以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態のクラッチ機構20が適用された車両用空調装置の冷凍サイクル装置1の全体構成図である。
冷凍サイクル装置1は、コンプレッサ2、放熱器3、膨張弁4、および、蒸発器5を接続したものである。コンプレッサ2は、冷媒を吸入して圧縮する。放熱器3は、コンプレッサ2の吐出冷媒を放熱させる。膨張弁4は、放熱器3から流出される冷媒を減圧膨張させる。蒸発器5は、膨張弁4にて減圧された冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる。
コンプレッサ2は、車両のエンジンルームに設置されている。コンプレッサ2は、走行用駆動源としてのエンジン10からクラッチ機構20を介して与えられる回転駆動力によって圧縮機構を駆動させることにより、蒸発器5から冷媒を吸入して圧縮する。
なお、圧縮機構としては、吐出容量が固定された固定容量型圧縮機構、あるいは、外部からの制御信号によって吐出容量を調整可能に構成された可変容量型圧縮機構のいずれを採用してもよい。
本実施形態のクラッチ機構20は、コンプレッサ2に連結されたプーリ一体型のクラッチ機構である。クラッチ機構20は、エンジン側プーリ11からVベルト12を介して与えられるエンジン10の回転駆動力をコンプレッサ2に伝達する。エンジン側プーリ11は、エンジン10の回転駆動軸に連結されているものである。
クラッチ機構20は、プーリ30およびアーマチャ40を備える。プーリ30はエンジン10からのVベルト12を介して与えられる回転駆動力によって回転する駆動側回転体を構成する。アーマチャ40は、コンプレッサ2の回転軸2aに連結された従動側回転体を構成する。クラッチ機構20は、プーリ30とアーマチャ40との間を連結あるいは離すことで、エンジン10からコンプレッサ2への回転駆動力の伝達を断続するものである。
つまり、クラッチ機構20がプーリ30とアーマチャ40とを連結すると、エンジン10の回転駆動力がコンプレッサ2に伝達されて、冷凍サイクル装置1が作動する。一方、クラッチ機構20がプーリ30とアーマチャ40とを離すと、エンジン10の回転駆動力がコンプレッサ2に伝達されることはなく、冷凍サイクル装置1も作動しない。
次に、本実施形態のクラッチ機構20の詳細構成について図2、図3、図4を用いて説明する。
図2は、クラッチ機構20の軸線方向断面図である。この軸線方向断面図は、クラッチ機構20においてコンプレッサ2の回転軸2aの軸線を含んで、かつ軸線に沿う断面図である。図3は図2中III−III断面図である。図2では、プーリ30とアーマチャ40とを連結させた状態を図示している。図4は、図2中IV−IV断面図である。
図2に示すように、クラッチ機構20は、プーリ30、アーマチャ40とともに、ステータ50を備える。
まず、プーリ30は、外側円筒部31、内側円筒部32、および、端面部33を有している。
外側円筒部31は、回転軸2aの軸線(図2中一点鎖線)を中心線とする円筒状に形成されている。外側円筒部31の外周側には、Vベルト12が掛けられるV溝(具体的には、ポリV溝)が形成されている。
内側円筒部32の内周側には、ボールベアリング34の外側レースが固定されている。ボールベアリング34は、コンプレッサ2の外殻を形成するハウジング2cに対して、コンプレッサ2の回転軸2aの軸心を中心線としてプーリ30を回転自在に固定するものである。そのため、ボールベアリング34の内側レースは、コンプレッサ2のハウジング2cにスナップリング100等の固定部材によって固定されている。ボールベアリング34の内側レースは、コンプレッサ2のハウジング2cに設けられたハウジングボス部2bに対して径方向外側に配置されている。ハウジングボス部2bは、コンプレッサ2の回転軸2aの軸心を中心線とする円筒状に形成されている。
内側円筒部32は、外側円筒部31の内周側に配置されてコンプレッサ2の回転軸2aの軸心を軸線とする円筒状に形成されている。
本実施形態の外側円筒部31、および内側円筒部32は、いずれも磁性材(例えば、鉄)にて形成され、後述する吸引用磁気回路MCa(図5参照)を構成する。
端面部33は、外側円筒部31および内側円筒部32の軸線方向一端側同士を結ぶように回転軸垂直方向(径方向)に広がるとともに、中央部にその表裏を貫通する円形状の貫通穴が形成されている。
具体的には、端面部33は、磁性材(例えば、鉄)にて形成されるリング部材33c、33d、33eを備える。リング部材33c、33d、33eは、それぞれ、回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。リング部材33c、33d、33eは、径方向にオフセットして配置されている。リング部材33cは、リング部材33dに対して径方向外側に配置されている。リング部材33dは、リング部材33eに対して径方向外側に配置されている。
リング部材33c、33dの間には、非磁性の金属材料から構成されている非磁性部33aが設けられている。非磁性部33aは、回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。
リング部材33d、33eの間には、非磁性の金属材料から構成されている非磁性部33bが設けられている。非磁性部33bは、回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。
本実施形態では、外側円筒部31、内側円筒部32、および端面部33は、一体に成形されているものである。このため、リング部材33eは、内側円筒部32に繋がっている。リング部材33cは、外側円筒部31に繋がっている。
端面部33の他端側の面は、プーリ30とアーマチャ40が連結された際に、アーマチャ40と接触する摩擦面を形成している。そこで、本実施形態では、端面部33の他端側に、端面部33の摩擦係数を増加させるための摩擦部材35を配置している。この摩擦部材35は、非磁性材で形成されており、具体的には、アルミナを樹脂で固めたものや、金属粉末(例えば、アルミニウム粉末)の焼結材を採用できる。
アーマチャ40は、回転軸2aに直交する方向に広がるとともに、中央部にその表裏を貫通する貫通穴が形成された円板状部材であって、後述するように、吸引用磁気回路MCaを構成する。本実施形態のアーマチャ40の回転中心は、回転軸2aの軸心に一致している。
具体的には、アーマチャ40は、磁性材(例えば、鉄)にて形成されるリング部材40b、40cを備える。リング部材40b、40cは、それぞれ、回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。リング部材40bは、リング部材40cに対して径方向外側に配置されている。リング部材40b、40cの間には、非磁性の金属材料から構成されている非磁性部40aが設けられている。非磁性部40aは、回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。
本実施形態のアーマチャ40の非磁性部40aとプーリ30の非磁性部33a、33bとは径方向にオフセットして配置されている。
ここで、アーマチャ40の一端側の平面は、プーリ30の端面部33に対向している。このため、プーリ30とアーマチャ40が連結された際に、プーリ30と接触する摩擦面を形成している。アーマチャ40の他端側には、略円盤状のハブ42が配置されている。
ハブ42は、アーマチャ40とコンプレッサ2の回転軸2aとを連結する連結部材を構成している。具体的には、ハブ42は、回転軸2aの軸線方向に延びる円筒部42aと、この円筒部42aの他端側から回転軸に対する垂直方向に広がるフランジ部42bとを備えている。
ハブ42とアーマチャ40との間には、回転軸に対する垂直方向に広がる板バネ45が配置されている。板バネ45は、ハブ42のフランジ部42bに対してリベット41aによって固定されている。板バネ45は、アーマチャ40に対してリベット41bによって固定されている。
ここで、板バネ45は、ハブ42に対してプーリ30からアーマチャ40が離れる方向に弾性力を作用させている。この弾性力により、プーリ30とアーマチャ40が離された状態では、ハブ42に連結されたアーマチャ40とプーリ30の端面部33との間に予め定めた所定間隔の隙間S3(後述する図5参照)が形成される。
ハブ42は、その円筒部42aがコンプレッサ2の回転軸2aに対してボルト44によって締め付けられることによって固定されている。なお、ハブ42とコンプレッサ2の回転軸2aとの固定には、スプライン(セレーション)あるいはキー溝などの締結手段を用いてもよい。
このように、アーマチャ40、ハブ42、板バネ45、コンプレッサ2の回転軸2aが固定されている。そして、プーリ30とアーマチャ40が連結されると、プーリ30、アーマチャ40、ハブ42、板バネ45、コンプレッサ2の回転軸2aがその軸心を中心線として回転する。
また、ステータ50は、永久磁石51、電磁コイル53、カバー部材54、可動部材55、ステータハウジング56、ヨーク57、および4つの弾性部材58を備えるステータアッセンブリである。
永久磁石51は、コンプレッサ2の回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。永久磁石51はその外周側がN極を構成し、永久磁石51の内周側がS極を構成している。永久磁石51は、後述するように、吸引用磁気回路MCaおよび非吸引用磁気回路MCbを発生させる。
なお、本実施形態の永久磁石51として、ネオジウム(ネオジム)やサマリウムコバルトを採用することができる。永久磁石51、電磁コイル53、カバー部材54、ステータハウジング56、ヨーク57、および4つの弾性部材58が締結、嵌合等により固定されて、リング状に形成されている構造体52を構成している。
電磁コイル53は、第1コイル部53aおよび第2のコイル部53bを備える。第1、第2のコイル部53a、53bは、直列に接続されている。第1コイル部53aは、コンプレッサ2の回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。そして、第2のコイル部53bは、回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。
第1コイル部53aは、永久磁石51に対して軸線方向他端側に配置されている。第2のコイル部53bは、永久磁石51に対して軸線方向一端側に配置されている。つまり、永久磁石51は、第1、第2のコイル部53a、53bの間に挟まれている。
本実施形態の第1、第2のコイル部53a、53bは、銅やアルミニウム等からなるコイル線が例えば樹脂成形されたスプールに複列・複層に巻きつけられていることにより構成されている。
可動部材55は、ヨーク57および電磁コイル53に対して回転軸2aの径方向外側に配置されている。可動部材55は、カバー部材54の筒部54aに対して径方向内側に配置されている。可動部材55は、ヨーク57に対してクリアランスを介して配置されている。可動部材55は、回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。本実施形態の可動部材55は、磁性材(例えば、鉄)にて形成されている。
ここで、可動部材55の軸線方向の全長は、構造体52の軸線方向の全長よりも短く形成されている。これにより、可動部材55が、軸線方向他端側の位置(以下、第1の位置という)に位置する場合には、軸線方向一端側に空隙(エアギャップ)が形成される。空隙は、永久磁石51がプーリ30の端面部33の反対側に形成する非吸引用磁気回路MCbの磁気抵抗を増加させる。
逆に、可動部材55が、軸線方向一端側の位置(以下、第2の位置という)に位置する場合には、軸線方向他端側に空隙が形成される。空隙は、永久磁石51がプーリ30の端面部33側に形成する吸引用磁気回路MCaの磁気抵抗を増加させる。
このような可動部材55の軸線方向の移動によって、後述するように、吸引用磁気回路MCaの磁気抵抗、および非吸引用磁気回路MCbの磁気抵抗をそれぞれ変化させることができる。
図2および図3のカバー部材54は、円筒部54a、および側壁部54bを備える。円筒部54aは、回転軸2aの軸心を中心とする円筒状に形成されている。円筒部54aは、可動部材55の軸線方向の移動範囲(すなわち、変位範囲)を径方向外側から覆うように形成されている。つまり、円筒部54aは、第1のコイル部53a側と第2のコイル部53b側との間に亘って形成されている。
本実施形態では、円筒部54aと外側円筒部31との間には、隙間S2(図3参照)が形成されている。
側壁部54bは、円筒部54aの軸線方向他端側から径方向内側に広がるリング状に形成されている。つまり、側壁部54bは、可動部材55および第1のコイル部53aを回転軸2aの軸線方向他端側から覆うように形成されている。側壁部54bは、可動部材55の軸線方向他端側の移動を停止させる停止部材を構成する。側壁部54bは、プーリ30の端面部33のうち軸線方向一端側との間に隙間を構成している。
本実施形態では、カバー部材54は、SUS304(ステンレス鋼)等の非磁性の金属材により一体に成形されたものである。
円筒部54aのうち軸線方向他端側の肉部の厚み寸法は、円筒部54aのうち軸線方向一端側の肉部の厚み寸法よりも小さくなっている。円筒部54aのうち軸線方向他端側の肉部の厚み寸法は、側壁部54bの肉部の厚み寸法よりも小さくなっている。円筒部54aのうち軸線方向他端側は、可動部材55とプーリ30の外側円筒部31との間で吸引用磁気回路MCaの磁束が通過する領域を構成する。
本実施形態のカバー部材54は、ステータハウジング56に対してかしめ、巻締め、レーザ溶接、ビス等により固定されている。
さらに、ステータハウジング56は、図2に示すように、筒部56a、および壁部56bを備える。筒部56aは、永久磁石51および電磁コイル53に対して回転軸2aの径方向内側に配置されている。筒部56aは、回転軸2aの軸心を中心とする円筒状に形成されている。壁部56bは、筒部56aの一端側から回転軸2aの径方向外側に広がる円環状に形成されている。筒部56aおよび壁部56bは、磁性材(例えば、鉄)により一体に形成され、非吸引用磁気回路MCbを構成する。
ステータハウジング56の壁部56bは、可動部材55の移動を停止する停止部材を構成する。具体的には、壁部56bには、4つの凹部56c(図2中2つの穴部56cを示す)が設けられている。4つの凹部56cは、それぞれ、壁部56bのうち可動部材55側の端面56dから、可動部材55と反対側に凹むように形成されている。4つの凹部56cは、それぞれ、軸線方向に直交する方向の断面が円形になっている。4つの凹部56cは、それぞれ、弾性部材58が径方向に膨張することを許容するように設定されている。4つの凹部56cは、それぞれ、図4に示すように、回転軸2aの軸心を中心とする円周方向に90度ずつオフセットして並べられている。
本実施形態のステータハウジング56は、コンプレッサ2のハウジング2cにスナップリング101等の固定手段によって固定されている。このことにより、構造体52がコンプレッサ2のハウジング2cに固定されることになる。そして、ステータハウジング56の筒部56aとプーリ30の内側円筒部32との間には隙間S1が設けられている。
4つの弾性部材58は、それぞれ、ステータハウジング56の壁部56bの4つの凹部56cに1つずつ入っている。
4つの弾性部材58は、それぞれの軸線方向が可動部材55の移動方向(回転軸2aの軸線方向)と同一方向になる円柱状に形成されている。つまり、4つの弾性部材58のそれぞれの軸線方向に直交する断面が円形になっている。
4つの弾性部材58は、それぞれ、ステータハウジング56の壁部56bの4つの凹部56cのうち対応する凹部56cの底部に配置されている。本実施形態では、4つの弾性部材58は、それぞれ、ステータハウジング56の壁部56bの4つの凹部56cのうち対応する凹部56cの底部に対して接着剤などにより固定されている。
4つの弾性部材58は、それぞれ、非圧縮状態で、ステータハウジング56の壁部56bのうち可動部材55側の端面56dよりも、可動部材55側に突出するように形成されている。つまり、弾性部材58が圧縮していない非圧縮状態で、弾性部材58の軸線方向の寸法が凹部56cの深さよりも大きくなっている。本実施形態の4つの弾性部材58は、それぞれ、ゴム等からなるものである。
ヨーク57は、第1、第2のコイル部53a、53bの間に配置されて回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。ヨーク57は、永久磁石51に対して径方向外側に配置されている。ヨーク57のうち径方向外側の面(以下、外周面という)は、第1、第2のコイル部53a、53bよりも径方向外側に位置する。本実施形態のヨーク57の外周面は、軸線方向に亘って滑らかに形成されている。ヨーク57は、磁性材(例えば、鉄)により形成されたものである。
また、図1の制御装置6は、エアコンECU(電子制御装置)から出力される制御信号に基づいて、第1、第2のコイル部53a、53bへの通電を制御する。
なお、本実施形態の制御装置6は、特許請求の範囲に記載の第1、第2の制御手段を構成している。
次に、本実施形態のクラッチ機構20の作動について図5を参照して説明する。図5は、図2のB部の断面図を用いた説明図である。
まず、図5(a)に示すように、プーリ30とアーマチャ40が連結された状態では、可動部材55が、軸線方向他端側の第1位置に位置している。
この際、永久磁石51によって形成される吸引用磁気回路MCaの磁気抵抗が、可動部材55が軸線方向一端側の第2位置に位置している場合よりも減少して、吸引用磁気回路MCaによって生じる磁力が大きくなっている。
吸引用磁気回路MCaは、図5(a)の太実線に示すように、ヨーク57→可動部材55→カバー部材54の円筒部54aの軸線方向他端側→プーリ30の外側円筒部31→アーマチャ40→プーリ30の端面部33→アーマチャ40→プーリ30の内側円筒部32→ステータハウジング56の筒部56a→磁石51の順で磁束が通過する磁気回路である。
ここで、図5(a)の太実線に示す吸引用磁気回路MCaによって生じる磁力は、プーリ30とアーマチャ40とを連結させる吸引磁力として作用する。
本実施形態の吸引用磁気回路MCaでは、端面部33の非磁性部33a、33b、およびアーマチャ40の複数の非磁性部40aを避けて磁束が通過する。このため、プーリ30とアーマチャ40との間の境界を4回通過する。このため、上記吸引磁力として大きな力をプーリ30とアーマチャ40との間に作用させることができる。
また、可動部材55が、軸線方向他端側の第1の位置に位置している場合には、可動部材55とステータプレート56の壁部56bとの間に空隙(エアギャップ)が形成される。
この空隙は、非吸引用磁気回路MCbの磁気抵抗を増加させ、非吸引用磁気回路MCbによって生じる磁力を減少させる。非吸引用磁気回路MCbは、永久磁石51によって形成されて、かつ吸引用磁気回路MCaとは異なる磁気回路である。
非吸引用磁気回路MCbは、図5(a)の細破線に示すように、可動部材55、空隙、ステータプレート56、および永久磁石51の順に磁束が通過する磁気回路である。非吸引用磁気回路MCbによって生じる磁力は、プーリ30とアーマチャ40とを連結させる吸引力として機能しない。
さらに、可動部材55が、軸線方向他端側の第1の位置に位置している場合には、可動部材55が、軸線方向一端側の第2の位置に位置している場合に比べて、吸引用磁気回路MCaの磁束量が増加しているので、可動部材55は、軸線方向他端側の第1の位置側に維持される。
また、本実施形態では、板バネ45の弾性力が、可動部材55が軸線方向他端側の第1の位置に位置する場合の吸引用磁気回路MCaによって生じる吸引磁力よりも小さくなるように設定されている。したがって、電磁コイル53に電力を供給しなくても、プーリ30とアーマチャ40が連結された状態が維持される。すなわち、エンジン10からの回転駆動力がコンプレッサ2へ伝達される。
このとき、可動部材55および4つの弾性部材58の間が離れている。このため、4つの弾性部材58は、それぞれ、非圧縮状態になっている。したがって、4つの弾性部材58は、それぞれ、ステータハウジング56の壁部56bの端面56dよりも、可動部材55側に突出するように形成されている(図6(a)参照)。
次に、制御装置6が電磁コイル53に対して第1方向への通電を開始する。このとき、図5(b)に示すように、第1のコイル53aには紙面裏から紙面表に電流が流れ、かつ第2のコイル53bには紙面裏から紙面表に電流が流れる。このため、第1のコイル53aが、吸引用磁気回路MCaを通過する磁束量を減少させるとともに、第2のコイル53bが、非吸引用磁気回路MCbを通過する磁束量を増加させる。これにより、図5(b)の細実線で示す吸引用磁気回路MCaによって生じる吸引磁力よりも、図5(b)の太破線で示す非吸引用磁気回路MCbによって生じる磁力が強くなる。
これに伴い、可動部材55には、非吸引用磁気回路MCbから生じる磁力によって軸線方向一端側に移動させる駆動力が働く。このため、可動部材55が、ヨーク57の外周面に摺動しながら、軸線方向他端側の第1位置側から軸線方向一端側の第2位置側へ移動する。
その後、可動部材55がステータハウジング56の壁部56bに近づくと、可動部材55が4つの弾性部材58のそれぞれに対して接触する。そして、4つの弾性部材58は、それぞれ、可動部材55と凹部56cの底部との間に挟まれて、弾性変形により軸線方向に圧縮される。このため、可動部材55が軸線方向一端側に近づくにつれて、弾性部材58の軸線方向の大きさが徐々に小さくなる。すなわち、可動部材55が弾性部材58を押しつぶしながら第2の位置に近づくことになる。その後、可動部材55が、壁部56bのうち可動部材55側の端面56dに接触する。このことにより、可動部材55が第2の位置に停止することになる(図6(b)参照)。その後、制御装置6が電磁コイル53に対する通電を終了する。
このような可動部材55の移動に伴って、可動部材55とステータプレート56の壁部56bとの間の空隙が無くなる。このため、図5(b)の太破線に示すように、磁束が永久磁石51→ヨーク57→可動部材55→壁部56b→ステータプレート56の筒部56aの順に通過する非吸引用磁気回路MCbが構成される。このため、プーリ30とアーマチャ40が連結されているときよりも、非吸引用磁気回路MCbの磁気抵抗が減少して、非吸引用磁気回路MCbを通過する磁束量が増加する。その結果、可動部材55は軸線方向一端側の第2位置に維持されることになる。
ここで、図5(c)に示すように、可動部材55が軸線方向一端側の第2位置に位置するときには、可動部材55とプーリ30の端面部33との間に空隙(エアギャップ)が形成される。この空隙によって、プーリ30とアーマチャ40が連結されているときよりも、吸引用磁気回路MCaの磁気抵抗が増加するので、吸引用磁気回路MCaから生じる吸引磁力が減少する。その結果、板バネ45による反発力(すなわち、弾性力)の方が吸引用磁気回路MCaから生じる吸引磁力よりも大きくなり、プーリ30とアーマチャ40が離れる。すなわち、プーリ30とアーマチャ40との間が分離されて、エンジン10からの回転駆動力がコンプレッサ2へ伝達されなくなる。
次に、制御装置6が電磁コイル53に対して第2方向への通電を開始する。第2方向とは、上記第1方向とは逆の方向のことである。このため、図5(d)に示すように、第1のコイル部53aには紙面表から紙面裏に電流が流れ、かつ第2のコイル部53bには紙面表から紙面裏に電流が流れる。このため、第1のコイル部53aが、吸引用磁気回路MCaを通過する磁束量を増加させるとともに、第2のコイル部53bが、非吸引用磁気回路MCbを通過する磁束量を減少させる。これにより、非吸引用磁気回路MCbによって生じる磁力よりも、吸引用磁気回路MCaによって生じる吸引磁力が強くなる。
これに伴い、可動部材55には、吸引用磁気回路MCaから生じる磁力によって軸線方向他端側に移動させる駆動力が働く。これに加えて、弾性部材58が弾性変形により軸線方向に膨張する。これに伴い、弾性部材58の弾性力(すなわち、反発力)が可動部材55に対して与えられる。このため、可動部材55が、ヨーク57の外周面に摺動しながら、軸線方向一端側の第2位置側から軸線方向他端側の第1位置側へ移動する。その後、可動部材55は、カバー部材54の側壁部54bに衝突して第1の位置に停止する。その後、制御装置6が電磁コイル53に対する通電を終了する。
このような可動部材55の移動に伴って、可動部材55とカバー部材54の側壁部54bとの間の空隙が無くなり、図5(a)の状態に戻る。このため、プーリ30とアーマチャ40が離れているときよりも、吸引用磁気回路MCaの磁気抵抗が減少して、吸引用磁気回路MCaの磁束量が増加する。その結果、吸引用磁気回路MCaの吸引磁力が板バネ45による反発力よりも大きくなり、プーリ30とアーマチャ40とが連結されることになる。すなわち、エンジン10からコンプレッサ2への回転駆動力の伝達が開始される。
以上説明した本実施形態によれば、制御装置6が電磁コイル53に対して第1方向への通電を開始すると、第1のコイル53aの電磁力が吸引用磁気回路MCaを通過する磁束量を減少させるとともに、第2のコイル53bの電磁力が非吸引用磁気回路MCbを通過する磁束量を増加させる。これにより、吸引用磁気回路MCaによって生じる磁力よりも、非吸引用磁気回路MCbによって生じる磁力が強くなる。これに伴い、可動部材55には、非吸引用磁気回路MCbによって生じる磁力によって軸線方向一端側に力が働く。このとき、可動部材55は、ヨーク57の外周面に摺動しながら、第1位置側から第2位置側へ移動する。
次に、制御装置6が電磁コイル53に対して第2方向への通電を開始すると、第1のコイル部53aの電磁力が吸引用磁気回路MCaを通過する磁束量を増加させるとともに、第2のコイル部53bの電磁力が非吸引用磁気回路MCbを通過する磁束量を減少させる。これにより、非吸引用磁気回路MCbによって生じる磁力よりも、吸引用磁気回路MCaによって生じる吸引磁力が強くなる。これに伴い、可動部材55には、吸引用磁気回路MCaによって生じる磁力によって軸線方向他端側に力が働く。これに加えて、4つの弾性部材58は、それぞれ、弾性変形により軸線方向に膨張する。これに伴い、4つの弾性部材58は、可動部材55に対して軸線方向他端側に力を与える。このため、可動部材55がヨーク57の外周面に摺動しながら、第2位置側から第1位置側へ移動する。その後、
カバー部材54の側壁部54bに可動部材55が衝突して第1の位置に停止する。
このように制御装置6が電磁コイル53に通電を行うことにより、吸引用磁気回路MCa(或いは、非吸引用磁気回路MCb)から生じる磁力、および弾性部材58の弾性力によって可動部材55がヨーク57に摺動しながら、クラッチ機構20がON−OFF時の移動工程を行う。
以下、本実施形態の弾性部材58の作用効果について説明する。
図7は、横軸を可動部材55の位置とし、縦軸を可動部材55が軸線方向一端側に移動する際に可動部材55に加わるスラスト力Fsとするグラフである。スラスト力Fsとは、可動部材55に対して軸線方向に作用する力のことである。
まず、本実施形態では、非吸引用磁気回路MCbの磁力がスラスト力Fsとして可動部材55に対して作用することにより、可動部材55を軸線方向他端側から軸線方向一端側に移動させる。
この場合、スラスト力Fsは、可動部材55に対して軸線方向一端側に作用し、かつスラスト力Fsの大きさ(すなわち、スラスト力Fsのスカラー値)が、可動部材55が軸線方向一端側に近づくにつれて徐々に増大する。
すなわち、スラスト力Fsが作用する方向として、軸線方向他端側をプラス側とし、軸線方向一端側をマイナス側とした場合(図6(a)、(b)参照)、可動部材55にはマイナス側に上記磁力としてのスラスト力Fs(<0)が作用し、かつ可動部材55が軸線方向一端側に近づくにつれて当該スラスト力Fsが徐々に減少する。
一方、可動部材55が軸線方向一端側に近づくにつれて、弾性部材58から可動部材55に対して軸線方向他端側に作用する反発力(弾性力)が徐々に大きくなる。
つまり、弾性部材58の反発力は、スラスト力Fs(>0)として、可動部材55に対してプラス側に作用し、可動部材55が軸線方向一端側に近づくにつれて、可動部材55に作用する弾性部材58の反発力が徐々に増大する。
これにより、弾性部材58が無い場合に比べて、可動部材55が壁部56bの端面56dに衝突する際に可動部材55が壁部56bの端面56dに与える力を小さくすることができる。このため、可動部材55が壁部56bの端面56dに衝突する際に発生する衝突音を低減することができる。
本実施形態では、可動部材55が第2の位置に位置するときに、可動部材55が壁部56bの端面56dに接触している。
ここで、可動部材55と壁部56bの端面56dとの間に隙間が生じると、非吸引用磁気回路MCbの磁気抵抗が大きくなる。このため、非吸引用磁気回路MCbから発生する磁力が小さくなる。したがって、可動部材55を第2の位置に維持させる力が弱くなる。よって、振動等の外乱により、可動部材55を第1の位置側に移動する恐れが生じる。このため、プーリ30およびアーマチャ40の間の連結、分離の作動に悪影響を与える恐れがある。
これに対して、本実施形態では、上述の如く、第2の位置に可動部材55が停止した状態で、可動部材55が壁部56bの端面56dに接触している。したがって、非吸引用磁気回路MCbの磁気抵抗が大きくなることを未然に防ぐことができる。このため、プーリ30およびアーマチャ40の間の連結、分離の作動に悪影響を与えることを未然に防ぐことができる。
次に、可動部材55を軸線方向一端側から軸線方向他端側に移動させる際には、吸引用磁気回路MCaの磁力によって可動部材55に軸線方向他端側(すなわち、プラス方向)にスラスト力Fsを作用させる。
これに加えて、可動部材55がゴムアシスト区間を移動する間には、可動部材55には、弾性部材58の反発力としてのスラスト力Fsがプラス方向に作用する。
ここで、ゴムアシスト区間とは、第2の位置から第1位置側に弾性部材58の圧縮代分、離れた位置と第2の位置との間の範囲である。第2の位置とは、可動部材55がステータハウジング56の壁部56bに接触(当接)する位置のことである。第1の位置とは、可動部材55がカバー部材54の側壁部54bに接触(当接)する位置のことである。
以上により、可動部材55がゴムアシスト区間を軸線方向他端側に移動する間には、弾性部材58の反発力が吸引用磁気回路MCaの磁力を補助することができる。このため、可動部材55を軸線方向他端側に移動させる際、電磁コイル53に与えることが必要である電力を低減することができる。したがって、電磁コイル53を作動させることができる最低作動電圧を下げることが可能になる。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、弾性部材58の軸線方向に対する直交方向の断面を円形とした例について説明したが、これに代えて、弾性部材58の軸線方向に対する直交方向の断面を多角形とする本第2実施形態について説明する。
図9に本実施形態のクラッチ機構20の部分断面図を示す。図10に図9中の
弾性部材80のX−X断面図を示す。図9、図10から分かるように、弾性部材58はその軸線方向に対する直交方向の断面が四角形に形成されている。つまり、弾性部材58はその軸線方向が回転軸2aの軸線方向と同一方向になる角柱状に形成されている。
以上説明した本実施形態によれば、弾性部材58として、断面が四角形である角柱状に形成されているものを用いている。このため、弾性部材58として円柱状に形成されているものを用いる場合に比べて弾性部材58を構成する材料の歩留まりを向上することができる。
なお、上記第2実施形態では、弾性部材58として、その断面が四角形になる角柱状に形成されてなるものを用いた例について説明したが、これに代えて、弾性部材58として、その断面が四角形以外の多角形(例えば、三角形、六角形、八角形など)になる角柱状に形成されたものを用いてもよい。
(第3実施形態)
上記第1、第2の実施形態では、ステータハウジング56の壁部56bに、凹部56cを設けた例について説明したが、これに代えて、本第3実施形態では、可動部材55に凹部を設けた例について説明する。
図11に本実施形態のクラッチ機構20の部分断面図を示す。
本実施形態の可動部材55のうちステータハウジング56の壁部56b側の端面55aには、4つの凹部55bが設けられている。図11中に1つの凹部55bを示し、残りの3つの凹部55bの図示を省略する。
ここで、4つの凹部55bは、第1実施形態の凹部56cに代えて設けられたもので、回転軸2aの軸心を中心とする円周方向に並べられている。4つの凹部55bには、上記第1実施形態の弾性部材58がそれぞれ入っている。4つの弾性部材58は、4つの凹部55bのうち対応する凹部55bの底部に配置されている。4つの弾性部材58は、それぞれ、対応する凹部55bの底部に接着剤等により固定されている。
4つの弾性部材58は、それぞれ、非圧縮状態で、壁部56b側の端面55aよりも壁部56b側に突出するように形成されている。そして、可動部材55が第2の位置に位置するときには、4つの弾性部材58は、凹部55bの底部とステータハウジング56の壁部56bとの間に挟まれて弾性変形により圧縮されて、可動部材55の端面55aとステータハウジング56の壁部56bとが接触する。これにより、本実施形態の4つの弾性部材58は、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。
(第4実施形態)
上記第3の実施形態では、可動部材55のうちステータハウジング56の壁部56b側に凹部を設けた例について説明したが、これに代えて、本第4実施形態では、可動部材55のうちカバー部材54の側壁部54b側に凹部を設けた例について説明する。
図12に本実施形態のクラッチ機構20の部分断面図を示す。
本実施形態の可動部材55のうちカバー部材54の側壁部54b側の端面55cには、4つの凹部55dが設けられている。図12中に1つの凹部55dを示し、残りの3つの凹部55dの図示を省略する。
ここで、4つの凹部55dは、上記第1実施形態の凹部56cに代えて設けられたもので、回転軸2aの軸心を中心とする円周方向に並べられている。4つの凹部55dには、上記第1実施形態の弾性部材58がそれぞれ入っている。4つの弾性部材58は、4つの凹部55dのうち対応する凹部55dの底部に配置されている。4つの弾性部材58は、それぞれ、対応する凹部55dの底部に接着剤等により固定されている。4つの弾性部材58は、それぞれ、非圧縮状態で、壁部54b側の端面55cよりも壁部54b側に突出するように形成されている。
可動部材55が軸線方向一端側から軸線方向他端側に移動する際に、4つの弾性部材58は、可動部材55の凹部55dの底部とカバー部材54の側壁部54bとの間に挟まれて弾性変形により圧縮される。これにより、本実施形態の4つの弾性部材58は、可動部材55がカバー部材54の側壁部54bに衝突する際に発生する音を低減することができる。
これに加えて、可動部材55が軸線方向他端側から軸線方向一端側に移動する際に、弾性部材58が軸線方向に膨張する。このため、可動部材55の移動に際して弾性部材58の反発力が非吸引用磁気回路MCbの磁力を補助することができる。このため、可動部材55を軸線方向一端側に移動させる際、電磁コイル53に与えることが必要である電力を低減することができる。したがって、電磁コイル53において、可動部材55を軸線方向一端側に移動させることができる最低作動電圧を下げることが可能になる。
本実施形態では、可動部材55が第1の位置に位置するとき、弾性部材58が圧縮して可動部材55とカバー部材54の側壁部54bとが接触する。このため、
弾性部材58を可動部材55のカバー部材54の側壁部54b側に配置しても、第1の位置を上記第1実施形態と同じ位置に設定することができる。これにより、可動部材55が第1の位置に位置する際に、カバー部材54の筒部54aを介して、可動部材55とプーリ30の外側円筒部31との間で対向する面積が小さくなることを抑制することができる。
ここで、カバー部材54の筒部54aは、可動部材55とプーリ30の外側円筒部31との間で吸引用磁気回路MCaの磁束を受け渡す役割を果たす。このため、可動部材55とプーリ30の外側円筒部31との間で対向する面積が小さくなると、吸引用磁気回路MCaの磁気抵抗が大きくなる。
これに対して、本実施形態では、上述の如く、可動部材55とプーリ30の外側円筒部31との間で対向する面積が小さくなることを抑制することができるので、吸引用磁気回路MCaの磁気抵抗が大きくなることを抑制することができる。
(第5実施形態)
本第5実施形態では、上記第3、第4の実施形態を組み合わせて、可動部材55のうちステータハウジング56の壁部56b側に凹部55bを設け、かつ可動部材55のうちカバー部材54の側壁部54b側に凹部55dを設けた例について説明する。
図13に本実施形態のクラッチ機構20の部分断面図を示す。図14に図13中の可動部材55Aおよび弾性部材58のA矢視図を示す。
本実施形態の凹部55bは、可動部材55の端面55aに対して回転軸2aの軸心を中心とする円周方向に亘って形成されている。凹部55bには、弾性部材58Aが入っている。凹部55b内の弾性部材58Aは、回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。
本実施形態の凹部55dは、可動部材55の端面55aに対して回転軸2aの軸心を中心とする円周方向に亘って形成されている。凹部55dには、弾性部材58Bが入っている。凹部55b内の弾性部材58Bは、弾性部材58Aと同様に、回転軸2aの軸心を中心とするリング状に形成されている。弾性部材58A、58Bは、その形状がリング状に形成されているだけで、上記第1〜第4実施形態の弾性部材58と同様に、弾性変形による圧縮・膨張等の機能を果たす。
以上説明した本実施形態によれば、可動部材55とステータハウジング56の壁部56bとの間に弾性部材58Aが配置されている。可動部材55とカバー部材54の側壁部54bとの間に弾性部材58Bが配置されている。つまり、可動部材55と停止部との間に1つの弾性部材(58A、58B)が配置されている。
これに対して、上記第1〜4実施形態では、可動部材55と停止部との間に4つの弾性部材58が配置されている。
このため、本実施形態では、上記第1〜4実施形態に比べて、可動部材55と停止部との間に配置する弾性部材の個数(すなわち、部品点数)を減らすことができ、組み付け性も向上することができる。
(第6実施形態)
上記第4実施形態では、弾性部材58のうちカバー部材54の側壁部54bに弾性部材58を配置した例について説明したが、これに代えて、本第6実施形態では、カバー部材54の側壁部54bに弾性部材58を配置した例について説明する。
図15に本実施形態のクラッチ機構20の部分断面図を示す。本実施形態のカバー部材54の側壁部54bのうち可動部材55側の端面54eには、可動部材55の反対側に凹む4つの凹部54dが設けられている。図15中に1つの凹部54dを示し、残りの3つの凹部54dの図示を省略する。
ここで、4つの凹部54dは、上記第1実施形態の4つの凹部56cに代えて設けられている。4つの凹部54dは、上記第1実施形態の弾性部材58がそれぞれ配置されている。
4つの弾性部材58は、それぞれ、非圧縮状態で、側壁部54bの端面54eよりも可動部材55側に突出するように形成されている。可動部材55は、第1の位置に位置するときに、4つの弾性部材58は、カバー部材54の側壁部54bの凹部54dの底部と可動部材55との間に挟まれて弾性変形により圧縮される。このとき、カバー部材54の側壁部54bの端面54eと可動部材55とは接触する。したがって、上記第4実施形態と同様の効果が得られる。
(第7実施形態)
本第7実施形態では、上記第6実施形態の可動部材58をカバー部材54の側壁部54bの凹部54dの底部の穴部に貫通してカバー部材54に固定する例について説明する。
図16に本実施形態のクラッチ機構20の部分断面図を示す。本実施形態の側壁部54bの凹部54の底部の穴部は、軸線方向に貫通している。このため、可動部材58は、穴部に貫通していることになる。
可動部材58のうち軸線方向一端側には、上記第6実施形態と同様の作用を発揮する円柱状の圧縮部58aが設けられている。圧縮部58aにおいて軸線方向に対して直交する断面積は、穴部の開口面積よりも大きくなっている。可動部材58のうち軸線方向他端側には、抜け止め部58bが設けられている。抜け止め部58bにおいて軸線方向に対して直交する断面積は、穴部の開口面積よりも大きくなっている。このため、圧縮部58aおよび抜け止め部58は、弾性部材58が穴部より抜けることを未然に防止することができる。
(第8実施形態)
上記第7実施形態では、可動部材58をカバー部材54の側壁部54bの凹部54dの底部の穴部に貫通してカバー部材54に固定する例について説明したが、これに代えて、本第8実施形態では、ステータハウジング56の壁部56bの凹部55bの穴部に可動部材58を貫通してカバー部材54に可動部材58を固定する例について説明する。
図17に本実施形態のクラッチ機構20の部分断面図を示す。本実施形態のステータハウジング56の壁部56bの凹部55bの穴部56eは、軸線方向に貫通している。このため、可動部材58は、穴部56eに貫通していることになる。本実施形態の弾性部材58は、上記第7実施形態と同様に、圧縮部58aおよび抜け止め部58bを備える。圧縮部58aは、弾性部材58のうち軸線方向他端側に設けられ、抜け止め部58bは、弾性部材58のうち軸線方向一端側に設けられている。
(第9実施形態)
上記第1〜8の実施形態では、ゴム製の弾性部材58を用いた例について説明したが、これに代えて、本第9実施形態では、金属製の弾性部材58を用いる例について説明する。
図18に本実施形態のクラッチ機構20の部分断面図を示す。本実施形態のステータハウジング56の壁部56bの凹部56cには、金属製の弾性部材58が配置されている。金属製の弾性部材58は、可動部材55側に突出する断面山状に形成されている金属製バネである。
本実施形態の金属製の弾性部材58は、壁部56bの凹部56cと可動部材55との間に挟まれたとき、金属製の弾性部材58は、弾性変形によって、軸線方向に圧縮するとともに、径方向(軸線方向に直交する方向)に膨張する。
そこで、本実施形態の壁部56bの凹部56cは、金属製の弾性部材58における膨張を許容するリセス部を有する空間が形成されている。具体的には、凹部56cは、径方向外側(すなわち、プーリ30の外側円筒部31側)に空間が突出するように形成されている。このため、可動部材55が軸線方向一端側に移動して弾性部材58が弾性変形によって軸線方向に圧縮する際に、金属製の弾性部材58が弾性変形によって径方向外側に容易に膨らむことができる。
本実施形態の金属製の弾性部材58には、表面処理により耐食性被膜(防錆用被膜)が形成されている。このため、金属製の弾性部材58には錆が生じ難くなっている。
以上説明した本実施形態によれば、ゴム製の弾性部材58に代えて金属製の弾性部材58を用いている。ここで、ゴム製の弾性部材58を用いる場合には、へたりや温度の影響による衝撃吸収効果が低下する。
これに対して、本実施形態によれば、上述の如く、金属製の弾性部材58を用いている。このため、へたりや温度の影響による衝撃吸収効果の低下を改善することができる。
(第10実施形態)
上記第9の実施形態では、ステータハウジング56の壁部56bの凹部56cに金属製の弾性部材58を配置した例について説明したが、これに代えて、本第10実施形態では、可動部材55に金属製の弾性部材58を配置した例について説明する。
図19に本実施形態のクラッチ機構20の部分断面図を示す。本実施形態の可動部材55の凹部55bには、上記第9の実施形態と同様の金属製の弾性部材58が配置されている。金属製の弾性部材58は、ステータハウジング56の壁部56b側に突出する断面山状に形成されている。
本実施形態の金属製の弾性部材58は、可動部材55の凹部55bの底部とステータハウジング56の壁部56bとの間に挟まれたとき、金属製の弾性部材58は、弾性変形によって、軸線方向に圧縮するとともに、径方向(軸線方向に直交する方向)に膨張する。
そこで、本実施形態の壁部56bの凹部56cは、上記第9実施形態と同様に、弾性部材58における膨張を許容するように空間が形成されている。このため、可動部材55が軸線方向一端側に移動する際に弾性部材58が弾性変形によって軸線方向に圧縮しつつ、径方向外側に膨らむことができる。
(他の実施形態)
上記第1〜第4、第6〜第10の実施形態では、4つの弾性部材58(58A、58B)を設けた例について説明したが、これに限らず、弾性部材58(58A、58B)の個数を4つ未満にしてもよく、5つ以上にしても良い。
上記第9の実施形態では、ステータハウジング56の壁部56bの凹部56cに金属製の弾性部材58を配置した例について説明したが、これに代えて、カバー部材54の側壁部54bに金属製の弾性部材58を配置してよい。或いは、可動部材55のうちカバー部材54の側壁部54b側に金属製の弾性部材58を配置してよい。
上記第1〜第10の実施形態では、電磁コイル53への通電により可動部材55を回転軸2cの軸線方向に移動させるようにクラッチ機構20を構成した例について説明したが、これに限らず、クラッチ機構20において、電磁コイル53への通電により可動部材55を移動させる方向を回転軸2cの軸線方向以外の方向に設定してもよい。
上記第1〜第10の実施形態では、クラッチ機構20として、エンジン10から圧縮機2への回転駆動力の伝達を断続するクラッチ機構について説明したが、これに限らず、第1の機器から第2の機器への回転駆動力の伝達を断続するクラッチ機構ならば、どのようなクラッチ機構に本発明を適用してもよい。
上記第1〜第10の実施形態では、停止部材および可動部材55のうち一方の部材に凹部を設け、この凹部内に弾性部材58を配置した例について説明したが、これに代えて、次のようにしてもよい。
すなわち、停止部材および可動部材55のうち一方の部材にて他方の部材と反対側に凹む凹部を設け、停止部材および可動部材55のうち凹部を設けられている一方の部材以外の他方の部材に弾性部材58を配置する。弾性部材58のうち可動部材55に変位方向(すなわち、回転軸2aの軸線方向)の寸法は、凹部の深さよりも大きくなっている。
弾性部材58が非圧縮状態で一方の部材のうち他方の部材側の端面と他方の部材とが離れている。一方の部材の凹部の底部と他方の部材との間に弾性部材58が挟まれて弾性部材58が圧縮した状態で、可動部材55は第1、第2の位置のうち一方の位置に位置する。このとき、一方の部材のうち他方の部材側の端面と他方の部材とが接触することができる。
例えば、ステータハウジング56の壁部56bに凹部56cを設け、かつ可動部材55のうち壁部56b側端面に弾性部材58を配置する。この場合、弾性部材58が非圧縮状態であるときに弾性部材58の軸線方向の大きさは、凹部56cの深さよりも大きくなっている。このため、弾性部材58が非圧縮状態では、ステータハウジング56の壁部56bのうち可動部材55側端面56dと可動部材55とが離れている。一方、可動部材55が軸線方向一端側に移動して第2の位置に位置するときに、弾性部材58が壁部56bの凹部56cの底部と可動部材55との間に挟まれて圧縮した状態で、ステータハウジング56の壁部56bと可動部材55とが接触する。
また、このようにステータハウジング56の壁部56bに凹部56cを設け、可動部材55に弾性部材58を配置する場合に限らず、次の(1)、(2)、(3)のようにしてもよい。
(1)ステータハウジング56の壁部56bに弾性部材58を配置し、かつ可動部材55のうち壁部56b側端面に凹部を設ける。
(2)カバー部材54の側壁部54bに弾性部材58を配置し、かつ可動部材55のうち側壁部54b側端面に凹部を設ける。
(3)カバー部材54の側壁部54bに凹部を設け、かつ可動部材55のうち側壁部54b側端面に弾性部材58を配置する。
上記第1〜第10の実施形態では、永久磁石51の外周側をN極とし、永久磁石51の内周側をS極とした例について説明したが、これに代えて、永久磁石51の外周側をS極とし、永久磁石51の内周側をN極としてもよい。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。