(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用のエアコンプレッサ用のクランクシャフトアセンブリにおいて、
クランクシャフトと、
インサートと、を備え、
前記クランクシャフトは、
第１のセグメントと、
遠位端部に外径を有する第２のセグメントと、
遠位端部に前記第２のセグメント内へ延びるキャビティであって、該キャビティは、第１の内径を有する第１の部分と、第２の内径を有する第２の部分とを含み、前記第２の内径は前記第１の内径よりも小さい、キャビティと、
該キャビティと交差しない、前記第２のセグメントにおける直線的な通路と、を有し、
前記インサートは、第１のインサート直径を備える第１の端部と、第２のインサート直径を備える第２の端部とを有し、前記インサートは前記キャビティ内に嵌合式に係合させられるようにサイズ決めされている、車両用のエアコンプレッサ用のクランクシャフト。
【請求項２】
前記インサートの前記第１の端部は、前記キャビティの前記第１の部分と締りばめされている、請求項１記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項３】
前記キャビティは、前記第１の部分と前記第２の部分との間で段状になっている、請求項１記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項４】
前記第１の内径を有する前記キャビティの前記第１の部分の長さは、前記第２の内径を有する前記キャビティの前記第２の部分の長さの２倍の長さであり、前記第１のインサート直径を有する前記インサートの前記第１の端部の長さは、前記第１の内径を有する前記キャビティの前記第１の部分の長さと同じである、請求項１記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項５】
前記キャビティはテーパをつけられている、請求項１記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項６】
前記キャビティの前記第２の部分は、前記第１の部分から前記第２の部分の遠位端部までテーパをつけられている、請求項５記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項７】
前記第２の部分の前記遠位端部は、前記第２の内径を有する、請求項６記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項８】
前記キャビティの前記第１の内径は、前記外径の６０％〜７０％であり、前記キャビティの前記第２の内径は、前記外径の５０％〜６０％である、請求項１記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項９】
前記インサートは、前記クランクシャフトの材料よりも高いロックウェル硬さ値を有する材料である、請求項１記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項１０】
前記インサートは、前記キャビティに取り付けられたときに前記クランクシャフトの前記第２のセグメントの前記遠位端部と同一平面を成している、請求項１記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項１１】
前記インサートは、内部インボリュートスプラインを有する、請求項１記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項１２】
前記スプラインは、取付け前の前記スプラインの間の幅が、前記キャビティ内への取付け後の前記スプラインの間の幅よりも２％だけ大きくなるようにサイズ決めされている、請求項１１記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項１３】
前記直線的な通路は、前記第１のセグメントが前記第２のセグメントにつながる箇所から所定の角度で一回の作業で機械加工されたオイル通路である、請求項１記載のクランクシャフトアセンブリ。
【請求項１４】
車両用のコンプレッサアセンブリにおいて、
ハウジングと、
該ハウジングにおけるピストンと、
該ピストンに接続された、前記ハウジングにおけるクランクシャフトと、
関連する付属装置を駆動するためのインサートと、を備え、
前記クランクシャフトは、
第１のジャーナルを有する第１のセグメントと、
第２のジャーナルおよび遠位端部における外径を有する第２のセグメントと、
前記遠位端部において前記第２のセグメント内へ延びるキャビティと、
前記第２のセグメントにおける直線的な通路と、を有しており、
前記キャビティは、
第１の内径と、
第２の内径と、を有しており、該第２の内径は前記第１の内径よりも小さく、
前記直線的な通路は、前記キャビティと交差しておらず、
前記インサートは、前記キャビティと嵌合式に係合させられるようにサイズ決めされた、第１のインサート直径を備える第１の端部と、第２のインサート直径および斜面を備える第２の端部とを有しており、前記第２のインサート直径は前記第１のインサート直径よりも小さい、車両用のコンプレッサアセンブリ。
【請求項１５】
前記インサートの前記第１の端部は、前記キャビティの前記第１の内径と締りばめされている、請求項１４記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項１６】
前記キャビティの前記第１の内径は、前記外径の６０％〜７０％であり、前記キャビティの前記第２の内径は、前記外径の５０％〜６０％である、請求項１４記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項１７】
前記インサートは、内部インボリュートスプラインを有する、請求項１４記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項１８】
前記スプラインは、前記キャビティにおける前記インサートの取付け前の前記スプラインの間の幅が、取付け後の前記スプラインの間の幅よりも２％だけ大きくなるようにサイズ決めされている、請求項１７記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項１９】
前記コンプレッサアセンブリは、前記付属装置が前記インサートと嵌合させられているときに１４０Ｎ−ｍのトルクで前記付属装置を駆動することができる、請求項１４記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２０】
車両用のコンプレッサアセンブリにおいて、
ハウジングと、
該ハウジングにおけるピストンと、
前記ピストンに接続された、前記ハウジングにおけるクランクシャフトと、
該クランクシャフトを介して付属装置を回転させる手段と、を備え、
前記クランクシャフトは、
第１のジャーナルを有する第１のセグメントと、
第２のジャーナルおよび遠位端部における外径を有する第２のセグメントと、
前記遠位端部において前記第２のセグメント内へ延びるキャビティと、
直線的なオイル通路と、を有しており、
前記キャビティは、
第１の内径と、
第２の内径とを有しており、該第２の内径は前記第１の内径よりも小さく、
前記直線的なオイル通路は、
前記第１のセグメントが前記第２のセグメントにつながる箇所から所定の角度で一回の作業で前記第２のセグメントに機械加工されており、前記直線的なオイル通路は前記キャビティと交差していない、
車両用のコンプレッサアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
本発明は、商用車用のエアコンプレッサの実施の形態に関する。商用車用のエアコンプレッサは、クランクシャフトを介してエンジンに接続されている。コンプレッサが車両のエンジンによって駆動されると、クランクシャフトは連続的に回転する。オイルは、エンジンからコンプレッサオイル入口へ送られる。クランクシャフトにおけるオイル通路は、加圧オイルをコンプレッサの主軸受へ送る。
【０００２】
商用車コンプレッサには、しばしば、スルードライブ機構が装備されており、これにより、ウォータポンプおよびステアリングポンプなどの付属装置を、クランクシャフトを介してコンプレッサに取り付けることができ、これにより、コンプレッサおよび付属装置の双方をエンジンによって駆動することができる。概して、車両製造業者は、これらの付属装置ができるだけエンジンの近くにあることを望むが、商用車のエンジン室におけるスペースは貴重である。下流の付属装置を有効に駆動することができる、商用車エンジンに接続するためのコンパクトなエアコンプレッサが必要とされている。
【０００３】
概要
コンプレッサクランクシャフトアセンブリの様々な実施の形態が開示されている。クランクシャフトは、第１のセグメントと、遠位端部において外側直径を有する第２のセグメントと、遠位端部において第２のセグメント内へ延びるキャビティとを有する。キャビティは、第１の内径を有する第１の部分と、第２の内径を有する第２の部分とを有し、第２の内径は第１の内径よりも小さい。クランクシャフトは、第２のセグメントにおいて直線的な通路を有し、直線的な通路はキャビティと交差しない。クランクシャフトアセンブリは、第１の挿入直径を備える第１の端部と、第２の挿入直径を備える第２の端部とを有するインサートも有し、インサートは、キャビティに嵌合式に係合させられるようにサイズ決めされている。
【０００４】
別の態様によれば、コンプレッサアセンブリは、ハウジングと、ハウジングにおけるピストンと、ピストンに接続された、ハウジングにおけるクランクシャフトとを含む。クランクシャフトは、第１のジャーナルを有する第１のセグメントと、第２のジャーナルを有する第２のセグメントと、遠位端部における外径とを有する。キャビティは、第２のセグメント内へ延びており、第１の内径および第２の内径を有する。第２の内径は第１の内径よりも小さい。クランクシャフトは、第２のセグメントにおいて直線的な通路を有し、直線的な通路はキャビティと交差していない。クランクシャフトは、関連する付属装置を駆動するためのインサートも有し、インサートは、キャビティと嵌合式に係合させられるようにサイズ決めされた、第１のインサート直径を備える第１の端部と、第２のインサート直径を備える第２の端部と、斜面とを有しており、第２のインサート直径は第１のインサート直径よりも小さい。
【０００５】
図面の簡単な説明
明細書に組み込まれかつ明細書の一部を構成する添付の図面には、発明の実施の形態が示されており、発明の実施の形態は、上に示された発明の一般的説明および以下に示される詳細な説明とともに、本発明の実施の形態を例示するために機能する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一例によるコンプレッサアセンブリの断面図を示している。
【図２】本発明の一例によるクランクシャフトアセンブリの断面図を示している。
【図３】本発明の一例による、クランクシャフトアセンブリ用のインサートの概略図を示している。
【図４】本発明の別の例による、クランクシャフトアセンブリ用のインサートの概略図を示している。
【０００７】
詳細な説明
図１は、本発明の一例による単筒コンプレッサアセンブリ５０の部分的な概略図を示している。クランクシャフト１０は、コンプレッサ５０のハウジング５１の開口５２内に取り付けられている。クランクシャフト１０は、エンジン（図示せず）の回転部分に接続された第１のセグメント１２を有する。クランクシャフト１０は、クランクシャフト１０が回転させられ、コンプレッサ５０が駆動されたときに、空気を圧縮するためのピストン（図示せず）に接続されている。
【０００８】
クランクシャフト１０は、第２のセグメント１３の遠位部分にキャビティ４０を有する。キャビティ４０は、少なくとも、第１の内径と、第２の内径とを有し、第２の内径は第１の内径よりも小さい。
【０００９】
クランクシャフト１０は第１の直線的な通路４２を有する。第１の直線的な通路４２は、コンプレッサ５０の軸受３０に加圧オイルを送るために使用されてもよい。第１の直線的な通路４２は、一回の操作でクランクシャフト１０に機械加工される。キャビティ４０は、第１の直線的な通路４２と交差しないようにまたは第１の直線的な通路４２を複数の作業で機械加工することを必要としないように、設計されている。
【００１０】
インサート２０は、キャビティ４０の第１の内径との締りばめを介してキャビティ４０に取り付けられている。インサート２０をキャビティ４０内に維持するために他の固定装置は不要である。ステアリングポンプなどの付属装置（図示せず）は、インサート２０を介してコンプレッサ５０に接続されている。クランクシャフト１０の回転運動は、インサート２０を介して付属装置に伝達される。付属装置に提供されるトルクは、約１４０Ｎ−ｍである。
【００１１】
したがって、コンプレッサアセンブリは、ハウジングと、ハウジングにおけるピストンと、ピストンに接続された、ハウジングにおけるクランクシャフトとを含む。クランクシャフトは、第１のセグメントと、第２のセグメントと、第２のセグメント内へ延びるキャビティとを有する。キャビティは、第１の内径と、第２の内径とを有し、第２の内径は第１の内径よりも小さい。インサートは、付属装置を駆動するためにキャビティの第１の内径と締りばめするようにサイズ決めされている。
【００１２】
図２は、取り付けられたときのインサート２０の断面図とともにクランクシャフト１０を示している。第１のセグメント１２は、エンジン接続部分１４と、第１のジャーナル１６とを有する。第１のセグメント１２は、第２の直線的な通路４４を有する。第２の直線的な通路４４は、クランクシャフト１０を直線的に横断しており、第１のセグメント１２および第２のセグメント１３の中間点４３において出口を有する。第２の直線的な通路４４は、オイルをエンジンから第１の直線的な通路４２へ送るために使用されてもよい。第２のセグメント１３は、第２のジャーナル１８を有する。クランクシャフト１０は、第１のジャーナル１６および第２のジャーナル１８においてピストンに接続されるように設計されている。第２のセグメント１３の遠位端部は、外径ｄ１を有する。一例では、外径ｄ１は、約４０ｍｍ〜５０ｍｍである。別の例では、外径ｄ１は約４５ｍｍである。
【００１３】
第２のセグメント１３は、第１の直線的な通路４２を有する。第１の直線的な通路４２は、第１のセグメント１２および第２のセグメント１３の中間点４３において入口を有し、キャビティ４０と交差することなく第２のセグメント１３の遠位端部において出口を有する。第１の直線的な通路４２および第２の直線的な通路４４は、クランクシャフト１０の中心軸線Ａに対して約２０°の角度αを成している。角度αは、クランクシャフト１０における応力を緩和するためにクランクシャフト１０の面から最小限の距離を維持しながら第１のオイル通路４２および第２のオイル通路４４がクランクシャフト１０に機械加工されることを可能にする。第１の直線的な通路４２および第２の直線的な通路４４のそれぞれは、クランクシャフト１０を貫通する一回の直線的な機械加工作業により形成される。第１の直線的な通路４２および第２の直線的な通路４４は、コンプレッサ５０を潤滑するためにオイルをコンプレッサヘッド（図示せず）から軸受（図示せず）へ通過させるように設計されている。
【００１４】
クランクシャフト１０におけるキャビティ４０は、概して円筒状であり、２つの異なる直径を備える少なくとも２つの部分を有する。第１の部分の第１の内径ｄ２は、約２５ｍｍ〜３５ｍｍである。別の例では、第１の内径ｄ２は約３０ｍｍである。別の例では、第１の内径ｄ２は、クランクシャフト１０の外径ｄ１の約６０％〜約７０％である。
【００１５】
一例では、直径ｄ２を有するキャビティ４０の長さは、約１５ｍｍ〜２０ｍｍである。別の例では、第１の内径ｄ２を備えるキャビティ４０の長さは、約１６ｍｍである。キャビティ４０の第２の部分の第２の内径ｄ３は、直径ｄ２よりも小さい直径を有する。一例では、第２の内径ｄ３は、約２０ｍｍ〜３０ｍｍである。別の例では、第２の内径ｄ３は、約２４ｍｍである。別の例では、第２の内径ｄ３は、クランクシャフト１０の外径ｄ１の５０％〜６０％である。第２の内径ｄ３を備えるキャビティ４０の第２の部分は、約６．６ｍｍの長さを有する。一例では、第１の内径を有するキャビティ４０の第１の部分の長さは、第２の内径を有するキャビティ４０の第２の部分の長さの約２倍よりも大きい。
【００１６】
図２に示された例では、キャビティ４０は、第１の内径ｄ２から第２の内径ｄ３へ段状に形成されている。別の例では、キャビティ４０は、第１の内径ｄ２を有する第１の部分から第２の内径ｄ３を有する第２の部分の遠位端部までテーパしていることができる。両方の例において、第１の直線的な通路４２と交差せずに最大の締りばめを達成するために、直径ｄ２を有するキャビティ４０の長さが最大化されている。
【００１７】
インサート２０は、締りばめによってキャビティ４０へ押し込まれるために少なくとも２つの異なる直径を有する。クランクシャフト１０の第２のセグメント１３内へのインサート２０の圧入は、第１の内径ｄ２を備えるキャビティ４０の長さにおいて圧縮力を生じる。インサート２０をキャビティ４０内に維持するために他の固定装置が使用される必要はない。第１の内径ｄ２へプレスばめされたインサート２０の長さは、付属装置に提供されるトルクの大きさを低減するのではなく、実際には、インサートが１つまたは複数の締結具によってクランクシャフトに接続されていた従来の装置よりもトルクを増大させる。一例では、提供されるトルクは約１４０Ｎ−ｍである。取り付けられた位置にあるとき、インサート４０は、クランクシャフト１０の第２のセグメント１３の遠位端部と実質的に同一平面を成し、これにより、クランクシャフト１０の全長を最小限に減じる。
【００１８】
クランクシャフト１０およびインサート２０は、異なる材料から形成されていてもよく、異なるロックウェル硬さ値に硬化させられていてもよい。一例では、クランクシャフト１０の材料は、鋼種ＳＡＥ４１４０に合致してもよいまたはクロムモリブデン鋼であってもよい。クランクシャフト１０は、２６〜３２ロックウェルＣ硬さ値に硬化させられている。インサート２０の材料は、鋼種ＳＡＥ８６２０に合致してもよいまたは鋼合金であってもよい。インサート２０は、７２ロックウェル３０Ｎ硬さ値に硬化させられていてもよい。異なるロックウェル硬さ値は、クランクシャフト１０内へのインサート２０の締りばめを向上させる。
【００１９】
したがって、エアコンプレッサ用のクランクシャフトアセンブリは、第１のセグメントと、外径を有する第２のセグメントと、遠位端部内へ延びるキャビティとを備えるクランクシャフトを含む。キャビティは、第１の内径を有する第１の部分と、第２の内径を有する第２の部分とを有し、第２の内径は第１の内径よりも小さい。クランクシャフトは、第２のセグメントにおいて直線的な通路を有し、直線的な通路はキャビティと交差しない。クランクシャフトアセンブリは、第１の挿入直径を備える第１の端部と、第２の挿入直径を備える第２の端部とを有するインサートを有し、インサートは、キャビティに嵌合式に係合させられるようにサイズ決めされている。
【００２０】
図３は、インサート２０の一例を示している。インサート２０は、第１の端部２１よりも小さな直径を有する第２の端部２６を備える概して円筒状である。一例では、第２の端部２６の直径ｄ４は、約２２ｍｍ〜約２５ｍｍである。一例では、第１の端部２１の直径ｄ５は、約２５ｍｍ〜約３５ｍｍである。直径ｄ５を備えるインサート２０の第１の端部２１の長さは、約１５ｍｍ〜約２０ｍｍである。この長さは、直径ｄ４を有するインサート２０の第２の端部２６の長さよりも大きい。直径ｄ５を有する第１の端部２１の長さは、キャビティ４０の第１の内径ｄ２との最大の締りばめを達成するように最大化されている。
【００２１】
直径ｄ５を有する第１の端部２１は、直径ｄ４を有する第２の端部２６から、少なくとも１つの段部２２によって分離されていてもよい。斜面部分２５が、第２の端部２６に設けられていてもよい。インサート２０の設計は、締りばめによってキャビティ４０に押し込まれるように特定されている。インサート２０をキャビティ４０内に維持するために固定装置が使用される必要はない。
【００２２】
一例では、インサート２０は、内部インボリュートスプライン２８のセットを有する。スプライン２８は、各スプラインの間の幅ｗを備える輪郭を有する。一例では、各スプラインの間の幅ｗは、約２．５ｍｍである。クランクシャフト１０の第２のセグメント１３内へのインサート２０の圧入は、直径ｄ２を備えるキャビティ４０の長さにおいてインサート２０に圧縮力を生ぜしめる。スプライン２８の間の幅は、概して、付属装置と効率的に結合するために、ＡＮＳＩ  Ｂ９２．１などの工業規格を満たすように設計されているが、インサート２０のスプライン２８の間の幅ｗは、幅ｗが、キャビティ４０内への取付けの前には、キャビティ４０内への取付け後よりも約２％だけ大きくなるように設計されている。幅のこの過剰補償は、締りばめプロセスの間のあらゆる歪みを補償し、これにより、インサート２０は、クランクシャフト１０における取付け後に付属装置と結合するためのスプライン２８の間の工業規格幅を保持する。別の例では、インサート２０は、キャビティ４０におけるスロットに嵌合させることができる。
【００２３】
図４は、インサート２０’の第２の例を示している。インサート２０’は、第１の端部２１’よりも小さな直径を有する第２の端部２６’を備える概して円筒状である。インサート２０と同様に、第２の端部２６’の直径ｄ４は、約２２ｍｍ〜約２５ｍｍである。インサート２０と同様に、第１の端部２１’の直径ｄ５は、約２５ｍｍ〜約３５ｍｍである。直径ｄ５を備えるインサート２０’の第１の端部２１’の長さは、約１５ｍｍ〜約２０ｍｍである。この長さは、直径ｄ４を有するインサート２０’の第２の端部２６’の長さよりも大きい。直径ｄ５を有する長さは、キャビティ４０の第１の内径ｄ２との最大の締りばめを達成するように最大化されている。
【００２４】
第２の端部２６’は、第１の端部２１’から直径ｄ４まで全体的にテーパさせられていてもよい。インサート２０’の設計は、同様のテーパした内径を有するキャビティ内への締りばめに特定されている。インサート２０’をキャビティ４０内に維持するために他の固定装置が使用される必要はない。
【００２５】
インサート２０と同様に、インサート２０’は、内部インボリュートスプライン２８のセットを有する。スプライン２８’は、各スプラインの間の幅ｗを備える輪郭を有する。一例では、各スプラインの間の幅ｗは、約２．５６ｍｍである。クランクシャフト１０の第２の端部１３内へのインサート２０’の圧入は、直径ｄ２を備えるキャビティ４０の長さにおいてインサート２０’に圧縮力を生じる。スプライン２８’の幅は、概して、付属装置と効率的に結合するために工業規格を満たすように設計されているが、インサート２０’のスプライン２８’の間の幅ｗは、キャビティ４０内への取付け後に約２％小さくなるように設計されている。幅のこの過剰補償は、締りばめプロセスの間のあらゆる歪みを補償し、これにより、インサート２０’は、付属装置と結合するためのスプライン２８’の間の工業規格幅を保持する。
【００２６】
オハイオ州エリリアのBendix Commercial Vehicle Systems LLCから市販されている既存のヘビーデューティエンジンコンプレッサと比較して、本発明のコンプレッサアセンブリ５０は、３０％以上の重量削減、クランクシャフトの全長の２５％の削減、利用可能トルクの２０％の増大ならびに材料および製造コストの両方の実質的な削減を提供する。
【００２７】
本発明は、本発明の実施の形態の説明によって例示されており、実施の形態は、かなりの詳細において説明されているが、添付の請求項の範囲をこのような詳細に制限またはいずれにせよ限定することは出願人の意図ではない。付加的な利点および変更は当業者に容易に明らかになるであろう。したがって、発明は、そのより広い態様において、図示および説明された特定の詳細、代表的な装置、例示的な例に限定されない。したがって、出願人の一般的な発明の概念の思想および範囲から逸脱することなくこのような詳細からの逸脱がなされてもよい。
【図１】
0006534771.tif 000002
【図２】
0006534771.tif 000003
【図３】
0006534771.tif 000004
【図４】
0006534771.tif 000005