JP6965775B2 - 電磁クラッチ - Google Patents

Description

本発明は、電磁クラッチに関するものである。

従来、電磁クラッチは、外周面にＶ溝が形成された円筒形状のプーリと、プーリの内側に配置され、磁気回路を形成する磁気回路およびロータと、を備えている。この電磁クラッチは、プーリの内側にロータが圧入された後、溶接することでプーリとロータが一体化されている。

このような電磁クラッチでは、搭載される車両の車種やエンジン種別等によってプーリ径が異なる。車種やエンジン種別等によって磁気回路、プーリ径およびロータ径が異なるように設計することは、設計上および生産上ともに効率が悪くなるため、磁気回路およびロータは共通化しておき、プーリ径を異ならせるようにして対応している。

また、このような電磁クラッチでは、プーリは磁気回路を形成していないため磁性体である必要はないが、ロータと同様に炭素鋼等の金属を用いて形成されるのが一般的である。しかし、このようにプーリを金属製にした場合、重さが重くなるため、搭載される車両の燃費が悪化してしまう。

そこで、電磁クラッチの軽量化の要望が高まっており、磁気回路を形成しない部位を、金属よりも軽い材料（例えば、樹脂）を用いて構成する検討がなされている。プーリについても樹脂化の検討がなされているが実用化はされていない。

特許文献１には、鋳造工程によりロータの外周面に複数の凸部を形成し、このロータを金型内に入れて、合成樹脂製プーリをインサート成型することで、ロータと合成樹脂製プーリを一体化させた電磁クラッチが記載されている。また、上記特許文献１に記載されたものは、ロータ部の外周面に凹凸形状を形成することで、ロータと樹脂製プーリ部との結合強度を確保するようになっている。

特許第２９３２２１７号公報

しかしながら、上記特許文献１には、合成樹脂製プーリとロータの接合部の強度について記載されておらず、例えば、圧縮機のシャフトが固着して回転不能となった場合など、ロータに異常なトルクがかかった場合に、複数の凸部に応力が集中して合成樹脂製プーリが破損する可能性がある。

本発明は上記点に鑑みたもので、軽量化を図るとともに、ロータに異常なトルクがかかった場合でも破損しない電磁クラッチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、電磁クラッチであって、駆動源から出力される回転駆動力により回転軸（Ｊ）を中心として回転する駆動側回転体（３、４）と、駆動側回転体に対して回転軸の一方向側に配置されて、電磁力により駆動側回転体に吸引されて駆動側回転体に連結されることにより回転軸周りに回転する従動側回転体（５）と、を備え、駆動側回転体は、回転駆動力を伝達するためのベルトが装着される溝部（４０）を有する円筒形状を成す樹脂製のプーリ（４）と、電磁力を生じさせる磁束を通す磁気回路を構成する金属製のロータ（３）と、を有し、プーリの内周面とロータの外周面とが接合されており、プーリのロータとの接合面の接合強度がベルトと溝部の間のベルト滑りトルク以上となるようロータにおけるプーリとの接合面に粗化処理が施されている。

このような構成によれば、駆動側回転体は、回転駆動力を伝達するためのベルトが装着される溝部（４０）を有する円筒形状を成す樹脂製のプーリ（４）と、電磁力を生じさせる磁束を通す磁気回路を構成する金属製のロータ（３）と、を有し、プーリの内周面とロータの外周面とが接合されており、プーリのロータとの接合面の接合強度がベルトと溝部の間のベルト滑りトルク以上となるようロータにおけるプーリとの接合面に粗化処理が施されているので、軽量化を図るとともに、ロータに異常なトルクがかかった場合でも破損しない電磁ラッチを提供することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態に係る電磁クラッチの断面図である。 第２実施形態に係る電磁クラッチの断面図である。 第３実施形態に係る電磁クラッチの断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る電磁クラッチについて図１を用いて説明する。本実施形態に係る電磁クラッチは、車両用空調装置において、駆動源である車両走行用のエンジンから出力される回転駆動力を駆動対象装置としての冷媒圧縮機へ断続的に伝達するために用いられる。

図１に示すように、電磁クラッチは、電磁石１、ロータ３、プーリ４、アーマチャ５、ハブ７等を有している。なお、ロータ３、プーリ４、アーマチャ５、ハブ７は、回転軸Ｊを中心に回転する。

電磁石１は、ステータ１１およびコイル１２等を有し、コイル１２に通電されることによって電磁力を発生させてロータ３とアーマチャ５とを連結させるようになっている。

ステータ１１は、磁性材（具体的には、鉄）よりなる。また、ステータ１１は、回転軸Ｊに対して同軸上に配置された円筒状のステータ外側円筒部１１１、このステータ外側円筒部１１１の内周側に配置されるとともに回転軸Ｊに対して同軸上に配置された円筒状のステータ内側円筒部１１２、並びに、ステータ外側円筒部１１１およびステータ内側円筒部１１２における回転軸方向一端側同士を結ぶように回転軸垂直方向に広がるとともに、中央部にその表裏を貫通する円形状の貫通穴が形成された円板状のステータ端面部１１３を有している。

つまり、ステータ１１は二重円筒構造で構成され、その軸方向断面形状は、回転軸Ｊに対して線対称に位置付けられる２つのコの字形状となり、ステータ外側円筒部１１１の内周面、ステータ内側円筒部１１２の外周面およびステータ端面部１１３の内側面によって、円筒状空間が形成される。そして、その円筒状空間にコイル１２が収容されている。

コイル１２は、絶縁性の樹脂材（具体的には、エポキシ）でモールディングされた状態でステータ１１に固定されており、ステータ１１に対して電気的に絶縁されている。

コイル１２の一端は車両側に電気的に接地されており、コイル１２の他端は空調装置の電子制御装置（ＥＣＵ）１００と接続されている。そして、コイル１２への通電、非通電の切り換え制御は、電子制御装置１００によって行われる。

ロータ３は、回転軸Ｊに対して同軸上に配置された円筒状のロータ外側円筒部３１、このロータ外側円筒部３１の内周側に配置されるとともに回転軸Ｊに対して同軸上に配置された円筒状のロータ内側円筒部３２と、を有している。さらに、ロータ３は、ロータ外側円筒部３１およびロータ内側円筒部３２における回転軸方向一端側同士を結ぶように回転軸垂直方向に広がるとともに、中央部にその表裏を貫通する円形状の貫通穴が形成された円板状のロータ端面部３３等を有している。

つまり、ロータ３は二重円筒構造で構成され、その軸方向断面形状は、回転軸Ｊに対して線対称に位置付けられる２つのコの字形状となり、ロータ外側円筒部３１の内周面、ロータ内側円筒部３２の外周面、およびロータ端面部３３の内側面によって、円筒状空間が形成される。そして、その円筒状空間に電磁石１が収容されている。

ロータ外側円筒部３１、ロータ内側円筒部３２およびロータ端面部３３は、低炭素鋼等の磁性材よりなり、電磁石１の磁束を通す磁気回路Ｇを構成する。

すなわち、ロータ３は、アーマチャ５を吸引するための電磁力を生じさせる磁束を通す磁気回路Ｇの一部を構成している。

ロータ端面部３３は、回転軸Ｊを中心とする環状に形成されて、かつ、回転軸Ｊを中心とする径方向に並べられている複数のプレート３３１〜３３３にて構成されている。

具体的には、ロータ端面部３３は、ロータ外側円筒部３１に連なるロータ外側プレート３３１、ロータ内側円筒部３２に連なるロータ内側プレート３３２、および、ロータ外側プレート３３１とロータ内側プレート３３２との間に配置されたロータ中間プレート３３３にて構成されている。

プレート３３１〜３３３におけるアーマチャ５側には、ロータ３とアーマチャ５とが連結された際にアーマチャ５と接触するロータ摩擦面３３１ａ〜３３３ａが形成されている。

ロータ外側プレート３３１とロータ中間プレート３３３とは、回転軸Ｊを中心とする円環状の外側溝３３４を形成している。また、ロータ中間プレート３３３とロータ内側プレート３３２とは、回転軸Ｊを中心とする円環状の内側溝３３５を形成している。

外側溝３３４は、内側溝３３５の外周側に位置付けられている。外側溝３３４および内側溝３３５は、それぞれ複数のプレート３３１〜３３３の間の磁気流れを遮断する磁気遮断部に相当する。

プーリ４の外周側には、ベルト（図示せず）が掛けられる溝部４０が形成されている。ベルトは、エンジンから出力される回転駆動力をロータ３に伝達する。本実施形態のプーリ４は、樹脂により構成されており、ロータ外側円筒部３１とインサート成形により一体化されている。

ロータ内側円筒部３２の内周側には、ボールベアリング３６の外周側が固定され、ボールベアリング３６の内周側には、冷媒圧縮機（図示せず）の外殻を形成するハウジングから電磁クラッチ側へ突出した円筒状のボス部（図示せず）が固定される。これにより、ロータ３は、冷媒圧縮機のハウジングに対して回転自在に固定される。なお、ロータ３およびプーリ４は、本発明の駆動側回転体に相当する。

アーマチャ５は、回転軸Ｊの垂直方向に広がるとともに、中央部にその表裏を貫通する円形状の貫通穴が形成された磁性材よりなる円板状の部材である。アーマチャ５は、円形状の貫通穴が形成された内側プレート５３と、この内側プレート５３の外周側に設けられた外側プレート５４と、板バネ部材５５と、を有している。内側プレート５３および外側プレート５４は、それぞれ磁性材（例えば、鉄）により構成されている。なお、アーマチャ５は、本発明の従動側回転体に相当する。

なお、ロータ外側円筒部３１、ロータ内側円筒部３２およびロータ端面部３３には、腐食を防止するための塗装が施されている。

板バネ部材５５は、中央部にその表裏を貫通する円形状の貫通穴が形成された円板状の弾性部材である。板バネ部材５５には、複数のリベット挿入穴５５ａとリベット５４０を挿入するための複数のリベット挿入穴５５ｄが形成されている。

内側プレート５３および外側プレート５４におけるロータ３側の面には、ロータ３とアーマチャ５とが連結された際にロータ端面部３３のロータ摩擦面３３１ａ〜３３３ａと接触するアーマチャ摩擦面５１が形成されている。

内側プレート５３と外側プレート５４の間には、溝状のスリット５６が設けられている。このスリット５６は、外側溝３３４と内側溝３３５との間に位置付けられている。また、スリット５６は、回転軸Ｊを中心とする周方向に連続した形状になっている。

ハブ７は、アーマチャ５と冷媒圧縮機とを連結するものであり、冷媒圧縮機の軸に結合される。ハブ７は、ロータ３に連結されることにより回転する回転部材である。ハブ７は、回転軸Ｊ方向に延びる円筒状の円筒部７１と、この円筒部７１の一端側から回転軸Ｊに対して垂直方向に広がるフランジ部７２を有している。

ハブ７と外側プレート５４の間には、回転軸Ｊに対して垂直方向に広がる板バネ部材５５が配置されている。また、ハブ７のフランジ部７２には、リベット５２０を挿入するための複数のリベット挿入穴（図示せず）が形成されている。板バネ部材５５に形成されたリベット挿入穴５５ａとハブ７のフランジ部７２に形成されたリベット挿入穴７２ａにリベット５２０が挿入され、このリベット５２０によって板バネ部材５５がハブ７に固定されている。

また、外側プレート５４には、リベット５４０を挿入するための複数のリベット挿入穴５４ｄが形成されている。外側プレート５４に形成されたリベット挿入穴５４ｄと板バネ部材５５に形成されたリベット挿入穴５５ｂにリベット５４０が挿入され、このリベット５４０によって板バネ部材５５が外側プレート５４に固定されている。また、内側プレート５３および外側プレート５４は、板バネ部材５５に固定されている。

板バネ部材５５は、ロータ端面部３３からアーマチャ摩擦面５１が離れる方向に弾性力を作用させている。この弾性力により、コイル１２に通電されていないときには、ロータ端面部３３とアーマチャ摩擦面５１との間に予め定められた所定の隙間が形成される。

本実施形態の電磁クラッチは、プーリ４とロータ３の接合面の接合強度がベルトとプーリ４の溝部４０の間のベルト滑りトルク以上となるよう、ロータ３におけるプーリとの接合面、すなわち、円筒状のロータ外側円筒部３１の外周面に、粗化処理が施されている。

本実施形態では、ローレット工具を用いてロータ外側円筒部３１の外周面にローレット加工することで、ロータ外側円筒部３１の外周面に凹凸が形成されている。

そして、ロータ外側円筒部３１の外周面に、樹脂製のプーリ４がインサート成形によって一体に形成されている。

さらに、本実施形態の電磁クラッチは、ロータ３のロータ外側円筒部３１におけるプーリ４との接合面に粗化処理が施されている。これにより、プーリ４をロータ３にインサート成形する際に、プーリ４を形成するための熱硬化性樹脂がロータ外側円筒部３１の外周面に形成された凹凸に入り込み、そこで硬化することで接着力が高まる効果（アンカー効果）が得られる。このようなアンカー効果により、プーリ４とロータ３の接合面の接合強度をさらに大きくしている。このようにして、プーリ４とロータ３の接合面の接合強度は、ベルトと溝部４０の間のベルト滑りトルク以上となっている。

次に、本実施形態の電磁クラッチの基本的な作動について説明する。電子制御装置１００が制御電圧を出力しておらず電磁石１が非通電状態になっている場合には、電磁石１が電磁力を発生しないので、ロータ３とアーマチャ５とが板バネ部材５５の弾性力によって切り離される。従って、エンジンの回転駆動力は冷媒圧縮機へ伝達されない。その結果、冷凍サイクル装置は作動しない。

電子制御装置１００が制御電圧を出力して電磁石１を通電状態にした場合には、電磁石１が発生する電磁力が板バネ部材５５の弾性力を上回り、電磁力によりアーマチャ５がロータ３側に吸引されてロータ摩擦面３３１ａ〜３３３ａとアーマチャ摩擦面５１が圧接され、ロータ３とアーマチャ５とが連結される。したがって、エンジンの回転駆動力は、ロータ３、アーマチャ５、およびハブ７を介して冷媒圧縮機へ伝達される。これにより、冷凍サイクル装置が作動する。

また、ロータ３が回転している途中で、圧縮機のシャフトが固着して回転不能となった場合、プーリ４とロータ３の接合面の接合強度がベルトと溝部４０の間のベルト滑りトルク以上となるよう構成されているので、プーリ４が破損する前に、ベルトがプーリ４に対して滑り始めるため、プーリ４の破損が防止される。

以上、説明したように、本電磁クラッチは、駆動源から出力される回転駆動力により回転軸（Ｊ）を中心として回転する駆動側回転体（３、４）を備えている。また、駆動側回転体に対して回転軸の一方向側に配置されて、電磁力により駆動側回転体に吸引されて駆動側回転体に連結されることにより回転軸周りに回転する従動側回転体（５）を備えている。また、駆動側回転体は、回転駆動力を伝達するためのベルトが装着される溝部（４０）を有する円筒形状を成す樹脂製のプーリ（４）と、電磁力を生じさせる磁束を通す磁気回路を構成する金属製のロータ（３）と、を有し、プーリの内周面とロータの外周面とが接合されている。そして、プーリのロータとの接合面の接合強度がベルトと溝部の間のベルト滑りトルク以上となるようロータにおけるプーリとの接合面に粗化処理が施されている。

このような構成によれば、駆動側回転体は、回転駆動力を伝達するためのベルトが装着される溝部（４０）を有する円筒形状を成す樹脂製のプーリ（４）と、電磁力を生じさせる磁束を通す磁気回路を構成する金属製のロータ（３）と、を有し、プーリの内周面とロータの外周面とが接合されている。そして、プーリのロータとの接合面の接合強度がベルトと溝部の間のベルト滑りトルク以上となるようロータにおけるプーリとの接合面に粗化処理が施されている。してがって、軽量化を図るとともに、ロータに異常なトルクがかかった場合でも破損しない電磁ラッチを提供することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の電磁クラッチについて図２を用いて説明する。上記第１実施形態の電磁クラッチは、ロータ３の外周面には、周方向に沿って凹む凹部３７が形成されている。さらに、凹部３７の底面に粗化処理が施されている。具体的には、プーリ４とロータ３の接合面の接合強度がベルトとプーリ４の溝部４０の間のベルト滑りトルク以上となるよう、凹部３７の底面に粗化処理が施されている。

本実施形態の電磁クラッチは、ロータ外側円筒部３１、ロータ内側円筒部３２およびロータ端面部３３には、腐食を防止するための塗装が施されている。ここで、プーリ４とロータ３のロータ外側円筒部３１との界面には塗装用の塗料が乗りにくい。

このため、例えば、ロータ３に雨滴が付着すると、ロータ３のロータ外側円筒部３１とプーリ４の界面に雨滴が侵入して、ロータ３の腐食が進行してしまう。

しかし、本実施形態の電磁クラッチは、ロータ３の外周面に、周方向に沿って凹む凹部３７が形成されている。このため、ロータ３とプーリ４の界面に雨滴が侵入したとしても、凹部３７への雨滴の侵入は抑制され、ロータ３の腐食が抑制される。

また、ロータ３の外周面に凹部３７が形成されているので、ロータ３の外周面に凹部３７が形成されていない場合と比較して、ロータ３とプーリ４の接合面の面積を大きくすることができ、ロータ３とプーリ４の接合面の接合強度をより大きくすることもできる。

本実施形態では、上記第１実施形態と共通の構成から奏される同様の効果を上記第１実施形態と同様に得ることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の電磁クラッチについて図３を用いて説明する。本実施形態の電磁クラッチは、プーリ４を構成している樹脂を用いた皮膜部４１が、ロータ３の少なくとも一部を覆うように形成されている。

具体的には、プーリ４を構成している樹脂を用いた皮膜部４１が、ロータ外側円筒部３１のアーマチャ５側の一部と、ロータ外側円筒部３１のアーマチャ５側と反対面と、ロータ内側円筒部３２の内周面と、ロータ端面部３３のアーマチャ５側と反対面と、を覆うように形成されている。なお、皮膜部４１の形成は、プーリ４の形成と同時に行われる。

このように、プーリ４を構成している樹脂を用いた皮膜部４１を、ロータ３の一部を覆うように形成することで、ロータ３の塗装を不要とすることもできる。

本実施形態では、上記第１実施形態と共通の構成から奏される同様の効果を上記第１実施形態と同様に得ることができる。

（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、ロータ３の外周面にローレット加工することで、ロータ３の外周面に粗化処理を施すようにしたが、例えば、薬品等を用いて化学的に凹凸を形成するエッチング処理、レーザ光を使用して凹凸を形成するレーザ処理等によりロータ３の外周面に粗化処理を施すようにしてもよい。また、ロータ３のロータ外側円筒部３１を切削加工する際に、切削面を積極的に荒らすことによりロータ３の外周面に粗化処理を施すようにしてもよい。

（２）上記第２実施形態では、ロータ３の外周面に、周方向に沿って凹む凹部３７が形成され、凹部３７の底面に粗化処理が施されているが、ロータ３の外周面のうち、凹部３７の底面以外の領域にも、粗化処理を施すようにしてもよい。また、ロータ３の外周面のうち、凹部３７の底面以外の領域に粗化処理を施し、凹部３７の底面に粗化処理が施さないようにしてもよい。

（３）上記第３実施形態では、プーリ４を構成している樹脂を用いた皮膜部４１を、ロータ３の一部を覆うように形成するようにしたが、例えば、皮膜部４１を、ロータ３の全部を覆うように形成するようにしてもよい。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、電磁クラッチは、駆動源から出力される回転駆動力により回転軸を中心として回転する駆動側回転体を備えている。また、駆動側回転体に対して回転軸の一方向側に配置されて、電磁力により駆動側回転体に吸引されて駆動側回転体に連結されることにより回転軸周りに回転する従動側回転体を備えている。また、駆動側回転体は、回転駆動力を伝達するためのベルトが装着される溝部を有する円筒形状を成す樹脂製のプーリと、電磁力を生じさせる磁束を通す磁気回路を構成する金属製のロータと、を有し、プーリの内周面とロータの外周面とが接合されている。そして、プーリのロータとの接合面の接合強度がベルトと溝部の間のベルト滑りトルク以上となるようロータにおけるプーリとの接合面に粗化処理が施されている。

また、第２の観点によれば、ロータの外周面には、周方向に沿って凹む凹部が形成されている。従って、例えば、ロータとプーリの界面に雨滴が侵入したとしても、凹部への雨滴の侵入は抑制され、ロータの腐食を抑制することができる。

また、第３の観点によれば、プーリを構成している樹脂を用いた被膜が、ロータの少なくとも一部を覆うように形成されている。したがって、ロータの塗装を不要とすることができる。

３ ロータ
４ プーリ
５ アーマチャ
４０ 溝部
３７ 凹部
４１ 皮膜

Claims (3)

1. 電磁クラッチであって、
   駆動源から出力される回転駆動力により回転軸（Ｊ）を中心として回転する駆動側回転体（３、４）と、
   前記駆動側回転体に対して前記回転軸の一方向側に配置されて、電磁力により前記駆動側回転体に吸引されて前記駆動側回転体に連結されることにより回転軸周りに回転する従動側回転体（５）と、を備え、
   前記駆動側回転体は、
   前記回転駆動力を伝達するためのベルトが装着される溝部（４０）を有する円筒形状を成す樹脂製のプーリ（４）と、
   前記電磁力を生じさせる磁束を通す磁気回路を構成する金属製のロータ（３）と、を有し、
   前記プーリの内周面と前記ロータの外周面とが接合されており、
   前記プーリの前記ロータとの接合面の接合強度が前記ベルトと前記溝部の間のベルト滑りトルク以上となるよう前記ロータにおける前記プーリとの接合面に粗化処理が施されている電磁クラッチ。
2. 前記ロータの外周面には、周方向に沿って凹む凹部（３７）が形成されている請求項１に記載の電磁クラッチ。
3. 前記プーリを構成している樹脂を用いた被膜（４１）が、前記ロータの少なくとも一部を覆うように形成されている請求項１または２に記載の電磁クラッチ。

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