JP4524668B2 - 電磁クラッチ用カップリング - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両の車室空調装置におけるコンプレッサの電磁クラッチに設けられるカップリングに関するものである。

車両の車室空調装置の冷凍サイクルにおいて、冷媒を圧縮するコンプレッサの電磁クラッチに設けられるカップリングとしては、従来、例えば実開昭６２−１６７９３６号公報に開示されたようなものが知られている。

第８図は、上記公報に記載のものと同種のカップリングを用いた電磁クラッチをその軸心を通る平面で切断して示す断面図である。すなわち、第８図に示されるように、この種の電磁クラッチ１００は、ハウジング１０１に固定された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の軸孔筒部１０１ａにベアリング１０３を介して回転自在に保持され外周にプーリ１０４ａが設けられたロータ１０４と、このロータ１０４の端面に近接対向されたアーマチュア１０５と、このアーマチュア１０５をハウジング１０１の軸孔筒部１０１ａ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とを備える。

カップリング１１０は、従来の技術においては、回転軸１０６の先端部外周にスプライン嵌合されると共に螺子部材１０７を介して緊結されたハブ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１０８を介して連結された金属プレス成形品であるアウターリング１１２と、このアウターリング１１２と前記ハブ１１１のリム部との対向周面間に加硫接着された環状のゴム状弾性材料からなる弾性体１１３とを備えている。

すなわちこのカップリング１１０は、励磁コイル１０２を通電によって励磁した時に、これによって磁化されたアーマチュア１０５が、軸方向移動して回転中のロータ１０４の端面に吸着されるのを、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とロータ１０４との吸着時の騒音を低減し、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の端面から僅かなギャップＧをもって離間させるものである。

電磁クラッチ１００は、アーマチュア１０５が回転するロータ１０４の端面に吸着される過程で、短時間ではあるが、摩擦による高熱を発生する。そして、従来のカップリング１１０によれば、前記摩擦熱が、アーマチュア１０５に緊結されたアウターリング１１２に伝達されると、このアウターリング１１２への弾性体１１３の接着部が劣化し、破損するおそれがあった。また、その対策としては、リベット１０８で緊結されるアウターリング１１２のフランジ部１１２ａとアーマチュア１０５との間に、各リベット１０８に外挿した熱伝導率の低い材料からなる断熱スペーサ１０９を介在させる方法が採用されるが、組立が煩雑になってしまい、しかも各リベット１０８が依然として伝熱媒体となっているため、アウターリング１１２への伝熱を有効に防止することが困難であった。

本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたもので、その主な技術的課題とするところは、アーマチュアとロータとの摩擦熱による弾性体とアウターリングとの結合破壊を防止することにある。

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、このハブの外周側に同心的に配置されて励磁コイルの通電／非通電によってロータと軸方向に接離されるアーマチュアに結合されるアウターリングと、前記ハブとアウターリングとを弾性的に連結するゴム状弾性材料からなる弾性体とを具備し、前記弾性体の外周部に補強環を埋設状態に一体的に加硫接着することによってこの補強環の外周側に前記弾性体の一部からなる嵌合層を形成し、この嵌合層が、前記アウターリングの内周面に、前記補強環との間で適当な締め代をもって圧入され、前記アウターリングに、前記補強環の軸方向両側に位置して前記弾性体の外周部に当接された軸方向ストッパが形成されたものである。

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に記載の構成において、補強環に、アウターリングの一部と円周方向へ互いに係合する円周方向係合部が形成されたものである。

第１図は、本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの好ましい第一の形態を、電磁クラッチへの取付状態で、軸心を通る平面で切断して示す断面図、第２図は、第１図のカップリングを未装着状態で示す正面図、第３図は、第２図におけるＩＩＩ−ＩＩＩ’線で切断して示す断面図、第４図は、第３図におけるＩＶ−ＩＶ’線で切断して示す断面図、第５図は、第１図のカップリングにおけるアウターリングと弾性体の組立過程を示す断面図、第６図は、本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの好ましい第二の形態を、未装着状態で示す正面図、第７図は、第６図におけるＶＩＩ−ＶＩＩ’線で切断して示す断面図、第８図は、従来の技術によるカップリングを用いた電磁クラッチを、その軸心を通る平面で切断して示す断面図である。

第１図は、本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの好ましい第一の形態を、電磁クラッチへの取付状態で、軸心を通る平面で切断して示す断面図、第２図は、第１図のカップリングを未装着状態で示す正面図、第３図は、第２図におけるＩＩＩ−ＩＩＩ’線で切断して示す断面図、第４図は、第３図におけるＩＶ−ＩＶ’線で切断して示す断面図、第５図は、第１図のカップリングにおけるアウターリングと弾性体の組立過程を示す断面図である。なお、以下の説明において、「正面」又は「正面側」とは、第１図における左側のことであり、「背面」又は「背面側」とは、第１図における右側、すなわちコンプレッサ本体が存在する側のことである。

まず第１図において、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ハウジング（以下、単にハウジングという）の正面側の端部を示しており、２はハウジング１に固定された非回転の励磁コイル、４はハウジング１にボールベアリング３を介して回転自在に保持されたロータ、５はロータ４の正面側に近接対向して配置されたクラッチ盤としてのアーマチュア、６はハウジング１に挿通されて、内部の冷媒圧縮機構（不図示）を作動させる回転軸、７は本発明の実施の形態によるカップリングで、アーマチュア５を回転軸６に対して軸方向移動可能な状態に連結するものである。ロータ４及びアーマチュア５は、共に励磁コイル２に発生する磁界によって磁化される磁性体金属からなる。

ハウジング１の正面側の端部には、回転軸６が挿通される軸孔筒部１ａが突出形成されており、ボールベアリング３は、そのインナーレース３ａが前記軸孔筒部１ａの外周面に嵌着されている。また、ロータ４は、内周面が前記ボールベアリング３のアウターレース３ｂに嵌着される内周筒部４ａと、その正面側の端部から励磁コイル２とアーマチュア５の間を円盤状に展開する端壁部４ｂと、この端壁部４ｂの外径端から励磁コイル２の外周側に沿って背面側へ延びるプーリ部４ｃとを有し、すなわち励磁コイル２を略コ字型に包囲する断面形状を呈する。プーリ部４ｃには、内燃機関のクランクプーリから駆動力を入力するための無端ベルト（不図示）が巻き掛けられる。

カップリング７は、回転軸６の正面側の軸端に取り付けられるハブ１０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の外周部に取り付けられるアウターリング２０と、前記ハブ１０とアウターリング２０の間を弾性的に連結する弾性体３０とを備える。

第３図にも示されるように、ハブ１０は、金属の冷間鍛造によって製作されたボス１１と、金属板のプレス成形によって製作され前記ボス１１の軸方向正面側に円周方向複数のリベット１３によって同心的に結合されたプレート１２とからなる。

ハブ１０におけるボス１１は、内周の嵌合筒部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を有する。嵌合筒部１１ａの内周には、回転軸６の軸端に形成されたスプライン軸部６ａの外周面と多数の軸方向溝によりスプライン嵌合される軸孔としてのスプライン孔１１ｃが、軸方向に貫通して形成されている。

一方、ハブ１０におけるプレート１２は、中心にボス１１のスプライン孔１１ｃより小径のボルト挿通孔１２ｂが開設されると共に外径が前記ボス１１のフランジ１１ｂより大径の円盤部１２ａと、この円盤部１２ａの外周端から正面側へ屈曲して円筒状に形成されたリム部１２ｃとを有する。リム部１２ｃは、第１図の取付状態においては、アーマチュア５の内周近傍の正面側に位置する。

このハブ１０は、ボス１１における嵌合筒部１１ａのスプライン孔１１ｃを、回転軸６のスプライン軸部６ａに外挿してスプライン嵌合すると共に、プレート１２のボルト挿通孔１２ｂに挿通した取付ボルト８を、前記スプライン軸部６ａの内周に形成した雌螺子孔６ｂにねじ込んでプレート１２の円盤部１２ａの内周縁を緊結することにより、回転軸６に取り付けられる。

アウターリング２０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、ハブ１０のプレート１２におけるリム部１２ｃと同心のスリーブ部２１と、その背面側の端部から外周側へ展開し、円周方向等間隔で複数の結合孔２２ａが開設された結合フランジ部２２と、この結合フランジ部２２とスリーブ部２１との間で内周側へ突出した状態に屈曲形成された背面側ストッパ２３と、スリーブ部２１の正面側の端部に円周方向等間隔で形成された複数の正面側ストッパ２４とを有し、スリーブ部２１には、円周方向等間隔で内周側へ湾曲した複数の係合突部２１ａが形成されている。なお、背面側ストッパ２３及び正面側ストッパ２４は、請求項１に記載された軸方向ストッパに相当するものである。

アウターリング２０は、第１図に示されるように、結合フランジ部２２の各結合孔とこれに対応してアーマチュア５に開設された結合孔に跨って挿通した複数のリベット９を介して、アーマチュア５の外周近傍の正面側に結合されている。

弾性体３０はゴム状弾性材料からなるものであって、その内周は、ハブ１０におけるプレート１２のリム部１２ｃの外周面と一体的に加硫接着され、外周部には、金属製の補強環４０が埋設状態に一体的に加硫接着されている。そして、補強環４０の内周側が弾性体本体３１であり、励磁コイル２の非通電時に、アーマチュア５をロータ４の端壁部４ｂからギャップＧだけ軸方向正面側へ離間した状態に保持し、励磁コイル２の通電時に、その磁力によって磁化されたアーマチュア５が軸方向移動して回転中のロータ４の端壁部４ｂに吸着されるのを許容し、回転軸６側へトルクを伝達する、といった機能を有する。なお、補強環４０は合成樹脂製とすることによって、軽量化を図ることもできる。

弾性体３０における補強環４０の外周側の嵌合層３２は、アウターリング２０のスリーブ部２１の内周面に、補強環４０との間で適当な締め代をもって圧入嵌着され、第２図及び第４図に示されるように、アウターリング２０のスリーブ部２１に形成された複数の係合突部２１ａが、嵌合層３２に、その外周面を部分的に凹ました状態で凹凸係合することによって、アウターリング２０と弾性体３０との相対回転が阻止されている。また、弾性体本体３１の内周部には、アーマチュア５が弾性体本体３１の弾性によってロータ４の端壁部４ｂから軸方向へ離間した位置に保持されている時に、このアーマチュア５の正面側の端面と接触される弾性突条３３が形成されている。

この弾性体３０は、図示されていない加硫成形用金型内に、予め加硫接着剤を塗布したプレート１２と補強環４０を、互いに同心的にセットし、型締めによってプレート１２のリム部１２ｃの外周から補強環４０の外周にかけて画成される環状のキャビティ内に、成形用未加硫ゴム材料を充填して加熱・加圧することによって、第５図に示されるように、加硫成形と同時にプレート１２及び補強環４０と一体化させた一体成形物Ａとして製作されたものである。

一方、アウターリング２０は、係合突部２１ａを含むスリーブ部２１の内径が、一体成形物Ａにおける補強環４０よりも大径かつ嵌合層３２の外径よりも小径に形成され、第５図に示される未組立状態では、スリーブ部２１の正面側の端部から軸方向へ突出した複数の突起２４ａが円周方向等間隔で形成されている。そして、この形態によるカップリング７は、一体成形物Ａ（弾性体３０）を、スリーブ部２１の内周にその正面側から圧入して、弾性体３０の外周部における背面側の端部を背面側ストッパ２３に当接させると共に、前記突起２４ａを内周側へ屈曲させて弾性体３０の外周部における正面側の端部に当接した正面側ストッパとし、一体成形物Ａのプレート１２に、第３図に示されるように、ボス１１を、リベット１３を介して取り付けることによって組立てられる。

以下、上述の第一の形態によるカップリング７を用いた電磁クラッチの動作について説明すると、第１図において、ロータ４は、プーリ４ｃに巻き掛けられた無端ベルト（不図示）を介して、内燃機関のクランクプーリからの駆動力を与えられて回転する。そして、励磁コイル２への非通電時には、アーマチュア５がギャップＧを介してロータ４の端壁部４ｂ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（ひいては空調装置）が停止状態にある。

ここで、励磁コイル２に励磁電流が投入されると、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、アーマチュア５が、カップリング７における弾性体３０の弾性体本体３１の軸方向剪断変形を伴いながら、ロータ４へ向けて軸方向変位し、その端壁部４ｂに吸着されて、クラッチミート状態となる。このため、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７のアウターリング２０、弾性体３０及びハブ１０を介して回転軸６へ伝達され、コンプレッサ（ひいては空調装置）が運転状態となる。

このとき、弾性体３０は、アーマチュア５とロータ４とのクラッチミートによる干渉音を低減すると共に、この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を、弾性体本体３１の捩り方向剪断変形によって、有効に緩和する。また、弾性体３０は、その外周部における嵌合層３２が、アウターリング２０のスリーブ部２１に圧接していると共に、このスリーブ部２１に形成された係合突部２１ａと凹凸係合しているので、アーマチュア５からアウターリング２０に入力される急激な回転トルクによって、アウターリング２０と弾性体３０との間に円周方向のスベリを生じるようなことがなく、アウターリング２０に対する弾性体３０の軸方向のスベリは、スリーブ部２１に形成された背面側ストッパ２３及び正面側ストッパ２４によって防止される。

また、アーマチュア５がロータ４の端壁部４ｂに吸着されて、クラッチミートされる過程では、短時間ではあるが、アーマチュア５がロータ４と摺動するので、摩擦による高熱を発生する。そしてこの熱は、アウターリング２０の結合フランジ部２２からスリーブ部２１に伝熱されるが、スリーブ部２１の内周面に圧接している嵌合層３２は、ゴム状弾性材料からなる弾性体３０の一部であるため、熱伝導率が極めて低く、補強環４０及び弾性体本体３１は、アウターリング２０に対して熱的に絶縁されている。このため、アーマチュア５とアウターリング２０の間に遮熱用のスペーサを介在させることなく、補強環４０と弾性体本体３１との接着面の破壊を有効に防止することができる。

なお、アウターリング２０のスリーブ部２１の内周面に圧接している嵌合層３２の外周部は、熱によってゴム材質が劣化するが、嵌合層３２と前記スリーブ部２１とのスベリトルクは接着に依存されているものではなく、スリーブ部２１に形成された係合突部２１ａとの凹凸係合力によるものであるため、トルク伝達機能が確保される。

次に、ロータ４にアーマチュア５が吸着されたクラッチミート状態から、励磁コイル２への励磁電流の供給を遮断すると、アーマチュア５の磁気吸着力が解除されるので、弾性体本体３１の軸方向復元力によって、アーマチュア５はロータ４の端壁部４ｂから離れて正面側へ復帰動作する。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７を介しての回転トルクの伝達が遮断され、回転軸６の回転が停止する。

また、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３０の内周部に形成された複数の円弧状の弾性突条３３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ようになっているため、金属接触の場合のような衝突音を発生しない。

なお、上述した実施の形態では、アウターリング２０のスリーブ部２１に形成する非円筒面を、内周側へ湾曲した形状の複数の係合突部２１ａとしたが、Ｖ字状、波状など、種々の形状が考えられる。

次に、第６図は、本発明に係る電磁クラッチ用カップリングの好ましい第二の形態を、未装着状態で示す正面図、第７図は、第６図におけるＶＩＩ−ＶＩＩ’線で切断して示す断面図である。

第二の形態によるカップリング７は、アウターリング２０のスリーブ部２１が円筒面をなしていて、先に説明した図２のような係合突部（非円筒部）２１ａが形成されておらず、このスリーブ部２１の正面側の端部に形成された複数の正面側ストッパ２４が、弾性体３０に埋設状態に加硫接着された補強環４０の正面側の端部に形成された複数の係合突起４１と円周方向に互いに係合されるようになっている点で、第一の形態と異なり、他の部分は、基本的に第一の形態と同様に構成されている。

詳しくは、補強環４０の正面側の端部に形成された係合突起４１は、請求項２に記載された円周方向係合部に相当するものであって、第７図に示されるように、アウターリング２０のスリーブ部２１に形成された各正面側ストッパ２４を、２個１組で円周方向両側から挟み込むように、弾性体３０から露出している。したがって、アウターリング２０のスリーブ部２１に形成された正面側ストッパ２４は、第一の形態と同様、背面側ストッパ２３と共にアウターリング２０に対する弾性体３０の軸方向のスベリを防止する機能を有するほか、円周方向両側にある係合突起４１との係合によって、アウターリング２０に対する弾性体３０の円周方向のスベリを防止する機能を有するものである。

すなわち、先に説明した第１図のアーマチュア５が、励磁コイル２の磁界によって、ロータ４に吸着されてクラッチミートした時には、ロータ４からアーマチュア５を介してアウターリング２０へ入力される回転トルクは、このアウターリング２０の正面側ストッパ２４から、この正面側ストッパ２４に係合突起４１において係合している補強環４０を介して、この補強環４０と一体成形された弾性体３０へ伝達される。したがって、前記クラッチミート時の急激な回転トルクの入力によって、アウターリング２０のスリーブ部２１と弾性体３０との間に円周方向のスベリを生じることがない。

また、アウターリング２０のスリーブ部２１の内周面に圧接している嵌合層３２は、ゴム状弾性材料からなるものであって、熱伝導率が極めて低いので、補強環４０及び弾性体本体３１は、アウターリング２０に対して熱的に絶縁されている。このため、補強環４０と弾性体本体３１との接着面の破壊を有効に防止することができる。

なお、アウターリング２０のスリーブ部２１の内周面に圧接している嵌合層３２の外周部は、熱によってゴム材質が劣化するが、入力トルクの伝達は、嵌合層３２と前記スリーブ部２１とのスベリトルクには依存されず、上述のように、アウターリング２０の正面側ストッパ２４と、補強環４０の係合突起４１との係合部を介して行われるので、トルク伝達機能が確保される。

請求項１の発明に係る電磁クラッチ用カップリングによると、ゴム状弾性材料からなる弾性体の外周部に補強環が埋設され、この補強環の外周側に形成された嵌合層が、アーマチュア側のアウターリングの内周面に圧接されることによって、クラッチミートの際に発生した摩擦熱が、前記嵌合層によって遮断されるため、アーマチュアとロータとの摩擦熱による弾性体とアウターリングとの結合破壊を防止することができ、アーマチュアとアウターリングの間に断熱スペーサを介在させる必要もない。しかも、アウターリングに、補強環の軸方向両側に位置して前記弾性体の外周部に当接された軸方向ストッパが形成されているため、アウターリングと弾性体との軸方向のスベリを防止することができる。

請求項２の発明に係る電磁クラッチ用カップリングによると、弾性体の外周部に埋設された補強環に、アウターリングの一部と円周方向へ互いに係合する円周方向係合部が形成されたことによって、アウターリングと弾性体との円周方向のスベリを防止することができる。

Claims (2)

1. 回転軸（６）に取り付けられるハブ（１０）と、このハブ（１０）の外周側に同心的に配置されて励磁コイル（２）の通電／非通電によってロータ（４）と軸方向に接離されるアーマチュア（５）に結合されるアウターリング（２０）と、前記ハブ（１０）とアウターリング（２０）とを弾性的に連結するゴム状弾性材料からなる弾性体（３０）とを具備し、前記弾性体（３０）の外周部に補強環（４０）を埋設状態に一体的に加硫接着することによってこの補強環（４０）の外周側に前記弾性体（３０）の一部からなる嵌合層（３２）を形成し、この嵌合層（３２）が、前記アウターリング（２０）の内周面に、前記補強環（４０）との間で適当な締め代をもって圧入され、前記アウターリング（２０）に、前記補強環（４０）の軸方向両側に位置して前記弾性体（３０）の外周部に当接された軸方向ストッパ（２３，２４）が形成されたことを特徴とする電磁クラッチ用カップリング。
2. 補強環（４０）に、アウターリング（２０）の一部と円周方向へ互いに係合する円周方向係合部（４１）が形成された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。

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