JP4412991B2 - 電磁式クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、エンジン等の外部駆動源の回転力を圧縮機等の駆動機器に断続的に伝達する電磁式クラッチに関するものである。

従来、この種の電磁式クラッチとして、特許文献に記載されたものが知られている。

この公報に記載された電磁式クラッチは、外部駆動源により回転され電磁コイルを備えたロータと、ロータに脱着自在のアーマチュア板と、主軸に連結されたボスと、アーマチュア板とボスを連結する板バネとを有する構造となっている。

また、電磁コイルに通電されていないときは板バネの弾発力によりアーマチュア板がロータから離隔するよう付勢され、ロータの回転力がアーマチュアに伝達されることがない。一方、電磁コイルに通電されたときはアーマチュア板が板バネの弾発力に抗してロータに吸着され、ロータとアーマチュア板が結合される。この両者の結合により、ロータの回転力がアーマチュア板に伝達され、次いでアーマチュア板の回転力が板バネを介してボスに伝達され、そして、ボスの回転力が主軸に伝達される。

ここで、外部駆動源が自動車のエンジンであり、また、主軸が圧縮機の回転シャフトであるときは、電磁式クラッチの断続的な接続により、圧縮機が断続的に運転される。
実開平７−３５８３０号公報

しかしながら、前記従来の電磁式クラッチでは、アーマチュア板とロータとの結合力を電磁コイルの起磁力にのみに頼っているため、圧縮機のトルク容量を増大させるためには、電磁コイル及びロータの大型化が避けられず、電磁クラッチの軽量化及び省電力化が阻害されていた。また、電磁コイルの大型化により自己インダクタンスが増大するため、クラッチの切れが悪く、ロータからアーマチュア板が離脱するときに発生する離脱音が非常に大きくなっていたし、また、起磁力が大きい分、アーマチュア板とロータとの結合初期時の同期時間が短かく、ロータの回転力が衝撃力となってアーマチュア板に伝達され、圧縮機の内部部品に悪影響を与えるという問題点を有していた。

このような問題点を解決するため、出願人は特願２００３−２０１３２２号に記載された電磁式クラッチを提案した。

この電磁式クラッチに用いられる板バネは、ボスからアーマチュア板に向かって所定の傾斜角度で延在した傾斜部を有するように形成され、また、板バネの延在方向がアーマチュア板の回転方向に対して鈍角に交叉するよう形成されたものとなっている。

この電磁式クラッチによれば、ロータの回転力がアーマチュア板に伝達されるとき、板バネの延在方向とアーマチュア板の回転方向が鈍角に交叉しているため、板バネにアーマチュア板からボスに向かって圧縮力が加わる。また、板バネが傾斜しているため、この圧縮力がアーマチュア板をロータに向かって押し付ける押し付け力として作用する。そして、この押し付け力がアーマチュア板とロータとの結合力として作用する。これにより、アーマチュア板とロータとの結合力は電磁コイルによる起磁力と前述の押し付け力を合計した値となり、押し付け力が付加された分、電磁コイルの起磁力が小さくて済む構造となっている。

ここで、後者の電磁式クラッチでは、板バネに圧縮力が加わるため、その分板バネの強度を高くする必要があり、板バネの厚さ寸法を大きくしている。

しかしながら、板バネを厚くすればするほど板バネの強度が向上するが、アーマチュア板をロータに吸着する際に必要とする起磁力が逆に大きくなり、電磁コイルの起磁力を十分に低くすることができないという問題点を有していた。

本発明の目的は前記従来の課題に鑑み、電磁コイルの起磁力を小さくできる電磁式クラッチを提供することにある。

本発明は前記課題を解決するため、請求項１の発明は、電磁コイルと、ロータと、ロータに脱着自在のアーマチュア板と、主軸に連結されたボスと、一端がアーマチュア板に連結され他端がボスに連結されるとともに電磁コイルに通電されていないときはアーマチュア板がロータから離隔するよう付勢され、また、電磁コイルに通電されたときはアーマチュア板がその付勢力に抗してロータに吸着されるよう弾発力が設定された板バネとを備えた電磁式クラッチにおいて、板バネはボスからアーマチュア板に向かって所定の傾斜角度で延在した傾斜部を有するとともに板バネの延在方向がアーマチュア板の回転方向に対して鈍角に交叉するよう形成し、板バネの一端と傾斜部との間にはアーマチュア板に対して平行に延在した第１延長部を付加した構造となっている。

請求項１の発明によれば、ロータとアーマチュア板が結合しロータの回転力がアーマチュア板に伝達されるとき、板バネの延在方向とアーマチュア板の回転方向が鈍角に交叉しているため、板バネに圧縮力が生ずる。また、板バネが傾斜しているため、この圧縮力がアーマチュア板をロータに向かって押し付ける押し付け力として作用する。そして、この押し付け力がアーマチュア板とロータとの結合力として作用する。従って、アーマチュア板とロータとの結合力は電磁コイルによる起磁力と前述の押し付け力を合計した値となり、押し付け力が付加された分、電磁コイルの起磁力が小さくて済む。また、板バネに第１延長部を付加して板バネの長さ寸法が長くなっているので、板バネを延長した分、単位面積当たりに加わる前述の圧縮力を小さくすることができ、従って板バネの厚さ寸法を大きくする必要がない。

請求項２の発明は、板バネの他端と傾斜部との間に第２延長部を付加して、単位面積当たりに加わる圧縮力を小さくしている。

請求項３の発明は、請求項１の第１延長部と請求項２の第２延長部を付加して、単位面積当たりに加わる圧縮力を更に小さくしている。

請求項４及び請求項５の発明は、板バネの他端側の外面を覆うように傾斜板に向かって延在した第１補強板を有する構造となっている。請求項４及び請求項５の発明によれば、板バネの圧縮力に伴い最も弾性変形し易い場所、即ち、板バネの他端側に第１補強板を設け、板バネの外側への変形を第１補強板で受けて弾性変形を抑制しているので、この抑制された分、ロータに対する押し付け力となって作用する。

請求項６の発明は、板バネの他端側の内側面を覆うように傾斜板に向かって延在した第２補強板を有する構造となっている。請求項６の発明によれば、板バネの他端側に第１補強板を設け、板バネの内側への変形を第２補強板で受けて弾性変形を抑制しているので、この抑制された分、ロータに対する押し付け力となって作用する。

なお、請求項１乃至６の発明において、板バネを高弾性部材で形成するときは、弾性力が向上した分、僅かな吸引力で弾性変形し、電磁コイルの吸引電圧を低くすることができる（請求項７）。

本発明によれば、板バネの長さ寸法を長くして単位面積当たりに加わる圧縮力を小さくしたり、又は、板バネの他端側に補強板を設置してロータへの押し付け力を大きくしている。従って、電磁コイルの起磁力を小さくでき、省エネ効果が向上する。

図１乃至図６は本発明に係る電磁式クラッチの第１実施形態を示すもので、図１は電磁式クラッチの正面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢印方向の断面図、図３は従来の板バネを用いたバネ押し付け力の発生原理を示す側面図、図４は本実施形態のアーマチュア板とロータとの非連結状態を示す側面図、図５は本実施形態のアーマチュア板とロータとの連結状態を示す側面図、図６は本実施形態のアーマチュア板の連結回転状態を示す側面図である。

本実施形態に係る電磁式クラッチ１は圧縮機２に使用されるもので、圧縮機２の回転シャフト３への回転力を断続的に伝達する機能を有している。また、回転シャフト３の先端は環状のフランジ４ａを有するボス４に螺着しており、電磁式クラッチ１からの回転力が後述するようにフランジ４ａを通じて伝達されるようになっている。

電磁式クラッチ１は環状のロータ１０、アーマチュア板２０と、連結板３０と、板バネ４０とを有している。

ロータ１０は、内輪１１と、外輪１２と、内輪１１及び外輪１２の前端を連結する前面プレート１３とからなり、内輪１１と外輪１２との間に電磁コイル５０が介在されている。電磁コイル５０に通電するときはロータ１０全体が電磁石となりアーマチュア板２０を吸着するようになっている。

ロータ１０の外輪１２に形成されたベルト掛け溝１２ａには外部駆動源、例えば図示しない自動車エンジンの回転力が伝達されたベルトが巻き付けられている。また、内輪１１の内側には圧縮機２のフロントハウジング５が貫通している。フロントハウジング５と内輪１１との間に玉軸受け６が介装されている。以上のようにロータ１０を構成することにより、エンジンの回転力がロータ１０に伝達され、ロータ１０がフロントハウジング５を中心に回転することとなる。

アーマチュア板２０は磁性体材料で形成されており、例えば鉄系の材料で形成されている。また、アーマチュア板２０は環状に形成され、ロータ１０の前面プレート１３と間隔をおいて対向するよう配置されている。

連結板３０は、アーマチュア板２０の前方に間隔をおいて配置されているもので、図１に示すように、略正三角形状に形成された金属プレートで形成されている。連結板３０の３箇所の角部分には防振ゴム３１が固着されている。防振ゴム３１は連結板３０を貫通してアーマチュア板２０の前面に当接しており、連結板３０の振動を減衰するよう機能している。

板バネ４０は鉄系金属で形成されたもので３個有する。板バネ４０の一端４１ａはアーマチュア板２０の外周寄りにリベット４２で固着されている。板バネ４０の他端４１ｂはボス４のフランジ４ａに介装されたスペーサ４３を介してリベット４４にてフランジ４ａに連結されている。また、板バネ４０はアーマチュア板２０をロータ１０の前面プレート１３から離隔するよう付勢している。

また、板バネ４０は、図１に示すように、他端４１ｂから一端４１ａに向かって延びており、板バネ４０の延在方向がアーマチュア板２０の回転方向（図１の２点鎖線矢印）に対して鈍角に交叉するよう設計されている。即ち、図１に示すように、板バネ４０の延在方向（２点鎖線Ｌ１）とアーマチュア板２０の外周と交わる点における接線（２点鎖線Ｌ２）とが鈍角θ１となっている。また、図２に示すように、板バネ４０の両端４１ａ，４１ｂはアーマチュア板２０及び連結板３０と平行に形成されているが、一端４１ａと他端４１ｂとの間は斜めに傾斜する傾斜部４０ａとなっている。

本実施形態によれば、電磁コイル５０に通電されていないときは、板バネ４０の付勢力によりロータ１０とアーマチュア板２０は離隔しており、ロータ１０の回転力がアーマチュア板２０に伝達されることがない。

電磁コイル５０に通電されたときはロータ１０が電磁石となる。これにより、ロータ１０に起磁力が発生するため、板バネ４０の付勢力に抗してアーマチュア板２０がロータ１０の前面プレート１３に吸着され、ロータ１０とアーマチュア板２０が結合する。両者の結合により、ロータ１０の回転力がアーマチュア板２０に伝達され、この回転力が板バネ４０、スペーサ４３、ボス４、回転シャフト３と順次伝達され、回転シャフト３が回転する。この回転シャフト３の回転力により圧縮機２が冷媒の吸入・圧縮作用を発揮する。

本実施形態に係る電磁式クラッチ１はアーマチュア板２０の回転方向と板バネ４０の延在方向が鈍角θ１で交わっているため、アーマチュア板２０の回転力が板バネ４０の圧縮力として作用する。また、板バネ４０が傾斜しているため、この圧縮力がアーマチュア板２０をロータ１０に向かって押し付ける押し付け力として作用する。従って、アーマチュア板２０とロータ１０との結合力として、この押し付け力が付加されるため、電磁コイル５０の起磁力を小さくすることができる。

以上の作用を図３を参照して説明する。アーマチュア板２０が回転するとき前述したように板バネ４０に圧縮力が発生する。ここで、この圧縮力をＰ、アーマチュア板２０とロータ１０の摩擦による伝達力をＴ、この伝達力Ｔの反力をＴ１、板バネ４０の押し付け力ＦＮとするとき、図３に示すように、圧縮力Ｐが板バネ４０が傾斜している分、アーマチュア板２０に向かって押し付け力ＦＮが発生する。

また、電磁コイル５０への電流値を最小限とするためには、押し付け力ＦＮを大きく（板バネ４０の傾斜角度αを大きく）すればよいが、一方、押し付け力ＦＮが過剰となるときは、たとえ電磁コイル５０への通電を終了したとしても、アーマチュア板２０とロータ１０との摩擦抵抗により両者１０，２０の結合を解くことが不可能となる。そこで、両者１０，２０の結合を解除できる最大の傾斜角度αを算出した。ここで、摩擦係数をμとするとき、
μ・ＦＮ＝Ｔ…(1)
ＦＮ＝Ｔ・ｔａｎα…(2)
(1)式と(2)式から、
μ・Ｔ・ｔａｎα＝Ｔ
従って、
ｔａｎα＝１／μ
となる。

ここで、μ＝０．５（通常の摩擦係数）とするとき、
α＝６３°となる。

従って、板バネ４０の傾斜角度αを６３度以下で設定すればよいことが分かった。

以上のような構成は特許文献に記載の従来の電磁クラッチと同様ではあるが、板バネ４０に対する圧縮力Ｐが大きく、板バネ４０が座屈するおそれがあるため、板バネ４０の厚さ寸法ｔを大きくしている。

しかしながら、板バネ４０の厚さ寸法を大きくするときは、前述したように、板バネ４０の剛性が高くなり電磁コイル５０の起磁力を大きく設定する必要がある。

そこで、本実施形態に係る板バネ４０’はその厚さ寸法を小さくする一方、長さ寸法を長くしている。即ち、板バネ４０’の厚さ寸法ｔ１は従来の板バネ４０の厚さ寸法ｔよりも小さく形成している。一方、板バネ４０’の長さ寸法は傾斜部４０ａの長さＷについては従来例と同様となっているが、板バネ４０’の一端４１ａと傾斜部４０ａとの間には第１延長部４５ａをＷ１の長さに亘って延在し、また、板バネ４０’の他端４５ｂと傾斜部４０ａとの間には第２延長部４５ｂをＷ２の長さに亘って延在している。これにより、本実施形態の板バネ４０’の長さが従来のそれよりも長くなっている。また、各延長部４５ａ，４５ｂはそれぞれアーマチュア板２０と平行になっている。

次に、ロータ１０とアーマチュア板２０との連結時及び連結回転時における、板バネ４０’の状態を図４乃至図６を参照して説明する。先ず、ロータ１０とアーマチュア板２０とが非連結状態のときは、図４に示すように、板バネ４０’の付勢力によりアーマチュア板２０がロータ１０から離隔した状態となっている。ここで、電磁コイル５０に通電されるときはロータ１０が磁化し、図５に示すように、アーマチュア板２０がロータ１０に吸着される。この際、板バネ４０’の第１延長部４５ａ側が特に弾性変形する。このようなアーマチュア板２０の吸着によりロータ１０の回転力がアーマチュア板２０に伝達され、更に板バネ４０’に伝達される。これにより、図６に示すように、板バネ４０’に前述の圧縮力Ｐが加わるため、板バネ４０’の他端４１ｂ側が弾性変形し、この弾性変形状態でボス４に回転力が伝達される。

本実施形態によれば、前述の如く、板バネ４０’が（Ｗ１＋Ｗ２）の長さに亘って従来の板バネ４０より長くなっており、板バネ４０’を延長した分、単位面積当たりに加わる前述の圧縮力Ｐを小さくすることができ、板バネ４０’の厚さ寸法を大きくする必要がない。従って、電磁コイル５０への励磁電圧を小さくすることができ、省エネを図ることができる。

図７は本発明に係る電磁式クラッチの第２実施形態を示すものである。本実施形態は前記第１実施形態に第１補強板４６ａを１枚付加している。即ち、板バネ４０’の他端４１ｂの外面に第１補強板４６ａを配置し、第１補強板４６ａとスペーサ４３との間に板バネ４０’の他端４１ｂを挟み込んで固定している。また、第１補強板４６ａは傾斜部４０ａに向かって延在され第２延長部４５ａの外面を覆うように配置されている。

本実施形態によれば、アーマチュア板２０の回転に伴い、その圧縮力Ｐによって板バネ４０’の他端４１ｂ側が外側に湾曲するときでも、この湾曲部分が第１補強板４６ａに当たって弾性曲げ変形が抑制される。そして、板バネ４０’が抑制された分、ロータ１０に対する押し付け力ＦＮとなって作用するため、電磁コイル５０への励磁電圧を更に低くすることができる。

なお、その他の構成、作用は前記第１実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

図８は本発明に係る電磁式クラッチの第３実施形態を示すものである。本実施形態は前記第２実施形態の第１補強板４６ａに加え第２補強板４６ｂを付加している。

即ち、板バネ４０’の他端４１ｂの外面に第２補強板４６ｂを配置し、第１補強板４６ａと第２補強板４６ｂとの間に板バネ４０’の他端４１ｂを挟み込んで固定している。また、第２補強板４６ａは傾斜部４０ａに向かって延在され第２延長部４５ａの内面を覆うように配置されている。

本実施形態によれば、アーマチュア板２０の回転に伴い、その圧縮力Ｐによって板バネ４０’の他端４１ｂ側が外側に湾曲するときでも、或いは、内側に湾曲するときでも、この湾曲部分が各補強板４６ａ，４６ｂに当たって弾性曲げ変形が抑制される。そして、板バネ４０’が抑制された分、ロータ１０に対する押し付け力ＦＮとなって作用するため、電磁コイル５０への励磁電圧を更に低くすることができる。その他の構成、作用は前記第２実施形態と同様であるため、その説明を省略する。

なお、前記第１実施形態では第１延長部４５ａと第２延長部４５ｂの両者を備えているが、いずれか一方を備えたものでもよい。また、前記第２実施形態においても第１延長部４５ａと第２延長部４５ｂの両者を備えているが、いずれの延長部４５ａ，４５ｂも持たない電磁式クラッチにも適用できることは言うまでもない。更に、板バネ４０’を高弾性部材で形成するときは、弾性力が向上した分、僅かな吸引力で弾性変形し、電磁コイル５０の吸引電圧を低くすることができる。更にまた、前記各実施形態の電磁式クラッチとして電磁コイル５０がロータ１０とともに回転するコイル回転型のもの示したが、これに限るものではない。図示しないが、電磁コイルが回転しない、いわゆるコイル固定型のものであってもよいことは勿論である。

電磁式クラッチの正面図 図１のＡ−Ａ線矢印方向の断面図 従来の板バネを用いたバネ押し付け力の発生原理を示す側面図 第１実施形態のアーマチュア板とロータとの非連結状態を示す側面図 第１実施形態のアーマチュア板とロータとの連結状態を示す側面図 第１実施形態のアーマチュア板の連結回転状態を示す側面図 第２実施形態のアーマチュア板とロータとの非連結状態を示す側面図 第３実施形態のアーマチュア板とロータとの非連結状態を示す側面図

符号の説明

１…電磁式クラッチ、４…ボス、１０…ロータ、２０…アーマチュア板、４０，４０’…板バネ、４０ａ…傾斜部、４１ａ…一端、４１ｂ…他端、４３…スペーサ、４５ａ…第１延長部、４５ｂ…第２延長部、４６ａ…第１補強板、４６ｂ…第２補強板、５０…電磁コイル。

Claims (7)

1. 電磁コイルと、ロータと、該ロータに脱着自在のアーマチュア板と、主軸に連結されたボスと、一端が該アーマチュア板に連結され他端が該ボスに連結されるとともに該電磁コイルに通電されていないときは該アーマチュア板が該ロータから離隔するよう付勢され、また、該電磁コイルに通電されたときは該アーマチュア板がその付勢力に抗して該ロータに吸着されるよう弾発力が設定された板バネとを備えた電磁式クラッチにおいて、
   前記板バネは前記ボスから前記アーマチュア板に向かって所定の傾斜角度で延在した傾斜部を有するとともに該板バネの延在方向が該アーマチュア板の回転方向に対して鈍角に交叉するよう形成し、
   前記板バネの一端と前記傾斜部との間には前記アーマチュア板に対して平行に延在した第１延長部を付加した
   ことを特徴とする電磁式クラッチ。
2. 電磁コイル、ロータと、該ロータに脱着自在のアーマチュア板と、主軸に連結されたボスと、一端が該アーマチュア板に連結され他端が該ボスに連結されるとともに該電磁コイルに通電されていないときは該アーマチュア板が該ロータから離隔するよう付勢され、また、該電磁コイルに通電されたときは該アーマチュア板がその付勢力に抗して該ロータに吸着されるよう弾発力が設定された板バネとを備えた電磁式クラッチにおいて、
   前記板バネは前記ボスから前記アーマチュア板に向かって所定の傾斜角度で延在した傾斜部を有するとともに該板バネの延在方向が該アーマチュア板の回転方向に対して鈍角に交叉するよう形成し、
   前記板バネの他端と前記傾斜部との間には前記アーマチュア板に対して平行に延在した第２延長部を付加した
   ことを特徴とする電磁式クラッチ。
3. 電磁コイルと、ロータと、該ロータに脱着自在のアーマチュア板と、主軸に連結されたボスと、一端が該アーマチュア板に連結され他端が該ボスに連結されるとともに該電磁コイルに通電されていないときは該アーマチュア板が該ロータから離隔するよう付勢され、また、該電磁コイルに通電されたときは該アーマチュア板がその付勢力に抗して該ロータに吸着されるよう弾発力が設定された板バネとを備えた電磁式クラッチにおいて、
   前記板バネは前記ボスから前記アーマチュア板に向かって所定の傾斜角度で延在した傾斜部を有するとともに該板バネの延在方向が該アーマチュア板の回転方向に対して鈍角に交叉するよう形成し、
   前記板バネの一端と前記傾斜部との間には前記アーマチュア板に対して平行に延在した第１延長部を付加し、
   前記板バネの他端と前記傾斜部との間には前記アーマチュア板に対して平行に延在した第２延長部を付加した
   ことを特徴とする電磁式クラッチ。
4. 電磁コイルと、ロータと、該ロータに脱着自在のアーマチュア板と、主軸に連結されたボスと、一端が該アーマチュア板に連結され他端が該ボスに連結されるとともに該電磁コイルに通電されていないときは該アーマチュア板が該ロータから離隔するよう付勢され、また、該電磁コイルに通電されたときは該アーマチュア板がその付勢力に抗して該ロータに吸着されるよう弾発力が設定された板バネとを備えた電磁式クラッチにおいて、
   前記板バネは前記ボスから前記アーマチュア板に向かって所定の傾斜角度で延在した傾斜部を有するとともに該板バネの延在方向が該アーマチュア板の回転方向に対して鈍角に交叉するよう形成し、
   前記板バネの他端側の外面を覆うよう前記傾斜板に向かって延在した第１補強板を有する
   ことを特徴とする電磁式クラッチ。
5. 前記板バネの他端側の外面を覆うように前記傾斜板に向かって延在した第１補強板を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項記載の電磁式クラッチ。
6. 前記板バネの他端側の内面を覆うように前記傾斜板に向かって延在した第２補強板を有する
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５記載の電磁式クラッチ。
7. 前記板バネを高弾性部材で形成した
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項記載の電磁式クラッチ。
   

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