| 【発明の名称】 |
トルクリミッタおよびカーコンプレッサ用クラッチ |
| 【発明者】 |
【氏名】山本 憲
【氏名】福島 茂明
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| 【要約】 |
【課題】過負荷時のトルク遮断が図れる簡単な構成で、低コスト、軽量化が可能なトルクリミッタ、カーコンプレッサ用クラッチを提供する。
【解決手段】互いに同心に配置した入力側回転部材２１および出力側回転部材２２のいずれか一方に、ボール９を保持する保持器７を設ける。他方にはボール９が転動するカム溝１４を有するトルクカム３を設ける。カム溝１４の内部に、ボール９が嵌まり込み可能なボール収容凹部１５を設ける。保持器７は、放射状に延びる複数のポケット８内でボール９を保持するものとする。背面から弾性体１２で付勢されて円錐状の加圧面でボール９を加圧する加圧プレート１１を設ける。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 互いに同心に配置した入力側回転部材および出力側回転部材のいずれか一方に、ボールを保持する保持器を設け、前記入力側回転部材および出力側回転部材の他方に、前記ボールが転動するカム溝を有するトルクカムを設け、前記ボールを前記カム溝に弾性的に付勢する加圧手段を設け、前記カム溝に、前記入力側回転部材と出力側回転部材とが所定の回転位相のずれを生じた状態で前記ボールが嵌り込み可能となりかつ嵌り込んだボールが自然脱出不能なボール収容凹部を設けたトルクリミッタ。
【請求項２】 前記保持器が、放射状に延びる複数のポケット内でボールを移動自在に保持するものであり、前記カム溝が周方向位置によって回転中心からの距離が変化するものであり、前記加圧手段が、回転中心側が凸または凹となる加圧プレートと、この加圧プレートを付勢する弾性体とからなる請求項１記載のトルクリミッタ。
【請求項３】 前記ボール収容凹部は、開口部よりも内部が、段差を持って広がるものとした請求項１または請求項２記載のトルクリミッタ。
【請求項４】 前記トルクカムが出力軸に相対回転不能に取付けられたものであり、前記保持器が、前記トルクカムの外周に軸受を介して回転自在に支持されたプーリの内径部に一体に形成されたものである請求項２記載のトルクリミッタ。
【請求項５】 トルクリミッタを装備し、このトルクリミッタは、入力側回転部材と出力側回転部材の間に介在して両回転部材間に回転を伝達する転動体を有し、この転動体を弾性体で押し付けて所定位置に保つことにより回転の伝達を可能とし、過負荷になった状態で前記弾性体に抗して転動体が移動することになってトルクを自動復帰が不可能な状態に遮断するものとしたカーコンプレッサ用クラッチ。
【請求項６】 前記入力側回転部材の外周部分をプーリとし、このプーリの内径部に形成された空間内に前記出力側回転部材を配置した請求項５記載のカーコンプレッサ用クラッチ。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、自動車エンジンの補機や、モータ等の原動機を動力とする回転体に使用されるトルクリミッタおよびそのトルクリミッタを装備したカーコンプレッサ用クラッチに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】エンジンの補機は、一般にエンジンのクランクプーリより、ＶベルトまたはＶリブドベルトによって駆動される。カーコンプレッサ用コンプレッサは、プーリとコンプレッサとの間に高価な電磁クラッチを介在させ、車室内の条件、あるいはエンジン回転数条件等によってコンプレッサのオン，オフ切換を行っている。最近のコンプレッサは、斜板を用いた可変容量型のものが多く、常時コンプレッサは回されている。そのため、従来の電磁クラッチは、ほとんど作動していない。電磁クラッチが作動する条件は、コンプレッサ内に異常が発生したときの過負荷によって、電磁クラッチをオフにし、エンジンへの過負荷を低減、あるいはコンプレッサ自体の保護のために作動する程度である。このように、ほとんど作動することのない場合に備えて、高価な電磁クラッチが使用されているため、経済性が悪い。そのため、簡単な構成のクラッチが望まれる。
【０００３】この発明は、過負荷時のトルク遮断が図れる簡単な構成のトルクリミッタを提供することを目的とする。この発明の他の目的は、トルク伝達の遮断状態で異音が発生することを防止することである。この発明のさらに他の目的は、コンパクトで軽量化が図れるトルクリミッタを提供することである。この発明のさらに他の目的は、過負荷時の支障防止が図れる簡単な構成のカーコンプレッサ用クラッチを提供することである。この発明のさらに他の目的、コンパクトで軽量化が図れるカーコンプレッサ用クラッチを提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明のトルクリミッタは、互いに同心に配置した入力側回転部材および出力側回転部材のいずれか一方に、ボールを保持する保持器を設け、前記入力側回転部材および出力側回転部材の他方に、前記ボールが転動するカム溝を有するトルクカムを設け、前記ボールを前記カム溝に弾性的に付勢する加圧手段を設け、前記カム溝に、前記入力側回転部材と出力側回転部材とが所定の回転位相のずれを生じた状態で前記ボールが嵌り込み可能となりかつ嵌り込んだボールが自然脱出不能なボール収容凹部を設けたものである。前記カム溝は、トルクカムの回転中心からの距離が変化する曲線となるものであっても、溝深さが変化するものであっても良い。この構成によると、通常の負荷時は、ボールを介して入力側回転部材から出力側回転部材に回転が伝達される。過負荷になると、加圧手段の付勢力に抗してボールがカム溝で移動し、ボール収容凹部に落ち込む。これにより、ボールが入力側回転部材または出力側回転部材から外れ、両回転部材間の回転やトルクの伝達が遮断される。トルクの遮断後、回転伝達が可能状態に復帰させるには、ボールを元の位置に戻すことが必要であるが、このボールの戻し操作は、人手で行うようにしてもよく、適宜のボール戻し手段を設けるようにしても良い。
【０００５】上記構成のトルクリミッタにおいて、前記保持器が、放射状に延びる複数のポケット内でボールを移動自在に保持するものであり、前記カム溝が周方向位置によって回転中心からの距離が変化するものであり、前記加圧手段が、回転中心側が凸または凹となる加圧プレートと、この加圧プレートを付勢する弾性体とからなるものであっても良い。この構成の場合、通常の負荷状態では、ボールは、保持器のポケット内の外径側または内径側へ加圧プレートで付勢され、トルクカムのカム溝内の所定位置に保たれる。過負荷になると、ボールは、加圧プレートを付勢する弾性体に抗して、保持器のポケット内の内径側または外径側へ移動しながらカム溝内を移動し、ボール収容凹部に落ち込む。これによりトルクを遮断する。この構成の場合は、カム溝は一定深さのもので良いため、構成が簡単で製造が容易である。
【０００６】また、これらの構成のトルクリミッタにおいて、前記ボール収容凹部は、開口部よりも内部が、段差を持って広がるものとしても良い。このように内側が段差を持って広がるボール収容凹部とすることにより、ボール収容凹部に嵌まったボールがカム溝に自然に戻ることが防止され、空転時に異音を発生することが防止される。
【０００７】前記のポケットが放射状に延びる保持器を用いた構成のトルクリミッタにおいて、前記トルクカムを出力軸に相対回転不能に取付けられたものとし、前記保持器を、前記トルクカムの外周に軸受を介して回転自在に支持されたプーリの内径部に一体に形成されたものとしてもよい。このように、プーリと保持器とを一体化させてプーリの内側に保持器を設けることにより、コンパクト化が図れるうえ、部品点数が少なくなり、構成がより一層簡単になる。
【０００８】この発明のカーコンプレッサ用クラッチは、トルクリミッタを装備したものであり、このトルクリミッタは、入力側回転部材と出力側回転部材の間に介在して両回転部材間に回転を伝達する転動体を有し、この転動体を弾性体で押し付けて所定位置に保つことにより前記回転の伝達を可能とし、過負荷になった状態で前記弾性体に抗して転動体が移動することになってトルクを自動復帰が不可能な状態に遮断するものとする。転動体は、例えばボールとしても良く、また転動体の移動によるトルクの遮断は、例えば転動体が孔に落ち込むことで入力側回転部材と出力側回転部材との係合を解くものとしても良い。このように、弾性体で付勢された転動体の移動で過負荷時にトルクを遮断するトルクリミッタを用いたカーコンプレッサ用クラッチとすることにより、簡素な構成として、軽量化、低コスト化を図りながら、コンプレッサの保護ができ、またコンプレッサ異常時のエンジンの過負荷防止が達成できる。トルクの遮断後、回転伝達が可能状態に復帰させるには、転動体を元の位置に戻すことが必要であるが、この転動体の戻し操作は、人手で行うようにしてもよく、適宜の転動体戻し手段を設けるようにしても良い。カーコンプレッサ用クラッチの場合、トルク遮断が必要なときは、ほとんどがエンジンまたはコンプレッサの異常時であるため、これらエンジンまたはコンプレッサの保守時に人手で転動体を戻すようにしても、使用上の不便はない。
【０００９】この構成のカーコンプレッサ用クラッチにおいて、前記入力側回転部材の外周部分をプーリとし、このプーリの内径部に形成された空間内に前記出力側回転部材を配置しても良い。これにより、コンパクトでより一層簡素な構成とできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１および図２と共に説明する。図１（Ａ）は、この実施形態にかかるトルクリミッタを示し、このトルクリミッタ自体でカーコンプレッサ用クラッチが構成される。プーリ１は、ベルト掛け部となる外周円筒部１ａの内径側に離れて内周円筒部１ｂを有し、内周円筒部１ｂで軸受２によってトルクカム３の外周に回転自在に支持されている。軸受２は、玉軸受等の転がり軸受である。トルクカム３は、出力軸４に対して、セレーション５で嵌合して相対回転できないように取付けられている。出力軸４は、カーコンプレッサ６の入力軸となるものである。プーリ１にはエンジン（図示せず）のクラクシャフトに設けられたプーリとにわたり、ベルトが掛装される。
【００１１】保持器７は、プーリ１の内周円筒部１ｂから続いてプーリ１と一体成形された円板状のものであり、半径方向に延びる長孔状のポケット８が、円周方向に並んで放射状に複数個設けられている。図示の例ではポケット８は３個が等配されている。各ポケット８には、ポケット幅よりも僅かに小径の転動体であるボール９が組み込まれている。ボール９は、保持器８を介して対向するトルクカム３と加圧プレート１１とで挟み込まれている。加圧プレート１１は、円錐状の加圧面を有し、背面より弾性体１２で付勢されている。弾性体１２には、皿ばね状の板ばねを用いている。これら加圧プレート１１と弾性体１２とで、加圧手段１３が構成される。前記保持器７とプーリ１とで入力側回転部材２１が構成され、トルクカム３と出力軸４とで出力側回転部材２２が構成される。
【００１２】トルクカム３は、ボール９の転走面となるカム溝１４を形成したものであり、カム溝１４の深さは一定で、トルクカム３の回転中心からの距離が正弦波状に変位する円周溝形状を呈している。カム溝１４の正弦波の波山の数は、ボール９の個数と同じとされる。このカム溝１４の底面には、ボール９が嵌まるボール収容凹部１５が、ボール９と同じ個数だけ設けられている。ボール収容凹部１５の位置は、カム溝１４の最小半径部（すなわち、トルクカム１０の回転中心から最も近い位置）とされている。ボール収容凹部１５の形状は、入口がボール径よりも若干大きく、奥側が拡径された段付き円筒面状とされ、その貫通した底部には、キャップ１６が嵌められている。
【００１３】前記の加圧プレート１１は、出力軸４にナット１７により幅締め固定されたスペーサ１８に対して、軸方向移動および回転自在に支持され、伝達トルクの大きさに応じて、ボール９が保持器７のポケット８を移動するときに軸方向移動可能となっている。カバー１９は、トルクカム３の正面を加圧手段１３およびボール９と共に覆う部材であり、プーリ１の内周円筒部１ｂに嵌合して保持器７の外面にビス止めで固定されている。カバー１９の中心開口には出力軸４の先端およびナット１７が突出し、カバー１９の中心開口の近傍部とスペーサ１８との間に、オイルシール等のシール部材２０を設け、内部の潤滑剤をシールしている。
【００１４】上記構成の動作を説明する。エンジンのクラクシャフトの回転（トルク）は、ベルトを介してプーリ１に伝達される。プーリ１は保持器７と一体となっているため、保持器７に伝えられた回転がボール９を介してトルクカム３に伝えられる。このとき、保持器７の回転により、ボール９は保持器７に案内されながら、トルクカム３のカム溝１４に沿って移動することで、回転中心から半径の小さい側に移動し、弾性体１２の復元力に抗して加圧プレート１１を軸方向に移動させる。弾性体１２の復元力に応じたトルク値までは、トルクカム３のカム溝１４の最小半径部分に達することなく、プーリ１とトルクカム３の間は、遅れ角が生じるだけで相対回転は生じない。すなわち、弾性体１２のばね定数等で予め設定されたトルク値までは、プーリ１とトルクカム３を支持している出力軸４の回転速度は一致している。図１（Ａ）はこのトルク伝達時の状態を示す。
【００１５】出力軸４側のコンプレッサ６の異常等で、加圧プレート１１の弾性体復元力を超えるトルクが入力された場合は、図２（Ａ）のように、ボール９がカム溝１４の最小半径部に設けられたボール収容凹部１５に嵌まり込み、回転およびトルクの伝達が遮断される。トルク遮断後のボール９は、図２（Ｂ）のように、ボール収容凹部１５への嵌まり込み状態で、内部が広がるボール収容凹部１５の段部で開口側への移動が阻止され、保持器７に当たる位置まで戻って来ない。そのため、空転中にボール９と保持器７とが接触することがなく、異音の発生がない。
【００１６】図２（Ｂ）のように空転状態となった後、トルク伝達可能な状態に戻すには、キャップ１６を外すか、トルクリミッタを分解してボール９を元のカム溝１４の最大半径部分に戻すことで行う。カーコンプレッサ用クラッチの場合、トルク遮断状態となるのは、コンプレッサ６等に何らかの異常が発生したときであるため、コンプレッサ６等の保守時に前記のボール９の戻し作業を行えば良い。
【００１７】このカーコンプレッサ用クラッチによると、高価な電磁クラッチを廃止し、上記構成のトルクリミッタを用いたため、次の各利点が得られる。
ａ．低コスト化ができる。
ｂ．軽量化ができる。
ｃ．コンプレッサの保護ができる。
ｄ．コンプレーサ異常時のエンジンの過負荷防止が達成できる。
【００１８】なお、前記実施形態では、トルクカム３のカム溝１４の最小半径部分にボール収容凹部１５を設けたが、トルクカム３のカム溝１４の最大半径部分にボール収容凹部１５を設け、加圧プレート１１を内径部が凹となる円錐状の加圧面を有するものとしても良い。また、カム溝１４は、正弦波状とする代わりに、真円の円周状とし、その深さが変化するものとしても良い。その場合、保持器７は、ポケット８を底付きとしたもので良く、またポケット８を凹球面状等の円形のものとできる。ボール収容凹部１５は、カム溝１４の最も浅い箇所に設ける。さらに、前記実施形態において、保持器７にプーリ１を一体に形成する代わりに、ギヤやスプロケット等の回転伝達部材を一体化させても良い。
【００１９】
【発明の効果】この発明のトルクリミッタは、互いに同心に配置した入力側回転部材および出力側回転部材のいずれか一方に、ボールを保持する保持器を設け、前記入力側回転部材および出力側回転部材の他方に、前記ボールが転動するカム溝を有するトルクカムを設け、前記ボールを前記カム溝に弾性的に付勢する加圧手段を設け、前記カム溝に、前記入力側回転部材と出力側回転部材とが所定の回転位相のずれを生じた状態で前記ボールが嵌り込み可能となりかつ嵌り込んだボールが自然脱出不能なボール収容凹部を設けたものであるため、簡単な構成で過負荷時のトルク遮断が図れる。前記保持器が、放射状に延びる複数のポケット内でボールを移動自在に保持するものであり、前記カム溝が周方向位置によって回転中心からの距離が変化するものであり、前記加圧手段が、回転中心側が凸または凹となる加圧プレートと、この加圧プレートを付勢する弾性体とからなるものとした場合は、より一層簡単な構成で、製造も容易なトルクリミッタとできる。前記ボール収容凹部を、開口部よりも内部が、段差を持って広がるものとした場合は、トルク遮断後の空転時にボールが戻りかけることによる異音の発生が防止される。前記トルクカムが出力軸に相対回転不能に取付けられたものであり、前記保持器が、前記トルクカムの外周に軸受を介して回転自在に支持されたプーリの内径部に一体に形成されたものである場合は、コンパクト化が図れるうえ、部品点数が少なく、構成がより一層簡単になる。
【００２０】この発明のカーコンプレッサ用クラッチは、トルクリミッタを装備し、このトルクリミッタは、入力側回転部材と出力側回転部材の間に介在して両回転部材間に回転を伝達する転動体を有し、この転動体を弾性体で押し付けて所定位置に保つことにより前記回転の伝達を可能とし、過負荷になった状態で前記弾性体に抗して転動体が移動することになってトルクを自動復帰が不可能な状態に遮断するものとしたため、簡素な構成で、過負荷時の支障防止が図れ、低コスト化、軽量化が図れる。特に、電磁クラッチと異なり、電気的制御系を必要としない。また、前記入力側回転部材の外周部分をプーリとし、このプーリの内径部に形成された空間内に前記出力側回転部材を配置した場合は、コンパクト化およびより一層の簡素化，コスト低下が図れる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１０２６９２
【氏名又は名称】エヌティエヌ株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月３１日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 雅士 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１３２３０６ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月２１日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３００１９５ |
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