JP2004084940A - 電磁クラッチプーリー - Google Patents

Abstract

【課題】入力軸回転に対する被駆動プーリーの相対回転を可能にする。
【解決手段】被駆動プーリーは、滑車部材２０は第１の装置のベルトに係合するベルト係合面２８と、クラッチ面３０を有する。電磁コイル２２は、通電すると磁束を発生させる。撓み板２４は、第２部材のシャフトの外周にシャフト１４と同心となるように取り付けられた内側部分３４と、電磁コイル２２が磁束３２を発生しているか否かによって２つの軸方向に離れた位置の間を移動するようになっている外側部分３６と、前記内側部分３４と外側部分３６を接続するスポーク部３８から成る。リング部材２６は、前記撓み板２４の外側部分３６に取り付けられ、前記２つの軸方向に離れた位置の一方に撓み板の外側部分が移動すると、前記滑車部材のクラッチ面３０に係合するクラッチ面４０を有する。
【選択図】　図２Ａ

Description

【０００１】
【背景技術】
自動車のエンジンが回転中に、その回転力は駆動ベルトを介して、様々な自動車の補機の駆動にも使われる。そのような補機の例としては、自動車の電気系統に電気を供給するオルタネーターが挙げられる。このような駆動ベルトは通常、エンジン（「出力装置」）のクランクシャフトに連結した駆動プーリーと、様々な補機（「入力装置」）の入力軸に連結した従来型の被駆動プーリーにかけ渡され、エンジンで補機を駆動できるようにしている。従来の被駆動プーリーの殆どは一体設計であり、クラッチ機能はない。すなわち従来の被駆動プーリーは、補機の入力軸に相対回転しないように固定されている。したがって出力装置のベルトと入力装置のシャフトは相対回転することができないため、色々な不都合があった。
【０００２】
【好ましい実施例の詳細な説明】
本発明の実施例の下記の説明は、本発明をこれらの実施例に限定することを意図したものではなく、当業者が本発明を実施できるようにすることのみを意図している。
【０００３】
図１に示すように本発明のクラッチプーリー１０を介して、第１の装置（図示略）のベルト１２と、第２の装置１６のシャフト１４は選択的に係合させることができる。実施例では、このクラッチプーリーを介して、第１装置としての自動車エンジンと第２装置１６としてのセルモーターまたはオルタネーター１８とを連結しているが、第１装置、第２装置はその他のものでもよい。またベルト１２、シャフト１４の代わりに、チェーン、歯車、その他の装置を用いてもよい。
【０００４】
図２Ａに示すように、好ましい実施例のクラッチプーリー１０は、滑車部材２０と、電磁コイル２２と、撓み板２４と、リング部材２６を備えている。滑車部材２０には、第１の装置のベルトに係合するベルト係合面２８が形成されている。電磁コイル２２に通電すると、磁束３２が発生する（図２Ｂの矢印参照）。撓み板２４の半径方向内側部分３４は第２装置のシャフト１４の外周に同心状に連結されている。撓み板の半径方向外側部分３６は、スポーク３８を介して半径方向内側部分３４に接続され、磁束の有無によって、軸方向に離反した２つの位置の間を動くようになっている。この外側部分３６にリング部材２６が接続されており、そのクラッチ面４０は、皿バネの外側部分３６が上記２つの位置の一方にある時、滑車部材のクラッチ面３０に係合するようになっている。クラッチ面３０、４０が係合した状態で、トルクは第１装置のベルトから、滑車部材２０、リング部材２６、撓み板２４を介して第２装置のシャフト１４に伝達されるため、従来のスプラインやキーは不要になり、その分本発明のクラッチプーリー１０は、従来のクラッチプーリーよりも軽量になり、製造コストも低くなる。
【０００５】
滑車部材２０の、第１装置のベルトに係合するベルト係合面２８には、ベルト１２の回転方向および軸方向のスリップを防止するために、２つの肩部４２と複数の溝４４が形成されている。肩部と溝の代わりに、ベルト係合面２８には、ベルト１２に係合する歯や、リブを設けてもよい。この面は滑車部材の外周に形成された円筒面である。ベルト係合面２８はスチールなどの従来の材料を用いて形成するのが好ましいが、他の適当な材料を用いてもよい。
【０００６】
電磁コイル２２は、第２装置に取り付けたコイルハウジング４５と取付板４６に保持されている。取付板４６はシャフト１４を取り囲む円筒部４８と、第２装置の外面に固定されたリング部５０から成る。電磁コイル２２は、（コイルの半径方向外側の）コイルハウジング４５と（コイルの半径方向内側の）円筒部４８の間に圧入されている。リング部５０は第２装置の外面にボルト止め、接着などにより固定されている。図示の取付構造の代わりに、シャフト１４を取り囲む円筒部を有するコイルハウジングを、取付板の円筒部の半径方向内側に取付け、両者の間に電磁コイル２２を圧入してもよい。また図５に示すように、コイルハウジング４５の代わりに、円筒形取付フランジ５２を、前記円筒部４８より半径方向外側に、取付板４６のリング部５０と一体に設け、このフランジ５２と円筒部４８の間に電磁コイル２２を圧入してもよい。コイルハウジング４５と取付板４６は、スチールなどの従来の材料を用いて形成するのが好ましいが、他の材料を用いてもよい。
【０００７】
図２Ａ，図２Ｂに示すように、電磁コイル２２に通電すると磁束３２が発生し、撓み板２４の半径方向外側部分３６は、図２Ａに示す第１の軸方向位置から、図２Ｂに示す第２の軸方向位置まで動く。実施例の電磁コイル２２は、滑車部材２０の内部に滑車部材と同心状に設けられているが、別の所に設けてもよい。電磁コイル２２は、たとえば車載バッテリー（図示略）などから電気を供給し、たとえば車載の電子制御ユニット（図示略）で制御するが、別の電源や別の制御装置を用いてもよい。電磁コイル２２は従来のものがよいが、十分な磁束を発生することができさえすれば、どんなものでもよい。
【０００８】
図２Ａに示すように、撓み板２４は、リング部材２６のクラッチ面４０と滑車部材２０のクラッチ面３０に係合する位置と係合しない位置の間で動ける。連続したリングの形の半径方向内側部分３４は、第２装置のシャフト１４と同心に取り付けた支持部材５４と固定部材５６との間に挟まれ、両者との摩擦接触によって、シャフト１４に同心状に支持されている。固定部材５６は、ネジ等の手段で軸方向に動かないようにシャフト１４に取り付けられている。しかし撓み板の内側部分３４は他の方法でシャフトに連結してもよい。
【０００９】
支持部材５４は、固定部材５６と協働して、撓み板の内側部分３４をシャフト１４に固定する機能以外に、磁束３２を通す機能も有している。すなわち実施例では磁束３２は、コイルハウジング４５、シャフト１４、支持部材５４、リング部材２６、滑車部材２０を通過しコイルハウジング４５に戻ることによって、撓み板の外側部分３６を動かすようにしている。磁束３２の特性は、クラッチプーリー１０の各構成部品の材質、大きさ、位置などによって大きく変わるので、磁束回路２２は図２Ｂの矢印で示すものに限定されるものではない。
【００１０】
撓み板２４の、内側部分と同様に連続したリングの形の外側部分３６は、磁束３２の有無によって、内側部分３４に対して上記軸方向の２つの位置の間を動く。具体的には磁束３２が発生すると、図２Ａの第１の軸方向位置から図２Ｂの第２の軸方向位置まで動く。実施例のリング部材２６は撓み板の外側部分３６にボルト止めされているが、カシメ（図５）や接着（図示略）などの他の手段で固定してもよい。
【００１１】
撓み板２４は、電灯のスイッチ等に用いられているものであり、移動ストロークの両端の位置では安定しているが、その間の位置では不安定であるという性質がある。すなわち本願の撓み板２４の外側部分３６は、内側部分３４に対して図２Ａの第１の軸方向位置にある時と、図２Ｂの第２の軸方向位置にあるとき安定しており、それ以外の位置では停止しにくくなっている。しかしこの部材２４は他の構造のものでもよい。
【００１２】
図２Ｂの位置にあるとき、撓み板２４の外側部材に伝わるトルクは、図２Ｃに示すスポーク３８を介して内側部分３４に伝わる。スポーク３８があるために、外側部分３６は内側部分３４に対してかなり離れた第１と第２位置の間を移動できる。実施例の撓み板は８本のスポーク３８を備えているが、特に本数に制限がある訳ではない。実施例の撓み板の内側部分３４、スポーク３８、外側部分３６は一体に形成されているが、上記各部分は別々に形成し、溶接や接着などで互いに接合して、撓み板としてもよい。撓み板２４は、アルミ、錫などの従来の構造材料を用いて形成するのが好ましいが、リング部材とシャフト１４の間でトルクを確実に伝達することができ、外側部分３６が軸方向に十分な距離移動できるものでありさえすれば、特に材質は限定されない。
【００１３】
図３Ａに示すように、撓み板の外側部分が第２の軸方向位置にあるとき、リング部材２６のクラッチ面４０は、滑車部材２０のクラッチ面３０に係合する。滑車部材のクラッチ面３０とリング部材のクラッチ面４０には、相手の方に向かって軸方向に突出する複数の歯５８と６０が形成されている。図３Ｂに示すように歯５８は放射状に延びている。図示省略しているが、歯６０も同様に放射状に配列されている。図３Ｃに示すように、歯５８、６０はそれぞれ、互いに安息角３０°の角度を成して対向する側面６２を有し、各歯５８、６０は隣接する歯６０、５８の間に形成される隙間に嵌まった状態で、鋼製（好ましくはクラッチ面４０、３０は炭窒化または浸炭鋼製とする）の側面６２同士が摩擦接触するようになっている。歯５８と６０の頂部６４には少し丸みがつけられており、滑車部材２０とリング部材２６の回転速度に差があるとき、歯５８と６０が噛み合う前に、頂部６４同士が摩擦接触することによって、速く回転している部材で遅い方の部材を「押して」、両者の回転速度を揃えるようにしている。
【００１４】
滑車部材側の歯５８の高さ６６は約０．０１７インチ、リング部材側の歯６０の高さ６８は約０．０１５インチとする。両者の高さに差を設けたのは、両者の係合を容易に外せるようにするためである。歯５８、６０以外の係合手段で、クラッチ面４０と３０を係合させるようにしてもよい。
【００１５】
図２Ａに示すように、シャフト１４と滑車部材２０は、両者の間にシャフトと滑車部材の両方に対して同心になるように設けた玉軸受７０によって、相対回転自在に支持されている。この軸受７０は、滑車部材２０に押しばめした外レース７２と、シャフト１４に押し嵌めした内レース７４と、外レース７２と内レース７４の間に設けたボール７６から成る。ボール７６の両側には、外レース７２と内レース７４の間を延びるシール部材（図示略）が設けられている。軸受はジャーナル軸受やころ軸受等の別の種類の軸受であってもよい。また上で述べた以外の部品を備えていてもよく、部品の取付方法が異なっていてもよい。クラッチプーリー１０には、（図５に示すような）２つ目の軸受７８を設けてもよい。あるいは、３つ以上軸受を設けてもよい。軸受７０は従来の軸受が好ましいが、シャフト１４と滑車部材２０が相対回転できるものであれば、特に種類は問わない。
【００１６】
図４Ａ，４Ｃは第２の実施例のクラッチプーリー１０’を示す。このクラッチプーリーは、第１実施例とは異なる撓み板２４’を備えている。この実施例の撓み板２４’は三角形の部材であり、この撓み板の外側部分３６は、３つの頂点部分８０で構成される。撓み板はこの頂点部分８０でリング部材２６に接続されている。トルク伝達部材８２が、シャフトの外周にシャフトと同心状に取り付けられている。トルク伝達部材８２を介して、撓み板２４’とシャフト１４の間でトルクが伝達される。またトルク伝達部材８２は、（第１実施例の支持部材と同様に）磁束３２を通す機能も有する。トルク伝達部材８２は図４Ｃ、４Ｄに示すような非円形の（好ましくはほぼ三角形の）外面８４を有し、撓み板２４’は非円形（好ましくはほぼ三角形）で、外面８４と同心の内面８６を有し、この内面８６がトルク伝達部材の外面８４に係合することにより、撓み板とトルク伝達部材８２が相対回転しないように保持している。撓み板２４’が三角形以外の非円形の形状を有する場合は、この撓み板は４つ以上の頂点部分８０を有することになる。撓み板が三角形の場合は、この撓み板の内側部分３４は、３つの辺の中央部８８で構成される。この中央部８８で撓み板はトルク伝達部材８２に、ボルト止めなどにより固定されている。トルク伝達部材８２の、撓み板の外側部分３６に対向する面１００は、図４Ｄ，４Ｅに示すように、半径方向に対して２°の角度で傾斜しており、この傾斜分だけ外側部分３６が軸方向に動くとができる。他の構成は、第１実施例と同一である。
【００１７】
特に断りがないクラッチプーリー１０の構成部品については、すべて従来の方法で形成するのが好ましいが、そうでなくてもよい。
【００１８】
当業者なら上記の説明、図面、クレームから理解するであろうが、実施例には、クレームの範囲から外れないで様々な変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の電磁クラッチプーリーを、駆動ベルトを第１の装置、円筒形シャフトを第２の装置として用いた場合の、同プーリーの斜視図。
【図２Ａ】第１実施例の電磁クラッチプーリーの非係合位置を示す、図１の２−２線に沿った同プーリーの横断面図。
【図２Ｂ】第１実施例の電磁クラッチプーリーの係合位置を示す、図１の２−２線に沿った同プーリーの横断面図。
【図２Ｃ】第１実施例の撓み板の側面図。
【図３Ａ】第１実施例の滑車部材とリング部材の一部を示す図。
【図３Ｂ】第１実施例の滑車部材の側面図。
【図３Ｃ】第１実施例の滑車部材とリング部材のクラッチ面に形成された歯の詳細図。
【図４Ａ】本発明の第２実施例の電磁クラッチプーリーの非係合位置を示す、図１の２−２線に沿った同プーリーの横断面図。
【図４Ｂ】本発明の第２実施例の電磁クラッチプーリーの係合位置を示す、図１の２−２線に沿った同プーリーの横断面図。
【図４Ｃ】第２実施例の撓み板の側面図。
【図４Ｄ】第２実施例のトルク伝達部材を示す図。
【図４Ｅ】第２実施例のトルク伝達部材を示す図。
【図５】本発明の電磁クラッチプーリーの別の例の一部切り欠き側面図。
【符号の説明】
１０、１０’　クラッチプーリー
１４　シャフト
１２　ベルト
２２　電磁コイル
２４、２４’　撓み板
２６　リング部材
２８　ベルト係合面
３０、４０　クラッチ面

Claims (17)

1. 第１の装置のベルトに係合するベルト係合面と、クラッチ面を有する滑車部材と、
   滑車部材に隣接して設けられ、通電すると磁束を発生させる電磁コイルと、
   第２部材のシャフトの外周にシャフトと同心となるように取り付けられた内側部分と、電磁コイルが磁束を発生しているか否かによって２つの軸方向に離れた位置の間を移動するようになっている外側部分と、前記内側部分と外側部分を接続するスポーク部から成る撓み板と、
   前記撓み板の外側部分に取り付けられ、前記２つの軸方向に離れた位置の一方に撓み板の外側部分が移動すると、前記滑車部材のクラッチ面に係合するクラッチ面を備えたリング部材とで構成された、第１装置のベルトと第２装置のシャフトとを選択的に係合させるクラッチプーリー。
2. 前記滑車部材のクラッチ面には、リング部材のクラッチ面に向かって軸方向に突出する歯が放射状に形成され、前記リング部材のクラッチ面には、滑車部材のクラッチ面に向かって軸方向に突出する歯が放射状に形成されている請求項１のクラッチプーリー。
3. 前記滑車部材のクラッチ面に形成された歯と、前記リング部材のクラッチ面に形成された歯のそれぞれが、互いに約３０°の角度を成す対向する側面を有する請求項２のクラッチプーリー。
4. 前記滑車部材のクラッチ面に形成された歯の高さと、前記リング部材のクラッチ面に形成された歯の高さに差があり、その差が、滑車部材のクラッチ面とリング部材のクラッチ面の係合を容易に解除できるのに十分な大きさに設定されている請求項３のクラッチプーリー。
5. 前記滑車部材のクラッチ面に形成された歯と、前記リング部材のクラッチ面に形成された歯の上面に丸みをつけた請求項４のクラッチプーリー。
6. 前記撓み板、リング部材、滑車部材が金属材料で形成されている請求項１のクラッチプーリー。
7. 前記電磁コイルが、第２装置に固定された取付板に保持されている請求項１のクラッチプーリー。
8. 軸受部材を前記滑車部材と前記シャフトの間に、滑車部材とシャフトの両方に対して同心となるように設けて、シャフトと滑車部材が相対回転できるようにした請求項１のクラッチプーリー。
9. 前記撓み板の外側部分と内側部分が、連続したリングの形を有する請求項１のクラッチプーリー。
10. 支持部材をシャフトの周囲に、シャフトと同心となるように設け、この支持部材を電磁コイルの磁束が通過するようにした請求項９のクラッチプーリー。
11. 固定部材をシャフトの周囲に、シャフトと同心となるように設けると共に、この固定部材をシャフトに軸方向移動できないように固定し、前記撓み板の内側部分を、前記支持部材と固定部材の間に挟み、両者に摩擦接触させた請求項１０のクラッチプーリー。
12. 前記撓み板の外側部分が、互いに離れた３つの部分から成り、前記リング部材は前記３つの部分すべてに連結されている請求項１のクラッチプーリー。
13. トルク伝達部材がシャフトの周囲に、シャフトと同心となるように設けられ、このトルク伝達部材は非円形の外面を有し、撓み板はこの非円形の外面に嵌まる形の非円形の内面を有し、非円形の外面を非円形の内面に嵌めることにより、トルク伝達部材と撓み板が相対回転しないようにした請求項１２のクラッチプーリー。
14. 前記トルク伝達部材に形成した非円形の外面が、ほぼ三角形の断面形状を有する請求項１３のクラッチプーリー。
15. 前記撓み板の内側部分が、互いに離れた３つの部分から成り、前記トルク伝達部材は前記３つの部分すべてに連結されている請求項１４のクラッチプーリー。
16. トルク伝達部材に、撓み板の外側部分が軸方向に動けるように、傾斜面を設けた請求項１５のクラッチプーリー。
17. トルク伝達部材中を、電磁クラッチで発生した磁束が通過できるようにした請求項１３のクラッチプーリー。

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