締結構造
【課題】圧縮機の駆動軸の小径部位における応力集中を抑制する。
【解決手段】車両用空調装置用の圧縮機１の駆動軸８と、これが内嵌される電磁クラッチのアーマチュアボス１５１とを互いに締結する締結構造として、アーマチュアボスの他端部１５１ｂと駆動軸８の径方向膨出部８ｂとが圧入嵌合する圧入部３２と、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の回転を規制するスプライン嵌合部３１とを備える。径方向膨出部８ｂの外径は１５ｍｍ以下である。圧入部３２の圧入代ａはａ＝（圧入嵌合前の径方向膨出部８ｂの外径）−（圧入嵌合前のアーマチュアボスの他端部１５１ｂの内径）で表される式で定義され、圧入部３２の軸方向の長さが圧入長さｂとして定義される。また０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように圧入部３２の圧入条件が設定される。スプライン嵌合部３１は軸回りに所定のガタ量を有する。
【解決手段】車両用空調装置用の圧縮機１の駆動軸８と、これが内嵌される電磁クラッチのアーマチュアボス１５１とを互いに締結する締結構造として、アーマチュアボスの他端部１５１ｂと駆動軸８の径方向膨出部８ｂとが圧入嵌合する圧入部３２と、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の回転を規制するスプライン嵌合部３１とを備える。径方向膨出部８ｂの外径は１５ｍｍ以下である。圧入部３２の圧入代ａはａ＝（圧入嵌合前の径方向膨出部８ｂの外径）−（圧入嵌合前のアーマチュアボスの他端部１５１ｂの内径）で表される式で定義され、圧入部３２の軸方向の長さが圧入長さｂとして定義される。また０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように圧入部３２の圧入条件が設定される。スプライン嵌合部３１は軸回りに所定のガタ量を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の駆動軸と、外部駆動源により回転駆動される回転体と、を互いに締結する締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する空調用圧縮機の駆動軸と、この駆動軸が内嵌されるボス部（円筒部）を有して外部駆動源により回転駆動される電磁クラッチのアーマチュア（回転体）と、を互いに締結する締結構造を開示している。この締結構造では、アーマチュアのボス部の一端部と駆動軸の先端部とがスプライン嵌合している。また、アーマチュアのボス部の他端部と駆動軸のスプラインに隣接する部位とが圧入嵌合している。そして、外部駆動源から電磁クラッチに伝達された回転動力が、アーマチュアのボス部から上述のスプライン嵌合を介して駆動軸に伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９０５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のようないわゆる開放型の圧縮機には、その駆動軸に軸封シールが用いられるのが一般的である。軸封シールは、圧縮機内部の冷媒を外気に漏らさないための部品であり、それゆえ、軸封シールと駆動軸とは接触して接触部（軸封シール部）を形成している。しかしながら、この軸封シール部では、駆動軸の回転の抵抗となる摺動抵抗が発生するため、これが圧縮機の効率低下要因の１つになっている。
【０００５】
この軸封シール部での摺動抵抗を低減するためには、軸封シールと接触する駆動軸の速度（＝角速度×外径／２）を低減することが有益であり、このためには、駆動軸の外径（シャフト径）を小径化することが有効である。図７は、空調用圧縮機の通常運転時における軸封シール部での摺動抵抗と駆動軸の外径との関係を示している。図７に示すように、駆動軸の外径が大きくなるほど、軸封シール部における摺動抵抗が増加する。従って、駆動軸を小径化することにより、軸封シール部における摺動抵抗を低減することが可能である。
【０００６】
しかしながら、駆動軸の強度は駆動軸の外径に大きく依存しており、駆動軸の外径が小さくなるほど、駆動軸に発生する応力が増加する傾向がある。図８は、空調用圧縮機の市場使用条件における負荷を駆動軸にかけた際に駆動軸に発生するせん断応力と駆動軸の外径との関係を示している。ここで、図中の実線は試算値を示す一方、一点鎖線は、駆動軸の外径が１５ｍｍ〜１９ｍｍである場合の試算値に対する近似直線を示す。図８に示すように、駆動軸の外径が小さくなるほど、駆動軸に発生するせん断応力が非線形に増加する。特に、駆動軸の外径が１５ｍｍ以下になると、駆動軸にて発生するせん断応力が急激に増加する。
【０００７】
また、特許文献１に記載のような圧縮機では、量産性の都合上、部品組付時に軸封シールを駆動軸の先端側から挿入することが望ましい。また、軸封シールの挿入時にそのシール面を傷付けないようにするために、駆動軸の外径については、そのスプラインの外径を、上述の圧入嵌合部（圧入部）及び軸封シール部での外径よりも小さく設計する必要がある。このため、駆動軸のスプラインの溝底では更に小径になるので、特に圧入部での駆動軸の外径が１５ｍｍ以下となる場合には、スプラインの溝底にて過大な応力集中が発生するおそれがあった。
【０００８】
従って、圧縮機の軸封シール部における摺動抵抗を低減するために駆動軸の小径化を行って、特許文献１に記載のような締結構造において、圧入部での駆動軸の外径が１５ｍｍ以下になると、動力伝達を行う駆動軸のスプラインにて過大な応力集中が発生し得るので、駆動軸が強度不足となる可能性があった。
【０００９】
本発明は、このような実状に鑑み、圧縮機の駆動軸の小径化による駆動軸の強度低下を抑制しつつ、アーマチュア等の回転体からの回転動力を駆動軸に効率良く伝達することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのため本発明では、吸入した作動流体を圧縮して吐出する圧縮機の駆動軸と、この駆動軸が内嵌される円筒部を有して外部駆動源により回転駆動される回転体と、を互いに締結する締結構造として、回転体の円筒部と駆動軸とが圧入嵌合する圧入部と、駆動軸に対する回転体の円筒部の回転を規制する回転止め部とを備える。また、駆動軸は、その外径が、圧入部にて１５ｍｍ以下である。そして、圧入部における圧入代ａ［ｍｍ］が、ａ［ｍｍ］＝（圧入嵌合前の駆動軸の外径［ｍｍ］）−（圧入嵌合前の回転体の円筒部の内径［ｍｍ］）で表される式により定義され、圧入部の軸方向の長さが圧入長さｂ［ｍｍ］として定義され、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように、圧入部における圧入条件が設定される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、駆動軸の外径は、圧入部にて１５ｍｍ以下であり、圧入部における圧入条件が、圧入代ａ［ｍｍ］及び圧入長さｂ［ｍｍ］に関して、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように設定される。これにより、圧入部における駆動軸の外径が１５ｍｍ以下であっても、回転体から駆動軸への動力伝達が主に圧入部を介して行われるので、回転止め部に発生する応力を低減することができ、ひいては、駆動軸の小径化による駆動軸の強度低下を抑制することができる。
【００１２】
また本発明によれば、回転止め部が、駆動軸に対する回転体の円筒部の回転を規制する。これにより、駆動軸に対する回転体の円筒部の周方向での滑りが制限されるので、回転体から駆動軸への動力伝達を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における圧縮機の概略構成を示す図
【図２】図１の部分Ａの拡大図
【図３】圧入代と圧入長さと設計許容領域との関係を示す図
【図４】圧入代と疲労強度との関係を示す図
【図５】回転体と駆動軸との締結部に関する疲労試験の結果を示す図
【図６】駆動軸に対する回転体の揺動の繰返し回数と滑り振幅との関係を示す図
【図７】軸封シール部での摺動抵抗と駆動軸の外径との関係を示す図
【図８】駆動軸に発生するせん断応力と駆動軸の外径との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態における圧縮機の概略構成を示す。
圧縮機１は、車両用空調装置に用いられる電磁クラッチ仕様の開放型可変容量圧縮機である。
【００１５】
圧縮機１は、複数のシリンダボア２を備えたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の一端に設けられたフロントハウジング４と、シリンダブロック３に弁板装置５を介して設けられたリアハウジング６とを備えている。シリンダブロック３と、フロントハウジング４とによって区画形成されるクランク室７内を横断して、圧縮機１の駆動軸８が設けられている。駆動軸８の長手方向中央部の周囲には、円板状の斜板９が配置されている。斜板９は、駆動軸８に固着されたロータ１０にリンク機構１１を介して傾斜角可変に結合されている。
【００１６】
駆動軸８の一端（先端）は、フロントハウジング４の外側に突出したボス部４ａ内を貫通して、外側まで延在している。ボス部４ａの周囲にはアンギュラベアリング１２を介して電磁クラッチ１３が設けられている。
【００１７】
電磁クラッチ１３は、フロントハウジング４のボス部４ａにアンギュラベアリング１２を介して回転可能に支持された磁性材料製のロータ１４と、このロータ１４内に収容されて通電によりロータ１４を磁化させる電磁石装置１４ａと、ロータ１４に対向して配置され、磁化されたロータ１４に吸着されるアーマチュア（回転体）１５と、を備えている。また、アーマチュア１５は、その中央に、駆動軸８の先端が内嵌されるアーマチュアボス１５１を有する。このアーマチュアボス１５１は、駆動軸８の先端が配置される側の端部が閉口した有底円筒状を有しており、本発明における回転体の円筒部に対応する。駆動軸８の先端は、ボルト１６等の固定部材を介してアーマチュアボス１５１に締結固定されている。この締結固定の詳細については、図２を用いて後述する。
【００１８】
電磁クラッチ１３のロータ１４と、図示しない外部駆動源（例えば車両用エンジン）の出力軸に予め設けられたプーリとには、図示しない無端ベルトが巻き掛けられている。従って、外部駆動源からの回転動力が、無端ベルトを介して、電磁クラッチ１３のロータ１４に伝達される。
【００１９】
駆動軸８とボス部４ａとの間には軸封シール１７が挿入されており、この挿入箇所にて、軸封シール１７が圧縮機の内部と外部とを遮断している。換言すれば、軸封シール１７は、駆動軸８とボス部４ａとの間に介装されて、駆動軸８の周囲を密封している。軸封シール１７は、例えば、駆動軸８の外周面に接触するリップシール（図示せず）と、このリップシールをボス部４ａに保持する保持金具（図示せず）とを備える。
【００２０】
駆動軸８の他端（基端）は、シリンダブロック３内にあり、ベアリング１８によって支持されている。また、駆動軸８とフロントハウジング４との間にはベアリング１９が介装されており、このベアリング１９によって駆動軸８のフロントハウジング４側部分が支持されている。また、ロータ１０とフロントハウジング４との間にはスラストベアリング２０が介装されている。
【００２１】
シリンダボア２内には、ピストン２１が配置され、ピストン２１のブリッジ部２１ａ内には、斜板９の外周部の周囲が収容され、シュー２２を介して、ピストン２１と斜板９とが互いに連動する構成となっている。
【００２２】
リアハウジング６内には、吸入室２３及び吐出室２４が区画形成されている。吸入室２３とシリンダボア２とは、弁板装置５に設けられた吸入弁（図示せず）と吸入孔（図示せず）を介して連通している。吐出室２４とシリンダボア２とは、弁板装置５に設けられた吐出弁（図示せず）と吐出孔２５を介して連通している。
【００２３】
シリンダボア２内を往復運動するピストン２１は、吸入室２３から吸入した作動流体である冷媒（例えば冷媒ガス）を圧縮して吐出室２４に吐出する。従って、車両用空調装置を構成する圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する機能を有する。
【００２４】
フロントハウジング４とシリンダブロック３との接合部には、ガスケット２６が介装されている。また、弁板装置５とシリンダブロック３及びリアハウジング６との接合部には、それぞれ、ガスケット２７，２８が介装されている。
【００２５】
従って、圧縮機１では、回転駆動される駆動軸８に斜板９を結合し、往復動可能な各ピストン２１のブリッジ部２１ａ内にて２個一対で保持されたシュー２２を斜板９の軸方向両面に摺接させ、これにより斜板９の回転運動をピストン２１の往復運動に変換している。
【００２６】
次に、駆動軸８の先端とアーマチュアボス１５１との締結固定について、図２を用いて説明する。
図２は、図１の部分Ａの拡大図である。
【００２７】
駆動軸８の先端部８ａには、その外周面に軸回りに凹凸状のスプラインが形成されている。駆動軸８のうち先端部８ａに隣接する部位には、径方向に膨出する径方向膨出部８ｂが形成されている。
【００２８】
アーマチュアボス１５１の一端部１５１ａは、その内周面に、駆動軸８の先端部８ａのスプラインに噛合するようにスプラインが形成されている。また、アーマチュアボス１５１の他端部１５１ｂは一端部１５１ａに隣接しており、一端部１５１ａよりも大径の円筒空間を有する。ここで、組付前（圧入嵌合前）の駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径をＤ１とし、組付前（圧入嵌合前）のアーマチュアボス１５１の他端部１５１ｂの内径をＤ２とすると、Ｄ１とＤ２とは、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たしている。
【００２９】
駆動軸８の先端部８ａとアーマチュアボス１５１の一端部１５１ａとは、各々のスプラインにて噛合して、スプライン嵌合部３１を形成する。ここにおいて、このスプライン嵌合部３１が、本発明における回転止め部として機能して、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の回転を規制する。
【００３０】
駆動軸８の径方向膨出部８ｂとアーマチュアボス１５１の他端部１５１ｂとは、上述のＤ１＞Ｄ２の関係により圧入嵌合して圧入部３２を形成する。
ここで、圧入部３２における圧入代ａ［ｍｍ］は、以下の式により定義される。
ａ［ｍｍ］＝Ｄ１［ｍｍ］−Ｄ２［ｍｍ］
【００３１】
また、圧入部３２の軸方向の長さが圧入長さｂ［ｍｍ］として定義される。なお、本実施形態では、スプライン嵌合部３１の軸方向の長さｃを圧入長さｂよりも長くしているが、これらの長短の関係はこれに限らず、スプライン嵌合部３１の回転止め機能が十分に確保される範囲で、スプライン嵌合部３１の軸方向の長さｃを変更することが可能である。
【００３２】
駆動軸８の先端部８ａには、ボルト１６が螺合する雌ねじ部（図示せず）が形成されている。また、アーマチュアボス１５１の一端部１５１ｂの閉口部には、ボルト１６の雄ねじ部が貫通可能な貫通孔（図示せず）が形成されている。そして、ボルト１６が、アーマチュアボス１５１の貫通孔を介して駆動軸８の先端部８ａに螺合することにより、駆動軸８とアーマチュアボス１５１とがボルト締結される。
【００３３】
従って、本実施形態における駆動軸８とアーマチュアボス１５１との締結構造では、圧入部３２における圧入嵌合と、スプライン嵌合部３１におけるスプライン嵌合と、ボルト１６によるボルト締結とによって、駆動軸８とアーマチュアボス１５１とが締結固定されている。
【００３４】
従って、電磁クラッチ１３のロータ１４が磁化されてアーマチュア１５がロータ１４に吸着されている場合には、外部駆動源からの回転動力が、無端ベルト及び電磁クラッチ１３のロータ１４を介してアーマチュア１５（アーマチュアボス１５１）に伝達され、この回転動力が、更に上述の締結構造を介して圧縮機１の駆動軸８に伝達される。
【００３５】
ところで、本実施形態では、軸封シール１７と駆動軸８とが接触する軸封シール部での摺動抵抗を低減するために、駆動軸８の小径化を行って、圧入部３２での駆動軸８の外径（すなわち、径方向膨出部８ｂの外径）を１５ｍｍ以下とする。この際、駆動軸８の先端部８ａのスプラインでの過大な応力集中を抑制するために、圧入部３２における圧入代ａ及び圧入長さｂを以下のように設定することにより、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達を主に圧入部３２を介して行うことで、スプライン嵌合部３１にて発生する応力を低減する。
【００３６】
図３は、上記締結構造の耐久性試験の結果を示しており、圧入部３２における圧入代ａと圧入長さｂと設計許容領域との関係を示す。なお、この耐久性試験では、クロムモリブデン鋼製の駆動軸８と、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製のアーマチュア１５（アーマチュアボス１５１）と、を用いた。また、駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径は１２．７ｍｍであった。また、この耐久性試験では、±３５Ｎ・ｍの負荷トルクの条件下で圧縮機１を所定時間運転して、上記締結構造の破壊の有無を調査した。
【００３７】
図３に示すように、圧入代ａ＝３［μｍ］（０．００３［ｍｍ］）であり、かつ、圧入長さｂ＝２［ｍｍ］である場合には上記締結構造が破壊した。この場合において、ａ×ｂ［ｍｍ２］＝０．００６［ｍｍ２］である。
【００３８】
これに対し、圧入代ａ＝６［μｍ］（０．００６［ｍｍ］）であり、かつ、圧入長さｂ＝２［ｍｍ］である場合には上記締結構造が破壊しない。この場合において、ａ×ｂ［ｍｍ２］＝０．０１２［ｍｍ２］である。
【００３９】
また、圧入代ａ＝３［μｍ］（０．００３［ｍｍ］）であり、かつ、圧入長さｂ＝４［ｍｍ］である場合には上記締結構造が破壊しない。この場合において、ａ×ｂ［ｍｍ２］＝０．０１２［ｍｍ２］である。
【００４０】
従って、ａ×ｂ［ｍｍ２］に関しては、０．００６［ｍｍ２］と０．０１２［ｍｍ２］との間の０．０１［ｍｍ２］近傍に上記締結構造が破壊するか否かの閾値が存在することになる。換言すれば、ａ×ｂ［ｍｍ２］に関しては、０．００６［ｍｍ２］と０．０１２［ｍｍ２］との間の０．０１［ｍｍ２］近傍に、締結機能の機能発現限界（下限値）が存在することがわかる。
【００４１】
従って、本実施形態では、圧入部３２における圧入条件が、以下の式（１）を満たすように設定される。
ａ×ｂ［ｍｍ２］≧０．０１［ｍｍ２］ ・・・（１）
【００４２】
図４は、上記締結構造の疲労強度試験の結果を示しており、圧入部３２における圧入長さｂを８［ｍｍ］としたときの圧入代ａと上記締結構造の疲労強度との関係を示す。なお、この疲労強度試験において、駆動軸８及びアーマチュア１５（アーマチュアボス１５１）の材料と、駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径とは、上述の図３における耐久性試験と同様であった。
【００４３】
図４に示すように、圧入代ａが０［μｍ］よりわずかに大きくなると（すなわち、少しでも圧入嵌合になると）、上記締結構造の疲労強度は圧入代ａ＝０［μｍ］のときに比べて約５倍以上になる。そして、圧入代ａが大きくなるほど、上記締結構造の疲労強度は向上し続けるが、圧入代ａ＝１０［μｍ］程度になると、その後は圧入代ａ＝５０［μｍ］程度まで、上記締結構造の疲労強度が圧入代ａ＝０［μｍ］のときに比べて約８倍程度で頭打ちとなる。つまり、圧入代ａ＝５０［μｍ］（０．０５０［ｍｍ］）であり、かつ、圧入長さｂ＝８［ｍｍ］である場合には、ａ×ｂ［ｍｍ２］は０．４００［ｍｍ２］であり、この状況より更にａ×ｂ［ｍｍ２］を大きくしても、上記締結構造の疲労強度が向上する可能性は低い。
【００４４】
また、圧入長さｂが長くなるほど、アーマチュアボス１５１の長手方向の長さを延ばす必要があり、この結果、材料コストが増大する。また、圧入長さｂが長くなるほど、圧入工程での作業性が低下し、ライン生産上での工数増加を引き起こす可能性がある。
【００４５】
更に、圧入代ａが過大に大きくなると、アーマチュアボス１５１や駆動軸８に作用する応力がこれらの材料強度を超えてしまうため、材料の引張り強度以下となる圧入代ａを設定する必要がある。
【００４６】
従って、ａ×ｂ［ｍｍ２］が０．４０［ｍｍ２］より大きくなるような圧入代ａと圧入長さｂとの組み合わせは、製品価値＝機能／コストという観点からは、製品価値の低下につながってしまう。
【００４７】
従って、本実施形態では、圧入部３２における圧入条件が、以下の式（２）を満たすように設定される。
ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］ ・・・（２）
【００４８】
上述の式（１）及び式（２）をまとめると、以下の式（３）になる。
０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］・・・（３）
従って、本実施形態では、圧入部３２における圧入条件が、圧入代ａ［ｍｍ］及び圧入長さｂ［ｍｍ］に関して、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように設定される。なお、この圧入条件は、図３に示す設計許容領域に対応している。
【００４９】
図５は、式（３）で表される圧入条件でのアーマチュアボス１５１と駆動軸８との締結部に関する疲労試験の結果（すなわち、上記締結構造のＳ−Ｎ曲線）を示す。詳しくは、圧入部３２における圧入長さｂを８［ｍｍ］としたときの圧入代ａと応力振幅と上記締結構造が破壊に至るまでの繰返し回数との関係を示す。なお、この疲労試験において、駆動軸８及びアーマチュア１５（アーマチュアボス１５１）の材料と、駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径とは、上述の図３における耐久性試験と同様であった。
【００５０】
図５に示すように、上述の締結構造において、圧入部３２における圧入条件が、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たしている場合には（すなわち、３［μｍ］≦ａ［μｍ］≦４８［μｍ］、かつ、ｂ＝８［ｍｍ］を満たしている場合には）、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達が主に圧入部３２を介して行われるので、スプラインの溝底での応力集中が比較的発生し難く、この結果、繰返し回数＝１０７回における応力振幅が比較的大きくなる。
【００５１】
これに対し、図５に示すように、上述の締結構造において、圧入部３２が省略されて、スプライン嵌合部３１のみが動力伝達を行う構成である場合には、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達がスプライン嵌合部３１を介して行われるので、スプラインの溝底での応力集中が比較的発生し易く、この結果、繰返し回数＝１０７回における応力振幅が比較的小さくなる。
【００５２】
すなわち、圧入部３２における圧入条件が、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように設定されることにより、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達が主に圧入部３２を介して行われるので、スプライン嵌合部３１で発生する応力を抑制することができ、ひいては、駆動軸８の疲労強度を向上させることができる。
【００５３】
なお、図３〜図５に示した各試験では、駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径が１５ｍｍ以下である場合の一例として、外径１２．７ｍｍのものを用いたが、外径１２．７ｍｍ以外のものであっても、駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径が１５ｍｍ以下である場合において、圧入部３２における圧入条件が、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように設定されることにより、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達が主に圧入部３２を介して行われるので、スプライン嵌合部３１で発生する応力を抑制することができ、ひいては、駆動軸８の疲労強度を向上させることができる。
【００５４】
図２に戻り、本実施形態では、スプライン嵌合部３１において、軸回りに所定のガタ量（遊び量）を有している。ここで、所定のガタ量とは、後述する圧入部締結力の自己増加現象を得ることができる程度のガタ量であり、予め設定されたものである。
【００５５】
圧入部締結力の自己増加現象について、図６を用いて説明する。
図６は、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の周方向での揺動の繰返し回数と滑り振幅との関係を示す。ここで、滑り振幅とは、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の周方向での移動振幅を意味する。
【００５６】
図６に示すように、揺動の繰返し回数が増加するほど、滑り振幅は減少する。これは、圧入部３２にて駆動軸８の外周面をアーマチュアボス１５１の内周面が接触しつつ摺動することにより互いに凝着し、この結果、圧入部３２における摩擦係数が増大するからである。この摩擦係数の増大により滑り振幅が減少して（すなわち、滑りが抑制されて）圧入部３２での締結力が増大する現象が、圧入部締結力の自己増加現象である。この圧入部締結力の自己増加現象を得ることができる程度のガタ量が、本発明における所定のガタ量として予め設定される。
【００５７】
本実施形態によれば、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１の駆動軸８と、この駆動軸８が内嵌されるアーマチュアボス（円筒部）１５１を有して外部駆動源により回転駆動されるアーマチュア（回転体）１５と、を互いに締結する締結構造として、アーマチュアボス１５１と駆動軸８とが圧入嵌合する圧入部３２と、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の回転を規制するスプライン嵌合部（回転止め部）３１とを備える。また、駆動軸８は、その外径が、圧入部３２にて１５ｍｍ以下である（換言すれば、駆動軸８の径方向膨出部８ｂは、その外径が１５ｍｍ以下である）。そして、圧入部３２における圧入代ａ［ｍｍ］が、ａ［ｍｍ］＝（圧入嵌合前の駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径Ｄ１［ｍｍ］）−（圧入嵌合前のアーマチュアボス１５１の他端部１５１ｂの内径Ｄ２［ｍｍ］）で表される式により定義され、圧入部３２の軸方向の長さが圧入長さｂ［ｍｍ］として定義され、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように、圧入部３２における圧入条件が設定される。これにより、圧入部３２における駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径が１５ｍｍ以下であっても、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達が主に圧入部３２を介して行われるので、スプライン嵌合部３１に発生する応力を低減することができ、ひいては、駆動軸８の小径化による駆動軸８の強度低下を抑制することができる。
【００５８】
また本実施形態によれば、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように、圧入部３２における圧入条件が設定される。これにより、圧入部３２における圧入条件を「ａ×ｂ」と２次元的に設定することができるので（図３参照）、圧入部３２における設計自由度を向上させることができる。
【００５９】
また本実施形態によれば、スプライン嵌合部３１が、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の回転を規制することにより、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の周方向での過度の滑りが防止されるので、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達を効率良く行うことができる。
【００６０】
また本実施形態によれば、スプライン嵌合部３１は、軸回りに所定のガタ量を有するので、圧入部３２における凝着により摩擦係数を増大させることができ、これにより、圧入部３２での締結力を増大させることができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の回転を規制する回転止めとしてスプライン嵌合を用いて説明したが、回転止めはこれに限らず、例えば、回転止めとして、セレーション嵌合を用いることが可能である。また、駆動軸８の先端部８ａの外周面とアーマチュアボス１５１の一端部１５１ａの内周面とのそれぞれに互いに対向するようにキー溝を設けてこれらキー溝にキーを装着することで、回転止めとして機能させることも可能である。
【００６２】
また本実施形態では、外部駆動源として車両用エンジンを例示したが、外部駆動源はこれに限らず、例えば、外部駆動源として電動機を用いることが可能である。
また本実施形態では、可変容量圧縮機の駆動軸を例にとって駆動軸と回転体との締結構造について説明したが、圧縮機の形式はこれに限らず、例えば、固定容量圧縮機の駆動軸に上述の締結構造を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 圧縮機
２ シリンダボア
３ シリンダブロック
４ フロントハウジング
４ａ ボス部
５ 弁板装置
６ リアハウジング
７ クランク室
８ 駆動軸
８ａ 先端部
８ｂ 径方向膨出部
９ 斜板
１０ ロータ
１１ リンク機構
１２ アンギュラベアリング
１３ 電磁クラッチ
１４ ロータ
１４ａ 電磁石装置
１５ アーマチュア
１６ ボルト
１７ 軸封シール
１８，１９ ベアリング
２０ スラストベアリング
２１ ピストン
２１ａ ブリッジ部
２２ シュー
２３ 吸入室
２４ 吐出室
２５ 吐出孔
２６，２７，２８ ガスケット
３１ スプライン嵌合部
３２ 圧入部
１５１ アーマチュアボス
１５１ａ 一端部
１５１ｂ 他端部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の駆動軸と、外部駆動源により回転駆動される回転体と、を互いに締結する締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する空調用圧縮機の駆動軸と、この駆動軸が内嵌されるボス部（円筒部）を有して外部駆動源により回転駆動される電磁クラッチのアーマチュア（回転体）と、を互いに締結する締結構造を開示している。この締結構造では、アーマチュアのボス部の一端部と駆動軸の先端部とがスプライン嵌合している。また、アーマチュアのボス部の他端部と駆動軸のスプラインに隣接する部位とが圧入嵌合している。そして、外部駆動源から電磁クラッチに伝達された回転動力が、アーマチュアのボス部から上述のスプライン嵌合を介して駆動軸に伝達される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９０５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のようないわゆる開放型の圧縮機には、その駆動軸に軸封シールが用いられるのが一般的である。軸封シールは、圧縮機内部の冷媒を外気に漏らさないための部品であり、それゆえ、軸封シールと駆動軸とは接触して接触部（軸封シール部）を形成している。しかしながら、この軸封シール部では、駆動軸の回転の抵抗となる摺動抵抗が発生するため、これが圧縮機の効率低下要因の１つになっている。
【０００５】
この軸封シール部での摺動抵抗を低減するためには、軸封シールと接触する駆動軸の速度（＝角速度×外径／２）を低減することが有益であり、このためには、駆動軸の外径（シャフト径）を小径化することが有効である。図７は、空調用圧縮機の通常運転時における軸封シール部での摺動抵抗と駆動軸の外径との関係を示している。図７に示すように、駆動軸の外径が大きくなるほど、軸封シール部における摺動抵抗が増加する。従って、駆動軸を小径化することにより、軸封シール部における摺動抵抗を低減することが可能である。
【０００６】
しかしながら、駆動軸の強度は駆動軸の外径に大きく依存しており、駆動軸の外径が小さくなるほど、駆動軸に発生する応力が増加する傾向がある。図８は、空調用圧縮機の市場使用条件における負荷を駆動軸にかけた際に駆動軸に発生するせん断応力と駆動軸の外径との関係を示している。ここで、図中の実線は試算値を示す一方、一点鎖線は、駆動軸の外径が１５ｍｍ〜１９ｍｍである場合の試算値に対する近似直線を示す。図８に示すように、駆動軸の外径が小さくなるほど、駆動軸に発生するせん断応力が非線形に増加する。特に、駆動軸の外径が１５ｍｍ以下になると、駆動軸にて発生するせん断応力が急激に増加する。
【０００７】
また、特許文献１に記載のような圧縮機では、量産性の都合上、部品組付時に軸封シールを駆動軸の先端側から挿入することが望ましい。また、軸封シールの挿入時にそのシール面を傷付けないようにするために、駆動軸の外径については、そのスプラインの外径を、上述の圧入嵌合部（圧入部）及び軸封シール部での外径よりも小さく設計する必要がある。このため、駆動軸のスプラインの溝底では更に小径になるので、特に圧入部での駆動軸の外径が１５ｍｍ以下となる場合には、スプラインの溝底にて過大な応力集中が発生するおそれがあった。
【０００８】
従って、圧縮機の軸封シール部における摺動抵抗を低減するために駆動軸の小径化を行って、特許文献１に記載のような締結構造において、圧入部での駆動軸の外径が１５ｍｍ以下になると、動力伝達を行う駆動軸のスプラインにて過大な応力集中が発生し得るので、駆動軸が強度不足となる可能性があった。
【０００９】
本発明は、このような実状に鑑み、圧縮機の駆動軸の小径化による駆動軸の強度低下を抑制しつつ、アーマチュア等の回転体からの回転動力を駆動軸に効率良く伝達することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのため本発明では、吸入した作動流体を圧縮して吐出する圧縮機の駆動軸と、この駆動軸が内嵌される円筒部を有して外部駆動源により回転駆動される回転体と、を互いに締結する締結構造として、回転体の円筒部と駆動軸とが圧入嵌合する圧入部と、駆動軸に対する回転体の円筒部の回転を規制する回転止め部とを備える。また、駆動軸は、その外径が、圧入部にて１５ｍｍ以下である。そして、圧入部における圧入代ａ［ｍｍ］が、ａ［ｍｍ］＝（圧入嵌合前の駆動軸の外径［ｍｍ］）−（圧入嵌合前の回転体の円筒部の内径［ｍｍ］）で表される式により定義され、圧入部の軸方向の長さが圧入長さｂ［ｍｍ］として定義され、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように、圧入部における圧入条件が設定される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、駆動軸の外径は、圧入部にて１５ｍｍ以下であり、圧入部における圧入条件が、圧入代ａ［ｍｍ］及び圧入長さｂ［ｍｍ］に関して、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように設定される。これにより、圧入部における駆動軸の外径が１５ｍｍ以下であっても、回転体から駆動軸への動力伝達が主に圧入部を介して行われるので、回転止め部に発生する応力を低減することができ、ひいては、駆動軸の小径化による駆動軸の強度低下を抑制することができる。
【００１２】
また本発明によれば、回転止め部が、駆動軸に対する回転体の円筒部の回転を規制する。これにより、駆動軸に対する回転体の円筒部の周方向での滑りが制限されるので、回転体から駆動軸への動力伝達を効率良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における圧縮機の概略構成を示す図
【図２】図１の部分Ａの拡大図
【図３】圧入代と圧入長さと設計許容領域との関係を示す図
【図４】圧入代と疲労強度との関係を示す図
【図５】回転体と駆動軸との締結部に関する疲労試験の結果を示す図
【図６】駆動軸に対する回転体の揺動の繰返し回数と滑り振幅との関係を示す図
【図７】軸封シール部での摺動抵抗と駆動軸の外径との関係を示す図
【図８】駆動軸に発生するせん断応力と駆動軸の外径との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態における圧縮機の概略構成を示す。
圧縮機１は、車両用空調装置に用いられる電磁クラッチ仕様の開放型可変容量圧縮機である。
【００１５】
圧縮機１は、複数のシリンダボア２を備えたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の一端に設けられたフロントハウジング４と、シリンダブロック３に弁板装置５を介して設けられたリアハウジング６とを備えている。シリンダブロック３と、フロントハウジング４とによって区画形成されるクランク室７内を横断して、圧縮機１の駆動軸８が設けられている。駆動軸８の長手方向中央部の周囲には、円板状の斜板９が配置されている。斜板９は、駆動軸８に固着されたロータ１０にリンク機構１１を介して傾斜角可変に結合されている。
【００１６】
駆動軸８の一端（先端）は、フロントハウジング４の外側に突出したボス部４ａ内を貫通して、外側まで延在している。ボス部４ａの周囲にはアンギュラベアリング１２を介して電磁クラッチ１３が設けられている。
【００１７】
電磁クラッチ１３は、フロントハウジング４のボス部４ａにアンギュラベアリング１２を介して回転可能に支持された磁性材料製のロータ１４と、このロータ１４内に収容されて通電によりロータ１４を磁化させる電磁石装置１４ａと、ロータ１４に対向して配置され、磁化されたロータ１４に吸着されるアーマチュア（回転体）１５と、を備えている。また、アーマチュア１５は、その中央に、駆動軸８の先端が内嵌されるアーマチュアボス１５１を有する。このアーマチュアボス１５１は、駆動軸８の先端が配置される側の端部が閉口した有底円筒状を有しており、本発明における回転体の円筒部に対応する。駆動軸８の先端は、ボルト１６等の固定部材を介してアーマチュアボス１５１に締結固定されている。この締結固定の詳細については、図２を用いて後述する。
【００１８】
電磁クラッチ１３のロータ１４と、図示しない外部駆動源（例えば車両用エンジン）の出力軸に予め設けられたプーリとには、図示しない無端ベルトが巻き掛けられている。従って、外部駆動源からの回転動力が、無端ベルトを介して、電磁クラッチ１３のロータ１４に伝達される。
【００１９】
駆動軸８とボス部４ａとの間には軸封シール１７が挿入されており、この挿入箇所にて、軸封シール１７が圧縮機の内部と外部とを遮断している。換言すれば、軸封シール１７は、駆動軸８とボス部４ａとの間に介装されて、駆動軸８の周囲を密封している。軸封シール１７は、例えば、駆動軸８の外周面に接触するリップシール（図示せず）と、このリップシールをボス部４ａに保持する保持金具（図示せず）とを備える。
【００２０】
駆動軸８の他端（基端）は、シリンダブロック３内にあり、ベアリング１８によって支持されている。また、駆動軸８とフロントハウジング４との間にはベアリング１９が介装されており、このベアリング１９によって駆動軸８のフロントハウジング４側部分が支持されている。また、ロータ１０とフロントハウジング４との間にはスラストベアリング２０が介装されている。
【００２１】
シリンダボア２内には、ピストン２１が配置され、ピストン２１のブリッジ部２１ａ内には、斜板９の外周部の周囲が収容され、シュー２２を介して、ピストン２１と斜板９とが互いに連動する構成となっている。
【００２２】
リアハウジング６内には、吸入室２３及び吐出室２４が区画形成されている。吸入室２３とシリンダボア２とは、弁板装置５に設けられた吸入弁（図示せず）と吸入孔（図示せず）を介して連通している。吐出室２４とシリンダボア２とは、弁板装置５に設けられた吐出弁（図示せず）と吐出孔２５を介して連通している。
【００２３】
シリンダボア２内を往復運動するピストン２１は、吸入室２３から吸入した作動流体である冷媒（例えば冷媒ガス）を圧縮して吐出室２４に吐出する。従って、車両用空調装置を構成する圧縮機１は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する機能を有する。
【００２４】
フロントハウジング４とシリンダブロック３との接合部には、ガスケット２６が介装されている。また、弁板装置５とシリンダブロック３及びリアハウジング６との接合部には、それぞれ、ガスケット２７，２８が介装されている。
【００２５】
従って、圧縮機１では、回転駆動される駆動軸８に斜板９を結合し、往復動可能な各ピストン２１のブリッジ部２１ａ内にて２個一対で保持されたシュー２２を斜板９の軸方向両面に摺接させ、これにより斜板９の回転運動をピストン２１の往復運動に変換している。
【００２６】
次に、駆動軸８の先端とアーマチュアボス１５１との締結固定について、図２を用いて説明する。
図２は、図１の部分Ａの拡大図である。
【００２７】
駆動軸８の先端部８ａには、その外周面に軸回りに凹凸状のスプラインが形成されている。駆動軸８のうち先端部８ａに隣接する部位には、径方向に膨出する径方向膨出部８ｂが形成されている。
【００２８】
アーマチュアボス１５１の一端部１５１ａは、その内周面に、駆動軸８の先端部８ａのスプラインに噛合するようにスプラインが形成されている。また、アーマチュアボス１５１の他端部１５１ｂは一端部１５１ａに隣接しており、一端部１５１ａよりも大径の円筒空間を有する。ここで、組付前（圧入嵌合前）の駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径をＤ１とし、組付前（圧入嵌合前）のアーマチュアボス１５１の他端部１５１ｂの内径をＤ２とすると、Ｄ１とＤ２とは、Ｄ１＞Ｄ２の関係を満たしている。
【００２９】
駆動軸８の先端部８ａとアーマチュアボス１５１の一端部１５１ａとは、各々のスプラインにて噛合して、スプライン嵌合部３１を形成する。ここにおいて、このスプライン嵌合部３１が、本発明における回転止め部として機能して、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の回転を規制する。
【００３０】
駆動軸８の径方向膨出部８ｂとアーマチュアボス１５１の他端部１５１ｂとは、上述のＤ１＞Ｄ２の関係により圧入嵌合して圧入部３２を形成する。
ここで、圧入部３２における圧入代ａ［ｍｍ］は、以下の式により定義される。
ａ［ｍｍ］＝Ｄ１［ｍｍ］−Ｄ２［ｍｍ］
【００３１】
また、圧入部３２の軸方向の長さが圧入長さｂ［ｍｍ］として定義される。なお、本実施形態では、スプライン嵌合部３１の軸方向の長さｃを圧入長さｂよりも長くしているが、これらの長短の関係はこれに限らず、スプライン嵌合部３１の回転止め機能が十分に確保される範囲で、スプライン嵌合部３１の軸方向の長さｃを変更することが可能である。
【００３２】
駆動軸８の先端部８ａには、ボルト１６が螺合する雌ねじ部（図示せず）が形成されている。また、アーマチュアボス１５１の一端部１５１ｂの閉口部には、ボルト１６の雄ねじ部が貫通可能な貫通孔（図示せず）が形成されている。そして、ボルト１６が、アーマチュアボス１５１の貫通孔を介して駆動軸８の先端部８ａに螺合することにより、駆動軸８とアーマチュアボス１５１とがボルト締結される。
【００３３】
従って、本実施形態における駆動軸８とアーマチュアボス１５１との締結構造では、圧入部３２における圧入嵌合と、スプライン嵌合部３１におけるスプライン嵌合と、ボルト１６によるボルト締結とによって、駆動軸８とアーマチュアボス１５１とが締結固定されている。
【００３４】
従って、電磁クラッチ１３のロータ１４が磁化されてアーマチュア１５がロータ１４に吸着されている場合には、外部駆動源からの回転動力が、無端ベルト及び電磁クラッチ１３のロータ１４を介してアーマチュア１５（アーマチュアボス１５１）に伝達され、この回転動力が、更に上述の締結構造を介して圧縮機１の駆動軸８に伝達される。
【００３５】
ところで、本実施形態では、軸封シール１７と駆動軸８とが接触する軸封シール部での摺動抵抗を低減するために、駆動軸８の小径化を行って、圧入部３２での駆動軸８の外径（すなわち、径方向膨出部８ｂの外径）を１５ｍｍ以下とする。この際、駆動軸８の先端部８ａのスプラインでの過大な応力集中を抑制するために、圧入部３２における圧入代ａ及び圧入長さｂを以下のように設定することにより、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達を主に圧入部３２を介して行うことで、スプライン嵌合部３１にて発生する応力を低減する。
【００３６】
図３は、上記締結構造の耐久性試験の結果を示しており、圧入部３２における圧入代ａと圧入長さｂと設計許容領域との関係を示す。なお、この耐久性試験では、クロムモリブデン鋼製の駆動軸８と、機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）製のアーマチュア１５（アーマチュアボス１５１）と、を用いた。また、駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径は１２．７ｍｍであった。また、この耐久性試験では、±３５Ｎ・ｍの負荷トルクの条件下で圧縮機１を所定時間運転して、上記締結構造の破壊の有無を調査した。
【００３７】
図３に示すように、圧入代ａ＝３［μｍ］（０．００３［ｍｍ］）であり、かつ、圧入長さｂ＝２［ｍｍ］である場合には上記締結構造が破壊した。この場合において、ａ×ｂ［ｍｍ２］＝０．００６［ｍｍ２］である。
【００３８】
これに対し、圧入代ａ＝６［μｍ］（０．００６［ｍｍ］）であり、かつ、圧入長さｂ＝２［ｍｍ］である場合には上記締結構造が破壊しない。この場合において、ａ×ｂ［ｍｍ２］＝０．０１２［ｍｍ２］である。
【００３９】
また、圧入代ａ＝３［μｍ］（０．００３［ｍｍ］）であり、かつ、圧入長さｂ＝４［ｍｍ］である場合には上記締結構造が破壊しない。この場合において、ａ×ｂ［ｍｍ２］＝０．０１２［ｍｍ２］である。
【００４０】
従って、ａ×ｂ［ｍｍ２］に関しては、０．００６［ｍｍ２］と０．０１２［ｍｍ２］との間の０．０１［ｍｍ２］近傍に上記締結構造が破壊するか否かの閾値が存在することになる。換言すれば、ａ×ｂ［ｍｍ２］に関しては、０．００６［ｍｍ２］と０．０１２［ｍｍ２］との間の０．０１［ｍｍ２］近傍に、締結機能の機能発現限界（下限値）が存在することがわかる。
【００４１】
従って、本実施形態では、圧入部３２における圧入条件が、以下の式（１）を満たすように設定される。
ａ×ｂ［ｍｍ２］≧０．０１［ｍｍ２］ ・・・（１）
【００４２】
図４は、上記締結構造の疲労強度試験の結果を示しており、圧入部３２における圧入長さｂを８［ｍｍ］としたときの圧入代ａと上記締結構造の疲労強度との関係を示す。なお、この疲労強度試験において、駆動軸８及びアーマチュア１５（アーマチュアボス１５１）の材料と、駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径とは、上述の図３における耐久性試験と同様であった。
【００４３】
図４に示すように、圧入代ａが０［μｍ］よりわずかに大きくなると（すなわち、少しでも圧入嵌合になると）、上記締結構造の疲労強度は圧入代ａ＝０［μｍ］のときに比べて約５倍以上になる。そして、圧入代ａが大きくなるほど、上記締結構造の疲労強度は向上し続けるが、圧入代ａ＝１０［μｍ］程度になると、その後は圧入代ａ＝５０［μｍ］程度まで、上記締結構造の疲労強度が圧入代ａ＝０［μｍ］のときに比べて約８倍程度で頭打ちとなる。つまり、圧入代ａ＝５０［μｍ］（０．０５０［ｍｍ］）であり、かつ、圧入長さｂ＝８［ｍｍ］である場合には、ａ×ｂ［ｍｍ２］は０．４００［ｍｍ２］であり、この状況より更にａ×ｂ［ｍｍ２］を大きくしても、上記締結構造の疲労強度が向上する可能性は低い。
【００４４】
また、圧入長さｂが長くなるほど、アーマチュアボス１５１の長手方向の長さを延ばす必要があり、この結果、材料コストが増大する。また、圧入長さｂが長くなるほど、圧入工程での作業性が低下し、ライン生産上での工数増加を引き起こす可能性がある。
【００４５】
更に、圧入代ａが過大に大きくなると、アーマチュアボス１５１や駆動軸８に作用する応力がこれらの材料強度を超えてしまうため、材料の引張り強度以下となる圧入代ａを設定する必要がある。
【００４６】
従って、ａ×ｂ［ｍｍ２］が０．４０［ｍｍ２］より大きくなるような圧入代ａと圧入長さｂとの組み合わせは、製品価値＝機能／コストという観点からは、製品価値の低下につながってしまう。
【００４７】
従って、本実施形態では、圧入部３２における圧入条件が、以下の式（２）を満たすように設定される。
ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］ ・・・（２）
【００４８】
上述の式（１）及び式（２）をまとめると、以下の式（３）になる。
０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］・・・（３）
従って、本実施形態では、圧入部３２における圧入条件が、圧入代ａ［ｍｍ］及び圧入長さｂ［ｍｍ］に関して、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように設定される。なお、この圧入条件は、図３に示す設計許容領域に対応している。
【００４９】
図５は、式（３）で表される圧入条件でのアーマチュアボス１５１と駆動軸８との締結部に関する疲労試験の結果（すなわち、上記締結構造のＳ−Ｎ曲線）を示す。詳しくは、圧入部３２における圧入長さｂを８［ｍｍ］としたときの圧入代ａと応力振幅と上記締結構造が破壊に至るまでの繰返し回数との関係を示す。なお、この疲労試験において、駆動軸８及びアーマチュア１５（アーマチュアボス１５１）の材料と、駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径とは、上述の図３における耐久性試験と同様であった。
【００５０】
図５に示すように、上述の締結構造において、圧入部３２における圧入条件が、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たしている場合には（すなわち、３［μｍ］≦ａ［μｍ］≦４８［μｍ］、かつ、ｂ＝８［ｍｍ］を満たしている場合には）、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達が主に圧入部３２を介して行われるので、スプラインの溝底での応力集中が比較的発生し難く、この結果、繰返し回数＝１０７回における応力振幅が比較的大きくなる。
【００５１】
これに対し、図５に示すように、上述の締結構造において、圧入部３２が省略されて、スプライン嵌合部３１のみが動力伝達を行う構成である場合には、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達がスプライン嵌合部３１を介して行われるので、スプラインの溝底での応力集中が比較的発生し易く、この結果、繰返し回数＝１０７回における応力振幅が比較的小さくなる。
【００５２】
すなわち、圧入部３２における圧入条件が、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように設定されることにより、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達が主に圧入部３２を介して行われるので、スプライン嵌合部３１で発生する応力を抑制することができ、ひいては、駆動軸８の疲労強度を向上させることができる。
【００５３】
なお、図３〜図５に示した各試験では、駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径が１５ｍｍ以下である場合の一例として、外径１２．７ｍｍのものを用いたが、外径１２．７ｍｍ以外のものであっても、駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径が１５ｍｍ以下である場合において、圧入部３２における圧入条件が、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように設定されることにより、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達が主に圧入部３２を介して行われるので、スプライン嵌合部３１で発生する応力を抑制することができ、ひいては、駆動軸８の疲労強度を向上させることができる。
【００５４】
図２に戻り、本実施形態では、スプライン嵌合部３１において、軸回りに所定のガタ量（遊び量）を有している。ここで、所定のガタ量とは、後述する圧入部締結力の自己増加現象を得ることができる程度のガタ量であり、予め設定されたものである。
【００５５】
圧入部締結力の自己増加現象について、図６を用いて説明する。
図６は、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の周方向での揺動の繰返し回数と滑り振幅との関係を示す。ここで、滑り振幅とは、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の周方向での移動振幅を意味する。
【００５６】
図６に示すように、揺動の繰返し回数が増加するほど、滑り振幅は減少する。これは、圧入部３２にて駆動軸８の外周面をアーマチュアボス１５１の内周面が接触しつつ摺動することにより互いに凝着し、この結果、圧入部３２における摩擦係数が増大するからである。この摩擦係数の増大により滑り振幅が減少して（すなわち、滑りが抑制されて）圧入部３２での締結力が増大する現象が、圧入部締結力の自己増加現象である。この圧入部締結力の自己増加現象を得ることができる程度のガタ量が、本発明における所定のガタ量として予め設定される。
【００５７】
本実施形態によれば、吸入した冷媒を圧縮して吐出する圧縮機１の駆動軸８と、この駆動軸８が内嵌されるアーマチュアボス（円筒部）１５１を有して外部駆動源により回転駆動されるアーマチュア（回転体）１５と、を互いに締結する締結構造として、アーマチュアボス１５１と駆動軸８とが圧入嵌合する圧入部３２と、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の回転を規制するスプライン嵌合部（回転止め部）３１とを備える。また、駆動軸８は、その外径が、圧入部３２にて１５ｍｍ以下である（換言すれば、駆動軸８の径方向膨出部８ｂは、その外径が１５ｍｍ以下である）。そして、圧入部３２における圧入代ａ［ｍｍ］が、ａ［ｍｍ］＝（圧入嵌合前の駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径Ｄ１［ｍｍ］）−（圧入嵌合前のアーマチュアボス１５１の他端部１５１ｂの内径Ｄ２［ｍｍ］）で表される式により定義され、圧入部３２の軸方向の長さが圧入長さｂ［ｍｍ］として定義され、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように、圧入部３２における圧入条件が設定される。これにより、圧入部３２における駆動軸８の径方向膨出部８ｂの外径が１５ｍｍ以下であっても、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達が主に圧入部３２を介して行われるので、スプライン嵌合部３１に発生する応力を低減することができ、ひいては、駆動軸８の小径化による駆動軸８の強度低下を抑制することができる。
【００５８】
また本実施形態によれば、０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］を満たすように、圧入部３２における圧入条件が設定される。これにより、圧入部３２における圧入条件を「ａ×ｂ」と２次元的に設定することができるので（図３参照）、圧入部３２における設計自由度を向上させることができる。
【００５９】
また本実施形態によれば、スプライン嵌合部３１が、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の回転を規制することにより、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の周方向での過度の滑りが防止されるので、アーマチュアボス１５１から駆動軸８への動力伝達を効率良く行うことができる。
【００６０】
また本実施形態によれば、スプライン嵌合部３１は、軸回りに所定のガタ量を有するので、圧入部３２における凝着により摩擦係数を増大させることができ、これにより、圧入部３２での締結力を増大させることができる。
【００６１】
なお、本実施形態では、駆動軸８に対するアーマチュアボス１５１の回転を規制する回転止めとしてスプライン嵌合を用いて説明したが、回転止めはこれに限らず、例えば、回転止めとして、セレーション嵌合を用いることが可能である。また、駆動軸８の先端部８ａの外周面とアーマチュアボス１５１の一端部１５１ａの内周面とのそれぞれに互いに対向するようにキー溝を設けてこれらキー溝にキーを装着することで、回転止めとして機能させることも可能である。
【００６２】
また本実施形態では、外部駆動源として車両用エンジンを例示したが、外部駆動源はこれに限らず、例えば、外部駆動源として電動機を用いることが可能である。
また本実施形態では、可変容量圧縮機の駆動軸を例にとって駆動軸と回転体との締結構造について説明したが、圧縮機の形式はこれに限らず、例えば、固定容量圧縮機の駆動軸に上述の締結構造を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１ 圧縮機
２ シリンダボア
３ シリンダブロック
４ フロントハウジング
４ａ ボス部
５ 弁板装置
６ リアハウジング
７ クランク室
８ 駆動軸
８ａ 先端部
８ｂ 径方向膨出部
９ 斜板
１０ ロータ
１１ リンク機構
１２ アンギュラベアリング
１３ 電磁クラッチ
１４ ロータ
１４ａ 電磁石装置
１５ アーマチュア
１６ ボルト
１７ 軸封シール
１８，１９ ベアリング
２０ スラストベアリング
２１ ピストン
２１ａ ブリッジ部
２２ シュー
２３ 吸入室
２４ 吐出室
２５ 吐出孔
２６，２７，２８ ガスケット
３１ スプライン嵌合部
３２ 圧入部
１５１ アーマチュアボス
１５１ａ 一端部
１５１ｂ 他端部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入した作動流体を圧縮して吐出する圧縮機の駆動軸と、この駆動軸が内嵌される円筒部を有して外部駆動源により回転駆動される回転体と、を互いに締結する締結構造であって、
前記回転体の円筒部と前記駆動軸とが圧入嵌合する圧入部と、
前記駆動軸に対する前記回転体の円筒部の回転を規制する回転止め部とを備え、
前記駆動軸は、その外径が、前記圧入部にて１５ｍｍ以下であり、
前記圧入部における圧入代ａ［ｍｍ］が、
ａ［ｍｍ］＝（圧入嵌合前の前記駆動軸の外径［ｍｍ］）−（圧入嵌合前の前記回転体の円筒部の内径［ｍｍ］）
で表される式により定義され、
前記圧入部の軸方向の長さが圧入長さｂ［ｍｍ］として定義され、
０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］
を満たすように、前記圧入部における圧入条件が設定されたことを特徴とする締結構造。
【請求項２】
前記回転止め部は、軸回りに所定のガタ量を有して、前記駆動軸に対する前記回転体の円筒部の回転を規制することを特徴とする請求項１に記載の締結構造。
【請求項１】
吸入した作動流体を圧縮して吐出する圧縮機の駆動軸と、この駆動軸が内嵌される円筒部を有して外部駆動源により回転駆動される回転体と、を互いに締結する締結構造であって、
前記回転体の円筒部と前記駆動軸とが圧入嵌合する圧入部と、
前記駆動軸に対する前記回転体の円筒部の回転を規制する回転止め部とを備え、
前記駆動軸は、その外径が、前記圧入部にて１５ｍｍ以下であり、
前記圧入部における圧入代ａ［ｍｍ］が、
ａ［ｍｍ］＝（圧入嵌合前の前記駆動軸の外径［ｍｍ］）−（圧入嵌合前の前記回転体の円筒部の内径［ｍｍ］）
で表される式により定義され、
前記圧入部の軸方向の長さが圧入長さｂ［ｍｍ］として定義され、
０．０１［ｍｍ２］≦ａ×ｂ［ｍｍ２］≦０．４０［ｍｍ２］
を満たすように、前記圧入部における圧入条件が設定されたことを特徴とする締結構造。
【請求項２】
前記回転止め部は、軸回りに所定のガタ量を有して、前記駆動軸に対する前記回転体の円筒部の回転を規制することを特徴とする請求項１に記載の締結構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２４６９８６（Ｐ２０１２−２４６９８６Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８３８８（Ｐ２０１１−１１８３８８）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人 日本機械学会（機械材料・材料加工部門）第１８回機械材料・材料加工技術講演会 Ｍ＆Ｐ２０１０（平成２２年１１月２７日開催）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人 日本機械学会（機械材料・材料加工部門）第１８回機械材料・材料加工技術講演会 Ｍ＆Ｐ２０１０（平成２２年１１月２７日開催）
【出願人】（０００００１８４５）サンデン株式会社 (1,791)
【Ｆターム（参考）】
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