JP6682879B2 - 電磁摩擦係合装置 - Google Patents

Description

本発明は、相対回転可能に配置された第１部材及び第２部材が摩擦力により連結される電磁摩擦係合装置に関する。

従来、相対回転可能に配置された第１部材及び第２部材を有し、電磁力によってアーマチャが軸方向に移動することで、第１部材と第２部材とが摩擦力によって連結される電磁摩擦係合装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、円筒部及び底部を有する有底筒状のアウタハウジングと、アウタハウジングと相対回転可能に配置されたインナシャフトとを摩擦力によって連結する電磁摩擦係合装置が、電磁クラッチとして記載されている。この電磁クラッチは、アウタハウジングの円筒部とインナシャフトとの間に配置されたアーマチャと、アーマチャを吸引する磁力を発生する電磁コイルとを備えている。アウタハウジングの底部は、アーマチャと電磁コイルとの間に配置され、アーマチャにおけるアウタハウジングの底部との対向面には摩擦材が貼着されている。アーマチャは、インナシャフトに一体回転可能かつ軸方向移動可能にスプライン嵌合しており、電磁コイルに通電されると、摩擦材がアウタハウジングの底部に摺接して摩擦力を発生させる。

特開２００９−１３８７９９号公報

特許文献１に記載のものでは、アーマチャがインナシャフトにスプライン嵌合して軸方向移動可能に支持されているので、アーマチャが軸方向に移動する際に、インナシャフトとの間で摺動抵抗が発生する。このため、電磁コイルは、この摺動抵抗に抗してアーマチャを軸方向移動させる磁力を発生させる必要があり、消費電力が増大してしまう。また、この摺動抵抗は、アーマチャの移動速度の低下をもたらし、クラッチの応答性を低下させる要因ともなる。

そこで、本発明は、磁力によるアーマチャの軸方向移動によって相対回転可能に配置された第１部材と第２部材とを摩擦力により連結する電磁摩擦係合装置において、アーマチャが軸方向に移動する際の抵抗を抑制し、以って消費電力を抑制すると共に応答性を高めることが可能な電磁摩擦係合装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、相対回転可能に配置された第１部材と第２部材とを摩擦力により連結する電磁摩擦係合装置であって、通電により磁力を発生させる電磁コイルと、前記第１部材との相対回転が規制された摩擦部材と、前記摩擦部材と軸方向に対向して配置され、前記磁力による前記摩擦部材側への軸方向移動によって前記摩擦力を発生させる環状のアーマチャと、前記アーマチャを前記摩擦部材から軸方向に離間させるように付勢する弾性部材とを備え、前記第２部材は、前記アーマチャに挿通される軸部、前記弾性部材が連結される連結部、及び前記軸部から外方に突出して前記アーマチャと軸方向に対向する鍔部を有し、前記アーマチャは、前記弾性部材によって前記第２部材に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能に支持されると共に、前記弾性部材の付勢力によって前記鍔部に当接し、前記アーマチャの内周面と前記第２部材の前記軸部の外周面との間に全周にわたって隙間が形成されており、前記弾性部材は、円環板状であり、前記弾性部材と前記アーマチャとの間に、前記鍔部よりも軸方向の厚さが薄いスペーサが配置されている、電磁摩擦係合装置を提供する。

本発明に係る電磁摩擦係合装置によれば、消費電力を抑制すると共に応答性を高めることが可能となる。

本発明の実施の形態に係るクラッチ装置を示す断面図である。 図１の一部を拡大して示す拡大図である。 インナシャフトの端部を拡大して示す斜視図である。 板バネ、アーマチャ、クラッチプレート、複数のスペーサ、及びリベットを示す斜視図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係る電磁摩擦係合装置としてのクラッチ装置を示す断面図である。図２は、図１の一部を拡大して示す拡大図である。

このクラッチ装置１は、相対回転可能に配置された第１部材としてのアウタハウジング２及び第２部材としてのインナシャフト３を有し、アウタハウジング２とインナシャフト３とが摩擦力により連結される。アウタハウジング２は、例えば自動変速機等の車載装置のケース部材１０にボルト１１によって固定され、ケース部材１０の開口部１００を覆っている。インナシャフト３には、ケース部材１０の開口部１００から突出した回転軸１２が相対回転不能に連結されている。すなわち、クラッチ装置１は、回転軸１２に制動力を作用させ、ケース部材１０に対する回転軸１２の回転を減速乃至停止させるために用いられる。

インナシャフト３及び回転軸１２は、玉軸受９１及びスラスト針状ころ軸受９２によってアウタハウジング２に相対回転可能に支持され、回転軸線Ｏを中心として回転する。以下、回転軸線Ｏに平行な方向を軸方向という。

クラッチ装置１は、通電により磁力を発生させる電磁コイル４０と、電磁コイル４０を保持するヨーク４１と、アウタハウジング２との相対回転が規制された摩擦部材としてのクラッチプレート５と、電磁コイル４０の磁力によるクラッチプレート５側への軸方向移動によって摩擦力を発生させるアーマチャ６と、アーマチャ６をクラッチプレート５から軸方向に離間させるように付勢する弾性部材としての板バネ７と、アーマチャ６と板バネ７との間に配置されたスペーサ８とを、主たる構成部材として備えている。ヨーク４１、クラッチプレート５、アーマチャ６、及び板バネ７は、インナシャフト３を挿通させる環状であり、軸方向に並んで同芯上に配置されている。

アウタハウジング２は、円筒状の円筒部２１と、円筒部２１の一端部から内方に突出して形成された環状の底部２２と、円筒部２１の他端部から外方に突出して形成されたフランジ部２０とを一体に有している。フランジ部２０には、ケース部材１０への固定のためのボルト１１を挿通させるボルト挿通孔２００が形成されている。円筒部２１の内周には、軸方向に延びる複数のスプライン突起２１１が形成されている。クラッチプレート５は、このスプライン突起２１１に係合して、アウタハウジング２に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能である。

玉軸受９１は、アウタハウジング２における底部２２の内周面と、回転軸１２との外周面との間に配置されている。また、底部２２の内周面と回転軸１２との外周面との間には、アウタハウジング２内の潤滑油（図示せず）の漏出を防止するシール部材９３が配置されている。

スラスト針状ころ軸受９２は、複数の針状ころ９２１と、複数の針状ころ９２１を保持する保持器９２２と、針状ころ９２１が転動する転動面を有する円板状のレース９２３とを有している。また、スラスト針状ころ軸受９２は、外周側の一部がアウタハウジング２の底部２２に形成された段付き凹部２１０に収容されている。段付き凹部２１０の軸方向端面２１０ａとスラスト針状ころ軸受９２との間には、環状のシム９４が配置されている。シム９４は、アウタハウジング２に対するインナシャフト３の軸方向位置を調節するために用いられる。

ヨーク４１は、アウタハウジング２の底部２２に形成されたボルト挿通孔２２１を挿通するボルト９５によって、アウタハウジング２の円筒部２１の内側に固定されている。ヨーク４１には、アウタハウジング２の底部２２とは反対側の軸方向端面に開口する環状凹部４１０が形成され、この環状凹部４１０に電磁コイル４０が収容されている。電磁コイル４０は、巻線を周方向に巻き回してなる巻線部４００がモールド樹脂４０１によってモールドされている。巻線部４００には、アウタハウジング２の底部２２に形成された貫通孔２２２に嵌着されたグロメット９６を挿通する電線４０２を介して励磁電流が供給される。

インナシャフト３は、例えば焼結や鍛造によって形成された鉄系金属からなり、ヨーク４１及びアーマチャ６の内側に挿通される円筒状の軸部３１と、板バネ７が相対回転不能に連結される連結部３２と、軸部３１から外方に突出してアーマチャ６と軸方向に対向する鍔部３３と、回転軸１２との連結のためのスプライン嵌合部３４０が内端部に設けられた内フランジ部３４とを一体に有している。連結部３２は、アウタハウジング２の開口側の端部に設けられ、鍔部３３は、軸部３１における連結部３２側の端部から外方に突出している。内フランジ部３４は、回転軸１２を挿通させる環板状であり、連結部３２とは反対側の端部に設けられている。連結部３２のスプライン嵌合部３４０には、回転軸１２が軸方向移動可能かつ相対回転不能に嵌合する。

図３は、インナシャフト３の端部を拡大して示す斜視図である。連結部３２は、軸部３１に連続する円筒状の基部３２０と、基部３２０の外周面３２０ａから外方に突出し、かつ軸方向に延在してインナシャフト３の軸方向端面３ａに至る複数の係合突起３２１とを有している。鍔部３３は、軸部３１の外周面３１ａと直角をなす側面３３０ａを有する円壁部３３０と、円壁部３３０の外周側の端部から軸部３１とは反対側に延出された延出部３３１とを有している。延出部３３１は、係合突起３２１の軸方向の一部を外周側から覆っている。

図４は、板バネ７、アーマチャ６、クラッチプレート５、複数のスペーサ８、及び板バネ７とアーマチャ６とを連結する連結部材としての複数のリベット９７を示す斜視図である。板バネ７、アーマチャ６、及びスペーサ８には、リベット９７の軸部９７０を挿通させる貫通孔７０，６０，８０が形成されている。リベット９７の頭部９７１は、アーマチャ６に形成された凹部６１（図２参照）に収容される。リベット９７の軸部９７０は、板バネ７の貫通孔７０から突出した先端部が加締められている。

図２に示すように、板バネ７とアーマチャ６との間には、インナシャフト３の鍔部３３が挟まれる。また、板バネ７とアーマチャ６との間には、スペーサ８が挟みつけられている。本実施の形態では、板バネ７とアーマチャ６とが３つのスペーサ８を介して３本のリベット９７によって連結されているが、スペーサ８及びリベット９７の数は４つ以上であってもよい。

板バネ７は、例えばばね鋼をプレス加工して形成された円環板状であり、内周端部にはインナシャフト３の連結部３２における複数の係合突起３２１に係合する複数の突部７１が内周端部に形成されている。板バネ７は、突部７１が係合突起３２１に係合することで、インナシャフト３との相対回転が規制されている。

本実施の形態では、スペーサ８の軸方向の厚みｔ１が、インナシャフト３の鍔部３３の厚さｔ２よりも僅かに薄い。これにより、板バネ７は、アーマチャ６をヨーク４１から離間する方向に常に付勢し、この付勢力によってアーマチャ６が鍔部３３に当接する。すなわち、アーマチャ６には、板バネ７によるプレ荷重が作用する。このプレ荷重の大きさは、スペーサ８の厚みを増減することで調節することができる。また、板バネ７は、その付勢力の反力によってインナシャフト３から抜け出す方向への軸方向移動が規制されており、突部７１と係合突起３２１との係合状態が維持される。したがって、例えばスナップリング等の抜け止め部材を設けることなく、板バネ７を容易にインナシャフト３に組み付けることが可能となる。

アーマチャ６は、クラッチプレート５と軸方向に対向して配置され、板バネ７によってインナシャフト３に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能に支持されている。つまり、アーマチャ６は、インナシャフト３との相対回転が規制された板バネ７とスペーサ８を介してリベット９７によって連結されていることによってインナシャフト３に対して相対回転不能であり、また板バネ７の弾性変形によってインナシャフト３に対して軸方向移動可能である。アーマチャ６は、鍔部３３と対向する一方の軸方向端面６ｂが鍔部３３との当接面として、またクラッチプレート５と対向する他方の軸方向端面６ｃが摩擦力を発生させる摩擦面として、それぞれ形成されている。一方及び他方の軸方向端面６ｂ，６ｃは、軸方向に対して垂直な平坦な面である。

電磁コイル４０の非通電時におけるアーマチャ６の軸方向端面６ｃとクラッチプレート５との間のエアギャップｇの軸方向長さは、シム９４によって調節可能である。すなわち、シム９４の厚みを厚くすればエアギャップｇが大きくなり、シム９４の厚みを薄くすればエアギャップｇが小さくなる。これにより、例えばヨーク４１の残留磁気によって電磁コイル４０の非通電時にアーマチャ６がヨーク４１に引き寄せられて摩擦力が発生してしまうことを抑制しながら、電磁コイル４０に通電した際の応答性を高めることができる。

クラッチプレート５は、炭素鋼等の軟磁性体からなる鋼板をプレス加工して形成された円環板状であり、外周端部にはアウタハウジング２の円筒部２１に形成された複数のスプライン突起２１１に係合する複数の突部５１が形成されている。また、クラッチプレート５は、ヨーク４１の環状凹部４１０と軸方向に対向する部分に、電磁コイル４０への通電により発生する磁束の短絡を防ぐための複数の円弧状のスリット５０が形成されている。

アーマチャ６の内周面６ａとインナシャフト３の軸部３１の外周面３１ａとの間には、全周にわたって隙間Ｓ１が形成されている。つまり、アーマチャ６は、インナシャフト３の軸部３１に対して非接触で軸方向に移動する。また、ヨーク４１の内周面４１ａとインナシャフト３の軸部３１の外周面３１ａとの間にも、全周にわたって隙間Ｓ２が形成されている。これらの隙間Ｓ１，Ｓ２により、磁束がインナシャフト３に漏れることが抑制されている。

図１では、回転軸線Ｏよりも上側に、電磁コイル４０に励磁電流が供給されていない非作動状態を示し、回転軸線Ｏよりも下側に、電磁コイル４０に励磁電流が供給された作動状態を示している。

電磁コイル４０への非通電時には、板バネ７の付勢力により、アーマチャ６の軸方向端面６ｂが鍔部３３における円壁部３３０の側面３３０ａに当接する。この状態では、アーマチャ６とクラッチプレート５との間に摩擦力が発生せず、インナシャフト３は、回転軸１２と共にアウタハウジング２に対して回転自在である。

電磁コイル４０に励磁電流が供給されると、磁路Ｇに磁束が発生し、アーマチャ６が電磁コイル４０の磁力によってヨーク４１側に吸引され、クラッチプレート５との間に摩擦力を発生させる。この摩擦力により、インナシャフト３及び回転軸１２のアウタハウジング２に対する回転が規制される。すなわち、アーマチャ６とクラッチプレート５とが電磁コイル４０の磁力によって摩擦係合し、インナシャフト３及び回転軸１２のアウタハウジング２に対する回転が停止する。前述のように、板バネ７はアーマチャ６をヨーク４１から離間する方向に常に付勢しているので、励磁電流が所定値よりも大きくなってアーマチャ６に作用する磁力が板バネ７の付勢力よりも大きくなったときに、アーマチャ６が軸方向に移動してクラッチプレート５と摩擦接触する。アーマチャ６とクラッチプレート５との間の摩擦力は、励磁電流の大きさに応じて変動する。つまり、励磁電流の調節により、摩擦力を増減させることが可能である。

また、電磁コイル４０への励磁電流が遮断されると、板バネ７の付勢力によってアーマチャ６が鍔部３３に当接する初期位置に戻り、クラッチプレート５との摩擦力が消滅し、インナシャフト３及び回転軸１２がアウタハウジング２に対して回転自在となる。この際、板バネ７は、ヨーク４１の残留磁気による吸引力に抗して、アーマチャ６を軸方向に移動させる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明した実施の形態によれば、以下に述べる作用及び効果が得られる。

（１）アーマチャ６は、板バネ７によってインナシャフト３に支持されているので、電磁コイル４０の磁力によってアーマチャ６が軸方向に移動する際の摺動抵抗が抑制される。これにより、仮にアーマチャ６がインナシャフト３にスプライン係合して支持されている場合に比較して、小さい磁力でアーマチャ６を軸方向移動させることができ、電磁コイル４０での消費電力を抑制することができる。また、アーマチャ６の移動速度を高めることができ、非作動状態から作動状態に切り替わる際の応答性が高まる。

（２）アーマチャ６の内周面６ａとインナシャフト３の軸部３１の外周面３１ａとの間には、全周にわたって隙間Ｓ１が形成されているので、インナシャフト３の軸部３１との非接触状態を保ったままアーマチャ６が軸方向に移動する。これにより、アーマチャ６とインナシャフト３の軸部３１との間の摺動抵抗を全く発生させることなく、小さい磁力でアーマチャ６を軸方向移動させることができる。

（３）アーマチャ６は、インナシャフト３の鍔部３３に当接することにより非作動時における位置（初期位置）が決められるので、簡素な構成により、電磁コイル４０への非通電時におけるアーマチャ６を、電磁コイル４０の磁力によってヨーク４１側に吸引可能な位置に保持することができる。

（４）スペーサ８の軸方向の厚みｔ１がインナシャフト３の鍔部３３の厚さｔ２よりも薄いので、非作動状態において、アーマチャ６は、板バネ７の復元力によって常に鍔部３３側に付勢される。これにより、アーマチャ６のがたつきが抑制される。

（５）板バネ７は、突部７１がインナシャフト３の連結部３２における係合突起３２１に係合してインナシャフト３との相対回転が規制されるので、仮に板バネ７をボルトによってインナシャフト３に固定する場合に比較して、組み付け工数及び部品点数を削減することが可能となる。これにより、クラッチ装置１の低コスト化及び軽量化に寄与できる。

（付記）
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、摩擦部材としてクラッチプレート５を用いた場合について説明したが、これに限らず、クラッチプレート５を省略し、ヨーク４１を摩擦部材として用いてもよい。この場合、アーマチャ６に対向するヨーク４１の軸方向端面には、摩耗抑制のための熱処理等を施すことが望ましい。また、クラッチ装置１の適用対象や用途についても、特に制限はない。

１…クラッチ装置（電磁摩擦係合装置） ２…アウタハウジング（第１部材）
３…インナシャフト（第２部材） ３１…軸部
３１ａ…外周面 ３２…連結部
３３…鍔部 ３ａ…軸方向端面
４０…電磁コイル ５…クラッチプレート（摩擦部材）
６…アーマチャ ６ａ…内周面
７…板バネ（弾性部材） ８…スペーサ
Ｓ１…隙間

Claims (2)

1. 相対回転可能に配置された第１部材と第２部材とを摩擦力により連結する電磁摩擦係合装置であって、
   通電により磁力を発生させる電磁コイルと、
   前記第１部材との相対回転が規制された摩擦部材と、
   前記摩擦部材と軸方向に対向して配置され、前記磁力による前記摩擦部材側への軸方向移動によって前記摩擦力を発生させる環状のアーマチャと、
   前記アーマチャを前記摩擦部材から軸方向に離間させるように付勢する弾性部材とを備え、
   前記第２部材は、前記アーマチャに挿通される軸部、前記弾性部材が連結される連結部、及び前記軸部から外方に突出して前記アーマチャと軸方向に対向する鍔部を有し、
   前記アーマチャは、前記弾性部材によって前記第２部材に対して相対回転不能かつ軸方向移動可能に支持されると共に、前記弾性部材の付勢力によって前記鍔部に当接し、
   前記アーマチャの内周面と前記第２部材の前記軸部の外周面との間に全周にわたって隙間が形成されており、
   前記弾性部材は、円環板状であり、
   前記弾性部材と前記アーマチャとの間に、前記鍔部よりも軸方向の厚さが薄いスペーサが配置されている、
   電磁摩擦係合装置。
2. 前記第２部材の前記連結部には、軸方向に延在して前記第２部材の軸方向端面に至る複数の係合突起が設けられ、
   前記弾性部材は、前記係合突起に係合して前記第２部材との相対回転が規制されている、
   請求項１に記載の電磁摩擦係合装置。
   

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