JPWO2004079219A1 - 電磁クラッチ用カップリング - Google Patents
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Abstract
Description
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。
請求の範囲第2項の発明に係る電磁クラッチ用カップリングは、請求の範囲第1項に記載の構成において、アウターリングの内周面に嵌合層と円周方向に係合する非円筒面が形成されたものである。
請求の範囲第3項の発明に係る電磁クラッチ用カップリングは、請求の範囲第1項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。
請求の範囲第4項の発明に係る電磁クラッチ用カップリングは、請求の範囲第1項又は第2項に記載の構成において、アウターリングに弾性体の外周部に対する軸方向ストッパが形成されたものである。
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、請求の範囲第4項に記載された軸方向ストッパに相当し、係合突部21aは、請求の範囲第2項に記載された非円筒面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は不導体であり、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、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3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の軸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。
請求の範囲第2項の発明に係る電磁クラッチ用カップリングによると、アウターリングの内周面に嵌合層と円周方向に係合する非円筒面が形成されたことによって、トルク伝達時におけるアウターリングと弾性体との円周方向のスベリを確実に防止し、トルク伝達力を高めることができる。
請求の範囲第3項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軸方向のスベリを防止することができる。
請求の範囲第4項の発明に係る電磁クラッチ用カップリングによると、アウターリングに弾性体の外周部に対する軸方向ストッパ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軸方向のスベリを防止することができる。
された弾性体の一部からなる嵌合層が、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たものである。
請求の範囲第2項の発明に係る電磁クラッチ用カップリングは、請求の範囲第1項に記載の構成において、アウターリングの内周面に嵌合層と円周方向に係合する非円筒面が形成されたものである。
請求の範囲第3項の発明に係る電磁クラッチ用カップリングは、請求の範囲第1項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。
請求の範囲第4項の発明に係る電磁クラッチ用カップリングは、請求の範囲第1項又は第2項に記載の構成において、アウターリングに弾性体の外周部に対する軸方向ストッパが形成されたものである。
図面の簡単な説明
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。
発明を実施するための最良の形態
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
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。
産業上の利用可能性
請求の範囲第1項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。
請求の範囲第2項の発明に係る電磁クラッチ用カップリングによると、アウターリングの内周面に嵌合層と円周方向に係合する非円筒面が形成されたことによって、トルク伝達時におけるアウターリングと弾性体との円周方向のスベリを確実に防止し、トルク伝達力を高めることができる。
Claims (4)
- 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)が埋設されると共に、この補強環(40)の外周側に形成された弾性体(30)の一部からなる嵌合層(32)が、前記アウターリング(20)の内周面に嵌着されたことを特徴とする電磁クラッチ用カップリング。
- アウターリング(20)の内周面に嵌合層(32)と円周方向に係合する非円筒面(21a)が形成されたことを特徴とする請求の範囲第1項に記載の電磁クラッチ用カップリング。
- 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の範囲第1項に記載の電磁クラッチ用カップリング。
- アウターリング(20)に弾性体(30)の外周部に対する軸方向ストッパ(23,24)が形成されたことを特徴とする請求の範囲第1項又は第2項に記載の電磁クラッチ用カップリング。
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