JP2007057023A - 電磁クラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 磨耗による寿命の低下を防止すると共に、製造コストを抑制しつつ歩留まり及び性能の低下を防止する。
【解決手段】 コイルボビン２１に対して、軸方向に垂直な方向に突出する突起２８を形成する。また、電線を巻回することによってコイル２７が形成されたコイルボビン２１を外包するシェル３１に、コイルボビン２１に形成された突起２８を外部に突出させるための切り欠き３６を形成する。そして、コイルボビン２１、コイル２７、及びシェル３１からなる回転しないフィールド部２０を、磁性体材料で作製された外嵌軸体を含んでいると共に回転可能なシャフトに遊嵌する。このとき、シェル３１の切り欠き３６が形成された面とシャフトの外嵌軸体とが対向するように嵌める。
【選択図】 図５

Description

本発明は、コイルに流れる電流を制御することによって入力回転体の駆動力を選択的に伝達する電磁クラッチに関する。

回転駆動される入力回転体の駆動力を選択的に伝達する電磁クラッチの一例が、特許文献１に開示されている。図１１は、特許文献１に開示されている電磁クラッチ２００の構成を示す断面図である。図１１に示すように、電磁クラッチ２００は、回転しないフィールド部２２０と、回転可能な入力部２４０と、入力部と一体となって回転する状態と回転しない状態とを選択的に取り得る出力部２６０とからなる。

出力部２６０は、シャフト２６２、及び略環状部材でありシャフト２６２に嵌合固定されるロータ２６８を有する。フィールド部２２０は、縁部にフランジが形成された筒状部材であるコイルボビン２２２、コイルボビン２２２に電線を巻回することによって形成されたコイル２２４、及びコイルボビン２２２の外周面とコイルボビン２２２の一方のフランジに形成されたフランジの面に垂直な方向に突出した環状の突出部２２２ａの内周面とをそれぞれ覆う有底二重筒状部材であると共に、シャフト２６２に遊嵌されているシェル２２６を有している。入力部２４０は、シャフト２６２のロータ２６８に対してシェル２２６とは反対側に遊嵌されるギア２４２、及び中心に開口が形成された円板状部材であり、ロータ２６８と対向するようにギア２４２に固定されているアーマチュア２４６を有する。

少なくとも、上述のシェル２２６、シャフト２６２のシェル２２６が遊嵌されている部分（磁性体部２６２ａ）、ロータ２６８、及びアーマチュア２４６は、鉄系金属等の磁性材料で作製されている。したがって、電磁クラッチ２００では、コイル２２４に通電されると、シェル２２６、シャフト２６２の磁性体部２６２ａ、ロータ２６８、及びアーマチュア２４６内に磁性回路が形成される。このため、アーマチュア２４６は、ロータ２６８側に移動してロータ２６８に吸着される。よって、ギア２４２に入力された回転力が、アーマチュア２４６、及びロータ２６８を介してシャフト２６２に伝達される。

ここで、互いに同種の物質で作製された部材同士が接触した場合には、互いに異なる物質で作製された部材同士が接触する場合に比べて、極めて大きな摩擦が生じる。特許文献１の電磁クラッチ２００では、シェル２２６におけるコイルボビン２２２の突出部２２２ａの内周面を覆う部分とシャフト２６２の磁性体部２６２ａとの間に、コイルボビン２２２と一体に形成された筒状部材の軸受２２２ｂが配置されている。これにより、互いに鉄系金属で作製されているシェル２２６と磁性体部２６２ａとが直接接触することがない。したがって、同種の物質で作製された部材同士が接触することで摺動面が異常に磨耗しクラッチの寿命を低下させてしまうのを防止することができる。
特開２００２−４８１５１号公報（第１図）

しかしながら、軸受２２２ｂは磁気回路上における大きな磁気抵抗となり、電磁クラッチ２００の性能低下に繋がる。そこで、磁気抵抗を小さくするために軸受２２２ｂを薄肉とすると、組み立て時に破損し易くなり、歩留まりが低下する。また、シャフト２６２にフッ素樹脂等でコーティングすることによって保護膜を形成し、シェル２２６との接触を防ぐことも考えられるが、膜厚が一定となるようにコーティングを行うのは非常に困難であり、製造コストが高くなる。

そこで、本発明の目的は、磨耗による寿命の低下を防止すると共に、製造コストを抑制しつつ歩留まり及び性能の低下を防止することができる電磁クラッチを提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の電磁クラッチは、回転駆動力が入力される入力回転体と、前記入力回転体が遊嵌されると共に少なくとも一部分が磁性材料で作製された磁性体部となっているシャフト、及び前記シャフトに嵌合固定されるロータを有する出力回転体と、コイルボビンと、前記コイルボビンに電線を巻回することによって形成されるコイルと、前記シャフトの前記ロータに対して前記入力回転体とは反対側に遊嵌されており、前記コイルが形成された前記コイルボビンを外包するシェルとを備えており、前記コイルボビンに前記シャフトに向かって突出する突起が形成されていると共に、前記シェルの前記シャフトの前記磁性体部と対向する面に切り欠きが形成されており、前記突起が前記切り欠きから突出している。

この構成によると、シェルに形成された切り欠きから突出する突起が軸受となるので、磁性体材料で作製されているシェルとシャフトとの接触を防ぐことができる。したがって、同種の物質で作製された部材同士が接触することで摺動面が異常に磨耗しクラッチの寿命を低下させてしまうのを防止することができる。また、シェルとシャフトとの間に肉薄の部材を配置する場合に比べて、組み立て時に部材が破損してしまうことによる歩留まりの低下を防ぐことができる。さらに、シャフトに保護膜を形成する場合と比べて製造コストを低下させることができる。加えて、シェルの切り欠きが形成されていない部分は、磁気抵抗となる異物を介すことなくシャフトの磁性体部と対向するので、シェルとシャフトとの間に磁気抵抗となる部材を配置する場合と比べて、性能の低下を防止することができる。

本発明の電磁クラッチでは、前記突起及び前記切り欠きが、前記シャフトの円周方向に沿って等間隔に複数形成されていることが好ましい。この構成によると、シャフトとシェルとの接触をより確実に防止することができる。

本発明の電磁クラッチでは、前記コイルボビンに形成された複数の前記突起の前記シャフトの円周方向に沿う合計長さと、前記シェルの前記シャフトの前記磁性対部と対向する面において前記切り欠きが形成されていない部分の前記シャフトの円周方向に沿う合計長さとの比が１：１〜２であることが好ましい。この構成によると、シェルとシャフトの磁性体部との対向面積が減少することによる性能の低下を抑制することができる。

以下、本発明の好適な一実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施の形態に係る電磁クラッチは、回転駆動されるギアの駆動力を出力軸に選択的に伝達するものである。図１は、本実施の形態に係る電磁クラッチ１００の断面図である。より詳細には、図１は、後述するように出力軸が挿通されるシャフト６９の回転中心を通る平面での断面図である。なお、以下の説明においてシャフト６９の延在方向（図１において矢印Ａで示す方向）を単に「軸方向」と称することとする。

図１に示すように、本実施の形態の電磁クラッチ１００は、回転しないフィールド部２０と、外部から駆動力が入力されることによって回転可能な入力部４０と、入力部４０と一体となって回転する状態と回転しない状態とを選択的に取り得る出力部６０とを有している。

フィールド部２０は、コイルボビン２１と、コイルボビン２１に例えば銅線等の電線を巻回することによって形成されるコイル２７と、コイル２７が形成されたコイルボビンを外包するシェル３１とを備えている。ここで、図２〜図５を参照しつつ、フィールド部２０についてより詳細に説明する。図２は、コイルボビン２１を軸方向から観た平面図である。図３は、図２のIII-III線に沿った断面図である。図４は、シェル３１の斜視図である。図５は、フィールド部２０の斜視図である。だたし、図５は、フィールド部２０の断面を示すために、その一部分を切り取った状態の図である。

コイルボビン２１は、図１、２、３、５に示すように、両縁部に環状のフランジ２１ａ、２１ｂが形成されていると共に軸方向に延在する筒状部材であり、樹脂材料で作製されている。そして、フランジ２１ａとフランジ２１ｂとの間に電線が巻回されてコイル２７が形成される。より詳細には、コイルボビン２１の一方のフランジ２１ａには、フランジ２１ａの面に垂直な方向（軸方向）に突出する環状の突出部２３が形成されている。突出部２３の内径は、フランジ２１ａの内径よりも大きく、外径はフランジ２１ａの外径とほぼ等しい。さらに、突出部２３の外周面には溝２３ａが形成されており、コイル２７の両端の引出線が溝２３ａ内に固定される。

また、図２、３、５に示すように、突出部２３の軸方向に垂直な面（以降、「側面」と称する）には、コイルボビン２１とシェル３１とを固定するための、断面視略Ｕ字形状であり軸方向に突出する係止部２４が２つ形成されている。より詳細には、係止部２４のＵ字の先端部分には、Ｕ字の外側に突出する爪２４ａが形成されている。さらに、図１、２、５に示すように、突出部２３には、その外周面よりも外側に延びる略Ｕ字形状の回り止め部２５が形成されている。回り止め部２５は、電磁クラッチ１００が搭載される機器内部の固定部材に固定されて、フィールド部２０の回転を防止する。加えて、突出部２３の回り止め部２５が形成されている部分の側面には、溝２３ａ内に固定されている引出線を外部に引き出すための開口２６が形成されている。そのうえ、突出部２３の内周面には、軸方向に垂直な方向に突出する矩形状の６つの突起２８が、等間隔に形成されている。

シェル３１は、図１、４、５に示すように、コイルボビン２１の外周面を覆う外筒体３３と、コイルボビン２１の突出部２３の内周面を覆う内筒体３５と、外筒体３３の一端面と内筒体３５の一端面との間をつないでいると共に、コイルボビン２１の突出部２３の側面を覆う底体３７とを有する有底二重筒状部材であり、鉄系金属等の磁性材料で作製される。

図４、５に示すように、底体３７には、コイルボビン２１に形成された係止部２４が嵌挿される２つの開口３８が形成されている。開口３８の幅は、係止部２４の先端近傍を除く部分のＵ字の幅よりも広く且つ、爪２４ａが形成された先端部分の幅よりも狭くなっている。したがって、係止部２４をＵ字の幅が狭くなる方向に弾性変形させつつ開口３８に嵌挿し、その爪２４ａを開口３８の縁部分に引っ掛けることによって、コイルボビン２１とシェル３１とを完全に固定することができる。

また、コイルボビン２１に形成された回り止め部２５が貫通する切り欠き３９が、外筒体３３と底体３７とに亘って形成されている。そして、図５に示すように、突出部２３の回り止め部２５が形成されている部分の側面に形成された開口２６から引き出された引出線は、切り欠き３９を介してシェル３１から引き出される。

さらに、内筒体３５のコイルボビン２１に形成された６つの突起２８に対応する部分には、それぞれ切り欠き３６が形成されている。図１、５に示すように、コイルボビン２１とシェル３１とが一体に組み立てられた際に、シェル３１の内筒体３５の表面からは、切り欠き３６を介してコイルボビン２１の突起２８が僅かに突出する。なお、図５に示すように、コイルボビン２１に形成された突起２８のシャフト６９の円周方向に沿う合計長さと、内筒体３５の切り欠き３６が形成されていない部分のシャフト６９の円周方向に沿う合計長さとの比は１：１．５である。

次に、図１、及び図６〜８を参照しつつ、出力部６０について説明する。出力部６０は、図示しない出力軸が挿通される筒状部材の中心軸体６１（図６参照）及び、中心軸体６１に外嵌される筒状部材の外嵌軸体６５（図７参照）からなるシャフト６９と、シャフト６９に嵌合固定されるロータ７１（図８参照）とを備えている。

中心軸体６１は、樹脂材料で作製されており、図６に示すように、大径筒部６２と、大径筒部６２よりも小さな径を有しており、軸方向に関して大径筒部６２と隣接するように大径筒部６２に連続して設けられた小径筒部６３とからなる。小径筒部６３の外周面における大径筒部６２側の端部には、複数の突起が鋸歯状に形成された嵌合部６３ａが設けられている。また、中心軸体６１の内周面には軸方向に延在する溝６４が形成されている。したがって、軸方向に延在する突起が形成された出力軸を、その突起と中心軸体６１に形成された溝６４とが係合するように中心軸体６１に挿通することによって、出力軸を回転方向に対して中心軸体６１に固定することができる。つまり、出力軸を中心軸体６１と一体に回転させることができる。

外嵌軸体６５は、鉄系金属等の磁性体材料で作製されており、図７に示すように、小径筒部６６と、小径筒部６６よりも大きな径を有しており、軸方向に関して小径筒部６６と隣接するように小径筒部６６に連続して設けられた大径筒部６７とからなる。そして、図１に示すように、外嵌軸体６５は、その小径筒部６６が中心軸体６１の大径筒部６２と軸方向に隣接するように、中心軸体６１の小径筒部６３に外嵌されている。なお、外嵌軸体６５は、中心軸体６１に回り止め固定されており、中心軸体６１と一体となって回転する。

ロータ７１は、鉄系金属等の磁性体材料で作製されており、図８に示すように、円板状の底体７３と、底体７３の縁に連設された筒状の筒体７５とからなる。底体７３の中心には、底体７３に対して筒体７５とは反対側に膨出した凸部７７が形成されている。そして、凸部７７の上面には、中心軸体６１の小径筒部６３を挿通すべく、小径筒部６３の径とほぼ等しい大きさを有する円形の開口７７ａが形成されている。また、開口７７ａの縁部分は、鋸歯状に形成されており、中心軸体６１の小径筒部６３に形成された嵌合部６３ａと嵌め合わされる。これにより、中心軸体６１とロータ７１とは嵌合固定される。

なお、図１に示すように、出力部６０の外嵌軸体６５には、フィールド部２０が遊嵌されている。より詳細には、外嵌軸体６５には、コイルボビン２１に形成されたコイル２７が外嵌軸体６５の小径筒部６６に位置すると共に、シェル３１の内筒体３５が外嵌軸体６５の大径筒部６７と対向しつつ、シェル３１の外筒体３３とコイルボビン２１の外周面との間にロータ７１の筒体７５が位置するようにフィールド部２０が嵌められている。ここで、上述したように、シェル３１の内筒体３５に設けられた切り欠き３６からはコイルボビン２１の突起２８が突出しており、この突起２８が軸受の役割を果たすので、シェル３１の内筒体３５と外嵌軸体６５の大径筒部６７とが直接接触することはない。

次に、図９、１０を参照しつつ、入力部４０について説明する。入力部４０は、外部から駆動力が入力されるギア４１（図９参照）と、ギア４１に対して固定されるアーマチュア４５（図１０参照）とを備えている。

ギア４１は、樹脂材料で作製されており、図９に示すように、中心に開口４２が形成された略円板状部材であり、その外周面に複数の歯４１ａが等間隔で形成されている。また、ギア４１の一方の面の縁部分には環状のフランジ４１ｂが形成されている。そのうえ、フランジ４１ｂの縁部分には、軸方向に突出する筒状の突出部４１ｃが形成されている。さらに、ギア４１のフランジ４１ｂが形成されている方の面における開口４２の周囲には、凹部４３が形成されている。そして、凹部４３の底部には、軸方向に沿って突出すると共に、いずれも等しい円弧状の４つの突起４３ａが、それらが有する径と等しい径を有する円の円周上において等間隔に設けられている。

アーマチュア４５は、鉄系金属等の磁性体材料で作製されており、図１０に示すように、中心に開口４６が形成された略円板状の部材である。さらに、軸方向に垂直な方向から観た場合に略Ｕ字型形状であり、軸方向に沿って突出する４つの係止部４７が、開口４６の縁部分に連続して設けられている。これら４つの係止部４７は、ギア４１に形成された４つの突起４３ａの間にそれぞれ形成される４つの隙間にそれぞれ係合される。これにより、ギア４１とアーマチュア４５とは、入力部４０として一体に組み立てられる。

上述の入力部４０は、図１に示すように、出力部６０のシャフト６９に遊嵌される。より詳細には、入力部４０は、アーマチュア４５が出力部６０のロータ７１の底体７３と対向し、ギア４１が中心軸体６１の大径筒部６２に位置すると共に、アーマチュア４５がロータ７１の底体７３に形成された凸部７７の側面に位置するようにシャフト６９に嵌められる。

次に、上述のように構成される実施の形態にかかる電磁クラッチ１００の作用を説明する。コイル２７に通電されていない時には、磁性回路は形成されず、アーマチュア４５とロータ７１とは離隔している。したがって、外部からギア４１に駆動力が入力されても、ギア４１及びアーマチュア４５のみが回転し、その回転力はシャフト６９へは伝達されない。

一方、コイル２７に通電すると、磁性体材料で作製されているシェル３１、シャフト６９の外嵌軸体６５、ロータ７１、及びアーマチュア４５を通る磁性回路が形成され、その磁力によりアーマチュア４５がロータ７１に吸着される。これにより、入力部４０及び出力部６０が一体に回転し、外部からギア４１に入力される回転駆動力が、シャフト６９の中心軸体６１に挿通される出力軸に伝達される。

以上のように、本実施の形態の電磁クラッチ１００では、軸方向に垂直な方向に突出する突起２８が形成されているコイルボビン２１と、コイルボビン２１に電線を巻回することによって形成されたコイル２７と、磁性体材料で作製されており、コイル２７が形成されたコイルボビン２１を外包していると共に、コイルボビン２１に形成された突起２８に対応する部分に切り欠き３６が形成されたシェル３１とを有しており、回転しないフィールド部２０が、中心軸体６１と、磁性体材料で作製されており中心軸体６１に外嵌される外嵌軸体６５とからなり、回転可能なシャフト６９に遊嵌されている。そして、シェル３１の外嵌軸体６５と対向する面からは、切り欠き３６を介してコイルボビン２１に形成された突起２８が突出している。したがって、突起２８が軸受となるので、磁性体材料で作製されているシェル３１と外嵌軸体６５との接触を防ぐことができる。その結果、同種の物質で作製された部材同士が接触することで摺動面が異常に磨耗しクラッチの寿命を低下させてしまうのを防止することができる。また、シェル３１と外嵌軸体６５との間に肉薄の部材を配置する場合に比べて、組み立て時に部材が破損してしまうことによる歩留まりの低下を防ぐことができる。さらに、外嵌軸体６５に保護膜を形成する場合と比べて製造コストを低下させることができる。加えて、シェル３１の切り欠き３６が形成されていない部分は、磁気抵抗となる異物を介すことなく外嵌軸体６５と対向するので、シェル３１と外嵌軸体６５との間に磁気抵抗となる部材を配置する場合と比べて、性能の低下を防止することができる。

また、本実施の形態の電磁クラッチ１００では、コイルボビン２１に設けられる軸方向に垂直な方向に突出する突起２８と、シェル３１に設けられるコイルボビン２１の突起２８を突出させる切り欠き３６とは、いずれもシャフト６９の円周方向に沿って等間隔に６つ形成されている。したがって、シェル３１とシャフト６９の外嵌軸体６５との接触をより確実に防止することができる。

さらに、本実施の形態の電磁クラッチ１００では、コイルボビン２１に形成された突起２８のシャフト６９の円周方向に沿う合計長さと、シェル３１の内筒体３５の切り欠き３６が形成されていない部分のシャフト６９の円周方向に沿う合計長さとの比は１：１．５である。したがって、シェル３１とシャフト６９の外嵌軸体６５との対向面積が減少することによる性能の低下を抑制することができる。

以上、本発明の好適な一実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて、様々な設計変更を行うことが可能なものである。例えば、上述の実施の形態では、コイルボビン２１に設けられる突起２８と、シェル３１に設けられるコイルボビン２１の突起２８を突出させる切り欠き３６とが、いずれもシャフト６９の円周方向に沿って等間隔に６つ形成されている場合について説明したが、突起２８及び切り欠き３６の数は６つには限られない。また、突起２８及び切り欠き３６は等間隔に形成されていなくてもよい。

また、上述の実施の形態では、コイルボビン２１に形成された突起２８のシャフト６９の円周方向に沿う合計長さと、シェル３１の内筒体３５の切り欠き３６が形成されていない部分のシャフト６９の円周方向に沿う合計長さとの比が１：１．５である場合について説明したが、これには限られない。突起２８の合計長さと内筒体３５の切り欠き３６が形成されていない部分の合計長さとの比は、１：１〜２であることが好ましいが、これらの比は限定されるものではなく、任意に定めることができる。

本発明の実施の形態に係る電磁クラッチの断面図である。 図１に示すコイルボビンを出力軸の延在方向から観た平面図である。 図２のIII-III線に沿う断面図である。 図１に示すシェルの斜視図である。 図１に示すフィールド部の斜視図である。 図１に示す中心軸体の斜視図である。 図１に示す外嵌軸体の斜視図である。 図１に示すロータの斜視図である。 図１に示すギアの斜視図である。 図１に示すアーマチュアの斜視図である。 従来の電磁クラッチの断面図である。

符号の説明

２１ コイルボビン
２７ コイル
２８ 突起
３１ シェル
３６ 切り欠き
４０ 入力部（入力回転体）
６０ 出力部（出力回転体）
６５ 外嵌軸体（磁性体部）
６９ シャフト
７１ ロータ
１００ 電磁クラッチ

Claims (3)

1. 回転駆動力が入力される入力回転体と、
   前記入力回転体が遊嵌されると共に少なくとも一部分が磁性材料で作製された磁性体部となっているシャフト、及び前記シャフトに嵌合固定されるロータを有する出力回転体と、
   コイルボビンと
   前記コイルボビンに電線を巻回することによって形成されるコイルと、
   前記シャフトの前記ロータに対して前記入力回転体とは反対側に遊嵌されており、前記コイルが形成された前記コイルボビンを外包するシェルとを備えており、
   前記コイルボビンに前記シャフトに向かって突出する突起が形成されていると共に、前記シェルの前記シャフトの前記磁性体部と対向する面に切り欠きが形成されており、前記突起が前記切り欠きから突出していることを特徴とする電磁クラッチ。
2. 前記突起及び前記切り欠きが、前記シャフトの円周方向に沿って等間隔に複数形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
3. 前記コイルボビンに形成された前記突起の前記シャフトの円周方向に沿う合計長さと、前記シェルの前記シャフトの前記磁性対部と対向する面において前記切り欠きが形成されていない部分の前記シャフトの円周方向に沿う合計長さとの比が１：１〜２であることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁クラッチ。
   
   

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