JP4556304B2 - 電磁クラッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転動力の伝達および遮断を行う電磁クラッチに関し、例えばカーエアコンの圧縮機作動の断続のために用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カーエアコンの圧縮機用電磁クラッチでは、エンジン等の駆動源により回転駆動されるロータと、このロータに対して所定の微小間隙を隔てて対向配置されたアーマチュアとを備えており、そして、このアーマチュアを圧縮機側の回転軸に連結するハブ構造は、次の２つのタイプに大別される。
【０００３】
すなわち、その１つは、板バネタイプのハブ構造であって、板バネの一端部を圧縮機側の回転軸に連結されたインナーハブに連結し、板バネの他端部をアーマチュアに連結する構造である。他の１つは、ゴムタイプのハブ構造であって、円筒状のゴム材からなる弾性部材の内周側を圧縮機側の回転軸に連結されたインナーハブに連結し、弾性部材の外周側を円筒状の保持部を持つ保持プレートを介してアーマチュアに連結する構造である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前者の板バネタイプのものでは、板バネ材として安価な鉄系材料を使用できるとともに、板バネ材の連結部にリベット結合等の簡便な連結手段を使用できるので、製造コストを低減できるとともに、板厚の小さい板バネ材を使用できるので、電磁クラッチの軸方向寸法を短縮できるという利点を有している。
しかし、その反面、アーマチュアからハブに至る動力伝達系に振動（衝撃）やトルク変動の減衰機構を持たないため、クラッチ作動音やクラッチの捩じり共振の減衰効果を期待できない。
【０００５】
また、圧縮機の回転軸が何らかの原因でロックした場合には、アーマチュアが回転不能となり、このアーマチュアに対してロータが滑って回転することになるが、板バネタイプのものでは、トルクリミッタ機能（ヒューズ機能）を発揮できないので、過負荷運転が長時間継続されて、エンジン動力伝達用のベルト切れ、あるいは、ロータの滑りに基づく摩擦面温度の異常上昇が長時間継続され、種々な弊害を引き起こす恐れがあった。
【０００６】
一方、後者のゴムタイプのものでは、ゴムからなる弾性部材の減衰効果を発揮できるので、板バネタイプに比してクラッチ作動音やクラッチの捩じり共振を低減できる。また、圧縮機の回転軸が何らかの原因でロックした場合には、ロータとアーマチュアとの間の摩擦面での発熱により弾性部材が温度上昇して溶断するので、アーマチュアとハブとの間の動力伝達を遮断できる。そのため、摩擦面での発熱を停止して過負荷時に動力伝達を遮断するトルクリミッタ機能（ヒューズ機能）を果たすことができるという利点を有している。
【０００７】
しかし、ゴムタイプのものでは、アーマチュアをロータ摩擦面から開離する方向に戻すためのバネ力を発生する役割を弾性部材が兼ねているため、弾性部材の円筒形状の軸方向寸法を板バネ材に比してはるかに大きい寸法に設定する必要があり、その結果、クラッチ軸方向寸法が大きくなってしまうという不具合がある。
【０００８】
なお、実開昭６１−１９４８３１号公報には、アーマチュアの反ロータ側（反摩擦面側）の面に板状の弾性部材および剛性プレートを配置し、これらの三者（アーマチュア、板状の弾性部材および剛性プレート）を相互に接着固定し、この剛性プレートを複数枚の板バネを介してインナーハブに連結し、板状の弾性部材の制振作用によりアーマチュア吸着時の作動音を低減するようにした電磁クラッチが記載されている。
【０００９】
しかし、この従来技術では板状弾性部材の一面を保持する剛性プレートを、複数枚の独立した板バネを用いてインナーハブに連結しているので、部品点数が増えて製品コストが高くなるという不具合がある。
【００１０】
本発明は上記点に鑑み、板バネタイプとゴムタイプの長所を併せ備えるとともに、構成の簡潔な電磁クラッチを提供することを目的とする。
【００１１】
【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、円板状のバネ板部材（６１）の内周側に、従動側機器（７）の回転軸（８）側に連結される従動側連結部（６１ａ）を一体に形成し、円板状のバネ板部材（６１）の外周側に、アーマチュア（５）に対向する外周リング部（６１ｆ）を一体に形成し、円板状のバネ板部材（６１）のうち、従動側連結部（６１ａ）と外周リング部（６１ｆ）との間に、アーマチュア（５）を駆動側回転部材（４）から開離する方向のバネ力を発生する複数の板バネ部（６１ｂ）を半径方向に延びるように一体に形成し、アーマチュア（５）と外周リング部（６１ｆ）との間を弾性部材（６３）により直接連結し、
さらに、複数の板バネ部（６１ｂ）相互の中間部に、外周リング部（６１ｆ）の面積を拡大する幅広部（６１ｇ）を有し、幅広部（６１ｇ）はその内周側の少なくとも一部がアーマチュア（５）の内周面より内側へ延びていることを特徴としている。
【００１２】
これによると、アーマチュア（５）とバネ板部材（６１）の外周リング部（６１ｆ）との間に弾性部材（６３）を介在しているので、クラッチオン時に、アーマチュア（５）が駆動側回転部材（４）に吸着されるときの衝撃を弾性部材（６３）の振動減衰作用により緩和できる。同様に、従動側機器（７）の駆動トルク変動に起因する捩じれ共振も弾性部材（６３）の振動減衰作用により緩和できる。これらの弾性部材（６３）の振動減衰作用により電磁クラッチ（１）および従動側機器（７）の作動騒音を効果的に低減できる。
また、複数の板バネ部（６１ｂ）相互の中間部に位置する幅広部（６１ｇ）により外周リング部（６１ｆ）と弾性部材（６３）との固着面積を拡大でき、その結果、クラッチのねじり耐久性を向上できる。
【００１３】
しかも、クラッチオフ時のアーマチュア（５）の軸方向復帰動作は板バネ部（６１ｂ）のバネ力により行うことができるから、弾性部材（６３）にアーマチュア（５）の軸方向復帰動作のためのバネ作用を兼務させる必要がない。そのため、弾性部材（６３）の形状をアーマチュア（５）とバネ板部材（６１）の半径方向に沿った板状の形状にすることができ、弾性部材（６３）の軸方向寸法（板厚）を従来の円筒状弾性部材に比してはるかに小さくできるので、従来のゴムタイプの電磁クラッチに比して軸方向寸法を短縮できる。
【００１４】
また、何らかの原因で従動側機器（７）のロック現象が発生した際には、駆動側回転部材（４）とアーマチュア（５）との間の摩擦面の発熱により弾性部材（６３）を溶断できるので、この弾性部材（６３）の溶断によりトルリミッター機能を発揮できる。よって、従動側機器（７）のロック現象による過負荷状態を解除して、過負荷状態の長時間継続によるベルト切れや異常な温度上昇といった不具合の発生を未然に抑制できる。
【００１５】
さらに、アーマチュア（５）とバネ板部材（６１）の外周リング部（６１ｆ）との間を弾性部材（６３）により直接連結し、アーマチュア（５）を弾性部材（６３）で直接支持するとともに、バネ板部材（６１）に、従動側連結部（６１ａ）、複数の板バネ部（６１ｂ）および外周リング部（６１ｆ）を一体に形成しているから、実開昭６１−１９４８３１号公報に比して構成が大幅に簡潔であり、組み付けを容易化できる。
【００１６】
しかも、複数の板バネ部（６１ｂ）をバネ板部材（６１）の半径方向に延びるように形成しているから、複数の板バネ部（６１ｂ）相互が円周方向で複雑に入り組んだ形状とならず、複数の板バネ部（６１ｂ）を図２に例示するような半径方向に延びる単純な山形形状にすることができる。
【００１７】
そのため、焼付接着等による弾性部材（６３）の固着工程を容易に実施できるとともに、バネ板部材（６１）の内周側の従動側連結部（６１ａ）の形状も単純化でき、バネ板部材（６１）の成形加工が容易となる。
【００１８】
以上の結果、板バネタイプとゴムタイプの長所を併せ備える電磁クラッチを、簡潔な構成で、安価に提供することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明のように、具体的には、円板状のバネ板部材（６１）に、複数の板バネ部（６１ｂ）の円周方向の両側を区画する切り欠き溝（６１ｃ）を形成し、この切り欠き溝（６１ｃ）を、隣接する板バネ部（６１ｂ）の円周方向の片側部に位置する溝部（６１ｄ）同士をつなぐ湾曲形状とするのがよい。
【００２２】
請求項３に記載の発明のように、具体的には、回転軸（８）に連結されるインナーハブ（６０）を有し、このインナーハブ（６０）に従動側連結部（６１ａ）を連結する構成としてもよい。
【００２３】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、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。
【００２４】
【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。
【００２５】
本実施形態は車両空調用冷凍サイクルの冷媒圧縮機に装着される電磁クラッチに本発明を適用した例を示す。図１はこの電磁クラッチの断面図で、図２はその要部であるハブ部分の正面図であり、図３はハブ部分の背面図であり、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。
【００２６】
電磁クラッチ１は、ステータ２内に収容された電磁コイル３と、図示しない車両エンジンによって回転駆動されるロータ（駆動側回転部材）４と、電磁コイル３の発生する電磁力によってロータ４に吸着されるアーマチュア５と、このアーマチュア５に連結され、アーマチュア５と一体に回転するハブ（従動側回転部材）６とを備えている。
【００２７】
このハブ６は冷媒圧縮機（従動側機器）７の回転軸８に連結され、冷媒圧縮機７に回転動力を伝える。
【００２８】
ステータ２は鉄などの磁性体で断面コ字形に形成され、このステータ２内に電磁コイル３が収容され、そして、電磁コイル３はエポキシ等の絶縁樹脂部材によってステータ２内に電気絶縁してモールド固定されている。なお、ステータ２は、リング状の支持部材９を介して冷媒圧縮機７のハウジング１０に固定される。
【００２９】
ロータ４は、その外周部に多段式のＶベルト（図示しない）が掛け渡されるプーリ４ａを有し、Ｖベルトを介して伝達されたエンジンの回転動力によって回転する。ロータ４は、鉄などの磁性体で形成されており、ステータ２を微小隙間を介在して収容する断面コ字形に形成されている。また、ロータ４は、その内周にベアリング１１を備え、このベアリング１１によってロータ４は冷媒圧縮機７のハウジング１０の円筒ボス部１０ａの外周面上に回転自在に支持される。
【００３０】
アーマチュア５は、ロータ４の摩擦面に所定の微小間隙（例えば０．５mm程度）を隔てて対向配置されるもので、鉄などの磁性体でリング状に形成されている。本例のアーマチュア５は、図３に示すように内側リング部５ａと外側リング部５ｂとの間に磁気遮断用の溝部５ｃを形成している。この溝部５ｃを円周方向に複数（図示の例では４個）に分割して、溝部５ｃ相互間のブリッジ部（連結部）５ｄにより内側リング部５ａと外側リング部５ｂとを一体に連結している。
【００３１】
次に、ハブ６の詳細について説明すると、鉄系金属にて円筒状に形成されたインナーハブ６０を有し、このインナーハブ６０の円筒部内周面にはスプライン嵌合部６０ａ（図４）が形成され、このスプライン嵌合部６０ａにて回転軸８に回転方向に一体に嵌合される。また、インナーハブ６０の円筒部の軸方向の一端部（図１の左端部）から半径方向の外方へ延びる取付フランジ部６０ｂを円周方向の３箇所（図３参照）に一体形成している。
【００３２】
この３箇所の取付フランジ部６０ｂにはバネ板部材６１の内周部の従動側連結部６１ａ（図２）が３本のリベット６２により連結されている。このバネ板部材６１は鉄系の金属バネ材により構成され、その全体形状は図２に示すように円板状に形成されている。
【００３３】
また、インナーハブ６０の円筒部の軸方向の一端部（図１の左端部）から半径方向の内方へリング状に突出するリング部６０ｃが形成され、このリング部６０ｃがボルト１２により回転軸８の先端面に締め付け固定される。これにより、ハブ６を回転軸８に一体に連結することができる。
【００３４】
バネ板部材６１は、図２に示すように内周部の従動側連結部６１ａ、より具体的には上記リベット６２による連結部と、外周リング部６１ｆとの間に半径方向延びる板バネ部６１ｂが３箇所形成されている。従って、板バネ部６１ｂの長手方向が半径方向に向くようになっている。
【００３５】
この板バネ部６１ｂの形成のために、板バネ部６１ｂの円周方向の両側を区画する切欠き溝６１ｃが形成してある。ここで、切欠き溝６１ｃは湾曲形状であり、隣接する板バネ部６１ｂの円周方向の片側に位置する溝部６１ｄと、この溝部６１ｄ同士をつなぐ中間溝部６１ｅとを有し、中間溝部６１ｅが最も内周側に位置することにより湾曲形状をなしている。
【００３６】
上記した３箇所の板バネ部６１ｂの外周側の先端部は外周リング部６１ｆに一体に連結されている。従って、バネ板部材６１は、その内周部の従動側連結部６１ａから外周リング部６１ｆに至る部分までが１つの円板形状として一体に繋がっている。
【００３７】
ところで、本実施形態では、切欠き溝６１ｃの中間溝部６１ｅが図３に示すようにアーマチュア５の内周面より更に内側へ位置するように切欠き溝６１ｃの湾曲形状を設定している。これにより、３個の板バネ部６１ｂ相互の中間部に、外周リング部６１ｆの面積を拡大する幅広部６１ｇを形成することができ、且つ、この幅広部６１ｇの最内周部はアーマチュア５の内周面より内側まで延ばすことができる。
【００３８】
次に、バネ板部材６１とアーマチュア５は略同一の外径となっており、バネ板部材６１とアーマチュア５との間には、これらを直接連結する弾性部材６３が配置されている。
【００３９】
この弾性部材６３はゴム系弾性材からなるもので、図１、図４に示すようにアーマチュア５のリング形状に対応したリング状の板形状である。この弾性部材６３は、所定の成形型内にて焼付接着（加硫接着）等の方法によりバネ板部材６１とアーマチュア５の双方に一体に接着（固着）される。
【００４０】
より具体的には、弾性部材６３はアーマチュア５に対しては内側リング５ａおよび外側リング５ｂに全面的に接着されるが、バネ板部材６１に対しては、切欠き溝６１ｃよりも外周寄りの部分すなわち、図５の細点部に示すごとく外周リング部６１ｆ、幅広部６１ｇの部分のみに弾性部材６３が焼付接着される。従って、バネ板部材６１のうち、アーマチュア５の内側リング５ａの内周面より外周側に位置する部分であっても、従動側連結部６１ａ、板バネ部６１ｂの部分には弾性部材６３を焼付接着しない。これは、板バネ部６１ｂの弾性変形が弾性部材６３の接着により阻害されることを防止するためである。
【００４１】
なお、焼付接着の工程において、従動側連結部６１ａ、板バネ部６１ｂへの接着材の塗布をマスキングする等の方法を採用することにより、従動側連結部６１ａ、板バネ部６１ｂへの弾性部材６３の接着を容易に阻止することができる。
【００４２】
また、弾性部材６３に用いるゴム材質としては、車両の使用環境温度の広範な変化（−３０°Ｃ〜１２０°Ｃ）に対してトルク伝達およびトルク変動吸収（振動減衰）の面で優れた特性を発揮するものが好ましく、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を用いるとよい。
【００４３】
なお、バネ板部材６１の３個の穴６１ｈは、上記焼付接着の工程を実施する際に、ピン（図示せず）を挿入してアーマチュア５に押し当てて、アーマチュア５を型内の所定位置に保持するためのものである。同様に、アーマチュア５の３箇所の穴５ｅは、上記焼付接着の工程を実施する際に、ピン（図示せず）を挿入してバネ板部材６１に押し当てて、バネ板部材６１を型内の所定位置に保持するためのものである。
【００４４】
また、本実施形態では弾性部材６３にアーマチュア５の内周面および外周面をそれぞれ被覆する薄膜状の被覆部６３ａ，６３ｂを一体に設けているので、この薄膜状の被覆部６３ａ，６３ｂに表面処理層と同等の表面保護作用を兼務させることができる。そのため、アーマチュア５への表面処理工程を不要にすることができる。
【００４５】
次に、上記構成において本実施形態の作動を説明すると、電磁コイル３の通電停止時（クラッチオフ時）には、バネ板部材６１の板バネ部６１ｂのバネ力によってアーマチュア５がロータ４の摩擦面より所定間隔離れた位置に保持されている。
【００４６】
このため、図示しない車両エンジンからの回転動力はＶベルトを介してロータ４に伝達されるだけで、アーマチュア５およびハブ６へは伝達されない。従って、ロータ４のみがベアリング１１上で空転するだけであり、圧縮機７は停止している。
【００４７】
いま、電磁コイル３が通電されると、電磁コイル３の発生する電磁力によってアーマチュア５がバネ板部材６１の板バネ部６１ｂのバネ力に抗してロータ４に吸引され、アーマチュア５がロータ４に吸着される。すると、ロータ４の回転がアーマチュア５、弾性部材６３、バネ板部材６１、およびインナーハブ６０を介して冷媒圧縮機７の回転軸８に伝達され、冷媒圧縮機７が作動する。
【００４８】
そして、電磁コイル３への通電が遮断されると、電磁力の消滅によりアーマチュア５がバネ板部材６１の板バネ部６１ｂのバネ力により元の開離位置に復帰し、圧縮機７が停止状態に戻る。
【００４９】
ところで、アーマチュア５とバネ板部材６１の外周リング部６１ｆとの間に弾性部材６３を介在し、接着しているので、上記のクラッチオン時に、アーマチュア５がロータ４に吸着される過程において、アーマチュア５がロータ４の摩擦面に吸着されるときの衝撃、振動を弾性部材６３の振動減衰作用により緩和できる。同様に、圧縮機７の駆動トルク変動に起因する捩じれ共振も弾性部材６３の振動減衰作用により緩和できる。これらの弾性部材６３の振動減衰作用により、電磁クラッチ１および冷媒圧縮機７の作動騒音を効果的に低減できる。
【００５０】
しかも、クラッチオフ時のアーマチュア５の軸方向復帰動作はバネ板部材６１の板バネ部６１ｂのバネ力により行うことができるから、弾性部材６３にアーマチュア５の軸方向復帰動作のためのバネ作用を兼務させる必要がない。そのため、弾性部材６３の形状をアーマチュア５とバネ板部材６１の外周リング部６１ｆの半径方向に沿った薄い板状の形状にすることができ、弾性部材６３の軸方向寸法（板厚）は例えば２ｍｍ程度にすることができ、従来の円筒状弾性部材の軸方向寸法（通常、１０ｍｍ程度）に比して大幅に小さくできる。
【００５１】
さらに、何らかの原因で圧縮機７のロック現象が発生した際には、圧縮機７の回転軸８に連結されたハブ６およびアーマチュア５が回転不能となり、そのため、ロータ４がアーマチュア５に対して滑りながら回転することになる。その結果、ロータ４とアーマチュア５との間の摩擦面が発熱し、弾性部材６３の温度が上昇する。
【００５２】
そして、弾性部材６３の材質で決まる溶断温度まで温度が上昇すれば、弾性部材６３が溶断して、アーマチュア５とバネ板部材６１との連結状態が遮断される。従って、これ以後、ロータ４にアーマチュア５が吸着されたままとなり、ロータ４がアーマチュア５と一体に回転するとともに、アーマチュア５とバネ板部材６１との間のトルク伝達が遮断されるので、圧縮機７のロック現象による過負荷状態が解除される。よって、この過負荷状態の長時間継続によるベルト切れや異常な温度上昇といった不具合の発生を未然に抑制できる。
【００５３】
また、バネ板部材６１の内周部の従動側連結部６１ａと外周リング部６１ｆとの間に、複数の板バネ部６１ｂを半径方向へ延びるように形成している。このため、複数の板バネ部６１ｂ相互の中間部に、外周リング部６１ｆの面積を拡大する幅広部６１ｇを形成することができる。
【００５４】
これにより、バネ板部材６１と弾性部材６３との接着面積を拡大して、この両部材６１、６３間の接合強度を増加でき、クラッチのねじり耐久性を向上できる。なお、このねじり耐久性は、アーマチュア５とハブ６（バネ板部材６１）との間に圧縮機最大トルクの印加と解放を所定の時間間隔で繰り返し、弾性部材６３が破断してトルク伝達が不能となるまでの圧縮機最大トルクの印加回数で評価することができる。
【００５５】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態においては、図３に示すようにアーマチュア５の内側リング部５ａと外側リング部５ｂとの間を、円弧状の複数の磁気遮断溝５ｃ相互間のブリッジ部（連結部）５ｄにより一体に連結する構成として、アーマチュア５の全体を一体部品としているが、アーマチュア５の内側リング部５ａと外側リング部５ｂとをそれぞれ別体で成形するとともに、内側リング部５ａと外側リング部５ｂとの間に磁気遮断溝５ｃを配置し、内側リング部５ａと外側リング部５ｂを弾性部材６３を介してバネ板部材６１に一体に接着する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による電磁クラッチの縦断面図である。
【図２】図１の電磁クラッチにおけるハブの正面図である。
【図３】図２のハブの背面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図２において弾性部材の接着範囲を細点部で示す、ハブの正面図である。
【符号の説明】
３…電磁コイル、４…ロータ（駆動側回転部材）、５…アーマチュア、
６…ハブ（駆動側回転部材）、７…圧縮機（従動側機器）、８…回転軸、
６０…インナーハブ、６１…バネ板部材、６１ａ…従動側連結部、
６１ｂ…板バネ部、６１ｃ…切り欠き溝、６１ｄ…溝部、
６１ｆ…外周リング部、６１ｇ…幅広部。

Claims (3)

1. 通電によって電磁力を発生する電磁コイル（３）と、
   駆動源により回転駆動される駆動側回転部材（４）と、
   前記電磁コイル（３）の発生する電磁力によって前記駆動側回転部材（４）に吸着され、前記駆動側回転部材（４）の回転を受けるアーマチュア（５）と、
   従動側機器（７）の回転軸（８）側に連結される円板状のバネ板部材（６１）とを備え、
   前記円板状のバネ板部材（６１）の内周側に、前記回転軸（８）側に連結される従動側連結部（６１ａ）を一体に形成し、前記円板状のバネ板部材（６１）の外周側に、前記アーマチュア（５）に対向する外周リング部（６１ｆ）を一体に形成し、
   前記円板状のバネ板部材（６１）のうち、前記従動側連結部（６１ａ）と前記外周リング部（６１ｆ）との間に、前記アーマチュア（５）を前記駆動側回転部材（４）から開離する方向のバネ力を発生する複数の板バネ部（６１ｂ）を半径方向に延びるように一体に形成し、
   前記アーマチュア（５）と前記外周リング部（６１ｆ）との間を弾性部材（６３）により直接連結し、
   さらに、前記複数の板バネ部（６１ｂ）相互の中間部に、前記外周リング部（６１ｆ）の面積を拡大する幅広部（６１ｇ）を有し、
   前記幅広部（６１ｇ）はその内周側の少なくとも一部が前記アーマチュア（５）の内周面より内側へ延びていることを特徴とする電磁クラッチ。
2. 前記円板状のバネ板部材（６１）に、前記複数の板バネ部（６１ｂ）の円周方向の両側を区画する切り欠き溝（６１ｃ）を形成し、前記切り欠き溝（６１ｃ）は、隣接する前記板バネ部（６１ｂ）の円周方向の片側部に位置する溝部（６１ｄ）同士をつなぐ湾曲形状であることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
3. 前記回転軸（８）に連結されるインナーハブ（６０）を有し、前記インナーハブ（６０）に前記従動側連結部（６１ａ）を連結したことを特徴とする請求項１または２に記載の電磁クラッチ。

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