WO2012147510A1

WO2012147510A1 - 電磁クラッチ

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Publication number: WO2012147510A1
Application number: PCT/JP2012/059788
Authority: WO
Inventors: 池川敦俊
Original assignee: アイシン精機株式会社
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2012-11-01
Also published as: CN103415721A; EP2669542A4; EP2669542B1; EP2669542A1; US9140314B2; CN103415721B; US20130341150A1

Abstract

　ラップスプリングの巻き径を変更して遮断状態に達し、この遮断状態でラップスプリングの摩耗やエネルギーの無駄な消費が抑制される電磁クラッチを構成する。ラップスプリングの一端を支持しシャフトに連結する駆動部材と、ラップスプリングの他端を支持しシャフトに外嵌される作動部材とを備え、これらの中間位置でシャフトと一体回転し回転軸芯Ｘに沿って移動自在なアーマチュアを備えた。電磁ソレノイドの通電で作動部材を吸着した後に、動慣性による駆動部材の回転を許し、ラップスプリングが入力プーリの内面から離間した状態でアーマチュアを作動部材に吸着させるように作動部材の主孔部とアーマチュアの副孔部との位置関係を設定した。

Description

電磁クラッチ

　本発明は、電磁クラッチに関し、詳しくは、駆動側回転体と被駆動側回転体とが回転軸芯と同軸芯で備えられ、この回転軸芯を中心とするコイル状のラップスプリングが備えられ、ラップスプリングの巻き径の変更により動力を断続する電磁クラッチに関する。

　上記のように構成された電磁クラッチとして特許文献１には、駆動側回転体（文献では第１の部材）と被駆動側回転体（文献では第２の部材）とを回転軸芯と同軸芯で回転自在で回転軸芯に沿って隣接する位置関係で配置した構成が示されている。この駆動回転体と被駆動回転体との外周にラップスプリングを配置し、このラップスプリングの周りに制御カラーを配置し、ラップスプリングの一方の端部を駆動側回転体に支持し、他方の端部を制御カラーに支持している。

　この特許文献１では、制御カラーに備えたアーマチュアに磁力を作用させない状態ではラップスプリングが駆動側回転体と被駆動側回転体との外周から分離したクラッチ切り状態にあり、制御カラーに備えたアーマチュアに磁力を作用させることで、ラップスプリングの巻き径を収縮させ駆動側回転体と被駆動側回転体との外周にラップスプリングを圧着させ駆動側回転体の回転駆動力を被駆動側回転体に伝えるように構成されている。

　また、特許文献２では、駆動側回転体（文献では入力プーリ）と被駆動側回転体（文献では出力ハブ）との巻き付け面の外周にラップスプリングを配置し、このラップスプリングの一方の端部をアーマチュアに支持し、他方の端部を被駆動側回転体に支持し、駆動側回転体の内部にはアーマチュアに吸引力を作用させる電磁ソレノイドを配置した構成が示されている。

　この特許文献２では、電磁ソレノイドからアーマチュアに磁力を作用させない状態では、ラップスプリングが入力プーリと出力ハブとの外周から分離したクラッチ切り状態にあり、電磁ソレノイドからアーマチュアに磁力を作用させて吸引することで、ラップスプリングが入力プーリと出力ハブとの外周に密着して駆動回転体からの駆動力を被駆動回転体に伝えるように構成されている。

特開平１１‐２０１１９１号公報特開２００１‐３１７５６５号公報

　特許文献１や特許文献２に記載されるように、電磁ソレノイドに対する通電により伝動状態を作り出す電磁クラッチでは、動力を伝える場合には通電を継続する必要があり、例えば、エンジンのウォータポンプのように伝動状態（クラッチ入り状態）が長時間継続する部位に用いられる場合には電力を無駄に消費する不都合に繋がる。特に、通電により伝動状態を維持する電磁クラッチでは確実な伝動を継続して行うためには、温度上昇に伴う磁束の減少にも対応できるように電磁ソレノイドの大型化を招くことになり、コスト上昇に繋がるものであった。更に、故障により通電を行えない場合にはウォータポンプとして機能しないためエンジンのオーバーヒートに繋がるものであった。

　このような不都合を考えると、ラップスプリングを用いた電磁クラッチにおいて電磁ソレノイドが非通電状態で伝動状態（クラッチ入り状態）となり、通電状態で伝動を断つ遮断状態（クラッチ入り状態）となる電磁クラッチも望まれる。

　また、ラップスプリングを用いる電磁クラッチでは、電磁ソレノイドによって作動するアーマチュア等がラップスプリングの一方の端部に接続しており、電磁ソレノイドの通電時にラップスプリングの一方の端部だけを拘束する構成であるため、ラップスプリングの他方の端部には復元方向に付勢力が作用し続けることになる。

　従って、電磁ソレノイドに対する通電によって遮断状態に切り換わる電磁クラッチを構成するため、例えば、電磁ソレノイドに通電した際にラップスプリングの一方の端部を固定系に拘束する構成のものでは、ラップスプリングの他方の端部に作用する復元力によりラップスプリングが駆動側の部材（例えば、駆動側回転体）に接触することになり、無駄な摩耗を招くことやエネルギーの無駄な消費を招くことになり改善の余地がある。

　また、特許文献１の電磁クラッチの構成を例に挙げると、この構成では電磁ソレノイドとアーマチュアとの間に摩擦リングが配置されているため、この部位に大きいエアギャップを形成されることになる。従って、電磁ソレノイドによってアーマチュアに必要とする吸引力を作用させるためにはエアギャップの寸法管理が厳しくなり、しかも、アーマチュアに強い吸引力を作用させるため電磁ソレノイドが大容量化しやすい。このような理由から電磁クラッチ全体の大型化に繋がりやすく小型化が求められる。

　本発明の目的は、ラップスプリングを用いたものにおいて電磁ソレノイドが非通電から通電に切り換わることで遮断状態に達し、この遮断状態ではラップスプリングの摩耗やエネルギーの無駄な消費が抑制される電磁クラッチを合理的に構成する点にある。

　本発明の特徴は、駆動側回転体と被駆動側回転体とが回転軸芯と同軸芯で備えられ、この回転軸芯を中心とするコイル状のラップスプリングが備えられ、前記ラップスプリングの巻き径の変更により、前記ラップスプリングを前記駆動側回転体に圧接させて前記駆動側回転体の回転力を前記被駆動側回転体に伝える伝動状態と、前記ラップスプリングの前記駆動回転体に対する圧接力を低下させることで前記被駆動側回転体に伝えられる回転力を断つ遮断状態とに切り換える操作機構が備えられると共に、前記操作機構が、前記被駆動側回転体と一体回転し前記ラップスプリングの一方の端部に連結する駆動部材と、前記回転軸芯を中心に回転自在で前記ラップスプリングの他方の端部に連結する磁性体製の作動部材と、この作動部材を吸着して作動部材を拘束するように静止系に支持される電磁ソレノイドとを備えており、前記操作機構が、前記伝動状態において前記電磁ソレノイドの吸着により前記作動部材が拘束された後に動慣性による前記駆動部材の回転を許し、この回転により前記駆動回転体が前記遮断状態となる回転位相に達した後に、この駆動部材を拘束する拘束手段を備えている点にある。

　この構成によると、電磁クラッチが非通電状態にある場合には、ラップスプリングが駆動側回転体に圧接することにより伝動状態（クラッチ入り状態）にあり、駆動側回転体の回転力がラップスプリングの一端に接続する駆動部材から被駆動側回転体に伝えられる。また、電磁クラッチが通電状態に達した場合には、作動部材が電磁ソレノイドに吸着され回転が拘束されるため、この拘束の後に駆動側回転部材が動慣性により回転してラップスプリングの巻き径を変更し、ラップスプリングを駆動側回転部材の接触面から離間させる遮断状態（クラッチ切り状態）に達し、この遮断状態に達した後に、拘束手段が駆動部材を拘束する。このようにラップスプリングの他方の端部が静止系に拘束され、遮断状態に達した後に、ラップスプリングの一方の端部を拘束手段が拘束することによりラップスプリングの巻き径が付勢力により復元する現象を抑制して、ラップスプリングを被駆動側回転体から離間させる状態に維持することが可能となる。また、通電時には電磁ソレノイドに作動部材を吸着する構成であるため、通電時において電磁ソレノイドからの磁束をエアーギャップを介して作動部材に作用させる構成と比較すると、エアーギャップが形成されないため大容量の電磁ソレノイドを必要とせず電磁ソレノイドの小型化が可能となる。
　その結果、電磁ソレノイドが非通電から通電に切り換わることでラップスプリングを駆動側回転体から離間させて遮断状態に達し、この遮断状態ではラップスプリングを駆動側回転体から離間させる状態を維持してラップスプリングの摩耗やエネルギーの無駄な消費が抑制される電磁クラッチが小型に構成された。

　本発明は、前記被駆動側回転体がシャフトとして構成され、このシャフトに対して相対回転自在かつ前記回転軸芯に沿って変位自在に前記作動部材が備えられ、前記作動部材を挟んで前記電磁ソレノイドの反対側に前記シャフトと一体的に回転し前記回転軸芯に沿って変位自在な磁性体製のアーマチュアが備えられ、前記拘束手段が、前記作動部材と前記アーマチュアとを含むと共に、作動部材のうち前記電磁ソレノイドが吸着する面に主孔部が形成され、前記アーマチュアのうち前記作動部材からの磁束が作用する面に副孔部が形成され、前記作動部材が前記電磁ソレノイドに吸着された後に、前記駆動回転体が前記遮断状態となる回転位相に達した時点で前記アーマチュアに作用する吸引力を増大させ、この吸引力により前記アーマチュアを作動部材に吸着して拘束するように前記主孔部と副孔部との位置関係が設定されても良い。

　この構成では、作動部材に主孔部を形成することにより、この作動部材が電磁ソレノイドに吸着された場合に、この作動部材の主孔部から漏れ磁束を作り出し、この漏れ磁束をアーマチュアに作用させることが可能となる。また、アーマチュアには副孔部を形成することで、この副孔部が形成された部位では磁気抵抗を増大させ吸着力が低下し、副孔部が形成されない部位では磁気抵抗が小さいので吸着力を増大させることが可能となる。これにより、電磁ソレノイドに通電し、この電磁ソレノイドに作動部材が吸着した後には、動慣性による駆動部材の回転の初期には作動部材からアーマチュアに作用する吸引力を抑制しておき、駆動回転体が前記遮断状態となる回転位相に達した時点でアーマチュアに作用する吸引力が増大させ、ラップスプリングを被駆動側回転体から離間させた状態でアーマチュアを作動部材に吸着し拘束することが可能となる。

　本発明は、前記被駆動側回転体がシャフトとして構成され、このシャフトに対して相対回転自在で前記回転軸芯に沿って変位自在に前記作動部材が備えられ、前記作動部材を前記電磁ソレノイドから離間させる方向に付勢する付勢手段が備えられ、前記作動部材を挟んで前記電磁ソレノイドの反対側に前記シャフトに連結するロック部材が備えられ、前記拘束手段が、前記ロック部材を含むと共に、前記ロック部材に形成された係合歯部を有する係合部と、前記作動部材が前記電磁ソレノイドに吸着された際に前記動慣性による前記ロック部材の回転を許しながら前記ラップスプリングの付勢力による前記ロック部材の回転を阻止する方向への回転を阻止するように前記係合部に係合する係合爪体とを備えて構成されても良い。

　これによると、電磁ソレノイドに通電した場合には、作動部材が付勢手段の付勢力に抗して変位する形態で電磁ソレノイドに吸着されることになり、このように作動部材が変位した場合には、係合体がロック部材の係合部の係合歯部に係合可能な位置に変位する。この状態でロック部材の係合部の係合歯部に対して係合爪体が係合するが、この係合部と係合爪とは、動慣性による駆動体の回転は許すもののラップスプリングの付勢力によるロック部材の回転を阻止することになり、ラップスプリングを被駆動側回転体から離間させた状態でロック部材の拘束が可能となる。

　本発明は、前記駆動側回転体がシリンダ状の内面を有しており、前記ラップスプリングが自然状態で前記内面に圧接するものが用いられても良い。

　これによると、例えば、駆動側回転体としてプーリを用いた場合には、そのシリンダ状の内面を利用し、自然状態で内面に接触するラップスプリングを備えて電磁クラッチを構成することが可能となる。

　本発明は、前記駆動部材が前記回転軸芯を基準として放射状に延びる駆動アームを備え、前記駆動アームの先端側には前記回転軸芯に平行な方向に延びる保持片が形成され、前記作動部材が前記回転軸芯を基準として放射状に延びる作動アームを備え、前記作動アームの先端側には前記回転軸芯に平行な方向に延びる連結片が形成され、前記保持片が前記ラップスプリングの一方の端部に連結し、前記連結片が前記ラップスプリングの他方の端部に連結しても良い。

　本発明は、前記駆動側回転体がシリンダ状部を備え、少なくとも前記駆動アーム及び前記作動アームが前記シリンダ状部内に収容されていても良い。

　本発明は、前記駆動側回転体がシリンダ状部を備え、前記アーマチュアが前記シリンダ状部内に収容されていても良い。

　本発明は、前記保持片には前記ラップスプリングの前記回転軸芯に平行な方向への広がりを規制する規制片を備えても良い。

　本発明は、前記規制片は前記ラップスプリングの方向に突出しても良い。

　本発明は、前記規制片は前記回転軸芯方向における前記ラップスプリングの両側において設けられても良い。

　本発明は、前記副孔部が前記主孔部の領域内に位置する状態で前記作動部材が前記電磁ソレノイドに吸着された後に、前記副孔部が前記主孔部の領域外に移動することにより前記アーマチュアに作用する吸引力を増大させ前記アーマチュアを前記作動部材に吸着するようにしても良い。

　本発明は、前記駆動部材が前記回転軸芯に平行な方向において前記アーマチュアを挟んで前記作動部材の反対側に設けられ、前記アーマチュアが前記駆動部材に対して弾性部材により連結されることにより、前記駆動部材の回転力が前記アーマチュアに伝達され、且つ前記アーマチュアが前記電磁ソレノイドから離間する方向に付勢され、前記副孔部が前記主孔部の領域内に位置する状態での前記ソレノイドが前記アーマチュアに作用する吸引力は、前記弾性部材の付勢力より小さく設定され、前記副孔部が前記主孔部の領域外に位置する状態での前記ソレノイドが前記アーマチュアに作用する吸引力は、前記弾性部材の付勢力より大きく設定されていても良い。

　本発明は、前記係合歯部が前記ロック部材のうち前記作動部材と反対側の面において前記回転軸芯を中心とする円弧状の領域に形成されていても良い。

　本発明は、前記係合歯部が前記ロック部材の外周に形成されていても良い。

は、電磁クラッチを有するウォータポンプの断面図である。は、電磁クラッチの構成を示す正面図である。は、電磁クラッチの分解斜視図である。は、伝動状態の電磁クラッチの正面図及び正面図のｂ－ｂ線断面図である。は、電磁ソレノイドに作動部材が吸着した状態の電磁クラッチの正面図及び正面図のｂ－ｂ線断面図である。は、動慣性により駆動部材が回転する状態の電磁クラッチの正面図及び正面図のｂ－ｂ線断面図である。は、作動部材にアーマチュアが吸着した状態の電磁クラッチの正面図及び正面図のｂ－ｂ線断面図である。は、別実施形態（ａ）の電磁クラッチを有するウォータポンプの断面図である。は、別実施形態（ａ）において伝動状態の電磁クラッチの正面図及び正面図のｂ－ｂ線断面図である。は、別実施形態（ａ）の電磁ソレノイドに作動部材が吸着した状態の電磁クラッチの正面図及び正面図のｂ－ｂ線断面図である。は、別実施形態（ｂ）の電磁クラッチを有するウォータポンプの断面図である。は、別実施形態（ｂ）において伝動状態の電磁クラッチの正面図及び一部の断面図である。は、別実施形態（ｂ）において作動部材にアーマチュアが吸着した状態の電磁クラッチの正面図及び一部の断面図である。は、別実施形態（ｃ）の電磁クラッチを有するウォータポンプの断面図である。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔全体構成〕
　図１～図３には本発明の電磁クラッチＣによって動力の伝動及び遮断が可能なウォータポンプが示されている。尚、図１は図２のＩ－Ｉ線断面図である。このウォータポンプは、静止系としてのポンプハウジング１に対しシャフト軸受２により回転軸芯Ｘを中心に回転自在にシャフト３（被駆動側回転体の一例）を支持し、このシャフト３の内端にインペラ４を備え、このシャフト３とポンプハウジング１との間にシール５を備え、ポンプハウジング１のボス状部１Ａに対しプーリ軸受６により回転軸芯Ｘを中心にして回転自在に入力プーリ７（駆動側回転部材の一例）を備えている。電磁クラッチＣは、入力プーリ７の回転駆動力をシャフト３に伝える伝動状態（クラッチ入り状態）と、入力プーリ７の回転駆動力を遮断する遮断状態（クラッチ切り状態）とに切換自在に構成されている。

　このウォータポンプは、エンジン（図示せず）の出力軸に備えた出力プーリ（図示せず）と、このウォータポンプの入力プーリ７とに亘って無端ベルトを巻回する形態で使用されるため入力プーリ７が常時駆動される。電磁クラッチＣは、冷却水の水温を検出する温度センサ（図示せず）の検出結果を取得する制御装置（図示せず）によって制御される。この制御装置は、エンジンの始動直後のように冷却水の水温が低い（エンジンの暖機が充分でない）ことを判別した場合には電磁クラッチＣを遮断状態に設定して暖機を促進し、エンジンの温度が適度に高まったことを判別した場合には電磁クラッチＣを伝動状態に設定してインペラ４の駆動により冷却水を循環させる制御を実行する。

〔電磁クラッチ〕
　電磁クラッチＣは、入力プーリ７の内部に収容されるコイル状のラップスプリング１１と、駆動部材１２と、作動部材１３と、アーマチュア１５と、作動部材１３に吸引力を作用させて吸着する電磁ソレノイドＳとを備えている。駆動部材１２は、ラップスプリング１１の一方の端部を支持しシャフト３の外端側に嵌合支持されている。作動部材１３は、ラップスプリング１１の他方の端部を支持しシャフト３と一体回転するスリーブ部１２Ｓの外端側に回転自在に備えられている。アーマチュア１５は、作動部材１３と駆動部材１２とに挟み込まれる位置に配置され、駆動部材１２と一体回転するように板バネ１４を介して駆動部材に支持されている。

　ポンプハウジング１のボス状部１Ａに一部内嵌する磁性体製のヨーク１７において回転軸芯Ｘと同軸芯で環状となる凹部がインペラ４と反対側に開放する形態で形成され、ボビン１８Ａに銅線を巻回したコイル１８をヨーク１７の凹部に挿入することにより電磁ソレノイドＳが構成されている。このヨーク１７のうちコイル１８が挿入される凹部の内側と外側とに回転軸芯Ｘを中心とするリング状の領域に吸着面が形成される。ラップスプリング１１は、バネ鋼をスパイラルに成形した形状を有すると共に、自然状態（外力が作用しない状態）において入力プーリ７のシリンダ状の内面７Ａに圧接する巻き径のものが使用されている。

　駆動部材１２はシャフト３に圧着状態で外嵌固定されるスリーブ部１２Ｓから放射状に延びる３つの駆動アーム１２Ａを備えた構成を有しており、３つの駆動アーム１２Ａのうちの１つにラップスプリング１１の一方の端部が支持されている。３つの駆動アーム１２Ａの先端部には回転軸芯Ｘに平行な方向に延びる保持片１２Ｂが形成されており、保持片１２Ｂがラップスプリング１１の一方の端部に連結している。保持片１２Ｂの両端部にはラップスプリング１１の回転軸芯Ｘに平行な方向への拡がりを規制する規制片１２Ｃが形成されている。この駆動部材１２では、ラップスプリング１１の一方の端部を支持するためのアームは１つで良いが、回転バランスを取るために３つの駆動アーム１２Ａが形成されている。

　作動部材１３は、ヨーク１７の吸着面の外周と等しい外径で磁性体で成るディスク状部１３Ｄと、このディスク状部１３Ｄの外周から放射状に延びる３つの作動アーム１３Ａとを一体的に形成した構成を有している。ディスク状部１３Ｄの中央の貫通孔部に駆動部材１２のスリーブ部１２Ｓを挿通する形態で配置することにより、作動部材１３がスリーブ部１２Ｓに対して回転自在、かつ、回転軸芯Ｘに沿う方向に移動自在に備えられている。３つの作動アーム１３Ａのうちの１つにラップスプリング１１の他方の端部が支持されている。３つの作動アーム１３Ａの先端部には回転軸芯Ｘに平行な方向に延びる連結片１３Ｂが形成されており、連結片１３Ｂがラップスプリング１１の他方の端部に連結している。この作動部材１３は、前述した駆動部材１２と同様にラップスプリング１１の他方の端部を支持するためのアームは１つで良いが、回転バランスを取るために３つの作動アーム１３Ａが形成されている。更に、スリーブ部１２Ｓの外周にコイルバネ１６が配置されており、作動アーム１３Ａは、このコイルバネ１６からの付勢力がヨーク１７から離間させる方向に作用する。

　アーマチュア１５は、ヨーク１７の吸着面の外周と等しい外径で磁性体で成るディスク状に形成されている。駆動部材１２は回転軸芯Ｘに平行な方向においてアーマチュア１５を挟んで作動部材１３の反対側に設けられている。アーマチュア１５と駆動部材１２の３つ駆動アーム１２Ａとを板バネ（弾性部材）１４（合計３つの板バネ１４）で連結することにより、アーマチュア１５がスリーブ部１２Ｓと一体回転し、かつ、回転軸芯Ｘに沿って移動自在に支持されている。つまり、アーマチュア１５には駆動部材１２の回転力が３つの板バネ１４を介して伝えられ、外力が作用しない状態ではアーマチュア１５は作動部材１３から離間する位置を保持し、作動部材１３から磁力による吸引力が作用する場合には３つの板バネ１４が弾性変形することにより回転軸芯Ｘに沿って作動部材１３の方向に変位できるように構成されている。

　この電磁クラッチＣは、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の作動アーム１３Ａとが図４（ａ）に示す相対姿勢を維持されることによりラップスプリング１１を入力プーリ７の内面７Ａに圧接させて伝動状態（クラッチ入り状態）となる。これとは逆に、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の作動アーム１３Ａとが図７（ａ）に示す相対姿勢に変更することによりラップスプリング１１を入力プーリ７の内面７Ａから離間させて遮断状態（クラッチ切り状態）となる。尚、本発明の電磁クラッチＣは遮断状態においてラップスプリング１１を入力プーリ７の内面７Ａから完全に離間させる必要はなく、ラップスプリング１１から入力プーリ７の内面７Ａに作用する圧接力が低下することで入力プーリ７とシャフト３との伝動を遮断するように構成されるものであっても良い。この場合、ラップスプリング１１は入力プーリ７の内面７Ａに軽く接触する状態となる。

　特に、この電磁クラッチＣでは、この駆動部材１２と作動部材１３とで操作機構が構成され、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の作動アーム１３Ａとの図７（ａ）に示す相対姿勢に設定することで遮断状態に維持する拘束手段を備えている。

〔電磁クラッチ：拘束手段〕
　作動部材１３とアーマチュア１５とによって拘束手段が構成されている。図３及び図４（ａ）に示すように、作動部材１３のディスク状部１３Ｄには周方向に沿って複数の主孔部１３Ｈが形成され、アーマチュア１５には周方向に沿って複数の副孔部１５Ｈが形成されている。この主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとは、電磁クラッチＣを遮断状態に操作する際に、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の作動アーム１３Ａとが図７（ａ）に示す相対姿勢に設定するために機能する。この作動形態を以下に説明する。尚、主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとを夫々６つ示しているが、これらの数は６つに限るものではなく、任意の数でも良い。

　電磁ソレノイドＳが非通電状態にある場合には、図４（ｂ）に示す如く、コイルバネ１６の付勢力により、電磁ソレノイドＳのヨーク１７から作動部材１３のディスク状部１３Ｄが離間する状態にあり、夫々の間に間隙が形成される。この状態では、ラップスプリング１１は、その付勢力（半径が拡大する方向への付勢力）により入力プーリ７の内面７Ａに接触し、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の作動アーム１３Ａとが図４（ａ）に示す相対姿勢に維持される。この結果、ラップスプリング１１に接続する駆動部材１２からシャフト３に回転駆動力が伝えられ、電磁クラッチＣは伝動状態に維持される。

　この伝動状態において、駆動アーム１２Ａと作動アーム１３Ａとの相対角は伝動角θ１を維持し、同図に示す如く、回転軸芯Ｘに沿う方向視において主孔部１３Ｈの内部に副孔部１５Ｈが位置するように夫々の相対的な位置関係が設定されている。

　次に、電磁ソレノイドＳのコイル１８に通電した場合には、図５（ｂ）に示すように、コイルバネ１６の付勢力に抗して電磁ソレノイドＳ（ヨーク１７の吸着面）に作動部材１３のディスク状部１３Ｄが吸着され、これにより作動部材１３が拘束される。このように吸着されたタイミングでは、回転軸芯Ｘに沿う方向視で図５（ａ）に示す如く、主孔部１３Ｈの内部領域に副孔部１５Ｈが存在する。この位置関係では副孔部１５Ｈが磁気抵抗として作用するため、主孔部１３Ｈからアーマチュア１５に流れる磁束の磁束密度は副孔部１５Ｈにより制限される。この電磁クラッチＣでは、制限された磁束密度によりアーマチュア１５に作用する吸引力が、３つの板バネ１４からアーマチュア１５を離間方向に作用する付勢力より小さい値となるように関係が設定され、これによりアーマチュア１５は作動部材１３に吸着されない。

　また、作動部材１３の回転が拘束された後に、駆動部材１２は動慣性により図５（ａ）において矢印で示す方向に回転を続け、この回転力によりラップスプリング１１の巻き径を縮小させ、図６（ａ）（ｂ）に示すように、ラップスプリング１１を入力プーリ７の内面７Ａから離間させる。このように駆動部材１２が動慣性により回転する際には、回転軸芯Ｘに沿う方向視で主孔部１３Ｈの内部領域に副孔部１５Ｈが存在する状態が維持され、アーマチュア１５に作用する吸引力は増大せず、図６（ｂ）に示すようにアーマチュア１５は作動部材１３に吸着されない。

　この回転により、回転軸芯Ｘに沿う方向視で図６（ａ）、図７（ａ）に示すように、副孔部１５Ｈが主孔部１３Ｈの外部領域（孔が存在しない領域）まで移動し、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと作動部材１３の作動アーム１３Ａとの相対角は遮断角θ２に達し、この遮断角θ２に達した時点で、図７（ｂ）に示すように、アーマチュア１５が回転軸芯Ｘに沿って変位し作動部材１３に吸着される。つまり。この位置関係では、主孔部１３Ｈから漏れ磁束としてアーマチュア１５に流れる磁束に作用する磁気抵抗が最小の値となり、このアーマチュア１５に流れる磁束の磁束密度が増大するため吸引力が増大し、アーマチュア１５に作用する吸引力が、３つの板バネ１４からアーマチュア１５を離間方向に作用する付勢力より大きい値となりアーマチュア１５が作動部材１３に吸着されるのである。

　このように遮断状態に達する際に、作動アーム１３Ａに対して駆動アーム１２Ａの相対角は変化角αだけ変化するものとなり、主孔部１３Ｈに対して副孔部１５Ｈも変化角αだけ変位することで、副孔部１５Ｈが主孔部１３Ｈが存在しない領域に達し吸着されることになる。

　このように、アーマチュア１５が作動部材１３に吸着されることにより、駆動部材１２の回転も拘束され、ラップスプリング１１の付勢力（半径が拡大する方向への付勢力）に抗して駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと作動部材１３の作動アーム１３Ａとの相対姿勢が図７（ｂ）に示す関係に維持される。これにより、ラップスプリング１１を入力プーリ７の内面７Ａから離間させ、完全な遮断状態を現出する。この遮断状態では入力プーリ７の回転駆動力はインペラ４には伝えられずウォータポンプによる給水も停止する。

　この後に、電磁ソレノイドＳの通電を停止することにより、アーマチュア１５が板バネ１４の付勢力により作動部材１３から離間し、この作動部材１３はコイルバネ１６の付勢力によりヨーク１７の吸着面から離間する。そして、ラップスプリング１１は自由状態となるため、付勢力によって巻き径が拡大して入力プーリ７の内面７Ａに接触して伝動状態に復帰する。

〔別実施形態〕
　本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（この別実施形態では先に説明した実施形態と同じ機能を有するものと共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図８に示すように、前述した実施形態におけるアーマチュア１５の位置にアーマチュア１５に代えて、駆動部材１２のスリーブ部１２Ｓに位置固定状態となるディスク状のロック部材２１を備え、このロック部材２１のうちインペラ４と反対側の面には、回転軸芯Ｘを中心とする円弧状の３領域に係合歯部を有する係合部２１Ｔを形成する。尚、ロック部材２１はシャフト３に対して嵌合等により直接的に連結固定されるものも良く、同図に示すように駆動部材１２に対してビス２２による連結固定されるものでも良い。

　作動部材１３は、この作動部材１３を電磁ソレノイドＳから離間する方向に付勢する付勢手段としてのコイルバネ１６の付勢力が作用しており、この作動部材１３がヨーク１７の吸着面に吸着された場合に３つの係合部２１Ｔの係合歯部に係合する３つの係合爪部２３が、この作動部材１３に備えられている。また、係合爪部２３の中間部にはバネ部２３Ａが一体的に形成され、このバネ部２３Ａの弾性変形により係合爪部２３の先端部が係合部２１Ｔの係合歯部に対して係脱方向に多少の変位を行えるように構成されている。

　この別実施形態（ａ）では、ロック部材２１の係合部２１Ｔと係合爪部２３とで本発明の拘束手段が構成されている。具体的な構成として係合部２１Ｔの係合歯部は鋸歯状に形成され、この係合部２１Ｔに係脱するように係合爪部２３の先端が尖鋭な形状に成形されている。この拘束手段では、係合爪部２３が係合部２１Ｔに係合した状態で駆動部材１２が動慣性によって回転する場合には、係合爪部２３の先端が係合歯部を乗り越える形態で係脱を繰り返すことで、この回転を許しながら、逆方向への回転を阻止するようラチェット機構と同様の作動が行われる。

　従って、電磁ソレノイドＳに吸着されない場合には図９（ｂ）に示すように、付勢手段としてのコイルバネ１６の付勢力により、作動部材１３がロック部材２１に当接する位置に維持され、この位置に作動部材１３が維持される状態で係合爪部２３は係合部２１Ｔから離間する位置に維持される。この位置関係では、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の作動アーム１３Ａとが図９（ａ）に示す相対姿勢を維持し、電磁クラッチＣは伝動状態となる。

　そして、電磁ソレノイドＳに通電が行われ、図１０（ｂ）に示すように、作動部材１３が電磁ソレノイドＳに吸着された場合には、ロック部材２１の係合部２１Ｔに対して係合爪部２３が係合する状態に達すると共に、この拘束手段が動慣性による駆動部材１２回転を許す。そして、ラップスプリング１１の付勢力による逆転力と動慣性とがバランスした時点で駆動部材１２の回転が停止し、係合爪部２３が係合部２１Ｔに係合することで駆動部材１２の逆方向への回転を阻止する。この回転の停止時には、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の作動アーム１３Ａとが図１０（ａ）に示す相対姿勢に達し、ラップスプリング１１を入力プーリ７の内面７Ａから離間させた遮断状態に電磁クラッチＣが維持される。

　この別実施形態（ａ）に関連して、例えば、ロック部材２１の外周に多数の係合歯部を有する係合部２１Ｔを形成し、作動部材１３が電磁ソレノイドＳに吸着された際には作動部材１３と一体的に移動して外周の係合部２１Ｔに係合する係合爪部２３を備えるように構成する等、機械的な係脱部を備えた拘束手段として他の構成を採用しても良い。尚、この別実施形態（ａ）では係合爪部２３は１つだけでも良く３つ以上備えても良い。

（ｂ）図１１に示すように、ポンプハウジング１にシャフト軸受２を介し回転軸芯Ｘを中心に回転自在にシャフト３（被駆動側回転体の一例）を支持し、シャフト３の内端にインペラ４を備え、シャフト３の外端に駆動部材１２のボス部１２Ｇを嵌合支持する。この駆動部材１２のボス部１２Ｇに対しプーリ軸受６を介して回転自在に入力プーリ７（駆動側回転部材の一例）を支持する。入力プーリ７の内部にはラップスプリング１１が配置され、図１２（ａ）に示すように駆動部材１２のボス部１２Ｇと一体的に形成された３つの駆動アーム１２Ａの１つにラップスプリング１１の一端を支持する。ボス部１２Ｇには回転軸芯Ｘを中心に回転自在に作動部材１３を支持し、この作動部材１３と一体的に形成された３つの作動アーム１３Ａの１つにラップスプリング１１の他方の端部を支持する。入力プーリ７はシリンダ状部７Ｃを備え、駆動アーム１２Ａおよび作動アーム１３Ａがシリンダ状部７Ｃの内部に収容されている。

　ポンプハウジング１にはヨーク１７が支持され、このヨーク１７の吸着面と対向する位置に作動部材１３が配置され、この作動部材１３と駆動部材１２との中間位置にアーマチュア１５が配置されている。このアーマチュア１５は３つの板バネ１４により駆動部材１２に支持され、これにより駆動部材１２とアーマチュア１５とが一体回転し、回転軸芯Ｘに沿って移動自在に支持されている。駆動部材１２のボス部１２Ｇの外周に形成された環状溝にバネ板材で成る付勢プレート２４が回転軸芯Ｘを中心に回転自在に支持され、この付勢プレート２４に形成された３つの突出部と、作動部材１３の３つの作動アーム１３Ａとが作動ロッド２５により連結されている。

　これにより電磁ソレノイドＳが非通電状態にある場合には、図１２（ｂ）に示すように、作動部材１３には付勢プレート２４から作用する付勢力により電磁ソレノイドＳから離間する位置に保持され、アーマチュア１５は板バネ１４から作用する付勢力により、駆動部材１２に近接する位置に保持される。この状態では、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の作動アーム１３Ａとが図１２（ａ）に示す相対姿勢を維持することでラップスプリング１１を入力プーリ７の内面７Ａに圧接させて伝動状態（クラッチ入り状態）となる。

　この別実施形態（ｂ）においても作動部材１３とアーマチュア１５とによって拘束手段が構成されている。前述した実施形態と同様に作動部材１３には周方向に沿って複数の主孔部１３Ｈが形成され、アーマチュア１５には周方向に沿って複数の副孔部１５Ｈが形成されている。この主孔部１３Ｈと副孔部１５Ｈとのサイズと相対的な位置関係とは実施形態と同様に設定されている。電磁ソレノイドＳのコイル１８に通電した場合には、作動部材１３を電磁ソレノイドＳに吸着してラップスプリング１１の他方の端部を拘束する。この後、駆動部材１２が動慣性により回転し、駆動部材１２の駆動アーム１２Ａと、作動部材１３の作動アーム１３Ａとが図１３（ａ）に示す相対姿勢に達することでラップスプリング１１を入力プーリ７の内面７Ａから離間させることになり、この状態で図１３（ｂ）に示すように、アーマチュア１５を電磁ソレノイドＳに吸着させて遮断状態を維持することになる。

（ｃ）図１４に示すように、ラップスプリング１１が入力プーリ７の中心側に形成された筒状部７Ｂの外周に圧着するように電磁クラッチＣを構成する。この電磁クラッチＣは、ラップスプリング１１が筒状部７Ｂの外周に圧接する構成が前述した実施形態と異なるだけで、他の構成は先に説明した実施形態と共通している。当然のことながら、このラップスプリング１１は自然状態において筒状部７Ｂの外周に圧接するものが使用され、拘束手段が作動部材１３とアーマチュア１５とで構成されている。

　この構成では、電磁ソレノイドＳに作動部材１３が吸着された場合には、主孔部１３Ｈの内部領域に副孔部１５Ｈが存在する領域ではアーマチュア１５は作動部材１３に吸着されず、駆動部材１２が動慣性により回転を続ける。この後に、副孔部１５Ｈが主孔部１３Ｈの外部領域（孔が存在しない領域）まで移動した時点で、アーマチュア１５が作動部材１３に吸着され、ラップスプリング１１が入力プーリ７の筒状部７Ｂから離間する状態となり電磁クラッチＣは遮断状態となる。

　本発明は、ウォータポンプ以外にラジエータファンや過給器の等の伝動系にも利用することができる。

Claims

　駆動側回転体と被駆動側回転体とが回転軸芯と同軸芯で備えられ、この回転軸芯を中心とするコイル状のラップスプリングが備えられ、
　前記ラップスプリングの巻き径の変更により、前記ラップスプリングを前記駆動側回転体に圧接させて前記駆動側回転体の回転力を前記被駆動側回転体に伝える伝動状態と、前記ラップスプリングの前記駆動側回転体に対する圧接力を低下させることで前記被駆動側回転体に伝えられる回転力を断つ遮断状態とに切り換える操作機構が備えられると共に、
　前記操作機構が、前記被駆動側回転体と一体回転し前記ラップスプリングの一方の端部に連結する駆動部材と、前記回転軸芯を中心に回転自在で前記ラップスプリングの他方の端部に連結する磁性体製の作動部材と、この作動部材を吸着して作動部材を拘束するように静止系に支持される電磁ソレノイドとを備えており、
　前記操作機構が、前記伝動状態において前記電磁ソレノイドの吸着により前記作動部材が拘束された後に動慣性による前記駆動部材の回転を許し、この回転により前記駆動側回転体が前記遮断状態となる回転位相に達した後に、この駆動部材を拘束する拘束手段を備えている電磁クラッチ。
　前記被駆動側回転体がシャフトとして構成され、このシャフトに対して相対回転自在かつ前記回転軸芯に沿って変位自在に前記作動部材が備えられ、
　前記作動部材を挟んで前記電磁ソレノイドの反対側に前記シャフトと一体的に回転し前記回転軸芯に沿って変位自在な磁性体製のアーマチュアが備えられ、
　前記拘束手段が、前記作動部材と前記アーマチュアとを含むと共に、作動部材のうち前記電磁ソレノイドが吸着する面に主孔部が形成され、前記アーマチュアのうち前記作動部材からの磁束が作用する面に副孔部が形成され、前記作動部材が前記電磁ソレノイドに吸着された後に、前記駆動側回転体が前記遮断状態となる回転位相に達した時点で前記アーマチュアに作用する吸引力を増大させ、この吸引力により前記アーマチュアを作動部材に吸着して拘束するように前記主孔部と副孔部との位置関係が設定されている請求項１記載の電磁クラッチ。
　前記被駆動側回転体がシャフトとして構成され、このシャフトに対して相対回転自在で前記回転軸芯に沿って変位自在に前記作動部材が備えられ、前記作動部材を前記電磁ソレノイドから離間させる方向に付勢する付勢手段が備えられ、
　前記作動部材を挟んで前記電磁ソレノイドの反対側に前記シャフトに連結するロック部材が備えられ、
　前記拘束手段が、前記ロック部材を含むと共に、前記ロック部材に形成された係合歯部を有する係合部と、前記作動部材が前記電磁ソレノイドに吸着された際に前記動慣性による前記ロック部材の回転を許しながら前記ラップスプリングの付勢力による前記ロック部材の回転を阻止する方向への回転を阻止するように前記係合部に係合する係合爪体とを備えて構成されている請求項１記載の電磁クラッチ。
　前記駆動側回転体がシリンダ状の内面を有しており、前記ラップスプリングが自然状態で前記内面に圧接するものが用いられている請求項１～３のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。
　前記駆動部材が前記回転軸芯を基準として放射状に延びる駆動アームを備え、
　前記駆動アームの先端側には前記回転軸芯に平行な方向に延びる保持片が形成され、
　前記作動部材が前記回転軸芯を基準として放射状に延びる作動アームを備え、
　前記作動アームの先端側には前記回転軸芯に平行な方向に延びる連結片が形成され、
　前記保持片が前記ラップスプリングの一方の端部に連結し、前記連結片が前記ラップスプリングの他方の端部に連結する請求項１又は３記載の電磁クラッチ。
　前記駆動部材が前記回転軸芯を基準として放射状に延びる駆動アームを備え、
　前記駆動アームの先端側には前記回転軸芯に平行な方向に延びる保持片が形成され、
　前記作動部材が前記回転軸芯を基準として放射状に延びる作動アームを備え、
　前記作動アームの先端側には前記回転軸芯に平行な方向に延びる連結片が形成され、
　前記保持片が前記ラップスプリングの一方の端部に連結し、前記連結片が前記ラップスプリングの他方の端部に連結する請求項２記載の電磁クラッチ。
　前記駆動側回転体がシリンダ状部を備え、
　少なくとも前記駆動アーム及び前記作動アームが前記シリンダ状部の内部に収容されている請求項６記載の電磁クラッチ。
　前記駆動側回転体がシリンダ状部を備え、
　前記アーマチュアが前記シリンダ状部の内部に収容されている請求項６又は７記載の電磁クラッチ。
　前記保持片には前記ラップスプリングの前記回転軸芯に平行な方向への広がりを規制する規制片を備える請求項５～８のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。
　前記規制片は前記ラップスプリングの方向に突出する請求項９記載の電磁クラッチ。
　前記規制片は前記回転軸芯に平行な方向における前記ラップスプリングの両側において設けられる請求項９又は１０記載の電磁クラッチ。
　前記副孔部が前記主孔部の領域内に位置する状態で前記作動部材が前記電磁ソレノイドに吸着された後に、前記副孔部が前記主孔部の領域外に移動することにより前記アーマチュアに作用する吸引力を増大させ前記アーマチュアを前記作動部材に吸着する請求項２記載の電磁クラッチ。
　前記駆動部材が前記回転軸芯に平行な方向において前記アーマチュアを挟んで前記作動部材の反対側に設けられ、
　前記アーマチュアが前記駆動部材に対して弾性部材により連結されることにより、前記駆動部材の回転力が前記アーマチュアに伝達され、且つ前記アーマチュアが前記電磁ソレノイドから離間する方向に付勢され、
　前記副孔部が前記主孔部の領域内に位置する状態での前記ソレノイドが前記アーマチュアに作用する吸引力は、前記弾性部材の付勢力より小さく設定され、
　前記副孔部が前記主孔部の領域外に位置する状態での前記ソレノイドが前記アーマチュアに作用する吸引力は、前記弾性部材の付勢力より大きく設定されている請求項１２記載の電磁クラッチ。
　前記係合歯部が前記ロック部材のうち前記作動部材と反対側の面において前記回転軸芯を中心とする円弧状の領域に形成されている請求項３記載の電磁クラッチ。
　前記係合歯部が前記ロック部材の外周に形成されている請求項３記載の電磁クラッチ。