JP3567769B2 - 回転装置および電磁クラッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転部材をベアリングで支持する回転装置および電磁クラッチに関し、例えば車両用空調装置の圧縮機作動の断続を行う電磁クラッチや、車両の補機駆動用ベルトの張力を調整するベルトテンショナー等に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図３，４に示すように、車両用空調装置の圧縮機用電磁クラッチ（回転装置）１００は、車両用エンジンの回転力がベルト１１０を介して電磁クラッチのプーリ１０１に入力され、このプーリ１０１と共にロータ（回転部材）１０２が回転する。電磁コイル１０３に通電中はアーマチャ（従動側回転部材）１０４がロータ１０２に吸着され、アーマチャ１０４やハブ（従動側回転部材）１０５を介して、ロータ１０２の回転が圧縮機（従動側機器）１２０の回転軸１２１に伝達される。
【０００３】
ロータ１０２の内周部と圧縮機１２０の円筒ボス部（支持部材）１２２との間にはベアリング１０６が配置され、このベアリング１０６によりロータ１０２が回転自在に支持されている。
そして、この種の圧縮機用電磁クラッチにおいて一般的に使用されるベアリング１０６は、内輪１０６ａと外輪１０６ｂの間にボール１０６ｃが２列配置され、各ボール１０６ｃが内輪１０６ａと外輪１０６ｂに各々１点で接触し、かつ接触角αを有する、いわゆる複列アンギュラ形玉軸受である。ここで、図４中の符号ａ〜ｈは、内外輪１０６ａ、１０６ｂとボール１０６ｃの接触点を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の車両用空調装置の圧縮機用電磁クラッチにおいて、異音が発生するものがあり、本発明者が異音発生源や発生メカニズムについて実験検討したところ、ベアリング１０６から発生している異音を確認できた。
また、このベアリング１０６からの異音は、回転数が低い時や圧縮機１２０周囲温度が低い時、さらにベアリング１０６内のグリースが洩れていたり、グリースの粘度が低下している場合に発生しやすいことが判明した。
【０００５】
そして、上記のことを踏まえて詳細に検討したところ、次のような発生メカニズムであることがわかった。
すなわち、ベルト１１０のテンションＤ（ベルト軸力）の作用線Ｅが、ベアリング１０６の径方向中心線Ｆからずれている場合、ベアリング１０６は内外輪１０６ａ、１０６ｂとボール１０６ｃ間に微小（４０μ程度）のラジアル方向隙間を持っているため、ベルト１１０のテンションＤによるモーメントにより、外輪１０６ｂがプーリ１０１やロータ１０２と共に図３、４で反時計方向に微小ながら回動されて傾く。
【０００６】
ここで、ベアリング１０６は、ボール１０６ｃが２列配置されていることや接触角αの向き等が関係して、ベアリング１０６において図４の左側の第１列では、上方に位置するボール１０６ｃが接触点ａ，ｂにて内外輪１０６ａ、１０６ｂに共に接触し、図４の右側の第２列では下方に位置するボール１０６ｃが接触点ｇ，ｈにて内外輪１０６ａ、１０６ｂに共に接触した状態が保たれる。
【０００７】
しかし、外輪１０６ｂが図４で反時計方向に回動されて傾くことにより、ベアリング１０６の第１列の下方側と第２列の上方側では、内外輪１０６ａ、１０６ｂ間の間隔が拡がる。従って、図５に示すように、ベアリング１０６の第１列の下方側では内外輪１０６ａ、１０６ｂとボール１０６ｃ間に隙間が生じ、外輪１０６ｂが矢印Ｇ方向に回転するのに伴いボール１０６ｃも矢印Ｇ方向に転動し、ボール１０６ｃは最下部に至る少し前の位置で、重力と遠心力により内輪１０６ａ側から外輪１０６ｂ側に落下し、その際に衝突音が発生するものである。
【０００８】
一方、図６に示すように、ベアリング１０６の第２列の上方側では内外輪１０６ａ、１０６ｂとボール１０６ｃ間に隙間が生じるため、ボール１０６ｃは最上部付近で重力により落下し、ボール１０６ｃと内輪１０６ａとの衝突音が発生する。
そして、回転数が高くなるとボール１０６ｃに作用する遠心力が増加し、ボール１０６ｃが常時外輪１０６ｂに接することになるため音は発生しなくなる。従って、低回転域でのみ使用される場合や、車両用エンジンのように低回転域から高回転域まで回転数が変動する駆動源によって回転される場合に、上記の異音の問題が生じるものである。
【０００９】
なお、圧縮機１２０周囲温度が高い時は、アルミニュウム製の円筒ボス部１２２と鉄製の内輪１０６ａとの線膨張係数の差により、内輪１０６ａが円筒ボス部１２２によって押し拡げられて、ベアリング１０６のラジアル方向隙間が減少し、音が発生しにくくなる。
また、ベアリング１０６内に所定の粘度のグリースが十分入っておれば、グリースがクッション材的な役割を果たすため、この場合も音は発生しにくい。
【００１０】
ところで、本発明者がさらに他の回転装置についても調べたところ、車両用エンジンにて駆動され、かつ複列アンギュラ形玉軸受を使用した回転装置では、同様のメカニズムで異音が発生することがわかった。その回転装置の例としては、車両用空調装置の可変容量圧縮機にエンジンの回転を常時伝達し、かつ圧縮機ロック等の過負荷時に圧縮機への回転伝達経路を遮断するトルクリミッター機能を持つ回転伝達装置（回転装置）や、車両の補機駆動用ベルトの張力を調整するベルトテンショナー（回転装置）等がある。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、回転部材をベアリングで支持する回転装置や電磁クラッチにおいて、ボールと内外輪の衝突により発生していたベアリングからの異音を防止することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回転駆動源からの回転力を受けて回転する回転部材（２）と、この回転部材（２）の内周部に嵌合されて回転部材（２）を回転自在に支持するベアリング（３）と、このベアリング（３）の内周部に嵌合されてベアリング（３）を支持する支持部材（１２２）とを備える回転装置において、ベアリング（３）は、内輪（３１）と外輪（３２）の間に多数のボール（３３）が単列配置され、この各々のボール（３３）が内輪（３１）と２点で接触可能であると共に外輪（３２）と２点で接触可能に構成され、回転部材（２）に対してベアリング（３）の径方向に作用する力（Ｄ）の作用線（Ｅ）と、ベアリング（３）のボール（３３）中心点を通る径方向中心線（Ａ）とが、ベアリング（３）の軸方向にずれており、前記作用線（Ｅ）と前記径方向中心線（Ａ）との軸方向のずれと外力によるモーメントにより、外輪（３２）が傾いた際に、ボール（３３）が内輪（３１）と１点で接触すると共に外輪（３２）と１点で接触することを特徴とする。
【００１３】
これによれば、ボール（３３）が単列配置され、各々のボール（３３）が内輪（３１）と２点で接触可能であると共に外輪（３２）と２点で接触可能にしているため、外力により外輪（３２）が傾けられた場合でも、各ボール（３３）と内輪（３１）の２つの接触点のうち一方の接触点は離れるものの他方の接触点は接触状態が常に保たれ、同様に各ボール（３３）と外輪（３２）との間においても一方の接触点で接触状態が常に保たれる。
【００１４】
従って、従来のようなボール（３３）が重力により落下して音が発生するという現象が発生しなくなり、ベアリング（３）からの異音発生を防止することができる。
なお、各々のボール（３３）が内輪（３１）と２点で接触可能であると共に外輪（３２）と２点で接触可能であっても、仮にボール（３３）を２列配置した場合は、外輪（３２）が傾くことにより、２列のうち一方の列側では外輪（３２）が内輪（３１）側に押され、他方の列側では外輪（３２）が内輪（３１）から遠ざかり、従って他方の列側で内外輪（３１、３２）とボール（３３）間に隙間が発生してしまう。
【００１５】
これに対し、本発明ではボール（３３）を単列配置しているためそのような隙間は発生せず、上記のように各ボール（３３）が内外輪（３１、３２）に各々１点ずつ接触した状態が常に保たれる。
【００１８】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の回転装置と、通電によって電磁力を発生する電磁コイル（５）と、従動側機器（１２０）に連結された従動側回転部材（８、１２）とを備え、電磁コイル（５）の発生する電磁力によって従動側回転部材（８、１２）を回転部材（２）に吸着して、回転部材（２）の回転を従動側機器（１２０）に伝達することを特徴としている。
【００１９】
これによれば、電磁コイル（５）への通電の断続によって、従動側機器（１２０）への回転の伝達を断続する電磁クラッチにおいて、請求項１と同様の効果が得られる。なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す一実施形態について説明する。
図１は本発明を電磁クラッチ（回転装置）に適用した例を示すもので、１は駆動側プーリで、ベルト１１０を介して車両用エンジンから回転力を受けて回転するものである。このプーリ１は多重Ｖベルト１１０が係合される多重Ｖ溝を持ったプーリ部１ａが一体形成されており、鉄系金属で製作されている。
【００２１】
２は断面コの字形状の２重円筒形状に形成された駆動側ロータ（回転部材）で、鉄系金属（強磁性体）で製作されており、プーリ１とは溶接等の接合手段で一体に接合されている。このロータ２の内周部には、ベアリング３（詳細後述）が圧入され、このベアリング３によりロータ２は、圧縮機（従動側機器）１２０のアルミニュウム製のフロントハウジング１２３の円筒ボス部１２２（支持部材）に回転自在に支持されるようになっている。ベアリング３は円筒ボス部１２２の外周に嵌合され、サークリップ１２４にて位置決め固定されている。ここで、圧縮機は車両用空調装置の冷凍サイクルの冷媒圧縮用のものである。
【００２２】
４は固定磁極部材としての役割を果たすコイルハウジングで、断面コの字形状の２重円筒形状に鉄系金属（強磁性体）で形成されている。このコイルハウジング４の内部には電磁コイル５が樹脂部材６により絶縁固定されている。この樹脂部材６はエポキシ樹脂、不飽和ポリエステルのような比較的低温（１３０〜１４０°Ｃ）で成形できる樹脂材料をコイルハウジング４の内部空間に注入し成形したものである。
【００２３】
また、コイルハウジング４は前記ロータ２の断面コの字形状の内部空間内に微小隙間を介して配設されており、このコイルハウジング４の背面部には鉄系金属でリング状に形成されたステー７が点溶接等により接合されている。このステー７を介してコイルハウジング４は圧縮機１２０のフロントハウジング１２３に固定されるようになっている。
【００２４】
前記ロータ２の半径方向に延びる摩擦面２ａには円周方向に延びる円弧状の磁気遮断溝２ｂ、２ｃが形成してあり、さらに半径方向外方の磁気遮断溝２ｂの部位には摩擦材２ｄが配設され、伝達トルクの向上を図るようにしてある。
８はロータ２の摩擦面２ａに対向して配設されたアーマチャで、リング状に鉄系金属（強磁性体）で形成されている。このアーマチャ８は電磁コイル５の非通電時には後述する弾性部材９の弾性力によりロータ２の摩擦面２ａから所定の微小距離離れた位置に保持されるようになっている。このアーマチャ８にも、円周方向に延びる円弧状の磁気遮断溝８ａが形成されている。
【００２５】
電磁コイル５への通電により発生する磁束が流れる磁気回路は、上記ロータ２、コイルハウジング４およびアーマチャ８により構成されている。
１０は鉄系金属からなるリベットで、アーマチャ８を鉄系金属からなるリング状の保持部材１１に固定するものである。前記弾性部材９は保持部材１１の円筒部１１ａの内周面と、ハブ１２の外側円筒部１２ａの外周面との間に配置され、この両部材１１、１２に対して一体成形されて一体に結合されている。なお、アーマチャ８およびハブ１２が、従動側回転部材の主要部を構成している。
【００２６】
前記弾性部材９は前記両部材１１、１２の間に円筒状に成形されており、その材質としては、自動車の使用環境温度範囲（−３０°Ｃ〜１２０°）に対して、トルク伝達およびトルク変動吸収の面で優れた特性を発揮するゴムを用いることが好ましく、具体的には、塩素化ブチルゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム等のゴムがよい。
【００２７】
前記ハブ１２は鉄系金属にて形成されており、ハブ１２の中心円筒部１２ｂの内周には、圧縮機１２０の回転軸１２１がスプライン結合により回り止め嵌合され、ハブ１２と圧縮機１２０の回転軸１２１はボルト１３０により一体に締めつけ固定されている。
前記ベアリング３は、いわゆる単列４点接触形玉軸受で、図２に示すように、リング状の内輪３１とリング状の外輪３２が同心状に配置され、内輪３１と外輪３２との間に形成されたリング状の空間３４に多数のボール３３が単列配置されている。
【００２８】
空間３４に配置されるリング状のリテーナ３５は、ボール３３が遊嵌合される穴部３５ａが周方向に均等な間隔で所定の数だけ形成され、ボール３３はその穴部３５ａに挿入されて周方向に均等な間隔で配置される。ここで、内輪３１、外輪３２およびボール３３の材質は、いずれもＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼）であり、リテーナ３５は強度面および成形性の面で優れるナイロンよりなる。
【００２９】
内輪３１と外輪３２の両側には溝３１ａ，３２ａが形成され、この溝３１ａ，３２ａに、耐油性・耐熱性に富むゴム（例えばニトリルゴム）で形成したリップ３６ａと金属製のプレート３６ｂとからなるオイルシール３６（シール手段）が組付けられている。そして、このオイルシール３６によって空間３４が密閉され、この密閉された空間３４にグリース（＊望ましい特性、具体例等）が封入されている。
【００３０】
各々のボール３３が、内輪３１と２点で接触可能で、かつ外輪３２と２点で接触可能にするために、内外輪３１、３２を次のように加工している。
まず、内輪３１の第１軌道面３１ｂと第２軌道面３１ｃを、ボール３３の半径よりも少し大きな一定の曲率半径で加工することにより、ボール３３と内輪３１が２つの接触点３１ｄ，３１ｅで接触するようにし、また外輪３２の第１軌道面３２ｂと第２軌道面３２ｃも、ボール３３の半径よりも少し大きな一定の曲率半径で加工することにより、ボール３３と外輪３２が２つの接触点３２ｄ，３２ｅで接触するようにしている。また、接触角αが約２０°になるように加工されている。
【００３１】
さらに接触点３１ｄ，３１ｅ，３２ｄ，３２ｅの位置関係を説明すると、ボール３３の中心点を通るベアリング３の径方向中心線Ａを基準として、ベアリング３軸方向の一端側（図２で左側）に内輪３１の第１接触点３１ｄと外輪３２の第１接触点３２ｄが位置し、ベアリング３軸方向の他端側に内輪３１の第２接触点３１ｅと外輪３２の第２接触点３２ｅが位置する。
【００３２】
次に、上記構成において実施形態の作動を説明する。
まず、自動車エンジンのクランクプーリの回転がベルト１１０を介してプーリ１に伝達され、このプーリ１と一体にロータ２は常時回転している。
上記の状態において、車両用空調装置を作動させるため、電磁コイル５に通電されると、コイルハウジング４からロータ２、およびアーマチャ８を経てコイルハウジング４に戻る磁気回路に磁束が流れる。これにより、ロータ２の摩擦面２ａとアーマチャ８との間に電磁吸引力が発生するので、アーマチャ８は弾性部材９の軸方向弾性力（図１の左方向への力）に抗してロータ２の摩擦面２ａに吸引、吸着される。
【００３３】
この結果、ロータ２とアーマチャ８が一体となって回転し、さらにアーマチャ８からリベット１０、保持部材１１、および弾性部材９を介してハブ１２に回転が伝達される。このハブ１２には圧縮機１２０の回転軸１２１が一体に結合されているので、この圧縮機１２０の回転軸１２１にプーリ１の回転が伝達され、圧縮機１２０が作動する。
【００３４】
ここで、圧縮機４の正常運転時には、ゴム製の弾性部材９が圧縮機の作動によるトルク変動を吸収する役割を果たしている。
一方、電磁コイル５への通電を絶つと、アーマチャ８は弾性部材９の軸方向弾性力（図１の左方向への力）によりロータ２の摩擦面２ａから引き離され、圧縮機１２０へは回転が伝達されなくなる。
【００３５】
ところで、電磁コイル５への通電状態にかかわらず、エンジン回転中はその回転がベルト１１０を介してプーリ１に伝達され、プーリ１とロータ２は常時回転している。そして、ベルト１１０のテンションＤの作用線Ｅとベアリング３の径方向中心線Ａとが、ベアリング３の軸方向にずれており、しかもベアリング３は、内外輪３１、３２とボール３３間に微小（４０μ程度）のラジアル方向隙間を持っているため、ベルト１１０のテンションＤによるモーメントにより、外輪３２がプーリ１やロータ２と共に図１で反時計方向に微小ながら回動されて傾く。
【００３６】
ここで、ベアリング３は、各々のボール３３が内輪３１と２点で接触すると共に外輪３２と２点で接触する、いわゆる単列４点接触形玉軸受であることから、上記のように外輪３２が微小回動された場合でも、各々のボール３３は少なくとも内外輪３１、３２に各々１点ずつ接触した状態が常に保たれる。
すなわち、外輪３２の反時計方向への微小回動により、図１において上方に位置するボール３３は、内輪３１の第２軌道面３１ｃおよび外輪３２の第１軌道面３２ｂからは離れるものの、内輪３１の第１軌道面３１ｂ上の第１接触点３１ｄで接触すると共に、外輪３２の第２軌道面３２ｃ上の第２接触点３２ｅで接触している。また、図１において下方に位置するボール３３は、内輪３１の第１軌道面３１ｂおよび外輪３２の第２軌道面３２ｃからは離れるものの、内輪３１の第２軌道面３１ｃ上の第２接触点３１ｅで接触すると共に，外輪３２の第１軌道面３２ｃ上の第１接触点３２ｄで接触している。
【００３７】
このように、各々のボール３３は少なくとも内外輪３１、３２に各々１点ずつ接触した状態であるため、従来のようにボール３３が重力により落下して音が発生するという現象が発生しなくなり、ベアリング３からの異音発生を防止することができる。
なお、各々のボール３３が内輪３１と２点で接触可能であると共に外輪３２と２点で接触可能であっても、仮にボール３３を２列配置した場合は、外輪３２が傾くことにより、２列のうち一方の列側では外輪３２が内輪３１側に押され、他方の列側では外輪３２が内輪３１から遠ざかり、従って他方の列側で内外輪３１、３２とボール３３間に隙間が発生してしまう。
【００３８】
これに対し、本実施形態ではボール３３を単列配置しているためそのような隙間は発生せず、上記のように各ボール３３が内外輪３１、３２に各々１点ずつ接触した状態が常に保たれる。
また、ボール３３が配置される空間３４にグリースを封入しているから、グリースがクッション材的な役割を果たし、これによってもボール３３と内外輪３１、３２との衝突による異音発生を防止することができる。
【００３９】
しかも、グリースが封入された空間３４はオイルシール３６によってシールされているので、グリース洩れが防止され、グリースによる異音発生防止効果が継続的に得られる。
ところで、ベルト１１０のテンションＤの作用線Ｅとベアリング３の径方向中心線Ａとが完全に一致している場合は、外輪３２は傾かずに図１の下方に向かって真っ直ぐに押され、それにより図１の下方で内外輪３１、３２間の間隔が拡がる。従って、その位置では内外輪３１、３２とボール３３間に隙間が生じ、仮にグリースがない場合はボール３３が内外輪３１、３２に衝突して異音が発生する。
【００４０】
これから理解されるように、ベルト１１０のテンションＤの作用線Ｅとベアリング３の径方向中心線Ａとが、ベアリング３の軸方向にずれていて、外力により外輪３２が傾けられる場合に本発明は特に有効で、このような回転装置にいわゆる単列４点接触形玉軸受を採用することにより、外輪３２が傾けられるのを利用して各ボール３３が内外輪３１、３２に各々１点ずつ接触した状態を保ち、ボール３３と内外輪３１、３２との衝突による異音発生を防止することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態では、内外輪３１、３２の軌道面３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃを一定の曲率半径としたが、必ずしもそれを一定にする必要はない。例えば、軌道面３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃにおけるボール３３が接触する部位は、ボール３３の半径よりも少し大きな曲率半径とし、そこから離れた位置ではさらに大きな曲率半径にしてもよいし、また軌道面３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃ全域で曲率半径を連続的に変化させてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態では、本発明を電磁クラッチに適用した例を示したが、本発明はその他の回転装置にも適用可能である。その回転装置の例としては、▲１▼車両用空調装置の可変容量圧縮機にエンジンの回転を常時伝達し、かつ圧縮機ロック等の過負荷時に圧縮機への回転伝達経路を遮断するトルクリミッター機能を持つ回転伝達装置や、▲２▼車両のエンジンに位置調整機構を介して取り付けられ、位置調整機構で位置を調整することにより補機駆動用ベルトの張力を調整するベルトテンショナー等がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図１のベアリングの拡大縦断面図である。
【図３】従来装置を示す縦断面図である。
【図４】図３の要部の拡大縦断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図３のＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
２…ロータ（回転部材）、３…ベアリング、３１…内輪、３２…外輪、
３１ｂ，３１ｃ，３２ｂ，３２ｃ…軌道面、３３…ボール、
３４…空間、３６…オイルシール（シール手段）、
８、１２…従動側回転部材の主要部を構成するアーマチャおよびハブ、
１２０…圧縮機（従動側機器）、１２２…円筒ボス部（支持部材）。

Claims (2)

1. 回転駆動源からの回転力を受けて回転する回転部材（２）と、この回転部材（２）の内周部に嵌合されて回転部材（２）を回転自在に支持するベアリング（３）と、このベアリング（３）の内周部に嵌合されてベアリング（３）を支持する支持部材（１２２）とを備える回転装置において、
   前記ベアリング（３）は、内輪（３１）と外輪（３２）の間に多数のボール（３３）が単列配置され、この各々のボール（３３）が、前記内輪（３１）と２点で接触可能であると共に前記外輪（３２）と２点で接触可能に構成され、
   前記回転部材（２）に対して前記ベアリング（３）の径方向に作用する力（Ｄ）の作用線（Ｅ）と、前記ベアリング（３）のボール（３３）中心点を通る径方向中心線（Ａ）とが前記ベアリング（３）の軸方向にずれており、
   前記作用線（Ｅ）と前記径方向中心線（Ａ）との軸方向のずれと外力によるモーメントにより、前記外輪（３２）が傾いた際に、前記ボール（３３）が前記内輪（３１）と１点で接触すると共に前記外輪（３２）と１点で接触することを特徴とする回転装置。
2. 請求項１に記載の回転装置と、通電によって電磁力を発生する電磁コイル（５）と、従動側機器（１２０）に連結された従動側回転部材（８、１２）とを備え、前記電磁コイル（５）の発生する電磁力によって前記従動側回転部材（８、１２）を前記回転部材（２）に吸着して、前記回転部材（２）の回転を前記従動側機器（１２０）に伝達することを特徴とする電磁クラッチ。

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