JP6777411B2 - リミッタ付きプーリ - Google Patents

Description

この発明は、主としてカーエアコン用コンプレッサの被駆動軸に用いられるリミッタ付きプーリに関する。

カーエアコン用のコンプレッサは、エンジンのクランクシャフトで発生する回転を、駆動ベルトを介してコンプレッサの被駆動軸に伝達することで駆動される。一方、カーエアコン用のコンプレッサとして、一般に、可変容量コンプレッサが使用される。可変容量コンプレッサは、圧縮容量を外部から制御して変化させることが可能なコンプレッサである。このような可変容量コンプレッサをカーエアコンに使用する場合、コンプレッサをゼロ圧縮の状態に制御することが可能であることから、駆動ベルトが巻き掛けられるプーリとコンプレッサの被駆動軸との間に、外部操作により回転トルクの伝達と遮断を切り換えるクラッチ（電磁クラッチ等）を組み込む必要性がない。

一方、カーエアコン用のコンプレッサが万一破損したとき、コンプレッサの被駆動軸の回転負荷は急激に大きくなる。この場合、駆動ベルトの走行が継続した状態でプーリの回転が止まると、駆動ベルトが急激に摩耗して切断し、自動車が走行できなくなるおそれがある。そこで、万一コンプレッサが破損したときにも、自動車が走行可能な状態を維持できるようにするため、一般に、コンプレッサの被駆動軸用のプーリとして、リミッタ付きプーリが用いられる。

リミッタ付きプーリは、外周に駆動ベルトが巻き掛けられるプーリと、被駆動軸の軸端部に固定されるハブと、プーリからハブに回転トルクを伝達するトルクリミッタとを有する（例えば、特許文献１−３）。トルクリミッタは、被駆動軸の回転負荷が過大となったときに、プーリからハブへの回転トルクの伝達を遮断することでプーリを空転させ、駆動ベルトを保護する。

国際公開第２０１４／１４８４１４号 国際公開第２０１４／１５７２７６号 特開２０１４−１８５７７６号公報

特許文献１−３に記載のリミッタ付きプーリのトルクリミッタは、被駆動軸の軸端部に固定されるハブと一体に形成されたフランジ部と、そのフランジ部に一端が切り離し可能に接続され、他端がプーリの側面に固定された連結片とを有する。そして、被駆動軸の回転負荷が過大となったときは、連結片の一端とハブのフランジ部とが切り離されることで、プーリとハブの間での回転トルクの伝達を遮断する状態（切断状態）となる。

しかしながら、この特許文献１−３に記載のリミッタ付きプーリのトルクリミッタは、連結片の一端とハブのフランジ部とが切り離されることで切断状態となったときに、プーリと一体に回転する連結片と、被駆動軸に固定されたハブのフランジ部とが、プーリの回転に伴って繰り返し衝突することで異音が発生し、その異音が大きいという問題があった。

この発明が解決しようとする課題は、回転負荷が過大となったときにプーリとハブの間での回転トルクの伝達を遮断することができ、その状態でプーリが回転しても異音が発生しにくいリミッタ付きプーリを提供することである。

上記課題を解決するため、この発明では、以下の構成のリミッタ付きプーリを提供する。
外周に駆動ベルトが巻き掛けられるプーリと、前記プーリの回転中心に位置する被駆動軸の軸端部に固定されるハブと、前記被駆動軸の回転負荷が通常範囲のときは前記プーリから前記ハブに回転トルクを伝達し、前記被駆動軸の回転負荷が過大となったときは前記プーリから前記ハブへの回転トルクの伝達を遮断するトルクリミッタと、を有するリミッタ付きプーリにおいて、前記トルクリミッタは、径方向深さが周方向中央から周方向両側に向かって次第に浅くなるように前記ハブの外周に設けられたＶ溝と、前記Ｖ溝に収容されたボールと、前記ボールに嵌合する穴部と、その穴部の円周を分割する切り離し部とを有し、前記ボールが径方向外方に移動したときに径方向外方にたわんで前記ボールに径方向内方への付勢力を付与するばね片と、前記ボールが前記穴部と前記切り離し部とを押し広げて径方向外方に通過したときにそのボールを受け入れるボール収容部と、を有することを特徴とするリミッタ付きプーリ。

このようにすると、プーリとハブの間に作用する回転トルクに応じて、ボールがばね片を径方向外方にたわませながらＶ溝に沿って径方向外方に移動し、プーリとハブが周方向に相対変位する。そのため、被駆動軸の回転負荷の変動や、駆動ベルトからプーリに伝わる回転トルクの変動を、プーリとハブの間で吸収することができ、ダンパ作用を得ることができる。そして、被駆動軸の回転負荷が過大となったときは、ボールがばね片の穴部と切り離し部とを押し広げて径方向外方に通過し、ボールがボール収容部に受け入れられた状態となる。この状態では、Ｖ溝にボールが無いため、プーリとハブの間での回転トルクの伝達が遮断される。またこの状態でプーリが回転しても、プーリの回転に伴って繰り返し衝突する部分が無いため、異音が発生しにくい。

前記トルクリミッタは、前記ばね片の径方向外方に隙間をおいて位置し、前記ばね片が径方向外方にたわんだときに前記ばね片を受け止めて前記ばね片のたわみ量を規制するストッパ部を更に有する構成のものを採用すると好ましい。

このようにすると、ボールがＶ溝に沿って移動することによるダンパ作用を確保しながら、トルクリミッタが作動する回転トルクを比較的大きく設定することが可能となる。

前記トルクリミッタは、例えば、以下の構成のものを採用することができる。
前記プーリの側面に固定される第１の円環板と、前記第１の円環板に軸方向に対向して設けられた第２の円環板とを有し、前記ばね片は、前記第２の円環板の径方向内端に軸方向に延びるように設けられ、前記ストッパ部は、前記第１の円環板の径方向内端に設けられ、前記ボール収容部は、前記第１の円環板と第２の円環板の対向面間に形成された空間である。

この場合、前記第２の円環板は、前記第１の円環板と軸方向に間隔をおいて平行に配置された内側平板部と、その内側平板部の径方向内端から第１の円環板に向かって軸方向に延びる内側円筒部と、その内側円筒部を軸方向に横切って形成された少なくとも一対のスリットとを有し、その一対のスリットの間に前記ばね片が形成されている構成のものを採用することができる。

前記少なくとも一対のスリットは、前記内側円筒部と前記内側平板部の境界から前記内側平板部の内部を径方向外方に延びるように形成すると好ましい。

このようにすると、ばね片が弾性変形しやすくなり、効果的にダンパ作用を得ることが可能となる。

また、前記少なくとも一対のスリットの各スリットの幅は、前記ボールの外径よりも狭い大きさに設定すると好ましい。

このようにすると、ボール収容部がボールを受け入れたときに、そのボールがスリットを通って脱落するのを防止することができる。

この発明のリミッタ付きプーリは、プーリとハブの間に作用する回転トルクに応じて、ボールがばね片を径方向外方にたわませながらＶ溝に沿って径方向外方に移動し、プーリとハブが周方向に相対変位する。そのため、被駆動軸の回転負荷の変動や、駆動ベルトからプーリに伝わる回転トルクの変動を、プーリとハブの間で吸収することができ、ダンパ作用を得ることができる。そして、被駆動軸の回転負荷が過大となったときは、ボールがばね片の穴部と切り離し部とを押し広げて径方向外方に通過し、ボールがボール収容部に受け入れられた状態となる。この状態では、Ｖ溝にボールが無いため、プーリとハブの間での回転トルクの伝達が遮断される。またこの状態でプーリが回転しても、プーリの回転に伴って繰り返し衝突する部分が無いため、異音が発生しにくい。

この発明の実施形態のリミッタ付きプーリを示す断面図 図１のリミッタ付きプーリを右側面から見た図 図１のIII−III線に沿った断面図 図３のIV−IV線に沿った断面図 図１に示すリミッタ付きプーリの第２の円環板を取り出して示す斜視図 （ａ）は図３のＶ溝の近傍の拡大図、（ｂ）は（ａ）のVI−VI線に沿った断面図 （ａ）は、図６（ａ）に示すボールがばね片を径方向外方にたわませながらＶ溝に沿って径方向外方に移動した状態を示す図、（ｂ）は（ａ）のVII−VII線に沿った断面図 （ａ）は、図７（ａ）に示すボールがばね片の穴部と切り離し部とを押し広げて径方向外方に通過した状態を示す図、（ｂ）は（ａ）のVIII−VIII線に沿った断面図

図１、図２に、この発明の実施形態のリミッタ付きプーリを示す。このリミッタ付きプーリは、プーリ１と、プーリ１の中心に配置されたハブ２と、プーリ１からハブ２に回転トルクを伝達するトルクリミッタ３とを有する。

プーリ１の外周には、駆動ベルト４が巻き掛けられる。駆動ベルト４は、図示しないエンジンのクランクシャフトに連結されており、エンジンが作動してクランクシャフトが回転すると、そのクランクシャフトの回転が駆動ベルト４を介してプーリ１に伝達するようになっている。

プーリ１は、駆動ベルト４に係合する周溝５を外周にもつ筒状のリム部６と、リム部６の内側に配置された筒状のボス部７と、リム部６とボス部７の間を連結する連結部８とを有する。リム部６とボス部７と連結部８は、樹脂で一体に形成されている。ボス部７の内周には、プーリ１を回転可能に支持する転がり軸受９が取り付けられている。転がり軸受９の内側には、自動車補機１０（例えば、カーエアコン用のコンプレッサ）に固定される筒状の支持軸１１が設けられている。連結部８には、トルクリミッタ３を固定するための金属製のナット１２が埋め込まれている。

ハブ２は、プーリ１の回転中心に位置する被駆動軸１３の軸端部にボルト１４で固定されている。被駆動軸１３は、プーリ１の外周に巻き掛けられた駆動ベルト４で回転駆動される軸であり、この被駆動軸１３の回転力を動力として自動車補機１０が駆動される。ハブ２は、被駆動軸１３の軸端部の外周に形成されたスプラインに嵌合するスプライン筒部１５と、スプライン筒部１５の外周に一体に形成されたフランジ部１６とを有する。

トルクリミッタ３は、第１の円環板２１と、第１の円環板２１に軸方向に対向して設けられた第２の円環板２２と、ハブ２のフランジ部１６の外周に形成されたＶ溝２３と、Ｖ溝２３に収容されたボール２４とを有する。第１の円環板２１と第２の円環板２２は、いずれも金属板で形成され、プーリ１の側面にボルト２５で固定されている。Ｖ溝２３は、周方向に間隔をおいて複数設けられ、これに対応してボール２４も複数設けられている。

第１の円環板２１は、全体が軸方向に直交する平板状とされている。第２の円環板２２は、第１の円環板２１の外径側部分に重ねて固定される外側平板部２６と、第１の円環板２１の内径側部分と軸方向に間隔をおいて平行に配置された内側平板部２７と、外側平板部２６の径方向内端と内側平板部２７の径方向外端を連結する外側円筒部２８と、内側平板部２７の径方向内端から第１の円環板２１に向かって軸方向に延びる内側円筒部２９とを有する（図５参照）。

図３に示すように、Ｖ溝２３は、軸方向に直交する断面形状がＶ字状の溝であり、径方向深さが周方向中央から周方向両側に向かって次第に浅くなるように形成されている。Ｖ溝２３は、例えば、軸方向に直交する断面形状が、３０°〜５０°の範囲の角度で交差する２直線となるような溝を採用することができる。ボール２４は、Ｖ溝２３の最も深い位置に収容された状態でＶ溝２３から外径側にはみ出すような大きさの外径を有する。ボール２４は、鋼材で形成されている。

図２に示すように、第２の円環板２２には、ボール２４の個数に対応して複数対のスリット３０が形成されている。各対のスリット３０は、周方向に間隔をおいて位置する２本のスリットで構成されている。

図５に示すように、各対のスリット３０は、内側円筒部２９を軸方向に横切り、さらに内側円筒部２９と内側平板部２７の境界から内側平板部２７の内部を径方向外方に延びるように形成されている。内側円筒部２９の隣り合うスリット３０の間の部分には、軸方向に延びるばね片３１が形成されている。ばね片３１は、ボール２４（図３参照）が径方向外方に移動したときに径方向外方にたわんでボール２４に径方向内方への付勢力を付与する部分である。各スリット３０の幅は、ボール２４の外径よりも狭い大きさに設定されている。

図４に示すように、ばね片３１は、ボール２４に嵌合する穴部３２と、その穴部３２の円周を分割する切り離し部３３とを有する。穴部３２は、ボール２４の外径よりも小径の円形縁を有する。切り離し部３３は、穴部３２の内周から軸方向に延びてばね片３１の先端に開放する切り込みである。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の円環板２１は、ばね片３１の径方向外方に隙間をおいて位置するストッパ部３４（図では第１の円環板２１の径方向内端の周縁部）を有する。ばね片３１とストッパ部３４の間の隙間の大きさは、ボール２４の外径よりも狭い。ストッパ部３４は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、ばね片３１が径方向外方にたわんだときにばね片３１を受け止めてばね片３１のたわみ量を規制する部分である。

図１に示すように、第１の円環板２１と第２の円環板２２の対向面間（この実施形態では、第１の円環板２１の内径側部分と、第２の円環板２２の外側円筒部２８と内側平板部２７と内側円筒部２９とで囲まれた空間）に、ボール収容部３５が形成されている。ボール収容部３５は、ボール２４がばね片３１を通過して径方向外方に移動したときにそのボール２４を受け入れる空間である。

このリミッタ付きプーリの使用例を説明する。エンジンのクランクシャフトの回転が駆動ベルト４を介してプーリ１に伝達し、プーリ１が回転すると、そのプーリ１の回転がトルクリミッタ３を介してハブ２に伝達することで、被駆動軸１３が回転駆動される。ここで、被駆動軸１３の回転負荷が通常範囲のとき（すなわち、自動車補機１０が破損せずに作動しているとき）、トルクリミッタ３はプーリ１からハブ２に回転トルクを伝達する。

このとき、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、プーリ１（図１参照）とハブ２の間に作用する回転トルクに応じて、ボール２４がばね片３１を径方向外方にたわませながらＶ溝２３に沿って径方向外方に移動し、プーリ１（図１参照）とハブ２が周方向に相対変位する。そのため、図１に示す被駆動軸１３の回転負荷の変動や、駆動ベルト４からプーリ１に伝わる回転トルクの変動を、プーリ１とハブ２の間で吸収することができ、ダンパ作用を得ることができる。

また、図１に示す自動車補機１０が万一破損して被駆動軸１３の回転負荷が過大となったときは、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ボール２４がばね片３１の穴部３２と切り離し部３３とを押し広げて径方向外方に通過し、ボール２４がボール収容部３５に受け入れられた状態となる。この状態では、Ｖ溝２３にボール２４が無いため、プーリ１（図１参照）とハブ２の間での回転トルクの伝達が遮断される。このように、図１に示すトルクリミッタ３は、被駆動軸１３の回転負荷が過大となったときに、プーリ１からハブ２への回転トルクの伝達を遮断することでプーリ１を空転させ、駆動ベルト４を保護することで、修理工場までの自動車の走行を可能とする。

このリミッタ付きプーリは、自動車補機１０が破損して被駆動軸１３の回転負荷が過大となったときに、プーリ１とハブ２の間での回転トルクの伝達を遮断し、駆動ベルト４を保護する。またこの状態でプーリ１が回転しても、プーリ１の回転に伴って繰り返し衝突する部分が無いため、異音が発生しにくい。

また、このリミッタ付きプーリは、ばね片３１が径方向外方にたわんだときにばね片３１を受け止めてばね片３１のたわみ量を規制するストッパ部３４を有するので、ボール２４がＶ溝２３に沿って移動することによるダンパ作用を確保しながら、トルクリミッタ３が作動する回転トルクを比較的大きく設定することが可能となっている。

また、このリミッタ付きプーリは、内側円筒部２９と内側平板部２７の境界から内側平板部２７の内部を径方向外方に延びるようにスリット３０が形成されているので、ばね片３１が弾性変形しやすく、効果的にダンパ作用を得ることが可能となっている。

また、このリミッタ付きプーリは、各スリット３０の幅が、ボール２４の外径よりも狭い大きさに設定されているので、ボール収容部３５がボール２４を受け入れたときに、そのボール２４がスリット３０を通って脱落するのを防止することが可能となっている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ プーリ
２ ハブ
３ トルクリミッタ
４ 駆動ベルト
１３ 被駆動軸
２１ 第１の円環板
２２ 第２の円環板
２３ Ｖ溝
２４ ボール
２７ 内側平板部
２９ 内側円筒部
３０ スリット
３１ ばね片
３２ 穴部
３３ 切り離し部
３４ ストッパ部
３５ ボール収容部

Claims (6)

1. 外周に駆動ベルト（４）が巻き掛けられるプーリ（１）と、
   前記プーリ（１）の回転中心に位置する被駆動軸（１３）の軸端部に固定されるハブ（２）と、
   前記被駆動軸（１３）の回転負荷が通常範囲のときは前記プーリ（１）から前記ハブ（２）に回転トルクを伝達し、前記被駆動軸（１３）の回転負荷が過大となったときは前記プーリ（１）から前記ハブ（２）への回転トルクの伝達を遮断するトルクリミッタ（３）と、
   を有するリミッタ付きプーリにおいて、
   前記トルクリミッタ（３）は、
   径方向深さが周方向中央から周方向両側に向かって次第に浅くなるように前記ハブ（２）の外周に設けられたＶ溝（２３）と、
   前記Ｖ溝（２３）に収容されたボール（２４）と、
   前記ボール（２４）に嵌合する穴部（３２）と、その穴部（３２）の円周を分割する切り離し部（３３）とを有し、前記ボール（２４）が径方向外方に移動したときに径方向外方にたわんで前記ボール（２４）に径方向内方への付勢力を付与するばね片（３１）と、
   前記ボール（２４）が前記穴部（３２）と前記切り離し部（３３）とを押し広げて径方向外方に通過したときにそのボール（２４）を受け入れるボール収容部（３５）と、
   を有することを特徴とするリミッタ付きプーリ。
2. 前記トルクリミッタ（３）は、
   前記ばね片（３１）の径方向外方に隙間をおいて位置し、前記ばね片（３１）が径方向外方にたわんだときに前記ばね片（３１）を受け止めて前記ばね片（３１）のたわみ量を規制するストッパ部（３４）を更に有する請求項１に記載のリミッタ付きプーリ。
3. 前記トルクリミッタ（３）は、
   前記プーリ（１）の側面に固定される第１の円環板（２１）と、
   前記第１の円環板（２１）に軸方向に対向して設けられた第２の円環板（２２）とを有し、
   前記ばね片（３１）は、前記第２の円環板（２２）の径方向内端に軸方向に延びるように設けられ、
   前記ストッパ部（３４）は、前記第１の円環板（２１）の径方向内端に設けられ、
   前記ボール収容部（３５）は、前記第１の円環板（２１）と第２の円環板（２２）の対向面間に形成された空間である請求項２に記載のリミッタ付きプーリ。
4. 前記第２の円環板（２２）は、前記第１の円環板（２１）と軸方向に間隔をおいて平行に配置された内側平板部（２７）と、その内側平板部（２７）の径方向内端から第１の円環板（２１）に向かって軸方向に延びる内側円筒部（２９）と、その内側円筒部（２９）を軸方向に横切って形成された少なくとも一対のスリット（３０）とを有し、その一対のスリット（３０）の間に前記ばね片（３１）が形成されている請求項３に記載のリミッタ付きプーリ。
5. 前記少なくとも一対のスリット（３０）は、前記内側円筒部（２９）を軸方向に横切って形成され、さらに、前記内側円筒部（２９）と前記内側平板部（２７）の境界から前記内側平板部（２７）の内部を径方向外方に延びるように形成されている請求項４に記載のリミッタ付きプーリ。
6. 前記少なくとも一対のスリット（３０）の各スリット（３０）の幅は、前記ボール（２４）の外径よりも狭い大きさに設定されている請求項４または５に記載のリミッタ付きプーリ。

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