JP2010281405A - クラッチ装置及びクラッチ装置を備えたウォーターポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】インペラの回転数の低下を抑制すること。
【解決手段】プーリ側係合面３４を有し、エンジンの回転に伴って回転するプーリ１２と、プーリ側係合面３４に対向する位置にアーマチャ側係合面３６を有し、プーリ１２との係合状態が変化するアーマチャ１６と、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６の少なくとも一方に設けられ、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６との間に生じる摩擦熱により融解し、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６とを接着する溶着材３８と、を有するクラッチ装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、クラッチ装置及びクラッチ装置を備えたウォーターポンプに関する。

冷却水を用いたエンジンの冷却は、冷却水をウォーターポンプにより循環させる。ウォーターポンプは、ベルト等を介して伝達されるエンジンのクランクシャフト等の回転により駆動されインペラが回転するのが一般的である。従来、ウォーターポンプへのエンジンの回転の伝達及び遮断を、例えば、電磁クラッチを用いて制御することで、ウォーターポンプを可変制御可能とする技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

また、冷却水の水温に応じてクラッチの係合状態を変化させることで、水温に応じてウォーターポンプの吐出能力を変化させる技術も提案されている（例えば、特許文献２）。

特開２００４−２９３４３０号公報 特開平７−３３２０８６号公報

クラッチの係合は、バネ力や磁力等により係合面同士を係合させる係合力により行われる。しかしながら、この係合力は種々の理由により低下し、クラッチの係合状態が弱まる場合がある。例えば、電磁コイルが発生させる磁力によりクラッチを係合させる場合、電磁コイルが使用環境等により劣化して、発生させる磁力が低下してしまい、クラッチの係合状態が弱まる場合がある。

この場合、クラッチに滑りが生じ、ウォーターポンプのインペラの回転数が低下し得る。インペラの回転数が低下すると、冷却水の循環が悪くなるため、エンジンのオーバーヒートの恐れがある。

しかしながら、特許文献１及び２には、クラッチの係合状態が弱まることにより生じるクラッチの滑りを解決する技術については開示されていない。

そこで、本発明は、クラッチを係合させる係合力が低下した場合でも、クラッチを係合させることができるクラッチ装置及びクラッチ装置を用いたウォーターポンプを提供することを目的とする。

本発明のクラッチ装置は、駆動側係合面を有し、エンジンの回転に伴って回転する駆動回転部材と、前記駆動側係合面に対向する位置に従動側係合面を有し、前記駆動回転部材との係合状態が変化する従動回転部材と、前記駆動側係合面と前記従動側係合面の少なくとも一方に設けられ、前記駆動側係合面と前記従動側係合面との間に生じる摩擦熱により融解し、前記駆動側係合面と前記従動側係合面とを接着する溶着材と、を有している。

これによれば、駆動回転部材と従動回転部材との間に滑りが生じ回転差が発生した場合、駆動側係合面と従動側係合面との間に生じる摩擦熱により溶着材が融解して流出し、駆動側係合面と従動側係合面の他の場所で冷却され固化することで、駆動側係合面と従動側係合面とを接着させることができる。したがって、駆動回転部材と従動回転部材との係合状態を変化させる係合力が低下した場合でも、駆動回転部材と従動回転部材とを係合させることができる。

上記構成において、前記駆動側係合面と前記従動側係合面との少なくとも一方には、前記溶着材を設けた位置よりも外周側に溝部が形成されている構成とすることができる。

この構成によれば、融解した溶着材は、駆動回転部材及び従動回転部材の回転に起因する遠心力により溝部に流れ込む。溝部では摩擦熱が生じ難く、溝部に流れ込んだ溶着材の冷却を促進させることができるため、溶着材の固化による駆動側係合面と従動側係合面との接着をより確実に行うことができる。また、融解した溶着材を溝部に留まらせることができるため、溶着材が遠心力により係合面の外に飛散することを抑制できる。

本発明のウォーターポンプは、本発明のクラッチ装置と、前記従動回転部材と共に回転するインペラと、を有する。

これによれば、駆動回転部材と従動回転部材との係合状態を変化させる係合力が低下した場合でも、インペラの回転数が低下することを抑制できる。

本発明のクラッチ装置によれば、駆動回転部材と従動回転部材との係合状態を変化させる係合力が低下した場合でも、駆動側係合面と従動側係合面とを係合させることができる。また、本発明のウォーターポンプによれば、駆動回転部材と従動回転部材との係合状態を変化させる係合力が低下した場合でも、インペラの回転数が低下することを抑制できる。

図１は実施例に係るクラッチ装置を備えたウォーターポンプにおいて、アーマチャがプーリから解放している状態を示す模式図である。 図２は実施例に係るクラッチ装置を備えたウォーターポンプにおいて、アーマチャがプーリに係合している場合を示す模式図である。 図３はアーマチャとプーリとの間に滑りが生じた場合を説明する模式図である。

以下、図面を参照して本発明のクラッチ装置を備えたウォーターポンプに係る実施例について説明する。

図１は、実施例に係るクラッチ装置１００を備えたウォーターポンプ２００を示す模式図である。図１に示すように、ウォーターポンプ２００は、クラッチ装置１００と、クラッチ装置１００に設けられたアーマチャ１６と共に回転するインペラ１４を有する。

クラッチ装置１００は、ベルト１０によりエンジンのクランクシャフトの回転が伝達されることで回転する円筒形状をしたプーリ１２と、プーリ１２の一方の面に対向して配置され、プーリ１２との係合状態が変化する環状のアーマチャ１６と、を備える。なお、エンジンの回転に伴って回転する駆動回転部材としてプーリ１２を例に挙げているが、プーリ１２以外にも、例えばギア等、エンジンの回転に伴って回転する部材であれば他の部材を用いることもできる。また、アーマチャ１６は、プーリ１２との係合状態に応じて、プーリ１２と共に回転する従動回転部材である。

円筒形状をしたプーリ１２の中心部に形成された空洞部１８には、ハウジング２０がプーリ用ベアリング２２を介して嵌め込まれている。ハウジング２０には、中心部に貫通孔２４が設けられている。プーリ用ベアリング２２により、プーリ１２は、ハウジング２０に対して回転可能となり、ベルト１０を介して伝達されたエンジンのクランクシャフトの回転により、ハウジング２０の周囲を回転する。

貫通孔２４には、シャフト用ベアリング２６を介してシャフト２８が嵌め込まれている。シャフト２８の一端にはインペラ１４が設けられ、シャフト２８の他端には板バネ３０を介してアーマチャ１６が設けられている。アーマチャ１６は、例えば鉄などの、磁性体材料で形成されている。シャフト用ベアリング２６により、シャフト２８はハウジング２０に対して回転可能となる。

プーリ１２内には、電磁コイル３２が設けられている。電磁コイル３２は環状であり、バッテリ４２から電流が供給されることで、アーマチャ１６をプーリ１２側に引き寄せる方向の磁力を発生させる。また、板バネ３０からは、アーマチャ１６をプーリ１２から引き離す方向のバネ力が発生する。

電磁コイル３２に通電させない状態では、電磁コイル３２からは磁力が発生しないため、アーマチャ１６には、板バネ３０によるバネ力のみが作用する。このため、アーマチャ１６は、プーリ１２から引き離されて、プーリ１２から解放される。

アーマチャ１６がプーリ１２から解放されることで、プーリ１２がエンジンの回転により回転しても、アーマチャ１６は回転しなくなり、アーマチャ１６と接続しているインペラ１４も回転しなくなる。

図２に示すように、電磁コイル３２に通電させた状態では、電磁コイル３２からアーマチャ１６をプーリ１２側に引き寄せる方向の磁力が発生される。このため、アーマチャ１６には、板バネ３０によるバネ力と電磁コイル３２による磁力とが作用することになる。ここで、電磁コイル３２による磁力の方が、板バネ３０のバネ力よりも大きくなるよう、電磁コイル３２の磁力及び／又は板バネ３０のバネ力を調整する。これにより、電磁コイル３２に通電させた状態では、アーマチャ１６は、プーリ１２側に引き寄せられて、プーリ１２と係合する。

アーマチャ１６がプーリ１２に係合することで、アーマチャ１６とプーリ１２とは共にエンジンの回転により回転する。このため、アーマチャ１６と接続しているインペラ１４も回転するようになる。

図１に戻り、プーリ１２とアーマチャ１６のそれぞれの係合面である、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６とは対向して配置されている。プーリ側係合面３４には、プーリ側係合面３４から僅かに突出した溶着材３８が設けられている。溶着材３８は、例えば、低温はんだのような、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６との間に発生する摩擦熱により融解するような融点（例えば、１５０℃程度）を有する材料で形成される。溶着材３８は、エンジンの最高温度以上で、磁石のキュリー点以下の融点を有する材料の中から選択されることが望ましい。溶着材３８は、円筒形状のプーリ１２の円周に沿って環状に設けられていてもよく、又、点在して設けられていてもよい。溶着材３８が設けられた位置よりも外周側の位置のプーリ側係合面３４には、溝部４０が形成されている。

次に、図３を用いて、アーマチャ１６とプーリ１２との間に滑りが生じた場合について説明する。前述したように、電磁コイル３２は、その使用環境等により劣化が生じる場合があり、これにより、電磁コイル３２が発生させる磁力が低下することがある。この場合、アーマチャ１６とプーリ１２とを係合させるために電磁コイル３２に通電しても、電磁コイル３２から発生される磁力が小さいため、アーマチャ１６とプーリ１２との係合力が十分ではなく、アーマチャ１６とプーリ１２との間に滑りが生じて、回転差が発生する場合がある。

アーマチャ１６とプーリ１２との間に回転差が生じると、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６との間に摩擦熱が発生する。この摩擦熱による温度上昇により、プーリ側係合面３４に設けた溶着材３８が融解する。融解した溶着材３８は、プーリ１２やアーマチャ１６の回転に伴う遠心力により、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６との間を外周方向に流出するようになる。

ここで、プーリ側係合面３４に設けた溶着材３８が、プーリ側係合面３４から僅かに突出していることや、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６のそれぞれの加工状態や、アーマチャ１６への磁力及び／又はバネ力の作用状態等により、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６との接触具合は係合面全面で一様ではない。このことから、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６との間に発生する摩擦熱による温度上昇も、係合面全面で一様ではなく、温度上昇の大きい場所と小さい場所とが存在する。よって、融解して流出した溶着材３８が、温度上昇の小さい場所に到達すると、溶着材３８は冷却されて固化し、その際に、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６とを接着させる。

このように、実施例に係るクラッチ装置１００によれば、プーリ側係合面３４に溶着材３８を設けることで、アーマチャ１６とプーリ１２との間に回転差が生じた場合に、溶着材３８の融解及び固化の現象が生じ、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６とを接着させることができる。つまり、電磁コイル３２が発生させる磁力が低下した場合でも、プーリ１２とアーマチャ１６とを係合させることができる。

また、ウォーターポンプ２００は、このようなクラッチ装置１００を備えていることで、電磁コイル３２が発生させる磁力が低下した場合でも、プーリ１２の回転に同期してアーマチャ１６が回転するため、アーマチャ１６と共に回転するインペラ１４の回転数の低下を抑制することができる。

また、プーリ側係合面３４には、溶着材３８が設けられた位置よりも外周側に溝部４０が形成されている。前述したように、融解した溶着材３８は、プーリ１２やアーマチャ１６の回転に伴う遠心力により、外周方向に流出する。この結果、図３に示すように、融解した溶着材３８は溝部４０に流れ込むことになる。溝部４０が形成されている場所では、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６とが接触しないため、摩擦熱が生じ難く、温度があまり上昇しない。このため、溝部４０に流れ込んだ溶着材３８は冷却が促進され、溶着材３８の固化によるプーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６との接着をより確実に行うことができる。

また、溶着材３８よりも外周側に溝部４０を形成することで、融解した溶着材３８を溝部４０に留まらせることができ、溶着材３８が遠心力により係合面の外に飛散することを抑制できる。

これらのことから、溝部４０は、円筒形状のプーリ１２の円周に沿って環状に形成されている場合が好ましい。この場合は、融解した溶着材３８を、より確実に溝部４０に流れ込ませることができる。

実施例に係るクラッチ装置１００においては、電磁コイル３２の磁力による係合力に応じて、プーリ１２とアーマチャ１６との係合状態が変化する場合を例に示したがこれに限られない。例えば、永久磁石の磁力やバネのバネ力等による係合力に応じて、プーリ１２とアーマチャ１６との係合状態が変化するような場合でもよい。この場合でも、係合力が低下し、アーマチャ１６とプーリ１２との間に滑りが生じて回転差が発生すると、溶着材３８の融解及び固化の現象が生じる。これにより、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６とを接着させることができ、プーリ１２とアーマチャ１６とを係合させることができる。

また、実施例に係るクラッチ装置１００では、溶着材３８はプーリ側係合面３４に設けられている場合を例に説明したが、アーマチャ側係合面３６に設けられていても、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６との両方に設けられていてよい。即ち、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６の少なくとも一方に設けられていればよい。

また、溝部４０についても、プーリ側係合面３４に形成されている場合に限られず、アーマチャ側係合面３６に形成されていても、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６との両方に形成されていてもよい。即ち、プーリ側係合面３４とアーマチャ側係合面３６の少なくとも一方に、溶着材３８が設けられた位置よりも外周側に溝部４０が形成されていればよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ ベルト
１２ プーリ
１４ インペラ
１６ アーマチャ
１８ 空洞部
２０ ハウジング
２２ プーリ用ベアリング
２４ 貫通孔
２６ シャフト用ベアリング
２８ シャフト
３０ 板バネ
３２ 電磁コイル
３４ プーリ側係合面
３６ アーマチャ側係合面
３８ 溶着材
４０ 溝部
４２ バッテリ
１００ クラッチ装置
２００ ウォーターポンプ

Claims (3)

1. 駆動側係合面を有し、エンジンの回転に伴って回転する駆動回転部材と、
   前記駆動側係合面に対向する位置に従動側係合面を有し、前記駆動回転部材との係合状態が変化する従動回転部材と、
   前記駆動側係合面と前記従動側係合面の少なくとも一方に設けられ、前記駆動側係合面と前記従動側係合面との間に生じる摩擦熱により融解し、前記駆動側係合面と前記従動側係合面とを接着する溶着材と、
   を有することを特徴とするクラッチ装置。
2. 前記駆動側係合面と前記従動側係合面の少なくとも一方には、前記溶着材を設けた位置よりも外周側に溝部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のクラッチ装置。
3. 請求項１又は２記載のクラッチ装置を備えると共に、前記従動側回転部材と共に回転するインペラを有することを特徴とするウォーターポンプ。

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