クラッチシステムと車両補機との間に簡単なインターフェースが存在しないためである。それゆえ、組み立て、保守、修理および据え付けが容易である、複数の車両補機を駆動するためのデバイスが求められている。特に、少なくとも一つの他の車両補機に連続的な動力を同時供給しながら、少なくとも一つの車両補機に選択的に動力を供給する機能と共に上記特性を有するデバイスが求められている。
米国特許第4,648,805号明細書(Beaumont) 米国特許第4,632,639号明細書(Beaumont) 米国特許第4,561,827号明細書(Beaumont) 米国特許第5,497,742号明細書(Plantan) 英国特許出願公開第2176255号明細書(Christmas) 米国特許第4,226,318号明細書(Morgan) 米国特許出願公開第2004/0159524号明細書(Carpenter他) 米国特許第4,880,407号明細書(Carton-Bacon) 米国特許第4,805,706号明細書(Stone) 米国特許第6,960,107号明細書(Schaub他)

したがって本発明の目的は、第２の車両補機に連続的に回転力を供給しながら、第１の車両補機に選択的に回転力を供給するクランクシャフトアセンブリを提供することである。

本発明の別の目的は、修理、組み付けおよび保守が簡単でありかつそれに費用がかからないクランクシャフトアセンブリを提供することである。

本発明のさらに別の目的は、一つ以上の車両補機への簡素な連接手段を有するクランクシャフトアセンブリを提供することである。

本発明のまた別の目的は、簡単かつ低コストにて製造できるクランクシャフトアセンブリを提供することである。

上記およびその他の目的は、ドライブスルー型クランクシャフトアセンブリを提供することにより本発明の一実施形態によって達成されるが、当該アセンブリは、中空クランクシャフトと、ドライブシャフトと、第１の車両補機と、第２の車両補機と、回転動力源と、コーンクラッチアセンブリとを含む。中空クランクシャフトは、その軸線方向に延在する円筒孔を有する。ドライブシャフトは、クランクシャフトの軸線に沿って、このクランクシャフトの円筒孔を通って延在する。第１の車両補機はクランクシャフトに対して連接され、かつ第２の車両補機はドライブシャフトに対して連接される。回転駆動源はドライブシャフトに連接されると共にドライブシャフトに対して連続的な回転力を供給する。コーンクラッチアセンブリはドライブシャフトからクランクシャフトへと選択的に回転力を伝達する。コーンクラッチアセンブリは、外側コーン形状摩擦面を有すると共にクランクシャフトまたはドライブシャフトの一方に対して連結された雄側クラッチ部材と、クランクシャフトまたはドライブシャフトの他方に対して連結された内側コーン形状摩擦面を有する雌側クラッチ部材とを含む。雄側クラッチ部材または雌側クラッチ部材のいずれかは、クランクシャフトおよびドライブシャフトの軸線に沿って雄側クラッチ部材または雌側クラッチ部材の他方に対して係合ポジションと非係合ポジションとの間で移動可能となっている。係合ポジションにおいては、ドライブシャフトからクランクシャフトへと回転力が伝達されるように外側コーン形状摩擦面と内側コーン形状摩擦面とが互いに当接状態となる。非係合状態では、ドライブシャフトからクランクシャフトへと回転力が伝達されないように外側コーン形状摩擦面と内側コーン形状摩擦面とが非当接状態となる。コーンクラッチアセンブリは、第１の車両補機または第２の車両補機の一つに対して取り付け可能なモジュールユニットとして構成される。

ある実施形態においては、雄側クラッチ部材は、クランクシャフトまたはドライブシャフトの一方に、インボリュートスプラインによって連結される。ある実施形態においては、雌側クラッチ部材は、クランクシャフトまたはドライブシャフトの一方に、インボリュートスプラインによって連結される。ある実施形態においては、雌側クラッチ部材および出力シャフトが一体部品として形成され、かつそれらはクランクシャフトあるいはドライブシャフトの他方に対して連結される。ある実施形態においては、ドライブシャフトは少なくとも二つのシャフト部材を具備してなり、その一方は、コーンクラッチアセンブリ内であってかつそれに対して一体的に配置されており、かつそれは、クランクシャフトの円筒孔を貫通して延在すると共に第２の車両補機に対して接続されている別のシャフト部材につながっている。

ある実施形態においては、Ｏリング型シーリング部材が、コーンクラッチアセンブリと、第１の車両補機または第２の車両補機の一方との間において使用される。ある実施形態においては、雄側クラッチ部材と雌側クラッチ部材とは、スプリング力によって、係合ポジションへと付勢される。ある実施形態においては、スプリング力は、少なくとも一つのコイルスプリングによって提供される。ある実施形態においては、雄側クラッチ部材と雌側クラッチ部材とは、クラッチコントロールシステムによって互いに動作可能となっている。ある実施形態においては、クラッチコントロールシステムは、雄側クラッチ部材または雌側クラッチ部材を、液圧的、空気圧的、機械的、あるいは電気的手段によって作動させる。

ある実施形態においては、第１の車両補機は往復動型デバイスであって、かつクランクシャフトは第１の車両補機に動力を供給するために、回転力を往復動作へと変換するようになっている。ある実施形態においては、クランクシャフトに形成された偏心ローブが、回転力を往復動作へと変換するようになっている。ある実施形態においては、第１の車両補機はエアコンプレッサーを具備してなる。ある実施形態においては、第２の車両補機はオルタネーターまたはポンプを具備してなる。

本発明の第２実施形態によれば、少なくとも一つの他の車両補機に連続的に動力を供給しながら、少なくとも一つの車両補機に選択的に動力を供給するアセンブリが提供される。当該アセンブリは、クランクシャフトに対して連結された少なくとも一つの第１の車両補機と、ライブシャフトに対して連結された少なくとも一つの第２の車両補機と、ドライブシャフトに連接された回転動力源と、コーンクラッチアセンブリとを具備してなる。クランクシャフトは、このクランクシャフトが実質的に中空であるように円筒孔を有しており、かつドライブシャフトはクランクシャフトの円筒孔を通って延在している。コーンクラッチアセンブリは、クランクシャフトに対して連結された雌側クラッチ部材と、ドライブシャフトの軸線に沿って移動可能な、ドライブシャフトに対して連結された雄側クラッチ部材とを含む。雌側クラッチ部材は内側コーン形状面を有すると共に、雄側クラッチ部材は外側コーン形状面を有する。外側コーン形状面は、内側コーン形状面と実質的に密着状態で接触する。コーンクラッチアセンブリは、係合状態ならびに非係合(離断)状態とすることができる。係合状態にあっては、雄側クラッチ部材から雌側クラッチ部材への回転力の伝達を可能とするために、外側コーン形状面および内側コーン形状面が実質的に密着状態で当接するように、雄側クラッチ部材が雌側クラッチ部材に対して位置させられる。非係合状態にあっては、雄側クラッチ部材は、外側コーン形状面と内側コーン形状面とが当接しないように、雌側クラッチ部材に対して位置させられる。回転力は、動力源から少なくとも一つの第１の車両補機へと、ドライブシャフト、コーンクラッチおよびクランクシャフトを介して、コーンクラッチアセンブリが係合状態にあるときに選択的に伝達される。回転力は、動力源から少なくとも一つの第２の車両補機へと、ドライブシャフトを介して連続的に伝達される。

ある実施形態においては、コーンクラッチアセンブリは、少なくとも一つの第１または第２の車両補機に対して取り付けるためのモジュールユニットとして構成される。ある実施形態においては、Ｏリング型シーリング部材が、コーンクラッチアセンブリと、少なくとも第１または第２の車両補機との間において、その連結部をシールするために使用される。ある実施形態においては、ドライブシャフトは少なくとも二つのシャフト部材を具備してなり、その一方は、コーンクラッチアセンブリ内であってかつそれに対して一体的に配置されており、かつそれは、クランクシャフトの円筒孔を貫通して延在すると共に第２の車両補機に対して接続されている別のシャフト部材につながっている。

ある実施形態においては、雌側クラッチ部材は、クランクシャフトに対して、インボリュートスプラインによって連結される。ある実施形態においては、雄側クラッチ部材は、ドライブシャフトに対して、インボリュートスプラインによって連結される。ある実施形態においては、雌側クラッチ部材および出力シャフトは、クランクシャフトに対する連結のための一体部品として形成される。ある実施形態においては、コーンクラッチアセンブリは、雄側クラッチ部材に力を加える少なくとも一つのコイルスプリングによって係合状態となるよう付勢される。ある実施形態においては、雄側クラッチ部材は、液圧的手段、空気圧的手段、機械的手段あるいは電気的手段によって作動させられる。

ある実施形態においては、第１の車両補機は往復動型デバイスであって、かつクランクシャフトは第１の車両補機に動力を供給するために回転力を往復動作へと変換する。ある実施形態においては、クランクシャフトに形成された偏心ローブが回転力を往復動作へと変換する。ある実施形態においては、第１の車両補機はエアコンプレッサーを具備してなる。ある実施形態においては、第２の車両補機はオルタネーターまたはポンプを具備してなる。

本発明の第３実施形態によれば、第２の車両補機に連続的に回転力を供給しながら、第１の車両補機に選択的に回転力を供給するアセンブリが提供されるが、当該アセンブリは、第１の車両補機に対して連接された中空円筒状クランクシャフトと、第２の車両補機に連接された円柱状ドライブシャフトと、ドライブシャフトに連接されると共に第２の車両補機に対して連続的な回転力を供給する回転動力源と、第１の車両補機に対して連接されたコーンクラッチアセンブリとを含む。ドライブシャフトは、中空クランクシャフト内に同軸状に配置される。コーンクラッチアセンブリは、外側円錐面を備えた円錐形状を有する雄側クラッチ部材を含む。雄側クラッチ部材は、ドライブシャフトに対して雄側クラッチ部材の半径方向動作を阻止しながら、ドライブシャフトの軸線に沿ったドライブシャフトに対する雄側クラッチ部材の移動を可能とするよう、インボリュートスプラインによってドライブシャフトに対して連結されている。コーンクラッチアセンブリはまた、内側円錐面を備えた円錐カップ形状部および出力シャフト部を有する雌側クラッチ部材を含み、円錐カップ形状部および出力シャフト部は単一部品として形成されている。出力シャフト部はクランクシャフトに対する雌側クラッチ部材の移動を阻止するためにインボリュートスプラインによってクランクシャフトに連結されている。コーンクラッチアセンブリは、ドライブシャフトおよび雄側クラッチ部材から雌側クラッチ部材およびクランクシャフトへと回転力が伝達され、これによって第１の車両補機へと回転力が供給されるよう、外側円錐面が雌側クラッチ部材の内側円錐面と実質的に密着状態で当接するように、雄側クラッチ部材がドライブシャフトの軸線に沿って位置させられた係合状態となることができる。

ある実施形態においては、コーンクラッチアセンブリはモジュールユニットとして構成されている。ある実施形態においては、コーンクラッチアセンブリと第１の車両補機との連結部はＯリング型シーリング部材によってシールされる。ある実施形態においては、ドライブシャフトは少なくとも二つのシャフト部材を具備してなり、その一方は、コーンクラッチアセンブリ内であってかつそれに対して一体的に配置されており、かつそれは、クランクシャフトの円筒孔を貫通して延在すると共に第２の車両補機に対して接続されている別のシャフト部材につながっている。ある実施形態においては、コーンクラッチアセンブリは、雄側クラッチ部材に力を加える少なくとも一つのコイルスプリングによって係合状態となるよう付勢される。ある実施形態においては、雄側クラッチ部材は、液圧的手段、空気圧的手段、機械的手段あるいは電気的手段によって作動させられる。

本発明のさらに他の実施形態によればドライブスルー型クランクシャフトアセンブリが提供されるが、当該アセンブリは、往復動型車両補機と、クランクシャフトに形成された偏心ローブによって、前記往復動型車両補機に連接された中空クランクシャフトと、クランクシャフト内に配置されると共に第２の車両補機に連接されたドライブシャフトと、回転動力源と、往復動型車両補機に配設されるコーンクラッチアセンブリと、クラッチコントロールシステムとを含む。コーンクラッチアセンブリは、内側コーン面を有するようにコーン形状とされかつインボリュートスプラインによってクランクシャフトに対して連結された雌側クラッチ部材と、外側コーン面を有するようにコーン形状とされかつインボリュートスプラインによってシャフトアダプターに対して連結されており、雄側クラッチ部材はシャフトアダプターに沿って軸方向に移動可能であり、かつシャフトアダプターは、インボリュートスプラインによってドライブシャフトに連結されてなると共に動力源に対して連結された雄側クラッチ部材とを含む。コーンクラッチアセンブリは、外側コーン面が内側コーン面と実質的に密着状態で当接すると共に雄側クラッチ部材から雌側クラッチ部材へと回転力が伝達される係合状態と、外側コーン面が内側コーン面に当接しない非係合状態とをとることができる。クラッチコントロールシステムは雄側クラッチ部材を動作させる。回転力は、動力源から、ドライブシャフトアダプター、雄側クラッチ部材、ドライブシャフトおよび第２の車両補機へと連続的に伝達される。回転力は、クラッチが係合状態にあるとき、ドライブシャフトアダプターおよび雄側クラッチ部材によって、動力源から、雌側クラッチ部材、クランクシャフトおよび往復動型車両補機へと選択的に伝達される。

ある実施形態においては、雄側クラッチ部材は、スプリング力によって、雌側クラッチ部材と当接状態となるよう付勢される。ある実施形態においては、スプリング力は、少なくとも一つのコイルスプリングによって提供される。ある実施形態においては、コーンクラッチアセンブリはモジュールユニットとして構成される。ある実施形態においては、コーンクラッチアセンブリと第１の車両補機との連結部はＯリング型シーリング部材によってシールされる。ある実施形態においては、クラッチコントロールシステムは、液圧式、空気圧式、機械式、あるいは電気式のものである。

本発明のその他の目的および特徴は、上記説明に加えて、以下の詳細な説明ならびに図面から明らかとなるであろう。

以下、本発明の一実施形態について、図１ないし図３を参照して説明するが、ここで同じ参照数字は同じ構成要素を指し示している。図１は、縦断面にて、近位側２０および遠位側２１を有するクランクシャフトアセンブリ１０を示している。図２は等角断面にてクランクシャフトアセンブリ１０を示しているが、これはクランクシャフトアセンブリ１０のいくつかの構成要素をより明瞭に示している。

クランクシャフトアセンブリ１０は、第１の車両補機(この例ではエアコンプレッサー１２)と、コーンクラッチ１１と、クランクシャフト１３と、ドライブシャフト１４と、回転動力源１５とを含む。

クランクシャフト１３は、それが実質的に中空であるように、その長手方向軸線に沿って円筒孔を有する。ドライブシャフト１４はクランクシャフト１３の円筒孔内に配置され、かつクランクシャフト１３の近位端部および遠位端部の両方から突出している。クランクシャフト１３およびドライブシャフト１４は、回転力を加えることで、それぞれ互いに別個に回転できるよう構成されている。クランクシャフト１３はボールベアリング１６によって回転可能に支持されている。図１から最もよく分かるように、本実施形態においては、クランクシャフト１３は、その長手方向軸線の中央付近に形成されたローブ(葉状突出物)１９を有する。このローブ１９は円形であるが、クランクシャフト１３に対して偏心状態で配置されており、これによってローブ１９はクランクシャフト１３が回転するとき上下に動作するように見える。ローブ１９はしたがって偏心ローブである。

本発明のさまざまな実施形態において、第１の車両補機は、エアコンプレッサーのような往復動型デバイスとなる。図示せず１に示すエアコンプレッサー１２は、コンプレッサーシリンダー１８内で往復動するピストン１７を有する。ピストン１７は、クランクシャフト１３が回転するときローブ１９が上下に動作しそしてピストン１７をシリンダー１８内で上下に駆動するよう、ローブ１９に対して連接されている。このようにして、エアコンプレッサーは圧縮空気を作り出す。本発明のさまざまな実施形態においては、一つ以上の車両補機をクランクシャフト１３に連接することが、そしてそれによって回転力を供給することができる。たとえば、クランクシャフト１３の長さは、ローブ１９と類似の付加的ローブを受け容れるために延長することができる。こうした、そして類似の変更は当業者には明らかである。

ドライブシャフト１４の遠位端部にはドライブホイールが取り付けられている。ドライブホイール２２は、図示していない第２の車両補機に対して回転動力を供給するのに使用される。第２の車両補機は、回転動力を使用するいかなる車両補機であってもよい。そうした車両補機の例としては、オルタネーターおよびポンプが挙げられる。ドライブホイール２２は、その外側半径方向面(周面)に形成されたギア歯２４を有する。このギア歯２４は、第２の車両補機の補機ドライブホイール(やはり図示せず)のギア歯と係合し、これによって回転力はドライブシャフト１４から第２の車両補機へと伝達されるようになっている。他の実施形態においては、回転力を第２の車両補機へと伝達するのに別の手段を、たとえばベルトドライブ機構またはドライブホイールに形成されたスプラインを使用できる。ある実施形態では、第２の車両補機は往復動型デバイスであってもよい。こうした実施形態では、ドライブホイール２２はローブ１９と類似のローブであってもよい。本発明のさまざまな実施形態では、ドライブシャフトは、さまざまな手段で一つ以上の第２の車両補機に対して回転動力を伝達できる。たとえば、ドライブシャフト１４の遠位端部は一つ以上のドライブホイール２２を受け容れるために長手方向に延長することができる。そうした変更は当業者には明らかである。

図にはまた、エアコンプレッサー１２の近位側に設けられたコーンクラッチ１１が示されている。コーンクラッチ１１は、取り付けボルト２６によってエアコンプレッサー１２に対してボルト止めされている。コーンクラッチ１１とエアコンプレッサー１２との間の連結部は、Ｏリング型シール２７によってシールされている。Ｏリングシール２７は、コーンクラッチ１１およびエアコンプレッサー１２の内部が外部環境と連通状態となるのを阻止する。

コーンクラッチ１１は雌側クラッチ部材２８と雄側クラッチ部材２９とを含む。両方のクラッチ部材２８および２９は概して環状であり、かつクランクシャフト１３およびドライブシャフト１４と共に互いに共通の軸線を有する。両クラッチ部材２８および２９はまた環状コーン形状面を有する。雌側クラッチ部材２８は内側コーン形状面３０を有し、かつ雄側クラッチ部材２９は外側コーン形状面３１を有する。両クラッチ部材のコーン形状面は相補的なものであり、すなわちそれらは、クラッチ部材が当接させられたとき、そのそれぞれの表面領域の実質的に全てが実質的にぴったりと接触した状態となるよう構成されている。

図１および図２に示すように、雌側クラッチ部材２８は、出力シャフトとして機能する環状シャフト部３２を含む。雌側クラッチ部材２８は単一(一体)部品として形成されている。すなわち、内側コーン形状面３０およびシャフト部３２を有する部分は単一部品である。シャフト部３２はその内周面にインボリュートスプライン３３ａを有し、これはクランクシャフト１３の近位端部上のインボリュートスプライン３３ｂと結合する。インボリュートスプライン３３は雌側クラッチ部材２８がクランクシャフト１３に対して回転するのを阻止し、かつ雌側クラッチ部材２８からクランクシャフト１３へと回転力を伝達するのを可能とする。インボリュートスプライン３３を図２に示す。本明細書において使用しているように、「インボリュートスプライン」との用語は、この技術分野において、慣例的かつ普通の意味を持つ。「インボリュートスプライン」とは、矩形ではないが、図２に示すような角のあるプロファイルを有するスプラインを意味する。

図示する実施形態においては、雌側クラッチ部材２８はドライブシャフト１４およびクランクシャフト１３の軸線に沿って動くことはできないが、当該軸線を中心として回転することはできる。ベアリング３６が、雌側クラッチ部材２８を回転可能に支持している。

コーンクラッチ１１は、ドライブシャフト１４と共通の軸線を有しかつそれと結合するドライブシャフトアダプター３５を含む。雌側クラッチ部材２９はドライブシャフトアダプター３５に配設されている。ドライブシャフトアダプター３５は、ドライブシャフト１４に対する結合のための結合部３７を有する。結合部３７は、ドライブシャフト１４の近位端部に形成されたインボリュートスプライン３８ｂ係合するよう構成された、その内側環状面上に形成されたインボリュートスプライン３８ａを有する。したがって、インボリュートスプライン３８は、ドライブシャフトアダプター３５がドライブシャフト１４に対して回転するのを阻止し、かつ二つの部品間で回転力を伝達するのを可能とする。繰り返すが、インボリュートスプライン３８は図２に示されるものである。

本実施形態は、コーンクラッチ１１をクランクシャフト１３およびドライブシャフト１４に対して結合するのにインボリュートスプラインを使用している。インボリュートスプラインは好ましい結合手段であるが、その他の結合手段を用いることもできる。インボリュートスプラインシステムは、たとえばキーシステムのようなその他のシステムよりも、組み付けのためには、はるかに簡素なものである。キーシステムにおいては、結合される部材の一つの上に形成された単一のキー要素が、結合される別の部材上の対応するキーシート内に配置される。キーシステムにおいては、結合される構成要素は、キー要素がキーシートと整列するように、特定の向きに配置する必要がある。だが、インボリュートスプラインシステム３８および３３はその向きに関係なく結合可能である。なぜならスプラインは、当接させられる表面に、結合部材の軸線を中心として均一に分布しているからである。そうした構成によって、コーンクラッチアセンブリ１１の組み込みが極めて容易なものとなっている。

雄側クラッチ部材２９はドライブシャフトアダプター３５のシャフト部３９の上に設けられている。シャフト部３９は、その外面上に形成されたインボリュートスプライン４０ａを有している。インボリュートスプライン４０ａはドライブシャフトアダプター３５のシャフト部３９の長さに沿って延在している。雄側クラッチ部材２９は、シャフト部３９のインボリュートスプライン４０ａと係合する内側環状面に形成されたインボリュートスプライン４０ｂを有している。シャフト部３９は、雄側クラッチ部材２９がシャフト部３９の長さに沿って軸方向に、ある選択された範囲でスライドできるような寸法とされている。だが、インボリュートスプライン４０は雄側クラッチ部材２９とシャフト部３９との間の相対的な回転を阻止し、そしてこれら二つの部材間での回転力の伝達を可能とする。インボリュートスプライン４０は図２に示すようなものである。ドライブシャフトアダプター３５の近位端部は回転動力源１５につながっている。この接続は、個別の実施形態に応じて、スプライン、ギアあるいはベルトによって行える。動力源は、たとえば自動車のモーターであってもよい。以下でさらに詳しく説明するように、動力源はクランクシャフトアセンブリ１０全体に回転力を供給する。

図示する実施形態においては、雄側クラッチ部材２９は、それを遠位方向に付勢するスプリング力によって作動する。スプリング力はコイルスプリング４１によって供給されるが、それは雄側クラッチ部材２９の近位側に形成された円筒形ポケット４２内に配置されている。雄側クラッチ部材２９は、それゆえ、コーンクラッチ１１の係合状態が維持されるよう、コイルスプリング４２によってもたらされるスプリング力によって雌側クラッチ部材２８と当接状態となるよう付勢される。コーンクラッチ１１が図１および図２に示す係合状態にあるとき、雄側クラッチ部材２９は、内側コーン形状面３０と外側コーン形状面３１とが実質的にぴったりと接触した状態となるように、雌側クラッチ部材２８に対して位置させられる。これらの面同士が実質的にぴったりと接触した状態にあるとき、回転力は雄側クラッチ部材２９から雌側クラッチ部材２８へと伝達される。

コーンクラッチ１１はまた、雌側クラッチ部材２９を雄側クラッチ部材２８から切り離す(非係合状態とする)ためのクラッチコントロールシステム５１を含む。雄側クラッチ部材２９は、遠位側を向く面４４を有する、その近位端部に環状リップ４３を有する。面４４は、シリンダー４６内に配置されかつ雄側クラッチ部材２９の直径を取り囲むように一定の間隔で配置されたピストン４５に当接した状態となっている。ピストン４５は、コイルスプリング４１のスプリング力に打ち勝ち、そして雄側クラッチ部材２９を雌側クラッチ部材２８から離れるように移動させるのに十分な力を雄側クラッチ部材に加えるために使用される。図示する実施形態では、クラッチコントロールシステム５１は空気圧式のものであり、空気圧がピストンに作用することを可能とする一つの導入口４７が示されている。だが、一つ以上の導入口４７がコーンクラッチ１１に存在していてもよい。別の実施形態では、同様にして、油圧式、機械式、あるいは電気式クラッチコントロールシステムを採用できる。クラッチコントロールシステム５１の動作は、車両システム監視コンピューター、車両使用者、あるいはその他の手段によって制御される。

コーンクラッチ１１は、その近位端部に、ケース４９内にその構成要素を収容し、そしてそれを保持するための端部キャップ４８を含む。端部キャップ４８は、ケース４９にボルト止めされており、しかもドライブシャフトアダプター３５と動力源１５との間の接続を可能とするための開口５０を含んでいる。

図１、図２および図３は、本実施形態のコーンクラッチ１１の重要な態様を示している。コーンクラッチ１１は、クラッチアセンブリの組み込み、修理、そして保守を容易なものとするために、実質的に自己完結型(自己充足型)のモジュールユニットであるよう設計されている。これは、コーンクラッチ１１が一般的な取り付け手段、たとえば本実施形態において用いたボルトを有するように設計することによって実現される。さらに、コーンクラッチ１１は、その作用コンポーネント、すなわち雌側クラッチ部材２８のシャフト部３２およびドライブシャフトアダプター３５を、車両補機の作用コンポーネント、たとえばクランクシャフト１３およびドライブシャフト１４に対して連結するために簡単な手段を備えるべきである。図１、図２および図３に示す実施形態は、連結が比較的容易であるインボリュートスプラインを用いて、これを実現している。コーンクラッチ１１はエアコンプレッサー１２に対してボルト止めされるように図示されているが、さまざまなデバイスに対して取り付けかつさまざまなデバイスと共に使用することができる。

コーンクラッチ１１のモジュール態様は、有効なドライブシャフトを二つのコンポーネントに分けるドライブシャフトアダプター３５を使用することで、さらに強化される。「有効なドライブシャフト」とは、動力源１５から本システムへ回転力を伝達するための手段を意味する。上述したように、さまざまな従来デバイスでは、ドライブシャフトは、クラッチアセンブリおよび第１の車両補機の両方を貫通して延在する単一部品であった。だが、図示する実施形態においては、有効なドライブシャフトは、コーンクラッチアセンブリ１１の一部であるドライブシャフトアダプター３５と、エアコンプレッサー１２の一部であるドライブシャフト１４とからなっている。これによって、クラッチ自体または第１の車両補機のいずれかに関する作業のためのクラッチユニットの取り外しが容易なものとなる。コーンクラッチ１１と補機とをつなぐためにインボリュートスプラインを使用する簡素な手段と組み合わされた二部品(ツーピース)有効ドライブシャフトによって、エアコンプレッサー１２を他のクラッチユニットと共に、あるいはコーンクラッチユニットを他の車両補機と共に使用するのが容易なものとなる。コーンクラッチ１１の取り外しが必要なときは、単にボルトが外されて、同様のユニットで置き換えることができる。

図３は、図１および図２に示すクランクシャフトアセンブリ１０の外観を示している。コーンクラッチアセンブリ１１は、第１の車両補機(エアコンプレッサー１２)に対して、ボルト２６を用いてボルト止めされた状態で示されている。ドライブホイール２２を、その上に形成されたギア歯２４と共に、ケース５２の開口から認識できる。ローブ１９もまた認識可能である。図３は導入口４７を別の方向から見て示しているが、それはコントロールシステム５１の一部である。開口５０がまた図３には示されている。

以下、図示する実施形態の典型的な動作方式について説明する。まず、コーンクラッチ１１が係合状態にあるときのシステムの機能について説明する。図示すると共に先に説明した実施形態においては、係合状態は、コイルスプリング４１による雄側クラッチ部材２９の付勢によってデフォルト(既定)状態である。係合状態においては、クラッチコントロールシステム５１は、コイルスプリング４１のスプリング力に打ち勝つには不十分な力しかピストン４５に供給せず、したがって雌側クラッチ部材２９は雄側クラッチ部材２８と実質的にぴったりと接触した状態となるよう付勢される。動力源１５はドライブシャフトアダプター３５に対して連続した回転力を供給する。したがって、雄側クラッチ部材２９、ドライブシャフト１４、ドライブホイール２２および第２の車両補機は、連続的な回転力を受ける。それゆえ、雄側クラッチ部材２９が雌側クラッチ部材２８と当接状態となるとき、回転力は雌側クラッチ部材２８に伝達される。雌側クラッチ部材２８が今度は、エアコンプレッサー１２を駆動するクランクシャフト１３に対して回転力を伝達する。したがって、エアコンプレッサー１２には、コーンクラッチアセンブリ１１を係合させることで選択的に回転力を供給でき、一方、第２の車両補機は連続的な回転力を受ける。

エアコンプレッサー１２は、コーンクラッチ１１をそれが非係合状態となるように制御することで停止させることができる。連続的な回転力は、依然として、ドライブホイール２２に、したがって第２の車両補機に対して供給される。雄側クラッチ部材２９は、クラッチコントロールシステム５１によってドライブシャフトアダプター３５のインボリュートスプライン４０に沿って軸方向に強制的にスライドさせられるが、クラッチコントロールシステム５１は、当該システムにおける空気圧を増大させることによって、コイルスプリング４１によってもたらされるスプリング力に打ち勝つために、導入口４７、ピストン４５およびシリンダー４６を利用する。これによってコーンクラッチ１１は非係合状態となるが、この状態では、雄側クラッチ部材２９は、その外側コーン形状面３１が雌側クラッチ部材２８の内側コーン形状面３０に当接しないように位置させられる。非係合状態では、雄側クラッチ部材２８は雌側クラッチ部材２９から回転力を受けず、それゆえクランクシャフト１３は回転せず、エアコンプレッサー１２は作動しない。上述したように、クラッチコントロールシステム５１の作動は、車両システム監視コンピューターまたはその他の手段によって制御可能である。

したがって、図１ないし図３に示す本発明の実施形態は、少なくとも一つの他の車両補機に連続的に動力を供給しながら、少なくとも一つの車両補機に選択的に動力を供給するためのアセンブリを提供する。当該アセンブリのコンポーネントの修理、保守および交換の容易性はまた、コーンクラッチアセンブリのモジュール構造によって、そしてコンポーネント間でのインボリュートスプラインのような簡素な連結手段の使用によって著しく改善される。

本発明について部品、特徴部などの特定の配置構成を参照して説明してきたが、これは全ての実施可能な配置構成あるいは特徴を論じ尽くすことを意図してはおらず、むろん、それ以外のさまざまな変更および変形例は当業者には明らかであろう。

本発明の一実施形態の縦断面図である。本発明の一実施形態の等角断面図である。本発明の一実施形態の等角図である。

符号の説明

１０クランクシャフトアセンブリ
１１コーンクラッチ
１２エアコンプレッサー
１３クランクシャフト
１４ドライブシャフト
１５回転動力源
１６ボールベアリング
１７ピストン
１８コンプレッサーシリンダー
１９ローブ
２２ドライブホイール
２４ギア歯
２６取り付けボルト
２７Ｏリング型シール
２８雌側クラッチ部材
２９雄側クラッチ部材
３０内側コーン形状面
３１外側コーン形状面
３２環状シャフト部
３３,３３ａ,３３ｂインボリュートスプライン
３５ドライブシャフトアダプター
３６ベアリング
３７結合部
３８,３８ａ,３８ｂインボリュートスプライン
３９シャフト部
４０,４０ａ,４０ｂインボリュートスプライン
４１コイルスプリング
４２円筒形ポケット
４３環状リップ
４４面
４５ピストン
４６シリンダー
４７導入口
４８端部キャップ
４９ケース
５０開口
５１クラッチコントロールシステム
５２ケース

Claims

少なくとも１つの一方の車両補機に選択的に動力を供給すると共に少なくとも１つの他方の車両補機に連続的に動力を供給するドライブスルー型クランクシャフトアセンブリであって、
円筒孔を有しているクランクシャフトに対して連接されている第１の車両補機と、
第２の車両補機に対して連接するように、前記クランクシャフトの前記円筒孔を貫通して延在しているドライブシャフトと、
モジュールユニットとして構成されているコーンクラッチアセンブリと、
を備えている前記ドライブスルー型クランクシャフトアセンブリにおいて、
前記コーンクラッチアセンブリが、
外側コーン形状摩擦面を有している雄側クラッチ部材と、
内側コーン形状摩擦面を有している雌側クラッチ部材と、
前記コーンクラッチアセンブリの構成部品を保持するための、且つ、前記コーンクラッチアセンブリを前記第１の車両補機の補機ケースに取り付けるためのケースと、
前記ケースを貫通して延在していると共に、前記ドライブシャフト及び回転動力源に対して連接されているドライブシャフトアダプターと、
を備えており、
前記雄側クラッチ部材及び前記雌側クラッチ部材のうち一方のクラッチ部材が、前記クランクシャフトに対して連接されており、
前記雄側クラッチ部材及び前記雌側クラッチ部材のうち少なくとも一方のクラッチ部材が、回転動力が前記雄側クラッチ部材と前記雌側クラッチ部材との間において伝達するように前記外側コーン形状摩擦面と前記内側コーン形状摩擦面とが互いに接触状態にある係合ポジションと、回転動力が前記雄側クラッチ部材と前記雌側クラッチ部材との間において伝達しないように前記外側コーン形状摩擦面と前記内側コーン形状摩擦面とが非接触状態にある非係合ポジションとの間において、前記クランクシャフトの軸線と前記ドライブシャフトの軸線とに沿って、前記雄側クラッチ部材及び前記雌側クラッチ部材のうち他方のクラッチ部材に対して相対的に移動可能とされ、
前記クランクシャフトに対して連接されていない前記雄側クラッチ部材及び前記雌側クラッチ部材のうち一方のクラッチ部材が、前記ドライブシャフトアダプターに対して連接されていることを特徴とするドライブスルー型クランクシャフトアセンブリ。
前記雄側クラッチ部材が、インボリュートスプラインによって、前記クランクシャフト又は前記ドライブシャフトアダプターに対して連接されていることを特徴とする請求項１に記載のドライブスルー型クランクシャフトアセンブリ。
前記雌側クラッチ部材が、インボリュートスプラインによって、前記クランクシャフト又は前記ドライブシャフトアダプターに対して連接されていることを特徴とする請求項１に記載のドライブスルー型クランクシャフトアセンブリ。
前記雄側クラッチ部材が、前記ドライブシャフトアダプターに対して連接されており、
前記雌側クラッチ部材が、前記クランクシャフトに対して連接されていることを特徴とする請求項１に記載のドライブスルー型クランクシャフトアセンブリ。
前記コーンクラッチアセンブリが、前記雌側クラッチ部材と一体化され且つ前記クランクシャフトに対して連接されている出力シャフトを備えていることを特徴とする請求項４に記載のドライブスルー型クランクシャフトアセンブリ。
前記雄側クラッチ部材又は前記雌側クラッチ部材が、スプリング力によって、前記係合ポジションに向かって付勢されていることを特徴とする請求項１に記載のドライブスルー型クランクシャフトアセンブリ。
前記雄側クラッチ部材及び前記雌側クラッチ部材が、クラッチコントロールシステムによって、互いに対して相対的に移動されることを特徴とする請求項１に記載のドライブスルー型クランクシャフトアセンブリ。
Ｏリング型シーリング部材が、前記コーンクラッチアセンブリの前記ケースと前記第１の車両補機との間に配設されることによって、前記コーンクラッチアセンブリの前記ケースと前記第１の車両補機との間の連結部がシールされていることを特徴とする請求項１に記載のドライブスルー型クランクシャフトアセンブリ。
第１の車両補機に選択的に回転動力を供給すると共に第２の車両補機に連続的に回転動力を供給するために、モジュールユニットとして構成されている請求項１〜８のいずれか一項に記載のコーンクラッチアセンブリであって、
外側コーン形状摩擦面を有している雄側クラッチ部材と、
内側コーン形状摩擦面を有している雌側クラッチ部材と、
クランクシャフトに対して連接させることによって前記第１の車両補機に動力を供給するために、前記雌側クラッチ部材と一体化されている前記出力シャフトと、
前記コーンクラッチデバイスの構成部品を保持するためのケースと、
ドライブシャフトに対して連接させることによって前記第２の車両補機に電力を供給し且つ前記雄側クラッチ部材に対して連接させるために、前記ケースを貫通して延在しているドライブシャフトアダプターと、
を備えている前記コーンクラッチアセンブリにおいて、
前記雄側クラッチ部材と前記雌側クラッチ部材とが、係合ポジションと非係合ポジションとの間において互いに対して相対的に移動可能とされることを特徴とするコーンクラッチアセンブリ。
前記出力シャフトが、前記クランクシャフトの外面に形成されているインボリュートスプラインと結合するために、前記出力シャフトの環状内面に形成されているインボリュートスプラインを含んでいることを特徴とする請求項９に記載のコーンクラッチアセンブリ。
前記ドライブシャフトアダプターが、前記ドライブシャフトの外面に形成されているインボリュートスプラインと結合するために、前記ドライブシャフトアダプターの環状内面に形成されているインボリュートスプラインを含んでいることを特徴とする請求項９に記載のコーンクラッチアセンブリ。
前記ドライブシャフトアダプターが、前記雄側クラッチ部材の環状内面に形成されているインボリュートスプラインと結合するために、シャフト部に形成されているインボリュートスプラインを含んでいることを特徴とする請求項１１に記載のコーンクラッチアセンブリ。