JP2016038080A - 電磁クラッチ及び気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁石へ電圧印加してアーマチュアの摩擦面をプーリの摩擦面に吸着させるときに、板バネの弾発力を小さく抑えることで、スリップ時間を短くして吸着させることができる電磁クラッチを提供する。【解決手段】電磁石３３の電磁力によってアーマチュア３１を、板バネ３４の弾発力に抗してプーリ３０の摩擦面側に吸引して、プーリ３０とアーマチュア３１の各摩擦面同士を吸着させる電磁クラッチ６であって、板バネ３４は、第１の板バネ４０と第２の板バネ４１を備え、第１の板バネ４０は、変位に伴ってバネ荷重が増えるバネ構造であり、第２の板バネ４１は、変位に伴ってバネ荷重が増加し、座屈変形をすることでバネ荷重が低下するバネ構造であり、電磁石３３の電磁力によってアーマチュア３１の摩擦面がプーリ３０の摩擦面に吸着されるまでの間に、第２の板バネ４１が座屈変形されるようにした。【選択図】図６

Description

本発明は、電磁クラッチ、及び車両などに搭載された空調装置に設置される、駆動力伝達を断続する電磁クラッチを備えた気体圧縮機に関する。

例えば、自動車などの車両には、車室内の温度調整を行うための空調装置が設けられている。このような空調装置は、冷媒（冷却媒体）を循環させるようにしたループ状の冷媒サイクルを有しており、この冷媒サイクルは、蒸発器、気体圧縮機、凝縮器、膨張弁が順に設けられている。前記空調装置の気体圧縮機は、蒸発器で蒸発されたガス状の冷媒を圧縮して高圧の冷媒ガスとし、凝縮器へ送出するものである。

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、その動力の入力の受け入れと入力の停止とを切り替えるために、電磁クラッチを備えている（例えば、特許文献１参照）。

この電磁クラッチは、電磁石へ電圧印加したときに発生する磁力によってアーマチュアの摩擦面を、板バネの弾発力に抗してプーリ（ロータ）の摩擦面に吸着させるように構成されている。アーマチュアの摩擦面がプーリの摩擦面に吸着すると、プーリの回転が圧縮機本体の駆動軸へ伝達される。プーリには、エンジンの回転駆動力がベルトを介して伝達されている。なお、電磁石への電圧印加が停止されると消磁され、板バネの弾発力によってアーマチュアの摩擦面がプーリの摩擦面から離れる。

特開２００７−７８１０３号公報

ところで、板バネには所定の初期設定荷重（プリセット荷重）が設定されており、電磁石へ電圧印加されていなくて、アーマチュアの摩擦面がプーリの摩擦面に吸着されていないときに、振動等によってアーマチュアの摩擦面が、プーリの摩擦面に接しないようにしている。よって、電磁石へ電圧印加してアーマチュアの摩擦面を板バネの弾発力に抗してプーリの摩擦面に吸着させるときにおいて、前記初期設定荷重がさらに加えられるため、板バネの弾発力がより大きなものとなる。

板バネの弾発力は、電磁石へ電圧印加してアーマチュアの摩擦面をプーリの摩擦面に吸着（連結）させるときの反力となるため、アーマチュアの摩擦面をプーリの摩擦面に吸着させる吸着力が、板バネの弾発力の大きさ分だけ小さくなる。上記のように、板バネの弾発力がより大きくなると、アーマチュアの摩擦面をプーリの摩擦面に吸着させる吸着力がより小さくなる。

このため、電磁石へ電圧印加してアーマチュアの摩擦面をプーリの摩擦面に吸着させるときに、吸着力が小さくなると、吸着するまでのスリップ時間が長くなる。スリップ時間が長くなると、アーマチュアとプーリの各摩擦面の摩耗量が大きくなって、クラッチが滑り易くなり、クラッチ能力が低下していく。

そこで、本発明は、電磁石へ電圧印加してアーマチュアの摩擦面をプーリの摩擦面に吸着させるときに、板バネの弾発力を小さく抑えることで、スリップ時間を短くして吸着させることができる電磁クラッチ及び気体圧縮機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る電磁クラッチは、駆動源からの回転駆動力が伝達されて回転するとともに、摩擦面を有するプーリと、このプーリの摩擦面に対して対向配置された摩擦面を有するとともに、この摩擦面と反対側が板バネを介して回転軸側に連結されたアーマチュアと、前記アーマチュアに対して電磁力を作用させる電磁石とを備え、前記電磁石の電磁力によって前記アーマチュアを、前記板バネの弾発力に抗して前記プーリの摩擦面側に吸引して、前記プーリと前記アーマチュアの各摩擦面同士を吸着させ、前記プーリに伝達された回転駆動力を前記アーマチュアを介して前記回転軸に伝達させ、前記電磁石の電磁力をオフにすることで、前記板バネの弾発力で前記アーマチュアの摩擦面をプーリと摩擦面から離間させる電磁クラッチであって、前記板バネは、第１の板バネと第２の板バネを備え、前記第１の板バネは、変位に伴ってバネ荷重が増えるバネ構造であり、前記第２の板バネは、変位に伴ってバネ荷重が増加し、座屈変形をすることでバネ荷重が低下するバネ構造であり、前記電磁石の電磁力によって前記アーマチュアの摩擦面が前記プーリの摩擦面に吸着されるまでの間に、前記第２の板バネが座屈変形されるようにしたことを特徴としている。

また、本発明に係る気体圧縮機は、供給された媒体を圧縮して、圧縮された高圧の媒体を吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の駆動軸に対して駆動源からの回転駆動力を断接する電磁クラッチとを備えた気体圧縮機において、前記電磁クラッチは、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電磁クラッチであることを特徴としている。

本発明に係る電磁クラッチによれば、電圧印加された電磁石の電磁力によってアーマチュアの摩擦面がプーリの摩擦面に吸着されるまでの間に、第２の板バネが変位に伴ってバネ荷重が増加し、座屈変形することにより、第２の板バネが座屈前の状態時に有していたバネ荷重が急激にかつ大幅に低下し、アーマチュアの摩擦面がプーリ摩擦面に吸着されたときにおける、板バネ全体の弾発力が大幅に小さくなる。

よって、電磁石へ電圧印加してアーマチュアの摩擦面をプーリの摩擦面に吸着（連結）させたときの反力が小さくなるため、アーマチュアの摩擦面をプーリの摩擦面に吸着させる吸着力を大きくして、吸着時のスリップ時間を短くすることができる。吸着時のスリップ時間を短くなることによって、プーリとアーマチュアの各摩擦面の摩耗量が小さく抑えられるので、クラッチの繋がりを良くしてクラッチ能力を高めることができる。

本発明の実施形態に係る電磁クラッチを備えた気体圧縮機（ベーンロータリー型の気体圧縮機）の本体ケース側を断面で示した図。 本実施形態における電磁クラッチの構成を示す断面図。 電磁クラッチの正面側を示す図。 アーマチュアの摩擦面がプーリの摩擦面に吸着前の、板バネ（第１、第２の板バネ）の状態を示す断面図。 （ａ）は、第２の板バネを示す平面図、（ｂ）は、第２の板バネを示す斜視図、（ｃ）は、第２の板バネの曲げ部に所定の力を加えて座屈させた状態を示した図。 アーマチュアの摩擦面がプーリの摩擦面に吸着される直前（吸着後）の、板バネ（第１、第２の板バネ）の状態を示す断面図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電磁クラッチを備えた気体圧縮機の一例としてのベーンロータリー型の気体圧縮機（以下、「コンプレッサ」という）の外観を示す図である。

（コンプレッサ１の全体構成）
図示のコンプレッサ１は、例えば、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空気調和システム（以下、「空調システム」という）の一部として構成され、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、このような空調システムとしては、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が挙げられる。

コンプレッサ１は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体としての冷媒ガスを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスを空調システムの凝縮器に供給する。凝縮器は圧縮された冷媒ガスを液化させ、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。低圧の液状冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この気化熱との熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。

コンプレッサ１は、図１に示すように、一端側（図１の左側）が開口し他端側が塞がれた略円筒状の本体ケース２と、この本体ケース２の一端側の開口を塞ぐフロントヘッド３と、本体ケース２とフロントヘッド３からなるハウジング４内に収納される圧縮機本体５と、駆動源である車両（自動車）のエンジン（不図示）からの駆動力を圧縮機本体５に伝達するための電磁クラッチ６を備えている。なお、図１では、本体ケース２を断面形状で示している。

フロントヘッド３は、本体ケース２の開口端面を塞ぐ蓋状に形成されており、本体ケース２の開口端部周囲にボルト締結で固定されている。フロントヘッド３には、空調システムの蒸発器（不図示）から配管を通して低圧の冷媒ガスを吸入する吸入ポート７を有し、本体ケース２には、圧縮機本体５で圧縮された高圧の冷媒ガスを空調システムの凝縮器（不図示）に吐出する吐出ポート（不図示）を有している。

電磁クラッチ６は、フロントヘッド３の外面側に設置されており、車両エンジンの回転駆動力がベルト（不図示）を介してプーリ３０に伝達される。圧縮機本体５の駆動軸１０（図２参照）の一端側は、電磁クラッチ６のストッパプレート３７（図２、図３参照）の中心貫通孔に嵌合されている。

（電磁クラッチ６の構成、動作）
図２は、電磁クラッチ６の縦断面図である。

この電磁クラッチ６は、図２に示すように、フロントヘッド３に対しベアリング３２を介して回転可能に支持されたプーリ３０と、該プーリ３０の内側に配置された電磁石３３と、プーリ３０の前面側に設けたアーマチュア３１と、後述する板バネ３４とを有している。

アーマチュア３１は、図２、図３に示すように、駆動軸１０の先端側（図２の左側）に固定されたストッパプレート３７に、３つの金属製の長板状の板バネ３４を介して接続されており、アーマチュア３１の摩擦面３１ａがプーリ３０の摩擦面３０ａに対して、所定のエアギャップを設けて対向配置されている。なお、図３は電磁クラッチ６の正面側（前面側）を示した図であり、外周側のプーリ３０は省略している。

電磁石３３は、コア３５とコイル３６を有しており、電磁石３３への電圧印加によってコイル３６が励磁されると、この励磁による電磁石２２の起磁力（電磁力）よってアーマチュア３１の摩擦面３１ａが、板バネ３４の弾発力に抗してプーリ３０の摩擦面３０ａに吸着される。これによって、ベルト（不図示）を介してプーリ３０に伝達されているエンジンの駆動力が、アーマチュア３１を介して駆動軸１０に伝達され、上記したコンプレッサ１が運転される（圧縮機本体５による冷媒ガスの圧縮動作が行われる）。

なお、本実施形態では、後述するように、アーマチュア３１の摩擦面３１ａがプーリ３０の摩擦面３０ａに吸着されたときにおける、板バネ３４全体の弾発力を小さくすることができる。

また、電磁石３３への電圧印加を停止すると、コイル３６の励磁が停止され（消磁され）、板バネ３４全体の弾発力によってアーマチュア３１の摩擦面３１ａが、プーリ３０の摩擦面３０ａから離れる。これにより、駆動軸１０に対してエンジンからの駆動力伝達が断絶され、コンプレッサ１の運転が停止される。

次に、本発明の特徴である板バネ３４の詳細について説明する。

図２、図４に示すように、電磁クラッチ６の板バネ３４は、略重ね合わされるようにして積層配置された長板状の第１の板バネ４０と第２の板バネ４１を備え、基端側がストッパプレート３７に固定され、先端側がアーマチュア３１に固定されている。第１の板バネ４０と第２の板バネ４１のストッパプレート３７側の端部は、両者が密着するように固定され、第１の板バネ４０と第２の板バネ４１の板バネ４１側の端部は、スペーサ（シム）４２を介して所定の隙間を有するようにして固定されている。

外側に位置する第１の板バネ４０は、変位に伴ってバネ荷重が増える一般的な従来の長板状の板バネであるが、バネ定数が従来よりも小さく設定されて、この第１の板バネ４０の弾発力が従来のものよりも小さく設定されている。

内側（アマチュア３１側）に位置する第２の板バネ４１は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、曲げ部Ａを有する屈曲したバネであり、曲げられた一方側（図５（ａ），（ｂ）の右側）の端面から曲げられた近傍（曲げ部Ａ近傍）までの間にスリット状の切り目４３が形成されている。なお、図５（ａ），（ｂ）において、第２の板バネ４１の第１面４１ａを表面側とし、第２の板バネ４１の第２面４１ｂを裏面側とする。

切り目４３は、端部側（図５（ａ）の右側）のスリット幅が一番広く、曲げ部Ａに向けてスリット幅が狭くなるように形成されている。切り目４３の曲げ部Ａ側の先端部４３ａは、円形状にくり抜かれている。また、切り目４３の端部の少し内側には、半円状の幅広部４３ｂが形成されている。

図５（ｂ）に示すように、第２の板バネ４１の切り目４３の端部側（図５（ｂ）の右側）を、切り目４３のスリット幅が長手方向全体にわたって略均一となるにようにして固定部材４４で固定すると、切り目４３の両側の各長辺部４１ｃ，４１ｄが少し内側に撓むように変形された状態となる。

そして、図５（ｃ）に示すように、第２の板バネ４１は、変位に伴ってバネ荷重が増加し、曲げ部Ａに所定の力Ｆを上方から加えると座屈が起こり、第２の板バネ４１が反転する。第２の板バネ４１が座屈されると、第２の板バネ４１が座屈前の状態時に有していたバネ荷重が急激にかつ大幅に低下する。

図４に示したように、第２の板バネ４１の第１面４１ａ側（表面側）が第１の板バネ４０と対向するようにして、第２の板バネ４１の端部が、第１の板バネ４１の端部とともにストッパプレート３７に固定されている。なお、第１の板バネ４０と第２の板バネ４１のアーマチュア３１側の端部は、上記したようにスペーサ（シム）４２を介して固定されており、スペーサ４２によって第１の板バネ４０と第２の板バネ４１との間に隙間を設けて、第２の板バネ４１の座屈変位がスムーズに行えるようにしている。

そして、図２、図４に示した電磁クラッチ６は、電磁石３３へ電圧印加されておらず、アーマチュア３１の摩擦面３１ａがプーリ３０の摩擦面３０ａに吸着される前の状態である。この吸着前の状況においては、板バネ３４（第１、第２の板バネ４０，４１）には所定の初期設定荷重が設定されており、振動等によってアーマチュア３１の摩擦面３１ａが、プーリ３０の摩擦面３０ａに接しないようにしている。

そして、電磁石３３へ電圧印加されてコイル３６が励磁されると、この励磁による電磁石２２の起磁力よってアーマチュア３１の摩擦面３１ａが、板バネ３４（第１、第２の板バネ４０，４１）全体の弾発力に抗してプーリ３０の摩擦面３０ａ側に移動していく。

この際、アーマチュア３１のプーリ３０方向への移動にともなって、板バネ３４（第１、第２の板バネ４０，４１）のアーマチュア３１側がプーリ３０側に変位するため、第１の板バネ４０が第２の板バネ４１の曲げ部Ａ付近を押圧する。

そして、アーマチュア３１の摩擦面３１ａがプーリ３０の摩擦面３０ａに吸着されるまでの間に、図６に示すように、第１の板バネ４０で押圧されている第２の板バネ４１の曲げ部Ａ付近が座屈される。これにより、第２の板バネ４１が座屈前の状態時に有していたバネ荷重が急激にかつ大幅に低下するため、アーマチュア３１の摩擦面３１ａがプーリ３０の摩擦面３０ａに吸着されたときにおける、板バネ３４全体の弾発力が大幅に低下する。

よって、電磁石３３へ通電してアーマチュア３１の摩擦面３１ａをプーリ３０の摩擦面３０ａに吸着（連結）させるときの反力が小さくなるため、アーマチュア３１の摩擦面３１ａをプーリ３０の摩擦面３０ａに吸着させる吸着力を大きくして、吸着時のスリップ時間を短くすることができる。吸着時のスリップ時間を短くなることによって、プーリ３０とアーマチュア３１の各摩擦面３０ａ，３１ａの摩耗量が小さく抑えられるので、クラッチの繋がりを良くしてクラッチ能力を高めることができる。

また、上記したように、電磁石３３へ電圧印加してアーマチュア３１の摩擦面３１ａをプーリ３０の摩擦面３０ａに吸着（連結）させるときの反力を小さくできるので、吸着後の反力も小さく抑えられる。よって、アーマチュア３１の摩擦面３１ａがプーリ３０の摩擦面３０ａに吸着された後に、電磁石３３への供給電圧を、前記吸着動作時の印加電圧よりも低下させるように制御しても、十分な吸着力を維持することができる。これにより、電磁クラッチ６の動作時の消費電力を低減することができる。

１ コンプレッサ（気体圧縮機）
２ 本体ケース
３ フロントヘッド
４ 圧縮機本体
６ 電磁クラッチ
３０ プーリ
３１ アーマチュア
３３ 電磁石
３４ 板バネ
３５ コア
３６ コイル
３７ ストッパプレート
４０ 第１の板バネ
４１ 第２の板バネ
４２ スペーサ
４３ 切り目
Ａ 曲げ部

Claims (6)

1. 駆動源からの回転駆動力が伝達されて回転するとともに、摩擦面を有するプーリと、
   このプーリの摩擦面に対して対向配置された摩擦面を有するとともに、この摩擦面と反対側が板バネを介して回転軸側に連結されたアーマチュアと、
   前記アーマチュアに対して電磁力を作用させる電磁石とを備え、
   前記電磁石の電磁力によって前記アーマチュアを、前記板バネの弾発力に抗して前記プーリの摩擦面側に吸引して、前記プーリと前記アーマチュアの各摩擦面同士を吸着させ、前記プーリに伝達された回転駆動力を前記アーマチュアを介して前記回転軸に伝達させ、
   前記電磁石の電磁力をオフにすることで、前記板バネの弾発力で前記アーマチュアの摩擦面をプーリと摩擦面から離間させる電磁クラッチであって、
   前記板バネは、第１の板バネと第２の板バネを備え、
   前記第１の板バネは、変位に伴ってバネ荷重が増えるバネ構造であり、
   前記第２の板バネは、変位に伴ってバネ荷重が増加し、座屈変形をすることでバネ荷重が低下するバネ構造であり、
   前記電磁石の電磁力によって前記アーマチュアの摩擦面が前記プーリの摩擦面に吸着されるまでの間に、前記第２の板バネが座屈変形されるようにしたことを特徴とする電磁クラッチ。
2. 前記第２の板バネは長板状であり、長手方向の中央部近傍が凸状となるように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の電磁クラッチ。
3. 前記第２の板バネは、その長手方向の途中で所定の角度で曲げられて、曲げられた一方側の端部から前記曲げられた近傍までの間に、端部側に向けて隙間が広くなるようなスリット状の切り目が形成されており、
   前記切り目の両端部を中央側に寄せるようにして固定されていることを特徴とする請求項２に記載の電磁クラッチ。
4. 前記第１、第２の各板バネの少なくとも前記アーマチュア側は、両者の間にスペーサを介して固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。
5. 前記アーマチュアの摩擦面が前記プーリの摩擦面に吸着された後に、前記電磁石への供給電圧を、吸着動作時の印加電圧よりも低下させるように制御されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電磁クラッチ。
6. 供給された媒体を圧縮して、圧縮された高圧の媒体を吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体の回転軸に対して駆動源からの回転駆動力を断接する電磁クラッチとを備えた気体圧縮機において、
   前記電磁クラッチは、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電磁クラッチであることを特徴とする気体圧縮機。