JP6548941B2 - 電磁クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、動力源から圧縮機に伝達する動力断続するために用いられる電磁クラッチに関し、特に、アーマチュアプレートが吸着するロータの側端面に摩擦部材を設けたものに関する。

車両用空調装置の圧縮機に用いられる一般的な電磁クラッチは、図１０に示されるように、磁性材により形成され、ベアリング１４を介して圧縮機２の駆動軸２０を軸支する円筒部１６の外周に回転自在に外嵌されると共に、回転駆動源からの回転力を受けて回転するロータ４と、磁性材により形成され、前記駆動軸２０に相対回転不能に連結され、前記ロータ４の側端面に僅かなギャップを隔てて対向配置されたアーマチュアプレート５と、前記ロータ４の内部に収容され、通電することにより、ロータ４とアーマチュアプレート５とを経由する磁気回路を形成してアーマチュアプレート５をロータ４に電磁吸着させる吸引力を発生させる励磁コイル３と、前記ロータ４の側端面に設けられ、前記駆動軸２０を中心とする環状の、又は、駆動軸２０を中心とする仮想円上に配された複数の円弧状の外側磁気遮断部２１、及び、この外側磁気遮断部２１より径方向内側に設けられ、駆動軸２０を中心とする環状の、又は、駆動軸２０を中心とする仮想円上に配された複数の円弧状の内側磁気遮断部２２と、アーマチュアプレート５に設けられ、外側磁気遮断部２１と内側磁気遮断部２２との間の径方向位置と対峙する位置に形成され、駆動軸２０を中心とする環状の、又は、駆動軸２０を中心とする仮想円上に配された複数の円弧状の中間磁気遮断部２３と、を備えている。

そして、ロータ４の側端面より励磁コイル３側には、所定の温度を超えたときに前記励磁コイル３への通電を遮断する温度ヒューズ１５が設けられ、何らかの理由で圧縮機２が回転不能になったときに、駆動源からの回転動力を受けて回転するロータ４と回転不能になった圧縮機２の駆動軸２０に連結されているアーマチュアプレート５との間でスリップが発生し、このスリップによって生じる摩擦熱により温度ヒューズ１５を溶断し、励磁コイル３への通電を遮断することでクラッチの接続を切断（アーマチュアプレート５をロータ４に吸着する電磁吸引力を消滅させる）ようにしている。

また、ロータ４とアーマチュアプレート５との吸着時の異音の発生を低減するために、アーマチュアプレート５が対峙するロータ４の側端面には、外側磁気遮断部２１を含むように環状溝２４が形成され、この環状溝２４に熱硬化樹脂等の非磁性体で形成されたリング状の摩擦部材２７をロータ４の側端面４ｂより僅かに突出させた状態で装着し、アーマチュアプレート５が励磁コイル３の電磁力によりロータ４側に吸引された場合に、アーマチュアプレート５がロータ４の側端面に接触するよりも前にこの摩擦部材２７に当接させる構成が提案されている。（特許文献１）。

この摩擦部材２７は、磁路を確保するために外側磁気遮断部２１を覆うように配されており、また、ロータ４の側端面から僅かに突出しているものの、摩擦部材２７やアーマチュアプレート５自体は弾性力を有しているため、アーマチュアプレート５が吸引されたときに、摩擦部材２７よりも内周寄りの領域でアーマチュアプレート５はロータ４の側端面４ｂにも接触するようになる。このように、ロータ４とアーマチュアプレート５との吸着時には、摩擦部材２７と、摩擦部材２７よりも内側の側端面の両方が吸着され、安定したトルクの伝達が行われるようになっている。

特開２００８−１４４４４号公報

しかしながら、圧縮機が回転不能となり、ロータ４とアーマチュアプレート５との間でスリップが発生すると、ロータ４の内周寄りの部分は、磁性体金属同士の摺接となるので、凝着が生じやすい。この同種金属同士の凝着は、周速の早い外周寄りの領域に生じた場合には、相対的な速度差が大きく、発生する摩擦熱も大きいため固着に至ることはないが、周速の遅い内周寄りの領域に生じた場合には、相対的な速度差も、発生する摩擦熱も小さいため、溶けた金属同士が固まりやすく、温度ヒューズ１５が作動する前に摺動面の固着現象を引き起こし、その結果、温度ヒューズ１５が溶断されずにクラッチの接続を切断できなくなる恐れがある。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、何らかの理由によってロータとアーマチュアプレートとの間でスリップが発生した場合でも、ロータとアーマチュアプレートとの固着の恐れを回避し、温度ヒューズを確実に溶断することが可能な電磁クラッチを提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係る電磁クラッチは、磁性材により形成され、回転駆動源からの回転力を受けて回転するロータと、磁性材により形成され、圧縮機の駆動軸に対して相対回転不能に連結されると共に、前記ロータの側端面に対して僅かなギャップを隔てて対向配置されたアーマチュアプレートと、前記ロータの内部に収容され、通電されることにより、前記ロータと前記アーマチュアプレートとを経由する磁気回路を形成して前記アーマチュアプレートを前記ロータに電磁吸着させる吸引力を発生させる励磁コイルと、前記ロータの側端面より前記励磁コイル側に配置され、所定の温度を超えたときに前記励磁コイルへの通電を遮断する温度ヒューズと、前記ロータの側端面に設けられ、前記駆動軸を中心とする環状の、又は、前記駆動軸を中心とする仮想円上に配された複数の円弧状の外側磁気遮断部、及び、この外側磁気遮断部より径方向内側に設けられ、前記駆動軸を中心とする環状の、又は、前記駆動軸を中心とする仮想円上に配された複数の円弧状の内側磁気遮断部と、前記アーマチュアプレートに設けられ、前記外側磁気遮断部と前記内側磁気遮断部との間の径方向位置と対峙する位置に形成され、前記駆動軸を中心とする環状の、又は、前記駆動軸を中心とする仮想円上に配された複数の円弧状の中間磁気遮断部と、を備え、前記ロータと前記アーマチュアプレートとを対向配置させることで、前記外側磁気遮断部、前記中間磁気遮断部、及び、前記内側磁気遮断部のぞれぞれの遮断部の径方向外側と内側に形成される対峙面により、４つの吸引極が形成されている構成において、前記ロータの側端面に、前記内側磁気遮断部を含むように環状溝を形成し、この環状溝に、前記ロータの側端面から突出する摩擦部材を配置したことを特徴としている。

したがって、ロータの側端面の内側磁気遮断部を含むように形成された環状溝に摩擦部材をロータの側端面から突出するように配置したので、何らかの理由によってロータとアーマチュアプレートとの間でスリップが発生したとしても、周速の遅い内側寄りの領域は、摩擦部材を介してロータとアーマチュアプレートとが接触されることになるので、ロータとアーマチュアプレートが摺接して固着する恐れを回避することが可能となる。

ここで、前記ロータの側端面に、前記外側磁気遮断部を含み、この外側磁気遮断部の径方向外側において磁路巾（吸引極の径方向巾）を外側寄りに狭める環状溝を形成してもよい。
このような構成を追加することで、外側磁気遮断部を含む環状溝の外側の吸引極を、ロータ４の回転中心からより遠い位置に構成させて、ロータからアーマチュアプレートへの伝達トルクの向上を図ることが可能となる。

なお、外側磁気遮断部を含むように形成された環状溝には、前記ロータの側端面から突出する摩擦部材をさらに配置するようにしてもよい。
このような構成によれば、ロータとアーマチュアプレートと周縁近傍においても、吸着時にロータとアーマチュアプレートとが接触する前にアーマチュアプレートが摩擦部材に接触することになるので、吸着音の低減を図ることが可能となる。

なお、前記吸引極は、径方向外側から第１吸引極、第２吸引極、第３吸引極、第４吸引極をなし、前記第３吸引極の径方向の幅は、前記第２吸引極の径方向の幅の６０％以上の幅を有していることが好ましい。
摩擦部材を内側磁気遮断部を含むように配置すると、この内側磁気遮断部の径方向両側で磁路が狭くなり過ぎる恐れがあるが、第３吸引極の径方向の幅を第２吸引極の同方向の幅の６０％以上とすることで、磁気抵抗を増加させることなく、吸引力を確保することが可能となる。

また、ロータの側端面は、前記励磁コイルへの非通電時において、径方向外側に向かうほど前記アーマチュアプレートとの離間距離が小さくなるように中凹形状に形成してもよい。或いは、前記ロータの側端面と対峙する前記アーマチュアプレートの側端面は、前記励磁コイルへの非通電時において、径方向外側に向かうほど前記ロータの側端面との離間距離が小さくなるように、中凹形状に形成してもよい。
このような構成においては、圧縮機が回転不能になったときの金属同士の滑り（ロータとアーマチュアプレートとが摺接）による固着の恐れを回避しつつ、摩擦部材より外周側を使用初期からアーマチュアプレートと接触させることができ、摩擦トルクを安定的に確保することが可能となる。
また、使用初期から側端面の外周側金属面と内周側の摩擦部材の双方がアーマチュアプレートと接触するので、摩擦部材だけが著しく磨耗することを回避することができる。

好ましくは、ロータの側端面又はアーマチュアプレートの側端面の中凹深さは、側端面の外周縁に対して、側端面の内周縁が、３０〜６０μｍ低くなるようにするとよい。また、前記摩擦部材の前記ロータの側端面からの突出量を１０〜５０μｍにするとよい。

以上述べたように、本発明によれば、内側磁気遮断部を含むように環状溝が設けられているので、環状溝によって磁気遮断部の径方向外側および内側において吸引極の形成が阻害されることはなく、また、内側磁気遮断部の位置で摩擦部材が設けられているので、通常時はトルクを伝達すると共に、なんらかの理由でロータとアーマチュアプレートとの間でスリップが発生した場合でも、周速の遅い内側寄りの領域は、摩擦部材を介してロータとアーマチュアプレートとが接触されるので、同種金属同士の固着の恐れを回避することが可能となる。
このため、ロータの側端面より励磁コイル側に配置された温度ヒューズにより、摩擦部材とアーマチュアプレートの滑りにより発生する摩擦熱を確実に検知して速やかに励磁コイルへの通電を遮断し、フェールセーフ機能を確保することが可能となる。

また、ロータの側端面に、外側磁気遮断部を含み、この外側磁気遮断部の径方向外側において磁路巾（吸引極の径方向巾）を外側寄りに狭める環状溝を形成することで、この環状溝の外側の吸引極を、ロータの回転中心からより遠い位置に構成させて、ロータからアーマチュアプレートへの伝達トルクの向上を図ることが可能となる。

さらに、ロータの外側の環状溝にも摩擦部材を設けることで、さらに安定してトルクを伝達することができると共に、スリップ時には、ロータとアーマチュアプレートとが、内周寄りの領域のみならず外周寄りの領域においても摩擦部材を介して摺動することになるので、凝着したり凝着後に固着したりする恐れがなくなる。

なお、摩擦部材を装着するための環状溝を、内側磁気遮断部を含むように設けることにより、中間磁気遮断部と内側磁気遮断部との間に形成される吸引極の磁路が狭くなる恐れもあるが、この吸引極の幅を外側磁気遮断部と中間磁気遮断部との間に形成される吸引極の磁路の幅の６０％以上に設定することで、大幅な磁気抵抗の増加を引き起こすことがなくなり、摩擦部材の装着に拘らず必要十分な吸引力を確保することが可能となる。

また、ロータの側端面を、励磁コイルの非通電時において、径方向外側に向かうほどアーマチュアプレートとの離間距離を小さくすることで、又は、ロータの側端面と対峙するアーマチュアプレートの側端面を、励磁コイルの非通電時において、径方向外側に向かうほどロータの側端面との離間距離を小さくすることで、圧縮機の通常運転時において、ロータの外周寄りの領域でも十分な面圧を確保して伝達トルクを維持することが可能となり、また、使用初期から側端面の外周側金属面と内周側の摩擦部材との双方がアーマチュアプレートに接触するので、摩擦部材だけが著しく磨耗することを回避することができ、ロータとアーマチュアプレートとの固着回避の機能をより長期間に亘って持続させることが可能となる。

図１は、本発明に係る電磁クラッチの第１の実施例を示す断面図であり、（ａ）は、その全体構成を示す図、（ｂ）は、外周寄りの部分を拡大した断面図である。 図２は、電磁クラッチに用いられるロータを示す図であり、（ａ）は、ロータの一部切り欠きの側面図、（ｂ）は、ロータの周縁近傍（励磁コイルが収容される部分）の断面図、（ｃ）は、ロータの正面図である。 図３は、電磁クラッチに用いられるアーマチュアプレートを示す図であり、（ａ）は、その側断面図、（ｂ）はアーマチュアプレートの正面図である。 図４（ａ）は、アーマチュアプレートと対峙するロータの側端面を示す図であり、図４（ｂ）は、電磁クラッチを駆動軸の軸方向から見た図である。 図５は、本発明に係る電磁クラッチの第１の実施例の変形例を示す断面図である。 図６は、本発明に係る電磁クラッチの第２の実施例を示す断面図であり、（ａ）は、その全体構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）の一部を示す拡大図である。 図７は、ロータの側端面の中凹深さの設定に対する静摩擦トルクの関係を示す特性線図である。 図８は、ロータの側端面の中凹深さの設定に対する温度ヒューズの溶断時間の関係を示す特性線図である。 図９は、本発明に係る電磁クラッチの第２の実施例の変形例を示す断面図であり、（ａ）は、その全体構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）の一部を示す拡大図である。 図１０は、従来の電磁クラッチを示す図であり、（ａ）は、ロータの斜視図、（ｂ）は、側断面図である。

以下、この発明の電磁クラッチの実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１において、電磁クラッチ１の第１の実施例が示されている。この電磁クラッチ１は、エンジンやモータなどの動力源から従動機器である圧縮機２に対して回転動力を断続的に供給できるようにするもので、圧縮機２の駆動軸２０を中心として回転可能に支持されたロータ４と、このロータ４に対して軸方向で対峙するアーマチュアプレート５と、圧縮機２の駆動軸２０に固装され、駆動軸２０と共に回転するハブ６と、アーマチュアプレート５に連結されたアウタープレート７と、ハブ６に連結されたインナープレート８と、これらアウタープレート７とインナープレート８との間に介在する弾性部材１０を有して構成されている。

ロータ４は、磁性材により環状に形成されているもので、図２にも示すように、その外周に動力源と連結する連結ベルトを取り付けるための溝４ａが形成され、内周にベアリング１４が設けられ、このベアリング１４を介して圧縮機２のハウジング２ａから突出する駆動軸２０を軸支するための円筒部１６の外周に回転自在に外嵌されている。ロータ４の圧縮機２の本体とは反対側となる側端面４ｂは、ロータ４の軸心に対して略垂直となる平面状に形成され、下記するアーマチュアプレート５と対峙する摩擦面を構成している。

アーマチュアプレート５は、図３にも示されるように、磁性材により円板状に形成されているもので、後述するアウタープレート７に固定され、ロータ４の側端面４ｂと僅かなギャップを隔てて対峙する側端面５ａを有している。この側端面５ａは、ロータ４の軸心に対して略垂直となる平面状に形成され、ロータ４と対峙する摩擦面を構成している。

励磁コイル３は、ステータハウジング１１のコイル溝１１ａ内に収容されると共に樹脂モールド１１ｂによって固定されたボビン１２に巻回され、この励磁コイル３が収容されたステータハウジング１１は、取付板１３を介して圧縮機２のハウジング２ａに固定されている。ロータ４には、圧縮機２のハウジング側が開口された環状空間４１が形成され、励磁コイル３が収納されたステータハウジング１１は、この環状空間４１に、所定のクリアランスを持って収納されている。
したがって、ロータ４は、励磁コイル３をアーマチュアプレート側から覆うように設けられ、この励磁コイル３と摺接することなく、励磁コイルに沿って回転することになる。

また、ロータ４の側端面４ｂより励磁コイル側には、所定の温度を超えたときに溶断し、励磁コイル３への通電を遮断する温度ヒューズ１５が設けられている。この温度ヒューズ１５は、例えば、ステータハウジング１１のコイル溝１１ａの開口端近傍に樹脂モールド１１ｂによって固定され、励磁コイル３に沿って複数設けてもいいが、励磁コイル３に対して直列的に結線され、いずれかの温度ヒューズ１５が溶断した場合に励磁コイル３への通電が遮断されるようになっている。

ところで、ロータ４の側端面４ｂには、励磁コイル３への通電によって発生する磁束の通過を遮断して迂回させる外側磁気遮断部２１と内側磁気遮断部２２とがロータ４の軸心（駆動軸２０）からの距離を異ならせた仮想円上に周方向に断続的に形成されている。

即ち、外側磁気遮断部２１は、図２に示すように、ロータ４の軸心を中心とした仮想円上に円弧状の４つの長孔を等間隔に形成して構成され、また、内側磁気遮断部２２は、前記外側磁気遮断部２１の仮想円より径が小さいロータ４の軸心を中心とする仮想円上に円弧状の６つの長孔を等間隔に形成して構成されている。

これに対して、アーマチュアプレート５の側端面５ａには、励磁コイル３への通電によって発生する磁束を迂回させるための中間磁気遮断部２３が、ロータ４の側端面４ｂに形成された磁気遮断部２１，２２から径方向にずらした位置に設けられている。
即ち、この例においては、図３に示されるように、中間磁気遮断部２３を非磁性材の金属からなるリング状部材５３によって構成し、アーマチュアプレート５は、磁性材の金属からなる外側環状プレート５１と内側環状プレート５２との間に、前記リング状部材５３を固着して孔を有しない一枚の円板状のプレートとして形成されている。

したがって、ロータ４とアーマチュアプレート５とを軸心を一致させて対峙させた状態においては、外側磁気遮断部２１の径方向外側の部分で第１吸引極Ａが形成され、外側磁気遮断部２１と中間磁気遮断部２３との間の部分で第２吸引極Ｂが形成され、中間磁気遮断部２３と内側磁気遮断部２２との間の部分で第３吸引極Ｃが形成され、内側磁気遮断部２２の径方向内側の部分で第４吸引極Ｄが形成され、励磁コイル３の通電により、磁束が第１吸引極Ａ、第２吸引極Ｂ、第３吸引極Ｃ、第４吸引極Ｄを通って励磁コイル３の周囲を通る磁気回路が形成されてアーマチュアプレート５をロータ４に吸着する吸引力が生成される。

アウタープレート７は、弾性部材１０を保持するための軸方向に延びる筒状の保持部７ａと、この保持部７ａのアーマチュアプレート側の端部からアーマチュアプレート５の面に沿って延出したフランジ７ｂとを有して構成され、フランジ７ｂに取り付けられるリベット１７によりアーマチュアプレート５に固定されている。

ハブ６は、駆動軸２０の端部にボルト１８によって固定されているもので、このハブ６の駆動軸２０に固定される本体６ａから径方向に延出したフランジ６ｂには、インナープレート８がリベット１９により固定されている。このインナープレート８は、ハブ６とは別体をなすもので、略円盤状をなし、ハブ６のフランジ６ｂに重ね合わせてリベット１９で固定される基部８ａと、この基部８ａの外周縁から軸方向に沿って略筒状に立設されて弾性部材１０を保持する保持部８ｂとを有して構成されている。

そして、図４（ｂ）にも示されるように、アウタープレート７とインナープレート８とを同一平面上に組み合わせてアウタープレート７の保持部７ａとインナープレート８の保持部８ｂとの間に形成される環状隙間９に弾性部材１０を介在させ、この弾性部材１０をアウタープレート７とインナープレート８との双方に接着することで、アウタープレート７とインナープレート８とを弾性部材１０を介して連結させている。

弾性部材１０は、アウタープレート７の保持部７ａとインナープレート８の保持部８ｂとの全周にわたって設けられた環状の合成ゴム（ＮＢＲ や塩素化ブチル等）により構成され、回転方向のトルク変動をねじりによって吸収し、トルク変動に伴なう駆動軸２０等の破損の防止等を図っている。また、この弾性部材１０により、アーマチュアプレート５のロータ４への吸着に伴う弾性変形を許容し、励磁コイル３へ通電した場合には、弾性部材１０の弾性変形により、アーマチュアプレート５がロータ４の側端面側に吸着し、励磁コイル３への通電が解除された場合には、弾性部材１０の復元力によりアーマチュアプレート５をロータ４の側端面から離反させるようにしている。

以上の構成において、ロータ４の側端面４ｂには、図４（ａ）にも示されるように、ロータ４の軸心を中心とし、内側磁気遮断部２２を含むように円環状に形成された環状溝２５が形成され、この環状溝２５に摩擦部材２６が配置されている。

この摩擦部材２６は、非磁性材で構成されているもので、環状溝２５の大きさに合わせた径に円環状に、且つ、板状に形成されており、環状溝２５に収容されて、アーマチュアプレート５と対峙する面が、ロータ４の側端面４ｂから僅かに突出するように（この例では、０．０１０〜０．０５０ｍｍとなるように）固定されている。

摩擦部材２６は、所定の弾性変形、吸着音の低減、トルク伝達、耐摩耗等の機能が求められているもので、例えば、アラミド繊維、非鉄金属繊維、無機繊維などの繊維素材を基材とし、充填剤、摩擦特性向上材等を配合し、フェノール樹脂等のバインダーで結合した素材を用いることができる。

摩擦部材２６が取り付けられた内側磁気遮断部２２とアーマチュアプレート５の中間磁気遮断部２３との位置関係により、第２吸引極Ｂと第３吸引極Ｃとの径方向の幅を調整して、吸着力を調整することは可能であるが、この例では第３吸引極Ｃの径方向幅は、摩擦部材２６による摩擦トルクや各極の吸着力を確保する上で、第２吸引極Ｂの径方向幅の６０％以上に設定されている。

さらに、この例では、ロータ４の側端面４ｂに、外側磁気遮断部２１を含むように環状溝２４が形成されている。この環状溝２４は、ロータ４の軸心を中心とした円環状に形成されているもので、前記環状溝２５と同等の深さかそれよりも浅く形成されている。

以上の構成において、次に、この電磁クラッチ１の基本動作等を説明すると、励磁コイル３の非通電時には、アーマチュアプレート５は、アウタープレート７を介して取り付けられた弾性部材１０の弾性力により、ロータ４の側端面４ｂから離れた状態にあり、ロータ４は空転した状態にある。これに対し、励磁コイル３が通電されると、ロータ４及びアーマチュアプレート５には図１で示す如く磁気回路が形成され、電磁吸引力が発生して、アーマチュアプレート５が、弾性部材１０の弾性力に抗してロータ４側に吸引される。

この際、アーマチュアプレート５は、ロータ４の側端面４ｂの内側磁気遮断部２５上に突出するように設けられた摩擦部材２６に最初に当接するので、アーマチュアプレート５がロータ４の側端面４ｂに接触する時の吸着音が低減される。そしてアーマチュアプレート５が摩擦部材２６に当接したのち、摩擦部材２６の弾性変形およびアーマチュアプレート５自身の弾性変形により、アーマチュアプレート５の外周寄りの部分が、ロータ４の側端面４ｂの外周寄りの部分に当接する。これにより、ロータ４の内周寄りの部分では、摩擦部材２６とアーマチュアプレート５との摩擦によって、また、ロータ４の外周寄りの部分では、ロータ４とアーマチュアプレート５の摩擦によって、ロータ４の回転がアーマチュアプレート５からアウタープレート７、弾性部材１０、インナープレート８、及びハブ６を介して圧縮機２の駆動軸２０に伝達される。

したがって、何らかの都合で圧縮機２が回転不能となり、ロータ４とアーマチュアプレート５との間でスリップが発生した場合には、ロータ４の内周寄りの部分は、磁性体金属と非磁性体の摩擦部材２６との摺接となるので、この摺接部分が凝着して固着することがない。その結果、スリップした状態が持続され、ロータ４とアーマチュアプレート５とが摺接して生じた摩擦熱を、温度ヒューズ１５に伝達してこの温度ヒューズ１５を速やかに溶断させ、クラッチの接続を確実に切断することが可能となる。
なお、ロータ４の外周寄りの部分は、同種金属である磁性体同士が摺接することになるが、ロータ４の外周寄りの領域は周速が速いため、部分的に凝着が生じた場合でも、相対速度差が大きく、発生する摩擦熱も大きいため、摺動面の固着現象が生じることはない。

特に、上述の構成例では、ロータ４の側端面４ｂに、外側磁気遮断部２１を含み、この外側磁気遮断部２１の径方向外側において磁路巾（第１吸引極Ａの径方向巾）を外側寄りに狭めた環状溝２４が形成されているので、第１吸引極Ａをロータ４の回転中心からより遠い位置に構成させて、ロータ４からアーマチュアプレート５への伝達トルクの向上を図ることが可能となる。なお、環状溝２４を設けて第１吸引極Ａの磁路幅を外側寄りに狭めるにあたり、第１吸引極Ａの磁路幅を狭くしすぎると磁気抵抗が大きくなる恐れがある。この例では第１吸引極Ａの径方向幅は、第２吸引極Ｂの径方向幅の７０％以上に設定されている。

なお、以上の構成例においては、ロータ４の内側磁気遮断部２２が形成された部分にあっては、これを含むように環状溝２５を形成すると共にその環状溝２５に摩擦部材２６を設け、また、外側磁気遮断部２１が形成された部分にあっては、これを含むようにその外側に環状溝２４を形成しただけの構成としたが、図５に示されるように、外側磁気遮断部２１を含む環状溝２４に、環状の摩擦部材２７を更に装着させるようにしてもよい。この摩擦部材２７も、非磁性材で構成され、環状溝２４の大きさに合わせて円環状に、且つ、板状に形成されているもので、ロータ４の側端面４ｂから僅かに突出するように固定されている。

このような構成によれば、励磁コイル３に通電して、アーマチュアプレート５がロータ４に吸引された場合に、アーマチュアプレート５がロータ４の側端面４ｂに吸着するよりも前に、アーマチュアプレート５は、ロータ４の側端面４ｂの内周寄りと外周寄りの両領域で摩擦部材２６，２７と接触するので、さらに安定してトルクを伝達できると共に凝着や固着の恐れを一層低減することが可能となり、また、吸着音の発生を一層低減することが可能となる。

また、上述した構成においては、外側磁気遮断部２１や内側磁気遮断部２２を、駆動軸２０を中心とする仮想円上に円弧状の長孔を等間隔に形成して構成した例を示したが、駆動軸４を中心とする環状の非磁性材を介在させて構成するようにしてもよい。また、上述の構成においては、中間磁気遮断部２３を、駆動軸４を中心とする環状の非磁性材を介在させて構成した例を示したが、駆動軸２０を中心とする仮想円上に円弧状の長孔を等間隔に形成して構成するようにしてもよい。

図６（説明の便宜上、誇張して描かれている）において、電磁クラッチ１の第２の実施例が示されている。この電磁クラッチ１が前記実施例１と異なる点について説明すると、ロータ４の、アーマチュアプレート５と対峙する側端面４ｂは、ロータ４の径方向中心に向かうにつれてロータ４の軸方向内側へ徐々に凹むような（ロータ４の外周縁に対して内周縁が低くなるように連続的に傾斜した）直線的な傾斜面を備えた中凹形状に形成されている。すなわち、アーマチュアプレート５が吸着されていない非通電時において、径方向外側に向かうほどアーマチュアプレート５との離間距離が小さくなっている。

この例において、ロータ４の内側磁気遮断部２２が形成された部分を含むように形成された環状溝２５に設けられている摩擦部材２６は、ロータ４の側端面４ｂから突出した部位がロータ４の側端面４ｂに併せて傾斜するのではなく（ロータ４の側端面４ｂと平行に設けられるのではなく）、摩擦部材２６の径方向外側の部位から駆動軸２０に対して垂直となるように取り付けられている。

摩擦部材２６の側端面４ｂからの突出量（摩擦部材２６の径方向外側の部位での突出量）とロータの側端面の中凹深さα（ロータの側端面の外周縁を含む駆動軸２０に対して垂直な面と、ロータ４の側端面４ｂの内周縁を含む駆動軸２０に対して垂直な面との距離であり、側端面の外周縁に対して側端面の内周縁が低くなる量）は、以下に述べる評価結果に基づいて設定されている。

まず、電磁クラッチに要求される機能のひとつであるトルク伝達能力を評価するために、ロータ４の側端面の中凹深さα（μm）の変化に対する静摩擦トルク（Ｎ・ｍ）の変化を計測した。電磁クラッチの静摩擦トルクは、電磁クラッチのロータを回転しないように固定した状態で、電磁コイルに電圧を印加してアーマチュアをロータに吸着させ、アーマチュアに連結している駆動軸に徐々にトルクを加え、吸着されたアーマチュアとロータの間で滑りが発生するトルク値を計測することで得ることができる。ここで、ロータ４は、側端面の外周縁の直径がΦ１１２であり、内周縁の直径がΦ５０であるものを用い、摩擦部材２６のロータ側端面４ｂからの突出量は、選定する可能性がある範囲内で１０μｍ、３０μｍ、５０μｍの３パターンにて試験を行った。静摩擦トルクの測定結果は、図７中の各線で示されるような特性を示した。

この図７から判るように、静摩擦トルクは、ロータ４の側端面４ｂの中凹深さαが４０〜５０μｍのときに最も高い値を示し、中凹深さαが適正領域を外れると静摩擦トルクが低下する。これは、ロータ４の側端面４ｂの中凹深さαが大きくなり過ぎると、ロータ４の側端面４ｂの外縁寄りの部分がアーマチュアプレート５に当接した時点でロータの内縁寄りの部分がアーマチュアプレート５から離れた状態となり、アーマチュアの全面に亘って吸引力が低下するためであり、また、ロータ４の側端面４ｂの中凹深さαが小さくなり過ぎると、側端面４ｂの内縁寄りの部分で突出する摩擦部材２６によってアーマチュアプレート５が主として当接する状態となり、ロータ４の側端面の外周寄りの領域での面圧が弱まるためであると考えられる。

また、同図から判るように、摩擦部材２６の突出量が５０μｍのものに対して１０μｍのものの方が、中凹深さαの適正領域から離れたときの静摩擦トルクの落ち込みが小さくなる。
静摩擦トルクは、圧縮機の運転時に発生しうるトルクを考慮して、例えば５０Ｎ・ｍ以上を確保とすることが望ましいので、中凹深さαのばらつきに拘わらず安定的に伝達トルクを確保するという観点からは、摩擦部材２６の突出量は小さい方が好ましいように思われる。しかしながら、摩擦部材２６は使用とともに摩耗するので、過剰に小さい値に設定すると、早期の摩擦部材２６の摩耗により内周付近での金属同士の摺動を招くことになる。

これらのことから、これらの設計的要求事項および製造上必要なバラつきを考慮し、摩擦部材２６の突出量として、１０μｍは公差範囲での下限値とすることが望ましい。一方、摩擦部材の突出量の公差巾を４０μｍとすると、突出量の上限値が５０μｍとなるが、図７に示されるように、中凹深さαを３０〜６０μｍとすることで、摩擦部材２６の突出量が上限値（５０μｍ）から下限値（１０μｍ）の範囲でばらついたとしても、目標とする静摩擦トルク（５０Ｎ・ｍ以上）を確保できる。
以上のことから、中凹深さαは、３０〜６０μｍの範囲で設定することが望ましく、摩擦部材２６の突出量は、１０〜５０μｍの範囲で設定することが望ましい。なお、摩擦部材２６の突出量は、静摩擦トルクのばらつきを低減する上で、より好ましくは、１５〜４０μｍの範囲で設定するとよい。

次に、圧縮機のロック時に温度ヒューズ１５が適切に溶断してクラッチの接続を切断できるか調査するために、上述した図７の静摩擦試験に用いた電磁クラッチのロータ４を、強制的に回転不能にしたアーマチュア５とスリップさせながら回転させ、温度ヒューズ１５が溶断してクラッチの接続が解除されるまでの時間（温度ヒューズ溶断時間）の測定を行った（図８）。

ここで、温度ヒューズ溶断時間（sec）は、エンジンからの回転動力を受けて回転するロータ４と回転不能になった圧縮機２の駆動軸２０に連結されているアーマチュアプレート５とがスリップを開始してから、このスリップによって生じる摩擦熱により温度ヒューズ１５が溶断する（アーマチュアプレート５をロータ４に吸着する電磁吸引力が消滅する）までの時間であり、エンジンやベルトに負担をかけないようにするためには、短い方がよく、例えば、８０sec以内を目標とすることが望ましい。

図８に示されるように、温度ヒューズ溶断時間の特性は、静摩擦トルクの特性と概ね同様の傾向を示した。すなわち、ロータ４の側端面の中凹深さαが適正範囲に対して大きい場合や小さい場合には、静摩擦トルクが小さくなるため、発生する摩擦熱が小さくなり、温度ヒューズが溶断するまでに要する時間が長くなると考えられる。

この温度ヒューズ溶断試験においては、温度ヒューズの溶断までに時間の差があるものの、いずれの試験においてもヒューズが溶断し、固着現象に至るものはなかった。また、図８に示されるように、中凹深さαを図７における適正範囲（３０〜６０μｍ）に設定すれば、摩擦部材２６の突出量がサンプルの範囲（突出量が１０〜５０μｍ）でばらついたとしてもヒューズ溶断時間を目標時間内（８０sec以内）とすることが可能となる。

よって、必要な伝達トルクを確保し、且つ、圧縮機のロック時に温度ヒューズ１５を速やかに溶断させる観点から、ロータの側端面の中凹深さαを３０〜６０μｍの範囲で設定することが好ましい。また、摩擦部材２６は、径方向外側の部位での突出量を１０〜５０μｍの範囲で設定するとよく、さらに好ましくは、摩擦部材２６の径方向外側の部位で突出量を１５〜４０μｍの範囲で設定するとよい。また、ロータの側端面の中凹深さαの公差の中央値を、摩擦部材２６の前記ロータ４の側端面からの突出量に対して、１．５倍程度となるように設定することが好ましい。

なお、他の構成は、図１で示す構成と同様であるので、同一箇所に同一符号を付して説明を省略する。

このような構成においては、内周寄りの周速が遅い領域において磨耗部材２６とアーマチュアプレート５とを接触させることで、圧縮機１が回転不能になったときの金属同士の滑りを防いで固着現象を防ぐことが可能となる。また、ロータ４の側端面４ｂを中凹形状としているので、ロータ４の外周寄りの領域においても、十分な面圧を確保して伝達トルクを維持することが可能となる。

すなわち、ロータ４の内周寄りに設けられた摩擦部材２６を突出させただけでは、摩擦部材２６がアーマチュアプレート５に接触すると、その接触部位より径方向外側の部分は面圧が低くなり、伝達トルクが低下する恐れがあるが、ロータ４の側端面４ｂを中凹形状とすることで、摩擦部材２６よりも外周側を使用初期からより積極的にアーマチュアプレートと接触させることが可能となり、使用初期から摩擦トルクを安定的に確保することが可能となる。

また、ロータ４の側端面が中凹形状でない第１の実施例においては、摩擦部材２６が、ロータ４の外周寄りの部分よりも先にアーマチュアプレート５と接触することになり、したがって、摩擦部材２６の摩耗の進行が早められる。その結果、電磁クラッチ１のオンオフ回数の多い使用状況においては、固着防止の機能が早期に低下する可能性がある。

これに対して、ロータ４の側端面４ｂを中凹形状とした第２の実施例においては、使用初期から側端面４ｂの外周側金属面と内周側の摩擦部材２６の双方をアーマチュアプレート５に接触させることができ、摩擦部材２６だけが著しく磨耗することを回避することができ、ロータ４とアーマチュアプレート５との固着回避の機能をより長期間に亘って持続させることが可能となる。

なお、上述した例では、ロータの側端面とアーマチュアプレートとの離間距離を径方向外側に向かうほど小さくなるように、ロータの側端面が中凹形状を有するように構成したが、これに代えて、アーマチュアプレートのロータの側端面と対峙する面（接する面）が同様の中凹形状を有するようにしても、同様の作用効果を期待できる。

なお、上述した例では、内側磁気遮断部２２が形成された部分に形成された環状溝２５に摩擦部材２６を設けた構成において、ロータ４の側端面４ｂを中凹形状にした例を示したが、図９に示されるように、外側磁気遮断部２１が形成された環状溝２４にも摩擦部材２７を設けた構成において、ロータ４の側端面４ｂを中凹形状とし、使用初期から内側の摩擦部材２６と外側の摩擦部材２７の双方をアーマチュアプレート５に接触させ、内側の摩擦部材２６だけが著しく磨耗することを回避するようにしてもよい。

２ 圧縮機
３ 励磁コイル
４ ロータ
４ｂ 側端面
５ アーマチュアプレート
１４ ベアリング
１５ 温度ヒューズ
２０ 駆動軸
２１ 外側磁気遮断部
２２ 内側磁気遮断部
２３ 中間磁気遮断部
２４ 環状溝
２５ 環状溝
２６ 摩擦部材
２７ 摩擦部材
Ａ 第１吸引極
Ｂ 第２吸引極
Ｃ 第３吸引極
Ｄ 第４吸引極

Claims (7)

1. 磁性材により形成され、回転駆動源からの回転力を受けて回転するロータと、
   磁性材により形成され、圧縮機の駆動軸に対して相対回転不能に連結されると共に、前記ロータの側端面に対して僅かなギャップを隔てて対向配置されたアーマチュアプレートと、
   前記ロータの内部に収容され、通電されることにより、前記ロータと前記アーマチュアプレートとを経由する磁気回路を形成して前記アーマチュアプレートを前記ロータに電磁吸着させる吸引力を発生させる励磁コイルと、
   前記ロータの側端面より前記励磁コイル側に配置され、所定の温度を超えたときに前記励磁コイルへの通電を遮断する温度ヒューズと、
   前記ロータの側端面に設けられ、前記駆動軸を中心とする環状の、又は、前記駆動軸を中心とする仮想円上に配された複数の円弧状の外側磁気遮断部、及び、この外側磁気遮断部より径方向内側に設けられ、前記駆動軸を中心とする環状の、又は、前記駆動軸を中心とする仮想円上に配された複数の円弧状の内側磁気遮断部と、
   前記アーマチュアプレートに設けられ、前記外側磁気遮断部と前記内側磁気遮断部との間の径方向位置と対峙する位置に形成され、前記駆動軸を中心とする環状の、又は、前記駆動軸を中心とする仮想円上に配された複数の円弧状の中間磁気遮断部と、を備え、
   前記ロータと前記アーマチュアプレートとを対向配置させることで、前記外側磁気遮断部、前記中間磁気遮断部、及び、前記内側磁気遮断部のぞれぞれの遮断部の径方向外側と内側に形成される対峙面により、４つの吸引極が形成されている電磁クラッチにおいて、
   前記ロータの側端面に、前記内側磁気遮断部を含むように環状溝を形成し、
   この環状溝に、前記ロータの側端面から突出する摩擦部材を配置し、
   前記ロータの側端面に、前記外側磁気遮断部を含み、この外側磁気遮断部の径方向外側において前記吸引極の径方向巾を外側寄りに狭める環状溝をさらに形成したことを特徴とする電磁クラッチ。
2. 前記外側磁気遮断部を含むように形成された環状溝に、前記ロータの側端面から突出する摩擦部材をさらに配置したことを特徴とする請求項１記載の電磁クラッチ。
3. 前記吸引極は、径方向外側から第１吸引極、第２吸引極、第３吸引極、第４吸引極をなし、前記第３吸引極の径方向の幅は、前記第２吸引極の径方向の幅の６０％以上の幅を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電磁クラッチ。
4. 前記ロータの側端面は、前記励磁コイルへの非通電時において、径方向外側に向かうほど前記アーマチュアプレートとの離間距離が小さくなるように、中凹形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁クラッチ。
5. 前記ロータの側端面と対峙する前記アーマチュアプレートの側端面は、前記励磁コイルへの非通電時において、径方向外側に向かうほど前記ロータの側端面との離間距離が小さくなるように、中凹形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁クラッチ。
6. 前記ロータの側端面又は前記アーマチュアプレートの側端面は、前記側端面の外周縁に対して、前記側端面の内周縁が３０〜６０μｍ低くなるように形成されていることを特徴とする請求項４又は５記載の電磁クラッチ。
7. 前記摩擦部材の前記ロータの側端面からの突出量は、１０〜５０μｍであることを特徴とする請求項４乃至６記載の電磁クラッチ。

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