(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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。
【0015】
(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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
(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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
(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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
(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。
【0062】
(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。
【0063】
(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。
【0064】
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。
【0065】
(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。
【0066】
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。
【0067】
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。