JP2017194076A - 電磁スプリングクラッチ - Google Patents

Abstract

【課題】電磁スプリングクラッチの接続時に発生するショックトルクを低減できるようにする。【解決手段】入力軸２と、インプットロータ４と、アウトプットハブ６と、インプットロータ４の外周面４Ｂとアウトプットロータ６の外周面６Ｂの径方向外側に巻回された状態で配置され、縮径されることにより外周面４Ｂと外周面６Ｂとを外周側から巻き締めて、インプットロータ４とアウトプットハブ６との間のトルク伝達を可能にするスプリング７と、スプリング７の一端が係合され、インプットロータ４に一体回転可能に吸着されるアーマチュア５と、を備え、スプリング７の線材８は、外周面４Ｂ又は外周面６Ｂと面接触可能な接触内周面８Ａを有し、軸を含む面での断面における接触内周面８Ａの軸方向の長さが、断面での軸方向の最大幅よりも短くなるように形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、入力側と出力側とをスプリングの巻き締め力により連結する電磁スプリングクラッチに関する。

従来、トラック等の車両には、エンジンやモータ等の動力源による駆動力を車両の架装物を駆動させる動力として出力するための動力出力機構（ＰＴＯ）が設けられているものがある。動力出力機構には、動力源から架装物側への駆動力の断接を行うための電磁スプリングクラッチが設けられているものがある。

電磁スプリングクラッチに関する技術としては、コイルバネを略三角形あるいはほぼ台形の断面する線材を三角形または台形の底辺が内側となる様に巻回させることにより、コイルばねの締結に必要な荷重を軽減し、コイルばねの縮径動作をスムースにする技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭５７−１１７４２６号公報

電磁スプリングクラッチを接続する際には、スプリングが捩られることにより縮径されて、入力ハブと出力ハブとの外周面を巻き締めることにより、入力ハブと出力ハブとが連結される。このように電磁スプリングクラッチを接続する際には、一時的に過大なトルク（ショックトルク）が発生する。

このショックトルクは、異音を発生させたり、電磁スプリングクラッチの入力軸に動力を伝達するためのギヤ等の動力伝達部材に損傷を発生させたりする虞がある。このようなショックトルクの影響を防止するために、動力伝達部材に対して表面処理を施したり、動力伝達部材の材質を変えたりすることが行われる。

更に、このショックトルクは、電磁スプリンククラッチを接続した回数が増加するほど大きくなることが判明した。このため、電磁スプリングクラッチの接続を繰り返し行うことにより増加するショックトルクを想定して、動力伝達部材の材質等を考慮しなければならない。増加するショックトルクを想定した動力伝達部材を用意するようにすると、コストが大幅に増加してしまう問題がある。

そこで、本発明は、電磁スプリングクラッチの接続時に発生するショックトルクを低減することができる技術を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明の一観点に係る電磁スプリングクラッチは、動力が入力される入力軸と、入力軸に相対回転不能に固定され、入力軸の軸方向の延びる入力側外周面を有する入力ハブと、入力ハブと同軸に配置され、入力軸の軸方向に延びる出力側外周面を有する出力ハブと、入力ハブの入力側外周面と出力ハブの出力側外周面の径方向外側に巻回された状態で配置され、縮径されることにより入力ハブの入力側外周面と出力ハブの出力側外周面とを外周側から締め付けて、入力ハブと出力ハブとの間のトルク伝達を可能にするスプリングと、スプリングの一端が係合され、電磁力により前記入力ハブに吸着され、摩擦力により前記入力ハブと同方向に回転可能となるアーマチュアと、を備え、スプリングの線材は、入力側外周面又は出力側外周面と面接触可能な接触内周面を有し、線材の入力側外周面と面接触可能な接触内周面を有する範囲の少なくとも一部分において、軸を含む面での断面における接触内周面の軸方向の長さが、断面での軸方向の最大幅よりも短くなるように形成されている。

上記電磁スプリングクラッチにおいて、線材の入力側外周面と面接触可能な接触内周面を有する範囲の少なくとも一部分において、接触内周面の軸方向の長さが、断面での外周の軸方向の長さよりも短くなるように形成されていてもよい。

また、上記電磁スプリングクラッチにおいて、スプリングの線材は、線材の入力側外周面と面接触可能な前記接触内周面を有する範囲の少なくとも一部分において、接触内周面が、断面における軸方向の一端側の端部よりも他端側且つ断面における軸方向の他端側の端部よりも一端側に位置するように形成されていてもよい。

本発明によれば、電磁スプリングクラッチの接続時に発生するショックトルクを低減することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電磁スプリングクラッチの上半分を示す模式的な断面図である。 図２（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る電磁スプリングクラッチの断状態を示す模式的な断面図である。図２（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電磁スプリングクラッチの接状態を示す模式的な断面図である。 図３（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るスプリングの線材及びインプットロータ（アウトプットハブ）の一部断面図である。図３（Ｂ）は、第１変形例に係るスプリングの線材及びインプットロータ（アウトプットハブ）の一部断面図である。図３（Ｃ）は、第２変形例に係るスプリングの線材及びインプットロータ（アウトプットハブ）の一部断面図である。図３（Ｄ）は、第３変形例に係るスプリングの線材及びインプットロータ（アウトプットハブ）の一部断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る電磁スプリングクラッチを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係る電磁スプリングクラッチの上半分を示す模式的な断面図である。図３（Ａ）は、本発明の一実施形態に係るスプリングの線材及びインプットロータ（アウトプットハブ）の一部断面図である。

電磁スプリングクラッチ１は、入力軸２と、磁力発生部３と、入力ハブの一例としてのインプットロータ４と、アーマチュア５と、出力ハブの一例としてのアウトプットハブ６と、スプリング７と、スプリングカバー９と、アダプター１０とを備える。

入力軸２は、図示しないベアリングにより回転可能に固定されている。入力軸２には、図示しないエンジン等の動力源からの駆動力がギヤ等を介して伝達されるようになっている。

磁力発生部３は、円環状の部材であり、内周側に入力軸２が挿通された状態で図示しないケースに固定される。磁力発生部３は、鉄等の強磁性体の部材により構成された円環状のヨーク３Ａと、通電されるとアーマチュア５を引き寄せる磁力を発生させる励磁コイル３Ｂとを備える。

インプットロータ４は、略円筒状の部材であり、入力軸２に一体回転可能に接続される。インプットロータ４は、入力軸２の軸Ｏに垂直な面であって、磁力発生部３により引き寄せられたアーマチュア５が吸着される吸着面４Ａと、外周側にスプリング７が巻回される、軸方向に延びる外周面（入力側外周面）４Ｂとを有する。

アーマチュア５は、インプットロータ４の外周面４Ｂの外径よりも長い内径を有する円環状の部材であり、例えば、永久磁石又は磁性体で構成される。アーマチュア５は、一方側（図中Ａ側）の面がインプットロータ４の吸着面４Ａと対向するように配置される。アーマチュア５は、スプリング７のＡ方向側の端部の爪部７Ａと係合する溝部５Ａを有する。アーマチュア５は、磁力発生部３により磁力が発生されていない場合には、インプットロータ４から離れた状態となっている一方、磁力発生部３により磁力が発生されている場合には、Ａ方向に吸引されて、インプットロータ４の吸着面４Ａに吸着され、インプットロータ４との間の摩擦力によりインプットロータ４と回転可能な状態となる。アーマチュア５は、インプットロータ４との摩擦力がスプリング７から受けるトルクに勝る場合には、インプットロータ４と一体回転し、インプットロータ４との摩擦力がスプリング７から受けるトルクに劣る場合には、インプットロータ４との間に滑りを発生しながら回転する。

アウトプットハブ６は、略円筒状の部材であり、入力軸２の周囲に軸受１２，１３を介して、回転可能に配置される。アウトプットハブ６は、スプリング７のＢ方向側の端部の爪部７Ｂと係合する溝部６Ａと、外周側にスプリング７が巻回される、軸方向に延びる外周面（出力側外周面）６Ｂとを有する。アウトプットハブ６の外周面６Ｂの外径は、インプットロータ４の外周面４Ｂの外径と略同じ径となっているが、径が異なっていてもよい。

スプリング７は、線材８が巻回されて形成されたスプリングであり、スプリング７の無負荷時の内周の径は、インプットロータ４の外周面４Ｂ及びアウトプットハブ６の外周面６Ｂの径より長くなるように形成されている。スプリング７は、アウトプットハブ６の外周面６Ｂ及びインプットロータ４の外周面４Ｂの径方向外側を取り囲むように配置される。スプリング７のＡ方向側の端部には、アーマチュア５の溝部５Ａと係合するための径方向外側に突出する爪部７Ａが形成され、Ｂ方向側の端部には、アウトプットハブ６の溝部６Ａと係合するための径方向内側に突出する爪部７Ｂが形成されている。

線材８は、外周面４Ｂ又は外周面６Ｂと面接触可能な接触内周面８Ａを有する。線材８は、図３（Ａ）に示すように、線材８の外周面４Ｂと面接触可能な接触内周面８Ａを有する範囲の少なくとも一部分（本実施形態では、全接触内周面８Ａ）において、軸Ｏを含む平面での断面における接触内周面８Ａの軸Ｏ方向の長さＬｉが、断面での軸方向の最大幅Ｌｏ（例えば、外周の軸方向の長さ）よりも短くなるように形成されている。本実施形態では、接触内周面８Ａは、断面におけるＡ方向側の端部よりもＢ方向側且つＢ方向側の端部よりもＡ方向側に位置するように形成されている。したがって、スプリング７が巻き締められた際に、線材８の一の部分の接触内周面８Ａと、隣接して巻回される部分の接触内周面８Ａとの間には、線材８がインプットロータ４及びアウトプットハブ６と接触しない隙間Ｇが存在する。このため、スプリング７とインプットロータ４及びアウトプットハブ６とが内周面全体で接触する場合に比して接触面積を低減することができる。これにより、スプリング７によりインプットロータ４とアウトプットハブ６とを巻き締めた場合において、スプリング７とインプットロータ４及びアウトプットハブ６との間の摩擦力を低減することができる。このように、スプリング７の接触内周面８Ａとインプットロータ４との摩擦力が低減すると、スプリング７の接触内周面８Ａの摩擦力に基づくアウトプットハブ６側（出力側）に伝達可能な最大のトルクが減少する。

ここで、スプリング７を介してインプットロータ４からアウトプットハブ６側に伝達可能なトルクは、インプットロータ４とアーマチュア５との間の摩擦力と、スプリング７とインプットロータ４との間の摩擦力とに起因する。そして、出力側を駆動するために出力側に伝達可能なトルクよりも大きいトルクが掛かってしまった場合においては、スプリング７は、インプットロータ４の周囲を滑る状態となり、且つアーマチュア５がインプットロータ４との間に滑りを発生しながら回転することとなるので、出力側には伝達可能なトルクの範囲内のトルクしか伝達されることがない。

このため、上記したようにスプリング７とインプットロータ４との摩擦力が低減されると、インプットロータ４とアーマチュア５との間の摩擦力及びスプリング７とインプットロータ４との間の摩擦力に基づく出力側に伝達可能なトルクが低減されるので、スプリング２１をアウトプットハブ６に巻き締めて、インプットロータ４とアウトプットハブ６とが完全に結合されるまでの時間を長期化でき、発生するショックトルクを低減することができる。

スプリングカバー９は、略円筒状の部材であり、スプリング７のＢ方向側端部のＢ方向側と、スプリング７の径方向外側と、アーマチュア５の径方向外側とを取り囲むように配置される。

アダプター１０は、略円筒状の部材であり、入力軸２の周囲に軸受１３，１４を介して、回転可能に配置される。アダプター１０は、アウトプットハブ６に図示しないボルトにより一体回転可能に接続される。アダプター１０には、入力軸２からの駆動力を必要とする駆動部に駆動力を伝達するための部材が接続される。

次に、本実施形態に係る電磁スプリングクラッチ１の動作について説明する。

まず、電磁スプリングクラッチ１が断状態である場合、すなわち、入力軸２からの駆動力を出力側（アウトプットハブ６側）に伝達しない場合について説明する。図２（Ａ）は、本発明の一実施形態に係る電磁スプリングクラッチの断状態を示す模式的な断面図である。

この場合には、磁力発生部３の励磁コイル３Ｂは、通電されていない状態とされており、アーマチュア５は、インプットロータ４から離れた状態となっている。このため、入力軸２に駆動力が加えられている状態では、入力軸２とインプットロータ４とは一体回転するが、アーマチュア５は回転しない。したがって、スプリング７は縮径されず、スプリング７によるインプットロータ４及びアウトプットハブ６の巻き締めは行われないので、インプットロータ４とアウトプットハブ６とは結合されず、入力軸２からの駆動力が出力側には伝達されない。

次に、電磁スプリングクラッチ１を接状態にする場合、すなわち、入力軸２からの駆動力を出力側（アウトプットハブ６側）に伝達する場合について説明する。図２（Ｂ）は、本発明の一実施形態に係る電磁スプリングクラッチの接状態を示す模式的な断面図である。

この場合には、磁力発生部３の励磁コイル３Ｂは、通電されている状態とされる。これにより、アーマチュア５は、インプットロータ４に吸着される。

入力軸２に駆動力が加えられている状態では、入力軸２とインプットロータ４とは一体回転し、アーマチュア５はインプットロータ４に吸着されているので、インプットロータ４とともに回転を開始する。ここで、アーマチュア５は、インプットロータ４との摩擦力がスプリング７から受けるトルクに勝る場合には、インプットロータ４と一体回転し、インプットロータ４との摩擦力がスプリング７から受けるトルクに劣る場合には、インプットロータ４との間に滑りを発生しながら回転する。

インプットロータ４が回転を開始すると、アーマチュア５に一端が係合されているスプリング７が徐々に縮径されて、スプリング７によるインプットロータ４及びアウトプットハブ６の巻き締めが開始される。本実施形態では、スプリング７の線材８は、軸Ｏに沿った面での断面における接触内周面８Ａの軸Ｏ方向の長さＬｉが、断面での軸方向の最大幅Ｌｏよりも短くなるように形成されており、スプリング７の内周面全体とインプットロータ４とが面接触する場合に比して接触面積を低減することができ、スプリング７とインプットロータ４との摩擦力を低減することができる。

ここで、スプリング７を介してインプットロータ４からアウトプットハブ６側に伝達可能なトルク（スプリング７による巻き締める力（巻締力）に対応）は、インプットロータ４とアーマチュア５との間の摩擦力と、スプリング７とインプットロータ４との間の摩擦力とに起因するが、スプリング７とインプットロータ４との摩擦力が低減されて、アウトプットハブ６側に伝達可能なトルクが低減されるので、スプリング７がアウトプットハブ６を巻き締めて、インプットロータ４とアウトプットハブ６とが完全に結合されるまでの時間（接続時間）が長期化され、ショックトルクを低減、すなわち、発生する最大トルクを低減することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る電磁スプリングクラッチ１によると、スプリングの内周面とインプットロータ４との接触面積を低減して、スプリング７とインプットロータ４との間の摩擦力を低減するようにしたので、スプリング７がアウトプットハブ６を巻き締めて、インプットロータ４とアウトプットハブ６とが完全に結合されるまでの時間が長期化され、発生するショックトルクを低減することができる。

また、本実施形態に係る電磁スプリングクラッチ１によると、長期間の使用により、スプリング７とインプットロータ４との接触面が馴染んだ場合であっても、スプリング７とインプットロータ４との接触面積を低減しているので、長時間の使用によるスプリング７とインプットロータ４との摩擦力の増加量を効果的に抑えることができ、発生するショックトルクを低減することができる。

次に、本実施形態に係る電磁スプリングクラッチのいくつかの変形例について説明する。なお、上記実施形態と共通する構成等の説明については省略する。

図３（Ｂ）は、第１変形例に係るスプリングの線材及びインプットロータ（アウトプットハブ）の一部断面図である。図３（Ｃ）は、第２変形例に係るスプリングの線材及びインプットロータ（アウトプットハブ）の一部断面図である。図３（Ｄ）は、第３変形例に係るスプリングの線材及びインプットロータ（アウトプットハブ）の一部断面図である。

上記実施形態に係るスプリング７の線材８に代えて、以下の第１変形例から第３変形例に係る線材を用いることができる。

第１変形例に係るスプリング２１の線材２２は、図３（Ｂ）に示すように、軸Ｏを含む面での断面におけるＢ方向側において、接触内周面２２Ａに近づく程、軸方向の長さ（幅）が徐々に減少するように形成されている。接触内周面２２Ａの軸方向の幅Ｌｉ_１は、最大幅である外周の幅Ｌｏよりも短くなっている。したがって、スプリング２１がインプットロータ４の外周面４Ｂを巻き締める場合には、線材２２の或る巻き部分の接触内周面２２Ａと、その隣の巻き部分の接触内周面２２Ａとの間に、線材２２とインプットロータ４とが接触しない隙間Ｇが存在する。したがって、スプリング２１がインプットロータ４と接触する面積が減少し、スプリング２１とインプットロータ４との間の摩擦力が低減し、スプリング２１を介してアウトプットハブ６に伝達可能なトルクが低減する。これにより、スプリング２１をアウトプットハブ６に巻き締めて、インプットロータ４とアウトプットハブ６とが完全に結合されるまでの時間を長期化でき、発生するショックトルクを低減することができる。

第２変形例に係るスプリング２３の線材２４は、図３（Ｃ）に示すように、軸Ｏを含む面での断面において、接触内周面２４Ａが軸方向の中央部分を除いた部分となる様に形成されている。Ａ方向側の接触内周面２４Ａの長さ（幅）Ｌｉ_２Ａと、Ｂ方向側の接触内周面２４Ａの長さ（幅）Ｌｉ_２Ｂとを合計した接触内周面２４Ａの全体の長さは、最大幅である外周の幅Ｌｏよりも短くなっている。したがって、スプリング２３がインプットロータ４の外周面４Ｂを巻き締める場合には、線材２４の軸方向の中央部分において、線材２４とインプットロータ４とが接触しない隙間Ｇが存在する。したがって、スプリング２３がインプットロータ４と接触する面積が減少し、スプリング２３とインプットロータ４との間の摩擦力が低減し、スプリング２３を介してアウトプットハブ６に伝達可能な最大のトルクが低減する。これにより、スプリング２３をアウトプットハブ６に巻き締めて、インプットロータ４とアウトプットハブ６とが完全に結合されるまでの時間を長期化でき、発生するショックトルクを低減することができる。

第３変形例に係るスプリング２５の線材２６は、図３（Ｄ）に示すように、軸Ｏを含む面での断面において、接触内周面２６Ａ側の一部の軸方向の長さ（幅）が、最大幅Ｌｏよりも短い一定の幅Ｌｉ_３となるように形成されている。したがって、スプリング２５がインプットロータ４の外周面４Ｂを巻き締める場合には、或る巻き部分の線材２６の接触内周面２６Ａと、その隣の巻き部分の線材２６の接触内周面２６Ａとの間に、線材２６とインプットロータ４とが接触しない隙間Ｇが存在する。したがって、スプリング２５がインプットロータ４と接触する面積が減少し、スプリング２５とインプットロータ４との間の摩擦力が低減し、スプリング２５を介してアウトプットハブ６に伝達可能なトルクが低減する。これにより、スプリング２５をアウトプットハブ６に巻き締めて、インプットロータ４とアウトプットハブ６とが完全に結合されるまでの時間を長期化でき、発生するショックトルクを低減することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態及び第１〜第３変形例に係る線材は、線材の全体に亘って断面形状が同一となるようにしていたが、本発明はこれに限られず、線材の内のインプットロータ４の外周面と接触する範囲の少なくとも一部分を上記同様な形状としてもよい。このようにしても、インプットロータ４とスプリング７との摩擦力を低減できるので、スプリング７を介してアウトプットハブ６に伝えることのできる最大トルクを低減することができ、スプリング７をアウトプットハブ６に巻き締めて、インプットロータ４とアウトプットハブ６とが完全に結合されるまでの時間を長期化でき、発生するショックトルクを低減することができる。

１ 電磁スプリングクラッチ
２ 入力軸
３ 磁力発生部
４ インプットロータ
４Ａ 吸着面
４Ｂ 外周面
５ アーマチュア
５Ａ 溝部
６ アウトプットハブ
６Ａ 溝部
６Ｂ 外周面
７ スプリング
７Ａ，７Ｂ 爪部
８ 線材
８Ａ 接触内周面
９ スプリングカバー
１０ アダプター

Claims (3)

1. 動力が入力される入力軸と、
   前記入力軸に相対回転不能に固定され、前記入力軸の軸方向の延びる入力側外周面を有する入力ハブと、
   前記入力ハブと同軸に配置され、前記入力軸の軸方向に延びる出力側外周面を有する出力ハブと、
   前記入力ハブの前記入力側外周面と前記出力ハブの前記出力側外周面の径方向外側に巻回された状態で配置され、縮径されることにより前記入力ハブの前記入力側外周面と前記出力ハブの前記出力側外周面とを外周側から締め付けて、前記入力ハブと前記出力ハブとの間のトルク伝達を可能にするスプリングと、
   前記スプリングの一端が係合され、電磁力により前記入力ハブに吸着され、摩擦力により前記入力ハブと同方向に回転可能となるアーマチュアと、を備え、
   前記スプリングの線材は、前記入力側外周面又は前記出力側外周面と面接触可能な接触内周面を有し、前記線材の前記入力側外周面と面接触可能な前記接触内周面を有する範囲の少なくとも一部分において、前記軸を含む面での断面における前記接触内周面の前記軸方向の長さが、前記断面での軸方向の最大幅よりも短くなるように形成されている
   電磁スプリングクラッチ。
2. 前記線材の前記入力側外周面と面接触可能な前記接触内周面を有する範囲の少なくとも一部分において、前記接触内周面の前記軸方向の長さが、前記断面での外周の前記軸方向の長さよりも短くなるように形成されている
   請求項１に記載の電磁スプリングクラッチ。
3. 前記スプリングの前記線材は、前記線材の前記入力側外周面と面接触可能な前記接触内周面を有する範囲の少なくとも一部分において、前記接触内周面が、前記断面における前記軸方向の一端側の端部よりも他端側且つ前記断面における前記軸方向の他端側の端部よりも前記一端側に位置するように形成されている
   請求項１又は請求項２に記載の電磁スプリングクラッチ。

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