JP2013100888A

JP2013100888A - 電磁クラッチ

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Publication number: JP2013100888A
Application number: JP2011245824A
Authority: JP
Inventors: Atsutoshi Ikegawa; 敦俊池川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: JP5884416B2

Abstract

【課題】電磁ソレノイドを用いてラップスプリングを圧着状態と非圧着状態とに切り換えて伝動状態と遮断状態とを作り出す電磁クラッチにおいてラップスプリングによる伝動を行う系の摩耗を抑制する。
【解決手段】駆動プーリ７の中心側の筒状部７Ｂの外面に圧接するラップスプリング１１を備え、シャフト３に連結する駆動部材１２の駆動アーム１２Ａにラップスプリング１１の一端側１１Ａを連結し、シャフト３に相対回転自在で回転軸芯Ｘに沿って移動自在な作動部材１３にラップスプリング１１の他端側１１Ｂに連結した。作動部材１３の回転を阻止した後に、駆動部材１２の回転を阻止することでラップスプリング１１の捩り操作して筒状部７Ｂに対する圧着を解除して遮断状態を作り出す操作機構を備え、この遮断状態でラップスプリング１１を設定姿勢に維持する規制手段Ｒを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁クラッチに関し、詳しくは、駆動プーリとシャフトとが同軸芯で備えられ、回転軸芯を中心とするコイル状のラップスプリングが備えられ、このラップスプリングの巻き径の変更により動力の断続を行う電磁クラッチに関する。

上記のように構成された電磁クラッチと類似するものとして特許文献１には、入力ハブと出力ハブとを回転軸芯と同軸芯で回転自在で回転軸芯に沿って隣接する位置関係で配置した構成が示されている。つまり、入力ハブの外周と出力ハブの外周とにラップスプリングを配置し、このラップスプリングの周りに制御カラーを配置し、ラップスプリングの一方の端部を入力ハブに支持し、他方の端部を制御カラーに支持した構成が示されている。

この特許文献１では、制御カラーに備えたアーマチュアに磁力を作用させない状態では戻しバネの付勢力によりアーマチュアが所定位置に保持されラップスプリングが入力ハブの外周と出力ハブの外周とから分離したクラッチ切り状態にある。そして、制御カラーに備えたアーマチュアに磁力を作用させることで、磁力の作用により戻しバネの付勢力に抗してアーマチュアを電磁ソレノイドの方向に引き寄せて制御カラーの回転力を出力ハブに伝える状態となる。これによりラップスプリングの巻き径を収縮させる状態に達し、入力ハブの外周と出力ハブの外周とに亘ってラップスプリングを圧着させ入力ハブの回転駆動力を出力ハブに伝えるクラッチ入り状態を作り出すように構成されている。

また、特許文献２では、駆動プーリ（文献では入力プーリ）と、シャフト（文献ではポンプ軸）と一体回転する出力ハブとの外周とに亘ってラップスプリングを配置し、このラップスプリングの一方の端部をアーマチュアに支持し、他方の端部を出力ハブに支持し、駆動プーリの内部にアーマチュアに吸引力を作用させる電磁ソレノイドを配置した構成が示されている。

この特許文献２では、電磁ソレノイドからアーマチュアに磁力を作用させない状態では、ラップスプリングが入力プーリと出力ハブとの外周から分離したクラッチ切り状態にあり、電磁ソレノイドからアーマチュアに磁力を作用させて吸引することで、ラップスプリングが入力プーリの外周と出力ハブの外周とに亘って密着して駆動プーリからの駆動力をシャフトに伝えるクラッチ入り状態を作り出すように構成されている。

特開平１１‐２０１１９１号公報特開２００１‐３１７５６５号公報

特許文献１や特許文献２に記載されるように、電磁ソレノイドに対する通電により伝動状態を作り出す電磁クラッチでは、動力を伝える場合には通電を継続する必要があり、例えば、エンジンのウォータポンプのように伝動状態（クラッチ入り状態）が長時間継続する部位に用いられる場合には電力を無駄に消費する不都合に繋がる。特に、通電により伝動状態を維持する電磁クラッチでは確実な伝動を継続して行うためには、温度上昇に伴う磁束の減少にも対応できるように電磁ソレノイドの大型化を招くことになり、コスト上昇に繋がるものであった。更に、故障により通電を行えない場合にはウォータポンプとして機能しないためエンジンのオーバーヒートに繋がるものであった。

また、特許文献１に記載される構成では、電磁ソレノイドとアーマチュアとの間に形成された磁気回路中の、出力ハブにつながり回転するロータと、固定された電磁コイルとの間に、エアーギャップが形成されているため、強力な電磁ソレノイドを必要とする。更に、入力ハブと出力ハブとが隣接して配置されているため、電磁ソレノイドに通電しない状態でもラップスプリングの姿勢と、ラップスプリングと出力ハブとの接触状態によっては、入力ハブと出力ハブとが連れ廻りすることも考えられる。

これと同様に、特許文献２に記載される構成でも、クラッチ入り状態でも電磁ソレノイドとアーマチュアとの間の磁気回路中には、回転する入力プーリと固定された電磁ソレノイドとの間にエアーギャップが形成されているため、強力な電磁ソレノイドを必要とする。

ラップスプリングを用いた電磁クラッチでは、遮断状態（クラッチ切り状態）でラップスプリングが伝動対象から離間する状態に設定されるものであるが、この状態でもラップスプリングが伝動対象に接触する状態で相対回転し、ラップスプリングと伝動対象とが摩耗することも考えられた。このように摩耗した場合には、伝動状態（クラッチ入り状態）でスリップを招くこともあり改善が望まれる。

本発明の目的は、電磁ソレノイドを用いてラップスプリングを圧着状態と非圧着状態とに切り換えて伝動状態と遮断状態とを作り出す電磁クラッチにおいてラップスプリングによる伝動を行う系の摩耗の抑制が可能な電磁クラッチを合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、駆動力を受けることで回転軸芯を中心にして回転する駆動側回転体と、前記回転軸芯と同軸芯に配置される被駆動側回転体と、前記駆動側回転体に対し、自然状態で圧着状態となるよう巻き回されたラップスプリングと、前記被駆動側回転体に固定されると共に前記ラップスプリングの一端側が連結する駆動部材と、磁性体で形成され、前記ラップスプリングの他端側が連結する状態で前記被駆動側回転体に対して前記回転軸芯を中心にして相対回転可能であり、前記回転軸芯に沿って移動可能な作動部材と、前記作動部材を吸着固定する磁力を発生させるよう静止系に設けられた電磁ソレノイドと、前記電磁ソレノイドに通電して前記作動部材を吸着固定した際に、前記駆動側回転体との摩擦力あるいは動慣性によって前記駆動部材が前記作動部材に対して相対回転し、前記筒状部に対する前記ラップスプリングの圧着状態を解消して前記駆動側回転体から前記被駆動側側回転体への動力伝達を遮断するように構成し、前記作動部材が前記電磁ソレノイドに吸着固定された状態で前記ラップスプリングが押し付け固定されるよう前記駆動部材に設けたスプリング保持部を備えている点にある。

この構成によると、電磁ソレノイドに通電しない状態では、ラップスプリングが駆動側回転体に圧着することにより、駆動側回転体の回転力をラップスプリングの一端側に連結する駆動部材から被駆動側回転体に伝える伝動状態（クラッチ入り状態）が作り出される。また、電磁ソレノイドに通電した場合には、ラップスプリングに他端側が連結する作動部材が電磁ソレノイドに吸着され回転が阻止され、この回転の阻止の後に駆動側回転体に対するラップスプリングの圧着が解除された状態で駆動側回転体とともに回転する中間部材が作動部材に吸着固定されるため、ラップスプリングが捩られ駆動側回転体に対する圧着を解消して駆動側回転体から被駆動側回転体への動力伝達が遮断される（クラッチ切り状態となる）。
この動力の遮断状態では、ラップスプリングがスプリング保持部に押し付けられるため、ラップスプリングの一部が駆動側回転体に接触する現象を抑制し、ラップスプリングの特定の部位と駆動側回転体の特定の部位とが大きく摩耗する不都合を解消する。
従って、電磁ソレノイドを用いてラップスプリングを圧着状態と非圧着状態とに切り換えて伝動状態と遮断状態とを作り出す電磁クラッチで、ラップスプリングと駆動側回転体との一部だけが摩耗する不都合を解消する電磁クラッチが構成された。

本発明は、前記スプリング保持部が、前記ラップスプリングの前記回転軸芯を中心にした半径方向での変位を規制する第１保持部を備えても良い。

これによると、遮断状態でラップスプリングが半径方向へ変位する不都合を第１保持部が解消して駆動側回転体に強く接触する不都合を解消し、偏った摩耗を抑制する。

本発明は、前記スプリング保持部が、前記ラップスプリングの前記回転軸芯に沿う方向での変位を規制する第２保持部を備えても良い。

これによると、遮断状態でラップスプリングが回転軸芯に沿う方向へ変位する不都合を第２保持部が解消してラップスプリングの姿勢の乱れを抑制し、偏った摩耗を抑制する。

本発明は、前記作動部材において前記電磁ソレノイドが吸着する面に主孔部を形成し、前記中間部材において前記作動部材からの磁束が作用する面に副孔部を形成し、この作動部材と中間部材とで拘束手段が構成され、前記拘束手段は、前記電磁ソレノイドへの通電により前記作動部材が前記電磁ソレノイドに吸着され回転が阻止された後に動慣性による前記駆動側回転体の回転を許し、この回転により前記駆動側回転体に対する前記ラップスプリングの圧着が解除される回転位相に達した時点で前記中間部材に作用する吸引力を増大させ、この吸引力により前記中間部材を作動部材に吸着して回転を阻止するように前記主孔部と副孔部との位置関係が設定されても良い。

これによると、作動部材が電磁ソレノイドに吸着された場合に、この作動部材の主孔部から漏れ磁束を中間部材に作用させることが可能となる。また、中間部材には副孔部が形成されているので、この副孔部が形成された部位では磁気抵抗を増大させ吸着力が低下することになり、副孔部が形成されない部位では磁気抵抗が小さいので吸着力を増大させることが可能となる。これにより、電磁ソレノイドに通電し、この電磁ソレノイドに作動部材が吸着した後には、動慣性による駆動部材の回転の初期には作動部材から中間部材に作用する吸引力を抑制しておき、駆動プーリが遮断状態となる回転位相に達した時点で中間部材に作用する吸引力が増大させ、ラップスプリングを駆動側回転体から離間させた状態で中間部材を作動部材に吸着して拘束し、連れ廻りを招くことのない遮断状態を作り出せる。

電磁クラッチを有するウォータポンプの断面図である。電磁クラッチの構成を示す正面図である。電磁クラッチの分解斜視図である。伝動状態の電磁クラッチの正面図及び断面図である。電磁ソレノイドに作動部材が吸着した状態の電磁クラッチの正面図及び断面図である。動慣性により駆動部材が回転する状態の電磁クラッチの正面図及び断面図である。作動部材に中間部材が吸着した状態の電磁クラッチの正面図及び断面図である。第１別実施形態の電磁クラッチの断面図である。第２別実施形態の電磁クラッチの断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
図１〜図３には本発明の電磁クラッチＣによって動力の伝動及び遮断が可能なウォータポンプが示されている。このウォータポンプは、静止系としてのポンプハウジング１に対しシャフト軸受２により回転軸芯Ｘを中心に回転自在にシャフト３（被駆動側回転体の一例）を支持し、このシャフト３の内端にインペラ４を備え、このシャフト３とポンプハウジング１との間にシール５を備えている。ポンプハウジング１のボス状部１Ａに対しプーリ軸受６により回転軸芯Ｘを中心にして回転自在に駆動プーリ７を備えている。電磁クラッチＣは、駆動プーリ７の回転駆動力をシャフト３に伝える伝動状態（クラッチ入り状態）と、駆動プーリ７の回転駆動力を遮断する遮断状態（クラッチ切り状態）とに切換自在に構成されている。

駆動プーリ７は、外周側の円筒状のベルト巻回部７Ａと、このベルト巻回部７Ａで取り囲まれる空間（内周側）の中心側位置の筒状部７Ｂ（駆動側回転体の一例）と、ベルト巻回部７Ａ及び筒状部７Ｂを連結するようにポンプハウジング側に配置される側壁部７Ｃとを一体形成した構造を有している。特に、筒状部７Ｂは、回転軸芯Ｘに沿う方向での筒長Ｗｂが、ベルト巻回部７Ａの回転軸芯Ｘに沿う方向での周幅Ｗａより短く設定され、ベルト巻回部７Ａの内部空間に収容される形態となる。そして、筒状部７Ｂをプーリ軸受６に外嵌する形態で駆動プーリ７がポンプハウジング１に回転自在に支持されている。

この駆動プーリ７は、平ベルトを用いる構成のものであるが、Ｖベルトを使用するため外周にＶ状の溝を形成した構成でも良く、タイミングベルトを使用するために外周面にギヤ状の凹凸を有した構成であっても良い。

エンジン（図示せず）の出力軸に備えた出力プーリ（図示せず）と、駆動プーリ７とに亘って無端ベルトを巻回するため駆動プーリ７が常時駆動される。電磁クラッチＣは、冷却水の水温を検出する温度センサ（図示せず）の検出結果を取得する制御装置（図示せず）によって制御される。この制御装置は、エンジンの始動直後のように冷却水の水温が低い（エンジンの暖機が充分でない）ことを判別した場合には電磁クラッチＣを遮断状態に維持して暖機を促進し、エンジンの温度が適度に高まったことを判別した場合には電磁クラッチＣを伝動状態に設定してインペラ４の駆動により冷却水を循環させる制御を実行する。

〔電磁クラッチ〕
電磁クラッチＣは、駆動プーリ７の内部に収容されるコイル状のラップスプリング１１と、駆動部材１２と、アーマチュアとして機能する作動部材１３と、中間部材１５と、作動部材１３に吸引力を作用させて吸着する電磁ソレノイドＳとを備えている。

ポンプハウジング１のボス状部１Ａに対して鉄材やニッケル合金材等により環状に形成される磁性体製のヨーク１７が固設され、このヨーク１７には回転軸芯Ｘと同軸芯でインペラ４と反対側に開放する環状となる凹部が形成されている。この凹部に対しボビン１８Ａに銅線を巻回したコイル１８を挿入して電磁ソレノイドＳが構成されている。この電磁ソレノイドＳは、コイル１８が挿入される凹部の内側と外側とにおいて回転軸芯Ｘを中心とするリング状の領域の吸着面が形成される。

ラップスプリング１１は、バネ鋼をスパイラルに成形したコイル状の形状を有すると共に、自然状態（外力が作用しない状態）において駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周に圧着する巻き径のものが使用されている。この圧着状態でラップスプリング１１のコイル状部の軸芯が回転軸芯Ｘと同軸芯上に配置されることになる。また、ラップスプリング１１のうち回転軸芯Ｘに沿う方向でポンプハウジング側となる一端側１１Ａ（一方の端部）を半径方向の外方に折り曲げており、外方の他端側１１Ｂ（他方の端部）を回転軸芯Ｘに沿う姿勢で外方に向けて折り曲げている。

駆動部材１２は、シャフト３と一体回転するように回転軸芯Ｘと同軸芯で形成されたスリーブ部１２Ｓをシャフト３の前端部に嵌合連結している。この駆動部材１２の外周部位から回転軸芯Ｘを平行となる姿勢に屈曲した３つの駆動アーム１２Ａがポンプハウジング１の方向に延出する形態で形成され、３つの駆動アーム１２Ａのうちの１つに形成された係合孔部１２Ｂに対してラップスプリング１１の一端側１１Ａを挿通する形態で、この一端側１１Ａが駆動部材１２に連結している。

作動部材１３は、回転軸芯Ｘを中心とする円板状で鉄材やニッケル合金材等を用いた磁性体で成るディスク状部１３Ａを有すると共に、このディスク状部１３Ａの外周に対して外方に突出する形態で係合凹部を有する３つの係合部１３Ｂが一体的に形成されている。また、この３つの係合部１３Ｂのうちの１つに形成された係合凹部に対してラップスプリング１１の他端側１１Ｂを挿通する形態で、この他端側１１Ｂが作動部材に係合連結している。ディスク状部１３Ａは電磁ソレノイドＳの吸着面の外周の半径と一致する半径で形成され、このディスク状部１３Ａの中心位置には貫通孔部が形成されている。

この作動部材１３がシャフト３に対して相対回転自在、かつ、回転軸芯Ｘに沿う方向に移動自在となるように貫通孔部にスリーブ部１２Ｓを挿通する形態で、スリーブ部１２Ｓに遊嵌状態で支持されている。スリーブ部１２Ｓにはコイルバネ１６が外嵌され、このコイルバネ１６の付勢力によって作動部材１３が電磁ソレノイドＳのヨーク１７から離間する方向に付勢されている。

中間部材１５は、回転軸芯Ｘを中心とする円板状で鉄材やニッケル合金材等を用いた磁性体で構成され、シャフト３に対して相対回転自在、かつ、回転軸芯Ｘに沿う方向に移動自在となるようにスリーブ部１２Ｓに遊嵌支持されている。この中間部材１５は、電磁ソレノイドＳの吸着面の外周の半径と一致する半径で形成され、作動部材１３と駆動部材１２とに挟み込まれる位置に配置されている。そして、駆動部材１２と一体回転するように板バネ１４を介して駆動部材１２に連結している。

この中間部材１５は、外力が作用しない状態で板バネ１４の付勢力によって作動部材１３から接触する位置に保持され、作動部材１３から磁力の吸引力が作用する場合には３つの板バネ１４が弾性変形することにより回転軸芯Ｘに沿って作動部材１３の方向に変位可能に構成されている。

駆動部材１２の３つの駆動アーム１２Ａは、回転バランスをとるために周方向で等間隔で形成されており、この３つの駆動アーム１２Ａがラップスプリング１１の外側に配置されるため、ラップスプリング１１が筒状部７Ｂの外周から離間した場合に、ラップスプリング１１を設定姿勢に維持する規制手段Ｒが、この駆動アーム１２Ａに形成されている。つまり、駆動アーム１２Ａがラップスプリング１１の外方（回転軸芯Ｘから離間する方向）への変位を規制する第１保持部Ｒ１（スプリング保持部の一例）として構成されている。また、３つの駆動アーム１２Ａのうち延出側の端部と、中間部とにはラップスプリング１１の方向（回転軸芯に向かう方向）に突出する突出片を形成し、この一対の突出片によりラップスプリング１１の回転軸芯Ｘの方向に沿う変位を規制する第２保持部Ｒ２（スプリング保持部の一例）が構成されている。

電磁ソレノイドＳの吸着面の最外周の外径と、前述した作動部材１３の外径と、中間部材１５の外径とが一致する寸法に設定されている。作動部材１３と中間部材１５との外径は、吸着面の外径と寸法的に一致する必要はなく、電磁ソレノイドＳの磁束が効率的に作用するサイズであれば多少大径であっても小径であっても良い。

この電磁クラッチＣは、ラップスプリング１１の一端側１１Ａと他端側１１Ｂとが図４（ａ）に示す相対姿勢を維持することで、ラップスプリング１１を駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外面に圧接させて伝動状態（クラッチ入り状態）となる。また、この伝動状態では、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと作動部材１３の係合部１３Ｂとが同図に示す相対姿勢に維持される。これとは逆に、ラップスプリング１１の一端側１１Ａと他端側１１Ｂとが図５（ａ）に示す相対姿勢から図６（ａ）に示す相対姿勢に変更することによりラップスプリング１１が巻き径を拡大する方向に捩り操作されるため、このラップスプリング１１を駆動プーリ７の筒状部７Ｂから離間させて遮断状態の図６（ａ）（クラッチ切り状態）となる。この遮断状態では、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと作動部材１３の係合部１３Ｂとが同図に示す相対姿勢に維持される。

特に、本発明の電磁クラッチＣは遮断状態においてラップスプリング１１を筒状部７Ｂの外面から完全に離間させる必要はなく（後述する拘束手段を備える必要はなく）、ラップスプリング１１から筒状部７Ｂの外面に作用する圧接力が低下することで駆動プーリ７とシャフト３との伝動を遮断するように構成されるものであっても良い。この場合、遮断状態においてラップスプリング１１は筒状部７Ｂの外面に軽く接触する状態となる。

この電磁クラッチＣでは、駆動部材１２と作動部材１３と電磁ソレノイドＳとで操作機構が構成され、電磁ソレノイドＳに電力を供給した場合には、拘束手段が、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の係合部１３Ｂとを図７（ａ）に示す相対姿勢に設定し、電磁ソレノイドＳに電力を供給し続けることで遮断状態が維持される。この拘束手段の作動形態を以下に説明する。

〔電磁クラッチ：拘束手段〕
作動部材１３と中間部材１５とによって拘束手段が構成されている。図１、図３、図４（ａ）に示すように、作動部材１３のディスク状部１３Ａには周方向に沿って複数の主孔部１３Ｈが形成され、中間部材１５には周方向に沿って複数の副孔部１５Ｈが形成されている。この主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとは、電磁クラッチＣを遮断状態に操作する際に、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の係合部１３Ｂとが図７（ａ）に示す相対姿勢に設定するために機能する。この作動形態を以下に説明する。尚、主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとを夫々３つ示しているが、これらの数は３つに限るものではなく、任意の数でも良い。

電磁ソレノイドＳに電力が供給されない非駆動状態にある場合には、図４（ｂ）に示す如く、コイルバネ１６の付勢力により、電磁ソレノイドＳのヨーク１７から作動部材１３が離間する位置にあり、夫々の間に間隙が形成される。この状態では、ラップスプリング１１は、その付勢力により駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周面に圧接し、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の係合部１３Ｂとが図４（ａ）に示す相対姿勢に維持される。この結果、ラップスプリング１１に接続する駆動部材１２からシャフト３に回転駆動力が伝えられ、電磁クラッチＣは伝動状態に維持される。

この伝動状態において、駆動アーム１２Ａと係合部１３Ｂとの相対角は伝動角θ１を維持し、同図に示す如く、回転軸芯Ｘに沿う方向視において主孔部１３Ｈの内部に副孔部１５Ｈが位置するように夫々の相対的な位置関係が設定されている。

次に、電磁ソレノイドＳのコイル１８に電力を供給する駆動状態に切り換えた場合には、図５（ｂ）に示すように、コイルバネ１６の付勢力に抗して電磁ソレノイドＳ（ヨーク１７の吸着面）に作動部材１３のディスク状部１３Ａが吸着され、これにより作動部材１３が拘束される。このように吸着されたタイミングでは、回転軸芯Ｘに沿う方向視で図５（ａ）に示す如く、主孔部１３Ｈの内部領域に副孔部１５Ｈが存在する。この位置関係では副孔部１５Ｈが磁気抵抗として作用するため、主孔部１３Ｈから中間部材１５に流れる磁束の磁束密度は副孔部１５Ｈにより制限される。

この電磁クラッチＣでは、電磁ソレノイドＳが駆動状態に切り換えられた直後において前述したように磁束密度が制限される状態では、作動部材１３から中間部材１５に作用する吸引力が、３つの板バネ１４から中間部材１５に作用する付勢力より小さい値に設定されているため、これにより中間部材１５は作動部材１３に吸着されない。

また、作動部材１３の回転が拘束された後にも駆動部材１２は動慣性により図５（ａ）において矢印で示す方向に回転を続け、この回転力によりラップスプリング１１を捩り操作して巻き径を拡大させ、図６（ａ）（ｂ）に示すようにラップスプリング１１を駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周面から離間させる。このように駆動部材１２が動慣性により回転し始める際には、回転軸芯Ｘに沿う方向視で主孔部１３Ｈの内部領域に副孔部１５Ｈが存在する状態が維持され、中間部材１５に作用する吸引力は増大せず、図５（ｂ）に示すように中間部材１５は作動部材１３に吸着されない。

この回転により、回転軸芯Ｘに沿う方向視で図６（ａ）、図７（ａ）に示すように、副孔部１５Ｈが主孔部１３Ｈの外部領域（孔が存在しない領域）まで移動し、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと作動部材１３の係合部１３Ｂとの相対角が遮断角θ２に達すると、図７（ｂ）に示すように中間部材１５が回転軸芯Ｘに沿って変位し作動部材１３に吸着される。つまり。この位置関係では、主孔部１３Ｈの外周位置から中間部材１５に亘る領域の磁気抵抗が大きく低下し、中間部材１５に流れる磁束の磁束密度が増大し中間部材１５に作用する吸引力が、３つの板バネ１４から中間部材１５を離間方向に作用する付勢力より大きくなるため中間部材１５が作動部材１３に吸着されるのである。この遮断角θ２に達する際に、作動部材１３の係合部１３Ｂに対して駆動アーム１２Ａの相対角は変化角αだけ変化する。

中間部材１５が作動部材１３に吸着されることにより、駆動部材１２の回転も阻止され、ラップスプリング１１の付勢力に抗して駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと作動部材１３の係合部１３Ｂとの相対姿勢が図７（ｂ）に示す関係に維持される。これにより、ラップスプリング１１を駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周から離間させ、完全な遮断状態の保持を現出する。この遮断状態では駆動プーリ７の回転駆動力はインペラ４には伝えられずウォータポンプによる給水も停止する。

このように電磁ソレノイドＳを駆動することで、ラップスプリング１１を捩り操作してラップスプリング１１が筒状部７Ｂの外周から離間する状態に達した場合には、駆動アーム１２Ａで構成される第１保持部Ｒ１がラップスプリング１１の回転軸芯Ｘから離間する方向への変位、又は、接近する方向への変位を規制する。これと同時に、第２保持部Ｒ２がラップスプリング１１の回転軸芯Ｘに沿う方向への変位を規制する。この規制により、ラップスプリング１１は、筒状部７Ｂの外方側の決まった位置に拘束され筒状部７Ｂに接触して摩耗することや、駆動エネルギーを無駄に消費する不都合が解消される。

この後に、電磁ソレノイドＳの駆動を停止することにより、中間部材１５が板バネ１４の付勢力により作動部材１３から離間し、この作動部材１３はコイルバネ１６の付勢力によりヨーク１７の吸着面から離間する。そして、ラップスプリング１１は自由状態となるため、付勢力によって巻き径が縮小して駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周に圧接して伝動状態に復帰する。

〔実施の形態の作用・効果〕
このように、本発明の電磁クラッチでは、駆動プーリ７の筒状部７Ｂの外周にラップスプリング１１を圧着させて伝動を行う構成であるため、例えば、仕様変更によりベルト巻回部７Ａの半径が異なる駆動プーリ７に電磁クラッチＣを備える場合にも、駆動プーリ７夫々に同じ外径となる筒状部７Ｂを形成しておくことにより、電磁クラッチＣの構成を変更せずに済む。

筒状部７Ｂが駆動プーリ７の内部空間に収容される寸法に形成されているため電磁クラッチ全体の小型化が実現する。回転軸芯Ｘと直交する方向視においてシャフト３をボス状部１Ａに支持するシャフト軸受２と、ボス状部１Ａに対して駆動プーリ７の筒状部７Ｂを支持するプーリ軸受６とが重なり合う位置に配置されているので、シャフト３の全長を短くし、この支持部位の強度も向上する。

また、作動部材１３がディスク状に形成されているので、例えば、外周にアームが形成されるものと比較すると、この作動部材１３の小型化が可能になるだけではなく、動慣性を小さくして、電磁クラッチを切り操作ために電磁ソレノイドＳに電力を供給した場合には、電磁ソレノイドＳの吸着面に対して迅速に吸着され、動慣性による回転も抑制することになり、切り状態に達するまでの時間の短縮が実現する。

遮断状態では、拘束手段によりラップスプリング１１を筒状部７Ｂから離間する位置において設定姿勢に維持できるため、ラップスプリング１１を筒状部７Ｂから離間させるため伝動を確実に遮断できる。更に、遮断状態では、第１保持部Ｒ１と第２保持部Ｒ２とによりラップスプリング１１が姿勢を乱さず筒状部７Ｂから離間する位置に拘束されるためラップスプリング１１や筒状部７Ｂを偏摩耗させることがなく摩耗を抑制できる。また、クラッチ遮断状態でのラップスプリング１１の駆動プーリ７の筒状部７Ｂへの接触がなく、クラッチ結合時のラップスプリング１１の駆動プーリ７の筒状部７Ｂへの均一な圧着を実現可能とするため、駆動エネルギーが無駄に消費される不都合が解消される。

〔別実施の形態〕
本発明は、上記した実施の形態以外に以下のように構成しても良い（この別実施の形態では実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。また、以下の別実施形態では実施形態と同じ材質のものが使用されている。

（第１別実施形態）
図８に示すように、この第１別実施形態のウォータポンプの基本的な構成は前述した実施形態と共通しているが、ラップスプリング１１が駆動側回転体としての駆動プーリ７の内周面７Ｓに圧接することで駆動力を伝える伝動状態を作り出し、ラップスプリング１１が内周面７Ｓから離間することで駆動力を遮断する遮断状態を作り出すように電磁クラッチＣが構成された点において実施形態と異なる。

ラップスプリング１１は、バネ鋼をスパイラルに成形したコイル状の形状を有すると共に、自然状態（外力が作用しない状態）において駆動プーリ７の内周面７Ｓに圧着する巻き径のものが使用されている。このラップスプリング１１のうちポンプハウジング側の一端側１１Ａ（一方の端部）を半径方向の内方に折り曲げ、外方の他端側１１Ｂ（他方の端部）を回転軸芯Ｘに沿う姿勢で外方に向けて折り曲げている。

このラップスプリング１１は、駆動部材１２の３つの駆動アーム１２Ａと駆動プーリ７の内周面７Ｓと間に配置され、３つの駆動アーム１２Ａのうちの１つに形成された係合孔部１２Ｂに対してラップスプリング１１の一端側１１Ａを挿通する形態で、この一端側１１Ａが駆動部材１２に連結している。また、作動部材１３のディスク状部１３Ａの外周に突出する形態で形成された３つの係合部１３Ｂのうちの１つの係合凹部に対してラップスプリング１１の他端側１１Ｂを挿通する形態で、この他端側１１Ｂが作動部材１３に連結している。

３つの駆動アーム１２Ａがラップスプリング１１の内方（回転軸芯Ｘに接近する方向）に配置されるため、この３つの駆動アーム１２Ａがラップスプリング１１の変位を規制する第１保持部Ｒ１に兼用されている。また、３つの駆動アーム１２Ａのうち延出側の端部と、中間部とにはラップスプリング１１の方向に突出する突出片を形成し、この一対の突出片によりラップスプリング１１の回転軸芯Ｘの方向に沿う変位を規制する第２保持部Ｒ２が構成されている。

この第１別実施形態で、電磁ソレノイドＳが非駆動状態にある場合には、ラップスプリング１１が、その付勢力により駆動プーリ７の内周面７Ｓに圧接して電磁クラッチＣは伝動状態に維持される。この状態において電磁ソレノイドＳのコイル１８を駆動した場合には、実施形態と同様に電磁ソレノイドＳの吸着面に作動部材１３が吸着され作動部材１３の回転が阻止される。この回転阻止状態での主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとの相対的な位置関係から駆動部材１２と中間部材１５とが一体的に回転する。この後に、ラップスプリング１１が駆動プーリ７の内周面７Ｓから離間する状態に達した時点での主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとの相対的な位置関係において、中間部材１５が作動部材１３に吸着されることで、中間部材１５の回転も阻止され、電磁クラッチＣは、遮断状態に拘束されるのである。

このように、電磁クラッチＣが遮断状態に切り換えられた場合には、ラップスプリング１１が駆動プーリ７の内周面７Ｓから離間して第１保持部Ｒ１に接触するため回転軸芯Ｘから離間または接近する方向への変位が規制されると同時に、第２保持部Ｒ２によって回転軸芯Ｘに沿う方向への変位が規制される。この規制により、ラップスプリング１１は、駆動プーリ７の内周面７Ｓの内方側の決まった位置に拘束され内周面７Ｓに接触して偏摩耗させることがなく、摩耗を抑制できる。また、クラッチ遮断状態でのラップスプリング１１の駆動プーリ７の内周面７Ｓへの接触がなく、クラッチ結合時のラップスプリング１１の駆動プーリ７の内周面７Ｓへの均一な圧着を実現可能とするため、駆動エネルギーを無駄に消費する不都合が解消される。

（第２別実施形態）
図９に示すように、この第２別実施形態のウォータポンプでは、前述した実施形態と比較して駆動部材１２の支持形態が異なり、作動部材１３と中間部材１５との配置も異なるものであるが、第１別実施形態と同様にラップスプリング１１が駆動側回転体としての駆動プーリ７の内周面７Ｓに圧接することで駆動力を伝える伝動状態を作り出し、ラップスプリング１１が内周面７Ｓから離間することで駆動力を遮断する遮断状態を作り出すように電磁クラッチＣが構成されている。

シャフト３の外端に駆動部材１２のボス部１２Ｇを嵌合支持し、このボス部１２Ｇに対しプーリ軸受６を介して回転軸芯Ｘを中心に回転自在に駆動プーリ７（駆動側回転部材の一例）を支持している。駆動部材１２のボス部１２Ｇには３つの駆動アーム１２Ａが形成され、夫々の駆動アーム１２Ａの先端部分が駆動プーリ７の内周面７Ｓの近傍で回転軸芯Ｘと平行する姿勢に屈曲形成されている。また、ボス部１２Ｇの外周に回転軸芯Ｘを中心に回転自在、且つ、回転軸芯Ｘに沿って移動自在にアーマチュアとしての作動部材１３を遊嵌支持している。この作動部材１３はディスク状部１３Ａを有すると共に、このディスク状部１３Ａの外周に対して外方に突出する形態で係合凹部を有する３つの係合部１３Ｂが一体的に形成されている。

また、駆動部材１２の３つの駆動アーム１２Ａの外側で、駆動プーリ７の内周面７Ｓとの間にラップスプリング１１が配置される。そして、３つの駆動アーム１２Ａのうちの１つの駆動アーム１２Ａの係合孔部１２Ｂにラップスプリング１１の一端側１１Ａを挿通する形態で、この一端側１１Ａが駆動部材１２に連結している。また、作動部材１３の３つの係合部１３Ｂの１つにラップスプリング１１の他端側１１Ｂを挿通する形態で、この他端側１１Ｂが作動部材に係合連結している。

作動部材１３と対向する位置にヨーク１７に電磁ソレノイドＳが配置され、この作動部材１３と駆動部材１２との間のボス部１２Ｇの外周に、回転軸芯Ｘを中心に回転自在、且つ、回転軸芯Ｘに沿って移動自在に中間部材１５が遊嵌支持されている。中間部材１５は３つの板バネ１４により駆動部材１２に支持され、これにより駆動部材１２と中間部材１５とが一体回転し、回転軸芯Ｘに沿って移動自在となる。駆動部材１２のボス部１２Ｇの外周に形成された環状溝にバネ板材で成る付勢プレート２４が回転軸芯Ｘを中心に回転自在に支持され、この付勢プレート２４の外周部分と、作動部材１３の外周部分とが複数の作動ロッド２５により連結されている。

３つの駆動アーム１２Ａがラップスプリング１１の内方（回転軸芯Ｘに接近する方向）に配置されるため、この３つの駆動アーム１２Ａがラップスプリング１１変位を規制する第１保持部Ｒ１に兼用されている。また、３つの駆動アーム１２Ａのうち延出側の端部と、中間部とにはラップスプリング１１の方向に突出する突出片を形成し、この一対の突出片によりラップスプリング１１の回転軸芯Ｘの方向に沿う変位を規制する第２保持部Ｒ２が構成されている。

この第２別実施形態で、電磁ソレノイドＳが非駆動状態にある場合には、ラップスプリング１１が、その付勢力により駆動プーリ７の内周面７Ｓに圧接して電磁クラッチＣは伝動状態に維持される。この状態において電磁ソレノイドＳのコイル１８を駆動した場合には、実施形態と同様に電磁ソレノイドＳの吸着面に作動部材１３が吸着され作動部材１３の回転が阻止される。この回転阻止状態での主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとの相対的な位置関係から駆動部材１２と中間部材１５とが一体的に回転する。この後に、ラップスプリング１１が駆動プーリ７の内周面７Ｓから離間する状態に達した時点での主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとの相対的な位置関係において、中間部材１５が作動部材１３に吸着されることで、中間部材１５の回転も阻止され、電磁クラッチＣは、遮断状態に拘束されるのである。

本発明は、ウオータポンプ以外にラジエータファンや過給器等の伝動系にも利用することができる。

３非駆動側回転体（シャフト）
７Ｂ駆動側回転体（筒状部）
１１ラップスプリング
１２駆動部材
１１Ａ一端側
１１Ｂ他端側
１３作動部材
１３Ｈ主孔部
１５中間部材
１５Ｈ副孔部
Ｒ規制手段
Ｒ１第１保持部
Ｒ２第２保持部
Ｓ電磁ソレノイド
Ｘ回転軸芯

Claims

駆動力を受けることで回転軸芯を中心にして回転する駆動側回転体と、
前記回転軸芯と同軸芯に配置される被駆動側回転体と、
前記駆動側回転体に対し、自然状態で圧着状態となるよう巻き回されたラップスプリングと、
前記被駆動側回転体に固定されると共に前記ラップスプリングの一端側が連結する駆動部材と、
磁性体で形成され、前記ラップスプリングの他端側が連結する状態で前記被駆動側回転体に対して前記回転軸芯を中心にして相対回転可能であり、前記回転軸芯に沿って移動可能な作動部材と、
前記作動部材を吸着固定する磁力を発生させるよう静止系に設けられた電磁ソレノイドと、
前記電磁ソレノイドに通電して前記作動部材を吸着固定した際に、前記駆動側回転体との摩擦力あるいは動慣性によって前記駆動部材が前記作動部材に対して相対回転し、前記筒状部に対する前記ラップスプリングの圧着状態を解消して前記駆動側回転体から前記被駆動側側回転体への動力伝達を遮断するように構成し、
前記作動部材が前記電磁ソレノイドに吸着固定された状態で前記ラップスプリングが押し付け固定されるよう前記駆動部材に設けたスプリング保持部を備えている電磁クラッチ。
前記スプリング保持部が、前記ラップスプリングの前記回転軸芯を中心にした半径方向での変位を規制する第１保持部を備えている請求項１記載の電磁クラッチ。
前記スプリング保持部が、前記ラップスプリングの前記回転軸芯に沿う方向での変位を規制する第２保持部を備えている請求項１又は２記載の電磁クラッチ。
前記作動部材において前記電磁ソレノイドが吸着する面に主孔部を形成し、前記中間部材において前記作動部材からの磁束が作用する面に副孔部を形成し、この作動部材と中間部材とで拘束手段が構成され、
前記拘束手段は、前記電磁ソレノイドへの通電により前記作動部材が前記電磁ソレノイドに吸着され回転が阻止された後に動慣性による前記駆動側回転体の回転を許し、この回転により前記駆動側回転体に対する前記ラップスプリングの圧着が解除される回転位相に達した時点で前記中間部材に作用する吸引力を増大させ、この吸引力により前記中間部材を作動部材に吸着して回転を阻止するように前記主孔部と副孔部との位置関係が設定されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。