JP6637504B2 - 燃焼エンジンから補助ユニットに回転モーメントを伝達する装置 - Google Patents

Description

本発明は、補助ユニットのシャフトと、補助ユニットの筐体に回転可能な形で配置されたベルトプーリーとを備えた、燃焼エンジンから補助ユニットに、特に、自動車の空調設備のコンプレッサに回転モーメントを伝達する装置に関し、これらのベルトプーリーと補助ユニットのシャフトが、過負荷保護部を介して互いに接続されており、この過負荷保護部は、所定の回転モーメントを上回った場合に、これらのベルトプーリーと補助ユニットのシャフトの間の接続が遮断されるように構成されており、この過負荷保護部は、複数のスプリングアームを備えたスプリングワッシャーを有し、これらのスプリングアームの終端側が、所定の回転モーメントに到達するまで円板形状の留め具の接続部と回転ずれしない形で接続されている。

空調設備を備えた自動車では、通常空調設備のコンプレッサは、ベルト伝動部を介して燃焼エンジンのクランクシャフトによって駆動される。その結果、空調設備のコンプレッサが故障した場合、自動車のベルト伝動部全体をブロック又は損傷させることとなる。

そのような欠点を排除するために、空調設備のコンプレッサが故障した場合に、ベルトプーリーとコンプレッサのシャフトの間の駆動接続を遮断することを保証する過負荷保護部をコンプレッサのベルトプーリーとコンプレッサのシャフトの間の駆動系統に備えた装置が知られている。そこでは、ベルトプーリーが、コンプレッサの筐体上を自由に回転することができ、その結果、自動車のベルト伝動部全体がブロック又は損傷されない。

請求項１の上位概念の特徴を有する装置は特許文献１により周知である。その装置では、過負荷保護部は、ベルトプーリーと回転ずれしない形で接続されたスプリングワッシャーと、コンプレッサのシャフトと回転ずれしない形で接続された留め具部材とを有する。そのスプリングワッシャーは、半径方向に対して外側に本来の円板を越えて突き出た、円周方向に延びるスプリングアームを有し、その終端は、留め具部材とその留め具部材に固定された挟持板の間に挟持されている。回転モーメントが所定の大きさを上回った場合、スプリングアームの終端が、その挟持接続部から滑り出て、その結果、ベルトプーリーとコンプレッサのシャフトの間の回転モーメントの伝達が最早起こらず、ベルトプーリーが、コンプレッサの筐体上を自由に回転することができる。

その過負荷保護部が、複数の個別部品から、即ち、スプリング部材と留め具部材の外に、追加の挟持板と、その挟持板を留め具部材に固定するためのリベット形状の固定部材から構成されているので、その過負荷保護部の構造は、非常に負担がかかる、詳しくは、その製造に関しても、その組立てに関しても負担がかかる。

特許文献２により、過負荷保護部を備えた同様の装置が周知であるが、それは、それ自身の構成部品として留め具を備えていない。むしろ、ベルトプーリーのベルト輪郭に隣接する領域内に、共通の周縁上に対称的な複数の穴が配置され、それらの穴に、ネジ形状の部材が差し込まれて、ロックナットを用いて固定されており、それらのネジ形状の部材は、頭部領域内の外側にポケット状収容部を有し、それらの収容部には、それぞれスプリングワッシャーのスプリングアームの終端が嵌入している。その場合、それらの収容部とスプリングアームの終端は、過負荷時にスプリングアームの終端が収容部から滑り出ることができるように構成されている。そのような過負荷保護部の構造は、同じく非常に負担がかかり、改善する余地が有る。

欧州特許公開第２７２２５５８号明細書 米国特許公開第２０１２／０２８５７８４号明細書

本発明の課題は、構造が大幅に簡略化され、過負荷保護部の応答挙動の設計が改善され、回転軸の方向への荷重が軽減されるように前述した装置を改善することである。

この課題は、冒頭で述べた形式の装置において、本発明に基づき、留め具の各接続部が、それぞれ留め具内のポケット状収容部として構成され、各スプリングアームの終端が、ばね応力の影響下で圧力ばめによりポケット状収容部の当接面に当接して、このポケット状収容部の各々が、留め具から領域に渡って切り出されてフック形状に成形された突起部として構成されることによって解決される。

本発明による装置の過負荷保護部の構造は、過負荷保護部が基本的に二つの構成部品、即ち、例えば、深絞り加工によって、簡単に製造できるスプリングワッシャーと円板形状の留め具だけから構成され、この形式の周知の装置と比べて大幅に簡略化されている。スプリングワッシャーのスプリング終端が、そのばね応力に対抗して、留め具のポケット状収容部に差し込まれなければならないだけであり、これらの終端が、その時に圧力ばめによりポケット状収容部の各当接面に当接するので、この組み立ても極めて簡単である。スプリングワッシャー又はそのスプリングアームを留め具で支持することによって、回転軸の方向への追加負荷が伝達又は増大されず、その結果、ベルトプーリーの軸受けへの荷重が過負荷保護部によって上昇されない。このポケット状収容部は、留め具の一体的な構成部品であり、その結果、留め具と接続しなければならない追加部材が不要となる。

有利な実施形態では、各スプリングアームの終端と各当接面は、互いに適合し合う成形部を有し、それによって、圧力ばめによる接続の外に、更に、形状結合による接続も実現すると規定される。

これらの成形部は、有利には、製造過程で簡単にエンボス加工できる内側湾曲部又は外側湾曲部として構成される。それによって、スプリングアームの終端が、圧力ばめによってだけでなく、形状結合によっても留め具に簡単に保持され、そのことは、過負荷保護部の設計をその応答挙動に関して更に変更可能な形態にしている。

有利な実施形態では、各ポケット状収容部の突起部が追加の補強部を有すると規定される。

この補強部は、例えば、突起部にエンボス加工することができる。その場合、ポケット状収容部は一層強固なものとなり、過負荷保護部の作用のために必要なばね特性が、専らスプリングワッシャーとスプリングアームによって提供される。

それに代わって、各突起部が弾力的に構成されると規定することもできる。それによって、過負荷保護部の応答挙動の設計に関する更なる変更可能性が得られる。

有利な別の実施形態では、留め具が、周縁領域において各突起部に隣接して、それに対応するスプリングアームの方向を向いた、そのスプリングアームに当接する支持アームを有すると規定される。この追加の支持アームによって、一方では、スプリングアームのばね特性を調節することができ、他方では、過負荷時に、スプリングアームが留め具と接触せず、その結果、これらの構成部品の自由な回転可能性が確保されることを保証できる。

この場合、有利な実施形態では、各支持アームが、留め具から領域に渡って切り出された突起部として構成されると規定される。その場合、各支持アームは、留め具と一体的な構成部分であり、追加の構成部品が不要となる。この場合、各支持アームは、有利には、各スプリングアームにおいて、より大きな当接面を実現するために、自由端の所で折り曲げられている。更に、各支持アームは、追加の補強部を備えることもできる。

更に、スプリングワッシャーが、少なくとも三つの対称的に分散したスプリングアームを有すると規定される。これらは、半径方向に、場合によっては、接線方向に、本来のスプリングワッシャーの周縁部を越えて突き出るとともに、周縁方向に延びる。

最後に、特に有利には、スプリングワッシャーが、所定の回転モーメントを上回らない限り留め具に当接する、周縁を巡る張出部を有すると規定される。スプリングワッシャーは、この周縁を巡る張出部により留め具で支持され、それによって、スプリングワッシャーと留め具が、外側に向かって力を加えないユニットを構成し、回転軸の方向への荷重が防止される。所定の回転モーメントを上回って、スプリングアームが解放された場合、このスプリングアームが、そのばね応力のために変形し、その結果、留め具との接触は最早生じない。

以下において、図面に基づき、本発明を例示して詳しく説明する。

本発明による装置の側面図 図１の線Ａ−Ａに沿った断面図 本装置のスプリングワッシャーの側面図 本装置の留め具の側面図 作用する力を図解した、図１の線Ａ−Ａに沿った断面図 図１の線Ｂ−Ｂに沿った断面図 初期状態から分離状態までの過負荷保護部の解除過程の模式図 初期状態から分離状態までの過負荷保護部の解除過程の模式図 初期状態から分離状態までの過負荷保護部の解除過程の模式図 初期状態から分離状態までの過負荷保護部の解除過程の模式図 修正実施形態による連結状態における円板形状の留め具とスプリングワッシャーの斜視図 図１１の部分側面図

図示されていない燃焼エンジンから自動車の補助ユニットに回転モーメントを伝達する装置は、全般的に符号１で表示されている。図示された実施例では、補助ユニットは、空調設備のコンプレッサであり、そのコンプレッサの筐体２が図示されている。この補助ユニットは、補助ユニットのシャフトを有する、即ち、この実施例では、ベルト伝動部を介して本装置１を用いて駆動すべきコンプレッサのシャフト３を有する。このベルト伝動部は、自動車のクランクシャフト上に配置されたベルトプーリーによって駆動され、そのベルトプーリーは、図示されていないベルトを介して、本装置１のベルトプーリー４と駆動形態で接続されている。このベルトプーリー４は、軸受け５を介して、コンプレッサの筐体２又はコンプレッサの筐体２の側面の継手２ａに回転可能な形で軸支されている。

ベルトプーリー４からコンプレッサのシャフト３に回転モーメントを伝達できるが、コンプレッサが損傷して、コンプレッサのシャフト３が最早回転できない場合に、その伝達を遮断できるようにするために、本装置１は、ベルトプーリー４とコンプレッサのシャフト３の間の駆動系統に過負荷保護部を有する。この過負荷保護部は、スプリングワッシャー６と円板形状の留め具７を有する。この場合、実施例では、スプリングワッシャー６は、コンプレッサのシャフト３と回転ずれしない形で接続されている。そのために、実施例では、スプリングワッシャー６が、コンプレッサのシャフト３に嵌め込まれて、ナット８を用いて回転ずれしない形で固定されている。当然のことながら、スプリングワッシャー６とコンプレッサのシャフト３の間の回転ずれしない接続のそれ以外の形態も可能である。それに対して、円板形状の留め具７は、ベルトプーリー４と回転ずれしない形で接続されている。実施例では、留め具７は、同じ半径で周縁部に対称的に分散したネジ９を用いて、ベルトプーリー４にねじ止めされている。当然のことながら、この留め具７は、それ以外の形態で、例えば、形状結合によって、ベルトプーリー４と回転ずれしない形で固定することができ、そのためには、留め具７が、周知の通り、ベルトプーリー４の正面側のそれに対応する窪みに嵌入するフィンガー形状の部材を有する。そのような実施形態では、この形状結合による接続部に、更に、エラストマー部材等から成る緩和部を統合することもでき、それに関しては、本発明の範囲内に入らない。

留め具７からスプリングワッシャー６への、そのため、ベルトプーリー４からコンプレッサのシャフト３への力又は回転モーメントの伝達を可能にするために、この実施例では、スプリングワッシャー６が三つのスプリングアーム１０を有し、これらのスプリングアームが、スプリングワッシャー６の周縁部に対称的に分散して配置されるとともに、半径方向に対して本来のスプリングワッシャー６の周縁部の外側に延びてから、円周方向に折れ曲がっている。図３から最も良く分かる通り、これらのスプリングアーム１０の終端１０ａは、本来のスプリングワッシャー６に対して応力を加える形で軸方向にずれている。これらのスプリングアーム１０は、留め具７との圧力ばめによる接続及び／又は形状結合による接続を作り出す役割を果たしており、その接続は、所定の回転モーメントまでは作用するが、所定の回転モーメントを上回った場合に解除され、その結果、過負荷保護部が作用することとなる。そのために、円板形状の留め具７は、スプリング終端１０ａ毎のそれぞれ対応する箇所に、ポケット状収容部１１として構成された接続部を備えており、このポケット状収容部１１は、留め具７の主平面に対して平行な方向を向いた当接面１２を有する。

そのため、各スプリング終端１０ａは、留め具７のそれぞれ対応するポケット状収容部１１内に嵌まり込んで、ばね応力の影響下で、圧力ばめによりポケット状収容部１１の当接面１２に当接する。伝達すべき回転モーメントが大きくなり過ぎない限り、それによって、スプリングワッシャー６と留め具７の間又はベルトプーリー４とコンプレッサのシャフト３の間の回転モーメントの伝達が可能である。しかし、例えば、コンプレッサのシャフト３がブロックされて、この回転モーメントが大きくなり過ぎた場合、以下において詳しく説明する通り、スプリング終端１０ａが、ポケット状収容部１１から滑り出て、その結果、回転モーメントの伝達が遮断されて、ベルトプーリー４が自由に回転することができる。

スプリング終端１０ａとポケット状収容部１１の間の純粋な圧力ばめによる接続の外に、更に、形状結合による接続をも実現するために、有利には、スプリングアーム１０の各終端１０ａと各当接面１２が、互いの補完し合うように構成された成形部を有すると規定される。これらの成形部は、実施形態では、それぞれ視線方向に対して内側湾曲部又は外側湾曲部１０ｂ，１２ａとして構成されている。

この留め具７のポケット状収容部１１の各々は、実施例では、それぞれ留め具７から領域に渡って切り出されたフック形状の突起部１３として構成されており、その突起部の自由端側は、内側湾曲部又は外側湾曲部１２ａを有する当接面１２を形成する。このフック形状の突起部１３は、その本来の留め具７との接合部に隣接して、有利には、追加の補強部１４を有し、その補強部は、有利には、この突起部領域の表面のエンボス加工部として構成される。

前の記述から明らかな通り、本装置１の過負荷保護部は、基本的に二つの部品、即ち、スプリングワッシャー６と留め具７だけから構成される。両方の部品は、組立て前に、有利には、一つの分離可能なユニットに組み合わされる。最終的な組立ては、コンプレッサのシャフト３に滑り込ませて、接続部品、実施例では、ナット８を用いて固定することによって行なわれる。それに代わって、コンプレッサのシャフト３が、当然、雌ねじ部を備えた内腔を有することもできる。その場合、コンプレッサのシャフト３の終端にスプリングワッシャー６を固定するために、それに対応して、ナット８ではなく、固定用のネジが使用される。コンプレッサのシャフト３と比べて、より大きな内腔を有し、その内腔では、コンプレッサのシャフト３と接続できない留め具７は、ネジ９を用いて、ベルトプーリー４に固定される。

過負荷保護部を事前に組み立てた場合、スプリングワッシャー６と留め具７は、スプリングアーム１０とポケット状収容部１１によって互いに付勢し合うこととなる。この場合、一方では、ポケット状収容部１１の当接面１２に対するスプリング終端１０ａのばね荷重を加えられた湾曲部による圧力ばめによる接続が行なわれ、他方では、更に、内側湾曲部又は外側湾曲部１０ｂ，１２ａによる形状結合による接続が行なわれる。これらの湾曲部１０ｂ，１２ａの形状は基本的に任意であり、例えば、球、円錐又は円筒の形状である。補強部１４は、ポケット状収容部１１の突起部１３を補強して、突起部１３の間違った曲がりを防止する役割を果たす。応力が加わった場合、スプリングアーム１０は、負荷の無い中立の位置から応力を加えられた位置に動かされ、それによって、留め具７上に、或いは留め具７に対してスプリングワッシャー６を押し付ける押圧力Ｆが発生する。

この力Ｆは、スプリングアーム１０の幾何学的形状と板の厚さ、使用するばね鋼の弾力性及びスプリングアーム１０の湾曲部によって決まる。この場合、スプリングワッシャー６は、周囲を巡る張出部６ａにより留め具７で支持され、それによって、スプリングワッシャー６と留め具７は、外側に向かって力を加えないユニットを構成する。そのことは、力Ｆ１とＦ２が同じ大きさであり、その結果、力の均衡が生じている図５から明らかである。この留め具７は、スプリングワッシャー６の張出部６ａと接触するために、周縁部に対称的に分散した複数の接触面７ａを備えることができ、これらの接触面は、外側湾曲部として構成されている。

動作時に、ベルトプーリー４が、図示されていないベルトを介して燃焼エンジンにより駆動される。その時に発生する回転モーメントが、スプリングワッシャー６と留め具７を介して伝達される。そのため、ポケット状収容部１１又は突起部１３を介して、接線方向の力がスプリングワッシャー６に加わる。このスプリングワッシャー６が、更に、回転ずれしない接続部によって、ナット８を介してコンプレッサのシャフト３を駆動する。動作時に、例えば、誤動作によって、コンプレッサのシャフト３の回転が阻止された場合、スプリングワッシャー６と留め具７の間の接続部に作用する力が増大する。その力又は回転モーメントが所定の大きさを上回った場合、スプリング終端１０ａがポケット状収容部１１から滑り出ることができる。それらは、接続が完全に解除されるまで、互いに滑って外れる。この解除過程が図７〜１０に図示されている。この場合、図７は、初期状態を図示し、図８は解除の開始を図示し、図９は解除の終了を図示し、図１０は、分離した最終状態を図示している。

この最大限に伝達可能な力は、内側湾曲部又は外側湾曲部１０ｂ，１２ａの接触角、接触パートナー同士の摩擦係数及びスプリングアーム１０の付勢力によって決まる。

このスプリングアーム１０は、留め具７から完全に分離した後、負荷の無い位置に戻る。その場合に、ベルトプーリー４の回転がコンプレッサのシャフト３の回転から切り離されていると、ベルトプーリー４のベルトが、コンプレッサーの誤動作によって負荷を加えられない。これらのスプリングワッシャー６と留め具７が分離しており、スプリングアーム１０が留め具７のポケット状収容部１１に対して軸方向にずれていると、留め具７の自由な回転が起こり、そのため、ベルトプーリー４の自由な回転も起こる。

図１１及び１２には、本装置１の追加の実施形態が図示されており、その実施形態は、円板形状の留め具７が、更に、周縁領域において各突起部１３に隣接して、それに対応するスプリングアーム１０の方向を向いた、そのスプリングアームに当接する支持アーム１５を有することが、前に述べた実施形態と異なる。この場合、その支持アーム１５は、図面に図示されている通り、有利には、留め具７から領域に渡って切り出された突起部として構成され、その突起部は、取付位置では、ほぼ軸方向に延びて、有利には、その自由端１５ａの領域において、円弧形状に折れ曲がっており、その結果、この自由端１５ａは、それに対応するスプリングアーム１０に平面的に当接する。

この支持アーム１５の好適な幾何学的形状の決定によって、スプリングアーム１０のばね応力をより良好に調節することができる。更に、この支持アーム１５は、図１１及び１２が意味する通り、スプリングアーム１０の終端１０ａがポケット状収容部１１の上方に有る図示されていない切り離された状態において、スプリングアーム１０が留め具７と接触できないことを保証しており、そのような接触は、さもなければ望ましくない騒音等を引き起こす可能性が有る。

当然、本発明は、図示された実施例に限定されない。基本的な技術思想を逸脱すること無く、更に別の実施形態が可能である。即ち、留め具７とベルトプーリー４の間及びスプリングワッシャー６とコンプレッサのシャフト３の間の回転ずれしない接続形態をそれ以外の形態で構成することもでき、同じことが、場合によっては、完全に省略することもできる内側湾曲部及び外側湾曲部１０ｂ，１２ａにも言え、その結果、圧力ばめによる接続だけが行なわれる。更に、スプリングワッシャー６をベルトプーリー４と固定して接続するとともに、留め具７をコンプレッサのシャフト３と固定して接続することもできる。

１ 本装置
２ コンプレッサの筐体
２ａ 継手
３ コンプレッサのシャフト
４ ベルトプーリー
５ 軸受け
６ スプリングワッシャー
６ａ 周囲を巡る張出部
７ 留め具
７ａ 接触面
８ ナット
９ ネジ
１０ スプリングアーム
１０ａ 終端
１０ｂ 内側湾曲部又は外側湾曲部
１１ ポケット状収容部
１２ 当接面
１２ａ 内側湾曲部又は外側湾曲部
１３ 突起部
１４ 補強部
１５ 支持アーム

Claims (11)

1. 燃焼エンジンから補助ユニットに回転モーメントを伝達する装置であって、この装置が、補助ユニットのシャフト（３）と補助ユニットの筐体（２）に回転可能な形で配置されたベルトプーリー（４）とを備え、これらのベルトプーリー（４）と補助ユニットのシャフト（３）が、過負荷保護部を介して互いに接続されており、この過負荷保護部は、所定の回転モーメントを上回った場合に、ベルトプーリー（４）と補助ユニットのシャフト（３）の間の接続が遮断されるように構成されており、この過負荷保護部が、複数のスプリングアーム（１０）を備えたスプリングワッシャー（６）を有し、これらのスプリングアームの終端側が、所定の回転モーメントに到達するまで、円板形状の留め具（７）の接続部と回転ずれしない形で接続されている装置において、
   この留め具（７）の各接続部が、それぞれ留め具（７）内のポケット状収容部（１１）として構成されており、各スプリングアーム（１０）の終端（１０ａ）が、ばね応力の影響下で、圧力ばめにより、このポケット状収容部（１１）の当接面（１２）に当接し、各ポケット状収容部（１１）が、留め具（７）から領域に渡って切り出されたフック形状の突起部（１３）として構成される、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記の各スプリングアーム（１０）の終端（１０ａ）と各当接面（１２）が、互いに適合し合う成形部（１０ｂ，１２ａ）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記の成形部が内側湾曲部又は外側湾曲部（１０ｂ，１２ａ）として構成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記の突起部（１３）が追加の補強部（１４）を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の装置。
5. 前記の突起部（１３）が弾力的に構成されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載の装置。
6. 前記の留め具（７）が、周縁領域において各突起部（１３）に隣接して、それに対応するスプリングアーム（１０）の方向を向いた、そのスプリングアームに当接する支持アーム（１５）を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の装置。
7. 前記の支持アームの各々が、留め具（７）から領域に渡って切り出された突起部（１５）として構成されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記の支持アーム（１５）の各々が追加の補強部を備えることを特徴とする請求項６又は７に記載の装置。
9. 前記のスプリングワッシャー（６）が、少なくとも三つの対称的に分散したスプリングアーム（１０）を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の装置。
10. 前記のスプリングワッシャー（６）が、所定の回転モーメントを上回らない限り留め具（７）に当接する、周囲を巡る張出部（６ａ）を有することを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の装置。
11. 前記の補助ユニットが自動車の空調設備のコンプレッサであることを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の装置。

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