WO2016189972A1 - 気体圧縮機用の電磁クラッチ、気体圧縮機及び気体圧縮機用の電磁クラッチの製造方法 - Google Patents

Abstract

　気体圧縮機用の電磁クラッチにおいて、部品点数を増加させることなく、着磁音を低減する。コンプレッサ（１００）用の電磁クラッチ（８０）は、磁力によりロータ（８１）に断接されるアーマチュア（８２）と、アーマチュア（８２）に板ばね（９７）を介して連結されたフランジ部（８８）及び圧縮機本体（６０）の回転軸５１に連結されるボス部（８９）を有するハブ（８７）と、を備え、フランジ部８８の外周縁に、フランジ部（８８）の厚さ方向に突出したリブ（９０）が形成されている。

Description

気体圧縮機用の電磁クラッチ、気体圧縮機及び気体圧縮機用の電磁クラッチの製造方法

　本発明は、気体圧縮機用の電磁クラッチ、気体圧縮機及び気体圧縮機用の電磁クラッチの製造方法に関する。

　空気調和システム（以下、空調システムという。）には、冷媒ガスなどの気体を高圧の圧縮気体に圧縮する気体圧縮機が用いられている。
　この気体圧縮機のうち外部から動力を受けて動作するものは、その動力の断接を切り替えるために、電磁クラッチを備えている。

　電磁クラッチは、プーリと一体的に回転するロータと、電磁コイルと、電磁コイルの通電によって発生した磁束によりロータの外面に接し、電磁コイルの通電停止によって磁束が消失することによりロータの外面から離れるアーマチュアと、板ばねを介してアーマチュアに連結されたフランジ部及び回転軸に連結されたボス部を有するハブと、を備えている。（例えば、特許文献１参照）。

実開平６－３０５３５号公報

　ところで、電磁コイルに通電してアーマチュアがロータに接続されたとき、音（着磁音）が発生する。この音が車室内に侵入すると、乗員に対して異音として聴覚を刺激するものとなる。
　そこで、特許文献１においては、板ばねとハブとの間に弾性材を設ける技術が提案されている。この技術によれば、アーマチュアとロータとの接続の際の衝撃を、弾性材の圧縮により緩衝して、音の発生を抑制している。しかし、弾性材の追加は、部品点数と組立工数とがそれぞれ増加するため、製造コストの上昇を招く。
　ここで、本発明の発明者は、接続の際に発生した音を詳細に分析したところ、発生した音は、ハブの固有振動モードが深く関与していることが判明した。

　本発明は、上述した、着磁音にハブの固有振動モードが深く関与しているとの新たな知見に基づいてなされたものであり、部品点数を増加させることなく、着磁音を低減することができる気体圧縮機用の電磁クラッチ、気体圧縮機及び気体圧縮機用の電磁クラッチの製造方法を提供することを目的とする。

　本発明の第１は、磁力によりロータに断接されるアーマチュアと、前記アーマチュアに板ばねを介して連結されたフランジ部及び回転軸に連結されるボス部を有するハブと、を備え、前記フランジ部の外周縁に、前記フランジ部の厚さ方向に突出したリブが形成されている、気体圧縮機用の電磁クラッチである。

　本発明の第２は、本発明に係る電磁クラッチと、前記電磁クラッチのハブに連結された回転軸を有する圧縮機本体と、を備えた気体圧縮機である。

　本発明の第３は、磁力によりロータに断接されるアーマチュアと、前記アーマチュアに板ばねを介して連結されたフランジ部及びボス部を有するハブとを備えた気体圧縮機用の電磁クラッチを製造するに際して、前記フランジ部の外周部の少なくとも一部を、前記フランジ部の厚さ方向に折り曲げて、前記フランジ部の外周縁にリブを形成する気体圧縮機用の電磁クラッチの製造方法である。

　本発明に係る気体圧縮機用の電磁クラッチ及び気体圧縮機によれば、部品点数を増加させることなく、着磁音を低減することができる。
　本発明に係る気体圧縮機用の電磁クラッチの製造方法によれば、部品点数を増加させることなく、着磁音を低減することができる電磁クラッチを製造することができる。

本発明に係る気体圧縮機の一例であるベーンロータリ形式のコンプレッサの縦断面を示す断面図である。 図１における矢視Ａによるアーマチュア、板ばね及びハブを示す側面図である。 図２におけるＢ－Ｂ線に沿った断面を示す断面図である。 ハブを示す斜視図である。 本実施形態の電磁クラッチと、フランジ部にリブが形成されていない比較例の電磁クラッチとの、フランジ部の振動感度を示したグラフである。

　以下、本発明に係る気体圧縮機用の電磁クラッチ、気体圧縮機及び気体圧縮機用の電磁クラッチの製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る気体圧縮機の一例であるベーンロータリ形式のコンプレッサ１００の縦断面を示す断面図である。

＜コンプレッサの構成＞
　図示のコンプレッサ１００は、例えば、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空調システムの一部として構成される。この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等（いずれも図示を省略する）とともに冷却媒体の循環経路上に設けられている。なお、この空調システムは、例えば、車両（自動車など）の車室内の温度調整を行うための空調装置である。

　コンプレッサ１００は、蒸発器から取り入れた気体の冷却媒体としての冷媒ガスＧを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスＧを凝縮器に供給する。凝縮器は圧縮された冷媒ガスＧを液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。そして、高圧で液状の冷媒は、膨張弁で低圧化され、蒸発器に送出される。低圧の液状の冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、気化熱を奪うことで蒸発器の周囲の空気を冷却する。気化して気体となった冷媒ガスＧはコンプレッサ１００に戻される。

　コンプレッサ１００は、図１に示すように、一端が開口し他端が閉じた略円筒状の本体ケース１１と、この本体ケース１１の一端側の開口を塞ぐフロントヘッド１２とにより形成されたハウジング１０を有している。本体ケース１１とフロントヘッド１２とは、複数本の六角ボルト等で締結されて、内部に空間を形成している。このハウジング１０の内部の空間に、圧縮機本体６０と油分離器７０とが配置されている。
　ハウジング１０には、リテーナ（スナップリング）１５により、圧縮機本体６０の回転軸５１に連結された電磁クラッチ８０が固定されている。電磁クラッチ８０は、本発明に係る気体圧縮機用の電磁クラッチの一例である。

　フロントヘッド１２は、蒸発器から低圧の冷媒ガスＧをハウジング１０の内部に吸入する吸入ポート１２ａを有している。本体ケース１１は、ハウジング１０の内部から高温、高圧の冷媒ガスＧを凝縮器に吐出する吐出ポート１１ａを有している。フロントヘッド１２には、回転軸５１が通った円筒状のノーズ部１２ｂを有し、ノーズ部１２ｂに続いて、電磁クラッチ８０が突き当てられる平面状の座面１２ｃが形成されている。

　ハウジング１０の内部の空間は、圧縮機本体６０によって、吸入ポート１２ａに通じた吸入室１３と、吐出ポート１１ａに通じた吐出室１４とに仕切られている。
　圧縮機本体６０は、例えばベーンロータリ形式の圧縮機であり、回転軸５１の軸心Ｃ回りに回転することで、吸入室１３を通じて低圧の冷媒ガスＧを吸入して高温、高圧に圧縮し、圧縮された高圧の冷媒ガスＧを、油分離器７０を通じて吐出室１４に吐出する。
　油分離器７０は、通過する冷媒ガスＧから冷凍機油Ｒを分離する。

＜電磁クラッチの構成＞
　電磁クラッチ８０は、回転軸５１への動力の供給の断接を切り替える。電磁クラッチ８０は、ロータ８１と、電磁コイル８３と、コイルハウジング８６と、アーマチュア８２と、ハブ８７と、を備えている。
　コイルハウジング８６は、内部に電磁コイル８３を収容した円環状のコイルケース８４と、コイルケース８４に接合されて、フロントヘッド１２に固定されるフランジプレート８５とを有している。

　フランジプレート８５は、コイルケース８４が接合された側とは反対の面が、フロントヘッド１２に形成された座面１２ｃに突き当てられた状態で、ノーズ部１２ｂに取り付けられるリテーナ１５により、フロントヘッド１２に固定されている。電磁コイル８３及びコイルハウジング８６は、ハウジング１０に固定されているため動かない。

　ロータ８１は、コイルケース８４を囲むように形成されている。ロータ８１は、フロントヘッド１２のノーズ部１２ｂに、ラジアルボールベアリング１７を介して結合されている。ロータ８１は、コンプレッサ１００が搭載される車両からの動力を受けるプーリと一体的に、軸心Ｃ回りに回転する。

　図２は、図１における矢視Ａによるアーマチュア８２、板ばね９７及びハブ８７を示す側面図、図３は、図２におけるＢ－Ｂ線に沿った断面を示す断面図、図４は、ハブ８７を示す斜視図である。
　アーマチュア８２は、図１に示すように、ロータ８１の端面（外面）と予め設定された隙間を介して対向して配置されている。アーマチュア８２は、図２に示す平面視で略円形であり、外側の外輪部分８２ａと、外輪部分８２ａよりも内側の内輪部分８２ｂとを有している。

　外輪部分８２ａと内輪部分８２ｂとは、軸心Ｃ回りの周方向の３か所の繋ぎ部８２ｃで繋がっている。
　アーマチュア８２は、電磁コイル８３の通電によって発生した磁束によりロータ８１（図１参照）の端面に接し、ロータ８１の回転が伝達される。一方、アーマチュア８２は、電磁コイル８３の通電停止によって磁束が消失することによりロータ８１の端面から離れ、ロータ８１の回転が伝達されなくなる。

　ハブ８７は、図２，３，４に示すように、軸心Ｃを中心とする円筒状のボス部８９と、ボス部８９の一方の端部から軸心Ｃの半径方向の外側に延びたフランジ部８８とを有している。ボス部８９とフランジ部８８とは一体に形成されている。
　ボス部８９は、図１に示すように、ボルト１６により回転軸５１に連結されている。
　フランジ部８８は、図２に示す平面視で、略三角形の輪郭形状を有している。フランジ部８８は、軸心Ｃ回りの半径方向に最も長い頂部がアーマチュア８２の内輪部分８２ｂの外形と略同じ位置となるような大きさで形成されている。

　フランジ部８８は、図２，４に示すように、その略三角形状の３つの辺にそれぞれ対応する外周縁に、フランジ部８８の表面からフランジ部８８の厚さ方向（軸心Ｃに沿った方向）に突出したリブ９０が形成されている。各リブ９０は、辺に沿って延びた形状に形成されている。
　各リブ９０は、図３に示すように、フランジ部８８に対して、ボス部８９とは反対の向きに突出している。
　板ばね９７は、リング状に形成されている。板ばね９７は、図２に示すように、軸心Ｃ回りの周方向に、等角度間隔で３つ設けられている。各板ばね９７のリングの直径はアーマチュア８２の半径よりも小さい。

　各板ばね９７は、軸心Ｃ回りの半径方向の外側に対応する部分において、カシメにより、アーマチュア８２の外輪部分８２ａに結合されている。一方、各板ばね９７は、軸心Ｃ回りの半径方向の内側に対応する部分において、結合ピン９８により、ハブ８７のフランジ部８８に結合されている。したがって、ハブ８７のフランジ部８８は、板ばね９７を介してアーマチュア８２に連結されている。

　フランジ部８８の三角形の頂部は、図２に示すように、軸心Ｃから、各板ばね９７がそれぞれ結合ピン９８により固定された部分同士の各間の部分に向いた方向に形成されている。つまり、各板ばね９７は、軸心Ｃからフランジ部８８の辺に向かう方向の線上において、フランジ部８８と結合されている。したがって、フランジ部８８の三角形の頂部は、アーマチュア８２と結合ピン９８で結合されている部分よりも、軸心Ｃ回りの半径方向に沿って外側となる。

　フランジ部８８の頂部の付近には、図３に示すように、フランジ部８８とアーマチュア８２の内輪部分８２ｂとの、軸心Ｃ方向に沿った間に、ストッパゴム９９が介在している。ストッパゴム９９は、フランジ部８８の側に取り付けられていて、フランジ部８８及びアーマチュア８２に接している。

＜電磁クラッチの作用＞
　以上のように構成された実施形態の電磁クラッチ８０によると、電磁コイル８３に通電されていないときは、ロータ８１とアーマチュア８２とが離れているため、ロータ８１の回転は、アーマチュア８２に伝達されない。したがって、アーマチュア８２と、板ばね９７及びハブ８７を介して連結された回転軸５１は回転せず、圧縮機本体６０は動作しない。

　一方、電磁コイル８３に通電されると、アーマチュア８２が、板ばね９７の弾性力に抗して電磁コイル８３の側に吸引され、これにより、アーマチュア８２がロータ８１に接し、ロータ８１の回転が、アーマチュア８２に伝達される。アーマチュア８２に伝達された回転は、板ばね９７及びハブ８７を介して回転軸５１に伝達され、圧縮機本体６０が動作して冷媒ガスＧの吸入、圧縮及び吐出という一連の圧縮動作が行われる。

　ここで、アーマチュア８２がロータ８１に接したとき、音（着磁音）が発生する。
　本発明者の分析によると、この着磁音は、ハブ８７の固有振動モードが深く関与していることが判明した。
　すなわち、具体的には、アーマチュア８２がロータ８１に接する際に、アーマチュア８２に対して軸心Ｃ方向の、ロータ８１とは反対の側に配置されているハブ８７のフランジ部８８（特に、頂部に近い部分）が、図４の矢印で示すように、軸心Ｃに沿った方向に撓む振動が発生することが判明した。そして、この振動によって生じる音は、例えば４０００［Ｈｚ］付近の周波数であり、ハブ８７の固有振動モードによる音であった。

　そこで、本実施形態の電磁クラッチ８０は、ハブ８７の外周縁にリブ９０を形成して、フランジ部８８の剛性を、リブ９０の形成されていないフランジ部に比べて向上させている。
　これにより、フランジ部８８の撓みによる振動が、リブ９０の無いものに比べて抑制される。したがって、本実施形態の電磁クラッチ８０及びコンプレッサ１００によれば、弾性材等部品の数を増加させることなく、フランジ部８８の振動により発生する着磁音のレベルを低減することができる。

　なお、電磁コイル８３への通電が無くなると、アーマチュア８２は板ばね９７の弾性力によりロータ８１から離れ、圧縮機本体６０の動作は停止する。アーマチュア８２がロータ８１から離れたとき、アーマチュア８２はハブ８７のフランジ部８８の側に戻る。このとき、アーマチュア８２とフランジ部８８との間には、ストッパゴム９９が介在するため、アーマチュア８２とフランジ部８８とが直接接触することはない。したがって、アーマチュア８２とフランジ部８８とが直接接触することによる音は発生しない。

＜解析例＞
　図５は、本実施形態の電磁クラッチ８０と、フランジ部８８にリブ９０が形成されていない比較例の電磁クラッチとの、フランジ部８８の振動感度を示したグラフである。なお、グラフにおいて、実線は本実施形態の電磁クラッチ８０の振動感度であり、破線は比較例の振動感度である。
　図５に示したように、本実施形態の電磁クラッチ８０は、周波数４０００［Ｈｚ］付近の振動感度が、比較例に比べて大幅に低減されている。これにより、本実施形態の電磁クラッチ８０は比較例に比べて、着磁音を低減することが実証された。

　本実施形態の電磁クラッチ８０のフランジ部８８は、結合ピン９８によりアーマチュア８２に結合された部分よりも半径方向の外側の部分に、三角形の頂部が形成されているため、フランジ部８８とボス部８９との境界部を中心としてフランジ部８８が振動したとき、三角形の辺の中央部付近に大きな曲げ応力が作用する。

　本実施形態の電磁クラッチ８０は、フランジ部８８の三角形の辺に対応してリブ９０が形成されているため、辺の剛性を高めて、フランジ部８８の変形つまり振動を有効に抑制することができる。
　しかも、フランジ部８８が円形であるもの（この場合、リブ９０は円弧状）に比べて、辺に対応するリブ９０が直線状となるため、円弧の場合と比べてリブ９０の長さを短くすることができる。したがって、形成されたリブ９０による重量増加を抑制することができる。

　また、本実施形態の電磁クラッチ８０は、リブ９０が、フランジ部８８に対して、ボス部８９とは反対の向きに突出しているため、既存の電磁クラッチに対して、ハブ８７のフランジ部８８とアーマチュア８２等との位置関係（特に、ボス部８９に連結される回転軸５１の軸心Ｃに沿った方向についての位置関係）を変更する必要がない。したがって、設計変更により本発明を適用する場合の労力を軽減することができる。

　なお、本実施形態の電磁クラッチ８０は、図３に示すように、フランジ部８８に形成されたリブ９０の、軸心Ｃを中心とする半径方向に沿った幅の寸法ｗが、フランジ部８８の厚さの寸法（軸心Ｃ方向に沿った寸法）ｔよりも大きく形成されている。これにより、リブ９０の、フランジ部８８の表面からの軸心Ｃ方向への突出量を抑えつつ、フランジ部８８の剛性の向上を図ることができる。

＜変形例＞
　本実施形態の電磁クラッチ８０は、フランジ部８８が、図２の平面視の輪郭が略三角形であるが、本発明に係る電磁クラッチにおけるフランジ部は、この形状に限定されず、例えば、略四角形や略五角形の輪郭形状を有するものであってもよい。
　また、フランジ部８８の輪郭形状は、角形状に限定されず、円形状や星形状等であってもよい。

　本実施形態の電磁クラッチ８０は、アーマチュア８２とハブ８７とを結合する板ばね９７がリング状に形成されているが、本発明に係る電磁クラッチにおける板ばねは、この形状に限定されず、矩形状であってもよいし、屈曲した形状や曲線状に曲がった形状であってもよい。

　本実施形態の電磁クラッチ８０は、リブ９０の半径方向に沿った幅の寸法ｗが、フランジ部８８の厚さの寸法ｔよりも大きいが、本発明に係る電磁クラッチにおけるリブは、この実施形態の電磁クラッチ８０のリブ９０の寸法関係に限定されない。したがって、リブ９０の半径方向に沿った幅の寸法ｗとフランジ部８８の厚さの寸法ｔとが同じであってもよいし、リブ９０の半径方向に沿った幅の寸法ｗがフランジ部８８の厚さの寸法ｔよりも小さくてもよい。

　なお、本実施形態の電磁クラッチ８０は、例えば、リブ９０が形成されていない平板状のフランジ部８８の外周部を、フランジ部８８の厚さ方向（軸心Ｃに沿った方向）に折り曲げることにより、フランジ部８８の外周縁にリブ９０が形成されている。これにより、リブ９０を溶接等で接合するものに比べて、リブ９０を容易に形成することができる。
　ただし、本発明に係る電磁クラッチは、この製造方法でリブが形成された電磁クラッチに限定されない。すなわち、リブは、フランジ部を形成する際に鍛造により一体に形成してもよいし、フランジ部に溶接で付加して形成してもよい。

　本実施形態の電磁クラッチ８０は、リブ９０が、フランジ部８８に対して、ボス部８９とは反対の向きに突出して形成されているが、リブ９０は、フランジ部８８に対して、ボス部８９と同じ向きに突出して形成されていてもよい。ただし、リブ９０は、板ばね９７を避けて形成する必要がある。
　このように構成された電磁クラッチ８０によれば、リブ９０が形成されていても、軸心Ｃ方向に沿った電磁クラッチ８０全体の長さを、既存の電磁クラッチと同じ長さに抑えることができる。

関連出願の相互参照

　本出願は、２０１５年５月２２日に日本国特許庁に出願された特願２０１５－１０４７４０に基づいて優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。

Claims (7)

1. 　磁力によりロータに断接されるアーマチュアと、
   　前記アーマチュアに板ばねを介して連結されたフランジ部及び回転軸に連結されるボス部を有するハブと、を備え、
   　前記フランジ部の外周縁に、前記フランジ部の厚さ方向に突出したリブが形成されている、気体圧縮機用の電磁クラッチ。
2. 　前記板ばねが、前記フランジ部の、前記ボス部の軸心を中心とした周方向に沿って複数設けられ、
   　前記フランジ部は、前記軸心から、前記板ばねがそれぞれ固定された部分同士の各間の部分に向いた方向に頂部を有する角形に形成され、
   　前記リブは、前記フランジ部の前記角形の辺に沿って形成されている、請求項１に記載の気体圧縮機用の電磁クラッチ。
3. 　前記リブは、前記フランジ部に対して、前記ボス部とは反対の向きに突出している請求項１又は２に記載の気体圧縮機用の電磁クラッチ。
4. 　前記リブは、前記フランジ部に対して、前記ボス部と同じ向きに突出している請求項１又は２に記載の気体圧縮機用の電磁クラッチ。
5. 　前記リブは、前記ボス部の軸心を中心とする半径方向に沿った幅の寸法が、前記フランジ部の厚さの寸法よりも大きく形成されている請求項１から４のうちいずれか１項に記載の気体圧縮機用の電磁クラッチ。
6. 　請求項１から５のうちいずれか１項に記載の電磁クラッチと、
   　前記電磁クラッチのハブに連結された回転軸を有する圧縮機本体と、を備えた気体圧縮機。
7. 　磁力によりロータに断接されるアーマチュアと、前記アーマチュアに板ばねを介して連結されたフランジ部及びボス部を有するハブとを備えた気体圧縮機用の電磁クラッチを製造するに際して、
   　前記フランジ部の外周部の少なくとも一部を、前記フランジ部の厚さ方向に折り曲げて、前記フランジ部の外周縁にリブを形成する気体圧縮機用の電磁クラッチの製造方法。

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