JP2013113382A - 電磁クラッチ用カップリング - Google Patents

Abstract

【課題】クラッチミート時の衝撃音の低減と、運転時の振動吸収を満足することの可能な電磁クラッチ用カップリングを提供する。
【解決手段】回転軸６に取り付けられるハブ１１と、励磁コイル２の通電又は非通電によってロータ４と軸方向に接触又は離間されるアーマチュア５を弾性的に連結する弾性体１３を具備する電磁クラッチ用カップリング１０において、アーマチュア５に、軸方向相対変位可能な状態で挿通されると共に軸方向一端がロータ４側へ突出可能な係止部材１４と、弾性体１３の径方向中間部に一体的に設けられ、アーマチュア５がロータ４に磁気吸引されるのに伴う弾性体１３の軸方向変形過程で係止部材１４と当接可能な被係止部材１５を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動力を回転軸に伝達すると共にトルク変動を吸収するカップリングであって、例えば車両の車室空調装置の電磁クラッチに設けられるものに関する。

車両の車室空調装置において、冷媒を圧縮するコンプレッサをＯＮ−ＯＦＦする電磁クラッチとして、従来、図８のようなものが知られている。

すなわち、図８に示す電磁クラッチ１００は、非回転の励磁コイル１０２と、この励磁コイル１０２を包囲するように配置されると共にハウジング１０１にベアリング１０３を介して回転可能に保持されたロータ１０４と、このロータ１０４の端面１０４ａに対向されたアーマチュア（クラッチ盤）１０５と、このアーマチュア１０５を前記ハウジング１０１に挿通された回転軸１０６に対して軸方向移動可能に連結するカップリング１１０を備える。

カップリング１１０は、回転軸１０６の先端部に固定されたハブ１１１と、このハブ１１１の外周側に同心的に配置されアーマチュア１０５に円周方向複数のリベット１０７を介して連結されたアウターリング１１２と、このアウターリング１１２と前記ハブ１１１のリム部１１１ａとの間に加硫接着されたゴム状弾性を有する弾性材料からなる環状の弾性体１１３を備えている。

上記構成の電磁クラッチ用カップリング１１０は、励磁コイル１０２を通電することによって磁化されたアーマチュア１０５が、磁気吸引力によって軸方向移動して回転中のロータ１０４の端面１０４ａに吸着（クラッチミート）されるのを、弾性体１１３の軸方向剪断変形によって許容すると共に、アーマチュア１０５から回転軸１０６へトルクを伝達するものである。また、励磁コイル１０２への非通電時には、弾性体１１３の復元力によって、アーマチュア１０５をロータ１０４の端面１０４ａから隙間Ｇをもって軸方向へ離間させるものである（例えば下記の特許文献１参照）。

ところが、この種の電磁クラッチ用カップリング１１０において、励磁コイル１０２を通電することによってロータ１０４とアーマチュア１０５間に作用する磁気吸引力は、アーマチュア１０５がロータ１０４の端面１０４ａへ向けて移動する過程で非線形的に増大するのに対し、ロータ１０４側へのアーマチュア１０５の移動に対する抗力として作用する弾性体１１３の軸方向剪断ばね力もアーマチュア１０５の移動に伴って増大するが、その増大は線形に近い。このため、アーマチュア１０５がロータ１０４に吸着される直前には、磁気吸引力と弾性体１１３の軸方向剪断ばね力との差が急激に大きくなってアーマチュア１０５の移動が加速され、ロータ１０４の端面１０４ａに勢い良く吸着されて大きな衝撃音を発生する問題がある。

したがって、このようなクラッチミート時の騒音を低減するには、弾性体１１３の軸方向ばね定数が、アーマチュア１０５がロータ１０４の端面１０４ａに接近するほど高くなる非線形的特性とすることが望ましい。そしてこのような非線形的特性を実現した電磁クラッチ用カップリングとしては、図９に示すようなものがある。

すなわち図９に示す電磁クラッチ用カップリング１２０は、回転軸１０６の先端部に固定されたハブ１２１と、このハブ１２１に複数の金具１２２を介して結合された円盤状のプレート１２３と、このプレート１２３に開設された嵌合孔に遊挿されると共に固定端がアーマチュア１０５に開設された結合孔１０５ａに固定される係合ピン１２４と、その外周に装着された防振ゴム１２５を備える。

この構成によれば、アーマチュア１０５が励磁コイル１０２の通電によってロータ１０４の端面１０４ａに吸着される際に、アーマチュア１０５と一体的に軸方向変位する係合ピン１２４の鍔部１２４ａが、プレート１２３との間で防振ゴム１２５の主弾性部１２５ａを圧縮変形させる。すなわち防振ゴム１２５は圧縮によって、アーマチュア１０５がロータ１０４の端面１０４ａに接近するほどばね定数が高くなる非線形的ばね特性を示し、アーマチュア１０５がロータ１０４に吸着衝合される際の衝撃が吸収されるので、騒音が有効に低減される（例えば下記の特許文献２参照）。

しかしながら、図９に示す電磁クラッチ用カップリング１２０によれば、ロータ１０４に吸着されたアーマチュア１０５と、ハブ１２１（回転軸１０６）側のプレート１２３との間での伝達トルクの変動（捩り振動）の吸収は、防振ゴム１２５における首部１２５ｂの圧縮変形に依存されることになり、したがって十分な振動低減効果が得られない問題がある。

特開２００１−１２４１１１号公報 特開平０７−１７４１６７号公報

本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、クラッチミート時の衝撃音の低減と、運転中の捩り振動の吸収を満足することの可能な電磁クラッチ用カップリングを提供することにある。

上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る電磁クラッチ用カップリングは、回転軸に取り付けられるハブと励磁コイルの通電又は非通電によってロータと軸方向に接触又は離間されるアーマチュアを弾性的に連結する弾性体を具備する電磁クラッチ用カップリングにおいて、前記アーマチュアに、軸方向相対変位可能な状態で挿通されると共に軸方向一端が前記ロータ側へ突出可能な係止部材と、前記弾性体の径方向中間部に一体的に設けられ、前記アーマチュアが前記ロータに磁気吸引されるのに伴う前記弾性体の軸方向変形過程で前記係止部材と当接可能な被係止部材を備えるものである。

上記構成によれば、励磁コイルの通電によってアーマチュアがロータに吸引されると、このアーマチュアと回転軸側のハブとの間で弾性体が軸方向に変形される。そして前記アーマチュアの移動過程で、このアーマチュアから突出した係止部材の軸方向一端がロータに当接されると共に、前記弾性体の径方向中間部に設けられた被係止部材が、この弾性体の軸方向変形に伴って前記係止部材と当接することによって、弾性体の軸方向変形が部分的に制限されるので、その時点で弾性体のばね定数が上昇する。このため、励磁コイルの通電によるアーマチュアの変位初期にはばね定数が低く、前記アーマチュアが前記ロータと吸着される際にはばね定数が上昇する非線形的特性となり、磁気吸引力によるアーマチュアの加速が抑制され、クラッチミートによる衝撃が有効に緩和される。また、アーマチュアがロータに吸着された運転状態において入力される捩り振動は、弾性体が捩り方向（円周方向）へ剪断変形されることによって有効に吸収される。

請求項２の発明に係る電磁クラッチ用カップリングは、請求項１に記載された構成において、係止部材が、アーマチュアに対して円周方向所定範囲で相対変位可能であることを特徴とする。

この構成によれば、アーマチュアがロータに吸着された状態において、伝達トルクの変動による弾性体の捩り方向への剪断変形が、係止部材と被係止部材によって阻害されないため、一層優れたトルク変動（捩り振動）吸収効果が得られる。

請求項３の発明に係る電磁クラッチ用カップリングは、請求項２に記載された構成において、アーマチュアに、係止部材が所定範囲を超えて円周方向相対変位したときにこの係止部材をロータ側へ押し出すカム部材が設けられたものである。

この構成によれば、アーマチュアがロータに吸着された状態において入力されるトルクによって、弾性体が捩り方向へ剪断変形されるのに伴い、この弾性体の径方向中間部に一体的に設けられた被係止部材と共にアーマチュアに対して円周方向相対変位される係止部材の変位量が所定範囲を超えて大きくなると、カム部材によってこの係止部材が押し出されてロータを押圧し、このロータとアーマチュアを分離させてロータからアーマチュアへのトルク伝達を遮断するトルクリミッタ機能を奏する。

請求項１又は２の発明に係る電磁クラッチ用カップリングによれば、励磁コイルの通電によるアーマチュアの変位初期には軸方向ばね定数が低く、前記アーマチュアが前記ロータと吸着される際には軸方向ばね定数が高くなる非線形的特性となるので、クラッチミート時の衝撃音を低減することができると共に、弾性体の捩り方向剪断変形によって伝達トルクの変動を有効に吸収することができる。

また、請求項３の発明に係る電磁クラッチ用カップリングによれば、回転軸がロックするなどの異常によって過大なトルクが発生したときにトルク伝達が遮断されるので、機器の破損を有効に防止することができる。

本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す概略的な断面斜視図である。 本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの実施の形態を、軸心を通る平面で電磁クラッチの一部と共に切断して示す半断面図である。 本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの実施の形態を、軸心を通る平面で切断して示す分離状態の断面斜視図である。 本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの実施の形態において、アーマチュア、係合部材及びカム部材をアーマチュアと同心の円筒面で切断して示す分離状態の断面斜視図である。 本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの実施の形態を、軸心を通る平面で電磁クラッチの一部と共に切断して示すクラッチミート直前の状態の半断面図である。 本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの実施の形態を、軸心を通る平面で電磁クラッチの一部と共に切断して示すクラッチミート状態の半断面図である。 本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの実施の形態を、軸心を通る平面で電磁クラッチの一部と共に切断して示すトルクリミッタ作動状態の半断面図である。 従来の技術に係る電磁クラッチ用カップリングの一例を、軸心を通る平面で電磁クラッチの一部と共に切断して示す半断面図である。 従来の技術に係る電磁クラッチ用カップリングの他の例を、軸心を通る平面で電磁クラッチの一部と共に切断して示す半断面図である。

以下、本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明でいう「正面側」とは、図１〜図３、図５〜図７における左側、「背面側」とはその反対側のことである。

図２において、参照符号１は車両の車室空調装置におけるコンプレッサのハウジングの正面側端部であり、参照符号２はハウジング１に固定された非回転の励磁コイル、参照符号４はハウジング１にボールベアリング３を介して回転可能に支持された磁性体金属からなるロータ、参照符号５はロータ４の正面側に近接対向して配置された磁性体金属からなるクラッチ盤としてのアーマチュア、参照符号６は、ハウジング１に挿通されて内部の不図示の冷媒圧縮機構を作動させる回転軸、参照符号１０はカップリングである。ロータ４は、例えば外周に不図示のプーリを有し、このプーリに巻き掛けられた不図示のベルトを介して、内燃機関の駆動力を与えられることにより回転するものである。

カップリング１０は、回転軸６の端部に取り付けられるハブ１１と、その外周側に同心的に配置されると共にアーマチュア５の正面側に取り付けられるアウターリング１２と、前記ハブ１１とアウターリング１２とを弾性的に連結する弾性体１３とを備える。

ハブ１１は、図１及び図３などにも示すように、内周のボス部１１ａと、その軸方向正面側の端部から外周側へ軸心と直角に展開した円盤状のフランジ１１ｂと、その外径端部から正面側へ延びるリム部１１ｃからなり、ボス部１１ａにおいて回転軸６の端部に固定されるようになっている。

アウターリング１２は、金属板のプレス成形によって製作されたものであって、図３に示すように、スリーブ部１２ａと、その背面側の端部から外径側へ円周方向等間隔で形成され、それぞれ結合孔１２ｃが開設された結合フランジ部１２ｂとを有する。そしてこのアウターリング１２は、結合フランジ部１２ｂの結合孔１２ｃとこれに対応してアーマチュア５に開設された結合孔５ａに跨って挿通した複数のリベット７を介して、アーマチュア５の正面側に結合されている。

弾性体１３は、ゴム状弾性材料（ゴム材料又はゴム状弾性を有する合成樹脂材料）で環状に成形されたものであって、内径部がハブ１１のリム部１１ｃの外周面に一体的に加硫接着され、外径部がアウターリング１２のスリーブ部１２ａの内周面に一体的に加硫接着されている。この弾性体１３は、図２に示す励磁コイル２の非通電状態において、アーマチュア５をロータ４の端面４ａから僅かに軸方向正面側へ離間した状態に保持し、また励磁コイル２の通電時に、その磁界によって磁化されたアーマチュア５とロータ４の間に作用する磁気吸引力によって軸方向移動して回転中のロータ４の端面４ａに吸着されるのを許容し、その吸着状態において、アーマチュア５側から回転軸６側へトルクを伝達するものである。

また、弾性体１３の内周には、アーマチュア５側へ向けて突出した弾性突条１３ａが、弾性体１３と連続したゴム状弾性材料によって形成されており、この弾性突条１３ａは、アーマチュア５が弾性体１３の弾性によってロータ４の端面４ａから隙間Ｇをもって軸方向へ離間した位置に保持された状態において、このアーマチュア５の正面側の端面に圧接するようになっている。

アーマチュア５には、その軸心Ｏを中心とする円弧状に細長く延びる複数の係止部材保持孔５ｂが円周方向所定間隔で開設されており、この係止部材保持孔５ｂには、それぞれ係止部材１４が軸方向相対変位可能に挿通された状態で保持されている。詳しくはこの係止部材１４は、例えば摺動性の良い合成樹脂材料などからなるものであって、前記係止部材保持孔５ｂを貫通して背面側（ロータ４側）へ突出可能な軸方向一端の第一軸部１４ａと、その反対側（正面側）へ延びる第二軸部１４ｂと、この第一軸部１４ａと第二軸部１４ｂの間の第一鍔部１４ｃ及び第二鍔部１４ｄからなる。第二鍔部１４ｄは第一鍔部１４ｃより正面側に位置し、第二軸部１４ｂより大径かつ第一鍔部１４ｃより小径に形成されている。

弾性体１３の径方向中間部には、これを軸方向に貫通するように、円筒状の複数の被係止部材１５が、アーマチュア５の係止部材保持孔５ｂと対応する間隔で一体的に設けられている。そしてこの被係止部材１５には、前記係止部材保持孔５ｂに保持された係止部材１４の第二軸部１４ｂが軸方向相対変位可能に挿入されると共に、この被係止部材１５の背面側の端部が、前記係止部材１４の第二鍔部１４ｄの端面と当接可能な状態で軸方向に対向している。

また、アーマチュア５の係止部材保持孔５ｂには、その正面側の開口を塞ぐようにカム部材１６が一体的に取り付けられ、このカム部材１６には円弧状に延びる開口部１６ａが開設されると共に、背面には円周方向両端へ向けて軸方向肉厚を増大するような斜面１６ｂが形成されている。そして係止部材１４は、カム部材１６に対して所定範囲を超えて円周方向相対変位したときに、第一鍔部１４ｃが前記斜面１６ｂに乗り上がるように摺動することによって、ロータ４側へ押し出されるようになっている。

以上のように構成されたカップリング１０を含む電磁クラッチの動作について説明すると、ロータ４は、不図示の無端ベルトを介して内燃機関の駆動力を与えられることによって回転している一方、励磁コイル２への非通電時には、アーマチュア５が隙間Ｇをもってロータ４の端面４ａから離間した状態に保持されているので、回転軸６へのトルクが遮断されており、すなわちコンプレッサ内部の冷媒圧縮機構は停止状態にある。

この状態から、励磁コイル２に励磁電流が通電されると、この励磁コイル２に発生する磁界によってロータ４及びアーマチュア５が磁化されるので、両者間に作用する磁気吸引力によって、アーマチュア５がロータ４の端面４ａへ向けて軸方向移動する。

このとき、図２に示すようにロータ４とアーマチュア５が隙間Ｇをもって離間している移動初期は、両者間に作用する磁気吸引力は小さいが、アーマチュア５の係止部材保持孔５ｂに保持された係止部材１４は軸方向に対して移動可能な状態にあるため、この係止部材１４の第二軸部１４ｂが挿入された円筒状の被係止部材１５は、弾性体１３を軸方向に対して拘束していない状態にある。したがってアーマチュア５と一体的にロータ４側へ軸方向変位するアウターリング１２のスリーブ部１２ａと、回転軸６に固定されて軸方向変位しないハブ１１のリム部１１ｃとの間で、弾性体１３の全体が軸方向剪断変形され、軸方向のばね定数が十分に低くなっているため、アーマチュア５はロータ４側へ容易に軸方向移動を開始することができる。

また、アーマチュア５がロータ４の端面４ａに接近するほど、両者間に作用する磁気吸引力は非線形的に増大するが、弾性体１３の径方向中間部に一体的に設けられた被係止部材１５は、弾性体１３の軸方向剪断変形と共に背面側へ軸方向変位し、やがてその背面側の端部が、係止部材１４の第二鍔部１４ｄの端面と当接してこれを背面側へ押圧するので、図５に示すように、アーマチュア５がロータ４の端面４ａに吸着されるクラッチミートより先行して係止部材１４の第一軸部１４ａがロータ４の端面４ａと摺動可能に当接し、背面側への被係止部材１５の軸方向変位が係止部材１４を介して規制される。したがって弾性体１３のうち被係止部材１５とハブ１１のリム部１１ｃとの間の部分１３ｂの軸方向剪断変形が規制され、被係止部材１５とアウターリング１２のスリーブ部１２ａとの間の部分１３ｃのみで軸方向剪断変形が継続されることになるので、その時点で弾性体１３のばね定数が高くなって、磁気吸引力の非線形的増大によるアーマチュア５の加速が抑制され、図６に示すアーマチュア５とロータ４のクラッチミート時の衝撃が和らげられ、衝撃音が有効に抑制される。

そしてクラッチミートによって、ロータ４の回転トルクが、アーマチュア５からカップリング１０のアウターリング１２、弾性体１３及びハブ１１を介して回転軸６へ伝達され、コンプレッサ内部の冷媒圧縮機構、すなわち車室空調装置が運転状態となる。

このとき、ロータ４の端面４ａと当接された係止部材１４の第一軸部１４ａは、ロータ４の端面４ａに対して摺動可能であり、係止部材１４が挿通されたアーマチュア５の係止部材保持孔５ｂは円弧状に延びるものであるため、係止部材１４及びこの係止部材１４に挿入により係合された被係止部材１５は、弾性体１３の捩り方向剪断変形に伴って円周方向へ所定範囲で変位可能となっている。このため、弾性体１３は捩り方向（円周方向）への剪断変形が可能であり、したがってクラッチミートによってロータ４の回転トルクがアーマチュア５へ急激に入力されることによる衝撃や、駆動中の伝達トルクの変動は、弾性体１３の捩り方向剪断変形によって有効に緩和される。

次に、ロータ４にアーマチュア５が吸着された図６のクラッチ接続状態から、励磁コイル２への励磁電流を遮断すると、ロータ４とアーマチュア５間の磁気吸着力が解消されるので、弾性体１３の復元力によって、アーマチュア５はロータ４の端面４ａから正面側へ離れ、図１及び図２に示す位置へ復帰動作する。このため、ロータ４からアーマチュア５及びカップリング１０を介しての回転トルクの伝達が遮断され、回転軸６の回転が停止、すなわち冷媒圧縮機構が停止する。

そしてアーマチュア５の復帰動作に際しては、その正面側の端面が、弾性体１３の内周に形成された複数の円弧状の弾性突条１３ａに接触することによって、アーマチュア５の復帰位置を規定するため、金属接触による衝突音を発生しない。

また、ロータ４にアーマチュア５が吸着された図６のクラッチ接続状態において、例えば回転軸６がコンプレッサの内部の冷媒圧縮機構の焼き付き等によってロックした場合のように、内燃機関からの駆動力を受けて回転されるロータ４との間で過大なトルクが入力されることによって、弾性体１３の捩り方向剪断変形による被係止部材１５及びこれに挿入された係止部材１４の円周方向変位量が増大して行くと、アーマチュア５（カム部材１６）に対する係止部材１４の円周方向変位量の増大によって、この係止部材１４における第一鍔部１４ｃがカム部材１６の斜面１６ｂに乗り上がり、これによって係止部材１４が背面側へ押し出され、その第一軸部１４ａがロータ４の端面４ａを押圧する。そしてこの押圧力が、ロータ４とアーマチュア５間の磁気吸引力よりも大きくなった時点で、言い換えれば入力トルクが許容される値を超えた時点で、図７に示すように係止部材１４によってアーマチュア５がロータ４の端面４ａから離されるので、ロータ４からのトルク入力を遮断するトルクリミッタ機能を奏する。

このため、回転軸６がロックされてもロータ４は円滑な回転が継続され、内燃機関からの駆動力をロータ４へ伝達するベルトが過大なトルクによって破損するようなことがなく、このベルトによって作動している冷却水循環ポンプやオルタネータ等、他の補機も継続して運転されるので、内燃機関が停止して自動車が走行不能になるといった事態の発生を防止することができる。

１ ハウジング
２ 励磁コイル
４ ロータ
５ アーマチュア
６ 回転軸
１０ カップリング
１１ ハブ
１２ アウターリング
１３ 弾性体
１４ 係止部材
１４ａ 第一軸部（軸方向一端）
１４ｂ 第二軸部
１４ｃ 第一鍔部
１４ｄ 第二鍔部
１５ 被係止部材
１６ カム部材
１６ａ 開口部
１６ｂ 斜面

Claims (3)

1. 回転軸に取り付けられるハブと励磁コイルの通電又は非通電によってロータと軸方向に接触又は離間されるアーマチュアを弾性的に連結する弾性体を具備する電磁クラッチ用カップリングにおいて、前記アーマチュアに、軸方向相対変位可能な状態で挿通されると共に軸方向一端が前記ロータ側へ突出可能な係止部材と、前記弾性体の径方向中間部に一体的に設けられ、前記アーマチュアが前記ロータに磁気吸引されるのに伴う前記弾性体の軸方向変形過程で前記係止部材と当接可能な被係止部材を備えることを特徴とする電磁クラッチ用カップリング。
2. 係止部材が、アーマチュアに対して円周方向所定範囲で相対変位可能であることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ用カップリング。
3. アーマチュアに、係止部材が所定範囲を超えて円周方向相対変位したときにこの係止部材をロータ側へ押し出すカム部材が設けられたことを特徴とする請求項２に記載の電磁クラッチ用カップリング。

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