JPS6231212B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、常時非係合の電磁クラツチにしてシ
ユーが半径方向に収縮してほぼ円筒形のボスと摩
擦把持係合すると、そのようなボスを有する回転
自在な駆動部材が被駆動部材に連結される電磁摩
擦クラツチに関する。シユーはコイルばねによつ
て囲まれており、コイルばねは被駆動部材に係合
する一端と、電磁石が励磁されたときに軸方向に
引きつけられて回動自在な駆動部材と係合するよ
うにした反対側端部、すなわちアーマチヤ
（armature）端部とを有する。コイルばねのアー
マチヤ端部と駆動部材との間にパイロツト・トル
クが磁気的に伝えられ、ばねのアーマチヤ端部を
短い距離だけ回転させる。これによりコイルばね
がシユーの回りに巻きつきシユーを駆動部材のボ
スと摩擦把持係合するように接触させることにな
る。かくしてシユーはボスと共に回転し、被駆動
部材にトルクを伝える。

コイルばねのアーマチヤ端部と駆動部材との間
に磁気的に伝えられるパイロツト・トルクは、比
較的小さく、コイルばねにより直接被駆動部材に
伝達される。しかしながらパイロツト・トルクは
シユーに巻きつきシユーを収縮させるコイルばね
の作用によつて増幅され、かくして伝達トルクの
大きな割合がシユーにより駆動部材と被駆動部材
との間で伝達される。

一般的な型のクラツチはメイソン（Mason）の
米国特許第3149706号及びベイアー（Baer）の米
国特許第3685622号明細書に記載されている。メ
イソンのクラツチにおいて、シユーは被駆動部材
及びコイルばねに対して回動自在で、コイルばね
を自己付勢させる。言いかえるとコイルばねは、
シユーに摩擦によつて係合し、そしてコイルばね
のアーマチヤ端部と駆動部材との間の磁気的パイ
ロツト・トルクによつてなされる巻きつきよりず
つと緊密にシユーに巻きつく。その結果コイルば
ねにより直接伝えられるトルクは、パイロツト・
トルクよりも大きくなり、パイロツト・トルクだ
けでは制御されない。

コイルばねの自己付勢はまたベイアーのクラツ
チでも生ずる。ベイアーのクラツチではばねが駆
動ボスにもシユーにも巻きつく。コイルばねと駆
動ボスとの摩擦による係合が、コイルばねを磁気
パイロツト・トルクによつて生ずる巻きつきより
も緊密に巻きつけ、かくしてばねにより直接伝え
られるトルクは、パイロツト・トルクよりも大き
くそしてそれに直接関係しない。

従来のコイルばねが駆動部材と被駆動部材との
間隙にわたつて延びているコイルばねクラツチに
おいては、コイルばねの第１の巻回部が高い摩擦
力で駆動部材に巻きついて駆動部材と係合し、駆
動部材を取囲むコイルばねの残りの巻回部のトル
クを増加させる。従つてコイルばねの次の巻回部
が駆動部材により緊密に巻きつき、残りのコイル
ばねのトルクをさらに増加させる。駆動部材を取
囲む最後の巻回部は最高のトルクを受ける。かく
してクラツチにより伝えられる最大のトルクは駆
動部材の最後の巻回部によつて伝達されるトルク
により制限される。

本発明の全般的な目的は、新規で改良された電
磁摩擦クラツチにして、駆動部材と、被駆動部材
と、収縮自在なシユーとがコイルばねに対して独
特に配置され、新規な方法でコイルばねが磁気パ
イロツト・トルクを増幅して、比較的軽量で低価
格のコイルばねが、クラツチの最初の係合の際に
高いトルクのピークを生ぜず、また駆動部材及び
被駆動部材に高い半径方向荷重及び軸方向のスラ
スト荷重を与えることなく、実質上のトルク増幅
をなし得るようにした電磁摩擦クラツチ、を提供
することである。

本発明の他の目的は、シユーが被駆動部材と共
に回転するクラツチにして、コイルばねがシユー
に低い摩擦力で巻きつくと共に連続する各巻回部
が磁気パイロツト・トルクを増幅しシユーへの締
付け力を生じて、全出力トルクがコイルばねに与
えられた最大のトルクが実質的に越えるようにし
たクラツチを提供することである。

より詳細な目的は、いかなる自己付勢も防止さ
れたコイルばねを有するクラツチにして、コイル
ばねにより直接伝えられるトルクが、磁気トルク
によつて制御されると共に、磁気トルクにほぼ比
例する大きさに制限されるようにしたクラツチを
提供することである。

本発明のさらに他の目的は、コイルばねと、シ
ユーと、被駆動部材とを一体的に回転するように
連結することにより、そしてコイルばねを駆動部
材のボスとの摩擦係合から外して保持するように
シユーを独特に用いることにより、コイルばねの
いかなる自己付勢をも防ぐことである。

また他の目的はシユーが被駆動部材と駆動部材
のボスとの間のいかなる偏心にも応動してこれを
補償することができるようにする新規な方法でシ
ユーを被駆動部材に連結することである。

本発明はまた、独特のばねにして、シユーと被
駆動部材との間にトルクを伝え、シユーが駆動部
材のボスの回りに半径方向に収縮してこれに応動
できるようにすると共に、クラツチが外されたと
きシユーをボスとの係合から外して保持する作用
をなすばねを提供することにもある。

本発明のこれらの、また他の目的及び特徴は添
付の図面と合せて以下の詳細な説明からより明ら
かになろう。

実施例として本発明の電磁摩擦クラツチ１０が
自動車の空気調和用圧縮機１１と組合せて用いる
ものとして図示されている。この圧縮機はクラツ
チを装着するための円筒形突部１３を含み、また
さらに突部を通つて延び時計方向に回動するよう
にした駆動軸１４を含む（第６図）。

クラツチ１０は、圧縮機１１の端部に固着され
た環状磁心１５を有し、ほぼＵ字形の半径方向断
面を有する電磁石を含む。かくして磁心は軸方向
に延びる内側輪状極板１６と、軸方向に延びる外
側輪状極板１７と、２つの輪状極板にわたつて半
径方向に延びる渡し板１９とを含む。多数回巻線
２０がＵ字形ボビン２１内に固着され、ボビン２
１の方は内側輪状極板１６の外側に固着されてい
る。

環状回転子２３の形の入力ないし駆動部材が玉
軸受２４により圧縮機の突部１３に回動自在に枢
支され、エンドレス・ベルト２５により自動車の
エンジンから駆動されるようにしてある。回転子
２３は軸受２４の外側レースに固着された管状ボ
ス２６を含み、ボス２６は円形断面であり小径の
後端部２７（第４図）を有する。磁性材料で作ら
れ半径方向に延びる極面３０をなす前端部を有す
る内側輪状極板２９がボス２６の後端部２７に固
着されている。外側輪状極板３１（第１図）は内
側輪状極板２９が一体的に形成され、半径方向に
延びる第２の極面３３をなす前端部を含む。２つ
の極面は、回転子２３の回りに離れた角度にある
数個の弧状溝孔３４により相互に磁気的に分離さ
れている。凹溝をつけたプーリ３５（第１図）は
外側輪状極板３１が一体的に形成され、エンドレ
ス・ベルト２５を受けるようにしてある。ベルト
２５が駆動されると、プーリ３５と、輪状極板２
９及び３１と、ボス２６とが全て軸受２４の回り
に回転する。

回転子２３の内側輪状極板２９は磁心１５の内
側輪状極板１６から内方に離され、また回転子の
外側輪状極板３１は磁心の外側輪状極板１７と巻
線部２０との間にある。電圧源により巻線部２０
が励磁されると磁束が生じ、磁心１５及び回転子
２３を通り抜け、また輪状極板の間の種々の間隙
を通過する。

回転子２３の輪状極板２９及び３１の体端部の
なす極面３０及び３３に対向させてアーマチヤ
（armature：接極子）４０（第４図）が配置され
ている。この事例において、アーマチヤは、リン
グ形状でその半径方向断面がＵ字状であり、その
Ｕ字の開端が回転子２３の極面３０及び３３に面
すると共に溝孔３４と半径方向の位置を合せて配
置されている。アーマチヤのなすＵ字の一方の分
肢４１は極面３０に対向して配置され、また他方
の分肢４２は極面３３に対向している。アーマチ
ヤ４０は常態においてアーマチヤの分肢４１及び
４２が狭い軸方向の空隙だけ極面３０及び３３か
ら離れる解放位置（第４図）に押しつけられてい
る。巻線部２０が励磁されると、磁束が空隙を貫
通してアーマチヤ４０を極面３０及び３３に係合
するように磁気的に吸引しアーマチヤを回転子２
３と共に回転させる（第５図参照）。

極面３０及び３３とアーマチヤ４０が係合する
と、コイルばね５０が被駆動部材５１を介して回
転子２３から圧縮機１１の駆動軸１４にトルクを
伝える。この場合被駆動部材５１はスリーブ５３
（第１図）を含み、スリーブ５３は、圧縮機の駆
動軸１４上を圧縮機の突部１３内に突入
（telescope：入れ子式にはまり込む）。スリーブ
５３は５４において軸１４にキー止めされ、スラ
スト座金５５及びナツト５６によつて軸１４上に
保持される。

順次大径になる３つの半径方向に段状になつた
ボス部分５９，６０及び６１を有する円形断面の
カツプ形被駆動ボス５７（第２図）が被駆動部材
５１のスリーブ５３と一体的に形成されている。
最小径のボス部分５９は回転子２３のボス２６の
前方に離隔して配置され、また中間のボス部分６
０は回転子のボス２６をほぼ取囲んでいる。第３
のボス部分６１はアーマチヤ４０の回りに延びて
いる。

コイルばね５０は被駆動ボス５７の２つの後方
のボス部分６０及び６１内の位置にあり、その前
端巻回部６３はボス部分５９と６０との間の段部
に形成された溝孔６５（第２及び６図）を通り抜
けてボス部分５９の外周にかゝるように第２図の
６４で示される如く曲げられている。前端巻回部
６３はその自由端に逆方向に曲げられた中子
（tang）６６を形成され、この中子はボス部分５
９と６０との間の段部の孔６７内に把持される。
従つてコイルばね５０及び被駆動ボス５７が確実
に連結されて一体的に回転する。

第２図に示されるように、コイルばね５０の後
端巻回部７０は７１で示されるように曲げられ、
アーマチヤ４０の溝孔７３を通り抜けている。コ
イルばねの後端巻回部７０の自由端に中子７４が
形されアーマチヤ４０の孔７５内に突出する。か
くしてコイルばねがアーマチヤ４０と共に回転す
る。分離したアーマチヤを用いるよりもむしろコ
イルばねの後端巻回部７０自体がアーマチヤとし
て作用し回転子２３と直接係合するように引かれ
ることが可能である。

巻線部２０が励磁されてアーマチヤ４０を回転
子２３と係合するように引きつけると、アーマチ
ヤ４０及びコイルばね５０が回転子と同じ方向に
回転し、ばねにより被駆動部材５１にトルクが伝
えられ、かくして被駆動部材も回転する。さらに
コイルばねの後端巻回路７０がコイルばねの前端
巻回路６３に対し時計方向に回され（第６図）そ
れによりコイルばねを収縮させ巻きつかせる。コ
イルばねが巻きつくと、コイルばねはシユー８０
を駆動ボス２６と摩擦係合するように半径方向に
収縮させ、それに伴つて回転子から被駆動部材に
シユーによつてトルクが伝えられる。

本発明の１つの特徴によれば、シユー８０はコ
イルばね５０が自己付勢するのを防ぐように配置
され、アーマチヤ４０と回転子２３との係合によ
り生ずる磁気トルクにほぼ比例する値までコイル
ばねによつて直接伝えられるトルクを制限する作
用をなす。このことは、(1)シユー８０を被駆動部
材５１に連結して被駆動部材及びコイルばね５０
と一致してシユーを回転させ、また(2)シユーをば
ねと駆動ボス２６との間のスペーサとして用いて
ばねの内側をばねの全長にわたりずつとボスと係
合しないようにしておくことによつて達成され
る。この配置でシユー８０及び入力ボス２６は、
アーマチヤ４０と回転子２３との係合の結果生ず
る巻きつきよりも緊密にばねを巻きつかせあるい
は自己付勢させてばねにトルクをかけることはで
きない。このようにしてばねにより直接伝えられ
るトルクは回転子２３とアーマチヤ４０との間の
磁気トルクに比例する値に制限され制御される。
以下に説明するようにばねによつて直接伝えられ
るトルクの制限及び制御により従来の電磁的巻き
つきばねシユーのクラツチよりも幾つかの利点が
生ずる。

この実施例において、シユー８０はブレーキ・
ライニング等の適当な帯状の摩擦材料からなる３
つの摩擦材８１（第３及び７図）を含む。各摩擦
材は約115゜の角度にわたつて延びている。摩擦
材は駆動ボス２６を取囲み、クラツチ１０が係合
されないときボスをゆるく取巻く（第４図参
照）。

摩擦材８１は被駆動部材５１と確実に一致して
回転し独自の板ばね８３（第２及び３図）により
駆動ボス２６の回りに半径方向に収縮するように
結合されている。板ばね８３の一部分がシユーの
一部を構成し、また他の部分がシユーを駆動部材
に連結するための半径方向に可撓性のある手段を
構成する。これらの３つのばねは、第６及び７図
に示されるように被駆動部材５１の回りに離れて
配置されている。各ばねは比較的狭い軸方向幅の
弧状装着部８４（第３図）を含む。弧状装着部８
４は、被駆動部材５１のボス５７の前端部５９の
外側にリベツト８５（第２図）によつて固着され
た追従端部８４ａを有する。ばね部８４の先導端
部８４ｂは、追従端部８４ａに対して半径方向に
自由に撓む片持梁を形成する。凹部８６（第２及
び６図）がボス部５９の外周に形成され、ばね部
８４の前端部の下側に横たわる。各板ばね８３の
装着部８４の先導端部８４ｂと一体的に中間部８
７（第３図）が形成されている。中間部８７は、
装着部８４から軸方向又は後方に延びボス部５９
と摩擦材８１との間の軸方向間隙に延在する。１
つの板ばね８３の中間部８７がコイルばね５０の
巻回端部６３を受入れるのと同じ溝孔６５を通つ
て後方へ延びている。さらに別の溝孔８９（第６
図）がボス部５９と６０との間の段部の回りに間
隔をおいて穿設され、他の２つの板ばね８３の中
間部８７を受入れる。前方のボス部５９の凹部８
６の各々がそれぞれの板ばね８３の中間部８７の
下の方に延在していて中間部が半径方向に撓み得
るようになつている。

各板ばね８３は摩擦材８１の回りに延びて接着
ないし他の方法で固着されている第２の弧状部９
０（第３図）を備えて形成されている。各板ばね
８３の第２の弧状部９０はそれぞれの装着部８４
から軸方向ないし後方に偏奇し、装着部の先導端
部８４ｂに対し先行して配置されている。３つの
板ばね８３の弧状部９０はコイルばね５０（第４
図）内にはめ込まれ、摩擦材８１とほぼ同じ広が
りを有する。

このように配設したので、板ばね８３は、摩擦
材８１と被駆動部材５１との間で角度不変の連結
の作用をなすと共に、半径方向に撓むことができ
てコイルばね５０が巻きつけられるとき摩擦材が
駆動ボス２６の回りに収縮できるようにする。さ
らに板ばね８３は、摩擦材の駆動ボス２６に対す
る半径方向の応動を可能にし、駆動ボスと被駆動
部材５１の前部５９との間に存在し得るいかなる
偏心も補償する。コイルばねが緩められると、板
ばねが緩み摩擦材をボス２６から外方に押出して
摩擦材とボスとの間に遊動間隙を生じる。

要するにこの実施例においてシユー８０は摩擦
材８１及び板ばね８３の弧状部９０によつて形成
されている。摩擦材はばね部９０に固定されて駆
動ボス２６上を摺動し、またばね部９０はコイル
ばね５０内に出入（telescope）する。シユー８
０は板ばねの中間部８７及び装着部８４により確
実に被駆動部材５１と共に回転するように連結さ
れ、装着部の先導端部８４ｂによりシユーの半径
方向収縮が可能になる。

第４図に示されたようにシユー８０は駆動ボス
２６を取囲むコイルばね５０の部分と軸方向にほ
ぼ同じだけ延びている。その結果シユー８０はコ
イルばね５０を全長にわたつて駆動ボス２６との
接触位置から半径方向に離しておく作用をなす。

巻線部２０が励磁されていない状態であると、
コイルばね５０は軸方向に収縮するが、半径方向
及び円周方向に緩む。かくしてコイルばね５０
は、アーマチヤ４０を回転子ｂ２３の極面３０及
び３３との係合から外して保持し（第４図）、シ
ユー８０を拡張した状態に保持して摩擦材８１が
駆動ボス２６を緩く取巻く配置とする。従つて回
転子２３の回転は被駆動部材５１及び圧縮機軸１
４に伝えられない。

巻線部２０が励磁されると、アーマチヤ４０が
軸方向に引かれて回転子２３の極面３０及び３３
と係合し、コイルばね５０を軸方向にのばす。ア
ーマチヤ４０が回転子と共に回転し始めると、コ
イルばね５０の後端巻回部７０が他の巻回部に対
して回転することにより、コイルばね５０はそれ
自体巻きつき、半径方向に収縮する。かくしてコ
イルばね５０がシユー８０の摩擦材８１を駆動ボ
ス２６と摩擦把持係合するように収縮させる。各
板ばね８３の装着部８４の先導端部及び中間部８
７は下側の凹部８６内に半径方向に撓み、シユー
を収縮させる。

駆動部材と被駆動部材５１との間に伝達される
トルクの一部は直接コイルばね５０により伝えら
れ、被駆動部材の極面３０及び３１とアーマチヤ
４０との間の磁気的トルクにほぼ比例する。この
磁気的トルクは、コイルばね５０により増幅され
る。コイルばね５０は、シユー８０のばね部９０
に巻きつきシユーの摩擦材８１を駆動ボス２６の
回りに収縮させる。シユーは被駆動部材５１と半
径方向に摩擦係合するように動かない。かくして
駆動ボス２６と被駆動部材５１との間に伝達され
るトルクは全てボスから摩擦材へ、摩擦材から板
ばね８３へ、また板ばねから被駆動部材へと伝達
される。

被駆動部材５１、コイルばね５０及びシユー８
０が全て一致して回転するので、シユーとばねと
の間に実質的なすべりないし相対的な回転がな
く、かくしてシユーは磁気トルクによつてなされ
る巻きつきより緊密にばねを自己付勢させあるい
は巻きつかせることができない。さらにシユーは
コイルばねが駆動ボス２６に係合し自己付勢する
のを防ぐ。従つてコイルばねの最大荷重は磁気ト
ルクによつて決定される値に制限され、小さく軽
量で安価なコイルばねの使用を可能にする。ばね
とシユーとの間に実質的には相対的回転がないの
でコイルばねはまた耐久性がよい。

コイルばね５０は自己付勢できないので、クラ
ツチ１０は比較的滑らかに弱く係合し、高いピー
クのトルクを受けず、速度と慣性の変化に比較的
感応性がない。その結果クラツチに与えられる軸
方向及び半径方向のスラスト荷重は比較的小さ
い。

こゝで駆動ボス２６とシユー８０の摩擦材８１
との間の摩擦係数は比較的高く（例えば0.30から
0.60の範囲）これに対しコイルばね５０と板ばね
８３のシユー部分９０との間の摩擦係数は比較的
低い（例えば0.05以下）ということを指摘すべき
であろう。コイルばね５０の板ばね８３に対する
特殊な配置によるコイルばねと板ばねとの間の低
い摩擦係数が、コイルばねにそれ自体内に与えら
れるトルクに関してかなりのトルク増幅率を備え
ることを可能にする。コイルばねが巻きつき始め
ると、板ばねとコイルばねの巻回部との低い摩擦
により、巻回部は高い摩擦で板ばねと係合するよ
りむしろ板ばねの周囲をすべることができるよう
になる。コイルばねに与えられる最大のトルクは
後端巻回部７０にかゝり、磁気パイロツト・トル
クに比例する。低い摩擦により連続する巻回部の
トルクは高い摩擦の場合のように速く減衰するこ
とはなく、かくしてより多くのトルクがシユーを
収縮させるための半径方向締付け力として有効に
用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の独特の特徴を具体化した新規
で改良された電磁摩擦クラツチのほぼ直径方向の
断面図で、第６図のほぼ線１−１に沿つた断面図
である。第２図は第１図のほぼ線２−２に沿つた
拡大部分断面図である。第３図はシユーの一部の
透視図である。第４図は第１図に示された部分の
拡大図であり、非係合状態にあるクラツチを示し
ている。第５図は第４図と同様な図であるが係合
された状態のクラツチを示している。第６図及び
第７図はそれぞれ第１図のほぼ線６−６及び線７
−７に沿つてとつた断面図である。 １１：圧縮機、１５：電磁石、２３：ロータ、
２６：ボス、３５：プーリ、５０：コイルばね、
５１：被駆動部材、８１：摩擦材、８３：板ば
ね、８４：第１の弓形部分、９０：第２の弓形部
分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 常時非係合の電磁クラツチにして、ボス２６
   を有する回転自在な駆動部材と、 該駆動部材と同じ軸の回りに回転自在な被駆動
   部材５１と、 該ボス２６を取囲む半径方向に収縮可能な摩擦
   材８１と、 該摩擦材８１と該被駆動部材５１を一致して回
   転するように結合させる板ばね８３から成る可撓
   継手にして該摩擦材８１の該ボス２６の回りの半
   径方向の収縮を可能にすると共に常時該摩擦材８
   １を該ボス２６と半径方向非係合に保つものと、 該摩擦材８１上を伸縮するコイルばね５０にし
   て該被駆動部材５１に固着され一緒に回転する一
   端部６３を有するものと、 該板ばね８３にして該被駆動部材５１に固着さ
   れた部分８４ａを有すると共に該コイルばね５０
   の中へ出入り（telescope）する部分９０を有す
   るものと、 該摩擦材８１にして該板ばねの出入りする部分
   ９０に固着されると共に該ボス２６に係合可能で
   あるものと、 該駆動部材と共働する電磁石１５にして付勢さ
   れたとき該コイルばね５０の他端部４０を軸方向
   に吸引して該駆動部材に係合させそれによつて該
   コイルばね５０を該摩擦材８１に巻付けそして該
   摩擦材８１を半径方向に収縮させて該ボス２６と
   摩擦把持係合させ、トルクを、 (i) 該ボス２６から該摩擦材８１へ、 (ii) 該摩擦材８１から該板ばね８３へ、 (iii) 該板ばね８３から該被駆動部材５１へ、 伝達するものと、 該摩擦材８１にして収縮されるときは常に該ボ
   ス２６と半径方向に摩擦係合するように該ボス２
   ６に関連して配置されたものと、 から成り、 該ボス２６から該摩擦材８１に伝達されたトル
   クの全てが該摩擦材８１から該板ばね８３を介し
   て該被駆動部材５１へ伝達される、 ことを特徴とする常時非係合の電磁クラツチ。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の常時非係合の
   電磁クラツチにして、 該コイルばね５０と該板ばね８３の出入りする
   部分９０の間の摩擦係数が、該摩擦材８１と該ボ
   ス２６の間の摩擦係数より小さいことを特徴とす
   るクラツチ。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の常時非係合の
   電磁クラツチにして、 該板ばね８３の各々が、第１の弓形部分８４に
   して該被駆動部材５１のまわりに円周方向に延び
   ると共に該被駆動部材５１に固着された追従端部
   ８４ａを有するもの、を含み、 該板ばね８３の各々がさらに、第２の弓形部分
   ９０にして該第１の弓形部分８４の先導端部８４
   ｂに一体に形成されると共に該第１の弓形部分８
   ４から軸方向に片寄つたものと、該板ばね８３の
   各々の該第２の弓形部分９０にして該ボス２６の
   まわりに周方向に延びるものと、を含む、 ことを特徴とする常時非係合の電磁クラツチ。